JP2018047740A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の始動性の悪化を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の制御装置は、アルコール濃度の異なる燃料を使用して運転可能な内燃機関３を備えたハイブリッド車両１に適用される。車両１に対して燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合、給油後の燃料が内燃機関３に供給されるまで内燃機関３の間欠停止を禁止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関と電動機とを走行用動力源として備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。
エタノールやメタノールなどのアルコールを含有する燃料を使用して運転可能な内燃機関が知られている。このような内燃機関を備えたハイブリッド車両の制御装置として、給油前後のアルコール濃度の差に基づいて低揮発性燃料から高揮発性燃料への切り替わりを判定した場合に燃料供給通路内に残存する低揮発燃料が高揮発燃料に早期に置換されるように燃料タンクに戻される燃料の流量を増量して燃料の移動を促進する燃料置換制御を実施するものが知られている（特許文献１）。
特開２０１１−２３１６７４号公報
アルコールを含有する燃料を使用して運転可能な内燃機関においては、アルコール濃度によって燃料の揮発性が変わり始動性に影響するため、始動時の燃料噴射量をアルコール濃度に応じて増量するなど始動条件を変化させることが一般的である。そのため、特許文献１のようなハイブリッド車両に対して燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合において、給油後の燃料への置換が完了する直前のタイミングで内燃機関が間欠停止されると、次の再始動時に燃料置換後のアルコール濃度に基づいた始動条件に切り替えることができずに内燃機関の始動性が悪化する可能性がある。
そこで、本発明は、内燃機関の始動性の悪化を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
本発明のハイブリッド車両の制御装置は、内燃機関と電動機とを走行用動力源として備え、前記内燃機関が、アルコール濃度の異なる燃料を使用して運転可能であり、かつアルコール濃度に応じて始動条件が変化するハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関の運転を間欠停止させて前記電動機で走行させることが可能なハイブリッド車両の制御装置であって、前記車両に対して燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合、給油後の燃料が前記内燃機関に供給されるまで前記内燃機関の間欠停止を禁止するものである（請求項１）。
この制御装置によれば、燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合、給油後の燃料が内燃機関に供給されるまで間欠停止が禁止される。そのため、給油後の燃料が内燃機関に供給される直前のタイミングで間欠停止が実施されることが回避される。これにより、内燃機関の始動性が悪化することを抑制できる。なお、この制御装置において、給油後の燃料が内燃機関に供給された後に間欠停止の禁止を継続してもよい。
本発明の制御装置の一態様において、燃料の給油前後におけるアルコール濃度の変化量が判定値を超えた場合に前記内燃機関の間欠停止を禁止してもよい（請求項２）。この態様によれば、アルコール濃度の変化の程度に応じて間欠停止を禁止できる。例えば、この判定値を内燃機関の始動性への影響を考慮して設定することにより、内燃機関の始動性に影響を与えない程度でアルコール濃度が変化する場合に間欠停止が禁止されることを排除できる。これにより、間欠停止の禁止による燃費悪化等の悪影響を低減できる。
この態様において、前記判定値は、燃料の給油前後でアルコール濃度が上昇した場合と低下した場合とで異なるように設定されてもよい（請求項３）。燃料の給油前後でのアルコール濃度の変化量が同じでも燃料の給油前後でアルコール濃度が上昇した場合と低下した場合とで内燃機関の始動性に影響する程度が異なる。そのため、燃料の給油前後でアルコール濃度が上昇した場合及び低下した場合のそれぞれに適した判定値が設定されることによって内燃機関の間欠停止をより適切に禁止できる。
また、燃料の給油前後でのアルコール濃度の変化量が同じでも給油前のアルコール濃度が異なれば内燃機関の始動性に影響する程度が異なる。したがって、前記判定値は、燃料の給油前のアルコール濃度に応じて設定されてもよい（請求項４）。
本発明の制御装置の一態様において、前記車両には、燃料タンクと、前記燃料タンクから前記内燃機関に至る燃料経路と、前記燃料経路に設けられアルコール濃度に応じた信号を出力するアルコール濃度センサと、が設けられ、給油後における前記内燃機関の燃料噴射量の積算値が、前記アルコール濃度センサから前記内燃機関までの前記燃料経路の容積に対応する所定範囲を超えるまで前記内燃機関の間欠停止を禁止してよい（請求項５）。
給油後の燃料が内燃機関に供給される時期はアルコール濃度センサから内燃機関までの燃料経路の容積分の燃料が噴射された時期と一致する。つまり、給油後における燃料噴射量の積算値がその容積分に達した時点で給油後の燃料が内燃機関に供給されて燃料の置換が完了したものと推定できる。この態様によれば、給油後における内燃機関の燃料噴射量の積算値がアルコール濃度センサから内燃機関までの燃料経路の容積に対応する所定範囲を超えるまで内燃機関の間欠停止を禁止される。そのため、給油後の燃料が内燃機関に供給される時期に合わせて間欠停止の禁止期間が終了することになるので、間欠停止の禁止期間が過剰になることを抑制できる。
