JP2022165568A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＧＰＦ３４の再生処理の実行機会を増やせるようにしたハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】ＣＰＵ７２は、ＧＰＦ３４の再生要求に応じて、気筒＃２の燃料噴射を停止し、気筒＃１，＃３，＃４の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとすることにより、ＧＰＦ３４の再生処理を実行する。ＣＰＵ７２は、バッテリ５９の充電率が小さい場合に大きい場合よりもバッテリ５９の要求充電電力を大きくする。ＣＰＵ７２は、再生処理が実行される場合、車両の要求出力とバッテリ５９の要求充電電力との和が、再生処理時における内燃機関１０の出力の最大値以下となるように要求充電電力を制限する。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

たとえば下記特許文献１には、バッテリの充電率が小さい場合に大きい場合よりもバッテリの充電電力を大きくする制御装置が記載されている（段落「００７１」）。またこの制御装置では、車両の推力を生成するうえでの要求出力とバッテリの充電電力との和に応じて内燃機関の要求出力を定めている。

特許第５７４７９８６号明細書

発明者は、排気系に設けられた後処理装置を再生する再生処理として、複数の気筒のうちの一部の気筒における燃焼制御を停止することを検討した。これは、後処理装置に酸素を供給することを狙ったものである。ただし、その場合、内燃機関の最大出力が小さくなることから、車両の要求出力とバッテリの充電電力との和よりも内燃機関の最大出力が小さくなりやすい。そして、内燃機関の最大出力が足りない場合、再生処理を実行できない。

以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
駆動輪に動力を付与する回転電機と、該回転電機によって充放電される蓄電装置と、駆動輪に動力を付与する内燃機関と、を備えたハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関は、複数の気筒を備えており、前記内燃機関の一部の気筒の燃焼制御を停止する停止処理と、前記蓄電装置の充電率が小さい場合に大きい場合よりも前記回転電機による前記蓄電装置への要求充電電力を大きい値に設定する要求充電電力設定処理と、前記ハイブリッド車両の推力を生成するうえでの要求出力と前記要求充電電力との和に応じて前記内燃機関に対する要求出力を設定する要求出力設定処理と、前記停止処理が実行される場合、前記要求出力が前記停止処理が実行されているときにおける最大値を超えないように前記要求充電電力を小さい側に制限する制限処理と、を実行するハイブリッド車両の制御装置である。

上記構成では、充電率が小さい場合に大きい場合よりも蓄電装置への要求充電電力を大きい値に設定することにより、蓄電装置の状態を良好に保つことができる。ただし、上記構成では、停止処理が実行される場合、蓄電装置への要求充電電力を小さい側に制限する。そのため、車両の要求出力を満たしつつも、制限処理を実行しない場合と比較して、停止処理の実行機会を増やすことができる。

一実施形態にかかる駆動系およびその制御系を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる要求充放電電力量の設定を例示する図。

以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図１に示すように、内燃機関１０は、４つの気筒＃１～＃４を備える。内燃機関１０の吸気通路１２には、スロットルバルブ１４が設けられている。吸気通路１２の下流部分である吸気ポート１２ａには、吸気ポート１２ａに燃料を噴射するポート噴射弁１６が設けられている。吸気通路１２に吸入された空気やポート噴射弁１６から噴射された燃料は、吸気バルブ１８の開弁に伴って、燃焼室２０に流入する。燃焼室２０には、筒内噴射弁２２から燃料が噴射される。また、燃焼室２０内の空気と燃料との混合気は、点火装置２４の火花放電に伴って燃焼に供される。そのときに生成される燃焼エネルギは、クランク軸２６の回転エネルギに変換される。

燃焼室２０において燃焼に供された混合気は、排気バルブ２８の開弁に伴って、排気として排気通路３０に排出される。排気通路３０には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒３２と、ガソリンパティキュレートフィルタ（ＧＰＦ３４）とが設けられている。なお、ＧＰＦ３４は、ＰＭを捕集するフィルタに三元触媒が担持されたものである。

クランク軸２６は、動力分割装置を構成する遊星歯車機構５０のキャリアＣに機械的に連結されている。遊星歯車機構５０のサンギアＳには、第１モータジェネレータ５２の回転軸５２ａが機械的に連結されている。また、遊星歯車機構５０のリングギアＲには、第２モータジェネレータ５４の回転軸５４ａと駆動輪６０とが機械的に連結されている。第１モータジェネレータ５２の端子には、第１インバータ５６によって交流電圧が印加される。また、第２モータジェネレータ５４の端子には、第２インバータ５８によって交流電圧が印加される。第１インバータ５６および第２インバータ５８は、いずれも、直流電圧源としてのバッテリ５９の端子電圧を交流電圧に変換して出力する電力変換回路である。

