JP2020062931A

JP2020062931A - 車両

Info

Publication number: JP2020062931A
Application number: JP2018195105A
Authority: JP
Inventors: 後藤　岳史; Takeshi Goto; 岳史後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-10-16
Filing date: 2018-10-16
Publication date: 2020-04-23

Abstract

【課題】エンジンの稼働中にインタークーラの凝縮水を除去する。【解決手段】本発明の車両は、エンジンと、発電機と、バッテリと、制御装置と、を備える。エンジンは、吸気通路にインタークーラを備える。発電機は、エンジンから出力されたトルクのうち少なくとも一部を電力に変換する。バッテリは、発電機により発電された電力を充電する。制御装置は、インタークーラ内の凝縮水が基準より多くなった場合に、現在の運転条件においてエンジンに要求される車両要求トルクよりも大きなトルクを出力するようにエンジンを作動させる。そして、エンジンから出力されるトルクと車両要求トルクの差である余剰トルクを、発電機により電力に変換させる。【選択図】図４

Description

本発明は、車両に関する。

特許文献１は、車両に搭載されるエンジンを開示している。当該エンジンは、過給機及びＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えている。ＥＧＲ装置は、排気通路を流れる排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてインタークーラよりも上流側の吸気通路に戻す。特許文献１には、エンジンが停止し、かつ、吸気弁と排気弁とが非オーバーラップ状態にある場合に、ＥＧＲクーラに滞留する凝縮水及びデポジットを除去する制御を行なうことが記載されている。より具体的に、この制御は、過給機とＥＧＲ弁とを制御することで、吸入空気を、ＥＧＲ通路を介して、吸気通路から排気通路に流すことにより、凝縮水等を除去するものである。

特開２０１０−１１２１９１号公報特開２０１７−２０６９８４号公報

ＥＧＲ通路内やインタークーラでは、排気又は吸気中の水分が冷却されて凝縮水が発生することがある。インタークーラでの凝縮水の滞留は、吸気の円滑な流れを阻害する虞があるとともに、デポジット発生や腐食の原因となる。また、インタークーラに凝縮水が滞留した場合、その後の運転条件の変化によってエンジン内の凝縮水が流入し、失火を発生させる虞がある。このため、インタークーラ内に滞留する凝縮水は、早期に除去することが望ましい。

この点、上記特許文献１に記載の制御、即ち、吸入空気を、ＥＧＲ通路を介して流通させて凝縮水を除去する制御は、エンジンの停止中においてのみ実行することができる制御であり、掃気による凝縮水除去の機会が制限されている。また、特許文献１の制御は、エンジンの停止中に行なう制御であるため、エンジンの稼動の有無には依存しない過給機が必須の構成となる。この点で、特許文献１に記載の技術には改良の余地が残る。すなわち、特定の過給機を有する構成に限定されることなく、かつ、エンジンの稼働中にも実行することができる凝縮水除去の技術の開発が望まれる。

本発明の１つの目的は、内燃機関の稼動の有無に関わらず、インタークーラの凝縮水を除去することができる技術を提供することにある。

本発明の１つの観点において、車両が提供される。その車両とは、エンジンと、発電機と、バッテリと、制御装置と、を備える。エンジンは、吸気通路にインタークーラを備える。発電機は、エンジンから出力されたトルクのうち少なくとも一部を電力に変換する。バッテリは、発電機により発電された電力を充電する。制御装置は、インタークーラ内の凝縮水が基準より多くなった場合に、現在の運転条件においてエンジンに要求される車両要求トルクよりも大きなトルクを出力するようにエンジンを作動させる。そして、エンジンから出力されるトルクと車両要求トルクの差である余剰トルクを、発電機により電力に変換させる。

