KR20160128222A - 하이브리드 차량의 제어 시스템 - Google Patents

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요시히토 간노
히로키 모리타
다이스케 이즈오카
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도요타 지도샤（주）
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    • B60W30/18—Propelling the vehicle
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Abstract

본 발명의 제어 장치는, 리치 스파이크를 실시 가능한 내연 기관(2)과, 배터리(7)에 전기적으로 접속된 모터·제너레이터(3, 4)가 자동 변속기(10)의 입력측에 설치된 하이브리드 차량(1)에 적용된다. 자동 변속기(10)의 변속 조작 중에 제 2 모터·제너레이터(4)의 동작 모드로서 역행 모드가 실시되는 경우에는, 리치 스파이크가 변속 조작 중의 이너셔상의 기간 내에 실시되고, 변속 조작 중에 제 2 모터·제너레이터(4)의 동작 모드로서 회생 모드가 실시되는 경우에는, 리치 스파이크가 변속 조작의 완료 후에 실시된다.

Description

하이브리드 차량의 제어 시스템{CONTROL SYSTEM FOR HYBRID VEHICLE}
본 발명은, 내연 기관과 모터·제너레이터가 변속 기구의 입력측에 설치된 하이브리드 차량에 적용되는 제어 시스템에 관한 것이다.
하이브리드 차량의 제어 시스템으로서, 자동 변속기의 변속 조작 중에 발생하는 엔진 토크의 변동을, 배터리의 충전 상태에 따라 모터·제너레이터의 제어와 전자 스로틀 밸브의 제어를 구분하여 사용함으써 억제되는 것이 알려져 있다(일본 공개특허 특개2000-83303호). 그 외, 본 발명에 관련되는 선행 기술 문헌으로서 일본 공개특허 특개2012-240551호, 일본 공개특허 특개2011-218945호, 일본 공개특허 특개2004-203218호가 존재한다.
일본 공개특허 특개2000-83303호의 장치는, 전자 스로틀 밸브의 제어에 의해 흡입 공기량을 감량하여 엔진 토크를 저감한다. 그러나, 전자 스로틀 밸브의 제어는 흡입 공기량의 감량을 수반하기 때문에 연비가 악화된다. 또한, 모터·제너레이터의 제어의 가부(可否)는 배터리의 충전 상태에 영향을 받기 때문에, 모터·제너레이터의 제어만으로는 엔진 토크의 변동을 충분하게 억제할 수 없을 가능성이 있다. 이 때문에, 이 제어 시스템은, 엔진 토크의 변동폭이 커 모터·제너레이터의 제어만으로는 엔진 토크의 변동을 억제할 수 없는 경우, 모터·제너레이터의 제어와 전자 스로틀 밸브의 제어를 병용한다.
그러나, 내연 기관에는, 하나의 연소 모드가 유지되는 내연 기관뿐만 아니라, 공연비의 변화를 수반하는 연소 모드의 변경이 실시되는 내연 기관도 존재한다. 연소 모드의 변경이 실시되면 공연비의 변화를 수반하므로 엔진 파워가 변동된다. 이러한 내연 기관을 변속 기구가 설치된 하이브리드 차량에 탑재한 경우에는 연소 모드의 변경을 원인으로 하는 출력 변동과, 변속 기구의 변속 조작을 원인으로 한 출력 변동이 발생할 수 있다.
이들 출력 변동이 충분히 떨어진 시기에 발생한다면 모터·제너레이터의 제어에 의해 개별적으로 완화 가능하다. 그러나, 내연 기관의 연소 모드의 변경 요구와 변속 기구의 변속 요구가 중복된 경우에는, 연소 모드의 변경 및 모터·제너레이터의 제어의 각각의 실시 시기를 재검토함으로써, 배터리의 과충전 및 과방전을 회피할 수 있는 입출력 제한의 범위 내에서 출력 변동을 가능한 한 커지지 않도록 하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명은 배터리의 입출력 제한의 범위 내에서 출력 변동을 가능한 한 억제할 수 있는 하이브리드 차량의 제어 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 양태에 관련된 제어 시스템은, 하이브리드 차량의 제어 시스템이다. 상기 하이브리드 차량은, 내연 기관, 배터리, 모터·제너레이터, 변속 기구를 포함한다. 상기 내연 기관은, 공연비의 변화를 수반하는 연소 모드의 변경을 실시 가능하다. 상기 모터·제너레이터는 상기 배터리에 전기적으로 접속된다. 상기 내연 기관과 상기 모터·제너레이터는, 상기 변속 기구의 입력측에 설치된다. 상기 제어 시스템은 전자 제어 장치를 포함하고, 전자 제어 장치는, 상기 배터리의 전력을 이용하여 상기 모터·제너레이터를 역행(力行)하는 역행 모드와, 상기 모터·제너레이터로 회생 제어를 실시하여 상기 배터리를 충전하는 회생 모드를 선택적으로 실시 가능하게 구성된다. 상기 전자 제어 장치는, 상기 연소 모드의 변경 요구와 상기 변속 기구의 변속 요구가 중복된 경우에, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중의 이너셔상(inertia phase)의 기간 내에 또는 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성된다. 상기 전자 제어 장치는, 이하의 조건 i) 또한 ii)가 성립하는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중의 이너셔상의 기간 내에 실시한다. 그리고, 상기 전자 제어 장치는, i) 또한 iii)이 성립하는 경우는 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성된다. 조건 i)이란, 상기 연소 모드의 변경이 엔진 파워의 증가를 수반하는 것이며, 조건 ii)란, 상기 변속 조작 중에 상기 역행 모드가 실시되는 것이고, 조건 iii)이란, 상기 변속 조작 중에 상기 회생 모드가 실시되는 것이다.
변속 기구의 변속 조작 중에 입력측의 회전 속도를 증가시켜 출력 변동을 억제할 필요가 있는 경우에는 역행 모드가 실시되고, 변속 기구의 변속 조작 중에 입력측의 회전 속도를 저하시켜 출력 변동을 억제할 필요가 있는 경우에는 회생 모드가 실시된다. 이에 따라, 변속 기구의 변속 조작에 따른 출력 변동이 억제된다.
변속 조작 중에 역행 모드가 실시되는 경우에는 엔진 파워의 증가를 수반하는 연소 모드의 변경이 이너셔상의 기간 내에 실시되므로, 그 엔진 파워의 증가분을 이너셔상으로의 변속 조작에 활용할 수 있다. 이에 따라, 역행 모드의 실시에 의한 모터·제너레이터의 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 이너셔상은 토크상(torque phase) 등과 비교하여 엔진 토크의 변동이 출력 변동으로서 전달되기 어렵다. 따라서, 이너셔상의 기간 내에 엔진 파워의 증가를 수반하는 연소 모드의 변경을 실시함으로써, 출력 변동을 가능한 한 억제하면서 연소 모드의 변경에 따른 엔진 파워의 증가를 변속 조작 중에 활용할 수 있다.
한편, 변속 조작 중에 회생 모드가 실시되는 경우에는, 엔진 파워의 증가를 수반하는 연소 모드의 변경이 변속 조작의 완료 후에 실시된다. 가령, 그 변경이 변속 조작 중에 실시되면, 회생 모드에서 모터·제너레이터가 발전하는 전력에 엔진 파워의 증가분에 상당하는 전력이 추가되므로 배터리가 과충전이 될 우려가 있다. 배터리의 과충전을 회피하기 위해서는 모터·제너레이터의 발전량을 제한하는 것이 필요해지므로 출력 변동을 충분하게 억제할 수 없다. 본 발명의 제 1 제어 장치는 변속 조작의 완료 후에 엔진 파워의 증가를 수반하는 연소 모드의 변경이 실시되므로, 회생 모드의 실시에 의한 배터리에의 충전 기회가 분산된다. 이에 따라, 배터리의 과충전을 회피하면서 출력 변동을 억제할 수 있다. 즉, 엔진 파워의 증가 또는 감소를 수반하는 연소 모드의 변경이 변속 조작 중의 모터·제너레이터의 동작 모드에 따라 적절한 시기에 행해지므로, 배터리의 입출력 제한의 범위 내에서 출력 변동을 가능한 한 억제할 수 있다.
