JP2023032385A - ハイブリッド車両の暖機制御方法および暖機制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において発電用モータジェネレータ１を駆動する内燃機関２の冷機時に、燃料消費悪化を回避しつつ短い暖機運転時間で効率良く触媒暖機運転を行う。【解決手段】コントローラ８は、内燃機関２の冷機時に、電力要求によらずに所定の触媒暖機完了状態となるまで暖機運転を実行する。コントローラ８は、触媒暖機完了状態に達したときにバッテリ５のＳＯＣが所定の上限ＳＯＣに到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせを求め、これらの出力と燃焼タイミングとを目標出力および目標燃焼タイミングとして暖機運転を行う。【選択図】図１

Description

この発明は、ハイブリッド車両において発電機を駆動する内燃機関の冷機時に、燃料消費悪化を抑制しつつ短い暖機運転時間で効率良く触媒暖機運転を行う暖機制御に関する。

ハイブリッド車両において発電機を駆動する内燃機関は、基本的には、電力要求に応じて始動・停止が繰り返される。しかし、内燃機関の触媒が暖まっていない冷機状態で始動・停止を行うと、エミッションの増加が生じる。そのため、内燃機関の冷機時に、電力要求とは無関係に所定の暖機完了状態（例えば所定の冷却水温に到達）に達するまで暖機運転を行うことが知られている。

特許文献１には、バッテリの充電制御で維持すべき目標ＳＯＣを、内燃機関の冷却水温が低いときに高く補正し、現在のＳＯＣと目標ＳＯＣとの比較に基づく内燃機関を用いた発電つまり内燃機関の暖機運転が結果的に促されるようにした発明が開示されている。

特開２０００－４０５３２号公報

ハイブリッド車両における内燃機関の暖機運転は、速やかな温度上昇を図るために、一般に、比較的高い負荷で運転することが望ましい、とこれまで考えられてきた。

しかしながら、暖機運転中にバッテリの充電状態（以下、ＳＯＣ）が所定の上限ＳＯＣに達すると、それ以上の充電ができないことから、内燃機関は、暖機運転の途中から無負荷アイドル運転とならざるを得ない。この無負荷アイドル運転では、発熱量が少なくなり、結果的に暖機完了状態に達するまでに長時間を要する。

つまり、比較的高い負荷で暖機運転を行うと、却って触媒暖機完了が遅くなることがある。

また、排気温度上昇のために点火時期をリタードすることも知られているが、過度に点火時期をリタードすると、燃料消費が悪化し、好ましくない。

この発明は、燃料消費悪化を抑制しつつ暖機運転中に上限ＳＯＣに達することがない効率的な暖機制御を提供することを目的としている。

この発明のハイブリッド車両の暖機制御は、発電機を駆動する内燃機関を、電力要求に応じて始動・停止する一方、内燃機関の冷機時に、所定の触媒暖機完了状態となるまで暖機運転を実行するものにおいて、
上記触媒暖機完了状態に達したときにバッテリの充電状態が所定の上限充電状態に到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関の出力と燃焼タイミングとの組み合わせを求め、
これらの出力と燃焼タイミングとを目標出力および目標燃焼タイミングとして暖機運転を行う。

この発明によれば、第１の制約と第２の制約とを同時に満たす内燃機関の出力と燃焼タイミングとの組み合わせの下で暖機運転を行うことにより、燃料消費悪化を最小としつつ上限ＳＯＣに到達しないようにして、結果的に短い時間で効率よく触媒暖機を完了することができる。

この発明に係る暖機制御が適用されるシリーズハイブリッド車両の構成説明図。 第１実施例の暖機制御の処理の流れを示すフローチャート。 ＳＯＣ余裕代プロファイルを示す特性図。 発電可能エネルギ量プロファイルを示す特性図。 発電可能出力プロファイルを示す特性図。 触媒暖機時間プロファイルを示す特性図。 暖機中発電量プロファイルを示す特性図。 燃費プロファイルを示す特性図。 燃焼タイミングプロファイルを示す特性図。 燃料消費量増加プロファイルを示す特性図。 第２実施例の暖機制御の処理の流れを示すフローチャート。 第２実施例が対象とするＳＯＣの変化の例を示すタイムチャート。 第２実施例におけるＳＯＣ余裕代プロファイルを示す特性図。 第２実施例における発電可能エネルギ量プロファイルを示す特性図。 第２実施例における発電可能出力プロファイルを示す特性図。 第３実施例の暖機制御の処理の流れを示すフローチャート。 第３実施例における発電可能出力プロファイルを示す特性図。 第３実施例における燃焼タイミングプロファイルを示す特性図。 第３実施例における燃料消費量増加プロファイルを示す特性図。

