JP6160463B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、火花点火型のエンジンと、駆動力のアシストが可能な電動機とを備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

火花点火型のエンジンに適用される制御装置として、プレイグニッションの発生時に空燃比を一時的にリッチ側に変化させるリッチスパイクを実施して、プレイグニッションの継続を抑制するものが知られている（特許文献１）。また、プレイグニッションの発生時にフューエルカットを実施する技術も知られている（特許文献２）。

特開２０１３−１１３２１１号公報 特開２０１３−６８１９１号公報

特許文献１の制御装置のように、プレイグニッションの発生時にリッチスパイクを実施すると燃料の消費が増加するので燃費が悪化する。また、プレイグニッションの発生時にフューエルカットを実施すると駆動力が低下する。

そこで、本発明は、プレイグニッションの発生時に燃費の悪化及び駆動力の低下を抑えつつプレイグニッションの継続を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の制御装置は、火花点火型のエンジンと、駆動力のアシストが可能な電動機とを有するハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置において、前記電動機によるアシストの可否を判定する判定手段と、前記エンジンのプレイグニッションの発生時において、前記電動機によるアシストが可能と判定された場合は前記エンジンに対するフューエルカットと前記電動機による駆動力のアシストとを実施し、前記電動機によるアシストが不可と判定された場合は前記エンジンに対してリッチスパイクを実施するプレイグニッション抑制手段と、を備え、前記プレイグニッション抑制手段は、前記電動機によるアシストが不可と判定された場合に前記エンジンに対してリッチスパイクを実施するタイミングよりも、前記電動機によるアシストが可能と判定された場合に前記エンジンに対するフューエルカットと前記電動機による駆動力のアシストとを実施するタイミングを早めるものである（請求項１）。

この制御装置によれば、電動機による駆動力のアシストが可能である場合にプレイグニッションの発生に対してフューエルカットと駆動力のアシストとが実施されるので、フューエルカットに伴う駆動力の低下を駆動力のアシストによって補うことができる。これにより、駆動力の低下を抑えつつプレイグニッションの継続を抑制できる。一方、電動機によるアシストが不可能な場合にプレイグニッションの発生に対してリッチスパイクが実施されるので、駆動力のアシストの可否に拘わらずプレイグニッションの発生時にリッチスパイクを実施する場合と比べて燃費悪化を抑制できる。したがって、プレイグニッションの発生時に燃費の悪化及び駆動力の低下を抑えつつプレイグニッションの継続を抑制できる。

また、本発明の制御装置によれば、燃料消費を伴わないフューエルカットと駆動力のアシストとの実施時期が早められるので、リッチスパイクの実施時期と同じにする場合と比べて燃料消費を抑えることができる。

本発明の制御装置において、電動機によるアシストの可否を判定するための具体的方法は問われないが、例えば、前記ハイブリッド車両は前記電動機と電気的に接続されたバッテリを更に有し、前記判定手段は、前記バッテリの蓄電率及び前記電動機の温度に基づいて、前記電動機によるアシストの可否を判定してもよい（請求項３）。

以上説明したように、本発明によれば、電動機による駆動力のアシストが可能である場合にプレイグニッションの発生に対してフューエルカットと駆動力のアシストとが実施される一方で、電動機によるアシストが不可能な場合にプレイグニッションの発生に対してリッチスパイクが実施されるので、プレイグニッションの発生時に燃費の悪化及び駆動力の低下を抑えつつプレイグニッションの継続を抑制できる。

本発明の一形態に係る制御装置が適用された車両の全体構成を示した図。 車両の各要素の作動係合表を示した図。 エンジン走行領域とモータ走行領域とを示した説明図。 車両に搭載されたエンジンの詳細な構成を示した図。 車両の制御系を示したブロック図。 第１の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 第２の形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

（第１の形態）
図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成され、車両１のレイアウトはＦＦ車両に適したＦＦレイアウトである。車両１は、エンジン３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。これらのモータ・ジェネレータ４、５は電動機及び発電機としてそれぞれ機能し、不図示の電気回路を介してバッテリ１０に電気的に接続されている。エンジン３は駆動モード切替機構９を介して動力分割機構８に連結される。動力分割機構８には第１モータ・ジェネレータ４が連結されている。第１モータ・ジェネレータ４は、ロータ４ａ及びステータ４ｂを有し、動力分割機構８にて分配されたエンジン３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５は、ロータ５ａ及びステータ５ｂを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。

