JP2023028185A - Hybrid vehicle control method and control device - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、モータジェネレータの力行によって内燃機関のモータリングが行われることがあるハイブリッド車両の制御方法および制御装置に関する。 The present invention relates to a control method and control apparatus for a hybrid vehicle in which motoring of an internal combustion engine is sometimes performed by power running of a motor generator.
シリーズハイブリッド車両やシリーズ・パラレルハイブリッド車両あるいはパラレルハイブリッド車両など、内燃機関とモータジェネレータとを搭載したハイブリッド車両にあっては、モータジェネレータの力行によって内燃機関のモータリングが行われることがある。 In hybrid vehicles equipped with an internal combustion engine and a motor generator, such as series hybrid vehicles, series-parallel hybrid vehicles, or parallel hybrid vehicles, motoring of the internal combustion engine may be performed by power running of the motor generator.
例えば、特許文献1には、バッテリに充電余裕がない状況下で走行用モータジェネレータによる回生制動を行ったときに、内燃機関に接続されている他のモータジェネレータによって内燃機関をモータリングし、回生制動により生じた余剰の電力をこのモータリングによって消費するようにした技術が開示されている。
For example, in
上記のように内燃機関をモータリングすると、特にピストンが下降する行程において筒内が負圧化し、クランクケース内のオイルが燃焼室側にしみ出て来やすくなる。その結果、オイル消費が増え、またオイルに含まれるHCが外部へ排出される、という問題がある。 When the internal combustion engine is motored as described above, the inside of the cylinder becomes negative pressure, especially during the downward stroke of the piston, and the oil in the crankcase tends to seep out to the combustion chamber side. As a result, there is a problem that oil consumption increases and HC contained in the oil is discharged to the outside.
この発明に係るハイブリッド車両の制御は、モータジェネレータの力行によって内燃機関のモータリングが行われることがあるハイブリッド車両において、内燃機関の吸気系に電動コンプレッサを設け、モータリング時にこの電動コンプレッサを作動させて内燃機関の燃焼室に供給される吸気の圧力を高める、ものである。 The control of the hybrid vehicle according to the present invention is performed by providing an electric compressor in the intake system of the internal combustion engine in a hybrid vehicle in which motoring of the internal combustion engine is sometimes performed by power running of the motor generator, and operating the electric compressor during motoring. to increase the pressure of the intake air supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine.
この発明によれば、電動コンプレッサの作動によりモータリング中の吸気圧力が高くなり、筒内の負圧の発達が抑制される。これにより、燃焼室側へのオイルのしみ出しが少なくなる。 According to this invention, the operation of the electric compressor increases the intake pressure during motoring, thereby suppressing the development of negative pressure in the cylinder. As a result, the amount of oil seeping into the combustion chamber is reduced.
図1は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ1と、この発電用モータジェネレータ1を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関2と、主にモータとして動作して駆動輪3を駆動する走行用モータジェネレータ4と、発電した電力を一時的に蓄えるバッテリ5と、を備えて構成されている。内燃機関2が発電用モータジェネレータ1を駆動することによって得られた電力は、図示しないインバータ装置を介してバッテリ5に蓄えられる。走行用モータジェネレータ4は、バッテリ5の電力を用いて駆動制御される。走行用モータジェネレータ4の回生時の電力は、やはり図示しないインバータ装置を介してバッテリ5に蓄えられる。
