JP2010247644A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】冷却水の沸騰が防止された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。
【解決手段】エンジン２００及びモータＭＧ２を動力源とするハイブリッド車両１２０の制御装置は、冷却水が流通する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することによりエンジン２００の排気を冷却する冷却装置４０と、冷却装置４０内で排気から冷却水へと伝達する熱量を推定し、推定結果に応じて、エンジン２００の燃焼を停止しモータＭＧ２のみで走行するＥＣＵ１００と、を備えている。
【選択図】図４

Description

本発明はハイブリッド車両の制御装置に関する。

エンジンの排気を冷却する冷却装置がある。冷却装置としては、エンジンの排気ポートと排気マニホールドとの間に設けられているものや、排気マニホールド周囲に設けられているものがある（特許文献１参照）。冷却装置内部に冷却水が流通することにより、排気が冷却される。

特開昭６３−２０８６０７号公報

冷却装置内においては、排気の熱量が冷却水へと伝達される。排気から冷却水へと伝達される熱量によっては、冷却水が沸騰する恐れがある。これにより、エンジンがオーバヒートする恐れがある。

本発明の目的は、冷却水の沸騰が防止されたハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

上記目的は、エンジン及びモータを動力源とするハイブリッド車両の制御装置であって、冷却水が流通する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより前記エンジンの排気を冷却する冷却装置と、前記冷却装置内で前記排気から前記冷却水へと伝達する熱量を推定し、推定結果に応じて、前記エンジンの燃焼を停止し前記モータのみで走行する制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置によって達成できる。

例えば、熱量が比較的大きい場合にエンジンを停止することにより、排気は排出されず、冷却水の温度は低下する。これにより、冷却水の沸騰が防止される。また、この場合にモータを作動させることにより、運転を継続することができる。

また、上記目的は、エンジン及びモータを動力源とするハイブリッド車両の制御装置であって、冷却水が流通する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより前記エンジンの排気を冷却する冷却装置と、前記冷却装置内で前記排気から前記冷却水へと伝達する熱量を推定し、推定結果に応じて、停車時に前記エンジンの燃焼を停止し前記モータにより前記エンジンを強制的に回転させる制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置によっても達成できる。

例えば、熱量が比較的大きい場合に、停車時にエンジンを停止しモータによりエンジンを掃気運転させることにより、エンジン内に新気を導入することができ、これにより早期に冷却装置及びエンジン自体を冷却することができ、冷却水の沸騰を防止することができる。

上記構成において、前記制御部は、前記エンジンのオイル残量に応じて、スロットル開度を制御する、構成を採用できる。

上記構成において、前記制御部は、前記排気から前記冷却水へと伝達される熱量を所定時間にわたって積算した積算熱量を推定する、構成を採用できる。

本発明によれば、排気の冷却効率の低下が抑制されたエンジンの制御装置を提供できる。

ハイブリッドシステムのブロック図である。 エンジン周辺の構成を示した模式図である。 ＥＣＵが実行する制御のフローチャートである。 補正処理のタイミングチャートである。 第１変形例の制御のフローチャートである。 第１変形例の補正処理のタイミングチャートである。 第２変形例の制御のフローチャートである。 第２変形例の補正処理のタイミングチャートである。 第３変形例の制御のフローチャートである。 第３変形例の補正処理のタイミングチャートである。

以下、図面を参照して実施例について説明する。

図１は、ハイブリッドシステム１のブロック図である。ハイブリッドシステムは、ハイブリッド車両の制御装置に相当する。ハイブリッドシステム１は、ＥＣＵ１００、エンジン２００、モータＭＧ１、モータＭＧ２、動力分割機構３００、インバータ４００及びバッテリ５００を備え、ハイブリッド車両１２０を制御するシステムである。

ＥＣＵ１００は、ハイブリッドシステム１の動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述する制御を実行する。

