JP7676924B2 - ハイブリッド車両の暖機制御方法および暖機制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、発電機を駆動する内燃機関の排気系に設けられた触媒の活性化のために内燃機関の始動後に触媒暖機運転を行うハイブリッド車両の暖機制御に関する。

ハイブリッド車両としては、シリーズハイブリッドやパラレルハイブリッドなどいくつかの形式のハイブリッド車両が知られているが、その形式によらず、多くの場合、バッテリのＳＯＣが所定の下限ＳＯＣ値にまで低下したときには、内燃機関が自動的に始動し、発電が行われる。そして、内燃機関の始動後、排気系中の触媒が活性化するまで、触媒暖機に適した態様での運転つまり触媒暖機運転がなされるのが一般的である。

特許文献１には、触媒暖機運転中の出力が小さいことを前提として、登坂路の走行などバッテリのＳＯＣの低下が急である場合に、内燃機関の始動を行うＳＯＣの閾値（発電開始ＳＯＣ閾値）を高く補正し、早期に発電を開始することでバッテリＳＯＣの過度の低下を防止することが開示されている。

特開２０１０－１９５３５０号公報

内燃機関の始動後、触媒暖機が完了するまでに必要な排気熱量は、種々の因子によって影響される。例えば、標高が高い高地では大気圧が低く、触媒を通過するガス温度が相対的に低くなるので、結果的に必要な暖機運転の時間が長くなる。同様に、触媒温度が低い場合、相対的に触媒温度が高い場合に比較して触媒暖機完了までに必要な排気熱量が大となり、それだけ必要な暖機運転の時間が長くなる。

このような場合、触媒暖機完了に至る前に、バッテリのＳＯＣが許容可能な上限ＳＯＣ値に達してしまうことがある。この結果、発電を伴わない無負荷での触媒暖機運転が必要となり、あるいは、触媒暖機運転を触媒暖機完了前に中断する必要が生じる。

特許文献１は、このような課題を解決し得るものではない。

この発明に係るハイブリッド車両の暖機制御は、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子として標高に基づいて標高が高いほど低い値に始動ＳＯＣ値を設定し、バッテリのＳＯＣが上記始動ＳＯＣ値まで低下したときに上記内燃機関を始動する。

このように始動時の標高に基づいて始動ＳＯＣ値を設定することで、触媒暖機運転中に上限ＳＯＣ値に達することを抑制することができる。

この発明に係る暖機制御が適用されるシリーズハイブリッド車両の構成説明図。 内燃機関の構成説明図。 第１実施例の暖機制御を示すフローチャート。 標高に対する始動ＳＯＣ値の補正量の特性を示す特性図。 始動時の触媒温度に対する始動ＳＯＣ値の補正量の特性を示す特性図。 第２実施例の暖機制御を示すフローチャート。 第３実施例の暖機制御を示すフローチャート。

図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ１と、この発電用モータジェネレータ１を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関２と、主にモータとして動作して駆動輪３を駆動する走行用モータジェネレータ４と、発電した電力を一時的に蓄えるバッテリ５と、を備えて構成されている。内燃機関２が発電用モータジェネレータ１を駆動することによって得られた電力は、図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。走行用モータジェネレータ４は、バッテリ５の電力を用いて駆動制御される。走行用モータジェネレータ４の回生時の電力は、やはり図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。

モータジェネレータ１，４の動作やバッテリ５の充放電および内燃機関２の運転は、コントローラ６によって制御される。コントローラ６は、モータジェネレータ１，４を制御するモータコントローラ７や内燃機関２を制御するエンジンコントローラ８、バッテリ５を管理するバッテリコントローラ９など、互いに通信可能なように接続された複数のコントローラによって構成されている。コントローラ６には、図示しないアクセルペダルの開度や車速等の情報が入力される。またバッテリコントローラ９は、バッテリ５の電圧・電流に基づいてバッテリ５のＳＯＣを求める。後述するように、このＳＯＣの低下に基づいてエンジンコントローラ８に内燃機関２の始動が要求される。

