JP2018134924A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料加熱を伴う内燃機関の始動時における電装品の電力不足を回避しつつ始動完了までの時間を短縮できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の制御装置は、内燃機関２の始動に際して燃料加熱が必要な場合、第１モータ・ジェネレータ３にて内燃機関２をクランキングしながらグロープラグ５にて燃料を加熱しつつ燃料噴射を行う。グロープラグ５による燃料加熱中に補機用バッテリ１５が供給する電圧が所定値未満となった場合、グロープラグ５の通電を遮断するとともに第１モータ・ジェネレータ３による内燃機関２のクランキングを継続し、かつ燃料噴射を中断する。そして、補機用バッテリ１５の電圧が判定値以上になった場合燃料加熱及び燃料噴射を再開する。
【選択図】図１

Description

本発明は、アルコールを含有する燃料を使用して運転可能な内燃機関を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

アルコールを含有する燃料を使用して運転可能な内燃機関は燃料のアルコール含有率が高まるほど気化しにくくなり始動性が悪化する。そこで、このような内燃機関を搭載した車両の制御装置として、内燃機関の始動の際に燃料を加熱しながら燃料噴射を行うものが提案されている（特許文献１）。

特開平６−１０１６０８号公報

燃料加熱には電気ヒータやグロープラグ等の加熱手段が用いられ、その電力は車両の電装品の電源として設けられた補機用バッテリから供給される。内燃機関の始動の際に加熱手段の使用によって電力負荷が増大すると補機用バッテリの電圧が低下して電装品が動作不良となるおそれがある。

そこで、本発明は、燃料加熱を伴う内燃機関の始動時において補機用バッテリの電圧低下による電装品の動作不良を回避できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、アルコールを含有する燃料を使用して運転可能に構成された内燃機関と、前記内燃機関をクランキング可能な電動機と、前記電動機に電力を供給するメインバッテリと、車両の電装品の電源として設けられた補機用バッテリと、前記補機用バッテリに電力を供給する電力供給手段と、前記補機用バッテリを電源として駆動され、前記内燃機関で使用される燃料を加熱可能な加熱手段と、を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置であって、前記内燃機関の始動に際して燃料加熱が必要な場合、前記電動機にて前記内燃機関をクランキングしながら前記加熱手段にて燃料を加熱しつつ燃料噴射を行う始動制御手段を備え、前記始動制御手段は、前記加熱手段による燃料加熱中に前記補機用バッテリが供給する電圧が所定値未満となった場合、前記加熱手段の消費電力を低下させるとともに前記電動機による前記内燃機関のクランキングを継続し、所定の再開条件が成立した場合、前記加熱手段の消費電力を低下前の状態に戻すものである。

なお、加熱手段の消費電力を低下させることには、燃料加熱を中断すること、つまり加熱手段の通電を遮断して消費電力をゼロにすることも含まれる。

本発明の制御装置によれば、加熱手段による燃料加熱中に補機用バッテリが供給する電圧が所定値未満となった場合、加熱手段の消費電力を低下させるので補機用バッテリの供給電圧が回復するまでその電圧低下による電装品の動作不良を回避できる。また、加熱手段の消費電力を低下させている間はメインバッテリを電源とする電動機による内燃機関のクランキングが継続される。これにより、再開条件が成立して加熱手段の消費電力を元に戻して再始動する際に、初めから内燃機関のクランキングをやり直さなくてよいから内燃機関の始動完了までの時間を短縮できる。

本発明の一形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両のシステム構成図。 図１のハイブリッド車両の制御系の一例を示した機能ブロック図。 本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。 図３のサブルーチンの一例を示したフローチャート。

