JP2016043800A - Hybrid-vehicular internal combustion engine start control apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ハイブリッド車両に設けられた内燃機関を始動する内燃機関始動制御装置に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine start control device for starting an internal combustion engine provided in a hybrid vehicle.
自動変速機を備えるハイブリッド車両に適用される制御装置として、内燃機関の始動要求があった場合に自動変速機の変速比を変更してから内燃機関を始動させるものが知られている(特許文献1)。その他、本発明に関連する先行技術文献として、特許文献2が存在する。
As a control device applied to a hybrid vehicle equipped with an automatic transmission, there is known a control device that starts an internal combustion engine after changing the gear ratio of the automatic transmission when there is a request to start the internal combustion engine (Patent Document). 1). In addition, there is
通常、ハイブリッド車両においては内燃機関が最適な燃費状態で運転されるようにエンジン回転数とエンジントルクとが決定される。しかし、内燃機関が未暖機の場合に最適燃費状態で始動するとエミッションが悪化する場合がある。特にこの状況では粒子状物質の個数(PN:particulate number)が悪化することが知られている。 Usually, in a hybrid vehicle, the engine speed and the engine torque are determined so that the internal combustion engine is operated in an optimum fuel consumption state. However, if the internal combustion engine is not warmed up, the emission may deteriorate if the engine is started in the optimum fuel consumption state. In particular, it is known that the number of particulate matter (PN) deteriorates in this situation.
特許文献1の制御装置は自動変速機の変速段を低速度側(エンジン高回転側)へ変更してから内燃機関を始動しているが、内燃機関が未暖機の低温時にエミッションの特定成分の悪化を抑制するためにエンジン回転数を高回転側に変更し、その変更量を決定するものではないため、エミッションの悪化抑制が不十分になるおそれがある。また、特許文献1の制御装置は差動機構及び自動変速機の伝達効率を考慮して変速段を選択するものではないため、内燃機関の始動時に非効率な変速段を選択して燃費が悪化するおそれがある。
The control device of
そこで、本発明は、内燃機関の低温の始動時にエミッションの特定成分が限界を超えることなく伝達効率の高い変速比を選択して燃費悪化を抑制できるハイブリッド車両の内燃機関始動制御装置を提供することを第1の目的とする。また、本発明は、内燃機関の低温の始動時にエミッションの特定成分を低減しつつ非効率な変速比を維持することによる燃費悪化を抑制できるハイブリッド車両の内燃機関始動制御装置を提供することを第2の目的とする。 Accordingly, the present invention provides an internal combustion engine start control device for a hybrid vehicle capable of suppressing deterioration in fuel consumption by selecting a gear ratio with high transmission efficiency without causing a specific component of emission to exceed a limit when the internal combustion engine is started at a low temperature. Is the first purpose. The present invention also provides an internal combustion engine start control device for a hybrid vehicle capable of suppressing deterioration of fuel efficiency due to maintaining an inefficient gear ratio while reducing a specific component of emission during low temperature start of the internal combustion engine. The purpose of 2.
本発明の第1の内燃機関始動制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関が連結された差動機構と、前記差動機構から駆動輪までの動力伝達経路に設けられて一定範囲で変速比を選択可能な変速機構とを備えたハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関のエンジン回転数とエンジントルクとで定義された動作点を前記内燃機関の機関温度の低温時には常温時に比べて高回転側に変更するハイブリッド車両の内燃機関始動制御装置において、前記内燃機関の始動時における前記動作点の変更量を前記機関温度及び要求トルクに基づいて決定する動作点変更量決定手段と、前記変速機構の前記変速比の中から、前記動作点の変更後に前記差動機構及び前記変速機構の各伝達効率を合成した合成伝達効率が最良となる変速比を選択し、その選択された変速比へ前記内燃機関の始動前に変更する変速比変更手段と、を備えるものである(請求項1)。 A first internal combustion engine start control device according to the present invention includes an internal combustion engine, a differential mechanism to which the internal combustion engine is coupled, and a power transmission path from the differential mechanism to a drive wheel. And an operating point defined by the engine speed and engine torque of the internal combustion engine when the internal combustion engine is at a low temperature. In an internal combustion engine start control device for a hybrid vehicle that changes to a higher rotation side than at normal temperature, an operating point change amount determination that determines the amount of change of the operating point when starting the internal combustion engine based on the engine temperature and required torque And a transmission ratio in which the combined transmission efficiency obtained by combining the transmission efficiency of the differential mechanism and the transmission mechanism after the change of the operating point is the best among the transmission ratios of the transmission mechanism and the transmission mechanism Selected, those comprising a speed ratio changing means for changing to the selected gear ratio before the start of the internal combustion engine, the (claim 1).
第1の内燃機関始動制御装置によれば、内燃機関のエミッションの特定成分に影響する機関温度及び要求トルクに基づいて内燃機関の始動時の動作点変更量が決定されるので、機関温度の低温時に内燃機関を始動する際にエミッションの特定成分が限界を超えることを回避できる。しかも、変速機構の変速比の中から、動作点の変更後に合成伝達効率が最良となる変速比が選択されるので効率の高い変速比を選択できる。これにより、内燃機関の低温の始動時に非効率な変速比を選択することによる燃費悪化を抑制しつつエミッションの特定成分が限界を超えることを回避できる。 According to the first internal combustion engine start control device, the operating point change amount at the start of the internal combustion engine is determined based on the engine temperature and the required torque that affect the specific component of the emission of the internal combustion engine. Sometimes it can be avoided that certain components of emissions exceed the limits when starting the internal combustion engine. In addition, a gear ratio that provides the best combined transmission efficiency after the change of the operating point is selected from the gear ratios of the transmission mechanism, so that a gear ratio with high efficiency can be selected. Thereby, it is possible to prevent the specific component of the emission from exceeding the limit while suppressing deterioration in fuel consumption due to selection of an inefficient gear ratio when the internal combustion engine is started at a low temperature.
