JP4462268B2 - 自動車および内燃機関の制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、自動車および内燃機関の制御方法に関する。
従来、この種の自動車としては、乗員室内の温度と乗員室用の空調機の設定温度とエンジンの冷却水の温度とに基づいて停止しているエンジンの運転開始を判定するハイブリッド自動車が提案されている(例えば、特開平9−233601号公報など)。この自動車では、乗員室内の温度と乗員室の空調機の設定温度との温度差が、エンジンの冷却水の温度が高いほど高い値に設定された判定値以上のときに、車両が停止しているときや電動モータ単独で走行するモードであるときであっても、エンジンを始動し、エンジンにより発生する熱を用いて乗員室を暖房する。
また、燃費の向上を図るものとして、外気温度が低いときにはキャニスタに吸着している蒸発燃料のパージ時間を短くすることによりパージ量を低減するものも提案されている(例えば、特開平8−14118号公報など)。
上述したエンジンにより発生する熱を用いて乗員室を暖房する自動車では、乗員室の暖房に必要な熱を得るためにモータ単独で走行するモードであってもエンジンを始動するが、低温時にはエンジン水温が上昇するのに時間を要し、燃費が悪化する。
また、外気温度が低いときにはキャニスタに吸着している蒸発燃料のパージ時間を短くするものは、外気温度が低いときにおける燃費の向上を図ることができるものの、エンジンの暖機を促進することについては考慮されていない。
本発明の自動車および内燃機関の制御方法は、燃費の向上を図ることを目的の一つとする。また、本発明の自動車および内燃機関の制御方法は、内燃機関の暖機の促進を図ることを目的の一つとする。
本発明の自動車および内燃機関の制御方法は、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。
本発明の自動車は、内燃機関を動力源として備える自動車であって、前記内燃機関への燃料を貯蔵する燃料タンクの蒸発燃料を吸着すると共に該吸着した蒸発燃料を該内燃機関の吸気系の負圧を用いて該吸気系に供給することにより該蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理手段と、前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段と、所定の低温状態であるか否かを判定する低温状態判定手段と、前記低温状態判定手段により前記所定の低温状態ではないと判定されたときには前記蒸発燃料処理手段による前記蒸発燃料の処理の促進のために該吸気系の負圧の程度が大きくなるよう前記内燃機関を運転する蒸発燃料処理促進制御を該蒸発燃料処理促進制御に比して前記吸気系の負圧の程度が小さくなるよう前記内燃機関を運転する負圧低減制御に優先して実行し、前記低温状態判定手段により前記所定の低温状態であると判定されたときには前記負圧低減制御を前記蒸発燃料処理促進制御に優先して実行する制御手段と、を備えることを要旨とする。
この本発明の自動車では、所定の低温状態ではないと判定されたときには、燃料タンクの蒸発燃料を吸着すると共に吸着した蒸発燃料を内燃機関の吸気系の負圧を用いて吸気系に供給することにより蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理手段による蒸発燃料の処理の促進のために吸気系の負圧の程度が大きくなるよう内燃機関を運転する蒸発燃料処理促進制御をこの蒸発燃料処理促進制御に比して吸気系の負圧の程度が小さくなるよう内燃機関を運転する負圧低減制御に優先して実行する。これにより、所定の低温状態ではないときの蒸発燃料の処理を良好に行なうことができる。また、所定の低温状態であると判定されたときには、上述の負圧低減制御を蒸発燃料処理促進制御に優先して実行する。これにより、内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段を機能させるために内燃機関を運転する際の燃費の向上を図ることができる。
こうした本発明の自動車において、前記制御手段は、前記内燃機関の暖機時に前記所定の低温状態であると判定されたときには前記負圧低減制御を実行する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の暖機時における燃費の向上やエミッションの向上を図ることができる。
また、本発明の自動車において、前記制御手段は、前記負圧低減制御として前記蒸発燃料処理促進制御におけるスロットル開度に比して大きなスロットル開度を用いて前記内燃機関を運転する制御を実行する手段であるものとすることもできるし、前記負圧低減制御として前記蒸発燃料処理促進制御における前記内燃機関の回転数より低い回転数となる傾向に該内燃機関を運転する制御を実行する手段であるものとすることもできるし、前記負圧低減制御として前記蒸発燃料処理促進制御における前記内燃機関のトルクより高いトルクとなる傾向に該内燃機関を運転する制御を実行する手段であるものとすることもできる。
さらに、本発明の自動車において、吸気温度,燃料温度,乗員室温度,外気温度のうちの少なくとも一つを検出する温度検出手段を備え、前記低温状態判定手段は前記温度検出手段により検出された吸気温度,燃料温度,乗員室温度,外気温度のうちの少なくとも一つを用いて前記所定の低温状態を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、吸気温度,燃料温度,乗員室温度,外気温度に基づく低温状態をより適正に判定することができ、これに対応することができる。
あるいは、本発明の自動車において、前記低温条件判定手段は、前記暖房手段による乗員室の暖房の要求の有無に基づいて前記所定の低温状態を判定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、乗員室の暖房の要求の有無に基づいて所定の低温状態をより適正に判定することができ、これに対応することができる。
