JP4407002B2

JP4407002B2 - 動力装置

Info

Publication number: JP4407002B2
Application number: JP2000118027A
Authority: JP
Inventors: 信堀田; 秋広木村
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2000-04-19
Filing date: 2000-04-19
Publication date: 2010-02-03
Anticipated expiration: 2020-04-19
Also published as: JP2001304010A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力装置に関し、詳しくは、内燃機関と、該内燃機関の出力の少なくとも一部を受けて発電する発電機とを備える動力装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の動力装置としては、発電機の最大出力に基づいてエンジンの出力を制限するものが提案されている（特開平９−５８３０１号公報など）。この装置では、エンジンの目標出力値に対応する発電機の出力値がその発電機の最大出力値を超える場合には、発電機の最大出力値を超えないようエンジンの目標出力値を制限することで発電機の過回転を防止している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした動力装置では、エンジンの出力が発電機の最大出力値を超えることにより発電機が過回転を起こす場合もある。エンジンは、その運転状態によっては、エンジンの目標出力値におけるエンジンの出力値がその目標出力値よりも大きくなる場合もあるためである。これに対して発電機の最大出力値に一定の余裕値を設け、この最大出力値と余裕値との偏差による値を超えないようエンジンの目標出力値を設定することも考えられるが、この余裕値を低く設定するとエンジンの運転状態によっては発電機が過回転を起こす場合があり、余裕値を高く設定するとエンジンの出力を必要以上に制限することになる。
【０００４】
本発明の動力装置は、発電機の過回転をより確実に防止すると共に装置を効率よく運転することを目的の一つとする。また、本発明の動力装置は、内燃機関の出力の制限や発電機の出力の制限を滑らかに行なうことを目的の一つとする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の動力装置は、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。
【０００９】
本発明の動力装置は、
内燃機関と、該内燃機関の出力の少なくとも一部を受けて発電する発電機とを備える動力装置であって、
前記発電機および／または前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該検出された運転状態と要求出力とに基づいて前記内燃機関の目標出力と前記発電機の目標出力とを演算する目標出力演算手段と、
該演算された発電機の目標出力が所定出力を超えるとき、該演算された発電機の目標出力に基づいて前記演算された内燃機関の目標出力と発電機の目標出力とを各々制限する目標出力制限手段と、
前記内燃機関と前記発電機とから各々前記演算または制限された目標出力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機との運転を制御する運転制御手段と
を備えることを要旨とする。
【００１０】
この本発明の動力装置では、発電機や内燃機関の運転状態と要求出力とに基づいて演算された発電機の目標出力が所定出力を超えるとき、目標出力制限手段が、この目標出力に基づいて内燃機関の目標出力と発電機の目標出力とを各々制限する。そして、運転制御手段は、内燃機関と発電機とから各々演算または制限された目標出力が出力されるよう内燃機関と発電機との運転を制御する。したがって、本発明の動力装置によれば、発電機と内燃機関の少なくとも一方の運転状態と要求出力とに基づいて内燃機関の目標出力と発電機の目標出力とを組み合わせて各々制限することができる。
【００１１】
こうした本発明の動力装置において、前記所定出力は、前記発電機の最大出力より所定値だけ小さい出力であるものとすることもできる。こうすれば、発電機の最大出力近傍で内燃機関の目標出力と発電機の目標出力とを組み合わせて制限することができる。
【００１２】
また、本発明の動力装置において、前記目標出力制限手段は、前記演算された発電機の目標出力と前記所定出力との偏差が大きいほど前記発電機の出力制限に比して前記内燃機関の出力制限を大きく制限する手段であるものとすることもできる。こうすれば、発電機の目標出力と所定出力との偏差が大きくなるにしたがって発電機の出力制限に比して内燃機関の出力を大きく制限するから、内燃機関の出力の制限を滑らかにすることができる。
【００１３】
本発明の動力装置において、前記発電機の出力軸は、前記内燃機関の出力軸に直接接続されてなるものとすることもできるし、２軸が独立に動作可能で１軸が該２軸の動作に従属して動作する３軸式の動力伝達機構を介して前記内燃機関の出力軸に接続されてなるものとすることもできる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に関する参考例を説明する。図１は、本発明の参考例である動力装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の動力装置２０は、ガソリンを燃料として動力をクランクシャフト２２に出力するエンジン３０と、クランクシャフト２２にプラネタリキャリアが接続されたプラネタリギア４０と、プラネタリギア４０のサンギア軸２４と動力のやりとりを行なうモータＭＧ１と、プラネタリギア４０のリングギア軸２６に接続された駆動軸２８と動力のやりとりを行なうモータＭＧ２と、エンジン３０やモータＭＧ１，モータＭＧ２などをコントロールする電子制御装置５０とを備える。
