JP2017140971A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料の噴射が停止していると共にモータージェネレーターが回生発電している状態の走行中におけるバッテリーの充電量を増加して、燃費を向上するハイブリッド車両及びその制御方法を提供する。
【解決手段】制御装置８１が、エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーターが回生発電している状態の走行中に、吸気通路５５に配置されたコンプレッサー５８ｂの吸気バイパス路１３０の吸気バイパスバルブ１３１を開く制御、排気通路４１に配置されたタービン６３ｂの排気バイパス路１３２の排気バイパスバルブ１３３を開く制御、並びに、排気通路４１に配置されたタービン６３ａのウエストゲートバルブ１３５を開く制御のうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行う構成にした。
【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド車両及びその制御方法に関し、より詳細には、燃料の噴射が停止していると共にモータージェネレーターが回生発電している状態の走行中におけるバッテリーの充電量を増加して、燃費を向上するハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や減速時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば、特許文献１を参照）。

この慣性走行時や減速時には、エンジンにおける燃料の噴射を停止して、モータージェネレーターを回生発電している。しかし、このときに、エンジンにプロペラシャフトからの回転動力がクラッチを介して伝達されている場合は、エンジンフリクションによりその回転動力が低減する。その結果、プロペラシャフトから回転力を得て発電しているモータージェネレーターの回生発電による発電量が、このエンジンフリクションの損失分だけ減少し、バッテリーの充電量が低減するという問題があった。

特開２００２−２３８１０５号公報

本発明の目的は、燃料の噴射が停止していると共にモータージェネレーターが回生発電している走行中において、エンジンフリクションを低減することで、モータージェネレーターにより回生発電量を増加し、これにより、バッテリーの充電量を増加して、燃費を向上することができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供することである。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両において、前記エンジンが、このエンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブとのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を有しており、前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターが回生発電している状態の走行中に、前記吸気バイパスバルブを開く制御、前記排気バイパスバルブを開く制御、並びに、前記ウエストゲートバルブを開く制御のうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行うように構成されたことを特徴とするものである。

また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、走行中に、エンジンの燃料の噴射を停止すると共に、モータージェネレーターを回生発電するハイブリッド車両の制御方法において、前記エンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブを開くステップと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブを開くステップと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブで開くステップとのうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を含むことを特徴とする方法である。

このハイブリット車両およびその制御方法によれば、燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーターが回生発電している状態の走行中において、エンジンのポンプ損失を低減する制御のいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行うことにより、燃料の噴射が停止している走行中のエンジンフリクションを低減することができる。

これにより、エンジンの燃料の噴射が停止されると共に、モータージェネレーターが回生発電している状態の走行中の回生発電によって発電された電力を、ターボチャージャーが迂回されることで吸気通路又は排気通路における流通抵抗が減少されてエンジンフリクションが低減された状態で効率良くバッテリーに充電し、バッテリーの充電量を増加することができる。その結果として、燃料を消費したモータージェネレーターの回生発電の機会を低減できると共に、モータージェネレーターによるアシストやモータージェネレーターのみでの走行の機会を増加できるので、燃費を向上できる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。 図１のエンジンの単段過給時の状態を例示する構成図である。 図１のエンジンの多段過給時の状態を例示する構成図である。 本発明のハイブリッド車両の制御方法を例示するフロー図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。

このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。また、このＨＥＶは、複数のターボチャージャー５７ａ、５７ｂを備えている。

エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。このクランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続するクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を介してトランスミッション２０に伝達される。

ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、このモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２（例えば、４８Ｖなど）、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４例えば、１２Ｖなど）とを有している。

高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー３４には鉛バッテリーが用いられる。

モータージェネレーター３１は、回転軸３７に取り付けられた第１プーリー１５とエンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた第２プーリー１６との間に掛け回された無端状のベルト状部材１７を介して、エンジン１０との間で動力を伝達する。なお、第１プーリー１５、第２プーリー１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギアボックス等を用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限定されるものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０との間の伝達軸であってもよい。

このモータージェネレーター３１は、クランキングを行う機能も有している。

上述したハイブリッドシステム３０は制御装置８０によって制御される。具体的にはハイブリッドシステム３０は、制御装置８０に制御されることで、ＨＥＶの発進時や加速時には、高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。

図２及ぶ図３は、エンジン１０の構成の一部、より詳しくは複数のターボチャージャー５７ａ、５７ｂが配置された構成を例示している。以下、図２に示す単段過給と、図３に示す多段過給について、より詳しく説明する。なお、バルブにおいては、白抜きが開いた状態、塗り潰しが閉じた状態を表している。

