JP2020192827A - 車両 - Google Patents

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Koichi Yonezawa
幸一 米澤
聡 吉嵜
Satoshi Yoshizaki
聡 吉嵜
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Osamu Maeda
治 前田
大吾 安藤
Daigo Ando
大吾 安藤
良和 浅見
Yoshikazu Asami
良和 浅見
憲治 板垣
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憲治 板垣
俊介 尾山
Shunsuke Oyama
俊介 尾山
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Abstract

【課題】第1バンクおよび第2バンクを含むエンジンと、第1バンクに接続された第1過給機と、第2バンクに接続された第2過給機とを備えた車両において、ドライバビリティの向上が図られた車両を提供する。【解決手段】エンジン13は、第1気筒が形成された第1バンクと、第2気筒が形成された第2バンクとを含み、過給ユニット39は、第1気筒に接続された第1過給機47Aと、第2気筒に接続された第2過給機47Bとを含み、第1気筒内の燃焼によってエンジン13から出力軸に第1トルクが加えられる第1タイミングと、第2気筒内での燃焼によってエンジン13から出力軸に第2トルクが加えられる第2タイミングとが異なり、第1トルクが第2トルクよりも小さいときには、第1タイミングにおいて回転電機の第1出力トルクが第2タイミングにおける回転電機の第2出力トルクよりも大きくなるように制御する。【選択図】図2

Description

本開示は、車両に関し、特に、過給機付きの内燃機関および回転電機を備える車両に関する。
特開2015−58924号公報(以下「特許文献1」という。)には、ターボ式過給機を備えた内燃機関とモータジェネレータとを搭載したハイブリッド車両が開示されている。
特開2015−58924号公報
上記のハイブリッド車両は、第1回転電機と、第2回転電機と、動力分割機構と、エンジンとを備える。第1回転電機は、エンジンの出力軸に接続されている。動力分割機構は、エンジンからの駆動トルクを駆動輪に伝達すると共に、第1回転電機に伝達する。そして、第2回転電機からの駆動トルクは、エンジンからの駆動トルクに加えて、駆動輪に伝達される。
このようなハイブリッド車両において、エンジンとして、V-typeエンジンを採用することが考えられる。この場合、エンジンは、エンジン本体と、過給ユニットとを含み、エンジン本体は、第1バンクおよび第2バンクを有する。第1バンクには、第1気筒が形成されており、第2バンクには第2気筒が形成されている。
第1気筒内には、第1ピストンが配置されており、第2気筒内には第2ピストンが配置されている。第1ピストンおよび第2ビストンは、エンジンの出力軸に接続されている。この出力軸には、回転電機が接続されている。過給ユニットは、第1バンクに接続された第1過給機と、第2バンクに接続された第2過給機を含む。第1過給機は第1気筒内に圧縮空気を供給し、第2過給機は第2気筒内に圧縮空気を供給している。
上記のように構成されたハイブリッド車両において、第1過給機が第1気筒に供給する空気量と、第2過給機が第2気筒に供給する空気量とに差が生じる場合がある。
これにより、第1気筒内の燃焼によって出力軸に伝達される駆動トルクと、第2気筒内の燃焼によって出力軸に伝達される駆動トルクとに差が生じる。
その結果、エンジンから出力される駆動トルクが脈動し、車両走行時のドライバビリティが悪化するおそれがある。
本開示は、上記のような課題に鑑みてなされたものであって、その目的は、第1バンクおよび第2バンクを含むエンジンと、第1バンクに接続された第1過給機と、第2バンクに接続された第2過給機とを備えた車両において、ドライバビリティの向上が図られた車両を提供することである。
本開示に係る車両は、出力軸および過給ユニットを含み、駆動輪を駆動する動力を発生する含むエンジンと、駆動輪を駆動する動力を発生する回転電機と、回転電機の駆動を制御する制御部とを備える。上記エンジンは、第1気筒が形成された第1バンクと、第2気筒が形成された第2バンクとを含み、過給ユニットは、第1気筒に接続された第1過給機と、第2気筒に接続された第2過給機とを含み、第1気筒内の燃焼によってエンジンから出力軸に第1トルクが加えられる第1タイミングと、第2気筒内での燃焼によってエンジンから出力軸に第2トルクが加えられる第2タイミングとが異なり、第1トルクが第2トルクよりも小さいときには、第1タイミングにおいて回転電機の第1出力トルクが第2タイミングにおける回転電機の第2出力トルクよりも大きくなるように、制御部は、回転電機を制御する。
上記の車両において、第1トルクが第2トルクよりも小さくなる場合として、たとえば、第1過給機から第1気筒に供給される空気量が第2過給機から第2気筒に供給される空気量よりも少なくなる場合などが挙げられる。
そして、第1トルクが小さくなると、制御部が第1タイミングにおける回転電機の第1出力トルクを大きくする。その結果、第1トルクおよび第1出力トルクの合計トルクと、第2トルクおよび第2出力トルクの合計トルクとの差を小さく抑えることができる。
本開示に係る車両によれば、第1バンクおよび第2バンクを含むエンジンと、第1バンクに接続された第1過給機と、第2バンクに接続された第2過給機とを備えた車両において、ドライバビリティの向上を図ることができる。
この開示の実施の形態に従うハイブリッド車両(以下、単に車両と記載する)10の駆動システムの構成の一例を示す図である。 過給ユニット39を備えたエンジン13の構成の一例を示す図である。 エンジン13の構成を模式的に示す断面図である。 制御部11の構成の一例を示すブロック図である。 エンジン13の動作点を説明する図である。 エンジン13の動作点を変更する前の各要素の回転速度およびトルクの関係を示す共線図である。 図6に示す状態からエンジン13の回転速度Neを上昇させたときの各要素の回転速度およびトルクの関係を示す共線図である。 エンジン13、第1MG14、および出力要素の回転速度およびトルクの関係を示す共線図である。 出力軸22と、各気筒の筒内圧と、出力軸22に加えられるトルクと、第1MG14に生じる回生電力との関係を模式的に示すグラフである。 気筒40a,40b,40cに供給される空気量と、気筒40d,40e,40fに供給される空気量とに差が生じたときにおける各種状態を示すグラフである。 HV−ECU62における検出フローを示すフロー図である。 回転電機制御の制御フローを示す図である。
