JP2009234364A - ハイブリッド車およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】内燃機関を間欠運転して走行する車両において内燃機関の始動時のショックを低減する。
【解決手段】エンジン22の運転を停止した後に、クランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲外のときには、所定の目標停止位置における角度Atagとクランク角CAとの差にゲインkを乗じたトルクをモータMG1のトルク指令Tm1*として設定して(S330,S340)、モータMG1を駆動する。これにより、エンジン22の停止位置を始動時の始動ショックが小さい範囲、即ち、いずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内とすることができる。
【選択図】図4
【解決手段】エンジン22の運転を停止した後に、クランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲外のときには、所定の目標停止位置における角度Atagとクランク角CAとの差にゲインkを乗じたトルクをモータMG1のトルク指令Tm1*として設定して(S330,S340)、モータMG1を駆動する。これにより、エンジン22の停止位置を始動時の始動ショックが小さい範囲、即ち、いずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内とすることができる。
【選択図】図4
Description
本発明は、ハイブリッド車およびその制御方法に関する。
従来、この種のハイブリッド車としては、エンジンの停止時にエンジンにおけるピストン位置が中立位置となるようエンジンを停止するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。このハイブリッド車では、ピストン位置が中立位置となるようエンジンを停止することにより、次にエンジンを始動するときに生じる振動を抑制している。
特開2006−233841号公報
しかしながら、上述のハイブリッド車では、所望のクランク角でエンジンを停止しようとしても、エンジンの温度などの状態や走行条件などによりバラツキが生じ、所望のクランク位置でエンジンを停止することができない場合も生じる。この場合、エンジンを始動するときに生じる振動を抑制することができない。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、内燃機関を間欠運転して走行する車両において内燃機関の始動時のショックを低減することを主目的とする。
本発明のハイブリッド車およびその制御方法は、少なくとも上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド車は、
複数気筒を有する内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続されて電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電手段と、を備え、内燃機関の間欠運転を伴って走行するハイブリッド車であって、
前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、前記内燃機関の運転を停止して前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関の運転を停止した以降に前記検出した回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
複数気筒を有する内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続されて電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電手段と、を備え、内燃機関の間欠運転を伴って走行するハイブリッド車であって、
前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、前記内燃機関の運転を停止して前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関の運転を停止した以降に前記検出した回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明のハイブリッド車では、間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に内燃機関の運転を停止した以降に内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。即ち、内燃機関の運転を停止した後で内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲内となるよう制御するのである。ここで、所定範囲は、内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲であり、次に内燃機関を始動するときの始動ショックが小さくなる範囲である。このため、本発明のハイブリッド車では、内燃機関の始動時の始動ショックを低減することができる。
こうした本発明のハイブリッド車において、前記制御手段は、前記所定の自動停止条件が成立したときには、前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関のいずれかの気筒が前記所定範囲内となって該内燃機関が停止するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記内燃機関の運転が停止された以降に前記検出された回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が前記所定範囲内となって該内燃機関が停止していないときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記検出した回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転を停止するときに内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲内となるようにすることができ、内燃機関の運転を停止するときに内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲内となるようにすることができないときでも、内燃機関の運転を停止した後で内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲内となるようにすることができる。
また、本発明のハイブリッド車において、前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記発電機の回転軸との3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、を備える手段であるものとすることもできる。
本発明のハイブリッド車の制御方法は、
複数気筒を有する内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続されて電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電手段と、を備え、内燃機関の間欠運転を伴って走行するハイブリッド車の制御方法であって、
