JP2009269429A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】触媒暖機運転中における排気有害成分の排出を抑制する。
【解決手段】車両駆動源として内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを併用し、モータジェネレータ１２から駆動輪２０への動力伝達経路に自動変速機２１が介装されるとともに、内燃機関１１の排気通路１３に触媒コンバータ１４，１５が設けられたハイブリッド車両の制御装置において、触媒暖機運転中に、自動変速機２１の変速比を所定の高速点に固定する高速点固定運転を行う。この高速点運転では、機関出力は最小限のものとし、車両要求出力の不足分はモータジェネレータ１２によりアシストする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両駆動源として内燃機関とモータとを併用するハイブリッド車両に関し、特に、冷機始動時などの触媒暖機運転時における制御に関する。

内燃機関を備えた車両では、大気環境の改善を図るために、排気ガス規制が年々厳しいものになってきており、冷機始動時のような触媒が活性化・昇温を促進する触媒暖機運転時に排出される排気ガス中の有害成分の低減が大きな課題となっている。特許文献１には、このような触媒暖機運転時に、リーン化制御による触媒活性化の促進，排気有害成分の低減と、このリーン化制御の運転性の確保と、を両立するために、リーン化制御中には、自動変速機の変速点を通常の変速制御マップでの変速点に比して高速側に設定するとともに、機関回転数（機関回転速度）の低下し過ぎを防止するように、自動変速機によるオーバードライブへの変速やトルクコンバータのロックアップを禁止している。
特開平８−１４３７８号公報

しかしながら、上記の特許文献１では、機関回転数の過度な低下を抑制するためにオーバードライブへの変速やロックアップを禁止していることからも、触媒暖機運転時における機関回転数、ひいては機関出力が高くなる傾向にあり、その分、排気ガス量が増加することから、触媒暖機運転時に排気有害成分を十分に低減することができない。但し、上述したような内燃機関のみを車両駆動源とする車両においては、車両要求出力を全て内燃機関でまかなう必要があるために、車両要求出力を満たした上で機関出力を抑制することはできない。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、車両駆動源として内燃機関とモータとを併用するハイブリッド車両の特性を生かして、上記の触媒暖機運転時における排気有害成分の更なる低減化を図ることを主たる目的としている。

車両駆動源として内燃機関とモータとを併用し、上記モータから駆動輪への動力伝達経路に自動変速機が介装されるとともに、内燃機関の排気通路に触媒が設けられたハイブリッド車両の制御装置において、触媒暖機運転中に、上記自動変速機の変速比を所定の高速点に固定する高速点固定運転を行う。

触媒暖機運転中に、自動変速機の変速比を所定の高速点に固定する高速点固定運転を行うことで、機関回転数の上昇が抑制され、機関出力を最小限に抑制することができるために、内燃機関から排出される排気ガスの量（ガスボリューム）そのものを抑制することができるとともに、変速に伴う機関回転数の変動が解消され、この機関回転数の変動に伴う排気の空燃比の変動が解消されるため、このような空燃比の変動に伴う排気エミッションの悪化を抑制し、排気有害成分の排出を著しく低減・抑制することができる。機関出力を最小限に抑制することによる車両要求出力の不足分はモータにより補うことができるので、車両要求出力に応じた適切な車両運転性を確保することができる。

図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の駆動系を簡略的に示す構成図である。この車両は、車両駆動源として、内燃機関１１とモータとしてのモータジェネレータ１２とを併用した、いわゆるハイブリッド車両である。内燃機関１１は、左右バンク（気筒群）を備えたＶ型の火花点火式レシプロ内燃機関であり、各バンク毎の排気通路１３のそれぞれに、三元触媒などの上流側触媒コンバータ１４及び下流側触媒コンバータ１５が設けられる。また、触媒コンバータ１４，１５の上流側に排気の空燃比（又は酸素濃度）を検出する空燃比センサ（酸素センサ）１６，１７が設けられている。

モータジェネレータ１２は、インバータ１８を介してバッテリ１９との電力の授受を行い、車両運転状態に応じて電力の力行・回生運転を行う。このモータジェネレータ１２と駆動輪（後輪）２０との動力伝達経路には、有段式の自動変速機２１と、終減速機２２とが設けられている。

