JP2018134929A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化触媒を有する内燃機関が設けられたハイブリッド車両において、触媒昇温運転を実施する際に内燃機関の燃費悪化を抑えながら気筒間のトルク差を低減又は解消できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の制御装置は、複数の気筒にて順次燃焼が行われる間にリッチ燃焼を行う気筒とリーン燃焼を行う気筒とが生じるように空燃比を制御して三元触媒１５の暖機を促進する触媒昇温運転を内燃機関３に実施させ、かつ触媒昇温運転中に、リッチ燃焼が行われるリッチ気筒からの出力トルクとリーン燃焼が行われるリーン気筒からの出力トルクとのトルク差が出力軸２０において解消されるように第２モータ・ジェネレータ５のトルクを制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気浄化触媒を有する内燃機関が設けられたハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置に関する。

内燃機関に搭載された排気浄化触媒の暖機を促進するため、理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼させるリッチ燃焼と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼させるリーン燃焼とを気筒毎に切り替えることにより、排気通路に導かれた未燃燃料と酸素とを排気浄化触媒に供給して酸化反応させ、その反応熱により排気浄化触媒の温度を昇温させる触媒昇温運転を行う技術が知られている。

こうした触媒昇温運転時において、リッチ燃焼とリーン燃焼とをそれぞれに適した点火時期で行うと、リッチ燃焼を行うリッチ気筒の出力トルクがリーン燃焼を行うリーン気筒の出力トルクよりも高くなるトルク差が生じる。そこで、リッチ気筒の点火時期を最適な点火時期よりも遅角させる点火遅角を実施することにより出力トルクを低下させ、リッチ気筒の出力トルクとリーン気筒の出力トルクとの間のトルク差を低減し、そのトルク差に起因する振動や騒音を抑制する制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−２３６０３３号公報

特許文献１のように、触媒昇温運転時にリッチ気筒の点火を遅角すると熱効率の低下によって燃費が悪化するおそれがある。

そこで、本発明は、排気浄化触媒を有する内燃機関が設けられたハイブリッド車両において、触媒昇温運転を実施する際に内燃機関の燃費悪化を抑えながら気筒間のトルク差を低減又は解消できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、内燃機関と、回転電機と、前記内燃機関及び前記回転電機の各トルクが伝達可能な伝達経路に設けられた出力軸とを備え、前記内燃機関が複数の気筒及び排気浄化触媒を有するハイブリッド車両に適用される制御装置において、前記複数の気筒にて順次燃焼が行われる間に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼させるリッチ燃焼が行われる気筒と前記理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼させるリーン燃焼が行われる気筒とが生じるように空燃比を制御して前記排気浄化触媒の暖機を促進する触媒昇温運転を前記内燃機関に実施させる昇温制御手段と、前記触媒昇温運転中に、前記リッチ燃焼が行われるリッチ気筒からの出力トルクと前記リーン燃焼が行われるリーン気筒からの出力トルクとのトルク差が前記出力軸において低減又は解消するように前記回転電機のトルクを制御する回転電機制御手段と、を備えるものである（請求項１）。

この制御装置によれば、触媒昇温運転中にリッチ気筒からの出力トルクとリーン気筒からの出力トルクとのトルク差が出力軸において低減又は解消するように回転電機が制御される。そして、このようなトルク差を低減又は解消するために点火遅角を行わなくてもよいから、点火遅角に伴う内燃機関の燃費悪化を抑えながら気筒間のトルク差を低減又は解消できる。なお、触媒昇温運転中にリッチ気筒について点火遅角を実施してエンジン軸トルク自体のトルク差を低減する制御を併用してもよい。この場合においても、回転電機による上記制御を実施せずにリッチ気筒の点火遅角だけを行う場合と比べてリッチ気筒に対する点火遅角量が少なくて済む。したがって、点火遅角を併用する場合でも、点火遅角だけを行う場合よりも内燃機関の燃費悪化を抑えることができる。

本発明の制御装置の一態様において、前記トルク差を前記出力軸において低減又は解消するために前記回転電機に出力させるべき補償トルクを算出する補償トルク算出手段と、前記出力軸の回転速度を検出する検出手段と、前記触媒昇温運転中に、前記検出手段が検出した前記出力軸の回転速度の変動と所定基準との偏差が低減又は解消するように前記補償トルクをフィードバック補正する補正手段と、を更に備えてもよい（請求項２）。出力軸の回転速度の変動と出力軸のトルク変動とは相関する。この態様によれば、触媒昇温運転中に、何らかの原因で出力軸においてトルク差を上手く低減又は解消できなくても、出力軸の回転速度の変動と所定基準との偏差が低減又は解消されるように補償トルクが補正される。これにより、触媒昇温運転が進行するに従ってトルク差を上手く解消できるように改善されるので制御の信頼性が向上する。