間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、前記内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関の運転を停止した以降に前記出力軸の回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する、
ことを特徴とする。
複数気筒を有する内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続されて電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電手段と、を備え、内燃機関の間欠運転を伴って走行するハイブリッド車の制御方法であって、
間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、前記内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関の運転を停止した以降に前記出力軸の回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する、
ことを特徴とする。
このハイブリッド車の制御方法では、間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に内燃機関の運転を停止した以降に内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する。即ち、内燃機関の運転を停止した後で内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲内となるよう制御するのである。ここで、所定範囲は、内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲であり、次に内燃機関を始動するときの始動ショックが小さくなる範囲である。このため、本発明のハイブリッド車では、内燃機関の始動時の始動ショックを低減することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図1は本発明の一実施としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2はエンジン22の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、エンジン22の出力軸としてのクランクシャフト26にダンパ28を介して接続された3軸式の動力分配統合機構30と、動力分配統合機構30に接続された発電可能なモータMG1と、動力分配統合機構30に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに取り付けられた減速ギヤ35と、この減速ギヤ35に接続されたモータMG2と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット70とを備える。
エンジン22は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な複数の気筒(例えば6気筒)を有する内燃機関として構成されており、図2に示すように、エアクリーナ122により清浄された空気をスロットルバルブ124を介して吸入すると共に燃料噴射弁126からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ128を介して燃料室に吸入し、点火プラグ130による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン132の往復運動をクランクシャフト26の回転運動に変換する。エンジン22からの排気は、一酸化炭素(CO)や炭化水素(HC),窒素酸化物(NOx)の有害成分を浄化する浄化装置(三元触媒)134を介して外気へ排出される。
エンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により制御されている。エンジンECU24には、エンジン22の状態を検出する種々のセンサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。例えば、エンジンECU24には、クランクシャフト26の回転位置を検出するクランクポジションセンサ140からのクランクポジションやエンジン22の冷却水の温度を検出する水温センサ142からの冷却水温,燃焼室内に取り付けられた圧力センサ143からの筒内の圧力,燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ128や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ144からのカムポジション,スロットルバルブ124の開度を検出するスロットルバルブポジションセンサ146からのスロットルポジション,吸気管に取り付けられたエアフローメータ148からの吸入空気量,同じく吸気管に取り付けられた温度センサ149からの吸気温などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンECU24からは、エンジン22を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。例えば、エンジンECU24からは、燃料噴射弁126への駆動信号や、スロットルバルブ124のポジションを調節するスロットルモータ136への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル138への制御信号、吸気バルブ128の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構150への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンECU24は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によりエンジン22を運転制御すると共に必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータを出力する。なお、エンジンECU24は、クランクポジションセンサ140からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト26の回転数、即ちエンジン22の回転数Neも演算している。
動力分配統合機構30は、外歯歯車のサンギヤ31と、このサンギヤ31と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ32と、サンギヤ31に噛合すると共にリングギヤ32に噛合する複数のピニオンギヤ33と、複数のピニオンギヤ33を自転かつ公転自在に保持するキャリア34とを備え、サンギヤ31とリングギヤ32とキャリア34とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構30は、キャリア34にはエンジン22のクランクシャフト26が、サンギヤ31にはモータMG1が、リングギヤ32にはリングギヤ軸32aを介して減速ギヤ35がそれぞれ連結されており、モータMG1が発電機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力をサンギヤ31側とリングギヤ32側にそのギヤ比に応じて分配し、モータMG1が電動機として機能するときにはキャリア34から入力されるエンジン22からの動力とサンギヤ31から入力されるモータMG1からの動力を統合してリングギヤ32側に出力する。リングギヤ32に出力された動力は、リングギヤ軸32aからギヤ機構60およびデファレンシャルギヤ62を介して、最終的には車両の駆動輪63a,63bに出力される。
