JP3716819B2

JP3716819B2 - Control device for hybrid vehicle

Info

Publication number: JP3716819B2
Application number: JP2002200444A
Authority: JP
Inventors: 徹野田; 康治平谷; 淳寺地
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-07-09
Filing date: 2002-07-09
Publication date: 2005-11-16
Anticipated expiration: 2022-07-09
Also published as: JP2004044426A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、詳しくは、運転領域の異なる圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替え可能な内燃機関を適用したハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関と電動機とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド車両においては、内燃機関、発電機、電動機及び蓄電装置を組み合わせることで、内燃機関をその最大熱効率付近でのみ運転することが可能となるため、車両の熱効率が大きく改善できることが知られている。そして、ハイブリッド車両の熱効率を更に改善するようにしたものとして、特開２０００−１８６５９０号公報に記載されたものがある。このものは、内燃機関を、燃料消費量が最低となる目標回転速度に制御して発電機を駆動し、車両を駆動するために電動機が必要とする電力を供給するようにすることで車両全体としての燃費低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃費低減の要求がさらに高まりつつある中にあって、上記従来のものでは十分とは言えず、更なる改良の余地がある。
ここで、ディーゼルエンジン等の圧縮自己着火式内燃機関は、非常に熱効率に優れており、これをハイブリッド車両に適用することで、更なる燃費向上を図れる可能性がある。
【０００４】
しかしながら、圧縮自己着火燃焼式内燃機関は、通常、その運転可能領域が低回転側の一部に限定され、これにより機関出力も限られるという問題がある。これは、圧縮自己着火燃焼は、その燃焼の進行を主に化学反応の速度のみに依存しており、機関の回転に対する実時間が短くなる高回転側においては、燃焼反応を完結させることが困難となるからである。
【０００５】
このため、圧縮自己着火式内燃機関をハイブリッド車両に適用した場合に、車両としての最大出力を賄うためには、機関排出量を大きくせざるを得ないが、内燃機関の他にも電動機、発電機、蓄電装置等の多くのシステム構成要素を必要とするハイブリッド車両において、搭載する内燃機関の大型化（排出量の増大）は、スペース面、重量面からみても好ましくない。
【０００６】
ここで、火花点火燃焼を行うようにすれば、機関の回転速度の上昇に伴って燃焼室内の乱流場が強化されるため、高回転側において高い機関出力を得ることが可能となるが、圧縮自己着火燃焼を行うために高圧縮化された内燃機関では、機関のある運転領域において、両燃焼方式を切り替え可能にすることは容易ではない。ピストンによる圧縮のみによって着火可能な状態において、火花点火燃焼を行うとノッキングが発生してしまうからである。
【０００７】
但し、異なる運転領域、例えば低回転側と高回転側とで二つの燃焼方式を切り替えて運転することは可能である。上記したように、高回転側においては、化学反応の速度相対的に小さくなり、乱流場によって加速された火炎伝播がノッキング発生前に燃焼を完結可能とするからである。そして、このように異なる運転領域で燃焼方式を切り替えるようにすれば、運転領域に応じて適切な燃焼方式を選択して燃費低減を図ることができるが、それぞれの燃焼方式を行う領域の間には、必然的にいずれの燃焼方式による運転も不可能な部分が存在してしまうという問題が残る。
【０００８】
以上のように、圧縮自己着火燃焼を行う内燃機関では、低回転側に、高効率な圧縮自己着火燃焼が可能な領域が存在し、高回転側に、高出力な火花点火燃焼可能が可能な領域が存在し、その中間には、いずれの燃焼方式でもノッキング又は失火が発生して運転が困難な領域が存在する。
このような内燃機関は、単独で車両に搭載して走行することは困難であるが、ハイブリッド車両においては、電動機による車両走行が可能であるので、内燃機関の運転領域が限定される場合でも、幅広い車両出力に対応することができる。そして、かかる内燃機関をハイブリッド車両に適用した場合には、車両出力に応じて内燃機関１を圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替えて運転することになるが、内燃機関を運転したまま切り替えることは、上記のように、ノッキングの発生や失火の発生に繋がるため困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、同じ運転領域では両立しない圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替え可能な内燃機関をハイブリッド車両に適用するに際し、燃焼方式を適切に切り替えることができるようにした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。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、内燃機関の燃焼状態を切り替えるときに、燃料供給を停止し、蓄電装置からの放電によって第１の回転電機を駆動して内燃機関の運転領域を切り替えて、その後に燃料供給を再開すると共に、内燃機関への燃料供給を停止している間は、蓄電装置からの放電によって第２の回転電機を駆動して車両走行を行うようにした。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替えるときに、まず、内燃機関への燃料供給を停止するので、ノッキングの発生や失火による未燃燃料の排出を防止できる。そして、蓄電装置からの放電により第１の回転電機を駆動して内燃機関の運転領域（回転速度）を制御し、運転領域が切り替わってから燃料供給を再開するので、切り替え完了後に圧縮自己着火燃焼又火花点火燃焼を確実に開始できる。なお、燃料供給の停止中は、蓄電装置からの放電により第２の回転電機を駆動して車両走行の維持が可能である。これにより、高効率であるが、運転領域が限定される圧縮自己着火式内燃機関をハイブリッド車両に適用しつつ、幅広い車両出力要求に対応することができ、全体として低燃費なハイブリッド車両を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るシリーズ式ハイブリッド車両のシステム構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両は、内燃機関１と、この内燃機関１と機械的に接続する第１電動発電機２と、この第１電動発電機２と電気的に接続する第１インバータ３と、バッテリ（蓄電装置）４と、第２インバータ５と、この第２インバータ５と電気的に接続する第２電動発電機６と、この第２電動発電機６と機械的に接続する変速機７と、電子制御装置（ＥＣＵ）１０と、を含んで構成される。なお、車両の駆動輪８は前記変速機７の出力軸にて駆動されるようになっており、また、前記第１インバータ３及び第２インバータ５は、それぞれ電気的に接続する前記バッテリ４の充放電を行うことができると共に、相互に電気的に接続されている。
【００１３】
前記ＥＣＵ１０は、車両の運転要求を検出する手段としてのアクセルペダルセンサ２１、内燃機関の回転速度を検出する回転センサ２２、バッテリ電圧センサ２３及び車速センサ２４等から情報を得て総合的に状況を判断し、前記内燃機関１のスロットル１１、燃料噴射装置１２及び点火装置（図示省略）や、前記第１電動発電機２、第２電動発電機６、第１インバータ３、第２インバータ５をそれぞれ制御可能である。
【００１４】
なお、本実施形態は、前記第２電動発電機６にて車軸を駆動する方式であるので、前記変速機７は所定の減速を行うのみでよく、変速比が可変である必要はない。よって、前記車速センサ２４は、前記第２電動発電機６の回転速度を検出する回転センサとしての機能も兼ねることができる。また、同様に、前記回転センサ２２から第１電動発電機２の回転速度を検出することも可能である。
【００１５】
ここで、上記ハイブリッド車両の基本的な運転モードについて説明する。まず、内燃機関１が運転中であれば、この内燃機関１が第１電動発電機２を駆動して発電を行う。発電された電力は、第１インバータ３及び第２インバータ５を介して第２電動発電機６を駆動するために使用される。このとき、車両の要求出力に対して発電した電力量に余剰があれば、第１インバータ３からバッテリ４へと充電を行い、逆に発電した電力量が不足していれば、バッテリ４から第１インバータ３へと放電を行い、その不足分を補う。一方、内燃機関１が停止中（回転が停止している状態をいう。以下同じ）又は休止中（回転はしているが、燃料噴射が停止されて空転している状態をいう。以下同じ）であれば、バッテリ４からの放電のみで第２電動発電機６を駆動する。この間、第１電動発電機２は、停止若しくは空転状態にあるか、又は、バッテリ４からの放電により駆動されて内燃機関１の回転速度制御を実行となる。
【００１６】
図２は、前記内燃機関１の運転マップを示すものである。この内燃機関１は、通常の火花点火機関の圧縮比を高めて予混合圧縮自己着火燃焼を可能としたもので、図２に示すように、比較的低回転側の所定の運転領域内で予混合圧縮自己着火燃焼が可能である。
この予混合圧縮自己着火燃焼は、低負荷において熱効率が優れるものの、混合気の不均質に起因する排気物質が増加するというディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関の有する問題を解決するものとして注目されている燃焼方式で、燃料と空気とをほぼ均質に混合した混合気を燃焼室内に形成し、主にピストン圧縮によって着火・燃焼させるものである。この燃焼方式によれば、希薄燃焼による高熱効率化と予混合燃焼による低エミッション化が図れ、特に、ＮＯｘやスモークの排出を大幅に低減できるものである。
【００１７】
図中のＢ点は、かかる予混合圧縮自己着火燃焼において、熱効率が最良となる点近傍に設定された運転設定点（以下、これを第１運転設定点という）である。また、この内燃機関１において、低回転側で火花点火燃焼を行おうとすれば、ノッキング若しくは失火が生じる可能性があるため、スロットル１１によって吸気を大幅に絞って低負荷運転をせざるを得ない。一方、高回転側においては、化学反応の進行による自着火よりも乱流による火炎伝播の方が支配的となるため、高負荷での火花点火燃焼も可能となる。すなわち、この内燃機関１は、低回転・低負荷側と高回転側の運転領域において火花点火燃焼が可能である。図中のＣ点は、かかる火花点火燃焼において、スロットル１１全開にて運転可能となる回転速度付近に設定されら運転設定点（以下、これを第２運転設定点という）であり、火花点火燃焼にて最大熱効率が得られる点である。この第２運転設定点（Ｃ点）は、前記第１運転設定点（予混合圧縮自己着火燃焼における最大熱効率点、Ｂ点）に比べて、熱効率の面では下回るものの、より大きな出力が得られる。
