JP6289901B2 - 車両の発進制御装置、発進制御方法、及び、過給機付ハイブリッドエンジン - Google Patents

Description

本発明は、車両の発進制御装置、発進制御方法、及び、過給機付ハイブリッドエンジンに関する。

従来、車両の発進制御装置に関する技術として、例えば下記特許文献１に記載された制御装置が知られている。この特許文献１に記載された制御装置では、過給機を有するエンジンと、バッテリを充電するための発電機及びエンジンの出力をアシストする電動機として機能するモータと、が搭載された車両において、エンジンの始動を制御することが図られている。

特開２００８−２２２０３３号公報

ここで、上述したような従来技術では、通常の車両の発進時には、モータのアシストにより、発進に要求される発進要求トルク（以下、単に「発進要求トルク」という）を十分に確保することが可能となる。一方で、バッテリの残量不足時において、当該アシストを行うことができない場合、エンジンの出力のみで車両が発進することとなり、この場合には、例えば近年のエンジンの小排気量化に相まって、発進要求トルクを確保することが困難になるおそれがある。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、車両の発進性を改善することができる車両の発進制御装置、発進制御方法、及び過給機付ハイブリッドエンジンを提供することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る車両の発進制御装置は、過給機を有するエンジンと、エンジンの出力を利用して発電する機能及びエンジンの出力をアシストする機能を有するモータと、を備える過給機付ハイブリッドエンジンが搭載された車両の発進を制御する発進制御装置であって、エンジン及びモータの動作を制御する制御部を備え、制御部は、モータによるアシストを行わずにエンジンの出力のみで車両が停止時から発進する場合、エンジンにおいて所定噴射量の燃料噴射に必要な吸入空気量又は過給圧が得られるように、モータの発電負荷をエンジンに印加させ、所定噴射量は、車両の発進に要求される発進要求トルクがエンジンのエンジントルクとして得られる噴射量とされる。

本発明に係る車両の発進制御方法は、過給機を有するエンジンと、エンジンの出力を利用して発電する機能及びエンジンの出力をアシストする機能を有するモータと、を備える過給機付ハイブリッドエンジンが搭載された車両の発進を制御する発進制御方法であって、モータによるアシストを行わずにエンジンの出力のみで車両が停止時から発進する場合、エンジンにおいて所定噴射量の燃料噴射に必要な吸入空気量又は過給圧が得られるように、モータの発電負荷をエンジンに印加させるステップを含み、所定噴射量は、車両の発進に要求される発進要求トルクがエンジンのエンジントルクとして得られる噴射量とされる。

本発明に係る過給機付ハイブリッドエンジンは、過給機を有するエンジンと、エンジンの出力を利用して発電する機能、及びエンジンの出力をアシストする機能を有するモータと、上記車両の発進制御装置と、を備える。

これら車両の発進制御装置、発進制御方法、及び過給機付ハイブリッドエンジンでは、モータによるアシストを行わずに車両が発進する場合、モータの発電負荷がエンジンに印加されることにより、所定噴射量（発進要求トルクがエンジントルクとして得られる噴射量）の燃料噴射に必要な吸入空気量又は過給圧となるまで、当該吸入空気量又は過給圧が高められる。よって、例えばエンジンの出力をモータによりアシストできない場合でも、車両の発進時において即座に所定噴射量で燃料噴射させることが可能となり、その結果、エンジン単体でも即座に発進要求トルクを発生させることができる。従って、車両の発進性を改善することが可能となる。

また、上記作用効果を好適に奏する構成として、具体的には、制御部は、エンジンのアイドリング回転数を第１の回転数として車両が停車するとき、エンジンの全負荷トルクが発進要求トルクに到達不能の場合、全負荷トルクが発進要求トルクに到達可能な第２の回転数まで当該アイドリング回転数を上昇させてもよい。

また、制御部は、発電負荷をエンジンに印加させて車両を発進させた際、エンジンに加わる外部負荷が上昇していくのに応じて、当該発電負荷を低下させていく場合がある。或いは、制御部は、発電負荷をエンジンに印加させて車両を発進させた際、エンジンのエンジン回転数を保持するようにして当該発電負荷を低下させていく場合がある。これらの場合、発進性を確保しつつ発電負荷の印加を解除することが可能となる。