상기 전자 제어 장치는, 상기 연소 모드의 변경에 의한 엔진 파워의 증가를 상쇄하는 방향으로 엔진 토크를 제어하지 않고 상기 연소 모드의 변경을 실시하도록 구성되어도 된다. 흡입 공기량의 감량이나 점화 시기의 지연 등의 조작을 엔진에 대하여 행하면 엔진 토크가 저하되기 때문에, 엔진 파워의 증가를 상쇄하는 방향으로 엔진 토크를 제어할 수 있다. 그러나, 이러한 제어에 의해 연소 효율이 저하되므로 연비 악화를 수반한다. 이 양태에 의하면, 이러한 제어를 행하지 않기 때문에 연비 악화를 회피할 수 있다.
스토이키오메트릭(stoichiometric) 연소 운전이란, 이론 공연비 및 그 부근을 목표로 하는 상기 내연 기관의 운전이고, 린(lean) 연소 운전이란, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전의 목표보다 린측의 공연비를 목표로 하는 상기 내연 기관의 운전이다. 린번(lean burn) 엔진이란, 상기 린 연소 운전 중에 공연비를 일시적으로 리치측으로 변화시키는 리치 스파이크가 실시되도록 구성되는 내연 기관이다. 상기 내연 기관은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전과 상기 린 연소 운전을 전환 가능하게 구성되어도 되고, 상기 내연 기관은 상기 린번 엔진이어도 된다. 상기 엔진 파워의 증가를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 린 연소 운전으로부터 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로 전환하는 것 또는 상기 리치 스파이크를 실시하는 것이어도 된다. 이 양태에 의하면, 엔진 파워의 증가를 수반하는 내연 기관의 린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환이나 리치 스파이크의 실시가 적절한 시기에 행해지므로 배터리의 입출력 제한의 범위 내에서 출력 변동을 가능한 한 억제할 수 있다.
상기 전자 제어 장치는, 이하의 조건 iv) 또한 v)가 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성되어도 된다. 또한, 상기 전자 제어 장치는, 조건 iv) 또한 vi)이 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중의 이너셔상의 기간 내에 실시하도록 구성되어도 된다. 조건 iv)란, 상기 연소 모드의 변경이 엔진 파워의 감소를 수반하는 것이고, 조건 v)는, 상기 변속 조작 중에 상기 역행 모드가 실시되는 것이며, 조건 vi)은, 상기 변속 조작 중에 상기 회생 모드가 실시되는 것이다.
변속 조작 중에 역행 모드가 실시되는 경우에는, 엔진 파워의 감소를 수반하는 연소 모드의 변경이 변속 조작의 완료 후에 실시된다. 가령, 그 변경이 변속 조작 중에 실시되면, 역행 모드에서 모터·제너레이터가 소비하는 전력에 엔진 파워의 감소분에 상당하는 전력이 추가되므로 배터리가 과방전이 될 우려가 있다. 이 양태에 의하면, 변속 조작의 완료 후에 엔진 파워의 감소를 수반하는 연소 모드의 변경이 실시되므로, 역행 모드의 실시에 의한 배터리의 방전 기회가 분산된다. 이에 따라, 배터리의 과방전을 회피하면서 출력 변동을 억제할 수 있다. 한편, 변속 조작 중에 회생 모드가 실시되는 경우에는 엔진 파워의 감소를 수반하는 연소 모드의 변경이 이너셔상의 기간 내에 실시된다. 이 때문에, 회생 모드에서 모터·제너레이터가 발전하는 발전량이 엔진 파워의 감소분만큼 감소되므로, 배터리가 과충전되기 어렵다. 또한, 이너셔상은 토크상 등과 비교하여 엔진 토크의 변동이 출력 변동으로서 전달되기 어렵다. 따라서, 배터리의 과충전을 회피하면서 가능한 한 출력 변동을 억제할 수 있다.
상기 내연 기관은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전과 상기 린 연소 운전을 전환 가능하게 구성되어도 되고, 상기 내연 기관은 상기 린번 엔진이어도 된다. 엔진 파워의 증가를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 린 연소 운전으로부터 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로 전환하는 것 또는 상기 리치 스파이크를 실시하는 것이어도 된다. 또한, 엔진 파워의 감소를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 상기 린 연소 운전으로 전환하는 것이어도 된다. 이 양태에 의하면, 내연 기관의 린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환, 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 및 리치 스파이크의 실시의 각각이 적절한 시기에 행해지므로 배터리의 입출력 제한의 범위 내에서 출력 변동을 가능한 한 억제할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에 관련된 제어 시스템은, 하이브리드 차량의 제어 시스템으로서, 상기 하이브리드 차량은, 내연 기관, 배터리, 모터·제너레이터, 변속 기구를 포함한다. 상기 내연 기관은, 공연비의 변화를 수반하는 연소 모드의 변경을 실시 가능하다. 상기 모터·제너레이터는 상기 배터리에 전기적으로 접속된다. 상기 내연 기관과 상기 모터·제너레이터는, 변속 기구의 입력측에 설치된다. 상기 제어 시스템은, 전자 제어 장치를 포함한다. 전자 제어 장치는, 상기 배터리의 전력을 이용하여 상기 모터·제너레이터를 역행하는 역행 모드와, 상기 모터·제너레이터로 회생 제어를 실시하여 상기 배터리를 충전하는 회생 모드를 선택적으로 실시 가능하게 구성된다. 상기 전자 제어 장치는, 상기 연소 모드의 변경 요구와 상기 변속 기구의 변속 요구가 중복된 경우에, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중의 이너셔상의 기간 내에 또는 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성된다. 상기 전자 제어 장치는, 이하의 조건 i) 또한 ii)가 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작의 완료 후에 실시한다. 그리고, 상기 전자 제어 장치는, i) 또한 iii)이 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중의 이너셔상의 기간 내에 실시하도록 구성된다. 조건 i)이란, 상기 연소 모드의 변경이 엔진 파워의 감소를 수반하는 것이고, 조건 ii)란, 상기 변속 조작 중에 상기 역행 모드가 실시되는 것이며, 조건 iii)이란, 상기 변속 조작 중에 상기 회생 모드가 실시되는 것이다.
변속 기구의 변속 조작 중에 입력측의 회전 속도를 증가시켜 출력 변동을 억제할 필요가 있는 경우에는 역행 모드가 실시되고, 변속 기구의 변속 조작 중에 입력측의 회전 속도를 저하시켜 출력 변동을 억제할 필요가 있는 경우에는 회생 모드가 실시된다. 이에 따라 변속 기구의 변속 조작에 따른 출력 변동이 억제된다. 변속 조작 중에 역행 모드가 실시되는 경우에는, 엔진 파워의 감소를 수반하는 변경이 변속 조작의 완료 후에 실시된다. 가령, 그 변경이 변속 조작 중에 실시되면, 역행 모드에서 모터·제너레이터가 소비하는 전력에 엔진 파워의 감소분에 상당하는 전력이 추가되므로 배터리가 과방전이 될 우려가 있다. 본 발명의 제 2 제어 장치에 의하면, 변속 조작의 완료 후에 엔진 파워의 감소를 수반하는 연소 모드의 변경이 실시되므로, 역행 모드의 실시에 의한 배터리에의 방전 기회가 분산된다. 이에 따라, 배터리의 과방전을 회피하면서 출력 변동을 억제할 수 있다. 한편, 변속 조작 중에 회생 모드가 실시되는 경우에는 엔진 파워의 감소를 수반하는 연소 모드의 변경이 이너셔상의 기간 내에 실시된다. 이 때문에, 회생 모드에서 모터·제너레이터가 발전하는 발전량이 엔진 파워의 감소분만큼 감소하므로, 배터리가 과충전되기 어렵다. 또한, 이너셔상은 토크상 등과 비교하여 엔진 토크의 변동이 출력 변동으로서 전달되기 어렵다. 따라서, 배터리의 과충전을 회피하면서 가능한 한 출력 변동을 억제할 수 있다. 즉, 엔진 파워의 증가 또는 감소를 수반하는 연소 모드의 변경이 변속 조작 중의 모터·제너레이터의 동작 모드에 따라 적절한 시기에 행해지므로, 배터리의 입출력 제한의 범위 내에서 출력 변동을 가능한 한 억제할 수 있다.