本発明の第2の内燃機関始動制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関が連結された差動機構と、前記差動機構から駆動輪までの動力伝達経路に設けられて一定範囲で変速比を選択可能な変速機構とを備えたハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関の始動時に、前記内燃機関のエンジン回転数とエンジントルクとで定義された動作点を前記内燃機関の機関温度の低温時には常温時に比べて高回転側に変更するハイブリッド車両の内燃機関始動制御装置において、前記変速機構の現在の変速比を維持しながら前記内燃機関を始動する機関始動手段と、前記内燃機関のエミッションの特定成分が低減するように、前記動作点を前記内燃機関の始動後に前記変速機構の前記変速比が減速側なほど高回転側に変更する動作点変更手段と、前記動作点の変更後に前記変速機構の現在の変速比を維持するよりも前記差動機構及び前記変速機構の各伝達効率を合成した合成伝達効率が向上する変速比が存在する場合、当該変速比へ前記変速機構の変速比を変更する変速比変更手段と、を備えるものである(請求項2)。 A second internal combustion engine start control device according to the present invention includes an internal combustion engine, a differential mechanism to which the internal combustion engine is coupled, and a power transmission path from the differential mechanism to a drive wheel. And an operating point defined by the engine speed and engine torque of the internal combustion engine when the internal combustion engine is at a low temperature. In an internal combustion engine start control device for a hybrid vehicle that changes to a higher rotation side than at normal temperature, engine start means for starting the internal combustion engine while maintaining the current speed ratio of the speed change mechanism, and specification of emissions of the internal combustion engine An operating point changing means for changing the operating point to a higher rotation side as the speed ratio of the transmission mechanism is reduced, after starting the internal combustion engine, so as to reduce a component; When there is a transmission ratio that improves the combined transmission efficiency obtained by combining the transmission efficiencies of the differential mechanism and the transmission mechanism rather than maintaining the current transmission ratio of the transmission mechanism after the change, the transmission mechanism is changed to the transmission ratio. And a gear ratio changing means for changing the gear ratio.
第2の内燃機関始動制御装置によれば、現在の変速比を維持しながら変速機構の変速比が減速側なほど高回転側に内燃機関の動作点を変更するので、機関温度が低温の始動時にエミッションの特定成分を可能な限り減じることができる。しかも、内燃機関の動作点変更後に現在の変速比を維持するよりも合成伝達効率が向上する変速比が存在する場合には内燃機関の始動後にその変速比に変更されるため、内燃機関の始動後に非効率な変速比が維持されることを回避できる。これにより、内燃機関の低温の始動時にエミッションの特定成分を低減しつつ非効率な変速比を維持することによる燃費悪化を抑制できる。 According to the second internal combustion engine start control device, the operating point of the internal combustion engine is changed to the higher speed side as the speed ratio of the speed change mechanism is reduced while maintaining the current speed ratio, so that the engine temperature is started at a low temperature. Sometimes certain components of emissions can be reduced as much as possible. In addition, when there is a speed ratio that improves the combined transmission efficiency after maintaining the current speed ratio after changing the operating point of the internal combustion engine, the speed ratio is changed after the start of the internal combustion engine. It can be avoided that an inefficient gear ratio is maintained later. As a result, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption caused by maintaining an inefficient gear ratio while reducing a specific component of emission when the internal combustion engine is started at a low temperature.
以上説明したように、本発明の第1の内燃機関始動制御装置によれば、内燃機関の低温の始動時に非効率な変速比を選択することによる燃費悪化を抑制しつつエミッションの特定成分が限界を超えることを回避できる。また、本発明の第2の内燃機関始動制御装置によれば、内燃機関の低温の始動時にエミッションの特定成分を低減しつつ非効率な変速比を維持することによる燃費悪化を抑制できる。 As described above, according to the first internal combustion engine start control device of the present invention, the specific component of the emission is limited while suppressing deterioration in fuel consumption caused by selecting an inefficient gear ratio when the internal combustion engine is started at a low temperature. Can be exceeded. In addition, according to the second internal combustion engine start control device of the present invention, it is possible to suppress deterioration in fuel consumption caused by maintaining an inefficient gear ratio while reducing a specific component of emission when the internal combustion engine is started at a low temperature.
