JP4719621B2 - ハイブリッド車両の診断制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジンとこれに連結される電動モータとを備えるハイブリッド車両の診断制御装置に関し、特に、燃料蒸気を処理するエバポ処理機構の故障診断制御を実行する際に適用して有効な技術に関する。
燃料タンクから発生する燃料蒸気を適切に処理するため、車両の燃料系には燃料蒸気をシリンダ内で燃焼させるエバポ処理機構(以下、エバポパージシステムという)が搭載されている。このエバポパージシステムは活性炭が封入されたキャニスタを備えており、燃料タンクから発生した燃料蒸気はキャニスタによって捕捉された後に、キャニスタからパージ通路を介してエンジンの吸気管に供給される。また、吸気管に燃料蒸気を案内するパージ通路にはパージ制御弁が設けられており、このパージ制御弁を開閉制御することによって吸気管に供給される燃料蒸気量を制御することが可能となっている(たとえば、特許文献１および２参照)。
また、燃料蒸気を外部に放出することなく確実に処理するため、エバポパージシステムには、燃料タンク、パージ通路、キャニスタ等からの燃料蒸気漏れを診断する診断システムが組み込まれている。このような診断システムは、エバポパージシステム内に吸気管負圧を導入した後に、所定時間に渡ってエバポパージシステム内の圧力変化を検出することにより、燃料蒸気漏れの有無を判定するようにしている。なお、走行状態が大きく変動すると故障診断制御に影響を与えることから、故障診断制御は走行状態が一定に保たれた状態のもとで実行され、走行状態が大きく変動したときには一旦リセットされることが多い。
特開２００１−３２９９１７号公報 特開２００１−３２９８９５号公報
ところで、ハイブリッド車両には、排気量の小さな小型エンジンが搭載されたり、吸入空気を吹き戻すようにした高膨張比エンジンが搭載されたりすることが多い。このような小型エンジンや高膨張比エンジンは、吸入空気量が少ないことから大きな吸気管負圧を発生させることが困難であり、このことはエバポパージシステムの診断時間を引き延ばしてしまう要因となる。すなわち、故障診断制御を実行する際には、吸気管負圧を導入してエバポパージシステム内の圧力を低下させる必要があるが、小さな吸気管負圧によってエバポパージシステム内の圧力を低下させるためには長い吸引時間が必要となっていた。
このように、エバポパージシステムの診断時間が長引くことは、走行状態の変化を受けて故障診断制御がリセットされ易くなるため、診断時間の短縮化を図ることが求められている。特に、故障診断制御のリセットが繰り返されると何度も故障診断制御を実行することになるが、故障診断制御中は燃料蒸気を処理することができないことから、診断時間を短縮して故障診断制御のリセットを回避することが求められている。
本発明の目的は、エバポ処理機構の故障診断時間を短縮することにある。
本発明のハイブリッド車両の診断制御装置は、エンジンとこれに連結される電動モータとを備えるハイブリッド車両の診断制御装置であって、燃料タンクから発生する燃料蒸気を前記エンジンの吸気系に案内するエバポ処理機構と、前記エバポ処理機構の蒸気流路に対して吸気管圧力を導入し、前記蒸気流路内の圧力変化に基づき前記エバポ処理機構の故障診断を行う故障診断手段と、前記蒸気流路に対して吸気管圧力を導入する際に、前記電動モータをアシスト駆動させてエンジン負荷を軽減させるモータ制御手段とを有し、前記モータ制御手段は、前記エンジン単独で得られる吸気管圧力が所定のアシスト閾値を下回る場合には前記電動モータのアシスト駆動を禁止し、前記エンジン単独で得られる吸気管圧力が前記アシスト閾値よりも低圧側の発電閾値を下回る場合には前記電動モータを発電駆動することを特徴とする。
本発明のハイブリッド車両の診断制御装置は、前記モータ制御手段は、前記電動モータに電力を供給する蓄電機器の充電状態が所定値を下回るときには前記電動モータのアシスト駆動を禁止することを特徴とする。