また、本発明の自動車において、前記内燃機関からの排ガスの少なくとも一部を該内燃機関の吸気系に供給可能な排ガス供給手段を備え、前記制御手段は、前記所定の低温状態であると判定されたときには、前記排ガス供給手段による前記排ガスの前記吸気系への供給割合が前記蒸発燃料処理促進制御における供給割合より大きくなるよう前記内燃機関を運転する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の暖機を促進することができる。この場合、外気との熱交換により冷却媒体を冷却する熱交換器を有し、冷却媒体を前記熱交換器,前記内燃機関,前記排ガス供給手段の一部の順に循環させることにより該内燃機関と該排ガス供給手段の一部を冷却する冷却動作と冷却媒体を前記熱交換器をバイパスして前記内燃機関と前記排ガス供給手段の一部とだけに循環させて該内燃機関の暖機を促進する暖機促進動作とが可能な冷却暖機促進手段と、前記内燃機関の暖機時には、前記所定の低温状態ではないと判定されたときには前記冷却暖機促進手段が前記冷却動作により動作するよう該冷却暖機促進手段を制御し、前記所定の低温状態であると判定されたときには前記冷却暖機促進手段が前記暖機促進動作により動作するよう該冷却暖機促進手段を制御する暖機時制御手段と、を備えるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の暖機を更に促進することができる。
本発明の自動車において、前記内燃機関からの動力を無段階に変速して車軸に伝達する無段変速伝達手段を備えるものとすることもできる。また、本発明の自動車において、前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電機と、該発電機により発電された電力を用いて駆動可能な電動機と、を備えるものとすることもできる。この場合、前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸と前記発電機の回転軸との3軸に接続され、該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段を備え、前記電動機は前記車軸または該車軸とは異なる車軸に連結されてなるものとすることもできる。また、前記発電機は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1のロータと車軸に連結された駆動軸に接続された第2のロータとを有し、該第1のロータと該第2のロータとの電磁的な作用により相対的に回転する対ロータ電動発電機であり、前記電動機は前記車軸または該車軸とは異なる車軸に連結されてなるものとすることもできる。
本発明の内燃機関の制御方法は、動力源としての内燃機関と、前記内燃機関への燃料を貯蔵する燃料タンクの蒸発燃料を吸着すると共に該吸着した蒸発燃料を該内燃機関の吸気系の負圧を用いて該吸気系に供給することにより該蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置と、前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房装置と、を備える自動車における前記内燃機関の制御方法であって、所定の低温状態であるか否かを判定し、前記所定の低温状態ではないと判定したときには前記蒸発燃料処理装置による前記蒸発燃料の処理の促進のために該吸気系の負圧の程度が大きくなるよう前記内燃機関を運転する蒸発燃料処理促進制御を該蒸発燃料処理促進制御に比して前記吸気系の負圧の程度が小さくなるよう前記内燃機関を運転する負圧低減制御に優先して実行し、前記所定の低温状態であると判定したときには前記負圧低減制御を前記蒸発燃料処理促進制御に優先して実行する、ことを要旨とする。
この本発明の内燃機関の制御方法によれば、所定の低温状態ではないと判定したときには、燃料タンクの蒸発燃料を吸着すると共に吸着した蒸発燃料を内燃機関の吸気系の負圧を用いて吸気系に供給することにより蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置による蒸発燃料の処理の促進のために吸気系の負圧の程度が大きくなるよう内燃機関を運転する蒸発燃料処理促進制御をこの蒸発燃料処理促進制御に比して吸気系の負圧の程度が小さくなるよう内燃機関を運転する負圧低減制御に優先して実行するから、所定の低温状態ではないときの蒸発燃料の処理を良好に行なうことができる。また、所定の低温状態であると判定したときには負圧低減制御を蒸発燃料処理促進制御に優先して実行するから、内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段を機能させるために内燃機関を運転する際の燃費の向上を図ることができる。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図、
図2は、エンジン22の構成の概略を示す構成図、
図3は、エンジン22の冷却系と空調装置90の構成の一例を示す構成図、
図4は、暖機時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャート、
図5は、バッテリ50における電池温度Tbと入出力制限Win,Woutとの関係の一例を示す説明図、
図6は、バッテリ50の残容量(SOC)と入出力制限Win,Woutの補正係数との関係の一例を示す説明図、
図7は、要求トルク設定用マップの一例を示す説明図、
図8は、蒸発燃料処理促進用の動作ラインを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定している様子の一例を示す説明図、
図9は、動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図、
図10は、負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定している様子の一例を示す説明図、
図11は、変形例のハイブリッド自動車120の構成の概略を示す構成図、
図12は、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。
