内燃机的控制装置、具备该控制装置的混合动力车辆以及内燃机的控制方法

摘要

净化控制实施判定部（32）根据预先确定的实施条件判定是否实施净化控制。在判定为实施净化控制时，净化控制部（34）实际上实施净化控制。节气门开度上限切换部（36）基于净化控制实施判定部（32）的判定结果切换节气门的开度的上限值。节气门开度控制部（38）控制节气门的开度以使其不超过由节气门开度上限切换部（36）设定的上限值。

说明书

技术领域

本发明涉及内燃机的控制装置、具备该控制装置的混合动力车辆以及 内燃机的控制方法，特别涉及能够实施使燃料箱内产生的蒸发燃料向进气 管内流入的净化控制的内燃机的控制技术。

背景技术

国际公开第99/58836号小册子（专利文献1），公开了具有将蒸发燃 料（汽油蒸汽）向进气系统供给的净化控制单元的汽油发动机中的节气门 的控制方法。在该控制方法中，通过根据所算出的净化流量使节气门的开 度向关闭方向变化，对节气门开度进行修正。

根据该控制方法，不管驾驶员的意思如何车辆速度都不发生变化，驾 驶性能得以提高（参照专利文献1）。

现有技术文献

专利文献1：国际公开第99/58836号小册子

专利文献2：日本特开2007-332834号公报

专利文献3：日本特开2005-201134号公报

发明内容

发明要解决的问题

在使燃料箱内产生的蒸发燃料向进气管内流入的净化控制中，利用通 过对设置于进气管的节气门的开度进行限制而在进气管内产生的负压，使 被罐吸住的蒸发燃料流入进气管内。然而，进气管负压由于使泵气损失增 加故而成为燃料经济性恶化的要因。

另一方面，在为了降低泵气损失而不限制节气门的开度的情况下，无 法确保使蒸发燃料流入进气管内所需要的负压，无法确保净化控制的净化 流量。其结果，蒸汽排放恶化。

本发明是为了解决相关问题而完成的，其目的在于提供一种能够防止 蒸汽排放的恶化且也能防止燃料经济性恶化的内燃机的控制装置以及具备 该控制装置的混合动力车辆。

另外，本发明的另一目的在于提供一种能够防止蒸汽排放的恶化且也 能防止燃料经济性恶化的内燃机的控制方法。

用于解决问题的技术方案

根据本发明，内燃机包括用于实施净化控制的净化机构，所述净化控 制是利用根据设置于进气管的节气门的开度而变化的进气管内的负压使燃 料箱内产生的蒸发燃料向进气管内流入的控制。并且，内燃机的控制装置 具有判定部和切换部。判定部根据预先规定的实施条件判定是否实施净化 控制。切换部基于判定部的判定结果切换节气门的开度的上限值。

优选，切换部在由判定部判定为实施净化控制时，将上限值设定为第 1值，在由判定部判定为不实施净化控制时，将上限值设定为比第1值大 的第2值。

进而优选，第1值是能够确保通过净化机构使蒸发燃料向进气管内流 入所需要的负压的节气门的限制开度。第2值是节气门的最大开度。

进而优选，内燃机的控制装置还具有节气门开度控制部。节气门开度 控制部在由判定部判定为不实施净化控制时，将节气门的开度控制为用于 使内燃机的燃料经济性最佳的燃料经济性最佳开度。

另外，根据本发明，混合动力车辆具有上述的任一内燃机的控制装置。

另外，根据本发明，内燃机包括用于实施净化控制的净化机构，所述 净化控制是利用根据设置于进气管的节气门的开度而变化的进气管内的负 压使燃料箱内产生的蒸发燃料向进气管内流入的控制。并且，内燃机的控 制方法包括：根据预先规定的实施条件判定是否实施净化控制的步骤；和 基于是否实施净化控制的判定结果切换节气门的开度的上限值的步骤。

优选，切换上限值的步骤包括：在判定为实施净化控制时将上限值设 定为第1值的步骤；和在判定为不实施净化控制时将上限值设定为比第1 值大的第2值的步骤。

进而优选，第1值是能够确保通过净化机构使蒸发燃料向进气管内流 入所需要的负压的节气门的限制开度。第2值是节气门的最大开度。

进而优选，内燃机的控制方法还包括如下的步骤：在判定为不实施净 化控制时，将节气门的开度控制为用于使内燃机的燃料经济性最佳的燃料 经济性最佳开度。

发明的效果

在本发明中，基于是否实施净化控制的判定结果，对节气门的开度的 上限值进行切换。由此，例如，在判定为实施净化控制时，将上限值设定 为能够确保通过净化机构使蒸发燃料向进气管内流入所需要的负压的限制 开度，在判定为不实施净化控制时，通过将上限值设定为最大开度，能够 不妨碍实施净化控制地降低泵气损失。