以下、この発明をハイブリッド車両としてシリーズハイブリッド車両に適用した一実施例について説明する。

図１は、一実施例のシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ１と、この発電用モータジェネレータ１を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関２と、主にモータとして動作して駆動輪３を駆動する走行用モータジェネレータ４と、発電した電力を一時的に蓄えるバッテリ５と、バッテリ５とモータジェネレータ１，４との間で電力変換を行うインバータ装置６と、を備えて構成されている。内燃機関２が発電用モータジェネレータ１を駆動することによって得られた電力は、インバータ装置６を介してバッテリ５に蓄えられる。走行用モータジェネレータ４は、バッテリ５の電力を用いてインバータ装置６を介して駆動制御される。走行用モータジェネレータ４の回生時の電力は、やはりインバータ装置６を介してバッテリ５に蓄えられる。なお、インバータ装置６は、発電用モータジェネレータ１用のインバータと走行用モータジェネレータ４用のインバータとを含んで構成されている。

インバータ装置６は、車両の走行制御を司る車両側コントローラ７によって制御される。つまり、車両側コントローラ７によるインバータ装置６の制御を介してモータジェネレータ１，４の動作が制御される。車両側コントローラ７には、車両のアクセルペダル開度や車速、ブレーキ操作量等の信号が入力され、かつバッテリ５の充電状態（いわゆるＳＯＣ）を示す信号が入力されている。なお、充電状態（ＳＯＣ）は、バッテリ５の端子電圧等に基づいて検出される。

また、内燃機関２は、エンジンコントローラ８によって制御される。このエンジンコントローラ８と車両側コントローラ７とは車両内ネットワーク１０を介して接続されており、互いに信号の授受を行っている。発電用モータジェネレータ１を駆動する内燃機関２は、このエンジンコントローラ８を介して、バッテリ５の充電状態（ＳＯＣ）等を含む車両側からの電力要求に応じて間欠的に運転される。つまり、車両のアクセルペダル開度や車速等に応じて車両側コントローラ７からエンジンコントローラ８が電力要求を受けると、その電力要求に応じて内燃機関２が始動され、発電が行われる。ＳＯＣが所定の上限ＳＯＣに達すると、内燃機関２は停止する。従って、内燃機関２は、車両の運転中、始動・停止を繰り返す形となる。内燃機関２の運転に際しては、通常は、最良燃費点付近の特定の運転領域内で内燃機関２の運転がなされるように、内燃機関２の負荷および回転速度が制御される。エンジンコントローラ８には、内燃機関２の制御のために一般的に必要な種々のセンサ類が接続されている。

内燃機関２は、排気浄化のために三元触媒等からなる図示しない触媒装置を具備しており、温度センサを用いた直接的なベッド温度の検出もしくは排気ガス温度等を用いた推定によって触媒温度が求められる。触媒を活性温度として排気浄化性能を確保するために、内燃機関２の暖機運転が行われる。なお、車両側コントローラ７とエンジンコントローラ８とが一つのコントローラとして統合された構成であってもよい。

また、このハイブリッド車両は、ＧＰＳを用いたいわゆるカーナビゲーションシステム９を具備しており、目的地を設定した場合には、その経路に関する情報が車両側コントローラ７やエンジンコントローラ８に与えられる。

図２は、エンジンコントローラ８において実行される第１実施例の暖機制御の処理の流れを示すフローチャートである。以下、図３～図１０を併せて参照しつつ図２に示す第１実施例の暖機制御を説明する。

図２に示す暖機制御（暖機運転モードでの運転）は、内燃機関２の冷機時に電力要求とは無関係に実行されるものであり、例えば、内燃機関２が冷機状態にあって最初に電力要求に基づき内燃機関２が始動されたとき、あるいは内燃機関２が冷機状態にあって車両がキーオンされたとき、などに開始される。つまり、触媒温度が低い状態のまま始動・停止が繰り返されることがないように、強制的な触媒暖機を行うものである。

最初のステップ１では、バッテリ５の上限ＳＯＣを設定する（例えば８０％程度に設定される）。次に、ステップ２において暖機運転を行っている車両走行中に想定される電力収支（換言すれば走行条件）を設定する。ここでは、内燃機関２による発電は考慮せず、走行によるバッテリ電力の消費から回生によるバッテリ電力の増加を差し引いたものとなる。一実施例では、ＷＬＴＣのような標準的な走行モードを想定し、その平均的な電力収支を求める。また、この電力収支は、暖機運転時間〔秒〕をパラメータとして与えられる。図３の線Ｌ１は、横軸の暖機運転時間に対して変化する電力収支を表している。なお、説明の都合上、暖機運転時間として代表点となる時間ｔ１，ｔ２，ｔ３を示しているが、電力収支は、暖機運転時間をパラメータとする多数の値を含むプロファイルとなる。線Ｌ１は、直線状に単純化しているが、ＷＬＴＣのような走行モードをより細かく反映させる場合には、線Ｌ１は折れ線状のプロファイルとなる。

