JP7799246B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両の回生発電時における内燃機関の制御技術に関する。

近年開発されているハイブリッド車において、内燃機関と、内燃機関により駆動されて発電する発電機と、発電機から電力を供給されて充電可能な駆動用バッテリ（蓄電池）と、駆動用バッテリまたは発電機から電力を供給されて走行駆動輪を駆動する駆動用モータと、を備えた車両が知られている。
上記のようなハイブリッド車では、車両減速時においては、駆動用モータによって回生発電が行われ、発電された電力が駆動用バッテリに供給されて充電可能となっている。このとき、駆動用バッテリが満充電に近い場合には、内燃機関への燃料供給を抑制しつつ、発電機（モータジェネレータ）によって内燃機関を強制駆動し電力を消費する所謂モータリングを実行し、回生制動を可能にする車両がある。

また特許文献１には、発電機と駆動用モータとを兼ねた構成であって、減速走行時に内燃機関のスロットルバルブを開いた状態に制御することで、内燃機関のポンプ損失を抑え発電機の発電トルクを増加させる車両が開示されている。

特開２０１９－１８３７９４号公報

しかしながら、回生発電時のモータリングによって内燃機関が強制駆動された場合に、スロットルバルブが開いていると内燃機関及びその吸排気系においてこもり音が発生するといった問題点があった。一方、回生発電時のモータリングでスロットルバルブの開度が小さい場合、内燃機関の潤滑油が気筒内に吸い上げられるオイル上がりが発生する。
特にモータリングにおいては蓄電池の充電率を適切に維持するためにエンジンの強制駆動回転速度を変更して設定することが考えられるが、モータリング実行時に常にこもり音やオイル上がりを適切に低減させることが望ましい。

本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、モータリングの実行時に内燃機関からのこもり音の発生を効果的に低減させることを可能にしたハイブリッド車両を提供することにある。

上記の目的を達成するべく、本発明のハイブリッド車両は、車両に搭載される内燃機関と、前記内燃機関を駆動可能な第１電気モータと、前記車両を走行させるとともに減速走行時に回生発電可能な第２電気モータと、前記第２電気モータに電力を供給する蓄電池と、前記第１電気モータと前記第２電気モータと前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブとを制御する制御部と、を有するハイブリッド車両であって、前記蓄電池の充電量を取得する充電量検出部を備え、前記制御部は、前記第２電気モータで回生発電し前記蓄電池を充電することで前記車両を減速させる回生制動モードと、前記回生制動モード時に前記蓄電池の充電量が所定値以上の場合に、前記第１電気モータの駆動により前記内燃機関を強制駆動させるモータリングを実行して前記第２電気モータで回生発電した電力を消費するモータリングモードと、を切り替え可能であり、前記モータリングモード時に、前記蓄電池の充電量と前記第２電気モータの回生発電量とに応じて前記モータリングの回転速度を制御するとともに、前記モータリングの回転速度に応じて前記スロットルバルブの開度の目標値を制御し、前記スロットルバルブの開度は上限値が設定されており、前記上限値は前記モータリングの回転速度が上がるにつれて小さくなるように設定されることを特徴とする。

これにより、モータリング中のスロットルバルブの開度の上限値を設定することで、モータリング中において内燃機関のこもり音を抑制することができる。また、スロットルバルブの開度の上限値がモータリングの回転速度が上がるにつれて小さくなるように設定されることで、モータリングの回転速度の広い範囲で内燃機関のこもり音を抑制することができる。

