JP3931744B2 - Hybrid power output apparatus, control method therefor, and hybrid vehicle - Google Patents

Hybrid power output apparatus, control method therefor, and hybrid vehicle Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータジェネレータ装置とを組み合わせてなり、例えばハイブリッド車両等に好適に用いられるハイブリッド型の動力出力装置及びその制御方法の技術分野に属し、更に、このような動力出力装置が搭載されたハイブリッド車両の技術分野に属する。本発明は特に、このようなエンジンとして、火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替可能な燃焼形態切替機能を有するものを用いるハイブリッド型の動力出力装置等の技術分野に属する。
【0002】
【従来の技術】
この種の動力出力装置は、例えば特開平9-47094号公報、特開2000−324615号公報等に開示されているように、要求される動作状態に応じて適宜、モータジェネレータ装置をエンジンの駆動力で回転されるジェネレータ(発電機)として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のジェネレータを利用して、バッテリに充電する。また、モータジェネレータ装置をバッテリから電源供給を受けて回転するモータ(電動機)として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のモータを利用して、駆動軸を単独で或いはエンジンと共に回転させる。これにより、エンジンを運転効率が高い状態で運転させ続けることができ、燃費や排気浄化性が向上するものとされている。
【0003】
そして、この種の動作出力装置は、パラレルハイブリッド方式とシリアルハイブリッド方式とに大別される。前者では、駆動軸をエンジンの出力の一部により回転させると共にモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。後者では、エンジン出力はモータジェネレータ装置による充電に専ら用いられ、駆動軸をモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。
【0004】
尚、本願明細書では、このようにパラレル又はシリアルハイブリッド方式の動力出力装置を構成しており、モータジェネレータを一又は複数含む若しくは、ジェネレータ及びモータを一又は複数ずつ含む重電機全体を、それらの接続配線等を含めて「モータジェネレータ装置」と呼ぶことにする。更に、本願明細書では、いずれの形式のハイブリッド型の場合にも、エンジンの出力をモータジェネレータ装置の駆動力で補うことを「アシストする」といい、この際のモータジェネレータ装置の駆動力を「アシスト力」と呼ぶ。
【0005】
他方で、例えば特開2000−265910号公報、特開平10−23606号公報等に開示されているように、ディーゼルエンジンの如き圧縮自着火燃焼或いは自己着火燃焼を行うガソリンエンジンとモータジェネレータとを組み合わせてなるハイブリッド車両も提案されている。
【0006】
更に、例えば特開2001−3800号公報等に開示されているように、火花点火燃焼を行う燃焼形態と圧縮自着火燃焼を行う燃焼形態とを切替可能な燃焼形態切替機能を有するエンジンが開発されている。このエンジンでは、その回転数及びトルクが特定範囲に入っている場合に、圧縮自着火燃焼が可能となり、よって、このような場合に、圧着圧縮自着火燃焼が行われるように切替制御が実行される。そして、この特開2001−3800号公報には、当該燃焼形態切替機能を有するエンジンのハイブリッド車両への応用についても提案されている。
【0007】
尚、本願明細書では、上記圧縮自着火燃焼を行うエンジン或いは上記燃焼形態切替機能を有するエンジンについて、エンジンの回転数とトルクとの相互関係を2次元座標上にプロットした特性図上において、このように圧縮自着火燃焼する領域を、「自着火燃焼可能領域」と呼ぶことにする。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開2000−265910号公報等に開示された圧縮自着火燃焼を行うエンジンは、圧縮自着火燃焼領域が小さいため、実用化は困難である。更に、排気損失が低減される代わりに排気温度が低くなるので、排気側における触媒温度が低下する結果、排気ガス浄化性能が低下してしまう。従って、このような専ら圧縮自着火燃焼を行うガソリンエンジンをハイブリッド型の動力出力装置に組み込んでも、動力性能や排気ガス浄化性能等の各種性能に優れた装置を構築することは基本的に困難であるという問題点がある。
【0009】
更に、上述した特開2001−3800号公報等に開示された燃焼形態切替機能を有するエンジンのハイブリッド車両への応用については、技術的に見て以下の如き問題点が生じるものと考察される。
【0010】
即ち上述の如き燃焼形態切替えの際には、パラレルハイブリッド方式であれシリアルハイブリッド方式であれ、エンジンにおける筒内燃焼は一時的に不安定になる。より具体的には、圧縮自着火燃焼は、理想の燃焼に近くて燃焼が比較的高速に行われるのに対して、火花点火は、理想の燃焼から遠くて、比較的低速に行われる。よって、同一筒内において、連続的に両者を切り替える際には、多かれ少なかれ、エンジンにおける筒内燃焼は一時的に不安定になるのである。このため、燃焼形態切替えの際に、“トルク段差”或いは“駆動力段差”が発生して、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等が低下してしまう場合があるという技術的問題点がある。
【0011】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであり、エンジンにおける燃焼形態切替機能を有しつつ、その燃焼形態の切替えの際に生じるトルク段差を低減可能なハイブリッド型の動力出力装置及びその制御方法、並びにそのような動力出力装置を具備してなるハイブリッド車両を提供することを課題とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定手段と、前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定手段と、前記燃焼形態切替手段が切替える際に、( i )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( ii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力変化を算出し、且つ( iii )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記モータジェネレータ装置を制御する制御手段とを備える。
【0013】
本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置によれば、例えばマイコン等からなる制御手段による制御下で、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合には、例えばエンジンの点火プラグ、並びにターボ過給装置及びEGR(Exhaust Gas Recirculation:排気再循環)装置などの筒内温度の調整機構、筒内圧力の調整機構等の燃焼形態切替手段によってエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。より具体的には、点火プラグによる点火を停止し、筒内温度や筒内圧力を高めることにより、圧縮自着火燃焼を行わせる。他方、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされない場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに火花点火燃焼を行わせる。より具体的には、筒内温度や筒内圧力を低めることで圧縮自着火燃焼を防止しつつ点火プラグによる点火を行う。ここで特に、燃焼形態の切替えの際には、筒内燃焼が一時的に不安定になるために、エンジンの出力が変化する。よって、仮にこのようなエンジン出力の変化を防止するために何らの対策も採らねば、当該エンジン出力の変化により、駆動軸の駆動力も変化しかねない。例えば、駆動軸にかかる負荷が一定であれば、トルク段差が顕著に生じ得る。しかるに本発明では、燃焼形態の切替えの際には、制御手段による制御下で、燃焼形態切替に伴うエンジンの出力変化により生じる駆動軸の駆動力変化は、モータジェネレータ装置が出力する駆動力で補償される。具体的には、例えば燃焼形態切替えの際にエンジンの出力が低下するのであれば、この切替えの際に、モータジェネレータ装置の駆動力が増大させられ、これによりエンジンの出力低下分が補われる。或いは、例えば燃焼形態切替えの際にエンジンの出力が増加するのであれば、この切替えの際に、モータジェネレータ装置の駆動力が減少させられ、これによりエンジンの出力増加分が吸収される。そして、最終的に駆動軸から出力される駆動力変化が、殆ど存在しないようにできる。尚、本願明細書において、モータジェネレータ装置が出力する駆動力で「補償する」とは、エンジン出力の変化に応じた駆動軸の駆動力変化を完全に補う場合の他、多少なりとも駆動軸の駆動力変化を和らげる場合も含む広い意味である。
ここで特に、本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置によれば、一方で要求駆動力特定手段により、駆動軸に要求される要求駆動力が検出又は推定され、他方でエンジン出力特定手段により、エンジンの出力が検出又は推定される。更に、制御手段により、これらの要求駆動力及びエンジンの出力に基づいて、燃焼形態の切替えの際における駆動力変化が算出される。そして、制御手段による制御下で、モータジェネレータ装置によって、このように算出された駆動力変化が補償される。従って、ハイブリッド車両の動作状態が様々であっても、エンジン及び高精度で駆動力変化を低減でき、トルク段差を低減できる。
更に、本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置によれば、燃焼形態の切替えの際には、エンジンの回転数は、モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保たれる。よって、当該切替えの際に、一定回転で運動を続けるエンジンの出力は、非常に安定すると同時にモータジェネレータ装置による駆動力制御が容易に実行され、駆動軸における駆動力制御を高精度で実行できると共に、前述した要求駆動力特定手段及びエンジン出力特定手段に係る要求駆動力及びエンジンの出力の検出或いは推定精度を高めることも可能となり、より高精度で駆動力変化を補償可能となる。
【0014】
因みに、ベンチ適合によるトルク特性に基づいてトルク段差を補償しようとしても、燃焼形態の切替えの際には通常と異なる筒内圧、温度となっているため、実際には良好に補償できない可能性が大きい。これは、圧縮自着火燃焼のために必要な高い筒内圧或いは高い温度を、ターボ過給及びEGRで実現しようとしても、これらによる制御は基本的に応答速度が遅いからであると考察される。そして、トルク段差の補償が精密に行われないと、サージ等の原因にもなってしまうのである。
【0015】
以上のように本発明の第のハイブリッド型の動力出力装置によれば、燃焼形態の切替えの際にエンジンにおける筒内燃焼は一時的に不安定になるにも拘わらず、この際に発生するトルク段差を低減可能となる。これにより、燃焼形態を適宜切り替えつつ、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化も図れる。
【0018】
本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記制御手段は、前記燃焼形態切替手段が切替える際に、前記エンジンの燃焼を一時的に中断するように前記燃焼形態切替手段を更に制御する。
【0019】
この態様によれば、仮にエンジンの燃焼が中断されること無く燃焼形態が切替えられると、燃焼が不安定になりエンジンの出力も不安定となる場合があるのに対して、当該切替えの際には、制御手段による制御下で燃焼形態切替手段によってエンジンの燃焼が一時的に中断される。例えば、筒内噴射、ポット噴射等の燃料の供給、火花点火などが一時的に停止される。このため、当該切替えの際に、燃焼を伴わずに慣性で運動を続けるエンジンの出力は非常に安定する。よって、モータジェネレータ装置による駆動力制御が容易に実行され、駆動軸における駆動力制御を高精度で実行できる。
【0020】
加えて、このようにエンジンの燃焼を一時的に中断してエンジンの出力を安定した状態にすれば、前述した要求駆動力特定手段及びエンジン出力特定手段による要求駆動力及びエンジンの出力の検出或いは推定精度を高めることも可能となり、より高精度で駆動力変化を補償可能となる。
【0021】
特に、このように高精度でエンジンの出力の検出或いは推定を行うことが出来れば、トルク段差をより一層低減可能となる。
【0022】
本発明の第2のハイブリッド型の動力出力装置は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定手段と、前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定手段と、前記燃焼形態切替手段が切替える際に、 i )前記エンジンの燃焼を一時的に中断し、( ii )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( iii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力変化を算出し、且つ( iv )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記燃焼形態切替手段及び前記モータジェネレータ装置を制御する制御手段とを備える。
【0023】
本発明の第2のハイブリッド型の動力出力装置によれば、例えばマイコン等からなる制御手段による制御下で、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合には、例えばエンジンの点火プラグ並びに筒内圧力や筒内温度の調整機構等の燃焼形態切替手段によってエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。他方、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされない場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに火花点火燃焼を行わせる。ここで特に、燃焼形態の切替えの際には、筒内燃焼が一時的に不安定になるために、エンジンの出力が変化する。例えば、圧縮自着火燃焼を行った次のピストンサイクルで火花点火燃焼を行う場合には、圧縮自着火燃焼と火花点火燃焼とが同時に起こってしまう場合もあり得る。この場合、ノッキングやエンジンの故障の原因となる。或いは、火花点火燃焼を行った次のピストンサイクルで圧縮自着火燃焼を行う場合には、筒内圧力の不足等によって、圧縮自着火燃焼が実際には起きることなく、燃料が排気ガスの代わりに排気されてしまう場合もあり得る。この場合、燃費や排気ガス浄化能力は低下してしまう。更に、仮にこのような切替えの際におけるエンジン出力の変化を防止するために何らの対策も採らねば、このエンジン出力の変化により、駆動軸の駆動力も変化しかねない。例えば、駆動軸にかかる負荷が一定であれば、トルク段差が顕著に生じ得る。
【0024】
しかるに本発明では、燃焼形態の切替えの際には、制御手段による制御下で燃焼形態切替手段によって、エンジンの燃焼が一時的に中断される。例えば、筒内噴射、ポット噴射等の燃料の供給、火花点火などが一時的に停止される。これと並行して、制御手段による制御下でモータジェネレータ装置によって、駆動軸に駆動力が出力される。このため、当該切替えの際に、燃焼を伴わずに慣性で運動を続けるエンジンの出力は非常に安定すると同時にモータジェネレータ装置による駆動力制御が容易に実行され、駆動軸における駆動力制御を高精度で実行できる。
ここで特に、このように一時的に燃焼が中断された状態において、第2のハイブリッド型の動力出力装置においても、第1のハイブリッド型動力出力装置と同様に、エンジンの回転数が所定の回転数に保たれ、且つ検出又は推定された要求駆動力並びに検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて駆動力変化が算出され、この算出された駆動力変化が補償されるようにモータジェネレータが制御される。従って、高精度に駆動力変化を補償することが可能となる。
【0025】
因みに、燃焼形態の切替えの際の不安定な燃焼を、過給やEGRによって対処しようとしても、安定な燃焼を得ることは困難であり、ノッキングが発生したり、燃料が排気されてしまう可能性が高い。これは、ターボ過給やEGRによる制御は基本的に応答速度が遅いからであると考察される。
【0026】
以上のように本発明の第2のハイブリッド型の動力出力装置によれば、燃焼形態の切替えの際にエンジンにおける筒内燃焼は一時的に不安定になるにも拘わらず、この際に発生するトルク段差を低減可能となる。これにより、燃焼形態を適宜切り替えつつ、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化を図れる。
【0027】
本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置におけるエンジンの燃焼を一時的に停止する態様又は第2のハイブリッド型の動力出力装置の一態様では、前記制御手段は、前記エンジンの燃焼の中断後、所定時間経過後に切替え後の燃焼を開始するように前記燃焼形態切替手段を制御するように構成してもよい。
【0028】
このように構成すれば、燃焼形態の切替えの過渡期には、エンジンの燃焼の中段によってモータジェネレータ装置の駆動力により安定な駆動力を得ることができ、燃焼形態の切替え後には、筒内圧力等が切替え後の燃焼形態に適合した後に、当該切替え後の燃焼形態で燃焼を再開できる。
【0032】
本発明の第1又は第2のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記エンジンに対してターボ過給を行うと共に過給圧を可変とするターボ過給装置を更に備えており、前記制御手段は、前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼に切替える際に、前記過給圧を高めるように前記ターボ過給装置を制御する。
【0033】
この態様によれば、ターボ過給による過給圧を高めることによって、火花点火燃焼用の筒内状態から圧縮自着火燃焼用の筒内状態への移行を迅速に行える。よって、燃焼形態の切替えの際にも、良好な動力性能が得られる。しかも、火花点火燃焼を停止した後に、筒内圧不足によって圧縮自着火燃焼が起こらずに、燃料たる生ガスが排気ガスとしてそのまま排気される事態を未然に防止できる。
【0034】
本発明の第1又は第2のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記エンジンの排気ガスを選択的に排気可能であるウエイストゲートを更に備えており、前記制御手段は、前記圧縮自着火燃焼から前記火花点火燃焼に切替える際に、前記エンジンの筒内圧を低めるように前記ウエイストゲートを制御する。