動力分割機構８はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分割機構８３は、外歯歯車のサンギアＳ１と、サンギアＳ１と同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲ１と、これらのギアＳ１、Ｒ１に噛み合うピニオンＰ１を自転及び公転可能に保持するキャリアＣ１とを有している。エンジン３が出力するエンジントルクは駆動モード切替機構９を介して動力分割機構８のキャリアＣ１に伝達される。第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ａは動力分割機構８のサンギアＳ１に連結されている。動力分割機構４からリングギアＲ１を介して出力されたトルクは出力ギア列１５に伝達される。出力ギア列１５は駆動輪６にトルクを伝達するための出力部として機能する。出力ギア列１５は動力分割機構８のリングギアＲ１と一体回転する出力ドライブギア１５ａと、出力ドライブギア１５ａに噛み合う出力ドリブンギア１５ｂとを含む。出力ドリブンギア１５ｂには、第２モータ・ジェネレータ５がギア１６を介して連結されている。ギア１６は第２モータ・ジェネレータ５のロータ５ａと一体回転する。出力ドリブンギア１５ｂから出力されたトルクはギア１５ｃ及び差動機構１７を介して左右の駆動輪６に分配される。第２モータ・ジェネレータ５はギア１６を介して出力ドリブンギア１５ｂに連結されているため、第２モータ・ジェネレータ５は出力ドリブンギア１５ｂ及び差動機構１７等を介して駆動輪６に駆動力を付与することにより駆動力をアシストできる。したがって、第２モータ・ジェネレータ５は本発明に係る電動機に相当する。

駆動モード切替機構９は、遊星歯車機構２０、クラッチＣＬ及びブレーキＢを含む。遊星歯車機構２０は、外歯歯車のサンギアＳ２と、サンギアＳ２と同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲ２と、これらのギアＳ２、Ｒ２に噛み合うピニオンＰ２を自転及び公転可能に保持するキャリアＣ２とを有している。サンギアＳ２はブレーキＢに連結され、リングギアＲ２は動力分割機構８のキャリアＣ１に連結され、キャリアＣ２はエンジン３に連結されている。クラッチＣＬは遊星歯車機構２０のキャリアＣ２とサンギアＳ２との間に設けられ、キャリアＣ２とサンギアＳ２とを一体回転するように結合する係合状態と、その結合を解除する解放状態との間で動作する。ブレーキＢは、サンギアＳ２を回転不能となるように固定部材としてのケース２１に固定する係合状態と、その固定を解除する解放状態との間で動作する。駆動モード切替機構９のクラッチＣＬ及びブレーキＢのそれぞれの作動状態を変化させることにより、動力分割機構８へのエンジントルクの伝達状態が異なる複数の駆動モードを実現する。

図２に示すように、車両１の駆動モードは、エンジン３を停止して第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５の少なくとも一つを駆動源とするＥＶモードと、エンジン３及び第２モータ・ジェネレータ５を駆動源とするＨＶモードとに分けられる。ＥＶモードには第２モータ・ジェネレータ５のみを駆動源とする単独駆動モードと２つのモータ・ジェネレータ４、５を駆動源とする両駆動モードが含まれる。ＨＶモードにはエンジン３が直結で変速比が１のローモードと、オーバードライブで変速比が０．７のハイモードとが含まれる。これらの各モードを実現するためのクラッチＣＬ及びブレーキＢの作動状態は図２に示した通りである。なお、図中の「ＯＮ」は係合状態を、「ＯＦＦ」は解放状態をそれぞれ意味し、「Ｇ」は発電機として機能する場合を、「Ｍ」は電動機として機能する場合をそれぞれ意味する。また、「ＯＮ／ＯＦＦ」は、ＥＶモードの単独駆動モード時にエンジンブレーキを併用する場合に、クラッチＣＬ又はブレーキＢのいずれか一方が係合状態にあることを意味する。ＥＶモードとＨＶモードとの使い分けは、図３に示すように車両１の車速と要求駆動力とに基づいて行われる。車両１の走行状態がエンジン走行領域に該当する場合はＨＶモードが選択され、モータ走行領域に該当する場合はＥＶモードが選択される。

