KR20080073756A - 동력출력장치 및 그 제어방법 및 차량 - Google Patents

동력출력장치 및 그 제어방법 및 차량 Download PDF

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KR20080073756A
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다이고 안도
츠카사 아베
마모루 도마츠리
도시오 이노우에
šœ스케 후시키
게이코 하세가와
게이타 후쿠이
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도요다 지도샤 가부시끼가이샤
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Abstract

엔진 요구 파워(Pe＊)가 상한 파워(Pemax) 이하일 때에는, 이론공연비로 공연비 제어하였을 때에 얻어지는 기준 동작 라인을 사용하여 엔진의 목표 회전수(Ne＊)와 목표 토오크(Te＊)를 설정한다(S125). 한편, 엔진 요구 파워(Pe＊)가 상한 파워(Pemax)를 넘을 때에는, 기설정된 연료 증량 금지 조건이 성립하여 있지 않을 때에는 목표회전수(Ne＊)를 상한회전수(Nemax)로 설정하고(단계 S140), 엔진 요구 파워(Pe＊)에 의거하여 엔진(22)의 공연비 제어에 사용하는 목표공연비를 리치 공연비로 설정한다(S150).

Description

동력출력장치 및 그 제어방법 및 차량 {POWER OUTPUT APPARATUS, CONTROL METHOD OF POWER OUTPUT APPARATUS, AND VEHICLE EQUIPPED WITH POWER OUTPUT APPARATUS}
본 발명은, 동력출력장치 및 그 제어방법 및 차량에 관한 것이다.
종래, 구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치로서는, 예를 들면 특허문헌 1에 나타내는 바와 같이, 동력원으로서 엔진과 모터를 구비하고, 엔진을 동력원으로 하여 동력을 출력할 때에 제너레이터를 회전 구동하여 배터리를 충전하는 것이 제안되어 있다. 이 특허문헌 1에 개시되어 있는 동력출력장치에서는, 운전자의 요구 파워의 증대시에는, 엔진 회전수를 유지한 채 스로틀 밸브보다도 응답성이 우수한 출력증대수단에 의하여 엔진 토오크를 신속하게 증대시킴으로써, 충분한 동력을 얻을 수 있도록 하고 있다. 또한, 출력증대수단으로서, 가변 밸브 타이밍 기구나 D4 린 번(lean burn), 파워 증량, 터보 챠저 등이 예시되어 있다.
이 특허문헌 1에서는, 원래, 연비 중시의 기준 동작 라인에 의거하여 엔진에 요구되어 있는 파워를 출력 가능한 운전 포인트를 설정하고, 그 운전 포인트에서 엔진을 운전하는 것이 바람직하나, 운전자의 요구 파워의 증대시에는 그 요구에 신속하게 응하는 것을 우선하여 일시적으로 기준 동작 라인으로부터 벗어난 운전 포 인트에서 엔진을 운전하도록 하고 있다.
[특허문헌 1]
일본국 특개2001-112115호 공보
그러나, 특허문헌 1에서는, 엔진 회전수가 어떠한 규제에 의하여 정해져 있는 상한 회전수에 도달하는 경우의 엔진의 제어에 대해서는, 특히 고려되어 있지 않다. 이 때문에, 엔진 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 예를 들면 충전 파워의 증가 등에 의하여 엔진 요구 파워가 느리게 증가할 때에는, 기준 동작 라인에 의거하여 엔진의 운전 포인트를 회전수가 높은 측으로 변경하게 되나, 엔진 회전수는 상한 회전수를 넘을 수 없기 때문에, 결국 운전 포인트를 변경할 수 없고, 엔진 요구 파워에 적합한 파워를 출력할 수 없게 된다.
본 발명의 동력출력장치 및 그 제어방법 및 차량은, 내연기관의 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 내연기관에 요구되는 동력이 느리게 증가했다고 하여도 대처할 수 있게 하는 것을 목적의 하나로 한다. 또, 이러한 대처를 축전수단에 대한 과충전을 방지하면서 실행하는 것을 목적의 하나로 한다.
본 발명의 동력출력장치 및 그 제어방법 및 차량은, 상기한 목적의 적어도 하나를 달성하기 위하여 이하의 수단을 채용하였다.
본 발명의 동력출력장치는,
구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서,
내연기관과,
상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 동반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력 가능한 전력 동력 입출력수단과,
상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력을 주고받음이 가능한 축전수단과,
상기 구동축에 요구되는 구동축 요구 동력을 설정하는 구동축 요구 동력 설정수단과,
상기 축전수단의 상태와 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하여 상기 내연기관에 요구되는 내연기관 요구 동력을 설정하는 내연기관 요구 동력 설정수단과,
상기 내연기관의 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하는 경우에 있어서 이론공연비 또는 그 근방에서 공연비 제어를 실행하였을 때에 얻어지는 기준 동작 라인과 상기 상한 회전수에 의거하여 산출되는 상기 내연기관이 출력 가능한 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있는 경우에는, 상기 내연기관의 회전수를 유지한 채 상기 설정된 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량 파라미터를 설정하고 상기 설정된 연료 증량 파라미터에 대응하는 양의 연료가 분사됨과 동시에 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하는 동력이 상기 구동축에 출력되도록 상기 내연기관과 상기 전력 동력 입출력수단과 상기 전동기를 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 요지로 한다.
이 동력출력장치에서는, 내연기관의 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하는 경우에 있어서 이론공연비 또는 그 근방에서 공연비 제어를 실행하였을 때에 얻어지는 기준 동작 라인과 상한 회전수에 의거하여 산출되는 상기 내연기관이 출력 가능한 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있는 경우에는, 상기 내연기관의 회전수를 유지한 채, 설정된 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량 파라미터를 설정하고 상기 설정된 연료 증량 파라미터에 대응하는 양의 연료가 분사됨과 동시에 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하는 동력이 상기 구동축에 출력되도록 내연기관과 전력 동력 입출력수단과 전동기를 제어한다. 여기서, 내연기관의 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 내연기관 요구 동력이 느리게 증가할 때 등에는, 기준 동작 라인에 의거하여 내연기관의 운전 포인트를 회전수가 높은 측으로 변경하려고 하여도 상한 회전수에 도달하여 있기 때문에 변경할 수 없어, 그 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량을 행함으로써 내연기관으로부터 출력되는 동력을 증가하도록 하고 있다. 따라서, 내연기관의 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 내연기관에 요구되는 동력이 느리게 증가했다고 하여도 대처할 수 있다.
