JP2017128205A - ハイブリッド自動車 - Google Patents
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Abstract
【課題】高温の排気がエンジンの逆回転によって吸気側に流れるのを抑制する。【解決手段】エンジンが高負荷運転されたときにエンジン高負荷走行フラグFを値1に設定すると共に高負荷解除カウンタCを値0にクリアする(S130,S140)。エンジンの高負荷運転が終了してから高負荷解除カウンタCをカウントアップし(S150)、高負荷解除カウンタCが閾値Cref以上となるまでは両駆動モードを禁止する(S210)。これにより、ワンウェイクラッチの故障によりエンジンが高負荷運転された直後に両駆動モードによって走行したときに高温の排気がエンジンの逆回転によって吸気側に流れるのを抑制することができる。この結果、吸気側の部品に熱負荷がかかるのを抑制することができる。【選択図】図2
Description
本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンと第1モータと第2モータと遊星歯車機構とを備えるハイブリッド自動車に関する。
従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジン,第1モータ,第2モータが遊星歯車機構のキャリア,サンギヤ,リングギヤに接続されたハイブリッド自動車において、エンジンが正方向に回転するとフリーとなりエンジンが逆方向に回転しようとするとロックするワンウェイクラッチを備えるものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド自動車では、エンジンを停止した状態で逆回転をワンウェイクラッチで規制した状態として第1モータからのトルクと第2モータからのトルクとにより走行する両駆動走行を可能としている。
しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、エンジンを高負荷で運転した直後に両駆動走行するときに、ワンウェイクラッチに故障が生じていると、エンジンが逆回転し、高温の排気が吸気側に流れ、吸気側の部品に熱負荷をかける場合が生じ、場合によっては部品が破損してしまう。エンジンが逆回転する前にワンウェイクラッチの故障を検出し、故障を検出したときには両駆動走行を禁止することも考えられるが、エンジンが逆回転する前にワンウェイクラッチの故障を検出するのはいまのところ困難である。
本発明のハイブリッド自動車は、高温の排気がエンジンの逆回転によって吸気側流れるのを抑制することを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、
第1モータと、
第2モータと、
3つの回転要素に前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータおよび車軸に連結された駆動軸とが接続された遊星歯車機構と、
前記エンジンの正回転は許容するが逆回転を規制するワンウェイクラッチと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
前記エンジンからの動力と前記第1モータおよび前記第2モータからのトルクとにより走行するハイブリッド走行モードと、前記エンジンを運転停止した状態で前記第2モータからのトルクにより走行する単駆動モードと、前記エンジンを運転停止して逆回転を規制した状態で前記第1モータおよび前記第2モータからのトルクにより走行する両駆動モードと、を切り替えて走行するよう前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記エンジンが高負荷運転されたときには、前記エンジンの高負荷運転が終了してから所定期間が経過するまで前記両駆動モードによる走行を禁止する両駆動モード禁止手段、
を備えることを特徴とする。
エンジンと、
第1モータと、
第2モータと、
3つの回転要素に前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータおよび車軸に連結された駆動軸とが接続された遊星歯車機構と、
前記エンジンの正回転は許容するが逆回転を規制するワンウェイクラッチと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
前記エンジンからの動力と前記第1モータおよび前記第2モータからのトルクとにより走行するハイブリッド走行モードと、前記エンジンを運転停止した状態で前記第2モータからのトルクにより走行する単駆動モードと、前記エンジンを運転停止して逆回転を規制した状態で前記第1モータおよび前記第2モータからのトルクにより走行する両駆動モードと、を切り替えて走行するよう前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記エンジンが高負荷運転されたときには、前記エンジンの高負荷運転が終了してから所定期間が経過するまで前記両駆動モードによる走行を禁止する両駆動モード禁止手段、
を備えることを特徴とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンが高負荷運転されたときには、エンジンの高負荷運転が終了してから所定期間が経過するまでは、エンジンを運転停止して逆回転を規制した状態で第1モータおよび第2モータからのトルクにより走行する両駆動モードによる走行を禁止する。これにより、仮にワンウェイクラッチに故障が生じていたとしても、エンジンが高負荷運転された直後に両駆動モードにより走行することはない。この結果、高温の排気がエンジンの逆回転によって吸気側に流れるのを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図1に示すように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、ワンウェイクラッチC1と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、「HVECU」という)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。エンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、「エンジンECU」という)24によって運転制御されている。