次にステップ３において、現時点のＳＯＣの値を求める。図３のＳＯＣ０が現時点のＳＯＣの値を示す。

ステップ４において、図３に示すような暖機運転時間とＳＯＣ余裕代との関係を示すＳＯＣ余裕代プロファイルを求める。上限ＳＯＣと現時点のＳＯＣとの差分（図３のΔＳＯＣ４）は暖機運転時間に拘わらず一定である。一方、図３のΔＳＯＣ１，ΔＳＯＣ２，ΔＳＯＣ３は、上述したステップ２の電力収支に相当する暖機運転時間ｔ１，ｔ２，ｔ３の各々に対応するＳＯＣ低下量である。基本的に走行中は回生量よりも電力消費の方が大であるので、暖機運転時間が長いほどＳＯＣ低下量が大となる。走行中のＳＯＣ低下量（ΔＳＯＣ１，ΔＳＯＣ２，ΔＳＯＣ３）と上限ＳＯＣまでの差分ΔＳＯＣ４との和が、各々の暖機運転時間の下で上限ＳＯＣに達することとなるＳＯＣ余裕代となる。なお、特に注記を付すものを除き、以下の説明において「暖機運転時間」とは、一定の条件での暖機運転を継続したと仮定した時間、を意味している。また「プロファイル」の語は、二次元もしくは多次元のパラメータの相関関係を意味している。

次に、ステップ５において、ステップ４のＳＯＣ余裕代に基づき、暖機運転時間と、暖機運転終了時点にバッテリ５が上限ＳＯＣに達することとなる発電可能エネルギー量〔ｋＷｈ〕）と、の関係を表した発電可能エネルギ量プロファイルを求める。図４は、暖機運転時間を横軸とし発電可能エネルギ量を縦軸とした発電可能エネルギ量プロファイルを表している。

ステップ６では、ステップ５で求めた発電可能エネルギ量に基づき、暖機運転時間と発電可能出力〔ｋＷ〕との関係を表した発電可能出力プロファイルを求める。換言すれば、発電可能エネルギ量〔ｋＷｈ〕を発電可能出力〔ｋＷ〕に換算する。図５は、暖機運転時間を横軸とし発電可能出力を縦軸とした発電可能出力プロファイルを表している。この発電可能出力は、暖機運転時間の間発電を行うものとして上限ＳＯＣに達するために内燃機関２に要求される出力に相当し、換言すれば、上限ＳＯＣを越えないようにするために内燃機関２に許容される出力でもある。図５に示すように、暖機運転終了時点にバッテリ５が上限ＳＯＣに達することとなるために必要な出力（可能な出力）は、暖機運転時間が長い場合ほど低くなる。

以上のステップ３～６は、図５の発電可能出力プロファイルを得るための処理であり、これらは、暖機運転によってバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣを越えない、という観点に基づく。

ステップ３～６の処理と並行してステップ７，８の処理が行われる。ステップ７では、触媒温度を算出する。触媒温度は、例えば触媒装置に流入する排気ガス温度等に基づいて求められる。ステップ８では、現在の触媒温度に基づき、内燃機関２の出力と、燃焼タイミングＭｂ５０と、触媒が触媒暖機完了状態に達することとなる暖機運転時間と、の関係を示す触媒暖機時間プロファイルを求める。図６は、ある触媒温度について、縦軸を内燃機関の出力〔ｋＷ〕とし、横軸を燃焼タイミングＭｂ５０〔°ＡＴＤＣ〕として、必要な暖機運転時間〔秒〕を等高線状に表した、三次元の触媒暖機時間プロファイルの例を示している。この触媒暖機時間プロファイルは、基本的な特性のプロファイルを予め作成しておき、これを触媒温度に応じて補正する形で作成することが可能である。

燃焼タイミングは、例えば、５０％の燃料が燃焼したクランク角を表す「Ｍｂ５０」を指標として評価することができる。一般に点火時期と燃焼タイミングＭｂ５０とは相関しており、例えば、点火時期によって燃焼タイミングＭｂ５０を制御することが可能である。本実施例では、燃焼タイミングとして「Ｍｂ５０」を用いているので、最終的に、燃焼タイミングＭｂ５０から点火時期へ変換されることとなる。燃焼タイミングとして、点火時期をパラメータとして触媒暖機時間プロファイル等を作成するようにしてもよい。

点火時期リタードとして知られているように、燃焼タイミングＭｂ５０は、排気温度に大きく影響し、従って、触媒暖機完了までに必要な暖機運転時間を左右する。同時に、燃焼タイミングＭｂ５０は、燃料消費量に影響する。

