JP2010000894A - ハイブリッド車及びその燃料ポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＬＰＧエンジン及び電動モータを使用するハイブリッド車について、エンジンの燃焼効率を高めて燃費改善と高出力化の両方を実現できるようにする。
【解決手段】ＬＰＧを貯留する燃料タンクと、燃料ポンプ２０と、燃料ポンプ２０の作動を制御する燃料ポンプ制御装置としての電圧制御回路３と、燃料ポンプ２０により所定圧力の燃料を供給されるＬＰＧエンジン１と、走行用バッテリ６と、インバータ／コンバータ４と、走行用バッテリ６により駆動電流を供給される走行用電動モータ兼発電機５とを備え、ＬＰＧエンジン１による駆動と走行用電動モータ兼発電機５のすくなとも一方を駆動させるハイブリッド車において、燃料ポンプ２０は走行用バッテリ６から駆動電流を供給され、電圧制御回路３により走行用バッテリ６の電圧に応じて最適な燃料送出圧力を実現する方向で作動を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関及び電動モータを駆動源として用いるハイブリッド車及びその燃料ポンプ制御装置に関し、殊に、ＬＰＧエンジンによる駆動に電動モータによる駆動を組み合わせることにより燃費の向上をはかるとともに必要時に高出力を得られるようにしたハイブリッド車及びその燃料ポンプ制御装置に関する。

ＬＰＧ（液化石油ガス）を燃料として使用するＬＰＧエンジンを車両の駆動源として用いることは周知である。斯かるＬＰＧ車は、ガソリン車と比べて燃料費を低廉に抑えられるとともに炭酸ガス排出量も低く抑えることができ、経費面及び環境対策面で有利であるという理由から近年特に注目を集めており、実際の車両数も増加傾向にある。

しかしながら、ＬＰＧエンジンは発生馬力、発生トルクの観点からはガソリンエンジンと比べて明らかに劣っている。そのため、ＬＰＧ車は発進時、登坂時など、特に大馬力・大トルクが必要な状況では、出力が充分に上がらないためにガソリン車よりも走行性能が低くならざるを得ない。また、このような状況では燃費も悪化しやすくなりエネルギー効率も大きく低下することが知られている。

上述のようなＬＰＧ車の問題点に対し、特開２００４−１５６５３６号公報や特開２００５−２３７０６１号公報に提案されているように、車両の駆動源として、ＬＰＧエンジン及び電動モータの両方を搭載し、ＬＰＧエンジンの駆動力及び電動モータの駆動力の少なくとも一方により車輪を駆動して走行するものとしたハイブリッド車（ＬＰＧハイブリッド電気自動車）が開発されている。

このように、ＬＰＧを使用する内燃機関に加え、必要に応じて電動モータの駆動力を併用または切替えを行うことにより、大馬力・大トルクの必要な状況に応じて良好な走行性能を実現しやすいものとなる。そして、このようなハイブリッド車では、ＬＰＧエンジンに適正圧力のガス燃料をエンジン要求流量に応じて精密に供給して適正な燃焼効率を確保するために、インジェクタに燃料を圧送するための電動モータを動力源とする燃料ポンプを効率的に作動させることが必要である。

しかし、その燃料ポンプの作動には、一般に走行用バッテリよりも低電圧（１２Ｖ）の補助用バッテリが使用されており、比較的高い電流値を安定的に維持する必要が生じるために、状況によっては電流が不足してポンプ作動効率が不充分となり、ＬＰＧエンジンの燃焼効率を低下させてしまう場合がある。そのため、車両全体として充分な出力の向上が実現しにくくなるとともに、充分な燃費改善も達成不可能な状況となりやすい、という問題がある。
特開２００４−１５６５３６号公報 特開２００５−２３７０６１号公報

本発明は、上記のような問題点を解決しようとするものであり、ＬＰＧエンジン及び電動モータを使用するハイブリッド車について、ＬＰＧエンジンの燃焼効率を高めて燃費改善と高出力化の両方を実現できるようにすることを課題とする。