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。
エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートから入力されている。各種センサからの信号の一部として、エンジン22のクランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ23からのクランク角θcrや、スロットルバルブのポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度THを挙げることができる。
エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号の一部として、スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動制御信号や、燃料噴射弁への駆動制御信号
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの駆動制御信号を挙げることができる。
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの駆動制御信号を挙げることができる。
エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このエンジンECU24は、HVECU70からの制御信号によってエンジン22を運転制御する。また、エンジンECU24は、必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。エンジンECU24は、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcrに基づいてエンジン22の回転数Neを演算している。
プラネタリギヤ30は、外歯歯車のサンギヤ31と、内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31およびリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34と、を有するシングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。サンギヤ31には、モータMG1の回転子が接続されている。リングギヤ32には、駆動輪39a,39bにデファレンシャルギヤ38およびギヤ機構37を介して連結された駆動軸36が接続されている。キャリア34には、ダンパ28を介してエンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
ワンウェイクラッチC1は、キャリア34と車体に固定されたケース21とに取り付けられている。ワンウェイクラッチC1は、ケース21に対してキャリア34のエンジン22の正回転方向への回転だけを許容している。
モータMG1は、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータMG1は、上述したように、回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、例えば同期発電電動機として構成されている。このモータMG2は、回転子が減速ギヤ35を介して駆動軸36に接続されている。インバータ41,42は、バッテリ50と共に電力ライン54に接続されている。電力ライン54には、平滑用のコンデンサ57が取り付けられている。モータMG1,MG2は、モータ用電子制御ユニット(以下、「モータECU」という)40によって、インバータ41,42の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。
モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号の一部として、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの回転位置θm1,θm2や、モータMG1,MG2の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流を挙げることができる。モータECU40からは、インバータ41,42の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。
モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このモータECU40は、HVECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御する。また、モータECU40は、必要に応じてモータMG1,MG2の駆動状態に関するデータをHVECU70に出力する。モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からのモータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2を演算している。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されている。このバッテリ50は、上述したように、インバータ41,42と共に電力ライン54に接続されている。このバッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、「バッテリECU」という)52によって管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号の一部として、バッテリ50の端子間に設置された電圧センサ51aからの電池電圧Vbや、バッテリ50の出力端子に取り付けられた電流センサ51bからの電池電流Ib(バッテリ50から放電するときが正の値),バッテリ50に取り付けられた温度センサ51cからの電池温度Tbなどを挙げることができる。