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、本発明の一実施例としての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。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、乗員室21の空調を行なう空調装置90と、車両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を介して吸入すると共に燃料噴射弁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を介して燃料室に吸入し、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、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。また、吸気マニホールドのスロットルバルブ124の後段には、燃料タンク160の蒸発燃料を吸着する吸着剤が充填されたキャニスタ162からのパージ管166が取り付けられており、パージ管166に設けられたパージバルブ164を開成することにより、吸気マニホールドの負圧により蒸発燃料が吸気マニホールドに吸引され、混合ガスとして処理されるようになっている。
図3は、エンジン22の冷却系と空調装置90の構成の一例を示す構成図である。エンジン22の冷却系は、主として、エンジン22を冷却した冷却水を外気との熱交換により冷却するファン付きのラジエータ170と、エンジン22とラジエータ170とを循環する循環流路172に設けられた循環ポンプ174とにより構成されている。循環流路172のエンジン22の下流側には、冷却水を、EGR管152内のEGRガスや吸気側に供給する排気の供給量を調節するERGバルブ154を冷却するEGRクーラ158に供給する分岐管176が設けられており、EGRクーラ158からの冷却水は、空調装置90との熱交換に用いられるヒータ用熱交換器91に供給され、ヒータ用熱交換器91で熱交換した後に循環流路172に戻るようになっている。循環流路172には、冷却水がラジエータ170をバイパスして循環できるように三方弁178とバイパス管179とが設けられている。
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、エアクリーナ122に取り付けられた吸気温センサ123からの吸気温度Taやクランクシャフト26の回転位置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,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管152内のEGRガスの温度を検出する温度センサ156からのEGRガス温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ERGバルブ154への駆動信号,パージバルブ164への駆動信号,エンジン22の冷却系の循環ポンプ174や三方弁178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。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)を演算したり、この残容量(SOC)と電池温度Tbとに基づいてバッテリ50の入出力制限Win,Woutなども演算している。
空調装置90は、図1および図3に示すように、エンジン22の冷却系に取り付けられ冷却水との熱交換を行なうヒータ用熱交換器91と、外気や乗員室21内の空気をヒータ用熱交換器91側に吸引すると共にこのヒータ用熱交換器91による熱交換によって暖められた空気を乗員室21に吹き出させるブロワ93と、ブロワ93により吸引される空気を外気か乗員室21内の空気を切り替える切替機構92と、乗員室21に取り付けられた操作パネル94と、装置全体をコントロールする空調用電子制御ユニット(以下、空調用ECUという)98とを備える。空調用ECU98には、操作パネル94に取り付けられてヒータのオンオフを操作するヒータスイッチ95からのヒータスイッチ信号HSWや操作パネル94に取り付けられて乗員室21内の温度を検出する温度センサ97からの乗員室温度Tinなどが図示しない入力ポートを介して入力されており、これらの入力信号に基づいて乗員室温度Tinが設定された温度となるようブロワ93を駆動制御する。また、空調用ECU98は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、必要に応じて空調装置90の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。
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、特にエンジン22の暖機時の動作について説明する。図4は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される暖機時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(例えば数msec毎)に繰り返し実行される。