図６から容易に理解できるように、現在の触媒温度の下で触媒暖機を完了し得る、暖機運転時間と出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせは無数に存在する。

次にステップ９において、図６の触媒暖機時間プロファイルにおける暖機運転時間を、暖機運転終了までの発電量（換言すれば暖機運転時間中における発電量）〔ｋＷｈ〕に変換することで、図７に例示するような暖機中発電量プロファイルを求める。図６における出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせの各点について単位時間当たりの発電量が既知（予め実験等で求めることができる）であるので、図６から図７への変換が可能である。図７のように、暖機中発電量プロファイルは、内燃機関２の出力と、燃焼タイミングＭｂ５０と、触媒が触媒暖機完了状態に達するまでの発電量と、の関係を示す。換言すれば、現在の触媒温度の下で触媒暖機を完了し得る、発電量と出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせを示している。

さらにステップ１０において、図７の暖機中発電量プロファイルにおける発電量を燃料消費量増加量〔ｇ〕に変換することで、図８に例示するような燃費プロファイルを求める。図７における出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせの各点について発電に必要な燃料消費の特性が既知であるので、図７から図８への変換が可能である。図８のように、燃費プロファイルは、内燃機関２の出力と、燃焼タイミングＭｂ５０と、触媒が触媒暖機完了状態に達するまでの燃料消費量増加量と、の関係を示す。換言すれば、現在の触媒温度の下で触媒暖機を完了し得る、燃料消費量増加量と出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせを示している。

以上のステップ７～１０の処理は、暖機運転時間の終了時点で触媒温度が暖機完了状態に達する、という観点に基づく。バッテリ５のＳＯＣは考慮されていない。

次に、ステップ１１において、ステップ６の発電可能出力プロファイル（図５）と、ステップ８の触媒暖機時間プロファイル（図６）と、から、触媒暖機完了状態に達したとき（換言すれば暖機運転終了時）にバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達するという第１の制約を満たしつつ触媒が暖機完了状態に達することとなる、暖機運転時間と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせを示す燃焼タイミングプロファイルを求める。図９は、暖機運転時間を横軸とし燃焼タイミングＭｂ５０を縦軸とした燃焼タイミングプロファイルの例を示している。つまり、発電可能出力プロファイルは、触媒暖機運転により上限ＳＯＣに達する暖機運転時間と発電可能出力との関係を規定し、触媒暖機時間プロファイルは、触媒暖機完了に必要な暖機運転時間と内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０との関係を規定しているので、両者を合わせることで、条件を満たす暖機運転時間と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせが特定され、燃焼タイミングプロファイルが得られる。図９から理解できるように、第１の制約を満たしつつ触媒が暖機完了状態に達することとなる、暖機運転時間と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせ、は無数に存在する。

なお、ステップ１１はステップ９，１０と並行して処理することが可能である。

次に、ステップ１２において、ステップ６の発電可能出力プロファイル（図５）と、ステップ１１の燃焼タイミングプロファイル（図９）と、ステップ１０の燃費プロファイル（図８）と、から、触媒暖機完了状態に達したときにバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達するという第１の制約を満たしつつ触媒が暖機完了状態に達することとなる、暖機運転時間と燃料消費量増加量との組み合わせを示す燃料消費量増加プロファイルを求める。図１０は、暖機運転時間を横軸とし燃料消費量増加量を縦軸とした燃料消費量増加プロファイルの例を示している。

発電可能出力プロファイルは、暖機運転時間と発電可能出力との関係を規定し、燃焼タイミングプロファイルは、条件を満たす暖機運転時間と燃焼タイミングＭｂ５０との関係を規定し、燃費プロファイルは、内燃機関２の出力と、燃焼タイミングＭｂ５０と、触媒が触媒暖機完了状態に達するまでの燃料消費量増加量と、の関係を規定しているので、これらを合わせることで、条件を満たす暖機運転時間と燃料消費量増加量との組み合わせが特定され、燃料消費量増加プロファイルが得られる。

次に、ステップ１３において、ステップ１２の燃料消費量増加プロファイル（図１０）に基づき、燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間を決定する。そして、この暖機運転時間に対応する内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０とを決定する。この内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０とが、触媒暖機完了状態に達したときにバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせ、に相当する。

燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間は、図１０の特性から容易に決定できる。また、決定された暖機運転時間に対応する内燃機関２の出力は例えば図５の発電可能出力プロファイルの関係から、燃焼タイミングＭｂ５０は例えば図９の燃焼タイミングプロファイルの関係から、それぞれ容易に求めることができる。

