JP2011218844A

JP2011218844A - ハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置

Info

Publication number: JP2011218844A
Application number: JP2010086832A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Koba; 勝彦木場
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-05
Filing date: 2010-04-05
Publication date: 2011-11-04

Abstract

【課題】圧力ゲージを用いて実際にシリンダ圧を測定しなくても、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関のシリンダ圧の異常を検出することができるようにする。
【解決手段】シリンダ圧異常検出装置５２は、ＭＧ１の回転速度の変化を検出する回転速度変化検出部５４と、回転速度変化検出部５４により検出された回転速度の変化に基づいて、シリンダ圧の異常を判定するシリンダ圧異常判定部５６とを有する。この構成により、圧力ゲージによるシリンダ圧の測定を行なわなくても、ハイブリッド車両１０に搭載される内燃機関１２のシリンダ圧の異常を検出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両に搭載される原動機の１つである内燃機関のシリンダ圧の異常を検出するシリンダ圧異常検出装置に関する。

従来から、内燃機関のシリンダの内圧（以下、単に「シリンダ圧」と記す）を測定し、その測定結果に基づいてシリンダ圧の異常を検出する方法が知られている。この検出方法においては、実際のシリンダ圧を測定するため、点検時に、圧力ゲージをシリンダに装着している。

下記特許文献１には、エンジンのシリンダ圧を低減するデコンプ機構の故障を診断する故障診断装置が記載されている。この故障診断装置においては、エンジン始動時のクランキング中に測定される、特定クランク角におけるエンジン回転速度の変化に基づいてデコンプ機構の故障が判定される。

特開２００９−２１５９５７号公報

従来のようなシリンダ圧の異常検出方法においては、シリンダに取り付けられる点火プラグを抜いて、そこに圧力ゲージを装着している。通常、車両に搭載される内燃機関は複数のシリンダを有する。よって、このような内燃機関を点検する場合には、各シリンダに圧力ゲージをそれぞれ装着しなければならず、点検作業の手間がかかるという問題がある。また、車両内における内燃機関の搭載スペース、例えばエンジンルームは狭いうえに車両用補機類も収容しているので、上述のような圧力ゲージの装着作業を行なうスペースに余裕がない。

本発明の目的は、圧力ゲージを用いて実際にシリンダ圧を測定しなくても、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関のシリンダ圧の異常を検出することができるハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置を提供することにある。

本発明は、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関のシリンダ圧の異常を検出するハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置において、車両の原動機であるとともに、内燃機関の始動を行う電動機の回転速度の変化を検出する回転速度変化検出部と、回転速度変化検出部により検出された回転速度の変化に基づいて、シリンダ圧の異常を判定するシリンダ圧異常判定部と、を有することを特徴とする。

本発明のハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置によれば、圧力ゲージを用いて実際にシリンダ圧を測定しなくても、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関のシリンダ圧の異常を検出することができる。

本実施形態に係るハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置の構成を示す図である。ハイブリッド車両に搭載される内燃機関の構成を示す図である。シリンダ圧の異常検出態様を示すタイミングチャートである。シリンダ圧異常検出装置の制御動作の一例を示すフローチャートである。

以下、本発明に係るハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置の実施形態について、図を用いて説明する。

まず、ハイブリッド車両１０の構成について、図１を用いて説明する。ハイブリッド車両１０は、原動機として内燃機関１２と、第一の電動機（以下、「ＭＧ１」と記す）と、第二のモータ（以下、「ＭＧ２」と記す）とを有する。これらの原動機には、これらの動力を分配、統合する動力分配統合機構１４が接続されている。動力分配統合機構１４には、減速機構１６を介して駆動輪１８が接続されている。各原動機である内燃機関１２，ＭＧ１，ＭＧ２の動力は、動力分配統合機構１４により統合された後、減速機構１６を介して駆動輪１８に伝達され、ハイブリッド車両１０が走行する。