본 발명의 동력출력장치에서, 상기 상한 회전수는, 상기 내연기관의 운전에 의하여 발생하는 소음의 레벨에 의거하여 정해져 있는 것으로 하여도 된다. 이렇게 하면, 내연기관의 운전에 의하여 발생하는 소음을 적절히 방지하면서, 내연기관으로부터 출력되는 동력을 증가할 수 있다. 또한, 내연기관의 상한 회전수는, 다른 요인에 의하여 정해져 있어도 되고, 예를 들면 내연기관의 성능이나 수명 외에, 전력 동력 입출력수단이나 전동기, 축전수단 등의 사정을 고려하여 정해져 있어도 된다.
본 발명의 동력출력장치에서, 상기 제어수단은, 상기 내연기관의 회전수가 상기 상한 회전수에 도달하는 경우에 연료를 증량하는데 있어서, 상기 축전수단의 입력 제한에 의거하여 설정되는 내연기관 요구 동력의 최대값을 넘지 않는 범위에서 연료를 증량하는 것으로 하여도 된다. 이렇게 하면, 내연기관의 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 내연기관에 요구되는 동력이 증가하였을 때의 대처를, 축전수단에 대한 과충전을 방지하면서 실행할 수 있다.
본 발명의 동력출력장치에서, 상기 제어수단은, 상기 내연기관의 현 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하고 있는 경우에 있어서, 상기 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있을 때라도, 기설정된 연료 증량 금지 조건이 성립하여 있을 때에는 연료의 증량을 행하지 않는 것으로 하여도 된다. 이렇게 하면, 연료 증량 금지 조건이 성립하여 있을 때에는, 내연기관은 기준 동작 라인상의 운전 포인트에서 운전되게 되기 때문에 배기가스 성분(에미션)이나 연비가 양호해진다.
여기서, 기설정된 연료 증량 금지 조건은, 연비 우선 모드로 설정되어 있다는 조건, 기설정된 지역에서 운전을 행하고 있다는 조건, 연료 잔량이 기설정된 소량 영역에 있다는 조건 및 상기 내연기관의 배기경로에 배치된 배기가스 정화 촉매가 기설정된 활성화 온도에 도달하여 있지 않다는 조건으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나로 하여도 된다. 연비 우선 모드로 설정되어 있는 경우에는, 운전자가 동력 성능보다도 연비를 우선하고 있기 때문에 연료 증량을 금지하는 것이 바람직하다. 또, 기설정된 지역(예를 들면 시가지나 주거 전용 지역 등)에서 운전을 행하고 있는 경우에는, 배기가스에 의한 환경 부하의 증가를 회피하는 관점에서 연료 증량을 금지하는 것이 바람직하다. 또, 연료 잔량이 기설정된 소량 영역(예를 들면 퓨엘 램프가 점등하는 영역)에 있는 경우에는, 남아있는 연료로 주행 가능한 거리를 버는 관점에서 연료 증량을 금지하는 것이 바람직하다. 또, 배기가스 정화 촉매가 기설정된 활성화 온도에 도달하여 있지 않은 경우에는, 배기가스에 연료 유래(由來) 성분이 농후하게 함유되면 충분하게 정화할 수 없는 우려가 있기 때문에 연료 증량을 금지하는 것이 바람직하다.
본 발명의 동력출력장치에서, 상기 전력 동력 입출력수단은, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 회전축과의 3축에 접속되고 상기 3축 중 어느 2축에 입출력되는 동력에 의거하여 나머지 축에 동력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단과, 상기 회전축에 동력을 입출력 가능한 발전기를 구비하는 수단이라고 하여도 된다.
본 발명의 차량은, 상기의 어느 하나의 형태의 본 발명의 동력출력장치를 탑재하고, 차축이 상기 구동축에 연결되어 이루어지는 것을 요지로 한다. 이 차량에서는, 상기의 어느 하나의 형태의 본 발명의 동력출력장치를 탑재하는 것이므로, 본 발명의 동력출력장치가 이루는 효과, 예를 들면, 내연기관의 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 내연기관에 요구되는 동력이 느리게 증가했다고 하여도 대처할 수 있다는 효과를 가진다.
본 발명의 동력출력장치의 제어방법은,
내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 동반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력 가능한 전력 동력 입출력수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와, 상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단을 구비하는 동력출력장치의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 구동축에 요구되는 구동축 요구 동력을 설정하고,
(b) 상기 축전수단의 상태와 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하여 상기 내연기관에 요구되는 내연기관 요구 동력을 설정하고,
(c) 상기 내연기관의 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하는 경우에 있어서 이론공연비 또는 그 근방에서 공연비 제어를 실행하였을 때에 얻어지는 기준 동작 라인과 상기 상한 회전수에 의거하여 산출되는 상기 내연기관이 출력 가능한 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있는 경우에는, 상기 내연기관의 회전수를 유지한 채 상기 설정된 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량 파라미터를 설정하고 상기 설정된 연료 증량 파라미터에 대응하는 양의 연료가 분사됨과 동시에 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하는 동력이 상기 구동축에 출력되도록 상기 내연기관과 상기 전력 동력 입출력수단과 상기 전동기를 제어하는 것을 요지로 한다.
이 동력출력장치의 제어방법에서는, 내연기관의 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하는 경우에 있어서 이론공연비 또는 그 근방에서 공연비 제어를 실행하였을 때에 얻어지는 기준 동작 라인과 상한 회전수에 의거하여 산출되는 상기 내연기관이 출력 가능한 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있는 경우에는, 상기 내연기관의 회전수를 유지한 채, 설정된 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량 파라미터를 설정하고 상기 설정된 연료 증량 파라미터에 대응하는 양의 연료가 분사됨과 동시에 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하는 동력이 상기 구동축에 출력되도록 내연기관과 전력 동력 입출력수단과 전동기를 제어한다. 여기서, 내연기관의 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 내연기관 요구 동력이 느리게 증가할 때 등에는, 기준 동작 라인에 의거하여 내연기관의 운전 포인트를 회전수가 높은 측으로 변경하려고 하여도 상한 회전수에 도달하여 있기 때문에 변경할 수 없어, 그 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량을 행함으로써 내연기관으로부터 출력되는 동력을 증가하도록 하고 있다. 따라서, 내연기관의 회전수가 상한 회전수에 도달한 후 내연기관에 요구되는 동력이 느리게 증가했다고 하여도 대처할 수 있다. 또한, 이 동력출력장치의 제어방법에서, 상기의 어느 하나의 형태의 본 발명의 동력출력장치의 각종 기능을 실현하기 위한 동작이나 단계를 더하여도 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예인 동력출력장치를 탑재한 하이브리드 자동차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 2는 엔진(22)의 구성의 개략을 나타내는 구성도,
도 3은 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)에 의하여 실행되는 구동 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트,
도 4는 배터리(50)에서의 전지온도(Tb)와 입출력 제한(Win, Wout)과의 관계의 일례를 나타내는 설명도,
도 5는 배터리(50)의 나머지 용량(SOC)과 입출력 제한(Win, Wout)의 보정계수와의 관계의 일례를 나타내는 설명도,
도 6은 요구 토오크 설정용 맵의 일례를 나타내는 설명도,
도 7은 엔진(22)의 기준 동작 라인의 일례와 목표 회전수(Ne＊) 및 목표 토오크(Te＊)를 설정하는 모양을 나타내는 설명도
도 8은 엔진 요구 파워(Pe＊)가 상한 파워(Pemax)를 넘을 때에 사용하는 목표공연비 설정용 맵의 일례를 나타내는 설명도,
도 9는 플래니터리 기어(30)의 회전요소에서의 회전수와 토오크와의 역학적인 관계를 나타내는 공선도의 일례를 나타내는 설명도
도 10은 변형예의 하이브리드 자동차(120)의 구성의 개략를 나타내는 구성도,
도 11은 변형예의 하이브리드 자동차(220)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다.