本発明によれば、例えばエンジンの出力をモータによりアシストできない場合でも、車両の発進性を改善することが可能となる。

一実施形態に係る車両の発進制御装置を備えた過給機付ハイブリッドエンジンを示す概略構成図である。 図１の過給機付ハイブリッドエンジンにおける発進制御方法を示すフローチャートである。 図１の過給機付ハイブリッドエンジンにおける発進制御方法を説明するためのグラフである。

以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において同一又は相当要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、一実施形態に係る車両の発進制御装置を備えた過給機付ハイブリッドエンジンを示す概略構成図である。図１に示すように、本実施形態に係る車両の発進制御装置１００は、過給機付ハイブリッドエンジン１が搭載された車両Ｖの発進を制御するものであって、ＥＣＵ（Electronic Control Unit、制御部）４を備えている。過給機付ハイブリッドエンジン１は、例えばハイブリット車両用として小排気量化及びターボ化されたものであり、ハイブリット車両としての車両Ｖに搭載されている。過給機付ハイブリッドエンジン１は、エンジン２とモータ３と上記ＥＣＵ４とにより構成されている。

適用される車両Ｖとしては、例えばバスやトラック等の商用車が挙げられる。なお、車両Ｖは、特に限定されるものではなく、例えば大型車両や中型車両、普通乗用車、小型車両又は軽車両等の何れであってもよい。

エンジン２は、過給機５を有し、例えばディーゼルエンジンやガソリンエンジン等が用いられている。モータ３は、エンジン２のフライホイール６に取り付けられている。このモータ３は、エンジン２における他の箇所に取り付けられていてもよく、要は、クラッチ７を介してエンジン２以外の箇所に取り付けられていなければよい。

モータ３は、エンジン２の出力を利用して発電する発電機としての機能を有しており、ここでは、発電した電力をインバータ８を介してバッテリ９へ充電する充電モードを実行する。また、モータ３は、エンジン２の出力をアシスト（補助）する電動機としての機能をさらに有しており、ここでは、当該モータ３をバッテリ９の電力を利用して駆動することによってエンジン２の出力をアシストするアシストモードを実行する。

また、過給機付ハイブリッドエンジン１には、クラッチ７を介してトランスミッション１０が接続され、このトランスミッション１０により伝達された動力は、プロペラシャフト１１、デファレンシャルギア１２及びドライブシャフト１３を介して車輪１４へ伝達される。

ちなみに、本実施形態のクラッチ７及びトランスミッション１０としては、機械式自動変速装置（ＡＭＴ：Automated Manual Transmission）が採用されており、ドライバがシフトチェンジすると、クラッチの分離、ギア位置の変更及びクラッチの接続等の一連の変速動作が自動で行われる。

ＥＣＵ４は、例えばＣＰＵ（CentralProcessing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）を含むコンピュータにより構成されている。このＥＣＵ４は、車両を発進させるための発進制御（詳しくは、後述）を実行するため、少なくともエンジン２及びモータ３の動作を制御する。

具体的には、ＥＣＵ４は、エンジン２に接続されており、エンジン２における燃料噴射量（単に「噴射量」ともいう）及びエンジン回転数を制御する。また、ＥＣＵ４は、モータ３及びバッテリ９に接続されており、バッテリ９の残量に基づきモータ３の充電モードとアシストモードとを切り換える。また、ＥＣＵ４は、モータ３に接続されており、充電モード時においてエンジン２に印加させる充電負荷を制御する。なお、充電負荷は、バッテリ９を充電させるべくモータ３にて発電させるために印加される負荷（発電負荷）である。

また、図示しないが、ここでのＥＣＵ４には、クラッチ７、車速センサ、トランスミッション１０及びアクセル開度センサが接続されている。これにより、ＥＣＵ４は、クラッチ７のクラッチ状態に関する情報、車両Ｖの車速情報、ギア位置（シフト位置）に関する情報及びアクセル開度に関する情報を取得可能とされている。

次に、過給機付ハイブリッドエンジン１における発進制御方法（車両の発進制御装置１００により実行される発進制御方法）について、図２及び図３を参照しつつ説明する。図２（ａ）は、発進動作の予測から発進動作の実行前までの処理を示すフローチャートである。図２（ａ）に示すように、本実施形態では、ＥＣＵ４により次の処理が実行される。

すなわち、まず、停止時からのドライバによる発進動作が予測されるか否かが判断される（Ｓ１）。上記Ｓ１では、例えば、車両停止判定条件が成立すると共に、ドライバによりクラッチ７が作動されてクラッチ状態が完全接続状態となっておらず、且つギア位置が非ニュートラルの場合、停止時からの発進動作が予測されたと判断される。車両停止判定条件では、車速が閾値以下の場合に車両Ｖが停止したと判定でき、ここでの閾値には、既に停止している場合と走行時から停止する場合とでヒステリシスを設けてもよい。