エンジン２００は、ハイブリッド車両１２０の主たる動力源として機能する。尚、エンジン２００の詳細な構成については後述する。モータＭＧ１は、バッテリ５００を充電するための発電機として機能する。モータＭＧ２は、エンジン２００と共にハイブリッド車両１２０の主たる動力源として機能する。モータＭＧ２は、エンジン２００を始動する際にも用いられる。

動力分割機構３００は、エンジン２００及びモータＭＧ２の駆動力を減速機構１２１に伝達する。エンジン２００とモータＭＧ２との動力の分配は、動力分割機構３００により任意に変更することができる。動力分割機構３００は、例えば、サンギヤ、プラネタリキャリア、及びリングギヤの３つの回転軸を有する遊星歯車が採用されおり、この３つの回転軸は、エンジン２００、モータＭＧ１、減速機構１２１の入力軸にそれぞれ接続されている。また、モータＭＧ２の駆動力の一部或いは全部を、動力分割機構３００を介してエンジン２００に入力することで、エンジン２００を強制的に回転させることができる。以下において、モータＭＧ２によりエンジン２００を強制的に回転させることを、モータリングと称する。

インバータ４００は、バッテリ５００から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ１、ＭＧ２に供給すると共に、モータＭＧ１、ＭＧ２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５００に供給することが可能に構成されている。

バッテリ５００はモータＭＧ１、ＭＧ２を駆動するための電源として機能する充電可能な蓄電池である。バッテリ５００には、バッテリ５００の残量を検出するＳＯＣセンサ５１０が設置されており、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

図２は、エンジン２００周辺の構成を示した模式図である。
エンジン２００には、４つの気筒２１０が設けられている。エンジン２００には、吸気管１０、排気管２０が接続されている。吸気管１０には、吸入空気量を検出するためのエアフロメータ１２、吸入空気量を調整するためのスロットル弁１４、が配置されている。エアフロメータ１２により検出された信号はＥＣＵ１００へ出力される。また、スロットル弁１４の開度は、ＥＣＵ１００からの指令に応じて設定される。

エンジン２００と排気管２０とが接続された部位には、冷却装置４０が配置されている。冷却装置４０は、エンジン２００を冷却するための冷却水の経路上に配置されている。即ち、冷却装置４０内に冷却水が流れる。冷却装置４０は、排気管２０の周辺を覆うように設けられており、冷却装置４０内を冷却水が流れることにより、排気管２０からの熱量が冷却水へと伝達される。これにより排気が冷却される。また、排気管２０には触媒５０が配置されている。

冷却装置４０を設けずして触媒５０を排気管２０の上流側に配置した場合、高負荷運転時には排気の温度により触媒５０が劣化する恐れがある。しかしながら、排気を冷却する冷却装置４０を設けることにより、触媒５０を排気管２０の上流側に配置しつつ触媒５０の劣化を防止することができる。触媒５０を排気管２０の上流側に配置することにより、例えば冷間始動時においては触媒５０を早期に活性化温度にまで昇温させることができる。これにより、冷間始動時でのエミッションの悪化を抑制できる。

また、ＥＣＵ１００には、水温センサ８０、オイルレベルセンサ８２、吸気温センサ８４により検出された信号が出力される。水温センサ８０は、冷却水の温度に応じた信号をＥＣＵ１００へ出力する。これにより、ＥＣＵ１００は冷却水の温度を検出できる。オイルレベルセンサ８２は、エンジンオイルが貯留されるオイルパンに設けられており、オイルの油面の高さに応じた信号をＥＣＵ１００へ出力する。これにより、ＥＣＵ１００はエンジンオイルの残量を検出できる。吸気温センサ８４は、ＥＣＵ１００内に導入される吸気温度に応じた信号をＥＣＵ１００へ出力する。これによりＥＣＵ１００は、吸入空気の温度を検出することができる。

