JP2004092428A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】可能な限り有害な排気ガスの排出を抑制しながら、触媒の早期活性化を図る。
【解決手段】エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒の活性化を示す設定温度Tcに達しない場合で、且つ、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、クラッチを解放したままエンジンには無負荷運転を行わせる。これにより、エンジンの運転により触媒の早期活性化が図られる。また、このエンジンの運転は無負荷状態で行われるため、活性化が十分でない触媒を通じて排出される排気ガス中の有害成分を低減できる。
【選択図】図2
【解決手段】エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒の活性化を示す設定温度Tcに達しない場合で、且つ、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、クラッチを解放したままエンジンには無負荷運転を行わせる。これにより、エンジンの運転により触媒の早期活性化が図られる。また、このエンジンの運転は無負荷状態で行われるため、活性化が十分でない触媒を通じて排出される排気ガス中の有害成分を低減できる。
【選択図】図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒が活性温度に達するまでエンジンを運転して触媒の早期活性化を実現するハイブリッド車の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等の車両においては、低公害、省資源の観点からエンジンとモータとを併用するハイブリッド車が開発、実用化されている。こうしたハイブリッド車においても、環境保護の観点からエンジンの排気ガス中に含まれているHC,CO,NOx等の有害成分は触媒にて浄化する必要がある。
【0003】
例えば、特開2001−132491号公報には、エンジンの冷却水温が所定値以下で、バッテリ充電容量が所定値以下の場合はクラッチを締結し、エンジン出力によって走行させると共に、エンジン出力にて一方のモータで発電し充電を行う。また、冷却水温が所定値以下で、バッテリ充電容量が所定値以上の場合はクラッチを解放し、エンジン出力にて一方のモータで発電し、他方のモータを駆動して走行させる技術が開示されている。
【0004】
更に、特開2000−297669号公報には、エンジン冷機状態で、且つ、バッテリ満充電状態のときは、エンジンを停止し、一方のモータを定回転させ、且つ、他方のモータをアクセルペダル踏み込み量に応じて回転させる。また、エンジン冷機状態で、且つ、バッテリ充電容量に余裕があるときは、エンジンを一定回転に維持(定トルク制御)し、一方のモータを定回転数制御して発電動作し、且つ、他方のモータをアクセルペダル踏み込み量に応じて回転させることで、エンジンに同一負荷を与えることで、排気ガス温度を上昇させて触媒の早期活性化を図る技術が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術の前者においては、エンジン冷機状態の時はバッテリ状態に関わらず、エンジンが走行用または発電用として駆動されることになるため、エンジン負荷が高くなりがちで、活性化が十分でない触媒を通じて排気ガスが排出されることとなり、排気ガス中の有害成分が一時的に多量に排出されてしまう問題がある。
【0006】
また、上記先行技術の後者においては、エンジン冷機状態であってバッテリ充電容量が所定値以上(バッテリ満充電状態)の場合は、エンジンを停止することになるため、この状態では触媒の早期活性化が図れないという問題がある。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、可能な限り有害な排気ガスの排出を抑制しながら、触媒の早期活性化を図ることができるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1記載の本発明によるハイブリッド車の制御装置は、走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生自在なエンジンと、少なくとも走行のための駆動力を発生自在なモータとを駆動系に備えたハイブリッド車の制御装置において、上記エンジンと他の駆動系との連結を継断自在なクラッチ手段と、上記エンジンの排気系の触媒の活性化を判定する触媒活性化判定手段と、上記モータを駆動するバッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えているか判定する充電容量判定手段とを有し、上記触媒が活性化されていない場合で、且つ、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値を超えている際は、上記クラッチ手段を解放して上記エンジンには無負荷運転を行わせる一方、上記触媒が活性化されていない場合で、且つ、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達しない際は、上記クラッチ手段を締結して上記エンジンには走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生させることを特徴としている。
【0009】
また、請求項2記載の本発明によるハイブリッド車の制御装置は、請求項1記載のハイブリッド車の制御装置において、上記触媒が活性化されていない場合での上記エンジンの運転は、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達している場合と上記予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で空燃比をリーン側にセットして行わせることを特徴としている。
【0010】
更に、請求項3記載の本発明によるハイブリッド車の制御装置は、請求項1又は請求項2記載のハイブリッド車の制御装置において、上記触媒が活性化されていない場合での上記エンジンの運転は、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達している場合と上記予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で点火時期を遅角して行わせることを特徴としている。
【0011】
