JP5483019B2

JP5483019B2 - 内燃機関の出力制御装置

Info

Publication number: JP5483019B2
Application number: JP2010210968A
Authority: JP
Inventors: 隼人飯野
Original assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Current assignee: Suzuki Motor Co Ltd
Priority date: 2010-09-21
Filing date: 2010-09-21
Publication date: 2014-05-07
Anticipated expiration: 2030-09-21
Also published as: US9359970B2; DE112011103152T5; DE112011103152T8; US20130191007A1; WO2012039215A1; DE112011103152B4; CN103118917A; CN103118917B; JP2012066623A

Description

この発明は、内燃機関の出力制御装置に係り、特に車両に搭載される内燃機関によって駆動される発電機の発電時における内燃機関の出力を制御する内燃機関の出力制御装置に関する。

近年、車両には、燃費向上を目的として、電動車両としてのハイブリッド車が提案され、実用化されている。
このハイブリッド車は、内燃機関によって電気エネルギを発生させ、その電気エネルギにより発電機（モータ）が車両を駆動させる手段として存在するシリーズ式ハイブリッド車と、内燃機関及び発電機によって駆動輪を回転させるパラレル式ハイブリッド車とに分類される。
シリーズ式ハイブリッド車では、内燃機関が駆動輪と連結していないため、内燃機関の燃焼効率の高い領域での運転が可能となるものである。

特許第３２８９３６１号公報特開２００４−１５６５０５号公報

特許文献１に係る電気自動車用エンジン駆動発電機の制御装置は、平均発電電力が所定の目標値近傍である場合に、よりリーンリミットに近くなるよう、検出した発電電力に基づいて求めた発電電力変動に応じて、内燃機関の空燃比を制御するものである。
特許文献２に係るトルク変動を検出して空燃比制御を行うハイブリッド車両は、内燃機関の運転条件の変動が所定量以下である準定常運転状態における発電機の発電電力の変動量に基づいて、内燃機関の空燃比を制御するものである。

ところが、シリーズ式ハイブリッド車では、内燃機関の高負荷運転時には、効率の悪いエンリッチ領域で駆動することになり、燃費低下、排ガス悪化の原因となっていた。
また、シリーズ式ハイブリッド車では、電力貯蓄状態である充電状態・電池残量（以下「ＳＯＣ値」と表記する）の低下を防止するため、発電機が発生している出力と同等の電力を内燃機関が運転するように構成されている。また、ＳＯＣ値を任意のＳＯＣ目標値にするために、ＳＯＣ値がＳＯＣ目標値未満の場合には、発電機の発生出力以上の電力を内燃機関で駆動してＳＯＣ値の回復を図っている。
しかしながら、発電機の発生出力が内燃機関のストイキ領域での運転で賄えない大きさである場合には、エンリッチ領域での運転を余儀なくされ、燃費低下、排ガス悪化を招くという不都合があった。

そこで、この発明の目的は、内燃機関をエンリッチ領域で運転する機会を減らし、運転効率や燃費性能を向上しつつ、排ガスの悪化を防止する内燃機関の出力制御装置を提供することにある。

この発明は、内燃機関によって駆動される発電機と、この発電機により発電された電力を貯蓄可能であるとともに電力貯蓄状態であるＳＯＣ値を検知可能な駆動用バッテリと、前記発電機により発電された電力又は前記駆動用バッテリに貯蓄された電力を使って車両を推進可能な駆動モータとを備えた電動車両に搭載される内燃機関の出力制御装置であって、前記発電機の発電時に前記内燃機関の出力を制御する内燃機関の出力制御装置において、前記内燃機関の運転状態をストイキ運転からエンリッチ運転に移る境界に対応する機関出力判定値を設定し、前記駆動用バッテリの検知されたＳＯＣ値に応じて前記内燃機関の出力を前記機関出力判定値以下に制限することを特徴とする。

この発明の内燃機関の出力制御装置は、内燃機関をエンリッチ領域で運転する機会を減らすることができ、運転効率や燃費性能を向上しつつ、排ガスの悪化を防止できる。

図１は内燃機関の出力制御のフローチャートである。（実施例１）図２は内燃機関の出力制御のタイムチャートである。（実施例１）図３は駆動トルクを演算するグラフ図である。（実施例１）図４は実駆動モータ出力を演算するグラフ図である。（実施例１）図５は発電電力を決定する出力制御装置のブロック図である。（実施例１）図６はシリーズ式ハイブリッド車のシステム構成図である。（実施例１）図７は内燃機関の出力制御のタイムチャートである。（実施例２）

