JP3000804B2 - ハイブリッド型電気自動車 - Google Patents

ハイブリッド型電気自動車

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、ハイブリッド型電気
自動車の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】発電機およびエンジンを駆動用モータと
ともに搭載し、バッテリの電力が不十分なときにエンジ
ンにより発電機を駆動して電力を補うようにした所謂シ
リーズハイブリッド型電気自動車が従来から知られてい
る。
【０００３】この種のハイブリッド型電気自動車におい
ては、特開平３−１４３２０１号公報等に示されている
ように、バッテリの充放電状態例えばバッテリ端子電圧
に基づいてエンジンの始動，停止が制御されるようにな
っている。つまり、バッテリが十分に充電されている状
態ではエンジンが停止しており、バッテリ電力でもって
駆動用モータが駆動されて車両が走行するが、端子電圧
が所定値以下となるとエンジンが始動し、発電機を駆動
する。この発電機の電力は駆動用モータに供給されるほ
か、バッテリの充電に用いられるので、やがてバッテリ
端子電圧が回復する。この時点でエンジンは停止する。
尚、エンジンの出力は、スロットル弁に連係したアクチ
ュエータ等により、発電機の定格回転数となるように自
動制御されるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】排気浄化のために排気
系に触媒装置を備えたエンジンを有するハイブリッド型
自動車では、エンジンが断続的に運転され、しかも始動
後直ちに定格回転数まで上昇させられるので、排気系に
触媒装置を備えていても、触媒が十分な活性化温度に昇
温するまでの間に多量のエミッションが排出されてしま
う。そして、暖機が完全に完了すればエミッションは低
減するが、一旦エンジンが停止すると、次の始動の際に
は同様にエミッションの悪化が生じ、かつこれが繰り返
される。従って、ハイブリッド型電気自動車本来の低公
害という利点がかなり損なわれてしまう、という欠点が
あった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この発明の請求項１に係
るハイブリッド型電気自動車は、車両を駆動する駆動用
モータと、この駆動用モータの電源となる充放電可能な
バッテリと、このバッテリを充電する発電機と、排気系
に触媒装置を備え、かつ上記発電機のみを駆動するため
のエンジンと、上記バッテリの充放電状態に基づき、上
記エンジンの始動、停止を行うエンジン始動停止制御手
段と、上記エンジンの吸入空気量を可変制御する吸入空
気量制御手段と、上記エンジンの始動後触媒が所定温度
に達したとみなし得るまでの所定期間、上記吸入空気量
制御手段を介して吸入空気量を所定の少流量状態に抑制
する始動後出力抑制手段と、を備えて構成されている。
【０００６】上記の吸入空気量を抑制する期間として
は、単純に始動後一定時間とするほか、触媒温度が所定
温度に達するまでの期間とすることができる。あるい
は、始動時の冷却水温に基づいて期間を設定するように
しても良い。
【０００７】また請求項６の発明では、吸入空気量抑制
期間の終了後、吸入空気量の増加を徐々に行うようにし
た。
【０００８】
【作用】エンジンの始動後、所定期間、エンジンの出力
は小さく抑制される。つまり、吸入空気量制御手段を介
して吸入空気量が所定の少流量状態に抑制される。従っ
て、触媒装置が暖まっていない段階での排気総流量が少
なくなり、エミッションが全体として少なくなる。所定
期間が経過したら、出力抑制が解除される。
【０００９】この際の吸入空気量の増加を徐々に行え
ば、触媒装置の温度上昇に伴って排気流量が増加するよ
うになるため、エミッションは更に抑制される。
【００１０】
【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。
【００１１】図１は、この発明に係るハイブリッド型電
気自動車の構成を示す構成説明図である。駆動用モータ
