JP2020101166A - 電動機付き内燃機関システム - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン排気管の過熱を抑制しつつ車両の走行要求も満たすことができるように改良された電動機付き内燃機関システムを提供する。【解決手段】電動機付き内燃機関システムは、内燃機関を搭載した車両に設けられ、内燃機関の動力で発電する発電手段と、車両を駆動させる電動機に電力を供給するためのバッテリを発電手段で充電する充電手段と、内燃機関の排気管の温度が予め定めた判定温度を上回る場合に、車両の停止後における内燃機関の停止後再始動を禁止する手段と、排気管の温度が判定温度を上回る場合に、充電手段によるバッテリの充電量を増加させる第一補正と、バッテリのＳＯＣがＳＯＣ判定値以下であるときには停止された内燃機関を始動することでバッテリを充電する充電動作を実施するためのＳＯＣ判定値を低減する第二補正と、のうちいずれかの補正を実施する補正手段と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、電動機付き内燃機関システムに関するものである。

従来、例えば特開平１１−１０１１７２号公報に記載されているように、エンジンの停止後に手動操作スイッチで再始動操作が行われた場合であって、温度センサが所定警告温度を検出した場合には、エンジンの再始動を禁止する技術が知られている。これにより、エンジン排気管の過熱損傷を抑制することができる。

特開平１１−１０１１７２号公報

エンジンの再始動を禁止する制限が課されると、ドライバが走行を欲するときに走行ができなくなるおそれがある。電動機付きの内燃機関であれば電動機（駆動モータ）で車両を走行させることもできるが、電動機に電力を供給するバッテリのＳＯＣが不足するおそれもある。エンジン再始動不可期間には、もしバッテリＳＯＣが低かったとしてもエンジン駆動によるバッテリ充電ができないからである。

本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、エンジン排気管の過熱を抑制しつつ車両の走行要求も満たすことができるように改良された電動機付き内燃機関システムを提供することを目的とする。

本発明にかかる電動機付き内燃機関システムは、
内燃機関を搭載した車両に設けられ、前記内燃機関の動力で発電する発電手段と、
前記車両を駆動させる電動機に電力を供給するためのバッテリを前記発電手段で充電する充電手段と、
前記内燃機関の排気管の温度が予め定めた判定温度を上回る場合に、前記車両の停止後における前記内燃機関の停止後再始動を禁止する手段と、
前記排気管の温度が前記判定温度を上回る場合に、前記充電手段による前記バッテリの充電量を増加させる第一補正と、前記バッテリのＳＯＣがＳＯＣ使用下限判定値以下であるときには停止された前記内燃機関を始動することで前記バッテリを充電する充電動作を実施するための前記ＳＯＣ使用下限判定値を低減する第二補正と、のうちいずれかの補正を実施する補正手段と、
を備える。

本発明によれば、エンジン排気管が高温であれば、ＳＯＣを増大させる補正とＳＯＣ判定値を低減する補正とのいずれかが実施される。これにより電動機による走行が可能となるように事前に準備できるので、エンジン排気管の過熱抑制のためにエンジン停止後再始動が禁止されたとしても、車両の走行要求を満たすことができる。

排気管が短くなることの問題点を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムの動作を説明するためのタイムチャートである。 実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムの動作を説明するためのグラフである。 実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。

本願の概要を説明すると、下記のとおりである。内燃機関（以下、単に「エンジン」とも称す）は既燃ガスを処理する排気系を備えており、排気系は排気管を含んでいる。排気管は車両後方に配置されるので、エンジンを車両後方に搭載する場合には排気管の全長が短くても良くなる。

排気管全体が高温となる高負荷状態が継続しかつ車速が低い運転条件の後に、車両が停止することがある。このような特定の運転が行われた場合に、排気管が短いと、排気管が長い場合と比較して、排出ガスの温度が高くなることの影響が大きい。

