JP2020125006A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸気中の水分の凍結を抑制することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供することを課題とする。【解決手段】過給機付き内燃機関、および電動機を駆動源とするハイブリッド車両の制御装置であって、バッテリおよび前記電動機に接続され、前記バッテリの電力を前記電動機に供給するインバータと、前記過給機により過給された空気が流通するインタークーラと、前記インバータおよび前記インタークーラを通り、冷却水が流れる冷却水通路と、前記インタークーラにおいて前記空気中の水分が凍結していると判断した場合、前記内燃機関の負荷の増加、バッテリの使用可能電力の増加、および前記インバータの発熱量の増加の少なくとも１つを行う制御部と、を具備するハイブリッド車両の制御装置。【選択図】図４

Description

本発明はハイブリッド車両の制御装置に関する。

過給機付きの内燃機関と、電動機とを駆動源とするハイブリッド車両が開発されている。こうした車両では、水冷式のクーラとインバータとを組み入れた水冷回路が用いられる（特許文献１など）。

特開２０１５−２０９０６０号公報

しかしハイブリッド車両では例えばガソリン車などに比べて内燃機関が低負荷で駆動する時間が長く、吸気が低温になる。このため、インタークーラ内において吸気中の水分が凍結しやすい。そこで、吸気中の水分の凍結を抑制することが可能な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。

上記目的は、過給機付き内燃機関、および電動機を駆動源とするハイブリッド車両の制御装置であって、バッテリおよび前記電動機に接続され、前記バッテリの電力を前記電動機に供給するインバータと、前記過給機により過給された空気が流通するインタークーラと、前記インバータおよび前記インタークーラを通り、冷却水が流れる冷却水通路と、前記インタークーラにおいて前記空気中の水分が凍結していると判断した場合、前記内燃機関の負荷の増加、バッテリの使用可能電力の増加、および前記インバータの発熱量の増加の少なくとも１つを行う制御部と、を具備するハイブリッド車両の制御装置によって達成できる。

吸気中の水分の凍結を抑制することが可能なハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

図１はハイブリッド車両を例示する模式図である。 図２は内燃機関を例示する模式図である。 図３は冷却回路を例示する模式図である。 図４はＥＣＵが実行する制御を例示するフローチャートである。

以下、図面を参照して本実施例のハイブリッド車両の制御装置について説明する。図１はハイブリッド車両１を例示する模式図であり、蒸発燃料処理装置はハイブリッド車両１に適用される。図１に示すように、ハイブリッド車両１はハイブリッドシステム９および内燃機関１０（エンジン）を搭載するハイブリッド車両であり、駆動輪１ａおよび１ｂを有する。ハイブリッド車両１は、バッテリ２が外部電源により充電可能なプラグインハイブリッド車両でもよい。内燃機関１０は例えばガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンなどであり、燃料を燃焼させて動力を発生させる。

ハイブリッドシステム９は、バッテリ２、インバータ３、モータジェネレータ（ＭＧ：Motor Generator）４および５、動力分割機構６、リダクションギヤ７および減速機８を含む。ＭＧ４および５は、モータ機能（力行）および発電機能（回生）を有し、インバータ３を介してバッテリ２に接続されている。

動力分割機構６は例えばサンギヤ、プラネタリギヤおよびリングギヤを含む遊星歯車から構成され、内燃機関１０およびＭＧ４に連結され、かつ減速機８を介して駆動輪１ａに連結されている。内燃機関１０が出力する動力は、動力分割機構６により駆動輪１ａ側とＭＧ４側とに分割して伝達される。リダクションギヤ７はＭＧ５に連結され、減速機８を介して駆動輪１ａに連結されている。ＭＧ５が出力する動力はリダクションギヤ７および減速機８を介して駆動輪１ａに伝達される。

バッテリ２が放電する直流電力はインバータ３により交流電力に変換され、ＭＧ４または５に供給される。バッテリ２の充電に際しては、ＭＧ４または５が発電する交流電力はインバータ３により直流電力に変換され、バッテリ２に供給される。バッテリ２には電力の昇圧および降圧を行うコンバータが接続されてもよい。なお、ハイブリッド車両１が内燃機関１０を使用せずにＭＧ４または５のみで走行するモードをＥＶモードと記載し、内燃機関１０とＭＧ４または５とを併用して走行するモードをＨＶモードと記載する。ＥＣＵ（Electronic Control Unit）４０（制御部）は内燃機関１０、ハイブリッドシステム９を制御する。

