JP7077576B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の制御装置に関する。
従来、自動車等の車両において、排気ガスをエンジンから車外に排出する排気管には、排気ガスを浄化する触媒コンバータ等の排気浄化装置が設けられている。車両を停止させている際に、運転者が居眠りなどをして無意識にアクセルペダルを踏込み、意図せずにエンジンをアイドル状態よりも回転数の高い運転状態で維持してしまう場合がある。こうした、いわゆる空吹かしが長時間行われると排気系が過熱するため、停止車両の下方や周囲への影響について配慮をする必要がある。
この問題に対し、従来、特許文献１に記載されたエンジンの空吹かし制御装置が知られている。特許文献１に記載のエンジンの空吹かし制御装置は、車両の停止状態を検知する手段、エンジンへの吸入空気量を調整するスロットルバルブの開度調整のためアクセルペダルの踏込み状態を検知する手段およびアクセルペダルが踏み込まれている時間を測定する手段とを備えている。そして、各手段からの信号に基づき、当該車両が停止中であってアクセルペダルを踏み込んだ状態が所定時間以上経過したと判断したときには、スロットルバルブを閉じ側に駆動できるようにしている。
このように構成したことにより、特許文献１に記載のエンジンの空吹かし制御装置は、吸入空気量が抑制され燃料噴射量も低減されてエンジンの回転数が低下し、エンジンの運転状態をアイドル状態にすることができる。従って、エンジンから送り込まれる熱量が低下して排気系の過熱状態が回避され、異常過熱による排気系の劣化や損傷が防止される。
特開平１０－１８４３９６号公報
ここで、スロットルバルブの開度は、必ずしもアクセルペダルの踏込み量に対応するものではなく電気的に調整されるようになっており、アクセルペダルを踏み込んだ状態と排気系の過熱状態との間に常に相関が成り立つとは言えない。例えば、ハイブリッド車両においては、バッテリの充電状態や車両の走行状態等に応じてエンジンが間欠運転されるようになっており、アクセルペダルの踏込み状態とスロットルバルブの開度とが一致しない状況も多い。このため、アクセルペダルが踏込まれていない場合であってもエンジンが高い回転数で運転されることがある。
しかしながら、特許文献１に記載のものは、アクセルペダルを踏み込んだ状態が所定時間以上経過したと判断したとき、スロットルバルブを閉じ側に駆動するようになっている。このため、アクセルペダルが踏込まれていない場合であってもエンジンが高い回転数で運転されるような場合は、スロットルバルブが閉じ側に駆動されず、排気系の過熱を防止することができない。したがって、特許文献１に記載のものは、排気系の過熱を適切に防止できないおそれがあった。
本発明は、上述のような事情に鑑みてなされたもので、排気系の過熱を適切に防止できる車両の制御装置を提供することを目的としている。
本発明は、上記目的を達成するため、動力を発生する内燃機関と、前記内燃機関の排気ガスを車両側方又は車両後方へ排出する排気管と、を有する車両に搭載され、バッテリの充電状態に応じて前記内燃機関の目標出力を決定する制御部を備える車両の制御装置であって、前記制御部は、前記排気管における前記車両のフロアパネルの下方の部位に対応する閾値である第１閾値と、前記第１閾値よりも小さく設定され、前記車両の側方又は後方へ排気ガスを排出する排気管出口部に対応する閾値である第２閾値と、を有し、前記バッテリへの充電のために前記目標出力が、前記車両にドライバの要求するアクセル開度に応じたドライバ要求出力より所定出力差以上大きく設定され、かつ、前記車両が停車状態である場合、前記排気ガスから前記排気管へ伝熱する排気管伝熱量を積算した積算排気管伝熱量が前記第１閾値より大きい場合は前記内燃機関を停止し、前記積算排気管伝熱量が前記第１閾値以下かつ前記第２閾値より大きい場合は前記内燃機関の前記目標出力を制限することを特徴とする。
本発明によれば、排気系の過熱を適切に防止できる。
図１は、本発明の一実施例に係る車両の制御装置を搭載した車両の概略構成図である。 図２は、本発明の一実施例に係る車両の制御装置の動作を説明するフローチャートである。 図３は、図２の排気管過熱防止処理の詳細を説明するフローチャートである。 図４は、本発明の一実施例に係る車両の制御装置により排気管伝熱量を演算する際に用いるマップである。
