JP2006177323A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】キャニスタ内に蓄える蒸発燃料を適量に制御することができ、かつ運転者に違和感を与えないハイブリッド自動車を提供する。
【解決手段】 ハイブリッド自動車１０は、モータ１２による走行中に、キャニスタ２１に蓄えた蒸発燃料１８が所定量に達したとき、キャニスタ２１内から蒸発燃料１８を取り出す取出し手段２２と、エンジン１１とは別に設けられ、この取出し手段２２で取り出した蒸発燃料１８を燃焼させる燃焼手段２３とを備える。さらに、ハイブリッド自動車１０は、燃焼手段２３で蒸発燃料１８を燃焼させた際に、燃焼手段２３で発生した燃焼熱を電力に変換させる電力変換手段２４を備え、変換した電力をモータ１２の駆動に用いるように構成したものである。
【選択図】 図１

Description

本発明はハイブリッド自動車に係り、特に、駆動源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド自動車に関する。

通常の自動車は、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに蓄え、蓄えた蒸発燃料を、エンジンの駆動時にキャニスタから取り出し、取り出した蒸発燃料を燃焼室内に導いて燃焼させるように構成されている。

一方、自動車のなかには、駆動源としてエンジンおよびモータを備え、車両の走行状態に応じてエンジンによる走行やモータによる走行に切り換わるハイブリッド自動車が知られている。

このハイブリッド自動車によれば、エンジンが休止状態になり、モータの駆動で走行する場合がある。
エンジン休止期間中には、キャニスタ内から蒸発燃料を取り出して燃焼室に導くことはできない。このため、蒸発燃料がキャニスタ内に所定量を超えて蓄えてしまう虞がある。

この対策として、キャニスタ内に蒸発燃料が所定量蓄えられた状態において、エンジンによる走行からモータによる走行に切り換わる時期になった場合、エンジンの駆動を継続させ、キャニスタ内から蒸発燃料を取り出すものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２０００−２８２９６９号公報

特許文献１のハイブリッド自動車によれば、キャニスタ内に蒸発燃料が所定量蓄えられた状態において、エンジンによる走行からモータによる走行に切り換わる時期になった場合、エンジンによる走行を継続させることで、キャニスタ内から蒸発燃料を取り出して燃焼室に導くことができる。
キャニスタ内から蒸発燃料を取り出すことで、キャニスタ内の蒸発燃料を、除去あるいは減少させることができる。

しかし、特許文献１のハイブリッド自動車では、キャニスタ内に蒸発燃料が所定量蓄えられた状態においては、エンジンによる走行からモータによる走行に切り換わる時期になっても、エンジンによる走行が継続される。
このため、エンジンによる走行からモータによる走行に切り換わる時期が、運転者の考えている時期からずれてしまい、運転者は違和感を持つことになる。

本発明は、キャニスタ内に蓄える蒸発燃料を適量に制御することができ、かつ運転者に違和感を与えないハイブリッド自動車を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、駆動源としてエンジンおよびモータを備え、このエンジンに供給する燃料を燃料タンクに蓄え、この燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに蓄えるハイブリッド自動車において、前記モータによる走行中に、前記キャニスタに蓄えた蒸発燃料が所定量に達したとき、キャニスタ内から蒸発燃料を取り出す取出し手段と、前記エンジンとは別に設けられ、この取出し手段で取り出した蒸発燃料を燃焼させる燃焼手段とを備えたことを特徴とする。

モータによる走行中に、キャニスタに蓄えた蒸発燃料が所定量に達したとき、取出し手段でキャニスタ内から蒸発燃料を取り出す。そして、キャニスタから取り出した蒸発燃料を燃焼手段で燃焼させる。
よって、モータによる走行中においても、エンジンによる走行と同様に、キャニスタ内の蒸発燃料を適量に制御することができる。

これにより、キャニスタ内の蒸発燃料を適量に保つために、エンジンによる走行からモータによる走行に切り換わる時期に、エンジンによる走行を継続させる必要がない。
したがって、エンジンによる走行からモータによる走行に切り変える時期が、運転者の考えている時期と一致させることができる。

