JP2014084759A - 車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンおよび電気加熱式触媒（以下「ＥＨＣ」という）を備えた車両において、エンジン始動時以降の排気浄化性能を適切に担保する。
【解決手段】エンジンおよびＥＨＣを備えた車両に搭載される制御装置（以下「ＥＣＵ」という）は、エンジン始動前において、ＥＨＣ温度などに基づいてＥＨＣ通電が必要であると判定された場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、車速Ｖを検出するとともに、車速Ｖの変化率から車両加速度αを演算する（Ｓ１１、Ｓ１２）。そして、ＥＣＵは、車速Ｖおよび車両加速度αを用いてＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを決定（Ｓ１３）し、ＥＨＣ通電電力ＰｅｈｃをＥＨＣに供給する（Ｓ１４）。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に関し、特に、エンジンの排気を浄化する電気加熱式触媒を備えた車両に関する。

特開平５−３２１６４５号公報（特許文献１）には、内燃機関と、内燃機関の排気を浄化する電気加熱式触媒（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ、以下「ＥＨＣ」ともいう）とを備えた車両において、エンジン停止中にＥＨＣを加熱する必要があると判定された場合、内燃機関始動前のＥＨＣ温度に基づいてＥＨＣ温度を活性温度まで上昇させるのに必要な通電時間を算出した後にＥＨＣへの通電を開始し、ＥＨＣへの通電開始から上述の通電時間が経過したときにＥＨＣへの通電を停止する技術が開示されている。

特開平５−３２１６４５号公報 特開２０１１−１７４３９３号公報 特開２０１０−２３６５４４号公報 特開２０１０−２３７５８号公報 特開２００７−１７６３９２号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術では、ＥＨＣ温度に基づいてＥＨＣへの通電時間を決定するものに過ぎないため、ＥＨＣへの通電を開始してから内燃機関が実際に始動されるまでの車両走行パターンを考慮（予期）してＥＨＣへの通電を行なうことはできない。そのため、ＥＨＣへの通電が完了した後もしばらくの間は内燃機関が始動されず、放熱によってＥＨＣ温度が低下してしまうおそれがある。このような状態で内燃機関が始動されると、排気浄化性能を担保できない。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンおよびＥＨＣを備えた車両において、エンジン始動時以降の排気浄化性能を適切に担保することである。

この発明に係る車両は、エンジンの動力で走行可能な車両であって、エンジンの排気を浄化する電気加熱式の触媒装置と、触媒装置への通電電力を制御する制御装置とを備える。制御装置は、エンジンの始動前に触媒装置への通電を行なう場合、車速および車両加速度を用いて通電電力を変化させる。

好ましくは、制御装置は、車速が所定速度よりも高い高速域では、車速が高いほどおよび車両加速度が大きいほど通電電力を大きくする。

好ましくは、制御装置は、車速が所定速度よりも低い非高速域では、車速が低いほど通電電力を大きくする。

好ましくは、エンジンは、車両要求パワーが所定量を超えた場合または所定速度よりも高いしきい車速を車速が超えた場合に、始動される。

好ましくは、車両は、エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両である。

本発明によれば、エンジンと電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ）とを備えた車両において、エンジンの始動前にＥＨＣへの通電を行なう場合に、車速および車両加速度を用いてＥＨＣへの通電電力を決定する。これにより、ＥＨＣへの通電電力を、エンジン始動までの車両走行パターンに応じて決定することができる。そのため、エンジン始動時以降の排気浄化性能を適切に担保することができる。

車両の全体ブロック図である。 ＥＣＵの処理手順を示すフローチャートである。 車速Ｖおよび車両加速度αと、ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃとの対応関係の一例を示す図である。

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り返さない。

図１は、本実施の形態による車両１の全体ブロック図である。車両１は、エンジン１０と、第１ＭＧ（Ｍｏｔｏｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）２０と、第２ＭＧ３０と、動力分割装置４０と、減速機５０と、パワーコントロールユニット（Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下「ＰＣＵ」という）６０と、バッテリ７０と、駆動輪８０と、電子制御ユニット（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ、以下「ＥＣＵ」という）２００と、を備える。

エンジン１０は、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。第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０は、交流で駆動されるモータジェネレータである。

車両１は、エンジン１０および第２ＭＧ３０の少なくとも一方から出力される動力によって走行するハイブリッド車両である。エンジン１０が発生する駆動力は、動力分割装置４０によって２経路に分割される。すなわち、一方は減速機５０を介して駆動輪８０へ伝達される経路であり、もう一方は第１ＭＧ２０へ伝達される経路である。

