混合动力车辆的EGR气体冷却装置以及混合动力车辆的EGR气体冷却方法

摘要

在作为车辆的行驶驱动源具有发动机和电动机的混合动力车辆中，设在将发动机的排气的一部分作为EGR气体而使该EGR气体回流到进气路径的EGR系统中并对EGR气体进行冷却的混合动力车辆的EGR气体冷却装置，具有EGR冷却器，该EGR冷却器使用在冷却电动机的强电冷却回路内流动的冷媒而对EGR气体进行冷却。

说明书

技术领域

本发明涉及在混合动力车辆中对EGR气体进行冷却的技术。

背景技术

在JP2007－92718A中公开有如下技术：在具有使发动机的排气 侧和进气侧连通而使排气气体的一部分再循环的EGR通路、和设于 该EGR通路中的EGR冷却器的EGR装置中，在发动机冷却水小于 或等于规定温度的情况下，将EGR冷却器的出口侧冷却水流路断开， 在发动机冷却水超过规定温度的情况下，使出口侧冷却水路连通。由 此，在发动机冷却水为低温的情况下，在短时间内使冷却水的温度上 升，抑制在EGR冷却器中产生冷凝水。

发明内容

但是，出于EGR冷却器的功能补偿的观点，需要使防止EGR 冷却器的干烧所需的发动机冷却水循环，因此，在EGR气体的温度 较低的情况下、或在EGR气体量较少的情况下，有可能用EGR气体 无法充分地将EGR冷却器加热，而无法防止冷凝水的产生。

本发明的目的在于，精度良好地防止在EGR冷却器中产生冷凝 水。

一个实施方式的混合动力车辆的EGR气体冷却装置具有使用在 对作为车辆的行驶驱动源之一的电动机进行冷却的强电冷却回路内 流动的冷媒，而对EGR气体进行冷却的EGR冷却器。

下面，与附图一起详细地说明本发明的实施方式、本发明的优 点。

附图说明

图1是搭载有第1实施方式的混合动力车辆的EGR气体冷却装 置的混合动力车辆的系统构成图。

图2是表示使排气气体的一部分(EGR气体)回流到进气系统 的EGR系统的构成的图。

图3是搭载有第2实施方式的混合动力车辆的EGR气体冷却装 置的混合动力车辆的系统构成图。

图4是表示作为用于冷却EGR气体的冷却水而使用强电系冷却 水的温度区域以及使用发动机冷却水的温度区域的图。

图5是表示向EGR冷却器导入冷却水的控制方法的流程图。

图6是针对使EGR气体回流到进气通路中的比例即EGR率表示 冷凝水产生的EGR气体温度和气压以及相对湿度之间的关系的 图。

具体实施方式

－第1实施方式－

图1是搭载有第1实施方式的混合动力车辆的EGR气体冷却装 置的混合动力车辆的系统构成图。该混合动力车辆作为行驶驱动源而 具有发动机31和电动发电机11。在图1中，示出了强电冷却回路1、 空调回路2和发动机冷却回路3。

强电冷却回路1是用于冷却电动发电机11以及逆变器12的冷 却水流动的回路(通路)，设有电动发电机11、逆变器12、水泵13、 EGR冷却器14、副散热器15。

空调回路2是冷媒循环的回路(通路)，设有电动压缩机21、 冷凝器22、膨胀阀23、蒸发器24。

发动机冷却回路3是用于冷却发动机31的冷却水流动的回路 (通路)，设有发动机31、水泵32、节气门油气混合室33、主散热 器34。主散热器34的容量大于副散热器15的容量。

强电冷却回路1的冷却水的循环使用水泵13进行。从水泵13 喷出的冷却水依次通过逆变器12、电动发电机11、副散热器15、EGR 冷却器14，然后返回到水泵13。副散热器15通过使冷却水通过而进 行冷却水的散热。

在空调回路2中，电动压缩机21对气体状冷媒进行压缩。冷凝 器22对从电动压缩机21喷出的高压冷媒进行冷却。膨胀阀23对从 冷凝器22排出的冷媒进行减压。蒸发器24使被膨胀阀23减压后的 冷媒气化而对空气进行冷却。

发动机冷却回路3的冷却水的循环使用水泵32进行。从水泵32 喷出的冷却水依次通过发动机31、主散热器34，然后返回到水泵32。 主散热器34通过使冷却水通过而进行冷却水的散热。