本発明の制御装置の一態様において、前記回転電機として、前記内燃機関に駆動される発電機及び前記出力軸にトルクを伝達可能な電動機の少なくともいずれか一方が設けられており、前記回転電機制御手段は、前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記回転電機として設けられた前記発電機及び前記電動機の少なくともいずれか一方のトルクを制御してもよい（請求項３）。この態様によれば、回転電機として設けられた発電機及び電動機の少なくともいずれか一方のトルクを制御することにより、出力軸においてトルク差を低減又は解消できる。発電機及び電動機の両者が設けられている場合、いずれか一方でトルク差を低減又は解消してもよいし、これらの両者で分担してトルク差を低減又は解消することも可能である。

上記態様において、前記回転電機制御手段は、前記触媒昇温運転中に前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記リッチ気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを減少させてもよい（請求項４）。この場合は、トルク差を低減又は解消すための操作をリッチ気筒の燃焼に同期させるだけでよいので制御が簡単になる。

また、前記回転電機制御手段は、前記触媒昇温運転中に前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記リッチ気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを減少させ、かつ前記リーン気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを増加させてもよい（請求項５）。この場合は、触媒昇温運転中に電動機の電力消費が一方的に増えることなく増減するため、電動機の電源として設けられたバッテリ等の蓄電装置の残量変化を低減できる。

さらに、前記回転電機制御手段は、前記触媒昇温運転中に前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記リーン気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを増加させてもよい（請求項６）。この場合は、触媒昇温運転時においてリーン気筒の出力トルクよりも大きいリッチ気筒の出力トルクに合わせてトルク差が低減又は解消されるため、触媒昇温運転時のドライバビリティの低下を抑制できる利点がある。

以上説明したように、本発明の制御装置によれば、触媒昇温運転中にリッチ気筒からの出力トルクとリーン気筒からの出力トルクとのトルク差が出力軸において低減又は解消するように回転電機が制御される。これにより、リッチ気筒に対する点火遅角が不要又はその遅角量を低減できるので内燃機関の燃費悪化を抑えつつトルク差を低減又は解消することができる。

本発明の一形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を示した図。 第１の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 空燃比とエンジン軸トルクとの関係を示した図。 第１の形態に係る補償トルクの算出についての説明図。 第１の形態に係る制御結果の一例を示したタイムチャート。 第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第２の形態に係る補償トルクの算出についての説明図。 第２の形態に係る制御結果の一例を示したタイムチャート。 第３の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第１の形態の変形例を示したタイムチャート。 第１の形態の他の変形例を示したタイムチャート。

（第１の形態）
図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関３と、２つの第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５とを備えている。内燃機関３は３つの気筒１０を備えた直列３気筒型の内燃機関である。内燃機関３はクランク角で２４０°の等間隔燃焼を実現する。内燃機関３の燃焼順序の一例として、気筒番号＃１、＃２、＃３を図１の左から順番に各気筒１０に対して付与した場合、＃１→＃２→＃３→＃１…に設定されている。

各気筒１０には吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ接続されている。吸気通路１１には、空気濾過用のエアクリーナ１３、及び空気流量を調整可能なスロットルバルブ１４がそれぞれ設けられている。排気通路１２には、排気中の有害成分を浄化する排気浄化触媒としての三元触媒１５が設けられている。三元触媒１５にはその温度（床温）を検出するための温度センサ１６が設けられている。内燃機関３の各気筒１０には吸気通路１１を介して燃料混合気が吸入され、各気筒１０に吸入された燃料混合気は点火プラグ１７にて点火されて燃焼する。各気筒１０での燃焼によりクランク軸７から出力トルクが出力される。内燃機関３の通常運転時には燃料混合気の空燃比は理論空燃比に設定される。なお、三元触媒１５の暖機を促進するために燃料混合気の空燃比を変化させる触媒昇温運転に関しては後述する。

内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構６に連結されている。動力分割機構６の出力は出力軸２０に伝達される。出力軸２０は、内燃機関３、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５の各トルクが伝達可能な伝達経路に設けられている。出力軸２０には一体回転する出力ギア２１が設けられている。出力ギア２１と第２モータ・ジェネレータ５のモータギア２２とが噛み合うことにより、出力軸２０には第２モータ・ジェネレータ５のトルクが伝達される。また、出力軸２０の出力トルクは減速装置２３及びディファレンシャル機構２４を介して左右の駆動輪２５に伝達される。減速装置２３は、同軸上に設けられて一体回転するドリブンギア２６及びドライブギア２７を有しており、ドリブンギア２６は出力ギア２１に、ドライブギア２７はディファレンシャル機構２４のリングギア２８に、それぞれ噛み合っている。これにより、出力軸２０のトルクは、その回転速度が減速装置２３にて減速されつつディファレンシャル機構２４に伝達される。