好ましくは、前記モータリングモードは、前記内燃機関に燃料供給を行い燃焼させつつ前記第１電気モータで前記モータリングするものであり、前記制御部は、前記目標値が前記上限値を超える場合、前記目標値を前記上限値に設定するとともに、前記内燃機関の燃焼状態を出力トルク抑制状態にするとよい。
これにより、燃焼を伴うモータリングにより排気の温度低下を抑制し、内燃機関の排気通路に備えられる排気浄化装置における排気浄化性能を向上させるとともに、モータリングにおいてオイル上がりの発生を抑制できる。また、スロットルバルブの開度の目標値が上限値以下に抑えられることで、内燃機関の回転速度が抑えられ、モータリングにおける第１電気モータの消費電力が低下するが、内燃機関の出力トルクを抑えることで第１電気モータの消費電力を増加させ、回生制動力を確保することができる。

好ましくは、前記制御部は、前記内燃機関の吸気温度、前記内燃機関の温度、大気圧の少なくとも１つに応じて前記目標値を補正するとよい。
これにより、内燃機関の吸気温度、内燃機関の温度、大気圧に応じてスロットルバルブの目標開度を適切に設定することができる。
好ましくは、前記制御部は、前記上限値を前記車両の走行速度に応じて変更するとよい。

これにより、車両の走行音に対応してモータリングでの内燃機関のこもり音が目立たない程度に抑制しつつ、モータリングによる消費電力を増加させることができる。
好ましくは、前記上限値は、第１上限値と、前記第１上限値よりも大きい第２上限値とを有し、前記制御部は、前記車両の走行速度が所定速度以下の場合は前記上限値を前記第１上限値とし、前記走行速度が前記所定速度を超える場合は前記上限値を前記第２上限値とし、前記車両の走行中にノッキングが発生した場合は、前記走行速度が前記所定速度を超えても前記第１上限値とするとよい。

これにより、燃焼を伴うモータリング中にノッキングが発生することを抑制することができる。

本発明のハイブリッド車両によれば、モータリングモードにおいて、スロットルバルブの開度の上限値をモータリングの回転速度が上がるにつれて小さくなるように設定することで、モータリングの回転速度の広い範囲で内燃機関のこもり音を効果的に抑制することができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車の概略構成図である。 本実施形態におけるエンジンの吸排気系の概略構成図である。 モータリング時におけるスロットルバルブ開度の設定用のマップの一例である。

以下、本発明のハイブリッド車両の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両（以下、車両１という）の走行駆動系の概略構成図である。
本発明の一実施形態における車両１は、エンジン２(内燃機関)の出力によってモータジェネレータ９（第１電気モータ）を駆動して発電するとともに、前輪３を駆動する電動のフロントモータ４（第２電気モータ）を備えたプラグインハイブリッド車やハイブリッド車等の車両である。

エンジン２は、フロントトランスアクスル７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、フロントトランスアクスル７を介してモータジェネレータ９を駆動して発電させることが可能となっている。また、エンジン２と前輪３とは、フロントトランスアクスル７内に配置されたクラッチ１６を介して接続されている。
フロントモータ４は、コントロールユニット２０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１（蓄電池）やモータジェネレータ９から電力を供給されて駆動し、フロントトランスアクスル７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。

モータジェネレータ９によって発電された電力は、駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４に電力を供給可能である。駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成されている。また、駆動用バッテリ１１には、駆動用バッテリ１１の充電率（ＳＯＣ）を検出する充電率検出部１１ａ（充電量検出部）を備えている。

コントロールユニット２０（制御部）は、走行モード、フロントモータ４の出力、モータジェネレータ９の発電量及び出力、エンジン２における燃料噴射量及び燃料噴射時期、フロントトランスアクスル７におけるクラッチ１６の断接等を制御する機能を有する。走行モードは、ＥＶ走行モード、エンジン走行モード、パラレル走行モード、シリーズ走行モードを含む。
コントロールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置である。コントロールユニット２０は、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。

ＥＶモードでは、エンジン２を停止し、モータ４６を駆動して走行させる。
シリーズモードでは、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６を切断し、エンジン２によりモータジェネレータ９を駆動させることで発電を行うとともに、フロントモータ４を駆動して走行させる。なお、シリーズモードでは、エンジン２の回転速度を効率のよい値に設定する。