本発明によれば、蒸気流路に対して吸気管負圧を導入する際に、電動モータをアシスト駆動してエンジン負荷を軽減するようにしたので、吸気管負圧を引き下げることができ、エバポ処理機構の故障診断時間を短縮することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０を示すスケルトン図である。図１に示すように、パワーユニット１０には、駆動源としてのエンジン１１とモータジェネレータ(電動モータ)１２とが設けられており、モータジェネレータ１２の後方側にはトランスミッション１３が設けられている。エンジン１１やモータジェネレータ１２から出力される動力は、ミッションケース１４内に組み込まれる変速機構１５を介して変速された後に、複数のデファレンシャル機構１６，１７を経て各駆動輪に分配される。
図示するパワーユニット１０はパラレル方式のパワーユニットであり、走行用の主要な駆動源としてエンジン１１が駆動される一方、発進時や加速時には補助的な駆動源としてモータジェネレータ１２が駆動される。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ１２を発電駆動させることにより、減速エネルギや余剰動力を電気エネルギに変換して回収することが可能となる。さらに、モータジェネレータ１２をスタータモータとして作動させることにより、モータジェネレータ１２によってエンジン１１を始動回転させることが可能となる。
エンジン１１の後方側に設けられるモータジェネレータ１２は、モータケース２０に固定されるステータ２１と、エンジン１１のクランク軸２２に連結されるロータ２３とを備えており、ロータ２３はドライブプレート２４を介してトルクコンバータ２５に連結されている。トルクコンバータ２５は、コンバータケース２６に固定されるポンプインペラ２７と、このポンプインペラ２７に対向するタービンランナ２８とを備えており、トルクコンバータ２５内の作動油を介してポンプインペラ２７からタービンランナ２８に動力が伝達される。
また、トルクコンバータ２５には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構１５が変速入力軸３０を介して接続されている。この変速機構１５内のクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、変速機構１５内の動力伝達経路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸３１と後輪出力軸３２との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構１６が装着されており、このセンタデファレンシャル機構１６を介して前輪出力軸３３と後輪出力軸３２とに動力が分配される。
このようなハイブリッド車両には、モータジェネレータ１２に電力を供給する蓄電機器として高電圧バッテリ(たとえばリチウムイオンバッテリ)４０が搭載されている。この高電圧バッテリ４０にはバッテリ制御ユニット４１が接続されており、バッテリ制御ユニット４１によって高電圧バッテリ４０の充放電量が制御されるとともに、電圧、電流、セル温度などに基づき充電状態ＳＯＣ(state of charge)が算出されている。また、ハイブリッド車両にはエンジン制御ユニット４２が設けられており、このエンジン制御ユニット４２から、スロットルバルブ、インジェクタ、イグナイタ等に対して制御信号が出力されている。さらに、ハイブリッド車両にはハイブリッド制御ユニット４３が設けられており、このハイブリッド制御ユニット４３からモータジェネレータ１２に対して駆動信号が出力されている。これらの制御ユニット４１〜４３は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。なお、制御ユニット４１〜４３は通信ネットワークを介して相互に接続されており、制御ユニット４１〜４３間において各種情報が共有されるようになっている。
