JP3912314B2 - ハイブリッド車の燃焼制御システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車の燃焼制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排気中のＮＯxを低減する技術が知られている。例えば、煤の発生量を増大させていき煤の発生量がピークとなる量よりも燃焼室内の既燃ガス量を多くして、燃焼温度を低下させＮＯxの発生を抑制する低温燃焼が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、排気中の酸化触媒が活性状態となった後に低温燃焼を開始する技術（例えば、特許文献２参照）、暖機運転時に前記低温燃焼を行う技術（例えば、特許文献３参照）、高回転領域では前記低温燃焼を禁止する技術（例えば、特許文献４参照）、通常燃焼と低温燃焼とを切り替える場合には、燃料噴射時期を圧縮上死点後まで遅延させる技術（例えば、特許文献５参照）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１１６８７６号公報（第４−９頁）
【特許文献２】
特許第３０９４９７４号公報（第４−１４頁）
【特許文献３】
特開２０００−１３０２１８号公報（第３−１０頁）
【特許文献４】
特開２０００−１３０２６７号公報（第４−１０頁）
【特許文献５】
特許第３０９２６０４号公報（第４−１１頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記低温燃焼は、酸素濃度が低い状態で燃料の燃焼が行われるため、低負荷領域では、燃焼状態が不安定となることがある。また、負荷が高くなると、失火によるトルク変動や煤等が発生する虞もある。また、燃焼速度が遅くなるため機関回転数が高い場合には、失火が発生する虞がある。このように、低温燃焼を安定して行うことができる内燃機関の運転条件は限られている。そして、燃焼状態が不安定となる、若しくはトルク変動や煤等が発生する条件は、内燃機関の水温、外気温度、既燃ガス温度、気圧、燃料等の状態によって異なる。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、安定して低温燃焼を行う技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明のハイブリッド車の燃焼制御システムは、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、
前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態を検出する要素検出手段と、
前記要素検出手段により検出された要素の状態に基づいて所望の運転状態を実現するための運転条件を決定する決定手段と、
を備え、
前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態は、内燃機関の冷却水温度であり、
前記決定手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能となる内燃機関の運転条件を決定し、且つ、冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定し、
前記電動機は、内燃機関の運転条件が前記決定手段により決定された運転条件となるように、前記内燃機関の運転条件を変更することを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の運転条件を電動機により変更して、決定手段により決定された運転条件とすることにより、所望の運転状態を実現することにある。
【０００８】
このように構成されたハイブリッド車の燃焼制御システムでは、内燃機関の運転条件が前記要素の状態により変化する。この変化により所望の運転状態を得られなくなることがある。
【０００９】
そこで、決定手段は、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、所望の運転状態を実現することができる運転条件を決定する。そして、決定された運転条件となるように、電動機により運転条件を変更する。ここでは、主に前記内燃機関にかかる負荷を変更する。即ち、内燃機関にかかる負荷を変更することにより、運転条件を変更し、所望の運転状態を実現することが可能となる。ここで、電動機により発電を行うと内燃機関にかかる負荷を増大させ、一方、電動機によりトルクを発生させると内燃機関にかかる負荷を低減させることが可能となる。
【００１０】
本発明においては、前記決定手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能となる内燃機関の運転条件を決定することができる。
【００１１】
この低温燃焼は、酸素濃度が低い状態で内燃機関を運転させるので燃焼状態が不安定となるため、実施可能な運転条件が限られている。そして、この実施可能な運転条件は、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態により異なる。そこで、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、低温燃焼を実施可能な運転条件を決定する。そして、決定された運転条件となるように、電動機により負荷を変更する。即ち、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも高い場合には、内燃機関にかかる負荷を低減させるように、電動機においてトルクを発生させる。一方、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも低い場合には、内燃機関にかかる負荷を増大させるように、電動機において発電させる。これにより、内燃機関の運転条件が低温燃焼を行うことができないものであっても、運転条件を変更させて、低温燃焼を実施することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、入力軸に対し出力軸の回転数を変速可能な変速装置を更に備え、前記内燃機関の運転条件が前記決定手段により決定された運転条件となるように、前記変速装置の変速比を変更して前記内燃機関の運転条件を変更することができる。
【００１３】
このように構成されたハイブリッド車の燃焼制御システムでは、変速比を変更することにより、運転条件を変更することが可能となる。これにより、前記決定手段により決定された運転条件とすることが容易にできる。また、決定された運転条件となるように変速比を変更し、これにより機関回転数が変更されると、内燃機関にかかる負荷が変更され、決定された運転条件から外れる場合がある。しかし、電動機を併せて用いることにより、決定された運転条件とすることが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態は、内燃機関の冷却水温度であり、前記決定手段は、冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定することができる。
【００１５】
内燃機関の冷却水温度が低い場合には、高負荷側の限界が下がり、低負荷側の限界が上がって、低温燃焼実施可能な運転条件が狭くなる。他にも、外気温度、気圧、既燃ガス温度、燃料のセタン価によっても低温燃焼実施可能な運転条件が異なる。
【００１６】
上記課題を達成するために本発明のハイブリッド車の燃焼制御方法は、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
内燃機関と電動機とを備え、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能なハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、
低温燃焼実施可能な運転条件となるように、
内燃機関の冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定し、
前記電動機により内燃機関の運転条件を変更することを特徴とする。
【００１７】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の運転条件を電動機により変更して、低温燃焼実施可能な運転条件とすることにある。
【００１８】