このエンジン１０においては、複数のターボチャージャー５７ａ、５７ｂを備えている。第一ターボチャージャー５７ａは、吸気通路５５における上流側に配置された第一コンプレッサー５８ａと排気通路４１における下流側に配置された第一タービン６３ａとが連結されてなる。第二ターボチャージャー５７ｂは、吸気通路５５における下流側に配置された第二コンプレッサー５８ｂと排気通路４１における上流側に配置された第二タービン６３ｂとが連結されてなる。

また、このエンジン１０においては、第二コンプレッサー５８ｂをバイパス（迂回）する吸気バイパス路１３０と、この吸気バイパス路１３０を通過する吸入空気５６の流量を調節する吸気バイパスバルブ１３１と、第二タービン６３ｂをバイパス（迂回）する排気バイパス路１３２と、この排気バイパス路１３２を通過する排気ガス４５の流量を調節する排気バイパスバルブ１３３と、第一タービン６３ａに流入する排気ガス４５を分流するウエストゲート通路１３４と、第一タービン６３ａに流入する排気ガス４５の流量を調節するウエストゲートバルブ１３５と、を備えている。

吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３による単段過給と多段過給との切り替えとウエストゲートバルブ１３５の調節とは制御装置８１によって制御される。

制御装置８０、８１は、各種処理を行うＣＰＵ、その各種処理を行うために用いられるプログラムや処理結果を読み書き可能な内部記憶装置、および各種インターフェースなどから構成される。

制御装置８０は、ハイブリッドシステム３０を制御するコントローラであり、この実施形態では、モータージェネレーター３１の回生量を制御している。また、制御装置８１は、エンジン１０を制御するコントローラであり、この実施形態では、各バルブなどの開度を制御している。これらの制御装置８０、８１は、車両制御装置間のネットワーク（ＣＡＮ）により相互のデータを送受信している。

この制御装置８１は、信号線を介して吸気バイパスバルブ１３１、排気バイパスバルブ１３３、及びウエストゲートバルブ１３５に接続される。また、この制御装置８１は、信号線を介してアクセルペダル９５の操作量をアクセル開度として検出するアクセル開度センサ９６に接続される。

制御装置８０の実行プログラムとしては、前述したハイブリッドシステム３０の制御プログラムを例示できる。また、制御装置８１の実行プログラムとしては、吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３の過給切替制御プログラム、ウエストゲートバルブ１３５の流量調節制御プログラムを例示できる。

過給切替制御プログラムは、エンジン１０の運転状態、例えば、エンジン回転数及び燃料噴射量に基づいた目標過給圧に応じて開ループ制御（フィードフォワード制御）により吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３の開度を調節した後に、図示しないＭＡＰセンサなどで検出した実過給圧とその目標過給圧とを比較する閉ループ制御（フィードバック制御）によりそれらの開度を調節している。

流量調節制御プログラムも同様に、エンジン１０の運転状態に基づいた目標過給圧に応じて開ループ制御によりウエストゲートバルブ１３５の開度を調節した後に、実過給圧とその目標過給圧とを比較する閉ループ制御によりその開度を調節している。

具体的には、単段過給時では、吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３が全開に調節されて、第二ターボチャージャー５７ｂが迂回される。また、ウエストゲートバルブ１３５が全閉〜中間開度の間に調節されて、第一ターボチャージャー５７ａへ流入する排気ガス４５の流量が調節される。

図２に示すように、単段過給時では、吸入空気５６が、外部から吸気通路５５へ吸入されて、第一コンプレッサー５８ａにより圧縮されて高温になり、吸気バイパス路１３０を経由することで第二コンプレッサー５８ｂをバイパスした後に、インタークーラー５９で冷却されている。一方、排気通路４１へ排気された排気ガス４５の一部が、排気バイパス路１３２を経由することで第二タービン６３ｂをバイパスした後に、第一タービン６３ａを駆動させている。その残りは、ウエストゲート通路１３４を経由して、第一タービン６３ａをバイパスする。

これにより、排気ガス４５の流量が多い状態、例えば、ＨＥＶの発進時や加速時を除く走行中の過度の過給によるエンジン本体１１や第一ターボチャージャー５７ａ、第二ターボチャージャー５７ｂの損傷を回避している。

一方、多段過給時では、吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３が全閉〜中間開度の間に調節されると共に、ウエストゲートバルブ１３５が全閉に調節される。

図３に示すように、多段過給時では、吸入空気５６が、外部から吸気通路５５へ吸入されて、第一コンプレッサー５８ａ、第二コンプレッサー５８ｂの順に圧縮されて高温になり、インタークーラー５９で冷却されている。一方、排気通路４１へ排気された排気ガス
４５が、第二タービン６３ｂ、第一タービン６３ａを順に駆動させている。

