JP3409325B2 - 内燃機関の冷却制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は電動機と内燃機関の
駆動力を組み合わせて駆動輪を駆動するいわゆるハイブ
リッド車における内燃機関の冷却制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機と内燃機関を駆動輪の駆動源とし
て有し、両者を切り替えあるいは組み合わせて走行する
ハイブリッド車が実用化されている。特開平１０−２０
５３６５号公報には、こうしたハイブリッド車における
駆動制御技術が開示されている。

【０００３】この技術は、運転条件に応じて内燃機関を
駆動系から切り離し、内燃機関への燃料供給を停止する
ことにより燃費を向上させるものである。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この技術によ
れば、内燃機関のみで駆動される従来の車両と異なり、
内燃機関を頻繁に停止させることになる。したがって、
内燃機関と直結されている従来の冷却手段では、冷却手
段自体も頻繁に停止することになり、内燃機関が過熱す
るおそれがある。

【０００５】そこで、本発明は、上記問題点に鑑みて、
ハイブリッド車において十分な内燃機関冷却を行なうこ
とを可能とする内燃機関の冷却制御装置を提供すること
を課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の内燃機関の冷却制御装置は、内燃機関と、
この内燃機関に直結されたウォーターポンプと、このウ
ォーターポンプにより冷却水を循環させて内燃機関を冷
却する冷却手段と、この内燃機関により駆動される発電
機と、この発電機で発電された電力を蓄積する蓄電池
と、この蓄電池に蓄積された電力により駆動する電動機
と、前記内燃機関と前記電動機のいずれか一方若しくは
その両方の駆動力を利用して駆動輪を駆動する駆動手段
と、前記駆動手段を制御する駆動制御手段と、を備える
車両における内燃機関の冷却状態を制御する内燃機関の
冷却制御装置において、（１）駆動制御手段は、内燃機
関への燃料供給を停止して、電動機の駆動力のみを利用
して駆動輪を駆動する駆動手段を利用する場合に、内燃
機関の機関温度が所定温度より高い場合には、発電機ま
たは電動機により内燃機関を強制的に駆動することを特
徴とする。

【０００７】ハイブリッド車では、電動機の駆動力のみ
を利用する駆動状態のときは、内燃機関への燃料供給を
停止させる。本発明によれば、このような燃料供給停止
状態でも内燃機関の機関温度が所定温度より高い場合に
は、発電機によって内燃機関を強制的に駆動する。これ
により、内燃機関内部へ空気のみが供給されるので、内
部からの強制的な冷却が行われる。このときの機関回転
数を高くすれば、冷却に要する時間を短くでき、好まし
い。

【０００８】あるいは、（２）駆動制御手段は、内燃機
関の駆動力のみを利用する駆動手段若しくは内燃機関と
電動機の両方の駆動力を利用する駆動手段から電動機の
駆動力のみを利用する駆動手段に切り替えて内燃機関へ
の燃料供給を停止する運転条件を、内燃機関の機関温度
が所定温度より高い場合は、機関温度が所定温度より低
い場合よりも機関回転数または車速の低い運転条件に切
り替えることを特徴とする。

【０００９】これによれば、内燃機関の機関温度が所定
温度より高い場合は、それより低い場合よりも車速が遅
いか機関回転数の低くなる条件まで内燃機関を停止させ
ることがなくなる。そして、車速が遅いか機関回転数の
低い状態では、過熱状態の内燃機関の冷却が行われる。

【００１０】または、（３）駆動制御手段は、内燃機関
と電動機の両方の駆動力を利用した駆動手段利用時に、
内燃機関の機関温度が所定温度より高い場合は、機関温
度が所定温度より低い場合よりも高い機関回転数で内燃
機関への燃料供給を停止して電動機の駆動力のみを利用
した駆動手段へと切り替えるとともに内燃機関を強制的
に駆動することが好ましい。

【００１１】ハイブリッド車では、内燃機関への燃料供
給を停止する場合は、内燃機関を駆動系から切り離すこ
とで内燃機関が電動機の負荷となることを防止して燃費
向上を図っている。本発明では、内燃機関の機関温度が
所定温度より高い場合は、内燃機関と電動機とを駆動輪
に接続した状態で内燃機関への燃料供給を停止すること
で、内燃機関は、駆動輪とともに電動機により回転させ
られる。この結果、内燃機関内部へ空気のみが供給され
るので、内部からの強制的な冷却が行われる。

【００１２】

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して本発明
の好適な実施の形態について説明する。なお、説明の理
解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に
対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説
明は省略する。

