JP2023080623A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費を優先する第１走行モードとそれよりも加速性能を優先する第２モードとを含む複数の走行モードを有する場合に、第１走行モードでの車両の燃費の向上を図る。【解決手段】車速が車速閾値以上のときには、ウェイストゲートバルブの開度を調節し、車速が車速閾値未満のときには、ウェイストゲートバルブを全開とする。この場合において、車速閾値を、第１走行モードのときに、第２走行モードのときに比して高くなるように設定する。【選択図】図２

Description

本発明は、車両に関する。

従来、この種の車両としては、エンジンの過給機が、吸気管に配置されたコンプレッサと、排気管に配置されると共にコンプレッサと一体に回転するタービンと、排気管にタービンをバイパスするように取り付けられたバイパス管と、バイパス管に設けられたウェイストゲートバルブとを有する車両において、エンジンを運転していて且つウェイストゲートバルブを全開としているときに、車速が車速閾値以上であると判定すると、ウェイストゲートバルブを閉方向に制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０２０－４１１６号公報

こうした車両において、燃費を優先する第１走行モードとそれよりも加速性能を優先する第２モードとを含む複数の走行モードを有する場合に、走行モードに拘わらずに車速閾値を一律に設定すると、第１走行モードで車両の燃費の向上を十分に図れていない可能性がある。

本発明の車両は、燃費を優先する第１走行モードとそれよりも加速性能を優先する第２モードとを含む複数の走行モードを有する場合に、第１走行モードでの車両の燃費の向上を図ることを主目的とする。

本発明の車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の車両は、
過給機を有するエンジンと、
燃費を優先する第１走行モードと前記第１走行モードよりも加速性能を優先する第２モードとを含む複数の走行モードを切り替えながら走行するように前記エンジンを制御する制御装置と、
を備え、
前記過給機は、吸気管に配置されたコンプレッサと、排気管に配置されると共に前記コンプレッサと一体に回転するタービンと、前記排気管に前記タービンをバイパスするように取り付けられたバイパス管と、前記バイパス管に設けられたウェイストゲートバルブとを有する、
車両であって、
前記制御装置は、車速が車速閾値以上のときには、前記ウェイストゲートバルブの開度を調節し、前記車速が前記車速閾値未満のときには、前記ウェイストゲートバルブを全開とし、
前記車速閾値は、前記第１走行モードのときに、前記第２走行モードのときに比して高くなるように設定される、
ことを要旨とする。

本発明の車両では、車速が車速閾値以上のときには、ウェイストゲートバルブの開度を調節し、車速が車速閾値未満のときには、ウェイストゲートバルブを全開とする。この場合に、車速閾値を、燃費を優先する第１走行モードのときに、第１走行モードよりも加速性能を優先する第２走行モードのときに比して高くなるように設定する。これにより、第１走行モードのときに、第２走行モードのときに比して、ウェイストゲートバルブを全開とする車速範囲を高車速側まで広くすることができる。この結果、より高車速側まで、エンジンの背圧の上昇を抑制してポンピングロスを抑制することができ、エンジンひいては車両の燃費の向上を図ることができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される過給制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。

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車２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０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、例えばガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成されており、エンジン２２のクランクシャフト２３は、プラネタリギヤ３０のキャリヤに接続されている。このエンジン２２は、排気のエネルギを用いて過給するターボタイプの過給機（いわゆるターボチャージャー）２８を備える。

過給機２８は、エアクリーナ２５に接続された吸気管２６に配置されたコンプレッサ２８ａと、排気管２７に配置されたタービン２８ｂと、コンプレッサ２８ａとタービン２８ｂとを連結する連結軸２８ｃと、排気管２７にタービン２８ｂをバイパスするように取り付けられたバイパス管２８ｄと、バイパス管２８ｄに設けられたウェイストゲートバルブ２８ｅとを備える。この過給機２８では、ウェイストゲートバルブ２８ｅの開度を調整することにより、バイパス管２８ｄを通流する排気の量とタービン２８ｂを通流する排気の量との配分比が調整され（ウェイストゲートバルブ２８ｅの開度が小さいほど、バイパス管２８ｄを通流する排気の量が少なくなると共にタービン２８ｂを通流する排気の量が多くなるように調整され）、タービン２８ｂの回転駆動力が調整され、コンプレッサ２８ａによる圧縮空気量が調整され、エンジン２２の過給圧（吸気圧）が調整されるようになっている。なお、エンジン２２は、ウェイストゲートバルブ２８ｅが全開のときには、過給機２８を備えない自然吸気タイプのエンジンと同様に動作可能になっている。