また、ハイブリッド制御ユニット４３には、セレクトレバーの操作レンジを検出するインヒビタスイッチ４４、アクセルペダルの踏み込み状況を検出するアクセルペダルセンサ４５、ブレーキペダルの踏み込み状況を検出するブレーキペダルセンサ４６等が接続されている。さらに、ハイブリッド制御ユニット４３にはインバータ４７が接続されており、インバータ４７を介して交流電流の電流値や周波数を制御することにより、交流同期型モータであるモータジェネレータ１２のモータトルクやモータ回転数を制御することが可能となる。そして、ハイブリッド制御ユニット４３は、制御ユニット４１，４２や各種センサ４４〜４６から入力される各種情報に基づき車両状態を判定するとともに、インバータ４７、エンジン制御ユニット４２、バッテリ制御ユニット４１に対して制御信号を出力し、モータジェネレータ１２、エンジン１１、高電圧バッテリ４０等を互いに協調させながら制御することになる。
続いて、燃料タンク５０から発生する燃料蒸気をエンジン１１に供給して処理するエバポ処理機構(以下、エバポパージシステムという)５１について説明する。図２はエバポパージシステム５１を示す概略図であり、このエバポパージシステム５１はエバポ制御ユニット５２からの制御信号に基づき制御されている。なお、エバポ制御ユニット５２についても、前述した各制御ユニット４１〜４３と同様に、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等によって構成されており、各制御ユニット４１〜４３と通信ネットワークを介して相互に接続されている。
図２に示すように、ガソリン等の燃料を貯留する燃料タンク５０にはエバポ配管５３が接続されており、燃料タンク５０から発生する燃料蒸気はエバポ配管５３を介してキャニスタ５４に案内される。キャニスタ５４内には燃料蒸気を吸着する活性炭が封入されており、このキャニスタ５４に燃料蒸気を送り込むことによってキャニスタ５４内に燃料蒸気を捕捉することが可能となっている。また、エバポ配管５３にはエバポ制御ユニット５２によって開閉制御される圧力調整弁５５が設けられており、この圧力調整弁５５は圧力センサ５６によって検出される燃料タンク５０内の圧力に基づいて制御されている。なお、燃料タンク５０には燃料の油面に応じて作動する燃料遮断弁５７が設けられており、給油によって油面が上昇したときには燃料遮断弁５７によってエバポ配管５３に対する燃料の流入を回避することが可能となる。
また、キャニスタ５４にはエンジン１１の吸気管６０に連通するパージ配管６１が接続されており、このパージ配管６１にはエバポ制御ユニット５２によって開閉制御されるパージ制御弁６２が設けられている。このパージ制御弁６２を連通状態に切り換えることにより、吸気管６０とキャニスタ５４とが連通することになるため、キャニスタ５４に接続される導入配管６３からキャニスタ５４内に大気が導入されるとともに、キャニスタ５４内の燃料蒸気が大気とともに吸気管６０に向けて吸引されることになる。つまり、パージ制御弁６２によってキャニスタ５４と吸気管６０との連通状態を制御することにより、エンジン１１に対する燃料蒸気の供給量を制御することが可能となっている。なお、エンジン１１の吸気系を構成する吸気管６０には負圧センサ６４が設けられており、この負圧センサ６４からエンジン制御ユニット４２に対して吸気管負圧を示す信号が出力されている。
このようなエバポパージシステム５１を正常に作動させるためには、エバポパージシステム５１から外部に燃料蒸気が漏れていないことを確認する必要がある。そこで、故障診断手段として機能するエバポ制御ユニット５２は、以下のような故障診断制御を実行するようにしている。ここで、図３は故障診断制御の実行によって変化する燃料タンク５０内の圧力を示す線図である。
図３に示すように、エバポ制御ユニット５２によって実行される故障診断制御は４段階の診断フェーズによって構成されている。まず、診断フェーズＰＨ１では、導入配管６３に設けられるキャニスタ弁６５を閉じた状態のもとで、パージ制御弁６２および圧力調整弁５５を開くことにより、燃料タンク５０、エバポ配管５３、キャニスタ５４、パージ配管６１、導入配管６３によって構成されるエバポパージシステム５１の蒸気流路に対して吸気管負圧(吸気管圧力)が導入される。なお、吸気管負圧を導入する診断フェーズＰＨ１は燃料タンク５０内の圧力(以下、タンク内圧という)が目標負圧を下回るまで継続されることになるが、所定時間が経過しても目標負圧に達しない場合には、タンクキャップ６６が外れるような大きなリークの発生、あるいはパージ制御弁６２やキャニスタ弁６５が故障状態であると判定される。また、タンク内圧が目標負圧を大きく下回った場合には、パージ制御弁６２が全開位置に固着していると判定されることになる。