第１モータ・ジェネレータ４は、不図示のケースに固定されたステータ４ａと、ステータ４ａと同軸上に配置されたロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は、動力分割機構６にて分割された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として主に機能する。なお、第１モータ・ジェネレータ４は内燃機関３の始動時等に交流電力にて駆動される電動機としても機能する。一方、第２モータ・ジェネレータ５は上記ケースに固定されたステータ５ａと、ステータ５ａと同軸上に配置されたロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５はモータ用制御装置２９を介して例えばニッケル水素バッテリとして構成されたＨＶバッテリ３０に電気的に接続される。モータ用制御装置２９は不図示のインバータ及びコンバータを内蔵していて各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してＨＶバッテリ３０に蓄電するとともにバッテリ３０の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給できる。本形態においては、第２モータ・ジェネレータ５が本発明に係る回転電機及び電動機に相当する。

動力分割機構６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、サンギアＳと、リングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰと、ピニオンＰを自転及び公転可能な状態で保持するプラネタリキャリアＣとを有している。サンギアＳは第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ｂに連結され、リングギアＲは一体回転するように出力軸２０に連結され、プラネタリキャリアＣは内燃機関３のクランク軸７に連結される。なお、クランク軸７とプラネタリキャリアＣとの間にはダンパ８が介在し、そのダンパ８は内燃機関３のトルク変動を吸収する。

車両１の制御は電子制御装置（ＥＣＵ）４０にて制御される。ＥＣＵ４０には、例えば、上述した温度センサ１６の出力信号の他にも、車両１に設けられたアクセルペダル３２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３４の出力信号、内燃機関３の回転数（回転速度）に応じた信号を出力するクランク角センサ３５の出力信号、及び出力軸２０の回転速度に応じた信号を出力する検出手段の一例としてのレゾルバ３６の出力信号等が入力される。ＥＣＵ４０は、これらのセンサからの信号に基づいて車両１の状態を取得し、内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、５に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ４０は、アクセル開度センサ３４の信号や現在の車速に基づい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３の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、内燃機関３だけではトルクが不足する場合は、内燃機関３とともに第２モータ・ジェネレータ５を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。ハイブリッドモード時には第２モータ・ジェネレータ５は力行され、その出力にて車両１の駆動をアシストする。また、車両１の減速時には駆動輪２５から入力された動力を受けて第２モータ・ジェネレータ５が発電し、その発電電力をＨＶバッテリ３０に蓄電する回生モードが選択される場合がある。

ＥＣＵ４０は、三元触媒１５の暖機を促進する必要がある場合、例えば三元触媒１５の温度が活性化温度未満の未暖機の場合等において、三元触媒１５の暖機を促進する触媒昇温運転を内燃機関３に実施させる。これにより、ＥＣＵ４０は本発明に係る昇温制御手段の一例として機能する。触媒昇温運転は、各気筒１０が順次燃焼する間に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼させるリッチ燃焼を行う気筒１０（以下、リッチ気筒という場合がある。）と、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼させるリーン燃焼を行う気筒１０（以下、リーン気筒という場合がある）とが生じるように、空燃比を制御する運転である。例えば、触媒昇温運転は、＃１の気筒１０でリッチ燃焼を行い、＃２の気筒１０でリーン燃焼を行い、＃３の気筒１０でリーン燃焼を行い、＃１の気筒１０でリッチ燃焼を行う…などの特定パターンの燃焼を燃焼順序に従って繰り返す。触媒昇温運転中には、リッチ燃焼とリーン燃焼とが混在することになり、少なくとも一回リッチ燃焼とリーン燃焼とが切り替わることになる。リッチ燃焼が行われる気筒１０では燃料過剰となるので未燃燃料が発生して、その未燃燃料は排気通路１２に導かれて三元触媒１５に供給される。そして、このリッチ燃焼に続くリーン燃焼が行われる気筒１０では空気過剰となるので未反応の酸素が排気通路１２に導かれて三元触媒１５に供給される。これにより、三元触媒１５において未燃燃料と酸素とが酸化反応し、その反応熱により三元触媒１５の温度が昇温する。本形態では、触媒昇温運転において、リッチ気筒が＃１の気筒１０に、リーン気筒が＃２の気筒１０及び＃３の気筒１０にそれぞれ固定されている。もっとも、各気筒１０においてリッチ燃焼またはリーン燃焼が適宜に切り替わるように、例えば、触媒昇温運転の進行とともに＃１の気筒１０がリッチ気筒からリーン気筒に、＃２の気筒１０がリーン気筒からリッチ気筒に、＃３の気筒１０がリッチ気筒からリーン気筒にそれぞれ入れ替わるようにして触媒昇温運転が実施される形態に変更することもできる。