【００１８】
図中のＤ点は、内燃機関１が最大出力を発揮する運転設定点（以下、これを最大出力点という）である。そして、この内燃機関１は、前記第２運転設定点（Ｃ点）から最大出力点（Ｄ点）にかけては、スロットル１１全開での運転可能が可能であり、このとき機関の出力は増大するのであるが、フリクション等の増加により熱効率は若干低下することになる。なお、図中のＡ点は、内燃機関１が完全に停止している状態である。
【００１９】
図３、４は、本実施形態において、車両駆動に必要な出力（車両出力）に対する内燃機関１の運転モードを示すものである。車両出力が、前記第１運転設定点（Ｂ点）における内燃機関１の出力以下の低出力時は（図３におけるａ〜ｂ）、図４（ａ）に示すように、内燃機関１は、前記第１運転設定点（Ｂ点）での運転と運転停止（Ａ点）のデューティー運転を行う。この場合において、内燃機関１がＡ点にて運転停止中のときは、バッテリ４からの放電のみによって第１電動発電機２を駆動して走行する。一方、内燃機関１が前記第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中のときは、第１電動発電機２によって発電した電力で第２電動発電機６を駆動して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電を行う。なお、運転停止（Ａ点）及び第１運転設定点（Ｂ点）での運転のデューティー比は、車両出力に応じて適切に設定されており、バッテリ４の充放電をバランスさせている。
【００２０】
車両出力が、前記第１運転設定点（Ｂ点）における内燃機関１の出力と前記第２運転設定点（Ｃ点）における内燃機関１の出力との間にある中出力時は（図３におけるｂ〜ｃ）、図４（ｂ）に示すように、内燃機関１は、前記第１運転設定点（Ｂ点）での運転と前記第２運転設定点（Ｃ点）での運転のデューティー運転を行う。この場合において、内燃機関１が前記第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中のときは、第１電動発電機２によって発電した電力のすべてを第２電動発電機６に供給すると共に、不足分をバッテリ４からの放電により補って第２電動発電機６を駆動して走行する。一方、内燃機関１が前記第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中のときは、第１電動発電機２によって発電した電力の一部で第２電動発電機６を駆動して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電する。なお、第１運転設定点（Ｂ点）及び第２運転設定点（Ｃ点）での運転のデューティー比を適切に設定することで、必要な車両出力を内燃機関１の平均出力として得ることができる。
【００２１】
車両出力が、前記第２運転設定点（Ｃ点）における内燃機関１の出力を上回る高出力時は（図３におけるｃ〜ｄ）、図４（ｃ）に示すように、前記第２運転設定点（Ｃ点）と前記最大出力点（Ｄ点）との間で、必要な車両出力と同じ出力を得られる点で内燃機関１の（連続）運転を行う。この場合において、第１電動発電機２によって発電された電力は、すべて第２電動発電機６を駆動するために連続的に供給され、バッテリ４への充電及びバッテリ４からの放電は行われない。
【００２２】
ここで、上記した内燃機関１の運転条件の切り替え手順について説明する。
図５は、車両出力が低出力時のとき、すなわち、機関が運転停止状態にあるＡ点と予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１を機関停止状態（Ａ点）から第１運転設定点（Ｂ点）での運転へと切り替えるときの手順を示すものである。
【００２３】
図５（ａ）は、内燃機関１がＡ点にて停止中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２による発電は行われないので、バッテリ４からの放電のみによって第２電動発電機６を駆動して走行する。
図５（ｂ）は、内燃機関１の運転条件をＡ点の停止中から第１運転設定点（Ｂ点）での運転へと移行する際の状態を示す。この場合、バッテリ４からの放電によって第２電動発電機６を駆動して走行を維持すると共に、バッテリ４からの放電により第１電動発電機２を駆動して内燃機関１を回転させる。このとき、内燃機関１において燃料噴射は行わず（すなわち、燃料供給を停止しており）、内燃機関１としては休止状態にある。そして、内燃機関１の回転速度が第１運転設定点（Ｂ点）に一致するまで上昇した後、燃料噴射手段１２の駆動を開始して内燃機関１を第１運転設定点（Ｂ点）における予混合圧縮自己着火燃焼にて起動する。
【００２４】
図５（ｃ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２により発電された電力を第２電動発電機６に供給して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電して停止時（Ａ点）に消費した分（蓄電量）を回復する。
一方、第１運転設定点（Ｂ点）での運転から機関停止状態（Ａ点）へと切り替えるときは、燃料噴射手段１２を停止して内燃機関１を休止状態とすると同時に、バッテリ４からの放電によって第２電動発電機６を駆動して走行を維持する。
【００２５】
図６は、車両出力が中出力時のとき、すなわち、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点と火花点火燃焼を行うＣ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１の運転条件をＢ点からＣ点へと切り替えるときの手順を示すものである。
図６（ａ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２によって発電された電力は、第２電動発電機６に供給されると共に、その不足分がバッテリ４からの放電により補って第２電動発電機６に駆動して走行する。
【００２６】
図６（ｂ）は、第１運転設定点（Ｂ点）での運転から第２運転設定点（Ｃ点）へと移行する際の状態を示す。この場合、燃料噴射装置１２の駆動を一旦停止して内燃機関１を休止状態とする。その間、バッテリ４からの放電のみによって第２電動発電機６を駆動して走行を維持すると共に、バッテリ４からの放電により第１電動発電機２を駆動する。これにより、休止中の内燃機関１は、空転状態のまま第１電動発電機２により回転速度が制御される。そして、内燃機関１の回転速度が第２運転設定点（Ｃ点）に一致するまで上昇した後、燃料噴射手段１２の駆動を再開すると共に、点火装置（図示省略）による点火を開始して第２運転設定点（Ｃ点）における火花点火燃焼を開始する。
【００２７】
図６（ｃ）は、内燃機関１が第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２により発電された電力を第２電動発電機６に供給して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電してＢ点運転中及びＢ点→Ｃ点移行中に消費した分（蓄電量）を回復する。
図７は、車両出力が中出力時のとき、すなわち、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点と火花点火燃焼を行うＣ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１の運転条件をＣ点からＢ点へと切り替えるときの手順を示すものである。
【００２８】
図７（ａ）は、内燃機関１が第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中の状態を示すものであり、図６（ｃ）と同じである。
図７（ｂ）は、第２運転設定点（Ｃ点）での運転から第１運転設定点（Ｂ点）へと移行する際の状態を示す。この場合、燃料噴射装置１２と点火装置（図示省略）とを停止して内燃機関１を休止状態とすると同時に、バッテリ４からの放電によって第２電動発電機６を駆動して走行を維持すると共に、バッテリ４からの放電によって第１電動発電機２に逆方向の回転トルクを生じさせて内燃機関１の回転速度が第１運転設定点（Ｂ点）に一致するまで低下させる。そして、内燃機関１の回転速度が第１運転設定点（Ｂ点）に一致したら、燃料噴射装置１２の駆動を再開して第１運転設定点（Ｂ点）における予混合圧縮自己着火燃焼を開始する。
【００２９】
図７（ｃ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示すものであり、図６（ａ）と同じである。
図８は、車両出力が高出力時のとき、すなわち、第２運転設定点（Ｃ点）にて運転した内燃機関１の出力よりも大きい場合の内燃機関１の運転状態を示すものである。この場合、内燃機関１は、第２運転設定点（Ｃ点）と最大出力点（Ｄ点）との間で機関出力と車両出力と等しくなる点において連続運転を行い、第１電動発電機２により発電された電力は、すべて第２電動発電機６に供給されて車両走行に供される。
【００３０】
図９は、本実施形態に係る内燃機関１の切り替え運転の制御フローを示したものである。内燃機関１をＡ点及びＢ点で、又は、Ｂ点及びＣ点でデューティー運転するものであるが、これは車両が定常状態にある場合のみである。実際の車両では、運転状況が刻々と変化するため、車両の要求出力に基づいてデューティー比を計算したとしても、次のサイクルには、既にその要求出力が変化している場合もあり得る。
【００３１】
従って、ここでは、より現実的な内燃機関のデューティー運転の方法として、バッテリ残量によって内燃機関１の運転条件の切り替えを判断する構成とする。すなわち、バッテリ残量があらかじめ設定した所定値以下となった場合は、高出力側の運転設定点への切り替えを行い、発電量に余剰を生み出してバッテリ充電を行うようにし、逆に、バッテリ残量が別の所定値以上である場合は、低出力側の運転設定点への切り替えを行い、バッテリから放電される電力にて走行するように制御する。以下、かかる制御（図９）を説明する。
【００３２】
図９において、ステップ１（図では、Ｓ１と記す。以下同じ）では、アクセルペダルセンサ２１、回転センサ２２及び車速センサ２４等から入力された情報に基づいて車両の要求出力を演算し、決定する。
ステップ２では、バッテリ電圧センサ３から入力された情報に基づいてバッテリ残量ＶＲを検出する。
【００３３】
ステップ３では、車両の要求出力に基づいて、内燃機関１の運転モードを判断し分岐する。具体的には、Ａ点−Ｂ点のデューティー運転を行う場合にはステップ１１に進み、Ｂ点−Ｃ点のデューティー運転を行う場合にはステップ２１に進み、Ｃ点−Ｄ点間で連続運転を行う場合にはステップ３１に進む。
Ａ点−Ｂ点のデューティー運転を行う場合において、ステップ１１では、バッテリ残量ＶＲと低残量側設定値Ｖ１とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１よりも小さい場合は、バッテリ残量が不足して走行に支障をきたすおそれがあるので、ステップ１２に進んで内燃機関１の運転をＡ点（停止）からＢ点へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共にバッテリ充電を行う（図５（ｃ）参照）。
