JP4881715B2 - ハイブリッド車両用制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、ハイブリッド車両用のエンジンを燃焼回転させるための機能に異常がある場合に、エンジンの更なる性能低下を防止するための制御を行う制御装置に関する。

エンジンのみを駆動源とする車両において、エンジンを燃焼回転させるための機能について診断を行う手段を備える制御装置は一般に知られている。例えば、特許文献１には、エンジン停止時にも燃料噴射装置の診断を行う技術として、燃料噴射弁が作動しない程度の低レベルの判定用電流を燃料噴射装置に通電させ、そのときの電流値を検出することで異常があるか否かを判定する技術が開示されている。
特開平１０−２５２５３９号公報

ところで、エンジンのみを駆動源とする一般的な車両では、スタータは低出力であり、そのクランキング回転数はせいぜい２００ｒｐｍ程度である。また、スタータを利用してクランキングを行うのは、車両停止中に限られている。

したがって、フリクション増大に繋がるような異常が発生した場合には、クランキングそのものが不可能となるか、または仮にクランキングすることができたとしても、十分な回転速度が得られないために、エンジンはトルクを発生させることができずに再び停止する可能性が高い。このため、さらなるエンジン性能の低下を引き起こす可能性は低い。

一方、エンジン及び電動モータを駆動源として併せ持ついわゆるハイブリッド車両においては、強力な電動モータを利用してクランキングを行うことが可能であり、この場合のクランキング回転数は１０００ｒｐｍ程度にも達する。このため、異常が発生した状態でのクランキングによって、エンジンに対しさらなる性能低下を引き起こす可能性がある。また、電動モータ単独で走行する運転領域からさらに出力を増大させるために、車両走行中にクランキングを行う機会もある。この場合、エンジン始動の失敗等があると、エンジンの再度の始動を試みることとなる。

しかしながら、特許文献１に記載の診断技術は、エンジンのみを駆動源とする一般的な車両についてのものであり、また、燃焼噴射装置の性能低下を検出した後に、クランキングを禁止する等の処置についての記載はない。さらに、エンジンの運転に関わる主な部位の診断は、エンジン回転中に行うことが前提であり、クランキングそのものを禁止する構成にはなっていない。

すなわち、特許文献１に記載の診断技術では、上述したようなハイブリッド車両特有の高回転数でのクランキングによる問題を回避することはできない。

そこで、本発明では、ハイブリッド車両においてエンジンの燃焼回転に関わる機能に異常がある場合に、エンジンの不要な再始動を防止可能な制御装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両用制御装置は、エンジンと電動モータとを駆動源として併せ持ち、前記電動モータは、前記エンジンをクランキングさせるためのスタータモータとしての機能も有し、さらに前記電動モータよりも低出力なスタータモータを有するハイブリッド車両用の制御装置であって、
少なくとも燃料噴射弁についてのショート診断、断線診断の他に、前記燃料噴射弁が燃料リークをさせる状態か否かの診断、そして、スロットルバルブが開いた状態で固着していないかを診断する開固着診断を前記エンジン停止中に行うエンジン停止中機能診断手段と、
前記エンジン停止中の診断結果に基づいて、前記駆動源としての電動モータをスタータとして機能させることによるエンジンのクランキングを禁止して、前記スタータモータによるクランキングを行うハイブリッド制御手段と、
を備える。

本発明によれば、エンジンが始動する前に異常を検知することができるので、例えば異常を検知した場合にはエンジンの始動を禁止する等の措置をとることで、エンジンの不要な再始動を防止することができる。

以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本実施形態を適用するハイブリッド車両のシステムの概略構成図である。１はエンジン、２は変速機、２ａはディファレンシャルギア、３は電動モータ、４は電動モータ駆動用の強電バッテリ（以下、単に強電バッテリという）、５は動力分配機構、６は吸入空気量制御手段としてのスロットルバルブ、７はクランク角センサ、８は車両状態検出手段としての車速センサ、９は車輪、１０はコントロールユニット、１１はドライブシャフト、１２は燃料噴射弁である。