この発明は、運転効率や燃費性能を向上しつつ、排ガスの悪化を防止する目的を、内燃機関をエンリッチ領域で運転する機会を減らして実現するものである。

図１〜図６は、この発明の実施例１を示すものである。
図６において、１は電動車両としてのシリーズ式ハイブリッド車（以下「ハイブリッド車」という）、２Ｌは左駆動輪、２Ｒは右駆動輪である。
ハイブリッド車１は、内燃機関３と、この内燃機関３によって駆動される発電機４と、この発電機４により発電された電力を貯蓄可能であるとともに電力貯蓄状態であるＳＯＣ値を検知可能な駆動用バッテリ（電池）５と、発電機４により発電された電力又は駆動用バッテリ５に貯蓄された電力を使って車両１を推進可能な駆動モータ６とを搭載している。
内燃機関３は、燃料噴射量や点火時期等を制御して燃焼状態をストイキ運転やエンリッチ運転に制御する機関制御装置７を備えている。
この機関制御装置７は、排ガスセンサ８を使用して内燃機関３の空燃比のフィードバック制御を行い、また、検知された吸入空気量に対し適量の燃料を供給する燃料噴射制御を行うとともに、機関温度（冷却水温）等により周知の各種補正制御を行う。
発電機４と駆動モータ６と機関制御装置７とは、出力駆動制御手段としての駆動コントローラ９に連絡している。
この駆動コントローラ９は、ＳＯＣ情報を入力するために駆動用バッテリ５に連絡するとともに、アクセル開度を検出するアクセルセンサ１０と、車速を検出する車速センサ１１とに連絡し、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）を出力して内燃機関３を駆動制御するとともに、発電トルク指令を出力して発電機４を駆動制御し、さらに、駆動トルク指令を出力して駆動モータ６を駆動制御する。
また、ハイブリッド車１においては、発電機４と駆動用バッテリ５との間で、その他の電気負荷１２が接続している。

また、このハイブリッド車１には、図５に示すように、発電電力の決定を行うように、前記駆動コントローラ９を含んで、発電機４の発電時に内燃機関３の出力を制御する出力制御装置１３が搭載される。
この出力制御装置１３においては、図５に示すように、アクセルセンサ１０と車速センサ１１とに連絡して駆動トルク指令を演算するとともに駆動モータ６に駆動トルク指令を出力する駆動トルク演算部１４と、この駆動トルク演算部１４に連絡して実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）を演算する実駆動モータ出力演算部１５と、駆動用バッテリ５とＳＯＣ目標値設定部１６とに連絡して駆動用バッテリ５からのＳＯＣ値とＳＯＣ目標値設定部１６からのＳＯＣ目標値とを比較するＳＯＣ値比較部１７と、このＳＯＣ値比較部１７に連絡してＳＯＣ値とＳＯＣ目標値との偏差を算出するＳＯＣ偏差算出部１８と、このＳＯＣ偏差算出部１８に連絡して電池要求電力（ＰＷＲ２）を演算する電池要求電力演算部１９と、この電池要求電力演算部１９と実駆動モータ出力演算部１５とに連絡して電池要求電力（ＰＷＲ２）と実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）とを比較する出力比較部２０と、この出力比較部２０に連絡した発電要求部２１と、この発電要求部２１に連絡して内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）と発電トルク指令とを制御して出力する発電制御部２２とを備える。
ここで、駆動コントローラ９は、駆動モータ６とその他電気負荷１２が消費する電力を発電するために、内燃機関３に内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）を送信するとともに、発電機４に対して発電トルク指令を送信して制御する。このとき、駆動コントローラ９は、総じて見れば、消費電力＝発電電力となるように制御する。また、駆動用バッテリ５を電力バッファとして使用することで、電力収支の差分を充電／放電することにより、消費電力と発電電力の瞬時値が必ずしも一致している必要はないものである。
また、駆動トルク演算部１４では、図３に示すように、車速から駆動トルク指令が求められる。
また、実駆動モータ出力演算部１５では、図４に示すように、人為的に変化されるアクセル開度から実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）が求められる。

そして、出力制御装置１３の駆動コントローラ９では、図２に示すように、内燃機関３の運転状態をストイキ運転からエンリッチ運転に移る境界に対応する機関出力判定値（β）を設定し、駆動用バッテリ５の検知されたＳＯＣ値に応じて内燃機関３の出力を機関出力判定値（β）以下に制限する。
これにより、駆動用バッテリ５の検知されたＳＯＣ値に応じてエンリッチ運転を抑制することができ、また、燃費性能の確保と排ガス浄化性能の確保（有害成分の低減）ができる。