图2是表示使排气气体的一部分(EGR气体)回流到进气系统 的EGR(Exhaust Gas Recirculation)系统的构成的图。排气净化催化 剂201使从发动机31排出的排气气体中的HC(碳氢化合物)、CO (一氧化碳)氧化，并使NOx(氮氧化物)还原，而净化排气。净 化后的排气气体的一部分作为EGR气体经由EGR通路202而回流到 进气通路203中。即、通过节流阀205的空气和经由EGR通路202 回流的EGR气体流入发动机31中。

在EGR通路202上设有冷却EGR气体的EGR冷却器14、对回 流的EGR气体流量进行调整的EGR阀204。

此外，在排气系统的排气净化催化剂201的上游设有A/F传感 器206，在下游设有O2传感器207。

如使用图1说明所示，EGR冷却器14设在强电冷却回路1中， 而不是设在发动机冷却回路3中。即、作为用于冷却EGR气体的冷 却水，不是使用在发动机冷却回路3中流动的冷却水(发动机冷却 水)，而是使用在强电冷却回路1中流动的冷却水(强电系冷却水)。

EGR系统中的EGR气体的回流开始时的强电冷却回路1的冷却 水的温度高于发动机冷却回路3的冷却水的温度。因而，为了冷却发 动机暖机中的EGR气体，不是使用发动机冷却水，而是使用已变暖 的强电系冷却水，从而能够防止产生冷凝水，能够保护EGR冷却器 14。另外，能够从发动机暖机中的较早的阶段开始使用EGR系统， 因此，能够提高燃油效率。

如上所述，根据第1实施方式的混合动力车辆的EGR气体冷却 装置，使用用于冷却电动发电机11的冷却水，对EGR气体进行冷却， 因此，通过使用在发动机暖机中已变暖的强电系冷却水，能够防止产 生冷凝水，能够保护EGR冷却器14。另外，能够从发动机暖机中的 较早的阶段开始使用EGR系统，因此，能够提高燃油效率。

－第2实施方式－

图3是搭载有第2实施方式的混合动力车辆的EGR气体冷却装 置的混合动力车辆的系统构成图。在本实施方式中，设想如下的混合 动力车辆(例如，插电式混合动力车辆)：在基于电动发电机11的 行驶后，组电池(未图示)的SOC成为规定SOC时，使发动机31 启动。在以下的说明中，对与图1所示的系统构成图不同的部分进行 说明。

在第1实施方式中，EGR冷却器14设在强电冷却回路1中。在 第2实施方式中，能够切换EGR冷却器14设在强电冷却回路1中的 结构和设在发动机冷却回路3中的结构。因此，EGR冷却器14设有 切换阀301、302，该切换阀301、302用于切换在强电冷却回路1中 流动的冷却水和发动机冷却回路3的冷却水而作为用于冷却EGR气 体的冷却水。如果打开切换阀301而关闭切换阀302，则发动机冷却 回路3的冷却水流向EGR冷却器14，如果关闭切换阀301而打开切 换阀302，则强电冷却回路1的冷却水流向EGR冷却器14。

第1温度传感器311检测发动机冷却水的温度。

第2温度传感器312检测强电系冷却水的温度。

控制器313基于由第1温度传感器311检测的发动机冷却水温 以及由第2温度传感器312检测的强电系冷却水温，对切换阀301 以及切换阀302的开闭进行控制。

在最初利用电动发电机11进行行驶后，使发动机31启动的混 合动力车辆中，在发动机启动要求前，充分地进行通过电动发电机 11的EV行驶，因此，强电系冷却水成为比发动机冷却水的温度高 的温度。因而，发动机启动后，通过将强电系冷却水作为用于冷却 EGR气体的冷却水而使用，防止在EGR气体冷却系统中产生冷凝水， 能够从发动机暖机中的较早阶段开始使EGR工作。另外，如果发动 机水温高于强电系冷却水温，则将发动机冷却水作为用于冷却EGR 气体的冷却水而使用。

图4是表示作为用于冷却EGR气体的冷却水而使用强电系冷却 水的温度区域以及使用发动机冷却水的温度区域的图。如果发动机冷 却水温高于EGR工作开始发动机水温，则EGR气体开始向进气通路 回流。如上所述，在发动机刚刚启动后，强电系冷却水的温度比发动 机冷却水的温度高，因此，将强电系冷却水作为用于冷却EGR气体 的冷却水而使用(参照图4)。