請求項２は、前記燃焼手段で蒸発燃料を燃焼させた際に発生した熱エネルギーを電力に変換させる電力変換手段を備え、この電力変換手段で変換した電力を前記モータの駆動に用いるように構成したことを特徴とする。

これにより、蒸発燃料を燃焼する際に発生した熱エネルギーを有効に利用して、燃費を良好に保つことができる。

請求項３は、前記燃焼手段で蒸発燃料を燃焼させた際に発生した熱エネルギーで、前記エンジンの排気手段に備えた排ガス浄化触媒を加熱するように構成したことを特徴とする。

ここで、エンジンの排気手段には、燃焼室内で燃焼した燃焼ガス、すなわち排ガスを浄化する排ガス浄化触媒を備えている。
この排ガス浄化触媒の浄化作用を良好に保つためには、排ガス浄化触媒を好適な温度に保つ必要がある。

そこで、請求項３において、蒸発燃料を燃焼した際の熱エネルギーで排ガス浄化触媒を加熱することで、排ガス浄化触媒は好適な温度に保つ。
これにより、排ガス浄化触媒で燃焼ガス、すなわち排気ガスを良好に浄化することができる。

本発明に係るハイブリッド自動車では、モータによる走行中において、キャニスタ内の蒸発燃料を適量に抑えることで、エンジンによる走行からモータによる走行に切り換わる時期を、運転者の考えている時期と一致させて、運転者に違和感を与えないようにすることができるという利点がある。

本発明を実施するための最良の形態を添付図に基づいて以下に説明する。
図１は本発明に係るハイブリッド自動車を示す概略説明図である。
ハイブリッド自動車１０は、駆動源としてエンジン１１およびモータ１２を備え、このモータ１２を駆動するための蓄電池１３を備え、エンジン１１に供給する燃料１５を蓄える燃料タンク１６を備え、この燃料タンク１６内で発生した蒸発燃料１８を蓄えるキャニスタ２１を備える。

さらに、ハイブリッド自動車１０は、モータ１２による走行中に、キャニスタ２１に蓄えた蒸発燃料１８が所定量に達したとき、キャニスタ２１内から蒸発燃料１８を取り出す取出し手段２２と、エンジン１１とは別に設けられ、この取出し手段２２で取り出した蒸発燃料１８を燃焼させる燃焼手段２３とを備える。

加えて、ハイブリッド自動車１０は、燃焼手段２３で蒸発燃料１８を燃焼させた際に、燃焼手段２３で発生した燃焼熱を電力に変換させる電力変換手段２４を備え、変換した電力をモータ１２の駆動に用いるように構成したものである。

以下、ハイブリッド自動車１０の各構成部材について説明する。
キャニスタ２１は、第１流路３１を介して燃料タンク１６に連通され、第２流路３２を介してエンジン１１の吸気通路３３に連通され、第１流路３１の途中にチェック弁３４が設けられ、第２通路３２の途中に開閉弁３５が設けられている。
開閉弁３５は、通常の状態では開状態に保たれる常時開のバルブである。

燃料タンク１６内に蒸発燃料１８が発生した場合、燃料タンク１６内の内圧が規定値を超えてチェック弁３４が開く。燃料タンク１６内の蒸発燃料１８が第１流路３１を経てキャニスタ２１内の活性炭３８に吸着される。

エンジン１１による走行の際には、エンジン１１を駆動することにより吸気通路３３が負圧になる。これにより、キャニスタ２１の外気導入流路４１からキャニスタ２１内にエアを取り入れ、取り入れたエアを活性炭３８に通すことで、活性炭３８に吸着されている蒸発燃料１８を離脱させ、離脱した蒸発燃料１８を第２通路３２および吸気通路３３を介してエンジン１１の燃焼室（図示せず）内に導く。

同時に、外部からエアクリーナ４２を介してエアを吸気通路３３に導き、エアがスロットル弁４３を通過する際に、吸気通路３３に吸い上げた燃料１５と混合される。
混合された混合ガスは、吸気通路３３を経てエンジン１１の燃焼室内に導かれる。