FIG. 1 schematically shows the configuration of a series hybrid vehicle as an example of a hybrid vehicle to which the present invention is applied. The series hybrid vehicle includes a
モータジェネレータ1,4の動作やバッテリ5の充放電および内燃機関2の運転は、コントローラ6によって制御される。コントローラ6は、モータジェネレータ1,4を制御するモータコントローラ7や内燃機関2を制御するエンジンコントローラ8、バッテリ5を管理するバッテリコントローラ9など、互いに通信可能なように接続された複数のコントローラによって構成されている。コントローラ6には、図示しないアクセルペダルの開度や車速等の情報が入力される。またバッテリコントローラ9は、バッテリ5の電圧・電流に基づいてバッテリ5のSOCを求める。SOCが所定の下限レベルまで低下したときには、エンジンコントローラ8を介して内燃機関2が始動され、発電が行われる。すなわち、発電用モータジェネレータ1を駆動する内燃機関2は、バッテリ5のSOCやアクセルペダル開度等に応じた電力要求に基づいて、エンジンコントローラ8を介して、始動・停止される。
A
図2は、内燃機関2のシステム構成を示している。この内燃機関2は、ターボチャージャ12を備えた4ストロークサイクルの火花点火式内燃機関であって、各シリンダ13の天井壁面に、一対の吸気弁14および一対の排気弁15が配置されているとともに、これらの吸気弁14および排気弁15に囲まれた中央部に点火プラグ16が配置されている。吸気弁14の下方には、シリンダ13内へ燃料を供給する燃料噴射弁17が設けられている。点火プラグ16の点火時期および燃料噴射弁17による燃料の噴射時期ならびに噴射量はエンジンコントローラ8によって制御される。燃焼室10は、シリンダ13内を上下に摺動するピストン11によってクランクケース20内の空間から仕切られている。
FIG. 2 shows the system configuration of the
ここで、ターボチャージャ12としては、タービン12bおよびコンプレッサ12aと同軸上にモータジェネレータ部12cを有する電動アシストターボチャージャが用いられている。この電動アシストターボチャージャ12では、内燃機関2の燃焼運転の停止中であってもモータジェネレータ部12cの力行によってロータを回転させ、吸気を圧送することが可能である。つまり、一種の電動コンプレッサとして機能する。また内燃機関2の燃焼運転中は、余剰の排気エネルギを吸収するようにモータジェネレータ部12cを回生制御し、電力として回収することができる。モータジェネレータ部12cは、エンジンコントローラ8によって制御される。モータジェネレータ部12cに必要な電力は図示しないインバータ回路を介して車両走行用のバッテリ5から供給され、回生により得られた電力は同様に車両走行用のバッテリ5に蓄えられる。
Here, as the
また吸気弁14および排気弁15は、各々の開時期および閉時期を変更可能な可変バルブ機構18,19を備えている。この可変バルブ機構18,19はどのような形式のものであってもよいが、例えばクランクシャフトの位相に対してカムシャフトの位相を遅進させる形式の機構を用いることができる。さらに、開時期および閉時期に加えてバルブリフト量を変更し得る構成であってもよい。
Also, the
吸気通路21は、吸気コレクタ21aを有し、この吸気コレクタ21aよりも上流側に、エンジンコントローラ8からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ22が設けられている。スロットルバルブ22の上流側に、ターボチャージャ12のコンプレッサ12aが位置し、このコンプレッサ12aよりも上流に、吸入空気量を検出するエアフロメータ24およびエアクリーナ25が配設されている。コンプレッサ12aとスロットルバルブ22との間には、高温高圧となった吸気を冷却するために、例えば水冷式のインタークーラ26が設けられている。また、コンプレッサ12aの吐出側と吸入側とを連通するようにリサーキュレーションバルブ27が設けられている。
The
排気通路30には、ターボチャージャ12のタービン12bが位置し、その下流側に排気浄化のためのプリ触媒装置31およびメイン触媒装置32が配設されている。プリ触媒装置31はタービン12bの出口に配置されており、メイン触媒装置32は車両の床下に配置されている。排気通路30のタービン12bよりも上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ33が配置されている。タービン12bは、過給圧を制御するために過給圧に応じて排気の一部をバイパスするウェストゲートバルブ34を備えている。ウェストゲートバルブ34は、例えば、エンジンコントローラ8によって開度が制御される電動型の構成のものが用いられている。
A
また、排気通路30から吸気通路21へ排気の一部を還流する排気還流通路として、タービン12b下流側からコンプレッサ12aよりも上流側の位置に排気を還流する低圧排気還流通路35と、タービン12b上流側からコンプレッサ12aよりも下流側の位置例えば吸気コレクタ21aに排気を還流する高圧排気還流通路36と、を備えている。低圧排気還流通路35には、例えば水冷式のEGRガスクーラ37と、低圧EGRバルブ38と、が設けられている。高圧排気還流通路36には、高圧EGRバルブ39が設けられている。基本的に、過給域では低圧排気還流通路35を介して排気還流が実行され、非過給域では高圧排気還流通路36を介して排気還流が実行される。
