JP6881162B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、エンジン及びモータを動力源として備えるハイブリッド車両に適用されるハイブリッド車両の制御装置に関する。
特許文献1には、エンジン及びモータを動力源として備えるハイブリッド車両の一例が記載されている。当該ハイブリッド車両に設けられているエンジンは、吸気バルブの開弁時期を遅角させることにより圧縮比よりも膨張比を大きくするアトキンソンサイクル(「ミラーサイクル」ともいう。)での運転が可能である。
また、当該エンジンには、排気通路を流れる排気の一部をEGRガスとして吸気通路に還流させるEGR装置が設けられている。EGR装置を作動させると、EGRクーラによって冷却されたEGRガスがEGRバルブを介して吸気通路に還流されるようになっている。
特開2010−95084号公報
ところで、EGRクーラ内には凝縮水が溜まっていることがある。このようにEGRクーラ内に凝縮水が溜まっている状態でEGRバルブが開弁されると、当該凝縮水が吸気通路に流入してエンジンの燃焼室に流入することがある。このようなときにエンジンがアトキンソンサイクルで運転されていると、ピストンが圧縮上死点に向けて移動している期間のうち、吸気バルブが閉弁していない期間が比較的長いため、燃焼室に流入した凝縮水がピストンによって吸気通路に押し戻されることがある。すると、このように吸気通路に押し戻された凝縮水がポート噴射弁の先端部に付着することがある。そして、ポート噴射弁の先端部に付着した凝縮水が気化し、当該先端部にデポジットが堆積してしまうおそれがある。したがって、ポート噴射弁の先端部への凝縮水の付着を抑制するという点で改善の余地がある。
上記課題を解決するためのハイブリッド車両の制御装置は、エンジンと、エンジンのクランク軸を回転させることのできるモータと、を車両の動力源として備え、排気通路を流れる排気をEGRガスとして吸気通路に還流させるEGR装置と、吸気通路に燃料を噴射する噴射弁とがエンジンに設けられているハイブリッド車両に適用される。このハイブリッド車両の制御装置は、エンジン内を循環する冷却水の温度が規定温度以上であることを含む作動条件が成立したときに、EGR装置の作動によるEGRガスの吸気通路への還流を開始させ、且つ、規定期間の間、エンジンの運転を間欠停止させるエンジン制御部と、エンジンの運転が間欠停止されている規定期間の間、同エンジンのアイドル運転時におけるクランク軸の回転速度であるアイドル回転速度よりも小さい規定速度で同クランク軸が回転するようにモータを駆動させるモータリングを実施するモータ制御部と、を備える。
EGR装置の作動開始によってEGRガスの吸気通路への還流が開始されると、EGR装置内に溜まっていた凝縮水が吸気通路を介してエンジンの燃焼室に流入する。上記構成では、上記作動条件が成立してEGRガスの吸気通路への還流を開始させるときには、規定期間の間、エンジンの運転が停止され、且つ、上記モータリングが実施される。このモータリングが実施されているときにおけるクランク軸の回転速度は、エンジン運転時におけるエンジン回転速度よりも小さい。すなわち、クランク軸の回転に同期して往復動するピストンの移動速度を、エンジン運転時よりも小さくすることができる。その結果、燃焼室に流入した凝縮水は、ピストンによって吸気通路に押し戻されにくい。
また、EGR装置の作動が開始される時点では、エンジンに余熱が既に溜まっている。そのため、エンジンの運転が停止されており且つモータリングが実施されている期間で、燃焼室に流入した凝縮水をエンジンの余熱によって蒸発させることができる。そのため、モータリングの実施終了後にエンジンを始動させた際に、クランク軸の回転速度、すなわちピストンの移動速度が大きくなっても、凝縮水が液体のまま吸気通路に戻されることを抑制できる。
したがって、上記構成によれば、凝縮水が噴射弁の先端部に付着することを抑制でき、ひいては同先端部にデポジットが堆積することを抑制できるようになる。
ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態である制御装置と、同制御装置によって制御されるパワーユニットとの概略を示す構成図。 同制御装置の機能構成と、パワーユニットのエンジンの概略とを示す構成図。 同制御装置が実行する処理ルーチンを説明するフローチャート。
以下、ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態を図1〜図3に従って説明する。
