JP2009269430A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両減速時などの燃料カットを伴う機関自動停止時に、高圧燃料ギャラリ内の燃圧を始動に適した燃圧まで低下させつつ、燃料カットに伴う触媒の酸素ストレージ量のリーン化を吸収・相殺し、触媒の酸素ストレージ量を良好に中立状態へ復帰させる。
【解決手段】駆動輪に接続するモータジェネレータと内燃機関との間にクラッチを介装する。複数の燃料噴射弁に接続する高圧燃料ギャラリへ高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプを有する。車両減速要求時に、クラッチを開放するともに（Ｓ１２）、このクラッチ開放から燃料カット（Ｓ１７）までの間に、リッチ側の目標空燃比で燃料噴射するリッチ運転を行う（Ｓ１６）。また、機関始動用の燃圧までの燃圧低下量を算出し（Ｓ１３）、燃圧低下量が大きい場合、リッチ運転の前に予備燃料カット運転を行う（Ｓ１５）。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両駆動源として内燃機関とモータジェネレータとを併用するハイブリッド車両に関し、特に、車両減速時のように燃料カットを伴う機関自動停止時における制御に関する。

内燃機関を備えた車両では、大気環境の改善を図るために、排気ガス規制が年々厳しいものになってきている。特許文献１には、信号待ちなどの一時停車時に内燃機関を自動停止し、その後の発車時などに内燃機関を自動的に再始動する、いわゆるアイドルストップが可能なハイブリッド車両に関し、内燃機関の自動停止直前に触媒の酸素ストレージ量を中立状態から空燃比リッチ相当側となるよう意図的に遷移させ、自動停止後の再始動時の空燃比制御では触媒に不足している酸素を供給させるため、空燃比がリーン側となるよう燃料噴射を行うことで、触媒の酸素ストレージ量を素早く中立状態に復帰させる技術が開示されている。
特開２００３−１４８２０１号公報

車両駆動源として、駆動輪に接続するモータジェネレータと、このモータジェネレータに接続する内燃機関と、を併用し、かつ、内燃機関とモータジェネレータとの間にクラッチを介装したハイブリッド車両においては、例えば車両減速時には、クラッチを開放して燃料噴射を停止することにより、エンジンフリクションの損失を無くし、モータジェネレータにより減速エネルギーを効率良く回収することができる。しかしながら、この場合、燃料噴射を停止しても、クランクシャフトが惰性である程度回転し、この惰性回転によるポンピング作用により空気が触媒を通過する際に、触媒に酸素がストレージされ、触媒内の酸素ストレージ量が中立状態からリーン側へ遷移するという不具合がある。

また、燃焼室内に燃料を直接噴射する、いわゆる筒内直接噴射式の内燃機関では、吸気ポートへ燃料を噴射するものに比して、高い燃圧が要求されるために、周知のように、複数の燃料噴射弁に接続する高圧燃料ギャラリへ高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプが用いられる。ここで、高圧燃料ギャラリの燃圧を低下させる特別な減圧機構を持たないものでは、燃料噴射が行われない燃料カット時に燃圧を低下させることができないので、燃料カットの開始直前における高圧燃料ギャラリ内の燃圧が高いと、次回の機関再始動時における燃圧が高くなりすぎて、燃料噴射量が過多となって排気エミッションの悪化を招くおそれがある。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、車両減速時などの燃料カットを伴う機関自動停止時に、高圧燃料ギャラリ内の燃圧を始動に適した燃圧まで低下させつつ、燃料カットに伴う触媒の酸素ストレージ量のリーン化を吸収・相殺し、触媒の酸素ストレージ量を良好に中立状態へ復帰させることのできる、新規なハイブリッド車両の制御装置を提供することを主たる目的としている。

車両駆動源として、駆動輪に接続するモータジェネレータと、このモータジェネレータに接続する内燃機関と、を併用するハイブリッド車両の制御装置において、上記内燃機関の排気通路に設けられる触媒と、上記内燃機関とモータジェネレータとの動力伝達経路に介装されるクラッチと、上記内燃機関に設けられる複数の燃料噴射弁と、これら複数の燃料噴射弁に接続する高圧燃料ギャラリと、この高圧燃料ギャラリへ高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプと、を有する。そして、上記内燃機関の自動停止要求時に、上記クラッチを開放するともに、このクラッチ開放から燃料噴射を停止する燃料カットまでの間に、リッチ側の目標空燃比で燃料噴射するリッチ運転を行うことを特徴としている。

機関停止要求時におけるクラッチ開放から燃料カットまでの間にリッチ運転を行うことで、高圧燃料ギャラリ内の燃圧を次回の機関始動に適した燃圧まで低下させることができ、過大な燃圧に起因する排気エミッションの悪化を招くことなく安定した機関始動を行うことができる。また、燃料カット前にリッチ運転を行うことで、触媒の酸素ストレージ量を予めリッチ化させて、燃料カットに伴う惰性回転による触媒酸素ストレージ量のリーン化を相殺・吸収し、触媒の酸素ストレージ量を所定の中立状態に素早く復帰させることができる。

