JP2018047741A

JP2018047741A - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP2018047741A
Application number: JP2016183139A
Authority: JP
Inventors: 井上　敏夫; Toshio Inoue; 敏夫井上; 山崎　誠; Makoto Yamazaki; 誠山崎; 友明本田; Tomoaki Honda; 英和縄田; Hidekazu Nawata
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: JP6702114B2

Abstract

【課題】混合気が過剰にリッチになることを回避しつつオイルジェットを利用してオイル希釈を抑制又は低減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、内燃機関２の運転を間欠停止させて第２モータ・ジェネレータ２６で走行させることが可能であり、かつＨＶバッテリ３２への充放電要求量に応じた第１モータ・ジェネレータ２５による発電量が得られるように内燃機関２を制御する。内燃機関２の潤滑油へ燃料が混入するオイル希釈の程度であるオイル希釈度が基準値を超える場合、オイル希釈度に応じてオイルジェットによる潤滑油の噴射量を制御し、内燃機関２の間欠停止を禁止し、かつＨＶバッテリ３２への充放電要求量を充電側に増加させる。
【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。

内燃機関の潤滑油に燃料が混入するオイル希釈を低減するため、ピストンへ潤滑油を噴射するオイルジェットの噴射量をオイル希釈度に応じて調整することにより潤滑油に含まれる燃料成分の蒸発を促進する方法が知られている（特許文献１参照）。

特開２００９−９２００６号公報

ガソリンを燃料とする内燃機関の場合、ガソリンは単一組成でないために広範囲の沸点（一般的に３０〜２２０℃）を有するので潤滑油の温度上昇に伴って燃料成分が徐々に気化する。そのため気化燃料を換気装置によって吸気系に導入しても問題は少ない。しかし、アルコールを含有する燃料で運転可能な内燃機関の場合には問題がある。アルコールは単一組成であって沸点が単一（例えばエタノールの場合は沸点が７８℃）であるので、潤滑油の温度が沸点に到達するまでは燃料成分が気化しにくい一方で、潤滑油の温度が沸点に到達すると燃料成分が一気に気化する。したがって、アルコールを含有する燃料で運転可能な内燃機関の場合は、換気装置によって気化した燃料成分が吸気系に導入されることによる空燃比制御への影響が大きい。また、燃料カット時に排気浄化触媒上で燃料成分と空気とが燃焼反応して排気浄化触媒が加熱するおそれもある。したがって、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の場合には潤滑油のオイル希釈をできるだけ低減することが望ましい。

そこで、オイル希釈を解消するため特許文献１の方法を採用して燃料成分の蒸発を促すと、クランクケース内の燃料成分が増加するとともに換気装置によって吸気系に導かれる燃料成分も増加する。この場合には、空燃比制御のフィードバックでは補正が不十分となり混合気が過剰にリッチになるおそれがある。混合気が過剰にリッチになることを回避するために換気装置による換気量を減らすとクランクケース内の燃料成分の濃度が上がる。そのため、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の場合、オイルジェットにて燃料成分の蒸発を促してオイル希釈を抑制又は低減することが難しくなる。また、このような内燃機関をハイブリッド車両に搭載した場合、内燃機関は間欠停止されることが多いので換気装置にてクランクケースを換気する機会が減少する。そのためオイルジェットにて燃料成分の蒸発を促してオイル希釈を抑制又は低減することがより困難となる。

そこで、本発明は、混合気が過剰にリッチになることを回避しつつオイルジェットを利用してオイル希釈を抑制又は低減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、クランクケース内を換気して吸気系に導く換気装置と、前記クランクケースの内部側からピストンに潤滑油を噴射するオイルジェットとを備え、アルコールを含有する燃料を使用して運転可能に構成された内燃機関と、前記内燃機関の出力にて発電する発電機と、走行用動力源となり得る電動機と、前記発電機及び前記電動機と電気的に接続されたバッテリと、を備えた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であり、かつ前記バッテリへの充放電要求量に応じた前記発電機による発電量が得られるように前記内燃機関を制御するハイブリッド車両の制御装置であって、前記内燃機関の潤滑油へ燃料が混入するオイル希釈の程度であるオイル希釈度が基準値を超える場合、オイル希釈度に応じて前記オイルジェットによる潤滑油の噴射量を制御し、前記間欠停止を禁止し、かつ前記バッテリへの充放電要求量を充電側に増加させるものである。