暖機時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,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,吸気温度Ta,暖房要求Hq,充放電要求パワーPb*,バッテリ50の入出力制限Win,Woutなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS100)。ここで、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。また、吸気温度Taは、吸気温センサ123により検出されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。さらに、暖房要求Hqは、ヒータスイッチ95からのヒータスイッチ信号HSWに基づいて空調用ECU98から通信により出力されるものを入力するものとした。また、充放電要求パワーPb*は、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、温度センサ51により検出されたバッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の残容量(SOC)とに基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。ここで、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じて入出力制限Win,Woutを設定することができる。図5に電池温度Tbと入出力制限Win,Woutとの関係の一例を示し、図6にバッテリ50の残容量(SOC)と入出力制限Win,Woutの補正係数との関係の一例を示す。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された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*とエンジン22に要求される要求パワーPe*とを設定する(ステップS110)。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*との関係を予め定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とが与えられると記憶した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とした。図7に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーPe*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものとバッテリ50が要求する充放電要求パワーPb*とロスLossとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、車速Vに換算係数kを乗じることによって求めたり、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで割ることによって求めることができる。
続いて、入力した吸気温度Taを閾値Trefと比較すると共に(ステップS120)、暖房要求Hqにより暖房要求がなされているか否かにより低温状態にあるか否かを判定する(ステップS130)。ここで、閾値Trefは、燃料タンク160における燃料の気化が比較的少ない温度として設定されるものであり、例えば5℃や10℃などの温度を用いることができる。吸気温度Taが閾値Tref以上のときや吸気温度Taが閾値Tref未満でも暖房要求がなされていないときには、低温状態にないと判断し、吸気マニホールドの負圧を大きくしてキャニスタ162に吸着している蒸発燃料を吸引しやすくして蒸発燃料の処理を促進する動作ライン(以下、蒸発燃料処理促進用の動作ラインという)を選択し(ステップS140)、この蒸発燃料処理促進用の動作ラインを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS180)。蒸発燃料処理促進用の動作ラインを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定している様子の一例を図8に示す。図示するように、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、要求パワーPe*が一定の曲線と蒸発燃料処理促進用の動作ラインとの交点として求めることができる。なお、蒸発燃料処理促進用の動作ラインについては後述する。
次に、設定した目標回転数Ne*とリングギヤ軸32aの回転数Nr(Nm2/Gr)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S190)。ここで、式(1)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図9に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2に減速ギヤ35のギヤ比Grを乗じたリングギヤ32の回転数Nrを示す。式(1)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、R軸上の2つの太線矢印は、エンジン22を目標回転数Ne*および目標トルクTe*の運転ポイントで定常運転したときにエンジン22から出力されるトルクTe*がリングギヤ軸32aに伝達されるトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2*が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。また、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「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ−Nm2/(Gr・ρ) …(1)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*−Nm1)+k2∫(Nm1*−Nm1)dt …(2)