吸気管負圧の導入によってタンク内圧が目標負圧を下回ると、診断フェーズＰＨ２に進み、パージ制御弁６２を閉じることによってエバポパージシステム５１内が１つの空間として隔離される。そして、エバポパージシステム５１内を隔離した状態のもとで、所定時間に渡ってタンク内圧の変化が検出されることになる。なお、燃料蒸気の発生量が多い場合や配管等から燃料蒸気がリークしている場合には、診断フェーズＰＨ２において大きな圧力変化が検出されることになる。診断フェーズＰＨ２において所定時間が経過すると、診断フェーズＰＨ３に進み、キャニスタ弁６５を開くことによって隔離されていたエバポパージシステム５１内に大気が導入される。そして、この診断フェーズＰＨ３における圧力の上昇速度が遅い場合には、キャニスタ弁６５が全開位置まで開かれていない故障状態と判定されることになる。
次いで、エバポパージシステム５１内が大気開放されると、診断フェーズＰＨ４に進み、キャニスタ弁６５を閉じながら所定時間に渡ってタンク内圧の変化が検出される。つまり、診断フェーズＰＨ４においては、大気圧を超えた圧力変化を検出することにより、燃料タンク５０内で発生する燃料蒸気量を推定することが可能となっている。そして、診断フェーズＰＨ４において検出された圧力変化量Ｐ２が所定値を下回り、かつ診断フェーズＰＨ２において検出された圧力変化量Ｐ１が所定値を上回る場合には、エバポパージシステム５１から燃料蒸気が漏れていると判定されることになる。すなわち、診断フェーズＰＨ２における圧力増加量が所定値を上回ることにより、過大な燃料蒸気の発生や燃料蒸気のリークが疑われる状況のもとで、診断フェーズＰＨ４において、過大な燃料蒸気の発生が認められない場合には、エバポ制御ユニット５２はエバポパージシステム５１にリークが発生していると判定することになる。
このように、エバポパージシステム５１内に吸気管負圧を導入した後に、所定時間に渡ってタンク内圧の変化を検出することにより、エバポパージシステム５１の故障状態を診断しているが、診断精度を高めるためには走行状態をほぼ一定に保った状態のもとで故障診断制御を実行する必要がある。たとえば、走行状態が大きく変動した場合には、誤診断を招くおそれがあることから故障診断制御が一旦リセットされることになるが、長期間に渡って故障診断制御を何度も繰り返すことは燃料蒸気のパージ処理を制限してしまうことから、走行状態が大きく変動する前に故障診断制御を素早く完了させる必要がある。
そこで、モータ制御手段として機能するエバポ制御ユニット５２は、吸気管負圧を導入する診断フェーズＰＨ１において、以下のようにモータジェネレータ１２をアシスト駆動させることにより、故障診断制御を短時間のうちに終了させるようにしている。ここで、図４は故障診断制御中におけるモータ駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１では、故障診断制御の診断フェーズＰＨ１が開始されるか否かが判定される。ステップＳ１において、診断フェーズＰＨ１が開始されていないと判定された場合には、ステップＳ２に進み、走行状況に応じてモータジェネレータ１２の通常制御が実行される。一方、ステップＳ１において、診断フェーズＰＨ１が開始されていると判定された場合には、ステップＳ３に進み、モータジェネレータ１２のアシスト制御が実行される。このアシスト制御を実行することにより、モータジェネレータ１２は所定のモータトルクを上乗せして駆動されることになる。
このように、診断フェーズＰＨ１においてモータジェネレータ１２をアシスト駆動することにより、エンジン負荷を軽減して吸気管負圧を増大させることができるため、エバポパージシステム５１内を目標負圧に向けて素早く減圧することが可能となる。つまり、モータジェネレータ１２をアシスト駆動することによってエンジントルクを引き下げることができるため、走行状態を変化させることなくエンジン１１のスロットルバルブ６７を閉じ側に制御することができ、吸気管負圧を十分に発生させることが可能となる。これにより、故障診断制御の診断フェーズＰＨ１を素早く終了させることができるため、故障診断時間を短縮することができ、故障診断制御のリセット処理を極力回避することができる。