図1から図12を用いて、本実施の形態に係るハイブリッド車両について説明する。図1から図12に示す構成のうち、同一または実質的に同一の構成については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。なお、実施の形態に示す構成において、請求項に記載された構成に対応する構成には、括弧書きで請求項の構成を併記する場合がある。
<ハイブリッド車両の駆動システムについて>
図1は、この開示の実施の形態に従うハイブリッド車両(以下、単に車両と記載する)10の駆動システムの構成の一例を示す図である。図1に示すように、車両10は、制御部11と、走行用の動力源となる、エンジン13と、第1モータジェネレータ(以下、第1MGと記載する)14と、第2モータジェネレータ(以下、第2MGと記載する)15とを駆動システムとして備えている。エンジン13は、過給ユニット39を含む。
第1MG14および第2MG15は、いずれも駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能とを備える。第1MG14および第2MG15としては、交流回転電機が用いられる。交流回転電機は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型などの同期電動機または誘導電動機である。
第1MG14および第2MG15は、いずれもPCU(Power Control Unit)81を介してバッテリ18に電気的に接続されている。
なお、第1MG14には、第1MG14のステータコイルに流れる電流を測定する電流センサ19Aと、ステータコイルの電圧を測定する電圧センサ19Bとが設けられている。
PCU81は、第1MG14と電力を授受する第1インバータ16と、第2MG15と電力を授受する第2インバータ17と、バッテリ18と、第1インバータ16および第2インバータ17との間で電力を授受するコンバータ83とを含む。
コンバータ83は、たとえば、バッテリ18の電力を昇圧して第1インバータ16または第2インバータ17に供給可能に構成される。あるいは、コンバータ83は、第1インバータ16または第2インバータ17から供給される電力を降圧してバッテリ18に供給可能に構成される。
第1インバータ16は、コンバータ83からの直流電力を交流電力に変換して第1MG14に供給可能に構成される。あるいは、第1インバータ16は、第1MG14からの交流電力を直流電力に変換してコンバータ83に供給可能に構成される。
第2インバータ17は、コンバータ83からの直流電力を交流電力に変換して第2MG15に供給可能に構成される。あるいは、第2インバータ17は、第2MG15からの交流電力を直流電力に変換してコンバータ83に供給可能に構成される。
バッテリ18は、第1MG14が発電した電力を、第1インバータ16を通じて受けて蓄えることができ、蓄えられた電力を、第2インバータ17を通じて第2MG15へ供給することができる。また、バッテリ18は、車両の減速時等に第2MG15が発電した電力を、第2インバータ17を通じて受けて蓄えることもでき、蓄えられた電力を、エンジン13の始動時等に第1インバータ16を通じて第1MG14へ供給することもできる。
すなわち、PCU81は、第1MG14あるいは第2MG15において発電された電力を用いてバッテリ18を充電したり、バッテリ18の電力を用いて第1MG14あるいは第2MG15を駆動したりする。
エンジン13および第1MG14は、遊星歯車機構20に連結されている。遊星歯車機構20は、エンジン13が出力する駆動トルクを第1MG14と出力ギヤ21とに分割して伝達するものである。遊星歯車機構20は、シングルピニオン型の遊星歯車機構を有し、エンジン13の出力軸22と同一の軸線Cnt上に配置されている。出力軸22には、出力軸22の回転角度を測定する角度センサ34が設けられている。
遊星歯車機構20は、サンギヤSと、サンギヤSと同軸に配置されたリングギヤRと、サンギヤSおよびリングギヤRに噛み合うピニオンギヤPと、ピニオンギヤPを自転および公転可能に保持するキャリヤCとを含む。エンジン13の出力軸22は、キャリヤCに連結されている。第1MG14のロータ軸23は、サンギヤSに連結されている。リングギヤRは、出力ギヤ21に連結されている。
エンジン13の出力トルクが伝達されるキャリヤCが入力要素に、出力ギヤ21にトルクを出力するリングギヤRが出力要素に、ロータ軸23が連結されるサンギヤSが反力要素として機能する。つまり、遊星歯車機構20は、エンジン13の出力を第1MG14側と出力ギヤ21側とに分割する。第1MG14は、エンジン13の出力トルクに応じたトルクを出力するように制御される。
カウンタシャフト25は、軸線Cntと平行に配置されている。カウンタシャフト25は、出力ギヤ21に噛み合っているドリブンギヤ26に取り付けられている。また、カウンタシャフト25には、ドライブギヤ27が取り付けられており、このドライブギヤ27が終減速機であるデファレンシャルギヤ28におけるリングギヤ29に噛み合っている。さらに、ドリブンギヤ26には、第2MG15におけるロータ軸30に取り付けられたドライブギヤ31が噛み合っている。したがって、第2MG15の出力トルクが、ドリブンギヤ26において、出力ギヤ21から出力されるトルクに加えられる。このようにして合成されたトルクは、デファレンシャルギヤ28から左右に延びたドライブシャフト32,33を介して駆動輪24に伝達される。駆動輪24にトルクが伝達されることにより、車両10に駆動力が発生する。
<エンジンの構成について>
図2は、過給ユニット39を備えたエンジン13の構成の一例を示す図である。
この図2に示す例においては、エンジン13は、V-type6気筒エンジンである。エンジン13は、バンク38Aと、バンク38Bとを含む。