図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の駆動系を簡略的に示す構成図である。この車両は、車両駆動源として、内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを併用した、いわゆるハイブリッド車両である。内燃機関１１は、左右バンク（気筒群）を備えたＶ型の火花点火式レシプロ内燃機関であり、各バンク毎の排気通路１３のそれぞれに、三元触媒などの上流側触媒コンバータ１４及び下流側触媒コンバータ１５が設けられる。また、触媒コンバータ１４，１５の上流側に排気の空燃比（又は酸素濃度）を検出する空燃比センサ（酸素センサ）１６，１７が設けられている。

モータジェネレータ１２は、インバータ１８を介してバッテリ１９との電力の授受を行い、車両運転状態に応じて電力の力行・回生運転を行う。このモータジェネレータ１２と駆動輪（後輪）２０との動力伝達経路には、有段式の自動変速機２１と、終減速機２２とが設けられている。

このハイブリッド車両においては、内燃機関１１とモータジェネレータ１２との動力伝達経路に設けられる第１クラッチ２３と、モータジェネレータ１２と駆動輪２０との動力伝達経路に設けられる第２クラッチ２４と、の２つのクラッチが設けられている。第２クラッチ２４として、この実施例では自動変速機２１の内部のクラッチが用いられている。通常の定常運転時には第１クラッチ２３を接続して内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを繋ぎ、これら内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを併用して走行を行い、必要に応じてバッテリ１９への充電を行う。また、例えば車両発進時には第１クラッチ２３を開放して内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを切り離し、モータジェネレータ１２のみでのＥＶ走行が可能な構成となっている。更に車両減速時には第１クラッチ２３を切り離すことで、エンジンフリクションの損失を無くし、高効率な回生を行うことができる。更に、例えば自動変速機２１の変速レンジがＮ（ニュートラル）モードやＰ（パーキング）モードのときには、第２クラッチ２４を切り離すようになっている。

制御部２５は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するデジタルコンピュータシステムであり、上記空燃比センサ１６，１７や冷却水温を検出する水温センサ２６、更には後述する燃圧センサ５１などの各種センサ類の他、バッテリ１９の蓄電量などの車両運転状態を表す各種信号に基づいて、インバータ１８、クラッチ２３，２４及び内燃機関１１の燃料噴射装置，点火装置，電制のスロットル等の各種アクチュエータへ制御信号を出力し、その動作を統括的に制御している。例えば、暖機後の通常運転状態では、触媒コンバータ１４，１５に供給される排気の空燃比を理論空燃比などの所望の目標空燃比の近傍に維持するように、空燃比センサ１６，１７の検出信号に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。

図２は、本実施例の燃料配管システムを示している。図中、細線は低圧燃料ラインであり、太線は高圧燃料ラインであり、破線は制御ラインである。燃料タンク３１内の燃料は、ポンプモータ３３により駆動される低圧ポンプであるフィードポンプ３２によって低圧燃料ラインであるフィード配管３５に供給され、かつ、低圧プレッシャレギュレータ３４により調圧される。フィード配管３５はダンパ３６を介してシリンダヘッド側に取り付けられ、フィードポンプ３２の前後に燃料フィルタ３７が設けれている。フィード配管３５の燃料は、高圧ポンプ４０により更に加圧されて、高圧燃料ギャラリ（燃料レールとも呼ぶ）４１に供給される。この高圧燃料ギャラリ４１には、各気筒に対応して４つの燃料噴射弁４２が接続されている。

高圧ポンプ４０は、カムシャフト４３に設けられた専用のカム４４によってプランジャ４５を往復させて燃料を昇圧するもので、プランジャ４５の上昇中にソレノイド４６へ通電して電磁弁４８を閉じると、内部の燃料が昇圧されてチェックバルブ４９を押し開き、高圧燃料がオリフィス５０を介して高圧燃料ギャラリ４１へ供給される。制御部２５は、燃圧センサ５１により検出される高圧燃料ギャラリ４１内の燃圧に基づいて、ソレノイド４６へ出力するパルス信号を調整し、高圧燃料ギャラリ４１内の燃圧を制御している。

なお、この実施例では高圧燃料ギャラリ４１内の余剰の燃料を安全弁５２を介して燃料タンク３１へ戻す戻り配管５３が設けられた、いわゆるリターン方式のものを採用しているが、戻り配管のないリターンレス方式のものを用いても良い。ここで、リターン方式における戻り配管５３や安全弁５２は、高圧燃料ギャラリ４１内の燃圧が所定の限界燃圧を超える場合にのみ安全弁５２が開いて減圧が行われるものであり、燃圧を積極的に減圧し得る減圧機構ではない。すなわち、リターン方式のものでも、リターンレス方式のものと同様、基本的には燃料噴射のみによって高圧燃料ギャラリ４１内の燃圧が減圧されることとなる。