そこで、排気管から排出されるガスの温度を低くするために、上記のような特定の運転が行われたときには、排気管の温度が低下するまでエンジンを停止することが考えられる。また、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）低下によるエンジン作動を回避するために、上記運転時には、ＳＯＣ使用下限を通常時よりも高い値に設定してもよく、またはＳＯＣレベルに対する充放電量を充電側に設定しても良い。なお、ＳＯＣは、バッテリの電気容量に対して充電電気量を比率で表したものである。

図１は、排気管が短くなることの問題点を説明するためのタイムチャートである。図１を用いて更に詳しく説明する。登坂など高負荷が継続した場合、マフラーを含めた排気管の全体が高温となる。この後に車両が停止したときに、充電等の目的でエンジンが運転されると、テールパイプから排出されるガスの温度が問題となる。

つまり、リア側エンジン搭載車両における短い排気管とフロント側エンジン搭載車両などにおける長い排気管とを比較すると、排気管が短い場合のほうが、テールパイプから排出されるガスが高温となる。

図１における実線は、高車速時（つまり第一車速）における、排気管出口温度特性のグラフＧ１と、車速のグラフＧ４と、ＳＯＣ特性のグラフＧ６と、エンジン出力のグラフＧ８と、をそれぞれ示している。図１における破線は、低車速時（つまり上記第一車速よりも低い第二車速）における、排気管出口温度特性のグラフＧ２と、車速のグラフＧ５と、ＳＯＣ特性のグラフＧ７と、エンジン出力のグラフＧ９と、をそれぞれ示している。

図１における上段の一点鎖線は、低車速時（つまり上記第二車速）における他の排気管出口温度特性のグラフＧ３であり、これは排気管が短くされた場合の影響を説明するためのグラフである。なお、タイムチャートには、車両が減速を開始した減速開始時刻ｔ０と、車両が停止した車両停止時刻ｔ１とが図示されている。また、排気管出口温度のグラフには、目標温度範囲Ｔｔｇが図示されている。

図１に破線で示したグラフＧ２、Ｇ５および一点鎖線のグラフＧ３で示すように、登坂などの停車速高負荷運転の場合、排気管温度が高くなっている状況が想定される。車速が低い場合、次の理由で排気管出口温度が高くなりやすい。

第一の理由は、減速中の風による冷却効果が小さいことである。第二の理由は、停止までの時間が短いので、ガス温度の低下作用が少ないことである。特に、グラフＧ２とグラフＧ３との差異を矢印Ｑで図示したように、排気管が短いと、排気管の内部でガス温度が低下する作用が少ないので、排気管出口温度が高くなる傾向がある。

図１における下段２つには、ＳＯＣとエンジン出力との時系列変化が示されている。ＳＯＣが低下した後に、車速が低い条件からの減速が行われる場合、回生による充電量が少ない。その結果、車両停止時にエンジンが停止されずに、バッテリ充電のためのエンジン運転が実施される可能性もある。以上説明した理由から、車両停止時に、排気管出口から高温のガスが排出されるおそれがあることを本願発明者は問題視した。

実施の形態の装置構成を説明する。実施の形態によれば、電動機付き内燃機関システムと、これが搭載された車両とが提供される。実施の形態にかかる制御装置は、電動機付き内燃機関システムが搭載された車両において好適に使用される。実施の形態にかかる制御装置は、電子制御ユニットの形態で提供されても良い。以下の説明では、制御装置が電子制御ユニットの形態で実施されているものとして説明を行う。

実施の形態にかかる車両は、内燃機関を含むハイブリッドシステムと、排気ガス浄化触媒と、排気管と、を備える。実施の形態にかかるハイブリッドシステムの一例は、電動機（つまり駆動モータ）と、内燃機関（単に「エンジン」とも称す）と、バッテリと、ジェネレータ（つまり発電手段）と、動力分割機構と、パワーコントロールユニットと、を備えている。

パワーコントロールユニットは、インバータ、昇圧コンバータ、およびＤＣＤＣコンバータ等を含む。内燃機関には、各種の公知のセンサ類および公知のアクチュエータ類が搭載されている。電子制御ユニットは、それらの公知のセンサ類および公知のアクチュエータ類と接続するともに、ハイブリッドシステムとも連繋する。