こうしてモータMG1の目標回転数Nm1*とトルク指令Tm1*とを計算すると、バッテリ50の出力制限Woutと計算したモータMG1のトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)との偏差をモータMG2の回転数Nm2で割ることによりモータMG2から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tmin,Tmaxを次式(3)および式(4)により計算すると共に(ステップS200)、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を用いてモータMG2から出力すべきトルクとしての仮モータトルクTm2tmpを式(5)により計算し(ステップS210)、計算したトルク制限Tmin,Tmaxにより仮モータトルクTm2tmpを制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS220)。このようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力する要求トルクTr*を、バッテリ50の入出力制限Win,Wout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。なお、式(5)は、前述した図9の共線図から容易に導き出すことができる。
Tmin=(Win−Tm1*・Nm1)/Nm2 …(3)
Tmax=(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …(4)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …(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S230)、暖機時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。
一方、ステップS120やS130で吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされていると判定されたときときには、低温状態にあると判断し、暖房用EGR量として蒸発燃料処理促進用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)を設定する通常時より多いEGR量を設定すると共に(ステップS150)、エンジン22の冷却系の三方弁178を駆動して冷却水がラジエータ170をバイパスするよう暖機用循環モードに設定する(ステップS160)。このようにEGR量を多くしたり冷却系を暖機用循環モードに切り替えることにより、排気の熱をヒータ用熱交換器91に導くことができる。そして、蒸発燃料処理促進用の動作ラインより吸気マニホールドの負圧が低減される負圧低減用の動作ラインを選択し(ステップS170)、選択した負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定し(ステップS180)、ステップS190以降の処理を実行して、暖機時駆動制御ルーチンを終了する。負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定している様子の一例を図10に示す。図中、実線は負圧低減用の動作ラインであり、一点鎖線は蒸発燃料処理促進用の動作ラインである。図示するように、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、要求パワーPe*が一定の曲線と負圧低減用の動作ラインとの交点として求めることができる。負圧低減用の動作ラインを用いて設定されるエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)は、蒸発燃料処理促進用の動作ラインを用いて設定される運転ポイントに比して、回転数が低くトルクが大きな運転ポイントとして設定される。エンジンECU24によるエンジン22の制御では、具体的には、負圧低減用の動作ラインを用いて設定された目標運転ポイントでエンジン22を運転する際には、蒸発燃料処理促進用の動作ラインを用いて設定された目標運転ポイントで運転する場合に比して、スロットルバルブ124の開度を大きくすることにより行なわれる。即ち、蒸発燃料処理促進用の動作ラインは、前述したように、吸気マニホールドの負圧を大きくしてキャニスタ162に吸着している蒸発燃料を吸引しやすくして蒸発燃料の処理を促進するために、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とがスロットルバルブ124の開度が小さくなると共にエンジン22の回転数が大きくなるように設定されるのである。したがって、負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイントを設定して制御することにより、エンジン22をより効率のよい運転ポイントで運転することができる。この結果、燃費の向上を図ることができる。一方、負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイントを設定して制御すると、燃料タンク160の蒸発燃料の処理の程度が低くなり、エミッションが悪化することが懸念される。しかし、燃料タンク160における燃料気化は、温度に影響を受け、吸気温度Taが閾値Tref未満のときには燃料タンク160における燃料気化の程度も小さくなるから、吸気温度Taが閾値Tref未満での暖機では、燃料タンク160の蒸発燃料の処理を促進する制御に対して暖機を促進するための制御、即ち吸気マニホールドの負圧を低減する制御を優先してもエミッションは悪化しない。実施例では、こうした理由に基づいて吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされているときには負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定するのである。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされているときには、負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)を設定してエンジン22とモータMG1,モータMG2とを制御するから、燃料タンク160の蒸発燃料の処理を促進する制御を実行する場合に比して、エミッションの悪化を招くことなくエンジン22の暖機時における燃費を向上させることができる。