As an exhaust gas recirculation passage for recirculating part of the exhaust gas from the
上記エンジンコントローラ8には、上記のエアフロメータ24、空燃比センサ33のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ41、冷却水温を検出する水温センサ42、過給圧を検出する過給圧センサ43、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ8は、これらの検出信号や他のコントローラ7,9からの要求に基づき、燃料噴射量および噴射時期、点火時期、スロットルバルブ22の開度、過給圧、等を最適に制御している。
In addition to the
内燃機関2は、基本的には、バッテリ5のSOCが所定の下限SOC値まで低下したときに始動され、SOCが所定レベルまで回復すると停止する。すなわち、内燃機関2が発電用モータジェネレータ1を駆動し、発電を行う。発電した電力は走行用モータジェネレータ4によって消費され、余剰の電力は、バッテリ5に蓄えられる。また、車両の減速時や降坂時には、走行用モータジェネレータ4が回生制御され、得られた電力がバッテリ5に回収される。
The
一方、発電用モータジェネレータ1に接続されている内燃機関2は、条件によって、逆に発電用モータジェネレータ1の力行によってモータリングされることがある。例えば、走行用モータジェネレータ4の回生制御に際してバッテリ5のSOCが所定の上限SOC値に達しているときには、過充電によるバッテリ5の劣化を回避するために、発電用モータジェネレータ1を用いた内燃機関2のモータリングが実行され、回生電力が消費される。なお、このようなモータリングによる電力消費は、例えば実際に回生を行っている降坂路走行中に実行できるほか、降坂路を予測して事前にバッテリ5のSOCを低下させるように降坂路到達前に実行するようにしてもよい。
On the other hand, the
このように内燃機関2を外部からモータリングすると、前述したように、特にピストン11が下降する行程においてシリンダ13内が負圧化し、クランクケース20内のオイルが燃焼室10側にしみ出て来やすくなる。その結果、オイル消費が増え、またオイルに含まれるHCが外部へ排出される、という問題がある。このような負圧の発達を抑制するために、この実施例では、発電用モータジェネレータ1により内燃機関2のモータリングを行う際に、これと並行して、ターボチャージャ12のモータジェネレータ部12cを回転駆動し、コンプレッサ12aによって吸気の圧送を行う。これにより、吸気コレクタ21a内の圧力が高くなり、ひいてはモータリング中の燃焼室10内の圧力が高くなる。従って、クランクケース20から燃焼室10側にしみ出すオイルが少なくなる。
When the
好ましい一実施例では、ピストン11の下降行程においても燃焼室10内が正圧となる程度にターボチャージャ12が駆動される。このように正圧が保たれるようにすれば、圧力差によるクランクケース20から燃焼室10側へのオイルの移動が確実に抑制される。但し、ピストン11の下降行程中に燃焼室10内が負圧となる場合であっても、ターボチャージャ12の駆動による吸気の加圧によって、クランクケース20内の圧力と燃焼室10内の圧力との圧力差が縮小するので、それだけオイルの燃焼室10側への移動が少なくなる効果が得られる。
In a preferred embodiment, the
一方、内燃機関2のモータリング時にターボチャージャ12のモータジェネレータ部12cを力行動作させることは、電力消費の上でも有利となる。つまり、発電用モータジェネレータ1の消費電力にモータジェネレータ部12cの消費電力が加わることになり、降坂路等での回生電力の消費あるいはバッテリ5のSOCの低下が促進される。
On the other hand, powering the
より厳密には、ターボチャージャ12が過給動作を行うことで内燃機関2のポンプ損失が小さくなり、内燃機関2のモータリングに必要な発電用モータジェネレータ1の消費電力は低減する。しかし、モータジェネレータ部12cの消費電力が加わることで、トータルの消費電力は相対的に大となる。
More strictly speaking, the
図3は、(a)電動アシストターボチャージャ12を用いない比較例と、(b)電動アシストターボチャージャ12による過給動作を付加する実施例と、の各々の消費電力を説明した説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating the power consumption of (a) a comparative example that does not use the
比較例(a)の場合、要求消費電力をW0、モータリング中の発電用モータジェネレータ1の消費電力をW1、とすると、W0=W1の関係がある。また、このとき、シリンダ13内の圧力P1は、「P1<0」つまり負圧となる。消費電力W1と圧力P1は、互いに相関し、スロットルバルブ22の開度制御等により消費電力W1を大とするほど圧力P1は低くなる(負圧が発達する)。換言すれば、消費電力W1を大きく得ようとすると、それだけオイル消費が増加する。
In the case of the comparative example (a), where W 0 is the required power consumption and W 1 is the power consumption of the
実施例(b)の場合、要求消費電力をW0、モータリング中の発電用モータジェネレータ1の消費電力をW2、ターボチャージャ12のモータジェネレータ部12cの消費電力をW3、とすると、W0=W2+W3の関係がある。従って、W1>W2の関係が得られる。つまり、同じ要求消費電力W0に対しては、発電用モータジェネレータ1の消費電力W2は、モータジェネレータ部12cの消費電力W3分だけ比較例(a)における消費電力W1よりも小さくなる。そして、このときのシリンダ13内の圧力P2は、比較例(a)の場合の圧力P1よりも高くなる。この圧力P2は、やはりモータリングに必要な消費電力W2に相関する。つまり、圧力P2がP1よりも高くなることで消費電力W2がW1よりも小さくなる。
