JP3721088B2

JP3721088B2 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP3721088B2
Application number: JP2001056428A
Authority: JP
Inventors: 慎二中川; 大須賀　　稔; 正美永野; 広行高村
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2001-03-01
Filing date: 2001-03-01
Publication date: 2005-11-30
Anticipated expiration: 2021-03-01
Also published as: US6519513B2; DE60141449D1; US20020123831A1; EP1236602B1; EP1236602A2; JP2002256919A; EP1236602A3

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両の制御装置に係り、特に、アイドルストップ時の残留排気の改善を図るハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド車両は、エンジンとモータ兼発電機の双方を原動力とするため、エネルギー問題および環境問題に対して有効であるといわれている。すなわち、エンジンとモータ兼発電機を備えたハイブリッド車両においては、例えば、減速時などエンジンが負の仕事をするときには、前記モータを発電機として機能させることによってエネルギーの回生が可能となるので、エンジンのみを原動力とする車両と比較して燃費効率が向上する。また、車両の停止時には、エンジンによるアイドリングを禁止し、さらに、エンジンの再始動時には、モータでエンジンの自立回転可能な回転数まで上昇させた後、エンジンに燃料を供給して燃焼を開始することが可能であるため、アイドル時の不必要な燃料消費を抑えることができ、しかも、始動時の排気低減にも有効である。このように、ハイブリッド車両においては、エンジンとモータの協調制御を行うことで、エンジンのみの車両と比較して燃費、排気のそれぞれを向上させることが可能である。
【０００３】
一方、車両停止時に行われるエンジンの運転停止、いわゆるアイドルストップの際には、ハイブリッド車特有の排気悪化問題がある。つまり、アイドルストップの実施時にはエンジンを急停止させるため、特に触媒の内部に残留した排ガス成分が、触媒内の貴金属に吸着され、触媒の浄化性能を一時的に劣化させることがあることから、再始動時には、残留するガスがこの触媒で十分に浄化されることなく、車外へ放出される現象が生じてしまうという問題がある。
【０００４】
ここで、この問題を解決するべく、特開平１０―２８８０６３号公報においては、アイドル時にはモータによる運転を実施し、触媒温度が活性温度以下の時には、エンジンによるアイドリング運転を実施する装置に関する技術が提供され、また、特開２０００−９７０６３号公報においては、アイドルストップ時にて触媒温度が活性化温度以下の時には、この活性化温度まで昇温させる装置に関する技術がそれぞれ提供されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、アイドルストップ時におけるハイブリッド車特有の排気悪化問題は、上述のように、エンジンの急停止に伴い、エンジンの吸気管、シリンダ、排気管、触媒の内部に排ガスが残留しており、エンジンの再始動時には、この残留するガスが触媒で十分に浄化されずに車外へ放出されてしまうものであることから、これを防止するべく何等かの措置が必要になる。
【０００６】
すなわち、本発明者は、アイドルストップ時の残留排気に関する改善を図るに当たり、吸気管から触媒に至って残留するガスを浄化する手段を設ける必要であるとの新たな知見を得ている。しかし、前記従来技術は、いずれもエンジン停止によって、触媒温度が活性温度以下になることを防ぐためのものであり、前記残留するガスの浄化に関しては何等示唆がなされていない。