스토이키오메트릭 연소 운전이란, 이론 공연비 및 그 부근을 목표로 하는 상기 내연 기관의 운전이다. 린 연소 운전이란, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전의 목표보다 린측의 공연비를 목표로 하는 상기 내연 기관의 운전이다. 그리고 린번 엔진이란, 상기 린 연소 운전 중에 공연비를 일시적으로 리치측으로 변화시키는 리치 스파이크가 실시되는 내연 기관이다. 상기 내연 기관은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전과 상기 린 연소 운전을 전환 가능하게 구성 되어도 된다. 상기 내연 기관은 상기 린번 엔진이다. 엔진 파워의 감소를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 상기 린 연소 운전으로 전환하는 것이어도 된다. 이 양태에 의하면, 엔진 파워의 감소를 수반하는 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 내연 기관의 린 연소 운전으로의 전환이 적절한 시기에 행해지므로 배터리의 입출력 제한의 범위 내에서 출력 변동을 가능한 한 억제할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시 형태의 특징, 이점, 및 기술적 그리고 산업적 중요성이 첨부 도면을 참조하여 하기에 기술될 것이며, 첨부 도면에서 동일한 도면 부호는 동일한 요소를 지시한다.
도 1은, 본 발명의 일 형태에 따른 제어 장치가 적용된 하이브리드 차량의 전체구성을 나타낸 도이다.
도 2는, 자동 변속기의 작동 계합(engagement)표를 나타낸 도이다.
도 3은, 도 1의 차량의 각 요소의 공선(collinear)도(속도선도)를 나타낸 도이다.
도 4는, 다운 시프트의 변속 요구와 리치 스파이크의 실시 요구가 중복된 경우의 제어 내용을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 5는, 업 시프트의 변속 요구와 리치 스파이크의 실시 요구가 중복된 경우의 제어 내용을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 6은, 변속 요구와 리치 스파이크의 실시 요구가 중복된 경우의 제어 루틴의 일례를 나타낸 플로우 차트이다.
도 7은, 다운 시프트의 변속 요구와 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구가 중복된 경우의 제어 내용을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 8은, 업 시프트의 변속 요구와 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구가 중복된 경우의 제어 내용을 나타낸 타이밍 차트이다.
도 9는, 변속 요구와 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구가 중복된 경우의 제어 루틴의 일례를 나타낸 플로우 차트이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 차량(1)은 내연 기관(2) 및 2개의 모터·제너레이터(3, 4)가 주행용 동력원으로서 설치된 이른바 하이브리드 차량으로서 구성되어 있다. 내연 기관(2), 제 1 모터·제너레이터(3) 및 제 2 모터·제너레이터(4)는 동력 분할 기구(5)에 연결되어 있다.
내연 기관(2)은 복수의 기통(도시 생략)을 구비한 불꽃 점화형의 린번 엔진으로서 구성되어 있다. 이미 알고 있는 바와 같이, 린번 엔진은 이론 공연비 및 그 부근을 목표로 하는 스토이키오메트릭 연소 운전과, 스토이키오메트릭 연소 운전의 목표보다 린측의 공연비를 목표로 하는 린 연소 운전을 전환하는 것이 가능하다. 그리고, 내연 기관(2)에 탑재된 배기 정화 촉매의 배기 정화 기능이 린 연소 운전의 계속에 의해 열화된 경우에, 열화된 배기 정화 기능을 회복시키기 위하여 린 연소 운전 중에 공연비를 일시적으로 리치측으로 변화시키는 리치 스파이크가 실시된다.
린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환은 흡입 공기량의 응답 지연을 고려하여 연료 분사량의 일시적인 증량에 의해 단시간에 실시된다. 흡입 공기량의 응답 지연이 발생하고 있는 기간에는, 연료 증량에 의해 린 연소 운전의 목표 공연비(예: 22.1)로부터, 스토이키오메트릭 연소 운전의 목표 공연비(예: 14.7)로 전환할 필요가 있다. 따라서, 연료 분사량은 공연비의 변경 전후에서, 22.1/14.7 ≒ 1.5배가 된다. 이에 따라, 내연 기관(2)의 엔진 파워는 변경 전후에서 엔진 회전수가 동일하면 약50% 증가하고, 변경 전후에서 엔진 회전수가 증가하면 그 이상이 된다. 한편, 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환은 일시적인 연료 감량에 의해 실시되므로, 내연 기관(2)의 엔진 파워는 감소한다. 또한, 리치 스파이크의 실시는 일시적인 연료 증량을 수반하므로 내연 기관(2)의 엔진 파워는 증가한다. 이들 연소 모드의 변경은 모두 공연비의 변화를 수반한다. 린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환 및 리치 스파이크의 실시는 엔진 파워의 증가를 수반하는 연소 모드의 변경에 상당하고, 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환은 엔진 파워의 감소를 수반하는 연소 모드의 변경에 상당한다.
각 모터·제너레이터(3, 4)는 모터용 제어 장치(6)를 개재하여 배터리(7)에 접속된다. 모터용 제어 장치(6)는 도시하지 않은 인버터를 포함하는 제어 회로로서 구성되어 있어 각 모터·제너레이터(3, 4)가 발전한 전력을 직류 변환하여 배터리(7)를 충전함과 함께 배터리(7)의 전력을 교류 변환하여 각 모터·제너레이터(3, 4)로 공급한다. 모터용 제어 장치(6)를 적절히 조작함으로써 각 모터·제너레이터(3, 4)의 동작이 제어된다.
동력 분할 기구(5)는 싱글 피니언형의 유성 기어 기구로서 구성되어 있고, 외치(外齒) 기어의 선 기어(Sn)와, 내치(內齒) 기어의 링 기어(Ri)와, 이들 기어(Sn, Ri)에 맞물리는 피니언(P)을 자전 또한 공전하도록 지지하는 캐리어(Cr)를 구비하고 있어, 이들 회전 요소(Sn, Ri, Cr)는 서로 차동 회전 가능하다. 선 기어(Sn)에는 제 1 모터·제너레이터(3)가, 링 기어(Ri)에는 전달축(8)을 개재하여 제 2 모터·제너레이터(4)가, 캐리어(Cr)에는 내연 기관(2)의 출력축(2a)이 각각 연결되어 있다. 제 2 모터·제너레이터(4)는 본 발명에 관련된 모터·제너레이터에 상당한다.
제 2 모터·제너레이터(4)보다 구동륜측의 동력 전달 경로에는 변속 기구로서의 자동 변속기(10)가 설치되어 있다. 바꾸어 말하면, 내연 기관(2) 및 제 2 모터·제너레이터(4)는 자동 변속기(10)의 입력측에 설치되어 있다. 자동 변속기(10)는 2개의 입력축(11, 12)을 가진다. 이들 입력축(11, 12)과, 링 기어(Ri)와 일체 회전하도록 연결된 전달축(8)의 사이에는 2개의 클러치(C1, C2)가 설치되어 있다. 이들 클러치(C1, C2)를 적절히 조작함으로써, 2개의 입력축(11, 12) 중에서 하나의 입력축을 전달축(8)과 선택적으로 연결시킬 수 있다. 자동 변속기(10)는, 2세트의 유성 기어 기구(21, 22)가 조합됨과 함께, 2개의 브레이크(B1, B2)와 원 웨이 클러치(F1)가 설치됨으로써 구성되어 있다. 2세트의 유성 기어 기구(21, 22)는, 일방의 캐리어(Cr1)와 타방의 링 기어(Ri2)가 연결됨과 함께, 일방의 링 기어(Ri1)와 타방의 캐리어(Cr2)가 연결됨으로써 서로 조합되어 있다. 제 1 입력축(11)은 선 기어(Sn2)에, 제 2 입력축(12)은 캐리어(Cr1)에 각각 연결되어 있다. 캐리어(Cr2)는 도시하지 않은 구동륜을 구동하기 위한 구동축(23)에 연결된다. 서로 연결된 캐리어(Cr1) 및 링 기어(Ri2)에는 일 방향의 회전만 허용하는 원 웨이 클러치(F1)가 설치되어 있다.
