JP5843006B2 - ハイブリッド車両のｅｇｒガス冷却装置及びハイブリッド車両のｅｇｒガス冷却方法 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両において、ＥＧＲガスを冷却する技術に関する。

ＪＰ２００７−９２７１８Ａには、エンジンの排気側と吸気側とを連通させて排気ガスの一部を再循環させるＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路に設けられたＥＧＲクーラとを備えたＥＧＲ装置において、エンジン冷却水が所定温度以下の場合、ＥＧＲクーラの出口側冷却水流路を遮断し、エンジン冷却水が所定温度を超えた場合に、出口側冷却水路を連通させる技術が開示されている。これにより、エンジン冷却水が低温の場合に、冷却水の温度を短時間で上昇させて、ＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を抑制している。

しかしながら、ＥＧＲクーラの機能補償の観点から、ＥＧＲクーラの空焚き防止に必要なエンジン冷却水を循環させておく必要があるため、ＥＧＲガスの温度が低い場合や、ＥＧＲガス量が少ない場合には、ＥＧＲガスでＥＧＲクーラを十分に加熱することができず、凝縮水の発生を防止できない可能性がある。

本発明は、ＥＧＲクーラでの凝縮水の発生を精度良く防止することを目的とする。

一実施形態におけるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置は、車両の走行駆動源の一つであるモータを冷却する強電冷却回路内を流れる冷媒を用いてＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラを備える。

本発明の実施形態、本発明の利点については、添付された図面とともに以下に詳細に説明される。

図１は、第１の実施形態におけるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置を搭載したハイブリッド車両のシステム構成図である。 図２は、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気系に還流させるＥＧＲシステムの構成を示す図である。 図３は、第２の実施形態におけるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置を搭載したハイブリッド車両のシステム構成図である。 図４は、ＥＧＲガスを冷却するための冷却水として、強電系冷却水を使用する温度領域およびエンジン冷却水を使用する温度領域を示す図である。 図５は、ＥＧＲクーラへの冷却水の導入制御方法を示すフローチャートである。 図６は、ＥＧＲガスを吸気通路に還流させる割合であるＥＧＲ率ごとに、凝縮水が発生するＥＧＲガス温度と気圧および相対湿度との関係を示す図である。

−第１の実施形態−
図１は、第１の実施形態におけるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置を搭載したハイブリッド車両のシステム構成図である。このハイブリッド車両は、走行駆動源として、エンジン３１とモータ・ジェネレータ１１とを備えている。図１では、強電冷却回路１と、エアコン回路２と、エンジン冷却回路３とを示している。

強電冷却回路１は、モータ・ジェネレータ１１およびインバータ１２を冷却するための冷却水が流れる回路（通路）であり、モータ・ジェネレータ１１、インバータ１２、ウォータポンプ１３、ＥＧＲクーラ１４、副ラジエータ１５が設けられている。

エアコン回路２は、冷媒が循環する回路（通路）であり、電動コンプレッサ２１、コンデンサ２２、膨張弁２３、エバポレータ２４が設けられている。

エンジン冷却回路３は、エンジン３１を冷却するための冷却水が流れる回路（通路）であり、エンジン３１、ウォータポンプ３２、スロットルチャンバ３３と、主ラジエータ３４が設けられている。主ラジエータ３４の容量は、副ラジエータ１５の容量よりも大きい。

強電冷却回路１の冷却水の循環は、ウォータポンプ１３を用いて行われる。ウォータポンプ１３から吐出された冷却水は、インバータ１２、モータ・ジェネレータ１１、副ラジエータ１５、ＥＧＲクーラ１４を順に通過し、その後にウォータポンプ１３に戻る。副ラジエータ１５は、冷却水を通過させることによって、冷却水の放熱を行う。

エアコン回路２において、電動コンプレッサ２１は、ガス状冷媒を圧縮する。コンデンサ２２は、電動コンプレッサ２１から吐出される高圧冷媒を冷却する。膨張弁２３は、コンデンサ２２から排出される冷媒を減圧する。エバポレータ２４は、膨張弁２３により減圧された冷媒を気化させて空気を冷却する。

エンジン冷却回路３の冷却水の循環は、ウォータポンプ３２を用いて行われる。ウォータポンプ３２から吐出された冷却水は、エンジン３１、主ラジエータ３４を順に通過し、その後にウォータポンプ３２に戻る。主ラジエータ３４は、冷却水を通過させることによって、冷却水の放熱を行う。

