JP6665736B2 - 水分量推定装置 - Google Patents

Description

本発明は、水分量推定装置に関し、詳しくは、ハイブリッド自動車におけるエンジンの潤滑油に混入している水分量を推定する水分量推定装置に関する。

従来、この種の技術としては、ハイブリッド自動車におけるエンジンの潤滑油に水分が混入することによる希釈の程度を油圧やオイルレベルの変化により推定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この技術では、潤滑油の希釈が判定されたときには、エンジンを運転すると共にモータジェネレータを発電状態とし、潤滑油の温度を上昇させることにより、潤滑油に混入している水分を揮発させて潤滑油が希釈されていない状態に回復している。

特開２０１５−１６８３７９号公報

しかしながら、上述の技術では、油圧やオイルレベルは水分の混入以外の要因によっても変化するため、精度よく潤滑油に混入している水分量を判定することができない。また、潤滑油に混入する水分量は、エンジンの運転状態により異なるものと考えられるため、これらを考慮して精度よく潤滑油に混入している水分量を求めることが望まれる。

本発明の水分量推定装置は、エンジンの潤滑油に混入している水分量をより適正に推定することを主目的とする。

本発明の水分量推定装置は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の水分量推定装置は、
エンジンと、前記エンジンをモータリング可能なモータと、を備えるハイブリッド自動車における前記エンジンの潤滑油に混入している水分量を推定する水分量推定装置であって、
前記エンジンをファイアリングを伴って運転しているときには、前記エンジンの回転数が大きいときには小さいときに比して、前記エンジンの冷却水温度が高いときには低いときに比して潤滑油に混入する水分増減速度が小さくなる傾向の傾きの絶対値が大きくなる関係を用いて得られる前記水分増減速度に計算間隔時間を乗じて水分増減量を計算し、
前記エンジンをファイアリングを伴わずに運転しているときには、前記エンジンの回転数が大きいときには小さいときに比して前記水分増減速度が減少側に大きくなり、且つ、前記エンジンの冷却水温度が高いときには低いときに比して前記水分増減速度が減少側に大きくなる関係を用いて得られる前記水分増減速度に前記計算間隔時間を乗じて水分増減量を計算する、
ことを特徴とする。

この本発明の水分量推定装置では、エンジンをファイアリングを伴って運転しているときには、エンジンの回転数が大きいときには小さいときに比して、エンジンの冷却水温度が高いときには低いときに比して潤滑油に混入する水分増減速度が小さくなる傾向の傾きの絶対値が大きくなる関係を用いて得られる水分増減速度にエンジンの運転継続時間を乗じて水分増減量を計算する。これは、エンジンの冷却水温度が低いときには、エンジンの回転数が大きいほど燃焼反応により生じる水分が多くなって潤滑油に混入する水分量が増えるために水分増減速度が増加側に大きくなる傾向があること、エンジンの冷却水温度が高いときには、エンジンの回転数が大きいほど、熱くなったエンジンブロックに掻き上げられる潤滑油の量が多くなって潤滑油に混入している水分量が揮発されるために水分増減速度が減少側に大きくなる傾向があること、に基づく。一方、エンジンをファイアリングを伴わずに運転しているときには、エンジンの回転数が大きいときには小さいときに比して水分増減速度が減少側に大きくなり、且つ、エンジンの冷却水温度が高いときには低いときに比して水分増減速度が減少側に大きくなる関係を用いて得られる水分増減速度にエンジンのモータリング継続時間を乗じて水分増減量を計算する。これは、燃焼反応が生じないため、水分が潤滑油に混入することはなく、エンジンの冷却水温度に応じた揮発が生じることに基づく。このように、水分増減量を計算し、前回値としての水分推定量に計算した水分増減量を適用することにより、潤滑油に混入している水分量をより適正に推定することができる。