図２は、内燃機関２のシステム構成を示している。この内燃機関２は、例えばターボチャージャ１２を備えた４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関であって、各シリンダ１３の天井壁面に、一対の吸気弁１４および一対の排気弁１５が配置されているとともに、これらの吸気弁１４および排気弁１５に囲まれた中央部に点火プラグ１６が配置されている。吸気弁１４の下方には、シリンダ１３内へ燃料を供給する燃料噴射弁１７が設けられている。点火プラグ１６の点火時期および燃料噴射弁１７による燃料の噴射時期ならびに噴射量はエンジンコントローラ８によって制御される。

吸気通路２１は、吸気コレクタ２１ａを有し、この吸気コレクタ２１ａよりも上流側に、エンジンコントローラ８からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の上流側に、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａが位置し、このコンプレッサ１２ａよりも上流に、吸入空気量を検出するエアフロメータ２４およびエアクリーナ２５が配設されている。コンプレッサ１２ａとスロットルバルブ２２との間には、高温高圧となった吸気を冷却するために、例えば水冷式のインタークーラ２６が設けられている。また、コンプレッサ１２ａの吐出側と吸入側とを連通するようにリサーキュレーションバルブ２７が設けられている。

排気通路３０には、ターボチャージャ１２のタービン１２ｂが位置し、その下流側にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒装置３１およびメイン触媒装置３２が配設されている。プリ触媒装置３１はタービン１２ｂの出口に配置されており、メイン触媒装置３２は車両の床下に配置されている。排気通路３０のタービン１２ｂよりも上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ３３が配置されている。タービン１２ｂは、過給圧を制御するために過給圧に応じて排気の一部をバイパスするウェストゲートバルブ３４を備えている。ウェストゲートバルブ３４は、例えば、エンジンコントローラ８によって開度が制御される電動型の構成のものが用いられている。

また、排気通路３０から吸気通路２１へ排気の一部を還流する排気還流通路３５を備えており、この排気還流通路３５には、例えば水冷式のＥＧＲガスクーラ３７と、ＥＧＲバルブ３８と、が設けられている。

上記エンジンコントローラ８には、上記のエアフロメータ２４、空燃比センサ３３のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ４１、冷却水温を検出する水温センサ４２、プリ触媒装置３１およびメイン触媒装置３２の触媒温度をそれぞれ検出する触媒温度センサ４３，４４、大気圧を検出する大気圧センサ４５、外気温を検出する外気温センサ４６、過給圧を検出する過給圧センサ４７、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ８は、これらの検出信号や他のコントローラ７，９からの要求に基づき、燃料噴射量および噴射時期、点火時期、スロットルバルブ２２の開度、過給圧、等を最適に制御している。なお、触媒温度センサ４３，４４としては、触媒の担体温度を直接に検出することに代えて、前後のガス温度等から間接的に触媒温度を求めるものであってもよい。

内燃機関２は、基本的には、バッテリ５のＳＯＣが所定の始動ＳＯＣ値まで低下したときに始動される。そして、始動後、触媒の暖機が完了するまでの間、触媒暖機運転として内燃機関２の運転が継続される。なお、一実施例では、プリ触媒装置３１およびメイン触媒装置３２の双方が活性したときを「触媒暖機完了」としているが、プリ触媒装置３１の活性を「触媒暖機完了」としてもよい。

バッテリ５の充放電は、バッテリ５のＳＯＣが所定の上限ＳＯＣ値と下限ＳＯＣ値との間で変化するように、換言すればバッテリ５が上限ＳＯＣ値と下限ＳＯＣ値との間で使用されるように、制御される。従って、上記の始動ＳＯＣ値は、基本的に、バッテリ５の下限ＳＯＣ値に対応している。さらに、触媒暖機が完了する前にバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣ値を越えてしまうことがないように、始動ＳＯＣ値は、始動開始時の触媒温度（例えばプリ触媒装置３１の温度）と標高（換言すれば大気圧）とによって補正される。これらの始動開始時の触媒温度および標高は、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する代表的な因子である。