【００３４】
一方、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１以上であった場合には、ステップ１３に進んでバッテリ残量ＶＲと高残量側設定値Ｖ２とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２よりも大きい場合は、バッテリ４が過充電となるおそれがあるので、ステップ１４に進んで内燃機関１の運転をＡ点へと切り替えて（停止して）、バッテリ４の電力のみで走行する（図５（ａ）参照）。なお、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２以下の場合は現在の運転状態を継続する。
【００３５】
Ｂ点−Ｃ点のデューティー運転を行う場合において、ステップ２１では、バッテリ残量ＶＲと低残量側設定値Ｖ１とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１よりも小さい場合は、バッテリ残量が不足して走行に支障をきたすおそれがあるので、ステップ２２に進んで内燃機関１の運転をＢ点からＣ点へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共にバッテリ充電を行う（図６（ｃ）参照）。
【００３６】
一方、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１以上であった場合には、ステップ２３に進んでバッテリ残量ＶＲと高残量側設定値Ｖ２とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２よりも大きい場合は、バッテリ４が過充電となるおそれがあるので、ステップ２４に進んで内燃機関１の運転をＣ点からＢ点へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共に、その不足分をバッテリ４からの電力により補って走行する（図６（ａ）参照）。なお、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２以下の場合は現在の運転状態を継続する。
【００３７】
Ｃ点−Ｄ点間で連続運転を行う場合において、ステップ３１では、バッテリ残量ＶＲと低残量側設定値Ｖ１とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１よりも小さい場合は、バッテリ４を充電する余剰電力を発生するため、ステップ３２に進んで内燃機関１の運転をＣ点からＤ点側へとずらす。
一方、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１以上であった場合には、ステップ３３に進んでバッテリ残量ＶＲと高残量側設定値Ｖ２とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２よりも大きい場合は、バッテリ４が過充電となるおそれがあるので、ステップ３４に進んで内燃機関１の運転をＤ点からＣ点側へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共に、その不足分をバッテリ４からの電力により補って走行する。なお、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２以下の場合は現在の運転状態を継続する。
【００３８】
なお、以上の説明では、内燃機関１の回転速度を低下させる場合に、第１電動発電機２に対してバッテリ電力を利用して逆方向の回転トルクを生じさせるようにしているが、このような積極的な回転速度低下制御を実行せず、内燃機関１自身のフリクションにより回転速度を低下させるようにしてもよい。
具体的には、Ｃ点からＢ点への移行中、内燃機関1への燃料供給を停止し、その間、第１インバータ３、バッテリ４及び第２インバータ５の電気的接続を行わないようにする。そして、内燃機関１は、自己のフリクションにより回転速度を低下していくので、回転速度がＢ点に達した時点で燃料供給を再開して予混合圧縮自己着火燃料を行い、第１インバータ３の電気的接続を回復し、第１電動発電機２にて発電された電力をバッテリ４又は第２電動発電機６へと供給する。かかる構成とすれば、機関回転速度の低下を内燃機関１自身のフリクションを利用して行うので、制御システムを簡略化することができると共に、電力消費を節約できる。更に、この場合において、内燃機関１のスロットル１１を閉状態とすることで、内燃機関１の回転抵抗を大きくし、より早く機関回転速度を低下させるようにしてもよい。かかる構成とすれば、運転条件の切り替え時間、すなわち、バッテリ４の放電のみにより走行する時間を短縮できるので、バッテリ４の負荷を軽減できる。
【００３９】
また、内燃機関１の回転エネルギーを第１電動発電機２において回生することで回転速度を低下させるようにしてもよい。具体的には、燃料供給を停止して空転している内燃機関１の回転エネルギーを、第１電動発電機２において発電することで回収することができ、これを第２電動発電機６へ供給して走行の一助としたり、バッテリ４へ供給してバッテリ充電に利用したりする。かかる構成とすれば、車両全体としてのエネルギー効率を高めることができる。
【００４０】
この実施形態（第１実施形態）では、以下に記すような効果を有する。
（１）前記第１運転設定点（Ｂ点）にて圧縮自己着火燃焼を実現し、前記第２運転設定点（Ｃ点）にて火花点火燃焼を実現するので、それぞれの燃焼方式においてより効率的な運転が可能となる。そして、燃焼方式を切り替えるときは、内燃機関１への燃料供給を停止し、バッテリ４からの放電により第１電動発電機２を駆動して内燃機関１の回転速度制御を行い、第１運転設定点から第２運転設定点へと、又は、第２運転設定点から第１運転設定点へと切り替えてから燃料供給を再開するので、ノッキングの発生や失火による未燃燃焼の排出を防止しつつ、確実に燃焼方式の切り替えを実行できる。
（２）第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）へと運転条件を切り替えるときは、第１電動発電機２により内燃機関１の回転速度制御を実行し、Ｃ点からＢ点へと運転条件を切り替えるときは、内燃機関１への燃料供給を停止してそのフリクションによって回転速度を低下させるようにするので、制御システムを簡略化できると共に、回転速度制御に伴う電力消費を最小限に抑制できる。
（３）また、Ｃ点からＢ点へと運転条件を切り替えるときに、内燃機関１のスロットル１１を閉状態とすることで、内燃機関１の回転抵抗を増大させて回転速度の低下をより早くすることができる。これにより、バッテリ４からの放電のみによって車両の走行を行う期間を短縮化できるので、バッテリ４の負担を軽減することができ、また、バッテリ４の蓄電容量を小さくすることができる。
（４）また、Ｃ点からＢ点へと運転条件を切り替えるときに、第１電動発電機２によって内燃機関１の回転エネルギーを回生することで、回転速度制御を行うようにすれば、内燃機関１の回転速度制御に伴う電力消費を抑制すると共に、内燃機関１の回転エネルギーを電力として回収することができるので、車両全体として燃費の低減が可能となる。
【００４１】
なお、上記実施形態は、シリーズ式のハイブリッド車両について説明しているが、これに限られるものではなく、図１０に示すように、内燃機関１と電動発電機３０の双方により車軸の駆動が可能なパラレル式ハイブリッド車両に適用するようにしてもよい。この場合、電動発電機３０は、前記シリーズ式ハイブリッド車両における第１電動発電機２と第２電動発電機６とを合わせたものと同等ものであり、次のようにして内燃機関１の運転条件をＢ点からＣ点へと切り替える。まず、内燃機関１を休止状態とする。その間、インバータ３１を介してバッテリ４からの放電のみによって電動発電機３０を駆動すると共に、無段変速機３２を制御して走行を維持し、同じく電動発電機３０によって内燃機関１の回転速度を制御する。そして、内燃機関１の回転速度がＣ点に一致するまで上昇した後、燃料噴射、点火を開始してＣ点における火花点火燃焼を開始する
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４２】
本実施形態は、前記第１実施形態と共通する部分も多いので、共通する部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明することとする。
図１１は、本実施形態における内燃機関１の運転マップを示すものである。図に示すように、基本的には、前記第１実施形態における内燃機関１の運転マップと同一であるが（図２参照）、火花点火燃焼を行う第２運転設定点（Ｃ点）よりも低回転側に、同じく火花点火燃焼を行う第３運転設定点（Ｃ'点）が設定されている点が異なる。この第３運転設定点（Ｃ'点）は、スロットル全開で火花点火燃焼が行えない領域にあるので、熱効率が第２運転設定点（Ｃ点）よりも若干劣るものの、第２運転設定点（Ｃ点）よりも低回転側で火花点火燃焼が可能である。
【００４３】
すなわち、本実施形態は、内燃機関１の運転条件を、第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）へと移行させる際に、前記第１実施形態のように直接Ｃ点へと切り替えるのではなく、第３運転設定点（Ｃ'点）を経由させるようにしたものである。
図１２は、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点から火花点火燃焼を行うＣ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１の運転をＣ点からＢ点へと切り替えるときの手順を示すものであり、第１実施形態の図６に対応するものである。
【００４４】
図１２（ａ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示し、図６（ａ）と同じである。
図１２（ｂ）は、第１運転設定点（Ｂ点）での運転から第３運転設定点（Ｃ'点）へと移行する際の状態を示す。この場合、図６（ｂ）と同様にして、すなわち、空転状態にある内燃機関１の回転速度を、第１電動発電機２によって制御し、内燃機関１の回転速度が第３運転設定点（Ｃ'点）に一致するまで上昇した後、燃料噴射手段１２の駆動を再開すると共に、点火装置（図示省略）による点火を開始して第３運転設定点（Ｃ'点）における火花点火燃焼を開始する。
【００４５】
図１２（ｃ）は、第３運転設定点（Ｃ'点）での運転から第２運転設定点（Ｂ点）へと移行する際の状態を示す。この場合、内燃機関１は自らの発生する力で移行することができ、また、第１電動発電機２でも発電を開始できることから、発電した電力を第２電動発電機６に供給して走行電力の一部とすることで、バッテリ４からの放電量を抑えることができる。
【００４６】
図１２（ｄ）は、内燃機関１が第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中の状態を示し、図６（ｃ）と同じであるが、Ｂ点での運転からＣ点へ運転へと移行する際に、Ｃ'点を経由するので、運転モードは図１３のようになる。