（内燃機関）
図２は内燃機関１０を例示する模式図である。内燃機関１０には吸気通路１２および排気通路１４が接続されている。吸気通路１２には上流側から順にエアクリーナ２０、エアフロ―メータ２２、温度センサ３２、圧力センサ２３、圧力センサ２４、インタークーラ２５、圧力センサ２９、温度センサ３０、スロットルバルブ２６が設けられている。排気通路１４には上流側から順に空燃比センサ２７および触媒２８が設けられている。

過給機１８は、互いに連結されたタービン１８ａとコンプレッサ１８ｂとを備える。タービン１８ａは排気通路１４のうち空燃比センサ２７よりも上流側に位置する。コンプレッサ１８ｂは吸気通路１２のうち圧力センサ２３よりも下流側であって圧力センサ２４よりも上流側に位置する。吸気通路１２にはコンプレッサ１８ｂを迂回するバイパス通路１３が接続され、バイパス通路１３にはバルブ１１が設けられている。排気通路１４にはタービン１８ａを迂回するバイパス通路１５が接続され、バイパス通路１５にはバルブ１６が設けられている。

吸気は吸気通路１２を通り、エアクリーナ２０で浄化され、インタークーラ２５で冷却され、内燃機関１０の燃焼室に導入される。燃料噴射弁が燃料を噴射することで、吸気と燃料との混合気が形成される。内燃機関１０において混合気が燃焼し、燃焼後の排気は排気通路１４に排出される。排気は排気通路１４の触媒２８で浄化され、排出される。触媒２８は例えば三元触媒であり、排気中のＣＯ、ＨＣおよびＮＯｘなどを浄化する。

排気によってタービン１８ａが回転すると、タービン１８ａに連結されたコンプレッサ１８ｂも回転し、吸気が圧縮される。これによりコンプレッサ１８ｂよりも下流側の吸気は上流側に比べて高圧になる。

圧力センサ２３は過給機１８よりも上流側における吸気の圧力を検出する。圧力センサ２４は過給機１８よりも下流側における吸気の圧力を検出する。圧力センサ２９はインタークーラ２５よりも下流側における吸気の圧力を検出する。エアフロ―メータ２２は吸気の流量を検出する。温度センサ３２は吸気の温度を検出する。空燃比センサ２７は混合気の空燃比を検出する。

図３は冷却回路５０を例示する模式図である。冷却回路５０は複数の冷却水通路、ラジエータ６６および７０、インバータ３およびインタークーラ２５を含む。冷却水通路５２は内燃機関１０のウォータジャケットに接続され、冷却水が循環する通路である。冷却水通路５２の途中にはヒータ６２およびポンプ７４が設けられている。冷却水通路５２のうちヒータ６２よりも上流側からは冷却水通路５３および５４が分岐する。

冷却水通路５３にはトランスミッションフルード熱交換器（ＡＴＦ／Ｗ）６４が設けられている。冷却水通路５３は、冷却水通路５２のヒータ６２よりも下流側の部分に合流する。冷却水通路５４はラジエータ６６に接続されている。冷却水通路５５はラジエータ６６とリザーブタンク６８とに接続されている。リザーブタンク６８は冷却水通路５１を介して内燃機関１０に接続される。ポンプ７４は冷却水通路５１および５２に設けられ、冷却水をくみ上げて内燃機関１０に供給する。

冷却水通路５６はインバータ３とインタークーラ２５とに接続され、冷却水通路５７はインタークーラ２５とラジエータ７０とに接続されている。冷却水通路５８はインバータ３に接続され、かつ冷却水通路５７に接続され、冷却水通路５８の途中に過給機１８が位置する。冷却水通路５９はラジエータ７０とリザーブタンク７２とに接続されている。冷却水通路６０はリザーブタンク７２とインバータ３とに接続され、途中にポンプ７６が設けられている。

内燃機関１０を冷却した冷却水は、冷却水通路５２、５３および５４を流れる。冷却水通路５２中の冷却水はヒータ６２において熱交換を行い、内燃機関１０に還流する。冷却水通路５３を流れる冷却水は、ＡＴＦ／Ｗ６４において熱交換を行い、内燃機関１０に還流する。冷却水通路５４を流れる冷却水は、ラジエータ６６を通る際に外気と熱交換し、冷却される。冷却水はリザーブタンク６８に一時的に貯留され、ポンプ７４はリザーブタンク６８内の冷却水を内燃機関１０に供給する。