ここで、好ましい一実施例においては、暖機運転中の内燃機関２の出力が、車両床下のメイン触媒の活性前にエミッションの観点から許容される所定の吸入空気量以下となるように制限される。なお、この場合、触媒暖機運転の対象となる触媒装置は、車両床下のメイン触媒となる。図１０において線Ｌｔは、上記の出力制限に対応する暖機運転時間を示している。これよりも暖機運転時間が短い条件では吸入空気量（換言すれば排気ガス量）が過大となり、好ましくない。図１０の例では、出力制限Ｌｔにより、燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間として、点Ｐ１が選択される。そして、この点Ｐ１における暖機運転時間に基づき、内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０とが決定される。

次にステップ１４において、ステップ１３において決定された内燃機関２の出力および燃焼タイミングＭｂ５０をそれぞれ目標出力および目標燃焼タイミングとして、内燃機関２の運転つまり触媒暖機運転を実行する。そして、ステップ１５において、触媒温度が目標温度（暖機完了温度）に到達したか判定し、ここでＹＥＳとなるまで、ステップ１に戻って上述した処理を繰り返す。触媒温度が目標温度に到達したら、暖機制御を終了する。

なお、最終的にステップ１５で暖機完了温度に到達したら暖機運転を終了することから明らかなように、ステップ１３で燃料消費量増加量が最小となるように決定された暖機運転時間は、最適な内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０とを求めるために用いられる補助的なパラメータに過ぎず、実際にこの暖機運転時間の間だけ暖機運転がなされる訳ではない。勿論、通常は大きく乖離せずに、最適なものとして決定された暖機運転時間に近い暖機時間でもって暖機が完了する。

このように、上記実施例では、暖機運転を継続すると仮定した暖機運転時間を１つの補助的なパラメータとしてバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達する条件と触媒温度が暖機完了状態に到達する条件と併せてを利用することで、触媒暖機完了状態に達したときにバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせ、を求める。従って、触媒が暖機完了状態に到達するまで内燃機関２の運転を無負荷アイドルとせずに継続することができ、燃料消費量増加量を最小としつつ結果的に最短の時間で触媒暖機を完了することができる。

特に、燃焼タイミングＭｂ５０（換言すれば点火時期）は、排気温度および燃料消費に大きく影響する。この燃焼タイミングＭｂ５０と出力との組み合わせを最適化することで、最適な触媒暖機運転を実現することができる。

なお、図２に示した実施例では精度を高めるためにステップ１～ステップ１４を繰り返し実行するようにしているが、制御の単純化のために、繰り返しの演算を行わずに、最初に決定した出力および燃焼タイミングＭｂ５０でもって暖機完了まで暖機運転を行うようにしてもよい。

ステップ２における暖機運転中の電力収支の設定については、ＷＬＴＣのような標準的な走行モードを想定して行うほか、運転者の日常の走行パターンの学習や、カーナビゲーションシステム９の目的地入力およびルート設定を利用したり、特定の目的地への走行ルートの推定、などを利用して行うようにしてもよい。

次に、図１１～図１５を参照して第２実施例の暖機制御を説明する。前述した第１実施例では、最終的に暖機が完了した時点でバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに達することとなるが、暖機運転の途中で例えば長い下り坂などにより多量の回生があると、暖機完了前に過渡的に上限ＳＯＣに達してしまうことがあり得る。例えば、図１２は、その一例を示しており、線Ｌ１１は、走行中に発電（換言すれば暖機運転）を行わない状態でのＳＯＣの変化を示し、線Ｌ１２は、前述した第１実施例の出力および燃焼タイミングＭｂ５０の設定でもって暖機運転を行った場合のＳＯＣの変化を示す。時間ｔ１１において暖機が完了し、この時点でＳＯＣは上限ＳＯＣに達する（点Ｐ１１で示す）。しかし、時間ｔ１１の前に大きな回生が生じているため、点Ｐ１２として示すように過渡的に上限ＳＯＣを超えてしまう。

第２実施例は、このような暖機運転の途中で上限ＳＯＣを過渡的に超えることを回避するために、第１実施例のような手法で目標とする出力および燃焼タイミングＭｂ５０を求めた後に、これらの出力および燃焼タイミングＭｂ５０の設定でもって暖機運転（つまり発電）を行った場合に上限ＳＯＣを超えることがないかどうかを確認し、上限ＳＯＣを超えるタイミングが発見された場合には、越えるであろうＳＯＣの差分だけ目標とする上限ＳＯＣを低下補正する。図１２の例では、点Ｐ１２におけるＳＯＣと現時点で設定されている上限ＳＯＣとの差ＤＳＯＣだけ目標とする上限ＳＯＣを低く補正する。これにより、点Ｐ１２においても補正後の目標上限ＳＯＣを越えない最適な出力および燃焼タイミングＭｂ５０の組み合わせが決定されることとなる。

図１１に示すフローチャートを説明すると、ステップ１～ステップ１５は、前述した図２のステップ１～ステップ１５と基本的に変わりがない。

前述したように、ステップ１～ステップ１３の処理により、触媒暖機完了状態に達したときにバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせ、が決定される。