차량(1)은, 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1, B2)의 조작 상태를 도시하지 않은 유압 장치 및 컨트롤 밸브에 의해 적절히 변화시킴으로써, 도 2의 작동 계합표에 나타나 있는 바와 같이 전진 4속 및 후퇴 1속으로 이루어지는 복수의 변속단 중에서 하나의 변속단을 선택할 수 있다. 또한, 도 2의 「N」은 뉴트럴을 의미하고, 「○」는 클러치 또는 브레이크의 계합 상태를 의미한다. 도 2의 공란은 클러치 또는 브레이크의 해방 상태를 의미한다. 제 1 속(1st), 제 2 속(2nd), 제 3 속(3rd), 제 4 속(4th) 및 후퇴(Rev)의 각각에는 서로 상이한 변속비(기어비)가 설정되어 있다. 도 2의 제 1 속~제 4 속의 각 변속단이 선택된 경우의 차량(1)의 각 요소의 공선도(속도선도)는 도 3에 나타내는 바와 같다. 또한, 도 3의 「Eng」는 내연 기관(2)을, 「MG1」은 제 1 모터·제너레이터(3)를, 「MG2」는 제 2 모터·제너레이터(4)를, 「In1」은 제 1 입력축(11)을, 「In2」는 제 2 입력축(12)을 각각 의미한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 차량(1)의 각 부의 제어는 컴퓨터로서 구성된 본 발명의 제어 장치로서의 전자 제어 장치(ECU)(30)로 제어된다. ECU(30)에는 각종의 센서로부터의 신호가 입력된다. 예를 들면, ECU(30)에는, 내연 기관(2)의 엔진 회전수에 따른 신호를 출력하는 크랭크각 센서(31), 액셀 페달(25)의 밟음량에 따른 신호를 출력하는 액셀 개방도 센서(32), 제 1 모터·제너레이터(3)의 회전 속도에 따른 신호를 출력하는 제 1 리졸버(33), 제 2 모터·제너레이터(4)의 회전 속도에 따른 신호를 출력하는 제 2 리졸버(34) 및 구동축(23)의 회전 속도에 의거하여 차량(1)의 차속에 따른 신호를 출력하는 차속 센서(35) 등의 출력 신호가 입력된다.
ECU(30)는, 상기의 각종 센서로부터의 정보 및 소정의 프로그램에 의거하여 제 1 모터·제너레이터(3) 및 제 2 모터·제너레이터(4)의 각각의 동작을 제어함과 함께, 내연 기관(2)의 운전 조건을 결정하고, 그 운전 조건에 따라 내연 기관(2)의 동작 제어를 행한다. 또한, ECU(30)는 자동 변속기(10)의 변속 제어를 행한다.
ECU(30)는, 액셀 개방도 센서(32)의 출력 신호와 차속 센서(35)의 출력 신호를 참조하여 운전자가 차량(1)에 대하여 요구하는 요구 파워를 계산하고, 그 요구 파워에 대한 시스템 효율이 최적이 되도록 각종의 모드를 전환하면서 차량(1)을 제어한다. 예를 들면, 내연 기관(2)의 열효율이 저하되는 저부하 영역에서는 내연 기관(2)의 연소를 정지하여 제 2 모터·제너레이터(4)를 구동하는 EV 주행 모드가 선택된다. 또한, 내연 기관(2)만으로는 토크가 부족한 경우에는, 내연 기관(2)과 함께 제 2 모터·제너레이터(4)를 주행용 구동원으로 하는 하이브리드 주행 모드가 선택된다.
내연 기관(2)은 열효율이 원칙적으로 최적이 되도록 ECU(30)로 제어된다. ECU(30)는 엔진 회전수와 엔진 토크로 정의되는 내연 기관(2)의 동작점이 미리 설정된 최적 연비선을 따라 이동하도록 제 1 모터·제너레이터(3)의 모터 토크 등을 제어한다. 최적 연비선 등은 내연 기관(2)의 운전 모드마다 준비되어 있어, ECU(30)는 현재의 운전 모드에 적합한 내연 기관(2)의 제어를 실시한다. ECU(30)는 내연 기관(2)의 공연비를 계측하고, 계측한 공연비와 현재의 운전 모드의 목표 공연비의 편차가 저감하도록 피드백 제어를 행한다.
(운전 모드의 전환)
스토이키오메트릭 연소 운전과 린 연소 운전간의 운전 모드의 전환은, 엔진 회전수와 엔진 토크로 정의된 스토이키오메트릭 연소 영역 및 린 연소 영역 중 어디에 현재의 운전 조건이 속하는지 여부를 ECU(30)가 판정 함으로써 실시된다. 내연 기관(2)의 운전 조건이 스토이키오메트릭 연소 영역 또는 린 연소 영역 중 어느 일방의 영역에 속하는 상태로부터 어느 타방의 영역에 속하는 상태로 변화된 경우, ECU(30)는 운전 모드의 전환 요구를 발생시키고, 그 후 공연비를 변경하여 운전 모드를 전환한다. 운전 모드의 전환 요구는 연소 모드의 변경 요구에 상당한다.
린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환은 상기 서술한 바와 같이 엔진 파워의 증가를 수반하므로, 증가된 엔진 파워가 그대로 구동축(23)으로부터 출력되면 출력 변동이 발생하여 차량(1)의 탑승자는 쇼크를 느낀다. 이 때문에, ECU(30)는 린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환에 따른 엔진 파워의 증가를 상쇄하는 방향으로 제 2 모터·제너레이터(4)를 제어하여 출력 변동을 억제한다. 한편, 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환은 상기 서술한 바와 같이 엔진 파워의 감소를 수반하므로, ECU(30)는 그 전환에 따른 엔진 파워의 감소가 보완되도록 제 2 모터·제너레이터(4)를 제어한다.
(리치 스파이크의 실시)
린 연소 운전을 계속하면 도시하지 않은 배기 정화 촉매에 흡장된 NOx의 양이 증가하여 배기 정화 촉매의 정화 기능이 열화된다. ECU(30)는 NOx의 흡장량에 상관하는 각종 파라미터를 참조하여 상기 서술한 리치 스파이크의 필요성을 판단한다. 그리고 ECU(30)는 리치 스파이크의 실시가 필요해진 경우에 리치 스파이크의 실시 요구를 발생시킨다. 리치 스파이크의 실시 요구는 연소 모드의 변경 요구에 상당한다. ECU(30)는 리치 스파이크의 실시 요구가 성립된 경우에 리치 스파이크를 실시한다. 리치 스파이크의 실시는 상기 서술한 바와 같이 일시적인 연료 증량을 수반하므로 내연 기관(2)의 엔진 파워는 증가한다. 증가된 엔진 파워가 그대로 구동축(23)으로부터 출력되면 출력 변동이 발생하여 차량(1)의 탑승자는 쇼크를 느낀다. 이 때문에, ECU(30)는 리치 스파이크에 따른 엔진 파워의 증가를 상쇄하는 방향으로 제 2 모터·제너레이터(4)를 제어하여 출력 변동을 억제한다.
(자동 변속기의 변속 제어)
ECU(30)는 소정의 시프트 스케줄 또는 운전자에 의한 시프트 체인지 요구 등에 의거하여 변속 요구를 발생시킨다. 그리고, ECU(30)는 변속 요구에 대응하는 변속단이 실현되도록 자동 변속기(10)의 클러치(C1, C2) 및 브레이크(B1, B2)를 제어한다. 자동 변속기(10)의 변경 조작의 개시에서 변속 조작의 완료까지의 기간은 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도가 대략 일정한 토크상의 기간과 그 회전 속도가 변화되는 이너셔상의 기간으로 구분된다(도 4 등 참조).
자동 변속기(10)가 다운 시프트되는 경우에는 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도는 다운 시프트 전후에서 상승한다. 자동 변속기(10)가 업 시프트되는 경우에는 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도는 업 시프트 전후에서 저하된다. 따라서, 자동 변속기(10)의 변속 조작에 따른 출력 변동을 억제하기 위해서는, 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도(입력축(11, 12)의 회전 속도)를 조작 개시 후에 상승 또는 저하시켜 회전 속도를 출력측과 동기시키는 조작이 필요해진다. 본 형태는, 변속 조작에 따른 출력 변동을 억제하기 위하여, 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도의 상승 또는 저하를, 제 2 모터·제너레이터(4)를 역행하는 역행 모드와 제 2 모터·제너레이터(4)로 회생 제어를 행하는 회생 모드를 선택적으로 실시함으로써 실현되고 있다. 이에 따라 ECU(30)는 본 발명에 관련된 모터 제어 수단으로서 기능한다.