１は、例えば３相誘導電動機からなり、車両の駆動輪２
を駆動している。この駆動用モータ１は、基本的にはバ
ッテリ３の電力によって駆動されるものであり、バッテ
リ３の直流電圧を３相交流電圧に変換するとともに、そ
の速度制御を行うモータ駆動制御装置４を備えている。
【００１２】またバッテリ３に対しては、その充放電状
態を検出する充放電状態検出装置５が設けられている。
【００１３】エンジン６は、例えばガソリンエンジンか
らなり、発電機７を駆動するようになっている。このエ
ンジン６の排気系には、触媒装置８が介装されている。
また吸気通路には、吸入空気量制御手段として、ソレノ
イド式のエアコントロールバルブ９が介装されている。
このエアコントロールバルブ９は、例えばマイクロコン
ピュータシステムを用いたエアコントロールバルブ制御
装置１０によって制御される。
【００１４】エンジン６は、図示せぬスタータモータ、
点火装置および燃料供給装置を有し、これらがエンジン
始動停止制御装置１１によって制御される。このエンジ
ン始動停止制御装置１１は、前述した充放電状態検出装
置５の信号に基づいて作動する。
【００１５】発電機７は、図２に示すように、電機子コ
イル２１と界磁コイル２２とを有する３相交流発電機が
用いられており、交流電圧を直流電圧に変換する３相全
波整流回路２３と、電圧を一定に保つように界磁コイル
２２の電流を制御する自動電圧調整器（ＡＶＲ）２４と
を備えている。この発電機７が発生した電力は駆動用モ
ータ１に供給され、更に余剰分はバッテリ３の充電に用
いられる。
【００１６】バッテリ３の充放電状態検出装置５は、図
２に示すように、バッテリ３の充放電電流による磁界を
検出するホール素子２５と、このホール素子２５の信号
から電流値を出力する電流検出回路２６と、この電流値
とバッテリ電圧とからメモリに記憶したマップを参照し
てＤＯＤ（バッテリ放電深度）％を計算するＤＯＤ計算
回路２７と、このＤＯＤ値を適当な期間で平均化するア
ベレージング回路２８とから構成されている。図１８
は、上記ＤＯＤ計算回路２７におけるマップの一例を示
す。尚、上記ＤＯＤは、０％がフル充電状態を示し、１
００％が完全放電状態を示している。
【００１７】エンジン始動停止制御装置１１は、上記Ｄ
ＯＤの値に基づいてエンジン６の始動，停止の制御を行
っている。例えば、図３に示すように、ＤＯＤ値が６０
％以上となるとエンジン６が始動され、発電機７による
発電が開始される。そして、発電機７による充電の結
果、ＤＯＤ値が２０％以下にまで回復したらエンジン６
が停止される。エンジン６の始動時には図示せぬスター
タモータが作動するが、このスタータモータへの通電
は、エンジン６の回転数が所定回転数以上になったこと
を検出して停止される。尚、このエンジン始動停止制御
装置１１は、実際には、エアコントロールバルブ制御装
置１０とともにマイクロコンピュータシステムにて構成
されている。
【００１８】図４は、エアコントロールバルブ９の一例
を示しており、ハウジング３１の入口ポート３２と出口
ポート３３とを開閉するようにスプール３４が設けられ
ているとともに、該スプール３４を駆動するソレノイド
３５が一端に設けられている。そして、上記ソレノイド
３５を所定周期のパルス信号でもってＯＮ−ＯＦＦする
とともに、そのＯＮデューティ比の可変制御により、エ
ンジン６の吸入空気量を連続的に制御できるようになっ
ている。
【００１９】次に、図５のフローチャートを参照して上
記実施例の作用を説明する。
【００２０】上記実施例のハイブリッド型電気自動車
は、基本的にはバッテリ３の電力でもって走行する。
尚、車両の減速時には駆動用モータ１が回生発電機とし
て機能し、回収した電力がバッテリ３に与えられる。
【００２１】バッテリ３の電力が低下し、前述したよう
にＤＯＤ値が６０％以上となると、充放電状態検出装置
５の検出信号の基づいてエンジン６が始動される（ステ
ップ１，ステップ２）。そして、エンジン６が始動した
ら、エアコントロールバルブ９による吸入空気量が所定
のアイドル相当の少流量に抑制される（ステップ３）。
このように、始動後の出力を抑制することで、触媒装置
