JP2023106898A - ハイブリッド車両 - Google Patents

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真裕 野口
Masahiro Noguchi
智洋 中野
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Abstract

【課題】点火プラグの耐久性を確保したハイブリッド車両を提供することを課題とする。【解決手段】気筒、及び前記気筒に設けられた点火プラグ、を有した走行用動力源であるエンジンと、走行用動力源であるモータと、前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチと、前記エンジンの始動要求がある場合に前記モータにより前記クラッチを介して前記エンジンをクランキングしつつ前記点火プラグを通電して前記エンジンの燃焼を開始する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記エンジンのクランキング中での前記点火プラグの通電時間を計測する計測部と、前記通電時間が所定の第1の時間以上となった通電回数である長期通電回数をカウントするカウント部と、前記長期通電回数が増大するほど、前記モータに要求される前記エンジンのクランキングに必要なクランキングトルクを増大するように補正する補正部と、を備えたハイブリッド車両。【選択図】図4

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関する。
走行用動力源であるエンジン及びモータを備え、モータによりエンジンをクランキングしてエンジンを始動するハイブリッド車両が知られている(例えば特許文献1参照)。
特開2016-175544号公報
クランキングトルクが不足してクランキング中でのエンジン回転数が低下すると、点火プラグの通電時間は所定のクランク角区間に対応付けられているため、点火プラグの通電時間が長期化する。このような点火プラグへの長時間の通電が繰り返されると、点火プラグの耐久性が低下するおそれがある。
そこで本発明は、点火プラグの耐久性を確保したハイブリッド車両を提供することを目的とする。
上記目的は、気筒、及び前記気筒に設けられた点火プラグ、を有した走行用動力源であるエンジンと、走行用動力源であるモータと、前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチと、前記エンジンの始動要求がある場合に前記モータにより前記クラッチを介して前記エンジンをクランキングしつつ前記点火プラグを通電して前記エンジンの燃焼を開始する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記エンジンのクランキング中での前記点火プラグの通電時間を計測する計測部と、前記通電時間が所定の第1の時間以上となった通電回数である長期通電回数をカウントするカウント部と、前記長期通電回数が増大するほど、前記モータに要求される前記エンジンのクランキングに必要なクランキングトルクを増大するように補正する補正部と、を備えたハイブリッド車両によって達成できる。
前記カウント部は、前記通電時間が前記第1の時間よりも短い第2の時間以下となった通電回数である短期通電回数をカウントし、前記短期通電回数が所定回数以上となると前記長期通電回数を減少させてもよい。
前記カウント部は、前記長期通電回数が所定回数毎にカウントされるたびに前記短期通電回数をリセットしてもよい。
前記エンジンは、複数の前記気筒と、複数の前記気筒にそれぞれ設けられた複数の前記点火プラグと、を備え、前記計測部は、複数の前記点火プラグ毎の通電時間を計測し、前記カウント部は、複数の前記点火プラグ毎に前記長期通電回数をカウントし、前記補正部は、複数の前記点火プラグ毎の前記長期通電回数のうち最大値に基づいて前記クランキングトルクを補正してもよい。
前記エンジンは、複数の前記気筒と、複数の前記気筒にそれぞれ設けられた複数の前記点火プラグと、を備え、前記計測部は、複数の前記点火プラグ毎の通電時間を計測し、前記カウント部は、複数の前記点火プラグ毎に前記長期通電回数をカウントし、前記補正部は、前記エンジンのクランキング中に最初に燃焼が開始される予定の前記気筒の前記点火プラグの前記長期通電回数に基づいて前記クランキングトルクを補正してもよい。
本発明によれば、点火プラグの耐久性を確保したハイブリッド車両を提供できる。