In the case of the embodiment ( b ), W There is a relationship of 0 = W2 + W3 . Therefore, the relationship W 1 >W 2 is obtained. That is, for the same required power consumption W0 , the power consumption W2 of the power
このように、上記実施例では、仮に同じ要求消費電力W0を消費するものとすれば、モータジェネレータ部12cによりターボチャージャ12を駆動することで、シリンダ13内の圧力P2が高く得られることとなり、クランクケース20からのオイルのしみ出しが抑制される。
Thus, in the above embodiment, if the same required power consumption W0 is consumed, the pressure P2 in the
また、仮に、シリンダ13内の圧力が比較例と同程度であることを許容するものとすれば、トータルの消費電力(W2+W3)が比較例の消費電力W1よりも大きく得られる。このことは、例えばバッテリ5のSOCをあるレベルにまで低下させるのに必要なモータリングの時間が短くなることを意味し、結果として、モータリングに伴ってクランクケース20から燃焼室10側へ移動するオイルの量が少なくなる。
Also, if the pressure in the
モータリング中のポンプ損失(つまりモータリングに必要な消費電力W2)は、例えば、スロットルバルブ22の開度、可変バルブ機構18,19による吸気弁14や排気弁15の開閉特性(開閉時期やリフト量等)、高圧排気還流通路36における高圧EGRバルブ39の開度、等に影響を受ける。好ましい一実施例では、これらの要素の少なくとも1つを制御することで、ポンプ損失が適切に設定される。そして、これらの要素の制御とターボチャージャ12のモータジェネレータ部12cの制御と組み合わせることで、燃焼室10内の圧力を適宜に制御でき、シリンダ13内の圧力とトータルの消費電力とのバランスを最適化することが可能である。
The pump loss during motoring (that is, the power consumption W 2 required for motoring) depends on, for example, the opening of the
なお、内燃機関2が燃焼運転されている間は、電動アシストターボチャージャ12は一般的な態様で利用可能である。つまり、過給開始時や排気エネルギが不十分であるときなどにモータジェネレータ部12cの力行により過給の応答を高めることができる。排気エネルギが過剰であるときには、モータジェネレータ部12cの回生制御により、排気エネルギの回収が可能である。
Note that while the
以上、この発明をシリーズハイブリッド車両に適用した一実施例を説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、この発明は、シリーズハイブリッド形式以外のハイブリッド車両にも適用が可能であり、形式に拘わらず、モータジェネレータの力行により内燃機関のモータリングが行われ得るハイブリッド車両に広く適用できる。また、上記実施例では電動コンプレッサとして電動アシストターボチャージャを利用しているが、いかなる形式の電動コンプレッサであってもよく、比較的低圧のいわゆるブロアであってもよい。必ずしも燃焼運転時の過給に用いる過給機である必要はなく、モータリング時の圧力調整のために電動コンプレッサを備えた構成も可能である。 An embodiment in which the present invention is applied to a series hybrid vehicle has been described above, but the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible. For example, the present invention can be applied to hybrid vehicles other than the series hybrid type, and can be widely applied to hybrid vehicles in which motoring of an internal combustion engine can be performed by power running of a motor generator regardless of the type. Further, in the above embodiment, an electric assist turbocharger is used as the electric compressor, but any type of electric compressor may be used, and a relatively low-pressure so-called blower may be used. It is not always necessary to use a supercharger for supercharging during combustion operation, and it is also possible to have a configuration provided with an electric compressor for adjusting pressure during motoring.