역행 모드는 배터리(7)의 전력을 이용하여 제 2 모터·제너레이터(4)를 역행하는 동작 모드이다. 역행 모드는 제 2 모터·제너레이터(4)를 전동기로서 기능시킨다. 한편, 회생 모드는 제 2 모터·제너레이터로 회생 제어를 실시하여 배터리(7)를 충전하는 동작 모드이다. 회생 제어는 제 2 모터·제너레이터(4)를 발전기로서 기능시켜, 제 2 모터·제너레이터(4)에 입력되는 기계적인 에너지를 전기적 에너지로 변환한다.
(연소 모드의 변경 요구와 변속 요구의 중복)
본 형태는, 리치 스파이크의 실시 요구 및 린 연소 운전과 스토이키오메트릭 연소 운전간의 운전 모드의 전환 요구 등의 연소 모드의 변경 요구와, 자동 변속기(10)에 대한 변속 요구가 중복된 경우에 ECU(30)가 실시하는 제어에 특징이 있다. 상기 서술한 바와 같이, 연소 모드의 변경에는, 엔진 파워의 증가를 수반하는 것으로서, 리치 스파이크의 실시 및 린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환이 있고, 엔진 파워의 감소를 수반하는 것으로서, 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전로의 전환이 있다. 또한, 변속 조작에는, 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도를 상승시키는 역행 모드를 실시하는 경우와, 그 회전 속도를 저하시키는 회생 모드를 실시하는 경우가 있다. 또한, 연소 모드의 변경 요구와 변속 요구가 「중복된 경우」에는, 「변속 요구가 발생한 후 실제로 변속 조작이 개시되기 전, 즉 상기한 토크상의 기간이 개시되기까지의 동안에, 연소 모드의 변경 요구가 발생한 경우」 외, 「변속 요구가 발생하여 실제로 변속 조작이 개시된 후 토크상의 기간이 종료되기까지의 동안, 즉 토크상의 기간 동안에 연소 모드의 변경 요구가 발생한 경우」 및 「변속 요구와 동시에 연소 모드의 변경 요구가 발생한 경우」가 포함된다. 또한, 「중복된 경우」에는, 「연소 모드 변경 요구가 발생한 후 실제로 연소 모드의 변경이 실시되기까지의 동안에 변속 요구가 발생한 경우」도 포함된다.
(엔진 파워의 증가를 수반하는 경우: 리치 스파이크의 실시)
도 4에는 다운 시프트의 변속 요구와 리치 스파이크의 실시 요구가 중복된 경우의 각 파라미터의 시간적 변화가 나타나 있다. 도 4의 케이스에서는, 시각 t1에서 다운 시프트의 변속 요구가 발생하고, 시각 t2에서 리치 스파이크의 실시 요구가 발생하고 있다. 후발의 리치 스파이크의 실시 요구의 발생 시점에서 다운 시프트 및 리치 스파이크 모두 처리 개시 전이므로, 이들 요구가 중복된 상태로 되어 있다. 또한, 다운 시프트의 변속 요구와 리치 스파이크의 실시 요구가 동시에 또는 도 4의 케이스와는 반대로 리치 스파이크의 실시 요구가 다운 시프트의 변속 요구보다 이전에 발생한 경우라도 이들 요구가 중복된 상태가 된다.
시각 t3에서 변속 조작이 개시된다. 변속 조작은 변속 패턴에 따라 클러치(C1, C2)나 브레이크(B1, B2)의 해방 조작이 개시의 기점이 된다. 변속 조작이 개시되면 입력측의 회전 속도는 대략 일정한 상태에서 구동축(23)의 토크가 저하된다. 변속 조작이 개시된 시각 t3에서 구동축(23)의 토크의 저하가 종료되는 시각 t4까지가 토크상(Tf)의 기간에 해당한다.
토크상(Tf)의 기간이 종료되는 시각 t4에서 변속 조작이 완료되는 시각 t6까지가 이너셔상(If)의 기간이 된다. 도 4의 케이스는 다운 시프트의 경우이므로, 제 2 모터·제너레이터(4)를 이용하여 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도를 상승시키는 역행 모드가 실시된다. 역행 모드의 실시는 이너셔상(If)이 시작되는 시각 t4로부터 개시되고, 이에 따라 입력측의 회전 속도는 상승한다. 이 사이, 배터리(7)의 전력을 이용하여 제 2 모터·제너레이터(4)가 역행되므로, 배터리 파워는 방전을 의미하는 정(正)의 값이 되고, 제 2 모터·제너레이터(4)의 모터 토크도 역행을 의미하는 정의 값이 된다.
리치 스파이크는, 역행 모드의 실시의 개시 후에 이너셔상(If)의 기간 내의 시각 t5에 실시된다. 리치 스파이크의 실시에 의해 공연비가 일시적으로 리치측으로 변화되는 연료 증량이 행해지기 때문에, 내연 기관(2)의 엔진 토크 및 엔진 파워는 함께 단계적으로 증가한다. 그 후, 시각 t6에서 변속 조작이 완료되어 처리가 종료된다.
도 4의 케이스에서는, 리치 스파이크가 이너셔상(If)의 기간 내에 실시되므로, 그 엔진 파워의 증가분을 이너셔상(If)에서의 변속 조작에 활용할 수 있다. 이 때문에, 역행 모드의 실시에 의한 제 2 모터·제너레이터(4)의 소비 전력을 저감할 수 있다. 또한, 이너셔상(If)은 토크상(Tf) 등과 비교하여 엔진 토크의 변동이 출력 변동으로서 전달되기 어렵다. 따라서, 이너셔상(If)의 기간 내에 리치 스파이크를 실시함으로써, 출력 변동을 가능한 한 억제하면서 리치 스파이크의 실시에 따른 엔진 파워의 증가를 변속 조작 중에 활용할 수 있다.
도 5에는 업 시프트의 변속 요구와 리치 스파이크의 실시 요구가 중복된 경우의 각 파라미터의 시간적 변화가 나타나 있다. 이 케이스에서는, 시각 t1에서 업 시프트의 변속 요구가 발생하고, 시각 t2에서 리치 스파이크의 실시 요구가 발생하고 있다. 2개의 요구가 중복되는 것에 대해서의 해석은 상기 서술과 동일하다.
시각 t3에서 변속 조작이 개시된다. 변속 조작은 변속 패턴에 따라 클러치(C1, C2)나 브레이크(B1, B2)의 해방 조작이 개시의 기점이 된다. 변속 조작이 개시되면 입력측의 회전 속도는 대략 일정한 상태에서 구동축(23)의 토크가 저하된다. 변속 조작이 개시된 시각 t3에서 구동축(23)의 토크의 저하가 종료되는 시각 t4까지가 토크상(Tf)의 기간에 해당한다.
토크상(Tf)의 기간이 종료되는 시각 t4에서 변속 조작이 완료되는 시각 t5까지가 이너셔상(If)의 기간이 된다. 도 5의 케이스는 업 시프트의 경우이므로, 제 2 모터·제너레이터(4)를 이용하여 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도를 저하시키는 회생 모드가 실시된다. 회생 모드의 실시는 이너셔상(If)이 시작되는 시각 t4로부터 개시되고, 이에 따라 입력측의 회전 속도는 저하된다. 이 사이, 제 2 모터·제너레이터(4)를 이용한 회생 제어가 실시되어, 제 2 모터·제너레이터(4)가 발전한 전력에 의해 배터리(7)가 충전된다. 이 때문에, 배터리 파워는 충전을 의미하는 부(負)의 값이 되고, 제 2 모터·제너레이터(4)의 모터 토크도 회생을 의미하는 부의 값이 된다.
리치 스파이크는, 변속 조작의 완료 후의 시각 t6에 실시된다. 리치 스파이크의 실시에 의해 공연비가 일시적으로 리치측으로 변화되는 연료 증량이 행해지기 때문에, 내연 기관(2)의 엔진 토크 및 엔진 파워는 함께 단계적으로 증가한다. 리치 스파이크의 실시에 동기하여, 엔진 토크 및 엔진 파워의 증가를 상쇄하도록 제 2 모터·제너레이터(4)에 의해 회생 제어가 실시된다. 이 회생 제어의 실시에 의해 제 2 모터·제너레이터(4)의 모터 토크는 부의 값이 되고, 배터리 파워도 부의 값이 된다.