【0035】
この態様によれば、例えば排気ガスを排気するための排気弁や当該筒内圧を含めるために専用の弁等からなる、ウエイストゲートを作動させて筒内圧を低めることによって、或いは同時に筒内の温度を低めることによって、圧縮自着火燃焼用の筒内状態から火花点火燃焼用の筒内状態への移行を迅速に行える。よって、燃焼形態の切替えの際にも、良好な動力性能が得られる。しかも、火花点火を開始した後に、筒内圧過剰によって圧縮自着火燃焼が起こってノッキングが発生する事態等を防止できる。
【0036】
尚、このように圧縮自着火燃焼から火花点火燃焼への切替えの際に、ウエイストゲートを作動させるのと同時に或いは相前後して、前述の如くエンジンに対するポート噴射、筒内噴射等の燃料供給を一時的に停止すれば、より確実にノッキング等を防止でき、排気ガス浄化性能を高められる。
【0037】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記モータジェネレータ装置は、複数のモータジェネレータを含み、該複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電して前記蓄電装置を充電し、前記複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記蓄電装置により電源供給されて前記駆動力を出力する。
【0038】
この態様によれば、パラレルハイブリッド方式であってもシリアルハイブリッド方式であっても、本発明のハイブリッド型の動力出力装置は、エンジンにおける燃焼形態の切替えの際に、トルク段差が生じる事態を効率的に回避可能である。尚、本発明に係る蓄電装置としては、例えばバッテリ、大容量コンデンサ等がある。
【0039】
本発明のハイブリッド車両は上記課題を解決するために、上述した本発明の第1又は第2のハイブリッド型の動力出力装置(但し、その各種態様を含む)と、該動力出力装置が搭載される車両本体と、該車両本体に取り付けられると共に前記駆動軸を介して出力される前記駆動力により駆動される車輪とを備える。
【0040】
本発明のハイブリッド車両によれば、上述した本発明の第1又は第2のハイブリッド型の動力出力装置を備えるので、エンジンで燃焼形態を適宜切り替えつつも、当該切替えの際のトルク段差が低減されており、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等に優れる。更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化を図れる。
【0041】
本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段とを備えた動力制御装置を制御する制御方法であって、前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定工程と、前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定工程と、前記燃焼形態切替手段が切替える際に、( i )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( ii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力変化を算出し、且つ( iii )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記モータジェネレータ装置を制御する制御工程とを備える。
【0042】
本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法によれば、上述した本発明の第1のハイブリッド型の動力出力装置の場合と同様に、燃焼形態切替えの際に発生するトルク段差を低減可能となる。これにより、燃焼形態を適宜切り替えつつ、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化を図れる。
【0043】
本発明の第2のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定工程と、前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定工程と、前記燃焼形態切替手段が切替える際に、 i )前記エンジンの燃焼を一時的に中断し、( ii )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( iii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力変化を算出し、且つ( iv )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記燃焼形態切替手段及び前記モータジェネレータ装置を制御する制御工程とを備える。
【0044】
本発明の第2のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法によれば、上述した本発明の第2のハイブリッド型の動力出力装置の場合と同様に、燃焼形態切替えの際に発生するトルク段差を低減可能となる。これにより、燃焼形態を適宜切り替えつつ、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化を図れる。
【0045】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされよう。
【0046】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、本発明に係るハイブリッド型の動力出力装置を、パラレルハイブリッド方式のハイブリッド車両に適用したものであり、更に、本発明に係る動力出力装置の制御方法は、当該ハイブリッド車両において実行されるものである。
【0047】
(ハイブリッド車両の基本構成及び動作)
先ず、本実施形態のハイブリッド車両の構成について図1を用いて説明する。ここに図1は、本実施形態のハイブリッド車両における動力系統のブロック図である。
【0048】
図1において、本実施形態のハイブリッド車両の動力系統は、エンジン150、モータジェネレータ装置の一例を構成するモータジェネレータMG1及びMG2、これらのモータジェネレータMG1及びMG2を夫々駆動する駆動回路191及び192、これらの駆動回路191及び192を制御する制御ユニット190、並びにエンジン150を制御するEFIECU(Electrical Fuel Injection Engine Control Unit)170を備えて構成されている。
【0049】
本実施形態では特に、エンジン150は、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼を切替可能な燃焼形態切替機能を有するガソリンエンジンである。この燃焼形態の切替え動作に付いては後に詳述する。
【0050】
エンジン150は、クランクシャフト156を回転させる。エンジン150の運転は、EFIECU170により制御されている。EFIECU170は、内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、CPUがROMに記録されたプログラムに従い、エンジン150の燃料噴射量や回転速度その他の制御を実行する。図示を省略したが、これらの制御を可能とするために、EFIECU170にはエンジン150の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。
【0051】
モータジェネレータMG1及びMG2は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ132及び142と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ133及び143とを備える。ステータ133及び143は、ケース119に固定されている。モータジェネレータMG1及びMG2のステータ133及び143に巻回された三相コイルは、夫々駆動回路191及び192を介してバッテリ194に接続されている。
【0052】
駆動回路191及び192は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを2つ1組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路191及び192は夫々、制御ユニット190に接続されている。制御ユニット190からの制御信号によって駆動回路191及び192のトランジスタがスイッチングされると、バッテリ194とモータジェネレータMG1及びMG2との間に電流が流れる。
【0053】
モータジェネレータMG1及びMG2は夫々、バッテリ194からの電力の供給を受けて回転駆動するモータ(電動機)として動作することもできる(以下適宜、この運転状態を“力行”と呼ぶ)。或いは、ロータ132及び142が外力により回転している場合には三相コイルの両端に起電力を生じさせるジェネレータ(発電機)として機能してバッテリ194を充電することもできる(以下適宜、この運転状態を“回生”と呼ぶ)。
【0054】
エンジン150とモータジェネレータMG1及びMG2とは夫々、プラネタリギヤ120を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ120は、遊星歯車とも呼ばれ、以下に示す夫々のギヤに結合された3つの回転軸を有している。プラネタリギヤ120を構成するギヤは、中心で回転するサンギヤ121、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ123、及びその外周で回転するリングギヤ122である。プラネタリピニオンギヤ123はプラネタリキャリア124に軸支されている。本実施形態のハイブリッド車両では、エンジン150のクランクシャフト156はダンパ130を介してプラネタリキャリア軸127に結合されている。ダンパ130はクランクシャフト156に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータジェネレータMG1のロータ132は、サンギヤ軸125に結合されている。モータジェネレータMG2のロータ142は、リングギヤ軸126に結合されている。リングギヤ122の回転は、チェーンベルト129を介して駆動軸112、更に車輪116R及び116Lに伝達される。
【0055】
次に以上の如く構成された本実施形態のハイブリッド車両の動力系統における動作について説明する。
【0056】
先ず、プラネタリギヤ120の動作について図2及び図3を参照して説明する。
【0057】
プラネタリギヤ120は、上述した3つの回転軸のうち、2つの回転軸の回転数及びトルク(以下適宜、両者をまとめて“回転状態”と呼ぶ)が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まるという性質を有している。各回転軸の回転状態の関係は、機構学上周知の計算式によって求めることができるが、共線図と呼ばれる図により幾何学的に求めることもできる。
【0058】
図2に共線図の一例を示す。縦軸が各回転軸の回転数を示している。横軸は、各ギヤのギヤ比を距離的な関係で示している。サンギヤ軸125(図中のS)とリングギヤ軸126(図中のR)を両端にとり、位置Sと位置Rの間を1:ρに内分する位置Cをプラネタリキャリア軸127の位置とする。ρはリングギヤ122の歯数に対するサンギヤ121の歯数の比である。こうして定義された位置S、C及びRに、夫々のギヤの回転軸の回転数Ns、Nc及びNrをプロットする。プラネタリギヤ120は、このようにプロットされた3点が必ず一直線に並ぶという性質を有している。この直線を動作共線と呼ぶ。動作共線は2点が決まれば一義的に決まる。従って、動作共線を用いることにより、3つの回転軸のうち2つの回転軸の回転数から残余の回転軸の回転数を求めることができる。
【0059】
また、プラネタリギヤ120では、各回転軸のトルクを動作共線に働く力に置き換えて示したとき、動作共線が剛体として釣り合いが保たれるという性質を有している。具体例として、プラネタリキャリア軸127に作用するトルクをTeとする。このとき、図2に示す通り、トルクTeに相当する大きさの力を位置Cで動作共線に鉛直下から上に作用させる。作用させる方向はトルクTeの方向に応じて定まる。また、リングギヤ軸126から出力されるトルクTrを位置Rにおいて動作共線に、鉛直上から下に作用させる。図中のTes,Terは剛体に作用する力の分配法則に基づいてトルクTeを等価な2つの力に分配したものである。「Tes=ρ/(1+ρ)×Te」「Ter=1/(1+ρ)×Te」なる関係がある。以上の力が作用した状態で、動作共線図が剛体として釣り合いがとれているという条件を考慮すれば、サンギヤ軸125に作用すべきトルクTm1と、リングギヤ軸に作用すべきトルクTm2とを求めることができる。トルクTm1はトルクTesに等しくなり、トルクTm2はトルクTrとトルクTerとの差分に等しくなる。
【0060】
プラネタリキャリア軸127に結合されたエンジン150が回転をしているとき、動作共線に関する上述の条件を満足する条件下で、サンギヤ121およびリングギヤ122は様々な回転状態で回転することができる。サンギヤ121が回転しているときは、その回転動力を利用してモータジェネレータMG1により発電することが可能である。リングギヤ122が回転しているときは、エンジン150から出力された動力を駆動軸112に伝達することが可能である。図1に示した構成を有するハイブリッド車両では、エンジン150から出力された動力を駆動軸に機械的に伝達される動力と、電力として回生される動力に分配し、さらに回生された電力を用いてモータジェネレータMG2を力行して動力のアシストを行なうことによって所望の動力を出力しながら走行することができる。こうした動作状態は、ハイブリッド車両の通常走行時に取り得る状態である。なお、全開加速時等の高負荷時には、バッテリ194からもモータジェネレータMG2に電力が供給され、駆動軸112に伝達する動力を増大している。
【0061】
また、上述のハイブリッド車両では、モータジェネレータMG1またはMG2の動力を駆動軸112から出力することができるため、これらのモータにより出力される動力のみを用いて走行することもできる。従って、車両が走行中であっても、エンジン150は停止していたり、いわゆるアイドル運転していたりすることがある。この動作状態は、発進時或いは低速走行時に取り得る状態である。
【0062】
更に、本実施形態のハイブリッド車両では、エンジン150から出力された動力を2経路に分配するのではなく、駆動軸112側だけに伝達させることもできる。これは、高速定常走行時に取り得る動作状態であり、モータジェネレータMG2は高速走行による慣性によって連れ回された状態となり、モータジェネレータMG2によるアシストなしにエンジン150から出力された動力のみの走行となる。
【0063】
図3は、この高速定常走行時の共線図を示している。図2に示す共線図ではサンギヤ軸125の回転数Nsは正であったが、エンジン150の回転数Neとリングギヤ軸126の回転数Nrとによって、図3に示す共線図のように負となる。このときには、モータジェネレータMG1では、回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、モータジェネレータMG1は電動機として動作し、トルクTm1と回転数Nsとの積で表わされる電気エネルギを消費する(逆転力行の状態)。一方、モータジェネレータMG2では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、モータジェネレータMG2は発電機として動作し、トルクTm2と回転数Nrとの積で表わされる電気エネルギをリングギヤ軸126から回生することになる。
【0064】
このように、本実施形態のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ120の作用に基づいて種々の運転状態で走行することができる。
【0065】
続いて、制御ユニット190による制御動作について再び図1を参照して説明する。
【0066】
図1において、本実施形態の動力出力装置の運転全体は、制御ユニット190により制御されている。制御ユニット190は、EFIECU170と同様、内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット190はEFIECU170と接続されており、両者は種々の情報を伝達し合うことが可能である。制御ユニット190は、エンジン150の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をEFIECU170に送信することにより、エンジン150の運転を間接的に制御可能に構成されている。制御ユニット190はこうして、動力出力装置全体の運転を制御しているのである。かかる制御を実現するために制御ユニット190には、種々のセンサ、例えば、駆動軸112の回転数を知るためのセンサ144などが設けられている。リングギヤ軸126と駆動軸112とは機械的に結合されているため、本実施形態では、駆動軸112の回転数を知るためのセンサ144をリングギヤ軸126に設け、モータジェネレータMG2の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【0067】
(ハイブリッド車両の動力系統における電気回路)
次に図4を参照して、本実施形態のハイブリッド車両の動力系統に備えられる電気回路について更に詳細に説明する。即ちここでは、図1に示した制御ユニット190、モータジェネレータMG1及びMG2、駆動回路191及び192、並びにバッテリ194の詳細について述べる。
【0068】
図4に示すように、バッテリ194に対して、インバータコンデンサ196と、モータジェネレータMG1に接続される駆動回路191と、モータジェネレータMG2に接続される駆動回路192とが夫々並列に接続されている。
【0069】
バッテリ194は、詳細には、電池モジュール部194aと、SMR(システムメインリレー)194bと、電圧検出回路194cと、電流センサ194d等を備える。SMR194bは、制御ユニット190からの指令により高電圧回路の電源の接続・遮断を行なうもので、電池モジュール部194aの+−両極に配置された2個のリレーR1及びR2から構成される。バッテリ194に2個のリレーR1及びR2を設けたのは、電源の接続時には、まずリレーR2をオンし、続いてリレーR1をオンし、電源の遮断時には、まずリレーR1をオフし、続いてリレーR2をオフすることにより、確実な作動を行なうことを可能とするためである。電圧検出回路194cは、電池モジュール部194aの総電圧値を検出する。電流センサ194dは、電池モジュール部194aからの出力電流値を検出する。電圧検出回路194c及び電流センサ194dの出力信号は、制御ユニット190に送信される。
【0070】
駆動回路191及び192は、バッテリの高電圧直流電流とモータジェネレータMG1及びMG2用の交流電流の変換を行なう電力変換装置であり、詳細には、6個のパワートランジスタで構成される3相ブリッジ回路191a及び192aを夫々備えており、この3相ブリッジ回路191a及び192aにより直流電流と3相交流電流との変換を行なっている。