この低温燃焼は、酸素濃度が低い状態で運転させるため、燃焼状態が不安定となるため、実施可能な運転条件が限られている。そして、この実施可能な運転条件は、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態により異なる。そこで、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、電動機により運転条件を変更する。ここでは、主に内燃機関にかかる負荷が変更される。即ち、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも高い場合には、内燃機関にかかる負荷を低減させるように、電動機においてトルクを発生させる。一方、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも低い場合には、内燃機関にかかる負荷を増大させるように、電動機において発電させる。これにより、内燃機関の運転条件が低温燃焼を行うことができないものであっても、運転条件を変更させて、低温燃焼を実施することが可能となる。
【００１９】
本発明においては、変速比を変更して前記内燃機関の運転条件を変更することができる。
【００２０】
変速比を変更することにより、運転条件を変更することが容易に可能となる。また、変速比を変更し、これにより機関回転数が変更されると、内燃機関にかかる負荷が変更され、低温燃焼実施可能な運転条件から外れる場合がある。しかし、電動機を併せて用いることにより、低温燃焼実施可能な運転条件とすることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係るハイブリッド車の燃焼制御システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係るハイブリッド車の概略構成を示す図である。
【００２３】
本実施の形態によるハイブリッド車は、ディーゼルエンジン１、トランスミッション３０、動力分割機構３１、モータジェネレータ３２、バッテリ３３、インバータ３４、車軸３５、減速機３６、車輪３７を備えて構成されている。動力分割機構３１は、エンジン１から発生する動力をモータジェネレータ３２及び車軸３５に分割している。モータジェネレータ３２は、減速機３６を介して車軸３５と比例した回転数にて回転する。該モータジェネレータ３２は、通常運転時には必要に応じてエンジン１の出力を補助し、一方制動時には発電機として働きエネルギを回収する。また、モータジェネレータ３２は、エンジン１からの動力を得て発電しバッテリ３３の充電を行う。
【００２４】
トランスミッション３０とエンジン１との接合部にはクラッチ３０ａが備えられている。変速時には、クラッチ３０ａは後述する変速制御ユニット３により操作され、ギア操作はアクセル開度（負荷）と車速とにより予め設定された変速線マップに基づいて行われる。このように、本実施の形態では、クラッチ３０ａの操作及び変速操作が自動的に行われる自動変速機を採用した。トランスミッション３０は、複数のギアを有しており、エンジン回転数と車速とに見合ったギアが変速制御ユニット３により選択され、自動的に変更される。尚、これに代えて、プーリの挟圧力を変更することにより変速比を変更する無段変速機、若しくは、運転者によってギアが選択される方式の変速機、所謂オートマチックトランスミッションにも適用可能である。
【００２５】
また、エンジン１には、吸気が流通する吸気枝管５及び排気が流通する排気枝管６が接続されている。排気枝管６と吸気枝管５とは、排気枝管６内を流通する排気の一部を吸気枝管５へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２１を介して連通されている。このＥＧＲ通路２１の途中には、電磁弁等で構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２１内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２２が設けられている。
【００２６】
更に、エンジン１には、エンジン１の冷却水の温度に応じた信号を出力する冷却水温センサ７が取り付けられている。
【００２７】
エンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２が併設されている。このＥＣＵ２は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００２８】
ＥＣＵ２には、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ４、冷却水温センサ７の他、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２に入力されるようになっている。また、前記ＥＣＵ２は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００２９】
一方、トランスミッション３０には、該トランスミッション３０を制御するための変速制御ユニット３が併設されている。このトランスミッション３０を制御するための変速制御ユニット３は、ＥＣＵ２にも配線を介して接続され、ＥＣＵ２と変速制御ユニット３とでデータの送受信が行われる。アクセル開度（負荷）と車速とが前記変速線マップに代入されると、変速制御ユニット３が変速時期であるか否かを判定する。そして、変速ユニット３により変速時期であると判定された場合には、変速制御ユニット３がクラッチ３０ａを切り、ギアを変更した後、クラッチ３０ａを係合する。クラッチは、例えば油圧により作動し、この油圧を変速制御ユニット３が制御することによりクラッチ操作が行われる。また、モータによりクラッチ３０ａを作動させても良い。
【００３０】
このように構成されたハイブリッドシステムでは、通常走行時にはエンジン１の出力若しくはモータジェネレータ３２の出力により車輪３７が駆動される。一方、減速時には、車輪３７の回転力によりモータジェネレータ３２を発電機として作動させることで、運動エネルギを電気エネルギに変換しバッテリ３３に回収させることができる。このように、車両減速時に運動エネルギを電気エネルギに変換するため、車両の減速が可能となっている。
【００３１】
ところで、従来からＮＯxの発生を抑制するためにＥＧＲが用いられてきた。ＥＧＲガスは、大気よりも比熱比が高く、温度を上げるために必要となる熱量が大きい。従って、吸気中におけるＥＧＲガス割合が高くなるほど燃焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯxの発生量も低下するので、ＥＧＲガス割合が高くなればなるほどＮＯxの排出量を低下させることができる。
【００３２】
しかし、燃料噴射時期を一定に保った状態で燃焼室内のＥＧＲガス割合を高くしていくと、ある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のＥＧＲ制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いＥＧＲガス割合のところで行われている。
【００３３】
ところが、更にＥＧＲガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にＥＧＲガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【００３４】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素（ＨＣ）の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素（ＨＣ）は一気に煤まで成長してしまうためである。
【００３５】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちＥＧＲガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【００３６】
このように、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となるよりも更にＥＧＲガス量を増大させて燃料の燃焼を行う方法を低温燃焼という。
【００３７】
低温燃焼を行うときのＥＧＲガス割合は、予め実験等により求めておきマップ化したものをＥＣＵ２に記憶させておく。このマップに基づいてＥＧＲガス量のフィードバック制御を行う。
【００３８】
このようにして、低温燃焼では、ＮＯx及び煤に代表されるＰＭの排出を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、低温燃焼を行うとＨＣが排出されるため、このＨＣが排気通路に備えられた触媒で酸化反応し熱を発生させる。この熱により、ＰＭの酸化除去、触媒の温度上昇等が可能となる。
【００４０】
また、排気通路の途中に吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えている場合には、前記ＨＣを還元剤として、ＮＯxを還元することが可能となる。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳ被毒を回復させることが可能となる。