図1は、ハイブリッド車両の概略構成図である。 図2は、エンジンの概略構成図である。 図3は、カウンタ値LC及びSCの算出制御の一例を示したフローチャートである。 図4は、クランキングトルク補正制御の一例を示したフローチャートである。 図5は、カウンタ値LCとクランキングトルクの増大補正量との関係を規定したマップである。 図6は、クランキングトルク補正制御の変形例を示したフローチャートである。
[ハイブリッド車両の概略構成]
図1は、ハイブリッド車両1の概略構成図である。ハイブリッド車両1には、エンジン10から駆動輪13までの動力伝達経路に、K0クラッチ14、モータ15、トルクコンバータ18、及び変速機19が順に設けられている。エンジン10及びモータ15はハイブリッド車両1の走行用動力源として搭載されている。エンジン10は、例えばV型6気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、直列型のガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。K0クラッチ14、モータ15、トルクコンバータ18、及び変速機19は、変速ユニット11内に設けられている。変速ユニット11と左右の駆動輪13とは、ディファレンシャル12を介して駆動連結されている。
K0クラッチ14は、同動力伝達経路上のエンジン10とモータ15との間に設けられている。K0クラッチ14は、解放状態から油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン10とモータ15との動力伝達を接続する。K0クラッチ14は、油圧供給の停止に応じて解放状態となって、エンジン10とモータ15との動力伝達を遮断する。係合状態とは、K0クラッチ14の両係合要素が連結しエンジン10とモータ15が同じ回転数となっている状態である。解放状態とは、K0クラッチ14の両係合要素が離れた状態である。
モータ15は、インバータ17を介してバッテリ16に接続されている。モータ15は、バッテリ16からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能し、更にエンジン10や駆動輪13からの動力伝達に応じてバッテリ16に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ15とバッテリ16との間で授受される電力は、インバータ17により調整されている。
インバータ17は、後述するECU100によって制御され、バッテリ16からの直流電圧を交流電圧に変換し、またはモータ15からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ15がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ17はバッテリ16の直流電圧を交流電圧に変換してモータ15に供給される電力を調整する。モータ15が発電する回生運転の場合、インバータ17はモータ15からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ16に供給される電力を調整する。
トルクコンバータ18は、トルク増幅機能を有した流体継ぎ手である。変速機19は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機であるが、これに限定されず無段式の自動変速機であってもよい。変速機19は、動力伝達経路上のモータ15と駆動輪13の間に設けられている。トルクコンバータ18を介して、モータ15と変速機19とが連結されている。トルクコンバータ18には、油圧の供給を受けて係合状態となってモータ15と変速機19とを直結するロックアップクラッチ20が設けられている。
変速ユニット11には、更にオイルポンプ21と油圧制御機構22とが設けられている。オイルポンプ21で発生した油圧は、油圧制御機構22を介して、K0クラッチ14、トルクコンバータ18、変速機19、及びロックアップクラッチ20にそれぞれ供給されている。油圧制御機構22には、K0クラッチ14、トルクコンバータ18、変速機19、及びロックアップクラッチ20のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。尚、トルクコンバータ18の代わりに湿式クラッチが設けられていてもよい。