【０００７】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの吸気管、シリンダ内、排気管、触媒に残留している排ガスを浄化して、アイドルストップ時におけるハイブリッド車特有の排気悪化の改善を図ることができるハイブリッド車両の制御装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成すべく、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、燃料の燃焼によって作動するエンジンと、電気エネルギーによって作動する電動モータ兼発電機とを動力源に備えるハイブリッド車両の制御装置であって、該制御装置は、前記エンジンの吸気管、シリンダ内、排気管並びに触媒の中に残留するガスの浄化を実施する残留排気浄化手段を備えることを特徴としている。
【０００９】
前記の如く構成された本発明のハイブリッド車両の制御装置は、図１に示すように、残留排気浄化手段にて吸気管から触媒に至って残留するガスが浄化されるので、アイドルストップ時の残留排気に関する改善を図ることができる。
【００１０】
また、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の具体的態様は、図２に示すように、前記制御装置は、アクセル開度が所定値以下であるかを判定するアクセル開度判定手段を備え、前記残留排気浄化手段は、前記アクセル開度判定手段の出力信号に基づいて前記残留するガスの浄化を実施することを特徴としている。
【００１１】
さらに、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の他の具体的態様は、図３に示すように、前記制御装置は、前記エンジンを回転させるエンジン回転手段を備え、該エンジン回転手段は、前記エンジンに供給される燃料噴射が停止された場合には、前記残留排気浄化手段からの出力信号に基づいて、燃焼による爆発力以外の力により前記エンジンを回転させる信号を出力することを特徴としている。
【００１２】
また、図４に示すように、前記エンジン回転手段は、前記電動モータ兼発電機の回転力によって前記エンジンを回転させること、又は、図５に示すように、前記エンジン回転手段は、前記車両の車軸における減速に要するエネルギーによって前記エンジンを回転させること、若しくは、図６に示すように、前記車両は、前記エンジン、前記電動モータ兼発電機、変速機、並びに車軸の順で連結されるとともに、前記エンジンと前記電動モータ兼発電機との間にクラッチを備えており、前記エンジン回転手段は、前記車両の要求駆動力が０以下であって、該車両が減速の状態にあるときには、前記クラッチを所定期間締結して前記車軸で前記エンジンを回転させること、若しくは、図７に示すように、前記車両は、前記エンジン、前記電動モータ兼発電機、変速機、並びに車軸の順で連結されるとともに、少なくとも前記電動モータ兼発電機と前記変速機との間にクラッチを備えており、前記エンジン回転手段は、前記車両が停止の状態にあるときには、前記クラッチを切り離して前記電動モータ兼発電機で前記エンジンを回転させること、若しくは、図８に示すように、前記車両は、前記電動モータ兼発電機、前記エンジン、変速機、並びに車軸の順で連結されるとともに、前記エンジンと前記変速機との間にクラッチを備えており、前記エンジン回転手段は、前記車両が停止の状態にあるときには、前記クラッチを切り離して前記電動モータ兼発電機で前記エンジンを回転させることを特徴としている。
【００１３】
さらに、前記制御装置は、前記エンジン若しくは前記電動モータ兼電動機の運転状態に基づいて、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御の実施期間を演算する実施期間演算手段を備えること、又は、前記実施期間演算手段は、前記エンジンに流入される空気量に基づいて前記実施期間を演算すること、若しくは、前記エンジンは、前記触媒の上流の排気成分を直接または間接的に検出する触媒上流排気成分検出手段を備えており、前記実施期間演算手段は、前記触媒上流排気成分検出手段から得られた信号に基づいて前記実施期間を演算すること、若しくは、前記エンジンは、前記触媒の下流の排気成分を直接または間接的に検出する触媒下流排気成分検出手段を備えており、前記実施期間演算手段は、前記触媒下流排気成分検出手段から得られた信号