次に、ＥＣＵ１００が実行する制御について説明する。
図３は、ＥＣＵ１００が実行する制御のフローチャートである。図３に示すように、ＥＣＵ１００は、冷却装置４０内で排気から冷却水に伝達された熱量を積算した積算熱量を推定する（ステップＳ１）。詳しくは、以下の式により、熱量を推定する。

Ｑｗ＝（ｅｔｈｗ＋ｅｔｈａ）×ＮＥ×ＧＡ・・・（１）

上記式（１）に示すように、熱量Ｑｗは、冷却水温ｅｔｈｗと吸気温度ｅｔｈａとの和と、回転数ＮＥと、吸入空気量ＧＡとの積により算出した値に基づき推定する。冷却水温ｅｔｈｗは、水温センサ８０からの信号により検出する。吸気温度ｅｔｈａは、吸気温センサ８４からの信号により検出する。尚、冷却装置４０内で排気から冷却水に伝達された熱量の推定は、上記式（１）を用いることに限定されない。

次に、ＥＣＵ１００は、積算熱量ΣＱｗが判定値Ｄ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ２）。否定判定の場合、ＥＣＵ１００は通常処理を実行する（ステップＳ３）。積算熱量ΣＱｗが判定値Ｄ１を超えていない場合とは、排気の熱量が比較的小さいものと推定され、排気の熱量に起因して冷却装置４０内で冷却水が沸騰する恐れが少ないと推定される場合である。通常処理とは、運転条件やバッテリ５００の残量に応じて、エンジン２００のみにより運転を行うか、又はモータＭＧ２のみにより運転を行うか、エンジン２００とモータＭＧ２の双方により運転を行うかの切り替えが行われる処理である。即ち、通常処理とは、ハイブリッド車両において一般的に行われる、動力源の切替の処理である。

肯定判定の場合、即ち、積算熱量ΣＱｗが判定値Ｄ１を超えている場合には、ＥＣＵ１００は、補正処理を実行する（ステップＳ４）。積算熱量ΣＱｗが判定値Ｄ１を超えている場合には、排気の熱量が比較的高いものと推定され、この場合には冷却装置４０内で冷却水が沸騰する恐れがある。補正処理とは、エンジン２００の燃焼を停止させモータＭＧ２の動力のみによって車両を走行させる処理である。この補正処理により、エンジン２００の燃焼が停止されるので排気が発生せず、冷却装置４０内で冷却水が沸騰することを防止できる。また、モータＭＧ２により走行が継続されるので、ラジエータ（不図示）は走行風に晒され、これによりラジエータで冷却水の放熱が助長される。

また、排気の熱量を積算した積算熱量ΣＱｗに応じて、通常処理と補正処理との切替を行う理由は次による。積算しない排気の熱量Ｑｗに応じて通常処理と補正処理との切替を行った場合、一時的な排気の熱量の上昇、下降により、通常処理と補正処理とが頻繁に切り替えられる恐れがある。これによりドライバビリティが悪化する恐れがあるからである。以上のように、ＥＣＵ１００は、積算熱量ΣＱｗの推定結果に応じて、エンジン２００の燃焼を停止しモータＭＧ２のみで走行する処理を実行する。

次に、熱量Ｑａの推定方法の変形例について説明する。以下に、熱量Ｑａを推定する式の変形例を記載する。

Ｑｗ＝Ｌ＊（Ｔｏｕｔ−Ｔｉｎ）＊ｑ・・・（２）

上記式（２）において、Ｌは補正係数である。補正係数Ｌは、排気系の表面積、熱伝達率、熱伝導率、排気管の厚さ、を考慮して定められた値である。排気系の表面積とは、例えば、冷却装置４０内で冷却水に晒される排気管の表面積である。熱伝達率とは、例えば排気ガスや冷却水の熱伝達率である。熱伝導率とは、例えば、排気管の壁内を伝わる熱量を算出するための熱伝導率であり、排気管の材質により定まる。排気管の厚さとは、例えば、冷却装置４０内での排気管の管の厚さである。Ｔｏｕｔとは、冷却装置４０から流出した冷却水の温度であり、Ｔｉｎは、冷却装置４０に流入直前の冷却水の温度である。ｑは、冷却装置４０に流入する又は冷却装置４０から流出した冷却水の流量である。尚、ＴｏｕｔとＴｉｎとは、冷却装置４０前後の冷却水の経路上に温度センサを配置することにより検出する。また、ｑは流量センサにより算出する。