(第1の形態)
図1に示すように、車両1は内燃機関2及び2つのモータ・ジェネレータ3、4が走行用動力源として設けられたいわゆるハイブリッド車両として構成されている。内燃機関2の詳細は後述する。内燃機関2、第1モータ・ジェネレータ3及び第2モータ・ジェネレータ4は差動機構としての動力分割機構5に連結されている。動力分割機構5はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、外歯歯車のサンギアSnと、内歯歯車のリングギアRiと、これらのギアSn、Riに噛みあうピニオンPを自転かつ公転自在に支持するキャリアCrとを備えている。サンギアSnには第1モータ・ジェネレータ3が、リングギアRiには第2モータ・ジェネレータ4が、キャリアCrには内燃機関2の出力軸2aがそれぞれ連結されている。
(First form)
As shown in FIG. 1, the
第2モータ・ジェネレータ4よりも駆動輪側の動力伝達経路には変速機構としての自動変速機10が設けられている。自動変速機10は2つの入力軸11、12を有する。これらの入力軸11、12と、リングギアRiと一体回転する中間軸15との間には2つのクラッチC1、C2が設けられている。これらのクラッチC1、C2を適宜操作することにより、2つの入力軸11、12のなかから一の入力軸を中間軸15と選択的に連結させることができる。自動変速機10は、二組の遊星歯車機構21、22が組み合わされるとともに、2つのブレーキB1、B2と一方向クラッチF1とが設けられることにより構成されている。二組の遊星歯車機構21、22は、一方のキャリアCr1と他方のリングギアRi2とが連結されるとともに、一方のリングギアRi1と他方のキャリアCr2とが連結されることによって互いに組み合わされている。第1入力軸11はサンギアSn2に、第2入力軸12はキャリアCr1にそれぞれ連結されている。キャリアCr2は出力軸23に連結される。互いに連結されたキャリアCr1及びリングギアRi2には一方向の回転のみ許容するワンウエイクラッチF1が設けられている。車両1は、クラッチC1、C2及びブレーキB1、B2の操作状態を不図示の油圧装置によって適宜変化させることにより、図2の作動係合表に示したように前進4速及び後退1速からなる複数の変速段のなかから一の変速段を選択できる。図2の「N」はニュートラルを意味する。各変速段の変速比(ギア比)は、第1速(1st)が3.20、第2速(2nd)が1.72、第3速(3rd)が1.00、第4速(4th)が0.67、後退(Rev)が2.04である。したがって、自動変速機10は一定範囲で段階的に設定された変速比を選択できる。図2の「○」はクラッチ又はブレーキの係合状態を意味する。第1速〜第4速の各変速段が選択された場合の車両1の各要素の共線図(速度線図)は図3に示した通りである。なお、図3の「Eng」は内燃機関2を、「MG1」は第1モータ・ジェネレータ3を、「MG2」は第2モータ・ジェネレータ4を、「In1」は第1入力軸11を、「In2」は第2入力軸12を、「Out」は出力軸23をそれぞれ意味する。
An
図4に示すように、内燃機関2は4つの気筒25が一方向に並べられた直列4気筒型の火花点火内燃機関として構成されている。内燃機関2はいわゆるリーンバーンエンジンとして構成されていて、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で運転モードを切り替えることができる。リーン燃焼は、理論空燃比よりもリーン側に設定された空燃比を目標とする運転モードである。ストイキ燃焼は、リーン燃焼の空燃比よりもリッチ側の理論空燃比又はその近辺の空燃比を目標とする運転モードである。リーン燃焼からストイキ燃焼への切り替えは吸入空気量の応答遅れを考慮して燃料噴射量の一時的な増量によって実施される。
As shown in FIG. 4, the
図4及び図5に示すように、内燃機関2の各気筒25には吸気通路26及び排気通路27がそれぞれ接続されている。吸気通路26は吸気弁26aにて、排気通路27は排気弁27aにてそれぞれ開閉される。各気筒25にはポート噴射用インジェクタ29若しくは筒内噴射用インジェクタ30又はこれらの両者にて燃料が供給され、気筒25内に導かれた混合気は気筒25毎に設けられた点火プラグ31にて着火される。混合気の燃焼エネルギーはピストン32に伝達され、コネクティングロッド33を介して出力軸2aに出力される。
As shown in FIGS. 4 and 5, an
図4に示すように、内燃機関2には、排気エネルギーを利用して過給するターボチャージャ35が設けられている。吸気通路26には、ターボチャージャ35のコンプレッサ35aが設けられている。コンプレッサ35aよりも上流の吸気通路26には、吸入空気量を調整できるスロットル弁36が設けられている。スロットル弁36よりも上流の吸気通路26には、吸入空気量に応じた信号を出力するエアフローメータ37が設けられている。コンプレッサ35aよりも下流の吸気通路26には、コンプレッサ35aで加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ38が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
排気通路27には、ターボチャージャ35のタービン35bが設けられている。また、排気通路27には、タービン35bより上流の排気をタービン35bよりも下流にバイパスするウェイストゲートバルブ機構39が設けられている。ウェイストゲートバルブ機構39には、タービン35bに導かれる排気の流量を調整可能なウェイストゲートバルブ40が設けられている。そのため、ウェイストゲートバルブ40の開度を制御することによりタービン35bに流入する排気流量が調整される結果、内燃機関2の過給圧が調整される。タービン35b又はウェイストゲートバルブ40を通った排気は、スタートコンバータ41及び後処理装置42で有害物質が除去されてから大気に放出される。
In the
内燃機関2には、排気通路27から排気の一部を取り出して吸気通路26にEGRガスとして再循環させるEGR装置45が設けられている。EGR装置45は、排気通路27から排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気通路26に導くEGR通路46と、EGR通路46を流れるEGRガスの流量を調整できるEGR弁47と、EGR通路46を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ48とを備えている。EGR通路46は、スタートコンバータ41と後処理装置42との間の排気通路27と、コンプレッサ35aとスロットル弁36との間の吸気通路26とを接続している。
The
図6に示すように、車両1の各部の制御はコンピュータとして構成され機能別に設けられた各種の電子制御装置(ECU)50、70、71にて制御される。HVECU50、MGECU70及びエンジンECU71は相互に情報交換可能な状態で電気的に接続されている。
As shown in FIG. 6, the control of each part of the