混合ガスがエンジン１１の燃焼室内で燃焼することにより燃焼ガスが発生する。燃焼ガスは、排気手段４４の排ガス浄化触媒４５を通過することにより浄化されて外部に排気される。
排気手段４４は、排ガス浄化触媒４５の他に排気管やマフラーなどを備えるエキゾーストパイプであるが、ここでは、理解を容易にするためにマフラーなどを省略して説明する。

取出し手段２２は、キャニスタ２１内の蒸発燃料１８を検出する検出部４８を備え、第２流路３２の途中に、第２流路３２を開閉する開閉弁３５を備え、第２流路３２のうち、開閉弁３５とキャニスタ２１との途中の部位を燃焼手段２３に連通する第３流路５２を備え、第３通路５２の途中にキャニスタ２１内の蒸発燃料１８を第３通路５２を経て燃焼手段２３に送るポンプ５３を備え、検知部４８から出力した検知信号に基づいて開閉弁３５およびポンプ５３を制御する制御部５５を備える。

検出部４８は、キャニスタ２１内に所定量の蒸発燃料１８が蓄えられた際に、蒸発燃料１８が所定量を超えたことを検知し、検知した検知信号を制御部５５に出力するものである。

ポンプ５３は、制御部５５からの信号で駆動することにより、キャニスタ２１内の蒸発燃料１８を第３通路５２を経て燃焼手段２３に送るものである。
ポンプ５３は、一例として、蓄電池１３からの電力で駆動されるものである。

開閉弁３５は、前述したように、通常の状態で開状態に保たれ、制御部５５からの信号に基づいて開閉する常時開のバルブである。
制御部５５は、検出部４８からの検知信号に基づいて、開閉弁３５を閉じる信号を開閉弁３５に伝えるとともに、ポンプ５３を駆動する駆動信号をポンプ５３に伝えるものである。

燃焼手段２３は、第２流路３２の一部および第３流路５２を介してキャニスタ２１に連通する燃焼容器５１を備え、この燃焼容器５１内に燃焼触媒５７およびヒータ５８を備え、燃焼容器５１の外部に冷却ファン５９を備え、冷却ファン５９の駆動／停止を選択するために温度検出部６１を備える。
この燃焼手段２３によれば、キャニスタ２１から導かれた蒸発燃料１８を燃焼して排気口６３から外部に排気することができる。

燃焼触媒５７は、キャニスタ２１から第３流路５２を介して導かれた蒸発燃料１８を酸素と反応させて燃焼するものである。燃焼触媒５７で蒸発燃料１８を燃焼することで、燃焼の際に熱エネルギーが発生する。
この燃焼触媒５７は、一例として、プラチナが用いられる。

燃焼の際に発生した熱エネルギーで、電力変換手段２４および排ガス浄化触媒４５を加熱する。排ガス浄化触媒４５を加熱することで、排ガス浄化触媒４５を好適な温度に保ち、排ガス浄化触媒４５の浄化作用を良好に保つ。
ここで、排ガス浄化触媒４５は、一例として、燃焼容器５１の上面のうち、前部に備える。なお、排ガス浄化触媒４５を設ける部位はこれに限定するものではない。

ヒータ５８は、燃焼触媒５７の燃焼作用を良好に保つように、燃焼触媒５７を加熱して好適な温度に保つための加熱器である。
このヒータ５８は、一例として、蓄電池１３からの電力で加熱されるものである。

冷却ファン５９は、燃焼触媒５７の耐熱温度を超えないように、燃焼触媒５７を冷却して好適な温度に保つための冷却器である。
冷却ファン５７は、一例として、蓄電池１３からの電力で駆動されるものである。

温度検出部６１は、燃焼触媒５７の温度を検出し、燃焼触媒５７の温度が適性温度の下限、および適性温度の上限になったとき、適性温度の上限や下限を検出し、下限検出信号や上限検出信号を制御部５５に伝えるものである。
ここで、適性温度とは、燃焼触媒５７が蒸発燃料１８を良好に燃焼することができ、かつ耐熱温度を超えない温度をいう。

