JP2009160978A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関を冷却するための冷却水の熱を利用する暖房装置の機能と内燃機関の燃費向上を両立した内燃機関制御装置を提供すること。
【解決手段】内燃機関の動力によって発電された電力を動力源として駆動する電動機からの動力によって走行する車両の内燃機関制御装置は、内燃機関冷却水の熱を利用して車室に温風を供給する暖房装置が稼動状態のとき、冷却水温及び蓄電器の状態に応じて内燃機関の運転モードを決定する運転モード決定部を備える。運転モード決定部は、冷却水温がしきい値以下であれば、常に内燃機関を駆動する運転条件を設定した後、蓄電器の充電状態値に応じて、単位発電電力量あたりの消費燃料量が最小となる一定回転数で内燃機関を駆動して、電動機への電力供給は蓄電器から行う第１のモード、又は内燃機関の動力によって補機で消費される電力分だけが発電されるよう内燃機関の回転数を制御して、電動機への電力供給は蓄電器から行う第２のモードを選択する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（以下「エンジン」という。）の動力によって発電された電力を動力源として駆動する電動機（以下「モータ」という。）からの動力によって走行する車両の内燃機関制御装置に関する。

シリーズ方式のＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）はモータ及びエンジンを備え、蓄電器を電源として駆動するモータの動力を利用して走行する。エンジンは発電のためだけに用いられ、エンジンの動力によって発電された電力は蓄電器に充電されるか、モータに供給される。

エンジンの運転モードには、大きく分けて、「ＢＳＦＣ（Brake Specific Fuel Consumption）ボトム運転」と「出力追従運転」の２種類がある。「ＢＳＦＣボトム運転」とは、蓄電器の充電率が低いときに主に行われるエンジンの運転である。ＢＳＦＣボトム運転時のエンジンは、単位発電電力量あたりの消費燃料量が最小となる一定の回転数で定点運転される。このときのエンジンによる発電効率が最も良い。ＢＳＦＣボトム運転によって発電された電力は蓄電器に充電される。

また、「出力追従運転」とは、車速及びアクセル開度から得られる、モータに供給する電力としてドライバが要求する値（以下「ドライバ要求値」という。）の電力を蓄電器からモータに供給するのではなく、エンジンの動力による発電によって供給するときのエンジンの運転である。なお、このとき発電された電力は、蓄電器には充電されず、モータによって消費される。出力追従運転時のエンジンは、ドライバ要求値の電力を供給するために必要な回転数で運転される。すなわち、ドライバ要求値が変化すればエンジンの回転数も変更される。このように、出力追従運転時には最も燃費の良い一定の回転数で定点運転されないため、燃費はＢＳＦＣボトム運転時よりも悪い。

シリーズ方式のＨＥＶでは、車室暖房のためのヒータはエンジン冷却水の熱を利用している。このため、エンジンが暖機されていないためにエンジン冷却水の水温が低い状態でヒータが利用されるときは、蓄電器からの電力によって駆動されるモータの動力のみで走行可能な状態であっても、エンジン冷却水の水温を上げるためにエンジンを駆動する。このとき、エンジンがＢＳＦＣボトム運転を行うと、エンジンの動力によって発電された電力は蓄電器に充電され続けるため、蓄電器が過充電状態となる恐れがある。このため、エンジン冷却水の水温が低い状態でヒータが利用されるとき、エンジンは出力追従運転される。

なお、特許文献１に記載のハイブリッド車両の暖房装置では、エンジンとエンジン用ラジエータとを直列に接続してエンジン冷却液を循環させるエンジン冷却経路と、電動モータを備える強電系ユニットと強電系用ラジエータとを直列に接続し強電系冷却液を循環させる強電系冷却経路とを有しており、エンジンと強電系ユニットとに並列にヒータユニットが接続されており、エンジン冷却液がある一定温度以下で強電系冷却液がある一定温度以上であれば、強電系冷却液がヒータユニットに供給される。しかし、エンジン冷却液及び強電系冷却液の両方が前記一定温度以下のときには、強電系冷却液の温度が前記一定温度以上となるまでエンジンを駆動する必要がある。このため、特許文献１の暖房装置をシリーズ方式のハイブリッド車両に適用した場合、上記条件下ではエンジンは出力追従運転される。

特開２００６−５１８５２号公報

上記説明したように、走行条件的にはエンジンを始動する必要がない場合であっても、ヒータが利用される際にエンジン冷却水の水温が低い状態では、エンジンは出力追従運転される。しかし、上述したように、出力追従運転時の燃費はＢＳＦＣボトム運転時よりも悪い。このため、上記説明した車両のピータ利用開始時の燃費は良いとは言えない。

