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

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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