다음에, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 실시예를 이용하여 설명한다.
(실시예)
도 1은, 본 발명의 일 실시예인 동력출력장치를 탑재한 하이브리드 자동 차(20)의 구성의 개략을 나타내는 구성도, 도 2는 이 하이브리드 자동차(20)의 엔진(22)의 구성의 개략을 나타내는 구성도이다. 실시예의 하이브리드 자동차(20)는, 도면에 나타내는 바와 같이, 엔진(22)과, 엔진(22)의 출력축으로서의 크랭크 샤프트(26)에 댐퍼(28)를 거쳐 피니온 기어(33)를 회전시키는 캐리어(34)가 접속된 플래니터리 기어(30)와, 플래니터리 기어(30)의 선 기어(31)에 접속된 발전 가능한 모터(MG1)와, 플래니터리 기어(30)의 링 기어(32)에 접속된 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 감속 기어(35)를 거쳐 접속된 모터(MG2)와, 현재 위치로부터 목적지까지의 경로를 검색하여 경로 안내를 하는 내비게이션 시스템(90)과, 하이브리드 자동차(20) 전체를 컨트롤하는 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)을 구비한다. 또한, 구동축으로서의 링 기어축(32a)은 동력 전달 기어(60)와 디퍼런셜 기어(62)를 거쳐 구동륜(63a, 63b)이 설치된 차축(64)에 접속되어 있고, 링 기어축(32a)에 출력되는 동력은 주행용의 동력으로서 사용된다.
엔진(22)은, 예를 들면 가솔린 또는 경유 등의 탄화수소계의 연료에 의해 동력을 출력 가능한 내연기관으로서 구성되어 있고, 도 2에 나타내는 바와 같이, 에어 클리너(122)에 의해 청정된 공기를 스로틀 밸브(124)를 거쳐 흡입함과 동시에 연료 분사 밸브(126)로부터 가솔린을 분사하여 흡입된 공기와 가솔린을 혼합하고, 이 혼합기를 흡기 밸브(128)를 거쳐 연료실에 흡입하고, 점화 플러그(130)에 의한 전기 불꽃에 의하여 폭발 연소시켜, 그 에너지에 의해 밀어내어지는 피스톤(132)의 왕복 운동을 크랭크 샤프트(26)의 회전운동으로 변환한다. 엔진(22)으로부터의 배기는, 일산화탄소(CO)나 탄화수소(HC), 질소 산화물(NOx)의 유해성분를 정화하는 정화장치(삼원촉매)(134)를 거쳐 외기로 배출된다.
엔진(22)은, 엔진용 전자 제어 유닛(이하, 엔진 ECU라 한다)(24)에 의해 제어되고 있다. 엔진 ECU(24)는, CPU(24a)를 중심으로 하는 마이크로 프로세서로서 구성되어 있고, CPU(24a) 외에 처리 프로그램을 기억하는 ROM(24b)과, 데이터를 일시적으로 기억하는 RAM(24c)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비하고 있다. 엔진 ECU(24)에는, 엔진(22)의 상태를 검출하는 여러가지의 센서로부터의 신호가 도시 생략한 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 예를 들면, 엔진 ECU(24)에는, 크랭크 샤프트(26)의 회전 위치를 검출하는 크랭크 포지션 센서(140)로부터의 크랭크 포지션이나 엔진(22)의 냉각수의 온도를 검출하는 수온센서(142)로부터의 냉각수온, 연소실에 흡배기(吸排氣)를 행하는 흡기 밸브(128)나 배기 밸브를 개폐하는 캠 샤프트의 회전 위치를 검출하는 캠 포지션 센서(144)로부터의 캠 포지션, 스로틀 밸브(124)의 포지션을 검출하는 스로틀 밸브 포지션 센서(146)로부터의 스로틀 포지션, 정화장치(134)에 설치된 촉매 상온 센서(135)로부터의 촉매 상온(Tcat) 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 또, 엔진 ECU(24)로부터는, 엔진(22)을 구동하기 위한 여러가지의 제어 신호가 도시 생략한 출력 포트를 거쳐 출력되고 있다. 예를 들면, 엔진 ECU(24)로부터는, 연료 분사 밸브(126)에 대한 구동신호나, 스로틀 밸브(124)의 포지션을 조절하는 스로틀 모터(136)에 대한 구동신호, 이그나이터와 일체화된 이그니션 코일(138)에 대한 제어 신호, 흡기 밸브(128)의 개폐 타이밍의 변경 가능한 가변 밸브 타이밍 기구(150)에 대한 제어 신호 등이 출력 포트를 거쳐 출력되고 있다. 또, 엔진 ECU(24)는, 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)과 통 신하고 있고, 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)으로부터의 제어 신호에 의해 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 필요에 따라 엔진(22)의 운전상태에 관한 데이터를 출력한다.
모터(MG1) 및 모터(MG2)는, 어느 것이나 발전기로서 구동할 수 있음과 동시에 전동기로서 구동할 수 있는 주지의 동기(同期) 발전 전동기로서 구성되어 있고, 인버터(41, 42)를 거쳐 배터리(50)와 전력의 주고받음을 행한다. 모터(MG1, MG2)는, 어느 것이나 모터용 전자 제어 유닛(이하, 모터 ECU라 한다)(40)에 의해 구동 제어되고 있다. 모터 ECU(40)에는, 모터(MG1, MG2)를 구동 제어하기 위하여 필요한 신호, 예를 들면 모터(MG1, MG2)의 회전자의 회전 위치를 검출하는 회전 위치 검출센서(43, 44)로부터의 신호나 도시 생략한 전류센서에 의해 검출되는 모터(MG1, MG2)에 인가되는 상전류(相電流) 등이 입력되어 있고, 모터 ECU(40)로부터는, 인버터(41, 42)에 대한 스위칭 제어 신호가 출력되고 있다. 모터 ECU(40)는, 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)과 통신하고 있고, 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)으로부터의 제어 신호에 의하여 모터(MG1, MG2)를 구동 제어함과 동시에 필요에 따라 모터(MG1, MG2)의 운전상태에 관한 데이터를 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)에 출력한다.