リッチ燃焼は燃焼エネルギーがリーン燃焼と比べて大きいので、リッチ気筒からの出力トルクはリーン気筒からの出力トルクよりも大きくなる。したがって、これらの気筒１０間で出力トルクのトルク差が生じる。そのトルク差に起因して出力軸２０のトルク変動が通常運転時よりも増大し、車両１の振動や騒音が悪化する場合がある。そこで、ＥＣＵ４０は、触媒昇温運転中にリッチ気筒の出力トルクとリーン気筒の出力トルクとのトルク差が出力軸２０において解消するように第２モータ・ジェネレータ５を制御する。これにより、ＥＣＵ４０は本発明に係る回転電機制御手段の一例として機能する。なお、本形態ではトルク差が出力軸２０において解消することを目標として制御するが、オーバーシュート等を考慮して、例えばトルク差が９０％低減するように第２モータ・ジェネレータ５のトルクを制御する形態に変更することもできる。

ＥＣＵ４０は触媒昇温運転時に行う制御の一例として図２の制御ルーチンを実行する。図２の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に保持されており、ＥＣＵ４０にて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、ＥＣＵ４０は触媒昇温運転要求の有無を判定する。この触媒昇温運転要求の有無は、図２の制御ルーチンと並行してＥＣＵ４０にて実行される不図示の制御ルーチンの処理結果をＥＣＵ４０が参照することにより判定される。なお、図２と並行して実行される制御ルーチンでは、例えば、ＥＣＵ４０が三元触媒１５に設けられた温度センサ１６の信号を参照して三元触媒１５の温度を取得し、その温度が三元触媒１５の活性温度範囲の下限値に相当する閾値よりも低い場合に触媒昇温運転要求が生成される。ステップＳ１において、触媒昇温運転要求がある場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ４０は車両１に対する要求負荷及び理論空燃比に基づいて基礎燃料噴射量を算出し、触媒昇温運転を実現するための各気筒１０における燃料噴射量の目標補正量を算出する。触媒昇温運転時において、リッチ気筒に対しては燃料噴射量の増量補正量が目標補正量となり、リーン気筒に対しては燃料噴射量の減量補正量が目標補正量となる。こうした燃料噴射量の補正によって、例えば、リッチ燃焼時の燃料噴射量は通常運転時の基礎燃料噴射量に対して２０％増量補正され、リーン燃焼時の燃料噴射量は通常運転時の基礎燃料噴射量に対して１０％減量補正される。燃料噴射量の補正の程度つまりリッチ燃焼時及びリーン燃焼時の各空燃比は適宜に定めてよい。

ステップＳ３において、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２で計算した各補正量を基礎燃料噴射量に加算してリッチ気筒及びリーン気筒のそれぞれに対する燃料噴射量を計算し、それらの燃料噴射量によってリッチ気筒により発生し得る出力トルクとリーン気筒により発生し得る出力トルクとのトルク差ΔＴｅを計算する。例えば、図３に示すように、触媒昇温運転時に各気筒１０から発生する出力トルクの平均値を平均トルクＴｅａｖｅとした場合、リッチ気筒から発生し得る出力トルクＴｅａは平均トルクＴｅａｖｅよりも大きく、リーン気筒から発生し得る出力トルクＴｅｂは平均トルクＴｅａｖｅよりも小さくなる。これらの出力トルクＴｅａ、Ｔｅｂの差分がトルク差ΔＴｅに相当する。トルク差ΔＴｅの計算は、例えば、実機試験やシミュレーション等により作成されてリッチ気筒の燃料噴射量とリーン気筒の燃料噴射量とを変数としてトルク差ΔＴｅを与えるデータ構造を持つ算出マップ（不図示）をＥＣＵ４０が検索することにより実現してよい。

図２に戻り、ステップＳ４において、ＥＣＵ４０はステップＳ３で算出したトルク差ΔＴｅを出力軸２０において解消するために必要となる第２モータ・ジェネレータ５のトルクである補償トルクΔＴｍを算出する。ＥＣＵ４０はステップＳ４を実行することにより本発明に係る補償トルク算出手段の一例として機能する。

補償トルクΔＴｍの算出について図４を参照しながら説明する。図４は車両１のパワートレインの共線図を示している。同図において、「ＥＮＧ」は内燃機関３を、「ＭＧ１」は第１モータ・ジェネレータ４を、「ＭＧ２」は第２モータ・ジェネレータ５を、「ＯＵＴ」は出力軸２０をそれぞれ意味する（図７において同じ）。内燃機関３から出力されるエンジン軸トルクＴｅ（出力トルクと同義）は、上述したトルク差ΔＴｅ及びリーン気筒の出力トルクＴｅｂによって次式１で表される。

Ｔｅ＝Ｔｅｂ＋ΔＴｅ ……１

動力分割機構６のギア比をρとすると、内燃機関３から動力分割機構６のサンギアＳに伝達されるトルクＴｅｓは次式２で、リングギアＲ、すなわち出力軸２０に伝達されるトルクＴｅｒは次式３でそれぞれ表される。式２、３において、Ｄ（ζ，θ）はダンパ８の減衰率ζ及び位相遅れθを変数とした関数である。