このハイブリッド車両においては、内燃機関１１とモータジェネレータ１２との動力伝達経路に設けられる第１クラッチ２３と、モータジェネレータ１２と駆動輪２０との動力伝達経路に設けられる第２クラッチ２４と、の２つのクラッチが設けられている。第２クラッチ２４として、この実施例では自動変速機２１の内部のクラッチが用いられている。通常の定常運転時には第１クラッチ２３を接続して内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを繋ぎ、これら内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを併用して走行を行い、必要に応じてバッテリ１９への充電を行う。また、例えば車両発進時には第１クラッチ２３を開放して内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを切り離し、モータジェネレータ１２のみでのＥＶ走行が可能な構成となっている。更に減速時には第１クラッチ２３を切り離すことで、エンジンフリクションの損失を無くし、高効率な回生を行うことができる。更に、例えば自動変速機２１の変速レンジがＮ（ニュートラル）モードやＰ（パーキング）モードのときには、第２クラッチ２４を切り離すようになっている。

制御部２５は、各種制御処理を記憶及び実行する機能を有するデジタルコンピュータシステムであり、上記空燃比センサ１６，１７や冷却水温を検出する水温センサ２６などの各種センサ類の他、バッテリ１９の蓄電量などの車両運転状態を表す各種信号に基づいて、インバータ１８、クラッチ２３，２４及び内燃機関１１の燃料噴射装置，点火装置，電制のスロットル等の各種アクチュエータへ制御信号を出力し、その動作を統括的に制御している。例えば、暖機後の通常運転状態では、触媒コンバータ１４，１５に供給される排気の空燃比を理論空燃比などの所望の目標空燃比の近傍に維持するように、空燃比センサ１６，１７の検出信号に基づいて燃料噴射量のフィードバック制御が行われる。

図２及び図３は、本実施例に係る触媒暖機運転時の制御の流れを示すフローチャート及びタイミングチャートである。
ステップＳ１１では、空燃比センサ１６，１７の内蔵ヒータによるセンサ１６，１７の昇温が完了しているかが判定される。空燃比センサ１６，１７の昇温が完了するとステップＳ１２へ進み、内燃機関の始動を行う。つまり、空燃比センサ１６，１７の昇温が完了するまで、内燃機関の始動を遅延させる。例えば図３に示すように、簡易的に、イグニッションキーのＯＮ操作後の所定時間ΔＴ（例えば５秒間）、内燃機関の始動を遅延させるようにしても良い。

ステップＳ１３では、機関冷機始動時などの触媒を早期活性化すべき触媒暖機運転中か否かを判定する。この判定は、例えば水温センサ２６により検出される機関水温が所定の判定値以下であるかなどを条件に判定される。

触媒暖機運転中であると判定されると、ステップＳ１４へ進み、自動変速機の変速比（ギヤ比）を所定の高速点に固定した状態での運転である高速点固定運転が可能か否かを判定する。例えば、アクセル開度が急に踏み込まれた急加速時などには変速比を高速点に固定したままでは所望のトルクが得られないことから、高速点固定運転が不可能であると判定される。上記の高速点は、変速比の設定などの各車両の仕様に応じて適宜に設定され、一般的には冷機始動時のような触媒暖機運転中では車速が低いことから、例えば６速の自動変速機における最も高速側の６速や５速では出力不足となり易いために、３段あるいは４段が選択される。

高速点固定運転が可能であると判定されると、ステップＳ１５へ進み、機関回転数が所定の規定回転数以上であるかを判定する。この規定回転数は、排気有害成分を抑制するために可能な限り小さい値とされ、典型的には自立運転が可能な最小限の回転数すなわちアイドル回転数又はこれに近い値に設定される。また、機関回転数は、車速と上記の高速点での変速比とに基づいて推定しても良く、あるいは高速点固定運転状態のもとであれば、周知のクランク角センサやカム角センサに基づいて検出される機関回転数を用いても良い。

高速点での機関回転数が規定回転数以上であると判定されると、ステップＳ１６へ進み、第１クラッチ２３を接続し、内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを繋いで直結する。そして、ステップＳ１７では、内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを併用した第１高速点固定運転を行う。この第１高速点固定運転においては、内燃機関の制御としては、排気有害成分の低減を図るために、機関出力を最小限に抑えるものとしている。例えば図３に示すように、アクセル開度が０（ゼロ）を含む所定のアイドル運転条件が成立するアイドル運転時には、内燃機関の制御として周知のアイドル回転数制御が行われる。このアイドル回転数制御は、周知のように、機関回転数がアイドル回転数を維持するように、スロットル開度をフィードバック制御するものである。また、アクセル開度が０を超える値の場合には、実質的に無負荷運転であるアイドル運転時の出力ｉＬよりも僅かに高い所定の極低出力ｓＬを維持するように、燃料噴射量や吸入空気量を制御する。そして、アクセル開度に応じた要求駆動力の不足分は、モータジェネレータ１２によりアシストする形となる。つまり、要求駆動力に対し、機関出力は最小限の極低出力ｓＬとして、残りの出力をモータジェネレータ１２の駆動力により補うこととしている。