【００１５】
モータＭＧ１とモータＭＧ２は、図示していないが、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とを備える。このモータＭＧ１は、永久磁石による磁界と三相コイルによって形成される磁界との相互作用によって発電機または電動機として動作する。なお、モータＭＧ１とモータＭＧ２は、それぞれインバータ４４，４６を介してバッテリ４２と接続されている。
【００１６】
電子制御装置５０は、ＣＰＵ５２を中心としたマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ５４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ５６と、入出力ポート（図示せず）とを備える。電子制御装置５０には、外気温を検出する温度センサ４８からの温度ｔやアクセルペダルポジションセンサ６２ａからのアクセルペダルポジション（アクセルペダル６２の踏み込み量）ＡＰ、ブレーキペダルポジションセンサ６４ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキペダル６４の踏み込み量）ＢＰ、バッテリ４２の残容量を検出する残容量検出器３８からの残容量Ｂｍ、回転数センサ３２からのサンギア軸２４の回転数Ｎｓ、回転数センサ３４からのクランクシャフト２２の回転数Ｎｃ、回転数センサ３６からのリングギア軸２６の回転数Ｎｒ、車輪に設置された車速センサ６６、６８からの車速Ｖｒ，Ｖｌなどが入力ポートを介して入力されており、電子制御装置５０からは、エンジン３０やモータＭＧ１、モータＭＧ２への駆動信号が出力ポートを介して出力されている。
【００１７】
次に、こうして構成された参考例の動力装置の動作、特に、電子制御装置５０におけるエンジン３０の出力を制限する処理について説明する。図２は、動力装置２０の電子制御装置５０により実行されるエンジン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、１０ｍｓｅｃ）に繰り返し実行される。
【００１８】
本ルーチンが実行されると、電子制御装置５０のＣＰＵ５２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ６２ａからのアクセルペダルポジションＡＰや回転数センサ３６からのリングギア軸２６の回転数Ｎｒ、残容量検出器３８からのバッテリ４２の残容量Ｂｍ、温度センサ４８からの温度ｔをそれぞれ読み込む処理を行なう（ステップＳ１００）。そして、この読み込んだアクセルペダルポジションＡＰとリングギア軸２６の回転数Ｎｒとに基づいてリングギア軸２６の目標トルクＴｒ＊を算出する処理を行なう（ステップＳ１０２）。この処理は、実施例では、アクセルペダルポジションＡＰとリングギア軸２６の目標トルクＴｒ＊とリングギア軸２６の回転数ＮｒとをマップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰとリングギア軸２６の回転数Ｎｒが与えられるとマップに対応したリングギア軸２６の目標トルクＴｒ＊が導出されるものとした。このマップの一例を図３に示す。
【００１９】
続いて、リングギア軸２６に出力すべきエネルギーＰｒを計算し（ステップＳ１０４）、このエネルギーＰｒやバッテリ４２の残容量Ｂｍ、エンジン３０から出力可能な最大エネルギーなどに基づいてエンジン３０が出力すべきエネルギーＰｅを算出すると共に（ステップＳ１０６）、この算出されたエネルギーＰｅに基づいてエンジン３０の目標トルクＴｅ＊を算出する処理を行なう（ステップＳ１０８）。エンジン３０の目標トルクＴｅ＊を算出する処理は、実施例では、各エネルギーＰｒに対してエンジン３０ができる限り効率の高い状態で運転され、かつエネルギーＰｒの変化に対してエンジン３０の運転状態が滑らかに変化するトルクＴｅと回転数Ｎｅとにより表わされる運転ポイントを実験などにより求め、これを予めマップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、エネルギーＰｒが与えられると、マップに対応した運転ポイントから目標トルクＴｅ＊が導出されるものとした。このマップの一例を図４に示す。なお、図中曲線Ａは、エンジン３０の出力エネルギーに対してエンジン３０をできる限り効率よく運転できる運転ポイントを連続した線で結んだものである。
【００２０】
このようにしてエンジン３０の目標トルクＴｅ＊を決定すると、プラネタリギア４０のギア比に基づいてモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊の計算を行なう（ステップＳ１１０）。このプラネタリギア４０のギア比に基づく計算例を図５に示す。そして、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊をモータＭＧ１が出力可能な最大トルクＴｍ１ｍａｘ以下となるよう制限し（ステップＳ１１１，Ｓ１１２）、最大トルクＴｍ１ｍａｘから目標トルクＴｍ１＊を減じた偏差ΔＴｍ１を計算して（ステップＳ１１３）、この偏差ΔＴｍ１が閾値Ｔｍ１ｒｅｆよりも小さいか否かを判定する処理を行なう（ステップＳ１１４）。ここで、閾値Ｔｍ１ｒｅｆは、エンジン３０の出力を制限する範囲を設定するために用いられるものであり、エンジン３０やモータＭＧ１の特性などから決定される。