図４に示すように、エンジン３は４つの気筒２４が一方向に並べられた直列４気筒型で火花点火型の内燃機関として構成されている。エンジン３には燃料を各気筒２４に供給するためのインジェクタ２５が気筒２４毎に設けられている。各気筒２４には吸気通路２６及び排気通路２７がそれぞれ接続されている。吸気通路２６は各気筒２４に２つずつ設けられた吸気バルブ２８にて開閉され、排気通路２７は各気筒２４に２つずつ設けられた排気バルブ２９にて開閉される。気筒２４内に導かれた混合気は気筒２４毎に設けられた点火プラグ３０にて着火される。エンジン３には、排気エネルギーを利用して過給するターボチャージャ３１が設けられている。吸気通路２６には、ターボチャージャ３１のコンプレッサ３１ａが設けられている。コンプレッサ３１ａよりも上流の吸気通路２６には、吸気通路２６内を流れる吸気の流量を調整できる吸気絞り弁３２が設けられている。吸気絞り弁３２よりも上流の吸気通路２６には、吸気通路２６内を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ３３が設けられている。コンプレッサ３１ａよりも下流の吸気通路２６には、コンプレッサ３１ａで加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ３４が設けられている。

排気通路２７には、ターボチャージャ３１のタービン３１ｂが設けられている。また、排気通路２７には、タービン３１ｂより上流の排気をタービン３１ｂよりも下流にバイパスするウェイストゲートバルブ機構３５が設けられている。ウェイストゲートバルブ機構３５には、タービン３１ｂに導かれる排気の流量を調整可能なウェイストゲートバルブ３６が設けられている。そのため、ウェイストゲートバルブ３６の開度を制御することによりタービン３１ｂに流入する排気流量が調整される結果、エンジン３の過給圧が調整される。タービン３１ｂ又はウェイストゲートバルブ３６を通った排気は、スタートコンバータ３７及び後処理装置３８で有害物質が除去されてから大気に放出される。

エンジン３には、排気通路２７から排気の一部を取り出して吸気通路２６にＥＧＲガスとして再循環させるＥＧＲ装置４０が設けられている。ＥＧＲ装置４０は、排気通路２７から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路２６に導くＥＧＲ通路４１と、ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスの流量を調整できるＥＧＲ弁４２と、ＥＧＲ通路４１を流れるＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ４３とを備えている。ＥＧＲ通路４１は、スタートコンバータ３７と後処理装置３８との間の排気通路２７と、コンプレッサ３１ａと吸気絞り弁３２との間の吸気通路２６とを接続している。

図５に示すように、車両１の各部の制御は各種の電子制御装置（ＥＣＵ）にて制御される。ＨＶＥＣＵ５０には各種のセンサからの信号が入力される。例えば、ＨＶＥＣＵ５０には、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ５１、不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ５２、第１モータ・ジェネレータ４の回転速度に応じた信号を出力するＭＧ１回転数センサ５３、第２モータ・ジェネレータ５の回転速度に応じた信号を出力するＭＧ２回転数センサ５４、出力ドリブンギア１５ｂの回転速度に応じた信号を出力する出力軸回転数センサ５５、バッテリ１０の蓄電率に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ５６、第１モータ・ジェネレータ４の温度に応じた信号を出力するＭＧ１温度センサ５７、第２モータ・ジェネレータ５の温度に応じた信号を出力するＭＧ２温度センサ５８、及びエンジン３の振動に応じた信号を出力するエンジン振動センサ５９等の出力信号が入力される。

ＨＶＥＣＵ５０は、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５に発生させるトルクを算出し、発生させるトルクについてＭＧＥＣＵ７０に指令を出力する。また、ＨＶＥＣＵ５０は、エンジン３の運転条件を決定し、エンジン３の運転条件についてエンジンＥＣＵ７１に指令を出力する。さらに、ＨＶＥＣＵ５０は、駆動モード切替機構９のクラッチＣＬ及びブレーキＢに対して制御を行う。ＭＧＥＣＵ７０は、ＨＶＥＣＵ５０から入力された指令に基づき、第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５に発生させるトルクに対応した電流を算出し、それぞれのモータ・ジェネレータ４、５に電流を出力する。エンジンＥＣＵ７１は、ＨＶＥＣＵ５０から入力された指令に基づき、インジェクタ２５、点火プラグ３０、吸気絞り弁３２、及びウェイストゲートバルブ３６等のエンジン３の各部に対して各種の制御を行う。

