JP4086010B2 - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 Download PDF

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Description

本発明は、動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを搭載し前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関する。
従来、この種の動力出力装置としては、排気を吸気管に供給する供給率（ＥＧＲ率）を変更して運転可能なエンジンとモータジェネレータとを備えるハイブリッド自動車に搭載されたものが提案されている（特許文献１参照）。この装置では、エンジンの回転数や燃料噴射量，エンジン水温に基づいて目標ＥＧＲ率を設定して運転することにより、排気浄化性能を確保、即ちＮＯｘ排出量を最小限に抑えることができる、とされている。
特開２０００−２８２９１０号公報
上述の動力出力装置では、こうした排気浄化性能を十分に確保することができない場合がある。例えば、排気の供給率を変更している最中にエンジンの負荷変更を行なうと、エンジン内に供給する燃料ガスの空燃比が排気の浄化に適した空燃比からずれ、この空燃比のずれにより排気浄化性能の悪化を招いてしまう。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、こうした問題を解決し、排気を吸気系に供給して運転可能な内燃機関の排気浄化性能をその供給状態を変更に拘わらず十分に確保することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、排気を吸気系に供給して運転可能な内燃機関の排気浄化性能をその供給状態の変更に拘わらず確保しながら要求駆動力により確実に対応することを目的の一つとする。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の動力出力装置は、
変更可能な供給状態をもって排気を吸気系に供給して運転可能な内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記排気の供給状態が変更されている最中には、該変更が完了するまで前記内燃機関の負荷変動が抑制されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記駆動軸に要求される要求駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御する供給状態変更時制御手段
を備えることを要旨とする。
この本発明の動力出力装置では、排気の供給状態が変更されている最中にはこの変更が完了するまで内燃機関の負荷変動が抑制されるよう内燃機関を駆動制御すると共に駆動軸に要求される要求駆動力が出力されるよう電動機を駆動制御する。したがって、排気の供給状態の変更と内燃機関の負荷変動が同時に行なわれるのを抑制できると共に電動機により要求駆動力に出力することができるから、要求駆動力に対応しながら排気の浄化性能の悪化を抑制することができる。
こうした本発明の動力出力装置において、前記供給状態変更時制御手段は、前記内燃機関から出力されている動力が維持されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に該維持により過不足する動力が前記電動機からの動力によって賄われるよう該電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の動力出力装置において、前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、前記要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定する機関目標動力設定手段を備え、前記供給状態変更時制御手段は、前記排気の供給状態が変更される直前に前記機関目標動力設定手段により設定された前回の目標動力を維持して該前回の目標動力で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に該前回の目標動力と前記要求駆動力に基づく動力との偏差の動力に相当する電力の充放電を伴って前記電動機から動力が出力されるよう該電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の動力出力装置において、前記供給状態変更時制御手段は、前記前回の目標動力を維持して前記内燃機関を駆動制御すると共に前記要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御すると該電動機から出力できる駆動力の範囲を超えるときには、前記排気の供給状態が変更されている最中に拘わらず前記要求駆動力に基づいて前記機関目標動力設定手段により設定される目標動力で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできるし、前記供給状態変更時制御手段は、前記要求駆動力に基づいて前記機関目標動力設定手段により設定された目標動力と前記前回の目標動力との偏差が所定値以上のときには、前記排気の供給状態が変更されている最中に拘わらず該設定された目標動力で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、排気の浄化性能をある程度確保しながらより確実に要求駆動力に対応することができる。
さらに、本発明の動力出力装置において、前記排気の供給状態が変更されている最中は、前記排気が供給されていない状態から供給されている状態に変更されている最中または前記排気が供給されている状態から供給されていない状態に変更されている最中であるものとすることもできる。
本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、前記第３の回転軸に接続された発電機とを備えるものとすることもできるし、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、電磁的な作用により該第１の回転子と該第２の回転子とを相対的に回転させる対回転子電動機を備えるものとすることもできる。
本発明の自動車は、
上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、変更可能な供給状態をもって排気を吸気系に供給して運転可能な内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、前記排気の供給状態が変更されている最中には、該変更が完了するまで前記内燃機関の負荷変動が抑制されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記駆動軸に要求される要求駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御する供給状態変更時制御手段を備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する
ことを要旨とする。