図１に示すように、車両１は、内燃機関２と、２つの第１及び第２ジェネレータ３、４とを備えたシリーズパラレル型ハイブリッド車両として構成されている。内燃機関２は、例えば４つの気筒（不図示）を有する直列４気筒型の内燃機関として構成されており、アルコールを含有する燃料を使用して運転可能である。燃料のアルコール含有率は０〜１００％の範囲で許容される。つまり、内燃機関２は、ガソリンだけを燃料とする場合、ガソリンとアルコールとの混合燃料を燃料とする場合、及びアルコールだけを燃料とする場合のいずれの場合でも運転可能である。一般に、アルコール含有燃料を使用して運転可能な内燃機関を搭載した車両はフレキシブルフューエルビークル（ＦＦＶ）と称される。アルコール含有燃料はガソリンと比べて気化しにくいため、始動時に燃料を加熱して気化を促すためのグロープラグ５が気筒毎に設けられている。燃料加熱時におけるグロープラグ５の消費電力は７２０Ｗ（１２Ｖ、６０Ａ）程度である。グロープラグ５は本発明に係る加熱手段の一例に相当する。

第１モータ・ジェネレータ３は遊星歯車機構として構成された動力分割機構６を介して内燃機関２と連結されている。第１モータ・ジェネレータ３は内燃機関２の始動時にクランキングする電動機として機能するとともに、内燃機関２が運転される走行時には主に発電機として機能する。第１モータ・ジェネレータ３は本発明に係る電動機の一例に相当する。動力分割機構６から出力された動力は駆動輪１０に伝達される。動力分割機構６と駆動輪１０との間の動力伝達経路７には第２モータ・ジェネレータ４がトルク伝達可能な状態で連結されている。

各モータ・ジェネレータ３、４は不図示の電気回路を介してＨＶバッテリ１２に電気的に接続されており、ＨＶバッテリ１２は各モータ・ジェネレータ３、４に対して電力を供給する。ＨＶバッテリ１２は本発明に係るメインバッテリの一例に相当する。ＨＶバッテリ１２は直流２００Ｖ程度の比較的高電圧なバッテリ、例えばニッケル水素バッテリとして構成されている。上記の電気回路はＤＣＤＣコンバータ及びインバータとしてそれぞれ機能し、ＨＶバッテリ１２の直流電力を昇圧しつつ交流電力に変換して各モータ・ジェネレータ３、４に供給でき、かつ各モータ・ジェネレータ３、４の発電電力を減圧しつつ直流電力に変換してＨＶバッテリ１２に供給する。なお、ＨＶバッテリ１２は車両１の車載エアコンディショナ１３の電源にもなっている。

車両１は、各種電装品の電源として設けられた補機用バッテリ１５を備えている。補機用バッテリ１５は、ＨＶバッテリ１２よりも電圧が低い直流１２Ｖ程度のバッテリ、例えば鉛バッテリとして構成されている。補機用バッテリ１５を電源とする電装品としては、例えば、内燃機関２や各モータ・ジェネレータ３、４等の制御対象を制御するコンピュータとして構成された各種の電子制御装置（ＥＣＵ）を含むＥＣＵ群２０、車両１のステアリング操作をアシストする電動パワーステアリング装置２１、及び車両１のブレーキ操作をアシストするブレーキ装置２２等がある。また、補機用バッテリ１５は燃料加熱に利用される上述したグロープラグ５の電源としても使用され、補機用バッテリ１５の電力は不図示の駆動回路を介してグロープラグ５に供給される。

補機用バッテリ１５はＤＣＤＣコンバータ２５を介してＨＶバッテリ１２と電気的に接続されている。したがって、ＨＶバッテリ１２に接続されたＤＣＤＣコンバータ２５を操作することにより、ＨＶバッテリ１２の電力を例えば１４Ｖに降圧しつつ補機用バッテリ１５に供給して充電可能である。ＤＣＤＣコンバータ２５は例えば最大１００Ａまで出力できる。ＤＣＤＣコンバータ２５は本発明に係る電力供給手段の一例として機能する。