制御装置７０は、内燃機関１０を制御対象とし、その制御量としてのトルクや排気成分比率等を制御するために、スロットルバルブ１４、ポート噴射弁１６、筒内噴射弁２２、および点火装置２４等の内燃機関１０の操作部を操作する。また、制御装置７０は、第１モータジェネレータ５２を制御対象とし、その制御量であるトルクを制御すべく、第１インバータ５６を操作する。また、制御装置７０は、第２モータジェネレータ５４を制御対象とし、その制御量であるトルクを制御すべく第２インバータ５８を操作する。図１には、スロットルバルブ１４、ポート噴射弁１６、筒内噴射弁２２、点火装置２４、第１インバータ５６および第２インバータ５８のそれぞれの操作信号ＭＳ１～ＭＳ６を記載している。制御装置７０は、内燃機関１０の制御量を制御するために、エアフローメータ８０によって検出される吸入空気量Ｇａ、およびクランク角センサ８２の出力信号Ｓｃｒを参照する。また制御装置７０は、水温センサ８４によって検出される水温ＴＨＷ、およびリングギアＲの回転角を検知する出力側回転角センサ８６の出力信号Ｓｐを参照する。また、制御装置７０は、電流センサ８８によって検出されるバッテリ５９の充放電電流Ｉと、温度センサ８９によって検出されるバッテリ５９の温度Ｔｂとを参照する。また、制御装置７０は、第１モータジェネレータ５２の制御量を制御するために、第１モータジェネレータ５２の回転角を検知する第１回転角センサ９０の出力信号Ｓｍ１を参照する。また、制御装置７０は、第２モータジェネレータ５４の制御量を制御するために、第２モータジェネレータ５４の回転角を検知する第２回転角センサ９２の出力信号Ｓｍ２を参照する。また、制御装置７０は、アクセルセンサ９４によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量であるアクセル操作量ＡＣＣＰと、車速センサ９６によって検出される車速ＳＰＤと、を参照する。

制御装置７０は、ＣＰＵ７２、ＲＯＭ７４、および周辺回路７６を備えており、それらが通信線７８によって通信可能とされている。ここで、周辺回路７６は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路、電源回路、およびリセット回路等を含む。制御装置７０は、ＲＯＭ７４に記憶されたプログラムをＣＰＵ７２が実行することにより制御量を制御する。

以下では、制御装置７０が実行する処理のうち、ＧＰＦ３４の再生処理、および出力配分処理の順に説明する。
図２に、再生処理の手順を示す。図２に示す処理は、ＲＯＭ７４に記憶されたプログラムをＣＰＵ７２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。

図２に示す一連の処理において、ＣＰＵ７２は、まず、機関回転速度ＮＥ、充填効率ηおよび水温ＴＨＷを取得する（Ｓ１０）。次にＣＰＵ７２は、機関回転速度ＮＥ、充填効率ηおよび水温ＴＨＷに基づき、堆積量ＤＰＭの更新量ΔＤＰＭを算出する（Ｓ１２）。ここで、堆積量ＤＰＭは、ＧＰＦ３４に捕集されているＰＭの量である。詳しくは、ＣＰＵ７２は、機関回転速度ＮＥ、充填効率ηおよび水温ＴＨＷに基づき排気通路３０に排出される排気中のＰＭの量を算出する。また、ＣＰＵ７２は、機関回転速度ＮＥおよび充填効率ηに基づきＧＰＦ３４の温度を算出する。そしてＣＰＵ７２は、排気中のＰＭの量やＧＰＦ３４の温度に基づき更新量ΔＤＰＭを算出する。なお、後述のＳ２２の処理の実行時には、増量係数Ｋに基づき、ＧＰＦ３４の温度および更新量ΔＤＰＭを算出すればよい。次にＣＰＵ７２は、堆積量ＤＰＭに更新量ΔＤＰＭを加算した値を堆積量ＤＰＭに代入する（Ｓ１４）。