도 5의 케이스에서는 리치 스파이크가 업 시프트의 변속 조작의 완료 후에 실시된다. 가령, 리치 스파이크가 변속 조작 중에 실시되면, 회생 모드에서 제 2 모터·제너레이터(4)가 발전하는 전력에 엔진 파워의 증가분에 상당하는 전력이 추가되므로 배터리(7)가 과충전이 될 우려가 있다. 배터리(7)의 과충전을 회피하기 위해서는 제 2 모터·제너레이터(4)의 발전량을 제한하는 것이 필요해지므로 출력 변동을 충분하게 억제할 수 없다. 본 형태에서는 업 시프트의 변속 조작의 완료 후에 리치 스파이크가 실시되므로, 회생 모드의 실시에 의한 배터리(7)에의 충전 기회가 분산된다. 즉, 도 5의 케이스에서는 충전 기회가 시각 t4~시각 t5의 기간과 시각 t6 이후의 기간으로 분산된다. 이에 따라, 배터리(7)의 과충전을 회피하면서 출력 변동을 억제할 수 있다.
도 4 및 도 5의 엔진 토크의 변화를 참조하면 분명한 바와 같이, ECU(30)는 리치 스파이크의 실시에 따른 엔진 파워의 증가를 상쇄하는 방향으로 엔진 토크를 제어하지 않고 있다. 이러한 엔진 토크의 제어로서는 흡입 공기량의 감량이나 점화 시기의 지연 등의 제어가 알려져 있다. 이러한 제어를 내연 기관(2)에 대하여 행하면 연소 효율이 저하되므로 연비 악화를 수반한다. 본 형태는, 이러한 제어를 행하지 않기 때문에 연비 악화를 회피할 수 있다.
상기 서술한 도 4 및 도 5의 각 제어는 예를 들면 도 6의 제어 루틴을 ECU(30)가 실행함으로써 실현 가능하다. 도 6의 제어 루틴의 프로그램은, ECU(30)에 유지되어 있어 적시에 독출되어 소정 간격으로 반복하여 실행된다.
단계 S1에 있어서, ECU(30)는 자동 변속기(10)에 대한 다운 시프트 또는 업 시프트의 변속 요구의 유무를 판정한다. 변속 요구의 유무는 도 6의 제어 루틴과 병행되어 실행되는 자동 변속기(10)에 대한 변속 제어의 제어 결과를 ECU(30)가 참조함으로써 판정된다. 변속 요구가 있는 경우에는 단계 S2로 진행되고, 그렇지 않은 경우에는 이후의 처리를 스킵하여 금회의 루틴을 종료한다.
단계 S2에 있어서, ECU(30)는 리치 스파이크의 실시 요구의 유무를 판정한다. 리치 스파이크의 실시 요구가 있는 경우에는 단계 S3으로 진행되고, 그렇지 않은 경우에는 이후의 처리를 스킵하여 금회의 루틴을 종료한다.
단계 S3에 있어서, ECU(30)는 변속 조작 중에 배터리(7)의 방전을 수반하는 역행 모드가 실시되는지 여부를 판정한다. 역행 모드는 변속 조작이 다운 시프트인 경우에 실시되므로, ECU(30)는 변속 요구의 내용을 참조함으로써 역행 모드가 실시되는지 여부를 판정한다. 변속 조작 중에 역행 모드가 실시되는 경우에는 단계 S4로 진행되고, 역행 모드가 실시되지 않는 경우, 즉 회생 모드가 실시되는 경우에는 단계 S7로 진행된다.
단계 S4에 있어서, ECU(30)는 이너셔상의 기간인지 여부를 판정하는 판정 처리를 실시한다. 이너셔상인지 여부는, 자동 변속기(10)에 설치된 도시하지 않은 컨트롤 밸브의 각 부의 유압에 의거하여, 자동 변속기(10)의 클러치(C1, C2)나 브레이크(B1, B2)의 조작 상태를 검출함으로써 판정된다. 단계 S5에 있어서, ECU(30)는 현시점에서 이너셔상에 해당하는지 여부를 판정하고, 이너셔상이 아닌 경우에는 단계 S4로 처리를 되돌려 판정 처리를 속행(續行)한다. 이너셔상인 경우, ECU(30)는 단계 S6으로 처리를 진행시켜, 이너셔상의 기간 내에 리치 스파이크를 실시한다.
단계 S7에 있어서, ECU(30)는 자동 변속기(10)의 변속 조작이 완료되었는지 여부를 판정하는 판정 처리를 실시한다. 이 판정 처리는, 단계 S4의 판정 처리와 마찬가지로, 컨트롤 밸브의 각 부의 유압에 의거하여, 자동 변속기(10)의 클러치(C1, C2)나 브레이크(B1, B2)의 조작 상태를 검출함으로써 실시된다. 단계 S8에 있어서, 변속 조작이 완료되었는지 여부를 판정하고, 변속 조작이 완료되어 있지 않은 경우에는 단계 S7로 처리를 되돌려 판정 처리를 속행한다. 변속 조작이 완료된 경우, ECU(30)는 단계 S6으로 처리를 진행시켜, 변속 조작의 완료 후에 리치 스파이크를 실시한다. 그리고, 금회의 루틴을 종료한다. ECU(30)는 도 6의 제어 루틴을 실행함으로써 본 발명에 관련된 엔진 제어 수단으로서 기능한다.
(엔진 파워의 증가를 수반하는 경우: 린 연소 운전→스토이키오메트릭 연소 운전 전환)
상기 서술한 바와 같이, 린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환은 일시적인 연료 증량에 의해 실시되므로 엔진 파워의 증가를 수반한다. 이 전환은, 엔진 파워의 증가를 수반하는 점에서 리치 스파이크의 실시와 공통되고, 이 전환 요구와 변속 요구가 중복된 경우에 실시되는 처리 내용은, 상기 서술한 리치 스파이크의 실시 시에 행하는 처리와 동일하다. 따라서, 이 처리 내용은, 상기 서술한 설명문 및 도 6의 플로우 차트 중의 「리치 스파이크」의 부분을 「린 연소 운전으로부터 스토이키오메트릭 연소 운전으로의 전환」으로 바꾸어 읽는 것과 동일하다. 이 때문에, 중복되는 설명을 생략한다.
(엔진 파워의 감소를 수반하는 경우: 스토이키오메트릭 연소 운전→린 연소 운전 전환)
도 7에는 다운 시프트의 변속 요구와 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구가 중복된 경우의 각 파라미터의 시간적 변화가 나타나 있다. 이 케이스에서는, 시각 t1에서 다운 시프트의 변속 요구가 발생하고, 시각 t2에서 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구가 발생하고 있다. 2개의 요구가 중복되는 것에 대해서의 해석은 상기 서술과 동일하다.
시각 t3에서 변속 조작이 개시된다. 변속 조작은 변속 패턴에 따라 클러치(C1, C2)나 브레이크(B1, B2)의 해방 조작이 개시의 기점이 된다. 변속 조작이 개시되면 입력측의 회전 속도는 대략 일정한 상태로 구동축(23)의 토크가 저하된다. 변속 조작이 개시된 시각 t3에서 구동축(23)의 토크의 저하가 종료되는 시각 t4까지가 토크상(Tf)의 기간에 해당한다.
토크상(Tf)의 기간이 종료되는 시각 t4에서 변속 조작이 완료되는 시각 t5까지가 이너셔상(If)의 기간이 된다. 도 7의 케이스는 다운 시프트의 경우이므로, 제 2 모터·제너레이터(4)를 이용하여 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도를 상승시키는 역행 모드가 실시된다. 역행 모드의 실시는 이너셔상(If)이 시작되는 시각 t4로부터 개시되고, 이에 따라 입력측의 회전 속도는 상승한다. 이 사이, 배터리(7)의 전력을 이용하여 제 2 모터·제너레이터(4)가 역행되므로, 배터리 파워는 방전을 의미하는 정의 값이 되고, 제 2 모터·제너레이터(4)의 모터 토크도 역행을 의미하는 정의 값이 된다.
스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환은, 변속 조작의 완료 후의 시각 t6에 실시된다. 이 전환의 실시에 의해 공연비가 일시적으로 린측으로 변화되는 연료 감량이 행해지기 때문에, 내연 기관(2)의 엔진 토크 및 엔진 파워는 함께 단계적으로 감소한다. 운전 모드의 전환에 동기하여, 엔진 토크 및 엔진 파워의 감소를 보완하도록 제 2 모터·제너레이터(4)가 역행된다. 이에 따라 제 2 모터·제너레이터(4)의 모터 토크는 정의 값이 되어, 배터리 파워도 정의 값이 된다.