因此，根据本发明，能够防止蒸汽排放的恶化且也防止燃料经济性的 恶化。

附图说明

图1是作为搭载有本发明的实施方式涉及的内燃机的控制装置的车辆 的一例而示出的混合动力车辆的整体框图。

图2是概略地表示发动机的进气系统的构成的图。

图3是总结净化量与泵气损失的关系的图。

图4是表示进气管内压力与发动机燃料消耗率的关系的图。

图5是与净化控制以及节气门的开度设定有关的部分的ECU的功能 框图。

图6是用于说明与净化控制以及节气门的开度设定有关的处理步骤的 流程图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。此外，对图中相 同或相当的部分标注相同的标号而不重复其说明。

图1是作为搭载有本发明的实施方式涉及的内燃机的控制装置的车辆 的一例而示出的混合动力车辆的整体框图。参照图1，混合动力车辆100 具有发动机2、动力分配装置4、电动发电机6、10、减速器8、驱动轴12 和车轮14。另外，混合动力车辆100还具有蓄电装置16、电力变换器18、 20和ECU（Electronic Control Unit：电子控制单元）30。

发动机2将由燃料的燃烧产生的热能转换成活塞或转子等活动元件的 动能，并将该转换后的动能向动力分配装置4输出。该发动机2包括用于 实施净化控制的净化机构，所述净化控制是利用根据设置于进气管的节气 门的开度而变化的进气管内的负压使燃料箱内产生的蒸发燃料流入进气管 内的控制。关于包括该净化机构的内燃机的详细构成，稍后进行说明。

动力分配装置4与发动机2、电动发电机6以及减速器8连接而在它 们之间分配动力。例如，可以将具有太阳轮、行星齿轮架以及齿圈的3个 旋转轴的行星齿轮组用作动力分配装置4，这3个旋转轴分别与发动机2、 电动发电机6的旋转轴以及减速器8的输入轴连接。另外，电动发电机10 的旋转轴与减速器8的输入轴连接。也就是说，电动发电机10和减速器8 具有同一旋转轴，该旋转轴连接于动力分配装置4的齿圈。

而且，发动机2产生的动能通过动力分配装置4分配给电动发电机6 和减速器8。也就是说，发动机2作为驱动驱动轴12并且驱动电动发电机 6的动力源而组装入混合动力车辆100中。电动发电机6作为可作为由发 动机2驱动的发电机工作且可作为能启动发动机2的电动机工作的装置而 组装入混合动力车辆100中。另外，电动发电机10作为驱动驱动轴12的 动力源而组装入混合动力车辆100中。

蓄电装置16是蓄积车辆行驶用的电力的可再充电的直流电源，例如， 由镍氢或锂离子等的二次电池构成。蓄电装置16向电力变换器18、20供 给电力。另外，蓄电装置16，在电动发电机6以及/或者10发电时，从电 力变换器18以及/或者20接受电力而被充电。此外，作为蓄电装置16， 也可以采用大容量的电容器，只要是能够暂时蓄积由电动发电机6、10产 生的发电电力并能将该蓄积的电力向电动发电机6、10供给的电力缓冲器， 就可以是任何形式的装置。

电力变换器18将由电动发电机6发电产生的电力变换成直流电力并向 蓄电装置16输出。电力变换器20将从蓄电装置16供给的直流电力变换成 交流电力并向电动发电机10输出。此外，电力变换器18，在发动机2启 动时，将从蓄电装置16供给的直流电力变换成交流电力并向电动发电机6 输出。另外，电力变换器20，在车辆制动时或在下坡路上加速度下降时， 将由电动发电机10发电产生的电力变换成直流电力并向蓄电装置16输出。 此外，各电力变换器18、20例如由包含三相的开关元件的三相PWM（Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制）变换器（inverter）构成。