次にＣＰＵ７２は、要求駆動トルクＴｒｑ＊に、出力側回転速度Ｎｐを乗算した値が、機関出力最大値Ｐｅｍａｘに「３／４」を乗算した値と、放電可能最大値Ｐｂｍａｘとの和以下であるか否かを判定する（Ｓ１６）。ここで、要求駆動トルクＴｒｑ＊は、後述する処理によって算出される、駆動輪６０に要求されるトルクである。出力側回転速度Ｎｐは、遊星歯車機構５０のリングギアＲの回転速度である。出力側回転速度Ｎｐは、車速を示す変数である。出力側回転速度Ｎｐは、出力信号Ｓｐに基づきＣＰＵ７２によって算出される。「Ｔｒｑ＊・Ｎｐ」は、車両の推力を生成するうえでの要求出力である。機関出力最大値Ｐｅｍａｘは、内燃機関１０の出力の最大値である。

ＣＰＵ７２は、上述の和以下であると判定する場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、実行フラグＦｃが「１」であるか否かを判定する（Ｓ１８）。実行フラグＦｃは、「１」である場合に、ＧＰＦ３４のＰＭを燃焼除去するための再生処理を実行している旨を示し、「０」である場合にそうではないことを示す。ＣＰＵ７２は、「０」であると判定する場合（Ｓ１８：ＮＯ）、堆積量ＤＰＭが再生実行値ＤＰＭＨ以上であるか否かを判定する（Ｓ２０）。再生実行値ＤＰＭＨは、ＧＰＦ３４が捕集したＰＭ量が多くなっており、ＰＭを除去することが望まれる値に設定されている。

ＣＰＵ７２は、再生実行値ＤＰＭＨ以上であると判定する場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、再生処理を実行し、実行フラグＦｃに「１」を代入する（Ｓ２２）。本実施形態にかかる再生処理として、ＣＰＵ７２は、気筒＃１のポート噴射弁１６および筒内噴射弁２２からの燃料の噴射を停止し、気筒＃２，＃３，＃４の燃焼室２０内の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとする。この処理は、第１に三元触媒３２の温度を上昇させるための処理である。すなわち、排気通路３０に酸素と未燃燃料とを排出することによって、三元触媒３２において未燃燃料を酸化させて三元触媒３２の温度を上昇させる。第２に、ＧＰＦ３４の温度を上昇させ、高温となったＧＰＦ３４に酸素を供給してＧＰＦ３４が捕集したＰＭを酸化除去するための処理である。すなわち、三元触媒３２の温度が高温となると、高温の排気がＧＰＦ３４に流入することによってＧＰＦ３４の温度が上昇する。そして、高温となったＧＰＦ３４に酸素が流入することによって、ＧＰＦ３４が捕集したＰＭが酸化除去される。

詳しくは、ＣＰＵ７２は、気筒＃１のポート噴射弁１６および筒内噴射弁２２に対する要求噴射量Ｑｄに「０」を代入する。一方、ＣＰＵ７２は、気筒＃２，＃３，＃４の要求噴射量Ｑｄに、ベース噴射量Ｑｂに増量係数Ｋを乗算した値を代入する。

ＣＰＵ７２は、増量係数Ｋを、それら気筒＃２，＃３，＃４から排気通路３０に排出される排気中の未燃燃料が、気筒＃１から排出される酸素と過不足なく反応する量以下となるように設定する。詳しくは、ＣＰＵ７２は、ＧＰＦ３４の再生処理の初期には、三元触媒３２の温度を早期に上昇させるべく、気筒＃２，＃３，＃４内の混合気の空燃比を、上記過不足なく反応する量に極力近い値とする。

一方、ＣＰＵ７２は、Ｓ１６の処理において否定判定する場合と、実行フラグＦｃが「１」であると判定する場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）と、には、実行フラグＦｃに「０」を代入する（Ｓ２４）。ここで、Ｓ１８の処理において肯定判定される場合には、Ｓ２２の処理が完了したとして停止され、Ｓ１６の処理において否定判定された場合には、Ｓ２２の処理の実行が禁止される。

なお、ＣＰＵ７２は、Ｓ２２，Ｓ２４の処理を完了する場合と、Ｓ２０の処理において否定判定する場合と、には、図２に示す一連の処理を一旦終了する。
図３に、出力配分処理の手順を示す。図３に示す処理は、ＲＯＭ７４に記憶されたプログラムをＣＰＵ７２がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。

