JP2015051734A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒を暖機する際のドライバビリティの悪化を抑制しながらエミッションを向上する。【解決手段】触媒暖機制御部５３は、触媒を暖機するための触媒暖機制御を実行する。走行制御部５１は、触媒暖機制御の実行中にエンジンの動作点を所定の動作点に維持して走行するようにエンジンおよびモータジェネレータを制御する走行制御を実行可能である。触媒暖機制御部５３は、ハイブリッド車両の制動が要求された場合に、エンジンの出力に基づいて触媒暖機制御を非実行とする。走行制御の実行時に触媒暖機制御を非実行とするためのエンジンの出力は、走行制御の非実行時に触媒暖機制御を非実行とするためのエンジンの出力よりも大きい。【選択図】図２

Description

この発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、特に、ハイブリッド車両に搭載される触媒の暖機に関する。

特開２０１２−０４０９１５号公報（特許文献１）は、触媒の暖機制御を実行するハイブリッド車両を開示している。この暖機制御では、触媒の暖機が要求されると、点火時期が遅角して排気温度が上昇することによって触媒が暖機される。その後、触媒の温度が所定値まで上昇すると、点火時期を進角させるとともにエンジンの出力を一定に保ったまま走行することによって触媒の暖機が継続される。これにより、触媒の暖機中における燃焼を安定化するとともに燃費が向上するものとされる（特許文献１参照）。

特開２０１２−０４０９１５号公報 特開２０１０−０００９９８号公報 特開２０１２−１１１４０８号公報 特開２０１３−０６７２９７号公報

上記のように暖機制御において点火時期を遅角すると、エンジンのトルクが変動しやすく、エンジンの出力が増加するにつれてエンジンのトルク変動が顕著となる。特に、ブレーキの操作時には、エンジンのトルク変動による振動を運転者が感じやすいため、暖機制御によってドライバビリティが悪化するおそれがある。一方、ドライバビリティの悪化を抑制するために、一律に暖機制御を制限すると触媒の暖機が促進されにくくなる。その結果、エミッションが悪化してしまう。

それゆえに、この発明の目的は、触媒を暖機する際のドライバビリティの悪化を抑制しながらエミッションを向上することである。

この発明によれば、ハイブリッド車両は、内燃機関と、排気浄化用触媒と、回転電機とを含む。排気浄化用触媒は、内燃機関の排気通路に設けられる。回転電機は、走行駆動力を発生する。ハイブリッド車両の制御装置は、触媒暖機制御部と、走行制御部とを備える。触媒暖機制御部は、排気浄化用触媒を暖機するための触媒暖機制御を実行する。走行制御部は、触媒暖機制御の実行中に内燃機関の動作点を所定の動作点に維持して走行するように内燃機関および回転電機を制御する走行制御を実行可能である。触媒暖機制御部は、ハイブリッド車両の制動が要求された場合に、内燃機関の出力に基づいて触媒暖機制御を非実行とする。走行制御の実行時に触媒暖機制御を非実行とするための内燃機関の出力は、走行制御の非実行時に触媒暖機制御を非実行とするための内燃機関の出力よりも大きい。

この発明においては、触媒暖機制御が実行される場合に、内燃機関の動作点が所定の動作点に維持される走行制御が実行されている時には、走行制御の非実行時に比べて内燃機関のトルク変動が小さいため、内燃機関の出力がより高い領域までドライバビリティを悪化させることなく触媒暖機制御を継続することができる。したがって、この発明によれば、触媒を暖機する際のドライバビリティの悪化を抑制しながらエミッションを向上することができる。

この発明の実施の形態による制御装置が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。 図１に示す制御装置が実行する暖機処理に関する機能ブロック図である。 図１に示す制御装置が実行する暖機処理の制御構造を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

図１は、この発明の実施の形態による制御装置が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１００は、エンジン２と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、減速機５と、駆動輪６と、ブレーキペダルセンサ３００と、蓄電装置Ｂと、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、制御装置（以下、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）５０とを含む。

エンジン２は、燃焼室に吸入された空気と燃料との混合気を燃焼させたときに生じる燃焼エネルギによって、クランクシャフトを回転させる駆動力を発生する内燃機関である。モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流電動機であり、たとえば、三相交流同期電動機である。