バンク38Aには、複数の気筒(第1気筒)40a,40b,40cが形成されており、バンク38Bにも、複数の気筒(第2気筒)40d,40e,40fが形成されている。
気筒40a,40b,40c,40d,40e,40fには、バンク38A,38Bに形成される吸気ポートの一方端および排気ポートの一方端がそれぞれ接続されている。吸気ポートの一方端は、気筒40a,40b,40c,40d,40e,40fの各々に2つずつ設けられた吸気バルブにて開閉され、また排気ポートの一方端は、気筒40a,40b,40c,40d,40e,40fの各々に2つずつ設けられた排気バルブ44にて開閉される。気筒40a,40b,40c,40d,40e,40fの各々の吸気ポートの他方端は、インテークマニホールド46に接続されている。気筒40a,40b,40c,40d,40e,40fの各々の排気ポートの他方端は、エキゾーストマニホールド52に接続されている。
本実施の形態においてエンジン13は、たとえば、直噴エンジンであって、各気筒の頂部に設けられる燃料噴射装置(図示せず)によって燃料が気筒40a,40b,40c,40d,40e,40fの各々の内部に噴射される。気筒40a,40b,40c,40d,40e,40f内における燃料と吸気との混合気は、気筒40a,40b,40c,40d,40e,40fの各々に設けられた点火プラグにて着火される。
過給ユニット39は、バンク38Aに接続された過給機47Aと、バンク38Bに接続された過給機47Bとを含む。
過給機47Bは、過給機47Aと同様に構成されており、過給機47Aについて主に説明する。
過給機47Aは、コンプレッサ48Aと、タービン53Aとを含む。インテークマニホールド46Aには、吸気通路41Aの一方端が接続されている。吸気通路41Aの他方端は吸気口に接続されている。吸気通路41Aの所定の位置には、コンプレッサ48Aが設けられている。吸気通路41Aの他方端(吸気口)とコンプレッサ48Aとの間には、吸気通路41A内を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ50Aが設けられている。コンプレッサ48Aよりも下流側に設けられた吸気通路41Aには、コンプレッサ48Aで加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ51Aが配設されている。インタークーラ51Aと吸気通路41Aのインテークマニホールド46Aとの間には、吸気通路41A内を流れる吸気の流量を調整できる吸気絞り弁(スロットル弁)49Aが設けられている。
エキゾーストマニホールド52Aには、排気通路42Aの一方端が接続されている。排気通路42Aの他方端はマフラー(図示せず)に接続されている。排気通路42Aの所定の位置には、タービン53Aが設けられている。また、排気通路42Aには、タービン53Aより上流の排気をタービン53Aよりも下流にバイパスするバイパス通路54Aと、バイパス通路54Aに設けられ、タービン53A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55Aとが設けられている。そのため、ウェイストゲートバルブ55Aの開度を制御することによりタービン53Aに流入する排気流量、つまり吸入空気の過給圧が調整される。タービン53Aまたはウェイストゲートバルブ55Aを通る排気は、排気通路42Aの所定の位置に設けられるスタート触媒コンバータ56Aおよび後処理装置57Aにより浄化されてから大気に放出される。スタート触媒コンバータ56A、たとえば、三元触媒を含む。後処理装置57Aは、エンジン13の排気に含まれるPMを捕集するフィルタであるGPFに、三元触媒の機能を付加したものである。
エンジン13には、吸気通路41Aに排気を流入させるためのEGR装置(Exhaust Gas Recirculation装置)58Aが設けられている。EGR装置58Aは、EGR通路59A、EGR弁60A、およびEGRクーラ61Aを備える。EGR通路59Aは、排気通路42Aから排気の一部をEGRガスとして取り出して吸気通路41Aに導く。EGR弁60Aは、EGR通路59Aを流れるEGRガスの流量を調整する。EGRクーラ61Aは、EGR通路59Aを流れるEGRガスを冷却する。EGR通路59Aは、スタート触媒コンバータ56Aと後処理装置57Aとの間の排気通路42Aの部分と、コンプレッサ48Aとエアフローメータ50Aとの間の吸気通路41Aの部分との間を接続している。
インテークマニホールド46Bには、吸気通路41Bの一方端が接続されている。吸気通路41Bの他方端は吸気口に接続されている。吸気通路41Bの所定の位置には、コンプレッサ48Bが設けられている。吸気通路41Bの他方端(吸気口)とコンプレッサ48Bとの間には、吸気通路41B内を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ50Bが設けられている。コンプレッサ48Bよりも下流側に設けられた吸気通路41Bには、コンプレッサ48Bで加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ51Bが配設されている。インタークーラ51Bと吸気通路41Bのインテークマニホールド46Bとの間には、吸気通路41B内を流れる吸気の流量を調整できる吸気絞り弁(スロットル弁)49Bが設けられている。
エキゾーストマニホールド52Bには、排気通路42Bの一方端が接続されている。排気通路42Bの他方端はマフラー(図示せず)に接続されている。排気通路42Bの所定の位置には、タービン53Bが設けられている。また、排気通路42Bには、タービン53Bより上流の排気をタービン53Bよりも下流にバイパスするバイパス通路54Bと、バイパス通路54Bに設けられ、タービン53B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55Bとが設けられている。
図3は、エンジン13の構成を模式的に示す断面図である。図3においては、気筒40aおよび気筒40dを示す断面図である。エンジン13は、シリンダブロック100と、シリンダヘッド101とを含む。シリンダヘッド101は、シリンダブロック100の上に固定されている。