モータMG1およびモータMG2は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ41,42を介してバッテリ50と電力のやりとりを行なう。インバータ41,42とバッテリ50とを接続する電力ライン54は、各インバータ41,42が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ50は、モータMG1,MG2のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータMG1,MG2により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ50は充放電されない。モータMG1,MG2は、いずれもモータ用電子制御ユニット(以下、モータECUという)40により駆動制御されている。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するために必要な信号、例えばモータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ43,44からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータMG1,MG2に印加される相電流などが入力されており、モータECU40からは、インバータ41,42へのスイッチング制御信号が出力されている。モータECU40は、ハイブリッド用電子制御ユニット70と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御すると共に必要に応じてモータMG1,MG2の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52によって管理されている。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧,バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流,バッテリ50に取り付けられた温度センサ51からの電池温度Tbなどが入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量(SOC)を演算したり、演算した残容量(SOC)と電池温度Tbとに基づいてバッテリ50を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Win,Woutを演算している。なお、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、電池温度Tbに基づいて入出力制限Win,Woutの基本値を設定し、バッテリ50の残容量(SOC)に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Win,Woutの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。
ハイブリッド用電子制御ユニット70は、CPU72を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPU72の他に処理プログラムを記憶するROM74と、データを一時的に記憶するRAM76と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット70には、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号,シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSP,アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Acc,ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速Vなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、前述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されており、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、運転者によるアクセルペダル83の踏み込み量に対応するアクセル開度Accと車速Vとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるように、エンジン22とモータMG1とモータMG2とが運転制御される。エンジン22とモータMG1とモータMG2の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にエンジン22から出力される動力のすべてが動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによってトルク変換されてリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ50の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン22から出力されるようにエンジン22を運転制御すると共にバッテリ50の充放電を伴ってエンジン22から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構30とモータMG1とモータMG2とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG1およびモータMG2を駆動制御する充放電運転モード、エンジン22の運転を停止してモータMG2からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸32aに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特にエンジン22の運転を停止する際の動作とエンジン22の運転を停止した後にモータ走行している際の動作とについて説明する。図3はハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるエンジン停止時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図4はハイブリッド用電子制御ユニット70により実行されるモータ走行時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図3のエンジン停止時駆動制御ルーチンは、エンジン22の運転停止の要求がなされたとき、例えばバッテリ50の残容量(SOC)が充電不要な所定残容量以上で要求動力がエンジン停止用に設定されたエンジン停止動力未満になったときや図示しないモータ走行スイッチを運転者が操作したときなどに実行され、図4のモータ走行時駆動制御ルーチンは、エンジン22の運転が停止されたときからエンジン22を始動するまで所定時間毎(例えば、数msec毎)に繰り返し実行される。説明の都合上、まず、エンジン停止時の制御について説明し、その後、モータ走行時の制御について説明する。
