JP2010162920A

JP2010162920A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2010162920A
Application number: JP2009004399A
Authority: JP
Inventors: Tomomi Yamada; 智海山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-01-13
Filing date: 2009-01-13
Publication date: 2010-07-29
Anticipated expiration: 2029-01-13
Also published as: JP5200944B2

Abstract

【課題】空燃比センサを用いることなく、燃料添加弁による添加燃料量を検出することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置は、ディーゼルエンジンのモータリング中において、ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を全開状態にするとともにスロットル弁を全閉状態にして、燃料添加弁より燃料を前記排気通路に添加する制御手段を有する。制御手段は、モータリング中において、ディーゼルエンジンのエンジントルクを基に、燃料添加弁により添加される添加燃料量を推定する。これにより、空燃比センサを用いることなく、燃料添加弁による添加燃料量を検出することができるとともに、空燃比センサを用いる場合と比較して、添加燃料量の検出精度を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ディーゼルエンジンを備えるハイブリッド車両に好適な制御装置に関する。

近年、ディーゼルエンジンに加えて、電動機や発電機として機能するモータジェネレータを備えるハイブリッド車両が知られている。このようなハイブリッド車両における排気系には、窒素酸化物（ＮＯｘ）や粒子状物質（ＰＭ：ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ）に関する排気浄化を行うための触媒が設けられている。そのため、排気系における当該触媒の上流側には、当該触媒へ燃料供給を行う燃料添加弁が設けられている。

燃料添加弁は、高温下に無噴射状態で長時間晒されると、噴射口にデポジットが堆積して詰まりが発生してしまうことが知られている。そこで、例えば、特許文献１には、燃料添加弁による添加燃料量を空燃比センサにより検知し、燃料添加弁に詰まりが発生していると判定した場合には、触媒還元時のリッチスパイクを多くする技術が記載されている。また、特許文献２には、ＥＧＲ装置を備えたエンジンにおいて、エンジンのモータリング中にＥＧＲ弁を開いて燃料の噴射を停止し、エンジン始動後、燃料を噴射して燃料付着量を推定する技術が記載されている。さらに、特許文献３にも本発明と関連のある技術が記載されている。

特開２００８−０１９７６０号公報特開２００３−０２０９８１号公報特開２００４−１４４０３０号公報

ところで、上述の特許文献１に記載の技術では、燃料添加弁の詰まりを検出するのに空燃比センサを用いる必要がある。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、空燃比センサを用いることなく、燃料添加弁による添加燃料量を検出することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。

本発明の１つの観点では、ディーゼルエンジン、前記ディーゼルエンジンをモータリングするモータジェネレータ、排気通路に設置された燃料添加弁、排気系における前記燃料添加弁の下流側から吸気系におけるスロットル弁の下流側に排気ガスの一部を還流させるＥＧＲ通路、を備え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であって、前記ディーゼルエンジンのモータリング中において、前記ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を全開状態にするとともに前記スロットル弁を全閉状態にして、前記燃料添加弁より燃料を前記排気通路に添加する制御手段を有し、前記制御手段は、前記モータリング中において、前記ディーゼルエンジンのエンジントルクを基に、前記燃料添加弁により添加される添加燃料量を推定する。

上記のハイブリッド車両の制御装置は、ディーゼルエンジン、ディーゼルエンジンをモータリングするモータジェネレータ、排気通路に設置された燃料添加弁、排気系における燃料添加弁の下流側から吸気系におけるスロットル弁の下流側に排気ガスの一部を還流させるＥＧＲ通路、を備え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は、ディーゼルエンジンのモータリング中において、ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を全開状態にするとともにスロットル弁を全閉状態にして、燃料添加弁より燃料を前記排気通路に添加する制御手段を有する。制御手段は、モータリング中において、ディーゼルエンジンのエンジントルクを基に、燃料添加弁により添加される添加燃料量を推定する。これにより、空燃比センサを用いることなく、燃料添加弁による添加燃料量を検出することができる。また、空燃比センサを用いる場合と比較して、添加燃料量の検出精度を高めることができる。