図３は、第１実施例の暖機制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、初回の始動のように触媒が低温状態である状態での始動と判断したときに実行されるものである。ステップ１では、そのときの大気圧に基づき、大気圧による第１補正量ＫＳＯＣ１を求める。第１補正量ＫＳＯＣ１は、標高（大気圧）に対して図４に示すような関係で与えられる。すなわち、低地（例えば標高０ｍ）では第１補正量ＫＳＯＣ１は０であり、標高が高いほど（つまり大気圧が低いほど）負値として大きな値となる。

ステップ２では、そのときの触媒温度に基づき、始動時の触媒温度による第２補正量ＫＳＯＣ２を求める。第２補正量ＫＳＯＣ２は、触媒温度に対して図５に示すような関係で与えられる。すなわち、触媒温度が高いほど第２補正量ＫＳＯＣ２が大きくなる特性を有し、基準の温度（例えば２０℃）よりも低い場合は、負値となる。

次のステップ３では、基本始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ０に第１補正量ＫＳＯＣ１と第２補正量ＫＳＯＣ２とを加えて補正後の始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴを求める。標高が高いほど、第１補正量ＫＳＯＣ１により始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴは低くなる。始動時の触媒温度が低いほど、第２補正量ＫＳＯＣ２により始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴは低くなる。

次のステップ４では、バッテリ５のＳＯＣが始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ以下であるかを判定し、以下でなければステップ１～４の処理を繰り返す。

バッテリ５のＳＯＣが始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ以下となったら、ステップ５へ進み、内燃機関２を始動する。そして、ステップ６へ進み、触媒暖機に適した運転モードつまり触媒暖機運転とする。例えば、排気温度を高くするために点火時期をリタードした運転を行う。

ステップ７で触媒温度を所定の閾値（例えば、活性したと見なしうる温度）と比較し、閾値に達するまでステップ６の触媒暖機運転を継続する。閾値に達したらステップ７からステップ８へ進み、内燃機関２を通常運転とする。通常運転に移行した後は、発電要求の終了に応答して内燃機関２が停止することとなる。

基本始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ０は、基本的には、低地でかつ始動時の触媒温度が基準の温度にあるときに、触媒暖機完了までにバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣ値に達することがないように設定されている。しかし、標高が高いところでは触媒を通過するガス温度が相対的に低くなるので、結果的に必要な暖機運転の時間が長くなる。また始動時の触媒温度が低い場合、相対的に触媒温度が高い場合に比較して触媒暖機完了までに必要な排気熱量が大となり、それだけ必要な暖機運転の時間が長くなる。第１補正量ＫＳＯＣ１および第２補正量ＫＳＯＣ２は、これらの標高および始動時触媒温度による暖機運転時間への影響を相殺するように設定されており、標高が高いほど、また始動時触媒温度が低いほど、補正後の始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴが低くなる。従って、バッテリ５のＳＯＣがより低いレベルまで低下した段階で発電が開始されることとなり、触媒暖機完了前に上限ＳＯＣ値に到達することが生じにくくなる。

なお、内燃機関２は、バッテリ５のＳＯＣが始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ以下まで低下した場合以外に、いくつかの場合に始動される。例えば、極低温で内燃機関２の始動性悪化が懸念される場合には、内燃機関２の始動を確実に行うために、バッテリ５のＳＯＣに無関係に車両の運転開始とともに内燃機関２を始動する。また車室内の暖房要求がある場合には、バッテリ５のＳＯＣに無関係に内燃機関２を始動する。さらに、高出力走行でバッテリ５のＳＯＣの減少率が高いと判定した場合には、やはり内燃機関２を直ちに始動する。

次に図６は、第２実施例の暖機制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、再始動のように触媒が暖まっている可能性がある状態での始動と判断したときに実行されるものである。ステップ１１では、触媒未暖機状態であることを示すフラグＣＡＴＨＥＡＴｆｌａｇをオフとする。ステップ１２では、基本始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ０を始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴとしてセットする。ステップ１３では、触媒温度が活性温度に対応した閾値以下であるか判定する。閾値以下であればステップ１４でフラグＣＡＴＨＥＡＴｆｌａｇをオンとした上で、ステップ１５～１７で標高および始動時触媒温度を考慮した補正後の始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴを求める。このステップ１５～１７の処理は、前述した第１実施例のステップ１～３と同様である。ステップ１３で触媒温度が閾値を越えていればステップ１４～１７は行わない。