エンジン停止時駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、エンジン22の運転を停止するエンジン停止指令をエンジンECU24に送信すると共に(ステップS100)、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accやブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP,車速センサ88からの車速V,エンジン22の回転数Ne,クランクシャフト26のクランク角CA,筒内圧力Pin,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の入出力制限Win,Woutなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS110)。ここで、エンジン22の回転数Neとクランク角CAは、クランクポジションセンサ140により検出されたクランクポジションに基づいて算出された回転数Neとこのクランクポジションを基準角度からの角度として算出したクランク角CAをエンジンECU24から通信により入力するものとした。筒内圧力Pinは、前述した筒内圧力検出ルーチンにより送信されたものを入力するものとした。また、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されるモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、温度センサ51により検出されたバッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の残容量(SOC)とに基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。なお、エンジン停止指令を受信したエンジンECU24は、燃料噴射制御や点火制御を停止してエンジン22の運転を停止する。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBP,車速Vに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*を設定する(ステップS120)。要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度AccやブレーキペダルポジションBP,車速V,要求トルクTr*の関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度AccやブレーキペダルポジションBP,車速Vが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクTr*を導出して設定するものとした。図5に要求トルク設定用マップの一例を示す。
続いて、入力したエンジン22の回転数Neが後述する閾値Nrefより小さいか否かを判定し(ステップS130)、回転数Neが閾値Nrefより小さくないと判定されたときには、エンジン22の回転数Neに基づいてモータMG1から出力すべきトルク指令Tm1*を設定する(ステップS140)。モータMG1のトルク指令Tm1*とエンジン22の回転数Neとの関係の一例を図6に示す。図示するように、共振現象を生じさせるエンジン22の回転領域(共振帯)を素早く通過してエンジン22の回転をスムーズに引き下げるようトルク指令Tm1*が設定される。ここで、閾値Nrefは、共振帯の下限の回転数よりも低い回転数として設定されており、回転数Neがこの閾値Nref以下に至ったときにエンジン22を所定の目標停止位置で停止させるためのトルク指令Tm1*が設定される。
こうしてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定すると、設定したトルク指令Tm1*と要求トルクTr*と動力分配統合機構30のギヤ比ρと減速ギヤ35のギヤ比Grとに基づいて要求トルクTr*をリングギヤ軸32aに出力するためにモータMG2から出力すべきトルクとしてのトルク指令Tm2tmpを次式(1)により設定し(ステップS160)、モータMG2のトルク制限Tmin,Tmaxを次式(2)および式(3)により計算すると共に(ステップS170)、設定した仮トルクTm2tmpを次式(4)によりトルク制限Tmin,Tmaxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS180)。モータMG1からのトルクによりエンジン22の回転数Neを引き下げる際の動力分配統合機構30の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を図7に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nrを示す。S軸上の矢印は、エンジン22の回転数Neを引き下げるためにモータMG1から出力するトルクを示し、R軸上の2つの矢印は、モータMG1から出力されたトルクがリングギヤ軸32aに作用するトルクとモータMG2から出力されるトルクが減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクを示す。なお、式(1)は、この共線図から容易に導き出すことができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (1)
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tmax),Tmin) (4)
Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tmax),Tmin) (4)
こうしてモータMG1のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信する(ステップS190)。トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が駆動されるようインバータ41,42のスイッチング素子のスイッチング制御を行う。
そして、エンジン回転数Neが値0か否かを判定する(ステップS200)。いま、ステップS130でエンジン22の回転数Neが閾値Nrefより小さくないと判定したときを考えているから、ステップS200で回転数Neは値0ではないと判定し、ステップS110に戻って処理を繰り返す。
このような処理を繰り返すうちに、ステップS130でエンジン22の回転数Neが閾値Nref以下に至ったと判定したときには、エンジン22が次回の内燃機関の始動に適した所定の目標停止位置で停止するようエンジン回転数Neとクランク角CAとに基づいてモータMG1のトルク指令Tm1*を設定し(ステップS150)、設定したトルク指令Tm1*を用いてステップS160〜S200の処理を実行する。ここで、所定の目標停止位置は、エンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点を含む所定範囲(上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲)内の位置であり、次にエンジン22を始動するときの始動ショックが小さくなる位置である。角度Aref1としては例えば40度を用いることができ、角度Aref2としては10度を用いることができる。そして、所定の目標停止位置としては上死点の前10度を用いることができる。クランク位置と始動時の車両の前後加速度との関係の一例を図8に示す。図示するように、エンジン22の始動時の前後加速度は、圧縮行程における上死点の手前40度から上死点の後10度までの範囲で小さく、この範囲を外れると大きくなる。したがって、こうした範囲内でエンジン22を停止すれば、次にエンジン22を始動するときの始動ショックを小さくすることができる。