【００４１】
ところで、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が少ない場合である。従って、機関負荷が高い場合には、低温燃焼を行うことは困難となる。一方、機関負荷が低い状態で低温燃焼を行うと、酸素濃度が低いために燃焼状態が不安定となり、トルク変動が発生する虞がある。従って、機関負荷が低すぎても、低温燃焼を行うことが困難となる場合がある。
【００４２】
ここで、図２は、エンジン回転数、エンジントルク、低温燃焼実施可能条件の関係を例示した図である。
【００４３】
線（１）よりもエンジントルクが高い場合には、スモーク（煤）が発生して低温燃焼を行うことができない。また、線（１）と線（２）との間は、低温燃焼を安定して行うことが困難な運転条件である。線（２）と線（３）との間は、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件である。線（３）よりもエンジントルクが低い場合には、トルク変動が発生して低温燃焼を安定して行うことが困難な運転条件である。
【００４４】
従来のディーゼルエンジンでは、エンジンからの出力のみにより車両を駆動していた。従って、車両に要求される駆動力によりエンジン回転数及びエンジントルクが決まるので、低温燃焼が可能か否かは、そのときのエンジン回転数及びエンジントルク（エンジン負荷としても良い。）により決まってしまう。従って、低温燃焼が安定して行うことができないエンジン回転数若しくはエンジントルクの場合には、低温燃焼を行うことが困難であった。これにより、ＮＯxやＰＭの排出量の低減や、ＮＯxの還元処理、触媒温度の上昇、更には、Ｓ被毒回復制御等を低温燃焼以外の手段により行わなくてはならなかった。そのため、エンジンの運転条件をエミッション悪化の回避を優先したものとしたり、排気中の燃料添加を行ったりして燃費が悪化することがあった。
【００４５】
一方、モータジェネレータを備えたハイブリッド車においては、該モータジェネレータで発電若しくはトルクを発生させることにより、エンジン回転数若しくはエンジン負荷を変更することが可能である。これにより、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件とすることが可能であった。しかし、低温燃焼実施可能な運転条件が冷却水温、外気温、気圧、ＥＧＲガス温度、燃料セタン価等の要素により変化するにも関わらず、常に決まった運転条件を目標として低温燃焼を行っていた。このため、燃費の向上、トルク変動の低減、燃焼騒音の低減、触媒温度の上昇等の点では必ずしも最適な運転条件でエンジンを運転しているとはいえなかった。
【００４６】
例えば、冷却水温では、その温度が低い場合には、図２に示される線（１）は、トルクが大きくなる方向（図２では上方向）へ移動し、また、線（２）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動する。従って、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件が狭くなる。従来では、冷却水温が低い場合には低温燃焼を行わず、冷却水温が例えば７０から８０℃と十分高くなってから低温燃焼を行っていた。これにより、機関始動時の触媒の温度を迅速に上昇させる等の目的を十分に果たすことができなかった。
【００４７】
その点、本実施の形態では、低温燃焼実施可能な運転条件を冷却水温、外気温、気圧、ＥＧＲガス温度、燃料セタン価等の要素の状態に基づいて求める。
【００４８】
図３は、エンジン回転数、エンジン発生トルク、冷却水温毎の低温燃焼を安定して行うことができる運転条件の関係を実験により求め指し示した図である。
【００４９】
低温燃焼を安定して行うことができる運転条件は、冷却水温が低くなるほど狭くなる。即ち、許容される最低エンジン回転数は高くなり、最高エンジン回転数は低くなる。一方、許容される最低エンジン発生トルクは高くなり、最高エンジン発生トルクは低くなる。
【００５０】
例えば、図３中で「低水温」と表されている運転条件では、１２００r.p.m.前後でエンジンが運転されていれば、エンジントルクが「低水温」と表されている運転条件以外の範囲でエンジン１が運転されていても、モータジェネレータ３２により「低水温」と表されている運転条件となるようにエンジン発生トルクを変更することができる。即ち、エンジン発生トルクが「低水温」と表されている運転条件よりも低い場合には、エンジン発生トルクを増大させるため、モータジェネレータ３２において発電を行う。これにより、エンジン負荷が増大し、エンジントルクが増大して「低水温」と表されている運転条件でエンジン１を運転させることが可能となる。一方、エンジン発生トルクが「低水温」と表されている運転条件よりも高い場合には、エンジン発生トルクを減少させるため、モータジェネレータ３２においてトルクを発生させる。つまり、エンジン１及びモータジェネレータ３２によって車輪を駆動する。これにより、エンジン負荷が減少し、エンジン発生トルクが減少して「低水温」と表されている運転条件でエンジン１を運転させることが可能となる。
【００５１】
このようにして、冷却水温が低い場合であっても低温燃焼を安定して行うことが可能となる。
【００５２】
また、外気温、ＥＧＲガス温、気圧、燃料のセタン価等の値が異なると、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件も異なることになる。従って、これらの値とエンジン発生トルク及びエンジン回転数との関係を実験等により求めてマップ化しておくことにより、冷却水温の場合と同様にして低温燃焼を行うことが可能となる。ここで、冷却水温は冷却水温センサ７により検出し、外気温、ＥＧＲガス温は、温度センサにより検出することが可能である。また、気圧は絶対圧センサにより検出することができる。更に、燃料のセタン価は、例えば、燃焼室内の圧力の上昇速度により推定することができる。即ち、燃料のセタン価が高くなると、燃焼が速やかに行われるため圧力上昇速度が速くなる。この関係を予め実験等により求めてマップ化しておけば、圧力上昇速度によりセタン価を推定することが可能となる。また、セタン価が高くなると、最高圧力となる時期が早くなるので、この時期によりセタン価を推定しても良い。
【００５３】
例えば、気圧により吸入空気の密度が変わるので、気圧が低くなるほど、図２に示される線（２）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動し、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件が狭くなる。
【００５４】
一方、燃料のセタン価が高いと、過早着火が発生し易くなり、高負荷時にスモークが発生するため、線（１）及び線（２）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動する。また、低負荷時には燃焼状態が良好となるため、線（３）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動する。
【００５５】
外気温、ＥＧＲガス温については、冷却水温と同様に考えることができる。
【００５６】
このように、エンジン負荷に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、モータジェネレータ３２で発電し若しくは車輪を駆動してエンジン負荷を変更し、低温燃焼を安定して行うことが可能なエンジン運転条件とすることができる。
【００５７】
次に、本実施の形態による低温燃焼実施フローについて説明する。
【００５８】
図４は、本実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【００５９】
ステップＳ１０１では、低温燃焼の実行要求があるか否か判定する。例えば、触媒の温度上昇が必要である場合、ＮＯx触媒に還元剤を供給する必要がある場合、フィルタに堆積したＰＭを酸化する必要がある場合には、低温燃焼の実行要求が出される。
【００６０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６１】
ステップＳ１０２では、水温等エンジンの発生トルクに影響を及ぼす要素の状態を検出する。水温の場合には、冷却水温センサ７の出力信号により冷却水温を得る。
【００６２】
ステップＳ１０３では、低温燃焼を安定して行うことが可能なエンジン運転条件（低温燃焼許可領域）を決定する。そのときのエンジン回転数から図３に基づいて、低温燃焼を安定して行うことのできるエンジン発生トルクを決定する。ここで、エンジン発生トルクは、エンジン負荷としても良いし、エンジンへの燃料噴射量としても、また、アクセル開度としても良い。
【００６３】