本発明の目的は、内燃機関を冷却するための冷却水の熱を利用する暖房装置の機能と内燃機関の燃費向上を両立した内燃機関制御装置を提供することである。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の内燃機関制御装置は、内燃機関（例えば、実施の形態でのエンジン１０７）の動力によって発電された電力を動力源として駆動する電動機（例えば、実施の形態でのモータ１０５）からの動力によって走行する車両の内燃機関制御装置であって、前記内燃機関を冷却するための冷却水の熱を利用して前記車両の室内に温風を供給する暖房装置（例えば、実施の形態でのヒータ１１９）が稼動状態のとき、前記冷却水の温度及び前記内燃機関の動力によって発電された電力を充電する蓄電器（例えば、実施の形態での蓄電器１０１）の状態に応じて、前記内燃機関の運転モードを決定する運転モード決定部（例えば、実施の形態でのエンジン運転モード決定部２０３）を備え、前記運転モード決定部は、前記冷却水の温度が第１しきい値以下であれば、常に前記内燃機関を駆動する運転条件を設定した後、前記蓄電器の充電状態値に応じて、単位発電電力量あたりの消費燃料量が最小となる所定の一定回転数で前記内燃機関を駆動して、前記電動機への電力供給は前記蓄電器から行う第１のモード、及び前記内燃機関の動力によって前記暖房装置を含む前記車両で用いられる補機で消費される電力分だけが発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御して、前記電動機への電力供給は前記蓄電器から行う第２のモードのいずれか１つを選択することを特徴としている。

さらに、請求項２に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記運転モード決定部は、前記蓄電器の充電状態値が所定値より小さければ前記第１のモードを選択し、前記蓄電器の充電状態値が前記所定値以上であれば前記第２のモードを選択することを特徴としている。

さらに、請求項３に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記運転モード決定部は、前記蓄電器の充電状態値にかかわらず、前記冷却水の温度が前記第１しきい値よりも低い第２しきい値以下であれば前記第２のモードを選択することを特徴としている。

さらに、請求項４に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記運転モード決定部は、前記蓄電器の充電状態値にかかわらず、前記蓄電器の温度がしきい値以下であれば前記第２のモードを選択することを特徴としている。

さらに、請求項５に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記運転モード決定部は、前記冷却水の温度にかかわらず、前記蓄電器の温度がしきい値以下であれば前記第２のモードを選択することを特徴としている。

さらに、請求項６に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記車両の車速情報及びドライバ操作情報に基づいて、前記電動機に供給する電力として前記車両のドライバが要求するドライバ要求値を導出する要求出力導出部（例えば、実施の形態での要求出力演算部２０１）を備え、前記運転モード決定部は、前記蓄電器が出力可能な最大電力値と前記第１のモードで出力可能な電力値の和よりも前記ドライバ要求値が大きいときは、前記冷却水の温度及び前記蓄電器の充電状態値にかかわらず、前記ドライバ要求値と前記蓄電器が出力可能な最大電力値の差の電力を発電すべく前記所定の一定回転数よりも高い回転数で前記内燃機関を駆動する第３のモードを選択することを特徴としている。

さらに、請求項７に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記運転モード決定部は、前記第２のモードを選択した場合、前記蓄電器の充電状態値が目標値と異なるときに、前記補機で消費される電力と前記充電状態値と前記目標値の差を補償する電力との和が発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御することを特徴としている。

さらに、請求項８に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記車両の車速情報及びドライバ操作情報に基づいて、前記電動機に供給する電力として前記車両のドライバが要求するドライバ要求値を導出する要求出力導出部（例えば、実施の形態での要求出力演算部２０１）を備え、前記運転モード決定部は、前記第２のモードを選択した場合、前記補機で消費される電力と、前記ドライバ要求値が示す電力との和が発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御し、前記電動機へは前記内燃機関の動力によって発電された電力が供給されることを特徴としている。

さらに、請求項９に記載の発明の内燃機関制御装置では、前記運転モード決定部は、前記第２のモードを選択した場合、前記蓄電器の充電状態値が目標値と異なるときに、前記補機で消費される電力と、前記ドライバ要求値が示す電力と、前記充電状態値と前記目標値の差を補償する電力との和が発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御することを特徴としている。

請求項１〜９のいずれかに記載の発明の内燃機関制御装置によれば、冷却水の温度が第１しきい値以下であれば、常に内燃機関を駆動する運転条件を設定した後、蓄電器の充電状態値に応じて、単位発電電力量あたりの消費燃料量が最小となる所定の一定回転数で内燃機関を駆動して、電動機への電力供給は蓄電器から行う第１のモード、及び内燃機関の動力によって暖房装置を含む車両で用いられる補機で消費される電力分だけが発電されるよう内燃機関の回転数を制御して、電動機への電力供給は蓄電器から行う第２のモードのいずれか１つを選択している。第１のモードは最も燃費の良い定点運転であり、第２のモードは低出力運転である。どちらのモードも大幅な回転数の変化なく連続的に運転されるため、燃費の良い運転と言える。したがって、暖房装置を機能させるために内燃機関を駆動する場合であっても、燃費の良い運転を行うことができる。その結果、暖房装置の機能と内燃機関の燃費向上が両立する。