図1には、ハイブリッド車両の制御装置の一例である制御装置100と、制御装置100によって制御されるハイブリッド車両のパワーユニット10とが図示されている。パワーユニット10は、車輪24に伝達する駆動力を発生するものである。パワーユニット10は、車両の動力源として、エンジン11と、第1のモータジェネレータ12と、第2のモータジェネレータ13とを有している。
パワーユニット10には、サンギヤ14、プラネタリキャリア15、リングギヤ16の3つの回転要素を有する遊星ギヤ機構17が設けられている。遊星ギヤ機構17のプラネタリキャリア15には、エンジン11のクランク軸45が連結されている。また、遊星ギヤ機構17のサンギヤ14には、第1のモータジェネレータ12の回転軸が連結されている。
また、遊星ギヤ機構17のリングギヤ16には、カウンタドライブギヤ18が一体に設けられている。カウンタドライブギヤ18には、カウンタドリブンギヤ19が噛み合わされている。また、カウンタドリブンギヤ19には、リダクションギヤ20が噛み合わされている。そして、このリダクションギヤ20に、第2のモータジェネレータ13の回転軸が連結されている。一方、カウンタドリブンギヤ19にはファイナルドライブギヤ21が一体回転可能に接続されており、このファイナルドライブギヤ21にはファイナルドリブンギヤ22が噛み合わされている。そして、ファイナルドリブンギヤ22には、差動機構23を介して、車輪24の車輪軸25が連結されている。
各モータジェネレータ12,13は、インバータ31を介してバッテリ32に電気的に接続されている。そして、第1のモータジェネレータ12とバッテリ32との間で授受される電力の量、及び、第2のモータジェネレータ13とバッテリ32との間で授受される電力の量が、インバータ31により調整されるようになっている。
なお、各モータジェネレータ12,13は、各種のギヤ14,16,18〜20やプラネタリキャリア15を介してエンジン11のクランク軸45に連結されている。そのため、本パワーユニット10では、各モータジェネレータ12,13の駆動を制御することにより、エンジン11の運転停止中であってもクランク軸45を回転させることができる。もちろん、エンジン11の運転停止中では、各モータジェネレータ12,13の駆動を制御することにより、クランク軸45を回転させることなく、車輪24を回転させることもできる。
次に、図2を参照し、エンジン11について説明する。
図2に示すように、エンジン11は複数(図2では1つのみを図示)の気筒41を有しており、各気筒41内におけるピストン42よりも上方域は、燃料を含む混合気が燃焼される燃焼室43となっている。各ピストン42は、コネクティングロッド44を介してクランク軸45に連結されている。各燃焼室43には、吸気通路46及び排気通路47が接続されている。吸気通路46の燃焼室43に対する開閉は吸気バルブ48によって行われ、排気通路47の燃焼室43に対する開閉は排気バルブ49によって行われるようになっている。
本実施形態では、吸気バルブ48の開弁タイミングであるバルブタイミングが吸気用バルブタイミング調整装置50によって調整可能となっている。同様に、排気バルブ49の開弁タイミングであるバルブタイミングが排気用バルブタイミング調整装置51によって調整可能となっている。なお、これら各バルブタイミング調整装置50,51の作動は、機関駆動式のオイルポンプからのオイルの吐出によって制御することができる。
また、エンジン11には、吸気通路46に燃料を噴射する噴射弁52と、燃焼室43内の混合気に対して点火を行う点火プラグ53とが気筒41毎に設けられている。噴射弁52の先端部に、燃料の噴射口が形成されている。
また、エンジン11には、排気通路47を流れる排気の一部をEGRガスとして吸気通路46に還流させるEGR装置54が設けられている。「EGR」とは、「Exhaust Gas Recirculation」の略記である。EGR装置54は、一端が排気通路47に接続されているとともに、他端が吸気通路46に接続されているEGR通路55と、EGR通路55を介したEGRガスの吸気通路46への還流を許可・禁止するEGRバルブ56とを有している。EGRバルブ56の開閉は、制御装置100によって制御される。また、EGR通路55のうち、EGRバルブ56よりも排気通路47との接続部分の近くには、EGR通路55を流れるEGRガスを冷却するEGRクーラ57が配設されている。
次に、図1及び図2を参照し、制御装置100について説明する。