【００２１】
偏差ΔＴｍ１が閾値Ｔｍ１ｒｅｆよりも小さいときには、偏差ΔＴｍ１と温度ｔとに基づいて余裕値Ｍを設定する（ステップＳ１１６）。この余裕値Ｍは、温度ｔが低くなるほど、また、偏差ΔＴｍ１が小さくなるほど大きく設定されるものであり、具体的な数値については、エンジン３０やモータＭＧ１の特性などにより決定される。実施例では、偏差ΔＴｍ１と温度ｔと余裕値Ｍとを予めマップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、偏差ΔＴｍ１と温度ｔが与えられると、マップに対応した余裕値Ｍが導出されるものとした。このマップの一例を図６に示す。一方、偏差ΔＴｍ１が閾値Ｔｍ１ｒｅｆよりも大きいときには、モータＭＧ１の最大トルクＴｍ１ｍａｘに対して十分に余裕があると判断し、余裕値Ｍとして一定の値ＭＬを設定する（ステップＳ１１８）。値ＭＬは、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊を過度に制限しない値として設定されるものであり、具体的な数値は、エンジン３０やモータＭＧ１の特性などにより決まる。
【００２２】
こうして余裕値Ｍを設定すると、モータＭＧ１の最大トルクＴｍ１ｍａｘから余裕値Ｍを減じた値を超えないようにエンジン３０の目標トルクＴｅ＊を制限し（ステップＳ１２０）、この制限されたエンジン３０の目標トルクＴｅ＊が出力されるようにエンジン３０とモータＭＧ１の駆動制御を行なって（ステップＳ１２２）本ルーチンを終了する。
【００２３】
以上説明した動力装置２０によれば、エンジン３０やモータＭＧ１の運転状態に基づいて余裕値Ｍを変更してエンジン３０の目標トルクＴｅ＊を制限するから、運転状態に基づいてエンジン３０が予期しない高出力を出力した場合であってもモータＭＧ１が過回転するのを防止することができる。しかも、過度にエンジン３０の出力を制限しないから装置の能力を十分に発揮することができる。
【００２４】
参考例の動力装置２０では、余裕値Ｍの設定を偏差ΔＴｍ１と温度ｔとに基づいて行なうものとしたが、その他気圧などに基づいて余裕値Ｍの設定を行なうものとしてもよいし、偏差ΔＴｍ１のみに基づいて余裕値Ｍの設定を行なうものとしてもよい。
【００２５】
次に、本発明の実施例である動力装置２０Ｂについて説明する。実施例の動力装置２０Ｂのハード構成は、参考例の動力装置２０のハード構成と同一である。したがって、実施例の動力装置２０Ｂのハード構成についての説明は省略する。実施例の動力装置２０Ｂでは、図２のエンジン駆動制御ルーチンに代えて図７のエンジン・モータ駆動制御ルーチンが実行される。このルーチンは所定時間毎（例えば、１０ｍｓｅｃ）に繰り返し実行される。
【００２６】
エンジン・モータ駆動制御ルーチンが実行されると、電子制御装置５０のＣＰＵ５２は、まず、図２のルーチンのステップＳ１００〜Ｓ１１０の処理と同一の処理を実行する（ステップＳ２００〜Ｓ２１０）。そして、ステップＳ２１０により計算されたモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊が閾値Ｔｒｅｆよりも大きいか否かを判定する（ステップＳ２１２）。ここで、閾値Ｔｒｅｆは、エンジン３０やモータＭＧ１の出力を制限する際のモータＭＧ１の目標トルクの下限値として用いられるものであり、モータＭＧ１が出力可能な最大トルクよりも低い値として設定される。閾値Ｔｒｅｆの具体的な数値は、エンジン３０やモータＭＧ１の特性などによって決定される。
【００２７】
モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊が閾値Ｔｒｅｆよりも大きいときには、エンジン３０の目標トルクＴｅ＊とモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊とを制限する処理を行なう（ステップＳ２１４）。この処理は、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊が大きくなるほど、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊の制限量に対するエンジン３０の目標トルクＴｅ＊の制限量の割合を大きくして行なわれる。実施例では、目標トルクＴｍ１＊に対する目標トルクＴｅ＊の制限量と制限後の目標トルクＴｍ１＊とを予め実験などにより求めてマップとしてＲＯＭ５４に記憶しておき、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊が与えられると、マップに対応した制限後の目標トルクＴｍ１＊と目標トルクＴｅ＊の制限量が導出されるものとした。このマップの一例を図８および図９に示す。モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊として値Ｔ１が設定されると、図８に示すように、モータＭＧ１は、領域Ｂの面積に相当する量のトルクの制限を受け、制限後のモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊として領域Ａの面積に相当する量のトルク値が設定される。これと共に、エンジン３０も領域Ｂの面積に相当する量のトルクの制限を受ける。また、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊として値Ｔ２が設定されると、図９に示すように、モータＭＧ１は、領域Ａの面積に相当する量のトルクである最大トルクＴｍａｘが設定され、領域Ｂの面積に相当する量のトルクは、エンジン３０によって制限される。
【００２８】