そこで、本発明は、ＬＰＧを貯留する燃料タンクと、燃料ポンプと、前記燃料ポンプの作動を制御する燃料ポンプ制御装置と、前記燃料ポンプにより所定圧力の燃料を供給されるＬＰＧエンジンと、走行用バッテリと、インバータと、前記走行用バッテリにより駆動電流を供給される走行用電動モータとを備え、前記ＬＰＧエンジンによる駆動または前記走行用電動モータの少なくとも一方を駆動させるハイブリッド車において、前記燃料ポンプは、前記走行用バッテリから駆動電流を供給され前記燃料ポンプ制御装置により前記走行用バッテリの電圧に応じて最適な燃料送出圧力を実現する方向で作動を制御されることを特徴とする。

このように、燃料ポンプ作動のために従来の補助バッテリよりも電圧の高い走行用バッテリを使用するものとしたことで、より少ない電流で効率的且つ安定的に燃料ポンプを作動させることが可能となり、走行用バッテリの電圧状況に応じて燃料ポンプを駆動させることで、省電力・省燃費を実現しながらＬＰＧエンジンの燃焼効率を改善してより高出力が得られる。

また、このハイブリッド車は、走行用モータが発電機を兼ねるものであり、発電機として作動する走行用バッテリへの回生制動時においても、燃料ポンプ制御装置が燃料ポンプを作動させて燃料圧力を所定圧力まで上昇させる方向で制御を実行する、ことを特徴とするものとすれば、さらにエネルギー効率の高いものとなる。

さらに、上述したハイブリッド車において、その燃料ポンプ制御装置は、燃料ポンプを作動させるための走行用バッテリの電圧条件として、走行用モータが作動停止する電圧レベルよりも所定レベル高い第１の設定電圧と、走行用モータが作動停止する電圧レベルよりも所定レベル低い第２の設定電圧とが設けてあり、第１の設定電圧以下になった場合に、ＬＰＧエンジンの発電モード時における走行用バッテリへの充電電流を所定量増加させて、第２の電圧以下になった場合に燃料ポンプの作動を停止させる、ことを特徴とするものとすれば、走行用バッテリの充電量が容易に低下しにくくなって、ハイブリッド車の特性を実現しやすい。

さらにまた、上述したハイブリッド車において、その燃料ポンプ制御装置は、燃料ポンプから送出される燃料圧力を連続的に検知するものとされ、燃料圧力が所定レベル以上となった場合には、燃料ポンプの作動を停止させる制御を実行するものとすれば、電力消費の無駄が有効に回避されてより省電力を実現しやすい。

加えて、ＬＰＧエンジンと電動モータを備え、燃料ポンプが走行用バッテリから駆動電流を供給される方式のハイブリッド車に搭載され、上述したハイブリッド車における燃料ポンプの制御内容を実行する、ことを特徴とする燃料ポンプ制御装置とすれば、これを既存のハイブリッド車に搭載するだけで、上述したハイブリッド車の機能を容易に実現することもできる。

燃料ポンプの作動に走行用バッテリを使用するものとした本発明によると、燃料ポンプを効率的に作動させることが可能となり、ＬＰＧエンジンの燃焼効率を高めて燃費改善と高出力化の両方を実現することができる。

以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための最良の形態を説明する。尚、本発明において、燃料ポンプ制御装置は、燃料ポンプ用の電圧制御回路（または電圧制御機能）を備えた制御装置であり、１つの装置（ユニット）において統合制御機能や他の種類の制御機能を同時に備えていてもよいことは言うまでもない。