主要なコンピュータとして設けられたHVECU50には各種のセンサからの信号が入力される。例えば、HVECU50には、車両1の車速に応じた信号を出力する車速センサ51、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ52、第1モータ・ジェネレータ3の回転速度に応じた信号を出力する第1MG回転数センサ53、第2モータ・ジェネレータ4の回転速度に応じた信号を出力する第2MG回転数センサ54、自動変速機10の出力軸23の回転速度に応じた信号を出力する出力軸回転数センサ55、ターボチャージャ35のタービン35bの回転速度に応じた信号を出力するタービン回転数センサ56、内燃機関2の過給圧に応じた信号を出力する過給圧センサ57、不図示のバッテリの蓄電率に応じた信号を出力するSOCセンサ58、第1モータ・ジェネレータ3の温度に応じた信号を出力する第1MG温度センサ59、第2モータ・ジェネレータ4の温度に応じた信号を出力する第2MG温度センサ60、第1モータ・ジェネレータ3のために設けられた不図示の第1インバータの温度に応じた信号を出力する第1INV温度センサ61、第2モータ・ジェネレータ4のために設けられた不図示の第2インバータの温度に応じた信号を出力する第2INV温度センサ62、後処理装置42の温度に応じた信号を出力する触媒温度センサ63、ターボチャージャ35のタービン35bの温度に応じた信号を出力するタービン温度センサ64、内燃機関2のエンジン冷却水の温度に応じた信号を出力する水温センサ65、及びバッテリの温度に応じた信号を出力するバッテリ温度センサ66等の出力信号が入力される。
Signals from various sensors are input to the
HVECU50は、第1モータ・ジェネレータ3及び第2モータ・ジェネレータ4に発生させるトルクを算出し、発生させるトルクについてMGECU70に指令を出力する。また、HVECU50は、内燃機関2の運転条件を決定し、内燃機関2の運転条件についてエンジンECU71に指令を出力する。さらに、HVECU50は、所定のシフトスケジュール又は運転者によるシフトチェンジ要求等に応じた変速段が実現できるように自動変速機10のクラッチC1、C2及びブレーキB1、B2を制御する。MGECU70は、HVECU50から入力された指令に基づき、第1モータ・ジェネレータ3及び第2モータ・ジェネレータ4に発生させるトルクに対応した電流を算出し、第1モータ・ジェネレータ3及び第2モータ・ジェネレータ4に電流を出力する。エンジンECU71は、HVECU50から入力された指令に基づき、スロットル弁36、ポート噴射用インジェクタ29、筒内噴射用インジェクタ30、点火プラグ31、及びウェイストゲートバルブ40等の内燃機関2の各部に対して各種の制御を行う。
The
HVECU50は、アクセル開度センサ52の出力信号と車速センサ51の出力信号とを参照して運転者が要求する要求パワーを計算し、その要求パワーに対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両1を制御する。例えば、内燃機関2の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関2の燃焼を停止して第2モータ・ジェネレータ4を駆動するEV走行モードが選択される。また、内燃機関2だけではトルクが不足する場合は、内燃機関2とともに第2モータ・ジェネレータ4を走行用駆動源とするハイブリッド走行モードが選択される。
The
ハイブリッド走行モードが選択された場合、図7Aに矢印で示したように内燃機関2の動作点は最適燃費線Lに沿って移動するように第1モータ・ジェネレータ3のモータトルク等が制御される。内燃機関2の動作点はエンジン回転数とエンジントルクとで定義されたものであり、最適燃費線Lは内燃機関2の熱効率が最適となるようにあらかじめ設定されたものである。本形態の内燃機関2は過給機付きのリーンバーンエンジンとして構成されている。このため、内燃機関2は、図7Aに示した運転領域に従って、自然吸気ストイキ燃焼、自然吸気リーン燃焼、過給ストイキ燃焼、及び過給リーン燃焼のいずれかの運転モードが選択される。
When the hybrid travel mode is selected, the motor torque of the first motor /
本形態は、EV走行モードの実施中に内燃機関2の始動要求があった場合の内燃機関2の始動制御に特徴がある。上述したように、本形態の内燃機関2は原則として最適燃費線Lに沿って運転される。このため、EV走行モードの実施中に内燃機関2を始動した場合に始動後の動作点が最適燃費線L上に位置することが熱効率すなわち燃費の観点から望ましい。しかしながら、内燃機関2が未暖機の低温時では最適燃費線L上で運転すると上述したPNが悪化することが知られている。そこで、本形態では以下に説明する制御ルーチンに沿って内燃機関2を始動することによりPNの悪化を抑制する。
The present embodiment is characterized in the start control of the
図8の制御ルーチンのHVECU50に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップS1において、HVECU50は現在の走行モードがEV走行モードか否かを判定する。EV走行モードの場合はステップS2に進み、そうでない場合、すなわちハイブリッド走行モードの場合はステップS9に進み、HVECU50は内燃機関2の動作点が最適燃費線L(図7A)上を移動するように内燃機関2を運転する。この場合の自動変速機10の変速段は同最適燃費線L上を運転するのに適した変速段が適宜に選択される。
It is stored in the
ステップS2において、HVECU50は内燃機関2に対する始動要求の有無を判定する。始動要求は、EV走行モードの限界を超えて要求パワーが高まった場合やバッテリの蓄電率が低下してバッテリへの充電が必要になった場合等の諸条件が成立した場合に発生する。始動要求がある場合はステップS3に進み、そうでない場合はステップS8に進んでEV走行モードを継続し、自動変速機10の変速段としてEV走行モードに適した変速段が適宜選択される。
In step S <b> 2, the
ステップS3において、HVECU50は内燃機関2が上述した自然吸気リーン燃焼又は過給リーン燃焼のいずれかで運転されるリーン運転の実施中であり、かつ低温時か否かを判定する。低温時か否かの判定は、HVECU50が水温センサ65(図6)の信号を参照してエンジン冷却水の温度(エンジン水温)を内燃機関2の機関温度として取得し、エンジン水温が所定の低温判定値以下か否かにより実施される。なお、エンジンオイルの温度(エンジン油温)を機関温度として用いることもできる。リーン運転かつ低温時の場合はステップS4に進み、そうでない場合、例えばエンジン水温が低温判定値よりも高い常温時の場合はステップS7に進み、自動変速機10の変速段として常温時に適した変速段を選択しつつ内燃機関2の始動後に動作点が最適燃費線L上に位置するように内燃機関2を始動する(図7BのA点参照)。
In step S <b> 3, the
ステップS4において、HVECU50は内燃機関2の始動時に動作点を変更する動作点変更量を決定する。図7Bに示すように、動作点変更量はエンジン回転数とエンジントルクとで定義され、エンジン回転数が変更前よりも高回転となる変更量である。動作点変更量は変更前後の動作点間の距離として把握できる。つまり、動作点変更量はA−B間距離又はA−C間距離に相当する。動作点変更量は、エンジン水温と、内燃機関2の始動後に必要となる要求トルク(要求パワー)とに基づいて決定される。HVECU50は、現在のエンジン水温と要求トルクとを取得し図9のマップに基づいてエンジン水温が低いほど、要求トルクが大きいほど大きな値となるように動作点変更量を決定する。図9のマップには、実機試験やシミュレーション等を用いた適合によって各要求トルク及び各エンジン水温に対応する動作点変更量がエミッションの特定成分であるPNの限界を超えないように設定されている。したがって、図9のマップに基づいて動作点変更量を決定することによって、PNの限界を超えないように動作点変更量が決定される。
In step S4, the