ステップＳ１０４では、エンジン１の運転条件が前記低温燃焼許可領域にあるか否か判定する。また、モータジェネレータ３２によりエンジン１の運転条件が低温燃焼許可領域に入ることができるか否か判定する。具体的には、実際のエンジン回転数がステップＳ１０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内にあるか否か判定する。
【００６４】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６５】
ステップＳ１０５では、実際のエンジン発生トルクがステップＳ１０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン発生トルクの範囲内にあるか否か判定する。
【００６６】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００６７】
ステップＳ１０６では、エンジン発生トルクが、ステップＳ１０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン発生トルクの範囲内となるように、モータジェネレータ３２を制御する。
【００６８】
即ち、エンジン発生トルクが低い場合には、エンジン発生トルクを増大させるため、モータジェネレータ３２において発電を行う。これにより、エンジン負荷が増大し、エンジン発生トルクが増大して低温燃焼許可領域でエンジンを運転させることが可能となる。一方、エンジン発生トルクが高い場合には、エンジン発生トルクを減少させるため、モータジェネレータ３２においてトルクを発生させる。つまり、エンジン及びモータジェネレータ３２によって車輪を駆動する。これにより、エンジン負荷が減少し、エンジントルクが減少して低温燃焼許可領域でエンジンを運転させることが可能となる。
【００６９】
エンジン発生トルクとモータジェネレータ３２の発電量若しくは発生トルクとの関係は予め実験等により求め、ＥＣＵ２に記憶させておく。
【００７０】
ステップＳ１０７では、低温燃焼が行われる。
【００７１】
このようにして、低温燃焼を安定して実施することが困難な運転条件であっても、モータジェネレータ３２によりエンジン発生トルクを変更し、低温燃焼を安定して行うことができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、トランスミッション（変速装置）の変速比を変更してエンジン回転数を変更する点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００７２】
ここで、トランスミッションとは、入力軸に対し出力軸の回転数を変速できる機械装置をいい、入力軸と出力軸との回転数の比を変速比という。
【００７３】
例えば、第１の実施の形態においては、図３中で「低水温」と表されている運転条件では、１２００r.p.m.前後でエンジンが運転されている場合に限り安定して低温燃焼を行うことが可能である。
【００７４】
その点、本実施の形態では、エンジン回転数が「低水温」と表されている運転条件以外であっても、トランスミッションの変速比を変更することによりエンジン回転数を変更して、該運転条件でエンジンを運転させることが可能となる。即ち、エンジン回転数が「低水温」と表されている運転条件よりも低い場合には、エンジン回転数を増加させるため、変速比を大きくする。しかし、変速比を大きくすると、エンジン発生トルクが増大するので、「低水温」と表されている運転条件よりもエンジン発生トルクが高くなる場合には、モータジェネレータ３２により発電を行う。これにより、「低水温」と表されている運転条件でエンジンを運転させることが可能となる。一方、エンジン回転数が「低水温」と表されている運転条件よりも高い場合には、エンジン回転数を低下させるため、変速比を小さくする。しかし、変速比を小さくすると、エンジン発生トルクが減少するので、「低水温」と表されている運転条件よりもエンジン発生トルクが低くなる場合には、モータジェネレータ３２によりトルクを発生させて、エンジン及びモータジェネレータ３２にて車輪の駆動を行う。
【００７５】
次に、本実施の形態による低温燃焼実施フローについて説明する。
【００７６】
図５は、本実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【００７７】
ステップＳ２０１からステップＳ２０３までは、第１の実施の形態の図４中ステップＳ１０１からステップＳ１０３までと同様の処理が行われる。
【００７８】
ステップＳ２０４では、実際のエンジン回転数がステップＳ２０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内にあるか否か判定する。
【００７９】
ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。
【００８０】
ステップＳ２０５では、エンジン回転数が、ステップＳ２０４で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内となるように、トランスミッションの変速制御を行う。
【００８１】
エンジン回転数が低い場合には、エンジン回転数を増加させるため、変速比を大きくする。一方、エンジン回転数が高い場合には、エンジン回転数を低下させるため、変速比を小さくする。これらの制御により、低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内でエンジンを運転させることが可能となる。
【００８２】
エンジン回転数とトランスミッションの変速比との関係は予め実験等により求め、ＥＣＵ２に記憶させておく。
【００８３】
ステップＳ２０６からステップＳ２０８までは、第１の実施の形態の図４中ステップＳ１０５からステップＳ１０７までと同様の処理が行われる。
【００８４】
このようにして、低温燃焼を安定して実施することが困難な運転条件であっても、トランスミッションの変速によりエンジン回転数を変更し、また、モータジェネレータ３２によりエンジン発生トルクを変更して低温燃焼を安定して行うことができる。
＜その他の実施の形態＞
第１及び第２の実施の形態では、エンジン１とモータジェネレータ３２とは、トランスミッション３０、動力分割機構３１、減速機３６を介して接続されているが、これに代えて、前輪若しくは後輪の一方をエンジンにより駆動し、他方をモータジェネレータにより駆動するハイブリッド車についても適用することができる。また、エンジン１の運転条件に関する要素として冷却水温を用いているが、これに代えて、潤滑油温を用いて制御しても良い。
【００８５】
【発明の効果】
本発明に係るハイブリッド車の燃焼制御システムでは、エンジン負荷に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、電動機及び変速装置によりエンジン運転条件を変更し、低温燃焼を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に係るハイブリッド車の概略構成を示す図である。
【図２】 エンジン回転数、エンジン負荷、低温燃焼実施可能領域の関係を例示した図である。
【図３】 エンジン回転数、エンジン発生トルク、冷却水温毎の低温燃焼を安定して行うことができる条件の関係を実験により求め指し示した図である。
【図４】 第１の実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【図５】 第２の実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ ＥＣＵ
３ 変速制御ユニット
４ アクセル開度センサ
５ 吸気枝管
６ 排気枝管
７ 冷却水温センサ
２１ ＥＧＲ通路
２２ ＥＧＲ弁
３０ トランスミッション
３０ａ クラッチ
３１ 動力分割機構
３２ モータジェネレータ
３３ バッテリ
３４ インバータ
３５ 車軸
３６ 減速機
３７ 車輪
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車の燃焼制御システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関から排気中のＮＯxを低減する技術が知られている。例えば、煤の発生量を増大させていき煤の発生量がピークとなる量よりも燃焼室内の既燃ガス量を多くして、燃焼温度を低下させＮＯxの発生を抑制する低温燃焼が知られている（例えば、特許文献１参照）。そして、排気中の酸化触媒が活性状態となった後に低温燃焼を開始する技術（例えば、特許文献２参照）、暖機運転時に前記低温燃焼を行う技術（例えば、特許文献３参照）、高回転領域では前記低温燃焼を禁止する技術（例えば、特許文献４参照）、通常燃焼と低温燃焼とを切り替える場合には、燃料噴射時期を圧縮上死点後まで遅延させる技術（例えば、特許文献５参照）が知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特許第３１１６８７６号公報（第４−９頁）