図１は、本実施の形態のハイブリッド車の駆動システムの簡略化した配置図を示している。このハイブリッド車は、内燃機関であるＬＰＧエンジン１と、電動モータである走行用モータ兼発電機５を備えた車両であり、その基本的な構成として、走行用バッテリ６から、インバータ／コンバータ４を介し、走行用モータ兼発電機５を駆動させて、切替機構１２を介し駆動輪７，７に動力が伝達され、インバータ／コンバータ４は統合制御ユニット２で制御されるようになっており、以上の構成については従来例とほぼ共通している。

特に、本実施の形態では、ＬＰＧエンジン１に対する燃料供給系として、ポンプモータ２１を動力として作動する燃料ポンプ２０は、図示しない燃料タンクから導入したＬＰＧを所定の圧力にして送出し、燃料噴射弁８からＬＰＧエンジン１に供給するようになっているが、その駆動電力を従来のものにおけるような補助バッテリではなく、これよりも高電圧の走行用バッテリ６から供給されるようになっている。

本実施の形態においては、電圧制御回路３が、走行用電圧検出回路１１で走行用バッテリ６の電圧を連続的に検知しながら、検知した電圧データを基に駆動回路２２に出力することによりポンプモータ２１の駆動を操作して、燃料ポンプ２０の作動を制御するようになっている。

また、この電圧制御回路３は、燃料圧力センサ１０の出力信号で燃料ポンプ２０からの燃料吐出圧力を連続的に検知しながら燃料圧力を最適な圧力にフィードバック制御しているとともに、統合制御ユニット２による制御を受けている。尚、この制御において制御目的となる最適な圧力は、季節の温度変化に対応した圧力、燃料種類（ブタン／プロパンの配合）等を学習することにより最適なＭＡＰに基づいて決定すればよい。

そして、統合制御ユニット２は、ＬＰＧエンジン１で走行するか、走行用モータ兼発電機５で走行するか、或いはこれらを併用するかについて主として判断しながら指令を行う機能を有している。また、統合制御ユニット２は、燃料ポンプ２０の作動について、回生制動中でもエネルギー効率の点からポンプ許可信号３ｃを出力するようになっており、あらゆる状況の基でも充分な燃料圧力を確保しやすいものとしている。

燃料ポンプ２０は、上述したように電圧制御回路３で走行用バッテリ６の電力を駆動回路２２へと送りポンプモータ２１を電圧制御することにより駆動されているが、本実施の形態においては、走行用バッテリ６が空にならないように、モータ走行打ち切り電圧よりも所定レベル高い電圧で燃料ポンプ２０を作動させるようになっており、積極的に発電モードを増加するように制御している。

図２は、本実施の形態の電圧制御回路３の機能ブロック図を示しており、この電圧制御回路３は、燃料圧力センサ１０の出力信号３ａと、走行用電圧検出回路１１の出力信号３ｂと、統合制御ユニット２の出力信号３ｃとを、マイクロコンピュータ回路部３０の入力とすることにより、ソフトウエアにて最適な制御を実行しながら、駆動回路２２に出力する。

図３は、図２の電圧制御回路３の動作手順（プログラム構成）を表したフローチャートを示している。プログラムがスタートすると、燃料ポンプ２０を作動許可するか否かを判定する（Ａ１）。ＮＯの場合はポンプを停止するが（Ａ５）、ＯＫ（許可）の場合は次に進み、燃料圧力をチェックする（Ａ２）。

その燃料圧力が、図４の走行用バッテリ電圧と燃料圧力との関係に応じたポンプ作動領域を示すグラフにおいて、圧力がＰ１〜Ｐ２になるようにＰ１以下なら燃料ポンプ２０を作動させ、Ｐ２以上になったら作動停止させる（Ａ５）。即ち、圧力がＰ１以下になった場合に、所定時間燃料ポンプ２０を作動させることにより中央値に保つようにフィードバック制御している。

次に、電圧を検出して（Ａ３）、図４のＶＢ１〜ＶＢ２の範囲に応じて燃料ポンプ２０を作動させる。即ち、図４のグラフに示すように、設定電圧としてＶＢ１（レベル１）以下になると、そろそろ走行用バッテリ６が空になるのを防ぐための発電能力向上方法として、燃料圧力を高めるために燃料ポンプ２０を頻繁に作動させて、発電機としての平均充電能力を高めるようになっており、あらゆる状況でＬＰＧエンジン１に精度高い燃料供給を行える。