すなわち、請求項1記載のハイブリッド車の制御装置は、触媒活性化判定手段でエンジンの排気系の触媒が活性化されていない場合で、且つ、充電容量判定手段でモータを駆動するバッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えている際は、エンジンと他の駆動系との連結を継断自在なクラッチ手段を解放してエンジンには無負荷運転を行わせる一方、触媒が活性化されていない場合で、且つ、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値に達しない際は、クラッチ手段を締結してエンジンには走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生させる。このため、触媒が活性化されていない場合は、エンジンは運転されるため、触媒の早期活性化が図られる。また、触媒が活性化されていない場合でのエンジン運転は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えている際には無負荷運転とされるため、有害な排気ガスの排出が可能な限り抑制される。
【0012】
また、請求項2記載のように、触媒が活性化されていない場合でのエンジンの運転は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値に達している場合と予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で空燃比をリーン側にセットして行わせるようにすれば、エンジンから排出される有害物質を一層低減することが可能となる。
【0013】
更に、請求項3記載のように、触媒が活性化されていない場合でのエンジンの運転は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値に達している場合と予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で点火時期を遅角して行わせるようにすれば、排気系の触媒の活性化を一層早めることができ、有害物質の排出を低減することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1及び図2は本発明の実施の第1形態を示し、図1はハイブリッド車の駆動系及びこれら制御系の全体構成を示す概略説明図、図2は走行制御ルーチンを示すフローチャートである。
【0015】
図1において、符号1はエンジンを示し、エンジン1の出力軸1aには、クラッチ手段としてのクラッチ2を介して他の駆動系と継断自在に連結され、一方、エンジン1の排気通路1bには、触媒3が介装されている。
【0016】
クラッチ2の反エンジン側には、例えばプラネタリギヤユニットで構成される前後進切換装置4が連結され、この前後進切換装置4はモータ5と連結されている。
【0017】
本実施の形態で採用するハイブリッド車は、エンジンとモータとを併用する車両であり、エンジン1は、走行時の駆動力の発生、モータ5を発電機として回転させるため駆動力の発生が可能となっている。また、モータ5は、走行時の駆動力の発生、エンジン1により回転させられて発電機として作用すること、及び、減速エネルギーを回生する役割を担うことが可能となっている。
【0018】
モータ5は、変速及びトルク増幅を行なって走行時の動力変換機能を担う動力変換機構6と連結されている。この動力変換機構6としては、歯車列を組み合わせた変速機や流体トルクコンバータを用いた変速機等を用いることが可能であるが、モータ5と連結される入力軸6aに軸支されるプライマリプーリ6bと出力軸6cに軸支されるセカンダリプーリ6dとの間に駆動ベルト6eを巻装してなるベルト式無段変速機(CVT)を採用することが望ましく、本実施の形態においては、以下、動力変換機構6をCVT6として説明する。
【0019】
CVT6の出力軸6cには、減速歯車列7を介してデファレンシャル機構8が連設され、このデファレンシャル機構8に駆動軸9を介して前輪或いは後輪の駆動輪10が連設されている。
【0020】
以上の構成により、エンジン1は、クラッチ2を解放した状態で無負荷運転を行うことが可能であり、また、クラッチ2を締結した状態で走行しながらモータ5を発電機として使用して発電することが可能であり、更に、クラッチ2を締結した状態で走行時にモータ5と共に走行用の駆動力を発生することが可能となっている。
【0021】
以上の駆動系は、6つの電子制御ユニット(ECU)を多重通信系で結合したハイブリッド車の走行制御を行う制御系(ハイブリッド制御システム)によって制御されるようになっており、各ECUがマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによって制御される機能回路とから構成されている。各ECUを結合する多重通信系としては、高速通信に対応可能な通信ネットワークを採用することが望ましく、例えば、車両の通信ネットワークとしてISOの標準プロトコルの一つであるCAN(Controller Area Network)等を採用することができる。
【0022】
具体的には、システム全体を統括するハイブリッドECU(HEV_ECU)20を中心とし、モータ5を制御するモータコントローラ21、エンジン1を制御するエンジンECU(E/G_ECU)22、クラッチ2、前後進切換装置4及びCVT6の制御を行うトランスミッションECU(T/M_ECU)23、バッテリ11の電力管理を行うバッテリマネージメントユニット(BAT_MU)24が第1の多重通信ライン30でHEV_ECU20に結合されている。また、ブレーキ制御を行うブレーキECU(BRK_ECU)25が第2の多重通信ライン31でHEV_ECU20に結合されている。
【0023】
HEV_ECU20は、ハイブリッド制御システム全体の制御を行うものであり、ドライバの運転操作状況を検出するセンサ・スイッチ類、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ(APS)41、ブレーキペダルの踏み込みによってONするブレーキスイッチ42、変速機のセレクト機構部12の操作位置がPレンジ又はNレンジのときにONし、Dレンジ,Rレンジ等の走行レンジにセットされているときにOFFするインヒビタスイッチ43等が接続されている。
【0024】
そして、HEV_ECU20では、各センサ・スイッチ類からの信号や各ECUから送信されたデータに基づいて必要な車両駆動トルクを演算して駆動系のトルク配分を決定し、多重通信によって各ECUに制御指令を送信する。
【0025】
尚、HEV_ECU20には、車速、エンジン回転数、バッテリ充電状態等の車両の運転状態を表示する各種メータ類や、異常発生時に運転者に警告するためのウォーニングランプ等からなる表示器26が接続されている。この表示器26は、T/M_ECU23にも接続されており、HEV_ECU20に異常が発生したとき、HEV_ECU20に代ってT/M_ECU23が異常時制御を行い、表示器26に異常表示を行う。
【0026】
モータコントローラ21は、モータ5を駆動するためのインバータを備えるものであり、基本的に、HEV_ECU20から多重通信によって送信されるサーボON/OFF(正転、逆転を含む)指令やトルク指令(力行、回生)によってモータ5の定トルク制御を行う。また、モータコントローラ21からは、HEV_ECU20に対し、モータ5のトルク、回転数、及び電流値等をフィードバックして送信し、更に、電圧値等のデータを送信する。