【特許文献２】
特許第３０９４９７４号公報（第４−１４頁）
【特許文献３】
特開２０００−１３０２１８号公報（第３−１０頁）
【特許文献４】
特開２０００−１３０２６７号公報（第４−１０頁）
【特許文献５】
特許第３０９２６０４号公報（第４−１１頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記低温燃焼は、酸素濃度が低い状態で燃料の燃焼が行われるため、低負荷領域では、燃焼状態が不安定となることがある。また、負荷が高くなると、失火によるトルク変動や煤等が発生する虞もある。また、燃焼速度が遅くなるため機関回転数が高い場合には、失火が発生する虞がある。このように、低温燃焼を安定して行うことができる内燃機関の運転条件は限られている。そして、燃焼状態が不安定となる、若しくはトルク変動や煤等が発生する条件は、内燃機関の水温、外気温度、既燃ガス温度、気圧、燃料等の状態によって異なる。
【０００５】
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、ハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、安定して低温燃焼を行う技術を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するために本発明のハイブリッド車の燃焼制御システムは、以下の手段を採用した。即ち、第１の発明は、
内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、
前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態を検出する要素検出手段と、
前記要素検出手段により検出された要素の状態に基づいて所望の運転状態を実現するための運転条件を決定する決定手段と、
を備え、
前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態は、内燃機関の冷却水温度であり、
前記決定手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能となる内燃機関の運転条件を決定し、且つ、冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定し、
前記電動機は、内燃機関の運転条件が前記決定手段により決定された運転条件となるように、前記内燃機関の運転条件を変更することを特徴とする。
【０００７】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の運転条件を電動機により変更して、決定手段により決定された運転条件とすることにより、所望の運転状態を実現することにある。
【０００８】
このように構成されたハイブリッド車の燃焼制御システムでは、内燃機関の運転条件が前記要素の状態により変化する。この変化により所望の運転状態を得られなくなることがある。
【０００９】
そこで、決定手段は、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、所望の運転状態を実現することができる運転条件を決定する。そして、決定された運転条件となるように、電動機により運転条件を変更する。ここでは、主に前記内燃機関にかかる負荷を変更する。即ち、内燃機関にかかる負荷を変更することにより、運転条件を変更し、所望の運転状態を実現することが可能となる。ここで、電動機により発電を行うと内燃機関にかかる負荷を増大させ、一方、電動機によりトルクを発生させると内燃機関にかかる負荷を低減させることが可能となる。
【００１０】
本発明においては、前記決定手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能となる内燃機関の運転条件を決定することができる。
【００１１】
この低温燃焼は、酸素濃度が低い状態で内燃機関を運転させるので燃焼状態が不安定となるため、実施可能な運転条件が限られている。そして、この実施可能な運転条件は、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態により異なる。そこで、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、低温燃焼を実施可能な運転条件を決定する。そして、決定された運転条件となるように、電動機により負荷を変更する。即ち、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも高い場合には、内燃機関にかかる負荷を低減させるように、電動機においてトルクを発生させる。一方、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも低い場合には、内燃機関にかかる負荷を増大させるように、電動機において発電させる。これにより、内燃機関の運転条件が低温燃焼を行うことができないものであっても、運転条件を変更させて、低温燃焼を実施することが可能となる。
【００１２】
本発明においては、入力軸に対し出力軸の回転数を変速可能な変速装置を更に備え、前記内燃機関の運転条件が前記決定手段により決定された運転条件となるように、前記変速装置の変速比を変更して前記内燃機関の運転条件を変更することができる。
【００１３】
このように構成されたハイブリッド車の燃焼制御システムでは、変速比を変更することにより、運転条件を変更することが可能となる。これにより、前記決定手段により決定された運転条件とすることが容易にできる。また、決定された運転条件となるように変速比を変更し、これにより機関回転数が変更されると、内燃機関にかかる負荷が変更され、決定された運転条件から外れる場合がある。しかし、電動機を併せて用いることにより、決定された運転条件とすることが可能となる。
【００１４】
本発明においては、前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態は、内燃機関の冷却水温度であり、前記決定手段は、冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定することができる。
【００１５】
内燃機関の冷却水温度が低い場合には、高負荷側の限界が下がり、低負荷側の限界が上がって、低温燃焼実施可能な運転条件が狭くなる。他にも、外気温度、気圧、既燃ガス温度、燃料のセタン価によっても低温燃焼実施可能な運転条件が異なる。
【００１６】
上記課題を達成するために本発明のハイブリッド車の燃焼制御方法は、以下の手段を採用した。即ち、第２の発明は、
内燃機関と電動機とを備え、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能なハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、
低温燃焼実施可能な運転条件となるように、
内燃機関の冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定し、
前記電動機により内燃機関の運転条件を変更することを特徴とする。
【００１７】
本発明の最大の特徴は、内燃機関の運転条件を電動機により変更して、低温燃焼実施可能な運転条件とすることにある。
【００１８】
この低温燃焼は、酸素濃度が低い状態で運転させるため、燃焼状態が不安定となるため、実施可能な運転条件が限られている。そして、この実施可能な運転条件は、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態により異なる。そこで、内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、電動機により運転条件を変更する。ここでは、主に内燃機関にかかる負荷が変更される。即ち、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも高い場合には、内燃機関にかかる負荷を低減させるように、電動機においてトルクを発生させる。一方、内燃機関にかかる負荷が、低温燃焼実施可能な負荷よりも低い場合には、内燃機関にかかる負荷を増大させるように、電動機において発電させる。これにより、内燃機関の運転条件が低温燃焼を行うことができないものであっても、運転条件を変更させて、低温燃焼を実施することが可能となる。
【００１９】
本発明においては、変速比を変更して前記内燃機関の運転条件を変更することができる。
【００２０】
変速比を変更することにより、運転条件を変更することが容易に可能となる。また、変速比を変更し、これにより機関回転数が変更されると、内燃機関にかかる負荷が変更され、低温燃焼実施可能な運転条件から外れる場合がある。しかし、電動機を併せて用いることにより、低温燃焼実施可能な運転条件とすることが可能となる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施の形態＞