本発明の制御装置によれば、オイル希釈度が基準値を超える場合にオイルジェットによる潤滑油の噴射量を制御することにより燃料成分の蒸発が促される。燃料成分の蒸発が促された場合でも、間欠停止が禁止されるので換気装置によるクランクケースの換気の機会を十分に確保できる。そして、充放電要求量を充電側に増加させることによって発電機による発電量が増加して内燃機関の出力が高まり吸入空気量が増加する。吸入空気量が増加することにより燃料成分が吸気系に導入されることによる影響が低下する。これにより、混合気が過剰にリッチになることを回避しつつオイルジェットを利用してオイル希釈を抑制又は低減することができる。充放電要求量の変化に伴う内燃機関の出力の増加分は発電機の発電に利用されて吸収されるので車両出力が要求パワーを超えることがない。

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のシステム構成を概略的に示した図。図１に示された内燃機関の詳細を示した図。制御ルーチンの一例を示したフローチャート。充電加算値の算出マップの一例を示した図。

図１に示すように、車両１は、内燃機関２とハイブリッドトランスアクスル３とを備え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。内燃機関２は、４つの気筒２ａを有する直列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。

図２に示すように、内燃機関２は気筒２ａ毎に設けられたピストン５と、ピストン５とクランク軸６とを連結するコネクティングロッド７とを有する。各気筒２ａには吸気通路８及び排気通路９がそれぞれ接続されている。吸気通路８は吸気弁１０にて、排気通路９は排気弁１１にてそれぞれ開閉される。各気筒２ａの天井部には点火プラグ１２が設けられている。クランク軸６は回転可能な状態でクランクケース１５に収容されており、クランクケース１５の底部には潤滑油Ｏが溜まっている。

潤滑油Ｏを内燃機関２の各部に供給するためオイルポンプ１６が設けられている。オイルポンプ１６はオイルストレーナ１７を介して潤滑油Ｏを吸引し、吸引した潤滑油Ｏを不図示のオイル通路を介して内燃機関２の各部に供給する。また、ピストン５を冷却するためクランクケース１５の内部側からピストン５に潤滑油Ｏを噴射するオイルジェット２０が設けられている。オイルジェット２０はオイル通路から分岐する分岐路２１と、分岐路２１の先端部に設けられた噴射ノズル２２と、分岐路２１に設けられた制御弁２３とを備えている。制御弁２３の開度を調整することにより潤滑油Ｏの噴射量を調整できる。

また、内燃機関２にはクランクケース１５内を換気して吸気系の一例である吸気通路８に導入する換気装置２４が設けられている。換気装置２４はクランクケース１５と吸気通路８とを連通する換気通路２４ａと、換気通路２４ａに設けられた制御弁２４ｂとを備えている。制御弁２４ｂは吸気通路８の負圧が小さいほど開度が大きくなるように、換言すれば吸入空気量が多いほどブローバイガスの導入量が多くなるように動作する周知のものである。

図１に示すように、ハイブリッドトランスアクスル３は、２つの第１及び第２モータ・ジェネレータ２５、２６と、内燃機関２及び第１モータ・ジェネレータ２５が連結され、遊星歯車機構として構成された動力分割機２７と、動力分割機構２７から出力される動力を左右の駆動輪３０に分配するディファレンシャル機構２８とを含んでいる。ハイブリッドトランスアクスル３に含まれるこれらの構成要素は不図示のケースに収容されている。

内燃機関２の動力は動力分割機構２７にて分割される。動力分割機構２７にて分割された一方の動力は発電機の一例として機能する第１モータ・ジェネレータ２５の発電に利用され、分割された他方の動力はディファレンシャル機構２８に伝達される。第２モータ・ジェネレータ２６は動力分割機構２７からディファレンシャル機構２８までの動力伝達経路に対して動力伝達可能な状態で設けられている。