エンジン22の回転数Neが値0になるまで上述の処理を繰り返し、ステップS200で回転数Neが値0と判定されると、エンジン停止時駆動制御ルーチンを終了する。このようにエンジン22の回転数Neとクランク角CAとに基づいてモータMG1のトルク指令Tm1*に設定して駆動することにより、エンジン22を所定の目標停止位置近傍に停止することができる。エンジン22を停止する際のエンジン22の回転数NeとモータMG1のトルクTm1とクランク角CAの時間変化の様子の一例を図9に示す。なお、エンジン22のフリクションはエンジン22の温度や吸入空気の温度,空気密度などにより変化するため、上述したエンジン停止時駆動制御ルーチンを実行してもエンジン22を所定の目標停止位置に停止できない場合、特にエンジン22がいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の手前40度から上死点の後10度の範囲外で停止してしまう場合も生じる。
こうしてエンジン22を停止すると、ハイブリッド用電子制御ユニット70が図4に例示するモータ走行時駆動制御ルーチンを繰り返し実行することにより実施例のハイブリッド自動車20はモータ走行により走行する。モータ走行時駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、アクセル開度AccやブレーキペダルポジションBP,車速V,クランクシャフト26のクランク角CA,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の入出力制限Win,Woutなど制御に必要なデータを入力すると共に(ステップS300)、入力したアクセル開度AccやブレーキペダルポジションBP,車速Vと図5の要求トルク設定用マップとを用いて駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力すべき要求トルクTr*を設定する(ステップS310)。
そして、エンジン22の運転を停止してモータ走行に移行してから所定時間(例えば、3秒や5秒など)経過したか否かを判定し(ステップS320)、所定時間経過していないときには、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共に(ステップS340)、設定したトルク指令Tm1*用いてエンジン停止時駆動制御ルーチンのステップS160〜S180と同一の処理によりモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し(ステップS360〜S380)、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信して(ステップS390)、本ルーチンを終了する。いま、トルク指令Tm1*として値0が設定されているときを考えているから、モータMG2のトルク指令Tm2*には、要求トルクTr*を減速ギヤ35のギヤ比Grで除してバッテリ50の入出力制限Win,Woutで制限したもの、基本的にはTr*/Grにより計算される値が設定される。
エンジン22の運転を停止してモータ走行に移行してから所定時間経過していると、クランク角CAがいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内であるか否かを判定し(ステップS330)、クランク角CAがこの範囲内のときには、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共に(ステップS340)、設定したトルク指令Tm1*用いてエンジン停止時駆動制御ルーチンのステップS160〜S180と同一の処理によりモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し(ステップS360〜S380)、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信して(ステップS390)、本ルーチンを終了する。
クランク角CAがいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲外のときには、所定の目標停止位置における角度Atagとクランク角CAとの差にゲインkを乗じたトルクをモータMG1のトルク指令Tm1*として設定し(ステップS350)、設定したトルク指令Tm1*用いてエンジン停止時駆動制御ルーチンのステップS160〜S180と同一の処理によりモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し(ステップS360〜S380)、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信して(ステップS390)、本ルーチンを終了する。ここで、ゲインkの大きさはモータMG1から設定されたトルク指令Tm1*を出力することにより、エンジン22のクランクシャフト26を回転させることができる程度に設定されており、ゲインkの符号は所定の目標停止位置における角度Atagとクランク角CAとの差が打ち消される方向に設定されている。したがって、トルク指令Tm1*によりモータMG1を駆動することによってエンジン22の停止位置をいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内とすることができる。こうしたモータMG1の駆動によりクランク角CAがいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内となると、モータMG1のトルク指令Tm1*には値0が設定されるから、モータMG1の駆動によるエンジン22の停止位置の変更も停止することになる。
なお、こうしたモータ走行時駆動制御を実行している最中に、アクセルペダル83が大きく踏み込まれて車両に要求される要求パワー(要求トルクTr*×リングギヤ軸32aの回転数Nr)が大きくなったときや、車速Vが大きくなったとき,バッテリ50の残容量(SOC)小さくなり充電が必要になったときなどには、図示しないエンジン始動時駆動制御ルーチンが実行されてエンジン22が始動され、その後、図示しないエンジン運転時駆動制御ルーチンが実行されて走行時の駆動制御が行なわれる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20によれば、エンジン22の運転を停止した後に、クランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲外のときには、所定の目標停止位置における角度Atagとクランク角CAとの差にゲインkを乗じたトルクをモータMG1のトルク指令Tm1*として設定してモータMG1を駆動するから、エンジン22の停止位置をエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内とすることができる。この結果、次にエンジン22を始動するときの始動ショックを小さくすることができる。