図1及び図2に示すように、制御装置100には、アクセルペダルセンサ121、クランク角センサ122及び水温センサ123などのように上記のパワーユニット10の作動制御に必要な各種のセンサの検出信号が入力される。アクセルペダルセンサ121は、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ACCPに応じた信号を出力する。クランク角センサ122は、クランク軸45の回転速度であるエンジン回転速度NEに応じた信号を出力する。また、水温センサ123は、エンジン11内を循環する冷却水の温度である水温TMPに応じた信号を出力する。
そして、制御装置100は、アクセルペダルが操作されている場合、アクセル操作量ACCPを基に、パワーユニット10(すなわち、エンジン11、各モータジェネレータ12,13)を制御する。このとき、制御装置100は、エンジン11の運転を停止させた上で、各モータジェネレータ12,13の駆動を制御することで、車輪24を回転させる、すなわち車両を走行させることができる。また、制御装置100は、エンジン11を運転させるとともに、各モータジェネレータ12,13の駆動を制御することで、車輪24を回転させる、すなわち車両を走行させることもできる。
また、制御装置100は、エンジン11の運転が停止されている状況下で、各モータジェネレータ12,13を駆動させることによってクランク軸45を回転させることもできる。本実施形態では、このように各モータジェネレータ12,13の駆動によってエンジン11の運転停止中にクランク軸45を回転させる制御のことを、「モータリング」という。
こうした制御装置100は、図2に示すように、エンジン11の運転を制御するエンジン制御部101と、各モータジェネレータ12,13の駆動を制御するモータ制御部102とを有している。
エンジン制御部101は、エンジン11を運転させている場合、又は、エンジン11を運転させる場合、規定のEGR装置54の作動条件が成立しているときには、EGR装置54のEGRバルブ56を開弁させることにより、EGRガスを吸気通路46に還流させる。例えば、EGR装置54の作動条件としては、エンジン11内を流れる冷却水の温度である水温TMPが規定温度TMPTh以上であることを含んでいる。規定温度TMPThは、エンジン11の暖機が完了しているか否かを水温TMPから判定できるような値に設定されている。そのため、本実施形態では、エンジン11の暖機が完了している状況下でEGR装置54によってEGRガスを吸気通路46に還流させているということができる。
また、エンジン制御部101は、エンジン11にかかる負荷、又は、エンジン11に要求されている負荷を基に、吸気用バルブタイミング調整装置50の作動によって吸気バルブ48のバルブタイミングを調整したり、排気用バルブタイミング調整装置51の作動によって排気バルブ49のバルブタイミングを調整したりする。例えば、エンジン制御部101は、エンジン11にかかる負荷が低いときには、アトキンソンサイクル(ミラーサイクル)でエンジン11を運転させるべく、吸気バルブ48のバルブタイミングを設定する。
次に、図3を参照し、エンジン11が運転されているときに制御装置100で繰り返し実行される処理ルーチンについて説明する。
図3に示すように、本処理ルーチンにおいて、ステップS11では、エンジン制御部101によって、EGR装置54が作動しているか否かの判定が行われる。EGR装置54が既に作動している場合(ステップS11:YES)、本処理ルーチンが一旦終了される。一方、EGR装置54が作動していない場合(ステップS11:NO)、処理が次のステップS12に移行される。
ステップS12では、エンジン制御部101によって、EGR装置54の作動条件が成立しているか否かの判定が行われる。作動条件が成立していない場合(ステップS12:NO)、本処理ルーチンが一旦終了される。一方、作動条件が成立している場合(ステップS12:YES)、処理が次のステップS13に移行される。ステップS13では、エンジン制御部101によって、エンジン11の運転の間欠停止が開始される。続いて、次のステップS14において、エンジン制御部101によって、EGRバルブ56が開弁される。すなわち、EGR装置54の作動が開始される。そして、処理が次のステップS15に移行される。
ステップS15では、モータ制御部102によって、上記モータリングの実施が開始される。すなわち、モータ制御部102は、モータリングでは、規定速度NEThでクランク軸45が回転するように各モータジェネレータ12,13の駆動を制御する。規定速度NEThは、エンジン11のアイドル運転時におけるエンジン回転速度NEであるアイドル回転速度NEIよりも小さい値に設定されている。そして、このようにモータリングの実施が開始されると、処理が次のステップS16に移行される。