Ｔｅｓ＝Ｔｅ×Ｄ（ζ，θ）×ρ／（１＋ρ） ……２
Ｔｅｒ＝Ｔｅ×Ｄ（ζ，θ）×１／（１＋ρ）
＝（Ｔｅｂ＋ΔＴｅ）×Ｄ（ζ，θ）／（１＋ρ） ……３

第１モータ・ジェネレータ４の指令トルクＴｇ′は、内燃機関３が出力する平均トルクＴｅａｖｅのうちサンギアＳに伝達されるトルクの反力トルクＴｇに相当するので次式４で表される。

Ｔｇ′＝Ｔｇ＝Ｔｅａｖｅ×ρ／（１＋ρ） ……４

第２モータ・ジェネレータ５に実際に出力させるべき指令トルクＴｍ′は車両１に対する要求パワー等に応じて決まる基礎トルクＴｍに対して補償トルクΔＴｍが加えられたトルクとなり次式５で表される。補償トルクΔＴｍが０であれば、指令トルクＴｍ′は基礎トルクＴｍと等しい。また、第２モータ・ジェネレータ５から出力軸２０に至る減速比をＧｒｍとすると、出力軸２０には次式６で表されるトルクＴｍｒが伝達される。

Ｔｍ′＝Ｔｍ＋ΔＴｍ ……５
Ｔｍｒ＝（Ｔｍ＋ΔＴｍ）×Ｇｒｍ ……６

出力軸２０には、内燃機関３から出力軸２０に伝達されるトルクＴｅｒと第２モータ・ジェネレータ５から出力軸２０に伝達されるトルクＴｍｒとがそれぞれ伝達される。したがって、出力軸２０のトルクＴｏはトルクＴｅｒとトルクＴｍｒとの合計に相当し、次式７で表される。

Ｔｏ＝（Ｔｅｂ＋ΔＴｅ）×Ｄ（ζ，θ）／（１＋ρ）＋（Ｔｍ＋ΔＴｍ）×Ｇｒｍ
……７

出力軸２０において、リッチ気筒とリーン気筒とのトルク差を解消するためには、出力軸２０のトルクＴｏのうち、このトルク差に起因する変動成分がなくなるように補償トルクΔＴｍを計算する。すなわち、式７のトルク差ΔＴｅ及び補償トルクΔＴｍについて、次式８が成立すればよい。

ΔＴｅ×Ｄ（ζ，θ）／（１＋ρ）＋ΔＴｍ×Ｇｒｍ＝０ ……８

式８をΔＴｍについて解くと次式９となる。

ΔＴｍ＝−１／（１＋ρ）×１／Ｇｒｍ×ΔＴｅ×Ｄ（ζ，θ） ……９

図２に戻り、ＥＣＵ４０は、ステップＳ４で補償トルクΔＴｍが算出される度に式５に基づいて第２モータ・ジェネレータ５の指令トルクＴｍ′を計算し、内燃機関３のクランク角に対応付けられた指令トルクＴｍ′を内燃機関３の現在のクランク角と同期するように与えることにより第２モータ・ジェネレータ５を制御する。これにより、触媒昇温運転中にリッチ気筒の出力トルクとリーン気筒の出力トルクとのトルク差が出力軸２０において解消される。

図５はＥＣＵ４０が実施した上記制御の制御結果の一例を模式的に示している。この例の触媒昇温運転は、リッチ燃焼、リーン燃焼、リーン燃焼、リッチ燃焼…のパターンで実施されていて、図５にはその一部が示されている。内燃機関３のエンジン軸トルクは各気筒１０の燃焼順序に従ったピークを持つ波形となる。リッチ燃焼とリーン燃焼と間に生じるトルク差ΔＴｅは、本形態ではリッチ燃焼時にリーン燃焼との差分として計算されるのでリッチ燃焼時にピークを持つ波形となる。

上述したように、第２モータ・ジェネレータ５の補償トルクΔＴｍはトルク差ΔＴｅの変化に合わせて計算される。したがって、第２モータ・ジェネレータ５の指令トルクＴｍ′は、ダンパ８の影響が考慮されてトルク差ΔＴｅの波形に若干遅れたタイミングで立ち上がる。なお第１モータ・ジェネレータ４の指令トルクＴｇ′はこの例では一定である。

これにより、出力軸２０のトルクは、リッチ気筒からの出力トルクとリーン気筒からの出力トルクとのトルク差ΔＴｅが出力軸２０において解消されているため破線で示した比較例と比べて変動が抑えられている。したがって、このトルク差に起因する振動や騒音を抑制できる。また、上述したように本形態ではリッチ燃焼及びリーン燃焼のそれぞれに適した点火時期でこれらの燃焼が実施され、リッチ燃焼時に点火遅角を行わないので内燃機関３の燃費悪化を回避できる。