図２は、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気系に還流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）システムの構成を示す図である。排気浄化触媒２０１は、エンジン３１から排出される排気ガス中のＨＣ（炭化水素）、ＣＯ（一酸化炭素）を酸化するとともに、ＮＯｘ（窒素酸化物）を還元して、排気を浄化する。浄化された排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとして、ＥＧＲ通路２０２を通って、吸気通路２０３に還流される。すなわち、エンジン３１には、スロットルバルブ２０５を通過する空気と、ＥＧＲ通路２０２を通って還流するＥＧＲガスとが流入する。

ＥＧＲ通路２０２には、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラ１４と、還流させるＥＧＲガス流量を調整するＥＧＲ弁２０４とが設けられている。

なお、排気系の排気浄化触媒２０１の上流には、Ａ／Ｆセンサ２０６が設けられ、下流にはＯ２センサ２０７が設けられている。

図１を用いて説明したように、ＥＧＲクーラ１４は、エンジン冷却回路３ではなく、強電冷却回路１に設けられている。すなわち、ＥＧＲガスを冷却するための冷却水として、エンジン冷却回路３を流れる冷却水（エンジン冷却水）ではなく、強電冷却回路１を流れる冷却水（強電系冷却水）を用いている。

ＥＧＲシステムにおけるＥＧＲガスの還流開始時の強電冷却回路１の冷却水は、エンジン冷却回路３の冷却水よりも温度が高い。従って、エンジン暖機中のＥＧＲガスを冷却するために、エンジン冷却水ではなく、既に暖まっている強電系冷却水を使用することで、凝縮水が発生するのを防止することができ、ＥＧＲクーラ１４を保護することができる。また、エンジン暖機中の早い段階からＥＧＲシステムを使用することができるので、燃費を向上させることができる。

以上、第１の実施形態におけるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置によれば、モータ・ジェネレータ１１を冷却するための冷却水を用いて、ＥＧＲガスを冷却するので、エンジン暖機中に既に暖まっている強電系冷却水を使用することで、凝縮水が発生するのを防止することができ、ＥＧＲクーラ１４を保護することができる。また、エンジン暖機中の早い段階からＥＧＲシステムを使用することができるので、燃費を向上させることができる。

−第２の実施形態−
図３は、第２の実施形態におけるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置を搭載したハイブリッド車両のシステム構成図である。本実施形態では、モータ・ジェネレータ１１による走行後、組電池（不図示）のＳＯＣが所定ＳＯＣになったところでエンジン３１を始動させるハイブリッド車両（例えば、プラグインハイブリッド車両）を想定している。以下の説明では、図１に示すシステム構成図と異なる部分について説明する。

第１の実施形態では、ＥＧＲクーラ１４は、強電冷却回路１に設けられていた。第２の実施形態では、ＥＧＲクーラ１４が強電冷却回路１に設けられる構成と、エンジン冷却回路３に設けられる構成とを切替可能となっている。このため、ＥＧＲクーラ１４がＥＧＲガスを冷却するための冷却水として、強電冷却回路１を流れる冷却水と、エンジン冷却回路３の冷却水とを切り替えるための切替弁３０１、３０２が設けられている。切替弁３０１を開いて切替弁３０２を閉じると、ＥＧＲクーラ１４には、エンジン冷却回路３の冷却水が流れ、切替弁３０１を閉じて切替弁３０２を開くと、ＥＧＲクーラ１４には、強電冷却回路１の冷却水が流れる。

第１温度センサ３１１は、エンジン冷却水の温度を検出する。

第２温度センサ３１２は、強電系冷却水の温度を検出する。

コントローラ３１３は、第１温度センサ３１１によって検出されるエンジン冷却水温および第２温度センサ３１２によって検出される強電系冷却水温に基づいて、切替弁３０１および切替弁３０２の開閉を制御する。

最初にモータ・ジェネレータ１１による走行後、エンジン３１を始動させるハイブリッド車両では、エンジン始動要求前に、十分にモータ・ジェネレータ１１によるＥＶ走行を行っているため、強電系冷却水はエンジン冷却水よりも高い温度となっている。従って、エンジン始動後は、強電系冷却水をＥＧＲガスを冷却するための冷却水として使用することにより、ＥＧＲガス冷却システムにおける凝縮水の発生を防止して、エンジン暖機中の早い段階からＥＧＲを作動させることができる。また、エンジン水温が強電系冷却水温よりも高くなると、エンジン冷却水をＥＧＲガスを冷却するための冷却水として使用する。