シリンダヘッド101は、バンク38A,38Bを含む。バンク38Aは、シリンダ121A、ピストン122Aおよびコンロッド123Aを含む。ピストン122Aは、シリンダ121A内を往復動する。コンロッド123Aは出力軸22に接続されており、ピストン122Aの往復動は、コンロッド123Aを介して出力軸22に伝達される。これにより、出力軸22が回転するようになっている。シリンダ121Aおよびピストン122Aによって、気筒40aが形成されている。
バンク38Bは、シリンダ121B、ピストン122Bおよびコンロッド123Bを含む。ピストン122Bは、シリンダ121B内を往復動する。ピストン122Bの往復動は、コンロッド123Bを介して出力軸22に伝達され、これにより、出力軸22が回転するようになっている。シリンダ121Bおよびピストン122Bによって、気筒40bが形成されている。
<制御部の構成について>
図4は、制御部11の構成の一例を示すブロック図である。図4に示すように、制御部11は、HV(Hybrid Vehicle)−ECU(Electronic Control Unit)62と、MG−ECU63と、エンジンECU64とを備える。
HV−ECU62は、エンジン13、第1MG14および第2MG15を協調制御するための制御装置である。MG−ECU63は、PCU81の動作を制御するための制御装置である。エンジンECU64は、エンジン13の動作を制御するための制御装置である。
HV−ECU62、MG−ECU63およびエンジンECU64は、いずれも接続された各種センサや他のECUとの信号の授受をする入出力装置、各種の制御プログラムやマップなどの記憶に供される記憶装置(ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)などを含む)、制御プログラムを実行する中央処理装置(CPU(Central Processing Unit))、および計時するためのカウンタなどを備えて構成されている。
HV−ECU62には、電流センサ19Aと、電圧センサ19Bと、角度センサ34と、車速センサ66と、アクセル開度センサ67と、第1MG回転速度センサ68と、第2MG回転速度センサ69と、エンジン回転速度センサ70と、タービン回転速度センサ71と、過給圧センサ72と、バッテリ監視ユニット73と、第1MG温度センサ74と、第2MG温度センサ75と、第1INV温度センサ76と、第2INV温度センサ77と、触媒温度センサ78と、タービン温度センサ79とがそれぞれ接続されている。
電流センサ19Aは、第1MG14のステータコイルを流れる電流を検出する。電圧センサ19Bは、第1MG14のステータコイルの電圧を検出する。なお、HV−ECU62は、電流センサ19Aおよび電圧センサ19Bの検出値から第1MG14に生じる回生電力を算出する。角度センサ34は、出力軸22の回転角度を検出する。
車速センサ66は、車両10の速度(車速)を検出する。アクセル開度センサ67は、アクセルペダルの踏み込み量(アクセル開度)を検出する。第1MG回転速度センサ68は、第1MG14の回転速度を検出する。第2MG回転速度センサ69は、第2MG15の回転速度を検出する。エンジン回転速度センサ70は、エンジン13の出力軸22の回転速度(エンジン回転速度)を検出する。タービン回転速度センサ71は、過給機47A,47Bのタービン53A,53Bの回転速度を検出する。過給圧センサ72は、エンジン13の過給圧を検出する。第1MG温度センサ74は、第1MG14の内部温度、たとえば、コイルや磁石に関連する温度を検出する。第2MG温度センサ75は、第2MG15の内部温度、たとえば、コイルや磁石に関連する温度を検出する。第1INV温度センサ76は、第1インバータ16の温度、たとえば、スイッチング素子に関連する温度を検出する。第2INV温度センサ77は、第2インバータ17の温度、たとえば、スイッチング素子に関連する温度を検出する。触媒温度センサ78は、後処理装置57の温度を検出する。タービン温度センサ79は、タービン53の温度を検出する。各種センサは、検出結果を示す信号をHV−ECU62に出力する。
バッテリ監視ユニット73は、バッテリ18の満充電容量に対する残存充電量の比率である充電率(SOC:State of Charge)を取得し、取得したSOCを示す信号をHV−ECU62に出力する。バッテリ監視ユニット73は、たとえば、バッテリ18の電流、電圧および温度を検出するセンサを含む。バッテリ監視ユニット73は、検出されたバッテリ18の電流、電圧および温度を用いてSOCを算出することによってSOCを取得する。なお、SOCの算出方法としては、たとえば、電流値積算(クーロンカウント)による手法、または、開放電圧(OCV:Open Circuit Voltage)の推定による手法など、種々の公知の手法を採用できる。
<車両の走行制御について>
以上のような構成を有する車両10は、エンジン13および第2MG15を動力源としたハイブリッド(HV)走行モードやエンジン13を停止状態にするとともに第2MG15をバッテリ18に蓄積した電力で駆動して走行する電気(EV)走行モードなどの走行モードに設定または切り替えが可能である。各モードの設定や切り替えは、HV−ECU62により実行される。HV−ECU62は、設定または切り替えられた走行モードに基づいてエンジン13、第1MG14および第2MG15を制御する。
EV走行モードは、たとえば、低車速かつ要求駆動力が小さい低負荷の運転領域の際に選択されるモードであり、エンジン13の運転を停止して第2MG15が駆動力を出力する走行モードである。
HV走行モードは、高車速かつ要求駆動力が大きい高負荷の運転領域の際に選択されるモードであり、エンジン13の駆動トルクと第2MG15の駆動トルクとを合算したトルクを出力する走行モードである。
HV走行モードでは、エンジン13から出力された駆動トルクを駆動輪24に伝達する際に、第1MG14により反力を遊星歯車機構20に作用させる。そのため、サンギヤSが反力要素として機能する。つまり、エンジントルクを駆動輪24に作用させるために、エンジントルクに対する反力トルクを第1MG14に出力させるように制御する。この場合には、第1MG14を発電機として機能させる回生制御を実行することができる。