また、発電に伴う内燃機関３の出力を、図２に示すように、運転者の操作するアクセル開度に基づいて算出する実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）と、駆動用バッテリ５の検知されたＳＯＣ値に基づいて算出する電池要求電力（ＰＷＲ２）とを加算して求め、内燃機関３の出力が機関出力判定値（β）以下の場合には、検知されたＳＯＣ値と所定値（α）との大小関係にかかわらず制限を行わない。
これにより、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）と電池要求電力（ＰＷＲ２）を加算して求めた内燃機関３の出力が、機関出力判定値（β）よりも高く、駆動用バッテリ５の検知されたＳＯＣ値が高い場合には制限を行い、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）と電池要求電力（ＰＷＲ２）とを加算して求めた内燃機関３の出力が、機関出力判定値（β）より高くても、駆動用バッテリ５の検知されたＳＯＣ値が低い場合には、内燃機関３の出力を機関出力判定値（β）以下とする制限を行なわないようにできるので、運転者要求を反映した車両を推進するための駆動トルクの確保と、駆動用バッテリ５のＳＯＣの維持との両立を図ることができる。
また、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）と電池要求電力（ＰＷＲ２）とを加算して求めた内燃機関３の出力が低い場合には、内燃機関３の出力を機関出力判定値（β）以下とする制限をしないので、運転者要求を反映した車両を推進する為の駆動トルクの確保と、駆動用バッテリ５のＳＯＣの維持との両立を図ることができる。

次に、この実施例１に係る内燃機関３の出力制御を、図１のフローチャートに基づいて説明する。
図１に示すように、駆動コントローラ９においてプログラムがスタートすると（ステップＡ０１）、準備状態（ＲＥＡＤＹ状態）、つまり、走行可能状態（待機を含む）となる（ステップＡ０２）。
そして、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）を算出するとともに、ＳＯＣ値（ＳＯＣ１）を算出し、さらに、ＳＯＣ目標値とするための要求電力としての電池要求電力（ＰＷＲ２）を算出する（ステップＡ０３）。
次いで、ＳＯＣ１≧所定値（α）か否かを判断する（ステップＡ０４）。
このステップＡ０４がＮＯの場合には、これ以上ＳＯＣ値を下げられず、ＳＯＣ値の回復の必要があると判断して、ＰＷＲ１＋ＰＷＲ２を、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）とし（ステップＡ０５）、ＳＯＣ値の回復を図る。この場合、ＳＯＣ値は、電池要求電力（ＰＷＲ２）の分だけ回復して行く。
前記ステップＡ０４がＹＥＳの場合には、ＳＯＣ値が許容下限値（α）に対して余裕があると判断し、ＰＷＲ１＋ＰＷＲ２と、内燃機関３がエンリッチ領域での駆動が必要となる機関出力判定値（β）とを比較、つまり、ＰＷＲ１＋ＰＷＲ２≦βか否かを判断する（ステップＡ０６）。
このステップＡ０６がＮＯの場合には、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）を機関出力判定値（β）に設定し（ステップＡ０７）、内燃機関３がエンリッチ領域で駆動しない状況とすることで、燃費低下、排ガス悪化を防止する。
このステップＡ０６がＹＥＳの場合には、ＰＷＲ１＋ＰＷＲ２を、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）として制御する（ステップＡ０８）。
前記ステップＡ０５の処理後、前記ステップＡ０７の処理後、又は、前記ステップＡ０８の処理後は、プログラムをリターンする（ステップＡ０９）。

次いで、この内燃機関３の出力制御を、図２のタイムチャートに基づいて説明する。
図２に示すように、準備状態（ＲＥＡＤＹ状態）となり（時間ｔ１）、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）が機関出力判定値（β）を超えていないので、内燃機関３の出力がＰＷＲ１＋ＰＷＲ２であるが、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）が機関出力判定値（β）を超える時点で（時間ｔ２）、ＳＯＣ値が所定値（α）未満となっていないため、内燃機関３で駆動する出力は、機関出力判定値（β）に制限されている（時間ｔ２〜時間ｔ３）。この時間ｔ２〜時間ｔ３では、内燃機関３の出力が機関出力判定値（β）に制限されているため、駆動用バッテリ５が放電傾向にある。
そして、駆動モータ６の発生出力が機関出力判定値（β）以下となり、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）が、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）＋ＳＯＣ目標値にするための電池要求電力（ＰＷＲ２）で駆動し、ＳＯＣ値の回復を図る（時間ｔ２〜時間ｔ４）。なお、時間ｔ３〜時間ｔ４では、内燃機関３の出力がＰＷＲ１＋ＰＷＲ２であるため、駆動用バッテリ５が充電傾向にある。
そして、再び、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）が機関出力判定値（β）を越えるが、ＳＯＣ値が所定値（α）以上のために、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）は、機関出力判定値（β）に制限されている（時間ｔ４〜時間ｔ５）。この時間ｔ４〜時間ｔ５では、内燃機関３の出力が機関出力判定値（β）に制限されているため、駆動用バッテリ５が放電傾向にある。