８が暖まらない間に通過する排気量が減少し、ＨＣ等の
エミッション排出が抑制される。また触媒装置８は、少
量の排気の通過によって徐々に加熱される。
【００２２】上記の出力抑制は始動後一定時間（例えば
２〜３分程度）継続される（ステップ４）。一定時間経
過後は、エアコントロールバルブ９による流量を発電機
７の定格出力相当にまで増大させるが、その際の流量増
加は一定割合で徐々に行われる（ステップ５）。つま
り、前述した出力抑制時の排気の通過では、触媒装置８
の温度が十分に上昇しないので、急激に排気量が増大す
ると、エミッションが一時的に悪化するが、吸入空気量
を徐々に増加させることによって、触媒温度の上昇とと
もに排気量が増大する形となり、エミッションを一層抑
制できる。そして、エンジン６の回転数が発電機７の定
格回転数に達したら、エアコントロールバルブ９の流量
を、その状態に保持する（ステップ７）。
【００２３】従って、上記実施例では、エンジン６の吸
入空気量つまり出力は、図６のような特性で変化するこ
とになる。ここで、出力抑制期間Ｔ１および出力増加期
間Ｔ２の最適値は、触媒装置８の性能や取付位置あるい
はエンジン６の総排気量や回転数などによって異なるも
のとなる。
【００２４】図７は、出力抑制期間Ｔ１の長短がＨＣ排
出量に与える影響の傾向を示したものであり、従来例つ
まり始動後直ちに定格運転とした場合の１回の始動に伴
う全体的なＨＣ排出量を１としたときの比でもって示し
ている。また、出力増加期間Ｔ２を１秒、４０秒および
１６０秒とした３つの例の特性を示す。この図７から明
らかなように、出力抑制期間Ｔ１を適当に与えることに
よってＨＣ排出量を大幅に低減できる。特に、触媒の転
化性能は図９に示すように空間速度ＳＶにより大きく変
化し、空間速度ＳＶが低い方が転化率が高い。しかも活
性化温度より低い暖機途中ではその傾向が顕著である。
従って、図９に矢印で示すように、できるだけ排気流量
を少なくした状態とすることにより転化率を高く維持で
きるのである。尚、ＨＣ排出量は出力抑制期間Ｔ１の増
加に伴って減少するが、出力抑制期間Ｔ１を過度に長く
与えると逆に増加する傾向を示す。これは、出力抑制時
の排気では触媒装置８の温度が十分には上昇せず、触媒
性能が不十分なまま長時間に亙って排気が通流し続ける
結果、エミッション総量が増加するからである。従っ
て、このような悪化を来さない範囲で出力抑制期間Ｔ１
を設定する必要がある。
【００２５】また図８は、出力増加期間Ｔ２の長短がＨ
Ｃ排出量に与える影響の傾向を示したもので、前述した
出力抑制期間Ｔ１を１秒、８０秒および１６０秒とした
３つの例の特性を示している。この図８から明らかなよ
うに、出力抑制の後に出力増加期間Ｔ２を適当に与えて
出力増加を徐々に行うようにすれば、更に一層のエミッ
ション低減を達成できる。すなわち、出力増加期間Ｔ２
を適当に与えることにより、図１０に示すように触媒温
度の上昇と出力つまり排気量の増大とがうまく対応した
ものとなり、過度的なエミッションの悪化を防止でき
る。尚、従来は一点鎖線に示すように排気量が当初から
最大流量となるので、触媒温度の上昇が相対的に遅れた
形となる。
【００２６】触媒装置８として、近年、温度上昇を促進
する電気ヒータ付のものが種々提案されているが、本発
明は、このヒータ付触媒装置と組み合わせることも可能
である。この場合、出力抑制期間Ｔ１をかなり短くする
ことができる。
【００２７】次に、図１１は、自動電圧調整器２４の異
なる実施例を示している。この自動電圧調整器２４は、
界磁コイル２２に流れる電流を検出する界磁電流検出装
置４１と、パルスカウント等により発電機７の回転数を
検出する回転数検出装置４２と、この発電機回転数に応
じてその回転数における最大界磁電流を出力する最大界
磁電流演算回路４３と、この最大界磁電流演算回路４３
の出力と界磁電流検出装置４１の出力とを比較する比較
器４４と、発電電圧に比例するａ点の電圧と目標電圧に
比例するｂ点の電圧とを比較する比較器４５と、両比較
器４４，４５の出力が入力され、かつ界磁電流制御用の
トランジスタ４６をＯＮ，ＯＦＦするアンド回路４７と