動力分割装置４０は、サンギヤと、ピニオンギヤと、キャリアと、リングギヤとを含む遊星歯車から成る。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１０のクランクシャフトに連結される。サンギヤは、第１ＭＧ２０の回転軸に連結される。リングギヤは第２ＭＧ３０の回転軸および減速機５０に連結される。

ＰＣＵ６０は、ＥＣＵ２００からの制御信号によって制御される。ＰＣＵ６０は、バッテリ７０から供給された直流電力を第１ＭＧ２０および第２ＭＧ３０を駆動可能な交流電力に変換する。ＰＣＵ６０は、変換された交流電力をそれぞれ第１ＭＧ２０，第２ＭＧ３０に出力する。これにより、バッテリ７０に蓄えられた電力で第１ＭＧ２０，第２ＭＧ３０が駆動される。なお、ＰＣＵ６０は、第１ＭＧ２０，第２ＭＧ３０によって発電された交流電力を直流電力に変換し、変換された直流電力でバッテリ７０を充電することも可能である。

バッテリ７０は、第１ＭＧ２０，第２ＭＧ３０を駆動するための電力を蓄える直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等を含んで構成される二次電池から成る。バッテリ７０の出力電圧は、たとえば２００Ｖ程度の高い電圧である。なお、バッテリ７０に代えて、大容量のキャパシタも採用可能である。

さらに、車両１は、排気通路１３０を備える。エンジン１０から排出される排気ガスは、排気通路１３０を通って大気に排出される。

排気通路１３０の途中には、電気加熱式触媒（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｈｅａｔｅｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ、以下「ＥＨＣ」という）１４０が設けられる。ＥＨＣ１４０は、電気ヒータによって触媒を電気的に加熱可能に構成された触媒装置である。

ＥＨＣ１４０は、切替装置１００を介してＰＣＵ６０に接続される。切替装置１００は、ＥＣＵ２００からの制御信号に基づいてＥＨＣ１４０とＰＣＵ６０とを電気的に接続したり遮断したりするリレーを備える。ＥＨＣ１４０とＰＣＵ６０とが電気的に接続された状態（切替装置１００に備えられるリレーが閉じた状態）において、ＰＣＵ６０からの直流電力がＥＨＣ１４０に供給されると、ＥＨＣ１４０が加熱される。以下、ＰＣＵ６０からの直流電力をＥＨＣ１４０に供給することを「ＥＨＣ通電」と称し、ＰＣＵ６０からＥＨＣ１４０に供給される電力（単位：ワット）を「ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃ」とも称する。ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃは、ＥＣＵ２００がＰＣＵ６０を制御することによって調整される。

車両１は、ハイブリッド車両であるとともに、車両外部に設けられた外部電源１９（家庭用電源など）からの電力でバッテリ７０を充電する「外部充電」が可能な車両でもある。すなわち、車両１は、いわゆるプラグインハイブリッド車両である。なお、車両１０は、必ずしもプラグインハイブリッド車両であることに限定されず、通常のハイブリッド車両であってもよい。

車両１は、外部充電を行なうためのコネクタ１３および充電器１１を備える。コネクタ１３は、外部電源１９からのコネクタ１５と接続可能に構成される。充電器１１は、ＥＣＵ２００からの制御信号に基づいて、外部電源１９からの電力を直流に変換してバッテリ７０へ出力する。

さらに、車両１は、車速センサ２、レゾルバ３，４、エンジン回転速度センサ５、監視センサ６を備える。車速センサ２は、ドライブシャフトの回転速度を車速Ｖとして検出する。レゾルバ３は、第１ＭＧ２０の回転速度Ｎｍ１を検出する。レゾルバ４は、第２ＭＧ３０の回転速度Ｎｍ２を検出する。エンジン回転速度センサ５は、エンジン回転速度Ｎｅを検出する。監視センサ６は、バッテリ７０の状態（電圧、電流、温度など）を検出する。これらの各センサは、検出結果をＥＣＵ２００に出力する。なお、バッテリ７０の蓄電量（以下「ＳＯＣ」（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）ともいう）は、監視センサ６の検出結果に基づきＥＣＵ２００によって算出される。

ＥＣＵ２００は、図示しないＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）およびメモリを内蔵し、当該メモリに記憶された情報に基づいて、所定の演算処理を実行し、その結果で車両１の各機器を制御する。