好ましい構成としては、排気管出口温度センサと、勾配検知するセンサと、を更に含んでもよい。

図２は、実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムの動作を説明するためのタイムチャートである。図２を用いて実施の形態にかかる制御動作を説明する。実施の形態では、高負荷運転が継続する場合、つまり排気管の熱マスが飽和して全体が高温状態となっている場合が想定される。実施の形態では、冷却時間が短いことも限定され、低車速かつ登り勾配（加速度センサで検知してもよい）であり、走行抵抗が大きく車速に対するエンジン仕事量が大きい場合が想定されている。

以下、図２を用いつつ、実施の形態で上述した課題を解決するために電子制御ユニットが実行する第一制御、第二制御、および第三制御を説明する。図２におけるグラフＧ３１は、実施の形態の場合の排気管出口温度特性を示すグラフである。

実施の形態にかかる「第一制御」は、車両停止時に、排気温度が予め定めたレベルに低下するまでは、停止状態となったエンジンが再始動されることを禁止するものである。実施の形態にかかる電子制御ユニットは、第一制御として、車両停止時にエンジン作動を禁止するための「停止時エンジン始動禁止フラグ」を持つ。

「停止時エンジン始動禁止フラグ」がオン（ハイ）となっている間は、エンジンが一旦停止した後に再始動されることが禁止される。実施の形態にかかる第一制御が行われた結果、図２のエンジン出力特性グラフを、グラフＧ９１のような挙動にすることができる。図２の矢印Ｐ６によって第一制御の動作が図示されている。

実施の形態にかかる「第二制御」は、ＳＯＣ低下によるエンジン作動を回避するために、前述した特定の運転条件ではＳＯＣ使用下限判定値を通常時よりも高い値に増加設定するものである。実施の形態にかかる電子制御ユニットは、第二制御として、ＳＯＣの使用下限レベルを引き上げる制御を実行する。

この第二制御によれば、ＳＯＣ使用下限判定値が、通常下限判定値ＣｔｈＬ０から補正後下限判定値ＣｔｈＬ１へと引き上げられる。実施の形態にかかる第二制御が行われた結果、図２のＳＯＣ特性グラフを、グラフＧ７１のような挙動にすることができる。図２の矢印Ｐ５によってこの動作が表現されている。

ＳＯＣがＳＯＣ使用下限判定値以下となっている場合には強制充電が行われるので、第二制御によれば強制充電を行わせることができる。ＳＯＣレベルを引き上げることで、ＳＯＣを通常時よりも高めの状態にしておくことができる。

実施の形態にかかる「第三制御」は、ＳＯＣに対する充放電制御を充電側に設定するものである。実施の形態にかかる電子制御ユニットは、第三制御として、ＳＯＣレベルに対する充放電制御を充電側に設定する制御を実行する。図２の点Ｐ４で第三制御が表現されている。

図３は、実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。図３に示すルーチンでは、車両停止時のエンジン作動禁止判定が実現される。図３のルーチンでは、まず、電子制御ユニットが、車速および排気管出口温度を取得する（ステップＳ１００）。次に、電子制御ユニットは、車両排気管出口温度が、第一高温判定値を上回っているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。

ステップＳ１０１において車両排気管出口温度が第一高温判定値を上回っている場合には、処理はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２において、電子制御ユニットは、車両停止時エンジン作動禁止フラグをオンとする。その後今回の処理が終了し、処理がリターンする。

ステップＳ１０１において車両排気管出口温度が第一高温判定値以下である場合には、処理はステップＳ１０３に進む。ステップＳ１０３において、電子制御ユニットは、車両停止時エンジン作動禁止フラグをオフとする。その後今回の処理が終了し、処理がリターンする。

図３のルーチンによれば、車両停止時エンジン作動禁止フラグが設けられることで、車両排気管出口温度が高い期間にはエンジンの再始動を禁止することができる。その後、車両排気管出口温度が十分に低い温度になった時点で、再始動禁止を解除することでエンジンの再始動を許可することができる。