电动发电机6、10是交流电动机，例如由在转子埋设有永磁体的三相 交流同步电动机构成。电动发电机6将由发动机2生成的动能转换成电能 并向电力变换器18输出。另外，电动发电机6通过从电力变换器18接受 的三相交流电力来产生驱动力，进行发动机2的启动。电动发电机10通过 从电力变换器20接受的三相交流电力来产生车辆的驱动转矩。另外，电动 发电机10，在车辆制动时或在下坡路上加速度下降时，将作为动能或势能 蓄积于车辆的力学能量转换成电能并向电力变换器20输出。

ECU30生成用于驱动发动机2以及电动发电机6、10的驱动信号，并 将该生成的驱动信号向发动机2以及电力变换器18、20输出。

另外，ECU30根据预先规定的实施条件判定是否通过发动机2的净化 机构（后述）实施净化控制。而且，ECU30基于该判定结果切换节气门的 开度的上限值。也就是说，ECU30，在判定为实施净化控制时，将节气门 的开度的上限值设定为能够确保通过净化机构使蒸发燃料向进气管内流入 所需要的负压的限制开度。另一方面，ECU30，在判定为不实施净化控制 时，将节气门的开度的上限值设定为最大开度（例如机械的最大开度）。

图2是概略表示发动机2的进气系统的构成的图。参照图2，发动机2 的进气系统包括进气口52、进气管53、节气门54、节气门开度传感器56、 空气流量计57、空气滤清器58和喷射器59。另外，该进气系统还包括罐 62、净化流路63和净化控制阀64。

空气滤清器58设置于进气管53的最上游部。空气流量计57设置于空 气滤清器58的下游。空气流量计57检测吸入空气量，并将其检测值向 ECU30输出。节气门54设置于空气流量计57的下游，由ECU30控制其 开度。节气门开度传感器56检测节气门54的开度，并将其检测值向ECU30 输出。

喷射器59设置于节气门54的下游。喷射器59经由未图示的燃料配管 以及燃料泵与燃料箱60连通，将由燃料泵供给来的燃料向进气口52喷射。

从燃料箱60的上部开始延伸设置用于使燃料箱60内产生的蒸发燃料 排出的排出流路61。排出流路61与罐62连通。罐62包含由活性碳等构 成的吸附部，在罐62的下部设置有与大气连通的新气导入口。

净化流路63从罐62的上部延伸设置，在节气门54的下游与进气管 53连通。而且，来自新气导入口的新气和储存于吸附部的蒸发燃料的混合 气，经由净化流路63供给到进气管53的节气门54下游。净化控制阀64 设置于净化流路63，由ECU30控制其开度。

在本实施方式中，通过排出流路61、罐62、净化流路63以及净化控 制阀64，构成用于实施使燃料箱60内产生的蒸发燃料流入进气管53内的 净化控制的净化机构。该净化机构，在净化控制阀64为开启状态时，利用 根据设置于进气管53的节气门54的开度而变化的进气管53内的负压，使 被罐62吸附的蒸发燃料向进气管53内排出。

也就是说，为了通过净化机构实施净化控制，需要限制节气门54的开 度来确保为了使蒸发燃料流入进气管53内所需要的负压。然而，该进气管 负压由于使泵气损失增加故而成为燃料经济性恶化的要因。另一方面，在 为了降低泵气损失而不限制节气门54的开度的情况下，无法确保为了使蒸 发燃料流入进气管53内所需要的负压，无法确保净化控制的净化流量。其 结果，蒸汽排放恶化。

图3是总结净化量与泵气损失的关系的图。参照图3，在节气门54的 开度大时，进气管53的负压低（进气管53内的绝对压力相对较高），因此 虽然能够减少泵气损失但净化量减小。另一方面，在节气门54开度小时， 进气管53的负压高（进气管53内的绝对压力相对较低），因此虽然能够确 保净化量但泵气损失增大。

于是，在本实施方式中，基于是否实施净化控制的判定结果来切换节 气门54的开度的上限值。具体而言，根据预先规定的实施条件判定是否实 施净化控制。然后，在判定为实施净化控制时，将上限值设定为能够确保 通过净化机构使蒸发燃料向进气管53内流入所需要的负压的限制开度，在 判定为不实施净化控制时，将上限值设定为最大开度（例如机械的最大开 度）。