【００１４】図１は、本発明に係る内燃機関の冷却制御
装置を組み込んだハイブリッド車の駆動系を中心とした
構成を示す概略図である。内燃機関であるガソリンエン
ジン１と、２台のモータージェネレーター（ＭＧ）２と
３とは、それぞれの出力軸が駆動制御手段たる動力分割
機構４に接続されている。この動力分割機構４には遊星
歯車機構などを用いることができる。そして、動力分割
機構４を制御することにより、エンジン１、ＭＧ２、Ｍ
Ｇ３のそれぞれの接続状態が切り替えられる。そして、
動力分割機構４の出力は減速機５を介して駆動輪６に伝
えられる。ＭＧ２とＭＧ３とはインバーター７を介して
バッテリー８に接続されている。エンジン１の出力軸は
冷却手段の一部をなすウォーターポンプ（ＷＰ）９の回
転軸に接続されている。そして、エンジン１とラジエー
ター１０との間で冷却水を循環させることによりエンジ
ン１の冷却を行なうものである。

【００１５】制御装置１１は、駆動系全体の駆動状態や
エンジン１の冷却状態等の制御を行うもので、機関回転
数を検出する機関回転数センサ１２と、エンジン冷却水
の水温を測定するエンジン水温計１３と、吸気に所定量
の燃料を供給する燃料インジェクタ１４と、吸気量を測
定するエアフローメーター１５とが接続されているほ
か、車速信号、アクセル開度信号などが入力される。制
御装置１１は、ＣＰＵを有する制御ユニットを複数組み
合わせても単独の制御ユニットにより構成してもいずれ
の構成としてもよい。

【００１６】このハイブリッド車では、主として電動機
として機能するＭＧ３とエンジン１とのそれぞれの駆動
力配分を動力分割機構４により制御して最適な運転を行
なう。例えば、エンジン１の効率が良い中負荷領域で
は、エンジン１の駆動力を機械的に駆動輪６に伝達する
運転モードが用いられる。低負荷領域では、エンジン１
の効率が低下するのでエンジン１を停止してＭＧ３の動
力のみを利用する運転モードが用いられる。高負荷領域
では、エンジン１だけではトルクが不足するのでＭＧ３
によりアシストして駆動輪６を駆動する運転モードが用
いられる。また、バッテリー８の蓄電量が不足している
ときは、エンジン１でＭＧ２を駆動して発電しつつ、Ｍ
Ｇ３により駆動輪６を駆動する運転モードが用いられ
る。

【００１７】高速走行などのエンジン１を高負荷で運転
させる運転モードが続いた後、低速走行などのエンジン
１を停止させてＭＧ３のみにより駆動する運転モードへ
と切り替わる際、通常は、制御装置１１は、燃料インジ
ェクタ１４への燃料供給を停止することによりエンジン
１への燃料供給を停止するとともに動力分割機構４を制
御して、ＭＧ３とエンジン１を切り離すことによりエン
ジン１の駆動を完全に停止させる燃料供給を停止して、
エンジン１の駆動を完全に停止させる。しかし、エンジ
ン１を停止させると、ＷＰ９の駆動が停止して冷却水の
循環が停止する。エンジン１の高負荷運転が続いていた
時は、エンジン１の内部が高温になっており、内部の熱
が閉じ込められた状態になって逃げ場を失い、エンジン
１の構成部品の温度及び循環停止状態の冷却水温が上昇
してエンジン１は過熱状態になる。こうして、エンジン
１が過熱状態になると、再加速などで再度エンジン１を
始動する際に、高温のエンジン構成部品によるプレイグ
ニッションが起こりやすくなり、ノッキングを引き起こ
す虞が高くなる。

【００１８】本発明に係る内燃機関の冷却制御装置は、
こうしたプレイグニッションを引き起こす可能性のある
エンジン１の過熱を防止するためのものであり、高負荷
運転モード後の低速走行への切り替え後におけるエンジ
ン１の冷却を制御するものである。以下、その冷却制御
を図２に示されるフローチャートを参照して説明する。

【００１９】まず、ステップＳ１１において、エンジン
１の停止条件に入っているか否かを判定する。停止条件
でなければ、そのままステップＳ１８に移行して通常運
転を続行する。例えば車速が４５ｋｍ／ｈ以下でバッテ
リー８の蓄電容量も十分な場合は、ＭＧ３のみを利用し
た運転モードに切り替えられ、エンジン１を停止させる
条件が満たされる。この場合は、ステップＳ１２に移行
する。