バッテリECU52は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このバッテリECU52は、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータをHVECU70に出力する。バッテリECU52は、電圧センサ51aからの電池電圧Vbと電流センサ51bからの電池電流Ibとの積として充放電電力Pbを演算している。また、バッテリECU52は、電流センサ51bからの電池電流Ibの積算値に基づいて蓄電割合SOCを演算している。蓄電割合SOCは、バッテリ50の全容量に対するバッテリ50から放電可能な電力の容量の割合である。
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROM,データを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。
HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号の一部として、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPを挙げることができる。また、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなども挙げることができる。
HVECU70は、上述したように、エンジンECU24,モータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。このHVECU70は、エンジンECU24,モータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20では、ハイブリッド走行モード(HV走行モード),電動走行モード(EV走行モード)により走行する。HV走行モードは、エンジン22とモータMG1とモータMG2とからの動力を用いて走行する走行モードである。EV走行モードは、エンジン22を運転停止すると共に少なくともモータMG1とモータMG2とからの動力を用いて走行する走行モードである。なお、EV走行モードでは、モータMG1からトルクを出力せずにモータMG2からのトルクだけにより走行する単駆動モードと、モータMG1からのトルクとモータMG2からのトルクとにより走行する両駆動モードとがある。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に、エンジン22を高負荷運転した後に両駆動モードによって走行するか否かを判定する際の動作について説明する。図2は、HVECU70により実行される両駆動モード許可禁止処理の一例を示すフローチャートである。両駆動モード許可禁止処理は、所定時間毎(例えば数msec毎や数十msec毎など)に繰り返し実行される。
両駆動モード許可禁止処理が実行されると、HVECU70は、まず、エンジン22への要求パワーPe*やアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,エンジン22の回転数Neなどの両駆動モードを許可したり禁止するのに必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。エンジン22への要求パワーPe*は、例えば、駆動制御において、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて設定される走行用パワーPdrv*とバッテリ50を充放電する充放電要求パワーPb*と損失との和として計算されたものを用いることができる。エンジン22の回転数Neは、クランクポジションセンサ23からのクランク角θcrに基づいて演算されたものをエンジンECU24から通信により入力することができる。
続いて、エンジン22が運転中であるか否かを判定すると共に(ステップS110)、要求パワーPe*が閾値Pref以上であるか又はアクセル開度Accが閾値Aref以上であるか否かを判定する(ステップS120)。ここで、エンジン22が運転中であるか否かの判定は、エンジン22の燃料噴射制御や点火制御を実行しているか否かにより行なうことができる。閾値Prefは、エンジン22が高負荷運転されると判断される範囲の下限のパワーとして予め定められるものである。また、閾値Arefは、エンジン22が高負荷運転される可能性が高いアクセル開度として予め設定されるものであり、例えば70%や80%などを用いることができる。
エンジン22が運転中であり、且つ、要求パワーPe*が閾値Pref以上であるか又はアクセル開度Accが閾値Aref以上であるときを考える。車両はエンジン22を高負荷運転して走行している状態となる。この場合、ステップS110およびステップS120ではいずれも肯定的判定がなされ、エンジン高負荷走行フラグFに値1を設定し(ステップS130)、高負荷解除カウンタCを値0にクリアし(ステップS140)、エンジン高負荷走行フラグFが値0であるか否かを判定する(ステップS180)。いま、エンジン高負荷走行フラグFに値1を設定した直後を考えているから、ステップS180では否定的判定がなされ、両駆動モードを禁止して(ステップS210)、両駆動モード許可禁止処理を終了する。エンジン22が高負荷運転されて走行している最中であるため、ハイブリッド走行モードで走行しており、両駆動モードが禁止されても何ら問題は生じない。
次に、エンジン高負荷走行フラグFに値1が設定された以降に、エンジン22の運転が停止されたり、エンジン22が運転中であっても要求パワーPe*が閾値Pref未満であり且つアクセル開度Accが閾値Aref未満であるときを考える。この場合、ステップS110かステップS120のいずれかで否定的判定がなされ、高負荷解除カウンタCを値1だけカウントアップし(ステップS150)、高負荷解除カウンタCが閾値Cref以上であるか否かを判定する(ステップS160)。ここで、閾値Crefは、エンジン22の高負荷運転が終了してからエンジン22の排気温度が通常温度程度になるのに要する時間に相当するものであり、本処理の繰り返し実行する時間間隔などにより定められるものである。高負荷解除カウンタCが閾値Cref未満のときには、エンジン22の排気温度はまだ高温であると判断し、エンジン高負荷走行フラグFを値0に設定することなく、ステップS180に進み、ステップS180で否定的判定がなされ、両駆動モードの禁止を保持して(ステップS210)、両駆動モード許可禁止処理を終了する。これにより、エンジン22が高負荷運転された直後に両駆動モードにより走行するのを回避することができる。この結果、ワンウェイクラッチC1の故障によりエンジン22が高負荷運転された直後に両駆動モードによって走行したときに高温の排気がエンジン22の逆回転によって吸気側流れるのを抑制することができる。