ハイブリッド車両1には、同ハイブリッド車両としてのECU(Electronic Control Unit)100が設けられている。ECU100は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ECU100はハイブリッド車両の一例であり、詳しくは後述する計測部、カウント部、及び補正部を機能的に実現する。
ECU100は、エンジン10及びモータ15の駆動を制御する。具体的にはECU100は、エンジン10のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン10のトルクや回転数を制御する。ECU100は、インバータ17を制御してモータ15とバッテリ16との間での電力の授受量を調整することで、モータ15の回転数やトルクを制御する。またECU100は、油圧制御機構22の制御を通じて、K0クラッチ14やロックアップクラッチ20、変速機19の駆動制御を行う。
ECU100には、イグニッションスイッチ71、クランク角センサ72、モータ回転数センサ73、アクセル開度センサ74、エアフローメータ75、圧力センサ76、及び水温センサ77からの信号が入力される。クランク角センサ72は、エンジン10のクランクシャフトの回転速度を検出する。モータ回転数センサ73は、モータ15の出力軸の回転速度を検出する。アクセル開度センサ74は、運転者のアクセルペダルの踏込量であるアクセルペダル開度を検出する。エアフローメータ75は、エンジン10の吸入空気量を検出する。圧力センサ76は、後述するスロットル弁40よりも下流側の吸気通路35内の圧力を検出する。水温センサ77は、エンジン10の冷却水の温度を検出する。
ECU100は、モータモード及びハイブリッドモードの何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。モータモードでは、ECU100はK0クラッチ14を解放し、モータ15の動力により走行する。ハイブリッドモードでは、ECU100はK0クラッチ14を係合状態に切り替えて少なくともエンジン10の動力により走行する。尚、ハイブリッドモードには、エンジン10のみの動力で走行するモードや、モータ15を力行運転させてエンジン10及びモータ15の双方を動力源として走行するモードを含む。
走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ16の充電状態などに基づいて行われる。例えば、要求駆動力が比較的小さくバッテリ16の蓄電量を示すSOC(State Of Charge)が比較的高い場合には、燃費を向上させるためにエンジン10を停止したモータモードが選択される。要求駆動力が比較的大きい場合やバッテリ16のSOCが比較的低い場合には、エンジン10が駆動したハイブリッドモードが選択される。
ECU100は、所定の停止条件が成立した場合にエンジン10を自動停止させ、所定の再始動条件が成立した場合に自動停止したエンジン10を再始動させる間欠運転制御を実行する。例えばECU100は、ハイブリッドモードにおいてアクセル開度がゼロになった場合に、自動停止条件が成立したものとしてエンジン10を自動停止させる。また、ECU100は、例えばアクセル開度がゼロよりも大きくなった場合に、再始動条件が成立したものとしてエンジン10を自動で再始動させる。自動停止の際には、ECU100はK0クラッチ14を解放して燃焼を停止する。自動再始動の際には、ECU100はK0クラッチ14を介してモータ15によりエンジン10をクランキングして燃焼を開始し、その後にK0クラッチ14を係合させる。
[エンジンの概略構成]
図2は、エンジン10の概略構成図である。エンジン10は、気筒30、ピストン31、コネクティングロッド32、クランク軸33、吸気通路35、吸気弁36、排気通路37、及び排気弁38を有している。図2には、エンジン10が有する複数の気筒30のうちの一つのみが表示されている。気筒30では混合気の燃焼が行われる。ピストン31は、各気筒30に往復動可能に収容され、エンジン10の出力軸であるクランク軸33にコネクティングロッド32を介して連結されている。コネクティングロッド32は、ピストン31の往復運動をクランク軸33の回転運動に変換する。
吸気通路35は、各気筒30の吸気ポートに吸気弁36を介して接続されている。排気通路37は、各気筒30の排気ポートに排気弁38を介して接続されている。吸気通路35には、エアフローメータ75、圧力センサ76、及び吸入空気量を調整するスロットル弁40が設けられている。排気通路37には排気浄化用の触媒43が設けられている。