図２に示したように、上述したＥＣＵ群２０には、各モータ・ジェネレータ３、４を主に制御するＨＶＥＣＵ３０と、内燃機関２を主に制御するエンジンＥＣＵ３１とが含まれる。ＨＶＥＣＵ３０とエンジンＥＣＵ３１とは双方向通信可能な状態で互いに接続されていて、エンジンＥＣＵ３１は単独で内燃機関２を制御することもあるが、基本的にはＨＶＥＣＵ３０の指令に従って内燃機関２を制御する。したがって、ＨＶＥＣＵ３０はエンジンＥＣＵ３１を介して内燃機関２を制御しているともいえる。

ＨＶＥＣＵ３０及びエンジンＥＣＵ３１とは互いに連携しながら、車両１に対して各種制御を行う。例えば、内燃機関２を停止して第２モータ・ジェネレータ４で走行する電気自動車モードから内燃機関２とともに第２モータ・ジェネレータ４を走行用駆動源とするハイブリッドモードへ切り替えるために内燃機関２を始動する。ＨＶＥＣＵ３０には、こうした始動制御の他にも各種制御を行うため、車両１の各部の情報を取得する様々なセンサ類の信号が入力される。例えば、ＨＶＥＣＵ３０には、内燃機関２の回転速度に応じた信号を出力するクランク角センサ３５、第１モータ・ジェネレータ３の回転速度に応じた信号を出力するレゾルバ３６、燃料の温度に応じた信号を出力する燃料温度センサ３７、燃料のアルコール濃度に応じた信号を出力するアルコール濃度センサ３８、及び補機用バッテリ１５が供給する電圧に応じた信号を出力する電圧センサ３９等の各信号が入力される。

図３及び図４は内燃機関２の始動時にＨＶＥＣＵ３０が実行する制御ルーチンの一例を示している。この制御ルーチンのプログラムはＨＶＥＣＵ３０に保持されており、所定間隔で繰り返し実行される。ＨＶＥＣＵ３０は、図３及び図４の制御ルーチンを実行することにより本発明に係る始動制御手段の一例として機能する。

図３に示したように、ステップＳ１において、ＨＶＥＣＵ３０は内燃機関２に対する始動要求の有無を判定する。この始動要求は、例えば、内燃機関２の停止時に電気自動車モードからハイブリッドモードへの切り替えが必要な場合や車両１の発進時に加速要求が高い場合などの内燃機関２を始動すべき状況の発生に応答してＨＶＥＣＵ３０にて生成される。始動要求がある場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２において、ＨＶＥＣＵ３０は、車両１の燃料状態としての燃料温度及びアルコール濃度を、燃料温度センサ３７及びアルコール濃度センサ３８の各信号を参照することによりそれぞれ取得する。

ステップＳ３において、ＨＶＥＣＵ３０は燃料加熱の要否を判定する。アルコール含有燃料は、燃料温度が低いほど、アルコール濃度が高いほど気化しにくくなり始動性が悪化する。そのため、ＨＶＥＣＵ３０は、例えば、燃料温度及びアルコール濃度のそれぞれに設定した閾値に基づいて燃料加熱の要否を判定する。燃料加熱が必要な場合はステップＳ４に進み、そうでない場合はステップＳ４をスキップしてステップＳ５に進む。

ステップＳ４において、ＨＶＥＣＵ３０は燃料加熱を開始するようにエンジンＥＣＵ３１に指令を出す。エンジンＥＣＵ３１はその指令に応答し、グロープラグ５が通電されて燃料加熱が開始されるようにグロープラグ５に設けられた駆動回路を制御する。これにより、グロープラグ５が発熱して燃料加熱が開始される。

ステップＳ５において、ＨＶＥＣＵ３０は、内燃機関２が所定の回転速度でクランキング（モータリング）されるように、クランク角センサ３５及びレゾルバ３６の各信号を参照しながら第１モータ・ジェネレータ３を力行制御する。続くステップＳ６において、ＨＶＥＣＵ３０は内燃機関２の燃料噴射及び火花点火が実施されるようにエンジンＥＣＵ３１に指令を出す。エンジンＥＣＵ３１はその指令に応答してクランク角センサ３５を参照しながら適切なタイミングで燃料噴射及び火花点火を実施する。燃料噴射量及び点火時期は燃料のアルコール濃度に応じて適宜に調整される。