この本発明の自動車では、上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果と同様の効果、例えば、要求駆動力に対応しながら排気の浄化性能の悪化を抑制することができる効果などを奏することができる。
本発明の動力出力装置の制御方法は、
変更可能な供給状態をもって排気を吸気系に供給して運転可能な内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置の制御方法であって、
前記排気の供給状態が変更されている最中には、該変更が完了するまで前記内燃機関の負荷変動が抑制されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記駆動軸に要求される要求駆動力が出力されるよう前記電動機を駆動制御する
ことを要旨とする。
この本発明の動力出力方法によれば、排気の供給状態が変更されている最中にはこの変更が完了するまで内燃機関の負荷変動が抑制されるよう内燃機関を駆動制御すると共に駆動軸に要求される要求駆動力が出力されるよう電動機を駆動制御する。したがって、排気の供給状態の変更と内燃機関の負荷変動が同時に行なわれるのを抑制できると共に電動機により要求駆動力に出力することができるから、要求駆動力に対応しながら排気の浄化性能の悪化を抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図であり、図２は、ハイブリッド自動車２０が搭載するエンジン２２の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入する共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。この浄化装置１３４の後段には、排気を吸気側に供給するＥＧＲ管１５２が取り付けられており、このＥＧＲ管１５２に設けられたＥＧＲバルブ１５４を介して、エンジン２２は、不燃焼ガスとしての排気を吸入側に供給して空気と排気とガソリンの混合気を燃焼室に吸引することができるようになっている。
エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６の回転位置や回転数を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するバキュームセンサ１４８からの吸入空気量，ＥＧＲバルブ１５４の開度を検出する開度センサ１５６からのＥＧＲバルブ開度などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４からは、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号，吸気側に供給する排気の供給量を調節するＥＧＲバルブ１５４への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、ＥＧＲバルブ１５４をオフからオンまたはオンからオフする際のエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，バッテリ５０の充放電要求量Ｐｃｈ＊，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，モータＭＧ２のトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、バッテリ５０の充放電要求量Ｐｃｈ＊は、バッテリＥＣＵ５２により演算され通信を介して入力された残容量ＳＯＣなどに基づいて設定したものを入力するものとした。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の残容量ＳＯＣやバッテリＥＣＵ５２から通信により入力した電池温度Ｔｂなどに基づいて設定したものを入力するものとした。モータＭＧ２のトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘは、例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２における定格トルクにモータ温度やインバータ温度に基づいて定められた補正係数を乗じることにより設定したものを入力するものとした。
続いて、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰｒ＊とを設定する（ステップＳ１０２）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め求めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられるとマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものした。この要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。また、要求パワーＰｒ＊は、車速Ｖに換算係数ｋを乗じたものを設定した要求トルクＴｒ＊に乗じて設定するものとした。ここで、換算係数ｋは、車速Ｖをリングギヤ軸３２ａの回転数に変換するための係数である。
そして、ＥＧＲバルブ１５４の状態を判定する（ステップＳ１０４）。ここで、ＥＧＲバルブ１５４の状態の判定は、クランクポジションセンサ１４０（回転数センサ）からのエンジン２２の回転数Ｎｅやバキュームセンサ１４８からの吸入空気量Ｑａなどに基づいてエンジンＥＣＵ２４によってＥＧＲバルブ１５４の状態がオンからオフまたはオフからオンへ切り替えられている最中か否かの判定として行なわれ、例えば、ＥＧＲバルブ１５４の開度を検出する開度センサ１５６からのＥＧＲバルブ開度が目標開度に達したか否かにより行なったり、ＥＧＲバルブ１５４の状態の切替が開始されてから所定時間が経過したか否かにより行なうことができる。
ＥＧＲバルブ１５４の状態が切り替えられている最中ではないと判定されると、通常の処理、即ち、ステップＳ１０２で設定した要求パワーＰｒ＊とステップＳ１００で入力したバッテリ５０の充放電要求量Ｐｃｈ＊とロス（Ｌｏｓｓ）との和によりエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し（ステップＳ１０６）、エンジン要求パワーＰｅ＊をエンジン２２から効率よく出力するための運転ポイント（回転数，トルク）をエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊に設定する（ステップＳ１０８）。図５に、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、エンジン２２を効率よく運転できる運転ポイントを連続線で結んだ動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊が一定の曲線との交点により求めることができる。
エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝ｋ・Ｖ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ１１０）。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅであるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊はリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝ｋ・Ｖ）とエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（１）により計算することができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。ここで、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ＫＰ」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインである。
Nm1*=(Ne*・(1+ρ)-k・V)/ρ （１）
Tm1*=前回Tm1*＋KP（Nm1*-Nm1)＋KI∫(Nm1*-Nm1)dt （２）
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いて要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに作用させるためにモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを図６の共線図のトルクの釣り合い関係から定まる次式（３）により計算すると共に（ステップＳ１１２）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいて次式（４）および次式（５）によりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限，上限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２を計算し（ステップＳ１１４）、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとステップＳ１００で入力したトルク制限Ｔｍｉｎとトルク制限Ｔｍｉｎ２とのうち最も大きいものを値Ｔに設定しこの値ＴとステップＳ１００で入力したトルク制限Ｔｍａｘとトルク制限Ｔｍａｘ２とのうち最も小さいものをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ１１６）。即ち、トルク指令Ｔｍ２＊が、トルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘの範囲内で且つトルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２の範囲内となるよう仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐに上下限カード処理を施すのである。これにより、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊をバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔやモータＭＧ２，インバータ４２の温度制限の範囲内で制限したトルクとして設定することができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm2*/ρ)/Gr （３）
Tmin2=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 （４）
Tmax2=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 （５）
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ１１８）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
ステップＳ１０４でＥＧＲバルブ１５４の状態が切り替えられている最中であると判定されると、前回このルーチンで設定されたエンジン要求パワー（前回Ｐｅ＊）をエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊に設定すると共に（ステップＳ１２０）、このエンジン要求パワーＰｅ＊を用いて前述したステップＳ１０６〜Ｓ１１４と同一の処理を行なってエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊，目標トルクＴｅ＊やモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊やトルク指令Ｔｍ１＊，モータＭＧ２の仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐやトルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２を設定し（ステップＳ１２２）、設定した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐがステップＳ１００で入力したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘから定まる範囲内にあるか否か，ステップＳ１２２で設定したトルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２から定まる範囲内にあるか否かを判定し（ステップＳ１２４）、肯定的な判定がなされると、この仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐをモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定し（ステップＳ１２６）、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ１１８）、駆動制御ルーチンを終了する。このように、ＥＧＲバルブ１５４の状態が切り替えられている最中にエンジン要求パワーＰｅ＊に前回このルーチンで設定されたエンジン要求パワー（前回Ｐｅ＊）を設定、即ち、エンジン２２のトルクと回転数をそのまま維持するのは、エンジン２２の負荷変化とＥＧＲの供給量（オンオフ）の変更とを同時に行なうことにより空燃比が排気中の有害物質（ＮＯｘ）の除去に適した空燃比からズレて排気浄化性能が低下するのを防止するためである。
ステップＳ１２４で仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐがトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘから定まる範囲内にないと判定されたり、トルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２から定まる範囲内にないと判定されたときには、ステップＳ１０６の処理に戻って、要求パワーＰｒ＊と充放電要求量Ｐｃｈ＊とロス（Ｌｏｓｓ）との和によりエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し直してエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定し、エンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なう（ステップＳ１０６〜Ｓ１１８）。これは、エンジン要求パワーＰｅ＊を前回の値に維持することにより要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力することができない場合であるから、この場合は、排気浄化性能よりも要求トルクＴｒ＊の出力を優先することによりドライバビリティの悪化を防止するのである。