上記Ｓ１にて発進動作が予測された場合、バッテリ９が残量不足か否か、つまり、バッテリ９に充電された電力の残量が所定以下か否かが判定される（Ｓ２）。上記Ｓ２にてバッテリ９が残量不足ではないと判定された場合、モータ３がアシストモードに切り替えられ、そのまま処理が終了となる（Ｓ３）。その後、エンジン２の出力にモータ３のアシストがなされた状態（アシスト付全負荷トルク）で車両Ｖが発進される。

上記Ｓ２にてバッテリ９が残量不足と判定された場合、モータ３が充電モードに切り替えられる（Ｓ４）。そして、エンジン２のアイドリング回転数の上昇（アイドルアップ）が必要か否かが判定される（Ｓ５）。本実施形態では、エンジン２のアイドリング回転数が通常アイドル回転数（第１の回転数）として車両Ｖが停車されていることから、この通常アイドル回転数において設定されているエンジン２単体の全負荷トルクが、発進に要求される発進要求トルクに到達可能か否かが判定される。

全負荷トルクが発進要求トルク以上となっており、上記Ｓ５にて発進要求トルクに到達可能と判定された場合、アイドリング回転数がそのまま通常アイドル回転数とされる（Ｓ６）。一方、全負荷トルクが発進要求トルク未満となっており、上記Ｓ５にて発進要求トルクに到達不能と判定された場合、当該全負荷トルクが発進要求トルクに到達可能な目標アイドルアップ回転数（第２の回転数）まで、アイドリング回転数が上昇される（Ｓ７）。

図３（ａ）は、過給機付ハイブリッドエンジンにおけるトルクとエンジン回転数の関係を示すグラフである。図中において、ラインＬ１はアシスト付全負荷トルクのトルク特性を表し、ラインＬ２はエンジン２単体の全負荷トルクのトルク特性を表している。また、ラインＬ３は、等馬力線を表している。

図３（ａ）に示す例では、アイドリング回転数が通常アイドル回転数Ｎ１のとき、エンジン２単体の全負荷トルクＴ１が発進要求トルクＭ１未満である。よって、上記Ｓ７では、エンジン２において、燃料噴射量が上昇されて、モータ３のアシスト無しで同等の牽引力（等馬力）が得られる目標アイドルアップ回転数Ｎ２まで、アイドリング回転数が上昇される。その結果、目標アイドルアップ回転数Ｎ２であるアイドリング回転数では、全負荷トルクＴ２が発進要求トルクＭ２以上とされる。

ところで、過給圧が十分に上昇していない状態では、黒煙を抑制するために燃料噴射量を制限する機能（いわゆる、ブーストコンペンセータ）が働くため、発進要求トルクが得られる所定噴射量で即座に燃料噴射できない場合が生じる。そこで、上記Ｓ６又は上記Ｓ７の後、例えばＥＣＵ４に予め記憶された制御マップ等に基づいて、エンジン２において所定噴射量の燃料噴射に必要な過給圧が導出される（Ｓ８）。

図３（ｂ）は、過給機付ハイブリッドエンジン１における燃料噴射量と過給圧との関係を示すグラフである。図中において、ラインＬ４は全負荷噴射量を表し、ラインＬ５は定常時の燃料噴射量を表している。ラインＬ４では、低過給圧の領域にて噴射量が過給圧によって制限されていることがわかる。この図３（ｂ）に示す例では、上記Ｓ８において、発進要求トルクが得られる所定噴射量Ｑ１に基づき、燃料噴射量と過給圧との関係から、必要な過給圧が必要過給圧Ｐ１として導出される。

また、モータ３の充電負荷をエンジン２に印加することにより、過給機５のタービン回転数が高まって過給圧は上昇する。そこで、上記Ｓ８の後、例えばＥＣＵ４に予め記憶された制御マップ等に基づいて、導出された過給圧が得られるようにモータ３の充電負荷が設定される（Ｓ９）。

なお、図３（ｂ）に示す例では、設定された充電負荷をエンジン２に印加した場合の燃料噴射量（充電負荷が釣り合うべき目標噴射量）は噴射量Ｑ２となり、この状態においては、即時に所定噴射量Ｑ１を噴射可能となる。また、図３（ａ）に示す例では、上記目標噴射量（噴射量Ｑ２）で燃料噴射ときの目標アイドルアップ回転数Ｎ２におけるエンジントルクは、トルクＺとなる。