【0071】
駆動回路191及び192には、電圧検出回路191b及び192bが夫々設けられている。電圧検出回路191b及び192bは、モータジェネレータMG1及びMG2の逆起電圧を夫々検出する。3相ブリッジ回路191a及び192aの各パワートランジスタの駆動は、制御ユニット190により制御されると共に、駆動回路191及び192から制御ユニット190に対し、電圧検出回路191b及び192bにて検出された電圧値や、3相ブリッジ回路191a及び192aとモータジェネレータMG1及びMG2との間に設けられた図示しない電流センサにて検出された電流値など電流制御に必要な情報を送信している。
【0072】
(直噴式ガソリンエンジン)
次に図5を参照して、本実施形態のハイブリッド車両に備えられる直噴式エンジンについて更に詳細に説明する。即ちここでは、図1に示すエンジン150の詳細に付いて述べる。
【0073】
図5に示すように、エンジン150は、燃料室内に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式ガソリンエンジンである。エンジン150は、EFIECU170により制御される。エンジン150は、シリンダブロック14を備えている。シリンダブロック14の内部には、シリンダ16が形成されている。なお、エンジン150は、複数のシリンダを備えているが、説明の便宜上、図5には複数のシリンダのうち1つのシリンダ16を示している。
【0074】
シリンダ16の内部にはピストン18が配設されている。ピストン18は、シリンダ16の内部を、図5における上下方向に摺動することができる。シリンダ16の内部において、ピストン18の上方には燃焼室20が形成されている。燃焼室20には、燃料噴射弁22の噴射口が露出している。エンジン150の運転中、燃料噴射弁22には燃料ポンプ24から燃料が圧送される。燃料噴射弁22及び燃料ポンプ24は、EFIECU170に接続されている。燃料ポンプ24は、EFIECU170から供給される制御信号に応じて燃料噴射弁22側へ燃料を圧送する。また、燃料噴射弁22は、EFIECU170から供給される制御信号に応じて燃焼室20内へ燃料を噴射する。
【0075】
また、燃焼室20には、点火プラグ26の先端が露出している。点火プラグ26は、EFIECU170から点火信号を供給されることにより、燃焼室20内の燃料に点火する。燃焼室20には、排気弁28を介して排気管30が連通している。燃焼室20には、また、吸気弁32を介して吸気マニホールド34の各枝管が連通している。吸気マニホールド34は、その上流側においてサージタンク36に連通している。サージタンク36の更に上流側には吸気管38が連通している。
【0076】
吸気管38には、スロットル弁40が配設されている。スロットル弁40は、スロットルモータ42に連結されている。そして、スロットルモータ42は、EFIECU170に接続されている。スロットルモータ42は、EFIECU170から供給される制御信号に応じてスロットル弁40の開度を変化させる。スロットル弁40の近傍には、スロットル開度センサ44が配設されている。スロットル開度センサ44は、スロットル弁40の開度(以下適宜、スロットル開度SCと称す)に応じた電気信号をEFIECU170に向けて出力する。EFIECU170は、スロットル開度センサ44の出力信号に基づいてスロットル開度SCを検出する。
【0077】
EFIECU170には、また、イグニッションスイッチ76(以下、IGスイッチ76と称す)が接続されている。EFIECU170は、IGスイッチ76の出力信号に基づき、IGスイッチ76のオン/オフ状態を検出する。IGスイッチ76がオン状態からオフ状態とされると、燃料噴射弁22による燃料噴射、点火プラグ26による燃料の点火、及び、フューエルポンプ24による燃料の圧送が停止され、エンジン150の運転が停止される。
【0078】
アクセルペダル78の近傍には、アクセル開度センサ80が配設されている。アクセル開度センサ80は、アクセルペダル78の踏み込み量(以下適宜、アクセル開度ACと称す)に応じた電気信号をEFIECU170に向けて出力する。EFIECU170は、アクセル開度センサの出力信号に基づいてアクセル開度ACを検出する。
【0079】
本実施形態では、吸気管38には、ターボ過給装置39が設けられており、例えば排気管30側に設けられたタービンに連動するタービンにより、吸気管38内に圧縮空気をターボ過給するように構成されている。また、ターボ過給装置39の回転軸は、モータジェネレータMG1及びMG2とは異なる専用のモータジェネレータによって駆動され、その回転数増大によってターボ過給による過給圧が高められるように構成されている。即ち、「ターボアシスト」が実行可能に構成されている。尚、係る専用のモータジェネレータは、排気管30側におけるエンジン150の排気エネルギーを発電により回生可能に構成されている。更に、ターボ過給装置39は、EFIECU170による制御を受けて、特定タイミングで筒内圧力を可変に高めるように構成してもよい。
【0080】
本実施形態では、排気管30には、三元触媒装置31が設けられており、これにより排気ガス浄化性能が高められている。尚、三元触媒装置31は、一定温度以上の高温でないと、その浄化性能が顕著に低下する。そこで、三元触媒装置31には、温度センサ31Tが取り付けられており、その触媒温度TCAが検出され、触媒温度情報としてEFIECU170に入力される。或いは、このような触媒温度TCAは、エンジン150におけるエンジン回転数等の他の検出情報に基づいて間接的に推定してもよい。このように検出又は推定された触媒温度TCAは、当該触媒温度TCAが一定温度以下に低下しないようにエンジン制御するのに用いられる。
【0081】
以上説明したように本実施形態に係るエンジン150では、点火プラグ26並びにターボ過給装置39、不図示のEGR装置等の筒内温度や筒内圧力の調整機構などから、燃焼形態切替手段の一例が構成されている。これにより、エンジン150は、EFIECU170による制御下で、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼を切替え可能であるように、即ち燃焼形態切替機能を有するように構成されている。
【0082】
(燃焼形態の切替え制御)
次に、本発明に係る制御手段を構成する制御ユニット190及びEFIECU170による、エンジン150における火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼間で燃焼形態を切替える制御について、モータジェネレータMG1及びMG2における力行及び回生間で動作を適宜切替える制御と共に、図6から図9を参照して説明する。ここに、図6は、当該切替制御の一具体例における動作を示すフローチャートであり、図7は、自着火燃焼可能領域を示すエンジンにおける回転数Ne及びトルクTeの特性図である。図8は、当該切替制御の他の具体例における動作を示すフローチャートであり、図9は、当該切替制御の更に他の具体例における動作を示すフローチャートである。
【0083】
図6において先ず、初期状態として、ハイブリッド車両は動作中である。即ち、制御ユニット190及びEFIECU170による制御下で、現在の車速、アクセルの踏み込み量、充電容量SOC等に応じて、エンジン回転数Ne及びエンジントルクTe(エンジンパワー)が設定される。これらのエンジン回転数Ne及びエンジントルクTeの値は、例えば、火花点火燃焼時には、図7に示した動作曲線C1上の値として選択される。尚、動作曲線C1とは、運転効率が良くなるエンジン回転数NeとエンジントルクTeとの組合せをNe−Pe特性図上で結んだ曲線である。そして、このように設定された運転ポイントを示す情報等が、制御ユニット190から、EFIECU170に対して送信され、EFIECU170によってエンジン150の制御が行われ、エンジン150においては、その燃料噴射量或いはスロットルの開度等の動作状態が制御される。これと並行して、モータジェネレータMG1及びMG2においては、図2及び図3に示した如き共線図或いは所謂比例積分制御(PI制御)によって、それらの回転数が制御される。より具体的には、モータジェネレータMG1及びMG2の制御は例えば、設定されたエンジン回転数Ne及びエンジントルクTeに応じて各モータの三相コイルに印加する電圧が設定され、現時点での印加電圧との偏差に応じて、駆動回路191及び192のトランジスタのスイッチングが行われる。
【0084】
以上のような初期状態において、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼間の切替ロジックが、例えば割り込み処理により定期的に或いは不定期に繰り返し開始される(ステップS10)。すると、車速センサで検出される車速とアクセル開度(スロットル開度SC)とに基づいて、当該エンジン150並びにモータジェネレータMG1及びMG2に対し車両走行のために駆動軸(或いはリングギヤ軸)において要求されている駆動トルクTpが算出される(ステップS11)。
【0085】
続いて、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替え中であるか否かが判定される(ステップS12)。例えば、図7に示したエンジン回転数Ne及びエンジントルクTeの特性図上において、これらの値の組(Ne,Te)が、自着火燃焼可能領域A1から外領域に出るように或いは該外領域から自着火燃焼可能領域A1に入るように変化しているか否かが判定される。尚、図7に示したように、自着火燃焼可能領域A1は、一般に動作曲線C1の下方且つ左より、即ち低回転数側且つ低トルク側に位置している。
【0086】
ステップS12の判定の結果、切替え中でなければ(ステップS12:No)、通常処理を行う(ステップS13)。即ち、切替え中でないため、当該切替ロジックが前回に割り込み処理された時と同様の火花点火燃焼又は圧縮自着火燃焼が継続して行われる。その後、当該割り込み処理による切替ロジックを終了する。
【0087】
他方、ステップS12において切替え中であれば(ステップS12:Yes)、エンジン150に対し、モータジェネレータMG1及びMG2によってエンジン150を一定回転で回転させる。即ち、エンジン150の回転数は、準定常運転に保たれる。この準定常運転状態で、モータジェネレータMG1及びMG2によりエンジントルクTeを検出する(ステップS14)。このようにすれば、エンジン150が準定常運転に保たれているので、非常に高精度でエンジントルクTeを検出できる。
【0088】
続いて、このように準定常運転におけるエンジントルクTeのうち、駆動トルクTpに対して寄与する成分Tepを算出する。更に、燃焼形態の切替えの際に補償すべきエンジントルクの変化分ΔT=“Tp−Tep”を算出する。そして、この算出された変化分ΔTを、モータジェネレータMG1及びMG2によりアシストするように、制御ユニット190は、駆動回路191及び192を介してモータジェネレータMG1及びMG2を制御する(ステップS15)。
【0089】
続いて、このようなアシストを行いつつ所定時間経過後に、火花点火燃焼に切り替える場合には、点火プラグに対して所定タイミングで電気的パルス信号を送って、エンジン150に火花点火燃焼を行わせる。この際、エンジン150においては、その筒内圧力や筒内温度、その噴射燃料の空気混合比率、ターボ過給の度合い、EGRによる排気循環の度合い、吸気及び排気バルブの開閉タイミングなども、火花点火燃焼用に設定する。或いは、圧縮自着火燃焼に切り替える場合には、点火プラグに対して電気的パルス信号を送ることなく、エンジン150に圧縮自着火燃焼を行わせる。この際、エンジン150においては、その筒内圧力や筒内温度、その噴射燃料の空気混合比率、ターボ過給の度合い、EGRによる排気循環の度合い、吸気及び排気バルブの開閉タイミングなども、圧縮自着火燃焼用に設定する。
【0090】
その後、当該割り込み処理による切替ロジックを終了する。
【0091】
以上説明したように本実施形態によれば、ステップS15において、燃焼形態の切替え際に補償すべきエンジントルクの変化分ΔTを、モータジェネレータMG1及びMG2によりアシストするので、当該切替えの際におけるトルク段差を低減できる。特に、ステップS14において、エンジン150を準定常運転に保つので、エンジントルクTeを高精度で検出でき、これにより、ステップS15におけるアシストを高精度で行える。よって、サージ等の問題も起こらないで済む。
【0092】
尚、上述した実施形態においては、ステップS14で、エンジン150に対して筒内噴射を停止することで燃料の供給(及び必要であれば火花点火)を停止して筒内燃焼を一時的に停止するように制御してもよい。この場合にも、モータジェネレータMG1及びMG2によってエンジン150を一定回転で回転させることができる。即ち、エンジンはフリクショントルク(負トルク)の発生した安定した状態に保たれ、ステップS15でモータジェネレータMG1及びMG2は、駆動トルクTpとエンジン150のフリクショントルクとを高精度に補償することになる。特に、このように筒内燃焼を一時的に停止すれば、切替えの最中に発生トルクがばらつくような不安定な燃焼が生じることも無くなり、モータジェネレータMG1及びMG2により高精度で駆動力制御が行える。加えて、切替え後に、安定した筒内状態が得られてから燃焼を開始できる。例えば、圧縮自着火燃焼を開始する時に、筒内圧不足、温度不足等によって燃焼が起こらないような不具合を回避できる。或いは、火花点火燃焼を開始する時に、筒内圧過剰、温度過剰等によって圧縮自着火燃焼が起きてしまうような不具合を回避できる。
【0093】
但し、上述の実施形態の如くステップS14のように燃料の供給を停止しないことで、その分燃費の低下代を小さくすることが可能となる。
【0094】
次に図8を参照して、本実施形態における切替制御の他の具体例について説明を加える。尚、図8において、図6と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【0095】
即ち図8において、ステップS10〜S13までの処理が、図6の場合と同様に行われる。
【0096】
続いて、ステップS12の判定の結果、燃焼形態の切替え中であれば(ステップS12:Yes)、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼への切替えであるか否かが更に判定される(ステップS21)。
【0097】
ここで、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼への切替えでなければ(ステップS21:No)、ステップS14へ進み、以降ステップS14〜S15までの処理が、図6の場合と同様に行われ、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【0098】
他方、火花点火燃焼から圧縮自着火燃焼への切替えであれば(ステップS21:Yes)、ターボアシストが、モータジェネレータMG1及びMG2とは異なる専用のモータジェネレータによって実行される(ステップS22)。より具体的には、図5に示したターボ過給装置39の回転軸が、専用モータジェネレータにより駆動されることで、その回転数が増大され、ターボ過給による過給圧が高められる。これにより、火花点火燃焼用の筒内状態から圧縮自着火燃焼用の筒内状態への移行を迅速に行える。特に、火花点火燃焼を停止した後に、筒内圧不足によって圧縮自着火燃焼が起こらずに、燃料たる生ガスが排気ガスとしてそのまま排気される事態を未然に防止でき、上述した図6の具体例と比べて燃費の向上が可能となる。
【0099】
その後、ステップS14へ進み、以降ステップS14〜S15までの処理が、図6の場合と同様に行われ、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【0100】
次に図9を参照して、本実施形態における切替制御の他の具体例について説明を加える。尚、図9において、図6と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【0101】
即ち図9において、ステップS10〜S13までの処理が、図6の場合と同様に行われる。
【0102】
続いて、ステップS12の判定の結果、燃焼形態の切替え中であれば(ステップS12:Yes)、圧縮自着火燃焼から火花点火燃焼への切替えであるか否かが更に判定される(ステップS31)。
【0103】
ここで、圧縮自着火燃焼から火花点火燃焼への切替えでなければ(ステップS31:No)、ステップS14へ進み、以降ステップS14〜S15までの処理が、図6の場合と同様に行われ、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【0104】
他方、圧縮自着火燃焼から火花点火燃焼への切替えであれば(ステップS31:Yes)、例えば排気ガスを排気するための排気弁28(図5参照)や当該筒内圧を含めるために専用の弁等からなる、ウエイストゲートが、EFIECU170により作動され、筒内圧が迅速に低められる。即ち、圧縮自着火燃焼用の筒内状態から火花点火燃焼用の筒内状態への移行が迅速に行われる。よって、火花点火を開始した後に、筒内圧過剰によって圧縮自着火燃焼が起こってノッキングが発生する事態等を防止できる。
【0105】
その後、ステップS14へ進み、以降ステップS14〜S15までの処理が、図6の場合と同様に行われ、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【0106】
(その他の変形形態)
本発明を適用するハイブリッド車両の構成としては、図1に示した構成の他、種々の構成が可能である。
【0107】
上述の実施形態では、図1に示したようにモータジェネレータMG2がリングギヤ軸126に結合されているが、モータジェネレータMG2が、エンジン150のクランクシャフト156に直結したプラネタリキャリア軸127に結合された構成をとることもできる。或いは、図1では、エンジン150から出力された動力の一部を駆動軸112に伝達するための動力調整装置としてプラネタリギヤ120等を用いた機械分配型動力調整装置を用いていたのに対し、動力調整装置として、対ロータ電動機等を用いた電気分配型動力調整装置を用いることも可能である。例えば、プラネタリギヤ120およびモータジェネレータMG1に代えて、クラッチモータCMを備えて構成してもよい。
【0108】
上述の実施形態では、モータジェネレータ装置が同期電動機からなるモータジェネレータを複数備えてなるが、その少なくとも一部に代えて又は加えて、誘導電動機、バーニアモータ、直流電動機、超伝導モータ、ステップモータ等を用いることも可能である。
【0109】
上述の実施形態では、エンジン150としてガソリンにより運転される直噴型のガソリンエンジンを用いていたが、その他に、伝統的なポート噴射型のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、ジェットエンジン等の各種の内燃あるいは外燃機関を用いることができる。
【0110】
加えて、本発明の動力出力装置は、パラレルハイブリッド方式の車両ではなく、シリアルハイブリッド方式の車両にも適用可能である。更に、ハイブリッド車両用のみならず、その他の各種移動体や重電機器に対して、本発明のハイブリッド型の動力出力装置は適用可能である。