ステップＳ７において、ＨＶＥＣＵ３０は内燃機関２が完爆したか否かを判定する。ＨＶＥＣＵ３０は、内燃機関２の回転速度が完爆を判定するために設定された閾値を超えた場合に完爆したものと判定する。内燃機関２が完爆していない場合はステップＳ８に進み、ＨＶＥＣＵ３０は燃料加熱中か否かを判定する。燃料加熱中の場合はステップＳ９に進み、ＨＶＥＣＵ３０は燃料加熱を中断又は継続するために実行される図４に詳細を示した加熱中断処理を実行して処理をステップＳ５に戻す。燃料加熱中でない場合は、ステップＳ９をスキップし、クランキング、燃料噴射及び火花点火を含む始動制御を続行するために処理をステップＳ５に戻す。なお、ステップＳ７において、完爆を判定した場合は始動完了となるのでステップＳ１０に進み、ＨＶＥＣＵ３０は燃料加熱中か否かを判定する。燃料加熱中の場合はステップＳ１１に進み、ＨＶＥＣＵ３０はグロープラグ５の通電を遮断して燃料加熱を終了し、今回のルーチンを終了する。一方、燃料加熱中でない場合はステップＳ１１をスキップして今回のルーチンを終了する。

図４に示したように、ステップＳ９１において、ＨＶＥＣＵ３０は、電圧センサ３９の信号を参照して補機用バッテリ１５が供給する電圧Ｖｃを取得する。続くステップＳ９２において、ＨＶＥＣＵ３０は、電圧Ｖｃが所定値ＰＶ未満か否かを判定する。所定値ＰＶは補機用バッテリ１５を電源とする電装品が支障なく動作する電圧の許容範囲内に設定されており、所定値ＰＶはその許容範囲の下限値よりも高電圧側の余裕が見込まれて適宜に設定される。したがって、電圧Ｖｃが所定値ＰＶ以上の場合はグロープラグ５を使用した燃料加熱を継続しても問題がないので以後の処理をスキップして図３のメインルーチンに戻る。一方、電圧Ｖｃが所定値ＰＶ未満の場合は燃料加熱を継続すると電装品の動作に支障が生じるおそれがあるので、ＨＶＥＣＵ３０はステップＳ９３〜ステップＳ９５の処理を実行する。なお、上述した電圧の許容範囲は、例えば外気温などで変動する可能性があるので、所定値ＰＶを外気温に応じて変化させてもよい。

ステップＳ９３において、ＨＶＥＣＵ３０は燃料加熱が中断されるようにエンジンＥＣＵ３１に指令を出す。エンジンＥＣＵ３１はその指令に応答してグロープラグ５の通電が遮断されるように駆動回路を制御することにより燃料加熱を中断する。

ステップＳ９４において、ＨＶＥＣＵ３０は燃料噴射及び火花点火が中断するようにエンジンＥＣＵ３１に指令を出す。エンジンＥＣＵ３１はその指令に応答して燃料噴射及び火花点火が中断するように内燃機関２を制御する。

ステップＳ９５において、ＨＶＥＣＵ３０はクランク角センサ３５及びレゾルバ３６の各信号を参照して内燃機関２及び第１モータ・ジェネレータ３の各回転速度を監視しながら第１モータ・ジェネレータ３による内燃機関２のクランキングを継続する。すなわち、図４に示した加熱中断処理においては、燃料加熱、燃料噴射及び火花点火が中断されるが、内燃機関２のクランキングは継続される。