図４は、ＥＧＲガスを冷却するための冷却水として、強電系冷却水を使用する温度領域およびエンジン冷却水を使用する温度領域を示す図である。エンジン冷却水温がＥＧＲ作動開始エンジン水温より高くなると、ＥＧＲガスの吸気通路への還流を開始する。上述したように、エンジン始動直後は、エンジン冷却水よりも強電系冷却水の方が温度が高くなっているため、強電系冷却水をＥＧＲガスを冷却するための冷却水として使用する（図４参照）。

図４に示す例では、強電系冷却水は、所定の飽和水温で飽和する。エンジン冷却水温が、強電系冷却水の飽和水温より高くなった場合、すなわち、強電系冷却水温より高くなった場合には、エンジン冷却水をＥＧＲガスを冷却するための冷却水として使用する。

図５は、ＥＧＲクーラ１４への冷却水の導入制御方法を示すフローチャートである。ステップＳ１０から始まる処理は、コントローラ３１３により行われる。

ステップＳ１０では、エンジン３１を始動させる。なお、エンジン３１を始動する前に、モータ・ジェネレータ１１によるＥＶ走行が行われている。

ステップＳ２０では、第２温度センサ３１２により検出される強電系冷却水の温度が所定温度より高いか否かを判定する。強電系冷却水の温度が所定温度より高いと判定するとステップＳ３０に進み、所定温度以下であると判定するとステップＳ１７０に進む。

ステップＳ３０では、吸気温が所定の閾値Ｔ１より高く、かつ、湿度が所定の閾値Ｈ１より高いか否かを判定する。吸気温および湿度はそれぞれ、車両の環境条件の１つであり、図示しないセンサによって検出されて、コントローラ３１３に入力される。

図６は、ＲＧＲガスを吸気通路に還流させる割合であるＥＧＲ率ごとに、凝縮水が発生するＥＧＲガス温度と気圧および相対湿度との関係を示す図である。例えば、大気圧において、相対湿度が０％、ＥＧＲ率が３０％の場合には、ＥＧＲガス温度が２７℃で凝縮水が発生する。また、大気圧において、相対湿度が１００％、ＥＧＲ率が３０％の場合には、ＥＧＲガス温度が３５℃で凝縮水が発生する。

吸気温が低い場合には、凝縮水が発生しやすくなる。また、図６に示すように、ＥＧＲ率および気圧が同じ場合には、相対湿度が高くなるほど、凝縮水が発生するＥＧＲガス温度は高くなり、凝縮水が発生しやすくなる。

従って、ステップＳ３０では、吸気温が所定の閾値Ｔ１より高く、かつ、湿度が所定の閾値Ｈ１より高いか否かを判定し、この判定を否定する場合には、凝縮水が発生しやすい条件であると判断して、後述するように、凝縮水の発生を防止するための制御を行う。吸気温が所定の閾値Ｔ１より高く、かつ、湿度が所定の閾値Ｈ１より高いと判定すると、ステップＳ４０に進み、それ以外の場合には、ステップＳ９０に進む。

ステップＳ４０では、切替弁３０１を閉じて切替弁３０２を開くことにより、強電冷却回路１の冷却水をＥＧＲクーラ１４に流す。

ステップＳ５０では、ＥＧＲ作動条件が成立したか否かを判定する。ＥＧＲ作動条件が成立していないと判定するとステップＳ５０で待機し、成立したと判定すると、ＥＧＲ弁２０４を開いて、ステップＳ６０に進む。

ステップＳ６０では、第１温度センサ３１１により検出されるエンジン冷却水温が第２温度センサ３１２により検出される強電系冷却水温より高いか否かを判定する。エンジン冷却水温が強電系冷却水温以下であると判定すると、ステップＳ６０で待機し、エンジン冷却水温が強電系冷却水温より高いと判定すると、ステップＳ７０に進む。

ステップＳ７０では、切替弁３０１を開いて切替弁３０２を閉じることにより、エンジン冷却回路３の冷却水をＥＧＲクーラ１４に流す。

ステップＳ３０の判定を否定した後に進むステップＳ９０では、凝縮水の発生を防止するために、目標ＥＧＲ率およびＥＧＲ作動開始エンジン水温を変更する。具体的には、目標ＥＧＲ率を下げるとともに、ＥＧＲ作動開始エンジン水温を高くする。なお、ステップＳ９０では、目標ＥＧＲ率を下げる処理だけ行ってもいいし、ＥＧＲ作動開始エンジン水温を高くする処理だけ行ってもよい。