を備えて構成されている。尚、エンジン６と発電機７と
は一定の比でもって連動しているので、発電機７の回転
数に代えてエンジン６の回転数を検出するようにしても
良い。
【００２８】上記構成では、界磁電流がその回転数にお
ける最大界磁電流以下でかつ発電電圧が目標電圧以下の
ときにのみトランジスタ４６がＯＮとなる。つまり、各
回転数に対し予め与えられた最大界磁電流を超えないよ
うに制御される。発電機回転数と最大界磁電流との関係
は図１２のようになっており、中間回転数で最大電流が
小さくなるように設定されている。
【００２９】すなわち、通常の発電機７のトルク特性は
図１３に示すように中間回転数でピークとなるため、エ
ンジン６のトルク特性との最適なマッチングが難しい。
従って、発電機７の定格点がエンジン６の最良燃費点か
ら離れた点となり、燃費が悪い。しかも発電機７の要求
よりも大きいトルクを有するエンジン６が必要となる。
これに対し、上記実施例のように界磁電流の最大値を中
間回転数において抑制すれば、図１４に示すようなトル
ク特性となり、エンジン６の最良燃費点で運転すること
が可能となる。従って、燃料消費率が大幅に低減すると
ともに、小型のエンジン６での駆動が可能となる。
【００３０】次に、図１５は触媒装置８に触媒温度を検
出する温度センサ５１を設け、エンジン６の始動時に、
その検出温度が所定温度（例えば１２０℃、図１０参
照）に達するまで吸入空気量を少流量に抑制するように
した実施例を示している。この実施例によれば、外部の
温度条件やエンジン６自体の温度条件が異なる場合で
も、実際の触媒性能に最も適した形で出力抑制期間Ｔ１
を与えることができ、エミッションを十分に低減でき
る。また、触媒温度が高くなった後に不必要な出力抑制
が行われないため、バッテリ３の電力回復を早めること
ができる。
【００３１】次に、図１６はエンジン６の冷却水温を検
出する水温センサ５２を設け、エンジン始動時の冷却水
温に基づいて出力抑制期間Ｔ１を設定するようにした実
施例を示している。具体的には、図１７に示すように、
始動時の冷却水温が低いほど出力抑制期間Ｔ１が長く与
えられ、逆に冷却水温が高ければ出力抑制期間Ｔ１が短
縮化されるようになっている。この実施例でも、夏，冬
等の外部の温度条件やエンジン６の温度条件等が考慮さ
れたものとなり、エミッション低減の上で最適な出力抑
制期間Ｔ１が与えられる。
【００３２】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係るハイブリッド型電気自動車においては、エンジン
の始動後所定期間は吸入空気量を少流量に抑制するよう
にしたので、触媒が十分に暖まっていない状態でのエミ
ッションの悪化を防止できる。特に、吸入空気量抑制期
間の終了後、吸入空気量の増加を徐々に行うようにすれ
ば、エミッションを更に低減できる。
【００３３】また吸入空気量抑制期間を実際の触媒温度
や始動時の冷却水温を考慮して与えるようにすれば、外
部の温度条件等に左右されずに一層好ましいものとな
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明に係るハイブリッド型電気自動車の一
実施例を示す構成説明図。
【図２】充放電状態検出装置の構成を示す回路図。
【図３】エンジンの作動条件を示す特性図。
【図４】エアコントロールバルブの一例を示す断面図。
【図５】エンジンの制御の流れを示すフローチャート。
【図６】エンジン始動時の出力変化を示すタイムチャー
ト。
【図７】出力抑制期間Ｔ１とエミッションとの関係を示
す特性図。
【図８】出力増加期間Ｔ２とエミッションとの関係を示
す特性図。
【図９】空間速度ＳＶと触媒の転化率との関係を示す特
性図。
【図１０】始動後の触媒温度の変化を出力パターンと比
較して示すタイムチャート。
【図１１】自動電圧調整器の異なる実施例を示す回路
図。
【図１２】この実施例における発電機回転数に対する最
大界磁電流の特性を示す特性図。
【図１３】最大界磁電流を制限しない場合の発電機トル
ク特性とエンジントルク特性との関係を示す特性図。