【００２０】ステップＳ１２においては、過去の車速、
吸入空気量から運転モード切り替え前の所定時間中、例
えば１０分間における前走行状態を推定する。前走行状
態が所定時間内で変化しているときは、その間の主たる
走行状態を推定すればよい。これは、制御装置１１にお
いて、車速信号とエアフローメーター１５の出力信号を
参照することにより推定可能である。前走行状態が例え
ばエンジン出力２０ｋＷ以上の高負荷走行であったとき
は、走行状態フラグに高負荷走行を表す値を格納する。

【００２１】ステップＳ１３では、こうして設定した走
行状態フラグを参照して、前走行状態が高負荷走行であ
ったときのみステップＳ１４に移行し、高負荷走行でな
かったときは、ステップＳ１７に移行する。

【００２２】ステップＳ１４では、本発明の冷却状態継
続を決定する停止禁止カウンタの値を参照して判定を行
なう。ここで、停止禁止カウンタの設定について図３を
参照して説明する。この処理は、エンジン１の回転が停
止されていない場合にのみ行われる。

【００２３】まず、ステップＳ２１により１秒ごとにル
ーチンをスタートさせる。ステップＳ２２では、エンジ
ン１の出力Ｐｅを参照し、２０ｋＷ以上であれば、ステ
ップＳ２３へ、２０ｋＷ未満であればステップＳ２６へ
移行する。ステップＳ２３では、停止禁止カウンタの値
に１を加算する。ステップＳ２４では、再びエンジン１
の出力Ｐｅを参照し、４０ｋＷ以上のときのみステップ
Ｓ２５へ移行して停止禁止カウンタの値にさらに２を加
算して、ルーチン処理を終了する。

【００２４】一方、エンジン１の出力Ｐｅが２０ｋＷ未
満の場合は、ステップＳ２６で停止禁止カウンタの値か
ら１を減算したあと、ステップＳ２７で再びエンジン１
の出力Ｐｅを参照し、１０ｋＷ以下の場合のみステップ
Ｓ２８で停止禁止カウンタの値から３をさらに減算した
後、ステップＳ２９へ移行して、フューエルカット中で
あるかを判定する。フューエルカット中の場合はステッ
プＳ３０へと移行し、停止禁止カウンタの値からさらに
５を減算する。ステップＳ３１においては、停止禁止カ
ウンタの値を参照して値が負か否かを参照する。負の場
合は、ステップＳ３２へ移行してカウンタ値をリセッ
ト、つまり０に設定し処理を終了する。

【００２５】この処理により、停止禁止カウンタには、
エンジン１が高負荷状態で長時間運転されているときほ
ど大きな値が保持され、低負荷状態が続いているときや
フューエルカット状態、つまりエンジン１がモータリン
グされている状態が続くと保持されている値は減算され
て小さくなることになる。

【００２６】図２のステップＳ１４の説明に戻ると、停
止禁止カウンタの値が所定値以上であるときは、エンジ
ン１が長時間高負荷状態で運転されていたと判定し、ス
テップＳ１５に移行し、所定値未満のときはエンジン１
は低負荷状態あるいはモータリング状態で運転されてい
たと判定し、ステップＳ１７に移行する。

【００２７】ステップＳ１５においては、エンジン水温
計１３で検出したエンジン水温を参照して、所定値、例
えば９０℃以上か否かを判定する。所定値以上の場合
は、エンジン１が過熱状態に陥る可能性があると判定し
て、ステップＳ１６へと進行し、所定値未満の場合は、
エンジン１が過熱状態に陥る可能性は少ないと判定して
ステップＳ１７へと分岐する。

【００２８】ステップＳ１６では、冷却運転を実行す
る。すなわち、エンジン１の停止を禁止、すなわちエン
ジン１の停止条件であっても強制的にエンジン１を回転
させ続ける。このとき、燃料インジェクター１４への燃
料供給を継続して、エンジン１の運転を続けても、燃料
インジェクター１４への燃料供給を停止して、エンジン
１をＭＧ２あるいはＭＧ３により強制的に回転させても
いずれを用いてもよい。

【００２９】前者のエンジン１の運転を継続した場合
は、エンジン１の回転数が低い領域、あるいは、車両の
車速が低い領域までエンジン１による駆動輪６の駆動が
継続されることになる。この場合、図３に示される停止
禁止カウンタの設定ルーチンにおいて、ステップＳ２２
からステップＳ２６、Ｓ２７を経て、場合によってはス
テップＳ２８を通過することにより停止禁止カウンタの
値は減算されていく。この間、エンジン１は低負荷領域
で運転されており、エンジン１に接続されたＷＰ９も運
転されているのでエンジン１は冷却され、エンジン水温
は低下していく。