また、吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされているときには、EGR量を通常時より多くして排気の熱をヒータ用熱交換器91に導くから、迅速に乗員室21に暖気を供給することができる。しかも、こうしたEGR量を多くするだけでなく、エンジン22の冷却系における冷却水がラジエータ170をバイパスするよう暖機用循環モードに設定するから、排気の熱をヒータ用熱交換器91により多く導くことができ、より迅速に乗員室21に暖気を供給することができる。もとより、吸気温度Taが閾値Tref未以上であったり、吸気温度Taが閾値Tref未満であっても暖房要求がなされていないときには、蒸発燃料処理促進用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)を設定してエンジン22とモータMG1,モータMG2とを制御するから、エミッションを良好なものとすることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされているときに負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)を設定するものとしたが、吸気温度Taが閾値Tref未満であれば、暖房要求がなされているか否かに拘わらず、負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)を設定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、吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされているときに低温状態にあると判断して、負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)を設定するものとしたが、吸気温度Taに代えて燃料タンク160の燃料温度や乗員室21の乗員室温度,車外の外気温度などのいずれかがそれぞれに設定された閾値より低いときに低温状態にあると判断して、負圧低減用の動作ラインを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*および目標トルクTe*)を設定するものとしてもよい。この低温状態の判断には、暖房要求の有無を含むものとしてもよいし含まないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされているときには、EGR量を通常時より多くして排気の熱をヒータ用熱交換器91に導くものとしたが、EGR量を通常時より多くしないものとしてもよい。もとより、排気を吸気側に供給するEGR管152を備えないものでは、EGR量に関する処理を行なう必要がないのは勿論である。
実施例のハイブリッド自動車20では、吸気温度Taが閾値Tref未満であり且つ暖房要求がなされているときには、エンジン22の冷却系を暖機用循環モードに切り替えるものとしたが、エンジン22の冷却系を暖気用循環モードに切り替えないものとしても差し支えない。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の暖気時に図4に例示した暖気時駆動制御ルーチンを実行するものとしたが、エンジン22の暖気が完了した後であっても同様な処理を実行するものとしてもよい。この場合、ステップS150のEGR量を通常より多くする処理やステップS160のエンジン22の冷却系を暖気用循環モードに切り替える処理は行なう必要はない。
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11の変形例のハイブリッド自動車120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11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12の変形例のハイブリッド自動車220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232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234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230を備えるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20や上述の変形例は、エンジン22からの動力を動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とにより無段階に変速して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力することができるものと考えることができる。したがって、エンジン22からの動力を無段階に変速して車軸に連結された駆動軸に伝達することができればよいから、エンジンからの動力を例えばCVTなどの無段変速機により変速して車軸側に伝達する自動車にも適用することができる。
実施例では、エンジン22やモータMG1,MG2を搭載するハイブリッド自動車として説明したが、内燃機関を動力源として備える自動車であれば、電動機や発電機を搭載しない自動車など、如何なる構成の自動車にも適用することができる。
以上、本発明を実施するための最良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、自動車製造産業に利用することができる。

Claims (14)

  1. 内燃機関を動力源として備える自動車であって、
    前記内燃機関への燃料を貯蔵する燃料タンクの蒸発燃料を吸着すると共に該吸着した蒸発燃料を該内燃機関の吸気系の負圧を用いて該吸気系に供給することにより該蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理手段と、
    前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房手段と、