以下、本発明に係るハイブリッド車の燃焼制御システムの具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本実施の形態に係るハイブリッド車の概略構成を示す図である。
【００２３】
本実施の形態によるハイブリッド車は、ディーゼルエンジン１、トランスミッション３０、動力分割機構３１、モータジェネレータ３２、バッテリ３３、インバータ３４、車軸３５、減速機３６、車輪３７を備えて構成されている。動力分割機構３１は、エンジン１から発生する動力をモータジェネレータ３２及び車軸３５に分割している。モータジェネレータ３２は、減速機３６を介して車軸３５と比例した回転数にて回転する。該モータジェネレータ３２は、通常運転時には必要に応じてエンジン１の出力を補助し、一方制動時には発電機として働きエネルギを回収する。また、モータジェネレータ３２は、エンジン１からの動力を得て発電しバッテリ３３の充電を行う。
【００２４】
トランスミッション３０とエンジン１との接合部にはクラッチ３０ａが備えられている。変速時には、クラッチ３０ａは後述する変速制御ユニット３により操作され、ギア操作はアクセル開度（負荷）と車速とにより予め設定された変速線マップに基づいて行われる。このように、本実施の形態では、クラッチ３０ａの操作及び変速操作が自動的に行われる自動変速機を採用した。トランスミッション３０は、複数のギアを有しており、エンジン回転数と車速とに見合ったギアが変速制御ユニット３により選択され、自動的に変更される。尚、これに代えて、プーリの挟圧力を変更することにより変速比を変更する無段変速機、若しくは、運転者によってギアが選択される方式の変速機、所謂オートマチックトランスミッションにも適用可能である。
【００２５】
また、エンジン１には、吸気が流通する吸気枝管５及び排気が流通する排気枝管６が接続されている。排気枝管６と吸気枝管５とは、排気枝管６内を流通する排気の一部を吸気枝管５へ再循環させる排気再循環通路（ＥＧＲ通路）２１を介して連通されている。このＥＧＲ通路２１の途中には、電磁弁等で構成され、印加電力の大きさに応じて前記ＥＧＲ通路２１内を流通する排気（以下、ＥＧＲガスと称する）の流量を変更する流量調整弁（ＥＧＲ弁）２２が設けられている。
【００２６】
更に、エンジン１には、エンジン１の冷却水の温度に応じた信号を出力する冷却水温センサ７が取り付けられている。
【００２７】
エンジン１には、該エンジン１を制御するための電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）２が併設されている。このＥＣＵ２は、エンジン１の運転条件や運転者の要求に応じてエンジン１の運転状態を制御するユニットである。
【００２８】
ＥＣＵ２には、運転者がアクセルを踏み込んだ量に応じた電気信号を出力するアクセル開度センサ４、冷却水温センサ７の他、各種センサが電気配線を介して接続され、上記した各種センサの出力信号がＥＣＵ２に入力されるようになっている。また、前記ＥＣＵ２は、各種アプリケーションプログラム及び各種制御マップを記憶している。
【００２９】
一方、トランスミッション３０には、該トランスミッション３０を制御するための変速制御ユニット３が併設されている。このトランスミッション３０を制御するための変速制御ユニット３は、ＥＣＵ２にも配線を介して接続され、ＥＣＵ２と変速制御ユニット３とでデータの送受信が行われる。アクセル開度（負荷）と車速とが前記変速線マップに代入されると、変速制御ユニット３が変速時期であるか否かを判定する。そして、変速ユニット３により変速時期であると判定された場合には、変速制御ユニット３がクラッチ３０ａを切り、ギアを変更した後、クラッチ３０ａを係合する。クラッチは、例えば油圧により作動し、この油圧を変速制御ユニット３が制御することによりクラッチ操作が行われる。また、モータによりクラッチ３０ａを作動させても良い。
【００３０】
このように構成されたハイブリッドシステムでは、通常走行時にはエンジン１の出力若しくはモータジェネレータ３２の出力により車輪３７が駆動される。一方、減速時には、車輪３７の回転力によりモータジェネレータ３２を発電機として作動させることで、運動エネルギを電気エネルギに変換しバッテリ３３に回収させることができる。このように、車両減速時に運動エネルギを電気エネルギに変換するため、車両の減速が可能となっている。
【００３１】
ところで、従来からＮＯxの発生を抑制するためにＥＧＲが用いられてきた。ＥＧＲガスは、大気よりも比熱比が高く、温度を上げるために必要となる熱量が大きい。従って、吸気中におけるＥＧＲガス割合が高くなるほど燃焼室内における燃焼温度が低下する。燃焼温度が低下するとＮＯxの発生量も低下するので、ＥＧＲガス割合が高くなればなるほどＮＯxの排出量を低下させることができる。
【００３２】
しかし、燃料噴射時期を一定に保った状態で燃焼室内のＥＧＲガス割合を高くしていくと、ある割合以上で急激に煤の発生量が増大し始める。通常のＥＧＲ制御は煤が急激に増大し始めるよりも低いＥＧＲガス割合のところで行われている。
【００３３】
ところが、更にＥＧＲガス割合を高くしていくと、上述したように煤が急激に増大するが、この煤の発生量にはピークが存在し、このピークを越えて更にＥＧＲガス割合を高くすると、今度は煤が急激に減少し始め、ついにはほとんど発生しなくなる。
【００３４】
これは、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度がある温度以下のときには炭化水素（ＨＣ）の成長が煤に至る前の途中の段階で停止し、燃料及びその周囲のガス温度がある温度以上になると炭化水素（ＨＣ）は一気に煤まで成長してしまうためである。
【００３５】
従って、燃焼室内における燃焼時の燃焼及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に抑制すれば煤は発生しなくなる。この場合、燃料及びその周囲のガス温度は、燃料が燃焼した際の燃料周りのガスの吸熱作用が大きく影響しており、燃料燃焼時の発熱量に応じて燃料周りのガスの吸熱量即ちＥＧＲガス割合を調整することによって煤の発生を抑制することが可能となる。
【００３６】
このように、再循環するＥＧＲガス量を増大させて煤の発生量が増加して最大となるよりも更にＥＧＲガス量を増大させて燃料の燃焼を行う方法を低温燃焼という。
【００３７】
低温燃焼を行うときのＥＧＲガス割合は、予め実験等により求めておきマップ化したものをＥＣＵ２に記憶させておく。このマップに基づいてＥＧＲガス量のフィードバック制御を行う。
【００３８】
このようにして、低温燃焼では、ＮＯx及び煤に代表されるＰＭの排出を抑制することが可能となる。
【００３９】
また、低温燃焼を行うとＨＣが排出されるため、このＨＣが排気通路に備えられた触媒で酸化反応し熱を発生させる。この熱により、ＰＭの酸化除去、触媒の温度上昇等が可能となる。
【００４０】
また、排気通路の途中に吸蔵還元型ＮＯx触媒を備えている場合には、前記ＨＣを還元剤として、ＮＯxを還元することが可能となる。また、吸蔵還元型ＮＯx触媒のＳ被毒を回復させることが可能となる。
【００４１】
ところで、燃焼室内における燃焼時の燃料及びその周囲のガス温度を炭化水素（ＨＣ）の成長が途中で停止する温度以下に制御しうるのは燃焼による発熱量が少ない場合である。従って、機関負荷が高い場合には、低温燃焼を行うことは困難となる。一方、機関負荷が低い状態で低温燃焼を行うと、酸素濃度が低いために燃焼状態が不安定となり、トルク変動が発生する虞がある。従って、機関負荷が低すぎても、低温燃焼を行うことが困難となる場合がある。
【００４２】
ここで、図２は、エンジン回転数、エンジントルク、低温燃焼実施可能条件の関係を例示した図である。
【００４３】
線（１）よりもエンジントルクが高い場合には、スモーク（煤）が発生して低温燃焼を行うことができない。また、線（１）と線（２）との間は、低温燃焼を安定して行うことが困難な運転条件である。線（２）と線（３）との間は、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件である。線（３）よりもエンジントルクが低い場合には、トルク変動が発生して低温燃焼を安定して行うことが困難な運転条件である。
【００４４】
従来のディーゼルエンジンでは、エンジンからの出力のみにより車両を駆動していた。従って、車両に要求される駆動力によりエンジン回転数及びエンジントルクが決まるので、低温燃焼が可能か否かは、そのときのエンジン回転数及びエンジントルク（エンジン負荷としても良い。）により決まってしまう。従って、低温燃焼が安定して行うことができないエンジン回転数若しくはエンジントルクの場合には、低温燃焼を行うことが困難であった。これにより、ＮＯxやＰＭの排出量の低減や、ＮＯxの還元処理、触媒温度の上昇、更には、Ｓ被毒回復制御等を低温燃焼以外の手段により行わなくてはならなかった。そのため、エンジンの運転条件をエミッション悪化の回避を優先したものとしたり、排気中の燃料添加を行ったりして燃費が悪化することがあった。