一方、ステップＳ２１２の判定においてモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊が閾値Ｔｒｅｆより小さいときには、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊がその最大トルクに対して十分に余裕があるから、モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊やエンジン３０の目標トルクＴｅ＊は制限せずにエンジン３０およびモータＭＧ１を駆動制御して（ステップＳ２１６）、本ルーチンを終了する。
【００２９】
以上説明した実施例の動力装置２０Ｂによれば、エンジン３０やモータＭＧ１の運転状態に基づいてエンジン３０の目標トルクＴｅ＊の制限量とモータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊の制限量の割合を滑らかに変更してエンジン３０やモータＭＧ１の駆動制御を行なうことができる。もとより、モータＭＧ１の過回転を防止することができると共に過度にエンジン３０の出力を制限しないから装置の能力を十分に発揮することができる。
【００３０】
上述した参考例及び実施例では、エンジン３０としてガソリンエンジンを用いたが、その他にディーゼルエンジンや水素エンジンなどの他の内燃機関を用いることもできる。
【００３１】
また、参考例及び実施例では、動力装置２０，２０Ｂとしてエンジン３０とモータＭＧ１とがプラネタリギア４０を介して接続されたものを用いたが、エンジン３０とモータＭＧ１とが直接接続されたものを用いることもできる。
【００３２】
さらに、参考例及び実施例では、動力装置を車両に搭載する場合について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、船舶、航空機などの移動体に搭載したり、各種産業機械などに据え置くこともできる。
【００３３】
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。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の参考例の動力装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】動力装置２０の電子制御装置５０により実行されるエンジン駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】目標トルクＴｒ＊と回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとの関係を示すマップを例示する説明図である。
【図４】エンジン３０を効率よく運転できる範囲の一例を示す説明図である。
【図５】プラネタリギア４０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す説明図である。
【図６】偏差ΔＴｍ１と温度ｔと余裕値Ｍとの関係を示すマップを例示する説明図である。
【図７】本発明の実施例の動力装置２０Ｂの電子制御装置５０により実行されるエンジン・モータ駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図８】モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊に対するエンジン３０の目標トルクの制限量と制限後のモータＭＧ１の目標トルクとの関係を示すマップを例示する説明図である。
【図９】モータＭＧ１の目標トルクＴｍ１＊に対するエンジン３０の目標トルクの制限量と制限後のモータＭＧ１の目標トルクとの関係を示すマップを例示する説明図である。
【符号の説明】
２０動力装置、２２クランクシャフト、２４サンギア軸、２６リングギア軸、２８駆動軸、３０エンジン、３２，３４，３６回転数センサ、３８残容量検出器、４０プラネタリギア、４２バッテリ、４４，４６インバータ、４８温度センサ、５０電子制御装置、５２ＣＰＵ、５４ＲＯＭ、５６ＲＡＭ、６２アクセルペダル、６２ａアクセルペダルポジションセンサ、６４ブレーキペダル、６４ａブレーキペダルポジションセンサ。

Claims

内燃機関と、該内燃機関の出力の少なくとも一部を受けて発電する発電機とを備える動力装置であって、
前記発電機および／または前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
該検出された運転状態と要求出力とに基づいて前記内燃機関の目標出力と前記発電機の目標出力とを演算する目標出力演算手段と、
該演算された発電機の目標出力が所定出力を超えるとき、該演算された発電機の目標出力に基づいて前記演算された内燃機関の目標出力と発電機の目標出力とを各々制限する目標出力制限手段と、
前記内燃機関と前記発電機とから各々前記演算または制限された目標出力が出力されるよう前記内燃機関と前記発電機との運転を制御する運転制御手段と
を備える動力装置。
前記所定出力は、前記発電機の最大出力より所定値だけ小さい出力である請求項１に記載の動力装置。
前記目標出力制限手段は、前記演算された発電機の目標出力と前記所定出力との偏差が大きいほど前記発電機の出力制限に比して前記内燃機関の出力制限を大きく制限する手段である請求項１または請求項２に記載の動力装置。
前記発電機の出力軸は、前記内燃機関の出力軸に直接接続されてなる請求項１から請求項３のいずれか１に記載の動力装置。
前記発電機の出力軸は、２軸が独立に動作可能で１軸が該２軸の動作に従属して動作する３軸式の動力伝達機構を介して前記内燃機関の出力軸に接続されてなる請求項１から請求項３のいずれか１に記載の動力装置。