以下、本発明に関連してＨＶＥＣＵ５０が行う主要な制御について説明する。本形態はエンジン３のプレイグニッションが発生した時に実施する制御に特徴がある。周知のようにプレイグニッションは点火プラグによる点火前に混合気が着火する異常燃焼の一形態である。プレイグニッションが発生した場合にその継続を抑制する方法としては、従来から種々の対応方法が提案されている。例えば、プレイグニッションの発生時にフューエルカットを実施して燃料供給を遮断する方法や、プレイグニッションの発生時に空燃比を一時的にリッチ側に変化させるリッチスパイクを実施して筒内温度を低下させる方法等がある。フューエルカットを実施すると燃料供給が遮断されるのでプレイグニッションの継続を抑制できるが、燃焼が停止するため駆動力が低下して運転者にショックを感じさせる場合がある。また、リッチスパイクは燃料の消費が増加するので燃費が悪化する。車両１にはエンジン３の他に駆動力をアシスト可能な第２モータ・ジェネレータ５が搭載されているため、フューエルカットの実施に伴う駆動力の低下を第２モータ・ジェネレータ５にて補うことが可能である。そこで、本形態では、第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが可能な場合はフューエルカットを実施し、第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが不可能な場合はリッチスパイクを実施する。

図６の制御ルーチンのプログラムはＨＶＥＣＵ５０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＨＶＥＣＵ５０はエンジン振動センサ５９の出力信号を参照してエンジン３の振動を解析し、エンジン３にプレイグニッションが発生したか否かを判定する。プレイグニッションが発生した場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。一般にプレイグニッションは特定の気筒で連続して発生することが多いが、ここでは１回のプレイグニッションの発生をもって肯定的判定をする。

ステップＳ２において、ＨＶＥＣＵ５０は第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが可能か否かを判定する。この判定は、バッテリ１０の蓄電率及び第２モータ・ジェネレータ５の温度に基づいて行われる。例えば、ＨＶＥＣＵ５０は、バッテリ１０の蓄電率をＳＯＣセンサ５６の出力信号を参照することによって取得し、その蓄電率が閾値を超えていると判定し、かつ第２モータ・ジェネレータ５の温度をＭＧ２温度センサ５８の出力信号を参照することによって取得し、その温度が閾値以下であると判定した場合に、第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが可能であると判定する。一方、ＨＶＥＣＵ５０は、これらの条件のいずれか一方が充足しない場合に第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが不可能であると判定する。

第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが可能であると判定された場合はステップＳ３に進む。ステップＳ３において、ＨＶＥＣＵ５０はインジェクタ２５を操作してフューエルカットを実施するとともに、フューエルカットと並行して第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストを実施する。そして、今回のルーチンを終了する。一方、第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが不可能であると判定された場合はステップＳ４に進む。ステップＳ４において、ＨＶＥＣＵ５０はインジェクタ２５を操作してリッチスパイクを実施する。そして、今回のルーチンを終了する。

図６の制御ルーチンによれば、プレイグニッションが発生した時に第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが可能な場合はフューエルカットの実施によってプレイグニッションの継続を抑制しつつ、フューエルカットの実施に伴う駆動力の低下を第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストで補うことができる。また、プレイグニッションが発生した時に第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが不可能な場合はリッチスパイクが実施されてプレイグニッションの継続が抑制される。これにより、駆動力のアシストの可否に拘わらずプレイグニッションの発生時にリッチスパイクを実施する場合と比べて燃費悪化を抑制できる。したがって、プレイグニッションの発生時に燃費の悪化及び駆動力の低下を抑えつつプレイグニッションの継続を抑制できる。

ＨＶＥＣＵ５０は、図６のステップＳ２を実行することにより本発明に係る判定手段として機能するとともに、図６のステップＳ３及びステップＳ４を実行することにより本発明に係るプレイグニッション抑制手段として機能する。

（第２の形態）
次に、図７を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態は、制御内容を除き第１の形態と同一である。したがって、第２の形態に係る車両やエンジンの物理的構成や制御系については図１、図４及び図５が参照される。

図７の制御ルーチンのプログラムはＨＶＥＣＵ５０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ２１において、ＨＶＥＣＵ５０は第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストが可能か否かを判定する。この判定処理は第１の形態の図６のステップＳ２と同じである。アシストが可能である場合はステップＳ２２に進み、アシストが不可能である場合はステップＳ２４に進む。