また、図４に示すフローチャートにあっては、診断フェーズＰＨ１が開始された場合にアシスト制御を実行しているが、充電状態や吸気管負圧に基づいてアシスト制御を実行するか否かを判定するようにしても良い。ここで、図５〜図６は本発明の他の実施の形態である診断制御装置によって実行されるモータ駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。なお、図４に示すフローチャートと同一のステップについては、同一の符号を付してその説明を省略する。
図５に示すように、ステップＳ１において、診断フェーズＰＨ１が開始されていると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、高電圧バッテリ４０の充電状態が読み込まれる。そして、ステップＳ１２において、充電状態が所定値を上回ると判定された場合には、続くステップＳ１３において診断フェーズＰＨ１の継続が決定され、続くステップＳ３においてモータジェネレータ１２のアシスト制御が実行される。一方、ステップＳ１２において、充電状態が所定値を下回ると判定された場合には、続くステップＳ１４において診断フェーズＰＨ１の停止が決定され、続くステップＳ１５においてモータジェネレータ１２の発電制御が実行されることになる。このように、充電状態が所定値を下回る状態のもとでは、診断フェーズＰＨ１を停止させるとともにモータジェネレータ１２を発電駆動させるようにしたので、アシスト制御の実行中に電力不足に陥ることがなく、吸気管負圧を十分に発生させることが可能となる。これにより、故障診断制御の診断フェーズＰＨ１を素早く終了させることができ、故障診断時間を短縮することが可能となる。
また、充電状態に基づいてアシスト制御の可否を判定するだけでなく、吸気管負圧に基づいてアシスト制御を実行するか否かを判定するようにしても良い。図６に示すように、ステップＳ１において、診断フェーズＰＨ１が開始されていると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、吸気管負圧が読み込まれる。そして、ステップＳ２２において、吸気管負圧が所定のアシスト閾値を上回ると判定された場合には、続くステップＳ３においてモータジェネレータ１２のアシスト制御が実行されることになる。一方、ステップＳ２２において、吸気管負圧がアシスト閾値を下回ると判定された場合には、続くステップＳ２３においてモータジェネレータ１２の通常制御が実行されることになる。このように、吸気管負圧がアシスト閾値を下回ると判定された場合、つまりエンジン単独で十分な吸気管負圧が確保されている場合には、モータジェネレータ１２のアシスト制御を禁止するようにしたので、高電圧バッテリ４０の電力消費を抑制することが可能となる。
また、吸気管負圧に基づいてアシスト制御の可否を判定するだけでなく、吸気管負圧に基づいて発電制御を実行するか否かを判定するようにしても良い。図７に示すように、ステップＳ１において、診断フェーズＰＨ１が開始されていると判定された場合には、ステップＳ２１に進み、吸気管負圧が読み込まれる。そして、ステップＳ２２において、吸気管負圧がアシスト閾値を上回ると判定された場合には、続くステップＳ３においてモータジェネレータ１２のアシスト制御が実行されることになる。一方、ステップＳ２２において、吸気管負圧がアシスト閾値を下回ると判定された場合には、ステップＳ３１に進み、吸気管負圧が発電閾値を下回るか否かが判定される。なお、発電閾値はアシスト閾値よりも低圧側に設定されている。ステップＳ３１において、吸気管負圧が発電閾値を下回ると判定された場合には、既に十分な吸気管負圧が確保されている状態であり、且つエンジン１１の運転状態が燃料蒸気をエンジン１１の吸気管６０に導くには負荷が低すぎるため、ステップＳ３２に進み、モータジェネレータ１２の発電制御が実行される。一方、ステップＳ３１において、吸気管負圧が発電閾値を上回ると判定された場合には、適切な吸気管負圧が確保されている状態であるため、ステップＳ３３に進み、モータジェネレータ１２の通常制御が実行されることになる。