本発明の実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される水分量推定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 第１水分増減速度設定用マップの一例を示す説明図である。 補正係数設定用マップの一例を示す説明図である。 第２水分増減速度設定用マップの一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ＨＶＥＣＵ」という）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、「エンジンＥＣＵ」という）２４によって運転制御されている。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ２３ａからのクランク角θｃｒや、吸気管に取り付けられた温度センサ２３ｂからの吸気温Ｔａ，冷却水の流路に取り付けられた温度センサ２３ｃからの冷却水温Ｔｗなどが入力ポートから入力されている。エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための各種制御信号が出力ポートを介して出力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ２３ａからのクランク角θｃｒに基づいてエンジン２２の回転数Ｎｅを演算したり、エンジン２２を継続して運転している時間（運転継続時間）Ｔｏｎを計測したりしている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、実施例では、エンジン２２の潤滑油の水分量推定装置としても機能する。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３９ａ，３９ｂにデファレンシャルギヤ３８を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、ダンパ２８を介してエンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、例えば同期発電電動機として構成されており、上述したように、回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、例えば同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。インバータ４１，４２は、モータＭＧ１，ＭＧ２と接続されると共に電力ライン５４を介してバッテリ５０と接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０によって、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子がスイッチング制御されることにより、回転駆動される。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの回転位置θｍ１，θｍ２などが入力ポートを介して入力されている。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しない複数のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、電力ライン５４を介してインバータ４１，４２と接続されている。このバッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２によって管理されている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。バッテリＥＣＵ５２に入力される信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの電池電圧Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に取り付けられた電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｃからの電池温度Ｔｂを挙げることができる。バッテリＥＣＵ５２は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。バッテリＥＣＵ５２は、電流センサ５１ｂからの電池電流Ｉｂの積算値に基づいて蓄電割合ＳＯＣを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０の全容量に対するバッテリ５０から放電可能な電力の容量の割合である。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ，データを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。ＨＶＥＣＵ７０に入力される信号としては、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号ＩＧや、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖも挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４，モータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６の要求駆動力を設定し、要求駆動力に見合う要求動力が駆動軸３６に出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを運転制御する。エンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２との運転モードとしては、以下の（１）〜（３）のモードがある。
（１）トルク変換運転モード：要求動力に対応する動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共に、エンジン２２から出力される動力の全てが、プラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（２）充放電運転モード：要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共に、エンジン２２から出力される動力の全てまたは一部が、バッテリ５０の充放電を伴ってプラネタリギヤ３０とモータＭＧ１，ＭＧ２とによってトルク変換されて、要求動力が駆動軸３６に
出力されるようにモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモード
（３）モータ運転モード：エンジン２２の運転を停止して、要求動力が駆動軸３６に出力されるようにモータＭＧ２を駆動制御するモード

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０に搭載された水分量推定装置として機能する際のエンジンＥＣＵ２４の動作について説明する。図２は、エンジン２２の潤滑油（オイル）に混入している水分量を推定する水分量推定装置として機能するエンジンＥＣＵ２４により実行される水分量推定処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは所定時間毎（例えば数十ｍｓｅｃ毎や数百ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

水分量推定処理ルーチンが実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、エンジン２２を運転しているか否かを判定する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の運転には、燃料噴射制御や点火制御を伴ってファイアリングしているときだけでなく、モータＭＧ１などにより燃料噴射を停止した状態でエンジン２２がモータリングされているときなども含まれる。エンジン２２が運転されていないときには、エンジン２２の潤滑油（オイル）に混入している水分量Ｑは変化していないと判断し、水分量Ｑの更新は行なわず、本ルーチンを終了する。

一方、エンジン２２が運転されていると判定すると、温度センサ２３ｃからのエンジン２２の冷却水の温度（冷却水温）Ｔｗやエンジン２２の回転数Ｎｅ，温度センサ２３ｂからの吸気温Ｔａを入力する（ステップＳ１１０）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅについては、クランクポジションセンサ２３ａからのクランク角θｃｒに基づいて演算されたものを入力するものとした。

続いて、エンジン２２の運転が燃料噴射制御や点火制御を伴ってのファイアリング中であるか否かを判定し（ステップＳ１２０）、ファイアリング中であると判定したときには、図３に例示する第１水分増減速度設定用マップに冷却水温Ｔｗとエンジン２２の回転数Ｎｅとを適用して水分増減速度ｄＱを設定する（ステップＳ１３０）。図３中、水分増減速度ｄＱが値０より大きい領域（第１象限）は水分量が増加する領域であり、水分増減速度ｄＱが値０未満の領域（第４象限）は水分量が減少する領域である。水分増減速度設定用マップは、実施例では、燃料噴射と点火制御とを伴ってエンジン２２を運転している際の冷却水温Ｔｗとエンジン２２の回転数Ｎｅと水分増減速度ｄＱとの関係を実験などにより求めることにより得ることができる。水分増減速度ｄＱは、図示するように、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが低いときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいほど大きくなるように、且つ、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが高いほど小さくなるように設定される。これは、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいほど、燃焼反応により生じる水分が多くなって潤滑油に混入する水分量が増えることや、冷却水温Ｔｗが高いほど潤滑油に混入している水分が揮発しやすくなることに基づいている。また、水分増減速度ｄＱは、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが高いときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいほど減少側（負の値）に大きくなるように設定される。これは、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいほど、熱くなったエンジンブロックに掻き上げられる潤滑油の量が多くなって潤滑油に混入している水分量が揮発されることや、冷却水温Ｔｗが高いほど潤滑油に混入している水分が揮発しやすくなることに基づいている。図３から解るように、エンジン２２のいずれの回転数でも、エンジン２２の冷却水温Ｔｗに対する水分増減速度ｄＱの関係（図中では直線）の傾きは負の値であり、この傾きは、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいほど負の値として大きくなる（絶対値として大きくなる）。したがって、水分増減速度ｄＱは、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいときには小さいときに比して、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが高いときには低いときに比して潤滑油に混入する水分増減速度ｄＱが小さくなる傾向の傾きの絶対値が大きくなる関係を用いて設定することができると言える。