以下、車両10の運転時におけるエンジン13、第1MG14および第2MG15の協調制御について説明する。
HV−ECU62は、アクセルペダルの踏み込み量によって決まるアクセル開度などに基づいて要求駆動力を算出する。HV−ECU62は、算出された要求駆動力と車速などに基づいて車両10の要求走行パワーを算出する。HV−ECU62は、要求走行パワーにバッテリ18の充放電要求パワーを加算した値を要求システムパワーとして算出する。
HV−ECU62は、算出された要求システムパワーに応じてエンジン13の作動が要求されるか否かを判定する。HV−ECU62は、たとえば、要求システムパワーがしきい値を超える場合にはエンジン13の作動が要求されると判定する。HV−ECU62は、エンジン13の作動が要求される場合には、HV走行モードを走行モードとして設定する。HV−ECU62は、エンジン13の作動が要求されない場合には、EV走行モードを走行モードとして設定する。
HV−ECU62は、エンジン13の作動が要求される場合には(すなわち、HV走行モードが設定される場合には)、エンジン13に対する要求パワー(以下、要求エンジンパワーと記載する)を算出する。HV−ECU62は、たとえば、要求システムパワーを要求エンジンパワーとして算出する。なお、HV−ECU62は、たとえば、要求システムパワーが要求エンジンパワーの上限値を超える場合には、要求エンジンパワーの上限値を要求エンジンパワーとして算出する。HV−ECU62は、算出された要求エンジンパワーをエンジン運転状態指令としてエンジンECU64に出力する。
エンジンECU64は、HV−ECU62から入力されたエンジン運転状態指令に基づき、吸気絞り弁49A,49B、点火プラグ、ウェイストゲートバルブ55A,55BおよびEGR弁60A,60Bなど、エンジン13の各部に対して各種の制御を行う。
また、HV−ECU62は、算出された要求エンジンパワーを用いてエンジン回転速度とエンジントルクとによって規定される座標系におけるエンジン13の動作点を設定する。HV−ECU62は、たとえば、当該座標系において要求エンジンパワーと等出力の等パワー線と、予め定められた動作線との交点をエンジン13の動作点として設定する。
予め定められた動作線は、当該座標系における、エンジン回転速度の変化に対するエンジントルクの変化軌跡を示し、たとえば、燃費効率のよいエンジントルクの変化軌跡が実験等によって適合されて設定される。
HV−ECU62は、設定された動作点に対応するエンジン回転速度を目標エンジン回転速度として設定する。
HV−ECU62は、目標エンジン回転速度が設定されると、現在のエンジン回転速度を目標エンジン回転速度にするための第1MG14のトルク指令値を設定する。HV−ECU62は、たとえば、現在のエンジン回転速度と目標エンジン回転速度との差分に基づくフィードバック制御によって第1MG14のトルク指令値を設定する。
HV−ECU62は、設定された第1MG14のトルク指令値からエンジントルクの駆動輪24への伝達分を算出し、要求駆動力を満足するように第2MG15のトルク指令値を設定する。HV−ECU62は、設定された第1MG14および第2MG15のトルク指令値をそれぞれ第1MGトルク指令および第2MGトルク指令としてMG−ECU63に出力する。
MG−ECU63は、HV−ECU62から入力された第1MGトルク指令および第2MGトルク指令に基づき、第1MG14および第2MG15に発生させるトルクに対応した電流値およびその周波数を算出し、算出した電流値およびその周波数を含む信号をPCU81に出力する。
HV−ECU62は、たとえば、アクセル開度が過給機を始動させるしきい値を超える場合に過給圧上昇を要求してもよいし、要求エンジンパワーがしきい値を超える場合に過給圧上昇を要求してもよいし、あるいは、設定された動作点に対応するエンジントルクがしきい値を超える場合に過給圧上昇を要求してもよい。
なお、図4では、HV−ECU62、MG−ECU63およびエンジンECU64を分けた構成を一例として説明しているが、これらを集約した1つのECUによって構成されてもよい。
図5は、エンジン13の動作点を説明する図である。図5において、縦軸は、エンジン13のトルクTeを示し、横軸は、エンジン13の回転速度Neを示す。
図5を参照して、線L1は、エンジン13が出力可能な最大トルクを示す。点線L2は、過給機47A,47Bによる過給が開始されるラインを示す。エンジン13のトルクTeが過給ラインL2を超えると、全開であったウェイストゲートバルブ55A,55Bを閉方向に作動させる。ウェイストゲートバルブ55A,55Bの開度を調整することにより、過給機47A,47Bのタービン53A,53Bに流入する排気流量を調整し、コンプレッサ48A,48Bを通じて吸入空気の過給圧を調整することができる。トルクTeが過給ラインL2を下回っているときは、ウェイストゲートバルブ55を全開とすることにより、過給機47A,47Bを非作動にすることができる。
この車両10においては、エンジン13および第1MG14を制御することでエンジン13の動作点を変更することができる。また、最終的な車両駆動力は、第2MG15を制御することで調整可能であるので、車両駆動力を調整しつつ(たとえば維持しつつ)エンジン13の動作点を移動させることができる。ここで、エンジン13の動作点を移動させる手法について以下に説明する。
図6から図8は、エンジン13、第1MG14、および出力要素の回転速度およびトルクの関係を示す共線図である。図6は、エンジン13の動作点を変更する前の各要素の回転速度およびトルクの関係を示す共線図である。図7は、図6に示す状態からエンジン13の回転速度Neを上昇させたときの各要素の回転速度およびトルクの関係を示す共線図である。図8は、図6に示す状態からエンジン13のトルクTeを上昇させたときの各要素の回転速度およびトルクの関係を示す共線図である。
図6〜図8の各々において、出力要素は、カウンタシャフト25(図1)に連結されるリングギヤRである。縦軸における位置は、各要素(エンジン13、第1MG14、および第2MG15)の回転速度を示し、縦軸の間隔は、遊星歯車機構20のギヤ比を示す。「Te」は、エンジン13のトルクを示し、「Tg」は、第1MG14のトルクを示す。「Tep」は、エンジン13の直達トルクを示し、「Tm1」は、第2MG15のトルクTmを出力要素上に換算したトルクである。TepとTm1との和は、駆動軸(カウンタシャフト25)へ出力されるトルクに相当する。上向き矢印は、正方向のトルクを示し、下向き矢印は、負方向のトルクを示し、矢印の長さは、トルクの大きさを示している。
