JP5966988B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置に関し、特に、エンジンを停止させる際にスロットル開度が小さくなるようにスロットルバルブを制御する技術に関する。

排気ガスを浄化する触媒は、空燃比が理論空燃比であるときに効率良く排気ガス（ＮＯＸ、ＨＣならびにＣＯなど）を浄化することが知られている。この点に鑑み、特開２０１０−７１１１６号公報（特許文献１）は、エンジンを停止すると判定したとき、判定時点からエンジンが停止するまでの期間において、触媒内部がストイキ（理論空燃比）近傍の状態となるように、微小トルクで混合気を燃焼させる制御を開示する。

特開２０１０−７１１１６号公報

しかしながら、特開２０１０−７１１１６号公報に記載の技術は、エンジンを停止すると判定してからエンジンが停止するまでの短い期間、すなわち過渡状態において空燃比が理論空燃比となるようにスロットルバルブをフィードバック制御しているため、空燃比を理論空燃比にできないこともあり得る。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、空燃比が理論空燃比になるように精度よく制御することである。

請求項１に係る発明において、エンジンを停止させる際にスロットル開度が小さくされるエンジンの制御装置は、エンジンを停止させた後に空燃比センサから得られる空燃比を取得し、取得した空燃比に応じて、次にエンジンを停止させた後の空燃比が理論空燃比になるように、次にエンジンを停止させる際にスロットルバルブをフィードフォワード制御する。

これにより、たとえば吸気系にデポジットが付着したことにより吸気量が低下し、空燃比がリッチになったとしても、空燃比がリッチになったことを検出して、次にエンジンを停止させた後の空燃比が理論空燃比になるようにスロットル開度を制御することができる。

請求項２に係る発明においては、エンジンを停止させてから所定の時間が経過した後に空燃比センサから得られる空燃比が取得される。

これにより、空燃比が変化し難いときに検出された空燃比を用いて、学習値を利用したフィードバック制御の制御精度を向上できる。

請求項３に係る発明においては、エンジンを停止させた後、空燃比センサから得られる空燃比の変化率が所定の範囲内になった後の空燃比を取得する。

これにより、安定している空燃比を用いて、空燃比を利用したフィードバック制御の制御精度を向上できる。

ハイブリッド車を示す概略構成図である。 動力分割機構の共線図を示す図である。 ハイブリッド車の電気システムを示す図である。 エンジンが駆動する期間および停止する期間を示す図である。 ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同一である。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、ハイブリッド車には、エンジン１００と、第１モータジェネレータ１１０と、第２モータジェネレータ１２０と、動力分割機構１３０と、減速機１４０と、バッテリ１５０とが搭載される。なお、以下の説明においては一例として外部の電源からの充電機能を有さないハイブリッド車について説明するが、外部の電源からの充電機能を有するプラグインハイブリッド車を用いてもよい。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０、第２モータジェネレータ１２０、バッテリ１５０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）１７０により制御される。ＥＣＵ１７０は複数のＥＣＵに分割するようにしてもよい。

ハイブリッド車は、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちの少なくともいずれか一方からの駆動力により走行する。すなわち、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０のうちのいずれか一方もしくは両方が、運転状態に応じて駆動源として自動的に選択される。

たとえば、運転者がアクセルペダル１７２を操作した結果に応じて、エンジン１００および第２モータジェネレータ１２０が制御される。アクセルペダル１７２の操作量（アクセル開度）は、アクセル開度センサ（図示せず）により検出される。

アクセル開度が小さい場合および車速が低い場合などには、第２モータジェネレータ１２０のみを駆動源としてハイブリッド車が走行する。この場合、エンジン１００が停止される。ただし、発電などのためにエンジン１００が駆動する場合がある。

また、アクセル開度が大きい場合、車速が高い場合、バッテリ１５０の残存容量（ＳＯＣ：State Of Charge）が小さい場合などには、エンジン１００が駆動される。この場合、エンジン１００のみ、もしくはエンジン１００および第２モータジェネレータ１２０の両方を駆動源としてハイブリッド車が走行する。