に基づいて前記実施期間を演算すること、若しくは、前記エンジンは、該エンジンに流入される空気量を調節するスロットル弁を備えており、前記制御装置は、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御の実施期間には、前記スロットル弁を全開に制御すること、若しくは、前記エンジンは、該エンジンの排気還流量を調節する排気還流量調節弁を備えており、前記制御装置は、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御の実施期間には、前記排気還流量調節弁を全閉に制御すること、若しくは、前記エンジンは、該エンジンに流入される空気量を調節するスロットル弁を備えており、前記制御装置は、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御の実施期間には、前記スロットル弁の開度および前記電動モータ兼発電機の回転数を前記触媒の浄化効率が最大となるように制御することを特徴としている。
【００１４】
さらにまた、前記エンジンは、該エンジンに流入される空気量を調節するスロットル弁を備えており、前記制御装置は、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御の実施期間には、前記スロットル弁の開度を前記触媒の浄化効率が最大となるように制御すること、又は、前記車両は、前記モータ兼発電機用のバッテリを備えており、前記制御装置は、前記バッテリの蓄電量に応じて前記モータ兼発電機の回転数を決定すること、若しくは、前記車両は、前記モータ兼発電機用のバッテリを備えており、前記制御装置は、前記バッテリの蓄電量が所定値以下の場合には、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御を禁止すること、若しくは、前記車両は、前記モータ兼発電機用のバッテリを備えており、前記制御装置は、前記バッテリの蓄電量が所定値以下の場合には、アイドルストップを禁止し、前記エンジンによるアイドリング運転を実施させることを特徴としている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づき本発明に係るハイブリッド車両の制御装置の各実施形態を詳細に説明する。
（第一実施形態）
図９は、第一実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図である。本実施形態は、請求項６に示される発明を具体化したものである。
該ハイブリッド車両は、燃料の燃焼圧を原動力とするエンジン１と、電気エネルギーを原動力とする電動モータ兼発電機３との二つの原動機を有しており、エンジン１と電動モータ兼発電機３との間には、電子制御式のクラッチ２が設けられている。
【００１６】
そして、バッテリ１１から供給される電気エネルギーは、インバータ１０を介してモータ兼発電機３に供給され、エンジン１およびモータ３の動力は、変速機４を介して適切なトルクに変換され、車両駆動軸６を介してタイヤ５に伝達されて車両駆動力となる。ここで、適切な変速比は、変速機コントロールユニット８によって制御される。
【００１７】
また、運転条件に応じて、例えば、車両の減速時には、車両の動力がモータ兼発電機３に伝わってモータ３内で発電が行われ、この発電された電気エネルギーはバッテリ１１に蓄電される。
このように、モータ兼発電機３は、駆動力アシストおよび発電の２つの機能を有するが、車両の運転状態に応じてどちらの機能を用いるかはモータコントロールユニット９によって制御される。また、エンジン１の運転状態はエンジンコントロール７によって制御される。
【００１８】
エンジンコントロールユニット７、変速機コントロールユニット８、並びにモータコントロールユニット９の間は、各種情報がデータ通信され、エンジン１、変速機４、モータ兼発電機３が各運転条件おいて最適となるように協調制御されている。
【００１９】
図１０は、エンジン１のシステム図である。
多気筒で構成されるエンジン１において、外部からの空気はエアクリーナ１２を通過し、吸気マニホールド１５、コレクタ１６を経てシリンダ１ａ内に流入される。
【００２０】