図７は、ＥＧＲバルブ１５４がオフからオンする際のアクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，要求パワーＰｒ＊，ＥＧＲバルブ１５４の開度，エンジン要求パワーＰｅ＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の時間変化の様子を説明する説明図である。図示するように、時刻ｔ１にアクセルペダル８３を踏み増した状態でＥＧＲバルブ１５４の開弁を開始すると、アクセルペダル８３の踏み増しによりリングギヤ軸３２ａの要求パワーＰｒ＊は増加するが、ＥＧＲバルブ１５４が目標開度に到達する時刻ｔ２まではエンジン要求パワーＰｅ＊は要求パワーＰｒ＊に対応したものとはならずにアクセルペダル８３を踏み増す前のエンジン要求パワーＰｅ＊がそのまま維持される。そして、このエンジン要求パワーＰｅ＊の維持により不足するパワーをバッテリ５０の放電によって出力されるモータＭＧ２のパワーで賄われるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊が設定される。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、ＥＧＲバルブ１５４の状態の切替が行なわれるとき、この切替が完了するまでリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊に基づいて設定されるエンジン要求パワーＰｅ＊を切替直前の値に維持し、このエンジン要求パワーＰｅ＊の維持により過不足するパワーをバッテリ５０からの充放電によるモータＭＧ２からの出力によって賄われるようトルク指令Ｔｍ２＊を設定してエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。従って、ＥＧＲバルブ１５４の切替途中におけるエンジン２２の負荷変動を抑制、即ち、ＥＧＲバルブ１５４の状態の切替とエンジン２２の負荷変動とが同時に行なわれるのを防止するから、排気浄化性能を十分に確保することができる。もとより、要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力することができる。
また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン要求パワーＰｅ＊をＥＧＲバルブ１５４の切替直前の値に維持することによって不足するパワーをモータＭＧ２で賄えないとき、即ち要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに出力するためのトルクをモータＭＧ２から出力できないときには、エンジン要求パワーＰｅ＊を維持することなく図３のステップＳ１０６により要求トルクＴｒ＊を出力するためのエンジン要求パワーＰｅ＊を設定するから、運転者の要求により確実に対応することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン要求パワーＰｅ＊をＥＧＲバルブ１５４の切替直前の値に維持した結果、図３のステップＳ１２４で仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐがトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘから定まる範囲内にないと判定されたり、トルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２から定まる範囲内にないと判定されたとき（否定的な判定がなされたとき）には、ステップＳ１０６の処理に戻って、要求パワーＰｒ＊と充放電要求量Ｐｃｈ＊とロス（Ｌｏｓｓ）との和によりエンジン要求パワーＰｅ＊を設定し直してエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定するものとしたが、仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐに対してトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘから定まる範囲内およびトルク制限Ｔｍｉｎ２，Ｔｍａｘ２から定まる範囲内に収まるよう上下限カード処理を施すものとしてもよい。この場合、ステップＳ１２２の実行後にステップＳ１２４，１２６の処理を実行することなくステップＳ１１６の処理を実行すればよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、図３の駆動制御ルーチンを用いてＥＧＲバルブ１５４の状態の切替時のエンジン２２の負荷変動を抑制するものとしたが、図３のルーチンに代えて図８の駆動制御ルーチンを用いるものとしても構わない。図８の駆動制御ルーチンでは、ステップＳ２００で入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖからリングギヤ軸３２ａの要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰｒ＊とを設定すると共に要求パワーＰｒ＊とバッテリ５０の充放電要求量Ｐｃｈ＊とロスとの和によりエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊を設定すると（ステップＳ２０２，Ｓ２０４）、次に、ＥＧＲバルブ１５４の状態を調べ（ステップＳ２０６）、ＥＧＲバルブ１５４の状態が切り替えられている最中であると判定されると、ステップＳ２０４で設定されたエンジン要求パワーＰｅ＊から前回このルーチンで設定されたエンジン要求パワー（前回Ｐｅ＊）を減じてエンジンパワー変化量ΔＰｅを計算し（ステップＳ２０８）、計算したエンジンパワー変化量ΔＰｅの絶対値と所定値Ｐｅｒｅｆとを比較する（ステップＳ２１０）。エンジンパワー変化量ΔＰｅの絶対値が所定値Ｐｅｒｅｆ以下のときには、ステップＳ２０４で設定したエンジン要求パワーＰｅ＊を前回このルーチンで設定したエンジン要求パワー（前回Ｐｅ＊）に設定し直し、即ち、ＥＧＲバルブ１５４の状態の切替直前のエンジン要求パワーに維持して（Ｓ２１２）図３のステップＳ１０８〜Ｓ１１８と同一の処理によりエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なって（ステップＳ２１４〜Ｓ２２４）、本ルーチンを終了する。一方、エンジンパワー変化量ΔＰｅの絶対値が所定値Ｔｒｅｆよりも大きいときには、ステップＳ２０４で設定したエンジン要求パワーＰｅ＊をそのまま用いてエンジン２２やモータＭＧ１，ＭＧ２の制御を行なって（ステップＳ２１４〜Ｓ２２４）、本ルーチンを終了する。ここで、エンジンパワー変化量ΔＰｅの絶対値が所定値Ｔｒｅｆよりも大きい場合には、ＥＧＲバルブ１５４の状態が切り替えられている最中であってもリングギヤ軸３２ａの要求パワーＰｒ＊に基づいてステップＳ２０４で設定されるエンジン要求パワーＰｅ＊をそのまま用いるのは、運転者の要求に迅速に対応するためである。