即ち、この実施例１に係る出力制御装置１３における発電電力の決定方法は、図５に示すように、車両走行に必要な駆動モータ６ヘの駆動トルクに基づいて実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）を演算する。また、駆動モータ６への駆動トルク指令は、図３に示すように、車速から演算する。
車両走行に影響を与える発電量は、内燃機関３の運転状態と密接に関連するため、操作に対して期持する内燃機関３の運転状態とずれて、運転者が違和感を覚えることがないように、図４に示すように、運転者の人為操作に基づくアクセル開度（スロットル開度）を主とする運転状態を基に、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）を決定する。
そして、図５に示すように、ＳＯＣ値（充電状態、電池残量）とＳＯＣ目標値の差分であるＳＯＣ偏差を求め、このＳＯＣ偏差に基づいて、ＳＯＣ目標値とするための電池要求電力（ＰＷＲ２）の演算を行う。この結果、ＳＯＣ値がＳＯＣ偏差に基づいて正負の電池要求電力（ＰＷＲ２）に制御されるので、つまり、充電／放電の各状態に制御されるので、ＳＯＣ値は、ＳＯＣ目標値を中心とするある範囲に収まることになる。これが、フィードバック制御となる。
実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）とＳＯＣ目標値にするための電池要求電力（ＰＷＲ２）とを加算し、発電要求を求める。この発電要求に従い、最終的な発電制御が実施される。また、内燃機関３の燃焼制御は、この発電要求に基づいて内燃機関エンジン制御指令（ＰＷＲ３）を求める。
実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）のみに従って発電制御を実施すると、駆動用バッテリ５は、電流の流れ込み状態若しくは電流の持ち出し状態への傾倒が大きくなり、過充電や過放電に至るおそれがあるが、この制御により、それらを回避することができる。
基本的に、人為操作（アクセル開度、スロットル開度）と車速に基づいて決定した実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）に、電池要求電力（ＰＷＲ２）を加えたものが、最終的な実発電量、つまり、内燃機関３の目標出力である内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）となる。
エンリッチ運転を回避するための内燃機関３の出力制限を行う際には、瞬間的には演算した通りの収支に必ずしも一致していないものである。
そして、そのままその収支を累積しても、生じたずれが蓄積して問題となることがないのは、ずれが駆動用バッテリ５の充放電量に現れ、それがＳＯＣ偏差に現れるため、別に記載されたフィードバック制御の結果、ずれも補正されるからである。
従って、収支は一致することになり、総じて見れば、消費電力＝発電電力となる。それゆえ、電池要求電力（ＰＷＲ２）は、発電補正量となる。

図７は、この発明の実施例２を示すものである。
この実施例２においては、上述の実施例１と同一機能を果たす箇所には、同一符号を付して説明する。
この実施例２の特徴とするところは、以下の点にある。即ち、出力制御装置１３では、検知されたＳＯＣ値（ＳＯＣ１）が駆動用バッテリ５の常用範囲の下限値となる所定値（α）を越える場合は、内燃機関３の出力を機関出力判定値（β）以下に制限する一方、検知されたＳＯＣ値が所定値（α）以下となる場合には（図７の時間ｔ５以降で示す）、内燃機関３の出力を機関出力判定値（β）以下とする制限を解除する。