【００３０】後者の燃料供給を停止した場合は、図３に
示される停止禁止カウンタの設定ルーチンにおいて、ス
テップＳ２２からステップＳ２６〜Ｓ３０を経て停止禁
止カウンタの値は減算されていく。この間、エンジン１
は燃料の供給なしで回転させられるので、吸気によって
内部から強制冷却される。さらに、エンジン１に接続さ
れたＷＰ９も運転されているのでエンジン１の冷却が促
進され、エンジン水温も低下していく。

【００３１】いずれの場合でも、カウンタ値がステップ
Ｓ１４で比較される所定値未満になるとステップＳ１７
へと移行してエンジン１は停止させられる。また、カウ
ンタ値がステップＳ１４で比較される所定値以上であっ
てもエンジン１が冷却されてエンジン水温が十分に低下
すると、ステップＳ１５からステップＳ１７へと移行し
てエンジン１は停止させられる。また、高負荷走行が続
いていなかった場合もステップＳ１３からステップＳ１
７へと移行してエンジン１は停止させられる。

【００３２】このようにしてエンジン１を十分に冷却す
ることができるので、再始動時に過熱によるプレイグニ
ッションが発生することがなく、ノッキングのない安定
した再始動が可能となる。

【００３３】本発明に係る冷却制御装置の冷却制御の他
の実施形態について図４を参照して以下に説明する。図
４は、この冷却制御のフローチャートである。

【００３４】ステップＳ４１では、まずエンジン水温計
１３で測定されたエンジン水温を評価する。測定された
エンジン水温が所定値未満であれば、エンジン１が過熱
状態に陥る可能性はないと判定し、ステップＳ４７へと
移行する。ステップＳ４７では、エンジン停止条件を満
たしているかを判定するが、このときの判定条件は、例
えば上述の図２におけるステップＳ１１と同じ条件であ
る。停止条件が満たされていない時は、ステップＳ４９
へと進行してエンジン１は通常運転を続行する。停止条
件が満たされたときは、ステップＳ４８へと移行して、
エンジン１への燃料供給を停止するとともに、動力分割
機構４はエンジン１を駆動輪６と切り離してエンジン１
の回転を停止させる。

【００３５】測定されたエンジン水温が所定値以上であ
れば、エンジン１が過熱状態に陥る可能性があると判定
し、ステップＳ４２へと移行するステップＳ４２では、
エンジン停止条件を満たしているかを判定するが、この
ときの判定条件はステップＳ４７での判定条件に比べて
車速が速いかあるいはエンジン１の機関回転数が高い条
件でエンジン１を停止させる条件である。このエンジン
停止条件を満たさない時は、ステップＳ４９へと移行し
てエンジン１の通常運転を続行する。

【００３６】エンジン停止条件を満たす時には、ステッ
プＳ４３へと移行する。ステップＳ４３からステップＳ
４５は、それぞれ上述の図２のステップＳ１２からステ
ップＳ１４にそれぞれ対応している。そして、ステップ
Ｓ４４、Ｓ４５の判定条件をともに満たす場合は、ステ
ップＳ４６に移行してエンジン冷却運転を行い、いずれ
かを満たさない場合にはステップＳ４８へと移行して上
述のようにエンジン１を停止させる。

【００３７】エンジン冷却運転は、例えば、エンジン１
への燃料供給をカットして、エンジン１をＭＧ２あるい
はＭＧ３により強制的に回転させることにより行なう。
このとき、通常は、燃料供給が停止される条件よりも機
関回転数の高い状態、あるいは車速の速い状態でエンジ
ン１への燃料供給がカットされることになる。本冷却制
御によってもエンジン１を十分に冷却することができる
ので、再始動時に過熱によるプレイグニッションが発生
することがなく、ノッキングのない安定した再始動が可
能となる。

【００３８】本発明の冷却制御装置によるエンジンの冷
却制御は以上の実施形態に限られるものではなく、種々
の変形、改良が可能である。例えば、内燃機関として
は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、ＣＮＣエ
ンジンなどから適宜選択することができる。また、内燃
機関とＭＧとの配置は、シリーズ方式、パラレル方式又
は両者の組み合わせなどを適用することが可能である。
エンジンを強制駆動するＭＧは、発電機、電動機のいず
れであってもよい。

【００３９】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
ハイブリッド車においてエンジンの高負荷運転が続いた
後には、通常エンジンを停止させる走行条件でもエンジ
ンを強制的に回転させる冷却運転を継続することによ
り、エンジンを強制冷却するので、エンジンが過熱状態
に陥ることがなく、再始動時のプレイグニッションが抑
制され、ノッキングのない安定した再始動が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る冷却制御装置を搭載したハイブリ
ッド車の主要部分の構成を示す概略図である。