【0027】
E/G_ECU23は、基本的にエンジン1のトルク制御を行うものであり、HEV_ECU20から多重通信によって送信される正負のトルク指令、燃料カット指令、エアコンON/OFF許可指令、空燃比のリーン化への変更指令、点火時期の遅角指令等の制御指令が入力される。また、HEV_ECU20から、実トルクフィードバックデータ、車速、インヒビタスイッチ43による変速セレクト位置(P,Nレンジ等)、APS41の信号によるアクセル全開データやアクセル全閉データ、ブレーキスイッチ42のON,OFF状態等も入力される。更に、クランク角センサ44で検出したクランク角、エンジン水温センサ45で検出したエンジン水温、排気温度センサ46で検出した排気温度、空燃比センサ47で検出した空燃比信号、ABSを含むブレーキ作動状態等も入力され、これら各信号に基づいて、図示しないインジェクタからの燃料噴射量、ETC(電動スロットル弁)によるスロットル開度、空燃比、点火時期、A/C(エアコン)等の補機類のパワー補正学習、燃料カット等を制御する。
【0028】
また、E/G_ECU23では、HEV_ECU20に対し、エンジン1の制御トルク値、燃料カットの実施、燃料噴射量に対する全開増量補正の実施、エアコンのON,OFF状態、図示しないアイドルスイッチによるスロットル弁全閉データ等をHEV_ECU20にフィードバックして送信すると共に、エンジン水温、或いは、排気温度が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度よりも低いエンジン冷機時はエンジン1の暖機要求信号等を送信する。すなわち、E/G_ECU23には、触媒活性化判定手段としての機能が設けられている。
【0029】
T/M_ECU23は、HEV_ECU20から多重通信によって送信されるCVT6の目標プライマリ回転数、CVT入力トルク指示、クラッチ2の締結・解放指示、前後進切換装置4の設定指示等の制御指令、及び、E/G回転数、アクセル開度、インヒビタスイッチ43による変速セレクト位置、ブレーキスイッチ42のON,OFF状態、エアコン切替許可、ABSを含むブレーキ作動状態、図示しないアイドルスイッチによるエンジン1のスロットル弁全閉データ等の情報に基づいて、クラッチ2の締結・解放、前後進切換装置4の設定、及び、CVT6の変速比を制御する。
【0030】
また、T/M_ECU23からは、HEV_ECU20に対し、車速、入力制限トルク、CVT6のプライマリ回転数及びセカンダリプーリ回転数、クラッチ2締結・解放の完了、前後進切換装置4の設定の完了、インヒビタスイッチ43に対応する変速状態等のデータをフィードバックして送信すると共に、CVT6の油量をアップさせるためのE/G回転数アップ要求、低温始動要求等を送信する。
【0031】
BAT_MU24は、いわゆる電力管理ユニットであり、バッテリ11を管理する上での各種制御、すなわち、バッテリ11の充放電制御、ファン制御、外部充電制御等を行い、バッテリ11の出力電圧、出力電流、及びバッテリ温度に基づいて検出する残存容量(SOC)、電圧、電流制限値等のデータや外部充電中を示すデータを多重通信によってHEV_ECU20に送信する。また、外部充電を行う場合には、コンタクタ13を切り換えてバッテリ11とモータコントローラ21とを切り離す。そして、このBAT_MU24は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えているか判定し、HEV_ECU20に対して判定結果を出力するように構成されており、充電容量判定手段としての機能を有している。
【0032】
BRK_ECU25は、HEV_ECU20から多重通信によって送信される回生可能量、回生トルクフィードバック等の情報に基づいて、必要な制動力を演算し、ブレーキ系統の油圧を制御するものであり、HEV_ECU20に対し、回生量指令(トルク指令)、車速、油圧、ABSを含むブレーキ作動状態等をフィードバックして送信する。
【0033】
以上の構成における、HEV_ECU20による走行制御は、具体的には図2に示すフローチャートで実行される。まず、ステップ(以下、「S」と略称)101で、T/M_ECU23に信号を出力してクラッチ2を解放状態とし、S102に進んで、E/G_ECU23に信号を出力してエンジン始動させる。
【0034】
その後、S103に進み、E/G_ECU23からのエンジン1の暖機要求信号の状態が判定される。この判定の結果、エンジン1の暖機要求信号が出力されていない、すなわち、エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度Tc以上(Tw≧Tc)の場合は、S104に進み、HEV_ECU20は、T/M_ECU23に信号を出力してクラッチ2を締結状態とする。
【0035】
そして、S105に進んで、HEV_ECU20は、要求される負荷(ドライバの要求する走行駆動力や補機類に必要な負荷)や、BAT_MU24から入力されるバッテリの充電容量に応じて、モータコントローラ21、E/G_ECU22、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、エンジン1には充電量に応じた発電を行わせると共に、走行用駆動力も発生させる。こうしてS105の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0036】
一方、上述のS103の判定の結果、E/G_ECU23からエンジン1の暖機要求信号が出力されている、すなわち、エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度Tcに達しない(Tw<Tc)の場合は、S106に進み、BAT_MU24からの、現在のバッテリ電圧VBと予め設定しておいた充電容量の値に対応する電圧値Vcとの比較の判定結果が参照される。
【0037】
このS106の比較の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vcよりも低く(VB<Vc)、バッテリ11の充電容量は不十分と判定された場合は、上述のS104に進み、T/M_ECU23に信号を出力してクラッチ2を締結状態とする。そして、S105に進んで、HEV_ECU20は、要求される負荷(ドライバの要求する走行駆動力や補機類に必要な負荷)や、BAT_MU24から入力されるバッテリの充電容量に応じて、モータコントローラ21、E/G_ECU22、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、エンジン1には充電量に応じた発電を行わせると共に、走行用駆動力も発生させる。こうしてS105の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0038】