第２実施例では、ステップ１３に続くステップ２１において、ステップ１３で決定した出力および燃焼タイミングＭｂ５０の組み合わせでもって暖機運転をしたときに現時点から触媒暖機完了までの間（例えば、ステップ１３で決定した暖機運転時間の間）に、上限ＳＯＣに到達するタイミングが存在しないかどうかを判定する。例えば、カーナビゲーションシステム９により設定されたルートに沿って電力収支を比較的細かい時間単位で求め、ＳＯＣ予測値を積算していくことによって、図１２に線Ｌ１２で示すようなＳＯＣの変化を予測することができ、これに基づいて上限ＳＯＣを超えるタイミング（例えば図１２の点Ｐ１２のタイミング）が存在するかどうか判定できる。

触媒暖機完了前に上限ＳＯＣに到達することがないと判定したら、ステップ１４，１５へ進み、前述したように触媒暖機運転を行う。

一方、ステップ２１において触媒暖機完了前に上限ＳＯＣに到達するタイミングが存在すると判定したら、ステップ２２へ進み、現時点の目標上限ＳＯＣから越えてしまうこととなるＳＯＣの差分ＤＳＯＣを用いて、目標上限ＳＯＣを低下補正する。そして、ステップ１～１３の処理を繰り返す。これにより、補正後の目標上限ＳＯＣに適した出力および燃焼タイミングＭｂ５０の組み合わせが得られる。

例えば、図１３は目標上限ＳＯＣを差分ＤＳＯＣだけ低下補正した場合のステップ４におけるＳＯＣ余裕代プロファイルを示している。また、図１４は、目標上限ＳＯＣを差分ＤＳＯＣだけ低下補正した場合のステップ５における発電可能エネルギ量プロファイルを示しており、目標上限ＳＯＣを低下補正することで、仮想線の特性から実線に示す特性へと変化する。図１５は、同様に、目標上限ＳＯＣを差分ＤＳＯＣだけ低下補正した場合のステップ６における発電可能出力プロファイルを示しており、目標上限ＳＯＣを低下補正することで、仮想線の特性から実線に示す特性へと変化する。つまり、目標上限ＳＯＣの低下補正に伴い、暖機運転時間に対応する発電可能出力が相対的に小さくなる。このような特性に基づいて、最適な出力および燃焼タイミングＭｂ５０の組み合わせが決定されることとなる。

次に、図１６～図１９を参照して第３実施例の暖機制御を説明する。この第３実施例は、予め多次元（多入力）のモデル（クラスター解析やニューラルネットワーク解析等を用いて作成される統計モデルないし物理モデル）を作成しておき、このモデルを用いて処理を行うことで処理の高速化を図ったものである。

図１６は、第３実施例の暖機制御の処理の流れを示すフローチャートである。最初のステップ３１では、バッテリ５の上限ＳＯＣを設定する（例えば８０％程度に設定される）。次に、ステップ３２において暖機運転を行っている車両走行中に想定される電力収支（換言すれば走行条件）を設定する。ステップ３１，３２は、第１実施例のステップ１，２と同様の処理である。次のステップ３３は、第１実施例のステップ３～６の処理と同様であり、現在のＳＯＣと上限ＳＯＣと電力収支とから、暖機運転時間と、暖機運転終了時点にバッテリ５が上限ＳＯＣに達することとなる発電可能出力〔ｋＷ〕と、の関係を表した発電可能出力プロファイルを求める。図１７は、暖機運転時間を横軸とし発電可能出力を縦軸とした発電可能出力プロファイルの例を示している。この発電可能出力プロファイルは、第１実施例における図５に示した発電可能出力プロファイルと基本的に変わりはない。

次にステップ３４において、現時点の触媒温度を算出する。

次にステップ３５において、前述したように予め作成した第１のモデルを用いて、発電可能出力プロファイルに対応する燃焼タイミングプロファイルを生成する。第１のモデルは、暖機運転時間と現在の触媒温度と出力との関数として燃焼タイミングＭｂ５０を出力する。すなわち、現在の触媒温度において、発電可能出力プロファイルに示す相関を有する暖機運転時間と発電可能出力とでもって暖機運転した場合に触媒暖機が完了するための燃焼タイミングＭｂ５０を、第１のモデルを用いて算出し、暖機運転時間と燃焼タイミングＭｂ５０との関係を規定する燃焼タイミングプロファイルを生成する。図１８は、暖機運転時間を横軸とし燃焼タイミングＭｂ５０を縦軸とした燃焼タイミングプロファイルの例を示している。この燃焼タイミングプロファイルは、第１実施例における図９に示した燃焼タイミングプロファイルと基本的に変わりはない。