一方、ステップＳ１５において機関回転数が所定の規定回転数未満と判定されると、ステップＳ１８へ進み、第１クラッチ２３を開放し、内燃機関１１とモータジェネレータ１２とを切り離す。そして、ステップＳ１９へ進み、第２高速点固定運転を行う。この第２高速点固定運転においては、内燃機関は、上記の第１高速点固定運転と同様、その機関出力が最小限のものとなるように制御され、アクセル開度に応じた要求駆動力の全てをモータジェネレータ１２により出力する、いわゆるモータ走行を行う。

このような本実施例によれば、触媒暖機運転中に、自動変速機２１の変速比を所定の高速点に固定する高速点固定運転を行うことで、機関回転数の上昇が抑制され、機関出力を最小限に抑制することができるために、内燃機関１１から排出される排気ガスの量（ガスボリューム）そのものを抑制することができるとともに、触媒暖機運転中にも変速を行う比較例（図３参照）に比して、変速に伴う機関回転数の変動が解消され、この機関回転数の変動に伴う排気の空燃比の変動も解消されることから、触媒暖機運転中の排気有害成分の排出を著しく抑制することができる。

また、触媒暖機運転中に機関回転数が所定の規定回転数以上であるかを判定し、機関回転数が規定回転数以上と判定されると、内燃機関１１とモータジェネレータ１２との動力伝達経路を断続する第１クラッチ２３を接続して第１高速点固定運転を行い、機関回転数が所定の規定回転数未満と判定されると、第１クラッチ２３を開放して第２高速点固定運転を行う。第１高速点固定運転では、機関出力を最小限（ｉＬ，ｓＬ）に維持しつつ、車両要求出力から機関出力を減じた残りの出力をモータジェネレータ１２により出力し、第２高速点固定運転では、機関出力を最小限（ｓＬ）に維持しつつ、車両要求出力の全てをモータジェネレータ１２により出力する。これによって、車両要求出力の不足分をモータジェネレータ１２で補いつつ、機関出力を最小限に維持することで、排気有害成分の排出の抑制化と触媒昇温化を図りつつ、車両要求出力に応じた良好な車両運転性能を確保することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記の実施例では自動変速機として有段式のものを用いているが、これに代えて無段式の自動変速機を用いても良い。

本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の駆動系を簡略的に示す構成図。 本実施例の触媒暖機運転での制御の流れを示すフローチャート。 上記触媒暖機運転における機関回転数や機関出力等等の変化を示すタイミングチャート。

符号の説明

１１…内燃機関
１２…モータジェネレータ（モータ）
１３…排気通路
１４，１５…触媒コンバータ（触媒）
２０…駆動輪
２１…自動変速機
２３…第１クラッチ（クラッチ）

Claims (3)

1. 車両駆動源として内燃機関とモータとを併用し、上記モータから駆動輪への動力伝達経路に自動変速機が介装されるとともに、内燃機関の排気通路に触媒が設けられたハイブリッド車両の制御装置において、
   触媒暖機運転中に、上記自動変速機の変速比を所定の高速点に固定する高速点固定運転を行う高速点固定運転手段を有することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 上記ハイブリッド車両が、上記内燃機関とモータとの動力伝達経路を断続するクラッチを備え、
   上記高速点固定運転手段が、上記触媒暖機運転中に機関回転数が所定の規定回転数以上であるかを判定し、上記機関回転数が規定回転数以上と判定されると上記クラッチを接続して第１高速点固定運転を行い、上記機関回転数が所定の規定回転数未満と判定されると、クラッチを開放して第２高速点固定運転を行うことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 上記第１高速点固定運転では、内燃機関出力を最小限に維持しつつ、車両要求出力から機関出力を減じた残りの出力をモータにより出力し、
   上記第２高速点固定運転では、内燃機関出力を最小限に維持しつつ、車両要求出力の全てをモータにより出力することを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。

Images