冷却水通路６０からインバータ３に流れる冷却水はインバータ３を冷却し、インタークーラ２５において吸気と熱交換し、吸気を冷却する。インタークーラ２５および過給機１８から流出する冷却水はラジエータ７０を通る際に外気と熱交換し、冷却される。冷却水はリザーブタンク７２に一時的に貯留され、ポンプ７６はリザーブタンク７２内の冷却水をインバータ３に供給する。

以上のように、冷却回路５０のうち冷却水通路６０、５６および５７は、水冷式のインタークーラ２５とインバータ３とを通る。これにより、インタークーラ２５とインバータ３とで別の冷却水路を設ける冷却回路に比べ、冷却回路５０は軽量かつ低コストである。

インバータ３には冷却水を流し続けるため、インタークーラ２５にも冷却水が流れ、インタークーラ２５において吸気が冷却されることになる。冷却により吸気中の水分が凝縮および凍結すると、インタークーラ２５が閉塞する恐れがある。外気温が低くなると吸気の温度も低下し、凝縮および凍結が発生しやすい。

本実施形態ではＥＣＵ４０が内燃機関１０およびハイブリッドシステム９を制御することで、凍結を抑制する。ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置を備える。ＥＣＵ４０は、ＲＯＭや記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより各種制御を行う。

ＥＣＵ４０は、図２に示すバルブ１１および１６の開度、スロットルバルブ２６の開度を調節する。ＥＣＵ４０は、エアフローメータ２２から吸気の流量を取得し、空燃比センサ２７から空燃比を取得し、圧力センサ２３、２４および２９から吸気通路１２内の圧力を取得し、温度センサ３０および３２から吸気の温度を取得する。また、ＥＣＵ４０は、図１に示したバッテリ２の残容量（ＳＯＣ：State of Charge）を取得し、使用可能なＳＯＣ（許容ＳＯＣ）を制御し、インバータ３のキャリア周波数を制御する。

図４はＥＣＵ４０が実行する制御を例示するフローチャートである。ＥＣＵ４０は吸気中に含まれる水分の凍結の可能性があるか否かを判定する（ステップＳ１０）。

凍結の可能性の判定は例えば以下のように行う。ＥＣＵ４０は、図２に示す圧力センサ２４および２９が検出する圧力からインタークーラ２５の上流側と下流側との間の差圧を取得し、インタークーラ２５における圧力損失を算出する。圧力損失が所定値より大きければ、ＥＣＵ４０は凍結が発生していると判定する。

また、以下のような判定方法でもよい。ＥＣＵ４０は、温度センサ３２が検出する吸気の温度から吸気中の水蒸気量を推定し、温度センサ３０が検出する吸気の温度および圧力センサ２９が検出する圧力から飽和水蒸気量を推定する。ＥＣＵ４０は、水蒸気量と飽和水蒸気量との差に基づき、結露する水分の量を得る。ＥＣＵ４０は、吸気の温度が例えば０℃以下ならば水分が凍結すると判定し、結露水量および時間に基づき氷の量を推定する。

ステップＳ１０において否定判定（Ｎｏ）の場合、制御は終了する。肯定判定（Ｙｅｓ）の場合、ＥＣＵ４０は、ハイブリッド車両１がＥＶモードによる走行（ＥＶ走行）が可能であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。例えばＳＯＣが所定値以上であること、ドライバの要求する出力がＥＶモードで可能な大きさであることなどがＥＶ走行可能の条件である。

否定判定の場合、ハイブリッド車両１はＨＶモードで走行する。ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ２６の開度を大きくし、内燃機関１０の負荷を増加させる（ステップＳ１４）。さらに、ＥＣＵ４０は、バッテリ２の許容ＳＯＣの増加、およびインバータ３のキャリア周波数を上昇させることによる発熱量の増加を行う（ステップＳ１６）。一方、肯定判定の場合にもＥＣＵ４０は、バッテリ２の許容ＳＯＣの増加、およびインバータ３のキャリア周波数を上昇させることによる発熱量の増加を行う（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の後、制御は終了する。