パラレルモードでは、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６を接続し、エンジン２及びフロントモータ４の動力を伝達して前輪３を駆動させる。
コントロールユニット２０は、例えば、高速領域のように、エンジン２の効率のよい領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、パラレルモードを除く領域、即ち中低速領域では、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣ（充電量）に基づいてＥＶモードとシリーズモードとの間で切換える。

図２は、エンジン２の吸排気系の概略構成図である。エンジン２は、例えば多気筒の内燃機関である。図２では簡略して１つの気筒のみ記載している。
エンジン２は、各気筒の吸気ポート３１に設けられた燃料噴射弁３２から、任意の噴射時期及び噴射量で各気筒の吸気ポート３１内に燃料を噴射し、点火プラグ３４によって点火可能な構成となっている。

エンジン２の吸気通路３３には、新気の流量を調整するためのスロットルバルブ３０が設けられている。
エンジン２の排気通路４０には、例えば三元触媒のような排気浄化装置４１が備えられている。
排気浄化装置４１の上流側の排気通路４０には、排気浄化装置４１に隣接してＬＡＦＳ（リニア空燃比センサ）４４が備えられている。ＬＡＦＳ２２はその検出値が目標空燃比、例えば理論空燃比を示す値になるように燃料噴射量をフィードバック制御するために使用される。

コントロールユニット２０は、エンジンの２目標出力トルクに基づいて、吸気通路に備えられているスロットルバルブ３０の目標開度を演算し、スロットルバルブ３０を制御する。
また、コントロールユニット２０は、車両の減速走行時において前輪３の回転力によりフロントモータ４を強制駆動して発電（回生発電）させるとともに、前輪３に制動力を付与させる回生制動を実行する回生制動モードが可能になっている。

回生制動モードにおける回生制動力は、シフトレバーの選択操作によって変更することができる。
更に、コントロールユニット２０は、車両減速走行時における回生制動モードにおいて、例えば駆動用バッテリ１１の充電率が満充電付近の閾値（所定値）以上になった場合に、モータジェネレータ９に電力を供給して作動させエンジン２を回転駆動させるモータリングを実行するモータリングモードが可能である。本実施形態では、モータリングモードでは、燃料噴射量をアイドリング程度にして出力を抑えつつ燃焼を継続させ、燃焼によるエンジン２のトルク、若しくは回転速度を超えるトルク、若しくは回転速度（モータリング速度）でモータリングが実行される。

モータリングモードでは、モータジェネレータ９によりエンジン２を駆動することで電力消費される。これにより、駆動用バッテリ１１の充電率が満充電付近であっても回生制動力を確保することができる。
コントロールユニット２０は、モータリングモードにおいて、駆動用バッテリ１１の充電量（充電率）とフロントモータ４における回生発電量とに応じてモータジェネレータ９を制御してモータリングによるエンジン回転速度（モータリング速度）を制御する。例えばフロントモータ４における回生発電量はコントロールユニット２０から入力すればよい。更に、コントロールユニット２０は、モータリングモードにおいてスロットルバルブ３０の開度の上限値を設定する。

以下、モータリングモードにおけるモータリング速度及びスロットルバルブ３０の開度の詳細な制御について説明する。
図３は、モータリング時におけるスロットルバルブ開度の設定用のマップの一例である。
コントロールユニット２０は、モータリング速度、即ちモータリング時におけるエンジン回転速度Ｎｅに基づいてスロットルバルブ３０の開度目標値ＷＯＴを演算する。具体的には、フロントモータ４における回生発電量のうち、駆動用バッテリ１１に充電できない分の電力を消費できるようにモータリング速度を決定し、図３の太線に基づいて決定したモータリング速度に対応するスロットルバルブ３０の開度を開度目標値ＷＯＴに設定する。