図４は、実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムの動作を説明するためのグラフである。なお、図４に示すように勾配が低い（つまり下り勾配）であると、同じ車速であっても、排気管出口温度が高くなる傾向がある。図４の傾向が制御に反映されても良い。

図５は、実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。図５のルーチンでは、まず、電子制御ユニットが、車速と、ＳＯＣと、走行要求パワーと、電気負荷と、車両停止時エンジン作動禁止フラグの状態とを取得する（ステップＳ２００）。次に、電子制御ユニットが、電池充放電量を算出する（ステップＳ２０１）。

次に、電子制御ユニットが、車両停止時エンジン作動禁止フラグの状態がオンであるか否かを判定する（ステップＳ２０２）。ステップＳ２０２で車両停止時エンジン作動禁止フラグがオンであると判定された場合、処理はステップＳ２０３に進む。

ステップＳ２０３において、電子制御ユニットは、充放電量を充電側に補正する。これは前述した「第三制御」に対応している。その後、今回のルーチンが終了して処理がリターンする。一方、ステップＳ２０２で車両停止時エンジン作動禁止フラグがオフであると判定された場合、処理はステップＳ２０３に進むことなく終了して、処理がリターンする。

図６は、実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムで実行されるルーチンを示すフローチャートである。図６のルーチンでは、まず、図５で述べたステップＳ２００の処理が実行され、その後図５で述べたステップＳ２０２の判定処理が実行される。ステップＳ２０２の判定結果が否定（Ｎｏ）であれば、図５で述べたステップＳ２０１の処理が実行される。その後、今回のルーチンが終了して処理がリターンする。

ステップＳ２０２の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）であれば、電子制御ユニットは、ＳＯＣ使用下限判定値をプラス側に補正する（ステップＳ３０２）。これは前述した「第二制御」に対応している。その後、図５で述べたステップＳ２０１の処理が実行される。その後、今回のルーチンが終了して処理がリターンする。

実施の形態にかかる電動機付き内燃機関システムは、次に述べる「第四制御」を実施しても良い。第四制御は、ＳＯＣ使用下限判定値を低減するように構築されている。つまり、図６のルーチンにおけるステップＳ３０２が変形されることで、現時点のＳＯＣ使用下限判定値から予め定めた減少分を差し引くようにマイナス補正が実施される。

この第四制御によれば、ＳＯＣ使用下限判定値が低減されるので、バッテリの電力をなるべく使い切るようにすることができる。バッテリの電力をなるべく使い切るような運転ができるので、ＳＯＣが低下していても、既に引き下げられたＳＯＣ使用下限判定値に達するまではバッテリ電力消費を継続することができ、電動機（駆動モータ）を用いた走行を継続することができる。

ＳＯＣ使用下限判定値が低減されるので、バッテリの電力が電動機走行に費やされてＳＯＣが低下したとしても、バッテリの充電要求が出にくくなりバッテリ充電のためのエンジン再始動が要求されにくくなる。その結果、排気管の高温化などの問題を抑制しつつ、エンジンの再始動をしなくとも、電動機（駆動モータ）によって走行要求を満たすこともできる。

ＣｔｈＬ０ 通常下限判定値
ＣｔｈＬ１ 補正後下限判定値
Ｔｔｇ 目標温度範囲

Claims (1)

1. 内燃機関を搭載した車両に設けられ、前記内燃機関の動力で発電する発電手段と、
   前記車両を駆動させる電動機に電力を供給するためのバッテリを前記発電手段で充電する充電手段と、
   前記内燃機関の排気管の温度が予め定めた判定温度を上回る場合に、前記車両の停止後における前記内燃機関の停止後再始動を禁止する手段と、
   前記排気管の温度が前記判定温度を上回る場合に、前記充電手段による前記バッテリの充電量を増加させる第一補正と、前記バッテリのＳＯＣがＳＯＣ使用下限判定値以下であるときには停止された前記内燃機関を始動することで前記バッテリを充電する充電動作を実施するための前記ＳＯＣ使用下限判定値を低減する第二補正と、のうちいずれかの補正を実施する補正手段と、
   を備える電動機付き内燃機関システム。

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