一方、高負荷解除カウンタCが閾値Cref以上のときには、エンジン22の排気温度は通常温度程度になったと判断し、エンジン高負荷走行フラグFを値0に設定し(ステップS170)、ステップS180に進む。ステップS180では、エンジン高負荷走行フラグFは値0であると判定され、エンジン22の回転数Neが閾値Nref未満であるか否かを判定する(ステップS190)。閾値Nrefは、両駆動モードによる走行を開始したときにモータMG1からのトルクによりプラネタリギヤ30などに歯打ち音が生じない程度のエンジン22の回転数として予め定められるものであり、例えば、200rpmや300rpmなどを用いることができる。エンジン22の回転数Neが閾値Nref以上のときには、両駆動モードによる走行を開始する際にプラネタリギヤ30などに歯打ち音が生じ得ると判断し、両駆動モードの禁止を保持して(ステップS210)、両駆動モード許可禁止処理を終了する。これにより、両駆動モードによる走行を開始する際にプラネタリギヤ30などに歯打ち音が生じるのを抑制することができる。エンジン22の回転数Neが閾値Nref未満のときには、両駆動モードによる走行を開始しても歯打ち音なども生じないと判断し、両駆動モードを許可して(ステップS200)、両駆動モード許可禁止処理を終了する。
なお、エンジン高負荷走行フラグFが値0に設定されている状態で、エンジン22の運転が停止されたり、エンジン22が運転中であっても要求パワーPe*が閾値Pref未満であり且つアクセル開度Accが閾値Aref未満であるときには、ステップS150〜S170を経由してステップS180で肯定的判定がなされ、ステップS190のエンジン22の回転数Neが閾値Nref未満であるか否かの判定により、両駆動モードが許可されたり禁止されたりして(ステップS200,S210)、両駆動モード許可禁止処理を終了する。即ち、エンジン22が高負荷運転されていないときには、両駆動モードによる走行を開始する際にプラネタリギヤ30などに歯打ち音が生じるか否かの判定により両駆動モードが許可されたり禁止されたりするのである。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22が高負荷運転されたときには、エンジン22の高負荷運転が終了してからカウントアップされる高負荷解除カウンタCが閾値Cref以上となるまでは両駆動モードが禁止される。このため、ワンウェイクラッチC1の故障によりエンジン22が高負荷運転された直後に両駆動モードによって走行したときに高温の排気がエンジン22の逆回転によって吸気側に流れるのを抑制することができる。この結果、吸気側の部品に熱負荷がかかるのを抑制することができる。もとより、エンジン22の回転数Neが閾値Nref未満のときにのみ両駆動モードを許可するから、両駆動モードによる走行を開始する際にプラネタリギヤ30などに歯打ち音が生じるのを抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、減速ギヤ35を備えるものとしたが、減速ギヤ35を備えず、モータMG2が駆動軸36に直接取り付けられているものとしてもよい。
実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「エンジン」に相当し、モータMG1が「第1モータ」に相当し、モータMG2が「第2モータ」に相当し、プラネタリギヤ30が「遊星歯車機構」に相当し、ワンウェイクラッチC1が「ワンウェイクラッチ」に相当し、バッテリ50が「バッテリ」に相当し、HVECU70とエンジンECU24とモータECU40とが「制御手段」に相当し、図2の両駆動モード許可禁止処理を実行するHVECU70が「両駆動モード禁止手段」に相当する。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、21 ケース、22 エンジン、23 クランクポジションセンサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 プラネタリギヤ、31 サンギヤ、32 リングギヤ、33 ピニオンギヤ、34 キャリヤ、35 減速ギア、36 駆動軸、37 ギヤ機構、38 デファレンシャルギヤ、39a,39b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51a 電圧センサ、51b 電流センサ、51c 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、57 コンデンサ、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、C1 ワンウェイクラッチ、MG1,MG2 モータ。
Claims (1)
- エンジンと、
第1モータと、
第2モータと、
3つの回転要素に前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータおよび車軸に連結された駆動軸とが接続された遊星歯車機構と、
前記エンジンの正回転は許容するが逆回転を規制するワンウェイクラッチと、
前記第1モータおよび前記第2モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
前記エンジンからの動力と前記第1モータおよび前記第2モータからのトルクとにより走行するハイブリッド走行モードと、前記エンジンを運転停止した状態で前記第2モータからのトルクにより走行する単駆動モードと、前記エンジンを運転停止して逆回転を規制した状態で前記第1モータおよび前記第2モータからのトルクにより走行する両駆動モードと、を切り替えて走行するよう前記エンジンと前記第1モータと前記第2モータとを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記エンジンが高負荷運転されたときには、前記エンジンの高負荷運転が終了してから所定期間が経過するまで前記両駆動モードによる走行を禁止する両駆動モード禁止手段、
を備えることを特徴とするハイブリッド自動車。
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