JP5007621B2

JP5007621B2 - ハイブリッド車両の回生制御装置

Info

Publication number: JP5007621B2
Application number: JP2007202156A
Authority: JP
Inventors: 宏石井; 正之安岡
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-08-02
Filing date: 2007-08-02
Publication date: 2012-08-22
Anticipated expiration: 2027-08-02
Also published as: JP2009035175A

Description

本発明は、有効圧縮比を変更する機構を有した内燃機関と電動機とを連結した原動機を備えたハイブリッド車両において、減速時の発電機として機能する電動機による回生効率を高めつつ再加速時の応答性を確保する制御技術に関する。

特許文献１には、上記ハイブリッド車両において、減速時に、電動機を発電機として機能させることにより、制動力を電力に変換して回生する技術が開示されている。
特開平１０−０２３６０３号公報

上記特許文献１のように、減速時に回生を行うハイブリッド車両において、減速回生時に内燃機関と電動機とを切り離せないシステム構成の場合、内燃機関の連れ回しでの振動や、機関のフリクション損失による回生量の減少が生じる。

このため、有効圧縮比を低減する機構を備えた内燃機関では、減速時に回生を行う際に、有効圧縮比を低減して振動を抑制し、回生量を増大する方法が考えられる。

しかし、この方法では、有効圧縮比低減中に全開加速等の高出力要求が生じると、有効圧縮比低減機構の解除応答遅れによって、出力要求に十分に応えられず良好な加速感が得られない。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、減速時に圧縮比を低減しつつ回生している状態から再加速する際に、機関のトルク応答を良くして良好な加速感を得られるようにすることを目的とする。

このため、本発明は、
有効圧縮比を変更する機構を有した内燃機関と、電動機とが連結された原動機を搭載したハイブリッド車両の減速時に、前記電動機を発電機として発電させて回生を行うハイブリッド車両の回生制御装置において、以下の構成とした。

前記回生時に、ブレーキ操作をしているときは有効圧縮比を低減しつつ、該有効圧縮比の低減に応じて前記発電の回生量を増大補正する。

ブレーキ操作を開放したときに前記有効圧縮比の低減を解除する。

ブレーキ操作中に有効圧縮比を低減し機関の回転抵抗が減少する分を、回生量の増大補正量に充てて燃費を改善することができるとともに、機関の回転抵抗の減少によって振動を低減できる。

また、有効圧縮比を低減して回生している状態から再加速する際に、ブレーキ操作を開放したエンジンブレーキ状態で、有効圧縮比の低減解除が開始されるため、アクセルを踏み込んで加速するときには、既に、有効圧縮比を高められた状態で機関出力が増大されて加速されるため、良好な加速感が得られる。

図１は、本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の駆動系の概略を示している。

エンジン（内燃機関）１の出力軸と、モータ（電動機）２の出力軸の一端部が連結され、該モータ２の他端部には、入／出力プーリ径比を変更することで変速比を無段に可変制御する無段変速機３が接続され、該無段変速機２の出力軸（出力プーリ軸）が、クラッチ４を介してギア軸５の一端に接続されている。なお、変速機は、上記無段変速機に限定されず、有段変速機であっても構わない。

前記ギア軸５に固定されたギア５ａは、両端に車輪６が連結された車軸（駆動軸）７に固定されたギア７ａと噛み合い、エンジン１およびモータ２の駆動力が、前記無段変速機３、クラッチ４、ギア５ａ、ギア７ａ、車軸７を介して車輪６に伝達される。

また、モータ２には、インバータ８を介してバッテリ（蓄電装置）９が接続され、モータ２が電動機として機能するときはバッテリ９から電力が供給され、モータ２が発電機として機能するときは、発電された電力がバッテリ９に充電される。

図２は、エンジン１の一例を示す。

エンジン１は、ディーゼルエンジンであり、吸入空気は、エアクリーナ２２から吸気通路２３、コレクタ２４、吸気マニホールド２５、吸気カム２６により開閉駆動される吸気弁２７を介してシリンダ２８内に吸入される。

シリンダ２８内には、ピストン２９が嵌挿され、燃料噴射弁３０によって燃料が噴射供給される。燃焼排気は、排気カム３１によって開閉駆動される排気弁３２を介して排気通路３３へ排出される。

排気の一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路３４に導入され、ＥＧＲ弁３５によってＥＧＲ量を制御されつつ吸気マニホールド２５に還流される。

そして、エンジン１の有効圧縮比を変更する機構として、吸気弁２７のバルブタイミング（作動角中心からの進角量として、以下、ＶＴＣ角度θｖで表す）を変更する可変バルブタイミング機構３６を備える。