なお、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、実際のデューティー運転の方法としては、バッテリ残量によって内燃機関１の運転条件の切り替えを判断する構成とするものとすればよい。かかる構成によれば、Ｂ点からＣ点への切り替えに際し、Ｃ'点を経由するので、バッテリ４の負担を軽減できると共に、運転条件切り替え中にバッテリ残量が０になるような事態を回避できる。
【００４７】
また、前記「バッテリ残量」に代えて、「車両の加速状態」によって内燃機関１の運転条件の切り替えを判断するようにしてもよい。この場合は、例えば、アクセルペダルセンサ２１等からの入力に基づいて車両の加速状態を検出し、この加速状態（加速の程度）が所定値以上であるときに、Ｂ点での運転からＣ点での運転への移行に際して、Ｃ'点を経由するようにする。かかる構成とすれば、「バッテリ残量」によって判断した場合と同様に、バッテリ４の負担を軽減できると共に、内燃機関１がＣ点に到達する前から出力を発揮するようになるので、すばやい加速が可能となる。
【００４８】
更に、前記Ｃ'点から前記Ｃ点へと移行する経路を、Ｃ'点からＣ点への移動経路のうち最も燃料消費率の小さい点をトレースするように規定してもよい。すなわち、Ｃ点は内燃機関１が火花点火燃焼にて最大熱効率を発揮する運転点であり、図１４に示すように、マップ上に燃料消費率の等高線を描くことができる。そして、この燃費消費率の等高線の谷間を通る経路を機関回転速度Ｎｅとスロットル開度ＴＶＯとで規定して記憶しておけば、Ｃ'点からＣ点への移行に際し、常に、機関出力に対して燃費最良となる経路を経由することが可能となる。かかる構成とすれば、Ｂ点からＣ点への移行の際にＣ'点を経由したことによる熱効率の損失を最小限に抑制でき、車両全体としての燃費を低減できることになる。
【００４９】
なお、本実施形態においても、内燃機関１のフリクションにより回転速度を低下させるようにすること、この場合にスロットルを閉状態とすること、内燃機関１の回転エネルギーを回生することで回転速度制御を行うこと、及びパラレル式のハイブリッド車両にも適用可能なこと、については前記第１実施形態と同様である。
【００５０】
この実施形態（第２実施形態）では、前記第１実施形態が有する効果に加えて、更に以下に記す効果を有する。
（１）第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）へと運転条件を切り替えるときに、バッテリ残量が所定量以下の場合には、第２運転設定点（Ｃ点）よりも低回転側の第３運転設定点（Ｃ'点）を経由することで、バッテリ４の負荷を軽減し、バッテリ４の蓄電容量が小さい場合でも燃焼方式を確実に切り替えることができる。
（２）Ｂ点からＣ点へと運転条件を切り替えるときに、車両の加速状態が所定値以上である場合には、Ｃ'点を経由することで、内燃機関１の運転を早めに開始して内燃機関１自身の出力により回転速度を上昇させるので、バッテリ４の負荷を軽減すると共に、要求された車両負荷に対してすばやい対応が可能となる。
（３）更に、Ｃ'点からＣ点への移行において、機関出力に対して燃費最良となる経路を通って移行するようにすることで、Ｃ'点を経由することによる熱効率の損失を最小限に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシリーズ式ハイブリッド車両のシステム構成図である。
【図２】内燃機関１の運転マップを示す図である。
【図３】車両出力と機関出力との関係を説明する図である。
【図４】車両出力が（ａ）低出力時、（ｂ）中出力時、（ｃ）高出力時、のそれぞれにおける内燃機関の運転状態（デューティー運転の状態）を説明する図である。
【図５】車両出力が低出力時における機関運転停止状態（Ａ点）と第１運転設定点（Ｂ点）との切り替え手順を説明する図である。
【図６】車両出力が中出力時における第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）への切り替え手順を説明する図である。
【図７】車両出力が中出力時における第２運転設定点（Ｃ点）から第１運転設定点（Ｂ点）への切り替え手順を説明する図である。
【図８】車両出力が高出力時における第２運転設定点（Ｃ点）と最大出力点（Ｄ点）との間の運転状態を説明する図である。
【図９】内燃機関の切り替え運転制御を示すフローチャートである。
【図１０】本発明を適用したパラレル式ハイブリッド車両のシステム構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態における内燃機関の運転マップを示す図である。
【図１２】第２実施形態における第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）への切り替え手順を説明する図である。
【図１３】第２実施形態において、車両出力が中出力時の内燃機関の運転状態（デューティー運転の状態）を説明する図である。
【図１４】第２実施形態において、第３運転設定点（Ｃ'点）から第２運転設定点（Ｃ点）への移行経路を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…第１電動発電機（第１の回転電機）、４…第２電動発電機（第２の回転電機）、７…バッテリ（蓄電装置）、１０…電子制御装置（ＥＣＵ）、１１…スロットル、１２…燃料噴射装置、２１…アクセルペダルセンサ、２２…回転センサ、２３…バッテリ電圧センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for a hybrid vehicle, and more particularly to a control device for a hybrid vehicle to which an internal combustion engine capable of switching between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion in different operating regions is applied.
[0002]
[Prior art]
In a so-called hybrid vehicle that combines an internal combustion engine and an electric motor, the internal combustion engine can be operated only near its maximum thermal efficiency by combining the internal combustion engine, the generator, the electric motor, and the power storage device. It is known that thermal efficiency can be greatly improved. Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-186590 discloses one that further improves the thermal efficiency of the hybrid vehicle. This system controls the internal combustion engine to a target rotational speed that minimizes fuel consumption, drives the generator, and supplies the electric power required by the electric motor to drive the vehicle. To reduce fuel consumption.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
However, while the demand for reducing fuel consumption is increasing further, the above-described conventional one is not sufficient, and there is room for further improvement.
Here, a compression self-ignition internal combustion engine such as a diesel engine is very excellent in thermal efficiency, and there is a possibility that further improvement in fuel efficiency can be achieved by applying this to a hybrid vehicle.
[0004]
However, the compression self-ignition combustion type internal combustion engine usually has a problem that its operable range is limited to a part on the low rotation side, which limits engine output. This is because compression auto-ignition combustion relies mainly on the rate of chemical reaction for the progress of combustion, and it is difficult to complete the combustion reaction on the high rotation side where the actual time for engine rotation is shortened. Because it becomes.
[0005]
For this reason, when a compression self-ignition internal combustion engine is applied to a hybrid vehicle, in order to cover the maximum output as the vehicle, the engine emission amount must be increased. In a hybrid vehicle that requires many system components such as a machine and a power storage device, an increase in the size of an internal combustion engine (increase in emission) is not preferable from the viewpoint of space and weight.