本発明によれば、インタークーラ内の凝縮水が多くなった場合に、エンジンの出力トルクを増大させることで、インタークーラ内に流入する吸入空気量を増加させることができる。吸入空気の増加により、インタークーラ内を掃気し、滞留する凝縮水を除去することができる。また、吸入空気量の増加のためにエンジンから発生させる過剰なトルク分は、発電機により電力として回収させる。これにより車両の駆動力を要求される駆動力に保つことができる。

本発明の実施の形態に係るエンジンの構成例を示す概略図である。本発明の実施の形態に係る制御のルーチンをフローチャートに表した図である。インタークーラ内の凝縮水量と吸気ガス量との関係を示す図である。本発明の実施の形態に係る制御の概要を説明するためのタイミングチャートである。

添付図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。

１．車両の構成
本実施の形態における車両は、動力源としてエンジン１と、少なくとも１のモータジェネレータ（以下「ＭＧ」とも称する）とを備えるハイブリッド車両である。図１は、本発明の実施の形態に係るエンジン１の構成例を示す概略図である。

図１には、エンジン１を構成する要素がクランク軸に垂直な１つの平面上に投影して描かれている。本実施の形態に係るエンジン１は複数の気筒２を有する多気筒エンジン（以下、単にエンジンという）である。気筒２の数と配置に限定はない。

エンジン１は、過給機１０を備えている。過給機１０は、排気ガスの排気エネルギによって作動するタービン１２と、タービン１２と一体的に連結され、タービン１２に入力される排気ガスの排気エネルギによって回転駆動されるコンプレッサ１４とを有している。

各気筒２の吸気ポートには、吸気マニホールドを介して吸気通路２０が接続している。エンジン１の吸気通路２０の入口付近には、エアクリーナ２１が設けられている。吸気通路２０のエアクリーナ２１より吸気の流れの下流には、過給機１０のコンプレッサ１４が配置されている。エアクリーナ２１を通って吸入された空気は、過給機１０のコンプレッサ１４で圧縮される。また、吸気通路２０のコンプレッサ１４の設置部分近傍には、コンプレッサ１４の上流側と下流側と繋ぎ、コンプレッサ１４をバイパスするバイパス通路１６が接続されている。バイパス通路１６にはバルブ１８が設置されている。

吸気通路２０のコンプレッサ１４より下流側には、インタークーラ２２が設置されている。吸入空気は、インタークーラ２２で冷却された後、吸気マニホールドにより各気筒の吸気ポート（図示せず）に分配される。

排気通路３０は、排気マニホールドにより枝分かれして、各気筒２の排気ポートに接続している。過給機１０のタービン１２は、排気通路３０の途中に配置されている。タービン１２よりも排気の流れの下流側の排気通路３０には、スタート触媒（ＳＣ）３１及びアンダーフロア触媒（ＵＦ）３２が設置されている。

エンジン１はＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置４０を備えている。吸気通路２０におけるコンプレッサ１４より吸気の流れの上流側には、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路４２の一端が接続されている。ＥＧＲ通路４２の他端は、排気通路３０のＳＣ３１とＵＦ３２との間の部分に接続されている。このＥＧＲ通路４２を通して、排気ガス（既燃ガス）の一部を吸気通路２０へ還流させること、つまり外部ＥＧＲを行うことができる。ＥＧＲ通路４２には、ＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４４と、異物を捕集するためのフィルタであるＦＯＤ４６と、ＥＧＲガス量を調節するためのＥＧＲ弁４８と、が設置されている。

ＭＧは、車両の駆動軸に回転駆動力を付与可能な状態で、直接的又は間接的に駆動軸に接続されると共に、動力伝達を断続するクラッチを介してエンジン１と接続している。ＭＧは、電動モータとしての機能と共に、エンジンの動力の一部を電力に変換する発電機としての機能を有する。ＭＧにはバッテリ（図示せず）が接続されている。ＭＧの発電により得られた電力はインバータ（図示せず）を介してバッテリに蓄電され、また、ＭＧを駆動するための電力がバッテリから供給される。なお、車両は、２以上のＭＧを有する構成であってもよい。