ＥＣＵ２００は、車両１の走行状態に基づいて、エンジン１０を停止して第２ＭＧ３０の動力で車両１を走行させる「ＥＶ走行」と、エンジン１０を作動してエンジン１０および第２ＭＧ３０の双方の動力で車両１を走行させる「ＨＶ走行」とを選択的に切り替える。車両１において、停止中のエンジン１０が始動される主な要因は、以下の要因１〜５である。
（要因１） ユーザからの要求パワーが所定パワーを超えている。
（要因２） 車速Ｖがしきい車速（たとえば１００ｋｍ／ｈ）を超えている。
（要因３） 暖房要求がある。
（要因４） ＳＯＣの低下に応じてバッテリ７０を充電する必要がある。
（要因５） ＯＤＢ（Ｏｎ Ｂｏａｒｄ Ｄｉａｇｎｏｓｉｓ）などからの要求がある。

以上のような構成を備えた車両１において、ＥＣＵ２００は、エンジン１０の始動前に、ＥＨＣ温度あるいはＳＯＣに基づいてＥＨＣ１４０を加熱する必要があるか否かを判定する。そして、ＥＨＣ１４０を加熱する必要があると判定された場合、ＥＨＣ通電を行なう。

しかしながら、ＥＨＣ温度やＳＯＣからは、ＥＨＣ通電開始後の車両走行パターン（エンジン始動タイミング）を予期することができない。そのため、ＥＨＣ通電完了後もしばらくの間はエンジン１０が始動されず、放熱によってＥＨＣ温度が活性温度未満に低下してしまうおそれがある。このような状態でエンジン１０が始動されると、排気浄化性能を担保できずエミンションが悪化するおそれがある。また、このエミッション悪化を防止するためにＥＨＣ通電を再び行なうと、最初のＥＨＣ通電に消費された電力は無駄になり、燃費の悪化につながるおそれがある。

そこで、本実施の形態によるＥＣＵ２００は、エンジン１０の始動前にＥＨＣ通電を行なう場合に、次のエンジン始動タイミングを推定しながら効率よくＥＨＣ通電を行なう。

図２は、ＥＨＣ通電を行なう際のＥＣＵ２００の処理手順を示すフローチャートである。図２のフローチャートは、エンジン１０の始動前（停止中）において所定周期で繰り返し実行される。

Ｓ１０にて、ＥＣＵ２００は、ＥＨＣ温度あるいはＳＯＣに基づいて、ＥＨＣ通電が必要であるか否かを判定する。ＥＨＣ通電が必要でない場合（Ｓ１０にてＮＯ）、処理は終了される。

ＥＨＣ通電が必要である場合（Ｓ１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、Ｓ１１にて車速Ｖを検出し、続くＳ１２にて車速Ｖの変化率から車両加速度αを演算する。

Ｓ１３にて、ＥＣＵ２００は、車速Ｖおよび車両加速度αを用いて、ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを決定する。

以下、ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃの決定手法について説明する。なお、以下に説明するＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃの決定手法はあくまで一例であって、これに限定されるものではない。

車両１において、停止中のエンジン１０が始動される主な要因は、上述した要因１〜５である。これらの要因のうち、要因１および要因２によってエンジン１０が始動されるタイミングは、車両走行パターン（より具体的には車速Ｖおよび車両加速度α）によってある程度予測することが可能である。

要因１によるエンジン始動タイミング（ユーザからの要求パワーが所定パワーを超えるタイミング）は、車速Ｖに依存する。すなわち、中速域や高速域での定常走行中は、ユーザが大きなパワーを瞬時に要求する可能性は比較的低いため、要求パワーが所定パワーを超えるまでには比較的長い時間を要すると予測される。一方、停止中や低速域での走行中は、ユーザが車両１を加速させるために大きなパワーを瞬間に要求する可能性が比較的高いため、比較的速いタイミングで要求パワーが所定パワーを超えると予測される。そのため、車速Ｖを用いてエンジン始動タイミングを予測し、予測されたエンジン始動タイミングまでにＥＨＣ温度を活性温度以上に上昇させるようにＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを決定すればよい。たとえば、比較的速いタイミングでエンジンが始動されると予測される低速域では、比較的遅いタイミングでエンジンが始動されると予測される中速域や高速域よりも、早期にＥＨＣ温度を活性温度以上に上昇させるためにＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを大きい値に設定するようにしてもよい。

また、要因２によるエンジン始動タイミング（車速Ｖがしきい車速を超えるタイミング）は、現在の車速Ｖとおよび車両加速度αから予測可能である。そのため、車速Ｖがしきい車速に近い領域では、現状の車速Ｖおよび車両加速度αからエンジン始動タイミングを予測し、予測されたエンジン始動タイミングまでにＥＨＣ温度を活性温度以上に上昇させるようにＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを決定すればよい。