また、上述のS106の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上(VB≧Vc)で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、S107に進み、クラッチ2は解放状態のまま、E/G_ECU22に出力して無負荷のアイドリング運転を行わせる。
【0039】
そして、S108に進み、走行時には、モータコントローラ21、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、モータ5による駆動力のみで走行する。こうしてS108の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0040】
このように、本発明の実施の第1形態の制御では、エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度Tcに達しない場合で、且つ、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、クラッチ2を解放してエンジン1には無負荷運転を行わせる。これにより、エンジン1の運転により触媒3の早期活性化が図られる。また、このエンジン1の運転は無負荷状態で行われるため、活性化が十分でない触媒3を通じて排出される排気ガス中の有害成分を低減できる。
【0041】
次に、図3は本発明の実施の第2形態による走行制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、この実施の第2形態は、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転を空燃比をリーン側にセットして行わせるようにしたことが前記第1形態と異なり、他の構成、作用効果は、前記第1形態と同様である。
【0042】
すなわち、図3のフローチャートに示すように、図2のフローチャートと同様に、S106の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上(VB≧Vc)で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、S107に進み、クラッチ2は解放状態のまま、E/G_ECU22に出力して無負荷のアイドリング運転を行わせる。
【0043】
その後、S201に進み、E/G_ECU22に出力して、空燃比センサ47で検出した空燃比信号等を基に、ETC(電動スロットル弁)を所定量開かせエンジン空燃比をリーン側にセットしてエンジン1を運転させる。
【0044】
次いで、S108へと進み、走行時には、モータコントローラ21、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、モータ5による駆動力のみで走行する。こうしてS108の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0045】
このように、本実施の第2形態では、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転は、無負荷運転であり、更に空燃比をリーン側にセットして行わせるようになっているため、上述した第1形態の効果に加え、エンジン1から排出される有害物質の更に一層の低減が図られる。尚、上述の説明では特に言及していないが、S106の判定で、VB<Vcとなって、S105に達した際の、このS105でのエンジン運転は、エンジン冷機状態の運転であるため、エンジン1が性能的に可能であれば、空燃比をリーン側にセットして運転するようにすれば有害物質排出の低減が図れることは云うまでもない。
【0046】
次に、図4は本発明の実施の第3形態による走行制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、この実施の第3形態は、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転を点火時期を遅角して行わせるようにしたことが前記第1形態と異なり、他の構成、作用効果は、前記第1形態と同様である。
【0047】
すなわち、図4のフローチャートに示すように、図2のフローチャートと同様に、S106の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上(VB≧Vc)で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、S107に進み、クラッチ2は解放状態のまま、E/G_ECU22に出力して無負荷のアイドリング運転を行わせる。
【0048】
その後、S301に進み、E/G_ECU22に出力して、点火時期を所定量遅角してエンジン1を運転させる。
【0049】
次いで、S108へと進み、走行時には、モータコントローラ21、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、モータ5による駆動力のみで走行する。こうしてS108の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0050】
このように、本実施の第3形態では、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転は、無負荷運転であり、更に点火時期を遅角して行わせるようになっているため、上述した第1形態の効果に加え、排気温度が高くなり触媒3が早期活性化されるため、エンジン1から排出される有害物質の更に一層の低減が図られる。尚、上述の説明では特に言及していないが、S106の判定で、VB<Vcとなって、S105に達した際の、このS105でのエンジン運転は、エンジン冷機状態の運転であるため、エンジン1が性能的に可能であれば、点火時期を遅角して運転するようにすれば、触媒3の早期活性化が図られ有害物質排出の低減が行えることは云うまでもない。
【0051】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、可能な限り有害な排気ガスの排出を抑制しながら、触媒の早期活性化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態による、ハイブリッド車の駆動系及びこれら制御系の全体構成を示す概略説明図
【図2】同上、走行制御ルーチンを示すフローチャート
【図3】本発明の実施の第2形態による、走行制御ルーチンを示すフローチャート
【図4】本発明の実施の第3形態による、走行制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
1 エンジン
2 クラッチ(クラッチ手段)
3 触媒
5 モータ
11 バッテリ
20 ハイブリッドECU
21 モータコントローラ
22 エンジンECU(触媒活性化判定手段)
23 トランスミッションECU
24 バッテリマネージメントユニット(充電容量判定手段)
44 クランク角センサ
45 エンジン水温センサ
46 排気温度センサ
47 空燃比センサ
【発明の属する技術分野】