スロットル弁（電子スロットル）１４により調節される流入空気量は、エアフロセンサ１３で検出され、電子スロットル１４の開度はスロットル弁開度センサ１７で検出される。エンジン回転数センサ２５では、クランク軸の回転角１度毎に信号が出力される。水温センサ２４では、エンジン１の冷却水温度を検出する。また、アクセル開度センサ２３は、アクセル２６の踏み込み量を検出し、これに基づいて運転者の要求トルクを検出する。
【００２１】
アクセル開度センサ２３、エアフロセンサ１３、スロットル弁開度センサ１７、エンジン回転数センサ２５、水温センサ２４のそれぞれの信号は、エンジンコントロールユニット７に送られ、これらセンサ出力からエンジン１の運転状態を得て、空気量、燃料噴射量、点火時期のエンジン１の主要な操作量が最適に演算される。そして、燃料噴射量は、開弁パルス信号に変換されて燃料噴射弁１８に送られ、また、点火時期は、点火させる駆動信号が点火プラグ１９に送られる。
【００２２】
燃料噴射弁１８で噴射された燃料は、吸気マニホールド１５からの空気と混合されてエンジン１のシリンダ１ａ内に流入して混合気を形成する。この混合気は、所定の点火時期で点火プラグ１９から発生される火花により爆発し、その燃焼圧によりピストン１ｂを押し下げてエンジン１の動力となる。
【００２３】
爆発後の排気は、排気マニホールド２０を経て三元触媒２１に送り込まれ、ＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの各排気成分が浄化された後に車外へと排出される。一方、排気の一部は排気還流管２７を通って吸気側に還流されており、この還流量は排気還流量調節弁２８によって制御される。
【００２４】
触媒上流排気成分検出手段の一態様であるＡ／Ｆセンサ２２は、エンジン１と三元触媒２１の間に取り付けられており、排気中に含まれる酸素濃度に対して線形の出力特性を持っている。排気中の酸素濃度と空燃比の関係は、ほぼ線形になっており、酸素濃度を検出するＡ／Ｆセンサ２２により空燃比を求めることが可能となる。また、三元触媒２１の下流側には、触媒下流排気成分検出手段の一態様であるＯ２センサ４２が取り付けられており、理論空燃比に対して濃淡の２値の出力特性を持つ。
【００２５】
エンジンコントロールユニット７では、Ａ／Ｆセンサ２２およびＯ２センサ４２の信号から三元触媒２１の上下流の空燃比を算出し、シリンダ１ａ内の混合気の空燃比が目標空燃比となるよう燃料噴射量もしくは空気量に逐次補正するＦ／Ｂ制御を行う。
【００２６】
図１１は、エンジンコントロールユニット７の内部構成図である。
エンジンコントロールユニット７内には、Ａ／Ｆセンサ２２、アクセル開度センサ２３、スロットル弁開度センサ１７、エアフロセンサ１３、エンジン回転数センサ２５、水温センサ２４、Ｏ２センサ４２などの各センサ出力値が入力され、入力回路３２にてノイズ除去等の信号処理を行った後、入出力ポート３３に送られる。
【００２７】
入力ポートの値は、ＲＡＭ３１に保管され、ＣＰＵ２９内で演算処理される。演算処理の内容を記述した制御プログラムは、ＲＯＭ３０に予め書き込まれている。制御プログラムに従って演算された各アクチュエータ作動量を表す値は、ＲＡＭ３１に保管された後、入出力ポート３３に送られる。そして、火花点火燃焼時に用いられる点火プラグ１９の作動信号は、点火出力回路３４内の一次側コイルの通流時にはＯＮとなり、非通流時にはＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされる。点火時期はＯＮからＯＦＦになる時である。入出力ポート３３にセットされた点火プラグ１９用の信号は、点火出力回路３４で燃焼に必要な十分なエネルギーに増幅されて点火プラグ１９に供給される。
【００２８】
また、燃料噴射弁１８の駆動信号は、開弁時ＯＮ、閉弁時ＯＦＦとなるＯＮ・ＯＦＦ信号がセットされ、燃料噴射弁駆動回路３５で燃料噴射弁１８を開くのに十分なエネルギーに増幅されて燃料噴射弁１８に送られる。
電子スロットル１４の目標開度を実現する駆動信号は、電子スロットル駆動回路３６を経て電子スロットル１４に送られ、電子制御式のクラッチ２のＯＮ・ＯＦＦ信号は、クラッチ駆動回路３８を経てクラッチ２に送られる。
【００２９】