ハイブリッド車両１００は、エンジン２およびモータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行する。エンジン２が発生する駆動力は、動力分割装置４によって２経路に分割される。すなわち、一方は減速機５を介して駆動輪６へ駆動力が伝達される経路であり、もう一方はモータジェネレータＭＧ１へ駆動力が伝達される経路である。

動力分割装置４は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤで構成される遊星歯車を含む。ピニオンギヤは、サンギヤおよびリングギヤと係合する。キャリアは、ピニオンギヤを自転可能に支持するとともに、エンジン２のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、モータジェネレータＭＧ１の回転軸に連結される。リングギヤはモータジェネレータＭＧ２の回転軸および減速機５に連結される。

ブレーキペダルセンサ３００は、ブレーキペダルの操作量を検出し、ブレーキペダルの操作量を示す信号をＥＣＵ５０へ出力する。ＥＣＵ５０は、ブレーキペダルセンサ３００から受ける信号に基づいて運転者から制動が要求されているか否かを判定する。

蓄電装置Ｂは、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。蓄電装置Ｂは、たとえば、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池、あるいは電気二重層キャパシタなどの蓄電素子のセルを含んで構成される。

蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのＰＣＵ２０に接続される。そして、蓄電装置Ｂは、ハイブリッド車両１００の駆動力を発生させるための電力をＰＣＵ２０に供給する。また、蓄電装置Ｂは、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２で発電された電力を蓄電する。蓄電装置Ｂの出力は、たとえば２００Ｖである。

ＰＣＵ２０は、コンバータ２１と、インバータ２２，２３と、コンデンサＣ１とを含む。コンバータ２１は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ１に基づいて、電力線ＰＬ１，ＮＬ１と電力線ＰＬ２，ＮＬ１との間で電圧変換を行なう。

インバータ２２，２３は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１に対して並列に接続される。インバータ２２，２３は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ２，Ｓ３に基づいて、コンバータ２１から供給される直流電力を交流電力に変換し、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２をそれぞれ
駆動する。

コンデンサＣ１は、電力線ＰＬ２，ＮＬ１間に設けられ、電力線ＰＬ２，ＮＬ１間の電圧変動を減少させる。

エンジン２は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ４に基づいて運転状態が制御される。エンジン２には、エンジン２の冷却水の温度を示すエンジン水温Ｔｗを検出するための温度センサ２０２が設けられる。温度センサ２０２は、エンジン水温Ｔｗの検出値をＥＣＵ５０へ出力する。

エンジン２には、吸気通路２１０を通して空気が導入される。吸気通路２１０には、スロットル２１２が設けられる。スロットル２１２は、ＥＣＵ５０からの制御信号Ｓ５に基づいて、吸気通路２１０の通路抵抗を変化させる。ＥＣＵ５０は、スロットル２１２によって吸気通路２１０の通路抵抗を変化させることによって、エンジン２に導入される空気量を制御する。

エンジン２から排出される排気ガスは、排気通路２２０を通って車外に排出される。排気通路２２０には、触媒２２２が設けられる。触媒２２２は、排気ガスを浄化するために設けられる。触媒２２２は、たとえば、三元触媒であって、排気ガスに含まれる一酸化炭素（ＣＯ）、炭化水素（ＨＣ）、ＮＯｘおよびＰＭを浄化する。

触媒２２２には、触媒２２２の温度を示す触媒温度Ｔｃを検出するための温度センサ２２６が設けられる。温度センサ２２６は、触媒温度Ｔｃの検出値をＥＣＵ５０へ出力する。なお、ＥＣＵ５０は、温度センサ２２６の出力に代えて、エンジン２を制御するためのパラメータに基づいて触媒温度Ｔｃを推定してもよい。

以上のような構成において、触媒２２２は、所定の温度に暖機された状態において浄化率が高くなる特性を有する。このため、ハイブリッド車両１００のエミッションを向上するためには、エンジン２の運転開始時に、触媒２２２を所定の温度まで暖機する必要がある。

一般に、触媒２２２を暖機するために、エンジン２の点火時期を遅角させて排気温度を上昇させる手法が知られている。しかしながら、点火時期を遅角させると、エンジン２の運転効率が悪化するとともに燃焼が不安定となるためトルク変動が大きくなるという問題がある。