【図１４】最大界磁電流を制限した場合の発電機トルク
特性とエンジントルク特性との関係を示す特性図。
【図１５】触媒温度を検出して出力抑制期間を制御する
ようにした実施例を示す構成説明図。
【図１６】エンジン冷却水温を検出する水温センサを設
けた実施例を示す構成説明図。
【図１７】始動時の冷却水温と出力抑制期間Ｔ１との関
係を示す特性図。
【図１８】ＤＯＤ値のマップの一例を示す説明図。
【符号の説明】 １…駆動用モータ ３…バッテリ ５…充放電状態検出装置 ６…エンジン ７…発電機 ８…触媒装置 ９…エアコントロールバルブ １０…エアコントロールバルブ制御装置 １１…エンジン始動停止制御装置 ５１…温度センサ ５２…水温センサ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 41/06 ３１０ (56)参考文献 特開 平５−222966（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−29504（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−97300（ＪＰ，Ａ) 特開 平４−274926（ＪＰ，Ａ) 特許2914057（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭52−12442（ＪＰ，Ｂ２) 実公 昭56−17724（ＪＰ，Ｙ１) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60K 6/00 B60L 11/14 F01N 3/20 F02D 29/00 - 29/06 F02D 41/00 - 41/40

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 車両を駆動する駆動用モータと、この駆
    動用モータの電源となる充放電可能なバッテリと、この
    バッテリを充電する発電機と、排気系に触媒装置を備
    え、かつ上記発電機のみを駆動するためのエンジンと、
    上記バッテリの充放電状態に基づき、上記エンジンの始
    動、停止を行うエンジン始動停止制御手段と、上記エン
    ジンの吸入空気量を可変制御する吸入空気量制御手段
    と、上記エンジンの始動後触媒が所定温度に達したとみ
    なし得るまでの所定期間、上記吸入空気量制御手段を介
    して吸入空気量を所定の少流量状態に抑制する始動後出
    力抑制手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド
    型電気自動車。
  2. 【請求項２】 上記駆動用モータは、車両の減速時に回
    生発電機として機能し、バッテリを充電することを特徴
    とする請求項１に記載のハイブリッド型電気自動車。
  3. 【請求項３】 始動後一定時間上記始動後出力抑制手段
    による吸入空気量の抑制を行うようにしたことを特徴と
    する請求項１または２に記載のハイブリッド型電気自動
    車。
  4. 【請求項４】 上記触媒装置の温度を検出する触媒温度
    検出手段を設け、この検出温度が所定値に達するまで上
    記始動後出力抑制手段による吸入空気量の抑制を行よう
    にしたことを特徴とする請求項１または２に記載のハイ
    ブリッド型電気自動車。
  5. 【請求項５】 エンジンの冷却水温を検出する水温検出
    手段を設け、エンジン始動時の冷却水温に基づいて始動
    後の吸入空気量抑制期間を設定するようにしたことを特
    徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド型電気
    自動車。
  6. 【請求項６】 上記の吸入空気量抑制期間の終了後、吸
    入空気量の増加を徐々に行うようにしたことを特徴とす
    る請求項１〜５のいずれかに記載のハイブリッド型電気
    自動車。
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