なお、触媒暖機完了に必要な暖機運転時間は、現在の触媒温度と排気ガス温度と排気ガス流量との関数となるが、排気ガス温度は出力と燃焼タイミングＭｂ５０との関数であり、排気ガス流量は同様に出力と燃焼タイミングＭｂ５０との関数であるので、暖機運転時間は現在の触媒温度と出力と燃焼タイミングＭｂ５０との関数となる。従って、第１のモデルによって、暖機運転時間と現在の触媒温度と出力との関数として燃焼タイミングＭｂ５０が得られる。なお、燃焼タイミングＭｂ５０は、ＭＢＴ点までの点火時期進角に制限される。必要に応じて、第１のモデルに、標高や車速などの影響因子を加えてもよい。

次にステップ３６において、予め作成した第２のモデルを用いて、発電可能出力プロファイルに対応する燃料消費量増加プロファイルを作成する。第２のモデルは、出力と燃焼タイミングＭｂ５０と暖機運転時間との関数として燃料消費量増加量を出力する。すなわち、発電可能出力に対応した出力でもって暖機運転時間の間、燃焼タイミングＭｂ５０により運転した場合の燃料消費量増加量を、第２のモデルを用いて算出し、暖機運転時間と燃料消費量増加量との関係を規定する燃料消費量増加プロファイルを生成する。図１９は、暖機運転時間を横軸とし燃料消費量増加量を縦軸とした燃料消費量増加プロファイルの例を示している。この燃料消費量増加プロファイルは、第１実施例における図１０に示した燃料消費量増加プロファイルと基本的に変わりはない。

なお、燃料消費量増加量は、燃料消費率と出力と暖機運転時間との関数となるが、燃料消費率は出力と燃焼タイミングＭｂ５０との関数であるので、燃料消費量増加量は出力と燃焼タイミングＭｂ５０と暖機運転時間との関数となる。従って、第２のモデルによって、出力と燃焼タイミングＭｂ５０と暖機運転時間との関数として燃料消費量増加量が得られる。必要に応じて、第２のモデルに、標高や車速などの影響因子を加えてもよい。

以降のステップ３７～３９の処理は、第１実施例におけるステップ１３～１５の処理と同様である。

すなわち、ステップ３７において、ステップ３６の燃料消費量増加プロファイル（図１９）に基づき、燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間を決定する。そして、この暖機運転時間に対応する内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０とを決定する。この内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０とが、触媒暖機完了状態に達したときにバッテリ５のＳＯＣが上限ＳＯＣに到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０との組み合わせ、に相当する。

燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間は、図１９の特性から容易に決定できる。また、決定された暖機運転時間に対応する内燃機関２の出力は図１７の発電可能出力プロファイルの関係から、燃焼タイミングＭｂ５０は図１８の燃焼タイミングプロファイルの関係から、それぞれ容易に求めることができる。

なお、図１９の燃料消費量増加プロファイルの例では、第１実施例と同様に、暖機運転中の内燃機関２の出力が、車両床下のメイン触媒の活性前にエミッションの観点から許容される所定の吸入空気量（線Ｌｔが対応する）以下となるように制限される。出力制限Ｌｔにより、燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間として、点Ｐ１が選択される。そして、この点Ｐ１における暖機運転時間に基づき、内燃機関２の出力と燃焼タイミングＭｂ５０とが決定される。

次にステップ３８において、ステップ１３において決定された内燃機関２の出力および燃焼タイミングＭｂ５０をそれぞれ目標出力および目標燃焼タイミングとして、内燃機関２の運転つまり触媒暖機運転を実行する。そして、ステップ３９において、触媒温度が目標温度（暖機完了温度）に到達したか判定し、ここでＹＥＳとなるまで、ステップ３１に戻って上述した処理を繰り返す。触媒温度が目標温度に到達したら、暖機制御を終了する。

このように第３実施例では予め作成したモデルを用いることで演算処理が比較的単純となる。

以上、この発明をシリーズハイブリッド車両に適用した一実施例を説明したが、この発明は、実施例のようなシリーズハイブリッド車両にのみ限定されるものではなく、例えば発電機を駆動する内燃機関の出力が特定の運転条件でのみ一時的に車両駆動に利用されるような形式のものであってもよい。少なくとも暖機運転中の内燃機関の出力と発電量とが一定の相関を有するものであれば本発明の適用が可能である。

１…発電用モータジェネレータ
２…内燃機関
４…走行用モータジェネレータ
５…バッテリ
６…インバータ装置
７…車両側コントローラ
８…エンジンコントローラ
９…カーナビゲーションシステム

Claims (8)