本発明の制御装置によれば、燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合、給油後の燃料が内燃機関に供給されるまで間欠停止が禁止される。このため、給油後の燃料が内燃機関に供給される直前のタイミングで間欠停止が実施されることが回避される。これにより、内燃機関の始動性が悪化することを抑制できる。
本発明の一形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両を概略的に示した図。 制御ルーチンの一例を示したフローチャート。
図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたシリーズパラレル型のハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関３と第１及び第２モータ・ジェネレータ４、５とを備えている。内燃機関３は４つの気筒１０を備えた直列４気筒型の内燃機関であり、アルコールを含有する燃料を使用して運転可能である。一般に、アルコール含有燃料を使用して運転可能な内燃機関を搭載した車両はフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と称される。
内燃機関３の各気筒１０には吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ接続されている。吸気通路１１には、空気濾過用のエアクリーナ１３及び空気流量を調整可能なスロットルバルブ１４がそれぞれ設けられている。排気通路１２には、排気中の有害成分を浄化する三元触媒１５が設けられている。内燃機関３に燃料を供給するため、車両１には燃料タンク１６と、燃料タンク１６から内燃機関３に至る燃料経路１７とが設けられている。燃料経路１７には内燃機関３の気筒１０毎に燃料を分配するためのデリバリパイプ１７ａが含まれていて、デリバリパイプ１７ａには気筒１０毎に設けられた燃料噴射弁１８が連結されている。
内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構６に連結されている。動力分割機構６の出力は出力ギア２０に伝達される。出力ギア２０と第２モータ・ジェネレータ５とは互いに動力伝達可能な状態で連結されている。出力ギア２０から出力した動力は減速装置２１及び差動装置２２を介して駆動輪２３に伝達される。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は、動力分割機構６にて分割された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５はステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５は、不図示のインバータ等を含む制御回路２５を介してバッテリ２６に電気的に接続される。制御回路２５は各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してバッテリ２６を充電するとともにバッテリ２６の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給する。バッテリ２５は不図示の外部電源から充電可能である。つまり車両１はプラグインハイブリッド車両として構成されている。
動力分割機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、サンギアＳと、リングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能な状態で保持するプラネタリキャリアＣとを有している。サンギアＳは第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ａに連結され、リングギアＲは出力ギア２０に連結され、プラネタリキャリアＣは内燃機関３のクランク軸７に連結される。なお、クランク軸７とプラネタリキャリアＣとの間にはダンパ８が介在し、そのダンパ８は内燃機関３のトルク変動を吸収する。
車両１の制御はコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、５に対して各種の制御を行う。そのため、ＥＣＵ３０には車両１の各部の情報を検出する様々なセンサ類からの信号が入力される。図示の例では、アクセルペダル２８の踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３１、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３２、外気温に応じた信号を出力する外気温センサ３３、燃料経路１７に設けられて燃料のアルコール濃度に応じた信号を出力するアルコール濃度センサ３４、及び燃料タンク１６に設けられていて燃料の残量に応じた信号を出力する燃料レベルセンサ３５が車両１にそれぞれ設けられている。これらのセンサの出力信号はＥＣＵ３０に入力される。
ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３１及び車速センサ３２の信号を参照して運転者が要求する要求パワーを計算し、その要求パワーに対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、ＥＣＵ３０は、車両１の走行中に運転条件が変化した場合、内燃機関３と第２モータ・ジェネレータ６とを駆動源とするハイブリッドモードから内燃機関３の燃焼を停止してＥＶモードに切り替えたり、ＥＶモードから内燃機関３を始動してハイブリッドモードに切り替えたりする。このように、車両１は内燃機関３の始動と停止とが比較的短期間に繰り返される。ハイブリッドモードからＥＶモードへ切り替えるために内燃機関３が停止することを間欠停止という。
内燃機関３を間欠停止から再始動する場合、ＥＣＵ３０は燃料のアルコール濃度に応じて始動時の燃料噴射量や吸入空気量等の始動条件を変化させる。燃料のアルコール濃度が高いほど揮発性が低くなり始動性が悪化するため、例えば、ＥＣＵ３０はアルコール濃度が高いほど始動時の燃料噴射量を増量する。また、ＥＣＵ３０は、燃料のアルコール濃度が所定の基準値を超える場合に、燃料を不図示の電気ヒータで加熱する燃料加熱を始動時に実施したり、スロットル弁１４の開度を絞って始動時の吸気負圧を高めて燃料の揮発性を促すスロットルガードを実施したりする場合がある。
燃料タンク１６や燃料経路１７に残存する燃料と異なるアルコール濃度の燃料が給油された場合、給油の前後で燃料のアルコール濃度が変化する。こうした給油後の燃料が内燃機関３に供給されるまでは給油前の燃料のアルコール濃度に基づいて内燃機関３の運転や始動が行われる。給油後の燃料が内燃機関３に供給される時に内燃機関３が運転中であれば内燃機関３の運転継続に大きな支障はない。しかし、給油後の燃料が内燃機関３に供給される直前のタイミングで内燃機関３が間欠停止されると、次の再始動時に給油後の燃料のアルコール濃度に基づいた始動条件で始動できないなど内燃機関３の始動性が悪化する可能性がある。そのため、ＥＣＵ３０は車両１に対して燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合、給油後の燃料が内燃機関３に供給されるまで内燃機関３の間欠停止を禁止する。
以下、図２を参照しながらＥＣＵ３０が実施する制御の一例を説明する。図２に示された制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されていて適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。
ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は車両１に対して給油が行われたか否かを判定する。ＥＣＵ３０は燃料レベルセンサ３５の信号を参照して燃料タンク１６の燃料レベルが増加した場合に給油されたものと判断する。給油がされたと判定した場合はステップＳ２に進み、そうでない場合はステップＳ１２に進む。ステップＳ１２では内燃機関３の間欠停止が許可される通常制御が実施される。
ステップＳ２において、ＥＣＵ３０はアルコール濃度センサ３４の信号を参照して燃料のアルコール濃度を検出する。次に、ステップＳ３において、ＥＣＵ３０は燃料のアルコール濃度に変化があるか否かを判定する。これにより、車両１に対する給油がアルコール濃度の変化を伴うものか否かを判別できる。燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油の形態としては、燃料タンク１６や燃料経路１７にガソリンが残存していて、その状態でアルコールを含有する燃料が給油される形態や、燃料タンク１６や燃料経路１７にアルコールを含有する燃料が残存していて、その残存燃料のアルコール濃度と異なる燃料が給油される形態が想定される。アルコール濃度の変化がある場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ１２に進む。
ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は給油前よりもアルコール濃度が上昇したか否かを判定する。アルコール濃度が上昇した場合はステップＳ５に進み、そうでない場合はステップＳ６に進む。ステップＳ５及びステップＳ６では、内燃機関３の間欠停止を禁止する必要性を判断するためのアルコール濃度の変化量の判定値を算出する。内燃機関３の始動性に影響がない程度のアルコール濃度の変化量であれば間欠停止を禁止する必要がないため、内燃機関３の始動性への影響を考慮して判定値が算出される。もっとも、燃料の給油前後でのアルコール濃度の変化量が同じでも燃料の給油前後でアルコール濃度が上昇した場合と低下した場合とで内燃機関の始動性に影響する程度が異なる。したがって、アルコール濃度が上昇した場合はステップＳ５で濃度上昇用の判定値を算出し、アルコール濃度が低下した場合はステップＳ６で濃度低下用の判定値を算出する。
内燃機関３の始動性に影響を与える因子として、給油前のアルコール濃度と給油前後でのアルコール濃度の変化量とがある。そこで、本形態では、内燃機関３の始動性と、燃料のアルコール濃度及びアルコール濃度の変化量との関係を実機試験やシミュレーションにて調査し、給油前のアルコール濃度と、間欠停止の禁止が必要となるアルコール濃度の変化量（判定値）とが対応付けられた濃度上昇用のマップと濃度低下用のマップとを作成し、これらのマップをＥＣＵ３０に記憶させる。ＥＣＵ３０は、ステップＳ５では濃度上昇用のマップを参照して給油前のアルコール濃度に対応する判定値を算出し、ステップＳ６では濃度低下用のマップを参照して給油前のアルコール濃度に対応する判定値を算出する。なお、外気温が低い場合は内燃機関３の始動性の悪化が助長される。そのため、判定値を算出するための上記各マップを給油前のアルコール濃度と外気温とを変数とした二次元マップとすることも可能である。このようなマップを使用する場合にはＥＣＵ３０は外気温センサ３３の信号を参照して外気温を検出して判定値の算出に使用する。