[0006]
Here, if spark ignition combustion is performed, the turbulent flow field in the combustion chamber is strengthened as the rotational speed of the engine increases, so it becomes possible to obtain a high engine output on the high rotation side, In an internal combustion engine that has been highly compressed to perform compression self-ignition combustion, it is not easy to switch both combustion modes in a certain operating region of the engine. This is because knocking occurs when spark ignition combustion is performed in a state where ignition is possible only by compression by the piston.
[0007]
However, it is possible to operate by switching between two combustion systems in different operation regions, for example, the low rotation side and the high rotation side. As described above, on the high rotation side, the chemical reaction speed becomes relatively small, and the flame propagation accelerated by the turbulent flow field can complete the combustion before the occurrence of knocking. If the combustion method is switched in the different operation regions in this way, it is possible to reduce the fuel consumption by selecting an appropriate combustion method according to the operation region, but between the regions where the respective combustion methods are performed. However, there still remains a problem that there is a portion where operation by any combustion method is impossible.
[0008]
As described above, in an internal combustion engine that performs compression self-ignition combustion, a region where high-efficiency compression self-ignition combustion is possible exists on the low rotation side, and high-power spark ignition combustion is possible on the high rotation side. There is a region, and in the middle there is a region where knocking or misfire occurs in any combustion method and operation is difficult.
Such an internal combustion engine is difficult to travel alone mounted on a vehicle, but in a hybrid vehicle, since the vehicle can be driven by an electric motor, even when the operating range of the internal combustion engine is limited, It can correspond to a wide range of vehicle output. When such an internal combustion engine is applied to a hybrid vehicle, the internal combustion engine 1 is operated by switching between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion according to the vehicle output. However, the internal combustion engine is switched while operating. This is difficult because it leads to the occurrence of knocking and misfire as described above.
[0009]
Therefore, the present invention provides a hybrid vehicle in which the combustion method can be appropriately switched when an internal combustion engine capable of switching between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion, which are incompatible in the same operation region, is applied to the hybrid vehicle. An object is to provide a control device.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, the hybrid vehicle control device according to the present invention stops the fuel supply when the combustion state of the internal combustion engine is switched, and drives the first rotating electrical machine by the discharge from the power storage device to drive the internal combustion engine. The engine operating region is switched, and then the fuel supply is resumed, and while the fuel supply to the internal combustion engine is stopped, the second rotating electrical machine is driven by the discharge from the power storage device to travel the vehicle. I did it.
[0011]
【The invention's effect】
According to the hybrid vehicle control device of the present invention, when switching between the compression self-ignition combustion and the spark ignition combustion, the fuel supply to the internal combustion engine is first stopped. Emission can be prevented. Then, the first rotating electrical machine is driven by the discharge from the power storage device to control the operation region (rotational speed) of the internal combustion engine, and the fuel supply is resumed after the operation region is switched. Moreover, spark ignition combustion can be started reliably. Note that when the fuel supply is stopped, the second rotating electrical machine can be driven by the discharge from the power storage device to keep the vehicle running. As a result, it is possible to meet a wide range of vehicle output requirements while applying a compression self-ignition internal combustion engine, which is highly efficient but has a limited operating range, to a hybrid vehicle with low fuel consumption as a whole. .
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a system configuration diagram of a series hybrid vehicle according to the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the hybrid vehicle according to the present embodiment includes an internal combustion engine 1, a first motor generator 2 mechanically connected to the internal combustion engine 1, and the first motor generator 2 electrically. First inverter 3 to be connected, battery (power storage device) 4, second inverter 5, second motor generator 6 electrically connected to second inverter 5, second motor generator 6 and machine The transmission 7 and the electronic control unit (ECU) 10 are connected to each other. The drive wheels 8 of the vehicle are driven by the output shaft of the transmission 7, and the first inverter 3 and the second inverter 5 are respectively connected to the battery 4 to be electrically connected. Charging and discharging can be performed, and they are electrically connected to each other.
[0013]
The ECU 10 obtains information from an accelerator pedal sensor 21 as a means for detecting a driving request of the vehicle, a rotation sensor 22 for detecting the rotation speed of the internal combustion engine, a battery voltage sensor 23, a vehicle speed sensor 24, and the like, and comprehensively determines the situation. The internal combustion engine 1 throttle 11, fuel injection device 12 and ignition device (not shown), the first motor generator 2, the second motor generator 6, the first inverter 3, and the second inverter 5, respectively. It can be controlled.
[0014]
In this embodiment, since the axle is driven by the second motor generator 6, the transmission 7 need only perform a predetermined deceleration, and the gear ratio need not be variable. Therefore, the vehicle speed sensor 24 can also serve as a rotation sensor that detects the rotation speed of the second motor generator 6. Similarly, the rotational speed of the first motor generator 2 can be detected from the rotation sensor 22.
[0015]
Here, a basic operation mode of the hybrid vehicle will be described. First, if the internal combustion engine 1 is in operation, the internal combustion engine 1 drives the first motor generator 2 to generate power. The generated electric power is used to drive the second motor generator 6 via the first inverter 3 and the second inverter 5. At this time, if there is a surplus in the amount of power generated with respect to the required output of the vehicle, charging is performed from the first inverter 3 to the battery 4, and conversely if the amount of generated power is insufficient, the battery 4 1 Discharge to the inverter 3 to compensate for the shortage. On the other hand, the internal combustion engine 1 is stopped (refers to a state where the rotation is stopped; the same applies hereinafter) or is stopped (refers to a state where the fuel injection is stopped but the fuel injection is stopped; the same applies hereinafter). If so, the second motor generator 6 is driven only by the discharge from the battery 4. During this time, the first motor generator 2 is stopped or idling, or is driven by the discharge from the battery 4 to execute the rotational speed control of the internal combustion engine 1.
[0016]
FIG. 2 shows an operation map of the internal combustion engine 1. The internal combustion engine 1 is capable of premixed compression self-ignition combustion by increasing the compression ratio of a normal spark ignition engine. As shown in FIG. 2, the internal combustion engine 1 is preliminarily operated within a predetermined operating range on the relatively low rotation side. Mixed compression self-ignition combustion is possible.
Although this premixed compression self-ignition combustion is excellent in thermal efficiency at low load, it has been attracting attention as a solution to the problem of compression ignition type internal combustion engines such as diesel engines that increase exhaust gas due to heterogeneous mixture. In this combustion system, an air-fuel mixture in which fuel and air are almost homogeneously mixed is formed in the combustion chamber, and is ignited and burned mainly by piston compression. According to this combustion method, high thermal efficiency by lean combustion and low emission by premixed combustion can be achieved, and in particular, NOx and smoke emissions can be greatly reduced.
[0017]
Point B in the figure is an operation set point (hereinafter referred to as a first operation set point) set in the vicinity of the point where the thermal efficiency is the best in such premixed compression self-ignition combustion. Further, in this internal combustion engine 1, if spark ignition combustion is performed on the low rotation side, knocking or misfire may occur, so that the intake air is greatly throttled by the throttle 11 and low load operation must be performed. . On the other hand, on the high rotation side, flame propagation by turbulent flow is more dominant than self-ignition by the progress of chemical reaction, so that spark ignition combustion at a high load is also possible. That is, the internal combustion engine 1 is capable of spark ignition combustion in the operation region on the low rotation / low load side and the high rotation side. The point C in the figure is an operation set point (hereinafter referred to as a second operation set point) set in the vicinity of the rotation speed at which the throttle 11 can be operated fully open in the spark ignition combustion. The maximum thermal efficiency is obtained at. Although the second operation set point (point C) is lower in terms of thermal efficiency than the first operation set point (maximum thermal efficiency point in premixed compression self-ignition combustion, point B), a larger output can be obtained. .
[0018]
A point D in the figure is an operation set point at which the internal combustion engine 1 exhibits a maximum output (hereinafter referred to as a maximum output point). The internal combustion engine 1 can be operated with the throttle 11 fully open from the second operation set point (point C) to the maximum output point (point D). At this time, the engine output increases. However, the thermal efficiency slightly decreases due to an increase in friction and the like. Note that point A in the figure is a state in which the internal combustion engine 1 is completely stopped.
[0019]
3 and 4 show the operation mode of the internal combustion engine 1 with respect to the output (vehicle output) required for driving the vehicle in the present embodiment. When the vehicle output is a low output equal to or lower than the output of the internal combustion engine 1 at the first operation set point (point B) (ab in FIG. 3), as shown in FIG. Operation at the first operation set point (point B) and duty operation at operation stop (point A) are performed. In this case, when the operation of the internal combustion engine 1 is stopped at the point A, the first motor generator 2 is driven only by the discharge from the battery 4 to travel. On the other hand, when the internal combustion engine 1 is operating at the first operation set point (point B), the second motor generator 6 is driven with the electric power generated by the first motor generator 2 and travels. The battery 4 is charged with electric power. In addition, the duty ratio of the driving | operation at a driving | operation stop (A point) and a 1st driving | operation setting point (B point) is set appropriately according to vehicle output, and balances charging / discharging of the battery 4. FIG.
