JP2010006087A

JP2010006087A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2010006087A
Application number: JP2008163933A
Authority: JP
Inventors: Kuniaki Niimi; 国明新美
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2008-06-24
Filing date: 2008-06-24
Publication date: 2010-01-14

Abstract

【課題】エンジンを長時間作動させない状態で車両を走行させた場合であっても蒸発燃料の大気への放出量を減少させたハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両１０は、車輪１８に駆動力を伝達する駆動ミッション１７に接続されたモータ１４と、エンジン１２及び発電機１３と、モータ１４に電力を供給する二次電池１６と、発電機によって発電された電力を二次電池１６に充電させると共に、外部の商用電源から交流プラグ１５を介して供給された電力により二次電池１６を充電するインバータ１１と、燃料タンク３２内の液相のガソリンをエンジン１２に供給する燃料供給路と、蒸発により気相となった蒸発燃料を一時吸着するキャニスタ３２と、外部電源で蒸発燃料を液化する蒸発燃料処理器３３と、液相となったガソリンを燃料タンクに戻す流路と、ハイブリッド車両を制御する制御装置２１と、を有している。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関であるエンジンとバッテリに充電された電力により作動するモータとを備え、外部電源によりバッテリを充電することのできるハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両では、モータは車両に搭載されているバッテリから電力の供給を受け、バッテリを充電する発電機と、発電機による発電を行うと共に直接車両を駆動する内燃機関と、を搭載する。このような構成により、ハイブリッド車両は、内燃機関では駆動効率の悪い低速領域においてモータ駆動による電気自動車として作動させ、内燃機関の駆動効率の良い高速領域では内燃機関による駆動とし、必要に応じてバッテリの充電等を行っている。

近年、環境問題の意識の高まりと、内燃機関を作動させるために必要なコストに比べて外部電力による充電コストが低いという経済的な理由と、によりハイブリッド車両のバッテリの容量を拡大しようとする動きがある。このように、従来より容量の大きいバッテリを搭載して外部充電器によるバッテリの充電を頻繁に行うことにより、内燃機関の作動頻度を低下させることが行われるようになった。

また、ハイブリッド車両に限らず、ガソリン等の高揮発性油を燃料として用いる内燃機関においては、燃料タンク内で蒸発したべーパ（蒸発燃料）が大気に放出されることを防止するものが知られている。これは、燃料タンク内で発生した蒸発燃料をキャニスタにより一時吸着し、吸着した蒸発燃料を所定の運転条件でパージ（脱離）させてパージ用空気と混合させたパージ混合気を、内燃機関の吸気側へ供給することにより、大気に放出する替わりに燃焼用として利用するものである。

例えば、特許文献１に示されているハイブリッド車両には、図３に示す燃料べーパ抑止装置が設けられている。図３の燃料べーパ抑止装置１００は、燃料タンク側と大気側とに接続されているチャコールキャニスタ１０４と、キャニスタパージ用ＶＳＶ（Vacume Switching Valve）１０２と、チェックバルブ１０８と、を有し、チャコールキャニスタ１０４等はスロットルバルブ１０５に接続されている。

図３のスロットルバルブ１０５の吸入上流には、パージポート１０６が設けられており、パージポート１０６はチェックバルブ１０８を介してチャコールキャニスタ１０４と連通している。同様にしてスロットルバルブ１０５の吸入下流には、パージポート１０７が設けられており、このパージポート１０７は、キャニスタパージ用ＶＳＶ１０２を介してチャコールキャニスタ１０４に連通している。

次に、動作について示す。活性炭が充填されたチャコールキャニスタ１０４が燃料タンクからの蒸発燃料を吸着する。チャコールキャニスタ１０４には、その重量Ｗを検出するためのロードセル１０３が設けられており、ロードセル１０３の出力は制御装置１０１に接続され、チャコールキャニスタ１０４の重量Ｗの情報は制御装置１０１に伝達される。