エンジン１及び電動モータ３の出力は、いずれも動力分配機構５に入力され、変速機２のケース内に配置されたディファレンシャルギア２ａ及びドライブシャフト１１を介して車輪に伝達される。動力分配機構５は、遊星歯車又はクラッチ機構から構成され、エンジン１又は電動モータ３のいずれの出力を車輪９に伝達する。また、強電バッテリ４の充電状態によっては、電動モータ３を発電機として機能させるために、エンジン１の出力の一部又は全部を電動モータ３の駆動に供するように分配する。

また、エンジン１のクランク角度を検出するクランク角センサ７及び変速機２の出力軸の回転速度を検出する車速センサ８の検出値は、エンジン停止中燃焼回転機能診断手段、ハイブリッド制御手段及び電動走行機能診断手段としてのコントロールユニット１０に入力される。

ここで、コントロールユニット１０について図２を参照して説明する。コントロールユニット１０は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１０ａ、ハイブリッドコントロールモジュール（ＨＣＭ）１０ｂ及び異常判定装置１０ｃから構成される。ＨＣＭ１０ｂは、車速センサ８の検出値、強電バッテリ４の充電量、運転者のアクセル開度検出信号等に基づいて、運転者の要求出力を算出し、この要求出力を満足するためにエンジン１及び電動モータ３で発生させるべき出力を設定する。そして、設定した出力に応じて電動モータ３を駆動したり、ＥＣＵ１０ａに対してエンジン１の始動、停止要求信号を出力する。

なお、エンジン始動要求があった場合には、電動モータ３によりエンジン１のクランキングを行う。このため、従来のエンジンに備えられていたスタータモータは備えていない。

ＥＣＵ１０ａは、ＨＣＭ１０ｂからの信号やクランク角センサ７及び車速検出センサ８の検出値に応じて、スロットルバルブ６の開度を調整したり、燃料噴射弁１２に対して噴射量及び噴射時期に応じた噴射信号を出力を行うことにより、エンジン１の出力を制御する。なお、ＥＣＵ１０ａとＨＣＭ１０ｂとが一体に構成されていてもよい。

異常判定装置１０ｃは、図３に示すようにトランジスタ１３を含む回路構成となっており、燃料噴射弁１２の電流値に応じたモニタ信号をＥＣＵ１０ａに出力する。なお、異常か否かの判定は、モニタ信号に基づいて行う。すなわち、エンジン１が停止中であれば、必ずトランジスタ１３はＯＦＦになるのでモニタ信号は１２Ｖを示す「Ｈｉ」になるはずであるから、エンジン１が停止中にもかかわらずモニタ信号が「Ｌｏ」になったときに、断線やＧＮＤショート等の異常があると判定する。

次に、コントロールユニット１０が実行する異常診断のための制御ルーチンについて、図４のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ１１０では、現在エンジン１が停止中であるか否かの判定を行う。駆動中であればステップＳ１７０に進み、エンジン１と電動モータ３の駆動状態を運転状態に応じて切り替えるハイブリッド運転を行う（通常ハイブリッドモード）。

通常ハイブリッドモードでは、一般的なシステムと同様に、エンジン回転中に燃料噴射弁や強電系等の診断を行い、システムの状況を監視する。

エンジン１が停止中であれば、ステップＳ１２０に進む。

ステップＳ１２０では、自己診断を実行する。ここでは、エンジン１の回転が困難な状態であるか否か、すなわちエンジン１を燃焼回転させるための機能についての診断を行う。具体的には、少なくとも前述した燃料噴射弁１２についてのＧＮＤショート診断、断線診断の他に、燃料噴射弁１２が燃料リークをさせる状態か否かの診断、そして、スロットルバルブ６が開いた状態で固着していないかを診断する開固着診断を行う。なお、燃料噴射弁１２が燃料リークさせる状態か否かは、燃料噴射弁１２が常時通電状態になっているか否かにより判定し、常時通電状態であれば燃料リークさせる状態であると判定する。