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により運転制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。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、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２３の回転位置を検出するクランクポジションセンサからのクランク角θｃｒ、吸気管２６のコンプレッサ２８ａよりも上流側に配置されたエアフローメータからの吸入空気量Ｑａなどが入力ポートを介して入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号、例えば、スロットルバルブや燃料噴射弁、点火プラグ、ウェイストゲートバルブ２８ｅなどへの制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサからのエンジン２２のクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算したり、エアフローメータからの吸入空気量Ｑａとエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて負荷率（エンジン２２の１サイクルあたりの行程容積に対する１サイクルで実際に吸入される空気の容積の割合）ＫＬを演算したりしている。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオンタイプの遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、上述したように、エンジン２２のクランクシャフト２３が接続されている。

モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されており、モータＭＧ１の回転子は、上述したように、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おり、モータＭＧ２の回転子は、駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２の駆動に用いられると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０に接続されている。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やＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。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、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置センサからの回転位置θｍ１，θｍ２などが入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しない複数の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。モータＥＣＵ４０は、回転位置センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の電気角θｅ１，θｅ２や回転数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おり、上述したように、電力ライン５４を介してインバータ４１，４２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により管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。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、例えば、バッテリ５０の電圧を検出する電圧センサからの電圧Ｖｂや、バッテリ５０の電流を検出する電流センサからの電流Ｉｂなどが入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサからのバッテリ５０の電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ５０の蓄電割合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量の割合である。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ、入出力ポート、通信ポートを有するマイクロコンピュータを備える。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。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、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８７からの車速Ｖも挙げることができる。走行モードを設定するための走行モードスイッチ８８からの走行モード信号も挙げることができる。走行モードとしては、燃費を優先する燃費優先モード（第１走行モード）、燃費優先モードよりも加速性能を優先するスポーツモード（第２走行モード）、スポーツモードよりも更に加速性能を優先するトラックモードなどを挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０、バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

こうして構成された実施例のハイブリッド車２０では、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０との協調制御により、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行（ＨＶ走行）や、エンジン２２の運転を伴わずに走行する電動走行（ＥＶ走行）で走行する。

ＨＶ走行では、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて走行に要求される（駆動軸３６に要求される）走行用トルクＴｄ＊を設定し、設定した走行用トルクＴｄ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｄ（モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄ＊を演算する。続いて、走行用パワーＰｄ＊とバッテリ５０の蓄電割合ＳＯＣとに基づいてエンジン２２の目標パワーＰｅ＊を設定し、エンジン２２から目標パワーＰｅ＊が出力されると共に走行用トルクＴｄ＊が駆動軸３６に出力されるようにエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共にトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。エンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊に基づいて運転されるように、エンジン２２の運転制御、具体的には、スロットルバルブの開度を制御する吸入空気量制御や、燃料噴射弁からの燃料噴射量を制御する燃料噴射制御、点火プラグの点火時期を制御する点火制御、ウェイストゲートバルブ２８ｅの開度を制御する過給制御を行なう。モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で駆動されるようにインバータ４１，４２の複数のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

ＥＶ走行では、ＨＶＥＣＵ７０は、ＨＶ走行と同様に走行用トルクＴｄ＊を設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定すると共に走行用トルクＴｄ＊が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する。モータＥＣＵ４０によるインバータ４１，４２の制御については上述した。

実施例では、燃費優先モード、スポーツモード、トラックモードについて、同一のアクセル開度Ａｃｃに対する走行用トルクＴｄ＊を小さい側からこの順となるようにしたり、ＨＶ走行でのエンジン２２の下限回転数を小さい側からこの順となるようにしたりすることにより、車両の加速性能を低い側からこの順となるようにするものとした。

次に、こうして構成されたハイブリッド車２０の動作、特に、過給制御について説明する。図２は、エンジンＥＣＵ２４により実行される過給制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ＨＶ走行のとき、具体的には、エンジン２２を運転しているときに繰り返し実行される。

図２の過給制御ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、最初に、車速Ｖや走行モードなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、車速Ｖは、車速センサ８７により検出された値がＨＶＥＣＵ７０から通信により入力される。走行モードは、走行モードスイッチ８８からの走行モード信号がＨＶＥＣＵ７０から通信により入力される。

こうしてデータを入力すると、走行モードを調べる（ステップＳ１１０）。そして、走行モードが燃費優先モードのときには、閾値Ｖｒｅｆに値Ｖ１を設定する（ステップＳ１２０）。また、走行モードがスポーツモードのときには、閾値Ｖｒｅｆに値Ｖ１よりも低い値Ｖ２を設定する（ステップＳ１３０）。さらに、走行モードがトラックモードのときには、閾値Ｖｒｅｆに値Ｖ２よりも低い値Ｖ３を設定する（ステップＳ１４０）。ここで、閾値Ｖｒｅｆは、過給機２８による過給を許可するか否かを判定するのに用いられる閾値である。

そして、車速Ｖを閾値Ｖｒｅｆと比較する（ステップＳ１５０）。車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上のときには、過給を許可すると判定し（ステップＳ１６０）、ウェイストゲートバルブ２８ｅの開度を調節して（ステップＳ１７０）、本ルーチンを終了する。この場合、エンジン２２の回転数Ｎｅや負荷率ＫＬに基づいて、吸気管２６のコンプレッサ２８ａよりも下流側の目標過給圧Ｐｃ＊を設定し、目標過給圧Ｐｃ＊を用いてウェイストゲートバルブ２８ｅを制御する。