ＭＧ１，ＭＧ２は、発電機として機能するとともに、電動機として機能する同期モータである。ＭＧ１は、内燃機関１２の始動時に、スタータモータとして機能する。また、ＭＧ１は、内燃機関１２の出力の一部により発電を行う。一方、ＭＧ２は、内燃機関１２の出力をアシストし、ハイブリッド車両１０の駆動力を高める。また、ＭＧ２は、減速時に、駆動輪１８から入力されるハイブリッド車両１０の運動エネルギにより回生発電を行う。このように、本実施形態においては、ＭＧ１，ＭＧ２が電動機および発電機として機能する。

ＭＧ１，ＭＧ２は、インバータ２０を介してバッテリ２２に電気的に接続される。

インバータ２０は、図１に示されるように、ＭＧ１，ＭＧ２にそれぞれ対応して設けられている。各インバータ２０は、６個のスイッチング素子を含む三相ブリッジ回路を有し、これらのスイッチング素子のスイッチング動作により直流電力を三相交流電力に変換したり、三相交流電力を直流電力に変換したりする。

バッテリ２２は、充放電可能な二次電池、例えばニッケル水素二次電池またはリチウムイオン二次電池などで構成される。なお、バッテリ２２は、大容量コンデンサとすることもできる。

バッテリ２２に蓄えられた電力は、インバータ２０に供給されると、直流電力から三相交流電力に変換される。インバータ２０で変換された三相交流電力はＭＧ１，ＭＧ２に供給されて、これらのＭＧ１，ＭＧ２を駆動する。また、回生時にＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力は、インバータ２０に供給されると、三相交流電力から直流電力に変換される。インバータ２０で変換された直流電力は、バッテリ２２に送られて蓄えられる。

また、ハイブリッド車両１０は、ＭＧ１，ＭＧ２のロータ（図示せず）の回転位置を検出する回転角センサ２３を有する。

次に、ハイブリッド車両１０に搭載される内燃機関１２の構成について、図２を用いて説明する。一例として、４気筒の内燃機関を挙げ、この内燃機関の構成について説明する。図２は、特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を有している。

本実施形態の内燃機関１２は、燃焼室２４内の混合気を点火プラグ２６により点火することで燃焼させる火花点火内燃機関である。しかし、本発明はこの構成に限定されず、内燃機関１２が圧縮着火内燃機関であってもよい。

内燃機関１２は、ピストン２８が往復運動するシリンダ３０と、ピストン２８にコンロッド３２を介して接続され、ピストン２８の往復運動を回転運動に変換するクランク軸３４とを有する。このクランク軸３４は、内燃機関１２の出力軸である。シリンダ３０には、これの内部にある燃料室２４の混合気に点火する点火装置として、点火プラグ２６が設けられている。

また、内燃機関１２は、燃焼室２４に通じ、この燃焼室２４内の吸排気を行う通路である吸気ポート３６と排気ポート３８とを有する。吸気ポート３６には、空気量を調整するスロットルバルブ４０と、燃料を噴射する燃料噴射弁４２とが設けられている。ここで、燃料とは、ガソリンや天然ガスなどの化石燃料のことである。

シリンダ３０には、これを開閉する弁として吸気バルブ４４と排気バルブ４６が設けられ、吸気バルブ４４を介して吸気ポート３６が、排気バルブ４６を介して排気ポート３８がそれぞれ接続されている。吸気及び排気バルブ４４，４６は、カムやバルブスプリングなどで構成されるバルブシステム４８の駆動により開閉される。本実施形態のバルブシステム４８は、混合気によって内燃機関１２が駆動する場合、４ストローク１サイクルになるように吸気及び排気バルブ４４，４６を作動させる。

また、内燃機関１２は、クランク軸３４の回転角度を検出するクランク角センサ５０を有する。

ピストン２８の動作により、スロットルバルブ４０を介して外部より導入された空気は、燃料噴射弁４２により噴射された燃料と混合して混合気になり、吸気バルブ４４の開弁に伴って燃焼室２４に吸入される。吸入された混合気は、点火プラグ２６から発生される電気火花によって、点火されて爆発燃焼する。この爆発燃焼に伴うピストン２８の直線運動が、クランク軸３４により回転運動に変換される。爆発燃焼した混合気は、排気になり、排気バルブ４６の開弁に伴って排出され、排気ポート３８を介し外部に放出される。