エンジン１００は、内燃機関である。エンジン１００に吸入される空気量は電子スロットルバルブ１０１により調整される。エンジン１００の空燃比（排気ガスの空燃比）は、空燃比センサ１０２により検出され、ＥＣＵ１７０に入力される。排気ガスは触媒１０４によって浄化される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０は、動力分割機構１３０を介してエンジン１００の出力軸（クランクシャフト）１０８に連結されている。エンジン１００が発生する動力は、動力分割機構１３０により、２経路に分割される。一方は減速機１４０を介して前輪１６０を駆動する経路である。もう一方は、第１モータジェネレータ１１０を駆動させて発電する経路である。

第１モータジェネレータ１１０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第１モータジェネレータ１１０は、動力分割機構１３０により分割されたエンジン１００の動力により発電する。第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、車両の走行状態や、バッテリ１５０の残存容量の状態に応じて使い分けられる。たとえば、通常走行時では、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力はそのまま第２モータジェネレータ１２０を駆動させる電力となる。一方、バッテリ１５０のＳＯＣが予め定められた値よりも低い場合、第１モータジェネレータ１１０により発電された電力は、後述するインバータにより交流から直流に変換される。その後、後述するコンバータにより電圧が調整されてバッテリ１５０に蓄えられる。

第１モータジェネレータ１１０が発電機として作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は負のトルクを発生している。ここで、負のトルクとは、エンジン１００の負荷となるようなトルクをいう。第１モータジェネレータ１１０が電力の供給を受けてモータとして作用している場合、第１モータジェネレータ１１０は正のトルクを発生する。ここで、正のトルクとは、エンジン１００の負荷とならないようなトルク、すなわち、エンジン１００の回転をアシストするようなトルクをいう。なお、第２モータジェネレータ１２０についても同様である。

第２モータジェネレータ１２０は、Ｕ相コイル、Ｖ相コイルおよびＷ相コイルを備える、三相交流回転電機である。第２モータジェネレータ１２０は、バッテリ１５０に蓄えられた電力および第１モータジェネレータ１１０により発電された電力のうちの少なくともいずれかの電力により駆動する。

第２モータジェネレータ１２０の駆動力は、減速機１４０を介して前輪１６０に伝えられる。これにより、第２モータジェネレータ１２０はエンジン１００をアシストしたり、第２モータジェネレータ１２０からの駆動力により車両を走行させたりする。なお、前輪１６０の代わりにもしくは加えて後輪を駆動するようにしてもよい。

ハイブリッド車の回生制動時には、減速機１４０を介して前輪１６０により第２モータジェネレータ１２０が駆動され、第２モータジェネレータ１２０が発電機として作動する。これにより第２モータジェネレータ１２０は、制動エネルギを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。第２モータジェネレータ１２０により発電された電力は、バッテリ１５０に蓄えられる。

動力分割機構１３０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から構成される。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤが自転可能であるように支持する。サンギヤは第１モータジェネレータ１１０の回転軸に連結される。キャリアはエンジン１００のクランクシャフトに連
結される。リングギヤは第２モータジェネレータ１２０の回転軸および減速機１４０に連結される。

エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０が、遊星歯車からなる動力分割機構１３０を介して連結されることで、エンジン１００、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の回転数は、図２で示すように、共線図において直線で結ばれる関係になる。

共線図から理解されるように、エンジン１００の負荷となる方向に第１モータジェネレータ１１０のトルクを作用させることによって、エンジン１００の回転数の増大を抑制することが可能である。第１モータジェネレータ１１０のトルクは、その絶対値が予め定められた上限値以下となるように制限される。すなわち、上限値以下の範囲内で、第１モータジェネレータ１１０のトルクがＥＣＵ１７０によって制御される。

図１に戻って、バッテリ１５０は、複数のバッテリセルを一体化したバッテリモジュールを、さらに複数直列に接続して構成された組電池である。バッテリ１５０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。バッテリ１５０には、第１モータジェネレータ１１０および第２モータジェネレータ１２０の他、車両の外部の電源から供給される電力が充電される。なお、バッテリ１５０の代わりにもしくは加えてキャパシタを用いるようにしてもよい。

図３を参照して、ハイブリッド車の電気システムについてさらに説明する。ハイブリッド車には、コンバータ２００と、第１インバータ２１０と、第２インバータ２２０と、システムメインリレー２３０とが設けられる。