ステップＳ１３０では、上記診断で異常を検出したか否かを判定する。異常が検出されなければ、ステップＳ１７０に進む。異常が検出された場合はステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、強電バッテリ４の電圧が所定値以上あるか否かの判定を行う。所定値以上あればステップＳ１５０に進み、所定値以下であれば後述するステップＳ１９０に進む。ここで用いる所定値は、後述するＥＶモードでの走行が可能な程度の電圧値、例えば２４０Ｖ程度とする。

ステップＳ１５０では、電動モータ３や強電バッテリ４を含めた強電系が正常に作動しているか否かの判定を行う。正常であればステップＳ１６０に進む。一方、正常でなければステップＳ１９０に進む。これは、電動モータ３を含む電気系統に異常があれば、後述するＥＶモードでの走行に支障があるためである。

ステップＳ１６０では、車両が走行中であるか否かの判定を行う。走行中であればステップＳ１８０に進み、停止中であればステップＳ１９０に進む。

ステップＳ１８０では、クランキングを禁止して電動モータ３のみによって走行する（ＥＶモード）。これにより、クランキングによってエンジン１の更なる性能低下を招くことを防止できる。また、警告表示や警告音等によって運転者に異常を知らせる。

ＥＶモードの解除条件は、例えば、上記制御ルーチンを繰り返している最中に、ステップＳ１３０の判定結果が「異常なし」になったこと、あるいは強電バッテリ４の充電量低下によりハイブリッドシステムがシャットダウンしたこと、あるいは修理工場等で外部装置を用いて性能低下の履歴が消去されたこと、とする。

ステップＳ１９０では、次回エンジン始動要求があった場合には電動モータ３の出力を制限することで、従来のスタータ程度の出力でクランキングを試みる（低出力クランキングモード）。また、ステップＳ１８０と同様に、警告表示等により運転者に異常を知らせる。

低出力クランキングモードの解除条件は、上記制御ルーチンを繰り返している最中に、ステップＳ１３０の判定結果が「異常なし」になったこと、あるいは修理工場等で外部装置を用いて性能低下の履歴が消去されたこと、とする。

なお、ステップＳ１９０でのクランキング後にエンジン１が燃焼回転、すなわち自律運転を開始した場合には、その後のアイドルストップを禁止するようにしてもよい。これにより、エンジンのみで走行する従来の車両と同等となり、例えば運転者のアクセル操作によらずエンジン回転数を制限する等の、一般的なフェールセーフ機能を適用することが可能となる。

また、従来と同様の出力のスタータモータを補助的に備えておき、低出力クランキングモードになった場合には電動モータ３に替えてスタータモータによりクランキングするようにしてもよい。

上記のように、燃料噴射弁１２や電子制御スロットル等のエンジン１の運転に関する装置又は強電系装置の異常を検知した場合には、通常のハイブリッド運転からＥＶモード又は低出力クランキングモードに切換えることで、修理可能な場所までの退避走行及び退避走行中のシステム保護を行う。

なお、ステップＳ１４０〜Ｓ１６０の判定は、必ずしも全てを行う必要はなく、少なくともいずれか一つを行うこととしてもよい。

以上のように、本実施形態によれば、次のような効果を得ることができる。

例えば燃料噴射弁１２のように、エンジン１を燃焼回転させるための機能に異常があるか否かの診断をエンジン停止中に行う手段と、その診断結果に基づいて、エンジン１及び電動モータ３の運転制御を行う制御手段と、を備えるので、エンジン１が始動する前に異常を検知することができ、これにより異常発生時にシステムを保護することができる。

エンジン１を燃焼回転させるための機能の診断として、燃料噴射弁１２についての診断の他に、スロットルバルブ６が開固着しているか否かの判定を行うので、より確実にシステムを保護することができる。

電動モータ３は、エンジン１をクランキングさせるためのスタータモータとしての機能も有し、コントロールユニット１０はエンジン１の燃焼回転させるための機能に異常ありと判断した場合には、エンジン始動時にクランキング回転数が従来の一般的なスタータ程度になるように電動モータ３の出力を低下させるので（低クランキングモード）、エンジン１をクランキングさせることによる更なる性能低下を防止することができる。