次に、本実施形態のハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置（以下、単に「異常検出装置」と記す）５２について、図１を用いて説明する。

異常検出装置５２は、ＭＧ１の回転速度の変化を検出する回転速度変化検出部５４と、回転速度変化検出部５４により検出された回転速度の変化に基づいて、シリンダ圧の異常を判定するシリンダ圧異常判定部５６とを有する。この構成により、従来技術で述べたような圧力ゲージによるシリンダ圧の測定を行なわなくても、ハイブリッド車両１０に搭載される内燃機関１２のシリンダ圧の異常を検出することができる。以下、異常検出装置５２について具体的に説明する。

異常検出装置５２は、車両点検整備用のダイアグチェッカーであり、シリンダ圧の点検を行なうときに、ハイブリッド車両１０に接続される。具体的には、異常検出装置５２は、図に示さないが、内燃機関１２を制御する内燃機関ＥＣＵ、ＭＧ１，ＭＧ２を制御するＭＧＥＣＵ、または内燃機関１２，ＭＧ１，ＭＧ２を制御するＨＶＥＣＵに接続される。そして、異常検出装置５２は、点検時における、ＭＧ１に対応する回転角センサ２３の検出信号を取り込む。なお、本実施形態においては、異常検出装置５２が車両点検整備用のダイアグチェッカーであり、点検時にハイブリッド車両１０に接続される場合について説明したが、本発明はこの構成に限定されず、異常検出装置５２がハイブリッド車両１０に搭載されていてもよい。

回転速度変化検出部５４は、回転角度センサ２３からの検出信号に基づいてＭＧ１の回転速度の変化を検出する。ここで、ＭＧ１と内燃機関１２のクランク軸３４は動力分配統合機構１４を介して接続されているので、回転速度変化検出部５４は、回転角度センサ２３からの検出信号に基づいてクランク軸３４の回転速度の変化を擬似的に検出することができる。そして、シリンダ圧異常判定部５６は、そのＭＧ１の回転速度の変化が所定値以上である場合、内燃機関１２のシリンダ圧の異常を検出する。

以下、シリンダ圧の異常検出の方法について図３を用いて説明する。図３は、シリンダ圧の異常検出態様を示すタイミングチャートである。図３は、ＭＧ１により内燃機関１２をクランキングした際の各パラメータ推移例を示したものである。

図中の（ａ）は、本実施形態における点火時期の制御態様例を示している。本実施形態においては、（ａ）に示されるように、一番気筒を＃１、同様に二番から四番気筒を＃２から＃４で表し、＃１−＃３−＃４−＃２の順で、各気筒に点火するようにしている。図２の横軸はクランク角で定義されており、一番気筒の上死点を基準として、垂直な破線の間隔を１８０°クランク角（ＣＡ）と定める。

また、図中の（ｂ）は、ＭＧ１、またはこれに接続するクランク軸３４の回転数の変化態様例を示している。図中の（ｂ）は、所定クランク角を３０°ＣＡとして、クランク軸３４がその３０°ＣＡ回転する毎に、その間に要した時間を、回転角度センサ２３からの検出信号に基づいて算出し、その所要時間をプロットしたグラフである。

上述したような図２のタイミングチャートを用いて、シリンダ圧の異常を検出する一例について説明する。図の期間Ｔ１に示されるように、ＭＧ１動作によるクランク時においては、回転角センサ２３に基づいて、ＭＧ１の回転数を安定させた制御が行なわれ、この制御に伴い内燃機関１２のクランク軸３４の回転数は周期的な回転変動を伴う安定した状態にある。言い換えれば、ＭＧ１の回転数は周期的な回転変動を伴う安定した状態にある。本実施形態においては、内燃機関１２が４気筒の内燃機関であるので、この変動周期は１８０°ＣＡ周期である。よって、１８０°ＣＡ毎における回転速度の変化はほぼ０である。