1…発電用モータジェネレータ
2…内燃機関
4…走行用モータジェネレータ
5…バッテリ
6…コントローラ
8…エンジンコントローラ
10…燃焼室
12…ターボチャージャ
12a…コンプレッサ
12b…タービン
12c…モータジェネレータ部
18,19…可変バルブ機構
22…スロットルバルブ
39…高圧EGRバルブ
DESCRIPTION OF
Claims (7)
内燃機関の吸気系に電動コンプレッサを設け、
モータリング時にこの電動コンプレッサを作動させて内燃機関の燃焼室に供給される吸気の圧力を高める、
ハイブリッド車両の制御方法。 In a hybrid vehicle in which motoring of an internal combustion engine may be performed by power running of a motor generator,
An electric compressor is provided in the intake system of the internal combustion engine,
During motoring, the electric compressor is operated to increase the pressure of the intake air supplied to the combustion chamber of the internal combustion engine.
A control method for a hybrid vehicle.
請求項1に記載のハイブリッド車両の制御方法。 As the electric compressor, an electric assist turbocharger having a motor generator unit coaxial with the turbine and the compressor is used.
A control method for a hybrid vehicle according to claim 1.
請求項1または2に記載のハイブリッド車両の制御方法。 In order to consume surplus power from the running battery that exchanges power with both the motor generator and the electric compressor, motoring is performed by the motor generator and intake air is pressurized by the electric compressor.
A control method for a hybrid vehicle according to claim 1 or 2.
請求項1~3のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御方法。 operating the electric compressor so that the combustion chamber of the internal combustion engine has a positive pressure;
The hybrid vehicle control method according to any one of claims 1 to 3.
請求項2に記載のハイブリッド車両の制御方法。 At least one of opening/closing characteristics of an intake valve or an exhaust valve, an opening degree of a throttle valve in an intake passage, and an opening degree of an exhaust recirculation control valve in an exhaust recirculation passage that guides EGR gas from an exhaust passage upstream of the turbine to an intake passage downstream of the compressor. Combining one control and the control of the electrically assisted turbocharger to control the pressure in the combustion chamber;
A control method for a hybrid vehicle according to claim 2.
請求項1~5のいずれかに記載のハイブリッド車両の制御方法。 The motor-generator is a motor-generator for power generation driven by an internal combustion engine, and the series hybrid vehicle is driven by another motor-generator for running.
The hybrid vehicle control method according to any one of claims 1 to 5.
このモータジェネレータを発電のために駆動するとともに、このモータジェネレータの力行によってモータリングが可能な内燃機関と、
内燃機関の吸気系に設けられた電動コンプレッサと、
内燃機関のモータリング時に当該内燃機関の燃焼室に供給される吸気の圧力を高めるように上記電動コンプレッサを作動させるコントローラと、
を備えてなるハイブリッド車両の制御装置。 a motor generator used at least for power generation;
an internal combustion engine that drives the motor generator for power generation and is capable of motoring by powering the motor generator;
an electric compressor provided in an intake system of an internal combustion engine;
a controller that operates the electric compressor to increase the pressure of intake air supplied to a combustion chamber of the internal combustion engine when the internal combustion engine is motored;
A hybrid vehicle control device comprising:
Priority Applications (1)
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JP2021133735A JP2023028185A (en) | 2021-08-19 | 2021-08-19 | Hybrid vehicle control method and control device |
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