在图4所示的例子中，强电系冷却水在规定的饱和水温下饱和。 在发动机冷却水温比强电系冷却水的饱和水温高的情况下，即，在比 强电系冷却水温高的情况下，将发动机冷却水作为用于冷却EGR气 体的冷却水而使用。

图5是表示向EGR冷却器14导入冷却水的控制方法的流程图。 从步骤S10开始的处理由控制器313进行。

在步骤S10中，使发动机31启动。此外，在启动发动机31之 前，进行通过电动发电机11的EV行驶。

在步骤S20中，对由第2温度传感器312检测的强电系冷却水 的温度是否高于规定温度进行判定。如果判定为强电系冷却水的温度 高于规定温度，则进入步骤S30，如果判定为该强电系冷却水的温度 小于或等于规定温度，则进入步骤S170。

在步骤S30中，对进气温度是否高于规定的阈値T1且湿度是否 高于规定的阈値H1进行判定。进气温度以及湿度分别是车辆的环境 条件之一，由未图示的传感器检测并输入到控制器313中。

图6是针对作为使RGR气体回流到进气通路的比例即EGR率， 表示产生冷凝水的EGR气体温度和气压以及相对湿度之间的关系的 图。例如，在大气压下，在相对湿度为0％、EGR率为30％的情况下， EGR气体温度为27℃而产生冷凝水。另外，在大气压下，在相对湿 度为100％、EGR率为30％的情况下，EGR气体温度为35℃而产生 冷凝水。

在进气温度较低的情况下，容易产生冷凝水。另外，如图6所 示，在EGR率以及气压相同的情况下，相对湿度变得越高，产生冷 凝水的EGR气体温度变得越高，越容易产生冷凝水。

因而，在步骤S30中，对进气温度是否高于规定的阈値T1而且 湿度是否高于规定的阈値H1进行判定，在该判定为否定的情况下， 判断为处于容易产生冷凝水的条件，如后所述，进行用于防止冷凝水 的产生的控制。如果判定为进气温度高于规定的阈値T1而且湿度高 于规定的阈値H1，则进入步骤S40，在除此以外的情况下，则进入 步骤S90。

在步骤S40中，通过关闭切换阀301而打开切换阀302，使强 电冷却回路1的冷却水流向EGR冷却器14。

在步骤S50中，对EGR工作条件是否成立进行判定。如果判定 为EGR工作条件不成立，则在步骤S50中待机，如果判定为EGR 工作条件成立，则打开EGR阀204，进入步骤S60。

在步骤S60中，对由第1温度传感器311检测的发动机冷却水 温是否高于由第2温度传感器312检测的强电系冷却水温进行判定。 如果判定为发动机冷却水温小于或等于强电系冷却水温，则在步骤 S60中待机，如果判定为发动机冷却水温高于强电系冷却水温，则进 入步骤S70。

在步骤S70中，通过打开切换阀301而关闭切换阀302，使发 动机冷却回路3的冷却水流向EGR冷却器14。

在将步骤S30的判定否定之后进入的步骤S90中，为了防止冷 凝水的产生，对目标EGR率以及EGR工作开始发动机水温进行变更。 具体而言，降低目标EGR率的同时提高EGR工作开始发动机水温。 此外，在步骤S90中，既可以仅进行降低目标EGR率的处理，也可 以仅进行提高EGR工作开始发动机水温的处理。

在步骤S100中，对由第2温度传感器312检测的强电系冷却水 温是否高于在步骤S90中变更后的EGR工作开始发动机水温进行判 定。如果判定为强电系冷却水温高于EGR工作开始发动机水温，则 进入步骤S110。

在步骤S110中，通过关闭切换阀301而打开切换阀302，使强 电冷却回路1的冷却水流向EGR冷却器14。

在步骤S120中，判定EGR工作条件是否成立。如果判定为EGR 工作条件不成立，则在步骤S120中待机，如果判定为EGR工作条件 成立，则打开EGR阀204，进入步骤S130。

在步骤S130中，对由第1温度传感器311检测的发动机冷却水 温是否高于由第2温度传感器312检测的强电系冷却水温进行判定。 如果判定为发动机冷却水温小于或等于强电系冷却水温，则在步骤 S130中待机，如果判定为发动机冷却水温高于强电系冷却水温，则 进入步骤S140。