このように、吸気管負圧が低圧側の発電閾値を下回ると判定され、エンジン単独で必要以上の吸気管負圧が確保されている場合、つまり吸気管負圧を上昇させても故障診断時間に影響を与えない場合には、エンジン動力を用いてモータジェネレータ１２の発電制御を実行するようにしている。これにより、エンジン動力を有効に活用することができるため、ハイブリッド車両のエネルギ効率を向上させることが可能となると共に、あまりにもエンジン１１に対する負荷が低い状態のもとで燃料蒸気がエンジン１１に供給されることによるエンジン１１の燃焼不良を防止することが可能となる。
本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示するハイブリッド車両はパラレル方式のハイブリッド車両であるが、これに限られることはなく、シリーズ方式やシリーズ・パラレル方式のハイブリッド車両に対して本発明の診断制御装置を適用しても良い。
また、ハイブリッド車両に搭載されるエンジン１１としては、排気量の少ない小型エンジンや、吸入空気を吹き戻すようにした高膨張比エンジンに限られることはなく、排気量の大きな大型エンジン等を搭載しても良い。さらに、エンジン形式についても限定されることはなく、水平対向エンジン、Ｖ型エンジン、直列エンジン等であっても良い。
また、エバポ制御ユニット５２によって実行される故障診断制御としては、図３に示す故障診断制御に限られることはなく、他の手順によって故障診断制御を実行するハイブリッド車両に対して、本発明を適用しても良いことはいうまでもない。
なお、高電圧バッテリ４０としては、リチウムイオンバッテリに限られることはなく、ニッケル水素バッテリやキャパシタであっても良い。
ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニットを示すスケルトン図である。 エバポパージシステムを示す概略図である。 故障診断制御の実行によって変化する燃料タンク内の圧力を示す線図である。 本発明の一実施の形態である診断制御装置によって実行されるモータ駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態である診断制御装置によって実行されるモータ駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態である診断制御装置によって実行されるモータ駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。 本発明の他の実施の形態である診断制御装置によって実行されるモータ駆動制御の実行手順を示すフローチャートである。
符号の説明
１１ エンジン
１２ モータジェネレータ(電動モータ)
４０ 高電圧バッテリ(蓄電機器)
５０ 燃料タンク
５１ エバポパージシステム(エバポ処理機構)
５２ エバポ制御ユニット(故障診断手段，モータ制御手段)

Claims (2)

  1. エンジンとこれに連結される電動モータとを備えるハイブリッド車両の診断制御装置であって、
    燃料タンクから発生する燃料蒸気を前記エンジンの吸気系に案内するエバポ処理機構と、
    前記エバポ処理機構の蒸気流路に対して吸気管圧力を導入し、前記蒸気流路内の圧力変化に基づき前記エバポ処理機構の故障診断を行う故障診断手段と、
    前記蒸気流路に対して吸気管圧力を導入する際に、前記電動モータをアシスト駆動させてエンジン負荷を軽減させるモータ制御手段とを有し、
    前記モータ制御手段は、前記エンジン単独で得られる吸気管圧力が所定のアシスト閾値を下回る場合には前記電動モータのアシスト駆動を禁止し、前記エンジン単独で得られる吸気管圧力が前記アシスト閾値よりも低圧側の発電閾値を下回る場合には前記電動モータを発電駆動することを特徴とするハイブリッド車両の診断制御装置。
  2. 請求項１記載のハイブリッド車両の診断制御装置において、
    前記モータ制御手段は、前記電動モータに電力を供給する蓄電機器の充電状態が所定値を下回るときには前記電動モータのアシスト駆動を禁止することを特徴とするハイブリッド車両の診断制御装置。
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