[0020]
When the vehicle output is between the output of the internal combustion engine 1 at the first operation set point (point B) and the output of the internal combustion engine 1 at the second operation set point (point C) (in FIG. 3) b) to c), as shown in FIG. 4B, the internal combustion engine 1 operates in the duty operation of the operation at the first operation set point (point B) and the operation at the second operation set point (point C). I do. In this case, when the internal combustion engine 1 is operating at the first operation set point (point B), all of the electric power generated by the first motor generator 2 is supplied to the second motor generator 6, and The shortage is compensated by the discharge from the battery 4 and the second motor generator 6 is driven to travel. On the other hand, when the internal combustion engine 1 is operating at the second operation set point (point C), the second motor generator 6 is driven by a part of the electric power generated by the first motor generator 2 to travel. At the same time, the surplus power is charged in the battery 4. In addition, a required vehicle output can be obtained as an average output of the internal combustion engine 1 by appropriately setting the duty ratio of the operation at the first operation set point (point B) and the second operation set point (point C). it can.
[0021]
When the vehicle output is higher than the output of the internal combustion engine 1 at the second operation set point (point C) (cd in FIG. 3), as shown in FIG. Between the point (C point) and the maximum output point (D point), the (continuous) operation of the internal combustion engine 1 is performed at the point where the same output as the required vehicle output can be obtained. In this case, all of the electric power generated by the first motor generator 2 is continuously supplied to drive the second motor generator 6, and the battery 4 is not charged and discharged from the battery 4. .
[0022]
Here, the procedure for switching the operating conditions of the internal combustion engine 1 will be described.
FIG. 5 shows the internal combustion engine 1 when the vehicle output is low, that is, when the duty operation is performed between the point A where the engine is stopped and the point B where the premixed compression self-ignition combustion is performed. The procedure for switching from the engine stop state (point A) to the operation at the first operation set point (point B) is shown.
[0023]
FIG. 5A shows a state where the internal combustion engine 1 is stopped at point A. FIG. In this case, since power generation by the first motor generator 2 is not performed, the second motor generator 6 is driven only by discharging from the battery 4 to travel.
FIG. 5B shows a state in which the operating condition of the internal combustion engine 1 is shifted from the operation at the point A to the operation at the first operation set point (point B). In this case, the second motor generator 6 is driven by the discharge from the battery 4 to maintain traveling, and the first motor generator 2 is driven by the discharge from the battery 4 to rotate the internal combustion engine 1. At this time, fuel injection is not performed in the internal combustion engine 1 (that is, the fuel supply is stopped), and the internal combustion engine 1 is in a resting state. Then, after the rotational speed of the internal combustion engine 1 increases until it coincides with the first operation set point (point B), the fuel injection means 12 is started to drive the internal combustion engine 1 at the first operation set point (point B). Starts with premixed compression self-ignition combustion.
[0024]
FIG. 5C shows a state in which the internal combustion engine 1 is operating at the first operation set point (point B). In this case, the electric power generated by the first motor generator 2 is supplied to the second motor generator 6 to travel, and the surplus power is charged in the battery 4 and consumed when stopped (point A) (accumulation of electricity). Recover).
On the other hand, when switching from the operation at the first operation set point (point B) to the engine stop state (point A), the fuel injection means 12 is stopped to bring the internal combustion engine 1 into a stop state and at the same time from the battery 4 The second motor generator 6 is driven by the electric discharge to maintain traveling.
[0025]
FIG. 6 shows the operating conditions of the internal combustion engine 1 when the vehicle output is at medium output, that is, when the duty operation is performed between the point B where premixed compression self-ignition combustion is performed and the point C where spark ignition combustion is performed. The procedure when switching from point B to point C is shown.
FIG. 6A shows a state in which the internal combustion engine 1 is operating at the first operation set point (point B). In this case, the electric power generated by the first motor generator 2 is supplied to the second motor generator 6, and the shortage is compensated by the discharge from the battery 4 and is driven to the second motor generator 6. Run.
[0026]
FIG. 6B shows a state when shifting from the operation at the first operation set point (point B) to the second operation set point (point C). In this case, the drive of the fuel injection device 12 is temporarily stopped, and the internal combustion engine 1 is put into a halt state. In the meantime, the second motor generator 6 is driven only by the discharge from the battery 4 to maintain traveling, and the first motor generator 2 is driven by the discharge from the battery 4. As a result, the rotational speed of the inactive internal combustion engine 1 is controlled by the first motor generator 2 in the idling state. Then, after the rotational speed of the internal combustion engine 1 rises until it coincides with the second operation set point (C point), the drive of the fuel injection means 12 is restarted and ignition by an ignition device (not shown) is started. 2. Spark ignition combustion is started at the operation set point (point C).
[0027]
FIG. 6C shows a state in which the internal combustion engine 1 is operating at the second operation set point (point C). In this case, the electric power generated by the first motor / generator 2 is supplied to the second motor / generator 6 to travel, and the surplus power is charged in the battery 4 to operate the point B and during the transition from the point B to the point C. The amount consumed (power storage) is recovered.
FIG. 7 shows the operating condition of the internal combustion engine 1 when the vehicle output is at the middle output, that is, when the duty operation is performed between the point B where premixed compression self-ignition combustion is performed and the point C where spark ignition combustion is performed. Is a procedure for switching from point C to point B.
[0028]
FIG. 7A shows a state where the internal combustion engine 1 is operating at the second operation set point (point C), which is the same as FIG. 6C.
FIG. 7B shows a state when shifting from the operation at the second operation set point (C point) to the first operation set point (B point). In this case, the fuel injection device 12 and the ignition device (not shown) are stopped to bring the internal combustion engine 1 into a resting state, and at the same time, the second motor generator 6 is driven by the discharge from the battery 4 to maintain traveling. Then, a reverse rotational torque is generated in the first motor generator 2 by the discharge from the battery 4, and the rotational speed of the internal combustion engine 1 is lowered until it coincides with the first operation set point (point B). When the rotational speed of the internal combustion engine 1 coincides with the first operation set point (point B), the driving of the fuel injection device 12 is resumed and premixed compression self-ignition combustion at the first operation set point (point B) is started. To do.
[0029]
FIG. 7 (c) shows a state in which the internal combustion engine 1 is operating at the first operation set point (point B), which is the same as FIG. 6 (a).
FIG. 8 shows the operating state of the internal combustion engine 1 when the vehicle output is high, that is, when the output is larger than the output of the internal combustion engine 1 operated at the second operation set point (point C). In this case, the internal combustion engine 1 performs continuous operation at a point where the engine output and the vehicle output are equal between the second operation set point (point C) and the maximum output point (point D), and the first motor generator 2 All the electric power generated by is supplied to the second motor generator 6 and used for vehicle travel.
[0030]
FIG. 9 shows a control flow of the switching operation of the internal combustion engine 1 according to this embodiment. The internal combustion engine 1 is duty-operated at points A and B, or at points B and C. This is only when the vehicle is in a steady state. In an actual vehicle, since the driving situation changes every moment, even if the duty ratio is calculated based on the required output of the vehicle, the required output may have already changed in the next cycle.
[0031]
Therefore, here, as a more realistic method for the duty operation of the internal combustion engine, the switching of the operation condition of the internal combustion engine 1 is determined based on the remaining battery level. In other words, when the remaining battery level falls below a predetermined value set in advance, switching to the operation set point on the high output side is performed to generate a surplus in the amount of power generation and charge the battery. When the amount is greater than or equal to another predetermined value, the operation is switched to the operation set point on the low output side, and control is performed so that the vehicle travels with electric power discharged from the battery. Hereinafter, such control (FIG. 9) will be described.
[0032]
In FIG. 9, in step 1 (denoted as S1 in the figure, the same applies hereinafter), the required output of the vehicle is calculated and determined based on information input from the accelerator pedal sensor 21, the rotation sensor 22, the vehicle speed sensor 24, and the like. .
In step 2, the remaining battery voltage VR is detected based on the information input from the battery voltage sensor 3.
[0033]
In step 3, the operation mode of the internal combustion engine 1 is determined based on the required output of the vehicle, and the process branches. Specifically, when the duty operation from point A to point B is performed, the process proceeds to step 11, and when the duty operation from point B to point C is performed, the process proceeds to step 21, and continuous operation is performed between point C and point D. When performing the process, the process proceeds to step 31.
In the case of performing the duty operation from the point A to the point B, in step 11, the battery remaining amount VR is compared with the low remaining amount side set value V1. If the battery remaining amount VR is smaller than the low remaining amount side set value V1, the remaining battery amount is insufficient, which may impede travel. Therefore, the routine proceeds to step 12 and the operation of the internal combustion engine 1 is performed at point A. By switching from (stop) to point B, the power source for driving the vehicle is used and the battery is charged (see FIG. 5C).