図３に示す一連の処理において、ＣＰＵ７２は、まずアクセル操作量ＡＣＣＰと出力側回転速度Ｎｐとを取得する（Ｓ３０）。そして、ＣＰＵ７２は、それらアクセル操作量ＡＣＣＰおよび出力側回転速度Ｎｐに基づき、要求駆動トルクＴｒｑ＊を算出する（Ｓ３２）。次にＣＰＵ７２は、バッテリ５９の充電率ＳＯＣと、車速ＳＰＤと、バッテリ５９の温度Ｔｂとに基づき、バッテリ５９からの放電電力指令値Ｐｂ＊を算出する（Ｓ３４）。ここで、放電電力指令値Ｐｂ＊は、放電される場合に正の値となる。ＣＰＵ７２は、充電率ＳＯＣが小さい場合に大きい場合よりも放電電力指令値Ｐｂ＊を負の値で絶対値を大きくする。すなわち、ＣＰＵ７２は、充電率ＳＯＣが小さい場合に大きい場合よりもバッテリ５９の要求充電電力を大きくする。なお、充電率ＳＯＣは、ＣＰＵ７２によって、充放電電流Ｉに基づき算出される。

次にＣＰＵ７２は、実行フラグＦｃが「１」であるか否かを判定する（Ｓ３６）。ＣＰＵ７２は、実行フラグＦｃが「０」であると判定する場合（Ｓ３６：ＮＯ）、放電電力指令値Ｐｂ＊の下限ガード処理を実行する（Ｓ３８）。ここで、下限ガード値は、要求駆動トルクＴｒｑ＊に出力側回転速度Ｎｐを乗算した値から機関出力最大値Ｐｅｍａｘを減算した値である。すなわち、要求駆動トルクＴｒｑ＊に出力側回転速度Ｎｐを乗算した値を駆動輪６０に対する出力として実現可能であるためには、以下の式（ｃ１）を満たす必要がある。

Ｔｒｑ＊・Ｎｐ≦Ｐｅｍａｘ＋Ｐｂ＊ …（ｃ１）
上記の式（ｃ１）は、下記の式（ｃ２）のように、放電電力指令値Ｐｂ＊の下限値を定める。

Ｔｒｑ＊・Ｎｐ－Ｐｅｍａｘ≦Ｐｂ＊ …（ｃ２）
これに対し、実行フラグＦｃが「１」であると判定する場合（Ｓ３６：ＹＥＳ）には、下限ガード値を変更して、放電電力指令値Ｐｂ＊の下限ガード処理を実行する（Ｓ４０）。ここで、下限ガード値は、要求駆動トルクＴｒｑ＊に出力側回転速度Ｎｐを乗算した値から機関出力最大値Ｐｅｍａｘに「３／４」を乗算した値を減算した値である。これは、再生処理時には気筒＃１の燃焼制御を停止することから、内燃機関１０の出力の最大値が、機関出力最大値Ｐｅｍａｘに「３／４」を乗算した値となることに鑑みたものである。

ＣＰＵ７２は、Ｓ３８，Ｓ４０の処理を完了する場合、要求駆動トルクＴｒｑ＊に出力側回転速度Ｎｐを乗算した値から放電電力指令値Ｐｂ＊を減算した値を、内燃機関１０の機関要求出力Ｐｅ＊に代入する（Ｓ４２）。機関要求出力Ｐｅ＊は、内燃機関１０に対する要求出力である。次にＣＰＵ７２は、第１要求出力Ｐｍｇ１＊、および第２要求出力Ｐｍｇ２＊を算出する（Ｓ４４）。第１要求出力Ｐｍｇ１＊は、第１モータジェネレータ５２に対する要求出力である。また、第２要求出力Ｐｍｇ２＊は、第２モータジェネレータ５４に対する要求出力である。ここでは、以下の式（ｃ３）を満たすように、第１要求出力Ｐｍｇ１＊、および第２要求出力Ｐｍｇ２＊を算出する。

Ｔｒｑ＊・Ｎｐ＝Ｐｅ＊＋Ｐｍｇ１＊＋Ｐｍｇ２＊ …（ｃ３）
ＣＰＵ７２は、Ｓ４４の処理を完了する場合、Ｓ４６の処理に移行する。Ｓ４６の処理において、ＣＰＵ７２は、内燃機関１０の出力を機関要求出力Ｐｅ＊に制御すべく、スロットルバルブ１４、ポート噴射弁１６、筒内噴射弁２２、および点火装置２４のそれぞれに操作信号ＭＳ１～ＭＳ４を出力する。また、ＣＰＵ７２は、第１モータジェネレータ５２の出力を第１要求出力Ｐｍｇ１＊に制御すべく、第１インバータ５６に操作信号ＭＳ５を出力する。また、ＣＰＵ７２は、第２モータジェネレータ５４の出力を第２要求出力Ｐｍｇ２＊に制御すべく、第２インバータ５８に操作信号ＭＳ６を出力する。