ステップＳ２２において、ＨＶＥＣＵ５０はエンジン３にプレイグニッションが発生したか否かを判定する。この判定処理は第１の形態の図６のステップＳ１と同じである。すなわち、１回のプレイグニッションが発生した段階で肯定的判定を行う。これを第１条件とする。プレイグニッションに関して第１条件が成立した場合はステップＳ２３に進み、そうでない場合はステップＳ２３をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２３において、ＨＶＥＣＵ５０はインジェクタ２５を操作してフューエルカットを実施するとともに、フューエルカットと並行して第２モータ・ジェネレータ５による駆動力のアシストを実施する。そして、今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２４において、ＨＶＥＣＵ５０はエンジン３にプレイグニッションが発生したか否かを判定する。ここでは、上記の第１条件とは異なり、３回のプレイグニッションが発生した段階で肯定的判定を行う。これを第２条件とする。第２条件が成立した場合はステップＳ２５に進み、そうでない場合はステップＳ２５をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ２５において、ＨＶＥＣＵ５０はインジェクタ２５を操作してリッチスパイクを実施する。第１条件及び第２条件の基礎となるプレイグニッションの発生回数は、第１条件の回数よりも第２条件の回数が多くなる限度で適宜変更してもよい。

図７の制御ルーチンによれば、第１の形態と同様にプレイグニッションの発生時において、第２モータ・ジェネレータ５によるアシストが可能な場合はフューエルカット及びアシストが実施される一方、第２モータ・ジェネレータ５によるアシストが不可能な場合はリッチスパイクが実施される。したがって、第２の形態も第１の形態と同様の効果を得ることができる。さらに、第２の形態は、フューエルカット及びアシストを実施する条件（第１条件）と、リッチスパイクを実施する条件（第２条件）とが相違する。すなわち、フューエルカット及びアシストは１回のプレイグニッションの発生により実施され、リッチスパイクは３回のプレイグニッションの発生により実施される。したがって、リッチスパイクを実施するタイミングよりも、フューエルカット及びアシストを実施するタイミングが早まる。そのため、第１の形態のようにリッチスパイクの実施時期と、フューエルカット及びアシストの実施時期とを同じにする場合と比べて燃料消費を抑えることができる。

第２の形態において、ＨＶＥＣＵ５０は図７のステップＳ２１を実行することにより本発明に係る判定手段として機能するとともに、図７のステップＳ２２〜ステップＳ２５を実行することにより本発明に係るプレイグニッション抑制手段として機能する。

本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記各形態の車両には２つのモータ・ジェネレータが搭載されているが、単一のモータ・ジェネレータを搭載した形態で本発明を実施することもできる。また、駆動力のアシストが可能であることを限度として、エンジンから駆動輪までの動力伝達経路に対してどのような形態で電動機が設けられてもよい。

本発明の制御装置が適用される車両に搭載されるエンジンは、火花点火型であればよく過給機の搭載は任意である。したがって、自然吸気型の火花点火型のエンジンを搭載したハイブリッド車両に対しても本発明の制御装置を適用できる。

上記各形態で実施する制御では、プレイグニッションの発生をエンジンの振動に基づいて検出しているが一例にすぎない。プレイグニッションの検出方法は任意であり、例えば点火プラグの温度変化に基づいてプレイグニッションを検出することもできる。また、アシストの可否の判定方法も任意である。

１ 車両
３ エンジン
５ 第２モータ・ジェネレータ（電動機）
１０ バッテリ
５０ ＨＶＥＣＵ（判定手段、プレイグニッション抑制手段）

Claims (2)

1. 火花点火型のエンジンと、駆動力のアシストが可能な電動機とを有するハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置において、
   前記電動機によるアシストの可否を判定する判定手段と、
   前記エンジンのプレイグニッションの発生時において、前記電動機によるアシストが可能と判定された場合は前記エンジンに対するフューエルカットと前記電動機による駆動力のアシストとを実施し、前記電動機によるアシストが不可と判定された場合は前記エンジンに対してリッチスパイクを実施するプレイグニッション抑制手段と、
   を備え、
   前記プレイグニッション抑制手段は、前記電動機によるアシストが不可と判定された場合に前記エンジンに対してリッチスパイクを実施するタイミングよりも、前記電動機によるアシストが可能と判定された場合に前記エンジンに対するフューエルカットと前記電動機による駆動力のアシストとを実施するタイミングを早めることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記ハイブリッド車両は前記電動機と電気的に接続されたバッテリを更に有し、
   前記判定手段は、前記バッテリの蓄電率及び前記電動機の温度に基づいて、前記電動機によるアシストの可否を判定する請求項１に記載の制御装置。

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