本発明は、触媒が活性温度に達するまでエンジンを運転して触媒の早期活性化を実現するハイブリッド車の制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、自動車等の車両においては、低公害、省資源の観点からエンジンとモータとを併用するハイブリッド車が開発、実用化されている。こうしたハイブリッド車においても、環境保護の観点からエンジンの排気ガス中に含まれているHC,CO,NOx等の有害成分は触媒にて浄化する必要がある。
【0003】
例えば、特開2001−132491号公報には、エンジンの冷却水温が所定値以下で、バッテリ充電容量が所定値以下の場合はクラッチを締結し、エンジン出力によって走行させると共に、エンジン出力にて一方のモータで発電し充電を行う。また、冷却水温が所定値以下で、バッテリ充電容量が所定値以上の場合はクラッチを解放し、エンジン出力にて一方のモータで発電し、他方のモータを駆動して走行させる技術が開示されている。
【0004】
更に、特開2000−297669号公報には、エンジン冷機状態で、且つ、バッテリ満充電状態のときは、エンジンを停止し、一方のモータを定回転させ、且つ、他方のモータをアクセルペダル踏み込み量に応じて回転させる。また、エンジン冷機状態で、且つ、バッテリ充電容量に余裕があるときは、エンジンを一定回転に維持(定トルク制御)し、一方のモータを定回転数制御して発電動作し、且つ、他方のモータをアクセルペダル踏み込み量に応じて回転させることで、エンジンに同一負荷を与えることで、排気ガス温度を上昇させて触媒の早期活性化を図る技術が開示されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記先行技術の前者においては、エンジン冷機状態の時はバッテリ状態に関わらず、エンジンが走行用または発電用として駆動されることになるため、エンジン負荷が高くなりがちで、活性化が十分でない触媒を通じて排気ガスが排出されることとなり、排気ガス中の有害成分が一時的に多量に排出されてしまう問題がある。
【0006】
また、上記先行技術の後者においては、エンジン冷機状態であってバッテリ充電容量が所定値以上(バッテリ満充電状態)の場合は、エンジンを停止することになるため、この状態では触媒の早期活性化が図れないという問題がある。
【0007】
本発明は上記事情に鑑みなされたもので、可能な限り有害な排気ガスの排出を抑制しながら、触媒の早期活性化を図ることができるハイブリッド車の制御装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため請求項1記載の本発明によるハイブリッド車の制御装置は、走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生自在なエンジンと、少なくとも走行のための駆動力を発生自在なモータとを駆動系に備えたハイブリッド車の制御装置において、上記エンジンと他の駆動系との連結を継断自在なクラッチ手段と、上記エンジンの排気系の触媒の活性化を判定する触媒活性化判定手段と、上記モータを駆動するバッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えているか判定する充電容量判定手段とを有し、上記触媒が活性化されていない場合で、且つ、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値を超えている際は、上記クラッチ手段を解放して上記エンジンには無負荷運転を行わせる一方、上記触媒が活性化されていない場合で、且つ、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達しない際は、上記クラッチ手段を締結して上記エンジンには走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生させることを特徴としている。
【0009】
また、請求項2記載の本発明によるハイブリッド車の制御装置は、請求項1記載のハイブリッド車の制御装置において、上記触媒が活性化されていない場合での上記エンジンの運転は、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達している場合と上記予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で空燃比をリーン側にセットして行わせることを特徴としている。
【0010】
更に、請求項3記載の本発明によるハイブリッド車の制御装置は、請求項1又は請求項2記載のハイブリッド車の制御装置において、上記触媒が活性化されていない場合での上記エンジンの運転は、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達している場合と上記予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で点火時期を遅角して行わせることを特徴としている。
【0011】
すなわち、請求項1記載のハイブリッド車の制御装置は、触媒活性化判定手段でエンジンの排気系の触媒が活性化されていない場合で、且つ、充電容量判定手段でモータを駆動するバッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えている際は、エンジンと他の駆動系との連結を継断自在なクラッチ手段を解放してエンジンには無負荷運転を行わせる一方、触媒が活性化されていない場合で、且つ、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値に達しない際は、クラッチ手段を締結してエンジンには走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生させる。このため、触媒が活性化されていない場合は、エンジンは運転されるため、触媒の早期活性化が図られる。また、触媒が活性化されていない場合でのエンジン運転は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えている際には無負荷運転とされるため、有害な排気ガスの排出が可能な限り抑制される。
【0012】
また、請求項2記載のように、触媒が活性化されていない場合でのエンジンの運転は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値に達している場合と予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で空燃比をリーン側にセットして行わせるようにすれば、エンジンから排出される有害物質を一層低減することが可能となる。
【0013】