気筒30には筒内噴射弁41が設けられている。筒内噴射弁41は気筒30内に直接燃料を噴射する。尚、筒内噴射弁41の代わりに、又は筒内噴射弁41に加えて、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよい。各気筒30には、吸気通路35を通じて導入された吸気と筒内噴射弁41が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火プラグ42が設けられている。
上述したようにエンジン10の始動要求がある場合には、モータ15によりK0クラッチ14を介してエンジン10をクランキングしつつ点火プラグ42を通電してエンジン10での燃焼を開始する。ここで、点火プラグ42の通電時間は、所定のクランク角区間に対応付けられている。例えば、圧縮上死点を含む所定のクランク角区間(例えば30°CA)で点火プラグ42は常時通電される。従って、例えばクランキングトルクが不足してクランキング中でのエンジン回転数が低下すると、点火プラグ42の通電時間が長期化する。このような長時間の通電が繰り返されると、点火プラグ42の耐久性が低下するおそれがある。従って本実施例のECU100は、以下のような制御を実行する。
[カウンタ値LC及びSCの算出制御]
ECU100は、点火プラグ42の長期通電の回数を示すカウンタ値LC、及び短期通電の回数を示すカウンタ値SCの算出制御を実行する。図3は、カウンタ値LC及びSCの算出制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの場合に実行される。尚、本制御は複数の気筒30のそれぞれに設けられた点火プラグ42毎にカウンタ値LC及びSCの算出が行われる。ECU100は、エンジン10のクランキング中での点火プラグ42の通電時間を計測する(ステップS1)。クランキング中とは、モータ15によりK0クラッチ14を介してエンジン10のクランキングが開始されてから、エンジン10での燃焼が開始してK0クラッチ14が係合するまでの間での、1燃焼サイクルでの点火プラグ42の通電時間である。ステップS1は計測部が実行する処理の一例である。
次にECU100は計測された通電時間が第1の時間以上である長期通電であるか否かを判定する(ステップS2)。第1の時間は、繰り返し通電されることにより点火プラグ42の耐久性が低下する可能性がある最小時間である。ステップS2でYesの場合には、ECU100はカウンタ値LCに「1」を加算するとともに、カウンタ値SCを「0」にリセットする(ステップS3)。ステップS3は、カウント部が実行する処理の一例である。
ステップS2でNoの場合には、ECU100は計測された通電時間が第2の時間よりも短い短期通電であるか否かを判定する(ステップS4)。第2の時間は、第1の時間よりも短い時間に設定されている。第2の時間は、詳しくは後述するが一旦増大されたクランキングトルクを低下させても点火プラグ42の耐久性に影響を及ぼすおそれがない最大時間である。ステップS4でNoの場合には、本制御を終了する。
ステップS4でYesの場合には、ECU100はカウンタ値SCに「1」を加算する(ステップS5)。次にECU100はカウンタ値SCが所定値α以上であるか否かを判定する(ステップS6)。所定値αは、1よりも大きい値に設定されている。ステップS6でYesの場合にはカウンタ値LCから「1」を減算するとともに、カウンタ値SCを「0」にリセットする(ステップS7)。ステップS6でNoの場合には、本制御を終了する。
[クランキングトルク補正制御]
図4は、クランキングトルク補正制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンであってエンジン10の運転停止中に繰り返し実行されるが、これに限定されず、エンジン10の始動要求がある場合にのみ実行してもよい。ECU100は気筒毎に算出されたカウンタ値LCのうちの最大値を取得する(ステップS11)。次にECU100は最大値であるカウンタ値LCに基づいてクランキングトルクを補正する(ステップS12)。
図5は、カウンタ値LCとクランキングトルクの増大補正量との関係を規定したマップである。図5では横軸がカウンタ値LCを示し、縦軸は増大補正量を示す。図5に示すように、カウンタ値LCが増大するほど増大補正量も増大する。ECU100は、図5のマップを参照してクランキングトルクの増大補正量を算出し、この増大補正量を後述する基本クランキングトルクに加算することによりクランキングトルクを補正する。ECU100は、エンジン10の始動要求があった場合に、このように補正されたクランキングトルクをモータ15から出力させて、K0クラッチ14を介してエンジン10をクランキングする。ステップS12は、補正部が実行する処理の一例である。