배터리(50)는, 배터리용 전자 제어 유닛(이하, 배터리 ECU라 한다)(52)에 의하여 관리되고 있다. 배터리 ECU(52)에는, 배터리(50)를 관리하는 데 필요한 신호, 예를 들면, 배터리(50)의 단자간에 설치된 도시 생략한 전압센서로부터의 단자간 전압, 배터리(50)의 출력단자에 접속된 전력 라인(54)에 설치된 도시 생략한 전류 센서로부터의 충방전 전류, 배터리(50)에 설치된 온도센서(51)로부터의 전지온도(Tb) 등이 입력되어 있고, 필요에 따라 배터리(50)의 상태에 관한 데이터를 통신에 의해 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)에 출력한다. 또한, 배터리 ECU(52)에서는, 배터리(50)를 관리하기 위하여 전류센서에 의하여 검출된 충방전 전류의 적산값에 의거하여 나머지 용량(SOC)도 연산하고 있다.
내비게이션 시스템(90)은, 도시 생략한 지자기(地磁氣)센서나 자이로스코프로 이루어지는 방위센서(92)와, 위성으로부터의 전파에 의거하여 차량의 현재 위치에 관한 정보 등의 데이터를 수신하는 GPS안테나(94)와, 차량의 현재 위치에 관한 정보를 표시함과 동시에 조작자로부터의 목적지 설정 조작을 포함하는 각종 조작을 입력 가능한 터치 패널식의 디스플레이(96)와, 지도 정보가 기록된 DVD나 하드디스크 등의 도시 생략한 기록매체나 통신 포트를 내장하는 시스템 본체(98)를 구비하고, 지도 정보와 현재 위치와 목적지에 의거하여 목적지까지의 경로를 탐색하는 시스템으로서 구성되어 있다. 이 내비게이션 시스템(90)은, 필요에 따라 차량의 현재 위치와 그 현재 위치에 대응하는 용도 지역 등의 정보를 통신 포트를 거쳐 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)에 송신하거나 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)으로부터의 지령을 수신하여 디스플레이(96)에 여러가지의 정보를 표시하기도 한다. 용도 지역이란, 여기서는 도시계획법에 의하여 정해져 있는 주거계, 상업계, 공업계라는 구분으로 하였다.
하이브리드용 전자 제어 유닛(70)은, CPU(72)를 중심으로 하는 마이크로 프로세서로서 구성되어 있고, CPU(72) 외에 처리프로그램을 기억하는 ROM(74)과, 데 이터를 일시적으로 기억하는 RAM(76)과, 도시 생략한 입출력 포트 및 통신 포트를 구비한다. 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)에는, 이그니션 스위치(80)로부터의 이그니션 신호, 시프트 레버(81)의 조작 위치를 검출하는 시프트 포지션 센서(82)로부터의 시프트 포지션(SP), 액셀러레이트 페달(83)의 밟음 량을 검출하는 액셀러레이트 페달 포지션 센서(84)로부터의 액셀러레이트 개도(Acc), 브레이크 페달(85)의 밟음 량을 검출하는 브레이크 페달 포지션 센서(86)로부터의 브레이크 페달 포지션(BP), 차속센서(88)로부터의 차속(V), 운전자가 동력 성능보다도 연비를 우선하고 싶은 때에 온 되는 연비 우선 모드 스위치(56)로부터의 모드 신호(M), 도시 생략한 연료탱크의 연료의 잔량을 검출하는 연료 잔량센서(58)로부터의 연료 잔량(RF) 등이 입력 포트를 거쳐 입력되어 있다. 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)은, 상기한 바와 같이, 엔진 ECU(24)나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52), 내비게이션 시스템(90)과 통신 포트를 거쳐 접속되어 있고, 엔진 ECU(24)나 모터 ECU(40), 배터리 ECU(52), 내비게이션 시스템(90)과 각종 제어 신호나 데이터의 주고받음을 행하고 있다.
이렇게 하여 구성된 실시예의 하이브리드 자동차(20)는, 운전자에 의한 액셀러레이트 페달(83)의 밟음 량에 대응하는 액셀러레이트 개도(Acc)와 차속(V)에 의거하여 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력해야 할 요구 토오크를 계산하고, 이 요구 토오크에 대응하는 요구 동력이 링 기어축(32a)에 출력되도록, 엔진(22)과 모터(MG1)와 모터(MG2)가 운전 제어된다. 엔진(22)과 모터(MG1)와 모터(MG2)의 운전 제어로서는, 요구 동력에 알맞은 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부가 플래니터리 기어(30)와 모터(MG1)와 모터(MG2)에 의하여 토오크 변환되어 링 기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동 제어하는 토오크 변환 운전 모드나 요구 동력과 배터리(50)의 충방전에 필요한 전력과의 합에 알맞은 동력이 엔진(22)으로부터 출력되도록 엔진(22)을 운전 제어함과 동시에 배터리(50)의 충방전을 동반하여 엔진(22)으로부터 출력되는 동력의 전부 또는 그 일부가 플래니터리 기어(30)와 모터(MG1)와 모터(MG2)에 의한 토오크 변환을 동반하여 요구 동력이 링 기어축(32a)에 출력되도록 모터(MG1) 및 모터(MG2)를 구동 제어하는 충방전 운전 모드, 엔진(22)의 운전을 정지하여 모터(MG2)로부터의 요구 동력에 알맞은 동력을 링 기어축(32a)에 출력하도록 운전 제어하는 모터 운전 모드 등이 있다.
다음에, 본 실시예의 하이브리드 자동차(20)의 동작에 대하여 설명한다. 도 3은, 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)에 의해 기설정된 타이밍마다(예를 들면 수 msec 마다) 반복하여 실행되는 구동 제어 루틴의 일례를 나타내는 플로우차트이다.