本発明の一実施の形態に係る車両の制御装置は、動力を発生する内燃機関と、内燃機関の排気ガスを車両側方又は車両後方へ排出する排気管と、を有する車両に搭載され、内燃機関の目標出力を決定する制御部を備える車両の制御装置であって、制御部は、車両にドライバが要求するドライバ要求出力より目標出力が所定出力差以上大きく、かつ、車両が停車状態である場合、排気ガスから排気管へ伝熱する排気管伝熱量を積算した積算排気管伝熱量が所定閾値以上であることを条件として、内燃機関の目標出力を制限することを特徴とする。これにより、本発明の一実施の形態に係る車両の制御装置は、排気系の過熱を適切に防止できる。
以下、本発明の一実施例に係る車両の制御装置について図面を用いて説明する。
図１において、本発明の一実施例に係る車両の制御装置を搭載した車両１０は、車体１１と、車体１１の下面を構成するフロアパネル１２と、車体１１の前部に配置された駆動輪としての車輪１５と、車体１１の後部に配置された車輪１６とを含んで構成されている。
本実施例では車両１０はシリーズハイブリッド車両であり、内燃機関２０と、内燃機関２０の発生する動力を用いて電力を発電する発電機３１と、発電機３１の発生した電力を蓄電するバッテリ３２と、バッテリ３２に蓄電された電力により駆動するモータ３３とを備えている。
内燃機関２０は、ピストンが気筒を２往復する間に吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行う４サイクルエンジンによって構成されている。内燃機関２０は車体１１の前部に配置されている。
内燃機関２０には排気管２１が接続されており、排気管２１は、車体１１のフロアパネル１２の下方を通って車体１１の前部から後部に延伸している。排気管２１は、車両１０の後部に排気管出口部２１Ｂを有しており、排気管出口部２１Ｂは車両１０の後方を向いて開口している。
排気管２１は、内燃機関２０から排出された排気ガスを排気管出口部２１Ｂから車両１０の後方へ排出する。なお、排気管出口部２１Ｂは、排気ガスを車両１０の側方へ排出する姿勢で設けられていてもよい。
排気管２１の途中には排気浄化装置２２、第１マフラ２３、第２マフラ２４が設けられている。排気浄化装置２２は車体１１内の下部であって内燃機関２０の近傍に配置されており、排気ガスを浄化する。
第１マフラ２３、第２マフラ２４はフロアパネル１２の下方に配置されており、排気ガスの騒音を消音する。第１マフラ２３は第２マフラ２４よりも排気流れ方向の上流側に配置されている。
発電機３１は、内燃機関２０の図示しないクランク軸に連結されており、クランク軸から伝達された動力を電気エネルギに変換することで発電を行う。バッテリ３２はリチウムイオン電池等の二次電池からなる。
モータ３３は、ドライブシャフト等の図示しない動力伝達部材を介して車輪１５に連結されており、バッテリ３２の電力によって動力を発生する。車両１０は、モータ３３の動力により車輪１５が回転されることによって走行する。なお、車両１０の減速時は、モータ３３の回生により発電された電力がバッテリ３２に充電される。
また、車両１０は、アクセルペダル３５Ａの踏込み量（以下、アクセル開度ともいう）を検出するアクセル開度センサ３５と、制御部としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０とを備えている。
ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、入出力インターフェース等を備えるマイクロコンピュータを含んで構成されており、内燃機関２０の運転状態等を電気的に制御するようになっている。
ＣＰＵは、ＲＡＭの一時記憶機能を利用するとともにＲＯＭに予め記憶されたプログラムに従って信号処理を行うようになっている。ＲＯＭには、各種制御定数や各種マップ等が予め記憶されている。
ＥＣＵ４０は、アクセル開度、バッテリ３２の充電状態等に基づいて、内燃機関２０及びモータ３３を制御する。ここで、内燃機関２０は図示しないスロットルバルブを備えており、スロットルバルブはＥＣＵ４０により制御される。