図6および図7を参照して、図7中の点線は、回転速度Neを上昇させる前の関係を示しており、図6に示される線に相当する。エンジン13のトルクTeと第1MG14のトルクTgとの関係は、遊星歯車機構20のギヤ比によって一意に決まるので、第1MG14のトルクTgを維持しつつ第1MG14の回転速度が上昇するように第1MG14を制御することによって、駆動トルクを維持しつつエンジン13の回転速度Neを上昇させることができる。
また、図6および図8を参照して、エンジン13の出力(パワー)が上昇するようにエンジン13を制御することによって、エンジン13のトルクTeを上昇させることができる。このとき、第1MG14の回転速度が上昇しないように第1MG14のトルクTgを上昇させることによって、エンジン13の回転速度Neを維持しつつエンジン13のトルクTeを上昇させることができる。なお、トルクTeが上昇することによりエンジン直達トルクTepが増加するので、トルクTm1が低下するように第2MG15を制御することによって、駆動軸のトルクを維持することができる。
なお、エンジン13のトルクTeを上昇させると、第1MG14のトルクTgが上昇するので、第1MG14の発電電力が増加する。このとき、バッテリ18の充電が制限されていなければ、増加した発電電力をバッテリ18に充電することができる。
一方、特に図示していないが、エンジン13の出力(パワー)が低下するようにエンジン13を制御することによって、エンジン13のトルクTeを低下させることができる。このとき、第1MG14の回転速度が低下しないように第1MG14のトルクTgを低下させることによって、エンジン13の回転速度Neを維持しつつエンジン13のトルクTeを低下させることができる。そして、この場合は、第1MG14のトルクTgが低下するので、第1MG14の発電電力が減少する。このとき、バッテリ18の放電が制限されていなければ、バッテリ18の放電を増加させることによって、第1MG14の発電低下分を補うことができる。
再び、図5を参照して、線L3は、エンジン13の推奨動作ラインを示す。すなわち、エンジン13は、通常、トルクTeと回転速度Neとで決まる動作点が予め設定された推奨動作ライン(線L3)上を移動するように制御される。
〈エンジンの駆動〉
図2において、エンジン13が駆動すると、バンク38Aに形成された気筒40a,40b,40c内と、バンク38Bに形成された気筒40d,40e,40f内とにおいて交互に燃焼が行われる。
たとえば、気筒40aと、気筒40dと、気筒40bと、気筒40eと、気筒40cと、気筒40fとの順番で燃焼が行われる。
そして、気筒40aで燃焼した後、気筒40d内で燃焼が生じるまでに、出力軸22は、120度回転する。さらに、気筒40d内で燃焼が発生した後、気筒40b内で燃焼が発生するまでに、出力軸22は120度回転する。このため、気筒40a,40b,40c,40d,40e,40f内でそれぞれ燃焼が発生することで、出力軸22が3回転する。このため、出力軸22の回転角度と、各気筒40a,40b,40c,40d,40e,40f内での燃焼タイミングとは相関関係がある。
エンジン13が駆動することで、出力軸22にエンジン13からの駆動力が伝達される。そして、エンジン13からの駆動力は、遊星歯車機構20を通して、出力ギヤ21およびサンギヤSに伝達される。サンギヤSは、第1MG14のロータ軸23に接続されている。ロータ軸23に加えられるトルクが変動することで、第1MG14に回生電力が発生する。
図9は、出力軸22と、各気筒の筒内圧と、出力軸22に加えられるトルクと、第1MG14に生じる回生電力との関係を模式的に示すグラフである。
この図9に示すように、出力軸22が720度回転する間に、各気筒40a,40b,40c,40d,40e,40f内での燃焼が生じる。そして、各気筒40a,40b,40c,40d,40e,40f内での燃焼が生じると、各気筒内の内圧が上昇する。
各気筒40a,40b,40c,40d,40e,40f内で燃焼が生じると、出力軸22に大きなトルクが加えられる。
そして、出力軸22に加えられるトルクが大きくなるタイミングにおいて、第1MG14に生じる回生電力が大きくなる。
この図9に示す状態においては、各気筒40a,40b,40c,40d,40e,40f内で燃焼が生じることで、出力軸22に加えられる各トルクは実質的に同一となっている。
その一方で、図2において、過給機47Aからバンク38Aの気筒40a,40b,40cに供給される空気量と、過給機47Bからバンク38Bの気筒40d,40e,40fに供給される空気量とに差が生じる場合がある。このように、過給機47A,47Bから供給される空気量に差が生じる原因として、たとえば、過給機47A,47Bの製造ばらつきや、過給機47A,47Bの温度ばらつきなどが考えられる。
このように、気筒40a,40b,40cに供給される空気量と、気筒40d,40e,40fに供給される空気量とに差が生じると、気筒40a,40b,40c内にて燃焼が生じたときにエンジン13から出力されるトルクと、気筒40d,40e,40f内にて燃焼が生じるときにエンジン13から出力されるトルクとに差が生じる。
図10は、気筒40a,40b,40cに供給される空気量と、気筒40d,40e,40fに供給される空気量とに差が生じたときにおける各種状態を示すグラフである。
なお、この図10に示す状態においては、気筒40a,40b,40cに供給される空気量が、気筒40d,40e,40fに供給される空気量よりも少ない場合を示している。
そのため、気筒40a,40b,40cにおいて燃焼が生じた際に、出力軸22に伝えられるトルクは、気筒40d,40e,40fにおいて燃焼が生じた際に、出力軸22に伝えられるトルクよりも小さくなっている。
これに伴い、気筒40a,40b,40cにおいて燃焼が生じた際に、第1MG14に生じる回生電力は、気筒40d,40e,40fにおいて燃焼が生じた際に、第1MG14に生じる回生電力よりも小さい。