ステップＳ１００では、第２温度センサ３１２により検出される強電系冷却水温がステップＳ９０で変更したＥＧＲ作動開始エンジン水温より高いか否かを判定する。強電系冷却水温がＥＧＲ作動開始エンジン水温より高いと判定するとステップＳ１１０に進む。

ステップＳ１１０では、切替弁３０１を閉じて切替弁３０２を開くことにより、強電冷却回路１の冷却水をＥＧＲクーラ１４に流す。

ステップＳ１２０では、ＥＧＲ作動条件が成立したか否かを判定する。ＥＧＲ作動条件が成立していないと判定するとステップＳ１２０で待機し、成立したと判定すると、ＥＧＲ弁２０４を開いて、ステップＳ１３０に進む。

ステップＳ１３０では、第１温度センサ３１１により検出されるエンジン冷却水温が第２温度センサ３１２により検出される強電系冷却水温より高いか否かを判定する。エンジン冷却水温が強電系冷却水温以下であると判定すると、ステップＳ１３０で待機し、エンジン冷却水温が強電系冷却水温より高いと判定すると、ステップＳ１４０に進む。

ステップＳ１４０では、切替弁３０１を開いて切替弁３０２を閉じることにより、エンジン冷却回路３の冷却水をＥＧＲクーラ１４に流す。

ステップＳ１００において強電系冷却水温がＥＧＲ作動開始エンジン水温以下であると判定すると、ステップＳ１５０に進む。ステップＳ１５０では、切替弁３０１を開いて切替弁３０２を閉じることにより、エンジン冷却回路３の冷却水をＥＧＲクーラ１４に流す。

ステップＳ１６０では、ＥＧＲ作動条件が成立したか否かを判定する。ＥＧＲ作動条件が成立していないと判定するとステップＳ１６０で待機し、成立したと判定すると、ＥＧＲ弁２０４を開いて、フローチャートの処理を終了する。

ステップＳ２０の判定を否定した後に進むステップＳ１７０では、切替弁３０１を開いて切替弁３０２を閉じることにより、エンジン冷却回路３の冷却水をＥＧＲクーラ１４に流す。

ステップＳ１８０では、吸気温が所定の閾値Ｔ１より高く、かつ、湿度が所定の閾値Ｈ１より高いか否かを判定する。吸気温が所定の閾値Ｔ１より高く、かつ、湿度が所定の閾値Ｈ１より高いと判定すると、ステップＳ１９０に進み、それ以外の場合には、ステップＳ２００に進む。

ステップＳ１９０では、ＥＧＲ作動条件が成立したか否かを判定する。ＥＧＲ作動条件が成立していないと判定するとステップＳ１９０で待機し、成立したと判定すると、ＥＧＲ弁２０４を開いて、フローチャートの処理を終了する。

一方、ステップＳ２００では、凝縮水の発生を防止するために、目標ＥＧＲ率およびＥＧＲ作動開始エンジン水温を変更する。具体的には、目標ＥＧＲ率を下げるとともに、ＥＧＲ作動開始エンジン水温を高くする。なお、ステップＳ２００では、目標ＥＧＲ率を下げる処理だけ行ってもいいし、ＥＧＲ作動開始エンジン水温を高くする処理だけ行ってもよい。

ステップＳ２１０では、ＥＧＲ作動条件が成立したか否かを判定する。ＥＧＲ作動条件が成立していないと判定するとステップＳ２１０で待機し、成立したと判定すると、ＥＧＲ弁２０４を開いて、フローチャートの処理を終了する。

以上、第２の実施形態におけるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置によれば、ＥＧＲガスを冷却する冷却水として、エンジン冷却回路３内を流れる冷却水と、強電冷却回路１内を流れる冷却水とを切替可能な切替弁３０１、３０２を備え、エンジン冷却回路３内を流れる冷却水の温度に応じて、切替弁３０１、３０２の開閉を制御する。これにより、エンジン冷却水温に応じて、ＥＧＲガスを冷却する冷却水として、エンジン冷却回路３内を流れる冷却水と、強電冷却回路１内を流れる冷却水のうち、適切な方に切り替えて用いることができる。