上記のハイブリッド車両の制御装置の他の一態様は、前記制御手段は、前記モータリング中において、前記燃料添加弁による燃料添加を行う前に一定時間、フューエルカットを行い、かつ、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を全開状態にするとともに前記スロットル弁を全開状態にする。これにより、ＥＧＲ通路中の残留ガスを掃気することができるので、空燃比を一定に保持することができ、燃料添加弁により添加される添加燃料量の検出精度を向上させることができる。

ディーゼルエンジン、前記ディーゼルエンジンをモータリングするモータジェネレータ、排気通路に設置された燃料添加弁、排気系における前記燃料添加弁の下流側から吸気系におけるスロットル弁の下流側に排気ガスの一部を還流させるＥＧＲ通路、を備え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であって、前記ディーゼルエンジンのモータリング中において、前記ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を全開状態にするとともに前記スロットル弁を全閉状態にして、前記燃料添加弁より燃料を前記排気通路に添加する制御手段を有し、前記制御手段は、前記モータリング中において、前記ディーゼルエンジンのエンジントルクを基に、前記燃料添加弁により添加される添加燃料量を推定する。これにより、空燃比センサを用いることなく、燃料添加弁による添加燃料量を検出することができる。また、空燃比センサを用いる場合と比較して、添加燃料量の検出精度を高めることができる。

本実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示す図である。エンジンシステムの概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。

［装置構成］
まず、本発明の制御装置を適用したハイブリッド車両について、図１を参照して説明する。

図１は、ハイブリッド車両１００の概略構成を示す図である。ハイブリッド車両１００は、主に、エンジン（内燃機関）１と、車軸２と、車輪３と、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２と、プラネタリギヤ４と、インバータ５と、バッテリ６と、ＥＣＵ（ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）１０と、を備える。

車軸２は、エンジン１及び第２のモータジェネレータＭＧ２の動力を車輪３に伝達する動力伝達系の一部である。車輪３は、ハイブリッド車両１００の車輪であり、説明の簡略化のため、図１では特に左右前輪のみが表示されている。エンジン１は、ディーゼルエンジンであり、ハイブリッド車両１００の主たる推進力を出力する動力源として機能する。エンジン１は、ＥＣＵ１０によって種々の制御が行われる。具体的には、ＥＣＵ１０は、エンジン回転数を制御したり、スロットル弁の開度（スロットル開度）を制御したりする。

第１のモータジェネレータＭＧ１は、主としてバッテリ６を充電するための発電機、或いは第２のモータジェネレータＭＧ２に電力を供給するための発電機として機能するように構成されている。また、第１のモータジェネレータＭＧ１は、エンジン１を始動するための発電機として機能するように構成されている。第２のモータジェネレータＭＧ２は、主としてエンジン１の出力をアシスト（補助）する電動機として機能するように構成されている。これらのモータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。プラネタリギヤ（遊星歯車機構）４は、エンジン１の出力を第１のモータジェネレータＭＧ１及び車軸２へ分配することが可能に構成され、動力分割機構として機能する。

インバータ５は、バッテリ６と、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２との間の電力の入出力を制御する直流交流変換機である。例えば、インバータ５は、バッテリ６から取り出した直流電力を交流電力に変換して、或いは、第１のモータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力をそれぞれ第２のモータジェネレータＭＧ２に供給すると共に、第１のモータジェネレータＭＧ１によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ６に供給することが可能に構成されている。バッテリ６は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を駆動するための電源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。

ＥＣＵ１０は、図示しないＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）及びＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）などを備える。ＥＣＵ１０は、制御手段として機能し、ハイブリッド車両１００の動作全体を制御する。例えば、ＥＣＵ１０は、車速が比較的低速の場合には、エンジン１からの出力によって走行させているとエンジン効率が悪いため、エンジン１を停止したまま、第２のモータジェネレータＭＧ２を力行状態にして走行する。即ち、ハイブリッド車両１００は電気走行モード（ＥＶモード）で走行する。ここで、例えば、アクセル開度に基づいて、加速要求等があると判定された場合には、ＥＣＵ１０は、エンジン１を始動させ、エンジン１からの出力によっても走行させる（ハイブリッド走行モード）。エンジン始動要求時においてエンジン１を円滑に始動するため、ＥＣＵ４は、ＥＶ走行中においても、第１のモータジェネレータＭＧ１を力行状態にすることにより、エンジン１の回転数を所定回転数以上に保持するためのモータリングを行っている。