請求項２に記載の発明の内燃機関制御装置によれば、蓄電器の充電状態値が所定値より小さければ第１のモードを選択し、蓄電器の充電状態値が所定値以上であれば第２のモードを選択している。蓄電器の充電状態値が高いときに第１のモードで内燃機関を連続して駆動すると、蓄電器がすぐに満充電状態となり、その後も第１のモードを継続すると蓄電器が過充電状態となる恐れがある。しかし、第２のモードであれば蓄電器への充電は行われないため、蓄電器への過充電を防止できる。

請求項３に記載の発明の内燃機関制御装置によれば、冷却水の温度が第２しきい値以下であれば第２のモードを選択している。暖機が完了していない状態の内燃機関を第１のモードで運転して高回転で稼動するとエミッションが悪化する恐れがある。しかし、第２のモードでは内燃機関の回転数は低いため、エミッションの悪化を防止できる。

請求項４又は５に記載の発明の内燃機関制御装置によれば、蓄電器の温度がしきい値以下であれば第２のモードを選択している。蓄電器の温度が低いと蓄電器の実質的な容量が低下する。このとき第１のモードで連続して内燃機関を運転すると、蓄電器がすぐに満充電状態となり、その後も第１のモードを継続すると蓄電器が過充電状態となる恐れがある。しかし、第２のモードであれば蓄電器への充電は行われないため、蓄電器への過充電を防止できる。

請求項６に記載の発明の内燃機関制御装置によれば、ドライバからの出力要求があった際にはそれに応えることができる。

請求項７に記載の発明の内燃機関制御装置によれば、電動機の駆動による蓄電器の過放電及びエミッションの悪化を防止することができる。また、電動機の駆動によって低下する蓄電器の充電状態値の下限を、蓄電器にとって最適な目標値にすることができる。

請求項８に記載の発明の内燃機関制御装置によれば、電動機の駆動による蓄電器の過放電及びエミッションの悪化を防止することができる。

請求項９に記載の発明の内燃機関制御装置によれば、蓄電器の充電状態値を蓄電器にとって最適な目標値にすることができる。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。以下説明する実施形態では、本発明に係る内燃機関制御装置が、シリーズ方式のＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）の車両に搭載されている。

（第１の実施形態）
図１は、シリーズ方式のＨＥＶの動力系及び電源系を示すブロック図である。図１に示すように、シリーズ方式のＨＥＶは、蓄電器(BATT)１０１と、インバータ(INV)１０３と、モータ(TR Mot)１０５と、エンジン(ENG)１０７と、ジェネレータ(GEN)１０９と、インバータ(INV)１１１と、バッテリＥＣＵ(BATT ECU)１１３と、マネジメントＥＣＵ(MG ECU)１１５と、エンジンＥＣＵ(ENG ECU)１１７と、ヒータ１１９とを備える。

蓄電器１０１は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する。インバータ１０３は、蓄電器１０１からの直流電圧を交流電圧に変換して、３相電流をモータ１０５に供給する。なお、インバータ１０３内には、蓄電器１０１からモータ１０５への電流供給を制御するＦＥＴ（電界効果トランジスタ）が設けられている。このＦＥＴのゲートは、マネジメントＥＣＵ１１５からのゲート信号によって制御される。モータ１０５は、車両を走行させるための動力を発生する。モータ１０５によって発生するトルクは、インバータ１０３を介して供給された３相電流の値によって変化する。

エンジン１０７は、発電のためだけに用いられ、エンジン１０７の動力によって発電された電力は蓄電器１０１に充電されるか、モータ１０５に供給される。ジェネレータ１０９は、エンジン１０７の駆動によって電力を発生する。インバータ１１１は、ジェネレータ１０９で発生した交流電圧を直流電圧に変換する。インバータ１１１によって変換された電力は蓄電器１０１に充電されるか、インバータ１０３を介してモータ１０５に供給される。なお、モータ１０５には、通常、蓄電器１０１からの電力が供給されるが、ドライバがアクセルを全開したときなど、蓄電器１０１が出力可能な電力以上の電力が必要な場合には、蓄電器１０１からの電力に加えて、エンジン１０７の動力によって発電された電力も供給される。

バッテリＥＣＵ１１３は、蓄電器１０１から得られた情報（以下「バッテリ情報」という。）をマネジメントＥＣＵ１１５に送る。バッテリ情報には、蓄電器１０１のＳＯＣ、蓄電器１０１の温度（以下「バッテリ温度」という。））及び蓄電器１０１が出力可能な最大電力値（以下「バッテリ出力制限値」という。）に関する情報が含まれる。ヒータ１１９は、エンジン冷却水の熱を利用して、暖房のための温風を車室空間に供給する。ヒータ１１９の稼動状態は、マネジメントＥＣＵ１１５によって監視される。