次に、制御装置１０１は、重量Ｗが所定の値を超え、車速が所定速度以上である場合にエンジンを始動する。制御装置１０１は、信号のディーティ比によりキャニスタパージ用ＶＳＶ１０２の開弁量を制御し、吸入下流の負圧により大気側よりチャコールキャニスタ１０４へ空気を流入させ、チャコールキャニスタ１０４の蒸発燃料を放出させてスロットルバルブ１０５へ供給する。

また、スロットルバルブ１０５が開くことにより吸入上流の負圧が増加し、チェックバルブ１０８は、連通間の圧力差が所定の圧力になると開き、チャコールキャニスタ１０４からスロットルバルブ１０５へ蒸発燃料が流入することにより、蒸発燃料を燃焼用として消費させる。

特開平６−２３３４１０号公報

上述した特許文献１に記載されたハイブリッド車両では、キャニスタ内の蒸発燃料が所定量を超えるとエンジンを始動して蒸発燃料を消費させている。これに対して、外部電源で頻繁にバッテリの充電を行うハイブリッド車両では、走行中エンジン稼働機会が少なくキャニスタのパージ機会も少ないことから、バッテリ走行中において積極的にキャニスタのパージのためにエンジン駆動をすると燃料の無駄使いとなり、燃費の悪化となる。

また、バッテリ走行中に電気エネルギーにてキャニスタの蒸発燃料を液化すると、走行距離を短くすることになる。さらに、走行中はエンジン駆動及び路面温度の影響によりエンジンルーム内の温度が高くなり、このような状況下でキャニスタのパージを行うことはエネルギー損失となるという問題があった。

そこで、本発明では、エンジンを長時間作動させない状態で車両を走行させた場合であっても、蒸発燃料の大気への放出量を減少させたハイブリッド車両を提供することを目的とする。

以上のような目的を達成するために、本発明に係るハイブリッド車両は、外部電源により充電可能なバッテリと、該バッテリの電力で駆動されるモータと、該バッテリを充電可能な内燃機関と、内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段から発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、を有するハイブリッド車両において、キャニスタが吸着した蒸発燃料量を検出する燃料検出手段と、キャニスタ近傍の雰囲気である温度と気圧とを推定する雰囲気推定手段と、キャニスタが吸着した蒸発燃料を放出させて液化する液化手段と、検出された蒸発燃料量と雰囲気推定手段からの情報とに基づいて、蒸発燃料の液化を開始するタイミングを決定するタイミング決定手段と、を備え、該決定されたタイミングに基づいて充電に用いる外部電源により蒸発燃料を液化することを特徴とする。

また、本発明に係るハイブリッド車両において、キャニスタが吸着した蒸発燃料を放出させて液化する液化手段は、キャニスタから放出された蒸気燃料を冷却して凝縮により液化し、燃料供給手段へ戻すことを特徴とする。

また、本発明に係るハイブリッド車両において、キャニスタが吸着した蒸発燃料を放出させて液化する液化手段は、さらに加圧ポンプを有し、加圧ポンプにより蒸発燃料を加圧後、急激に減圧することで蒸発燃料を液化させて燃料供給手段へ戻すことを特徴とする。

さらに、本発明に係るハイブリッド車両において、タイミング決定手段は、ハイブリッド車両の運行状況と外部電源による充電開始及び充電終了との状況とに応じて蒸発燃料の液化させる開始タイミング及び終了タイミングを決定することを特徴とする。

本発明によると、外部電源で頻繁にバッテリの充電を行うハイブリッド車両において、、走行中エンジン稼働機会が少なくキャニスタのパージ機会も少ない状況であっても、外部電源充填中に、効率よくキャニスタのパージが可能となるという効果がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態（以下実施形態という）を、図面に従って説明する。

図１には、ハイブリッド車両１０の構成が示されている。ハイブリッド車両１０は、大きく分けて駆動系と、電力系と、燃料系と、ハイブリッド車両を制御する制御装置２１と、を有している。駆動系は、車輪１８に駆動力を伝達する駆動ミッション１７に接続されたモータ１４と、エンジン１２及び発電機１３と、を含んでいる。また、電力系は、モータ１４に電力を供給する二次電池１６と、発電機によって発電された電力を二次電池１６に充電させると共に、外部の商用電源から交流プラグ１５を介して供給された電力により二次電池１６を充電すると共に蒸発燃料処理器３３に電力を供給するインバータ１１と、を含んでいる。