1. 発電機を駆動する内燃機関を、電力要求に応じて始動・停止する一方、内燃機関の冷機時に、所定の触媒暖機完了状態となるまで暖機運転を実行するハイブリッド車両の暖機制御方法において、
   上記触媒暖機完了状態に達したときにバッテリの充電状態が所定の上限充電状態に到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関の出力と燃焼タイミングとの組み合わせを求め、
   これらの出力と燃焼タイミングとを目標出力および目標燃焼タイミングとして暖機運転を行う、
   ハイブリッド車両の暖機制御方法。
2. 内燃機関の動力が全て発電に用いられるシリーズハイブリッド車両である、請求項１に記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
3. 上記触媒暖機完了状態に達するまでの間、内燃機関の運転を無負荷アイドル運転とせずに継続する、請求項１または２に記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
4. 上記出力は、車両床下のメイン触媒の活性前にエミッションの観点から許容される所定の吸入空気量以下となるように制限される、
   請求項１～３のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
5. 現在のバッテリの充電状態と車両走行中の電力収支とに基づき、バッテリの充電状態が所定の上限充電状態に到達することとなる、暖機運転時間と発電出力との関係を示す発電可能出力プロファイルを求め、
   現在の触媒温度に基づき、触媒が上記触媒暖機完了状態に達することとなる、内燃機関の出力と、燃焼タイミングと、暖機運転時間と、の関係を示す触媒暖機時間プロファイルを求め、
   上記触媒暖機時間プロファイルにおける暖機運転時間を、燃料消費量増加量に変換することで、内燃機関の出力と、燃焼タイミングと、燃料消費量増加量と、の関係を示す燃費プロファイルを求め、
   上記発電可能出力プロファイルと上記触媒暖機時間プロファイルとから、第１の制約を満たしつつ触媒が上記触媒暖機完了状態に達することとなる、暖機運転時間と燃焼タイミングとの関係を示す燃焼タイミングプロファイルを求め、
   上記発電可能出力プロファイルと上記燃焼タイミングプロファイルと上記燃費プロファイルとから、第１の制約を満たしつつ触媒が上記触媒暖機完了状態に達することとなる、暖機運転時間と燃料消費量増加量との関係を示す燃料消費量増加プロファイルを求め、
   この燃料消費量増加プロファイルから燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間を決定し、
   この暖機運転時間に対応する内燃機関の出力と燃焼タイミングとを決定する、
   請求項１～４のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
6. 上記目標出力および目標燃焼タイミングと、対応する暖機運転時間と、を仮に設定し、
   この暖機運転時間の間の回生を含む電力収支の変化を予測し、
   この予測により、上記の仮に設定した目標出力および目標燃焼タイミングの下で暖機運転終了前にバッテリの充電状態が上記上限充電状態を越えるかどうかを判定し、
   上記上限充電状態を越える場合には、予測された過剰分を減じることで目標とする上限充電状態を低下補正し、
   補正後の上限充電状態に対して第１の制約と第２の制約とを同時に満たす目標出力と目標燃焼タイミングとの組み合わせを再度求める、
   請求項１～５のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
7. 現在のバッテリの充電状態と車両走行中の電力収支とに基づき、バッテリの充電状態が所定の上限充電状態に到達することとなる、暖機運転時間と発電出力との関係を示す発電可能出力プロファイルを求め、
   予め作成した第１のモデルを用いて、現在の触媒温度と上記発電可能出力プロファイルとから、第１の制約を満たしつつ触媒が上記触媒暖機完了状態に達することとなる、暖機運転時間と燃焼タイミングとの関係を示す燃焼タイミングプロファイルを求め、
   予め作成した第２のモデルを用いて、上記発電可能量プロファイルと上記燃焼タイミングプロファイルとから、第１の制約を満たしつつ触媒が上記触媒暖機完了状態に達することとなる、暖機運転時間と燃料消費量増加量との関係を示す燃料消費量増加プロファイルを求め、
   この燃料消費量増加プロファイルから燃料消費量増加量が最小となる暖機運転時間を決定し、
   この暖機運転時間に対応する内燃機関の出力と燃焼タイミングとを決定する、
   請求項１～４のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
8. 発電機を駆動する内燃機関と、バッテリと、上記内燃機関を電力要求に応じて始動・停止するとともに、内燃機関の冷機時に、所定の触媒暖機完了状態となるまで暖機運転を実行するコントローラと、を備えてなるハイブリッド車両の暖機制御装置であって、
   上記コントローラは、
   上記触媒暖機完了状態に達したときにバッテリの充電状態が所定の上限充電状態に到達するという第１の制約と、暖機運転による燃料消費量の増加が最小であるという第２の制約と、を同時に満たす、暖機運転中の内燃機関の出力と燃焼タイミングとの組み合わせを求め、
   これらの出力と燃焼タイミングとを目標出力および目標燃焼タイミングとして暖機運転を行う、
   ハイブリッド車両の暖機制御装置。

Images