ステップS5において、HVECU50は内燃機関2の動作点の変更後に使用する変速段を選択し、その選択された変速段へ自動変速機10の変速段を変更する。この変速段の選択は、自動変速機10の複数の変速段(第1速〜第4速)の中から動作点の変更後に動力分割機構5及び自動変速機10の各伝達効率を合成した合成伝達効率が最良となる変速段を選択することによって実施される。具体的な選択方法は次の通りである。ステップS4で動作点変更量が決まると、変更後の動作点が決まるため動力分割機構5及び自動変速機10の各変速比を合成した合成変速比が図10の一点鎖線で示したように決まる。この場合、変速段毎の合成伝達効率ηの曲線と一点鎖線との交点が複数個得られ、その中で最良の合成伝達効率ηを与える変速段が始動時に選択すべき変速段として特定できる。例えば、変速前の変速段が第1速の場合に内燃機関2を始動する状況を考えると、合成伝達効率ηが第1速よりも高い第2速が始動時に選択すべき変速段となる。
In step S5, the
ステップS6において、HVECU50は第1モータ・ジェネレータ3等を操作して内燃機関2の動作点を動作点変更量相当分だけ変更しながら燃料噴射及び点火を実行して内燃機関2を始動する。
In step S6, the
図8の制御ルーチンにおいて、HVECU50は、ステップS4を実行することにより本発明に係る動作点変更量決定手段として、ステップS5を実行することにより本発明に係る変速比変更手段として、それぞれ機能する。
In the control routine of FIG. 8, the
低温時に内燃機関2が始動される場合の各パラメータの時間的変化は図11にその一例として示されている。図11には内燃機関2の始動時に第1速から第2速に変更されたケースが例示されている。時刻t0に始動要求があると、時刻t1で自動変速機10の変速操作が開始され、ブレーキB2が係合状態の第1速からブレーキB2が解放状態となってブレーキB1が係合状態となる第2速に切り替えられる。変速操作が開始してから完了するまでの時刻t1〜t3の間には時刻t2から第1モータ・ジェネレータ3のモータ回転数と第2モータ・ジェネレータ4のモータトルクとが制御されて同期制御が実施される。
FIG. 11 shows an example of the temporal change of each parameter when the
時刻t4に内燃機関2の始動条件が成立すると、第2モータ・ジェネレータ4で反力を取りながら第1モータ・ジェネレータ3のモータ回転数を上昇させてエンジン回転数を上昇させる。時刻t5でエンジン回転数が所定回転数に達すると点火が行われて内燃機関2の始動が完了し、始動完了とともに第2モータ・ジェネレータ4のモータトルクを減少させて反力を低下させる。そして、時刻t5から第1モータ・ジェネレータ3及び第2モータ・ジェネレータ4の各モータトルクを制御しながら内燃機関2の動作点を移動させる。時刻t6で内燃機関2の動作点が目標となる動作点(例えば図7BのB点)に到達する。
When the start condition of the
第1の形態によれば、内燃機関2のPNに影響する機関温度及び要求トルクに基づいて内燃機関2の始動時の動作点変更量が決定されるので、機関温度の低温時に内燃機関2を始動する際にPNが限界を超えることを回避できる。しかも、自動変速機10の複数の変速段の中から、動作点の変更後に合成伝達効率ηが最良となる変速段が選択されるので効率の高い変速段を選択できる。これにより、内燃機関2の低温の始動時に非効率な変速段を選択することによる燃費悪化を抑制しつつPNが限界を超えることを回避できる。
According to the first embodiment, since the operating point change amount at the start of the
図8の制御ルーチンのステップS4ではエンジン水温及び要求トルクに基づいて動作点変更量を決定したが、内燃機関2の動作点を動作点変更量相当分だけ変更することによってPNの限界を超えない限りにおいて他の方法で動作点変更量を決定してもよい。
In step S4 of the control routine of FIG. 8, the operating point change amount is determined based on the engine water temperature and the required torque. However, by changing the operating point of the
例えば、図12に示すように、第2モータ・ジェネレータ4によるトルク補償可能量に基づいて動作点変更量を決定してもよい。PNは内燃機関2が高回転低トルク側に変更されるほど低減するため、PNを低減する観点からは動作点変更量をできるだけ大きく、つまり、より低トルク側に動作点を変更することが望ましい。しかしながら、エンジントルクが必要以上に低下すると要求トルクに対してエンジントルクが不足することが起こり得る(図7BのC点参照)。ただし、車両1はその不足分を第2モータ・ジェネレータ4のモータトルクで補償できるので、そのトルク補償可能量相当分だけエンジントルクが不足しても要求トルクを満足できる。これにより、要求トルクを満足させつつ可能な限りPNを低減することが可能となる。具体的なHVECU50の処理としては、まずトルク補償可能量をバッテリの蓄電率や温度等の諸条件から推定する。そして、トルク補償可能量が大きいほど大きな動作点変更量が得られるように、図12に示したマップに基づいて動作点変更量を決定する。なお、図12のマップには、実機試験やシミュレーション等を用いた適合によって各トルク補償可能量に対応する動作点変更量がエミッションの特定成分であるPNの限界を超えないように設定されている。したがって、図12のマップに基づいて動作点変更量を決定することによって、PNの限界を超えないように動作点変更量が決定される。
For example, as shown in FIG. 12, the operating point change amount may be determined based on the amount of torque compensation by the second motor / generator 4. Since the PN decreases as the
(第2の形態)
次に、図13〜図17を参照しながら本発明に第2の形態を説明する。第2の形態は制御内容を除き第1の形態と共通する。したがって、第2の形態に係る車両の構成等の物理的構成や制御系については図1〜図6が適宜参照される。
(Second form)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The second form is common to the first form except for the control content. Therefore, FIGS. 1 to 6 are appropriately referred to for the physical configuration such as the configuration of the vehicle according to the second embodiment and the control system.