도 7의 케이스에서는, 엔진 파워의 감소를 수반하는 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환이 변속 조작의 완료 후에 실시된다. 가령, 그 전환이 변속 조작 중에 실시되면, 역행 모드에서 제 2 모터·제너레이터(4)가 소비되는 전력에 엔진 파워의 감소분에 상당하는 전력이 추가되므로 배터리(7)가 과방전이 될 우려가 있다. 본 형태에서는, 변속 조작의 완료 후에 엔진 파워의 감소를 수반하는 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환이 실시되므로, 역행 모드의 실시에 의한 배터리(7)의 방전 기회가 분산된다. 구체적으로는, 방전 기회가 시각 t4에서 시각 t6까지의 기간과 시각 t6 이후의 기간으로 분산된다. 이에 따라, 배터리(7)의 과방전을 회피하면서 출력 변동을 억제할 수 있다.
도 8에는 업 시프트의 변속 요구와 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구가 중복된 경우의 각 파라미터의 시간적 변화가 나타나 있다. 이 케이스에서는, 시각 t1에서 업 시프트의 변속 요구가 발생하고, 시각 t2에서 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구가 발생하고 있다. 2개의 요구가 중복되는 것에 대해서의 해석은 상기 서술과 동일하다.
시각 t3에서 변속 조작이 개시된다. 변속 조작은 변속 패턴에 따라 클러치(C1, C2)나 브레이크(B1, B2)의 해방 조작이 개시의 기점이 된다. 변속 조작이 개시되면 입력측의 회전 속도가 대략 일정한 상태에서 구동축(23)의 토크가 저하된다. 변속 조작이 개시된 시각 t3에서 구동축(23)의 토크의 저하가 종료되는 시각 t4까지가 토크상(Tf)의 기간에 해당한다.
토크상(Tf)의 기간이 종료되는 시각 t4에서 변속 조작이 완료되는 시각 t6까지가 이너셔상(If)의 기간이 된다. 도 8의 케이스는 업 시프트의 경우이므로, 제 2 모터·제너레이터(4)를 이용하여 자동 변속기(10)의 입력측의 회전 속도를 저하시키는 회생 모드가 실시된다. 회생 모드의 실시는 이너셔상(If)이 시작되는 시각 t4로부터 개시되고, 이에 따라 입력측의 회전 속도는 저하된다. 이 사이, 제 2 모터·제너레이터(4)를 이용한 회생 제어가 실시되어, 제 2 모터·제너레이터(4)가 발전한 전력에 의해 배터리(7)가 충전된다. 이 때문에, 배터리 파워는 충전을 의미하는 부의 값이 되고, 제 2 모터·제너레이터(4)의 모터 토크도 회생을 의미하는 부의 값이 된다.
스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환은, 회생 모드의 실시의 개시 후에서 이너셔상(If)의 기간 내의 시각 t5에 실시된다. 이 전환에 의해 공연비가 일시적으로 린측으로 변화되는 연료 감량이 행해지기 때문에, 내연 기관(2)의 엔진 토크 및 엔진 파워는 함께 단계적으로 감소한다. 그 후, 시각 t6에서 변속 조작이 완료되어 처리가 종료된다.
도 8의 케이스에서는, 엔진 파워의 감소를 수반하는 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환이 이너셔상(If)의 기간 내에 실시된다. 이 때문에, 회생 모드에서 제 2 모터·제너레이터(4)가 발전하는 발전량이 엔진 파워의 감소분만큼 감소하므로, 배터리(7)가 과충전되기 어렵다. 또한, 이너셔상(If)은 토크상(Tf) 등과 비교하여 엔진 토크의 변동이 출력 변동으로서 전달되기 어렵다. 따라서, 배터리(7)의 과충전을 회피하면서 가능한 한 출력 변동을 억제할 수 있다.
상기 서술한 도 7 및 도 8의 각 제어는 예를 들면 도 9의 제어 루틴을 ECU(30)가 실행함으로써 실현 가능하다. 도 9의 제어 루틴의 프로그램은, ECU(30)에 유지되어 있어 적시에 독출되어 소정 간격으로 반복하여 실행된다.
단계 S11에 있어서, ECU(30)는 자동 변속기(10)에 대한 다운 시프트 또는 업 시프트의 변속 요구의 유무를 판정한다. 변속 요구의 유무는 도 9의 제어 루틴과 병행되어 실행되는 자동 변속기(10)에 대한 변속 제어의 제어 결과를 ECU(30)가 참조함으로써 판정된다. 변속 요구가 있는 경우에는 단계 S12로 진행되고, 그렇지 않은 경우에는 이후의 처리를 스킵하여 금회의 루틴을 종료한다.
단계 S12에 있어서, ECU(30)는 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환 요구의 유무를 판정한다. 이 전환 요구가 있는 경우에는 단계 S13으로 진행되고, 그렇지 않은 경우에는 이후의 처리를 스킵하여 금회의 루틴을 종료한다.
단계 S13에 있어서, ECU(30)는 변속 조작 중에 배터리(7)의 충전을 수반하는 회생 모드가 실시되는지 여부를 판정한다. 회생 모드는 변속 조작이 업 시프트인 경우에 실시되므로, ECU(30)는 변속 요구의 내용을 참조함으로써 회생 모드가 실시되는지 여부를 판정한다. 변속 조작 중에 회생 모드가 실시되는 경우에는 단계 S14로 진행되고, 회생 모드가 실시되지 않는 경우, 즉 역행 모드가 실시되는 경우에는 단계 S17로 진행된다.
단계 S14에 있어서, ECU(30)는 이너셔상의 기간인지 여부를 판정하는 판정 처리를 실시한다. 이너셔상인지 여부는 상기 서술과 동일하게 판정된다. 단계 S15에 있어서, ECU(30)는 현시점에서 이너셔상에 해당하는지 여부를 판정하고, 이너셔상이 아닌 경우에는 단계 S14로 처리를 되돌려 판정 처리를 속행한다. 이너셔상인 경우, ECU(30)는 단계 S16으로 처리를 진행시켜, 이너셔상의 기간 내에 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환을 실시한다.
단계 S17에 있어서, ECU(30)는 자동 변속기(10)의 변속 조작이 완료되었는지 여부를 판정하는 판정 처리를 실시한다. 이 판정 처리는 상기와 동일해도 된다. 단계 S18에 있어서, 변속 조작이 완료되었는지 여부를 판정하고, 변속 조작이 완료되어 있지 않은 경우에는 단계 S17로 처리를 되돌려 판정 처리를 속행한다. 변속 조작이 완료된 경우, ECU(30)는 단계 S16으로 처리를 진행시켜, 변속 조작의 완료 후에 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 린 연소 운전으로의 전환을 실시한다. 그리고, 금회의 루틴을 종료한다. ECU(30)는 도 9의 제어 루틴을 실행함으로써 본 발명에 관련된 엔진 제어 수단으로서 기능한다.
본 발명은 상기 형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지의 범위 내에 있어서 다양한 형태로 실시할 수 있다. 상기 형태는, 엔진 파워의 증가를 수반하는 연소 모드의 변경과 변속 요구가 중복된 경우의 제어(도 4~도 6)와, 엔진 파워의 감소를 수반하는 연소 모드의 변경과 변속 요구가 중복된 경우의 제어(도 7~도 9)의 양방을 실시하지만, 어느 일방을 실시하는 형태로 본 발명을 실시할 수도 있다.
또한, 상기 형태는, 연소 모드의 변경에 의해 발생하는 엔진 파워의 증가를 억제하기 위하여, 흡입 공기량의 감량이나 점화 지연 등의 내연 기관(2)의 토크를 저하시키는 제어를 실시하고 있지 않다. 그러나, 당해 제어를 실시하는 것을 허용하는 형태로 본 발명을 실시하는 것도 가능하다. 이 형태여도, 본 발명의 제어를 실시하지 않는 경우와 비교하여, 흡입 공기량의 감량을 적게 할 수 있거나, 점화 지연량을 저감할 수 있거나 하는 것이 가능해지므로 연비가 개선되는 메리트가 있다.