そして、ステップ１８でバッテリ５のＳＯＣが始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ以下であるかを判定し、以下でなければステップ１１～１８の処理を繰り返す。

バッテリ５のＳＯＣが始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ以下となったら、ステップ１９へ進み、内燃機関２を始動する。そして、ステップ２０でフラグＣＡＴＨＥＡＴｆｌａｇがオンであれば、ステップ２１へ進み、触媒暖機に適した運転モードつまり触媒暖機運転とする。例えば、排気温度を高くするために点火時期をリタードした運転を行う。

ステップ２２で触媒温度を所定の閾値（例えば、活性したと見なしうる温度）と比較し、閾値に達するまでステップ２１の触媒暖機運転を継続する。閾値に達したらステップ２２からステップ２３へ進み、内燃機関２を通常運転とする。通常運転に移行した後は、発電要求の終了に応答して内燃機関２が停止することとなる。なお、ステップ１３における閾値とステップ２２における閾値とは同一であってもよく、多少異なる値であってもよい。

ステップ２０でフラグＣＡＴＨＥＡＴｆｌａｇがオフであれば、触媒暖機運転（ステップ２１）とはせずに直ちに通常運転（ステップ２３）を開始する。

このように、第２実施例では、内燃機関２の始動時に触媒温度が暖機完了温度を越えていれば触媒暖機運転は行わない。

次に、図７は、触媒暖機運転としてプリ触媒装置３１の暖機に適した運転とメイン触媒装置３２の暖機に適した運転とを順次に行うようにした第３実施例の暖機制御を示すフローチャートである。フローチャート中の「ＣＣＣ」はプリ触媒装置３１を、「ＵＦＣ」はメイン触媒装置３２を、それぞれ表している。ステップ３１～３５の処理は、第１実施例のステップ１～５の処理と同様であり、標高および始動時触媒温度に基づく補正を加えた始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴを求め、バッテリ５のＳＯＣがこの始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴ以下となったら内燃機関２を始動する。

ステップ３６～３８は、プリ触媒装置３１の暖機のための処理である。ステップ３６では、プリ触媒装置３１の触媒温度（ＣＣＣ温度）を所定の第１閾値と比較し、第１閾値未満であればステップ３７へ進んでプリ触媒装置３１の暖機に適した触媒暖機運転（ＣＣＣ暖機運転）を行う。例えば排気温度を高くするために点火時期をリタードした運転を行う。そして、プリ触媒装置３１の触媒温度が第１閾値以上となったらＣＣＣ暖機運転を終了し、ステップ３９へ進む。

ステップ３９～４３は、メイン触媒装置３２の暖機のための処理である。ステップ３９では、メイン触媒装置３２の触媒温度（ＵＦＣ温度）を所定の第２閾値と比較し、第２閾値未満であればステップ４０～４２でメイン触媒装置３２の暖機に適した触媒暖機運転（ＵＦＣ暖機運転）を行う。なお、メイン触媒装置３２の温度上昇はプリ触媒装置３１の温度上昇よりも遅れて進行する。第２閾値はプリ触媒装置３１用の第１閾値と同じ値であってもよい。

ＵＦＣ暖機運転としては、ステップ４０において目標空気量（換言すれば目標ガス量）を設定する。ここでは、メイン触媒装置３２が活性していない状態でエミッションの悪化を来さない範囲内の最大空気量を目標空気量とする。これは、既に活性状態にあるプリ触媒装置３１で浄化可能なガス量を考慮したものとして設定される。次にステップ４１においてＵＦＣ暖機運転における点火時期を設定する。ここでは、基本的に、排気温度上昇のための点火時期リタードは行わず、ＭＢＴ点もしくはＭＢＴ点にできるだけ近い点火時期とする。そして、ステップ４２において、目標空気量および点火時期に沿ってＵＦＣ暖機運転を行う。このようなＵＦＣ暖機運転では、燃費悪化が最小となる。