ステップＳ９６において、ＨＶＥＣＵ３０は、中断した燃料加熱、燃料噴射及び火花点火の再開を判断するための再開条件の成否を判定する。上述したように、補機用バッテリ１５にはＤＣＤＣコンバータ２５の操作によってＨＶバッテリ１２の電力が供給されるので、低下していた電圧Ｖｃは燃料加熱の中断によって回復可能である。そこで、本形態において、ＨＶＥＣＵ３０は、上記中断の判定に用いた所定値ＰＶよりも高い判定値ＪＶ以上に電圧Ｖｃが回復したことをもって再開条件が成立したものと判定する。本形態の場合は、判定値ＪＶが所定値ＰＶよりも高いので、補機用バッテリ１５の供給電圧Ｖｃが所定値ＰＶ付近で推移する場合に燃料加熱の中断と再開とが短時間に繰り返されるような制御の不安定を抑制できる。もっとも、この代わりに、判定値ＪＶを所定値ＰＶと同一値に設定してもよい。また、判定値ＪＶは固定値でも変動値でもよい。なお、再開条件は、必ずしも電圧Ｖｃに基づくものでなくてもよい。燃料加熱の中断時間の経過とともに電圧が回復するので、例えば燃料加熱の中断を開始してから所定時間経過したことを再開条件とすることもできる。再開条件が成立した場合はステップＳ９７に進む。一方、再開条件が不成立の場合は処理をステップＳ９３に戻して、燃料加熱、燃料噴射及び火花点火の中断を維持し、かつクランキングを継続する。

ステップＳ９７において、ＨＶＥＣＵ３０は、燃料噴射及び火花点火が再開されるようにエンジンＥＣＵ３１に指令を出す。エンジンＥＣＵ３１はその指令を受けて燃料噴射及び火花点火が適切なタイミングで再開されるように内燃機関２を制御する。続くステップＳ９８において、ＨＶＥＣＵ３０は燃料加熱が再開されるようにエンジンＥＣＵ３１に指令を出す。エンジンＥＣＵ３１はグロープラグ５への通電を再開することによって燃料加熱を再開して図３のメインルーチンに戻る。

図３及び図４の制御ルーチンによれば、グロープラグ５による燃料加熱中に補機用バッテリ１５が供給する電圧Ｖｃが所定値ＰＶ未満となった場合、グロープラグ５の通電が遮断されるので補機用バッテリ１５の供給電圧Ｖｃが回復するまで電装品の動作不良を回避できる。また、グロープラグ５による燃料加熱が中断されている間は燃料噴射が中断されるため燃料の加熱不足による失火等の不具合を回避できる。さらに、燃料加熱及び燃料噴射を中断している間にはＨＶバッテリ１２を電源とする第１モータ・ジェネレータ３による内燃機関２のクランキングは継続される。したがって、再開条件が成立して燃料加熱を元に戻す再始動時において、初めから内燃機関２のクランキングをやり直さなくてよいから内燃機関２の始動完了までの時間を短縮できる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。上記形態は、内燃機関２の他に第１モータ・ジェネレータ３及び第２モータ・ジェネレータ４を備えたシリーズパラレル型のハイブリッド車両を対象とし、ＨＶバッテリ１２に電気的に接続された第１モータ・ジェネレータ３を電動機として使用して内燃機関２をクランキングするものであるが本発明はこの形態に限定されない。例えば、内燃機関の他に、内燃機関に対して動力伝達可能な状態で単一の電動機が設けられたパラレル型のハイブリッド車両を対象とし、メインバッテリに電気的に接続されたその電動機を使用して内燃機関をクランキングする形態にて本発明を実施することもできる。

上記形態では、加熱手段の消費電力を低下させる一例として、グロープラグ５の通電を遮断して消費電力をゼロとしているが、グロープラグ５の通電を継続するがその消費電力が低下するように駆動回路を制御する形態に変更することもできる。この場合には燃料加熱を通常時に復帰させた際にグロープラグ５の温度を素早く立ち上げることができる。グロープラグ５の消費電力の低下率は適宜に定めてよい。例えば、通常時に比べて低下率が７０％となるように、つまり３０％の消費電力でグロープラグ５が駆動されるように消費電力を低下させてもよい。なお、上記形態及びこの変更例において、グロープラグ５の代わりに例えば電気ヒータを加熱手段として設けることによって燃料加熱を実施することもできる。