本実施形態によれば、インタークーラ２５において吸気中の水分が凍結していると判断した場合、ＨＶモードにおいてＥＣＵ４０は内燃機関１０の負荷を増加させる（図４のステップＳ１４）。これにより、吸気の流量が増加し、吸気圧が上昇することで吸気の温度が上昇する。吸気の温度上昇により、吸気中の水分の凝縮および凍結が抑制される。また、高温の吸気がインタークーラ２５に供給されることで、インタークーラ２５内で凍結していた水分は解凍される。さらに、流量の増加により凝縮水がインタークーラ２５から排出され、凍結が抑制される。

ＨＶモードにおいて内燃機関１０が発生させる出力のうち、走行に使用される出力を超える分はバッテリ２の充電に用いられる。このためインバータ３などハイブリッドシステム９の電気系の発熱量が増加し、冷却水の温度が上昇する。温度上昇した冷却水がインバータ３からインタークーラ２５に供給されることで、吸気中の水分の凍結を抑制することができる。また、バッテリ２が充電されることでＥＶモードによる走行が可能となり、燃費が改善する。吸気の温度上昇および流量増加により暖機も促進される。

ＨＶモードおよびＥＶモードにおいて、ＥＣＵ４０は、許容ＳＯＣおよびインバータ３の発熱量を増加させる（図４のステップＳ１６）。許容ＳＯＣが増加することにより、バッテリ２に充放電される電力量が増加し、充電時間が長くなる。この場合、バッテリ２の充電のために、ＨＶモードにおいて内燃機関１０の負荷を増加させることになり、吸気の温度が上昇し、かつ流量が増加する。この結果、水分の凝縮および凍結の抑制が可能である。例えば温度センサ３２が検出する吸気の温度が所定値より低い場合などは、許容ＳＯＣを大幅に増加させ、充電量および充電時間を増加させる。これにより内燃機関１０の負荷および運転時間が大きく増加し、効果的に水分を解凍し、凍結を抑制することができる。

キャリア周波数の上昇によりインバータ３の発熱量が増加することで、インバータ３を流れる冷却水の温度が上昇する。インバータ３において温度上昇した冷却水がインタークーラ２５に供給されることで、水分の凍結を抑制することができ、かつ解凍も可能となる。なお、キャリア周波数の上昇以外に、ＨＶモードにおいてシリーズ方式とすることによっても発熱量の増加が可能である。

ＥＣＵ４０はＥＶモードとＨＶモードとの切り替えを繰り返す。このため、負荷の増加、許容ＳＯＣの増加およびインバータ３の発熱量の増加が繰り返される。このため効果的に凍結を抑制することができる。ステップＳ１６においてＥＣＵ４０は、許容ＳＯＣの増加およびインバータ３の発熱量増加のうち両方を行ってもよいし、少なくとも一方を行ってもよい。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ ハイブリッド車両
１ａ、１ｂ 駆動輪
２ バッテリ
４、５ ＭＧ
６ 動力分割機構
７ リダクションギヤ
８ 減速機
９ ハイブリッドシステム
１０ 内燃機関
１１、１６ バルブ
１２ 吸気通路
１３、１５ バイパス通路
１４ 排気通路
１８ 過給機
１８ａ タービン
１８ｂ コンプレッサ
２０ エアクリーナ
２２ エアフロ―メータ
２３、２４、２９ 圧力センサ
３０、３２ 温度センサ
２５ インタークーラ
２６ スロットルバルブ
２７ 空燃比センサ
２８ 触媒
４０ ＥＣＵ
５０ 冷却回路
５１〜６０ 冷却水通路
６２ ヒータ
６４ ＡＴＦ／Ｗ
６６、７０ ラジエータ
７４、７６ ポンプ

Claims (1)

1. 過給機付き内燃機関、および電動機を駆動源とするハイブリッド車両の制御装置であって、
   バッテリおよび前記電動機に接続され、前記バッテリの電力を前記電動機に供給するインバータと、
   前記過給機により過給された空気が流通するインタークーラと、
   前記インバータおよび前記インタークーラを通り、冷却水が流れる冷却水通路と、
   前記インタークーラにおいて前記空気中の水分が凍結していると判断した場合、前記内燃機関の負荷の増加、バッテリの使用可能電力の増加、および前記インバータの発熱量の増加の少なくとも１つを行う制御部と、を具備するハイブリッド車両の制御装置。

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