コンバータ２００は、リアクトルと、二つのｎｐｎ型トランジスタと、二つダイオードとを含む。リアクトルは、各バッテリの正極側に一端が接続され、２つのｎｐｎ型トランジスタの接続点に他端が接続される。

２つのｎｐｎ型トランジスタは、直列に接続される。ｎｐｎ型トランジスタは、ＥＣＵ１７０により制御される。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すようにダイオードがそれぞれ接続される。

なお、ｎｐｎ型トランジスタとして、たとえば、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）を用いることができる。ｎｐｎ型トランジスタに代えて、パワーＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）等の電力スイッチング素子を用いることができる。

バッテリ１５０から放電された電力を第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０に供給する際、電圧がコンバータ２００により昇圧される。逆に、第１モータジェネレータ１１０もしくは第２モータジェネレータ１２０により発電された電力をバッテリ１５０に充電する際、電圧がコンバータ２００により降圧される。

コンバータ２００と、各インバータとの間のシステム電圧ＶＨは、電圧センサ１８０により検出される。電圧センサ１８０の検出結果は、ＥＣＵ１７０に送信される。

第１インバータ２１０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第１モータジェネレータ１１０の各コイルの中性点１１２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第１インバータ２１０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第１モータジェネレータ１１０に供給する。また、第１インバータ２１０は、第１モータジェネレータ１１０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

第２インバータ２２０は、Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームを含む。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは並列に接続される。Ｕ相アーム、Ｖ相アームおよびＷ相アームは、それぞれ、直列に接続された２つのｎｐｎ型トランジスタを有する。各ｎｐｎ型トランジスタのコレクタ−エミッタ間には、エミッタ側からコレクタ側へ電流を流すダイオードがそれぞれ接続される。そして、各アームにおける各ｎｐｎ型トランジスタの接続点は、第２モータジェネレータ１２０の各コイルの中性点１２２とは異なる端部にそれぞれ接続される。

第２インバータ２２０は、バッテリ１５０から供給される直流電流を交流電流に変換し、第２モータジェネレータ１２０に供給する。また、第２インバータ２２０は、第２モータジェネレータ１２０により発電された交流電流を直流電流に変換する。

コンバータ２００、第１インバータ２１０および第２インバータ２２０は、ＥＣＵ１７０により制御される。

システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０とコンバータ２００との間に設けられる。システムメインリレー２３０は、バッテリ１５０と電気システムとを接続した状態および遮断した状態を切換えるリレーである。システムメインリレー２３０が開いた状態であると、バッテリ１５０が電気システムから遮断される。システムメインリレー２３０が閉じた状態であると、バッテリ１５０が電気システムに接続される。

システムメインリレー２３０の状態は、ＥＣＵ１７０により制御される。たとえば、ＥＣＵ１７０が起動すると、システムメインリレー２３０が閉じられる。ＥＣＵ１７０が停止する際、システムメインリレー２３０が開かれる。

図４を参照して、エンジン１００の制御態様についてさらに説明する。図４に示すように、ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値より小さいと、第２モータジェネレータ１２０の駆動力のみを用いてハイブリッド車が走行する。

出力パワーは、ハイブリッド車の走行に用いられるパワーとして設定される。出力パワーは、たとえば、アクセル開度および車速などをパラメータに有するマップに従ってＥＣＵ１７０により算出される。なお、出力パワーを算出する方法はこれに限らない。なお、出力パワーの代わりに、トルク、加速度、駆動力およびアクセル開度などを用いるようにしてもよい。

ハイブリッド車の出力パワーがエンジン始動しきい値以上になると、エンジン１００が駆動される。これにより、第２モータジェネレータ１２０の駆動力に加えて、もしくは代わりに、エンジン１００の駆動力を用いてハイブリッド車が走行する。また、エンジン１００の駆動力を用いて第１モータジェネレータ１１０が発電した電力が第２モータジェネレータ１２０に直接供給される。

一方、エンジン１００が運転している状態でハイブリッド車の出力パワーがエンジン停止しきい値以下になると、エンジン１００が停止される。エンジン始動しきい値およびエンジン停止しきい値は、実験およびシミュレーションの結果等に応じて、開発者により予め定められる。