ステップＳ１５０で車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ未満のときには、過給を禁止すると判定し（ステップＳ１８０）、ウェイストゲートバルブ２８ｅを全開として（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。実施例では、燃費優先モードのときには、スポーツモードやトラックモードのときに比して閾値Ｖｒｅｆに高い値を設定するから、ウェイストゲートバルブ２８ｅを全開とする車速範囲を高車速側に広くすることができる。この結果、より高車速側まで、エンジン２２の背圧の上昇を抑制してポンピングロスを抑制することができ、エンジン２２ひいては車両の燃費の向上を図ることができる。これに対して、スポーツモードやトラックモードのときには、燃費優先モードのときに比して、過給を許可する車速範囲を低車速側に広くすることができる。この結果、より低車速側まで、エンジン２２から比較的大きなトルクを出力することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド車２０では、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上のときには、過給を許可して過給機２８のウェイストゲートバルブ２８ｅの開度を調節し、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ未満のときには、過給を禁止してウェイストゲートバルブ２８ｅを全開とする。この場合において、燃費優先モードのときには、スポーツモードやトラックモードのときに比して閾値Ｖｒｅｆに高い値を設定する。これにより、燃費優先モードのときに、スポーツモードやトラックモードのときに比して、ウェイストゲートバルブ２８ｅを全開とする車速範囲を高車速側に広くすることができる。この結果、より高車速側まで、エンジン２２の背圧の上昇を抑制してポンピングロスを抑制することができ、エンジン２２ひいては車両の燃費の向上を図ることができる。

実施例のハイブリッド車２０では、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ以上のときには、過給を許可してウェイストゲートバルブ２８ｅの開度を調節し、車速Ｖが閾値Ｖｒｅｆ未満のときには、過給を禁止してウェイストゲートバルブ２８ｅを全開とするものとした。しかし、過給を禁止から許可に切り替えるときと許可から禁止に切り替えるときとで、閾値Ｖｒｅｆにヒステリシス（マージン）を持たせるものとしてもよい。こうすれば、過給の許可と禁止との頻繁な切替を抑制することができる。

実施例のハイブリッド車２０では、燃費優先モード（第１走行モード）と、燃費優先モードよりも加速性能を優先するスポーツモード（第２走行モード）と、スポーツモードよりも加速性能を優先するトラックモードとを有するものとした。しかし、燃費を優先する第１走行モードと第１走行モードよりも加速性能を優先する第２モードとを含む複数の走行モードを有するものであればよく、走行モードの数は、２つでもよいし、４つ以上でもよい。

実施例では、駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された駆動軸３６にプラネタリギヤ３０を介して過給機２８を有するエンジン２２とモータＭＧ１とを接続すると共に駆動軸３６にモータＭＧ２を接続したハイブリッド車２０の構成とした。しかし、過給機を有するエンジンを備える車両であればよい。例えば、駆動輪に連結された駆動軸に変速機を介してモータを接続すると共にモータにクラッチを介してエンジンを接続したハイブリッド車の構成としてもよい。また、走行用のモータを備えずに、駆動輪に連結された駆動軸に変速機を介してエンジンを接続したエンジン車の構成としてもよい。

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、ＨＶＥＣＵ７０およびエンジンＥＣＵ２４が「制御装置」に相当し、過給機２８が「過給機」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、車両の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド車、２２ エンジン、２３ クランクシャフト、２４ エンジンＥＣＵ、２５ エアクリーナ、２６ 吸気管、２７ 排気管、２８ 過給機、２８ａ コンプレッサ、２８ｂ タービン、２８ｃ 連結軸、２８ｄ バイパス管、２８ｅ ウェイストゲートバルブ、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、４０ モータＥＣＵ、４１，４２ インバータ、５０ バッテリ、５２ バッテリＥＣＵ、５４ 電力ライン、７０ 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、８７ 車速センサ、８８ 走行モードスイッチ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 過給機を有するエンジンと、
   燃費を優先する第１走行モードと前記第１走行モードよりも加速性能を優先する第２モードとを含む複数の走行モードを切り替えながら走行するように前記エンジンを制御する制御装置と、
   を備え、
   前記過給機は、吸気管に配置されたコンプレッサと、排気管に配置されると共に前記コンプレッサと一体に回転するタービンと、前記排気管に前記タービンをバイパスするように取り付けられたバイパス管と、前記バイパス管に設けられたウェイストゲートバルブとを有する、
   車両であって、
   前記制御装置は、車速が車速閾値以上のときには、前記ウェイストゲートバルブの開度を調節し、前記車速が前記車速閾値未満のときには、前記ウェイストゲートバルブを全開とし、
   前記車速閾値は、前記第１走行モードのときに、前記第２走行モードのときに比して高くなるように設定される、
   車両。

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