本実施の形態の車両は、制御装置を有する。車両に備えられた各種のセンサ、及び、アクチュエータは、制御装置に電気的に接続されている。制御装置はＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。制御装置は、車両のシステム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述する車両減速時又は車両停止時の制御ルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置は、各センサからの信号に基づいて各制御ルーチンに従って各アクチュエータを操作することによって車両を制御する。なお、制御装置は、１のＥＣＵによって構成されるものであってもよいし、複数のＥＣＵにより構成されるものであってもよい。

２．凝縮水排出の制御
本実施の形態において制御装置は、インタークーラ２２内に滞留する凝縮水が所定の基準量を超えた場合に、インタークーラ２２から凝縮水を排出させる制御を実行する。以下、この制御について説明する。

２−１．具体的な制御ルーチンの例
図２は、本実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンをフローチャートに示した図である。図２のルーチンでは、まず、ステップＳ１０２において、インタークーラ２２内の凝縮水量の推定値が算出される。具体的に、凝縮水量は、インタークーラ２２内部で発生する凝縮水量と、インタークーラ２２から排出される凝縮水量とから推定することができる。凝縮水の発生量はガス温度、空燃比センサ、圧力センサの出力値から各種状態量を推定することで算出される。

図３は、吸気ガス量とインタークーラ２２内の凝縮水量との関係を示す図である。図３から、吸気ガス量の増加により、インタークーラ２２内に滞留する凝縮水の量が減少するが、吸気ガス量とインタークーラ２２内に滞留する凝縮水量との間には一定の相関関係があることが確認される。インタークーラ２２から排出される凝縮水量は、図３に示されるような関係に従って、吸気ガス量に応じて求めることができる。

次に、図２のルーチンのステップＳ１０４に進み、算出された凝縮水量が、基準量以上か否かが判別される。ここで基準量は、エンジン１に失火又は腐食等のダメージを与え得る量を基準として設定された値である。つまり、凝縮水が長時間滞留し続ける量、及び、滞留した凝縮水が運転状態等の変化によって気筒２内に流出した場合に、失火等を引き起こしうる量を超えない範囲に基準量が設定される。具体的な基準量は、実験やシミュレーション結果に基づいて予め設定され制御装置に記憶されている。

ステップＳ１０４において、凝縮水量が基準量より小さいと判別された場合には、今回の処理は一旦終了する。一方、ステップＳ１０４において、凝縮水量が基準量以上であると判別された場合には、次に、処理はステップＳ１０６に進み、強制充電が要求される。

次に、ステップＳ１０８において、ハイブリッドシステム側において、充放電が許可されるか否かが判別される。即ち、バッテリへの充電が許容されるか、また、凝縮水を排出させる運転条件での運転が可能であるか等、予め設定された条件が満たされるか否かが判別され、条件が満たされる場合に充放電が許可される。ステップＳ１０８において、充放電制御が許可されない場合には、今回の処理は一旦終了する。

一方、ステップＳ１０８において充放電制御が許可された場合、次に、ステップＳ１１０に進み、凝縮水排出の運転が開始される。凝縮水を排出させる運転条件、即ち、吸気ガス量又は吸気ガス流速を増加させる運転条件としては、例えば、エンジン回転速度を上昇させる、又は、過給条件の変更により過給圧を上昇させる等の条件が考えられる。この運転条件は予め設定され、ステップＳ１１０においては設定された条件で車両の運転が行われる。

この制御により、エンジン１からは、車両の運転状態に応じてエンジン１に要求される駆動力に対応する車両要求トルクよりも大きなトルクが出力される。エンジンから出力されるエンジントルクと車両要求トルクの差分である余剰トルクは、MGにより電力に変換されバッテリに充電される。