また、エンジン22の運転を停止するときにクランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内の所定の目標停止位置でエンジン22の運転が停止するよう制御するから、エンジン22の運転を停止した後に、モータ走行中にエンジン22の停止位置を変更する頻度を少なくすることができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の運転を停止するときにクランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内の所定の目標停止位置でエンジン22の運転が停止するよう制御するものとしたが、エンジン22の運転を停止するときにはエンジン22が所定の目標停止位置で停止する制御を行なわないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、6気筒のエンジンを用いて説明したが、4気筒のエンジンや6気筒のエンジン、8気筒や12気筒のエンジンを用いるものとしてもよい。いずれの場合でも、エンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲が他の気筒の同様な範囲と重複しないようにすればよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、モータMG2の動力を減速ギヤ35により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図10の変形例のハイブリッド自動車120に例示するように、モータMG2の動力をリングギヤ軸32aが接続された車軸(駆動輪63a,63bが接続された車軸)とは異なる車軸(図10における車輪64a,64bに接続された車軸)に接続するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、エンジン22の動力を動力分配統合機構30を介して駆動輪63a,63bに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図11の変形例のハイブリッド自動車220に例示するように、エンジン22のクランクシャフト26に接続されたインナーロータ232と駆動輪63a,63bに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ234とを有し、エンジン22の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機230を備えるものとしてもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン22が「内燃機関」に相当し、動力分配統合機構30とモータMG1とが「電力動力入出力手段」に相当し、モータMG2が「電動機」に相当し、バッテリ50が「蓄電手段」に相当し、クランクポジションセンサ140が「回転位置検出手段」に相当し、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定する図3のエンジン停止時駆動制御ルーチンのステップS120の処理や図4のモータ走行時駆動制御ルーチンのステップS310の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「要求駆動力設定手段」に相当する。そして、エンジン22の運転を停止するときには、クランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内の所定の目標停止位置でエンジン22の運転が停止するようエンジンECU24にエンジン22の停止制御信号を送信すると共にモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してモータECU40に送信する図3のエンジン停止時駆動制御ルーチンを実行し、エンジン22の運転を停止してからモータ走行中にクランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲外のときには、要求トルクTr*が駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力されて走行すると共に所定の目標停止位置における角度Atagとクランク角CAとの差にゲインkを乗じたトルクがモータMG1から出力されてエンジン22の停止位置が変更されるようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してモータECU40に送信する図4のモータ走行時駆動制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と、エンジン22の停止制御信号を受信してエンジン22に対する燃料噴射制御や点火制御を停止するエンジンECU24と、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信してモータMG1,MG2を駆動するモータECU40とが「制御手段」に相当する。また、モータMG1が「発電機」に相当し、動力分配統合機構30が「3軸式動力入出力手段」に相当する。対ロータ電動機230も「電力動力入出力手段」に相当する。
ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わず、4気筒であっても6気筒であっても、8気筒,12気筒などとしても構わない。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構30とモータMG1とを組み合わせたものや対ロータ電動機230に限定されるされるものではなく、駆動軸に接続されると共に駆動軸とは独立に回転可能に内燃機関の出力軸に接続されて電力と動力の入出力を伴って駆動軸と出力軸とに動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG2に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ50に限定されるものではなく、キャパシタなど、発電機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「回転位置検出手段」としては、クランクポジションセンサ140に限定されるものではなく、内燃機関の出力軸の回転位置を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「要求駆動力設定手段」としては、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Accだけに基づいて要求トルクを設定するものや走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置に基づいて要求トルクを設定するものなど、走行に要求される要求駆動力を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とエンジンECU24とモータECU40とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、エンジン22の運転を停止するときには、クランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲内の所定の目標停止位置でエンジン22の運転が停止するようエンジン22とモータMG1,MG2を制御し、エンジン22の運転を停止してからモータ走行中にクランク角CAがエンジン22のいずれかの気筒の圧縮行程における上死点の前の角度Aref1から上死点の後の角度Aref2の範囲外のときには、要求トルクTr*が駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力されて走行すると共に所定の目標停止位置における角度Atagとクランク角CAとの差にゲインkを乗じたトルクがモータMG1から出力されてエンジン22の停止位置が変更されるようモータMG1,MG2を制御するものに限定されるものではなく、エンジン22の運転を停止するときにはエンジン22が所定の目標停止位置で停止する制御を行なわないものとするなど、間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に内燃機関の運転を停止した以降に内燃機関の出力軸の回転位置に基づいて内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とを制御する物であれば如何なるものとしても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータMG1に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「3軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構30に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて4以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と出力軸と発電機の回転軸との3軸に接続され3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。
なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド車の製造産業に利用可能である。
20,120,220 ハイブリッド自動車、22 エンジン、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、26 クランクシャフト、28 ダンパ、30 動力分配統合機構、31 サンギヤ、32 リングギヤ、32a リングギヤ軸、33 ピニオンギヤ、34 キャリア、35 減速ギヤ、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、43,44 回転位置検出センサ、50 バッテリ、51 温度センサ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、60 ギヤ機構、62 デファレンシャルギヤ、63a,63b 駆動輪、64a,64b 車輪、70 ハイブリッド用電子制御ユニット、72 CPU、74 ROM、76 RAM、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、122 エアクリーナ、124 スロットルバルブ、126 燃料噴射弁、128 吸気バルブ、130 点火プラグ、132 ピストン、134 浄化装置、136 スロットルモータ、138 イグニッションコイル、140 クランクポジションセンサ、142 水温センサ、143 圧力センサ、144 カムポジションセンサ、146 スロットルバルブポジションセンサ、148 エアフローメータ、149 温度センサ、150 可変バルブタイミング機構、230 対ロータ電動機、232 インナーロータ、234 アウターロータ、MG1,MG2 モータ。
Claims (4)
- 複数気筒を有する内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続されて電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電手段と、を備え、内燃機関の間欠運転を伴って走行するハイブリッド車であって、
前記内燃機関の出力軸の回転位置を検出する回転位置検出手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、前記内燃機関の運転を停止して前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関の運転を停止した以降に前記検出した回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えるハイブリッド車。 - 前記制御手段は、間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関のいずれかの気筒が前記所定範囲内となって該内燃機関が停止するよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御し、前記内燃機関の運転が停止された以降に前記検出された回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が前記所定範囲内となって該内燃機関が停止していないときには前記設定された要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記検出した回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する手段である請求項1記載のハイブリッド車。
- 前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記発電機の回転軸との3軸に接続され該3軸のうちのいずれか2軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する3軸式動力入出力手段と、を備える手段である請求項1または2記載のハイブリッド車。
- 複数気筒を有する内燃機関と、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続されて電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力する電力動力入出力手段と、前記駆動軸に動力を入出力する電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機と電力のやりとりを行なう蓄電手段と、を備え、内燃機関の間欠運転を伴って走行するハイブリッド車の制御方法であって、
間欠運転に伴って内燃機関を停止するときには、前記内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力に基づく駆動力により走行すると共に前記内燃機関の運転を停止した以降に前記出力軸の回転位置に基づいて前記内燃機関のいずれかの気筒が圧縮上死点を含む所定範囲であって他の気筒における所定範囲とは重複しない範囲内となるよう前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する、
ことを特徴とするハイブリッド車の制御方法。
Priority Applications (1)
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JP2008081480A JP2009234364A (ja) | 2008-03-26 | 2008-03-26 | ハイブリッド車およびその制御方法 |
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