低クランキングモードでのクランキングによりエンジン１が燃焼回転を始めた場合には、その後のアイドルストップを禁止するので、エンジンのみで走行する一般的な車両と同様の状態となる。これにより、一般に知られているフェールセーフ機能をそのまま適用することができる。

エンジン１を燃焼回転させるための機能又は強電系機能についての診断の結果、いずれかの機能が異常であると診断された場合には、当該診断結果及び車両状態に基づいて、低クランキングモード又はＥＶモードのいずれか正常な方を選択するので、修理工場等まで自走することが可能となり、また、更なる性能低下を防止することができる。

第２実施形態について説明する。

本実施形態は、システムの構成は第１実施形態と同様であるが、異常診断のための制御ルーチンが異なる。本実施形態の制御ルーチンについて図５のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ２１０では、現在エンジン１が停止中であるか否かの判定を行う。駆動中であればステップＳ２７０に進み、エンジン１と電動モータ３の駆動状態を運転状態に応じて切り替えるハイブリッド運転を行う（通常ハイブリッドモード）。

エンジン１が停止中であれば、ステップＳ２２０に進む。

ステップＳ２２０では、自己診断を実行する。ここでの自己診断は、図４のステップＳ１２０と同様の診断に加え、さらに電動モータ３や強電バッテリ４等を含む強電系に異常があるか否か、例えば電源電圧が低下している等、の診断も行う。

ステップＳ２３０では、上記診断で異常を検出したか否かを判定する。異常が検出されなければ、ステップＳ２７０に進む。異常が検出された場合はステップＳ２９０に進む。

ステップＳ２９０では、図４のステップＳ１９０と同様に低クランキングモードに切換える。なお、ステップＳ２９０は、ステップＳ２３０で異常診断の対象としなかったシステム要素は正常であることを前提としている。すなわち、ステップＳ１２０で診断対象としなかった要素、例えば水温、油温、排気温等については、別の制御ルーチンにより診断を行い、その診断結果によっては、必ずしも低クランキングモードに切換わるわけではない。

以上のように、本実施形態によれば、エンジン１の停止中にエンジン１を燃焼回転させるための機能又は強電系機能の少なくともいずれか一つについての診断を行い、何れかの機能に異常があると診断された場合には、低クランキングモードに固定するので、エンジン１の更なる性能低下を防止しつつ、修理工場等まで自走することができる。

第３実施形態について説明する。

本実施形態は、システムの構成は第１実施形態と同様であるが、異常診断のための制御ルーチンが異なる。本実施形態の制御ルーチンについて図６のフローチャートを参照して説明する。

ステップＳ３１０では、現在エンジン１が停止中であるか否かの判定を行う。駆動中であればステップＳ３７０に進み、エンジン１と電動モータ３の駆動状態を運転状態に応じて切り替えるハイブリッド運転を行う（通常ハイブリッドモード）。

エンジン１が停止中であれば、ステップＳ３２０に進む。

ステップＳ３２０では、自己診断を実行する。ここでの自己診断は、図４のステップＳ１２０と同様の診断に加え、さらに、エンジン始動に直接的に影響しない要素、例えば排気温センサや空燃比センサ、又は触媒用ヒータ等といった排気系統のセンサ類やヒータ類についての診断も行う。

ステップＳ３３０では、上記診断で異常を検出したか否かを判定する。異常が検出されなければ、ステップＳ３７０に進む。異常が検出された場合はステップＳ３８０に進む。

ステップＳ３８０では、図４のステップＳ１８０と同様にＥＶモードによる走行に切換える。なお、ステップＳ３８０は、ステップＳ３３０で異常診断の対象としなかったシステム要素は正常であることを前提としている。すなわち、ステップＳ３２０で診断対象としなかった要素、例えば水温、油温等については、別の制御ルーチンにより診断を行い、その診断結果によっては、必ずしもＥＶモードに切換わるわけではない。