次に、図３〜図５を参照して、本実施例の要部をなす機関自動停止要求の一つである車両減速時の制御について説明する。図３は車両減速時の制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１１では、車両減速要求の有無を判定する。例えばアクセルペダルのＯＦＦ（アクセル開度が０）により減速要求有りと判定されると、ステップＳ１２へ進み、第１クラッチ２３を開放する。これにより、内燃機関１１とモータジェネレータ１２とが切り離され、モータジェネレータ１２の回生運転により減速エネルギーを効率的に回収可能となる。

そして本実施例では、第１クラッチ２３の開放と同時に燃料噴射の停止すなわち燃料カット（Ｆ／Ｃ）を行わず、ステップＳ１２での第１クラッチ２３の開放からステップＳ１７での燃料カットの開始までの間に、ステップＳ１６において、リッチ側の目標空燃比（Ａ／Ｆ）に従って燃料を噴射する、いわゆるリッチ運転を行う。このときの制御としては、例えば空燃比センサ１６，１７の検出信号に基づくフィードバック制御によりリッチ側の目標空燃比となるように燃料噴射量が増減される。このリッチ運転における目標空燃比のリッチ度合いα１やリッチ運転期間α２は、下記の２つの要求［１］，［２］を同時に満たすように設定される。

［１］燃圧が機関始動に適した始動用燃圧（図４（Ａ）及び図５（Ａ）の例では『７』）まで低下すること；
［２］燃料カット後の触媒の酸素ストレージ量（以下、ＯＳＣとも略す）が中立状態となること（つまり、リーン側やリッチ側に大きく偏っていないこと）；
先ず、前者［１］について説明する。図４（Ａ）及び図５（Ａ）において、図中の数字は燃圧に対応している。同図に示すように、高圧燃料ギャラリ４１内の燃圧は機関回転数と要求負荷（トルク）とに応じて設定され、基本的には高回転高負荷側で燃圧が高くなるように設定される。但し、上述したように特別な減圧機構をもたないものでは、基本的には燃料噴射以外に高圧燃料ギャラリ４１内の燃圧を低下させることができないために、燃料カット中には燃圧を低下させることができない。そこで本実施例では、ステップＳ１３において燃圧センサ５１からの検出信号に基づいて燃圧低下量を算出し、この燃圧低下量に応じて、リッチ運転におけるリッチ度合いα１や運転期間α２を設定している。つまり、図４及び図５に示すように、燃圧低下量が大きくなるほどリッチ運転におけるリッチ度合いα１や運転期間α２を大きく設定している。

次に、後者［２］について説明する。ステップＳ１７で燃料カットを行うと、クランクシャフトを含めた主回転系が惰性である程度回転し、この惰性回転によるポンピング作用により、触媒を空気が通過して、触媒内に酸素がストレージされ、図４及び図５の符号β１に示すように、酸素ストレージ量がリーン側に不可避的に移行することとなる。そこで、このような惰性回転による酸素ストレージ量のリーン側への移行を見越して、上述したリッチ運転を行い、図４及び図５の符号β２に示すように、予め酸素ストレージ量をリッチ側へ移行させておき、惰性回転による酸素ストレージ量のリーン側への移行を相殺・球種して、惰性回転後の酸素ストレージ量が素早く所定の中立状態となるようにしている。

ここで、上記の惰性回転によって空回りする回数は、燃料噴射の停止時点での機関回転数（回転速度）により変化し、機関回転数が高くなるほど増加する。この空回り回数によって酸素ストレージ量のリーン側への移行の度合いβ１も変化してしまう。そこで、惰性回転による酸素ストレージ量のリーン側への移行の度合いβ１を均一化するように、上記のリッチ運転の終了時点での機関回転数が所定の回転数（例えば１０００ｒｐｍ）となるように、内燃機関を制御している。このときの制御としては、例えば周知のアイドル回転数制御と同様、機関回転数を所定回転数に維持するようにスロットル開度が調整される。ここで、リッチ運転中には第１クラッチ２３が開放されているために、アイドル運転時と同様、車速や自動変速機２１の変速比の影響を受けずに機関回転数を一定とする運転が容易に実現可能である。