従って、図８の駆動制御ルーチンによっても排気浄化性能の低下に対する抑制をある程度達成しながら要求パワーＰｒ＊により確実に対応することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、ＥＧＲバルブ１５４の状態の切替がオンからオフまたはオフからオンのときにエンジン要求パワーＰｅ＊を切替直前の値に維持するものとしたが、これに限られず、１０％から２０％への切替や１５％から５％への切替などのようにＥＧＲ率を切り替えるときでもエンジン２２の負荷変動を抑制するようにエンジン要求パワーＰｅ＊を切替直前の値に維持するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、ＥＧＲバルブ１５４の状態が切り替えられている最中にエンジン要求パワーＰｅ＊を切替直前の値に維持するものとしたが、若干の負荷変動を許容できる場合には、その許容範囲内でエンジン要求パワーＰｅ＊を変更するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１０の変形例のハイブリッド自動車３２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ３３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ３３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機３３０を備えるものとしてもよいし、図１１の変形例のハイブリッド自動車４２０に例示するように、駆動輪６３ａ，６３ｂに変速機４３２を介して接続されたモータ４３０を備えると共にモータ４３０の回転軸にクラッチＣＬを介して接続されたエンジン２２を備えるものとしてもよい。
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、自動車産業に利用可能である。
本発明の一実施例である動力出力装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定する様子を説明する説明図である。 動力分配統合機構３０の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図である。 ＥＧＲバルブ１５４がオフからオンする際のアクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，要求パワーＰｒ＊，ＥＧＲバルブ１５４の開度，エンジン要求パワーＰｅ＊，モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊の時間変化の様子を説明する説明図である。 変形例の駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車４２０の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
２０，２２０，３２０，４２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ，６４ａ，６４ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ バキュームセンサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、１５２ ＥＧＲ管、１５４ ＥＧＲバルブ、１５６ 開度センサ、３３０ 対ロータ電動機、３３２ インナーロータ ３３４ アウターロータ、４３０ モータ、４３２ 変速機、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (7)

  1. 変更可能な供給状態をもって排気を吸気系に供給して運転可能な内燃機関からの動力と電動機からの動力とを駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
    前記電動機と電力をやり取り可能な蓄電手段と、
    前記駆動軸に要求される要求駆動力に基づいて前記内燃機関から出力すべき目標動力を設定する機関目標動力設定手段と、
    前記排気の供給状態が変更されている最中には、該変更が完了するまで前記排気の供給状態が変更される直前に前記機関目標動力設定手段により設定された前回の目標動力を維持して該前回の目標動力で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記要求駆動力が前記駆動軸に出力されるように該前回の目標動力と該要求駆動力に基づく動力との偏差の動力に相当する電力の充放電を伴って前記電動機から動力が出力されるよう該電動機を駆動制御する供給状態変更時制御手段と
    を備える動力出力装置。
  2. 前記供給状態変更時制御手段は、前記前回の目標動力を維持して前記内燃機関を駆動制御すると共に前記要求駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御すると該電動機から出力できる駆動力の範囲を超えるときには、前記排気の供給状態が変更されている最中に拘わらず前記要求駆動力に基づいて前記機関目標動力設定手段により設定される目標動力で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
  3. 前記供給状態変更時制御手段は、前記要求駆動力に基づいて前記機関目標動力設定手段により設定された目標動力と前記前回の目標動力との偏差が所定値以上のときには、前記排気の供給状態が変更されている最中に拘わらず該設定された目標動力で前記内燃機関が運転されるよう該内燃機関を駆動制御すると共に前記要求動力が前記駆動軸に出力されるよう前記電動機を駆動制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
  4. 前記排気の供給状態が変更されている最中は、前記排気が供給されていない状態から供給されている状態に変更されている最中または前記排気が供給されている状態から供給されていない状態に変更されている最中である請求項１ないし３いずれか１項に記載の動力出力装置。
  5. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の動力出力装置であって、
    前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力が決定されると残余の１軸に入出力される動力が決定される３軸式動力入出力手段と、
    前記第３の回転軸に接続された発電機と
    を備える動力出力装置。
  6. 請求項１ないし４いずれか１項に記載の動力出力装置であって、
    前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と前記駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、電磁的な作用により該第１の回転子と該第２の回転子とを相対的に回転させる対回転子電動機を備える動力出力装置。
  7. 請求項１ないし６いずれか１項に記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸が車軸に接続されて走行する自動車。
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