（第２の形態）
次に、本発明の第２の形態を図６〜図８を参照しながら説明する。第２の形態は制御内容を除いて第１の形態と同じであるので第１の形態との共通部分の説明を省略し、第１の形態の説明及び図面等が適宜に参照される。第２の形態はリッチ気筒からの出力トルクとリーン気筒からの出力トルクとのトルク差を第１モータ・ジェネレータ４によって出力軸２０において解消するものである。本形態においては、第１モータ・ジェネレータ４が本発明に係る回転電機及び発電機に相当する。

一例として、ＥＣＵ４０は図６の制御ルーチンを実施する。図６の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に保持されており所定間隔で繰り返し実行される。図６のステップＳ２１からステップＳ２３までの処理は図２のステップＳ１からステップＳ３までの処理と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ２４において、ＥＣＵ４０はステップＳ２３で算出したトルク差ΔＴｅを出力軸２０において解消するために必要となる第１モータ・ジェネレータ４のトルクである補償トルクΔＴｇを算出する。ＥＣＵ４０はステップＳ２４を実行することにより本発明に係る補償トルク算出手段の一例として機能する。

補償トルクΔＴｇの算出について図７の共線図を参照しながら説明する。本形態においては、内燃機関３から動力分割機構６のサンギアＳに伝達されるトルクＴｅｓは上記の式２で表されるが、第１モータ・ジェネレータ４のトルクによって上記トルク差を出力軸２０において解消するものであるため、出力軸２０に伝達されるトルクＴｅｒは次式１０で表される。

Ｔｅｒ＝Ｔｅｂ×Ｄ（ζ，θ）×１／（１＋ρ） ……１０

第１モータ・ジェネレータ４の指令トルクＴｇ′は、内燃機関３が出力する平均トルクＴｅａｖｅのうちサンギアＳに伝達されるトルクの反力トルクＴｇに対して補償トルクＴｇが加えられたトルクとなり次式１１で表される。

Ｔｇ′＝−Ｔｅａｖｅ×ρ／（１＋ρ）＋ΔＴｇ ……１１

第２モータ・ジェネレータ５の指令トルクＴｍ′は車両１に対する要求パワー等に応じて決まる基礎トルクＴｍと等しく次式１２で表され、出力軸２０には次式１３で表されるトルクＴｍｒが伝達される。

Ｔｍ′＝Ｔｍ ……１２
Ｔｍｒ＝Ｔｍ×Ｇｒｍ ……１３

ここで、式１１の補償トルクΔＴｇを算出する。内燃機関３、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５のそれぞれについての角運動方程式は、次式１４〜６となる。ただし、Ｉｅは内燃機関３の慣性モーメント、Ｉｇは第１モータ・ジェネレータ４の慣性モーメント、Ｉｍは第２モータ・ジェネレータ５の慣性モーメント、αｅは内燃機関３の角加速度、αｇは第１モータ・ジェネレータ４の角加速度、αｍは第２モータ・ジェネレータ５の角加速度、Ｔｅは内燃機関３のトルク、Ｔｇは第１モータ・ジェネレータ４のトルク、Ｔｍは第２モータ・ジェネレータ５のトルクである。

Ｉｅ・αｅ＝Ｔｅ−Ｔｘ ……１４
Ｉｇ・αｇ＝Ｔｇ＋ρ／（１＋ρ）・Ｔｘ ……１５
Ｉｍ・αｍ＝Ｔｍ＋１／（１＋ρ）・Ｔｘ−Ｔρ ……１６

また、各角速度αｅ、αｇ、αｍには、動力分割機構６の回転要素の角加速度であることから、次式１７が成立する。

αｅ＝１／（１＋ρ）・αｇ＋ρ／（１＋ρ）・αｍ ……１７

式１４及び式１５を式１７に代入して整理する。そして、第２モータ・ジェネレータ５のある時刻ｔ１の角加速度、すなわちリングギアＲの時刻ｔ１の角加速度をαｍとし、時刻ｔ１からΔｔ後のリングギアＲの角加速度をαｍ′とする。また、時刻ｔ１＋Δｔにおける、各トルクを、Ｔｅ＋ΔＴｅ、Ｔｇ＋ΔＴｇ、Ｔｍ＋ΔＴｍ、Ｔｘ＋ΔＴｘ、Ｔρ＋ΔＴρとする。トルク差ΔＴｅに起因するトルクの変動成分が出力軸２０において解消するためには、αｍ＝αｍ′となる必要がある。また、ΔＴｍ＝ΔＴρ≒０である。以上によって式１８が得られる。

（１＋ρ）・ΔＴｅ−ρ・（Ｉｅ／Ｉｇ）・ΔＴｇ＝０ ……１８

式１８を補償トルクΔＴｇについて整理すると、補償トルクΔＴｇは次式１９で表される。

ΔＴｇ＝（１＋ρ）／ρ・（Ｉｇ／Ｉｅ）・ΔＴｅ ……１９

図６に戻り、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２４で補償トルクΔＴｇが算出される度に式１０に基づいて第１モータ・ジェネレータ１の指令トルクＴｇ′を計算し、内燃機関３のクランク角に対応付けられた指令トルクＴｇ′を内燃機関３の現在のクランク角と同期するように与えることにより第１モータ・ジェネレータ４を制御する。これにより、触媒昇温運転中にリッチ気筒の出力トルクとリーン気筒の出力トルクとのトルク差が出力軸２０において解消される。