すなわち、内燃機関２０は電子制御スロットルバルブを備えている。ＥＣＵ４０は、スロットルバルブの開度（以下、スロットル開度ともいう）を電気的に制御することによって内燃機関２０の運転状態を制御する。また、ＥＣＵ４０は、内燃機関２０の目標出力を決定し、その目標出力を発生するように内燃機関２０を制御する。
ここで、車両１０において、アクセルペダルが踏込まれていない場合であっても、バッテリ３２への充電のためにエンジンが高い回転数で運転されることがある。このような状況が車両１０の走行中に発生した場合、排気系の熱が走行風により冷却されるため、問題は生じない。一方、このような状況が車両１０の停車中に発生した場合、排気系の過熱による影響が車両１０の下方や周囲に及ぶおそれがある。
車両停車中の発電は、振動や騒音に配慮した回転数となるように内燃機関２０が制御されるため、ドライバの居眠り状態による空吹かしとは異なり、低い回転数で内燃機関２０が運転される。そのため、停車時間が長時間に及ぶ場合は排気ガスから排気管２１に伝熱される熱量が大きくなる。
また、排気管２１の温度は、排気管２１に伝熱される熱量を時間で積算した積算値との相関が大きい。したがって、伝熱量の積算値を演算して閾値と比較することにより、排気系の過熱の可能性を判断でき、適切に排気系の過熱を防止することができる。
そこで、本実施例では、ＥＣＵ４０は、内燃機関２０にドライバが要求するドライバ要求出力より目標出力が所定出力差以上大きく、かつ、車両１０が停車状態である場合、排気ガスから排気管２１へ伝熱する排気管伝熱量を積算した積算排気管伝熱量が所定閾値以上であることを条件として、内燃機関２０の目標出力を制限する。
ＥＣＵ４０は、排気管伝熱量を排気ガスの排気ガス温度と排気ガス流量とに基づいて決定する。また、ＥＣＵ４０は、車両１０が走行状態に変化し、走行状態に変化後の車両１０の走行実績が所定走行実績となった場合、積算排気管伝熱量をゼロにリセットする。
排気ガスの伝熱による排気管２１の温度上昇は、その部位ごとに異なるため、一律に閾値を決定することができないため、排気系の過熱を適切に防止するためには、排気管２１の部位に応じて閾値を設定することが好ましい。
そこで、ＥＣＵ４０は、積算排気管伝熱量の閾値として第１閾値Ｈ１及び第２閾値Ｈ２を有している。第１閾値Ｈ１は、排気管２１における車両１０のフロアパネル１２の下方の部位２１Ａに対応する閾値であり、第２閾値Ｈ２は、車両１０の側方又は後方へ排気ガスを排出する排気管出口部２１Ｂに対応する閾値である。
内燃機関２０に近い部位２１Ａよりも排気管出口部２１Ｂの方が排気ガスから受ける熱量が小さいため、第１閾値Ｈ１よりも第２閾値Ｈ２が小さく設定されている。ＥＣＵ４０は、積算排気管伝熱量が第１閾値Ｈ１より大きい場合、内燃機関２０を停止する。
また、ＥＣＵ４０は、車両周辺の外気温が高いほど閾値を小さくなるように補正することが好ましい。
次に、図２を参照して、本実施形態に係る車両の制御装置においてＥＣＵ４０により実行される動作について説明する。
図２において、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１でアクセル開度が所定アクセル開度Ａより小さいか否かを判別する。また、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１で図示しないシフトレバーが非走行レンジに設定されているか否かを判別する。
非走行レンジとは、ＰレンジまたはＮレンジのことである。アクセル開度が所定アクセル開度Ａより小さいこと、又はシフトレバーが非走行レンジに設定されていること、の何れかが成立している場合、ＥＣＵ４０はステップＳ１においてＹＥＳと判定し、何れも成立していない場合はＮＯと判別する。
ステップＳ１でＹＥＳと判別した場合、ＥＣＵ４０は、ステップＳ２で、スロットル開度が所定スロットル開度Ｂより大きいこと、エンジン回転数（図中、Ｅ／ｇ回転数と記す）が所定エンジン回転数Ｃより大きいこと、又は吸気温度が所定吸気温度Ｄより大きいこと、の何れかが成立しているか否かを判別する。ＥＣＵ４０はステップＳ１においてＮＯと判別した場合、再びステップＳ１を実行する。すなわち、ＥＣＵ４０はステップＳ１でＹＥＳと判別するまでステップＳ１を繰り返す。
ＥＣＵ４０は、これらの条件の何れかが成立している場合はＹＥＳと判別し、何れも成立していない場合はＮＯと判別する。