なお、ＣＰＵ７２は、Ｓ４６の処理を完了する場合、図３に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。

ＣＰＵ７２は、アクセル操作量ＡＣＣＰおよび出力側回転速度Ｎｐに基づき、要求駆動トルクＴｒｑ＊を算出する。ＣＰＵ７２は、車両ＶＣの推力を生成するうえでの要求出力「Ｔｒｑ＊・Ｎｐ」と、バッテリ５９の要求充電電力との合計が、内燃機関１０によって実現可能な出力以下となるように、要求充電電力を調整する。換言すれば、放電電力指令値Ｐｂ＊を調整する。

図４の左側に、再生処理時における内燃機関１０の出力の最大値「Ｐｅｍａｘ・（３／４）」よりも、車両ＶＣに要求される出力「Ｔｒｑ＊・Ｎｐ」の方が大きい場合を例示する。ちなみに、図４の縦軸は、内燃機関１０に要求される出力である。その場合、ＣＰＵ７２は、図４の右側に示すように、放電電力指令値Ｐｂ＊の下限ガード処理によって、放電電力指令値Ｐｂ＊を放電側の値とする。詳しくは、放電電力指令値Ｐｂ＊を、「Ｔｒｑ＊・Ｎｐ－Ｐｅｍａｘ・（３／４）」に設定する。この値は、正の値であることから、内燃機関１０に要求される出力が、「Ｐｅｍａｘ・（３／４）」に減少する。これにより、駆動輪６０に要求される出力を満たしつつ再生処理を実行することができる。

以上説明した本実施形態によれば、さらに以下に記載する作用および効果が得られる。
（１）ＣＰＵ７２は、車両ＶＣの推力を生成するうえで要求される出力「Ｔｒｑ＊・Ｎｐ」が、機関出力最大値Ｐｅｍａｘの「３／４」倍と、放電可能最大値Ｐｂｍａｘとの和よりも大きい場合、再生処理を禁止した。これにより、車両ＶＣの加速要求等を満たすことができ、ドライバビリティを優先できる。

＜対応関係＞
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。蓄電装置は、バッテリ５９に対応する。回転電機は、第１モータジェネレータ５２および第２モータジェネレータ５４に対応する。停止処理は、Ｓ２２の処理に対応する。要求充電電力設定処理は、Ｓ３４の処理に対応する。要求出力設定処理は、Ｓ４２の処理に対応する。制限処理は、Ｓ４０の処理に対応する。

＜その他の実施形態＞
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・上記実施形態では、バッテリ５９の放電電力指令値Ｐｂ＊を充電率ＳＯＣ、車速ＳＰＤおよびバッテリ５９の温度に応じて可変設定したがこれに限らない。たとえば、充電率ＳＯＣと、車速ＳＰＤおよびバッテリ５９の温度のうちのいずれか１つとに応じて可変設定してもよい。さらに、充電率ＳＯＣ、車速ＳＰＤおよびバッテリ５９の温度の３つに関しては、充電率ＳＯＣのみに基づき、バッテリ５９の放電電力指令値Ｐｂ＊を可変設定してもよい。

・ハイブリッド車両としては、シリーズパラレルハイブリッド車両に限らない。たとえば、パラレルハイブリッド車であってもよい。

１０…内燃機関
１２…吸気通路
１４…スロットルバルブ
１６…ポート噴射弁
１８…吸気バルブ
２０…燃焼室
２２…筒内噴射弁
２４…点火装置
２６…クランク軸
２８…排気バルブ
３０…排気通路
３２…三元触媒
３４…ＧＰＦ
５０…遊星歯車機構
７０…制御装置

Claims (1)

1. 駆動輪に動力を付与する回転電機と、該回転電機によって充放電される蓄電装置と、駆動輪に動力を付与する内燃機関と、を備えたハイブリッド車両に適用され、
   前記内燃機関は、複数の気筒を備えており、
   前記内燃機関の一部の気筒の燃焼制御を停止する停止処理と、
   前記蓄電装置の充電率が小さい場合に大きい場合よりも前記回転電機による前記蓄電装置への要求充電電力を大きい値に設定する要求充電電力設定処理と、
   前記ハイブリッド車両の推力を生成するうえでの要求出力と前記要求充電電力との和に応じて前記内燃機関に対する要求出力を設定する要求出力設定処理と、
   前記停止処理が実行される場合、前記要求出力が前記停止処理が実行されているときにおける最大値を超えないように前記要求充電電力を小さい側に制限する制限処理と、を実行するハイブリッド車両の制御装置。

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