【0111】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうハイブリッド型の動力出力装置、その制御方法並びにそのような動力出力装置を備えたハイブリッド車両もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【0112】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、例えばハイブリッド車両等に好適に用いられるハイブリッド型の動力出力装置において、エンジンが燃焼形態切替機能を有しつつ、その燃焼形態の切替えの際に生じるトルク段差を低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態のハイブリッド車両における動力系統のブロック図である。
【図2】本実施形態に係るハイブリッド車両の基本的動作を説明するための共線図である。
【図3】本実施形態に係るハイブリッド車両が高速定常走行している場合の共線図である。
【図4】本実施形態に係るハイブリッド車両のバッテリ及びモータ駆動回路の構成を示す。
【図5】本実施形態に係るエンジンの構造の概略構成図である。
【図6】本実施形態に係る圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替制御の一具体例における動作を示すフローチャートである。
【図7】本実施形態に係る自着火燃焼可能領域を示すエンジンにおける回転数Ne及びトルクTeの特性図である。
【図8】本実施形態に係る圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替制御の他の具体例における動作を示すフローチャートである。
【図9】本実施形態に係る圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替制御の更に他の具体例における動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
22 燃料噴射弁
24 燃料ポンプ
31 三元触媒装置
38 吸気管
39 ターボ過給装置
40 スロットル弁
44 スロットル開度センサ
76 イグニッションスイッチ
78 アクセルペダル
80 アクセル開度センサ
120 プラネタリギア
150 エンジン
170 EFIECU
190 制御ユニット(ECU)
194 バッテリ
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention is a combination of an engine and a motor generator device, and belongs to the technical field of a hybrid type power output device and a control method thereof suitably used for, for example, a hybrid vehicle, and further includes such a power output device. Belongs to the technical field of hybrid vehicles. In particular, the present invention belongs to a technical field such as a hybrid power output device using such an engine having a combustion mode switching function capable of switching between spark ignition combustion and compression auto-ignition combustion.
[0002]
[Prior art]
In this type of power output device, as disclosed in, for example, JP-A-9-47094 and JP-A-2000-324615, a motor generator device is appropriately driven according to a required operating state. The battery is charged by using a generator (generator) rotated by force or using a dedicated generator included in the motor generator device. Further, the drive shaft is rotated alone or together with the engine by using the motor generator device as a motor (electric motor) that rotates by receiving power supply from the battery or by using a dedicated motor included in the motor generator device. As a result, the engine can be continuously operated in a state where the driving efficiency is high, and the fuel consumption and the exhaust purification performance are improved.
[0003]
This type of operation output device is roughly classified into a parallel hybrid system and a serial hybrid system. In the former, the drive shaft is rotated by a part of the output of the engine and rotated by the driving force of the motor generator device. In the latter, the engine output is exclusively used for charging by the motor generator device, and the drive shaft is rotated by the driving force of the motor generator device.
[0004]
In this specification, the parallel or serial hybrid power output device is configured in this way, and includes one or a plurality of motor generators, or an entire heavy electric machine including one or a plurality of generators and motors. The connection wiring and the like are referred to as a “motor generator device”. Further, in this specification, in any type of hybrid type, supplementing the output of the engine with the driving force of the motor generator device is referred to as “assist”, and the driving force of the motor generator device at this time is expressed as “ This is called “assist power”.
[0005]
On the other hand, as disclosed in, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-265910 and Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-23606, a combination of a gasoline engine such as a diesel engine that performs compression auto-ignition combustion or self-ignition combustion and a motor generator is combined. A hybrid vehicle is also proposed.
[0006]
Furthermore, as disclosed in, for example, JP 2001-3800 A, an engine having a combustion mode switching function capable of switching between a combustion mode for performing spark ignition combustion and a combustion mode for performing compression auto-ignition combustion has been developed. ing. In this engine, when the rotation speed and torque are within a specific range, compression self-ignition combustion is possible. Therefore, in such a case, switching control is performed so that compression compression self-ignition combustion is performed. The And this Unexamined-Japanese-Patent No. 2001-3800 is also proposed about the application to the hybrid vehicle of the engine which has the said combustion form switching function.
[0007]
In the specification of the present application, regarding the engine that performs the compression auto-ignition combustion or the engine having the combustion mode switching function, on the characteristic diagram in which the interrelationship between the engine speed and the torque is plotted on two-dimensional coordinates, A region where compression self-ignition combustion is performed is referred to as a “self-ignition combustible region”.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
However, the engine that performs compression auto-ignition combustion disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-265910 is difficult to put into practical use because the compression auto-ignition combustion region is small. Furthermore, since the exhaust temperature is lowered instead of reducing the exhaust loss, the catalyst temperature on the exhaust side is lowered, resulting in a reduction in exhaust gas purification performance. Therefore, even if such a gasoline engine that exclusively performs compression auto-ignition combustion is incorporated into a hybrid power output device, it is basically difficult to construct a device with excellent performance such as power performance and exhaust gas purification performance. There is a problem that there is.
[0009]
Furthermore, regarding the application of the engine having the combustion mode switching function disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 2001-3800 described above to a hybrid vehicle, it is considered that the following problems occur from a technical viewpoint.
[0010]
That is, when the combustion mode is switched as described above, in-cylinder combustion in the engine becomes temporarily unstable regardless of whether it is a parallel hybrid system or a serial hybrid system. More specifically, compression auto-ignition combustion is close to ideal combustion and combustion is performed at a relatively high speed, whereas spark ignition is performed far from ideal combustion and at a relatively low speed. Therefore, when continuously switching between the two in the same cylinder, the in-cylinder combustion in the engine becomes temporarily unstable. For this reason, there is a technical problem that when the combustion mode is switched, a “torque step” or “driving force step” may occur, resulting in a decrease in power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like. is there.
[0011]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and has a combustion mode switching function in an engine, and a hybrid power output device capable of reducing a torque step generated when switching the combustion mode and control thereof It is an object of the present invention to provide a method and a hybrid vehicle including such a power output device.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above problems, the first hybrid type power output apparatus of the present invention can generate electric power using an engine and at least a part of the output of the engine and can output driving force via a drive shaft.And the rotational shaft of the engine can be rotationally driven by at least a part of the driving force.A motor generator device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and a combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine,Required driving force specifying means for detecting or estimating required driving force required for the drive shaft; engine output specifying means for detecting or estimating the output of the engine;When the combustion mode switching means switchesAnd ( i ) Maintaining the engine speed at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, ii ) Calculating a drive force change of the drive shaft caused by a change in the output of the engine based on the detected or estimated required drive force and the output of the detected or estimated engine; iii ) The calculatedControl means for controlling the motor generator device so as to compensate for a change in driving force with the driving force output by the motor generator device.