次に、エンジン１を含むエンジンシステムの概略構成について図２を用いて説明する。図２は、エンジンシステムの概略構成を示すブロック図である。図２において、実線の矢印は吸気及び排気の流れを示し、破線の矢印は制御信号を示す。

図２において、ハイブリッド車両１００は、エンジン１として直列４気筒のディーゼルエンジンを備える。エンジン１の各気筒は、吸気マニホールド１１及び排気マニホールド１２に接続されている。エンジン１は、各気筒に設けられた燃料噴射弁１５と、各燃料噴射弁１５に対して高圧の燃料を供給するコモンレール１４とを備え、コモンレールには不図示の燃料ポンプにより燃料が高圧状態で供給される。

吸気マニホールド１１に接続された吸気通路２０には、エンジン１０への流入空気量（新気量）を計測するエアフローメータ２１と、ターボチャージャ２３のコンプレッサ２３ａと、スロットル弁２２と、吸気を冷却するインタークーラ２４とが設けられている。スロットル弁２２は、ＥＣＵ１０からの制御信号Ｓ２２により制御される。吸気マニホールド１１と吸気通路２０とで吸気系が構成される。

排気マニホールド１２に接続された排気通路２５には、ターボチャージャ２３のタービン２３ｂと、触媒３０が設けられている。触媒３０は、ＮＯｘやＰＭを処理するための触媒である。また、排気マニホールド１２には、燃料添加弁１６が設けられている。燃料添加弁１６は、触媒３０の排気浄化作用を改善する触媒再生のためのものである。具体的には、燃料添加弁１６は、排気ガスに燃料を添加することにより当該触媒３０へ燃料供給を行う。燃料添加弁１６は、ＥＣＵ１０からの制御信号Ｓ１６により制御される。排気マニホールド１２と排気通路２５とで排気系が構成される。

ハイブリッド車両１００では、排気通路２５のタービン２３ｂの上流側と吸気通路２０のコンプレッサ２３ａの下流側とを接続するＥＧＲ通路３１が設けられている。本実施形態では、ＥＧＲ通路３１は、排気系における燃料添加弁１６の下流側と吸気系におけるスロットル弁２２の下流側とを接続している。排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、排気通路２５のタービン２３ｂの上流側から、ＥＧＲ通路３１を介して、吸気通路２０のインタークーラ２４の下流側へと還流する。ここで、ＥＧＲ通路３１にはＥＧＲ弁３３が設けられている。ＥＧＲ弁３３は、ＥＧＲ通路３１に流れるＥＧＲガスの流量を調整するためのものであり、ＥＣＵ１０からの制御信号Ｓ３３により制御される。

また、ハイブリッド車両１００では、排気通路２５のタービン２３ｂの下流側と吸気通路２０のコンプレッサ２３ａの上流側とを接続するＥＧＲ通路４１が設けられている。以下では、ＥＧＲ通路３１と区別するため、ＥＧＲ通路４１を低圧ＥＧＲ通路４１と称することとする。低圧ＥＧＲ通路４１には、ＥＧＲクーラ４２とＥＧＲ弁４３とが設けられている。ＥＧＲ弁４３は、低圧ＥＧＲ通路４１に流れるＥＧＲガスの流量を調整するためのものであり、ＥＣＵ１０からの制御信号Ｓ４３により制御される。

［制御方法］
次に、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法について説明する。

先に述べた燃料添加弁１６は、高温下に無噴射状態で長時間晒されると、噴射口にデポジットが堆積して詰まりが発生する。この場合、燃料添加弁１６により排気ガスに添加される添加燃料量（正確には単位時間当たりの添加燃料量）が減少するため、触媒再生を効率良く行うために、添加燃料量の減少量に応じて、例えばリッチスパイク時間を調整するのが好適である。

そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両の制御方法では、ＥＣＵ１０は、エンジン１のモータリング中において、エンジン１のエンジントルクを基に、燃料添加弁１６により添加される添加燃料量を推定することとする。