ステップ４３においてメイン触媒装置３２の温度（ＵＦＣ温度）が第２閾値以上となったらＵＦＣ暖機運転を終了し、ステップ４４へ進んで通常運転に移行する。

このような２段階の触媒暖機運転とすることで、エミッションの悪化を抑制しつつ燃費悪化を抑制することができる。この実施例においても、後段のＵＦＣ暖機運転が完了する前にバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣ値に到達することがないように、標高や始動時触媒温度による補正を加えた始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴが設定される。点火時期をＭＢＴ点付近とし目標空気量が比較的高く与えられるＵＦＣ暖機運転では、ＳＯＣの上昇率が比較的高くなるので、これを考慮して始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴを設定することが望ましい。

なお、第３実施例の暖機制御は、第２実施例の暖機制御と組み合わせることも可能である。つまり、始動時にプリ触媒装置３１およびメイン触媒装置３２の一方もしくは双方の温度が触媒暖機状態にある場合に、ＣＣＣ暖機運転やＵＦＣ暖機運転を省略するように構成することができる。

以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、シリーズハイブリッド車両を例に説明したが、パラレル形式を含め、バッテリ５のＳＯＣの低下時に発電を伴う内燃機関２の始動が行われる形式のハイブリッド車両であれば、これに広く適用することができる。

また上記実施例では、標高と始動時触媒温度の双方で始動ＳＯＣ値ＳＯＣＴＧＴを補正しているが、いずれか一方のみで補正を行うようにしてもよい。

また、始動時触媒温度は、冷却水温などの他のパラメータから推定してもよい。同様に、標高ないし大気圧は、カーナビゲーションシステムの標高情報を用いて得るようにしてもよい。

また、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子としては、標高および始動時触媒温度のほか、車両走行風による放熱熱量などを挙げることができ、これらの因子を考慮して始動ＳＯＣ値を設定するようにしてもよい。

１…発電用モータジェネレータ
２…内燃機関
４…走行用モータジェネレータ
５…バッテリ
６…コントローラ
８…エンジンコントローラ

Claims (6)

1. 発電機を駆動する内燃機関を、バッテリのＳＯＣが低下したときに始動する一方、触媒が未暖機であるときは所定の暖機完了状態となるまで触媒暖機運転を実行するハイブリッド車両の暖機制御方法において、
   触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子として標高に基づいて標高が高いほど低い値に始動ＳＯＣ値を設定し、
   バッテリのＳＯＣが上記始動ＳＯＣ値まで低下したときに上記内燃機関を始動する、
   ハイブリッド車両の暖機制御方法。
2. さらに、始動時の触媒温度が低いほど上記始動ＳＯＣ値を低く設定する、請求項１に記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
3. 上記始動ＳＯＣ値は、触媒暖機完了時点でバッテリのＳＯＣが所定の上限ＳＯＣ値を越えないように設定される、請求項１または２に記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
4. 内燃機関はプリ触媒装置およびメイン触媒装置を備えており、
   プリ触媒装置が既に活性状態にありメイン触媒装置が活性していない状態では、上記触媒暖機運転として、上記プリ触媒装置で浄化可能なガス量を考慮してエミッションが悪化しない範囲内での最大空気量となる負荷で内燃機関の運転を行う、請求項１～３のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
5. 上記触媒暖機運転として、点火時期をＭＢＴ点とした内燃機関の運転を行う、請求項１～４のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
6. 発電機を駆動する内燃機関と、バッテリと、上記バッテリのＳＯＣが低下したときに上記内燃機関を始動する一方、触媒が未暖機であるときは所定の暖機完了状態となるまで触媒暖機運転を実行するコントローラと、を備えてなるハイブリッド車両の暖機制御装置であって、
   上記コントローラは、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子として標高に基づいて標高が高いほど低い値に始動ＳＯＣ値を設定し、バッテリのＳＯＣが上記始動ＳＯＣ値まで低下したときに上記内燃機関を始動する、ハイブリッド車両の暖機制御装置。

Images