由此，能够降低尽管没有实施净化控制但却将节气门54的开度限制为 上述限制开度所产生的泵气损失。

图4是表示进气管内压力与发动机燃料消耗率的关系的图。参照图4， 横轴表示进气管内压力，进气管内压力越低进气管53的负压就越高。纵轴 表示发动机燃料消耗率（g/kWh），发动机燃料消耗率越低燃料经济性就越 好。

压力P1表示为了通过净化机构使蒸发燃料流入进气管53内所需要的 负压的下限，为了实施净化控制，需要使进气管内压力比P1低。然而， 当降低进气管内压力时（提高负压时），发动机燃料消耗率变高（燃料经济 性恶化）。

压力P2表示实现燃料经济性最佳的负压点。也就是说，如果增大节 气门54的开度而降低进气管53的负压（进气管内压力变高），则泵气损失 减少，因此发动机燃料消耗率变低（燃料经济性变好）。然而，当过度增大 节气门54的开度时，由于空气量过多可能会发生爆震，所以在不发生爆震 的程度下存在负压低（进气管内压力高）的燃料经济性最佳的负压点。

于是，在本实施方式中，在不实施净化控制时，将节气门54的开度的 上限值设定为最大开度，并且将节气门54的开度控制为实现上述的燃料经 济性最佳负压点的燃料经济性最佳开度。

图5是与净化控制以及节气门54的开度设定有关的部分的ECU30的 功能框图。参照图5，ECU30包括净化控制实施判定部32、净化控制部 34、节气门开度上限切换部36和节气门开度控制部38。

净化控制实施判定部32根据预先规定的实施条件，判定是否实施通过 净化机构使蒸发燃料流入进气管53内的净化控制。作为一例，在由未图示 的浓度传感器检测到的净化浓度（蒸发燃料的浓度）比预先规定的值α高 的情况下，当发动机2的冷却水温TE为一定以上且A/F（空燃比）的学 习已完成时，净化控制实施判定部32判定为实施净化控制。

净化控制部34，在由净化控制实施判定部32判定为实施净化控制时， 通过净化机构实际实施净化控制。具体而言，净化控制部34生成用于使净 化控制阀64为开启状态的控制信号，并将该生成的控制信号向净化控制阀 64输出。

节气门开度上限切换部36基于净化控制实施判定部32的判定结果， 切换节气门54的开度的上限值。也就是说，在由净化控制实施判定部32 判定为实施净化控制时，节气门开度上限切换部36将节气门54的开度的 上限值设定为能够确保通过净化机构使蒸发燃料流入进气管53所需要的 负压的限制开度。此外，该限制开度根据发动机2的转速和/或空气填充率 等而不同，可使用将发动机2的转速和/或空气填充率等作为参数的映射等 来确定。另一方面，在由净化控制实施判定部32判定为不实施净化控制时， 节气门开度上限切换部36将节气门54的开度的上限值设定为节气门54 的最大开度（例如机械的最大开度）。

节气门开度控制部38设定用于使发动机2的燃料经济性最佳的燃料经 济性最佳开度。作为一例，该燃料经济性最佳开度被设定成可降低泵气损 失且不产生爆震的程度下的充分大的开度。而且，在燃料经济性最佳开度 比由节气门开度上限切换部36设定的上限值小时，节气门开度控制部38 将节气门54的开度控制为燃料经济性最佳开度。另一方面，在燃料经济性 最佳开度为由节气门开度上限切换部36设定的上限值以上时，节气门开度 控制部38将节气门54的开度控制为该上限值。

此外，在由净化控制实施判定部32判定为不实施净化控制时，节气门 54的开度的上限值由于被设定成节气门54的最大开度从而不发挥功能， 因此节气门54的开度被控制成燃料经济性最佳开度。

图6是用于说明与净化控制以及节气门54的开度设定相关的处理步骤 的流程图。此外，该流程图所示的处理，每隔一定时间或每当预定的条件 成立时从主程序中调出并执行。

参照图6，ECU30判定由未图示的浓度传感器检测到的净化浓度（蒸 发燃料的浓度）是否比预先规定的值α高（步骤S10）。在判定为净化浓度 比α高时（步骤S10中“是”），ECU30判定预先规定的净化控制的实施条 件是否成立（步骤S20）。作为一例，在发动机2的冷却水温为一定以上且 A/F（空燃比）的学习已完成时，ECU30判定为净化控制的实施条件成立。