そして、図に示されるように、二番気筒＃２でコンプレッション抜け、すなわちシリンダ圧の異常が発生すると、その気筒＃２の圧縮工程において、ピストン２８のフリクションが低下するため、回転速度が上昇する。そうすると、所定クランク角（３０°ＣＡ）に要する時間が短くなるので、図に示されるように、グラフは周期的な回転変動（図の一点鎖線に示す）から外れて低下してしまう。すなわち、１８０°ＣＡ毎における回転速度の変化が大きくなる。この変化が、正常の範囲内である所定値以上になった場合、二番気筒＃２のシリンダ圧が異常である判定することができる。

具体的には、回転速度変化検出部５４が、１８０°ＣＡ毎における回転速度の変化を検出する。期間Ｔ１においては、その検出される回転速度の変化は、どの時点においてもほぼ０である。すなわち、ある点における所要時間と、その点から１８０°ＣＡ後の点における所要時間とがほぼ同じであり、それらの点における回転速度はほぼ同じであるので、それらの点を比較した回転速度の変化はほぼ０である。

一方、回転速度変化検出部５４が、例えば、二番気筒＃２の圧縮工程開始時点のＡ点と、Ａ点から１８０°ＣＡ後のＢ点との間における回転速度の変化を検出する。そうすると、Ａ点とＢ点における回転速度の変化が大きくなっている。すなわち、Ａ点よりＢ点のほうが、所要時間が小さく回転速度が大きいので、Ａ点とＢ点を比較した回転速度の変化は大きくなっている。シリンダ圧異常判定部５６は、この変化の大きさが、正常の範囲内である所定値（例えば、２００ｒｐｍ）以上になった場合、シリンダ圧が異常であると判定することができる。

この異常検出装置５２の制御動作の一例を、図４を用いて説明する。

まず、ステップＳ１０１において、異常検出装置５２をハイブリッド車両１０に接続し、ＭＧ１によるクランキングを開始する。そして、ステップＳ１０２において、回転速度変化検出部５４により、ＭＧ１の回転速度の変化を検出する。

続いて、ステップＳ１０３では、シリンダ圧異常判定部５６によりステップＳ１０２で検出された回転速度の変化が所定値以上であるか否かが判定される。回転速度が所定値以上である場合、シリンダ圧の異常が検出され、本制御動作が終了する。一方、回転速度が所定値未満である場合、シリンダ圧は正常であると判定され、本制御動作が終了する。

本実施形態の異常検出装置５２によれば、従来技術で述べたような圧力ゲージによるシリンダ圧の測定値を使用する代わりに、ハイブリッド車両１０に元々設けられるセンサ、すなわち回転角センサ２３からの検出信号を利用して、内燃機関１２のシリンダ圧の異常を検出することができる。よって、点検作業時に、狭い内燃機関１２の搭載スペースで、各シリンダに圧力ゲージをそれぞれ装着するという手間を省くことができ、点検作業効率の向上を図ることができる。

本実施形態においては、回転速度変化検出部５４が、ＭＧ１に対応する回転角センサ２３からの検出信号に基づいて回転速度の変化を検出する場合について説明したが、本発明は、この構成に限定されない。ＭＧ１とクランク軸３４は接続されているので、回転速度変化検出部５４が、クランク角センサ５０からの検出信号に基づいて回転速度の変化を検出することができる。

本実施形態においては、回転速度変化検出部５４が、１８０°ＣＡの間隔をあけた回転速度を比較してその変化を検出する場合について説明したが、その間隔は任意であり、ピストン圧の異常を検出することができる範囲で適宜変更してもよい。また、所要時間を求めるための所定クランク角も３０°ＣＡに限らず、任意の角度を設定することができる。

１０ハイブリッド車両、１２内燃機関、２３回転角センサ、５２ハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置、５４回転速度変化検出部、５６シリンダ圧異常判定部。

Claims

ハイブリッド車両に搭載される内燃機関のシリンダ圧の異常を検出するハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置において、
車両の原動機であるとともに、内燃機関の始動を行う電動機の回転速度の変化を検出する回転速度変化検出部と、
回転速度変化検出部により検出された回転速度の変化に基づいて、シリンダ圧の異常を判定するシリンダ圧異常判定部と、
を有することを特徴とするハイブリッド車両用シリンダ圧異常検出装置。