ここで、上記可変バルブタイミング機構３６により、ＶＴＣ角度θｖを遅角するほど吸気弁２７の閉時期ＩＶＣが、下死点から遠ざかって有効圧縮比が減少し、ＶＴＣ角度θｖを進角するほど有効圧縮比が減少する。なお、吸気弁が吸気下死点前で閉じる場合は、吸気弁の閉時期ＩＶＣを進角させることにより、有効圧縮比が減少する。

有効圧縮比を変更することは、実質的に圧縮上死点での圧縮圧力を変更すること、つまり、吸気の充填効率を変更することと同等であるから、有効圧縮比を変更する機構としては、上記可変バルブタイミング機構の他、吸気弁の作動角やリフト量を変更する可変バルブリフト機構、吸気スロットル弁等による吸気絞り機構等であってもよい。

また、エンジン１としては、ガソリンエンジンであってもよいことは勿論である。

図１に戻って、ＥＣＵ（電子制御ユニット）１０には、アクセルペダル踏量ＡＰＳを検出するアクセルセンサ５１、ブレーキペダル踏量ＢＰＳを検出するブレーキセンサ５２、エンジン回転速度Ｎｅ（＝モータ回転速度）を検出する回転速度センサ５３、バッテリ９の充電状態（ＳＯＣ）を検出するためのバッテリ電圧Ｖｂ、その他運転状態を検出する各種センサ類からの検出信号が入力される。

ＥＣＵ１０は、上記検出信号により得られる運転者の操作情報、運転状態情報、バッテリ９の充電状態（ＳＯＣ）情報などに基づいてエンジン１、モータ２の要求出力を演算し、要求出力に応じた指令値を出力して、エンジン１、モータ２、インバータ８等を制御する。また、モータ２を発電機として作動させる回生の要求の有無を判定し、回生要求がある場合は要求に応じた指令値を出力して回生制御を行う。

ここで、減速時に回生を行うときは、上記可変バルブタイミング機構３６によってブレーキ操作中に有効圧縮比を低減し、エンジン１の回転抵抗を減少させ、その分、モータ１の発電トルクを大きくし、回生量を増大補正する。

以下、上記回生量の補正制御を、図３のフローチャートにしたがって、説明する。

ステップＳ１では、前記アクセルセンサ５１からの信号に基づいて、アクセルペダルを踏んでいる（アクセル踏量＞０）かを判定し、アクセルペダルを踏んでいないと判定されたときは、ステップＳ２で、ブレーキペダルを踏んでいる（ブレーキ踏量＞０）かを判定する。

ステップＳ２でブレーキペダルを踏んでいると判定されたときは、ステップＳ３へ進み、バッテリ９の充電量ＳＯＣが過充電防止用のしきい値ＳＯＣｈ以下であるかを判定し、しきい値ＳＯＣｈ以下と判定されたときに、ステップＳ４以降へ進んで、回生量の増大補正を実行する。

ステップＳ４では、可変バルブタイミング機構３６によるＶＴＣ角度θｖの指令値を算出する。

具体的には、図４に示す特性により、ブレーキ踏量ＢＰＳの増大に応じてＶＴＣ角度θｖを遅角させ、エンジン１の有効圧縮比を減少させる。

ステップＳ５では、上記のように算出したＶＴＣ角度θｖの指令値を、可変バルブタイミング機構３６に出力し、ブレーキ操作中の吸気弁２７のバルブタイミングを制御する。

ステップＳ６以降では、ブレーキ操作中の回生量を、上記ＶＴＣ角度θｖによる有効圧縮比の低減量に応じて補正する。

ステップＳ６では、回生量の増大補正量として、モータ１の発電トルクの増大補正量を演算する。具体的には、図５に示す特性により、有効圧縮比が減少するほど、増大補正量ｄＴｇを大きい値に算出する。

ステップＳ７では、上記のように算出した増大補正量ｄＴｇを出力し、モータ１の発電トルクを補正する。具体的には、増大補正量ｄＴｇが大きいほど、モータ１の界磁電流を大きくして発電トルクを増大させる。

これにより、図６に示すように、ブレーキ踏量ＢＰＳが増大するほどＶＴＣ角度θｖが遅角して有効圧縮比が減少し、増大補正量ｄＴｇが増大して回生量がより増大する。

また、有効圧縮比の減少によるエンジン１の回転抵抗の減少に見合うように、発電トルクの増大補正量ｄＴｇを大きくしているので、制動力は変化せず、制動性能も満たされる。

このようにして、ブレーキ操作中に回生量の増大補正を行っている状態から、ブレーキペダルを離し、エンジンブレーキによるコースト減速に移行すると、ステップＳ２の判定がＮＯとなって、ステップＳ８へ進み、可変バルブタイミング機構３６によるＶＴＣ角度θｖの遅角補正が解除される。