特に、ハイブリッド車両１００のブレーキが操作されたときには、運転者がエンジン２のトルク変動を感じやすいため、触媒２２２の暖機時にドライバビリティが悪化してしまう。

本実施の形態においては、触媒２２２の温度が所定値まで上昇した後に、点火時期を進角させるとともにエンジン２の動作点を所定の動作点に維持して走行するようにエンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を制御する走行制御を実行する。これにより、エンジン２の運転効率を高めて燃費を向上するとともに燃焼を安定化することによってトルク変動を低下させながら触媒２２２の暖機を行うことができる。なお、所定の動作点は、点火時期を遅角して触媒２２２の暖機が行われているときよりもエンジン２の出力が大きい動作点である。

そして、本実施の形態においては、ブレーキの操作中に触媒２２２の暖機が要求された場合に、エンジン２の出力がしきい値以下のときは、触媒２２２を暖機するための触媒暖機制御を実行し、エンジン２の出力がしきい値よりも大きいときは、触媒暖機制御を非実行とするような処理が実行される。ここで、ハイブリッド車両１００の制動が要求された場合に、走行制御が実行されているときは、走行制御が非実行であるときよりもしきい値が高く設定される。

その結果、走行制御の実行時には、走行制御の非実行時に比べてエンジン２のトルク変動が小さいため、エンジン２の出力がより高い領域までドライバビリティを悪化させることなく触媒暖機制御を継続することができる。よって、触媒を暖機する際のドライバビリティの悪化を抑制しながらエミッションを向上することができる。以下、この暖機処理の内容について詳しく説明する。

図２は、図１に示すＥＣＵ５０が実行する暖機処理に関する機能ブロック図である。図２の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ５０によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図２とともに図１を参照して、ＥＣＵ５０は、走行制御部５１と、しきい値設定部５２と、触媒暖機制御部５３とを含む。

走行制御部５１は、触媒温度Ｔｃの検出値を温度センサ２２６から受ける。走行制御部５１は、触媒暖機制御の実行状態を示す信号を触媒暖機制御部５３から受ける。走行制御部５１は、触媒暖機制御が実行されている場合に触媒温度Ｔｃが所定値よりも低いときは、点火時期が遅角するようにエンジン２を制御する。なお、所定値は、触媒２２２が部分的に暖機されたことを判定するための値であって、たとえば、３００°Ｃである。

一方、走行制御部５１は、触媒暖機制御が実行されている場合に触媒温度Ｔｃが所定値以上であるときは、点火時期を進角させるとともにエンジン２の動作点を触媒暖機用の所定の動作点に維持して走行するようにエンジン２およびモータジェネレータＭＧ２を制御する走行制御を実行する。走行制御部５１は、走行制御の実行状態を示す信号をしきい値設定部５２へ出力する。

しきい値設定部５２は、ブレーキペダルの操作量を示す信号をブレーキペダルセンサ３００から受ける。しきい値設定部５２は、触媒暖機制御を実行するか否かを判定するためのしきい値を設定する。しきい値設定部５２は、ハイブリッド車両１００の制動が要求された場合に、走行制御が実行されているときは、走行制御が非実行であるときよりもしきい値を高く設定する。しきい値設定部５２は、設定されたしきい値を触媒暖機制御部５３へ出力する。

触媒暖機制御部５３は、触媒２２２の暖機が要求された場合に、内燃機関の出力がしきい値以下のときは、触媒２２２を暖機するための触媒暖機制御を実行し、内燃機関の出力がしきい値よりも大きいときは、触媒暖機制御を非実行とする。触媒暖機制御部５３は、触媒暖機制御の実行状態を示す信号を走行制御部５１へ出力する。

図３は、図１に示すＥＣＵ５０が実行する暖機処理の制御構造を示すフローチャートである。図３に示すフローチャートは、ＥＣＵ５０に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図３とともに図１を参照して、ＥＣＵ５０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、触媒暖機制御の実行中であるか否かを判定する。触媒暖機制御の実行中ではないと判定された場合は（Ｓ１００にてＮＯ）、以降の処理はスキップされて処理がメインルーチンに戻される。