ステップS16では、エンジン制御部101によって、吸気バルブ48のバルブタイミング及び排気バルブ49のバルブタイミングが変更される。すなわち、エンジン制御部101は、吸気バルブ48のバルブタイミングが最遅角位相と等しくなるように吸気用バルブタイミング調整装置50を作動させる。また、エンジン制御部101は、排気バルブ49のバルブタイミングが最進角位相と等しくなるように排気用バルブタイミング調整装置51を作動させる。なお、図3において、「吸気VVT」とは吸気バルブ48のバルブタイミングのことであり、「排気VVT」とは排気バルブ49のバルブタイミングのことである。
そして、次のステップS17において、エンジン11の運転が停止されている状態の継続時間Tmtが所定の判定時間TmtTh以上であるか否かの判定が行われる。EGR装置54の作動を開始させるためにエンジン11の運転が停止されているときには上記モータリングが実施される。そのため、上記継続時間Tmtは、モータリングの継続時間であるということもできる。そして、継続時間Tmtが判定時間TmtTh未満である場合(ステップS17:NO)、ステップS17の判定が繰り返される。一方、継続時間Tmtが判定時間TmtTh以上である場合(ステップS17:YES)、処理が次のステップS18に移行される。
ステップS18において、モータ制御部102によって、モータリングの実施が終了される。そして、次のステップS19において、エンジン制御部101によって、エンジン11の運転が再開される。すなわち、本実施形態では、ステップS13の処理が実行されてからステップS19の処理が実行されるまでの期間が、エンジン11の運転が間欠停止される期間である「規定期間」に相当する。そして、判定時間TmtThが、規定期間の時間的長さに相当する。そして、エンジン11の始動が完了すると、本処理ルーチンが一旦終了される。
次に、アトキンソンサイクルでエンジン11が運転している状況下でEGR装置54の作動条件が成立する際の作用を効果とともに説明する。
エンジン11が運転している最中にEGR装置54の作動条件が成立すると、エンジン11の運転が停止される。すなわち、エンジン11の運転の間欠停止が開始される。このように運転が停止された状態でEGR装置54の作動が開始される。すなわち、EGR装置54のEGRバルブ56が開弁される。このとき、EGR装置54のEGRクーラ57に凝縮水が溜まっていたとすると、EGRバルブ56の開弁を契機にEGRクーラ57内の凝縮水が吸気通路46に流入し、当該凝縮水が燃焼室43内に流入する。
本実施形態では、EGR装置54の作動条件が成立してエンジン11の運転が停止されると、上記モータリングの実施によって、エンジン11の運転が停止中であってもクランク軸45が回転される。モータリングでは、クランク軸45の回転速度が規定速度NEThとなるように各モータジェネレータ12,13の駆動が制御される。
ここで、モータリングによってクランク軸45が回転している場合、各気筒41内ではピストン42が往復動を繰り返している。そのため、吸気通路46から燃焼室43に流入した凝縮水を、ピストン42が吸気通路46に押し戻そうとする。このときのピストン42が凝縮水を吸気通路46に押し戻そうとする力は、ピストン42の往復動する速度、すなわちクランク軸45の回転速度が大きいほど大きくなる。そこで、吸気通路46から燃焼室43に流入した凝縮水がピストン42によって吸気通路46に押し戻されない程度の速度に、規定速度NEThが予め設定されている。
そのため、このようにエンジン11の運転を停止させてモータリングが実施されているときには、エンジン11の運転が行われているときと比較し、燃焼室43に流入した凝縮水が液体のまま吸気通路46に押し戻されにくくなる。その結果、噴射弁52のうち、燃料の噴射口が形成されている先端部に、凝縮水が付着しにくくなる。
そして、このようにエンジン11の運転の間欠停止されている期間、すなわちモータリングが実施されている期間では、エンジン11に溜まっている余熱によって、燃焼室43に流入した凝縮水を蒸発させることができる。このように蒸発した凝縮水が、排気通路47や吸気通路46に排出される。したがって、燃焼室43に流入した凝縮水が吸気通路46に押し戻され、当該凝縮水が噴射弁52に付着することを抑制できる。
そして、エンジン11の運転停止の継続時間Tmtが判定時間TmtThに達すると、モータリングの実施が終了され、エンジン11の運転が再開される。なお、燃焼室43に流入した凝縮水の全てが蒸発するのに要する時間である蒸発必要時間は、実験やシュミレーションなどによって予め把握することができる。そこで、判定時間TmtThを、蒸発必要時間よりも長い時間に設定することにより、燃焼室43に流入した凝縮水の蒸発を完了させてからエンジン11の運転を再開させることができる。