図３に示すように、モータリング時におけるスロットルバルブ３０の開度目標値ＷＯＴは、１００％以下の上限値ＷＯＴmaxが設定されている。
また、モータリング時におけるスロットルバルブ３０の開度目標値の上限値ＷＯＴmaxは、モータリング回転速度が高くなるに伴って小さくなるように設定される。
開度目標値ＷＯＴが上限値ＷＯＴmaxを超えている場合、開度目標値ＷＯＴを上限値ＷＯＴmaxに更新する。そして、更新された開度目標値ＷＯＴ（上限値ＷＯＴmax）に対応したモータリング速度でモータリングを行う。

モータリング時におけるこもり音は、スロットルバルブ３０の開度が開きすぎると発生し、モータリング回転速度が高いほど、即ち吸気量が多いほど小さなスロットルバルブ３０の開度でも発生する。
したがって、上記のようにスロットルバルブ３０の開度目標値の上限値ＷＯＴmaxをモータリング回転速度が高くなるに伴って小さくなるように設定することで、モータリング回転速度の広い範囲でこもり音を抑制することができる。

また本実施形態では、上記のようにモータリングモードにおいて、エンジン２への燃料供給を完全に停止するのではなく、わずかに燃料供給をして燃焼を維持させるようにしている。このように燃料供給量を抑えて燃焼を維持させることで、内燃機関の温度低下を抑制し、エンジン２の排気通路に備えられた三元触媒等の排気浄化装置の温度低下を抑制することができる。これにより、モータリングモードから例えば加速走行に移行した場合に、加速走行直後での排気性能の低下を抑制することができる。また、燃焼を伴うモータリングモードとすることで、モータリングにおいてオイル上がりが発生することを抑制できる。

このように、燃焼を伴うモータリングモードにおいて、スロットルバルブ３０の目標開度が上限値ＷＯＴmaxを超えた場合に、目標開度を上限値に抑えるとともに、例えば点火時期をリタードしてエンジン２の出力トルクを更に抑える燃焼状態（出力トルク抑制状態）にするとよい。
これにより、目標開度が上限値に抑えられることで、エンジン２の回転速度（モータリング速度）が抑えられ、モータリングによる消費電力が必要量よりも低下してしまうが、点火時期をリタードしてエンジン２の出力トルクを抑えることでモータリングによるフリクションを増加させてモータジェネレータ９による消費電力を増加させ、回生制動力を確保することができる。

また、モータリングモードにおけるスロットルバルブ３０の目標開度を、吸気温度、内燃機関の温度（水温や油温等）大気圧の少なくとも１つに応じて補正するとよい。
例えば吸気温度が低い場合、エンジン温度（水温や油温）が低い場合、大気圧が高い場合には、スロットルバルブ３０の目標開度を小さくするように補正し、吸気温度が高い場合、エンジン温度（水温や油温）が高い場合、大気圧が低い場合には、目標開度を大きくするように補正する。本実施形態では、図３の太線の傾きを変更することにより目標開度の補正を行う。

吸気温度が低い場合、エンジン温度（水温や油温）が低い場合、大気圧が高い場合には吸気量を増やさないとエンジン２の燃焼を維持できないため、目標開度を大きくする。
また、コントロールユニット２０は、上限値ＷＯＴmaxを車速（車両１の走行速度）に基づいて変更するようにしてもよい。図２に示すように、車速が所定速度（例えば８０ｋｍ/ｈ）以下の場合は上限値ＷＯＴmaxLv1（第１上限値）とし、車速が所定速度を超える場合は上限値ＷＯＴmaxLv1よりも高い上限値ＷＯＴmaxLv2（第２上限値）とする。なお、上限値ＷＯＴmaxLv1及び上限値ＷＯＴmaxLv2は、いずれもモータリング速度が高くなるに伴って小さくなるように設定される。