図８はＥＣＵ４０が実施した上記制御の制御結果の一例を模式的に示している。この例の触媒昇温運転は第１の形態と同パターンで運転され、内燃機関３のエンジン軸トルク及びトルク差ΔＴの各波形も第１の形態と同じである。

上述したように、第１モータ・ジェネレータ４の補償トルクΔＴｇはトルク差ΔＴｅの変化に合わせて計算されるので、第１モータ・ジェネレータ４の指令トルクＴｇ′は、ダンパ８の影響が考慮されてトルク差ΔＴｅの波形に若干遅れたタイミングで立ち上がる。なお、第２モータ・ジェネレータ５の指令トルクＴｍ′はこの例では一定である。

これにより、出力軸２０のトルクは、リッチ気筒からの出力トルクとリーン気筒からの出力トルクとのトルク差ΔＴｅが出力軸２０において解消されているため破線で示した比較例と比べて変動が抑えられている。したがって、第１の形態と同様に、このトルク差に起因する振動や騒音を抑制でき、リッチ燃焼時の点火遅角の実施による燃費悪化を回避できる。なお、この形態においてもトルク差を低減するように変更することもできる。

（第３の形態）
次に、図９を参照しながら第３の形態を説明する。第３の形態は、第１又は第２の形態の制御と組み合わせて実施され、触媒昇温運転中に補償トルクΔＴｍ又は補償トルクΔＴｇをフィードバック補正するものである。いずれの補償トルクΔＴｍ、ΔＴｇに対しても同じ補正方法を採用できるので、以下、第２モータ・ジェネレータ５の補償トルクΔＴｍを補正する場合を一例として説明し、第１モータ・ジェネレータ４の補償トルクΔＴｇの補正に関しては説明を省略する。

図９はＥＣＵ４０が図２の制御ルーチンと並行して実行される制御ルーチンの一例を示している。図９の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ４０に保持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Ｓ３１において、ＥＣＵ４０は触媒昇温運転中か否かを判定する。触媒昇温運転中の場合はステップＳ３２に進み、そうでない場合が以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ３２において、ＥＣＵ４０は出力軸２０の回転速度をレゾルバ３６の信号を参照することにより検出する。次に、ステップＳ３３において、ＥＣＵ４０は、出力軸２０の回転速度の変動例えば数ｍ秒あたりの変動量を計算し、出力軸２０の回転速度の変動と所定基準との差分を演算する。所定基準は補償トルクΔＴｍを付加した結果として許容可能な出力軸２０の回転速度の変動量の上限値であり、例えば実機試験やシミュレーション等によって決定される。なお、出力軸２０の回転速度の変動はトルク変動と相関するため、回転速度の変動量を監視することによって出力軸２０のトルク変動を把握することができる。つまり、出力軸２０のトルクを直接検出しなくても回転速度の変動量に基づいて出力軸２０のトルク変動を推定できる。

ステップＳ３４において、ＥＣＵ４０はステップＳ３３で算出した差分に応じた補正量を計算し、その補正量を図２の制御ルーチンで算出された補償トルクΔＴｍに加算して補正する。これにより、補償トルクΔＴｍはフィードバック補正される。この補正量は、例えば、実機試験やシミュレーション等にて作成され、上記の差分を低減又は解消するために必要な値を与えるデータ構造を持った不図示のマップをＥＣＵ４０が検索することにより計算されてもよい。ＥＣＵ４０はステップＳ３４を実行することにより本発明に係る補正手段の一例として機能する。

第３の形態によれば、触媒昇温運転中に、何らかの原因で出力軸２０においてトルク差を上手く解消できなくても、出力軸２０の回転速度の変動と所定基準との偏差が低減又は解消されるように補償トルクが補正される。これにより、触媒昇温運転が進行するに従ってトルク差を上手く解消できるように改善されるので制御の信頼性が向上する。なお、この形態においてもトルク差を低減するように変更することもできる。

本発明は上記の各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明の適用対象としては、図１に示した形態のハイブリッド車両に限らない。例えば、一つのモータ・ジェネレータが内燃機関に直結された形態のハイブリッド車両に対しても本発明を適用できる。

上記各形態では、第１モータ・ジェネレータ４又は第２モータ・ジェネレータ５のいずれか一方だけを使用してトルク差を解消しているが、これらの両者で分担してトルク差を低減又は解消する形態にて本発明を実施することもできる。この場合は第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５が本発明の回転電機に相当し、さらに第１モータ・ジェネレータ４が本発明に係る発電機に、第２モータ・ジェネレータ５が本発明に係る電動機にそれぞれ相当する。このように発電機及び電動機の両者で分担する形態の場合、発電機又は電動機を単独で使用する場合の補償トルクよりも各補償トルクの大きさが小さくなる。したがって、例えば、発電機又は電動機の定格トルクを守るためやゼロを跨ぐトルク変化を回避するために補償トルクが不足して上手くトルク差を低減又は解消できない事態に至る確率が低下する。これにより制御の信頼性が高まる。