第2の形態は、内燃機関2が未暖機の低温時において自動変速機10の変速段を内燃機関2の始動後に変更することに特徴がある。図13に示したように、内燃機関2の動作点が同一で、かつ出力軸23の回転数(車速)が同一であっても、自動変速機10の変速段が異なると第1モータ・ジェネレータ3のモータ回転数が状態a及び状態bに示すように相違する。状態aは状態bよりも第1モータ・ジェネレータ3のモータ回転数が高く電気パスが多いため、動力の伝達効率が低い。そのため、EV走行モードの実施中に内燃機関2を始動して状態xや状態yから状態aに移行して運転を継続すると、状態xや状態yから状態bに移行して運転を継続する場合よりも余分な燃料噴射が必要となり燃費が悪化する。そのため、第2の形態では内燃機関2の始動後に現在の変速段の運転を継続するよりも伝達効率の高い変速段に変更する。具体的には以下の図14の制御ルーチンをHVECU50が実行することにより本制御を実現する。
The second mode is characterized in that the gear position of the
図14の制御ルーチンのHVECU50に記憶されており適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップS21において、HVECU50は現在の走行モードがEV走行モードか否かを判定する。EV走行モードの場合はステップS22に進み、そうでない場合、すなわちハイブリッド走行モードの場合はステップS31に進み、HVECU50は内燃機関2の動作点が最適燃費線L(図15)上を移動するように内燃機関2を運転する。この場合の自動変速機10の変速段は同最適燃費線L上を運転するのに適した変速段が適宜選択される。
It is stored in the
ステップS22において、HVECU50は内燃機関2に対する始動要求の有無を判定する。始動要求は、EV走行モードの限界を超えて要求パワーが高まった場合やバッテリの蓄電率が低下してバッテリへの充電が必要になった場合等の諸条件が成立した場合に発生する。始動要求がある場合はステップS23に進み、そうでない場合はステップS30に進んでEV走行モードを継続し、自動変速機10の変速段としてEV走行モードに適した変速段が適宜選択される。
In step S <b> 22, the
ステップS23において、HVECU50は内燃機関2が上述した自然吸気リーン燃焼又は過給リーン燃焼のいずれかで運転されるリーン運転の実施中であり、かつ低温時か否かを判定する。低温時か否かの判定は、HVECU50が水温センサ65(図6)の信号を参照してエンジン冷却水の温度(エンジン水温)を内燃機関2の機関温度として取得し、エンジン水温が所定の低温判定値以下か否かにより実施される。なお、エンジンオイルの温度(エンジン油温)を機関温度として用いることもできる。リーン運転かつ低温時の場合はステップS24に進み、そうでない場合、例えばエンジン水温が低温判定値よりも高い常温時の場合はステップS29に進み、内燃機関2を始動してから自動変速機10の変速段として常温時に適した変速段を選択しつつ動作点が最適燃費線L上に位置するように内燃機関2を制御する(図15のA点参照)。
In step S23, the
ステップS24において、HVECU50は内燃機関2の低温時における目標動作点を算出する。この目標動作点はPNを限界まで低減できる動作点であり(図15のB点参照)、実機試験やシミュレーション等を用いた適合によってエンジン水温毎に目標動作点が設定された不図示のマップをHVECU50が参照することにより算出される。なお、当該マップでは動力分割機構5の操作とともに自動変速機10の変速段の変更を行うことによって実現できる動作点が設定されている。すなわち、目標動作点は動力分割機構5の操作だけでは実現できない。したがって、自動変速機10の変速段を変更せずに、その変速段が減速側なほど高回転側に動力分割機構5の限界まで動作点を変更しても、実際の動作点は目標動作点よりも低回転側になる(図15のC点参照)。
In step S24, the
ステップS25において、HVECU50は自動変速機10の現在の変速段を維持しながら燃料噴射及び点火を実行して内燃機関2を始動する。そして、ステップS26において、HVECU50は内燃機関2の動作点を、自動変速機10の変速段が減速側なほど高回転側に動力分割機構5の限界まで変更する。なお、差動機構である動力分割機構5の限界はピニオンPの限界回転数、第1モータ・ジェネレータ3の限界回転数、及び第2モータ・ジェネレータの限界回転数等の動力分割機構5及びこれに連結された各要素に関する諸条件によって決まる。
In step S <b> 25, the
ステップS27において、HVECU50は自動変速機10の現在の変速段を維持するよりも動力分割機構5及び自動変速機10の各伝達効率を合成した合成伝達効率η(図10参照)が向上する変速段が存在するか否かを判定し、当該変速段が存在する場合には自動変速機10の変速段を当該変速段に変更する。合成伝達効率ηが向上するか否かの判定は、第1の形態の図10に示した自動変速機10の変速段毎に定まる合成伝達効率ηを参照することにより実施される。ステップS28において、HVECU50はステップS24で算出した目標動作点まで内燃機関2の動作点を第1モータ・ジェネレータ3等の操作によって移行させる。
In step S27, the
図14の制御ルーチンにおいて、HVECU50は、ステップS26を実行することにより本発明に係る動作点変更手段として、ステップS27を実行することにより本発明に係る変速比変更手段として、それぞれ機能する。
In the control routine of FIG. 14, the
低温時に内燃機関2が始動される場合の各パラメータの時間的変化は図16にその一例として示されている。図16には内燃機関2の始動後に第2速から第1速に変更されたケースが例示されている。時刻t0に始動要求があり、時刻t1に内燃機関2の始動条件が成立すると、第2モータ・ジェネレータ4で反力を取りながら第1モータ・ジェネレータ3のモータ回転数を上昇させてエンジン回転数を上昇させる。時刻t2でエンジン回転数が所定回転数に達すると点火が行われて内燃機関2の始動が完了し、始動完了とともに第2モータ・ジェネレータ4のモータトルクを減少させて反力を低下させる。
FIG. 16 shows an example of the temporal change of each parameter when the
その後、時刻t3で動力分割機構5の限界となる動作点(例えば図15のC点)に達するとその動作点で内燃機関2の運転が時刻t7まで継続される。時刻t4で自動変速機10の変速操作が開始され、ブレーキB1が係合状態の第2速からブレーキB2が係合状態となってブレーキB1が解放状態となる第1速に切り替えられる。時刻t4で変速操作が開始してから完了するまでの時刻t4〜t6の間には時刻t5から第1モータ・ジェネレータ3のモータ回転数と第2モータ・ジェネレータ4のモータトルクとが制御されて同期制御が実施される。そして、時刻t7から内燃機関2の動作点の移動が開始され、動作点が時刻t8に目標動作点(例えば図15のB点)に到達して一連の制御が終了する。
Thereafter, when an operating point (for example, point C in FIG. 15) that becomes the limit of the
第2の形態によれば、自動変速機10の現在の変速段を維持しながら、その変速段が減速側なほど高回転側に内燃機関2の動作点を変更するので、機関温度が低温の始動時にPNを可能な限り減じることができる。しかも、内燃機関2の動作点変更後に現在の変速段を維持するよりも合成伝達効率が向上する変速段が存在する場合には内燃機関2の始動後にその変速段に変更されるため、内燃機関2の始動後に非効率な変速段が維持されることを回避できる。これにより、内燃機関2の低温の始動時にPNを低減しつつ非効率な変速段を維持することによる燃費悪化を抑制できる。