【図２】本発明に係る冷却制御装置の冷却制御のフロー
チャートである。

【図３】図２における停止禁止カウンタの設定を示すフ
ローチャートである。

【図４】本発明に係る冷却制御装置の別の冷却制御のフ
ローチャートである。

【符号の説明】

１…エンジン、２、３…モータージェネレーター（Ｍ
Ｇ）、４…動力分割機構、５…減速機、６…駆動輪、７
…インバータ、８…バッテリー、９…ウォーターポンプ
（ＷＰ）、１０…ラジエーター、１１…制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ Ｂ６０Ｋ 11/00 Ｂ６０Ｋ 11/00 Ｆ０１Ｐ 3/12 Ｆ０１Ｐ 3/12 5/12 5/12 Ｅ 7/16 7/16 Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｆ０２Ｄ 29/06 Ｄ (72)発明者 井上 敏夫 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 草田 正樹 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 西垣 隆弘 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 小島 正清 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (56)参考文献 特開 平８−168103（ＪＰ，Ａ) 特開 昭58−126435（ＪＰ，Ａ) 特開 昭56−145702（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B60K 6/02 - 6/04 B60L 11/02 - 11/14 F02D 29/02 - 29/06 F01P 1/00 - 7/16

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関と、該内燃機関に直結されたウ
   ォーターポンプと、該ウォーターポンプにより冷却水を
   循環させて前記内燃機関を冷却する冷却手段と、前記内
   燃機関により駆動される発電機と、該発電機で発電され
   た電力を蓄積する蓄電池と、該蓄電池に蓄積された電力
   により駆動する電動機と、前記内燃機関と前記電動機の
   いずれか一方若しくはその両方の駆動力を利用して駆動
   輪を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動
   制御手段と、を備える車両における内燃機関の冷却状態
   を制御する内燃機関の冷却制御装置において、前記駆動制御手段は、前記内燃機関への燃料供給を停止
   して、 前記電動機の駆動力のみを利用して駆動輪を駆動
   する駆動手段を利用する場合に、前記内燃機関の機関温
   度が所定温度より高い場合には、前記発電機または前記
   電動機により前記内燃機関を強制的に駆動することを特
   徴とする内燃機関の冷却制御装置。
2. 【請求項２】 内燃機関と、該内燃機関に直結されたウ
   ォーターポンプと、該ウォーターポンプにより冷却水を
   循環させて前記内燃機関を冷却する冷却手段と、前記内
   燃機関により駆動される発電機と、該発電機で発電され
   た電力を蓄積する蓄電池と、該蓄電池に蓄積された電力
   により駆動する電動機と、前記内燃機関と前記電動機の
   いずれか一方若しくはその両方の駆動力を利用して駆動
   輪を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆動
   制御手段と、を備える車両における内燃機関の冷却状態
   を制御する内燃機関の冷却制御装置において、 前記駆動制御手段は、該内燃機関の駆動力のみを利用す
   る駆動手段若しくは前記内燃機関と前記電動機の両方の
   駆動力を利用する駆動手段から前記電動機の駆動力のみ
   を利用する駆動手段に切り替えて内燃機関への燃料供給
   を停止する運転条件を、前記内燃機関の機関温度が所定
   温度より高い場合は、前記機関温度が前記所定温度より
   低い場合よりも機関回転数または車速の低い運転条件に
   切り替えることを特徴とする内燃機関の冷却制御装置。
3. 【請求項３】 内燃機関と、前記内燃機関に直結された
   ウォーターポンプと、該ウォーターポンプにより冷却水
   を循環させて前記内燃機関を冷却する冷却手段と、前記
   内燃機関により駆動される発電機と、該発電機で発電さ
   れた電力を蓄積する蓄電池と、該蓄電池に蓄積された電
   力により駆動する電動機と、前記内燃 機関と前記電動機
   のいずれか一方若しくはその両方の駆動力を利用して駆
   動輪を駆動する駆動手段と、前記駆動手段を制御する駆
   動制御手段と、を備える車両における内燃機関の冷却状
   態を制御する内燃機関の冷却制御装置において、 前記駆動制御手段は、前記内燃機関と前記電動機の両方
   の駆動力を利用した駆動手段利用時に、前記内燃機関の
   機関温度が所定温度より高い場合は、前記機関温度が前
   記所定温度より低い場合よりも高い機関回転数で前記内
   燃機関への燃料供給を停止して前記電動機の駆動力のみ
   を利用した駆動手段へと切り替えるとともに前記内燃機
   関を強制的に駆動することを特徴とする内燃機関の冷却
   制御装置。