更に、請求項3記載のように、触媒が活性化されていない場合でのエンジンの運転は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値に達している場合と予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で点火時期を遅角して行わせるようにすれば、排気系の触媒の活性化を一層早めることができ、有害物質の排出を低減することが可能となる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。図1及び図2は本発明の実施の第1形態を示し、図1はハイブリッド車の駆動系及びこれら制御系の全体構成を示す概略説明図、図2は走行制御ルーチンを示すフローチャートである。
【0015】
図1において、符号1はエンジンを示し、エンジン1の出力軸1aには、クラッチ手段としてのクラッチ2を介して他の駆動系と継断自在に連結され、一方、エンジン1の排気通路1bには、触媒3が介装されている。
【0016】
クラッチ2の反エンジン側には、例えばプラネタリギヤユニットで構成される前後進切換装置4が連結され、この前後進切換装置4はモータ5と連結されている。
【0017】
本実施の形態で採用するハイブリッド車は、エンジンとモータとを併用する車両であり、エンジン1は、走行時の駆動力の発生、モータ5を発電機として回転させるため駆動力の発生が可能となっている。また、モータ5は、走行時の駆動力の発生、エンジン1により回転させられて発電機として作用すること、及び、減速エネルギーを回生する役割を担うことが可能となっている。
【0018】
モータ5は、変速及びトルク増幅を行なって走行時の動力変換機能を担う動力変換機構6と連結されている。この動力変換機構6としては、歯車列を組み合わせた変速機や流体トルクコンバータを用いた変速機等を用いることが可能であるが、モータ5と連結される入力軸6aに軸支されるプライマリプーリ6bと出力軸6cに軸支されるセカンダリプーリ6dとの間に駆動ベルト6eを巻装してなるベルト式無段変速機(CVT)を採用することが望ましく、本実施の形態においては、以下、動力変換機構6をCVT6として説明する。
【0019】
CVT6の出力軸6cには、減速歯車列7を介してデファレンシャル機構8が連設され、このデファレンシャル機構8に駆動軸9を介して前輪或いは後輪の駆動輪10が連設されている。
【0020】
以上の構成により、エンジン1は、クラッチ2を解放した状態で無負荷運転を行うことが可能であり、また、クラッチ2を締結した状態で走行しながらモータ5を発電機として使用して発電することが可能であり、更に、クラッチ2を締結した状態で走行時にモータ5と共に走行用の駆動力を発生することが可能となっている。
【0021】
以上の駆動系は、6つの電子制御ユニット(ECU)を多重通信系で結合したハイブリッド車の走行制御を行う制御系(ハイブリッド制御システム)によって制御されるようになっており、各ECUがマイクロコンピュータと、マイクロコンピュータによって制御される機能回路とから構成されている。各ECUを結合する多重通信系としては、高速通信に対応可能な通信ネットワークを採用することが望ましく、例えば、車両の通信ネットワークとしてISOの標準プロトコルの一つであるCAN(Controller Area Network)等を採用することができる。
【0022】
具体的には、システム全体を統括するハイブリッドECU(HEV_ECU)20を中心とし、モータ5を制御するモータコントローラ21、エンジン1を制御するエンジンECU(E/G_ECU)22、クラッチ2、前後進切換装置4及びCVT6の制御を行うトランスミッションECU(T/M_ECU)23、バッテリ11の電力管理を行うバッテリマネージメントユニット(BAT_MU)24が第1の多重通信ライン30でHEV_ECU20に結合されている。また、ブレーキ制御を行うブレーキECU(BRK_ECU)25が第2の多重通信ライン31でHEV_ECU20に結合されている。
【0023】
HEV_ECU20は、ハイブリッド制御システム全体の制御を行うものであり、ドライバの運転操作状況を検出するセンサ・スイッチ類、例えば、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルペダルセンサ(APS)41、ブレーキペダルの踏み込みによってONするブレーキスイッチ42、変速機のセレクト機構部12の操作位置がPレンジ又はNレンジのときにONし、Dレンジ,Rレンジ等の走行レンジにセットされているときにOFFするインヒビタスイッチ43等が接続されている。
【0024】
そして、HEV_ECU20では、各センサ・スイッチ類からの信号や各ECUから送信されたデータに基づいて必要な車両駆動トルクを演算して駆動系のトルク配分を決定し、多重通信によって各ECUに制御指令を送信する。
【0025】
尚、HEV_ECU20には、車速、エンジン回転数、バッテリ充電状態等の車両の運転状態を表示する各種メータ類や、異常発生時に運転者に警告するためのウォーニングランプ等からなる表示器26が接続されている。この表示器26は、T/M_ECU23にも接続されており、HEV_ECU20に異常が発生したとき、HEV_ECU20に代ってT/M_ECU23が異常時制御を行い、表示器26に異常表示を行う。
【0026】
モータコントローラ21は、モータ5を駆動するためのインバータを備えるものであり、基本的に、HEV_ECU20から多重通信によって送信されるサーボON/OFF(正転、逆転を含む)指令やトルク指令(力行、回生)によってモータ5の定トルク制御を行う。また、モータコントローラ21からは、HEV_ECU20に対し、モータ5のトルク、回転数、及び電流値等をフィードバックして送信し、更に、電圧値等のデータを送信する。
【0027】
E/G_ECU23は、基本的にエンジン1のトルク制御を行うものであり、HEV_ECU20から多重通信によって送信される正負のトルク指令、燃料カット指令、エアコンON/OFF許可指令、空燃比のリーン化への変更指令、点火時期の遅角指令等の制御指令が入力される。また、HEV_ECU20から、実トルクフィードバックデータ、車速、インヒビタスイッチ43による変速セレクト位置(P,Nレンジ等)、APS41の信号によるアクセル全開データやアクセル全閉データ、ブレーキスイッチ42のON,OFF状態等も入力される。更に、クランク角センサ44で検出したクランク角、エンジン水温センサ45で検出したエンジン水温、排気温度センサ46で検出した排気温度、空燃比センサ47で検出した空燃比信号、ABSを含むブレーキ作動状態等も入力され、これら各信号に基づいて、図示しないインジェクタからの燃料噴射量、ETC(電動スロットル弁)によるスロットル開度、空燃比、点火時期、A/C(エアコン)等の補機類のパワー補正学習、燃料カット等を制御する。
【0028】
また、E/G_ECU23では、HEV_ECU20に対し、エンジン1の制御トルク値、燃料カットの実施、燃料噴射量に対する全開増量補正の実施、エアコンのON,OFF状態、図示しないアイドルスイッチによるスロットル弁全閉データ等をHEV_ECU20にフィードバックして送信すると共に、エンジン水温、或いは、排気温度が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度よりも低いエンジン冷機時はエンジン1の暖機要求信号等を送信する。すなわち、E/G_ECU23には、触媒活性化判定手段としての機能が設けられている。