このように、気筒40a,40b,40cの燃焼時にエンジン13から出力されるトルクが、気筒40d,40e,40fの燃焼時にエンジン13から出力されるトルクよりも小さくなった際の車両の挙動について説明する。
たとえば、図6に示すように、気筒40d,40e,40fの燃焼時において、エンジン13、第1MG14および第2MG15の各回転数およびトルクが成立していたとする。そして、気筒40a,40b,40cの燃焼時において、エンジン13からのトルクTeが小さくなる。
エンジン13からのトルクTeが小さくなると、第1MG14のトルクTgは変わらないため、エンジン回転数が低下する。
さらに、エンジン13からのトルクTeが小さくなると、エンジン直達トルクTepが小さくなる。その一方で、第2MG15のトルクTm2が一定であると、エンジン直達トルクTepと、トルクTm2との合計が要求駆動力よりも小さくなる。
〈HV−ECU62の制御〉
そこで、HV−ECU62は、気筒40a,40b,40cの燃焼時におけるトルクTeが小さいことを検出すると、第2MG15の駆動を制御する。たとえば、気筒40d,40e,40fの燃焼時におけるエンジン直達トルクと第2MG15のトルクTm2との合計トルクと、気筒40a,40b,40cの燃焼時におけるエンジン直達トルクと第2MG15のトルクTm2との合計トルクと差が小さくなるように、第2MG15を制御する。
たとえば、HV−ECU62は、検出制御と、回転電機制御とを各々繰り返し実行しており、検出制御において、出力軸22の回転角度が0度から720度となるまでの間に、HV−ECU62は各気筒の燃焼時におけるエンジン直達トルクTepを算出する。そして、この検出制御において、HV−ECU62は、出力軸22の回転角度が720度になると、出力軸22の回転角度を0度にリセットする。
また、HV−ECU62は、回転電機制御においては、検出制御で算出した各気筒の燃焼時におけるエンジン直達トルクTepなどを用いて、各気筒の燃焼時におけるエンジン直達トルクと第2MG15のトルクTm2との合計トルクの差が小さくなるように、第2MG15を制御する。図11は、HV−ECU62における検出フローを示すフロー図である。
HV−ECU62は、出力軸22の回転角度が0度、120度、240度、360度、480度、600度のときの回生電力を算出する(ステップS110)。
具体的には、HV−ECU62は、角度センサ34の検出値に基づいて、出力軸22の回転角度を取得する。そして、出力軸22の回転角度が0度、120度、240度、360度、480度、600度となると、電流センサ19Aおよび電圧センサ19Bの検出値から第1MG14の回生電力を算出する。そして、回転角度が0度、120度、240度、360度、480度、600度における回生電力を記憶部に格納する。
HV−ECU62は、回転角度が0度、120度、240度、360度、480度、600度のときの出力軸22の回転速度を取得する(ステップS120)。
具体的には、HV−ECU62は、角度センサ34の検出値に基づいて、回転角度が0度、120度、240度、360度、480度、600度のときの出力軸22の回転速度を算出する。そして、HV−ECU62は、回転角度が0度、120度、240度、360度、480度、600度のときの出力軸22の回転速度を回転数Ng0,Ng120、Ng240、Ng360、Ng480、Ng600として記憶する。
HV−ECU62は、気筒40a,40b,40cの燃焼時におけるエンジン直達トルクTepの合計値である合計直達トルクTTeAと、気筒40d,40e,40fの燃焼時におけるエンジン直達トルクTepの合計値である合計直達トルクTTeBとを算出する(ステップS130)。
具体的には、HV−ECU62は、出力軸22の回転角度が0度、240度、480度のときの回生電力から気筒40a,40b,40cの燃焼時における各トルクTeを算出する。気筒40a,40b,40cの燃焼時における各トルクTeから気筒40a,40b,40cの燃焼時における各エンジン直達トルクTepを算出する。そして、各気筒40a,40b,40cの燃焼時における各エンジン直達トルクTepを合算して、合計直達トルクTTeAを算出する。
同様に、HV−ECU62は、出力軸22の回転角度が120度、360度、600度のときの回生電力から気筒40d,40e,40fの燃焼時における各トルクTeを算出する。そして、気筒40d,40e,40fの燃焼時における各トルクTeから気筒40d,40e,40fの燃焼時における各エンジン直達トルクTepを算出する。そして、各気筒40d,40e,40fの燃焼時における各エンジン直達トルクTepを合算して、合計直達トルクTTeBを算出する。
そして、HV−ECU62は、合計直達トルクTTeAおよび合計直達トルクTTeBをHV−ECU62の記憶部に記憶する。
HV−ECU62は、気筒40a,40b,40cの燃焼時におけるエンジン直達トルクTep1と、気筒40d,40e,40fの燃焼時におけるエンジン直達トルクTep2との平均差分トルクDteを算出する(ステップS140)。具体的には、合計直達トルクTTeAと合計直達トルクTTeBの差分を「3」で除した値の絶対値を平均差分トルクDteとして算出する。そして、HV−ECU62は、平均差分トルクDteを記憶部に記憶する。
HV−ECU62は、出力軸22の回転角度が720度になると、出力軸22の回転角度を0度にリセットする(ステップS150)。HV−ECU62は、カウンタをN+1に変更する(ステップS160)。なお、「N」の初期値は0である。
図12は、回転電機制御の制御フローを示す図である。
HV−ECU62は、カウンタNが1以上であるかを判断する(ステップS200)。カウンタNが「0」のときには、カウンタが1以上となるまで待機する。
カウンタNが1以上となると(ステップS200にてYes)、HV−ECU62は、合計直達トルクTTeAが合計直達トルクTTeBよりも小さいか否かを判断する(ステップS210)。
具体的には、HV−ECU62は、カウンタが(N−1)のときの合計直達トルクTTeAおよび合計直達トルクTTeBを記憶部から呼び出す。
HV−ECU62は、合計直達トルクTTeAが合計直達トルクTTeBよりも小さいと判断すると(ステップS210にてYes)、HV−ECU62は、気筒40a,40b,40cの燃焼時における第2MGトルク指令値を補正する(ステップS220)。