上記形態では、電力供給手段の一例として、ＨＶバッテリ１２の電力を補機用バッテリ１５に供給するＤＣＤＣコンバータ２５が設けられているが本発明はこの形態に限定されない。例えば、内燃機関のクランク軸で駆動され、補機用バッテリに電気的に接続されたオルタネータが設けられた車両を対象とし、電動機によるクランキング中にオルタネータが発電する発電電力を補機用バッテリに供給する形態で電力供給手段を実現されてよい。

上記形態では、加熱手段の消費電力を低下させるとともに燃料噴射及び火花点火を中断しているが、例えば、加熱手段の消費電力を低下させている間に、燃料噴射及び火花点火をそれぞれ継続する形態や燃料噴射を中断する一方で火花点火を継続する形態に変更してもよい。

また上記形態は次の制御装置の発明における実施の形態としても把握できる。
すなわち、アルコールを含有する燃料を使用して運転可能に構成された内燃機関と、前記内燃機関をクランキング可能な電動機と、前記電動機に電力を供給するメインバッテリと、車両の電装品の電源として設けられた補機用バッテリと、前記補機用バッテリに電力を供給する電力供給手段と、前記補機用バッテリを電源として駆動され、前記内燃機関で使用される燃料を加熱可能な加熱手段と、を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置であって、前記内燃機関の始動に際して燃料加熱が必要な場合、前記電動機にて前記内燃機関をクランキングしながら前記加熱手段にて燃料を加熱しつつ燃料噴射を行う始動制御手段を備え、前記始動制御手段は、前記加熱手段による燃料加熱中に前記補機用バッテリが供給する電圧が所定値未満となった場合、前記加熱手段の消費電力を低下させるとともに前記電動機による前記内燃機関のクランキングを継続し、所定の再開条件が成立した場合、前記加熱手段の消費電力を低下前の状態に戻し、前記電圧が前記所定値よりも高い判定値以上に回復した場合に前記再開条件が成立したと判定するものである。この制御装置によれば、加熱手段の消費電力を元の状態に戻す判断に使用される判定値が、その消費電力を低下させる判断に使用される所定値よりも高いので、補機用バッテリの供給電圧が所定値付近で推移する場合に、加熱手段の電力消費の低下と復帰とが短時間で繰り返されるような制御の不安定を抑制できる。

１ 車両
２ 内燃機関
３ 第１モータ・ジェネレータ（電動機）
５ グロープラグ（加熱手段）
１２ ＨＶ（メインバッテリ）
１５ 補機用バッテリ
２５ ＤＣＤＣコンバータ（電力供給手段）
３０ ＨＶＥＣＵ（始動制御手段）

Claims (1)

1. アルコールを含有する燃料を使用して運転可能に構成された内燃機関と、
   前記内燃機関をクランキング可能な電動機と、
   前記電動機に電力を供給するメインバッテリと、
   車両の電装品の電源として設けられた補機用バッテリと、
   前記補機用バッテリに電力を供給する電力供給手段と、
   前記補機用バッテリを電源として駆動され、前記内燃機関で使用される燃料を加熱可能な加熱手段と、
   を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置であって、
   前記内燃機関の始動に際して燃料加熱が必要な場合、前記電動機にて前記内燃機関をクランキングしながら前記加熱手段にて燃料を加熱しつつ燃料噴射を行う始動制御手段を備え、
   前記始動制御手段は、前記加熱手段による燃料加熱中に前記補機用バッテリが供給する電圧が所定値未満となった場合、前記加熱手段の消費電力を低下させるとともに前記電動機による前記内燃機関のクランキングを継続し、所定の再開条件が成立した場合、前記加熱手段の消費電力を低下前の状態に戻すことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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