燃焼触媒５７が、適性温度の下限まで下降したとき、適性温度の下限になったことを温度検出部６１で検出し、下限検出信号を制御部５５に伝える。
制御部５５は、この下限検出信号に基づいてヒータ５８が加熱する加熱信号を出力する。

一方、燃焼触媒５７が、適性温度の上限まで上昇したとき、適性温度の上限になったことを温度検出部６１で検出し、上限検出信号を制御部５５に伝える。
制御部５５は、この上限検出信号に基づいて冷却ファン５９が駆動する冷却信号を出力する。

電力変換手段２４は、燃焼手段２３で発生した燃焼熱（熱エネルギー）を電力に変換させるもので、一例として熱電変換素子（ペルチェ素子）が該当する。
電力変換手段２４で変換した電力を、モータ１２や冷却ファン５９などを駆動するために用い、残りの電力を蓄電池１３に蓄える。
ここで、電力変換手段２４は、一例として、燃焼容器５１の上面のうち、後部に備える。なお、電力変換手段２４を設ける部位はこれに限定するものではない。

次に、本発明に係るハイブリッド自動車１０の作用を図２〜図５に基づいて説明する。
先ず、図２に基づいてエンジン１１による走行の例を説明する。
図２（ａ），（ｂ）は本発明に係るハイブリッド自動車のエンジンによる走行の状態を説明する図である。
（ａ）において、燃料タンク１６内に蒸発燃料１８が矢印Ａの如く発生し、燃料タンク１６内の内圧が規定値を超える。
チェック弁３４が開いて、燃料タンク１６内の蒸発燃料１８が第１流路３１に矢印Ｂの如く導かれる。
導かれた燃料蒸発１８は、第１流路３１を経てキャニスタ２１内に矢印Ｃの如く導かれ、活性炭３８に吸着される。

（ｂ）において、エンジン１１を駆動することでエンジン１１による走行を実施する。エンジン１１による走行の際に、エンジン１１の駆動で吸気通路３３が負圧になる。開閉弁３５は開いた状態に保たれている。
この負圧を利用してキャニスタ２１の外気導入流路４１からキャニスタ２１内にエアを矢印Ｄの如く取り入れる。

取り入れたエアを活性炭３８に通すことで、活性炭３８に吸着されている蒸発燃料１８を離脱する。
離脱した蒸発燃料１８を第２通路３２に矢印Ｅの如く導き、第２通路３２を経て吸気通路３３に矢印Ｆの如く導く。吸気通路３３に導いた蒸発燃料１８を吸気通路３３を経て矢印Ｇの如くエンジン１１の燃焼室内に導く。

同時に、エアクリーナ４２を介して外部からエアを吸気通路３３に矢印Ｈの如く導く。導かれたエアが、スロットル弁４３を矢印Ｉの如く通過する際に燃料１５と混合される。
混合された混合ガスは、吸気通路３３を経てエンジン１１の燃焼室内に導かれる。

混合ガスがエンジン１１の燃焼室内で燃焼することにより燃焼ガスが発生する。
燃焼ガスは、排気手段４４を流れ、矢印Ｊの如く排ガス浄化触媒４５（図１参照）に向けて導かれる。
導かれた燃焼ガスは、排ガス浄化触媒４５を通過することにより浄化されて外部に排気される。

先ず、図３〜図５に基づいてモータ１２による走行の例を説明する。
図３は本発明に係るハイブリッド自動車のモータによる走行概念を説明するフローチャートであり、図中ＳＴ××はステップ番号を示す。
ＳＴ０１；車両の走行の際に、モータ１２による走行に切り換わる。
ＳＴ０２；キャニスタ２１内に所定量の蒸発燃料１８が蓄えられたか否かを判断する。
ＳＴ０３；キャニスタ２１内に所定量の蒸発燃料１８が蓄えられた場合、取出し手段２２でキャニスタ２１内から蒸発燃料１８を取り出す。