触媒暖機制御の実行中であると判定された場合は（Ｓ１００にてＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、ハイブリッド車両１００の制動が要求されたか否かを判定する（Ｓ１１０）。ハイブリッド車両１００の制動が要求されていないと判定された場合は（Ｓ１１０にてＮＯ）、以降の処理はスキップされて処理がメインルーチンに戻される。

ハイブリッド車両１００の制動が要求されていると判定された場合は（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、走行制御の実行中であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。すなわち、ＥＣＵ５０は、ハイブリッド車両１００がエンジン２の動作点を所定の動作点に維持して（エンジン出力Ｐｅが一定にて）走行しているか否かを判定する。

走行制御の実行中であると判定された場合は（Ｓ１２０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、暖機制御を禁止するか否かを判定するためのしきい値をＸに設定する（Ｓ１３０）。一方、走行制御の実行中ではないと判定された場合は（Ｓ１２０にてＮＯ）、ＥＣＵ５０は、しきい値をＹに設定する（Ｓ１４０）。なお、Ｘは、Ｙよりも高い値である。

続いてＳ１５０にて、ＥＣＵ５０は、エンジン出力Ｐｅが設定されたしきい値よりも大きいか否かを判定する。エンジン出力Ｐｅが設定されたしきい値よりも大きいと判定された場合は（Ｓ１５０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ５０は、暖機運転を禁止する（Ｓ１６０）。これにより、エンジントルク変動による振動が抑制される。

一方、エンジン出力Ｐｅが設定されたしきい値以下であると判定された場合は（Ｓ１５０にてＮＯ）、ＥＣＵ５０は、暖機運転を許可する（Ｓ１７０）。これにより、エミッションの悪化が抑制される。ここで、走行制御の実行中には、走行制御の非実行中よりもエンジントルク変動が小さいためしきい値が高く設定される。このため、触媒暖機がより長く継続される。

以上のように、この実施の形態においては、エンジン２の動作点が所定の動作点に維持される走行制御の実行時には、走行制御の非実行時に比べてエンジン２のトルク変動が小さいため、エンジン２の出力がより高い領域までドライバビリティを悪化させることなく触媒暖機制御を継続することができる。したがって、この実施の形態によれば、触媒を暖機する際のドライバビリティの悪化を抑制しながらエミッションを向上することができる。

なお、上記の実施の形態においては、動力分割装置４によりエンジン２の動力を駆動輪６とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車両にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためにのみエンジン２を用い、モータジェネレータＭＧ２でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両にもこの発明は適用可能である。

なお、上記において、エンジン２は、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応し、モータジェネレータＭＧ２は、この発明における「回転電機」の一実施例に対応する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

２ エンジン、４ 動力分割装置、５ 減速機、６ 駆動輪、２１ コンバータ、２２，２３ インバータ、５１ 走行制御部、５２ しきい値設定部、５３ 触媒暖機制御部、１００ ハイブリッド車両、２０２，２２６ 温度センサ、２１０ 吸気通路、２１２ スロットル、２２０ 排気通路、２２２ 触媒、３００ ブレーキペダルセンサ、Ｂ 蓄電装置、Ｃ１ コンデンサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ、ＰＬ１，ＰＬ２，ＮＬ１ 電力線。

Claims (1)

1. ハイブリッド車両の制御装置であって、
   前記ハイブリッド車両は、
   内燃機関と、
   前記内燃機関の排気通路に設けられる排気浄化用触媒と、
   走行駆動力を発生する回転電機とを含み、
   前記制御装置は、
   前記排気浄化用触媒を暖機するための触媒暖機制御を実行する触媒暖機制御部と、
   前記触媒暖機制御の実行中に前記内燃機関の動作点を所定の動作点に維持して走行するように前記内燃機関および前記回転電機を制御する走行制御を実行可能な走行制御部とを備え、
   前記触媒暖機制御部は、前記ハイブリッド車両の制動が要求された場合に、前記内燃機関の出力に基づいて前記触媒暖機制御を非実行とし、
   前記走行制御の実行時に前記触媒暖機制御を非実行とするための前記内燃機関の出力は、前記走行制御の非実行時に前記触媒暖機制御を非実行とするための前記内燃機関の出力よりも大きい、ハイブリッド車両の制御装置。

Images