[0013]
  According to the first hybrid type power output device of the present invention, for example, when a predetermined condition for performing compression auto-ignition combustion is satisfied under the control of a control means such as a microcomputer, the ignition of the engine is performed. The engine performs compression self-ignition combustion by means of combustion mode switching means such as a plug, a turbocharger and an exhaust gas recirculation (EGR) device, etc. . More specifically, the ignition by the ignition plug is stopped and the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure are increased, so that the compression ignition combustion is performed. On the other hand, when a predetermined condition for causing the compression self-ignition combustion is not satisfied, the engine is caused to perform spark ignition combustion by the combustion mode switching means. More specifically, ignition by the spark plug is performed while reducing compression self-ignition combustion by lowering the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure. Here, in particular, when the combustion mode is switched, in-cylinder combustion temporarily becomes unstable, so that the output of the engine changes. Therefore, if no measures are taken to prevent such a change in engine output, the driving force of the drive shaft may change due to the change in engine output. For example, if the load applied to the drive shaft is constant, a torque step can be noticeably generated. However, in the present invention, when the combustion mode is switched, the change in the driving force of the drive shaft caused by the change in the output of the engine accompanying the switching of the combustion mode is compensated by the driving force output by the motor generator device under the control of the control means. Is done. Specifically, for example, if the engine output decreases at the time of switching the combustion mode, the driving force of the motor generator device is increased at the time of this switching, thereby compensating for the engine output decrease. Alternatively, for example, if the output of the engine increases at the time of switching the combustion mode, the driving force of the motor generator device is decreased at the time of this switching, thereby absorbing the increased output of the engine. Then, it is possible to make almost no drive force change finally output from the drive shaft. In the present specification, “compensating” with the driving force output from the motor generator device is not only to completely compensate for the driving force change of the driving shaft in accordance with the change in engine output, but also to the extent of the driving shaft. This is a broad meaning including the case where the driving force change is eased.
In particular, according to the first hybrid type power output apparatus of the present invention, the required driving force required for the drive shaft is detected or estimated on the one hand by the required driving force specifying means, and the engine output specifying means on the other hand. Thus, the output of the engine is detected or estimated. Further, the control means calculates the driving force change at the time of switching the combustion mode based on the required driving force and the output of the engine. Then, under the control of the control means, the motor generator device compensates for the thus calculated driving force change. Therefore, even if the operation state of the hybrid vehicle is various, it is possible to reduce the change in driving force with high accuracy and to reduce the torque step.
Furthermore, according to the first hybrid type power output apparatus of the present invention, when the combustion mode is switched, the engine speed is maintained at a predetermined speed by the rotational drive by the motor generator device. Therefore, at the time of the switching, the output of the engine that continues to move at a constant rotation is very stable, and at the same time, the driving force control by the motor generator device is easily executed, and the driving force control on the driving shaft can be executed with high accuracy. Further, it becomes possible to increase the detection or estimation accuracy of the required driving force and the engine output related to the above-mentioned required driving force specifying means and engine output specifying means, and it is possible to compensate for the driving force change with higher accuracy.
[0014]
By the way, even if you try to compensate for the torque step based on the torque characteristics due to bench adaptation, there is a high possibility that it will not be able to compensate well in practice because the in-cylinder pressure and temperature are different from normal when switching the combustion mode . It is considered that this is because the response speed is basically slow in the control by these even if the high in-cylinder pressure or high temperature necessary for the compression ignition combustion is to be realized by the turbocharging and EGR. If the torque step is not compensated precisely, it may cause a surge or the like.
[0015]
  As described above, the first of the present invention1According to this hybrid type power output apparatus, although the in-cylinder combustion in the engine becomes temporarily unstable when the combustion mode is switched, the torque step generated at this time can be reduced. As a result, it is possible to improve the power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like while appropriately switching the combustion mode, and further improve the riding comfort and extend the engine life.
[0018]
In another aspect of the first hybrid type power output apparatus of the present invention, the control means switches the combustion mode switching means so as to temporarily interrupt the combustion of the engine when the combustion mode switching means switches. Is further controlled.
[0019]
According to this aspect, if the combustion mode is switched without interrupting the combustion of the engine, the combustion may become unstable and the output of the engine may become unstable. The engine combustion is temporarily interrupted by the combustion mode switching means under the control of the control means. For example, fuel supply such as in-cylinder injection and pot injection, spark ignition, and the like are temporarily stopped. For this reason, at the time of the switching, the output of the engine that continues to move with inertia without combustion is very stable. Therefore, the driving force control by the motor generator device is easily executed, and the driving force control on the driving shaft can be executed with high accuracy.
[0020]
  In addition, if the engine combustion is temporarily interrupted to stabilize the engine output in this way, the required driving force specifying means and the engine output specifying means described above are used.byIt is also possible to increase the detection or estimation accuracy of the required driving force and engine output, and to compensate for a driving force change with higher accuracy.
[0021]
In particular, if the output of the engine can be detected or estimated with such high accuracy, the torque step can be further reduced.
[0022]
  In order to solve the above-described problem, the second hybrid type power output apparatus of the present invention can generate electric power using the engine and at least a part of the output of the engine and can output driving force via the drive shaft.And the rotational shaft of the engine can be rotationally driven by at least a part of the driving force.A motor generator device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and a combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine,Required driving force specifying means for detecting or estimating required driving force required for the drive shaft; engine output specifying means for detecting or estimating the output of the engine;When the combustion mode switching means switches,( i ) Temporarily interrupt the combustion of the engine, ii ) Maintaining the engine speed at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, iii ) Calculating a drive force change of the drive shaft caused by a change in the output of the engine based on the detected or estimated required drive force and the output of the detected or estimated engine; iv ) The calculated driving force change is compensated by the driving force output from the motor generator device.Control means for controlling the combustion mode switching means and the motor generator device.
[0023]
According to the second hybrid type power output device of the present invention, for example, when a predetermined condition for performing the compression auto-ignition combustion is satisfied under the control of the control means such as a microcomputer, the ignition of the engine is performed. The engine is caused to perform compression auto-ignition combustion by means of combustion mode switching means such as a plug and an in-cylinder pressure or in-cylinder temperature adjusting mechanism. On the other hand, when a predetermined condition for causing the compression self-ignition combustion is not satisfied, the engine is caused to perform spark ignition combustion by the combustion mode switching means. Here, in particular, when the combustion mode is switched, in-cylinder combustion temporarily becomes unstable, so that the output of the engine changes. For example, when spark ignition combustion is performed in the next piston cycle after compression self-ignition combustion, compression auto-ignition combustion and spark ignition combustion may occur simultaneously. In this case, knocking or engine failure may occur. Alternatively, when performing compression auto-ignition combustion in the next piston cycle after spark ignition combustion, due to lack of in-cylinder pressure, etc., compression auto-ignition combustion does not actually occur, and fuel is used instead of exhaust gas. There is a possibility that the air is exhausted. In this case, the fuel consumption and the exhaust gas purification capacity are reduced. Furthermore, if any measures are taken to prevent a change in engine output during such switching, the change in engine output may change the driving force of the drive shaft. For example, if the load applied to the drive shaft is constant, a torque step can be noticeably generated.
[0024]
  However, in the present invention, when the combustion mode is switched, the combustion of the engine is temporarily interrupted by the combustion mode switching unit under the control of the control unit. For example, fuel supply such as in-cylinder injection and pot injection, spark ignition, and the like are temporarily stopped. In parallel with this, a driving force is output to the drive shaft by the motor generator device under the control of the control means. For this reason, at the time of switching, the output of the engine that continues to move with inertia without combustion is very stable, and at the same time, the driving force control by the motor generator device is easily executed, and the driving force control on the driving shaft is highly accurate. It can be executed with.
Here, in particular, in the state where combustion is temporarily interrupted in this way, in the second hybrid type power output device, the engine speed is the same as that of the first hybrid type power output device. The change in driving force is calculated based on the required driving force detected or estimated and the output of the detected or estimated engine, and the motor generator is controlled to compensate for the calculated driving force change. Is done. Therefore, it is possible to compensate for the change in driving force with high accuracy.
[0025]
By the way, even when trying to deal with unstable combustion when switching the combustion mode by supercharging or EGR, it is difficult to obtain stable combustion, and knocking may occur or fuel may be exhausted Is expensive. This is considered to be because the response speed is basically slow in the control by turbocharging or EGR.
[0026]
As described above, according to the second hybrid type power output apparatus of the present invention, the in-cylinder combustion in the engine is temporarily unstable when the combustion mode is switched, but is generated at this time. The torque step can be reduced. As a result, it is possible to improve the power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like while switching the combustion mode as appropriate, further improving the ride comfort and extending the life of the engine.
[0027]
In an aspect in which combustion of the engine in the first hybrid type power output apparatus of the present invention is temporarily stopped or in one aspect of the second hybrid type power output apparatus, the control means is provided after the combustion of the engine is interrupted. The combustion mode switching means may be controlled to start combustion after switching after a predetermined time has elapsed.
[0028]
According to this configuration, in the transition period of the combustion mode switching, a stable driving force can be obtained by the driving force of the motor generator device by the middle stage of the combustion of the engine. Can be resumed in the combustion mode after switching.
[0032]
In another aspect of the first or second hybrid type power output apparatus of the present invention, the engine further includes a turbocharger that turbocharges the engine and makes a supercharging pressure variable. The control means controls the turbocharger so as to increase the supercharging pressure when switching from the spark ignition combustion to the compression self-ignition combustion.
[0033]
According to this aspect, by increasing the supercharging pressure due to turbocharging, the transition from the in-cylinder state for spark ignition combustion to the in-cylinder state for compression self-ignition combustion can be performed quickly. Therefore, good power performance can be obtained even when the combustion mode is switched. In addition, after the spark ignition combustion is stopped, it is possible to prevent the situation where the raw gas as fuel is exhausted as it is as the exhaust gas without causing the compression self-ignition combustion due to insufficient in-cylinder pressure.
[0034]
In another aspect of the first or second hybrid type power output apparatus of the present invention, the engine further includes a waste gate capable of selectively exhausting the exhaust gas of the engine, and the control means includes the compression device. When the ignition combustion is switched to the spark ignition combustion, the waste gate is controlled so as to reduce the in-cylinder pressure of the engine.
[0035]
According to this aspect, for example, an exhaust valve for exhausting exhaust gas, a dedicated valve for including the in-cylinder pressure, etc., by operating the waste gate to lower the in-cylinder pressure, or at the same time, the temperature in the cylinder , The transition from the in-cylinder state for compression self-ignition combustion to the in-cylinder state for spark ignition combustion can be performed quickly. Therefore, good power performance can be obtained even when the combustion mode is switched. Moreover, after starting spark ignition, it is possible to prevent the occurrence of knocking due to compression self-ignition combustion due to excessive in-cylinder pressure.
[0036]
When switching from compression ignition combustion to spark ignition combustion in this way, fuel supply such as port injection, in-cylinder injection, etc. to the engine is performed at the same time as or before or after the operation of the waste gate. If it stops temporarily, knocking etc. can be prevented more reliably and the exhaust gas purification performance can be improved.
[0037]
In another aspect of the hybrid power output device of the present invention, the motor generator device includes a plurality of motor generators, and at least one of the plurality of motor generators uses at least a part of the output of the engine. The power is generated by charging the power storage device, and at least one of the plurality of motor generators is supplied with power from the power storage device and outputs the driving force.
[0038]
According to this aspect, the hybrid type power output apparatus of the present invention, regardless of whether it is a parallel hybrid type or a serial hybrid type, efficiently deals with a situation where a torque step occurs when switching the combustion mode in the engine. Can be avoided. Examples of the power storage device according to the present invention include a battery and a large-capacity capacitor.
[0039]
In order to solve the above problems, the hybrid vehicle of the present invention is equipped with the above-described first or second hybrid type power output apparatus (including various aspects thereof) of the present invention and the power output apparatus. A vehicle main body and a wheel attached to the vehicle main body and driven by the driving force output through the drive shaft are provided.
[0040]
According to the hybrid vehicle of the present invention, the first or second hybrid type power output device of the present invention described above is provided, so that the torque level difference at the time of switching can be reduced while appropriately switching the combustion mode with the engine. Excellent power performance, fuel efficiency, exhaust gas purification performance, etc. Furthermore, the ride quality can be improved and the engine life can be extended.
[0041]
  In order to solve the above-described problem, the first hybrid type power output apparatus control method of the present invention is capable of generating power using at least a part of an engine and the output of the engine and driving force via a drive shaft. Can be outputAnd the rotational shaft of the engine can be rotationally driven by at least a part of the driving force.A motor generator device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and a combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine. A control method for controlling a power control device,A required driving force specifying step for detecting or estimating a required driving force required for the drive shaft; and an engine output specifying step for detecting or estimating an output of the engine;When the combustion mode switching means switchesAnd ( i ) Maintaining the engine speed at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, ii ) Calculating a drive force change of the drive shaft caused by a change in the output of the engine based on the detected or estimated required drive force and the output of the detected or estimated engine; iii ) The calculatedAnd a control step of controlling the motor generator device so as to compensate for a change in driving force with the driving force output by the motor generator device.