各モータ・ジェネレータ２５、２６はＤＣ−ＤＣコンバータ及びインバータとしてそれぞれ機能する電気回路３１を介してバッテリの一例であるＨＶバッテリ３２に電気的に接続されている。ＨＶバッテリ３２は直流２００Ｖ程度の比較的高電圧な例えばニッケル水素バッテリとして構成されている。電気回路３１はＨＶバッテリ３２の直流電力を昇圧しつつ交流電力に変換して各モータ・ジェネレータ２５、２６に供給でき、かつ各モータ・ジェネレータ２５、２６の発電電力を減圧しつつ直流電力に変換してＨＶバッテリ３２に供給できる。第２モータ・ジェネレータ９は本発明に係る電動機の一例に相当する。

車両１はコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）３５にて制御される。ＥＣＵ３５は車両１に設けられた内燃機関２の運転状態を制御するとともに、電気回路３１を操作することにより各モータ・ジェネレータ２５、２６を制御する。なお、内燃機関２を制御する制御装置と電気回路３１を制御する制御装置とを別々に設け、これらの制御装置を相互に通信可能な状態とすることによりＥＣＵ３５を構成することも可能である。

ＥＣＵ３５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、アクセル開度に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３６、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３７、及びＨＶバッテリ３２の残量に応じた信号を出力するＳＯＣセンサ３８が、車両１にそれぞれ設けられている。

ＥＣＵ３５は、アクセル開度センサ３６及び車速センサ３７の信号を参照してドライバ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、ＥＣＵ３５は、車両１の走行中に運転条件が変化した場合、内燃機関２と第２モータ・ジェネレータ２６とを駆動源とするハイブリッドモードから内燃機関２の燃焼を停止してＥＶモードに切り替えたり、逆に、ＥＶモードから内燃機関２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２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２が停止することを間欠停止という。

また、ＥＣＵ３５は、ＨＶバッテリ３２の残量が目標値を中心として推移させるため、ＨＶバッテリ３２への充放電要求量に応じた第１モータ・ジェネレータ２５の発電量が得られるように内燃機関２を制御する。この場合における内燃機関２のエンジン要求出力は次式１にて定義される。

エンジン要求出力＝ドライバ要求出力＋電気負荷電力＋充放電要求量 ……１

式１において、ドライバ要求出力はアクセル開度に基づいて計算され、電気負荷電力は車両１に搭載された不図示のエアコン等の電装品の消費電力に基づいて計算される。式１から明らかなように、充放電要求量が大きくなるとそれだけエンジン要求出力が大きくなるので内燃機関２の吸入空気量が増加する。

以下、ＥＣＵ３５が実施する制御の一例を図３及び図４を参照しながら説明する。図３に示された制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３５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。

図３のステップＳ１において、ＥＣＵ３５はオイル希釈度を所得する。オイル希釈度は内燃機関２の潤滑油へ燃料が混入するオイル希釈の程度のことである。本形態ではＥＣＵ３５が別ルーチンで実施する空燃比のフィードバック制御の制御中心のずれに基づいてオイル希釈度を取得する。オイル希釈度が高いほど潤滑油から蒸発する燃料成分が増えて混合気の空燃比がリッチ側にシフトするので、ＥＣＵ３５はそのシフト量に基づいてオイル希釈度を推定して取得する。

ステップＳ２において、ＥＣＵ３５オイル希釈度が基準値を超えるか否かを判定する。この基準値は換気装置２４によるクランクケース１５の換気により空燃比が過剰にリッチとならないように設定される。また、空燃比が過剰にリッチとならず、かつ燃料カットによってエンジン空転時に不図示の排気浄化触媒上で燃料成分が燃焼して触媒温度が過剰とならないように、基準値が設定されてもよい。オイル希釈度が基準値を超えている場合はステップＳ３に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ３５はオイルジェット２０の制御弁２３を操作することによって潤滑油の噴射量をオイル希釈度に応じて制御する。オイル希釈度が基準値を超えて当該制御を実施する場合はオイル希釈度が基準値以下の場合よりもオイルジェット２０による潤滑油の噴射量が増加する。これによりピストン５に噴射された潤滑油がピストン５の熱を受けて燃料の蒸発が促進されるのでオイル希釈を抑制又は低減できる。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３５は内燃機関２の間欠停止を禁止し、かつ充電量増加制御を実施する。そして、今回のルーチンを終了する。充電量増加制御は上述した充放電要求量を充電側に増加させるものである。具体的には、ＥＣＵ３５が次式２に基づいて充放電要求量を算出することによって充電量増加制御を実施する。