以上により、本実施形態では、エンジン１の停止中にエンジン１を燃焼回転させるための機能又は排気センサ等の少なくともいずれか一つについての診断を行い、何れかの機能に異常があると診断された場合にはＥＶモードに固定するので、エンジン１の更なる性能低下を防止しつつ、修理工場等まで自走することができる。また、性能低下した状態でエンジン１を始動することがなくなる。これにより、排気性能の悪化を防止することができる。

なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。

第１実施形態を適用するシステムの概略構成図である。 第１実施形態のシステムの結線図である。 異常検知手段の例を表す図である。 第１実施形態の異常診断用制御ルーチンのフローチャートである。 第２実施形態の異常診断用制御ルーチンのフローチャートである。 第３実施形態の異常診断用制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 変速機
３ 電動モータ
４ 強電バッテリ
５ 動力分配機構
６ スロットルバルブ
７ クランク角センサ
８ 車速センサ
９ 車輪
１０ コントロールユニット
１０ａ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
１０ｂ ハイブリッドコントロールモジュール（ＨＣＭ）
１１ ドライブシャフト
１２ 燃料噴射弁
１３ トランジスタ

Claims (6)

1. エンジンと電動モータとを駆動源として併せ持ち、前記電動モータは、前記エンジンをクランキングさせるためのスタータモータとしての機能も有し、さらに前記電動モータよりも低出力なスタータモータを有するハイブリッド車両用の制御装置であって、
   少なくとも燃料噴射弁についてのショート診断、断線診断の他に、前記燃料噴射弁が燃料リークをさせる状態か否かの診断、そして、スロットルバルブが開いた状態で固着していないかを診断する開固着診断を前記エンジン停止中に行うエンジン停止中機能診断手段と、
   前記エンジン停止中の診断結果に基づいて、前記駆動源としての電動モータをスタータとして機能させることによるエンジンのクランキングを禁止して、前記スタータモータによるクランキングを行うハイブリッド制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両用制御装置。
2. 前記エンジン停止中機能診断手段は、前記燃料噴射弁が前記エンジン停止中にもかかわらず開弁状態である場合に、燃料リークし得る状態であると診断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両用制御装置。
3. エンジンと電動モータとを駆動源として併せ持ち、前記電動モータは、前記エンジンをクランキングさせるためのスタータモータとしての機能も有するハイブリッド車両用の制御装置であって、
   少なくとも燃料噴射弁についてのショート診断、断線診断の他に、前記燃料噴射弁が燃料リークをさせる状態か否かの診断、そして、スロットルバルブが開いた状態で固着していないかを診断する開固着診断を前記エンジン停止中に行うエンジン停止中機能診断手段と、
   前記エンジン停止中の診断結果に基づいて、エンジン始動時にクランキング回転数が所定値以下になるように前記電動モータのスタータとして機能する際の出力を低下させるハイブリッド制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両用制御装置。
4. 前記ハイブリッド制御手段は、前記出力を低下させた状態でのクランキングにより前記エンジンが燃焼回転を始めた場合には、その後のアイドルストップを禁止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両用制御装置。
5. 前記電動モータによる走行に関わる機能について異常があるか否かの診断を行う電動走行機能診断手段と、
   車両の運転状態を検出する車両状態検出手段と、
   を備え、
   前記ハイブリッド制御手段は、前記エンジン停止中機能診断手段が異常との診断をした場合には、前記電動走行機能診断手段によってモータ走行が可能と診断されればモータのみによる走行を選択し、前記電動走行機能診断手段によってモータ走行が不可能と診断されれば電動モータのスタータとして機能する際の出力を低下させた上で、エンジンのみによる走行を選択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両用制御装置。
6. 前記電動走行機能診断手段は、少なくとも前記電動モータ駆動用のバッテリ電圧、前記電動モータの駆動に関わる強電系機能の異常の存否を診断し、
   前記車両状態検出手段は、車両の運転状態として、少なくとも車速を検出することを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド車両用制御装置。