マネジメントＥＣＵ１１５には、バッテリＥＣＵ１１３からのバッテリ情報の他、車速情報及びドライバ操作情報（アクセル開度及びブレーキ踏力）やエンジン冷却水の温度（以下「エンジン冷却水温」という。）情報、補機負荷で消費される電力（以下「補機負荷消費電力」という。）情報、ヒータ１１９の稼動状態を示す情報（以下「ヒータ稼動情報」という。）が入力される。なお、補機負荷とは、ヒータやＥＣＵ、蓄電器１０１を冷却するためのファン用の電動モータ、シートヒータ等に利用される熱線や、メータのバックライト等に利用されるランプ、ペルチェ素子、空気清浄機等である。

マネジメントＥＣＵ１１５は、入力されたバッテリ情報、車速情報、ドライバ操作情報、エンジン冷却水温情報及び補機負荷消費電力情報に基づいて決定した指令値（発電出力指令値及びエンジン回転数指令値）をエンジンＥＣＵ１１７に出力する。マネジメントＥＣＵ１１５の詳細については後述する。エンジンＥＣＵ１１７は、マネジメントＥＣＵ１１５出力された指令値に応じて、エンジン１０７の始動及び停止、並びに、エンジン回転数を制御する。

図２は、マネジメントＥＣＵ１１５の内部構成を示すブロック図である。図２に示すように、マネジメントＥＣＵ１１５は、要求出力演算部２０１と、エンジン運転モード決定部２０３と、指令値出力部２０５とを有する。要求出力演算部２０１は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力された車速、アクセル開度及びブレーキ踏力に基づいて、モータ１０５に供給する電力としてドライバが要求する値（以下「ドライバ要求値」という。）を演算によって求める。なお、要求出力演算部２０１は、ドライバ要求値を演算ではなく、車速、アクセル開度及びブレーキ踏力とドライバ要求値とが対応したテーブルを参照して求めても良い。

エンジン運転モード決定部２０３は、要求出力演算部２０１によって算出されたドライバ要求値と、バッテリＥＣＵ１１３から入力されたバッテリ情報に含まれる蓄電器１０１のＳＯＣ、バッテリ温度及びバッテリ出力制限値と、エンジン冷却水温情報と、ヒータ稼動情報とに基づいて、エンジン１０７の運転モードを決定する。指令値出力部２０５は、エンジン運転モード決定部２０３によって決定された運転モードに基づく指令値（発電出力指令値及びエンジン回転数指令値）を決定し、エンジンＥＣＵ１１７に出力する。

以下、マネジメントＥＣＵ１１５が有するエンジン運転モード決定部２０３が行う運転モード決定処理について、当該処理を３つの処理（運転条件設定処理、ＢＳＦＣボトム運転可否判断処理、モード切替処理）に分けて説明する。

まず、運転条件設定処理について説明する。図３は、マネジメントＥＣＵ１１５が有するエンジン運転モード決定部２０３が行う運転条件設定処理を示すフローチャートである。図３に示すように、エンジン運転モード決定部２０３は、ヒータ稼動情報に基づいて、ヒータ１１９が稼動か否かを判断する（ステップＳ１０１）。ヒータ１１９が稼動していない場合、エンジン運転モード決定部２０３は、状況に応じて出力追従運転又はＢＳＦＣボトム運転が行われる「通常運転モード」に運転条件を設定する（ステップＳ１０３）。なお、通常運転モードでは、蓄電器１０１のＳＯＣやドライバ要求値等に応じて、必要な場合にエンジン１０７が駆動される。一方、ヒータ１１９が稼動している場合、エンジン運転モード決定部２０３は、ステップＳ１０５に進む。

ステップＳ１０５では、エンジン運転モード決定部２０３は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力されたエンジン冷却水温情報に基づいて、エンジン冷却水温が第１しきい値より高いか否かを判断する。エンジン冷却水温が第１しきい値より高いと判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、ステップＳ１０３に進み、運転条件を通常運転モードに設定する。なお、通常運転モードでは、状況に応じて出力追従運転又はＢＳＦＣボトム運転が行われる。一方、エンジン冷却水温が第１しきい値以下と判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、状況に応じて出力追従運転、ＢＳＦＣボトム運転又は補機負荷発電運転が行われる「ヒータ用運転モード」に運転条件を設定する。なお、ヒータ用運転モードでは、エンジン１０７は常に駆動される。運転条件がヒータ用運転モードに設定されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、以下説明するＢＳＦＣボトム運転可否判断処理を行う。