この実施例では、空回りによる酸素ストレージ量のリーン化度合いβ１を、図４に示すように燃圧低下量が小さい（最小）の場合のリッチ運転によるリッチ化度合いβ２に応じて設定している。このため、図５に示すように車両減速要求の直前の運転状態における燃圧が高く、つまりリッチ運転による燃圧低下量が大きく、そのリッチ度合いα１や運転期間α２が大きくなると、このリッチ運転による酸素ストレージ量のリッチ化度合いβ２が上記のリーン化度合いβ１よりも大きくなってしまう。そこで本実施例では、ステップＳ１４において、燃圧低下量に応じて、第１クラッチ２３を開放してからリッチ運転を行うまでの間に、燃料噴射を停止する予備燃料カット運転を行うかを判定する。具体的には、図５に示すように、燃圧低下量が大きい場合には、Ｓ１５へ進み予備燃料カット運転を行う。このような予備燃料カット運転を行うことで、符号β３に示すように触媒の酸素ストレージ量をリーン側へ遷移させて、惰性回転後の酸素ストレージ量が中立状態となるようにしている。つまり、予備燃料カット運転によるリーン化度合いβ３と惰性回転の空回りによるリーン化度合いβ１との和がリッチ運転によるリッチ化度合いβ２と釣り合うように、予備燃料カット運転の運転期間などが設定されている。

このように本実施例では、減速要求時（機関停止要求時）には第１クラッチ２３の開放から燃料カットまでの間にリッチ運転を行うことで、高圧燃料ギャラリ４１内の燃圧を次回の機関始動に適した始動用燃圧まで低下させることができ、過大な燃圧に起因する排気エミッションの悪化を招くことなく安定した機関始動を行うことができる。また、燃料カット前にリッチ運転を行うことで、触媒の酸素ストレージ量を予めリッチ化（β２）させて、燃料カットに伴う惰性回転による酸素ストレージ量のリーン化（β１）を相殺・吸収し、触媒の酸素ストレージ量を所定の中立状態に素早く良好に復帰させることができる。

更に、リッチ運転の終了時点での機関回転数が所定の回転数となるように内燃機関が制御されているために、クランクシャフトの惰性回転によるリーン化度合い（β１）が均一化され、このリーン化度合いに応じてリッチ運転のリッチ度合いα１や運転期間α２を設定することで、触媒の酸素ストレージ量を精度良く確実に中立状態へ復帰させることが可能となる。

加えて、高圧燃料ギャラリ４１の燃圧低下量に応じて、第１クラッチ２３を開放してからリッチ運転を行うまでの間に予備燃料カット運転を行うことで、減速要求の直前の燃圧にかかわらず、上述した始動用燃圧への低下［１］と触媒の酸素ストレージ量の中立状態への復帰［２］とを両立することが可能となる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の実施例では、車両減速時における制御について説明してきたが、例えばアイドルストップにおける内燃機関の自動停止時にも本実施例の制御を適用することができる。

本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の駆動系を簡略的に示す構成図。 本実施例の燃料配管システムを簡略的に示す構成図。 車両減速時の制御の流れを示すフローチャート。 燃圧設定マップ（Ａ）及び減速直前の燃圧が低いときのタイミングチャート（Ｂ）。 燃圧設定マップ（Ａ）及び減速直前の燃圧が高いときのタイミングチャート（Ｂ）。

符号の説明

１１…内燃機関
１２…モータジェネレータ
１３…排気通路
１４，１５…触媒コンバータ（触媒）
２０…駆動輪
２３…第１クラッチ（クラッチ）
４０…高圧燃料ポンプ
４１…高圧燃料ギャラリ
４２…燃料噴射弁
５１…燃圧センサ

Claims (6)

1. 車両駆動源として、駆動輪に接続するモータジェネレータと、このモータジェネレータに接続する内燃機関と、を併用するハイブリッド車両の制御装置において、
   上記内燃機関の排気通路に設けられる触媒と、
   上記内燃機関とモータジェネレータとの動力伝達経路に介装されるクラッチと、
   上記内燃機関に設けられる複数の燃料噴射弁と、
   これら複数の燃料噴射弁に接続する高圧燃料ギャラリと、
   この高圧燃料ギャラリへ高圧燃料を供給する高圧燃料ポンプと、を有し、
   上記内燃機関の自動停止要求時に、上記クラッチを開放するともに、このクラッチ開放から燃料噴射を停止する燃料カットまでの間に、リッチ側の目標空燃比で燃料噴射するリッチ運転を行うことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 上記リッチ運転の終了時点での機関回転数が所定の回転数となるように内燃機関が制御され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制御装置。
3. 上記高圧燃料ギャラリ内の燃圧が機関始動に適した始動用燃圧まで低下するように、上記リッチ運転におけるリッチ度合い及び運転期間が設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 上記燃圧の低下量が大きい場合、上記クラッチを開放してからリッチ運転を行うまでの間に、燃料噴射を停止する予備燃料カット運転を行うことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 上記内燃機関が、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内直接噴射式であることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 上記内燃機関の自動停止要求時が車両減速時であることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御装置。

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