According to the second mode, the operating point of the
第2の形態では自動変速機10の変速段の変更後に内燃機関2の動作点を目標動作点まで移行させているが、動力分割機構5の限界まで動作点を変更し、その変更量に応じた以下の第1又は第2の変形例に係る制御を実施することもできる。
In the second embodiment, the operating point of the
(第1の変形例)
図15に示したように、HVECU50は内燃機関2の動作点を動力分割機構5の限界であるC点まで等パワーラインLp上を移行させ、その後、C点よりも低トルク低回転側のD点に移行させる。内燃機関2の動作点をD点に移行させると、要求パワーに対応するA点やC点よりも内燃機関2のパワーが低下するため、第2モータ・ジェネレータ4によるトルク補償が必要となる。したがって、D点への移行可能な条件としては、第2モータ・ジェネレータ4によるトルク補償が可能であることが条件となる。そのため、HVECU50は、上記した方法でトルク補償可能量を推定し、そのトルク補償可能量が十分な場合に目標動作点よりも低回転側の動作点に移行させる。これにより、動力分割機構5の限界まで動作点を移行させた状態で維持するよりも低トルク側で内燃機関2が運転されて燃料噴射量が低減する結果、PNを低減できる。
(First modification)
As shown in FIG. 15, the
(第2の変形例)
動力分割機構5の限界まで動作点を変更した変更後の動作点と、目標動作点との差分を動作点乖離量と定義し、HVECU50はその動作点乖離量が大きいほどポート噴射の割合を減らして筒内噴射の割合を増加させる。上述したように、内燃機関2はポート噴射用インジェクタ29と筒内噴射用インジェクタ30とを併用でき(図5)、ポート噴射と筒内噴射との割合を任意に制御できる。したがって、HVECU50は、図17に示した算出マップを参照して、特定した動作点乖離量に対応するポート噴射の割合を算出し、その算出結果に応じた配分で燃料噴射が行われるように内燃機関2を制御する。一般にポート噴射よりも筒内噴射のほうがPNを低減することに有利であり、かつ上記の動作点乖離量が大きいほど燃料噴射量が増加するので、本制御のように動作点乖離量が大きいほどポート噴射の割合を減らして筒内噴射の割合を増加させることによってPNを低減できる。
(Second modification)
The difference between the operating point after changing the operating point to the limit of the
本発明は上記形態に限定されずに種々の形態にて実施できる。上記形態では車両に搭載された内燃機関として過給機付きのリーンバーンエンジンが用いられているが、本発明の内燃機関始動制御装置はストイキ燃焼を実施する自然吸気エンジンが搭載されたハイブリッド車両に適用されてもよい。また、本発明は、変速機構の他に内燃機関の動作点を変更可能な差動機構を備える限りにおいて、図示の駆動装置の形態に適用範囲が限定されるものではない。例えば、単一のモータ・ジェネレータを搭載したハイブリッド車両に本発明を適用することもできる。また、上記形態では、変速機構として複数の変速段を選択可能な自動変速機を採用している。しかしながら、一定範囲で変速比を選択できるものであれば、上記形態の自動変速機のように一定範囲で選択し得る変速比が段階的に設定されるものだけでなく、選択し得る変速比が連続的に設定されるもの、例えば無段変速機を変速機構として採用して本発明を実施することもできる。 The present invention can be implemented in various forms without being limited to the above forms. In the above embodiment, a lean burn engine with a supercharger is used as the internal combustion engine mounted on the vehicle, but the internal combustion engine start control device of the present invention is applied to a hybrid vehicle mounted with a naturally aspirated engine that performs stoichiometric combustion. May be applied. Further, the scope of the present invention is not limited to the illustrated driving device as long as a differential mechanism capable of changing the operating point of the internal combustion engine is provided in addition to the speed change mechanism. For example, the present invention can also be applied to a hybrid vehicle equipped with a single motor / generator. Moreover, in the said form, the automatic transmission which can select a some gear stage as a transmission mechanism is employ | adopted. However, if the gear ratio can be selected within a certain range, not only the gear ratio that can be selected within the certain range is set in a stepwise manner as in the automatic transmission of the above embodiment, but also the gear ratio that can be selected. It is also possible to implement the present invention by adopting a continuously set transmission, for example, a continuously variable transmission as the transmission mechanism.
1 車両
2 内燃機関
5 動力分割機構(差動機構)
10 自動変速機(変速機構)
50 HVECU(動作点変更量決定手段、変速比変更手段、動作点変更手段)
1
10 Automatic transmission (transmission mechanism)
50 HVECU (operating point change amount determining means, transmission ratio changing means, operating point changing means)
Claims (2)
前記内燃機関の始動時における前記動作点の変更量を前記機関温度及び要求トルクに基づいて決定する動作点変更量決定手段と、