具体的には、HV−ECU62は、カウンタが(N−1)のときの平均差分トルクDteを記憶部から読み出す。そして、HV−ECU62は、出力軸22の回転角度が0度以上α度以下、(240−α)度以上(240+α)度以下、(480−α)度以上(480+α)度以下となると、現状の第2MGトルク指令値に平均差分トルクDteを加えた値を補正後の新しい第2MGトルク指令値として設定する。なお、出力軸22の回転角度が0度以上α度以下、(240−α)度以上(240+α)度以下、(480−α)度以上(480+α)度以下でないときには、上記のような第2MGトルク指令値の補正は実行しない。なお、αは、0度よりも大きく、たとえば、30度よりも小さい値である。
HV−ECU62は、気筒40a,40b,40cの燃焼時に第1MG14の回転数を制御する(ステップS230)。
具体的には、HV−ECU62は、たとえば、出力軸22の回転角度が、0度以上α度以下、(240−α)度以上(240+α)度以下、(480−α)度以上(480+α)度以下のときのエンジン13の回転数が、目標エンジン回転数となるように、第1MG14の回転数を制御する。
HV−ECU62は、合計直達トルクTTeAが合計直達トルクTTeB以上であると判断すると(ステップS210にてNo)、HV−ECU62は、気筒40d,40e,40fの燃焼時に、第2MG15の出力トルクがトルクTm2に平均差分トルクDteを加えたトルクとなるように制御する(ステップS240)。
具体的には、HV−ECU62は、カウンタが(N−1)のときの平均差分トルクDteを記憶部から読み出す。そして、HV−ECU62は、出力軸22の回転角度が(120度−α)度以上(120度+α)度以下、(360−α)度以上(360+α)度以下、(600−α)度以上(600+α)度以下となると、現状の第2MGトルク指令値に平均差分トルクDteを加えた値を補正後の新しい第2MGトルク指令値として設定する。なお、出力軸22の回転角度が(120度−α)度以上(120度+α)度以下、(360−α)度以上(360+α)度以下、(600−α)度以上(600+α)度以下でないときには、上記のような第2MGトルク指令値の補正は実行しない。
HV−ECU62は、気筒40d,40e,40fの燃焼時に第1MG14の回転数を制御する(ステップS250)。
そして、HV−ECU62は、たとえば、出力軸22の回転角度が、(120度−α)度以上(120度+α)度以下、(360−α)度以上(360+α)度以下、(600−α)度以上(600+α)度以下のときのエンジン13の回転数が、目標エンジン回転数となるように、第1MG14の回転数を制御する。
今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
10 車両、11 制御部、13,ECU64 エンジン、16 第1インバータ、17 第2インバータ、18 バッテリ、19A 電流センサ、19B 電圧センサ、20 遊星歯車機構、21 出力ギヤ、22 出力軸、23,30 ロータ軸、24 駆動輪、25 カウンタシャフト、26 ドリブンギヤ、27,31 ドライブギヤ、28 デファレンシャルギヤ、29,R リングギヤ、32,33 ドライブシャフト、34 角度センサ、38A,38B バンク、39 過給ユニット、40a,40b,40c,40d,40e,40f 気筒、41A,41B 吸気通路、42A,42B 排気通路、44 排気バルブ、46,46A,46B インテークマニホールド、47,47A,47B 過給機、48A,48B コンプレッサ、50A,50B エアフローメータ、51A,51B インタークーラ、52,52A,52B エキゾーストマニホールド、53,53A,53B タービン、54A,54B バイパス通路、55,55A,55B ウェイストゲートバルブ、56A スタート触媒コンバータ、57,57A 後処理装置、58A 装置、59A 通路、61A クーラ、66 車速センサ、67 アクセル開度センサ、68,69 回転速度センサ、70 エンジン回転速度センサ、71 タービン回転速度センサ、72 過給圧センサ、73 バッテリ監視ユニット、74,75,76,77 温度センサ、78 触媒温度センサ、79 タービン温度センサ、83 コンバータ、100 シリンダブロック、101 シリンダヘッド、121A,121B シリンダ、122A,122B ピストン、123A,123B コンロッド、C キャリヤ、Dte 平均差分トルク。

Claims (1)

  1. 出力軸および過給ユニットを含み、駆動輪を駆動する動力を発生する含むエンジンと、
    前記駆動輪を駆動する動力を発生する回転電機と、
    前記回転電機の駆動を制御する制御部と、
    を備え、
    前記エンジンは、第1気筒が形成された第1バンクと、第2気筒が形成された第2バンクとを含み、
    前記過給ユニットは、前記第1気筒に接続された第1過給機と、前記第2気筒に接続された第2過給機とを含み、
    前記第1気筒内の燃焼によって前記エンジンから前記出力軸に第1トルクが加えられる第1タイミングと、前記第2気筒内での燃焼によって前記エンジンから前記出力軸に第2トルクが加えられる第2タイミングとが異なり、
    前記第1トルクが前記第2トルクよりも小さいときには、前記第1タイミングにおいて前記回転電機の第1出力トルクが前記第2タイミングにおける前記回転電機の第2出力トルクよりも大きくなるように、前記制御部は、前記回転電機を制御する車両。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN114109348A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 柳州柳工挖掘机有限公司 一种旋挖钻机的功率控制方法及旋挖钻机

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CN114109348A (zh) * 2021-11-24 2022-03-01 柳州柳工挖掘机有限公司 一种旋挖钻机的功率控制方法及旋挖钻机

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