第１の形態の変形例として、図１０に示すように、リッチ気筒の燃焼に合わせて電動機である第２モータ・ジェネレータ５の出力トルクを減少させ、かつリーン気筒の燃焼に合わせて第２モータ・ジェネレータ５の出力トルクを増加させることにより、トルク差を出力軸２０において低減又は解消する形態で本発明を実施することもできる。この場合は、触媒昇温運転中に第２モータ・ジェネレータ５の電力消費が一方的に増えることなく増減するため、第２モータ・ジェネレータ５の電源として設けられた蓄電装置の一例であるＨＶバッテリ３０の残量変化を低減できる。この場合、リッチ燃焼とリーン燃焼との一回の切り替えで生じるトルク差を２回に分けて低減又は解消されることになる。したがって、一回あたりの補償トルクの大きさが小さくなるので、例えば電動機の定格トルクに抵触しにくくなり制御の信頼性が向上する。

また、第１の形態の他の変形例として、図１１に示すように、リッチ気筒の燃焼時にトルク補償を行わずにリーン気筒の燃焼に合わせて第２モータ・ジェネレータ５の出力トルクを増加させる形態で本発明を実施することができる。この場合は、触媒昇温運転時においてリーン気筒の出力トルクよりも大きいリッチ気筒の出力トルクに合うようにトルク差が低減又は解消されるため、触媒昇温運転時のドライバビリティの低下を抑制できる利点がある。

上記各形態はリッチ燃焼時に点火遅角を行わない形態であるが、上記各形態のトルク制御と点火遅角とを併用する形態で本発明を実施することも可能である。この場合は、点火遅角量を少なくできる点で、点火遅角だけでトルク差を解消する場合と比べて内燃機関の燃費悪化を低減できる利点がある。

１ 車両
３ 内燃機関
４ 第１モータ・ジェネレータ（回転電機、発電機）
５ 第２モータ・ジェネレータ（回転電機、電動機）
１５ 三元触媒（排気浄化触媒）
２０ 出力軸
３６ レゾルバ（検出手段）
４０ ＥＣＵ（制御装置、昇温制御手段、回転電機制御手段、補償トルク算出手段、補正手段）

Claims (6)

1. 内燃機関と、回転電機と、前記内燃機関及び前記回転電機の各トルクが伝達可能な伝達経路に設けられた出力軸とを備え、前記内燃機関が複数の気筒及び排気浄化触媒を有するハイブリッド車両に適用される制御装置において、
   前記複数の気筒にて順次燃焼が行われる間に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比で燃焼させるリッチ燃焼が行われる気筒と前記理論空燃比よりもリーン側の空燃比で燃焼させるリーン燃焼が行われる気筒とが生じるように空燃比を制御して前記排気浄化触媒の暖機を促進する触媒昇温運転を前記内燃機関に実施させる昇温制御手段と、
   前記触媒昇温運転中に、前記リッチ燃焼が行われるリッチ気筒からの出力トルクと前記リーン燃焼が行われるリーン気筒からの出力トルクとのトルク差が前記出力軸において低減又は解消するように前記回転電機のトルクを制御する回転電機制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記トルク差を前記出力軸において低減又は解消するために前記回転電機に出力させるべき補償トルクを算出する補償トルク算出手段と、
   前記出力軸の回転速度を検出する検出手段と、
   前記触媒昇温運転中に、前記検出手段が検出した前記出力軸の回転速度の変動と所定基準との偏差が低減又は解消するように前記補償トルクをフィードバック補正する補正手段と、
   を更に備える請求項１に記載の制御装置。
3. 前記回転電機として、前記内燃機関に駆動される発電機及び前記出力軸にトルクを伝達可能な電動機の少なくともいずれか一方が設けられており、
   前記回転電機制御手段は、前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記回転電機として設けられた前記発電機及び前記電動機の少なくともいずれか一方のトルクを制御する請求項１又は２に記載の制御装置。
4. 前記回転電機制御手段は、前記触媒昇温運転中に前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記リッチ気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを減少させる請求項３に記載の制御装置。
5. 前記回転電機制御手段は、前記触媒昇温運転中に前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記リッチ気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを減少させ、かつ前記リーン気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを増加させる請求項３に記載の制御装置。
6. 前記回転電機制御手段は、前記触媒昇温運転中に前記トルク差が前記出力軸において低減又は解消されるように、前記リーン気筒の燃焼に合わせて前記電動機の出力トルクを増加させる請求項３に記載の制御装置。

Images