ＢＳＦＣボトム運転可否判断処理について説明する。図４は、マネジメントＥＣＵ１１５が有するエンジン運転モード決定部２０３が行うＢＳＦＣボトム運転可否判断処理を示すフローチャートである。図４に示すように、エンジン運転モード決定部２０３は、エンジン冷却水温情報に基づいて、エンジン冷却水温が第２しきい値より高いか否かを判断する（ステップＳ２０１）。なお、第２しきい値は、図３のステップＳ１０５で用いられた第１しきい値よりも低い。エンジン冷却水温が第２しきい値以下と判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、ＢＳＦＣボトム運転を行わないと判断する（ステップＳ２０３）。一方、エンジン冷却水温が第２しきい値より高いと判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、エンジン運転モード決定部２０３は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力されたバッテリ情報に基づいて、蓄電器１０１のＳＯＣがしきい値より小さいか否かを判断する。蓄電器１０１のＳＯＣがしきい値以上と判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３はステップＳ２０３に進み、ＢＳＦＣボトム運転を行わないと判断する。一方、蓄電器１０１のＳＯＣがしきい値より小さいと判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、エンジン運転モード決定部２０３は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力されたバッテリ情報に基づいて、蓄電器１０１の温度（バッテリ温度）がしきい値より大きいか否かを判断する。バッテリ温度がしきい値以下と判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３はステップＳ２０３に進み、ＢＳＦＣボトム運転を行わないと判断する。一方、バッテリ温度がしきい値より大きいと判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、ＢＳＦＣボトム運転を行うと判断する（ステップＳ２０９）。

このように、エンジン運転モード決定部２０３は、（１）エンジン冷却水温が第２しきい値より高く、（２）蓄電器１０１のＳＯＣがしきい値より小さく、かつ、（３）バッテリ温度がしきい値より大きいと判断したとき、ＢＳＦＣボトム運転を行うと判断する。このとき、エンジン運転モード決定部２０３は、運転条件が「ヒータ用運転モード」に設定されているときの発電条件を「ＢＳＦＣボトム運転モード」に設定する。一方、エンジン運転モード決定部２０３が、ＢＳＦＣボトム運転を行わないと判断した場合、エンジン運転モード決定部２０３は、運転条件が「ヒータ用運転モード」に設定されているときの発電条件を「補機負荷発電運転モード」に設定する。

「補機負荷発電運転」とは、補機負荷で消費される電力分だけを発電するためのエンジン１０７の運転である。このときモータ１０５に供給される電力は全て蓄電器１０１から供給される。補機負荷発電運転されたエンジン１０７の動力によって発電された電力は、図示しないＤＣＤＣコンバータを介して補機負荷に供給される。補機負荷で消費される電力は、モータで消費される電力と比較して小さい。このため、補機負荷発電運転されるエンジン１０７は、比較的高い回転数で駆動されるＢＳＦＣボトム運転時よりも低い回転数で駆動される。なお、補機負荷で消費される電力は頻繁に大きく変化しないため、補機負荷発電運転時のエンジン１０７の回転数は略一定である。

上記説明したように、ＢＳＦＣボトム運転可否判断処理では、エンジン冷却水温が第２しきい値以下のとき、補機負荷発電運転を行うと判断される。エンジン冷却水温が低いということはエンジン１０７が暖機されていないことである。暖機が完了していない状態のエンジン１０７をＢＳＦＣボトム運転して高回転で稼動するとエミッションが悪化する恐れがある。しかし、補機負荷発電運転を行えば、上述したように補機負荷発電運転時の回転数は低いため、エミッションの悪化を防止できる。

また、ＢＳＦＣボトム運転可否判断処理では、蓄電器１０１のＳＯＣがしきい値以上のとき、補機負荷発電運転を行うと判断される。蓄電器１０１のＳＯＣが高いときにＢＳＦＣボトム運転を連続して行うと、蓄電器１０１がすぐに満充電状態となり、その後も継続してＢＳＦＣボトム運転を行うと過充電状態となる恐れがある。しかし、補機負荷発電運転を行えば、蓄電器１０１への充電は行われないため、蓄電器１０１への過充電を防止できる。但し、補機負荷発電運転時にモータ１０５に供給される電力は全て蓄電器１０１から供給されるため、蓄電器１０１のＳＯＣはモータ１０５の駆動に応じて減少する。

さらに、ＢＳＦＣボトム運転可否判断処理では、バッテリ温度がしきい値以下のとき、補機負荷発電運転を行うと判断される。バッテリ温度が低いと蓄電器１０１の実質的な容量が低下する。このときＢＳＦＣボトム運転を連続して行うと、蓄電器１０１がすぐに満充電状態となり、その後も継続してＢＳＦＣボトム運転を行うと過充電状態となる恐れがある。しかし、補機負荷発電運転を行えば、蓄電器１０１への充電は行われないため、蓄電器１０１への過充電を防止できる。

次に、モード切替処理について説明する。蓄電器１０１の状態及びエンジン冷却水温は変化するため、エンジン運転モード決定部２０３は、状況の変化に応じて運転条件及び発電条件を変更する。また、走行状態及びドライバ操作によってドライバ出力値は変化するため、エンジン運転モード決定部２０３は、ドライバ出力値の変化に応じて運転条件を変更する。