基本クランキングトルクは、予め実験により得られたエンジン10を適切にクランキングすることができるトルクであり、例えばエンジン10の停止位置に応じて変動する変動値であってもよいし、所定の固定値であってもよい。従って、基本クランキングトルクは、点火プラグ42の耐久性に影響を与えることなくエンジン10をクランキングできるトルクに設定されている。しかしながら、エンジン10の個体差やK0クラッチ14の個体差、エンジン10の経年変化、その他環境条件等により、基本クランキングトルクだけでは必要十分なトルクに対して不足するおそれがある。このため、上述したように基本クランキングトルクに増大補正量を加算することにより、クランキングトルクを補正する。
尚、図5の例では、カウンタ値LCが増大するにつれて増大補正量が直線状に増大するが、これに限定されず、曲線状に増大してもよいし、段階的に増大してもよい。また、増大補正量はカウンタ値LCを引数とする演算式により算出してもよい。また、カウンタ値LCが増大するにつれてクランキングトルクが増大するように補正されるのであれば、例えばカウンタ値LCが増大するにつれて1以上である補正係数を増大させ、この補正係数を基本クランキングトルクに乗算することによりクランキングトルクを補正してもよい。
このようにカウンタ値LCが増大するにつれてクランキングトルクが増大するように補正される。クランキングトルクが増大することにより、クランキング中のエンジン回転数が増大するため、点火プラグ42の通電時間の長期化が抑制される。これにより点火プラグ42の耐久性を確保することができる。
また、上述したように点火プラグ42毎のカウンタ値LCのうちの最大値を用いてクランキングトルクが補正される(ステップS11及びS12)。これにより、最も耐久性が低下しやすいと考えられる点火プラグ42に対応させてクランキングトルクを増大させることができる。これによっても点火プラグ42の耐久性が確保されている。
ステップS2及びS4の何れでもNoの場合には、カウンタ値LCは加算も減算もされずに、クランキングトルクは現状値に維持される。この場合、点火プラグ42の長期通電を回避できるクランキングトルクに設定されており、これにより点火プラグ42の耐久性を確保しつつ、クランキングトルクの不要な増大をも抑制できる。ここで、モータモードでの走行中でのエンジン10の始動性を確保するために、モータ15が出力可能なトルクのうちクランキングトルク分の余剰トルクを常時確保しつつモータ15により走行する必要がある。従って、クランキングトルクが必要以上に大きいと、結果的にモータモードでの走行領域が縮小して燃費が悪化するおそれがある。上述したようにステップS2及びS4の何れでもNoの場合にはクランキングトルクは現状値に維持されるため、モータモードでの走行領域を確保し、燃費の悪化を抑制することができる。
また、上述したようにカウンタ値SCが所定値α以上でカウンタ値LCが「1」減算される(ステップS6及びS7)。これにより、上述した増大補正量が低下し、補正により一旦増大したクランキングトルクを低下させることができる。例えば、長期通電回数が増大してクランキングトルクが増大した車両をメンテナンスすることにより短期通電回数が増大した場合、一旦増大したクランキングトルクを低下させることができる。これによっても、モータモードの走行領域を確保して燃費の悪化を抑制することができる。
また、所定値αを長期通電と判定された場合のカウンタ値LCの加算値である「1」よりも大きい値である。これにより、長期通電回数の増大に対するクランキングトルクの増大率の大きさよりも、短期通電回数の増大に対するクランキングトルクの低下率の大きさの方が小さい。これにより、一旦増大させたクランキングトルクの低下を慎重に行うことができ、点火プラグ42の耐久性を確保することができる。
また、上述したように長期通電の回数がカウントされるたびにカウンタ値SCがリセットされる(ステップS2及びS3)。これによっても、クランキングトルクの低下を慎重に行うことができ、点火プラグ42の耐久性の確保が優先される。
ステップS3、S5、及びS7では各カウンタ値への加算値や減算値は同じであるがこれに限定されず、一部又は全てが異なっていてもよい。