[0034]
On the other hand, when the battery remaining amount VR is equal to or higher than the low remaining amount set value V1, the process proceeds to step 13 where the remaining battery amount VR is compared with the high remaining amount set value V2. If the battery remaining amount VR is larger than the high remaining amount side set value V2, the battery 4 may be overcharged, so the routine proceeds to step 14 where the operation of the internal combustion engine 1 is switched to the point A ( The vehicle travels only with the electric power of the battery 4 (see FIG. 5A). In addition, when the battery remaining amount VR is equal to or lower than the high remaining amount side set value V2, the current operation state is continued.
[0035]
In the case of performing the duty operation from the point B to the point C, in step 21, the battery remaining amount VR is compared with the low remaining amount set value V1. If the battery remaining amount VR is smaller than the low remaining amount side set value V1, the remaining battery amount may be insufficient and the travel may be hindered. Is switched to point C to provide a power source for driving the vehicle and to charge the battery (see FIG. 6C).
[0036]
On the other hand, if the battery remaining amount VR is equal to or higher than the low remaining amount side set value V1, the process proceeds to step 23 where the remaining battery amount VR is compared with the high remaining amount side set value V2. When the battery remaining amount VR is larger than the high remaining amount side set value V2, the battery 4 may be overcharged, so the routine proceeds to step 24 and the operation of the internal combustion engine 1 is changed from the point C to the point B. The vehicle is switched to be used as a power source for driving the vehicle, and the deficiency is compensated for by the power from the battery 4 (see FIG. 6A). In addition, when the battery remaining amount VR is equal to or lower than the high remaining amount side set value V2, the current operation state is continued.
[0037]
In the case where continuous operation is performed between point C and point D, in step 31, the battery remaining amount VR is compared with the low remaining amount side set value V1. When the battery remaining amount VR is smaller than the low remaining amount side set value V1, in order to generate surplus power for charging the battery 4, the routine proceeds to step 32 and the operation of the internal combustion engine 1 is shifted from the C point to the D point side. Shift.
On the other hand, when the battery remaining amount VR is equal to or higher than the low remaining amount side set value V1, the process proceeds to step 33 to compare the remaining battery amount VR with the high remaining amount side set value V2. If the battery remaining amount VR is larger than the high remaining amount side set value V2, the battery 4 may be overcharged, so the routine proceeds to step 34 and the operation of the internal combustion engine 1 is shifted from the D point to the C point side. To switch to the power source for driving the vehicle, and the shortage is compensated by the power from the battery 4 for traveling. In addition, when the battery remaining amount VR is equal to or lower than the high remaining amount side set value V2, the current operation state is continued.
[0038]
In the above description, when the rotational speed of the internal combustion engine 1 is decreased, the reverse electric torque is generated for the first motor generator 2 using the battery power. The rotational speed may be reduced by the friction of the internal combustion engine 1 itself without executing the active rotational speed reduction control.
Specifically, during the transition from the point C to the point B, the fuel supply to the internal combustion engine 1 is stopped, and the first inverter 3, the battery 4 and the second inverter 5 are not electrically connected during that time. . Since the internal combustion engine 1 decreases its rotational speed due to its own friction, when the rotational speed reaches point B, the fuel supply is resumed to perform premixed compression self-ignition fuel, and the first inverter 3 The electrical connection is restored, and the electric power generated by the first motor generator 2 is supplied to the battery 4 or the second motor generator 6. With such a configuration, the engine rotational speed is reduced using the friction of the internal combustion engine 1 itself, so that the control system can be simplified and the power consumption can be saved. Further, in this case, the rotational resistance of the internal combustion engine 1 may be increased by closing the throttle 11 of the internal combustion engine 1 so as to decrease the engine speed faster. With such a configuration, it is possible to shorten the driving condition switching time, that is, the time for traveling only by discharging the battery 4, and thus the load on the battery 4 can be reduced.
[0039]
Further, the rotational speed of the internal combustion engine 1 may be reduced by regenerating the first motor generator 2. Specifically, the rotational energy of the internal combustion engine 1 that is idling with the fuel supply stopped can be recovered by generating power in the first motor generator 2 and supplied to the second motor generator 6. Then, it helps to travel, or supplies the battery 4 for battery charging. With this configuration, the energy efficiency of the entire vehicle can be improved.
[0040]
This embodiment (first embodiment) has the following effects.
(1) Since compression self-ignition combustion is realized at the first operation set point (point B) and spark ignition combustion is realized at the second operation set point (point C), it is more efficient in each combustion method. Driving becomes possible. When switching the combustion method, the fuel supply to the internal combustion engine 1 is stopped, the first motor generator 2 is driven by the discharge from the battery 4 to control the rotational speed of the internal combustion engine 1, and the first operation setting is performed. Since the fuel supply is resumed after switching from the point to the second operation set point, or from the second operation set point to the first operation set point, while preventing the occurrence of knocking and the discharge of unburned combustion due to misfiring The combustion mode can be switched reliably.
(2) When switching the operating condition from the first operation set point (point B) to the second operation set point (point C), the rotational speed control of the internal combustion engine 1 is executed by the first motor generator 2, and C When switching the operating condition from point B to point B, the fuel supply to the internal combustion engine 1 is stopped and the rotational speed is lowered by the friction, so that the control system can be simplified and the rotational speed control is accompanied. Power consumption can be minimized.
(3) Further, when the operating condition is switched from the point C to the point B, by closing the throttle 11 of the internal combustion engine 1, the rotational resistance of the internal combustion engine 1 is increased and the rotational speed is decreased more quickly. can do. Thereby, since the period during which the vehicle travels can be shortened only by discharging from the battery 4, the burden on the battery 4 can be reduced, and the storage capacity of the battery 4 can be reduced.
(4) When the operating condition is switched from the point C to the point B, if the rotational speed control is performed by regenerating the rotational energy of the internal combustion engine 1 by the first motor generator 2, the internal combustion engine In addition to suppressing the power consumption associated with the rotational speed control 1, the rotational energy of the internal combustion engine 1 can be recovered as electric power, so that the fuel consumption of the entire vehicle can be reduced.
[0041]
Although the above embodiment describes a series type hybrid vehicle, the present invention is not limited to this, and as shown in FIG. 10, both the internal combustion engine 1 and the motor generator 30 can drive the axle. The present invention may be applied to such parallel hybrid vehicles. In this case, the motor generator 30 is equivalent to a combination of the first motor generator 2 and the second motor generator 6 in the series hybrid vehicle, and the operating conditions of the internal combustion engine 1 are as follows. Is switched from point B to point C. First, the internal combustion engine 1 is put into a resting state. In the meantime, the motor generator 30 is driven only by the discharge from the battery 4 via the inverter 31, and the continuously variable transmission 32 is controlled to maintain the running. Similarly, the motor generator 30 controls the rotational speed of the internal combustion engine 1. Control. Then, after the rotational speed of the internal combustion engine 1 rises to coincide with the point C, fuel injection and ignition are started, and spark ignition combustion at the point C is started.
Next, a second embodiment of the present invention will be described.
[0042]
Since this embodiment has many parts in common with the first embodiment, description of the common parts will be omitted, and only different parts will be described.
FIG. 11 shows an operation map of the internal combustion engine 1 in the present embodiment. As shown in the figure, it is basically the same as the operation map of the internal combustion engine 1 in the first embodiment (see FIG. 2), but more than the second operation set point (point C) for performing spark ignition combustion. A difference is that a third operation set point (point C ′) for performing spark ignition combustion is set on the low rotation side. The third operation set point (C ′ point) is in a region where the spark ignition combustion cannot be performed when the throttle is fully opened. Therefore, although the thermal efficiency is slightly inferior to the second operation set point (C point), the second operation set point (C ′) Spark ignition combustion is possible at a lower rotation side than point C).
[0043]
That is, in the present embodiment, when the operation condition of the internal combustion engine 1 is shifted from the first operation set point (point B) to the second operation set point (point C), it is directly as in the first embodiment. Instead of switching to point C, the third operation set point (point C ′) is routed.
FIG. 12 shows a procedure for switching the operation of the internal combustion engine 1 from the point C to the point B when the duty operation is performed between the point B performing the premixed compression self-ignition combustion and the point C performing the spark ignition combustion. This corresponds to FIG. 6 of the first embodiment.
[0044]
FIG. 12A shows a state in which the internal combustion engine 1 is operating at the first operation set point (point B), which is the same as FIG. 6A.
FIG. 12B shows a state when shifting from the operation at the first operation set point (point B) to the third operation set point (point C ′). In this case, as in FIG. 6B, that is, the rotational speed of the internal combustion engine 1 in the idling state is controlled by the first motor generator 2, and the rotational speed of the internal combustion engine 1 is set to the third operation set point ( After rising up to coincide with C ′ point), the driving of the fuel injection means 12 is resumed, and ignition by an ignition device (not shown) is started to perform spark ignition combustion at the third operation set point (C ′ point). Start.