上記Ｓ９の後、設定された充電負荷が目標充電負荷としてエンジン２に印加されると共に、上記目標噴射量で燃料噴射するようエンジン２が制御され、そして、この状態が保持されることとなる（Ｓ１０）。

図２（ｂ）は、発進動作の実行から車速が設定車速以上となるまでの処理を示すフローチャートである。図２（ｂ）に示すように、発進制御では、モータ３の充電負荷をエンジン２に印加させて車両Ｖを発進させた際に、ＥＣＵ４により次の処理がさらに実行される。

すなわち、ドライバによる発進動作が実行されたか否かが判定される（Ｓ１１）。上記Ｓ１１では、例えばドライバがアクセル操作を行った場合、又は、ドライバがアクセル操作を行わずにクラッチを接続する操作を行った場合等のとき、発進操作が実行されたと判定される。

続いて、エンジン２に対するモータ３の充電負荷の印加が解除される（Ｓ１２）。上記Ｓ１２では、例えばドライバのアクセル操作による発進動作に対しては、エンジン２に加わる外部負荷が上昇していくのに応じて充電負荷を低下させていく、つまり、通常のアクセル開度に応じた外部負荷と同じだけ充電負荷を抜いていく。そして、最終的にモータ３の充電負荷が０となる。

或いは、上記Ｓ１２では、例えばアクセル操作を行わずにクラッチ７を接続する操作に対しては、エンジン回転数を保持するようにして充電負荷を低下させていく。具体的には、外部負荷の増加に対して自動的にエンジン回転数を保持する機能（いわゆるガバナ制御）と同様に、回転偏差に対してモータ３の充電負荷を低下させる。そして、最終的にモータ３の充電負荷が０となる。

続いて、エンジン２において燃料噴射量を増加させ、必要な噴射量の燃料が燃料噴射される（Ｓ１３）。その後、クラッチが完全に接続され、車速が設定車速以上に達して発進が成功したと判断されたとき、通常制御に復帰される。

以上、本実施形態では、モータ３によるアシストを行わずに車両Ｖが発進する場合において、モータ３を充電モードに切り替えて当該モータ３の充電負荷をエンジンに印加させることにより、所定噴射量（発進要求トルクがエンジントルクとして得られる噴射量）の燃料噴射に必要な過給圧となるまで、過給圧が高められる。よって、例えばエンジン２の出力をモータ３によりアシストできない状況においても、車両Ｖの発進時において、即座に所定噴射量で燃料噴射させることが可能となり、エンジン２単体でも即座に発進要求トルクを発生させることができる。従って、車両Ｖの発進性を改善することが可能となる。

また、本実施形態では、アイドリング回転数を通常アイドル回転数として車両Ｖが停車するとき、エンジン２の全負荷トルクが発進要求トルクに到達不能の場合、目標アイドルアップ回転数までアイドルアップさせる。これにより、全負荷トルクが発進要求トルクに到達可能となり、エンジン２単体で確実に発進要求トルクを発生させることが可能となる。

また、本実施形態では、エンジン２に対するモータ３の充電負荷の印加を解除する際、エンジン２に加わる外部負荷が上昇していくのに応じて充電負荷を低下させている。或いは、エンジン回転数を保持するようにして充電負荷を低下させている。これにより、充電負荷の印加の解除に際し、エンジン２は所定噴射量を即座に噴射可能な状態を維持できるため、例えば瞬間的に高い発進トルクが要求された場合でも、十分な発進性を確保できる。すなわち、発進性を確保しつつ充電負荷の印加を解除することが可能となる。

なお、変速装置として、本実施形態のように機械式自動変速装置を採用する場合、或いは、マニュアルトランスミッションを採用する場合には、トルクコンバータ式オートマティックトランスミッションを採用する場合に対し、発進トルクが低下すると、発進性が特に悪化し且つクラッチ７の寿命低下に繋がるおそれがある。この点において、本実施形態は、前述のように、十分な発進トルク（発進要求トルク）を確保できるため、特に有効なものといえる。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、各請求項に記載した要旨を変更しない範囲で変形し、又は他のものに適用してもよい。