【0029】
T/M_ECU23は、HEV_ECU20から多重通信によって送信されるCVT6の目標プライマリ回転数、CVT入力トルク指示、クラッチ2の締結・解放指示、前後進切換装置4の設定指示等の制御指令、及び、E/G回転数、アクセル開度、インヒビタスイッチ43による変速セレクト位置、ブレーキスイッチ42のON,OFF状態、エアコン切替許可、ABSを含むブレーキ作動状態、図示しないアイドルスイッチによるエンジン1のスロットル弁全閉データ等の情報に基づいて、クラッチ2の締結・解放、前後進切換装置4の設定、及び、CVT6の変速比を制御する。
【0030】
また、T/M_ECU23からは、HEV_ECU20に対し、車速、入力制限トルク、CVT6のプライマリ回転数及びセカンダリプーリ回転数、クラッチ2締結・解放の完了、前後進切換装置4の設定の完了、インヒビタスイッチ43に対応する変速状態等のデータをフィードバックして送信すると共に、CVT6の油量をアップさせるためのE/G回転数アップ要求、低温始動要求等を送信する。
【0031】
BAT_MU24は、いわゆる電力管理ユニットであり、バッテリ11を管理する上での各種制御、すなわち、バッテリ11の充放電制御、ファン制御、外部充電制御等を行い、バッテリ11の出力電圧、出力電流、及びバッテリ温度に基づいて検出する残存容量(SOC)、電圧、電流制限値等のデータや外部充電中を示すデータを多重通信によってHEV_ECU20に送信する。また、外部充電を行う場合には、コンタクタ13を切り換えてバッテリ11とモータコントローラ21とを切り離す。そして、このBAT_MU24は、バッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えているか判定し、HEV_ECU20に対して判定結果を出力するように構成されており、充電容量判定手段としての機能を有している。
【0032】
BRK_ECU25は、HEV_ECU20から多重通信によって送信される回生可能量、回生トルクフィードバック等の情報に基づいて、必要な制動力を演算し、ブレーキ系統の油圧を制御するものであり、HEV_ECU20に対し、回生量指令(トルク指令)、車速、油圧、ABSを含むブレーキ作動状態等をフィードバックして送信する。
【0033】
以上の構成における、HEV_ECU20による走行制御は、具体的には図2に示すフローチャートで実行される。まず、ステップ(以下、「S」と略称)101で、T/M_ECU23に信号を出力してクラッチ2を解放状態とし、S102に進んで、E/G_ECU23に信号を出力してエンジン始動させる。
【0034】
その後、S103に進み、E/G_ECU23からのエンジン1の暖機要求信号の状態が判定される。この判定の結果、エンジン1の暖機要求信号が出力されていない、すなわち、エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度Tc以上(Tw≧Tc)の場合は、S104に進み、HEV_ECU20は、T/M_ECU23に信号を出力してクラッチ2を締結状態とする。
【0035】
そして、S105に進んで、HEV_ECU20は、要求される負荷(ドライバの要求する走行駆動力や補機類に必要な負荷)や、BAT_MU24から入力されるバッテリの充電容量に応じて、モータコントローラ21、E/G_ECU22、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、エンジン1には充電量に応じた発電を行わせると共に、走行用駆動力も発生させる。こうしてS105の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0036】
一方、上述のS103の判定の結果、E/G_ECU23からエンジン1の暖機要求信号が出力されている、すなわち、エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度Tcに達しない(Tw<Tc)の場合は、S106に進み、BAT_MU24からの、現在のバッテリ電圧VBと予め設定しておいた充電容量の値に対応する電圧値Vcとの比較の判定結果が参照される。
【0037】
このS106の比較の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vcよりも低く(VB<Vc)、バッテリ11の充電容量は不十分と判定された場合は、上述のS104に進み、T/M_ECU23に信号を出力してクラッチ2を締結状態とする。そして、S105に進んで、HEV_ECU20は、要求される負荷(ドライバの要求する走行駆動力や補機類に必要な負荷)や、BAT_MU24から入力されるバッテリの充電容量に応じて、モータコントローラ21、E/G_ECU22、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、エンジン1には充電量に応じた発電を行わせると共に、走行用駆動力も発生させる。こうしてS105の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0038】
また、上述のS106の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上(VB≧Vc)で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、S107に進み、クラッチ2は解放状態のまま、E/G_ECU22に出力して無負荷のアイドリング運転を行わせる。
【0039】
そして、S108に進み、走行時には、モータコントローラ21、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、モータ5による駆動力のみで走行する。こうしてS108の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0040】
このように、本発明の実施の第1形態の制御では、エンジン水温Tw(或いは排気温度)が予め設定しておいた触媒3の活性化を示す設定温度Tcに達しない場合で、且つ、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、クラッチ2を解放してエンジン1には無負荷運転を行わせる。これにより、エンジン1の運転により触媒3の早期活性化が図られる。また、このエンジン1の運転は無負荷状態で行われるため、活性化が十分でない触媒3を通じて排出される排気ガス中の有害成分を低減できる。
【0041】
次に、図3は本発明の実施の第2形態による走行制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、この実施の第2形態は、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転を空燃比をリーン側にセットして行わせるようにしたことが前記第1形態と異なり、他の構成、作用効果は、前記第1形態と同様である。