充放電要求量＝通常充放電要求量＋充電加算量≦充電量上限値 ……２

式２において、通常充放電要求量はＨＶバッテリ３２の残量等に応じて計算される。充電量上限値はＨＶバッテリ３２の残量や温度等によって計算される。充電加算量は一例として図４に示した算出マップに基づいてオイル希釈度に応じて算出される。図４に示すように、充電加算量はオイル希釈度が基準値を超えるまではゼロであり、オイル希釈度が基準値を超えてからはオイル希釈度に応じて増加するように算出される。但し、充電量上限値を超えることができないため、充電加算量は上限値に制限される。この上限値は、充電量上限値から通常充電量を差し引いたものに相当する。式２に基づいて充放電要求量が算出されることにより、充放電要求量が充電側に増加する。その結果、式１で算出されるエンジン要求出力はオイル希釈度が基準値以下の場合と比べて増加する。なお、充電加算量は大きいほどオイル希釈の抑制又は低減効果が高くなるが、充電加算量を大きくすることによる弊害を考慮することが望ましい。そのような弊害としては、ＨＶバッテリ３２の残量を目標値（例えば６０％）に制御する制御性の悪化や、吸入空気量が少なくて済む運転状態時に吸入空気量が増加することによる騒音の悪化等が考えられる。

本形態の制御によれば、オイルジェット２０によって燃料成分の蒸発が促される場合でも内燃機関２の間欠停止が禁止されるので換気装置２４によるクランクケース１５の換気の機会を十分に確保できる。そして、充電加算量の加算により充放電要求量が充電側に増加することによって、第１モータ・ジェネレータ２５による発電量が増加して内燃機関２の出力が高まり吸入空気量が増加する。内燃機関２の吸入空気量が増加することにより燃料成分が吸気系に導入されることによる影響が低下するため、内燃機関２の混合気が過剰にリッチになることを回避しつつオイル希釈を抑制又は低減することができる。充放電要求量の変化に伴う内燃機関２の出力の増加分は第１モータ・ジェネレータ２５の発電に利用されて吸収されるので車両出力が要求パワーを超えることがない。

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。上記形態では、充放電要求量を充電側に増加させるための充電加算量をオイル希釈度に応じて変化させているが、オイル希釈度が基準値を超えた場合に充電加算量を一定値に設定して本発明を実施することもできる。

１車両
２内燃機関
５ピストン
８吸気通路（吸気系）
１５クランクケース
２０オイルジェット
２４換気装置
２５第１モータ・ジェネレータ（発電機）
２６第２モータ・ジェネレータ（電動機）
３２ＨＶバッテリ（バッテリ）
３５ＥＣＵ（制御装置）

Claims

クランクケース内を換気して吸気系に導く換気装置と、前記クランクケースの内部側からピストンに潤滑油を噴射するオイルジェットとを備え、アルコールを含有する燃料を使用して運転可能に構成された内燃機関と、
前記内燃機関の出力にて発電する発電機と、
走行用動力源となり得る電動機と、
前記発電機及び前記電動機と電気的に接続されたバッテリと、
を備えた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であり、かつ前記バッテリへの充放電要求量に応じた前記発電機による発電量が得られるように前記内燃機関を制御するハイブリッド車両の制御装置であって、
前記内燃機関の潤滑油へ燃料が混入するオイル希釈の程度であるオイル希釈度が基準値を超える場合、オイル希釈度に応じて前記オイルジェットによる潤滑油の噴射量を制御し、前記間欠停止を禁止し、かつ前記バッテリへの充放電要求量を充電側に増加させるハイブリッド車両の制御装置。