これにより、目標過給圧が高い状態、例えば、ＨＥＶの発進時や加速時に複数のターボチャージャー５７ａ、５７ｂで過給して、実過給圧を高めている。

このようなＨＥＶにおいて、制御装置８１が、エンジン１０の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター３１が回生発電している状態の走行中に、吸気バイパスバルブ１３１を開く制御、排気バイパスバルブ１３３を開く制御、並びに、ウエストゲートバルブ１３５を開く制御を行うように構成される。

より具体的には、制御装置８０がエンジン１０の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター３１が回生発電している状態の走行中と判定した場合に、制御装置８１へ各バルブの開要求を送信し、その開要求を受信した制御装置８１が各バルブを開けるように制御するように構成される。

以下、このＨＥＶの制御方法を、図４のフロー図を参照しながら制御装置８０及び制御装置８１の機能として以下に説明する。なお、この制御方法は、ＨＥＶが走行中に行われるものする。

まず、ステップＳ１０では、制御装置８０が、条件が成立したか否かを判定する。この条件とは、ＨＥＶがエンジン１０の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター３１が回生発電している状態で走行していることである。

このステップＳ１０の条件が成立する状況としては、コースト走行時や減速時を例示できる。この条件についてより具体的に説明すると、この条件が成立する場合は、前述したような走行中に、運転者によるアクセルペダル９５の踏み込みが解除され、アクセル開度センサ９６の検出値であるアクセル開度がゼロになった状況である。

このように、アクセル開度がゼロになると、制御装置８１は、エンジン本体１１の図示しない燃料噴射インジェクターからの燃料の噴射を停止する制御を行う。また、制御装置８０は、その一方で、モータージェネレーター３１を回生発電する制御を行う。このモータージェネレーター３１の回生発電においては、降坂路の勾配、車重、走行距離などのパラメータに応じて、その回生量を調節する。

このステップＳ１０で、上記のような条件が成立したと判定すると次のステップへ進む。一方、このステップＳ１０で、上記のような条件が成立しないと判定すると、この制御方法は完了して、スタートへ戻る。

次いで、制御装置８０から制御装置８１へステップＳ２０〜ステップＳ４０の三つの制御を処理するように開要求が送信され、その開要求を受信した制御装置８１が、ステップＳ２０〜ステップＳ４０の三つの制御を並列処理する。このステップＳ２０〜ステップＳ４０は、順番に処理してもよいが、同時に並列処理することで、エンジンフリクションを低減するまでの時間を短縮できる。

ステップＳ２０では、制御装置８１が、吸気バイパスバルブ１３１を開く。このステップＳ２０では、吸気バイパスバルブ１３１を全開の開度にすることが望ましい。ステップＳ３０では、制御装置８１が、排気バイパスバルブ１３３を開く。このステップＳ３０では、排気バイパスバルブ１３３を全開の開度にすることが望ましい。

このように、吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３の両方を全開の
開度にすることで、第二ターボチャージャー５７ｂが迂回される状態になり、第二ターボチャージャー５７ｂによるポンプ損失を低減することができるので、エンジンフリクションの低減に有利になる。

ステップＳ４０では、制御装置８１が、ウエストゲートバルブ１３５を開く。このステップＳ４０では、ウエストゲートバルブ１３５を全開の開度にすることが望ましい。このように、ウエストゲートバルブ１３５を全開の開度にすることで、第一ターボチャージャー５７ａによるポンプ損失を低減することができるので、エンジンフリクションの低減に有利になる。

このステップＳ２０〜ステップＳ４０が完了すると、スタートへ戻り、条件が成立しなくなるまで、ステップＳ２０〜ステップＳ４０が行われる。

以上のような制御を行うようにしたことで、エンジン１０の燃料の噴射が停止していると共に、モータージェネレーター３１が回生発電している状態の走行中に、第一ターボチャージャー５７ａ及び第二ターボチャージャー５７ｂを迂回させて、エンジン１０のポンプ損失を低減することにより、燃料の噴射が停止している走行中におけるエンジンフリクションを低減することができる。

これにより、エンジン１０の燃料の噴射が停止している共に、モータージェネレーター３１が回生発電している状態の走行中の回生発電によって発電された電力を、エンジンフリクションが低減された状態で増加して効率良く高電圧バッテリー３２に充電し、高電圧バッテリー３２の充電量を増加することができる。その結果として、燃料を消費したモータージェネレーター３１の回生発電の機会を低減できると共に、モータージェネレーター３１によるアシストやモータージェネレーター３１のみでの走行の機会を増加できるので、燃費を向上できる。

この実施形態においては、複数のターボチャージャー５７ａ、５７ｂを備え、更に、吸気バイパスバルブ１３１と、排気バイパスバルブ１３３と、ウエストゲートバルブ１３５とを全て有したエンジン１０を例に説明した。しかし、本発明においては、それらの装置のうちのいずれかを有してエンジン１０を構成してもよい。また、それらの装置のうちのいずれか二つの組み合わせを有してエンジン１０を構成してもよい。