なお、本実施形態では、エンジン11の運転を停止させてモータリングを実施している場合、吸気バルブ48のバルブタイミングが最遅角位相に設定され、排気バルブ49のバルブタイミングが最進角位相に設定される。すなわち、吸気バルブ48及び排気バルブ49の双方が開弁している期間の時間的な長さに相当するバルブオーバーラップ量が、アトキンソンサイクルでエンジン11が運転されていた場合よりも小さくなる。その結果、燃焼室43に流入した凝縮水を、排気通路47側に排出させやすくすることができる。
本実施形態によれば、上述した効果に加え、以下に示す効果をさらに得ることができる。
本実施形態では、エンジン11の運転の間欠停止中にモータリングによってクランク軸45を回転させている。そのため、エンジン11の運転停止中でも、各バルブタイミング調整装置50,51を作動させることができる。すなわち、吸気バルブ48及び排気バルブ49のバルブタイミングを、エンジン11の運転停止中でも変更することができる。
なお、上記実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・上記実施形態では判定時間TmtThを所定の値で固定しているが、判定時間TmtThを可変させるようにしてもよい。EGR装置54の作動を開始させるときにEGR装置54内に溜まっている凝縮水の量は、冷却水の水温TMPが高いほど少ないと推測することができる。そのため、EGR装置54の作動開始時における水温TMPが高いほど、判定時間TmtThを短くするようにしてもよい。
・EGR装置54を作動させるに際し、吸気バルブ48のバルブタイミングの最遅角位相への変更、及び、排気バルブ49のバルブタイミングの最進角位相への変更を行った後に、エンジン11の運転の間欠停止、及び、モータリングの実施を開始させるようにしてもよい。
・吸気用バルブタイミング調整装置50は、電動モータを動力源とする装置であってもよい。
・排気用バルブタイミング調整装置51は、電動モータを動力源とする装置であってもよい。
・エンジン11は、吸気通路46に燃料を噴射する噴射弁52に加え、燃焼室43に直接燃料を噴射する噴射弁を設けた構成であってもよい。
・パワーユニット10は、エンジン11の運転停止中でもモータの駆動によってクランク軸45を回転させることができるのであれば、上記実施形態で説明した構成のユニットとは別の構成のユニットであってもよい。
11…エンジン、12,13…モータジェネレータ、45…クランク軸、46…吸気通路、47…排気通路、52…噴射弁、54…EGR装置、100…制御装置、101…エンジン制御部、102…モータ制御部。

Claims (2)

  1. エンジンと、前記エンジンのクランク軸を回転させることのできるモータと、を車両の動力源として備え、排気通路を流れる排気をEGRガスとして吸気通路に還流させるEGR装置と、前記吸気通路に燃料を噴射する噴射弁と、前記吸気通路及び前記排気通路が接続されている燃焼室と、前記吸気通路の前記燃焼室に対する開閉を行う吸気バルブと、前記吸気バルブの開弁タイミングを調整する吸気用バルブタイミング調整装置と、前記排気通路の前記燃焼室に対する開閉を行う排気バルブと、前記排気バルブの開弁タイミングを調整する排気用バルブタイミング調整装置とが前記エンジンに設けられているハイブリッド車両に適用され、
    アトキンソンサイクルで前記エンジンを運転させている状況下において前記エンジン内を循環する冷却水の温度が規定温度以上であることを含む作動条件が成立したときに、前記EGR装置の作動によるEGRガスの前記吸気通路への還流を開始させ、且つ、規定期間の間、前記エンジンの運転を間欠停止させるエンジン制御部と、
    前記エンジンの運転が間欠停止されている前記規定期間の間、同エンジンのアイドル運転時における前記クランク軸の回転速度であるアイドル回転速度よりも小さい規定速度で同クランク軸が回転するように前記モータを駆動させるモータリングを実施するモータ制御部と、を備え
    前記エンジン制御部は、前記エンジンの運転を間欠停止させる前記規定期間の間、前記吸気バルブの開弁タイミングが最遅角位相となるように前記吸気用バルブタイミング調整装置を作動させ、且つ、前記排気バルブの開弁タイミングが最進角位相となるように前記排気用バルブタイミング調整装置を作動させる
    ハイブリッド車両の制御装置。
  2. 前記規定温度は、前記エンジンの暖機完了温度である
    請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置。
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