구동 제어 루틴이 실행되면, 하이브리드용 전자 제어 유닛(70)의 CPU(72)는, 먼저, 액셀러레이트 페달 포지션 센서(84)로부터의 액셀러레이트 개도(Acc)나 차속센서(88)로부터의 차속(V), 연비 우선 모드 스위치(56)로부터의 모드 신호(M), 연료 잔량센서(58)로부터의 연료 잔량(RF), 모터(MG1, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2), 엔진(22)의 회전수(Ne), 촉매 상온(Tcat), 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout), 차량 현재지에 관한 정보(NAV) 등 제어에 필요한 데이터를 입력하는 처리를 실행한다(단계 S100). 여기서, 모터(MG1, MG2)의 회전수(Nm1, Nm2)는, 회전 위치 검출센 서(43, 44)에 의해 검출되는 모터(MG1, MG2)의 회전자의 회전 위치에 의거하여 계산된 것을 모터 ECU(40)로부터 통신에 의해 입력하는 것으로 하였다. 엔진(22)의 회전수(Ne)는 크랭크 샤프트(26)에 설치된 크랭크 포지션 센서(140)로부터의 신호에 의거하여 계산된 것을, 또, 촉매 상온(Tcat)은 촉매 상온 센서(135)로부터의 신호에 의거하여 산출된 것을, 엔진 ECU(24)로부터 통신에 의해 입력하는 것으로 하였다. 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)은, 온도센서(51)에 의해 검출된 배터리(50)의 전지온도(Tb)에 의거하여 입출력 제한(Win, Wout)의 기본값을 설정하고, 배터리(50)의 나머지 용량(SOC)에 의거하여 출력 제한용 보정계수와 입력 제한용 보정계수를 설정하고, 설정한 입출력 제한(Win, Wout)의 기본값에 보정계수를 곱하여 입출력 제한(Win, Wout)을 설정한 것을 배터리 ECU(52)로부터 통신에 의해 입력하는 것으로 하였다. 도 4에 전지온도(Tb)와 입출력 제한(Win, Wout)과의 관계의 일례를 나타내고, 도 5에 배터리(50)의 나머지 용량(SOC)과 입출력 제한(Win, Wout)의 보정계수와의 관계의 일례를 나타낸다. 차량 현재지에 관한 정보(NAV)는, 차량의 현재 위치와 그것에 대응하는 용도 지역을 포함하는 정보를 내비게이션 시스템(90)으로부터 통신에 의해 입력하는 것으로 하였다.
이렇게 하여 데이터를 입력하면, 입력한 액셀러레이트 개도(Acc)와 차속(V)에 의거하여 차량에 요구되는 토오크로서 구동륜(63a, 63b)에 연결된 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력해야 할 주행 요구 토오크(Tr＊)와 엔진(22)에 요구되는 엔진 요구 파워(Pe＊)를 설정한다(단계 S110). 주행 요구 토오크(Tr＊)는, 실시예에서는, 액셀러레이트 개도(Acc)와 차속(V)과 주행 요구 토오크(Tr＊)와의 관계를 미리 정하여 요구 토오크 설정용 맵으로서 ROM(74)에 기억하여 두고, 액셀러레이트 개도(Acc)와 차속(V)이 주어지면 기억하고 있는 맵으로부터 대응하는 주행 요구 토오크(Tr＊)를 도출하여 설정하는 것으로 하였다. 도 6에 요구 토오크 설정용 맵의 일례를 나타낸다. 엔진 요구 파워(Pe＊)는, 설정한 주행 요구 토오크(Tr＊)에 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)를 곱하여 얻어지는 주행 요구 파워(Pr＊)와 배터리(50)가 요구하는 충방전 요구 파워(Pb＊)(방전시에 양, 충전시에 음)와 로스(Loss)로 나타내는 식(도 3의 단계 S110 참조)에 의해 계산할 수 있다. 또한, 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)는, 차속(V)에 환산계수(k)를 곱함으로써 구하거나, 모터(MG2)의 회전수(Nm2)를 감속 기어(35)의 기어비(Gr)로 나눔으로써 구할 수 있다. 또, 충방전 요구 파워(Pb＊)는, 액셀러레이트 개도(Acc)나 나머지 용량(SOC)에 의거하여 설정할 수 있다.
계속해서, 설정된 엔진 요구 파워(Pe＊)가 엔진(22)의 운전 포인트(회전수와 토오크에 의하여 결정된다)를 기준 동작 라인상에서 동작시키는 경우에 얻어지는 상한 파워(Pemax)를 넘는지의 여부를 판정한다(단계 S120). 도 7에 기준 동작 라인의 일례를 나타낸다. 이 기준 동작 라인은 다음과 같이 하여 설정하였다. 즉, 엔진 요구 파워(Pe＊)가 어느 일정한 값이 되는 엔진(22)의 운전 포인트는 회전수(Ne)와 토오크(Te)와의 곱이 엔진 요구 파워(Pe＊)와 같아지도록 정하면 되기 때문에 무수히 존재하게 되지만, 그것들 중 연비나 에미션이 가장 양호해지는 회전수(Ne)와 토오크(Te)를 선정한다. 그리고, 엔진 요구 파워(Pe＊)를 여러가지의 값으로 하였을 때에 각 값마다 동일하게 하여 연비나 에미션이 가장 양호해지는 회전수(Ne)와 토 오크(Te)를 선정하고, 그것들을 선으로 묶은 것을 기준 동작 라인으로 하였다. 또한, 기준 동작 라인상의 운전 포인트는, 연비나 에미션이 가장 양호해지는 회전수(Ne)와 토오크(Te)이기 때문에, 이론공연비(약 14.7)를 목표공연비로 하여 공연비 제어를 실행하였을 때의 회전수(Ne)와 토오크(Te)라고 볼 수 있다. 또, 상한 파워(Pemax)는, 도 7에 나타내는 바와 같이 엔진(22)의 회전수(Ne)가 상한 회전수(Nemax)일 때에 출력 가능한 파워이다. 상한 회전수(Nemax)는, 미리 환경기본법의 법령 등을 고려하여 기준 소음 레벨을 설정하여 두고, 엔진(22)의 회전수(Ne)와 하이브리드 자동차(20)의 차외 소음 레벨과의 관계를 실험 등에 의하여 구하고, 그 관계로부터 기준 소음 레벨에 대응하는 회전수(Ne)를 도출하여, 그 도출한 회전수(Ne)로 하였다. 또한, 상한 회전수(Nemax)는, 내비게이션 시스템(90)으로부터 입력되는 차량의 현재지 정보(NAV)에 포함되는 용도 지역(주거계, 상업계, 공업계)에 의거하여 다른 값이 되도록 하여도 되고, 예를 들면 주거전용지역에서는 상업지역이나 공업지역보다도 저회전수가 되도록 하여도 된다.