ＳＴ０４；キャニスタ２１内から取り出した蒸発燃料１８を燃焼手段２２で燃焼する。
ＳＴ０５；燃焼により発生した燃焼熱の一部を、電力変換手段２４で電力に変換する。
ＳＴ０６；変換した電力をモータ１２に供給して、モータ１２を駆動する。
ＳＴ０７；一方、燃焼により発生した燃焼熱の残りで、排ガス浄化触媒４５を加熱する。

図４（ａ），（ｂ）は本発明に係るモータによる走行において燃焼熱を電力に変換する例を説明する図であり、（ａ）でＳＴ０１〜ＳＴ０３を具体的に説明し、（ｂ）でＳＴ０４〜ＳＴ０６を具体的に説明する。
（ａ）において、モータ１２（（ｂ）参照）を蓄電池１３からの電力で駆動することでモータ１２による走行を実施する。モータ１２による走行の際に、キャニスタ２１内に所定量の蒸発燃料１８が蓄えられたとき、検出部４８が蒸発燃料１８が所定値を超えたことを検知する。
検知した検知信号を検出部４８から制御部５５に伝える。

制御部５５から開閉弁３５を閉じる信号を開閉弁３５に伝えるとともに、ポンプ５３を駆動する駆動信号をポンプ５３に伝える。
ポンプ５３が駆動することにより、キャニスタ２１の外気導入流路４１からキャニスタ２１内にエアを矢印Ｋの如く取り入れる。

取り入れたエアを活性炭３８に通すことで、活性炭３８に吸着されている蒸発燃料１８を離脱する。
離脱した蒸発燃料１８を第２通路３２に矢印Ｌの如く導き、導いた蒸発燃料１８を第２通路３２から第３流路に矢印Ｍの如く導く。

第３流路に導いた蒸発燃料１８を第２通路３２を経て燃焼容器５１内に矢印Ｎの如く導く。
燃焼容器５１内に導かれた蒸発燃料１８は、燃焼触媒５７において、キャニスタ２１の外気導入流路４１から取り入れたエア（酸素）と反応して燃焼される。
燃焼した蒸発燃料１８は、燃焼容器５１の排気口（図示せず）から外部に排気される。

（ｂ）において、燃焼触媒５７で蒸発燃料１８を燃焼することにより燃焼熱（熱エネルギー）が発生する。発生した燃焼熱で電力変換手段２４を加熱する。
燃焼熱で電力変換手段２４を加熱することにより、燃焼熱を電力に変換させる。変換した電力をモータ１２に矢印Ｏ（アルファベット「オー」の大文字）の如く供給し、モータ１２の駆動に利用する。
これにより、蒸発燃料１８の燃焼熱を有効に利用して、燃費を良好に保つことができる。

ここで、燃焼触媒５７から多量の燃焼熱が発生した場合、電力変換手段２４で変換した電力が、モータ１２の駆動に必要な電力を超えることも考えられる。
この場合、モータ１２の駆動用電力を超えた余剰電力を蓄電池１３に蓄える。

燃焼熱で燃焼触媒５７が加熱され、燃焼触媒５７が適性温度の上限まで上昇すると、温度検出部６１が適性温度の上限を検出する。温度検出部６１から上限検出信号を制御部５５に伝える。

この上限検出信号に基づいて、制御部５５から冷却ファン５９を駆動する冷却信号を出力する。冷却ファン５９が駆動して、燃焼触媒５７を冷却する。
ここで、電力変換手段２４で変換した電力が、モータ１２の駆動に必要な電力を超えた場合、余剰電力を冷却ファン５９の駆動に利用する。

図４で説明したように、モータ１２による走行中においても、エンジン１１による走行と同様に、キャニスタ２１内の蒸発燃料１８を適量に制御することができる。
これにより、キャニスタ２１内の蒸発燃料１８を適量に保つために、従来技術のように、エンジン１１による走行からモータ１２による走行に切り換わる時期に、エンジン１１による走行を継続させる必要がない。
したがって、エンジン１１による走行からモータ１２による走行に切り変える時期を、運転者の考えている時期と一致させて、運転者に違和感を与えないようにすることができる。