本実施の形態においては、エンジン１００を停止させる際にスロットル開度が小さくなるように電子スロットルバルブ１０１がＥＣＵ１７０によって制御される。これにより、エンジン１００および触媒１０４への新気の流入量が制限される。そのため、エンジン１００を停止する際の振動が抑制される。また、触媒１０４の雰囲気がリーンになることにより窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化能力が低下することを回避できる。

ここで、市場にある粗悪な燃料がエンジン１００に供給されていると、電子スロットルバルブ１０１にデポジットが付着し得る。電子スロットルバルブ１０１にデポジットが付着すると、エンジン１００を停止させる際に電子スロットルバルブ１０１を絞ることに伴い、エンジン１００が停止した状態での空燃比がリッチになり得る。そのため、触媒１０４の炭化水素（ＨＣ）ならびに一酸化炭素（ＣＯ）の浄化能力が低下し得る。

そこで、本実施の形態において、ＥＣＵ１７０は、エンジン１００を停止させた後に空燃比センサ１０２から得られる空燃比を取得し、取得した空燃比に応じて、次にエンジン１００を停止させた後の空燃比が理論空燃比になるように、次にエンジン１００を停止させる際に電子スロットルバルブ１０１をフィードフォワード制御する。

より具体的には、ＥＣＵ１７０は、エンジン１００を停止させてから所定の時間が経過した後に空燃比センサ１０２から得られる空燃比を取得する。たとえば、取得した空燃比が理論空燃比よりもリッチであると、次にエンジン１００を停止させる際（エンジン１００を停止すると判断してから停止するまでの間）に電子スロットルバルブ１０１が、前回エンジン１００を停止させたときよりも開かれる（スロットル開度が大きくされる）。

逆に、取得した空燃比が理論空燃比よりもリーンであると、次にエンジン１００を停止させる際に電子スロットルバルブ１０１が、前回エンジン１００を停止させたときよりも絞られる（スロットル開度が小さくされる）。

なお、エンジン１００を停止させた後、空燃比センサ１０２から得られる空燃比の変化率（傾き）が所定の範囲内になった後の空燃比を取得するようにしてもよい。

図５を参照して、本実施の形態においてＥＣＵ１７０が実行する処理について説明する。以下に説明する処理はソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアとの協働により実現してもよい。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００にて、エンジン１００を停止するか否かが判断される。エンジン１００を停止する場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２にて、前回エンジン１００を停止した後に取得（学習）された空燃比に応じて、電子スロットルバルブ１０１をフィードフォワード制御する。上述したように、取得された空燃比が理論空燃比よりもリッチであると、前回エンジン１００を停止した際のスロットル開度よりもスロットル開度が大きくされる。逆に、取得された空燃比が理論空燃比よりもリーンであると、前回エンジン１００を停止した際のスロットル開度よりもスロットル開度が小さくされる。

その後、Ｓ１０４にて、エンジン１００が停止してから所定の時間が経過したか否かが判断される。エンジン１００が停止してから所定の時間が経過すると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、Ｓ１０６にて、空燃比センサから得られる空燃比が取得される。すなわち、空燃比が学習される。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１００ エンジン、１０１ 電子スロットルバルブ、１０２ 空燃比センサ、１０４ 触媒、１７０ ＥＣＵ。

Claims (3)

1. エンジンを停止させる際にスロットル開度が小さくされるエンジンの制御装置であって、前記エンジンは、前記エンジンの排気ガス中の窒素酸化物と炭化水素と一酸化炭素とを浄化するための触媒と、前記触媒の上流側の前記排気ガスの空燃比を取得するための空燃比センサとを備え、
   前記制御装置は、前記エンジンを停止させた後に前記空燃比センサから得られる空燃比を取得し、取得した空燃比に応じて、次にエンジンを停止させた後の空燃比が理論空燃比になるように、次にエンジンを停止させる際にスロットルバルブをフィードフォワード制御する、エンジンの制御装置。
2. 前記エンジンを停止させてから所定の時間が経過した後に前記空燃比センサから得られる空燃比を取得する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記エンジンを停止させた後、前記空燃比センサから得られる空燃比の変化率が所定の範囲内になった後の空燃比を取得する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。

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