[0045]
FIG. 12C shows a state when the operation is shifted from the operation at the third operation set point (point C ′) to the second operation set point (point B). In this case, the internal combustion engine 1 can shift with the power generated by itself, and the first motor generator 2 can also start power generation. Therefore, the generated electric power is supplied to the second motor generator 6 and the running power By setting it as a part of, discharge amount from the battery 4 can be suppressed.
[0046]
FIG. 12 (d) shows a state in which the internal combustion engine 1 is operating at the second operation set point (C point), which is the same as FIG. 6 (c), but from the operation at the B point to the C point. When shifting to, the operation mode is as shown in FIG.
In the present embodiment as well, as in the first embodiment, the actual duty operation method may be configured to determine the switching of the operation condition of the internal combustion engine 1 based on the remaining battery level. According to such a configuration, when switching from the point B to the point C, it passes through the point C ′, so that the burden on the battery 4 can be reduced and the situation where the remaining battery level becomes zero during the switching of the operating conditions is avoided. it can.
[0047]
In addition, instead of the “remaining battery amount”, switching of the operating condition of the internal combustion engine 1 may be determined based on “acceleration state of the vehicle”. In this case, for example, the acceleration state of the vehicle is detected based on the input from the accelerator pedal sensor 21 or the like, and when the acceleration state (the degree of acceleration) is equal to or greater than a predetermined value, the driving from the point B to the point C At the time of shifting to the operation at, go through the point C ′. With this configuration, the load on the battery 4 can be reduced and the output can be exerted before the internal combustion engine 1 reaches the point C, as in the case where the determination is made based on the “remaining battery level”. Is possible.
[0048]
Furthermore, the path from the C ′ point to the C point may be defined so as to trace the point with the smallest fuel consumption rate among the moving paths from the C ′ point to the C point. That is, point C is an operating point at which the internal combustion engine 1 exhibits maximum thermal efficiency in spark ignition combustion, and a contour line of the fuel consumption rate can be drawn on the map as shown in FIG. If the route passing through the valley of the contour line of the fuel consumption rate is defined and stored by the engine rotational speed Ne and the throttle opening TVO, the engine output is always set at the transition from the C ′ point to the C point. On the other hand, it is possible to go through a route with the best fuel consumption. With this configuration, it is possible to minimize the loss of thermal efficiency due to passing through the point C ′ during the transition from the point B to the point C, thereby reducing the fuel consumption of the entire vehicle.
[0049]
In the present embodiment, the rotational speed is controlled by reducing the rotational speed by the friction of the internal combustion engine 1, closing the throttle in this case, and regenerating the rotational energy of the internal combustion engine 1. It is the same as that of the said 1st Embodiment about performing and being applicable also to a parallel type hybrid vehicle.
[0050]
This embodiment (second embodiment) has the following effects in addition to the effects of the first embodiment.
(1) When the operating condition is switched from the first operation set point (B point) to the second operation set point (C point), if the remaining battery level is less than a predetermined amount, the second operation set point (C By passing through the third operation set point (C ′ point) on the lower rotation side than the point), the load on the battery 4 can be reduced and the combustion method can be switched reliably even when the storage capacity of the battery 4 is small. .
(2) When the driving condition is switched from the point B to the point C, if the acceleration state of the vehicle is greater than or equal to a predetermined value, the operation of the internal combustion engine 1 is started earlier by passing through the point C ′. Since the rotational speed is increased by the output of the internal combustion engine 1 itself, the load on the battery 4 can be reduced and a quick response to the requested vehicle load can be achieved.
(3) Furthermore, in the transition from the C ′ point to the C point, the loss of the thermal efficiency due to passing through the C ′ point is minimized by making the transition through the route with the best fuel efficiency with respect to the engine output. It can be suppressed to the limit.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system configuration diagram of a series hybrid vehicle according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a diagram showing an operation map of the internal combustion engine 1;
FIG. 3 is a diagram illustrating a relationship between vehicle output and engine output.
FIG. 4 is a diagram for explaining the operation state (duty operation state) of the internal combustion engine when the vehicle output is (a) low output, (b) medium output, and (c) high output.
FIG. 5 is a diagram illustrating a switching procedure between an engine operation stop state (point A) and a first operation set point (point B) when the vehicle output is low.
FIG. 6 is a diagram illustrating a switching procedure from a first operation set point (point B) to a second operation set point (point C) when the vehicle output is medium output.
FIG. 7 is a diagram illustrating a switching procedure from a second operation set point (C point) to a first operation set point (B point) when the vehicle output is medium output.
FIG. 8 is a diagram for explaining an operation state between a second operation set point (C point) and a maximum output point (D point) when the vehicle output is high.
FIG. 9 is a flowchart showing switching operation control of the internal combustion engine.
FIG. 10 is a diagram showing a system configuration of a parallel hybrid vehicle to which the present invention is applied.
FIG. 11 is a diagram showing an operation map of the internal combustion engine in the second embodiment of the present invention.
FIG. 12 is a diagram illustrating a switching procedure from a first operation set point (point B) to a second operation set point (point C) in the second embodiment.
FIG. 13 is a diagram for explaining the operating state (duty operation state) of the internal combustion engine when the vehicle output is medium output in the second embodiment.
FIG. 14 is a diagram illustrating a transition path from a third operation set point (C ′ point) to a second operation set point (C point) in the second embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Internal combustion engine, 2 ... 1st motor generator (1st rotary electric machine), 4 ... 2nd motor generator (2nd rotary electric machine), 7 ... Battery (electric storage apparatus), 10 ... Electronic control apparatus (ECU) 11 ... Throttle, 12 ... Fuel injection device, 21 ... Accelerator pedal sensor, 22 ... Rotation sensor, 23 ... Battery voltage sensor

Claims

An internal combustion engine capable of switching between two combustion methods, compression self-ignition combustion and spark ignition combustion, each of which has a different operating range;
A first rotating electrical machine mechanically connected to the internal combustion engine;
A power storage device electrically connected to the first rotating electrical machine;
A second rotating electrical machine electrically connected to the power storage device;
A drive wheel mechanically connected to the second rotating electrical machine;
When switching the combustion method of the internal combustion engine, the fuel supply to the internal combustion engine is stopped, the first rotating electrical machine is driven by the discharge from the power storage device to switch the operating region of the internal combustion engine, and then the fuel Combustion state switching means for driving the driving wheel by driving the second rotating electrical machine by discharging from the power storage device while resuming the supply and stopping the fuel supply to the internal combustion engine;
A control apparatus for a hybrid vehicle, comprising:

The internal combustion engine realizes compression self-ignition combustion at a first operating point set at a low rotation side, and performs spark ignition combustion at a second operating point set at a higher rotation side than the first operating point. Which is realized
The combustion state switching means stops the combustion supply to the internal combustion engine when switching the combustion state of the internal combustion engine and drives the first rotating electrical machine by the discharge from the power storage device to operate the internal combustion engine. 2. The control apparatus for a hybrid vehicle according to claim 1, wherein the condition is switched between the first operating point and the second operating point, and then the fuel supply is resumed.

Comprising a remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of the power storage device;
When the operating condition of the internal combustion engine is switched from the first operating point to the second operating point when the remaining amount of the power storage device is equal to or less than a predetermined value, the combustion state switching means The hybrid vehicle control device according to claim 2, wherein a third operating point set at a lower rotation side than the point is passed.

Acceleration state detection means for detecting the acceleration state required for the vehicle,
The combustion state switching means switches the operating condition of the internal combustion engine from the first operating point to the second operating point, and when the acceleration state is equal to or greater than a predetermined value, The hybrid vehicle control device according to claim 2, wherein a third operating point set on the low rotation side is passed.

The combustion state switching means is configured to shift from the third operating point to the second operating point through a path with the best fuel efficiency with respect to the engine output. 4. A control apparatus for a hybrid vehicle according to 4.

When the operating condition of the internal combustion engine is switched from the first operating point to the second operating point, the combustion state switching means performs the rotational speed control of the internal combustion engine by the first rotating electrical machine, 6. When switching from the second operating point to the first operating point, the fuel supply to the internal combustion engine is stopped and the rotational speed is reduced by the friction. The control apparatus of the hybrid vehicle described in 2.

The said combustion state switching means closes the throttle of an internal combustion engine when switching the operating condition of the internal combustion engine from the second operating point to the first operating point. Control device for hybrid vehicle.

When the operating condition of the internal combustion engine is switched from the second operating point to the first operating point, the combustion state switching means reproduces the rotational energy of the internal combustion engine by the first motor generator. The hybrid vehicle control device according to any one of claims 1 to 5, wherein the rotational speed control of the engine is performed.