また、以下の式により熱量Ｑｗを推定してもよい。

Ｑｗ＝ｋｖ＊（Ｔｖｏｕｔ−Ｔｖｉｎ）＊Ｑｖ・・・（３）

上記式（３）は、排気温度から熱量Ｑａを推定する式である。ｋｖは、補正係数である。補正係数ｋｖは、排気系の表面積、熱伝達率、熱伝導率、排気管の厚さ、を考慮して定められた値である。

Ｔｖｏｕｔは、冷却装置４０を通過した後の排気の温度であり、Ｔｖｉｎは、冷却装置４０を通過する前の排気の温度である。冷却装置４０前後の排気通路上に温度センサを配置することができる場合には、上記式（３）により熱量Ｑｗを算出することができる。Ｑｖは、冷却装置４０を通過する排気の流量を示している。排気流量Ｑｖは、排気管２０に排気流量センサを設けることにより検出してもよい。上記式（３）は、冷却装置４０内への流入前後での冷却水の温度を検出するセンサを設けることが出来ない場合に有用である。

また、以下の式により熱量Ｑｗを推定してもよい。

Ｑｗ＝ｋｖ＊（Ｔｖｏｕｔ−Ｔｖｉｎ）＊Ｇａ・・・（４）

上記式（４）において、Ｇａは、吸入空気量である。上記式（４）においては、エアフロメータ１２で検出される吸入空気量Ｇａと排気流量とが比例すると仮定している。上記式（４）は、排気流量センサを設けることが出来ない場合に有用である。

また、以下の式により熱量Ｑｗを推定してもよい。

Ｑｗ＝ｋｖ＊（Ｔｖｏｕｔ−Ｔｖ０）＊Ｑｖ・・・（５）

Ｔｖ０は、エンジン２００の運転条件により推定される排気温度である。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の回転数、燃料噴射量、負荷等に、排気温度が関連付けられたマップに基づいて、排気温度Ｔｖ０を推定する。排気温度センサを設けることが出来ない場合に有用である。

また、以下の式により熱量Ｑｗを推定してもよい。

Ｑｗ＝ｋｖ＊（Ｔｖｏｕｔ−Ｔｖ０）＊Ｇａ・・・（６）

排気流量を検出するセンサや、冷却水の温度を検出するセンサを設けることが出来ない場合に有用である。

次に、補正処理ついてタイミングチャートを用いて説明する。図４は、補正処理のタイミングチャートである。図４には、補正処理が実行される場合の冷却水の温度を実線で、補正処理が実行されない場合の冷却水の温度を破線でしている。図４に示すように、通常処理が実行されてエンジン２００のみにより走行している場合、排気の熱量などにより冷却水の温度は上昇する。補正処理が実行されると、エンジン２００の燃焼は停止されモータＭＧ２のみのよる走行に切り替えられる。エンジン２００の燃焼が停止されることにより、冷却水の温度が低下しはじめる。これにより、冷却水の沸騰が防止される。

次に、ＥＣＵ１００が実行する制御の第１変形例について説明する。図５は、第１変形例の制御のフローチャートである。
ＥＣＵ１００は、積算熱量ΣＱｗを推定し（ステップＳ１１）、停車要求があるか否かを判定する（ステップＳ１２）。停車要求の有無は、不図示のブレーキスイッチや車速センサからの出力に基づいてＥＣＵ１００が判定する。停車要求がない場合にはＥＣＵ１００は通常処理を実行する（ステップＳ１３）。