燃料系は、燃料タンク３１内の液相のガソリンをエンジン１２に供給する燃料供給路と、蒸発により気相となった蒸発燃料を一時吸着するキャニスタ３２と、エンジンが停止している場合に、外部電源で蒸発燃料を液化する蒸発燃料処理器３３と、液相となったガソリンを燃料タンク３１に戻す流路を含んでいる。なお、図１には、キャニスタ３２で吸着した蒸発燃料をエンジンが作動している場合にはエンジンへ供給可能とするため、エンジンへの供給流路も備えている。

図２には、蒸発燃料を液化する蒸発燃料液化処理の流れを示している。この処理の特徴は、燃料エネルギーや充電エネルギーを無駄にせず、ハイブリッド車両の走行距離の減少を回避することである。具体的には、次に示す動作を可能とし、（１）エンジンによる走行中に蒸発燃料を消費する、好ましくは、（２）外部電源による充電中にキャニスタを冷却、凝縮して蒸発燃料を液化する、より好ましくは、（３）外部電源による充電中にキャニスタの蒸発燃料を加圧・冷却、凝縮して蒸発燃料を液化する、ことである。

図２の蒸発燃料液化処理は車両が稼働中、繰り返し実行されており、最初に液化を開始するタイミングを算出するために必要な情報の取得を開始する。制御装置２１はステップＳ１０において、アンテナ２２を用いた無線通信により現在位置情報、標高情報等を入手する。次に、制御装置２１は、ステップＳ１２において、車両に搭載されたセンサ及び、無線通信を用いて気象情報等から気温・気圧推移等の情報を入手する。これは、温度が高いほど、気圧が低いほど、キャニスタに吸着した蒸発燃料は脱離し、大気に放出されやすいため、温度・気圧情報が重要となるからである。

次に、キャニスタに設けられた蒸発燃料の濃度センサからキャニスタ内の蒸発燃料量を算出すると共に、取得した温度や気圧情報から、少ないエネルギーで蒸発燃料の液化を開始する開始時刻と終了時刻等の複数パラメータからパージを実行する最適なパラメータを算出し、パージ実行しきい値として設定する（ステップＳ１４）。

ステップＳ１６において、取得したキャニスタ内の蒸発燃料量と、最適なパラメータ値をしきい値を超えたかどうかを確認する。もし、パージしきい値の各種パラメータにより液化を開始すべきであると判断した場合、パージを行うべく次の処理に移る。ステップＳ１８において、外部電源から電力が供給され、充電中であるかを確認する。もし、充電中であれば、ステップＳ２０において、ユーザ充電時間帯学習のサブルーチンを実行する。

ステップＳ２０のユーザ充電時間帯学習サブルーチンは、ハイブリッド車両の使用開始から使用終了、充電プラグ接続から接続解除、燃料給油タイミングなどの個々の時間情報を記憶するものである。このサブルーチンは、例えば、月曜から金曜の通勤走行や、土曜日曜の休日走行などきめ細かいイベントを記憶し、エンジン駆動履歴と無線により入手した気象情報（充電時間帯に外気温推移情報）より、上記の充電時間帯の温度推移によりエンジンルーム内温度が最も低下する時間に実行する。

このようなユーザ充電時間学習により、ステップＳ１４で算出した最適なパラメータを選択することが可能となる。次に、ステップＳ２２において、このパラメータに基づいて該当時間となった場合には、ステップＳ２４の所定時間パージ実行することになる。この場合図１のインバータ１１に供給されている外部電源により、図１の蒸発燃料処理器３３が駆動されることになり、二次電池１６に充電した電力を用いることなしに蒸発燃料の液化が行われる。

本実施形態において、２種類の蒸発燃料処理器３３を組み込んだ車両を準備した。第１の車両は、エンジンルームに蒸発燃料処理器３３を配置する十分なスペースが取れないことから、燃料タンク３１にキャニスタ３２と冷却素子（例えばペルチェ素子）を内蔵した蒸発燃料処理器３３とを組み込み、蒸発燃料の液化をもっぱらペルチェ素子の冷却による凝縮作用で処理させる構成とした。