【0042】
すなわち、図3のフローチャートに示すように、図2のフローチャートと同様に、S106の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上(VB≧Vc)で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、S107に進み、クラッチ2は解放状態のまま、E/G_ECU22に出力して無負荷のアイドリング運転を行わせる。
【0043】
その後、S201に進み、E/G_ECU22に出力して、空燃比センサ47で検出した空燃比信号等を基に、ETC(電動スロットル弁)を所定量開かせエンジン空燃比をリーン側にセットしてエンジン1を運転させる。
【0044】
次いで、S108へと進み、走行時には、モータコントローラ21、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、モータ5による駆動力のみで走行する。こうしてS108の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0045】
このように、本実施の第2形態では、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転は、無負荷運転であり、更に空燃比をリーン側にセットして行わせるようになっているため、上述した第1形態の効果に加え、エンジン1から排出される有害物質の更に一層の低減が図られる。尚、上述の説明では特に言及していないが、S106の判定で、VB<Vcとなって、S105に達した際の、このS105でのエンジン運転は、エンジン冷機状態の運転であるため、エンジン1が性能的に可能であれば、空燃比をリーン側にセットして運転するようにすれば有害物質排出の低減が図れることは云うまでもない。
【0046】
次に、図4は本発明の実施の第3形態による走行制御ルーチンを示すフローチャートである。尚、この実施の第3形態は、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転を点火時期を遅角して行わせるようにしたことが前記第1形態と異なり、他の構成、作用効果は、前記第1形態と同様である。
【0047】
すなわち、図4のフローチャートに示すように、図2のフローチャートと同様に、S106の判定の結果、バッテリ電圧VBが設定電圧値Vc以上(VB≧Vc)で、バッテリ11の充電容量は十分と判定された場合は、S107に進み、クラッチ2は解放状態のまま、E/G_ECU22に出力して無負荷のアイドリング運転を行わせる。
【0048】
その後、S301に進み、E/G_ECU22に出力して、点火時期を所定量遅角してエンジン1を運転させる。
【0049】
次いで、S108へと進み、走行時には、モータコントローラ21、T/M_ECU23に信号を出力し、所定の変速段を設定しながら、モータ5による駆動力のみで走行する。こうしてS108の処理の後は、再び、S103からの処理を繰り返す。
【0050】
このように、本実施の第3形態では、触媒温度が設定温度に達しない場合でのエンジンの運転は、無負荷運転であり、更に点火時期を遅角して行わせるようになっているため、上述した第1形態の効果に加え、排気温度が高くなり触媒3が早期活性化されるため、エンジン1から排出される有害物質の更に一層の低減が図られる。尚、上述の説明では特に言及していないが、S106の判定で、VB<Vcとなって、S105に達した際の、このS105でのエンジン運転は、エンジン冷機状態の運転であるため、エンジン1が性能的に可能であれば、点火時期を遅角して運転するようにすれば、触媒3の早期活性化が図られ有害物質排出の低減が行えることは云うまでもない。
【0051】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明によれば、可能な限り有害な排気ガスの排出を抑制しながら、触媒の早期活性化を図ることができるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の第1形態による、ハイブリッド車の駆動系及びこれら制御系の全体構成を示す概略説明図
【図2】同上、走行制御ルーチンを示すフローチャート
【図3】本発明の実施の第2形態による、走行制御ルーチンを示すフローチャート
【図4】本発明の実施の第3形態による、走行制御ルーチンを示すフローチャート
【符号の説明】
1 エンジン
2 クラッチ(クラッチ手段)
3 触媒
5 モータ
11 バッテリ
20 ハイブリッドECU
21 モータコントローラ
22 エンジンECU(触媒活性化判定手段)
23 トランスミッションECU
24 バッテリマネージメントユニット(充電容量判定手段)
44 クランク角センサ
45 エンジン水温センサ
46 排気温度センサ
47 空燃比センサ
Claims (3)
- 走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生自在なエンジンと、少なくとも走行のための駆動力を発生自在なモータとを駆動系に備えたハイブリッド車の制御装置において、
上記エンジンと他の駆動系との連結を継断自在なクラッチ手段と、
上記エンジンの排気系の触媒の活性化を判定する触媒活性化判定手段と、
上記モータを駆動するバッテリの充電容量が予め設定しておいた値を超えているか判定する充電容量判定手段とを有し、
上記触媒が活性化されていない場合で、且つ、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値を超えている際は、上記クラッチ手段を解放して上記エンジンには無負荷運転を行わせる一方、上記触媒が活性化されていない場合で、且つ、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達しない際は、上記クラッチ手段を締結して上記エンジンには走行と発電の少なくともどちらかのための駆動力を発生させることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。 - 上記触媒が活性化されていない場合での上記エンジンの運転は、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達している場合と上記予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で空燃比をリーン側にセットして行わせることを特徴とする請求項1記載のハイブリッド車の制御装置。
- 上記触媒が活性化されていない場合での上記エンジンの運転は、上記バッテリの充電容量が上記予め設定しておいた値に達している場合と上記予め設定しておいた値に達しない場合の少なくともどちらかの運転で点火時期を遅角して行わせることを特徴とする請求項1又は請求項2記載のハイブリッド車の制御装置。
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