次に、ステップＳ１１２に進み、インタークーラ２２内の凝縮水量が目標量以下となったか否かが判別される。目標量は、少なくとも上述した基準量より小さな値であり、予め制御装置に記憶されている。また、ステップＳ１１２におけるインタークーラ２２内の凝縮水量は、ステップＳ１０２の処理と同様の方法で、インタークーラ２２内で発生した凝縮水量と、インタークーラ２２から排出された凝縮水量に基づいて算出される。

ステップＳ１１２において、凝縮水量が目標量以下ではないと判別される場合、処理は再び、ステップＳ１１２に戻され、ステップＳ１１２の判別結果がＹＥＳとなるまで、一定時間ごとにステップＳ１１２の判別が行われる。

一方、ステップＳ１１２において、凝縮水量が目標量以下であると判別された場合、ステップＳ１１４に進み、凝縮水排出の運転は終了とされ、その後、今回の処理は一旦終了する。

２−２．凝縮水排出の制御のタイミングチャート
図４は、本実施の形態における制御の概要を説明するためのタイミングチャートである。図４に示される例では、時間ｔ１〜ｔ２の間、車両の駆動力、即ち車速が急上昇し、これにより、エンジンの駆動力が上昇している。エンジン１の駆動力が高くなると、吸気ガス量が増加するため、インタークーラ２２内の凝縮水が減少する。

その後、時間ｔ２において、車速が低下し、エンジン１が出力するトルク（以下「エンジントルク」）が小さくなると、吸気ガス量が少なくなり、インタークーラ２２内に凝縮水が滞留し易い状態となる。従って、時間ｔ２以降、エンジントルクが低く維持されている間、インタークーラ２２内の凝縮水量は増加を続け、やがて、時間ｔ３において、凝縮水量は、許容される限界値である基準量に達する。

時間ｔ３において凝縮水量が基準量に達すると、凝縮水排出のための制御が開始される。この制御では、要求される車両の駆動力に対応して要求されるエンジントルク（以下「車両要求トルク」）より大きなトルクをエンジン１から出力させる。出力されたエンジントルクと車両要求トルクとの差分である余剰トルクは、ＭＧにより電力に変換され、バッテリに充電される。従って、凝縮水排出の制御の間、一時的に充電量が増加する。

時間ｔ３において、エンジントルクを増大させたことにより、吸気ガス量が増加する。これにより、インタークーラ２２内においては凝縮水の排出が促進され、凝縮水は徐々に減少する。凝縮水量が、所定の目標量にまで減少した時間ｔ４において、凝縮水排出の制御を終了する。即ち、エンジントルクは、車両要求トルクに戻され、ＭＧによる余剰トルク分の充電も終了する。

以上説明したように、本実施の形態の制御によれば、インタークーラ２２内に凝縮水の滞留量が許容範囲を超える場合に、直ちに凝縮水排出の制御を実行することができる。また、特定の過給機等を必要としないため、本実施の形態の制御は、通常のハイブリッドシステムを有する全ての車両に適用することができる。

なお、実施の形態の制御は、ハイブリッドシステムを有する車両に限らず、エンジンの動力の一部を電力に変換する発電機を有する車両に適用することができる。また、凝縮水排出の制御として、吸気ガス量を増加させる制御に替えて、吸気ガス流速を増加させる制御を行ってもよい。

１エンジン
２気筒
１０過給機
２０吸気通路
２１エアクリーナ
２２インタークーラ
３０排気通路
４０ＥＧＲ装置

Claims

吸気通路にインタークーラを備えるエンジンと、
前記エンジンから出力されたトルクのうち少なくとも一部を電力に変換することができる発電機と、
前記発電機により発電された電力を充電するバッテリと、
制御装置と、
を備え、
前記制御装置は、
前記インタークーラ内の凝縮水が基準より多くなった場合に、
現在の運転条件において前記エンジンに要求される車両要求トルクよりも大きなトルクを出力するように前記エンジンを作動させ、
前記エンジンから出力されるトルクと車両要求トルクの差である余剰トルクを、前記発電機により電力に変換させる、
ように構成されていることを特徴とする車両。