상기 형태의 하이브리드 차량은 일례에 지나지 않는다. 자동 변속기의 상류측에 적어도 하나의 모터·제너레이터가 설치되어 있는 하이브리드 차량이고, 또한, 그 모터·제너레이터의 동작 모드를 역행 모드 또는 회생 모드로 운전함으로써 변속 조작에 따른 출력 변동을 억제할 수 있는 구성의 하이브리드 차량이면, 본 발명의 적용 대상이 될 수 있다.
연소 모드의 변경은 상기 형태에서 예시된 리치 스파이크나 스토이키오메트릭 연소 운전과 린 연소 운전간의 운전 모드의 전환에 한정되지 않는다. 내연 기관에 대하여 공연비의 변화를 수반하는 것이면 연소 모드의 변경에 해당하여, 본 발명을 적용할 수 있다.
변속 기구는 상기 형태의 자동 변속기에 한정되지 않는다. 복수의 변속단을 선택적으로 성립시켜, 토크상 및 이너셔상이 존재하는 형식의 변속 기구이면 적용 대상이 될 수 있다. 유성 기어 기구를 이용한 자동 변속기뿐만 아니라, 입력축과 출력축이 평행하게 배치되어 기어 쌍의 선택 조작과 클러치 조작을 액추에이터로 자동화한 오토메이티드 매뉴얼 트랜스미션(AMT)이 변속 기구로서 설치된 하이브리드 차량을 본 발명의 적용 대상으로 할 수도 있다.

Claims (7)

  1. 하이브리드 차량(1)의 제어 시스템으로서, 상기 하이브리드 차량(1)은, 내연 기관(2), 배터리(7), 모터·제너레이터(4), 변속 기구(10)를 포함하고, 상기 내연 기관(2)은, 공연비의 변화를 수반하는 연소 모드의 변경을 실시 가능하며, 상기 모터·제너레이터(4)는 상기 배터리(7)에 전기적으로 접속되고, 상기 내연 기관과 상기 모터·제너레이터(4)는, 상기 변속 기구(10)의 입력측에 설치되며,
    상기 제어 시스템은,
    상기 배터리(7)의 전력을 이용하여 상기 모터·제너레이터(4)를 역행하는 역행 모드와, 상기 모터·제너레이터(4)로 회생 제어를 실시하여 상기 배터리(7)를 충전하는 회생 모드를 선택적으로 실시 가능하게 구성되는 전자 제어 장치(30)를 포함하고,
    상기 전자 제어 장치(30)는, 상기 연소 모드의 변경 요구와 상기 변속 기구(10)의 변속 요구가 중복된 경우에, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중인 이너셔상의 기간 내에 또는 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성되며,
    상기 전자 제어 장치(30)는, 이하의 조건 i) 또한 ii)가 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중의 이너셔상의 기간 내에 실시하고, 상기 전자 제어 장치(30)는, i) 또한 iii)이 성립되는 경우는 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성되는 제어 시스템:
    i) 상기 연소 모드의 변경이 엔진 파워의 증가를 수반하는 것;
    ii ) 상기 변속 조작 중에 상기 역행 모드가 실시되는 것;
    iii) 상기 변속 조작 중에 상기 회생 모드가 실시되는 것.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치(30)는, 상기 연소 모드의 변경에 의한 엔진 파워의 증가를 상쇄하는 방향으로 엔진 토크를 제어하지 않고 상기 연소 모드의 변경을 실시하도록 구성되는 제어 시스템.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    스토이키오메트릭 연소 운전이란, 이론 공연비 및 그 부근을 목표로 하는 상기 내연 기관(2)의 운전이고,
    린 연소 운전이란, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전의 목표보다 린측의 공연비를 목표로 하는 상기 내연 기관(2)의 운전이며,
    린번 엔진이란, 상기 린 연소 운전 중에 공연비를 일시적으로 리치측으로 변화시키는 리치 스파이크가 실시되도록 구성되는 내연 기관이고,
    상기 내연 기관(2)은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전과 상기 린 연소 운전을 전환 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관(2)은 상기 린번 엔진이고,
    상기 엔진 파워의 증가를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 린 연소 운전으로부터 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로 전환하는 것 또는 상기 리치 스파이크를 실시하는 것인 제어 시스템.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 전자 제어 장치(30)는, 이하의 조건 iv) 또한 v)가 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성되고, 조건 iv) 또한 vi)이 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중인 이너셔상의 기간 내에 실시하도록 구성되는 제어 시스템:
    iv) 상기 연소 모드의 변경이 엔진 파워의 감소를 수반하는 것;
    v) 상기 변속 조작 중에 상기 역행 모드가 실시되는 것;
    vi) 상기 변속 조작 중에 상기 회생 모드가 실시되는 것.
  5. 제 4 항에 있어서,
    스토이키오메트릭 연소 운전이란, 이론 공연비 및 그 부근을 목표로 하는 상기 내연 기관(2)의 운전이고,
    린 연소 운전이란, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전의 목표보다 린측의 공연비를 목표로 하는 상기 내연 기관(2)의 운전이며,
    린번 엔진이란, 상기 린 연소 운전 중에 공연비를 일시적으로 리치측으로 변화시키는 리치 스파이크가 실시되도록 구성되는 내연 기관이고,
    상기 내연 기관(2)은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전과 상기 린 연소 운전을 전환 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관(2)은 상기 린번 엔진이고,
    엔진 파워의 증가를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 린 연소 운전으로부터 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로 전환하는 것 또는 상기 리치 스파이크를 실시하는 것이며,
    엔진 파워의 감소를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 상기 린 연소 운전으로 전환하는 것인 제어 시스템.
  6. 하이브리드 차량(1)의 제어 시스템으로서, 상기 하이브리드 차량(1)은, 내연 기관(2), 배터리(7), 모터·제너레이터(4), 변속 기구(10)를 포함하고, 상기 내연 기관(2)은, 공연비의 변화를 수반하는 연소 모드의 변경을 실시 가능하며, 상기 모터·제너레이터(4)는 상기 배터리(7)에 전기적으로 접속되고, 상기 내연 기관(2)과 상기 모터·제너레이터(4)는, 변속 기구의 입력측에 설치되며,
    상기 제어 시스템은,
    상기 배터리(7)의 전력을 이용하여 상기 모터·제너레이터(4)를 역행하는 역행 모드와, 상기 모터·제너레이터(4)로 회생 제어를 실시하여 상기 배터리(7)를 충전하는 회생 모드를 선택적으로 실시 가능하게 구성되는 전자 제어 장치(30)를 포함하고,
    상기 전자 제어 장치(30)는, 상기 연소 모드의 변경 요구와 상기 변속 기구(10)의 변속 요구가 중복된 경우에, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중인 이너셔상의 기간 내에 또는 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하도록 구성되며,
    상기 전자 제어 장치(30)는, 이하의 조건 i) 또한 ii)가 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작의 완료 후에 실시하고, i) 또한 iii)이 성립되는 경우는, 상기 연소 모드의 변경을 상기 변속 조작 중의 이너셔상의 기간 내에 실시하도록 구성되는 제어 시스템:
    i) 상기 연소 모드의 변경이 엔진 파워의 감소를 수반하는 것;
    ii) 상기 변속 조작 중에 상기 역행 모드가 실시되는 것;
    iii) 상기 변속 조작 중에 상기 회생 모드가 실시되는 것.
  7. 제 6 항에 있어서,
    스토이키오메트릭 연소 운전이란, 이론 공연비 및 그 부근을 목표로 하는 상기 내연 기관(2)의 운전이고,
    린 연소 운전이란, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전의 목표보다 린측의 공연비를 목표로 하는 상기 내연 기관(2)의 운전이며,
    린번 엔진이란, 상기 린 연소 운전 중에 공연비를 일시적으로 리치측으로 변화시키는 리치 스파이크가 실시되는 내연 기관이고,
    상기 내연 기관(2)은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전과 상기 린 연소 운전을 전환 가능하게 구성되며, 상기 내연 기관(2)은 상기 린번 엔진이고,
    엔진 파워의 감소를 수반하는 상기 연소 모드의 변경은, 상기 스토이키오메트릭 연소 운전으로부터 상기 린 연소 운전으로 전환하는 것인 제어 시스템.
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