在判定为净化控制的实施条件成立时（步骤S20中“是”），ECU30向 净化控制阀64（图2）输出开启指令来实施净化控制（步骤S30），并且将 节气门54的开度的上限值设定为预先规定的值A（步骤S40）。该值A相 当于能够确保通过净化机构使蒸发燃料流入进气管53所需的负压的限制 开度。

另一方面，在步骤S10中判定为净化浓度为α以下的情况（步骤S10 中“否”）或者步骤S20中判定为净化控制的实施条件不成立的情况（步骤 S20中“否”）下，ECU30将节气门54的开度的上限值设定为预先规定的 值B（步骤S50）。该值B相当于节气门54的最大开度（例如机械的最大 开度），比值A大。

接着，ECU30求出用于使发动机2的燃料经济性最佳的燃料经济性最 佳开度，判定该燃料经济性最佳开度是否比在步骤S40或S50中设定的节 气门54的开度的上限值小（步骤S60）。作为一例，该燃料经济性最佳开 度被设定成可降低泵气损失且不产生爆震的程度下的充分大的开度。

然后，在判定为燃料经济性最佳开度比节气门54的开度的上限值小时 （步骤S60中“是”），ECU30将节气门54的开度设定为上述的燃料经济性 最佳开度（步骤S70）。另一方面，在步骤S60中判定为燃料经济性最佳开 度为节气门54的开度的上限值以上时（步骤S60中“否”），ECU30将节气 门54的开度设定为在步骤S40或S50中设定的节气门54的开度的上限值 （步骤S80）。

此外，在步骤S20中判定为净化控制的实施条件不成立时，因为在步 骤S50中值B即最大开度被设定成节气门54的开度的上限值，所以节气 门54的开度被设定成燃料经济性最佳开度。

如上所述，在本实施方式中，基于是否实施净化控制来切换节气门54 的开度的上限值。也就是说，在实施净化控制时，上限值被设定成能够确 保使蒸发燃料流入进气管53内所需要的负压的限制开度，在不实施净化控 制时，上限值被设定成节气门54的最大开度。由此，能够不妨碍净化控制 的实施地降低泵气损失。因此，根据本实施方式，能够防止蒸汽排放的恶 化且防止燃料经济性的恶化。

此外，在上述的实施方式中，对能够通过动力分配装置4将发动机2 的动力进行分配并传递到驱动轴12和电动发电机6的串联/并联型的混合 动力车辆进行了说明，但本发明也能够适用于其他形式的混合动力车辆。 也就是说，例如，本发明也能够适用于如下车辆：仅为了驱动电动发电机 6而使用发动机2并仅通过电动发电机10产生车辆的驱动力的所谓的串联 型的混合动力车辆；将发动机2生成的动能中仅再生能量作为电能进行回 收的混合动力车辆；将发动机作为主动力并根据需要使马达来辅助的马达 辅助型的混合动力车辆等。

另外，本发明并没有限定于混合动力车辆，也能够使用于仅搭载了发 动机作为动力源的以往类型的车辆。此外，使发动机在燃料消耗率最高的 工作点工作的混合动力车辆中，因为上述工作点是低负压点（高转矩且低 旋转区域），所以在不实施净化控制时扩大节气门开度的上限值来降低泵气 损失的本申请发明，可以说对混合动力车辆而言是优选的。

此外，在上述中，发动机2对应于本发明中的“内燃机”的一个实施 例，排出流路61、罐62、净化流路63以及净化控制阀64形成本发明中的 “净化机构”的一个实施例。另外，净化控制实施判定部32对应于本发明 中的“判定部”的一个实施例，节气门开度上限切换部36对应于本发明中 的“切换部”的一个实施例。

应该认为，本次所公开的实施方式在所有的方面都是例示而不是限制 性的内容。本发明的范围不是由上述的实施方式的说明而是由权利要求表 示，包括与权利要求等同的意思以及范围内的所有的变更。符号的说明

标号的说明

2发动机，4动力分配装置，6、10电动发电机，8减速器，12驱动轴， 14车轮，16蓄电装置，18、20电力变换器，30ECU，32净化控制实施判 定部，34净化控制部，36节气门开度上限切换部，38节气门开度控制部， 52进气口，53进气管，54节气门，56节气门开度传感器，57空气流量计， 58空气滤清器，59喷射器，60燃料箱，61排出流路，62罐，63净化流路， 64净化控制阀，100混合动力车辆。