그리고, 엔진 요구 파워(Pe＊)가 상한 파워(Pemax) 이하일 때에는, 도 7의 기준 동작 라인을 사용하여 엔진(22)의 목표 회전수(Ne＊)와 목표 토오크(Te＊)를 설정한다(단계 S125). 한편, 엔진 요구 파워(Pe＊)가 상한 파워(Pemax)를 넘을 때에는, 기설정된 연료 증량 금지 조건이 성립하고 있는지의 여부를 판정한다(단계 S130). 연료 증량 금지 조건으로서는, 모드 신호(M)가 연비 우선 모드 스위치(56)의 온 상태를 나타내고 있는 경우나 내비게이션 시스템(90)으로부터 입력되는 차량의 현재지 정보(NAV)가 주거계의 용도 지역을 나타내고 있는 경우, 연료 잔량(RF) 이 도시 생략한 퓨엘 램프를 점등시킬 때의 문턱값을 밑돌고 있는 경우, 촉매 상온(Tcat)이 기설정된 활성화 온도(예를 들면 300℃나 350℃)를 밑돌고 있는 경우 중 어느 하나의 경우에 성립한다. 그리고, 연료 증량 금지 조건이 성립하여 있을 때에는, 도 7의 기준 동작 라인을 사용하여 엔진(22)의 목표 회전수(Ne＊)를 상한 회전수(Nemax)에, 목표 토오크(Te＊)를 상한 토오크(Temax)에 설정한다(단계 S135). 즉, 연료를 증량하기 위하여 공연비 제어에 사용하는 목표공연비를 리치 공연비로 하는 경우는 없다. 한편, 연료 증량 금지 조건이 성립하여 있지 않을 때에는, 엔진(22)의 목표 회전수(Ne＊)를 상한 회전수(Nemax)로 설정하고(단계 S140), 엔진 요구 파워(Pe＊)에 의거하여 엔진(22)의 공연비 제어에 사용하는 목표공연비(연료 증량 파라미터)를 리치 공연비로 설정한다(단계 S150). 도 7에 나타내는 기준 동작 라인상에서는 공연비는 이론공연비이기 때문에 연비나 에미션은 양호해지지만, 엔진 출력 파워(Pe)는 이론공연비보다도 리치한 공연비쪽이 높아지는 경향에 있다. 따라서, 공연비 제어의 목표공연비를 리치 공연비로 하여 흡입공기량에 대한 연료 분사량을 증량함으로써, 엔진(22)의 회전수(Ne)를 상한 회전수(Nemax)로 한 채 엔진 출력 파워(Pe)를 높게 하고 있다. 이 때의 리치 공연비는, 엔진 요구 파워(Pe＊)에 의거하여 설정되나, 예를 들면 상한 파워(Pmax)에 대한 엔진 요구 파워(Pe＊)의 비율에 의거하여 설정하여도 된다. 도 8에, 상한 파워(Pemax)에 대한 엔진 요구 파워(Pe＊)의 비율과 목표공연비와의 관계의 일례를 나타낸다.
이와 같이 단계 S125 또는 단계 S135에서 엔진(22)의 목표 회전수(Ne＊)나 목표 토오크(Te＊)를 설정하거나, 단계 S140, S150에서 엔진(22)의 목표 회전수(Ne ＊)를 설정함과 동시에 엔진(22)의 공연비 제어에서 사용하는 리치 공연비를 설정한 후, 목표 회전수(Ne＊)와 링 기어축(32a)의 회전수(Nr)(Nm2/Gr)와 플래니터리 기어(30)의 기어비(ρ)를 사용하여 다음 수학식 (1)에 의해 모터(MG1)의 목표 회전수(Nm1＊)를 계산함과 동시에 계산한 목표 회전수(Nm1＊)와 현재의 회전수(Nm1)에 의거하여 수학식 (2)에 의해 모터(MG1)의 토오크 지령(Tm1＊)을 계산한다(단계 S160). 여기서, 수학식 (1)은, 플래니터리 기어(30)의 회전요소에 대한 역학적인 관계식이다. 플래니터리 기어(30)의 회전요소에 있어서의 회전수와 토오크와의 역학적인 관계를 나타내는 공선도를 도 9에 나타낸다. 도면 중, 왼쪽의 S축은 모터(MG1)의 회전수(Nm1)인 선 기어(31)의 회전수를 나타내고, C축은 엔진(22)의 회전수(Ne)인 캐리어(34)의 회전수를 나타내며, R축은 모터(MG2)의 회전수(Nm2)에 감속 기어(35)의 기어비(Gr)를 곱한 링 기어(32)의 회전수(Nr)를 나타낸다. 수학식 (1)은, 이 공선도를 사용하면 용이하게 도출할 수 있다. 또한, R축 상의 2개의 굵은 선 화살표는, 엔진(22)을 목표 회전수(Ne＊) 및 목표 토오크(Te＊)의 운전 포인트에서 정상 운전하였을 때에 엔진(22)으로부터 출력되는 토오크(Te＊)가 링 기어축(32a)에 전달되는 토오크와, 모터(MG2)로부터 출력되는 토오크(Tm2＊)가 감속 기어(35)를 거쳐 링 기어축(32a)에 작용하는 토오크를 나타낸다. 또, 수학식 (2)는, 모터(MG1)를 목표 회전수(Nm1＊)로 회전시키기 위한 피드백 제어에서의 관계식이고, 수학식 (2) 중, 우변 제 2항의 「k1」은 비례항의 게인(gain)이며, 우변 제 3항의 「k2」는 적분항의 게인이다.
Nm1＊=Ne＊ㆍ(1+ρ)/ρ-Nm2/(Grㆍρ)
Tm1＊=전회 Tm1＊+k1(Nm1＊-Nm1)+k2∫(Nm1＊-Nm1)dt
이렇게 하여 모터(MG1)의 목표 회전수(Nm1＊)와 토오크 지령(Tm1＊)을 계산하면, 배터리(50)의 출력 제한(Wout)과 계산한 모터(MG1)의 토오크 지령(Tm1＊)에 현재의 모터(MG1)의 회전수(Nm1)를 곱하여 얻어지는 모터(MG1)의 소비전력(발전전력)과의 편차를 모터(MG2)의 회전수(Nm2)로 나눔으로써 모터(MG2)로부터 출력하여도 되는 토오크의 상하한으로서의 토오크 제한(Tmin, Tmax)을 다음 수학식 (3) 및 수학식 (4)에 의해 계산함과 동시에(단계 S170), 주행 요구 토오크(Tr＊)와 토오크 지령(Tm1＊)과 플래니터리 기어(30)의 기어비(ρ)를 사용하여 모터(MG2)로부터 출력해야 할 토오크로서의 임시 모터 토오크(Tm2tmp)를 수학식 (5)에 의해 계산하고(단계 S180), 계산한 토오크 제한(Tmin, Tmax)으로 임시 모터 토오크(Tm2tmp)를 제한한 값으로 하여 모터(MG2)의 토오크 지령(Tm2＊)을 설정한다(단계 S190). 이와 같이 모터(MG2)의 토오크 지령(Tm2＊)을 설정함으로써, 구동축으로서의 링 기어 축(32a)에 출력하는 주행 요구 토오크(Tr＊)를, 배터리(50)의 입출력 제한(Win, Wout)의 범위 내에서 제한한 토오크로서 설정할 수 있다. 또한, 수학식 (5)는, 상기한 도 9의 공선도로부터 용이하게 도출할 수 있다.