例えば、一つのターボチャージャー５７ａのみを備え、ウエストゲートバルブ１３５を有して構成されたエンジンや、複数のターボチャージャー５７ａ、５７ｂを備え、吸気バイパス路１３０及び吸気バイパスバルブ１３１を有しておらず、排気バイパス路１３２及び排気バイパスバルブ１３３を有して構成されたエンジンにも適用可能である。

また、この実施形態においては、制御装置８１が、吸気バイパスバルブ１３１を開く制御、排気バイパスバルブ１３３を開く制御、並びに、ウエストゲートバルブ１３５を開く制御の全ての制御を行う構成にした例を説明した。しかし、本発明においては、制御装置８１を、それらのうちの制御のうちのいずれかを行う構成にしてもよい。また、制御装置８１を、それらの制御のうちのいずれか二つの組み合わせを行う構成にしてもよい。

但し、エンジン１０が、複数のターボチャージャー５７ａ、５７ｂを備え、吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３を有している場合には、それらの吸気バイパスバルブ１３１及び排気バイパスバルブ１３３の両方を開く制御を行うことが望ましい。また、ウエストゲートバルブ１３５を有している場合には、ウエストゲートバルブ１３５を開く制御を行うことが望ましい。

特に、エンジン１０が、この実施形態のように、吸気バイパスバルブ１３１と、排気バイパスバルブ１３３と、ウエストゲートバルブ１３５とを全て有して構成され、制御装置８１が、吸気バイパスバルブ１３１を全開にする制御、排気バイパスバルブ１３３を全開にする制御、並びに、ウエストゲートバルブ１３５を全開にする制御の全てを行うように構成されることが最良の形態である。つまり、この実施形態のように、全ての制御を行うことで、エンジン１０のエンジンフリクションを最も効果的に低減することができるので、最も燃費の向上に有利になる。

なお、この実施形態では、ハイブリッドシステム３０を制御する制御装置８０と、エンジン１０を制御する制御装置８１との二つのコントローラにより制御を行う構成を例に説明したが、一つのコントローラで制御することも可能である。

１０ エンジン
３０ ハイブリッドシステム
３１ モータージェネレーター
５７ａ、５７ｂ ターボチャージャー
５８ａ、５８ｂ コンプレッサー
６３ａ、６３ｂ タービン
１３０ 吸気バイパス路
１３１ 吸気バイパスバルブ
１３２ 排気バイパス路
１３３ 排気バイパスバルブ
１３４ ウエストゲート通路
１３５ ウエストゲートバルブ
８０、８１ 制御装置

Claims (4)

1. 車両走行用の動力源であるエンジン及びモータージェネレーターと、制御装置と、を有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両において、
   前記エンジンが、このエンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブと、前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブとのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を有しており、
   前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターが回生発電している状態の走行中に、前記吸気バイパスバルブを開く制御、前記排気バイパスバルブを開く制御、並びに、前記ウエストゲートバルブを開く制御のうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を行うように構成されたことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記エンジンが、複数のターボチャージャーを有すると共に、それらの複数のターボチャージャーのうちの排気通路における下流側に配置された第一ターボチャージャーのみで過給する単段過給及びそれらの複数のターボチャージャーで過給する多段過給を切り替える前記吸気バイパスバルブと前記排気バイパスとを有しており、
   前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターが回生発電している状態の走行中に、前記吸気バイパスバルブと前記排気バイパスバルブとの両方を全開に開く制御を行うように構成された請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記エンジンが、前記ウエストゲートバルブを有しており、
   前記制御装置が、前記エンジンの燃料の噴射が停止していると共に、前記モータージェネレーターが回生発電している状態の走行中に、前記ウエストゲートバルブを全開に開く制御を行うように構成された請求項１又は２に記載のハイブリッド車両。
4. 走行中に、エンジンの燃料の噴射を停止すると共に、モータージェネレーターを回生発電するハイブリッド車両の制御方法において、
   前記エンジンの吸気通路に配置されたコンプレッサーをバイパスする吸気バイパス路を通過する吸気の流量を調節する吸気バイパスバルブを開くステップと、
   前記エンジンの排気通路に配置されたタービンをバイパスする排気バイパス路を通過する排気ガスの流量を調節する排気バイパスバルブを開くステップと、
   前記エンジンの排気通路に配置されたタービンへ流入する排気ガスの流量を調節するウエストゲートバルブで開くステップとのうちのいずれか一つ、あるいはいずれか二つの組み合わせ、あるいは全部を含むことを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。