[0042]
According to the control method of the first hybrid type power output apparatus of the present invention, the torque step generated at the time of switching the combustion mode is reduced as in the case of the first hybrid type power output apparatus of the present invention described above. It can be reduced. As a result, it is possible to improve the power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like while switching the combustion mode as appropriate, further improving the ride comfort and extending the life of the engine.
[0043]
  In order to solve the above-described problem, the second hybrid type power output apparatus control method of the present invention can generate electric power using at least a part of the engine and the output of the engine and drive power via the drive shaft. Can be outputAnd the rotational shaft of the engine can be rotationally driven by at least a part of the driving force.A motor generator device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and a combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine. A control method for controlling a power output device,A required driving force specifying step for detecting or estimating a required driving force required for the drive shaft; and an engine output specifying step for detecting or estimating an output of the engine;When the combustion mode switching means switches,( i ) Temporarily interrupt the combustion of the engine, ii ) Maintaining the engine speed at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, iii ) Calculating a drive force change of the drive shaft caused by a change in the output of the engine based on the detected or estimated required drive force and the output of the detected or estimated engine; iv ) The calculated driving force change is compensated by the driving force output from the motor generator device.A control step of controlling the combustion mode switching means and the motor generator device.
[0044]
According to the control method of the second hybrid type power output apparatus of the present invention, as in the case of the second hybrid type power output apparatus of the present invention described above, the torque step generated at the time of switching the combustion mode is reduced. It can be reduced. As a result, it is possible to improve the power performance, fuel consumption performance, exhaust gas purification performance, and the like while switching the combustion mode as appropriate, further improving the ride comfort and extending the life of the engine.
[0045]
Such an operation and other advantages of the present invention will become apparent from the embodiments described below.
[0046]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, the hybrid power output apparatus according to the present invention is applied to a parallel hybrid hybrid vehicle, and the control method for the power output apparatus according to the present invention is executed in the hybrid vehicle. It is what is done.
[0047]
(Basic configuration and operation of hybrid vehicle)
First, the structure of the hybrid vehicle of this embodiment is demonstrated using FIG. FIG. 1 is a block diagram of a power system in the hybrid vehicle of this embodiment.
[0048]
In FIG. 1, the power system of the hybrid vehicle of the present embodiment includes an engine 150, motor generators MG1 and MG2 constituting an example of a motor generator device, drive circuits 191 and 192 for driving these motor generators MG1 and MG2, respectively. And a control unit 190 for controlling the drive circuits 191 and 192, and an EFIECU (Electrical Fuel Injection Engine Control Unit) 170 for controlling the engine 150.
[0049]
Particularly in the present embodiment, the engine 150 is a gasoline engine having a combustion mode switching function capable of switching between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion. This combustion mode switching operation will be described in detail later.
[0050]
Engine 150 rotates crankshaft 156. The operation of engine 150 is controlled by EFIECU 170. The EFIECU 170 is a one-chip microcomputer having a CPU, ROM, RAM, etc. therein, and the CPU executes control of the fuel injection amount, the rotational speed, and the like of the engine 150 in accordance with a program recorded in the ROM. Although not shown, various sensors that indicate the operation state of the engine 150 are connected to the EFIECU 170 in order to enable these controls.
[0051]
Motor generators MG1 and MG2 are configured as synchronous motor generators, and include rotors 132 and 142 having a plurality of permanent magnets on the outer peripheral surface, and stators 133 and 143 wound with a three-phase coil that forms a rotating magnetic field. Prepare. The stators 133 and 143 are fixed to the case 119. Three-phase coils wound around stators 133 and 143 of motor generators MG1 and MG2 are connected to battery 194 via drive circuits 191 and 192, respectively.
[0052]
The drive circuits 191 and 192 are transistor inverters each including two transistors as switching elements for each phase. The drive circuits 191 and 192 are connected to the control unit 190, respectively. When the transistors of drive circuits 191 and 192 are switched by a control signal from control unit 190, a current flows between battery 194 and motor generators MG1 and MG2.
[0053]
Each of motor generators MG1 and MG2 can also operate as a motor (electric motor) that rotates by receiving power supplied from battery 194 (hereinafter, this operating state is referred to as “powering” as appropriate). Alternatively, when the rotors 132 and 142 are rotated by an external force, the battery 194 can be charged by functioning as a generator (generator) that generates electromotive force at both ends of the three-phase coil (hereinafter, this operation is appropriately performed). The state is called “regeneration”).
[0054]
Engine 150 and motor generators MG1 and MG2 are mechanically coupled via planetary gear 120, respectively. Planetary gear 120 is also called a planetary gear, and has three rotating shafts coupled to the gears shown below. The gears constituting the planetary gear 120 are a sun gear 121 that rotates at the center, a planetary pinion gear 123 that revolves while rotating around the periphery of the sun gear, and a ring gear 122 that rotates at the outer periphery thereof. The planetary pinion gear 123 is pivotally supported by the planetary carrier 124. In the hybrid vehicle of this embodiment, the crankshaft 156 of the engine 150 is coupled to the planetary carrier shaft 127 via the damper 130. The damper 130 is provided to absorb torsional vibration generated in the crankshaft 156. Rotor 132 of motor generator MG1 is coupled to sun gear shaft 125. Rotor 142 of motor generator MG2 is coupled to ring gear shaft 126. The rotation of the ring gear 122 is transmitted to the drive shaft 112 and further to the wheels 116R and 116L via the chain belt 129.
[0055]
Next, the operation in the power system of the hybrid vehicle of the present embodiment configured as described above will be described.
[0056]
First, the operation of the planetary gear 120 will be described with reference to FIGS.
[0057]
In the planetary gear 120, when the rotation speed and torque of the two rotation shafts among the three rotation shafts described above are determined (hereinafter appropriately referred to as “rotation state”), the rotation state of the remaining rotation shafts is determined. It has the property of being determined. The relationship between the rotational states of the respective rotating shafts can be obtained by a calculation formula well known in mechanics, but can also be obtained geometrically by a diagram called a collinear diagram.
[0058]
FIG. 2 shows an example of an alignment chart. The vertical axis indicates the number of rotations of each rotation axis. The horizontal axis shows the gear ratio of each gear in a distance relationship. The sun gear shaft 125 (S in the figure) and the ring gear shaft 126 (R in the figure) are taken at both ends, and the position C that internally divides the position S and the position R into 1: ρ is the position of the planetary carrier shaft 127. ρ is the ratio of the number of teeth of the sun gear 121 to the number of teeth of the ring gear 122. The rotation speeds Ns, Nc and Nr of the rotation shafts of the respective gears are plotted at the positions S, C and R thus defined. The planetary gear 120 has the property that the three points plotted in this way are always aligned. This straight line is called an operation collinear line. The movement collinear line is uniquely determined if two points are determined. Therefore, by using the operation collinear line, the rotation speed of the remaining rotation shafts can be obtained from the rotation speeds of the two rotation shafts among the three rotation shafts.
[0059]
The planetary gear 120 has the property that when the torque of each rotating shaft is replaced with a force acting on the operating collinear line, the operating collinear line is maintained as a rigid body. As a specific example, a torque acting on the planetary carrier shaft 127 is assumed to be Te. At this time, as shown in FIG. 2, a force having a magnitude corresponding to the torque Te is applied to the operation collinear line from the vertical bottom to the top at the position C. The direction to be applied is determined according to the direction of the torque Te. Further, the torque Tr output from the ring gear shaft 126 is caused to act on the operation collinear line at the position R from vertically above to below. Tes and Ter in the figure are obtained by distributing the torque Te into two equivalent forces based on the distribution law of the force acting on the rigid body. There is a relationship of “Tes = ρ / (1 + ρ) × Te” and “Ter = 1 / (1 + ρ) × Te”. In consideration of the condition that the operation nomogram is balanced as a rigid body in the state where the above forces are applied, a torque Tm1 to be applied to the sun gear shaft 125 and a torque Tm2 to be applied to the ring gear shaft are obtained. be able to. The torque Tm1 is equal to the torque Tes, and the torque Tm2 is equal to the difference between the torque Tr and the torque Ter.
[0060]
When the engine 150 coupled to the planetary carrier shaft 127 is rotating, the sun gear 121 and the ring gear 122 can rotate in various rotational conditions under the conditions that satisfy the above-described conditions regarding the operation collinearity. When the sun gear 121 is rotating, electric power can be generated by the motor generator MG1 using the rotational power. When the ring gear 122 is rotating, the power output from the engine 150 can be transmitted to the drive shaft 112. In the hybrid vehicle having the configuration shown in FIG. 1, the power output from the engine 150 is distributed to the power mechanically transmitted to the drive shaft and the power regenerated as electric power, and the regenerated electric power is used. By driving the motor generator MG2 to assist the power, the vehicle can travel while outputting desired power. Such an operating state is a state that can be taken during normal traveling of the hybrid vehicle. When the load is high, such as during full-open acceleration, electric power is also supplied from the battery 194 to the motor generator MG2 to increase the power transmitted to the drive shaft 112.
[0061]
In the hybrid vehicle described above, since the power of motor generator MG1 or MG2 can be output from drive shaft 112, it is possible to travel using only the power output by these motors. Therefore, even when the vehicle is traveling, the engine 150 may be stopped or may be in a so-called idle operation. This operation state is a state that can be taken when starting or running at a low speed.
[0062]
Furthermore, in the hybrid vehicle of the present embodiment, the power output from the engine 150 can be transmitted only to the drive shaft 112 side instead of being distributed to the two paths. This is an operational state that can be taken during high-speed steady traveling, where the motor generator MG2 is driven by inertia due to high-speed traveling, and travels only with the power output from the engine 150 without assistance from the motor generator MG2.
[0063]
FIG. 3 shows a nomographic chart at the time of this high-speed steady running. In the alignment chart shown in FIG. 2, the rotational speed Ns of the sun gear shaft 125 is positive. However, the rotational speed Ns of the engine 150 and the rotational speed Nr of the ring gear shaft 126 are negative as shown in FIG. It becomes. At this time, in motor generator MG1, the direction of rotation and the direction in which torque acts are the same, so motor generator MG1 operates as an electric motor and consumes electrical energy represented by the product of torque Tm1 and rotation speed Ns. (Reverse power running state). On the other hand, in motor generator MG2, the direction of rotation and the direction in which torque acts are reversed, so that motor generator MG2 operates as a generator, and the electric energy represented by the product of torque Tm2 and rotation speed Nr is transferred to the ring gear shaft. It will regenerate from 126.
[0064]
Thus, the hybrid vehicle of this embodiment can travel in various driving states based on the action of the planetary gear 120.
[0065]
Subsequently, the control operation by the control unit 190 will be described with reference to FIG. 1 again.
[0066]
In FIG. 1, the entire operation of the power output apparatus of this embodiment is controlled by a control unit 190. The control unit 190 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like in the same manner as the EFIECU 170. The control unit 190 is connected to the EFIECU 170, and both can transmit various information. The control unit 190 is configured to be able to indirectly control the operation of the engine 150 by transmitting information such as a torque command value and a rotation speed command value necessary for controlling the engine 150 to the EFIECU 170. The control unit 190 thus controls the operation of the entire power output apparatus. In order to realize such control, the control unit 190 is provided with various sensors, for example, a sensor 144 for knowing the rotation speed of the drive shaft 112. Since ring gear shaft 126 and drive shaft 112 are mechanically coupled, in this embodiment, sensor 144 for determining the rotational speed of drive shaft 112 is provided on ring gear shaft 126 to control the rotation of motor generator MG2. It is common with the sensor for.
[0067]
(Electric circuit in power system of hybrid vehicle)
Next, with reference to FIG. 4, the electric circuit provided in the power system of the hybrid vehicle of this embodiment will be described in more detail. That is, here, details of the control unit 190, the motor generators MG1 and MG2, the drive circuits 191 and 192, and the battery 194 shown in FIG. 1 will be described.
[0068]
As shown in FIG. 4, inverter capacitor 196, drive circuit 191 connected to motor generator MG1, and drive circuit 192 connected to motor generator MG2 are connected in parallel to battery 194, respectively.
[0069]
Specifically, the battery 194 includes a battery module unit 194a, an SMR (system main relay) 194b, a voltage detection circuit 194c, a current sensor 194d, and the like. The SMR 194b connects / disconnects the power source of the high voltage circuit according to a command from the control unit 190, and is composed of two relays R1 and R2 arranged at the + and-both poles of the battery module unit 194a. The battery 194 is provided with two relays R1 and R2. When the power is connected, the relay R2 is first turned on, then the relay R1 is turned on. When the power is shut off, the relay R1 is first turned off, This is because a reliable operation can be performed by turning off the relay R2. The voltage detection circuit 194c detects the total voltage value of the battery module unit 194a. The current sensor 194d detects an output current value from the battery module unit 194a. Output signals of the voltage detection circuit 194c and the current sensor 194d are transmitted to the control unit 190.
[0070]
Drive circuits 191 and 192 are power converters that convert a high-voltage direct current of the battery and an alternating current for motor generators MG1 and MG2, and more specifically, a three-phase bridge circuit composed of six power transistors 191a and 192a are provided, respectively, and DC current and three-phase AC current are converted by the three-phase bridge circuits 191a and 192a.