第２の車両は、比較的搭載スペースの余裕がある車両を用いたことから、キャニスタに吸着された蒸発燃料を加圧するコンプレッサ（図示せず）と、加圧により温度上昇した蒸発燃料を冷却する冷却器と、加圧された蒸発燃料を略大気圧に急激に噴出させるリザーバ（図示せず）と、を備えた蒸発燃料処理器３３とした。加圧された蒸発燃料が噴出すると、ジュール・トムソン効果により急激に熱が奪われて蒸発燃料が冷却され、蒸発燃料が凝縮して液化される。

なお、本実施形態では、第１の車両の液化能力より、第２の車両の液化能力が高く、蒸発燃料の液化を外部電力で処理する場合、第２の車両の処理時間が第１の車両の処理時間より短く、効率もよいことが判明した。さらに、本実施形態において、外部電源が供給されない場合やエンジン稼働中では、図１のキャニスタ３２からの蒸発燃料を蒸発燃料処理器３３からエンジン１２へ供給し、エンジン駆動用の燃料として使用することもできる。

以上、上述したように、外部電源で頻繁にバッテリの充電を行うハイブリッド車両において、走行中エンジン稼働機会が少なくキャニスタのパージ機会も少ない状況であっても、外部電源充填中に、効率よくキャニスタのパージが可能となる。なお、本実施形態では、無線により気象情報等を入手したが、これに限定するものではなく、有線通信、電灯線通信等の手段により情報を入手してもよく、ハイブリッド車両からキャニスタのパージ状況等の情報を所有者に送信してもよい。

本発明に係るハイブリッド車両の構成を示す構成図である。本発明に係る蒸発燃料を液化する処理の流れを示すフローチャート図である。従来のハイブリッド車両に搭載されている燃料べーパ抑止装置を説明する説明図である。

符号の説明

１０ハイブリッド車両、１１インバータ、１２エンジン、１３発電機、１４モータ、１５交流プラグ、１６二次電池、１７駆動ミッション、１８車輪、２１制御装置、２２アンテナ、３１燃料タンク、３２キャニスタ、３３蒸発燃料処理器、１００燃料べーパ抑止装置、１０１制御装置、１０２キャニスタパージ用ＶＳＶ、１０３ロードセル、１０４チャコールキャニスタ、１０５スロットルバルブ、１０６，１０７パージポート、１０８チェックバルブ。

Claims

外部電源により充電可能なバッテリと、該バッテリの電力で駆動されるモータと、該バッテリを充電可能な内燃機関と、内燃機関に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段から発生した蒸発燃料を吸着するキャニスタと、を有するハイブリッド車両において、
キャニスタが吸着した蒸発燃料量を検出する燃料検出手段と、
キャニスタ近傍の雰囲気である温度と気圧とを推定する雰囲気推定手段と、
キャニスタが吸着した蒸発燃料を放出させて液化する液化手段と、
検出された蒸発燃料量と雰囲気推定手段からの情報とに基づいて、蒸発燃料の液化を開始するタイミングを決定するタイミング決定手段と、
を備え、
該決定されたタイミングに基づいて充電に用いる外部電源により蒸発燃料を液化することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１に記載のハイブリッド車両において、
キャニスタが吸着した蒸発燃料を放出させて液化する液化手段は、キャニスタから放出された蒸気燃料を冷却して凝縮により液化し、燃料供給手段へ戻すことを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１又は２に記載のハイブリッド車両において、
キャニスタが吸着した蒸発燃料を放出させて液化する液化手段は、さらに加圧ポンプを有し、加圧ポンプにより蒸発燃料を加圧後、急激に減圧することで蒸発燃料を液化させて燃料供給手段へ戻すことを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１に記載のハイブリッド車両において、
タイミング決定手段は、ハイブリッド車両の運行状況と外部電源による充電開始及び充電終了との状況とに応じて蒸発燃料の液化させる開始タイミング及び終了タイミングを決定することを特徴とするハイブリッド車両。