また、ステップS2でYesの場合に、カウンタ値LCに「1」が加算されカウンタ値SCがリセットされるが(ステップS3)がこれに限定されない。例えば、ステップS2でYesの場合にカウンタ値LCに「1」が加算されるが、カウンタ値LCが1よりも大きい所定値となるたびに、カウンタ値SCをリセットしてもよい。
次にクランキングトルク補正制御の変形例について説明する。図6は、クランキングトルク補正制御の変形例を示したフローチャートである。ECU100は、最初に燃焼が開始される予定の気筒(以下、初爆気筒と称する)のカウンタ値LCを取得する(ステップS11a)。例えば、初爆気筒が圧縮行程でピストン31が停止している気筒30である場合には、ECU100はエンジン10の停止位置でのクランク角からこの気筒30を把握し、この気筒30のカウンタ値LCを取得する。
次にECU100は、このカウンタ値LCに基づいてクランキングトルクを補正する(ステップS12a)。エンジン10のクランキング中では、初爆気筒の点火プラグ42の通電時でのエンジン回転数は、他の気筒の点火プラグ42の通電時でのエンジン回転数よりも低く、初爆気筒での点火プラグ42の通電時間が他の気筒の点火プラグ42よりも長くなる。このような通電時間が最長となる初爆気筒でのカウンタ値LCに対応させてクランキングトルクを補正することにより、点火プラグ42の耐久性を確保することができる。
上記実施例では、単一のECU100によりハイブリッド車両を制御する場合を例示したが、これに限定されず、例えばエンジン10を制御するエンジンECU、モータ15を制御するモータECU、K0クラッチ14を制御するクラッチECU等の複数のECUによって、上述した制御を実行してもよい。
以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
1 ハイブリッド車両
10 エンジン
14 K0クラッチ(クラッチ)
15 モータ
30 気筒
42 点火プラグ
100 ECU(計測部、カウント部、補正部)

Claims (5)

  1. 気筒、及び前記気筒に設けられた点火プラグ、を有した走行用動力源であるエンジンと、
    走行用動力源であるモータと、
    前記エンジンと前記モータとの間に設けられたクラッチと、
    前記エンジンの始動要求がある場合に前記モータにより前記クラッチを介して前記エンジンをクランキングしつつ前記点火プラグを通電して前記エンジンの燃焼を開始する制御装置と、を備え、
    前記制御装置は、
    前記エンジンのクランキング中での前記点火プラグの通電時間を計測する計測部と、
    前記通電時間が所定の第1の時間以上となった通電回数である長期通電回数をカウントするカウント部と、
    前記長期通電回数が増大するほど、前記モータに要求される前記エンジンのクランキングに必要なクランキングトルクを増大するように補正する補正部と、を備えたハイブリッド車両。
  2. 前記カウント部は、前記通電時間が前記第1の時間よりも短い第2の時間以下となった通電回数である短期通電回数をカウントし、前記短期通電回数が所定回数以上となると前記長期通電回数を減少させる、請求項1のハイブリッド車両。
  3. 前記カウント部は、前記長期通電回数が所定回数毎にカウントされるたびに前記短期通電回数をリセットする、請求項2のハイブリッド車両。
  4. 前記エンジンは、複数の前記気筒と、複数の前記気筒にそれぞれ設けられた複数の前記点火プラグと、を備え、
    前記計測部は、複数の前記点火プラグ毎の通電時間を計測し、
    前記カウント部は、複数の前記点火プラグ毎に前記長期通電回数をカウントし、
    前記補正部は、複数の前記点火プラグ毎の前記長期通電回数のうち最大値に基づいて前記クランキングトルクを補正する、請求項1乃至3の何れかのハイブリッド車両。
  5. 前記エンジンは、複数の前記気筒と、複数の前記気筒にそれぞれ設けられた複数の前記点火プラグと、を備え、
    前記計測部は、複数の前記点火プラグ毎の通電時間を計測し、
    前記カウント部は、複数の前記点火プラグ毎に前記長期通電回数をカウントし、
    前記補正部は、前記エンジンのクランキング中に最初に燃焼が開始される予定の前記気筒の前記点火プラグの前記長期通電回数に基づいて前記クランキングトルクを補正する、請求項1乃至3の何れかのハイブリッド車両。
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