停車要求がある場合、ＥＣＵ１００は、積算熱量ΣＱｗが判定値Ｄ１を超えており、かつ、冷却水温が判定値Ｄ２を超えているか否かを判定する（ステップＳ１４）。否定判定の場合、ＥＣＵ１００は通常処理を実行する（ステップＳ１３）。否定判定の場合には、冷却水が沸騰する恐れが少ないと推定できるからである。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、バッテリ５００の残量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５）。否定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、通常処理を実行する（ステップＳ１３）。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、補正処理を実行する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の補正処理は、エンジン２００の燃焼を停止し、冷却水の温度が判定値Ｔ_Ｌを下回るまでモータＭＧ２によりエンジン２００をモータリングさせる処理である。即ち、モータＭＧ２によりエンジン２００を強制的に回転させる処理である。

以上のように、停車時においてエンジン２００の燃焼が停止しモータＭＧ２によりエンジン２００をモータリングさせる。これによりエンジン２００内に新気が導入され、冷却装置４０やエンジン２００自体の温度を低下させることができ、エンジン２００停止後に冷却水が沸騰することを防止できる。このように、ＥＣＵ１００は、積算熱量ΣＱｗの推定結果に応じて、停車時にエンジン２００の燃焼を停止しモータＭＧ２によりエンジン２００を強制的に回転させる処理を実行する。尚、冷却水の温度が判定値Ｔ_Ｌを下回ったか否かの判定は、水温センサ８０からの出力に基づいてＥＣＵ１００が判定する。

次に、第１変形例に係る補正処理ついてタイミングチャートを用いて説明する。図６は、第１変形例の補正処理のタイミングチャートである。図６には、補正処理が実行される場合の冷却水の温度を実線で、補正処理が実行されない場合の冷却水の温度を破線でしている。停車要求があり冷却水温度が判定値Ｔ_Ｌよりも高く、バッテリ５００の残量が所定値以上の場合には、エンジン２００はモータリングされる。モータリングにより、冷却水の温度を早期に低下させることができる。モータリングがされない場合、冷却水の温度は所定期間低下せずに高温状態が維持され、冷却装置４０やエンジン２００に蓄熱された熱量により、冷却水が沸騰する恐れがある。

次に、ＥＣＵ１００が実行する制御の第２変形例について説明する。図７は、第２変形例の制御のフローチャートである。
ＥＣＵ１００は、ステップＳ１５で肯定判定の場合には、オイル残量が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１５ａ）。この判定は、オイルレベルセンサ８２からの出力によりＥＣＵ１００が判定する。否定判定の場合には、ＥＣＵ１００は通常処理を実行する（ステップＳ１３）。肯定判定の場合には、補正処理を実行する（ステップＳ１６ａ）。ステップＳ１６ａの補正処理は、冷却水の温度が判定値Ｔ_Ｌを下回るまで停車時にエンジン２００をモータリングすると共に、スロットル弁１４の開度を全開にする処理である。スロットル弁１４の開度を全開にすることにより、オイル上がりを防止できる。オイル上がりとは、燃焼室内が負圧となりシリンダとピストンとの間からエンジンオイルが燃焼室側へ吸引される減少である。オイル上がりによりオイル消費量が増大するが、スロットル弁１４の開度を全開にすることにより、燃焼室内の負圧の程度を抑制し、オイル上がりを防止できる。これにより、モータリングに伴うオイル消費量の増大を防止できる。

尚、オイル残量に応じてスロットル開度を制御してもよい。例えば、オイル残量が少ないほど、スロットル開度が大きくなるように制御し、オイル残量が多いほど、スロットル開度を小さく制御してもよい。オイル残量が少ない場合にスロットル開度を大きく制御することにより、オイル消費量の増大を防止できる。また、オイル残量が多い場合には、スロットル開度を小さくすることにより、モータリングによりエンジン２００内に導入される新気の流速を上昇させ、早期に冷却装置４０及びエンジン２００を冷却させることができるからである。