【００４５】
一方、モータジェネレータを備えたハイブリッド車においては、該モータジェネレータで発電若しくはトルクを発生させることにより、エンジン回転数若しくはエンジン負荷を変更することが可能である。これにより、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件とすることが可能であった。しかし、低温燃焼実施可能な運転条件が冷却水温、外気温、気圧、ＥＧＲガス温度、燃料セタン価等の要素により変化するにも関わらず、常に決まった運転条件を目標として低温燃焼を行っていた。このため、燃費の向上、トルク変動の低減、燃焼騒音の低減、触媒温度の上昇等の点では必ずしも最適な運転条件でエンジンを運転しているとはいえなかった。
【００４６】
例えば、冷却水温では、その温度が低い場合には、図２に示される線（１）は、トルクが大きくなる方向（図２では上方向）へ移動し、また、線（２）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動する。従って、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件が狭くなる。従来では、冷却水温が低い場合には低温燃焼を行わず、冷却水温が例えば７０から８０℃と十分高くなってから低温燃焼を行っていた。これにより、機関始動時の触媒の温度を迅速に上昇させる等の目的を十分に果たすことができなかった。
【００４７】
その点、本実施の形態では、低温燃焼実施可能な運転条件を冷却水温、外気温、気圧、ＥＧＲガス温度、燃料セタン価等の要素の状態に基づいて求める。
【００４８】
図３は、エンジン回転数、エンジン発生トルク、冷却水温毎の低温燃焼を安定して行うことができる運転条件の関係を実験により求め指し示した図である。
【００４９】
低温燃焼を安定して行うことができる運転条件は、冷却水温が低くなるほど狭くなる。即ち、許容される最低エンジン回転数は高くなり、最高エンジン回転数は低くなる。一方、許容される最低エンジン発生トルクは高くなり、最高エンジン発生トルクは低くなる。
【００５０】
例えば、図３中で「低水温」と表されている運転条件では、１２００r.p.m.前後でエンジンが運転されていれば、エンジントルクが「低水温」と表されている運転条件以外の範囲でエンジン１が運転されていても、モータジェネレータ３２により「低水温」と表されている運転条件となるようにエンジン発生トルクを変更することができる。即ち、エンジン発生トルクが「低水温」と表されている運転条件よりも低い場合には、エンジン発生トルクを増大させるため、モータジェネレータ３２において発電を行う。これにより、エンジン負荷が増大し、エンジントルクが増大して「低水温」と表されている運転条件でエンジン１を運転させることが可能となる。一方、エンジン発生トルクが「低水温」と表されている運転条件よりも高い場合には、エンジン発生トルクを減少させるため、モータジェネレータ３２においてトルクを発生させる。つまり、エンジン１及びモータジェネレータ３２によって車輪を駆動する。これにより、エンジン負荷が減少し、エンジン発生トルクが減少して「低水温」と表されている運転条件でエンジン１を運転させることが可能となる。
【００５１】
このようにして、冷却水温が低い場合であっても低温燃焼を安定して行うことが可能となる。
【００５２】
また、外気温、ＥＧＲガス温、気圧、燃料のセタン価等の値が異なると、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件も異なることになる。従って、これらの値とエンジン発生トルク及びエンジン回転数との関係を実験等により求めてマップ化しておくことにより、冷却水温の場合と同様にして低温燃焼を行うことが可能となる。ここで、冷却水温は冷却水温センサ７により検出し、外気温、ＥＧＲガス温は、温度センサにより検出することが可能である。また、気圧は絶対圧センサにより検出することができる。更に、燃料のセタン価は、例えば、燃焼室内の圧力の上昇速度により推定することができる。即ち、燃料のセタン価が高くなると、燃焼が速やかに行われるため圧力上昇速度が速くなる。この関係を予め実験等により求めてマップ化しておけば、圧力上昇速度によりセタン価を推定することが可能となる。また、セタン価が高くなると、最高圧力となる時期が早くなるので、この時期によりセタン価を推定しても良い。
【００５３】
例えば、気圧により吸入空気の密度が変わるので、気圧が低くなるほど、図２に示される線（２）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動し、低温燃焼を安定して行うことができる運転条件が狭くなる。
【００５４】
一方、燃料のセタン価が高いと、過早着火が発生し易くなり、高負荷時にスモークが発生するため、線（１）及び線（２）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動する。また、低負荷時には燃焼状態が良好となるため、線（３）は、トルクが小さくなる方向（図２では下方向）へ移動する。
【００５５】
外気温、ＥＧＲガス温については、冷却水温と同様に考えることができる。
【００５６】
このように、エンジン負荷に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、モータジェネレータ３２で発電し若しくは車輪を駆動してエンジン負荷を変更し、低温燃焼を安定して行うことが可能なエンジン運転条件とすることができる。
【００５７】
次に、本実施の形態による低温燃焼実施フローについて説明する。
【００５８】
図４は、本実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【００５９】
ステップＳ１０１では、低温燃焼の実行要求があるか否か判定する。例えば、触媒の温度上昇が必要である場合、ＮＯx触媒に還元剤を供給する必要がある場合、フィルタに堆積したＰＭを酸化する必要がある場合には、低温燃焼の実行要求が出される。
【００６０】
ステップＳ１０１で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０２へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６１】
ステップＳ１０２では、水温等エンジンの発生トルクに影響を及ぼす要素の状態を検出する。水温の場合には、冷却水温センサ７の出力信号により冷却水温を得る。
【００６２】
ステップＳ１０３では、低温燃焼を安定して行うことが可能なエンジン運転条件（低温燃焼許可領域）を決定する。そのときのエンジン回転数から図３に基づいて、低温燃焼を安定して行うことのできるエンジン発生トルクを決定する。ここで、エンジン発生トルクは、エンジン負荷としても良いし、エンジンへの燃料噴射量としても、また、アクセル開度としても良い。
【００６３】
ステップＳ１０４では、エンジン１の運転条件が前記低温燃焼許可領域にあるか否か判定する。また、モータジェネレータ３２によりエンジン１の運転条件が低温燃焼許可領域に入ることができるか否か判定する。具体的には、実際のエンジン回転数がステップＳ１０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内にあるか否か判定する。
【００６４】
ステップＳ１０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０５へ進み、一方、否定判定がなされた場合には本ルーチンを終了させる。
【００６５】
ステップＳ１０５では、実際のエンジン発生トルクがステップＳ１０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン発生トルクの範囲内にあるか否か判定する。
【００６６】
ステップＳ１０５で肯定判定がなされた場合にはステップＳ１０７へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ１０６へ進む。
【００６７】
ステップＳ１０６では、エンジン発生トルクが、ステップＳ１０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン発生トルクの範囲内となるように、モータジェネレータ３２を制御する。
【００６８】