図５は、マネジメントＥＣＵ１１５が有するエンジン運転モード決定部２０３が行うモード切替処理を示すフローチャートである。図５に示すように、エンジン運転モード決定部２０３は、要求出力演算部２０１が出力したドライバ要求値が、エンジン１０７をＢＳＦＣボトム運転したときに得られる電力値とバッテリ出力制限値の合計よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ３０１）。ドライバ要求値が前記合計よりも大きいと判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、運転条件が通常運転モードとヒータ用運転モードのどちらに設定されていても、発電条件を出力追従運転に切り替える（ステップＳ３０３）。一方、ドライバ要求値が前記合計以下と判断されたとき、エンジン運転モード決定部２０３は、ステップＳ３０５に進む。

ステップＳ３０５では、エンジン運転モード決定部２０３は、図３を参照して上記説明した運転条件設定処理を行って、運転条件が通常運転モードに設定されるかヒータ用運転モードに設定されるかを判断する。運転条件が通常運転モードに設定される場合、エンジン運転モード決定部２０３は、発電条件をＢＳＦＣボトム運転モードに切り替える（ステップＳ３０７）。一方、運転条件がヒータ用運転モードに設定される場合、エンジン運転モード決定部２０３は、ステップＳ３０９に進む。

ステップＳ３０９では、エンジン運転モード決定部２０３は、図４を参照して上記説明したＢＳＦＣボトム運転可否判断処理を行って、ＢＳＦＣボトム運転を行うか否かを判断する。エンジン運転モード決定部２０３がＢＳＦＣボトム運転を行うと判断した場合、エンジン運転モード決定部２０３はステップＳ３０７に進み、発電条件をＢＳＦＣボトム運転モードに切り替える。一方、エンジン運転モード決定部２０３がＢＳＦＣボトム運転を行わないと判断した場合、エンジン運転モード決定部２０３は、発電条件を補機負荷発電運転モードに切り替える（ステップＳ３１１）。

指令値出力部２０５は、上記説明したエンジン運転モード決定部２０３が行う運転モード決定処理によって決定された運転モードに基づく指令値（発電出力指令値及びエンジン回転数指令値）を決定し、エンジンＥＣＵ１１７に出力する。但し、補機負荷発電運転モードに基づく指令値は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力された補機負荷消費電力情報に基づいて決定される。また、出力追従モードに基づく指令値は、要求出力演算部２０１によって算出されたドライバ要求値及びバッテリ出力制限値に基づいて決定される。

以上説明したように、本実施形態では、エンジン冷却水温が低い状態でヒータ１１９が稼動されているとき、すなわち、運転条件がヒータ用運転モードのとき、ドライバによって非常に高い出力が求められない限り、エンジン冷却水温及び蓄電器１０１の状態に応じて、エンジン１０７がＢＳＦＣボトム運転又は補機負荷発電運転される。ＢＳＦＣボトム運転は最も燃費の良い一定の回転数での定点運転であり、補機負荷発電運転は低出力運転である。どちらの運転モードも大幅な回転数の変化なく連続的に運転されるため、燃費の良い運転と言える。したがって、ヒータ１１９を機能させるためにエンジン１０７を駆動する場合であっても、燃費の良いエンジン運転を行うことができる。

図６は、第１の実施形態の車両及び従来の車両の各走行試験で得られた車速、エンジン出力及びバッテリ出力を示すグラフである。図６（ｅ）は、第１の実施形態の車両のエンジン出力を示すグラフである。図６（ｅ）中の符号３０１が示す時間帯では、運転条件がヒータ用運転モードに設定され、発電条件が補機負荷発電運転モードに設定されている。また、符号３０３が示す時間帯では、運転条件がヒータ用運転モードに設定され、発電条件がＢＳＦＣボトム運転モードに設定されている。また、符号３０５が示す時間帯では、運転条件が通常運転モードに設定され、発電条件がＢＳＦＣボトム運転モードに設定されている。

（第２の実施形態）
第１の実施形態では、補機負荷発電運転時にモータ１０５に供給される電力は全て蓄電器１０１から供給されるため、補機負荷発電運転モードでは、蓄電器１０１のＳＯＣがモータ１０５の駆動に応じて低下する。しかし、補機負荷発電運転が長く続くと蓄電器１０１が過放電する恐れがある。また、充電が必要なレベルまで蓄電器１０１のＳＯＣが低下すると、暖機が完了していないにもかかわらず充電のためにエンジン１０７の回転数を上げる必要がある。しかし、暖機が完了していない状態でエンジン１０７の回転数を上げるとエミッションが悪化する恐れがある。したがって、第２の実施形態では、蓄電器１０１のＳＯＣが目標値となるようエンジン１０７の発電量を制御する。