こうして水分増減速度ｄＱを設定すると、水分増減速度ｄＱが値０以上であるか否かを判定し（ステップＳ１５０）、水分増減速度ｄＱが値０以上のときには、図４に例示する補正係数設定用マップに吸気温Ｔａを適用して補正係数ｋを設定し（ステップＳ１６０）、水分増減速度ｄＱが値０未満のときには、補正係数ｋに値１を設定する（ステップＳ１７０）。図４の補正係数設定用マップは、補正係数ｋは基本的に値１であるが、吸気温Ｔａが低いときには低いほど値１より大きな値として設定される。そして、次式（１）に示すように、水分増減速度ｄＱに時間Δｔと補正係数ｋとを乗じたもの（時間Δｔにおける水分増減量）をそれまでの水分量Ｑに加えたものを新たな水分量Ｑとして計算し（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。ここで、時間Δｔは、このルーチンを繰り返し実行する時間間隔である。

Ｑ←Ｑ＋ｋ・ｄＱ・Δｔ （１）

ステップＳ１２０でエンジン２２は運転されているがファイアリング中ではない判定したときには、図５に例示する第２水分増減速度設定用マップに冷却水温Ｔｗとエンジン２２の回転数Ｎｅとを適用して水分増減速度ｄＱを設定する（ステップＳ１４０）。水分増減速度設定用マップは、実施例では、ファイアリングされずにエンジン２２を運転している際の冷却水温Ｔｗとエンジン２２の回転数Ｎｅと水分増減速度ｄＱとの関係を実験などにより求めることにより得ることができる。水分増減速度ｄＱは、図示するように、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが高いほど減速側に大きく、且つ、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいほど減速側に大きくなるように設定される。これは、燃焼反応が生じないため、水分が潤滑油（オイル）に混入することはなく、エンジン２２の冷却水温Ｔｗに応じた揮発が生じることに基づく。そして、補正係数ｋに値１を設定し（ステップＳ１７０）、上述した式（１）を用いて新たな水分量Ｑを計算し（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０が備える水分量推定装置として機能するエンジンＥＣＵ２４では、エンジン２２の運転が燃料噴射制御や点火制御を伴ってのファイアリング中であるときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいときには小さいときに比して、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが高いときには低いときに比して潤滑油に混入する水分増減速度ｄＱが小さくなる傾向の傾きの絶対値が大きくなる関係を用いて水分増減速度ｄＱを設定し、この水分増減速度ｄＱに補正係数ｋと時間Δｔとを乗じて時間Δｔにおける水分増減量を計算し、これをそれまでの水分量Ｑに加えることにより、エンジン２２の潤滑油（オイル）に混入している水分量Ｑを計算する。一方、エンジン２２は運転されているがファイアリング中ではないときには、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが高いほど減速側に大きく、且つ、エンジン２２の回転数Ｎｅが大きいほど減速側に大きくなるように水分増減速度ｄＱを設定し、この水分増減速度ｄＱに補正係数ｋと時間Δｔとを乗じて時間Δｔにおける水分増減量を計算し、これをそれまでの水分量Ｑに加えることにより、エンジン２２の潤滑油（オイル）に混入している水分量Ｑを計算する。このように、エンジン２２の冷却水温Ｔｗやエンジン２２の回転数Ｎｅに基づいて水分増減量を計算し、それまでの水分量Ｑに計算した水分増減量を増減することにより新たな水分量Ｑとするから、より適正に水分量Ｑを推定することができる。

実施例では、エンジン２２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２とプラネタリギヤ３０とを備えるハイブリッド自動車２０としたが、エンジンと、エンジンをモータリングするモータとを備えるハイブリッド自動車であれば如何なる構成としてもよい。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、水分量推定装置の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ａ クランクポジションセンサ、２３ｂ 温度センサ、２３ｃ 温度センサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置センサ、５０ バッテリ、５１ａ 電圧センサ、５１ｂ 電流センサ、５１ｃ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ，ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. エンジンと、前記エンジンをモータリング可能なモータと、を備えるハイブリッド自動車における前記エンジンの潤滑油に混入している水分量を推定する水分量推定装置であって、
   前記エンジンをファイアリングを伴って運転しているときには、前記エンジンの回転数が大きいときには小さいときに比して、潤滑油に混入する水分増減速度における前記エンジンの冷却水温度が高くなるにしたがって小さくなる傾向の傾きの絶対値が大きくなる関係を用いて得られる前記水分増減速度に計算間隔時間を乗じて水分増減量を計算し、
   前記エンジンをファイアリングを伴わずに運転しているときには、前記エンジンの回転数が大きいときには小さいときに比して前記水分増減速度が減少側に大きくなり、且つ、前記エンジンの冷却水温度が高いときには低いときに比して前記水分増減速度が減少側に大きくなる関係を用いて得られる前記水分増減速度に前記計算間隔時間を乗じて水分増減量を計算する、
   ことを特徴とする水分量推定装置。
   

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