前記変速機構の前記変速比の中から、前記動作点の変更後に前記差動機構及び前記変速機構の各伝達効率を合成した合成伝達効率が最良となる変速比を選択し、その選択された変速比へ前記内燃機関の始動前に変更する変速比変更手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の内燃機関始動制御装置。 A hybrid vehicle comprising an internal combustion engine, a differential mechanism to which the internal combustion engine is coupled, and a speed change mechanism that is provided in a power transmission path from the differential mechanism to a drive wheel and that can select a speed ratio within a certain range. When the internal combustion engine is started, the operating point defined by the engine speed and the engine torque of the internal combustion engine is changed to a higher rotation side than the normal temperature when the engine temperature of the internal combustion engine is low. In the internal combustion engine start control device,
Operating point change amount determining means for determining the amount of change of the operating point when starting the internal combustion engine based on the engine temperature and the required torque;
From the transmission ratios of the transmission mechanism, a transmission ratio that combines the transmission efficiency of the differential mechanism and the transmission mechanism after the change of the operating point is selected and the combined transmission efficiency is the best, and the selected transmission ratio is selected. Gear ratio changing means for changing the ratio before starting the internal combustion engine;
An internal combustion engine start control device for a hybrid vehicle, comprising:
前記変速機構の現在の変速比を維持しながら前記内燃機関を始動する機関始動手段と、
前記内燃機関のエミッションの特定成分が低減するように、前記動作点を前記内燃機関の始動後に前記変速機構の前記変速比が減速側なほど高回転側に変更する動作点変更手段と、
前記動作点の変更後に前記変速機構の現在の変速比を維持するよりも前記差動機構及び前記変速機構の各伝達効率を合成した合成伝達効率が向上する変速比が存在する場合、当該変速比へ前記変速機構の変速比を変更する変速比変更手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両の内燃機関始動制御装置。 A hybrid vehicle comprising an internal combustion engine, a differential mechanism to which the internal combustion engine is coupled, and a speed change mechanism that is provided in a power transmission path from the differential mechanism to a drive wheel and that can select a speed ratio within a certain range. When the internal combustion engine is started, the operating point defined by the engine speed and the engine torque of the internal combustion engine is changed to a higher rotation side than the normal temperature when the engine temperature of the internal combustion engine is low. In the internal combustion engine start control device,
Engine starting means for starting the internal combustion engine while maintaining the current gear ratio of the transmission mechanism;
An operating point changing means for changing the operating point to a higher rotation side as the speed ratio of the transmission mechanism is reduced after the internal combustion engine is started so that a specific component of the emission of the internal combustion engine is reduced;
If there is a gear ratio that improves the combined transmission efficiency by combining the transmission efficiency of the differential mechanism and the transmission mechanism rather than maintaining the current transmission ratio of the transmission mechanism after the change of the operating point, the transmission ratio Gear ratio changing means for changing the gear ratio of the speed change mechanism;
An internal combustion engine start control device for a hybrid vehicle, comprising:
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