ここで、ステップＳ１及びＳ２の判別がともにＹＥＳとなる状況とは、例えば、ドライバがアクセル操作を行っていないにも関わらず内燃機関２０が高速回転しているような状況が挙げられる。
言い換えれば、車両１０に対するドライバ要求出力が小さいのに対して内燃機関２０の目標出力が相対的に大きく、かつ、ドライバ要求出力より目標出力が所定出力差以上大きいような状況の場合、ステップＳ１及びＳ２の判別がともにＹＥＳとなる。
ステップＳ２でＹＥＳと判別した場合、ＥＣＵ４０は、排気管過熱防止制御を実施し（ステップＳ３）、その後、今回の動作を終了する。排気管過熱防止制御の詳細について図３を参照して説明する。
図３において、ＥＣＵ４０は、排気温度及び排気流速を測定し（ステップＳ１１）、排気管伝熱量を演算し（ステップＳ１２）、排気管伝熱量を積算して積算排気管伝熱量を算出する（ステップＳ１３）。
ステップＳ１２において、ＥＣＵ４０は、図４に示す相関マップを参照して排気管伝熱量を演算する。エンジン回転数と排気温度と排気管伝熱量との相関が定められている。この相関マップにおいて、エンジン回転数が大きいほど及び排気温度が高いほど、排気管伝熱量が大きくなっている。
ＥＣＵ４０は、相関マップを参照し、エンジン回転数と排気温度とに基づいて、排気管伝熱量を演算する。なお、ステップＳ１３の積算排気管伝熱量は、排気管過熱防止制御を開始してから現在までの経過時間の、排気管伝熱量の積算値である。
次いで、ＥＣＵ４０は、積算排気管伝熱量が第１閾値Ｈ１より大きいか否かを判別する（ステップＳ１４）。このステップＳ１４で積算排気管伝熱量が第１閾値Ｈ１より大きい場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、ＥＣＵ４０は、内燃機関２０を停止し（ステップＳ１７）、今回の動作を終了する。
ステップＳ１４で積算排気管伝熱量が第１閾値Ｈ１以下の場合（ステップＳ１４でＮＯ）、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１５で積算排気管伝熱量が第２閾値Ｈ２より大きいか否かを判別する（ステップＳ１５）。
ステップＳ１５で積算排気管伝熱量が第２閾値Ｈ２より大きい場合、ＥＣＵ４０は、ステップＳ１６で内燃機関２０の出力トルクを制限し、今回の動作を終了する。
ステップＳ１５で積算排気管伝熱量が第２閾値Ｈ２以下の場合、ＥＣＵ４０はステップＳ１８で走行履歴が成立したか否かを判別する。
ＥＣＵ４０は、ステップＳ１８で走行履歴が成立していない場合はステップＳ１１に戻り、走行履歴が成立している場合は、ステップＳ１９で積算排気管伝熱量をゼロにリセットし、今回の動作を終了する。なお、ＥＣＵ４０は、積算排気管伝熱量が所定閾値以上であることを条件することに代えて、排気ガス温度が所定の温度閾値であること、または排気管温度が所定の温度閾値であることを条件として、内燃機関２０の目標出力を制限するようにしてもよい。このように排気ガス温度または排気管温度の温度に基づいて、内燃機関２０の目標出力を制限するようにした場合も、排気系の過熱を適切に防止できるためである。また、排気ガス温度または排気管温度の各温度閾値は、内燃機関２０を停止することを決定する温度閾値（第１閾値Ｈ１に対応する温度閾値）と、出力トルクを制限することを決定する温度閾値（第２閾値Ｈ２に対応する温度閾値）と、の２段階の閾値を用いることが好ましい。排気ガス温度または排気管温度の温度によって、出力トルクを制限することで足りるか、または内燃機関２０を停止する必要があるかが異なるためである。
以上説明したように、本実施例では、ＥＣＵ４０は、車両１０にドライバが要求するドライバ要求出力より目標出力が所定出力差以上大きく、かつ、車両１０が停車状態である場合、排気ガスから排気管２１へ伝熱する排気管伝熱量を積算した積算排気管伝熱量が所定の閾値以上であることを条件として、内燃機関２０の目標出力を制限する。
このようにしたことで、車両１０の停車中にドライバがアクセルペダル３５Ａを踏み込んでいないにも関わらず内燃機関２０の出力が上昇している状況において、内燃機関２０の目標出力が制限される。このため、内燃機関２０の出力上昇をドライバが認識せずに排気系が過熱することを回避できる。この結果、排気系の過熱を適切に防止できる。