次に、第２変形例に係る補正処理ついてタイミングチャートを用いて説明する。図８は、第２変形例の補正処理のタイミングチャートである。図８には、上記補正処理が実行された場合のスロットル開度とオイル消費量とを実線で示しており、上記補正処理が実行されない場合でのスロットル開度とオイル消費量とを破線で示している。スロットル開度が大の場合には、モータリングに伴うオイルの消費量は少ないが、スロットル開度が小の場合には、モータリングに伴うオイルの消費量が大きくなる。

次に、ＥＣＵ１００が実行する制御の第３変形例について説明する。図９は、第３変形例の制御のフローチャートである。
ＥＣＵ１００は、推定された積算熱量ΣＱｗが判定値Ｄ１を超えている場合には、バッテリ５００の残量を検出し（ステップＳ２１）、補正処理を実行する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２の補正処理は、バッテリ５００の残量に応じて、エンジン２００に対するモータＭＧ２の動力の分担率を上昇させる処理である。また、あわせて、排気の熱量が小さくなる制御、例えば、点火タイミングを遅角させる点火遅角制御や、空燃比がリッチ側となるように燃料噴射量や吸入空気量を変更するリッチ制御を実行してもよい。これにより、排気の熱量が低下し、冷却水が沸騰することを防止できる。また、バッテリ５００の残量に応じてモータＭＧ２の動力の分担率が変更されるので、モータＭＧ２の作動によりバッテリ５００の残量がゼロになることを防止できる。

図１０は、第３変形例の補正処理のタイミングチャートである。
図１０においては、上記補正処理を実行した場合での冷却水の温度を実線で、上記補正処理を実行しなかった場合の冷却水の温度を破線で示している。図１０に示すように、例えば、通常制御時においてエンジン２００のみにより走行していると、冷却水が上昇する。この状態から補正処理が実行されると、モータＭＧ２が駆動して、エンジン２００に対するモータＭＧ２の分担率が上昇する。また、モータＭＧ２に対するエンジン２００の分担率が低下する。これにより、排気の熱量が抑制されて冷却水の温度が低下しはじめる。よって、冷却水の沸騰が防止される。上記補正処理が実行されない場合、冷却水の温度は更に上昇をし続け、運転状態によっては冷却水が沸騰する恐れがある。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１４ スロットル弁
２０ 排気管
４０ 冷却装置
１００ ＥＣＵ
２００ エンジン
５１０ ＳＯＣセンサ
ＭＧ１、ＭＧ２ モータ

Claims (4)

1. エンジン及びモータを動力源とするハイブリッド車両の制御装置であって、
   冷却水が流通する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより前記エンジンの排気を冷却する冷却装置と、
   前記冷却装置内で前記排気から前記冷却水へと伝達する熱量を推定し、推定結果に応じて、前記エンジンの燃焼を停止し前記モータのみで走行する制御部と、
   を備えたハイブリッド車両の制御装置。
2. エンジン及びモータを動力源とするハイブリッド車両の制御装置であって、
   冷却水が流通する経路上に設けられ前記冷却水が内部を流通することにより前記エンジンの排気を冷却する冷却装置と、
   前記冷却装置内で前記排気から前記冷却水へと伝達する熱量を推定し、推定結果に応じて、停車時に前記エンジンの燃焼を停止し前記モータにより前記エンジンを強制的に回転させる制御部と、
   を備えたハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記制御部は、前記エンジンのオイル残量に応じて、スロットル開度を制御する、請求項１又は２のハイブリッド車両の制御装置。
4. 前記制御部は、前記排気から前記冷却水へと伝達される熱量を所定時間にわたって積算した積算熱量を推定する、請求項１乃至３の何れかのハイブリッド車両の制御装置。

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