次に、この実施例２に係る内燃機関３の出力制御を、図７のタイムチャートに基づいて説明する。
図７に示すように、準備状態（ＲＥＡＤＹ状態）となり（時間ｔ１）、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）が機関出力判定値（β）を超えていないので、内燃機関３の出力がＰＷＲ１＋ＰＷＲ２であるが、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）が機関出力判定値（β）を超える時点で（時間ｔ２）、ＳＯＣ値が所定値（α）未満となっていないため、内燃機関３で駆動する出力は、機関出力判定値（β）に制限されている（時間ｔ２〜時間ｔ３）。この時間ｔ２〜時間ｔ３では、内燃機関３の出力が機関出力判定値（β）に制限されているため、駆動用バッテリ５が放電傾向にある。
そして、駆動モータ６の発生出力が機関出力判定値（β）以下となり、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）が、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）＋ＳＯＣ目標値にするための電池要求電力（ＰＷＲ２）で駆動し、ＳＯＣ値の回復を図る（時間ｔ２〜時間ｔ４）。時間ｔ３〜時間ｔ４では、内燃機関３の出力がＰＷＲ１＋ＰＷＲ２であるため、駆動用バッテリ５が充電傾向にある。
そして、再び、実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）が機関出力判定値（β）を越えるが、ＳＯＣ値が所定値（α）以上のために、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）は、機関出力判定値（β）に制限されている（時間ｔ４〜時間ｔ５）。この時間ｔ４〜時間ｔ５では、内燃機関３の出力が機関出力判定値（β）に制限されているため、駆動用バッテリ５が放電傾向にある。
その後、ＳＯＣ値が所定値（α）未満となった時点で、これ以上のＳＯＣ値の低下を防止するために、内燃機関制御指令（ＰＷＲ３）の制限を解除し、ＰＷＲ１＋ＰＷＲ２で、内燃機関３を駆動する（時間ｔ５以降）。この時間ｔ５以降では、内燃機関３の出力がＰＷＲ１＋ＰＷＲ２であるため、駆動用バッテリ５が充電傾向にある。
これにより、この実施例２では、エンリッチ領域に入る頻度を低減することで、エンリッチ運転を抑制し、燃費性能の向上と、排ガス浄化性能の向上（有害成分の低減）を果たすことができ、また、駆動用バッテリ５の検知されたＳＯＣ値を所定値（α）以上に保持し易くでき、ＳＯＣ値の著しい低下を防止できる。

なお、この発明においては、上述の実施例に限定されず、種々応用改変が可能であることは勿論である。
例えば、走行に必要な電力を供給するための実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）は、運転者の人為操作、アクセル開度（スロットル開度）に基づく運転者要求発電量を演算によって求めても良い。この運転者要求発電量は、出力たる発電量である実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）に対応するが、演算による発電量の演算結果の場合は、駆動モータが消費する電力と必ずしも一致させる必要はない。
実駆動モータ出力（ＰＷＲ１）を、図４に示すように、アクセル開度（スロットル開度）が小さいときより大きいときの方が増加勾配が小さくなる（アクセル開度が増大する程、発電量の増加量が少なくなる）ように非線形に設定しても良い。

この発明の内燃機関の出力制御装置を、各種車両に適用できる。

１ハイブリッド車
３内燃機関
４発電機
５駆動用バッテリ
６駆動モータ
７機関制御装置
９駆動コントローラ
１０アクセルセンサ
１１車速センサ
１３出力制御装置
１４駆動トルク演算部
１５実駆動モータ出力演算部
１９電池要求電力演算部
２１発電要求部
２２発電制御部
α 所定値
β 機関出力判定値

Claims

内燃機関によって駆動される発電機と、この発電機により発電された電力を貯蓄可能であるとともに電力貯蓄状態であるＳＯＣ値を検知可能な駆動用バッテリと、前記発電機により発電された電力又は前記駆動用バッテリに貯蓄された電力を使って車両を推進可能な駆動モータとを備えた電動車両に搭載される内燃機関の出力制御装置であって、前記発電機の発電時に前記内燃機関の出力を制御する内燃機関の出力制御装置において、前記内燃機関の運転状態をストイキ運転からエンリッチ運転に移る境界に対応する機関出力判定値を設定し、前記駆動用バッテリの検知されたＳＯＣ値に応じて前記内燃機関の出力を前記機関出力判定値以下に制限することを特徴とする内燃機関の出力制御装置。
前記検知されたＳＯＣ値が前記駆動用バッテリの常用範囲の下限値となる所定値を越える場合は、前記内燃機関の出力を前記機関出力判定値以下に制限する一方、前記検知されたＳＯＣ値が前記所定値以下となる場合には、前記内燃機関の出力を前記機関出力判定値以下とする制限を解除することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の出力制御装置。
発電に伴う前記内燃機関の出力を、運転者の操作するアクセル開度に基づいて算出する実駆動モータ出力と前記駆動用バッテリの検知されたＳＯＣ値に基づいて算出する電池要求電力とを加算して求め、前記内燃機関の出力が前記機関出力判定値以下の場合には、前記検知されたＳＯＣ値と前記所定値との大小関係にかかわらず、前記内燃機関の出力を前記機関出力判定値以下とする制限を行わないことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の出力制御装置。