[0071]
The drive circuits 191 and 192 are provided with voltage detection circuits 191b and 192b, respectively. Voltage detection circuits 191b and 192b detect back electromotive voltages of motor generators MG1 and MG2, respectively. The driving of the power transistors of the three-phase bridge circuits 191a and 192a is controlled by the control unit 190, and the voltage values detected by the voltage detection circuits 191b and 192b from the driving circuits 191 and 192 to the control unit 190 Information necessary for current control such as a current value detected by a current sensor (not shown) provided between the three-phase bridge circuits 191a and 192a and the motor generators MG1 and MG2 is transmitted.
[0072]
(Direct injection gasoline engine)
Next, with reference to FIG. 5, the direct injection engine provided in the hybrid vehicle of the present embodiment will be described in more detail. That is, the details of the engine 150 shown in FIG. 1 will be described here.
[0073]
As shown in FIG. 5, the engine 150 is a so-called direct injection gasoline engine that directly injects fuel into the fuel chamber. Engine 150 is controlled by EFIECU 170. The engine 150 includes a cylinder block 14. A cylinder 16 is formed inside the cylinder block 14. Although the engine 150 includes a plurality of cylinders, for convenience of explanation, FIG. 5 shows one cylinder 16 among the plurality of cylinders.
[0074]
A piston 18 is disposed inside the cylinder 16. The piston 18 can slide in the vertical direction in FIG. 5 inside the cylinder 16. Inside the cylinder 16, a combustion chamber 20 is formed above the piston 18. In the combustion chamber 20, the injection port of the fuel injection valve 22 is exposed. During operation of the engine 150, fuel is pumped from the fuel pump 24 to the fuel injection valve 22. The fuel injection valve 22 and the fuel pump 24 are connected to the EFIECU 170. The fuel pump 24 pumps fuel to the fuel injection valve 22 side in accordance with a control signal supplied from the EFIECU 170. The fuel injection valve 22 injects fuel into the combustion chamber 20 in accordance with a control signal supplied from the EFIECU 170.
[0075]
Further, the tip of the spark plug 26 is exposed in the combustion chamber 20. The spark plug 26 ignites the fuel in the combustion chamber 20 by receiving an ignition signal from the EFIECU 170. An exhaust pipe 30 communicates with the combustion chamber 20 via an exhaust valve 28. Each branch pipe of an intake manifold 34 communicates with the combustion chamber 20 via an intake valve 32. The intake manifold 34 communicates with the surge tank 36 on the upstream side. An intake pipe 38 communicates further upstream of the surge tank 36.
[0076]
A throttle valve 40 is disposed in the intake pipe 38. The throttle valve 40 is connected to a throttle motor 42. The throttle motor 42 is connected to the EFIECU 170. The throttle motor 42 changes the opening degree of the throttle valve 40 in accordance with a control signal supplied from the EFIECU 170. A throttle opening sensor 44 is disposed in the vicinity of the throttle valve 40. The throttle opening sensor 44 outputs an electrical signal corresponding to the opening of the throttle valve 40 (hereinafter referred to as the throttle opening SC as appropriate) to the EFIECU 170. The EFIECU 170 detects the throttle opening SC based on the output signal of the throttle opening sensor 44.
[0077]
An ignition switch 76 (hereinafter referred to as IG switch 76) is also connected to the EFIECU 170. The EFIECU 170 detects the on / off state of the IG switch 76 based on the output signal of the IG switch 76. When the IG switch 76 is changed from the on state to the off state, the fuel injection by the fuel injection valve 22, the ignition of the fuel by the ignition plug 26, and the fuel pumping by the fuel pump 24 are stopped, and the operation of the engine 150 is stopped. The
[0078]
In the vicinity of the accelerator pedal 78, an accelerator opening sensor 80 is disposed. The accelerator opening sensor 80 outputs an electric signal corresponding to the depression amount of the accelerator pedal 78 (hereinafter referred to as accelerator opening AC as appropriate) to the EFIECU 170. The EFIECU 170 detects the accelerator opening AC based on the output signal of the accelerator opening sensor.
[0079]
In the present embodiment, the intake pipe 38 is provided with a turbocharger 39. For example, the compressed air is turbocharged into the intake pipe 38 by a turbine linked to the turbine provided on the exhaust pipe 30 side. It is configured as follows. Further, the rotation shaft of the turbocharger 39 is driven by a dedicated motor generator different from the motor generators MG1 and MG2, and the boost pressure due to turbocharging is increased by increasing the number of rotations. That is, “turbo assist” is configured to be executable. The dedicated motor generator is configured such that the exhaust energy of the engine 150 on the exhaust pipe 30 side can be regenerated by power generation. Further, the turbocharger 39 may be configured to variably increase the in-cylinder pressure at a specific timing under the control of the EFIECU 170.
[0080]
In the present embodiment, the exhaust pipe 30 is provided with a three-way catalyst device 31, thereby improving the exhaust gas purification performance. Note that the purification performance of the three-way catalyst device 31 is significantly reduced unless the temperature is higher than a certain temperature. Therefore, a temperature sensor 31T is attached to the three-way catalyst device 31, and the catalyst temperature TCA is detected and input to the EFIECU 170 as catalyst temperature information. Alternatively, such catalyst temperature TCA may be estimated indirectly based on other detection information such as the engine speed in engine 150. The catalyst temperature TCA detected or estimated in this way is used for engine control so that the catalyst temperature TCA does not drop below a certain temperature.
[0081]
As described above, in the engine 150 according to the present embodiment, an example of the combustion mode switching means is provided from the adjusting mechanism of the in-cylinder temperature and the in-cylinder pressure, such as the spark plug 26, the turbocharger 39, and the EGR device not shown. Is configured. Thus, the engine 150 is configured to be able to switch between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion under the control of the EFIECU 170, that is, to have a combustion mode switching function.
[0082]
(Combustion mode switching control)
Next, regarding the control for switching the combustion mode between spark ignition combustion and compression auto-ignition combustion in engine 150 by control unit 190 and EFIECU 170 constituting the control means according to the present invention, between power running and regeneration in motor generators MG1 and MG2. A description will be given with reference to FIGS. 6 to 9 together with control for appropriately switching the operation. FIG. 6 is a flowchart showing the operation in a specific example of the switching control, and FIG. 7 is a characteristic diagram of the rotational speed Ne and the torque Te in the engine showing the self-ignition combustible region. FIG. 8 is a flowchart showing an operation in another specific example of the switching control, and FIG. 9 is a flowchart showing an operation in still another specific example of the switching control.
[0083]
In FIG. 6, first, as an initial state, the hybrid vehicle is operating. That is, under the control of the control unit 190 and the EFIECU 170, the engine speed Ne and the engine torque Te (engine power) are set according to the current vehicle speed, the accelerator depression amount, the charging capacity SOC, and the like. The values of the engine speed Ne and the engine torque Te are selected as values on the operation curve C1 shown in FIG. 7 at the time of spark ignition combustion, for example. The operation curve C1 is a curve obtained by connecting the combinations of the engine speed Ne and the engine torque Te that improve the operation efficiency on the Ne-Pe characteristic diagram. Then, information indicating the operation point set in this way is transmitted from the control unit 190 to the EFIECU 170, and the engine 150 is controlled by the EFIECU 170. In the engine 150, the fuel injection amount or the throttle The operating state such as the opening is controlled. In parallel with this, in motor generators MG1 and MG2, their rotational speeds are controlled by collinear charts as shown in FIGS. 2 and 3 or so-called proportional integral control (PI control). More specifically, the motor generators MG1 and MG2 are controlled by setting, for example, voltages to be applied to the three-phase coils of each motor in accordance with the set engine speed Ne and engine torque Te. The transistors of the drive circuits 191 and 192 are switched according to the deviation.
[0084]
In the initial state as described above, the switching logic between the compression ignition combustion and the spark ignition combustion is repeatedly started periodically or irregularly by, for example, an interrupt process (step S10). Then, based on the vehicle speed detected by the vehicle speed sensor and the accelerator opening (throttle opening SC), the engine 150 and the motor generators MG1 and MG2 are required in the drive shaft (or ring gear shaft) for traveling the vehicle. Driving torque Tp is calculated (step S11).
[0085]
Subsequently, it is determined whether or not switching between compression self-ignition combustion and spark ignition combustion is being performed (step S12). For example, in the characteristic diagram of the engine rotational speed Ne and the engine torque Te shown in FIG. It is determined whether or not it has changed so as to enter the auto-ignition combustible region A1. As shown in FIG. 7, the autoignition combustible region A1 is generally located below the operation curve C1 and from the left, that is, on the low rotation speed side and the low torque side.
[0086]
If the result of determination in step S12 is not during switching (step S12: No), normal processing is performed (step S13). That is, since switching is not being performed, the same spark ignition combustion or compression auto-ignition combustion is performed as when the switching logic was previously interrupted. Thereafter, the switching logic by the interrupt process is terminated.
[0087]
On the other hand, if switching is being performed in step S12 (step S12: Yes), the engine 150 is rotated at a constant rotation by the motor generators MG1 and MG2 with respect to the engine 150. That is, the rotational speed of the engine 150 is maintained in a quasi-steady operation. In this quasi-steady operation state, the engine torque Te is detected by the motor generators MG1 and MG2 (step S14). By doing so, the engine torque Te can be detected with very high accuracy because the engine 150 is maintained in the quasi-steady operation.
[0088]
Subsequently, of the engine torque Te in the quasi-steady operation, a component Tep that contributes to the driving torque Tp is calculated. Further, a change ΔT = “Tp−Tep” of the engine torque to be compensated when switching the combustion mode is calculated. Then, the control unit 190 controls the motor generators MG1 and MG2 via the drive circuits 191 and 192 so that the calculated change ΔT is assisted by the motor generators MG1 and MG2 (step S15).
[0089]
Subsequently, when switching to spark ignition combustion after elapse of a predetermined time while performing such assist, an electric pulse signal is sent to the spark plug at a predetermined timing to cause the engine 150 to perform spark ignition combustion. At this time, in the engine 150, the in-cylinder pressure and the in-cylinder temperature, the air mixing ratio of the injected fuel, the degree of turbocharging, the degree of exhaust gas circulation by EGR, the intake and exhaust valve opening / closing timing, etc. Set for combustion. Alternatively, when switching to compression self-ignition combustion, the engine 150 is caused to perform compression self-ignition combustion without sending an electrical pulse signal to the spark plug. At this time, in the engine 150, the in-cylinder pressure and in-cylinder temperature, the air mixing ratio of the injected fuel, the degree of turbocharging, the degree of exhaust gas circulation by EGR, the intake and exhaust valve opening / closing timing, etc. Set for ignition and combustion.
[0090]
Thereafter, the switching logic by the interrupt process is terminated.
[0091]
As described above, according to the present embodiment, in step S15, the motor generator MG1 and MG2 assist the engine torque change ΔT to be compensated when the combustion mode is switched. Can be reduced. In particular, in step S14, the engine 150 is kept in a quasi-steady operation, so that the engine torque Te can be detected with high accuracy, and the assist in step S15 can be performed with high accuracy. Therefore, problems such as surge do not occur.
[0092]
In the above-described embodiment, in step S14, in-cylinder injection is stopped with respect to the engine 150 to stop fuel supply (and spark ignition if necessary) and temporarily stop in-cylinder combustion. You may control to do. Also in this case, the engine 150 can be rotated at a constant rotation by the motor generators MG1 and MG2. That is, the engine is maintained in a stable state in which friction torque (negative torque) is generated, and motor generators MG1 and MG2 compensate the driving torque Tp and the friction torque of engine 150 with high accuracy in step S15. In particular, if the in-cylinder combustion is temporarily stopped in this way, unstable combustion in which the generated torque varies during the switching is not generated, and the motor generators MG1 and MG2 can control the driving force with high accuracy. Yes. In addition, after switching, combustion can be started after a stable in-cylinder state is obtained. For example, when starting compression self-ignition combustion, it is possible to avoid a problem that combustion does not occur due to in-cylinder pressure shortage, temperature shortage, or the like. Or, when starting spark ignition combustion, it is possible to avoid a problem that compression self-ignition combustion occurs due to excessive in-cylinder pressure, excessive temperature, or the like.
[0093]
However, by not stopping the fuel supply as in step S14 as in the above-described embodiment, it is possible to reduce the cost of fuel consumption reduction accordingly.
[0094]
Next, another specific example of the switching control in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 8, the same steps as those in FIG. 6 are denoted by the same step numbers, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0095]
That is, in FIG. 8, the processing from step S10 to S13 is performed in the same manner as in FIG.
[0096]
Subsequently, if the result of determination in step S12 is that the combustion mode is being switched (step S12: Yes), it is further determined whether or not switching is from spark ignition combustion to compression self-ignition combustion (step S21). .
[0097]
Here, if it is not switching from spark ignition combustion to compression self-ignition combustion (step S21: No), it progresses to step S14, and the process from step S14 to S15 is performed similarly to the case of FIG. The switching logic executed by interrupt processing or the like ends.
[0098]
On the other hand, if switching from spark ignition combustion to compression ignition combustion (step S21: Yes), turbo assist is executed by a dedicated motor generator different from motor generators MG1 and MG2 (step S22). More specifically, when the rotation shaft of the turbocharger 39 shown in FIG. 5 is driven by a dedicated motor generator, the number of rotations is increased and the supercharging pressure due to turbocharging is increased. Thereby, the transition from the in-cylinder state for spark ignition combustion to the in-cylinder state for compression self-ignition combustion can be performed quickly. In particular, after the spark ignition combustion is stopped, it is possible to prevent the situation where raw gas as fuel is exhausted as exhaust gas without causing compression self-ignition combustion due to insufficient in-cylinder pressure. Compared to this, fuel efficiency can be improved.