Tmin=(Win-Tm1＊ㆍNm1)/Nm2
Tmax=(Wout-Tm1＊ㆍNm1)/Nm2
Tm2tmp=(Tr＊+ Tm1＊/ρ)/Gr
이렇게 하여 엔진(22)의 목표 회전수(Ne＊)나 목표 토오크(Te＊)(또는 목표공연비로서의 리치 공연비), 모터(MG1, MG2)의 토오크 지령(Tm1＊, Tm2＊)을 설정하면, 엔진(22)의 목표 회전수(Ne＊)와 목표 토오크(Te＊)에 대해서는 엔진 ECU(24)에, 모터(MG1, MG2)의 토오크 지령(Tm1＊, Tm2＊)에 대해서는 모터 ECU(40)에 각각 송신하여(단계 S200), 구동 제어 루틴을 종료한다. 엔진 ECU(24)는, 목표 회전수(Ne＊)와 목표 토오크(Te＊)를 수신하였을 때에는 목표 회전수(Ne＊)에 알맞은 공기량이 흡입되도록 스로틀 밸브 모터(136)를 구동하여 스로틀 밸브(124)를 조정함과 동시에 그 공기량과 이론공연비로부터 산출되는 연료 분사량이 분사되도록 연료 분사 밸브(126)를 구동한다고 하는 공연비 제어를 실행한다. 한편, 엔진 ECU(24)는, 목표회전수(Ne＊)와 목표공연비로서의 리치 공연비를 수신하였을 때에는 목표 회전수(Ne＊)에 알맞은 공기량이 흡입되도록 스로틀 밸브 모터(136)를 구동하여 스로틀 밸브(124)를 조정함과 동시에 그 공기량과 목표공연비(리치 공연비)로부터 산출되는 연료 분사량이 분사되도록 연료 분사 밸브(126)를 구동한다고 하는 공연비 제어를 실행한다. 또, 토오크 지령(Tm1＊, Tm2＊)을 수신한 모터 ECU(40)는, 토오크 지령(Tm1＊)으로 모터(MG1)가 구동됨과 동시에 토오크 지령(Tm2＊)으로 모터(MG2)가 구동되도록 인버터(41, 42)의 스위칭 소자의 스위칭 제어를 행한다.
이상 상세하게 설명한 하이브리드 자동차(20)에 의하면, 엔진(22)의 회전수(Ne)가 상한 회전수(Nemax)에 도달한 후 엔진 요구 파워(Pe＊)가 느리게 증가할 때 등에는, 기준 동작 라인에 의거하여 엔진(22)의 운전 포인트를 회전수(Ne)가 높은 측으로 변경하려고 하여도 상한 회전수(Nemax)에 도달하여 있기 때문에 변경할 수 없으므로, 그 엔진 요구 파워(Pe＊)에 의거하여 연료 증량을 행함으로써 엔진(22)으로부터의 출력 파워(Pe)를 증가하도록 하고 있다. 따라서, 엔진(22)의 회전수(Ne)가 상한 회전수(Nemax)에 도달한 후 엔진 요구 파워(Pe＊)가 증가했다고 하여도 엔진(22)으로부터의 출력 파워(Pe)를 증가할 수 있다. 또, 상한 회전수(Nemax)는, 엔진(22)의 운전에 의하여 발생하는 소음의 레벨에 의거하여 정해져 있기 때문에, 이러한 소음을 적절히 방지하면서, 엔진(22)으로부터의 출력 파워(Pe)를 증가할 수 있다. 또한, 연료 증량 금지 조건이 성립하여 있을 때에는, 엔진(22)은 기준 동작 라인상의 운전 포인트에서 운전되게 되기 때문에 에미션이나 연비가 양호해진다. 구체적으로는, 연비 우선 모드 스위치(56)가 온 되어 있는 경우에는 운전자가 동력 성능보다도 연비를 우선하고 있기 때문에 연료 증량을 금지하고, 주거계의 용지 지역을 주행하고 있는 경우에는 배기가스에 의한 환경 부하의 증가를 회피하는 관점에서 연료 증량을 금지하고, 연료 잔량(RF)이 얼마 안되는 경우에는 남아 있는 연료로 주행 가능한 거리를 버는 관점에서 연료 증량을 금지하고, 촉매 상온(Tcat)이 활성화 온도에 도달하여 있지 않은 경우에는 배기가스에 연료 유래 성분이 농후하게 함유되면 충분하게 정화할 수 없는 우려가 있기 때문에 연료 증량을 금지한다.
또한, 본 발명은 상기한 실시예에 조금도 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 범위에 속하는 한 여러가지의 형태로 실시할 수 있는 것은 말할 필요도 없다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 엔진(22)의 회전수(Ne)를 상한 회전수(Nemax)로 한 채 엔진(22)으로부터의 출력파워(Pe)를 증가하기 위하여 공연비 제어의 목표공연비를 리치 공연비로 설정하여 연료를 증량하는 경우, 특히 엔진 요구 파워(Pe＊)를 제한하지 않았으나, 엔진 요구 파워(Pe＊)를 제한하도록 하여도 된다. 즉, 이러한 경우에는, 엔진(22)으로부터의 출력 파워(Pe)가 증가하는 데도 불구하고 회전수(Ne)를 일정하게 유지할 필요가 있기 때문에 모터(MG1)의 토오크(Tm1)로 엔진(22)의 회전을 억제하게 되고, 배터리(50)에 대한 충전량이 커지는 경향이 되기 때문에, 배터리(50)에 대한 충전량이 입력 제한(Win)을 넘는 경우가 없도록 엔진 요구 파워(Pe＊)를 제한하여도 된다. 구체적으로는, 엔진 요구 파워(Pe＊)가 주행 요구 파워(Pr＊)로부터 입력 제한(Win)(음의 값, 도 3 참조)을 뺀 값(Pr＊-Win)을 넘는 경우에는, 엔진 요구 파워(Pe＊)가 값(Pr＊-Win)이 되도록 가드를 걸어도 된다. 이렇게 하면, 배터리(50)에 대한 과충전을 적절하게 방지할 수 있다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 엔진 요구 파워(Pe＊)가 상한 파워(Pemax) 이하일 때에는 기준 동작 라인상의 운전 포인트에서 엔진(22)을 운전하는 것으로 하였으나, 이러한 때에도 운전자에 의한 액셀러레이트 페달(83)의 액셀러레이트 개도(Acc)가 갑자기 커진 경우에는 목표공연비를 리치 공연비로 하여 엔진(22)으로부터의 출력 파워(Pe)가 증가하도록 하여도 된다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 모터(MG2)의 동력을 감속 기어(35)에 의해 변속하여 링 기어축(32a)에 출력하는 것으로 하였으나, 도 10의 변형예의 하이브리드 자동차(120)에 예시한 바와 같이, 모터(MG2)의 동력을 링 기어축(32a)이 접속된 차축[구동륜(63a, 63b)이 접속된 차축]과는 다른 차축[도 10에서의 차륜(64a, 64b)에 접속된 차축]에 접속하는 것으로 하여도 된다.