即ち、エンジン発生トルクが低い場合には、エンジン発生トルクを増大させるため、モータジェネレータ３２において発電を行う。これにより、エンジン負荷が増大し、エンジン発生トルクが増大して低温燃焼許可領域でエンジンを運転させることが可能となる。一方、エンジン発生トルクが高い場合には、エンジン発生トルクを減少させるため、モータジェネレータ３２においてトルクを発生させる。つまり、エンジン及びモータジェネレータ３２によって車輪を駆動する。これにより、エンジン負荷が減少し、エンジントルクが減少して低温燃焼許可領域でエンジンを運転させることが可能となる。
【００６９】
エンジン発生トルクとモータジェネレータ３２の発電量若しくは発生トルクとの関係は予め実験等により求め、ＥＣＵ２に記憶させておく。
【００７０】
ステップＳ１０７では、低温燃焼が行われる。
【００７１】
このようにして、低温燃焼を安定して実施することが困難な運転条件であっても、モータジェネレータ３２によりエンジン発生トルクを変更し、低温燃焼を安定して行うことができる。
＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、第１の実施の形態と比較して、トランスミッション（変速装置）の変速比を変更してエンジン回転数を変更する点で相違する。尚、本実施の形態においては、適用対象となるエンジンやその他ハードウェアの基本構成については、第１の実施の形態と共通なので説明を割愛する。
【００７２】
ここで、トランスミッションとは、入力軸に対し出力軸の回転数を変速できる機械装置をいい、入力軸と出力軸との回転数の比を変速比という。
【００７３】
例えば、第１の実施の形態においては、図３中で「低水温」と表されている運転条件では、１２００r.p.m.前後でエンジンが運転されている場合に限り安定して低温燃焼を行うことが可能である。
【００７４】
その点、本実施の形態では、エンジン回転数が「低水温」と表されている運転条件以外であっても、トランスミッションの変速比を変更することによりエンジン回転数を変更して、該運転条件でエンジンを運転させることが可能となる。即ち、エンジン回転数が「低水温」と表されている運転条件よりも低い場合には、エンジン回転数を増加させるため、変速比を大きくする。しかし、変速比を大きくすると、エンジン発生トルクが増大するので、「低水温」と表されている運転条件よりもエンジン発生トルクが高くなる場合には、モータジェネレータ３２により発電を行う。これにより、「低水温」と表されている運転条件でエンジンを運転させることが可能となる。一方、エンジン回転数が「低水温」と表されている運転条件よりも高い場合には、エンジン回転数を低下させるため、変速比を小さくする。しかし、変速比を小さくすると、エンジン発生トルクが減少するので、「低水温」と表されている運転条件よりもエンジン発生トルクが低くなる場合には、モータジェネレータ３２によりトルクを発生させて、エンジン及びモータジェネレータ３２にて車輪の駆動を行う。
【００７５】
次に、本実施の形態による低温燃焼実施フローについて説明する。
【００７６】
図５は、本実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【００７７】
ステップＳ２０１からステップＳ２０３までは、第１の実施の形態の図４中ステップＳ１０１からステップＳ１０３までと同様の処理が行われる。
【００７８】
ステップＳ２０４では、実際のエンジン回転数がステップＳ２０３で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内にあるか否か判定する。
【００７９】
ステップＳ２０４で肯定判定がなされた場合にはステップＳ２０６へ進み、一方、否定判定がなされた場合にはステップＳ２０５へ進む。
【００８０】
ステップＳ２０５では、エンジン回転数が、ステップＳ２０４で決定した低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内となるように、トランスミッションの変速制御を行う。
【００８１】
エンジン回転数が低い場合には、エンジン回転数を増加させるため、変速比を大きくする。一方、エンジン回転数が高い場合には、エンジン回転数を低下させるため、変速比を小さくする。これらの制御により、低温燃焼許可領域を画定しているエンジン回転数の範囲内でエンジンを運転させることが可能となる。
【００８２】
エンジン回転数とトランスミッションの変速比との関係は予め実験等により求め、ＥＣＵ２に記憶させておく。
【００８３】
ステップＳ２０６からステップＳ２０８までは、第１の実施の形態の図４中ステップＳ１０５からステップＳ１０７までと同様の処理が行われる。
【００８４】
このようにして、低温燃焼を安定して実施することが困難な運転条件であっても、トランスミッションの変速によりエンジン回転数を変更し、また、モータジェネレータ３２によりエンジン発生トルクを変更して低温燃焼を安定して行うことができる。
＜その他の実施の形態＞
第１及び第２の実施の形態では、エンジン１とモータジェネレータ３２とは、トランスミッション３０、動力分割機構３１、減速機３６を介して接続されているが、これに代えて、前輪若しくは後輪の一方をエンジンにより駆動し、他方をモータジェネレータにより駆動するハイブリッド車についても適用することができる。また、エンジン１の運転条件に関する要素として冷却水温を用いているが、これに代えて、潤滑油温を用いて制御しても良い。
【００８５】
【発明の効果】
本発明に係るハイブリッド車の燃焼制御システムでは、エンジン負荷に影響を及ぼす要素の状態に基づいて、電動機及び変速装置によりエンジン運転条件を変更し、低温燃焼を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 第１の実施の形態に係るハイブリッド車の概略構成を示す図である。
【図２】 エンジン回転数、エンジン負荷、低温燃焼実施可能領域の関係を例示した図である。
【図３】 エンジン回転数、エンジン発生トルク、冷却水温毎の低温燃焼を安定して行うことができる条件の関係を実験により求め指し示した図である。
【図４】 第１の実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【図５】 第２の実施の形態による低温燃焼実施フローを示したフローチャート図である。
【符号の説明】
１ エンジン
２ ＥＣＵ
３ 変速制御ユニット
４ アクセル開度センサ
５ 吸気枝管
６ 排気枝管
７ 冷却水温センサ
２１ ＥＧＲ通路
２２ ＥＧＲ弁
３０ トランスミッション
３０ａ クラッチ
３１ 動力分割機構
３２ モータジェネレータ
３３ バッテリ
３４ インバータ
３５ 車軸
３６ 減速機
３７ 車輪
Claims (4)
- 内燃機関と電動機とを備えたハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、
前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態を検出する要素検出手段と、
前記要素検出手段により検出された要素の状態に基づいて所望の運転状態を実現するための運転条件を決定する決定手段と、
を備え、
前記内燃機関の運転条件に影響を及ぼす要素の状態は、内燃機関の冷却水温度であり、
前記決定手段は、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能となる内燃機関の運転条件を決定し、且つ、冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定し、
前記電動機は、内燃機関の運転条件が前記決定手段により決定された運転条件となるように、前記内燃機関の運転条件を変更することを特徴とするハイブリッド車の燃焼制御システム。 - 入力軸に対し出力軸の回転数を変速可能な変速装置を更に備え、前記内燃機関の運転条件が前記決定手段により決定された運転条件となるように、前記変速装置の変速比を変更して前記内燃機関の運転条件を変更することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の燃焼制御システム。
- 内燃機関と電動機とを備え、燃焼室内の既燃ガス成分を煤の発生量が最大となるよりも増加させて前記内燃機関を運転させる低温燃焼を行うことが可能なハイブリッド車の燃焼制御システムにおいて、
低温燃焼実施可能な運転条件となるように、
内燃機関の冷却水温が低くなるほど、許容される最低機関回転数は高くなり且つ許容される最高機関回転数は低くなる、若しくは、許容される最低機関発生トルクは高くなり且つ許容される最高機関発生トルクは低くなる、と決定し、
前記電動機により内燃機関の運転条件を変更することを特徴とするハイブリッド車の燃焼制御方法。 - 変速比を変更して前記内燃機関の運転条件を変更することを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車の燃焼制御方法。
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