在步骤S140中，通过打开切换阀301而关闭切换阀302，使发 动机冷却回路3的冷却水流向EGR冷却器14。

如果在步骤S100中判定为强电系冷却水温小于或等于EGR工 作开始发动机水温，则进入步骤S150。在步骤S150中，通过打开切 换阀301而关闭切换阀302，使发动机冷却回路3的冷却水流向EGR 冷却器14。

在步骤S160中，判定EGR工作条件是否成立。如果判定为EGR 工作条件不成立，则在步骤S160中待机，如果判定为EGR工作条件 成立，则打开EGR阀204，结束流程图的处理。

在将步骤S20的判定否定之后进入的步骤S170中，通过打开切 换阀301而关闭切换阀302，使发动机冷却回路3的冷却水流向EGR 冷却器14。

在步骤S180中，对进气温度是否高于规定的阈値T1且湿度是 否高于规定的阈値H1进行判定。如果判定为进气温度高于规定的阈 値T1且湿度高于规定的阈値H1，则进入步骤S190，在除此以外的 情况下，进入步骤S200。

在步骤S190中，判定EGR工作条件是否成立。如果判定为EGR 工作条件不成立，则在步骤S190中待机，如果判定为EGR工作条件 成立，则打开EGR阀204，结束流程图的处理。

另一方面，在步骤S200中，为了防止冷凝水的产生，对目标 EGR率以及EGR工作开始发动机水温进行变更。具体而言，降低目 标EGR率的同时提高EGR工作开始发动机水温。此外，在步骤S200 中，既可以仅进行降低目标EGR率的处理，也可以仅进行提高EGR 工作开始发动机水温的处理。

在步骤S210中，判定EGR工作条件是否成立。如果判定为EGR 工作条件不成立，则在步骤S210中待机，如果判定为EGR工作条件 成立，则打开EGR阀204，结束流程图的处理。

如上所述，根据第2实施方式的混合动力车辆的EGR气体冷却 装置，具有切换阀301、302，该切换阀301、302能够将在发动机冷 却回路3内流动的冷却水和在强电冷却回路1内流动的冷却水作为冷 却EGR气体的冷却水进行切换，与在发动机冷却回路3内流动的冷 却水的温度相对应地对切换阀301、302的开闭进行控制。由此，对 应于发动机冷却水温，在发动机冷却回路3内流动的冷却水和在强电 冷却回路1内流动的冷却水中切换成更合适的冷却水，作为冷却EGR 气体的冷却水而使用。

特别是，在通过电动机的行驶后使所述发动机启动的混合动力 车辆中，对切换阀301、302的开闭进行控制，以使在发动机31的启 动后，选择在强电冷却回路1内流动的冷却水而作为冷却EGR气体 的冷却水，如果发动机冷却水的温度高于规定温度，则选择在发动机 冷却回路3内流动的冷却水而作为冷却EGR气体的冷却水。在发动 机31的启动后，通过将已变暖的强电系冷却水作为用于冷却EGR气 体的冷却水而使用，从而能够防止在EGR气体冷却系统中产生冷凝 水，能够从发动机暖机中的较早的阶段开始使EGR工作，因此，能 够提高燃油效率。另外，在作为冷却EGR气体的冷却水而持续使用 强电系冷却水的情况下，需要使设在强电冷却回路1上的副散热器 15的容量增大而达到主散热器34的容量程度。但是，如果发动机冷 却水的温度高于规定温度，则将冷却EGR气体的冷却水从强电系冷 却水切换为发动机冷却水，因此，无须增大副散热器15的容量，能 够抑制成本增加。

另外，在EGR系统中，如果在发动机冷却回路内流动的冷媒的 温度超过EGR开始温度，则开始EGR气体的回流，基于车辆的环境 条件，变更EGR开始温度，因此，在容易产生冷凝水的环境条件下， 通过提高EGR开始温度，能够防止冷凝水的产生。另外，在容易产 生冷凝水的环境条件下，通过降低使EGR气体回流的比例，能够防 止冷凝水的产生。

本发明并不限定于上述实施方式。列举使用例如水作为在强电 冷却回路1流动的冷媒的例子而进行了说明，但并不限定于水。同样 地在发动机冷却回路3流动的冷媒也并不限定于水。

本申请基于2012年5月9日向日本特许厅提出申请的特愿2012 －108019主张优先权，该申请的全部内容通过参照而引入本说明书 中。