第１の実施形態で行われる補機負荷発電運転では、補機負荷で消費される電力分だけを発電している。本実施形態では、補機負荷で消費される電力と、蓄電器１０１の目標ＳＯＣまでの差を補償するために必要な電力（以下「補償電力」という。）との合計電力分を発電する。以下、当該発電を行うためのエンジン１０７の駆動を「補機負荷ＳＯＣ補償発電運転」という。補機負荷ＳＯＣ補償発電運転モードでは、マネジメントＥＣＵ１１５の指令値出力部２０５は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力された補機負荷消費電力情報、並びに、蓄電器１０１のＳＯＣ及び目標ＳＯＣに基づいて指令値を決定する。

蓄電器１０１のＳＯＣ（以下「実際ＳＯＣ」という。）が目標ＳＯＣよりも低いとき、指令値出力部２０５は、目標ＳＯＣと実際ＳＯＣの差を算出し、補機負荷で消費される電力と補償電力の合計を示す発電出力指令値を含む指令値を出力する。指令値出力部２０５は、目標ＳＯＣと実際ＳＯＣの差がなくなるまで当該指令値を出力する。その結果、図７中の符号４０１に示すように、実際のＳＯＣは目標ＳＯＣまで上昇する。このように、蓄電器１０１のＳＯＣを最適な目標ＳＯＣに上げることができるため、モータ１０５の駆動による蓄電器１０１の過放電及びエミッションの悪化を防止することができる。

一方、実際ＳＯＣが目標ＳＯＣ以上のとき、指令値出力部２０５は目標ＳＯＣと実際ＳＯＣの差を算出するが、このとき出力する指令値は第１の実施形態で説明した補機負荷発電運転モード時の指令値と同じである。その結果、図７中の符号４０３に示すように、実際のＳＯＣは目標ＳＯＣまで低下する。目標ＳＯＣまで低下した後に実際のＳＯＣが目標ＳＯＣより下回った際には、再び回転数を上げて目標ＳＯＣまで上げる。このため、モータ１０５の駆動によって低下する蓄電器１０１のＳＯＣの下限を、蓄電器１０１にとって最適な目標ＳＯＣにすることができる。

（第３の実施形態）
第１の実施形態では、補機負荷発電運転時にモータ１０５に供給される電力は全て蓄電器１０１から供給されるため、補機負荷発電運転モードでは、蓄電器１０１のＳＯＣがモータ１０５の駆動に応じて低下する。しかし、補機負荷発電運転が長く続くと蓄電器１０１が過放電する恐れがある。また、充電が必要なレベルまで蓄電器１０１のＳＯＣが低下すると、暖機が完了していないにもかかわらず充電のためにエンジン１０７の回転数を上げる必要がある。しかし、暖機が完了していない状態でエンジン１０７の回転数を上げるとエミッションが悪化する恐れがある。したがって、第３の実施形態では、モータ１０５に供給する電力もエンジン１０７の駆動による発電によって供給するようエンジン１０７の発電量を制御する。

第１の実施形態で行われる補機負荷発電運転では、補機負荷で消費される電力分だけを発電している。本実施形態では、補機負荷で消費される電力と、要求出力演算部２０１によって算出されたドライバ要求値との合計電力分を発電する。以下、当該発電を行うためのエンジン１０７の駆動を「補機負荷ドライバ要求発電運転」という。補機負荷ドライバ要求発電運転モードでは、マネジメントＥＣＵ１１５の指令値出力部２０５は、マネジメントＥＣＵ１１５に入力された補機負荷消費電力情報と、要求出力演算部２０１から出力されたドライバ要求値とに基づいて指令値を決定する。なお、補機負荷ドライバ要求発電運転モードでは、モータ１０５への電力供給は蓄電器１０１からではなく、エンジン１０７の動力によって発電された電力が供給される。

補機負荷ドライバ要求発電運転モードでは蓄電器１０１が放電しないため、図８中の符号５０１に示すように、蓄電器１０１のＳＯＣは当該モードを開始したときの値に保たれる。なお、図８中の符号５０３に示すように、当該モードを開始したときの値が所定値よりも低い場合には、第２の実施形態と同様に、当該所定値まで蓄電器１０１のＳＯＣを上げても良い。このように、蓄電器１０１のＳＯＣが低下しないため、モータ１０５の駆動による蓄電器１０１の過放電及びエミッションの悪化を防止することができる。