特に、モータによる走行後に前記エンジンを始動させるハイブリッド車両において、エンジン３１の始動後はＥＧＲガスを冷却する冷却水として強電冷却回路１内を流れる冷却水を選択し、エンジン冷却水の温度が所定温度より高くなると、ＥＧＲガスを冷却する冷却水としてエンジン冷却回路３内を流れる冷却水を選択するように、切替弁３０１、３０２の開閉を制御する。エンジン３１の始動後は、既に暖まっている強電系冷却水をＥＧＲガスを冷却するための冷却水として使用することにより、ＥＧＲガス冷却システムにおける凝縮水の発生を防止し、エンジン暖機中の早い段階からＥＧＲを作動させることができるので、燃費を向上させることができる。また、ＥＧＲガスを冷却する冷却水として、強電系冷却水を使用し続ける場合には、強電冷却回路１に設けられている副ラジエータ１５の容量を、主ラジエータ３４の容量程度に大きくする必要がある。しかし、エンジン冷却水の温度が所定温度より高くなると、ＥＧＲガスを冷却する冷却水を強電系冷却水からエンジン冷却水に切り替えるので、副ラジエータ１５の容量を大きくする必要がなく、コストアップを抑制することができる。

また、ＥＧＲシステムでは、エンジン冷却回路内を流れる冷媒の温度がＥＧＲ開始温度を超えると、ＥＧＲガスの還流を開始するものであって、車両の環境条件に基づいて、ＥＧＲ開始温度を変更するので、凝縮水が発生しやすい環境条件下では、ＥＧＲ開始温度を高くすることにより、凝縮水の発生を防止することができる。また、凝縮水が発生しやすい環境条件下では、ＥＧＲガスを還流させる割合を低くすることにより、凝縮水の発生を防止することができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、強電冷却回路１を流れる冷媒として水を用いる例を挙げて説明したが、水に限定されることはない。同様に、エンジン冷却回路３を流れる冷媒も水に限定されることはない。

本願は、２０１２年５月９日に日本国特許庁に出願された特願２０１２−１０８０１９に基づく優先権を主張し、この出願の全ての内容は参照により本明細書に組み込まれる。

Claims (6)

1. 車両の走行駆動源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両において、前記エンジンの排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気路に還流するＥＧＲシステムに設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置において、
   冷媒を用いて前記ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、
   前記エンジンを冷却するエンジン冷却回路内を流れる冷媒のみで前記ＥＧＲガスを冷却する態様と、前記モータを冷却する強電冷却回路内を流れる冷媒のみで前記ＥＧＲガスを冷却する態様とを切替可能な切替手段と、
   前記エンジン冷却回路内を流れる冷媒の温度を検出するエンジン冷却冷媒温度検出手段と、
   前記エンジン冷却回路内を流れる冷媒の温度に応じて、前記切替手段による切替を制御する切替制御手段と、
   を備えるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置において、
   前記モータによる走行後に前記エンジンを始動させるハイブリッド車両において、
   前記切替制御手段は、前記エンジンの始動後は前記ＥＧＲガスを冷却する冷媒として前記強電冷却回路内を流れる冷媒を選択し、前記エンジン冷却回路内を流れる冷媒の温度が所定温度より高くなると、前記ＥＧＲガスを冷却する冷媒として前記エンジン冷却回路内を流れる冷媒を選択するように、前記切替手段による切替を制御する、
   ハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置。
3. 請求項２に記載のハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置において、
   前記強電冷却回路内を流れる冷媒の温度を検出する強電冷却冷媒温度検出手段をさらに備え、
   前記所定温度は、前記強電冷却回路内を流れる冷媒の温度である、
   ハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置において、
   前記ＥＧＲシステムでは、前記エンジン冷却回路内を流れる冷媒の温度がＥＧＲ開始温度を超えると、前記ＥＧＲガスの還流を開始するものであって、
   車両の環境条件を検出する環境条件検出手段と、
   前記車両の環境条件に基づいて、前記ＥＧＲ開始温度を変更するＥＧＲ開始温度変更手段と、
   をさらに備えるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置。
5. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置において、
   車両の環境条件を検出する環境条件検出手段と、
   前記車両の環境条件に基づいて、前記ＥＧＲガスを還流させる割合を変更するＥＧＲ率変更手段と、
   をさらに備えるハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却装置。
6. 車両の走行駆動源としてエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両において、前記エンジンの排ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気路に還流するＥＧＲシステムに設けられ、前記ＥＧＲガスを冷却するハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却方法において、
   前記エンジン冷却回路内を流れる冷媒の温度を検出し、
   前記エンジン冷却回路内を流れる冷媒の温度に応じて、前記エンジンを冷却するエンジン冷却回路内を流れる冷媒のみで前記ＥＧＲガスを冷却する態様と、前記モータを冷却する強電冷却回路内を流れる冷媒のみで前記ＥＧＲガスを冷却する態様とを切替る、
   ハイブリッド車両のＥＧＲガス冷却方法。

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