    燃料の気化が比較的少ない温度状態として予め定められた所定の低温状態であるか否かを判定する低温状態判定手段と、
    前記低温状態判定手段により前記所定の低温状態ではないと判定されたときには前記蒸発燃料処理手段による前記蒸発燃料の処理の促進のために該吸気系の負圧の程度が大きくなるよう前記内燃機関を運転する蒸発燃料処理促進制御を該蒸発燃料処理促進制御に比して前記吸気系の負圧の程度が小さくなるよう前記内燃機関を運転する負圧低減制御に優先して実行し、前記低温状態判定手段により前記所定の低温状態であると判定されたときには前記負圧低減制御を前記蒸発燃料処理促進制御に優先して実行する制御手段と、
    を備える自動車。
  2. 請求項1記載の自動車であって、
    前記制御手段は、前記内燃機関の暖機時に前記所定の低温状態であると判定されたときには前記負圧低減制御を実行する手段である
    自動車。
  3. 請求項1または2記載の自動車であって、
    前記制御手段は、前記負圧低減制御として前記蒸発燃料処理促進制御におけるスロットル開度に比して大きなスロットル開度を用いて前記内燃機関を運転する制御を実行する手段である
    自動車。
  4. 請求項1または2記載の自動車であって、
    前記制御手段は、前記負圧低減制御として前記蒸発燃料処理促進制御における前記内燃機関の回転数より低い回転数となる傾向に該内燃機関を運転する制御を実行する手段である
    自動車。
  5. 請求項1または2記載の自動車であって、
    前記制御手段は、前記負圧低減制御として前記蒸発燃料処理促進制御における前記内燃機関のトルクより高いトルクとなる傾向に該内燃機関を運転する制御を実行する手段である
    自動車。
  6. 請求項1ないし5いずれか記載の自動車であって、
    吸気温度,燃料温度,乗員室温度,外気温度のうちの少なくとも一つを検出する温度検出手段を備え、
    前記低温状態判定手段は、前記温度検出手段により検出された吸気温度,燃料温度,乗員室温度,外気温度のうちの少なくとも一つを用いて前記所定の低温状態を判定する手段である
    自動車。
  7. 請求項1ないし6いずれか記載の自動車であって、
    前記低温状態判定手段は、前記暖房手段による乗員室の暖房の要求の有無に基づいて前記所定の低温状態を判定する手段である
    自動車。
  8. 請求項1ないし7いずれか記載の自動車であって、
    前記内燃機関からの排ガスの少なくとも一部を該内燃機関の吸気系に供給可能な排ガス供給手段を備え、
    前記制御手段は、前記所定の低温状態であると判定されたときには、前記排ガス供給手段による前記排ガスの前記吸気系への供給割合が前記蒸発燃料処理促進制御における供給割合より大きくなるよう前記内燃機関を運転する手段である
    自動車。
  9. 請求項8記載の自動車であって、
    外気との熱交換により冷却媒体を冷却する熱交換器を有し、冷却媒体を前記熱交換器,前記内燃機関,前記排ガス供給手段の一部の順に循環させることにより該内燃機関と該排ガス供給手段の一部を冷却する冷却動作と、冷却媒体を前記熱交換器をバイパスして前記内燃機関と前記排ガス供給手段の一部とだけに循環させて該内燃機関の暖機を促進する暖機促進動作とが可能な冷却暖機促進手段と、
    前記内燃機関の暖機時には、前記所定の低温状態ではないと判定されたときには前記冷却暖機促進手段が前記冷却動作により動作するよう該冷却暖機促進手段を制御し、前記所定の低温状態であると判定されたときには前記冷却暖機促進手段が前記暖機促進動作により動作するよう該冷却暖機促進手段を制御する暖機時制御手段と、
    を備える自動車。
  10. 請求項1ないし9いずれか記載の自動車であって、
    前記内燃機関からの動力を無段階に変速して車軸に伝達する無段変速伝達手段を備える
    自動車。
  11. 請求項1ないし9いずれか記載の自動車であって、
    前記内燃機関からの動力を用いて発電可能な発電機と、
    該発電機により発電された電力を用いて駆動可能な電動機と、
    を備える自動車。
  12. 請求項11記載の自動車であって、
    前記内燃機関の出力軸と車軸に連結された駆動軸と前記発電機の回転軸との3軸に接続され、該3軸のうちいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段を備え、
    前記電動機は、前記車軸または該車軸とは異なる車軸に連結されてなる
    自動車。
  13. 請求項11記載の自動車であって、
    前記発電機は、前記内燃機関の出力軸に接続された第1のロータと車軸に連結された駆動軸に接続された第2のロータとを有し、該第1のロータと該第2のロータとの電磁的な作用により相対的に回転する対ロータ電動発電機であり、
    前記電動機は、前記車軸または該車軸とは異なる車軸に連結されてなる
    自動車。
  14. 動力源としての内燃機関と、前記内燃機関への燃料を貯蔵する燃料タンクの蒸発燃料を吸着すると共に該吸着した蒸発燃料を該内燃機関の吸気系の負圧を用いて該吸気系に供給することにより該蒸発燃料を処理する蒸発燃料処理装置と、前記内燃機関を熱源として乗員室を暖房する暖房装置と、を備える自動車における前記内燃機関の制御方法であって、
    燃料の気化が比較的少ない温度状態として予め定められた所定の低温状態であるか否かを判定し、
    前記所定の低温状態ではないと判定したときには前記蒸発燃料処理装置による前記蒸発燃料の処理の促進のために該吸気系の負圧の程度が大きくなるよう前記内燃機関を運転する蒸発燃料処理促進制御を該蒸発燃料処理促進制御に比して前記吸気系の負圧の程度が小さくなるよう前記内燃機関を運転する負圧低減制御に優先して実行し、前記所定の低温状態であると判定したときには前記負圧低減制御を前記蒸発燃料処理促進制御に優先して実行する
    内燃機関の制御方法。
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