図３は、車速Ｖおよび車両加速度αと、ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃとの対応関係の一例を示すマップである。ＥＣＵ２００は、図３に示すマップを参照して、現在の車速Ｖおよび車両加速度αに対応するＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを決定する。なお、図３に示す対応関係はあくまで一例であってこれに限定されるものではない。

車速Ｖが所定車速Ｖ１未満である非高速域（低速域および中速域）では、車速Ｖが低いほどＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃは大きい値に設定される。すなわち、非高速域では、車速Ｖが低いほど要求パワーが所定パワーを超えるまでの時間（要因１によってエンジン１０が始動されるまでの時間）が短いと想定される。そのため、非高速域では、車速Ｖが低いほどＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃが大きい値に設定されている。

一方、車速Ｖが所定車速Ｖ１以上である高速域では、車速Ｖが大きいほどおよび車両加速度αが大きいほど、ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃは大きい値に設定される。すなわち、高速域では、現在の車速Ｖがしきい車速にかなり近く、現在の車速Ｖが高いほどかつ車両加速度αが高いほど車速Ｖがしきい車速を超えるまでの時間（要因２によってエンジンが始動されるまでの時間）が短いと想定される。そのため、高速域では、車速Ｖが高いほどかつ車両加速度αが高いほどＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃが大きい値に設定される。なお、図３には、車両加速度α＝α０，α１，α２，α３（α０＜α１＜α２＜α３）の場合のＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃの値が例示されている。

このようにＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを決定することにより、エンジン始動時のＥＨＣ温度を活性温度以上に上昇させておくことができ、エンジン始動時以降の排気浄化性能を適切に担保することができる。また、ＥＨＣ通電完了後に再びＥＨＣ通電を行なう必要がなくなるため、最初のＥＨＣ消費電力が無駄になるという問題も解消される。

図２に戻って、ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃが決定されると、ＥＣＵ２００は、Ｓ１４にて切替装置１００のリレーを閉じてＰＣＵ６０とＥＨＣ１４０とを電気的に接続させるとともに、Ｓ１３の処理で算出したＥＨＣ通電電力ＰｅｈｃがＥＨＣに供給されるようにＰＣＵ６０を制御する。

Ｓ１５にて、ＥＣＵ２００は、ＥＨＣ通電終了条件が成立したか否かを判定する。ＥＨＣ通電終了条件は、たとえば、エンジン１０が実際に始動されたという条件にしてもよい。ＥＨＣ通電終了条件が成立していない場合（Ｓ１５にてＮＯ）、ＥＣＵ２００は、処理をＳ１１に戻す。

ＥＨＣ通電終了条件が成立した場合（Ｓ１５にてＹＥＳ）、ＥＣＵ２００は、処理をＳ１６に移し、切替装置１００のリレーを開いてＥＨＣ通電を終了させる。

以上のように、本実施の形態によるＥＣＵ２００は、エンジン１０の始動前にＥＨＣ通電を行なう際に、車速Ｖおよび車両加速度αを用いてＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを決定する。これにより、ＥＨＣ通電電力Ｐｅｈｃを、次のエンジン始動までの車両走行パターンに応じて決定することができる。そのため、エンジン始動時以降の排気浄化性能を適切に担保することができる。

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て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。

１ 車両、２ 車速センサ、３，４ レゾルバ、５ エンジン回転速度センサ、１０ エンジン、１１ 充電器、１３，１５ コネクタ、１９ 外部電源、２０ 第１ＭＧ、３０ 第２ＭＧ、４０ 動力分割装置、５０ 減速機、７０ バッテリ、８０ 駆動輪、１００ 切替装置、１３０ 排気通路、１４０ ＥＨＣ。

Claims (5)

1. エンジンの動力で走行可能な車両であって、
   前記エンジンの排気を浄化する電気加熱式の触媒装置と、
   前記触媒装置への通電電力を制御する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記エンジンの始動前に前記触媒装置への通電を行なう場合、車速および車両加速度を用いて前記通電電力を決定する、車両。
2. 前記制御装置は、前記車速が所定速度よりも高い高速域では、前記車速が高いほどおよび前記車両加速度が大きいほど前記通電電力を大きくする、請求項１に記載の車両。
3. 前記制御装置は、前記車速が前記所定速度よりも低い非高速域では、前記車速が低いほど前記通電電力を大きくする、請求項２に記載の車両。
4. 前記エンジンは、車両要求パワーが所定量を超えた場合または前記所定速度よりも高いしきい車速を前記車速が超えた場合に、始動される、請求項２または３に記載の車両。
5. 前記車両は、前記エンジンおよびモータの少なくともいずれかの動力で走行するハイブリッド車両である、請求項１に記載の車両。

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