[0099]
Thereafter, the process proceeds to step S14, and the processes from step S14 to S15 are performed in the same manner as in FIG. 6, and the switching logic executed by the interrupt process or the like is completed.
[0100]
Next, another specific example of the switching control in this embodiment will be described with reference to FIG. In FIG. 9, the same steps as those in FIG. 6 are denoted by the same step numbers, and description thereof will be omitted as appropriate.
[0101]
That is, in FIG. 9, the processing from step S10 to S13 is performed in the same manner as in FIG.
[0102]
Subsequently, if the result of determination in step S12 is that the combustion mode is being switched (step S12: Yes), it is further determined whether or not it is switching from compression self-ignition combustion to spark ignition combustion (step S31). .
[0103]
Here, if it is not switching from compression self-ignition combustion to spark ignition combustion (step S31: No), it progresses to step S14, and the process from step S14 to S15 is performed similarly to the case of FIG. The switching logic executed by interrupt processing or the like ends.
[0104]
On the other hand, if switching from compression self-ignition combustion to spark ignition combustion (step S31: Yes), for example, an exhaust valve 28 (see FIG. 5) for exhausting exhaust gas or a dedicated valve for including the in-cylinder pressure. The waste gate composed of the above is actuated by the EFIECU 170, and the in-cylinder pressure is quickly lowered. That is, the transition from the in-cylinder state for compression self-ignition combustion to the in-cylinder state for spark ignition combustion is quickly performed. Therefore, after starting spark ignition, it is possible to prevent a situation in which compression self-ignition combustion occurs due to excessive in-cylinder pressure and knocking occurs.
[0105]
Thereafter, the process proceeds to step S14, and the processes from step S14 to S15 are performed in the same manner as in FIG. 6, and the switching logic executed by the interrupt process or the like is completed.
[0106]
(Other variations)
As the configuration of the hybrid vehicle to which the present invention is applied, various configurations are possible in addition to the configuration shown in FIG.
[0107]
In the above-described embodiment, the motor generator MG2 is coupled to the ring gear shaft 126 as shown in FIG. 1, but the motor generator MG2 is coupled to the planetary carrier shaft 127 directly coupled to the crankshaft 156 of the engine 150. You can also take Alternatively, in FIG. 1, a mechanical distribution type power adjustment device using the planetary gear 120 or the like is used as a power adjustment device for transmitting a part of the power output from the engine 150 to the drive shaft 112. As the adjusting device, it is also possible to use an electric distribution type power adjusting device using a counter rotor electric motor or the like. For example, instead of planetary gear 120 and motor generator MG1, a clutch motor CM may be provided.
[0108]
In the above-described embodiment, the motor generator device includes a plurality of motor generators composed of synchronous motors, but instead of or in addition to at least a part of them, an induction motor, a vernier motor, a DC motor, a superconducting motor, a step motor, etc. It is also possible to use.
[0109]
In the above-described embodiment, a direct-injection type gasoline engine operated by gasoline is used as the engine 150. In addition, various other types such as a traditional port-injection type gasoline engine, a diesel engine, a turbine engine, and a jet engine are used. An internal combustion engine or an external combustion engine can be used.
[0110]
In addition, the power output apparatus of the present invention is applicable not only to a parallel hybrid vehicle but also to a serial hybrid vehicle. Furthermore, the hybrid power output apparatus of the present invention can be applied not only to the hybrid vehicle but also to other various mobile objects and heavy electrical equipment.
[0111]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed without departing from the gist or concept of the invention that can be read from the claims and the entire specification, and is a hybrid type with such a change. The power output apparatus, the control method thereof, and the hybrid vehicle equipped with such a power output apparatus are also included in the technical scope of the present invention.
[0112]
【The invention's effect】
As described above in detail, according to the present invention, for example, in a hybrid power output apparatus suitably used for a hybrid vehicle or the like, the engine has a combustion mode switching function, and when the combustion mode is switched. The generated torque step can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram of a power system in a hybrid vehicle according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a collinear diagram for explaining a basic operation of the hybrid vehicle according to the present embodiment.
FIG. 3 is a collinear diagram when the hybrid vehicle according to the present embodiment is traveling at a high speed in a steady state.
FIG. 4 shows a configuration of a battery and a motor drive circuit of the hybrid vehicle according to the present embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a structure of an engine according to the present embodiment.
FIG. 6 is a flowchart showing an operation in a specific example of switching control between compression auto-ignition combustion and spark ignition combustion according to the present embodiment.
FIG. 7 is a characteristic diagram of a rotational speed Ne and a torque Te in an engine showing a self-ignition combustion possible region according to the present embodiment.
FIG. 8 is a flowchart showing an operation in another specific example of the switching control between the compression ignition combustion and the spark ignition combustion according to the present embodiment.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation in still another specific example of the switching control between the compression ignition combustion and the spark ignition combustion according to the present embodiment.
[Explanation of symbols]
22 Fuel injection valve
24 Fuel pump
31 Three-way catalyst equipment
38 Intake pipe
39 Turbocharger
40 Throttle valve
44 Throttle opening sensor
76 Ignition switch
78 Accelerator pedal
80 Accelerator position sensor
120 Planetary Gear
150 engine
170 EFIECU
190 Control unit (ECU)
194 battery

Claims (10)

エンジンと、
該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、
該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、
前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定手段と、
前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定手段と、
前記燃焼形態切替手段が切替える際に、( i )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( ii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力変化を算出し、且つ( iii )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記モータジェネレータ装置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする動力出力装置。
Engine,
A motor generator device capable of generating electric power using at least a part of the output of the engine and outputting a driving force via the driving shaft and capable of rotating the rotating shaft of the engine by at least a part of the driving force When,
A power storage device capable of being charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device;
Combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine;
A required driving force specifying means for detecting or estimating a required driving force required for the drive shaft;
Engine output specifying means for detecting or estimating the output of the engine;
When the combustion mode switching means switches , ( i ) the engine speed is kept at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, and ( ii ) the detected or estimated required driving force and the detected or A drive force change of the drive shaft caused by the engine output change is calculated based on the estimated engine output; and ( iii ) the drive force output by the motor generator device with the calculated drive force change. And a control means for controlling the motor generator device so as to compensate for the power output device.
前記制御手段は、前記燃焼形態切替手段が切替える際に、前記エンジンの燃焼を一時的に中断するように前記燃焼形態切替手段を更に制御することを特徴とする請求項に記載の動力出力装置。Said control means, said when switching the combustion mode switching means, the power output apparatus according to claim 1, characterized by further controlling the combustion mode switching means so as to temporarily suspend combustion of the engine . エンジンと、
該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、
該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、
前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定手段と、
前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定手段と、
前記燃焼形態切替手段が切替える際に、 i )前記エンジンの燃焼を一時的に中断し、( ii )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( iii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力変化を算出し、且つ( iv )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記燃焼形態切替手段及び前記モータジェネレータ装置を制御する制御手段と
を備えたことを特徴とする動力出力装置。
Engine,
A motor generator device capable of generating electric power using at least a part of the output of the engine and outputting a driving force via the driving shaft and capable of rotating the rotating shaft of the engine by at least a part of the driving force When,
A power storage device capable of being charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device;
Combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine;
A required driving force specifying means for detecting or estimating a required driving force required for the drive shaft;
Engine output specifying means for detecting or estimating the output of the engine;
When the combustion mode switching means switches, ( i ) temporarily suspending combustion of the engine, ( ii ) keeping the engine speed at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, ( iii) ) Calculating a driving force change of the driving shaft caused by a change in the output of the engine based on the detected or estimated required driving force and the output of the detected or estimated engine; and ( iv ) the calculated driving A power output apparatus comprising: the combustion mode switching means and a control means for controlling the motor generator apparatus so as to compensate for a force change by the driving force output from the motor generator apparatus.
前記制御手段は、前記エンジンの燃焼の中断後、所定時間経過後に切替え後の燃焼を開始するように前記燃焼形態切替手段を制御することを特徴とする請求項2又は3に記載の動力出力装置。4. The power output apparatus according to claim 2 , wherein the control unit controls the combustion mode switching unit to start combustion after switching after a predetermined time has elapsed after the combustion of the engine is interrupted. . 前記エンジンに対してターボ過給を行うと共に過給圧を可変とするターボ過給装置を更に備えており、
前記制御手段は、前記火花点火燃焼から前記圧縮自着火燃焼に切替える際に、前記過給圧を高めるように前記ターボ過給装置を制御することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の動力出力装置。
A turbocharger that turbocharges the engine and makes the supercharging pressure variable;
Wherein, when switching to the compression ignition from the spark ignition combustion, the claims 1 to any one of 4, wherein the controller controls the turbo supercharger so as to increase the boost pressure The power output device according to item.
前記エンジンの排気ガスを選択的に排気可能であるウエイストゲートを更に備えており、
前記制御手段は、前記圧縮自着火燃焼から前記火花点火燃焼に切替える際に、前記エンジンの筒内圧を低めるように前記ウエイストゲートを制御することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の動力出力装置。
A waste gate capable of selectively exhausting the exhaust gas of the engine;
Wherein, when switching to the spark ignition combustion from the compressed self-ignition combustion, any one of claims 1 to 5, characterized in that to control the waste gate to lower the cylinder pressure of the engine The power output device described in 1.
前記モータジェネレータ装置は、複数のモータジェネレータを含み、
該複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電して前記蓄電装置を充電し、
前記複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記蓄電装置により電源供給されて前記駆動力を出力することを特徴とする請求項1からのいずれか一項に記載の動力出力装置。
The motor generator device includes a plurality of motor generators,
At least one of the plurality of motor generators generates power using at least a part of the output of the engine to charge the power storage device,
It said plurality of at least one of the motor generator, the power output apparatus according to any one of claims 1 6, characterized in that outputs the driving force is the power supplied by the energy storage device.
請求項1からのいずれか一項に記載の動力出力装置と、
該動力出力装置が搭載される車両本体と、
該車両本体に取り付けられると共に前記駆動軸を介して出力される前記駆動力により駆動される車輪と
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
The power output apparatus according to any one of claims 1 to 7 ,
A vehicle body on which the power output device is mounted;
A hybrid vehicle comprising: a wheel attached to the vehicle main body and driven by the driving force output via the drive shaft.
エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段とを備えた動力制御装置を制御する制御方法であって、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定工程と、
前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定工程と、
前記燃焼形態切替手段が切替える際に、( i )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( ii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力変化を算出し、且つ( iii )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記モータジェネレータ装置を制御する制御工程と
を備えたことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
Electric power can be generated using the engine and at least a part of the output of the engine, and a driving force can be output via the driving shaft, and the rotating shaft of the engine can be rotationally driven by at least a part of the driving force. Power provided with a motor generator device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine A control method for controlling a control device, comprising:
A required driving force specifying step of detecting or estimating a required driving force required for the drive shaft;
An engine output specifying step of detecting or estimating the output of the engine;
When the combustion mode switching means switches , ( i ) the engine speed is kept at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, and ( ii ) the detected or estimated required driving force and the detected or A drive force change of the drive shaft caused by the engine output change is calculated based on the estimated engine output; and ( iii ) the drive force output by the motor generator device with the calculated drive force change. And a control step of controlling the motor generator device so as to compensate for the power output device.
エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能であり且つ該駆動力の少なくとも一部によって前記エンジンの回転軸を回転駆動可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を検出又は推定する要求駆動力特定工程と、
前記エンジンの出力を検出又は推定するエンジン出力特定工程と、
前記燃焼形態切替手段が切替える際に、 i )前記エンジンの燃焼を一時的に中断し、( ii )前記エンジンの回転数を前記モータジェネレータ装置による回転駆動によって所定の回転数に保ち、( iii )前記検出又は推定された要求駆動力並びに前記検出又は推定されたエンジンの出力に基づいて前記エンジンの出力変化により生じる前記駆動軸の駆動力 変化を算出し、且つ( iv )該算出された駆動力変化を、前記モータジェネレータ装置が出力する前記駆動力で補償するように前記燃焼形態切替手段及び前記モータジェネレータ装置を制御する制御工程と
を備えたことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
Electric power can be generated using the engine and at least a part of the output of the engine, and a driving force can be output via the driving shaft, and the rotating shaft of the engine can be rotationally driven by at least a part of the driving force. Power provided with a motor generator device, a power storage device that can be charged by the motor generator device and capable of supplying power to the motor generator device, and combustion mode switching means for switching between spark ignition combustion and compression self-ignition combustion in the engine A control method for controlling an output device, comprising:
A required driving force specifying step of detecting or estimating a required driving force required for the drive shaft;
An engine output specifying step of detecting or estimating the output of the engine;
When the combustion mode switching means switches, ( i ) temporarily suspending combustion of the engine, ( ii ) keeping the engine speed at a predetermined speed by rotational driving by the motor generator device, ( iii) ) Calculating a driving force change of the driving shaft caused by a change in the output of the engine based on the detected or estimated required driving force and the output of the detected or estimated engine ; and ( iv ) the calculated driving A control method for a power output device, comprising: a control step of controlling the combustion mode switching means and the motor generator device so as to compensate for a force change by the driving force output by the motor generator device.
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