これに加え、本実施例では、ドライバのアクセル操作により内燃機関２０の出力が上昇している状況では、内燃機関２０の目標出力が制限されることがないため、不要な制御の介入によってドライバビリティが損なわれることを防止できる。
また、本実施例では、ＥＣＵ４０は、排気管伝熱量を排気ガスの排気ガス温度と排気ガス流量とに基づいて決定する。
これにより、排気管２１の温度を直接計測することなく排気管２１の温度を推定でき、排気系の過熱を適切に防止できる。
また、本実施例では、ＥＣＵ４０は、車両１０が走行状態に変化し、走行状態に変化後の車両１０の走行実績が所定走行実績となった場合、積算排気管伝熱量をゼロにリセットする。
これにより、車両１０が走行状態に変化し、車両１０の走行実績が所定走行実績となった場合は、排気系の過熱が解消されたことみなすことができるため、積算排気管伝熱量をゼロにリセットすることによって、車両１０が停車状態か走行状態かに応じて適切に積算排気管伝熱量を算出でき、排気系の過熱を適切に防止できる。
また、本実施例では、ＥＣＵ４０は、閾値として第１閾値Ｈ１及び第２閾値Ｈ２を有し、第１閾値Ｈ１は、排気管２１における車両１０のフロアパネル１２の下方の部位２１Ａに対応する閾値であり、第２閾値Ｈ２は、車両１０の側方又は後方へ排気ガスを排出する排気管出口部２１Ｂに対応する閾値であり、第１閾値Ｈ１よりも第２閾値Ｈ２が小さく設定されている。
これにより、排気ガスの伝熱による排気管２１の温度上昇が排気管２１の部位ごとに異なり、一律に閾値を決定することができないが、排気管２１の部位に応じた第１閾値Ｈ１と第２閾値Ｈ２とを設定したことによって、排気系の過熱を適切に防止できる。
また、本実施例では、ＥＣＵ４０は、積算排気管伝熱量が第１閾値Ｈ１より大きい場合、内燃機関２０を停止する。また、積算排気管伝熱量が前記第１閾値Ｈ１以下かつ第２閾値Ｈ２より大きい場合、ＥＣＵ４０は、内燃機関２０の目標出力を制限する。これにより、排気系の過熱を確実に防止できる。
また、本実施例では、ＥＣＵ４０は、車両周辺の外気温が高いほど閾値を小さくなるように補正する。
これにより、排気管２１から外気へ放熱される熱量を反映して閾値を補正することができ、排気系の過熱を適切に防止できる。
上述の通り、本発明の一実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
１０ 車両
１２ フロアパネル
２０ 内燃機関
２１ 排気管
２１Ａ 部位
２１Ｂ 排気管出口部
２２ 排気浄化装置
４０ ＥＣＵ（制御部）
Ｈ１ 第１閾値
Ｈ２ 第２閾値

Claims (3)

  1. 動力を発生する内燃機関と、
    前記内燃機関の排気ガスを車両側方又は車両後方へ排出する排気管と、を有する車両に搭載され、
    バッテリの充電状態に応じて前記内燃機関の目標出力を決定する制御部を備える車両の制御装置であって、
    前記制御部は、
    前記排気管における前記車両のフロアパネルの下方の部位に対応する閾値である第１閾値と、
    前記第１閾値よりも小さく設定され、前記車両の側方又は後方へ排気ガスを排出する排気管出口部に対応する閾値である第２閾値と、を有し、
    前記バッテリへの充電のために前記目標出力が、前記車両にドライバの要求するアクセル開度に応じたドライバ要求出力より所定出力差以上大きく設定され、かつ、前記車両が停車状態である場合、
    前記排気ガスから前記排気管へ伝熱する排気管伝熱量を積算した積算排気管伝熱量が前記第１閾値より大きい場合は前記内燃機関を停止し、
    前記積算排気管伝熱量が前記第１閾値以下かつ前記第２閾値より大きい場合は前記内燃機関の前記目標出力を制限することを特徴とする車両の制御装置。
  2. 前記制御部は、
    前記排気管伝熱量を前記排気ガスの排気ガス温度と排気ガス流量とに基づいて決定することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
  3. 前記制御部は、
    前記車両周辺の外気温が高いほど前記第１閾値及び前記第２閾値を小さくなるように補正することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車両の制御装置。
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