シリーズ方式のＨＥＶの動力系及び電源系を示すブロック図 マネジメントＥＣＵの内部構成を示すブロック図 マネジメントＥＣＵが有するエンジン運転モード決定部が行う運転条件設定処理を示すフローチャート マネジメントＥＣＵが有するエンジン運転モード決定部が行うＢＳＦＣボトム運転可否判断処理を示すフローチャート マネジメントＥＣＵが有するエンジン運転モード決定部が行うモード切替処理を示すフローチャート 第１の実施形態の車両及び従来の車両の各走行試験で得られた車速、エンジン出力及びバッテリ出力を示すグラフ 第２の実施形態の補機負荷ＳＯＣ補償発電運転を行ったときの蓄電器のＳＯＣの時間変化を示すグラフ 第３の実施形態の補機負荷ドライバ要求発電運転を行ったときの蓄電器のＳＯＣの時間変化を示すグラフ

符号の説明

１０１ 蓄電器(BATT)
１０３ インバータ(INV)
１０５ モータ(TR Mot)
１０７ エンジン(ENG)
１０９ ジェネレータ(GEN)
１１１ インバータ(INV)
１１３ バッテリＥＣＵ(BATT ECU)
１１５ マネジメントＥＣＵ(MG ECU)
１１７ エンジンＥＣＵ(ENG ECU)
１１９ ヒータ
２０１ 要求出力演算部
２０３ エンジン運転モード決定部
２０５ 指令値出力部

Claims (9)

1. 内燃機関の動力によって発電された電力を動力源として駆動する電動機からの動力によって走行する車両の内燃機関制御装置であって、
   前記内燃機関を冷却するための冷却水の熱を利用して前記車両の室内に温風を供給する暖房装置が稼動状態のとき、前記冷却水の温度及び前記内燃機関の動力によって発電された電力を充電する蓄電器の状態に応じて、前記内燃機関の運転モードを決定する運転モード決定部を備え、
   前記運転モード決定部は、
   前記冷却水の温度が第１しきい値以下であれば、常に前記内燃機関を駆動する運転条件を設定した後、
   前記蓄電器の充電状態値に応じて、単位発電電力量あたりの消費燃料量が最小となる所定の一定回転数で前記内燃機関を駆動して、前記電動機への電力供給は前記蓄電器から行う第１のモード、及び前記内燃機関の動力によって前記暖房装置を含む前記車両で用いられる補機で消費される電力分だけが発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御して、前記電動機への電力供給は前記蓄電器から行う第２のモードのいずれか１つを選択することを特徴とする内燃機関制御装置。
2. 請求項１に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記運転モード決定部は、前記蓄電器の充電状態値が所定値より小さければ前記第１のモードを選択し、前記蓄電器の充電状態値が前記所定値以上であれば前記第２のモードを選択することを特徴とする内燃機関制御装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記運転モード決定部は、前記蓄電器の充電状態値にかかわらず、前記冷却水の温度が前記第１しきい値よりも低い第２しきい値以下であれば前記第２のモードを選択することを特徴とする内燃機関制御装置。
4. 請求項２に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記運転モード決定部は、前記蓄電器の充電状態値にかかわらず、前記蓄電器の温度がしきい値以下であれば前記第２のモードを選択することを特徴とする内燃機関制御装置。
5. 請求項３に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記運転モード決定部は、前記冷却水の温度にかかわらず、前記蓄電器の温度がしきい値以下であれば前記第２のモードを選択することを特徴とする内燃機関制御装置。
6. 請求項１に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記車両の車速情報及びドライバ操作情報に基づいて、前記電動機に供給する電力として前記車両のドライバが要求するドライバ要求値を導出する要求出力導出部を備え、
   前記運転モード決定部は、
   前記蓄電器が出力可能な最大電力値と前記第１のモードで出力可能な電力値の和よりも前記ドライバ要求値が大きいときは、前記冷却水の温度及び前記蓄電器の充電状態値にかかわらず、前記ドライバ要求値と前記蓄電器が出力可能な最大電力値の差の電力を発電すべく前記所定の一定回転数よりも高い回転数で前記内燃機関を駆動する第３のモードを選択することを特徴とする内燃機関制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記運転モード決定部は、前記第２のモードを選択した場合、前記蓄電器の充電状態値が目標値と異なるときに、前記補機で消費される電力と前記充電状態値と前記目標値の差を補償する電力との和が発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御することを特徴とする内燃機関制御装置。
8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記車両の車速情報及びドライバ操作情報に基づいて、前記電動機に供給する電力として前記車両のドライバが要求するドライバ要求値を導出する要求出力導出部を備え、
   前記運転モード決定部は、前記第２のモードを選択した場合、前記補機で消費される電力と、前記ドライバ要求値が示す電力との和が発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御し、前記電動機へは前記内燃機関の動力によって発電された電力が供給されることを特徴とする内燃機関制御装置。
9. 請求項８に記載の内燃機関制御装置であって、
   前記運転モード決定部は、前記第２のモードを選択した場合、前記蓄電器の充電状態値が目標値と異なるときに、前記補機で消費される電力と、前記ドライバ要求値が示す電力と、前記充電状態値と前記目標値の差を補償する電力との和が発電されるよう前記内燃機関の回転数を制御することを特徴とする内燃機関制御装置。

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