상기한 실시예의 하이브리드 자동차(20)에서는, 엔진(22)의 동력을 플래니터리 기어(30)를 거쳐 구동륜(63a, 63b)에 접속된 구동축으로서의 링 기어축(32a)에 출력하는 것으로 하였으나, 도 11의 변형예의 하이브리드 자동차(220)에 예시하는 바와 같이, 엔진(22)의 크랭크 샤프트(26)에 접속된 이너 로터(232)와 구동륜(63a, 63b)에 동력을 출력하는 구동축에 접속된 아우터 로터(234)를 가지고, 엔진(22)의 동력의 일부를 구동축에 전달함과 동시에 잔여의 동력을 전력으로 변환하는 페어 로터(pair-rotor) 전동기(230)를 구비하는 것으로 하여도 된다.
상기한 실시예에서는, 하이브리드 자동차(20)로서 설명하였으나, 이러한 공연비 제어를 실행하는 동력출력장치이면, 자동차 이외의 차량이나 선박, 항공기 등의 이동체에 탑재하는 것으로 하여도 되고, 건설 설비 등의 이동하지 않는 설비에 조립하는 것으로 하여도 된다. 또, 이러한 동력출력장치의 제어방법의 형태로 하여도 상관없다.
본 출원은, 2005년 12월 19일에 출원한 일본국 특허출원 제2005-365433호를 우선권주장의 기초로 하고 있고, 그 내용의 전부가 인용에 의하여 본 명세서에 포 함된다.
본 발명은, 예를 들면 승용차나 버스, 트럭 등의 자동차에 관련되는 산업 외에, 열차나 선박, 항공기 등의 수송차량에 관련되는 산업이나 건설 설비 등의 중기에 관련되는 산업, 농업기계에 관련되는 산업에 이용 가능하다.

Claims (8)

  1. 구동축에 동력을 출력하는 동력출력장치에 있어서,
    내연기관과,
    상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 동반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력 가능한 전력 동력 입출력수단과,
    상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와,
    상기 전력 동력 입출력 수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단과,
    상기 구동축에 요구되는 구동축 요구 동력을 설정하는 구동축 요구 동력 설정수단과,
    상기 축전수단의 상태와 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하여 상기 내연기관에 요구되는 내연기관 요구 동력을 설정하는 내연기관 요구 동력 설정수단과,
    상기 내연기관의 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하는 경우에 있어서 이론공연비 또는 그 근방에서 공연비 제어를 실행하였을 때에 얻어지는 기준 동작 라인과 상기 상한 회전수에 의거하여 산출되는 상기 내연기관이 출력 가능한 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있는 경우에는, 상기 내연기관의 회전수를 유지한 채 상기 설정된 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량 파라미 터를 설정하고 상기 설정된 연료 증량 파라미터에 대응하는 양의 연료가 분사됨과 동시에 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하는 동력이 상기 구동축에 출력되도록 상기 내연기관과 상기 전력 동력 입출력수단과 상기 전동기를 제어하는 제어수단을 구비하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상한 회전수는, 상기 내연기관의 운전에 의하여 발생하는 소음의 레벨에 의거하여 정해져 있는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 내연기관의 회전수가 상기 상한 회전수에 도달하는 경우에 연료를 증량함에 있어서, 상기 축전수단의 입력 제한에 의거하여 설정되는 내연기관 요구 동력의 최대값을 넘지 않는 범위에서 연료를 증량하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  4. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제어수단은, 상기 내연기관의 현 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하고 있는 경우에 있어서 상기 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있을 때에도, 기설정된 연료 증량 금지 조건이 성립하여 있을 때에는 연료의 증량을 행하지 않는 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 기설정된 연료 증량 금지 조건은, 연비 우선 모드로 설정되어 있다는 조건, 기설정된 지역에서 운전을 행하고 있다는 조건, 연료 잔량이 기설정된 소량 영역에 있다는 조건 및 상기 내연기관의 배기경로에 배치된 배기가스 정화촉매가 기설정된 활성화 온도에 도달하여 있지 않다는 조건으로 이루어지는 군(群)으로부터 선택되는 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전력 동력 입출력수단은, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축과 회전축과의 3축에 접속되고 상기 3축 중 어느 2축에 입출력되는 동력에 의거하여 잔여의 축에 동력을 입출력하는 3축식 동력 입출력수단과, 상기 회전축에 동력을 입출력 가능한 발전기를 구비하는 수단인 것을 특징으로 하는 동력출력장치.
  7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 기재된 동력출력장치를 탑재하고, 상기 구동축에 차축이 연결되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 차량.
  8. 내연기관과, 상기 내연기관의 출력축과 상기 구동축에 접속되고, 전력과 동력의 입출력을 동반하여 상기 내연기관으로부터의 동력의 적어도 일부를 상기 구동축에 출력 가능한 전력 동력 입출력수단과, 상기 구동축에 동력을 입출력 가능한 전동기와, 상기 전력 동력 입출력수단 및 상기 전동기와 전력의 주고받음이 가능한 축전수단을 구비하는 동력출력장치의 제어방법에 있어서,
    (a) 상기 구동축에 요구되는 구동축 요구 동력을 설정하고,
    (b) 상기 축전수단의 상태와 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하여 상기 내연기관에 요구되는 내연기관 요구 동력을 설정하고,
    (c) 상기 내연기관의 회전수가 기설정된 상한 회전수에 도달하는 경우에 있어서 이론공연비 또는 그 근방에서 공연비 제어를 실행하였을 때에 얻어지는 기준 동작 라인과 상기 상한 회전수에 의거하여 산출되는 상기 내연기관이 출력 가능한 상한 동력을 상기 설정된 내연기관 요구 동력이 넘어 있는 경우에는, 상기 내연기관의 회전수를 유지한 채 상기 설정된 내연기관 요구 동력에 의거하여 연료 증량 파라미터를 설정하고 상기 설정된 연료 증량 파라미터에 대응하는 양의 연료가 분사됨과 동시에 상기 설정된 구동축 요구 동력에 의거하는 동력이 상기 구동축에 출력되도록 상기 내연기관과 상기 전력 동력 입출력수단과 상기 전동기를 제어하는 것을 특징으로 하는 동력출력장치의 제어방법.
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