具体的には、ＥＣＵ１０は、エンジン１のモータリング中において、ＥＧＲ通路３１のＥＧＲ弁３３を全開状態にするとともにスロットル弁２２を全閉状態にし、燃料添加弁１６より燃料を噴射する。また、図２に示したように、低圧ＥＧＲ通路４１が設けられている場合には、ＥＣＵ１０は、低圧ＥＧＲ通路４１のＥＧＲ弁４３を全閉状態にする。先に述べたように、ＥＧＲ通路３１は、排気系における燃料添加弁１６の下流側と吸気系におけるスロットル弁２２の下流側とを接続しているので、このようにすることで、吸気マニホールド１１、エンジン１、排気マニホールド１２、ＥＧＲ通路３１を循環するガスの経路が形成される。そのため、燃料添加弁１６より添加された燃料は、排気マニホールド１２を経由してＥＧＲ通路３１に入り、ＥＧＲ通路３１から吸気マニホールド１１を経由してエンジン１に至る。このとき、エンジン１のエンジントルクは、燃料添加弁１６より添加された添加燃料量に応じたものとなる。従って、ＥＣＵ１０は、エンジン１のエンジントルクを基に、燃料添加弁１６により添加される添加燃料量を推定することが可能となる。なお、エンジントルクは、第１のモータジェネレータＭＧ１より発生した電力に基づいて推定される。

以上に述べたようにすることで、空燃比センサを用いることなく、燃料添加弁１６により添加される添加燃料量を推定することが可能となる。また、触媒と通過した排気ガスの空燃比を空燃比センサにより検出することにより添加燃料量を検出する場合と比較して、本実施形態によれば、推定される添加燃料量の検出精度を向上させることができる。

なお、ここで、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６による排気ガスへの燃料添加の前に一定時間、燃料噴射弁１５による気筒内への燃料噴射を停止し、即ち、フューエルカットを行い、かつ、ＥＧＲ通路３１のＥＧＲ弁３３を全開状態にするとともにスロットル弁２２を全開状態にするとしても良い。これにより、ＥＧＲ通路３１中の残留ガスを掃気することができるので、空燃比を一定に保持することができ、燃料添加弁１６により添加される添加燃料量の検出精度を向上させることができる。

また、エンジン１の燃焼室を予熱するグロープラグがエンジン１に取り付けられている場合には、ＥＣＵ１０は、燃料添加弁１６による排気ガスへの燃料添加の前に、グロープラグを通電するとしても良い。これにより、エンジン１の気筒内の温度を高め、燃料添加弁１６により添加された燃料を確実に着火することが可能となる。

なお、本実施形態では、低圧ＥＧＲ通路４１が設けられるとしているが、これに限られるものでない。低圧ＥＧＲ通路４１が設けられず、ＥＧＲ通路３１のみが設けられている場合であっても本発明を適用可能であるのは言うまでもない。

１エンジン
１０ＥＣＵ
１１吸気マニホールド
１２排気マニホールド
１６燃料添加弁
２０吸気通路
２５排気通路
３１ＥＧＲ通路

Claims

ディーゼルエンジン、前記ディーゼルエンジンをモータリングするモータジェネレータ、
排気通路に設置された燃料添加弁、排気系における前記燃料添加弁の下流側から吸気系におけるスロットル弁の下流側に排気ガスの一部を還流させるＥＧＲ通路、を備え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であって、
前記ディーゼルエンジンのモータリング中において、前記ＥＧＲ通路のＥＧＲ弁を全開状態にするとともに前記スロットル弁を全閉状態にして、前記燃料添加弁より燃料を前記排気通路に添加する制御手段を有し、
前記制御手段は、前記モータリング中において、前記ディーゼルエンジンのエンジントルクを基に、前記燃料添加弁により添加される添加燃料量を推定するハイブリッド車両の制御装置。
前記制御手段は、前記モータリング中において、前記燃料添加弁による燃料添加を行う前に一定時間、フューエルカットを行い、かつ、前記ＥＧＲ装置のＥＧＲ弁を全開状態にするとともに前記スロットル弁を全開状態にする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。