図５は本発明に係るモータによる走行において排ガス浄化触媒を加熱する例を説明する図であり、ＳＴ０７を具体的に説明する。
燃焼触媒５７で蒸発燃料１８を（図４参照）燃焼することにより発生した燃焼熱で、排ガス浄化触媒４５を加熱する。

排ガス浄化触媒４５を加熱することで、排ガス浄化触媒４５を好適な温度に保つ。
この状態で、モータ１２による走行からエンジン１１による走行に切り換わると、前述したように、燃焼ガスが排気手段４４を流れ、矢印Ｊの如く排ガス浄化触媒４５に向けて導かれる。

導かれた燃焼ガスは、排ガス浄化触媒４５を矢印Ｐの如く通過する。
ここで、排ガス浄化触媒４５は好適な温度に保たれているので、排ガス浄化触媒４５は燃焼ガスを良好に浄化することができる。
排ガス浄化触媒４５で浄化された燃焼ガスは排気口６３から外部に排気される。

なお、前記実施の形態では、理解を容易にするために、蓄電池１３の電力で、ポンプ５３、冷却ファン５７やヒータ５８を作動させる例について説明したが、これに限らないで、ポンプ５３、冷却ファン５７やヒータ５８をその他の蓄電池で作動させることも可能である。
また、電力変換手段２４で変換した電力をその他の蓄電池に充電させるように構成してもよい。

また、前記実施の形態では、蒸発燃料１８の燃焼熱を電力に変換させる電力変換手段２４を備え、加えて、蒸発燃料１８の燃焼熱で排ガス浄化触媒４５を加熱するように構成した例について説明したが、これに限らないで、電力変換手段２４のみを備えてもよく、あるいは、排ガス浄化触媒４５のみを加熱するように構成してもよい。
さらには、電力変換手段２４を備えなくてもよく、かつ、排ガス浄化触媒４５を加熱するように構成しなくてもよい。

また、前記実施の形態では、冷却ファン５７やヒータ５８を備えた例について説明したが、冷却ファン５７やヒータ５８を備えなくてもよい。

本発明は、駆動源としてエンジンおよびモータを備えるハイブリッド自動車への適用に好適である。

本発明に係るハイブリッド自動車を示す概略説明図である。 本発明に係るハイブリッド自動車のエンジンによる走行の状態を説明する図である。 本発明に係るハイブリッド自動車のモータによる走行概念を説明するフローチャートである。 本発明に係るモータによる走行において燃焼熱を電力に変換する例を説明する図である。 本発明に係るモータによる走行において排ガス浄化触媒を加熱する例を説明する図である。

符号の説明

１０…ハイブリッド自動車、１１…エンジン、１２…モータ、１３…蓄電池、１５…燃料、１６…燃料タンク、１８…蒸発燃料、２１…キャニスタ、２２…取出し手段、２３…燃焼手段、２４…電力変換手段、４４…排気手段、４５…排ガス浄化触媒。

Claims (3)

1. 駆動源としてエンジンおよびモータを備え、このエンジンに供給する燃料を燃料タンクに蓄え、この燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタに蓄えるハイブリッド自動車において、
   前記モータによる走行中に、前記キャニスタに蓄えた蒸発燃料が所定量に達したとき、キャニスタ内から蒸発燃料を取り出す取出し手段と、
   前記エンジンとは別に設けられ、この取出し手段で取り出した蒸発燃料を燃焼させる燃焼手段とを備えたことを特徴とするハイブリッド自動車。
2. 前記燃焼手段で蒸発燃料を燃焼させた際に発生した熱エネルギーを電力に変換させる電力変換手段を備え、
   この電力変換手段で変換した電力を前記モータの駆動に用いるように構成したことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド自動車。
3. 前記燃焼手段で蒸発燃料を燃焼させた際に発生した熱エネルギーで、前記エンジンの排気手段に備えた排ガス浄化触媒を加熱するように構成したことを特徴とする請求項１または請求項２記載のハイブリッド自動車。

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