これにより、走行用バッテリ６のあがりを回避しやすいものとなり、ハイブリッド車の特性を発揮しやすい状態を維持し全体としての車両性能を向上させることが可能となる。また、設定電圧ＶＢ４（レベル２）以下となるまで燃料ポンプ２０が作動可能となっているため、ＬＰＧエンジン１の駆動は広範囲で可能なものとなる。

以上、述べたように、ＬＰＧエンジン及び電動モータを使用するハイブリッド車について、本発明により、ＬＰＧエンジンに燃料を供給するための燃料ポンプを効率的に作動させることができ、ＬＰＧエンジンの燃焼効率を高めて省燃費・高出力が得られるようになり、ハイブリッド車としての特性をより発揮しやすい。

本発明の実施の形態を示すシステム配置図。 図１の電圧制御回路の機能ブロック図。 図１の電圧制御回路の動作手順を示すフローチャート。 走行用バッテリ電圧と燃料圧力との関係に応じたポンプ作動領域を示すグラフ。

符号の説明

１ ＬＰＧエンジン、２ 統合制御ユニット、３ 電圧制御回路、４ インバータ／コンバータ、５ 走行用モータ兼発電機、６ 走行用バッテリ、１０ 燃料圧力センサ、２０ 燃料ポンプ

Claims (5)

1. ＬＰＧを貯留する燃料タンクと、燃料ポンプと、前記燃料ポンプの作動を制御する燃料ポンプ制御装置と、前記燃料ポンプにより所定圧力の燃料を供給されるＬＰＧエンジンと、走行用バッテリと、インバータと、前記走行用バッテリにより駆動電流を供給される走行用電動モータとを備え、前記ＬＰＧエンジンによる駆動または前記走行用電動モータの少なくとも一方を駆動させるハイブリッド車において、前記燃料ポンプは、前記走行用バッテリから駆動電流を供給され前記燃料ポンプ制御装置により前記走行用バッテリの電圧に応じて最適な燃料送出圧力を実現する方向で作動を制御されることを特徴とするハイブリッド車。
2. 前記走行用モータが発電機を兼ねており、前記発電機として作動する前記走行用バッテリへの回生制動時においても、前記燃料ポンプ制御装置が前記燃料ポンプを作動させて燃料圧力を所定圧力まで上昇させる方向で制御を実行することを特徴とする請求項１に記載したハイブリッド車。
3. 前記燃料ポンプ制御装置が、前記燃料ポンプを作動させるための走行用バッテリの電圧条件として、前記走行用モータが作動停止する電圧レベルよりも所定レベル高い第１の設定電圧と、前記走行用モータが作動停止する電圧レベルよりも所定レベル低い第２の設定電圧とが設けてあり、前記第１の設定電圧以下になった場合に、前記ＬＰＧエンジンの発電モード時における走行用バッテリへの充電電流を所定量増加させ、前記第２の電圧以下になった場合に前記燃料ポンプの作動を停止させることを特徴とする請求項１または２に記載したハイブリッド車。
4. 前記燃料ポンプ制御装置が、前記燃料ポンプから送出される燃料圧力を連続的に検知するものとされ、前記燃料圧力が所定レベル以上となった場合には、前記燃料ポンプの作動を停止させる制御を実行することを特徴とする請求項１，２または３に記載したハイブリッド車。
5. 前記ＬＰＧエンジンと前記電動モータの両方を備えて前記燃料ポンプが前記走行用バッテリから駆動電流を供給される方式のハイブリッド車に搭載され請求項１，２，３または４に記載したハイブリッド車における燃料ポンプの制御内容を実行することを特徴とする燃料ポンプ制御装置。
   

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