ステップＳ７において、ＥＣＵ３０は給油前後におけるアルコール濃度の変化量を算出する。次に、ステップＳ８において、ＥＣＵ３０は、ステップＳ７で算出したアルコール濃度の変化量が、ステップＳ５又はステップＳ６で算出した判定値以上であるか否かを判定する。上述したように、この判定値は内燃機関３の始動性への影響が考慮されて算出される。このため、アルコール濃度の変化量が判定値以上の場合は間欠停止を禁止するためにステップＳ９に処理を進め、アルコール濃度の変化量が判定値未満の場合はステップＳ１２に処理を進めて間欠停止が許可される通常制御が行われる。
ステップＳ９において、ＥＣＵ３０は給油後における燃料噴射量を積算して燃料噴射量の積算値として記憶する。ステップＳ１０において、ＥＣＵ３０は燃料噴射量の積算値が所定範囲内にあるか否かを判定する。そして、ＥＣＵ３０は燃料噴射量の積算値が所定範囲内にある場合はステップＳ１１で内燃機関３の間欠停止を禁止して処理をステップＳ９に戻す。これにより、給油後における燃料噴射量の積算値が所定範囲を超えるまで内燃機関３の間欠停止が禁止される。この所定範囲はアルコール濃度センサ３４から内燃機関３までの燃料経路１７の容積分に対応する。給油後の燃料が内燃機関３に供給される時期はこの容積分の燃料が噴射された時期と一致する。したがって、ステップＳ９〜ステップＳ１１の処理が実行されることにより、給油後の燃料が内燃機関３に供給されるまで内燃機関３の間欠停止が禁止されることになる。燃料噴射量の積算値が所定範囲を超えた場合はステップＳ１２に進み、間欠停止が許可された通常制御が実施される。
以上の形態によれば、車両１に対して燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合、給油後の燃料が内燃機関３に供給されるまで間欠停止が禁止される。そのため、給油後の燃料が内燃機関３に供給される直前のタイミングで間欠停止が実施されることが回避される。これにより、内燃機関３の始動性が悪化することを抑制できる。
また、内燃機関３の間欠停止の禁止を決める判定値が内燃機関３の始動性への影響を考慮して設定されているので、内燃機関３の始動性に影響を与えない程度でアルコール濃度が変化する場合にも間欠停止が禁止されることを排除できる。これにより、間欠停止の禁止による燃費悪化等の悪影響を低減できる。この判定値は燃料の給油前後でアルコール濃度が上昇した場合と低下した場合とで異なるように設定され、アルコール濃度が上昇した場合及び低下した場合のそれぞれに適した判定値となるので、内燃機関３の間欠停止をより適切に禁止できる。
本形態によれば、給油後における内燃機関３の燃料噴射量の積算値がアルコール濃度センサ３４から内燃機関３までの燃料経路１７の容積に対応する所定範囲を超えるまで間欠停止が禁止されるため、給油後の燃料が内燃機関３に供給される時期に合わせて間欠停止の禁止期間が終了する。これにより間欠停止の禁止期間が過剰になることを抑制できる。
本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態は燃料噴射量の積算値に基づいて間欠停止の禁止期間を決めているが一例にすぎない。給油後の燃料が内燃機関３に供給されるまで間欠停止を禁止する他の形態として、例えば、燃料の給油後からの内燃機関３の積算運転時間に基づいて間欠停止の禁止期間を決めてもよい。その積算運転時間をどの程度にするかは、例えば給油後の燃料が内燃機関３に供給されるまでの積算運転時間の平均値等を実験的に調べて積算運転時間の基準とすればよい。
１ 車両
３ 内燃機関
６ 第２モータ・ジェネレータ（電動機）
１６ 燃料タンク
１７ 燃料経路
３０ ＥＣＵ（制御装置）
３４ アルコール濃度センサ

Claims (5)

  1. 内燃機関と電動機とを走行用動力源として備え、前記内燃機関が、アルコール濃度の異なる燃料を使用して運転可能であり、かつアルコール濃度に応じて始動条件が変化するハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関の運転を間欠停止させて前記電動機で走行させることが可能なハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記車両に対して燃料のアルコール濃度の変化を伴う給油が行われた場合、給油後の燃料が前記内燃機関に供給されるまで前記内燃機関の間欠停止を禁止するハイブリッド車両の制御装置。
  2. 燃料の給油前後におけるアルコール濃度の変化量が判定値を超えた場合に前記内燃機関の間欠停止を禁止する請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記判定値は、燃料の給油前後でアルコール濃度が上昇した場合と低下した場合とで異なるように設定されている請求項２に記載の制御装置。
  4. 前記判定値は、燃料の給油前のアルコール濃度に応じて設定される請求項２又は３に記載の制御装置。
  5. 前記車両には、燃料タンクと、前記燃料タンクから前記内燃機関に至る燃料経路と、前記燃料経路に設けられアルコール濃度に応じた信号を出力するアルコール濃度センサと、が設けられ、
    給油後における前記内燃機関の燃料噴射量の積算値が、前記アルコール濃度センサから前記内燃機関までの前記燃料経路の容積に対応する所定範囲を超えるまで前記内燃機関の間欠停止を禁止する請求項１に記載の制御装置。
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