このように、車速が高くなると、回生発電による発電電力が増加するので、上限値ＷＯＴmaxを高く設定することで、モータリングによる消費電力を増加可能にする。このとき、車速が高いので走行音が大きく、こもり音が目立たない。また、車速が低くなった場合には上限値ＷＯＴmaxを低く設定してこもり音を抑制する。
更に、車速に応じて上限値ＷＯＴmaxLv1及び上限値ＷＯＴmaxLv2を設定する場合に、車両走行中、具体的にはエンジン２を燃焼させながら走行しているときに、エンジン２でノッキングが発生した場合には、車速が所定速度を超えていても上限値ＷＯＴmaxLv1に抑えるとよい。なお、ノッキングの発生は、エンジン２に備えられているノックセンサにより検出すればよい。これにより、燃焼を伴うモータリング中にノッキングが発生することを抑制することができる。

なお、本願発明は、上記実施形態に限定するものでない。例えば上記の各種制御の詳細について適宜変更してもよい。また、上記実施形態では、モータリングモードを実行する際に燃焼を伴ってモータリングを行うものとしたが、回生発電モードと同様に燃料噴射が停止された状態（燃焼を伴わない）でモータリングを行うものとしてもよい。また、燃焼を伴うモータリングと燃焼を伴わないモータリングとを適宜切り替えてもよい。また、出力トルク抑制状態は、点火時期のリタードに限らず、例えば燃料噴射量をさらに抑制するものであってもよい。

本発明は、回生発電及びモータリングが可能なハイブリッド車両に広く適用できる。

１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
４ フロントモータ（第２電気モータ）
９ モータジェネレータ（第１電気モータ）
１１ 駆動用バッテリ（蓄電池）
１１ａ 充電率検出部（充電量検出部）
３０ スロットルバルブ
２０ コントロールユニット（制御部）

Claims (5)

1. 車両に搭載される内燃機関と、前記内燃機関を駆動可能な第１電気モータと、前記車両を走行させるとともに減速走行時に回生発電可能な第２電気モータと、前記第２電気モータに電力を供給する蓄電池と、前記第１電気モータと前記第２電気モータと前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットルバルブとを制御する制御部と、を有するハイブリッド車両であって、
   前記蓄電池の充電量を取得する充電量検出部を備え、
   前記制御部は、
   前記第２電気モータで回生発電し前記蓄電池を充電することで前記車両を減速させる回生制動モードと、前記回生制動モード時に前記蓄電池の充電量が所定値以上の場合に、前記第１電気モータの駆動により前記内燃機関を強制駆動させるモータリングを実行して前記第２電気モータで回生発電した電力を消費するモータリングモードと、を切り替え可能であり、
   前記モータリングモード時に、前記蓄電池の充電量と前記第２電気モータの回生発電量とに応じて前記モータリングの回転速度を制御するとともに、前記モータリングの回転速度に応じて前記スロットルバルブの開度の目標値を制御し、
   前記スロットルバルブの開度は上限値が設定されており、前記上限値は前記モータリングの回転速度が上がるにつれて小さくなるように設定される
   ことを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記モータリングモードは、前記内燃機関に燃料供給を行い燃焼させつつ前記第１電気モータで前記モータリングするものであり、
   前記制御部は、前記目標値が前記上限値を超える場合、前記目標値を前記上限値に設定するとともに、前記内燃機関の燃焼状態を出力トルク抑制状態にする
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御部は、前記内燃機関の吸気温度、前記内燃機関の温度、大気圧の少なくとも１つに応じて前記目標値を補正する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
4. 前記制御部は、前記上限値を前記車両の走行速度に応じて変更する
   ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
5. 前記上限値は、第１上限値と、前記第１上限値よりも大きい第２上限値とを有し、
   前記制御部は、前記車両の走行速度が所定速度以下の場合は前記上限値を前記第１上限値とし、前記走行速度が前記所定速度を超える場合は前記上限値を前記第２上限値とし、
   前記車両の走行中にノッキングが発生した場合は、前記走行速度が前記所定速度を超えても前記第１上限値とする
   ことを特徴とする請求項４に記載のハイブリッド車両。