例えば、上記実施形態では、所定噴射量の燃料噴射に必要な過給圧が得られるようにモータ３の充電負荷（発電負荷）をエンジン２に印加させたが、過給圧は吸入空気量と比例する関係を有することから、過給圧に代えて吸入空気量（ｇ／ｃｙｌ）を用いることもできる。また、上記の発進要求トルクは、特に限定されるものではなく、発進に際し保障される保障トルクであってもよいし、各種の演算による推定トルクであってもよいし、経験又は実測に基づくトルクであってもよい。

上記実施形態では、モータ３による発電電力をバッテリ９に充電可能とされているが、当該発電電力をモータ３とは別の他のモータ等へ供給してもよい。また、バッテリ９の電力を利用してモータ３を駆動可能とされているが、モータ３とは別の他のモータ等の電力を利用してモータ３を駆動してもよい。また、上記実施形態の過給機付ハイブリッドエンジン１は、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムを備えていても勿論よい。なお、本発明は、上記車両の発進制御装置１００又は上記過給機付ハイブリッドエンジン１を具備する車両として捉えることができる。

１…過給機付ハイブリッドエンジン、２…エンジン、３…モータ、４…ＥＣＵ（制御部）、５…過給機、１００…車両の発進制御装置、Ｖ…車両。

Claims (6)

1. 過給機を有する、黒煙を抑制するために燃料の噴射量を制限する機能が働くエンジンと、前記エンジンの出力を利用して発電する機能及び前記エンジンの出力をアシストする機能を有するモータと、を備える過給機付ハイブリッドエンジンが搭載された車両の発進を制御する発進制御装置であって、
   前記エンジン及び前記モータの動作を制御する制御部を備え、
   前記制御部は、
   前記モータによる前記アシストを行わずに前記エンジンの出力のみで前記車両が停止時から発進する場合、燃料の噴射量を制限する機能が働く前記エンジンにおいて所定噴射量の燃料噴射に必要な過給圧が得られるように、前記モータの発電負荷を前記エンジンに印加させ、
   前記所定噴射量は、
   前記車両の発進に要求される発進要求トルクが前記エンジンのエンジントルクとして得られる噴射量とされ、
   前記制御部は、
   前記エンジンにおいて前記所定噴射量の燃料噴射に必要な前記過給圧を導出し、前記エンジンに印加する前記発電負荷を、導出した前記過給圧が得られるように設定する、車両の発進制御装置。
2. 前記制御部は、
   前記エンジンのアイドリング回転数を第１の回転数として前記車両が停車するとき、前記エンジンの全負荷トルクが前記発進要求トルクに到達不能の場合、前記全負荷トルクが前記発進要求トルクに到達可能な第２の回転数まで当該アイドリング回転数を上昇させる、請求項１に記載の車両の発進制御装置。
3. 前記制御部は、
   前記発電負荷を前記エンジンに印加させて前記車両を発進させた際、前記エンジンに加わる外部負荷が上昇していくのに応じて、当該発電負荷を低下させていく、請求項１又は２に記載の車両の発進制御装置。
4. 前記制御部は、
   前記発電負荷を前記エンジンに印加させて前記車両を発進させた際、前記エンジンのエンジン回転数を保持するようにして当該発電負荷を低下させていく、請求項１又は２に記載の車両の発進制御装置。
5. 過給機を有する、黒煙を抑制するために燃料の噴射量を制限する機能が働くエンジンと、前記エンジンの出力を利用して発電する機能及び前記エンジンの出力をアシストする機能を有するモータと、を備える過給機付ハイブリッドエンジンが搭載された車両の発進を制御する発進制御方法であって、
   前記モータによる前記アシストを行わずに前記エンジンの出力のみで前記車両が停止時から発進する場合、燃料の噴射量を制限する機能が働く前記エンジンにおいて所定噴射量の燃料噴射に必要な過給圧が得られるように、前記モータの発電負荷を前記エンジンに印加させるステップを含み、
   前記所定噴射量は、前記車両の発進に要求される発進要求トルクが前記エンジンのエンジントルクとして得られる噴射量とされ、
   前記ステップでは、
   前記エンジンにおいて前記所定噴射量の燃料噴射に必要な前記過給圧を導出し、前記エンジンに印加する前記発電負荷を、導出した前記過給圧が得られるように設定する、車両の発進制御方法。
6. 過給機を有する、黒煙を抑制するために燃料の噴射量を制限する機能が働くエンジンと、
   前記エンジンの出力を利用して発電する機能、及び前記エンジンの出力をアシストする機能を有するモータと、
   請求項１〜４の何れか一項に記載の車両の発進制御装置と、を備える、過給機付ハイブリッドエンジン。

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