これにより、エンジン１の有効圧縮比の低減が解除され、その後、アクセルペダルを踏んで再加速するときまでに有効圧縮比を高めておけるので、再加速時にエンジントルクを応答良く増大させて良好な加速感を得ることができる。

図７は、上記実施形態における制御時のタイミングチャートを示す。

時刻ｔ０では、コースト減速回生の状態であり、ＶＴＣ角度θｖは最進角側で有効圧縮比の低減は行われていない。

ｔ１からｔ２の間、運転者の操作により徐々にブレーキ踏量が増加すると、ブレーキ踏量に応じてＶＴＣ角度θｖが遅角される。また、発電トルクの増大補正量ｄＴｇが０から増加する。

ｔ３で運転者によりブレーキペダルが離されると、発電トルクの増大補正量ｄＴｇが減少し、コースト回生状態となって、ＶＴＣ角度θｖはｔ４で進角側に復帰する。

ｔ５でアクセルペダルが大きく踏まれるが、エンジン１の有効圧縮比の低減は解除されているため、充分なトルク応答で動作することができる。

以上実施形態で示したように、ブレーキ操作時にエンジン１の有効圧縮比を低減しながら、該有効圧縮比の低減に応じた回生量の増大補正を行うことで、燃費を改善することができるとともに、有効圧縮比低減により機関の振動を低減できる。

また、本実施形態では、可変バルブタイミング機構３６によって、全気筒略同時に有効圧縮比が変更され、有効圧縮比の低減、低減解除を応答よく行える。

また、可変バルブタイミング機構３６によりを連続的に変更できることを利用し、ブレーキ操作量が大きいほど有効圧縮比の低減量を大きくするようにしたので、加速要求の発生時期に対し圧縮比復帰完了時期の遅れを抑制しつつ、より有効圧縮比を低減して回生量の増大、振動低減効果を高めることができる。また、ブレーキ踏量に対する制動力の設定が一定に維持されて、ブレーキフィーリングも良好に保つことができる。

また、バッテリ９の充電量ＳＯＣが過充電防止用のしきい値ＳＯＣｈを超えたときは、有効圧縮比の低減および該低減に伴う回生量の増大補正を禁止するようにしたので、バッテリ９の過充電を抑制できる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の駆動系の概略を示す図。同上実施形態のエンジンの一例を示す図。同上実施形態の回生量の補正制御を示すフローチャート。同上実施形態において、ブレーキ踏量に対する有効圧縮比の特性を示す図。同上実施形態において、有効圧縮比に対する発電トルクの増大補正量の特性を示す図。同上実施形態において、ブレーキ踏量に対する目標発電トルクの特性を示す図。本発明に係る回生時の制御を行った場合の、各種状態量の変化の様子を示す図。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
２モータ（電動機）
９バッテリ
１０電子制御ユニット
５１アクセルセンサ
５２ブレーキセンサ

Claims

有効圧縮比を変更する機構を有した内燃機関と、電動機とが連結された原動機を搭載したハイブリッド車両の減速時に、前記電動機を発電機として発電させて回生を行うハイブリッド車両の回生制御装置において、
前記回生時に、ブレーキ操作をしているときは有効圧縮比を低減しつつ、該有効圧縮比の低減に応じて前記発電の回生量を増大補正し、ブレーキ操作を開放したときに前記有効圧縮比の低減を解除することを特徴とするハイブリッド車両の回生制御装置。
前記有効圧縮比を変更する機構は気筒毎に設けられ、回生時に、ブレーキ操作しているときは全気筒の有効圧縮比を低減し、ブレーキ操作を解除したときに全気筒の有効圧縮比の低減を解除することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
回生時のブレーキ操作量が大きいときほど、有効圧縮比の低減量を大きくすると共に回生量の増大補正量を大きくすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
前記電動機に電力を供給する蓄電装置の充電量が過充電防止用のしきい値を超えるときは、前記回生時に有効圧縮比を低減する制御を禁止することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
前記有効圧縮比を変更する機構は、有効圧縮比を連続的に変更可能であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の回生制御装置。
前記有効圧縮比を変更する機構は、内燃機関の吸気弁のバルブ特性を可変とする機構であることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載のハイブリッド回生制御装置。