なお、エンジンコントロールユニット７は、モータコントロールユニット９および変速機コントロールユニット８との間で各種データを通信するためのインターフェース３７を備え、モータ３および変速機４との協調制御が可能とされている。
以下、エンジンコントロールユニット７およびモータコントロールユニット９の制御プログラムについて述べる。
【００３０】
図１２は、モータコントロールユニット９内で行われる処理であり、要求駆動力が０以上であって所定値Ｔ１以内のときには、fMortorOn＝１として、モータ兼発電機３を駆動させるものである。要求駆動力は、アクセル開度等から決めるのがよい。
【００３１】
図１３はエンジンコントロールユニット７内で行われる処理であり、要求駆動力が所定値Ｔ２より大きく、かつ、車速が所定値Ｖ１より大きいときには、fEngOn＝１としてエンジンを始動させるものであり、減速時にはfEngOn＝０となってエンジン１への燃料噴射が停止される。なお、ここでは特に記述しないが、モータ３とエンジン１のトルクは、前記要求駆動力を実現するように、モータ用電流およびエンジン１の燃料噴射量、空気量、点火時期により制御される。
図１４は、本実施形態の残留排気浄化手段による残留ガスの掃気、浄化等のための制御ブロック図である。
【００３２】
ところで、該残留排気浄化手段は、コントロールユニット内に設けられており、後述するように、基本的には、エンジン１及びモータ兼発電機３の状態に基づいて、エンジン１の吸気管１５から触媒２１に至るまで、具体的には、吸気管１５およびシリンダ１ａ内および排気管２０および触媒２１内に残留するガスを浄化するものである。これは、後述するように、各コントロールユニット７、９の前記残留排気浄化手段からの出力信号に基づいて、燃料の燃焼以外の動力源によりエンジン１を回転させるエンジン回転手段が、クラッチを切り離し、或いは締結させ、電動モータ兼発電機３、車両駆動軸６等の各種構成による回転力にてエンジン１を回転させて達成されるものである。つまり、前記残留排気浄化手段による浄化の実施期間中には、エンジン１の燃焼による爆発力以外の力によりエンジン１を回転させ、新気をエンジン１に送り込むことで、吸気管１５、エンジン１、排気管２０、触媒２１の内部に残留する排ガスが掃気され、触媒２１で前記ガスを浄化させるものである。なお、後述するように、前記エンジン回転手段もまた、コントロールユニット内に設けられている。
【００３３】
そして、本実施形態では、図示のように、残留排気浄化手段及びエンジン回転手段を備えるコントロールユニット７に設けられたアクセル開度判定手段にて、アクセル２６の開度が所定値以下のようにエンジン１による正の仕事を行う必要がないと判断され、要求駆動力が０以下になり、車速が０より大きく、かつ、減速時たるfEngOn＝０のときには、エンジン１に供給される燃料噴射が停止され、前記残留排気浄化手段で残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１として残留ガスの浄化の許可なされる。そして、fClean＝１のときには、前記エンジン回転手段でクラッチ締結許可フラグfClutchOn＝１としてクラッチ２の締結許可がなされてクラッチ２が締結され、エンジン１は、前記エンジン回転手段からの信号によって減速時の力がエンジン１に伝わるので空回しされる。すなわち、本実施形態のように、減速時において、エンジン１とモータ３の間にあるクラッチ２を切らずに締結させることにより、減速に要するエネルギーである車両駆動軸６から逆に伝わるエネルギーの一部でエンジン１を回転させ、残留ガスをエンジン１内から掃気し、触媒２１で浄化することができるものである。
【００３４】
また、要求駆動力が０より大きくなるとき、若しくはfClean＝１となってからＴ１[ｓ]以内のときには、fClutchOn＝１としてクラッチ２を締結してエンジン１を始動させる。
【００３５】
図１５は、本実施形態のハイブリッド車両の実施時のチャートを示す。
図示のように、要求駆動力が０より大なる場合には、エンジン１及びモータ３にて走行させるのに対し、要求駆動力が０以下、かつ、車速が０以上であっても減速状態になったときには、モータ兼発電機３を発電機として使用してバッテリ１１を充電（回生発電）しながら減速走行させるとともに、クラッチ２が締結されたまま車軸６の回転力がエンジン１に伝達され、前記残留ガスの掃気・浄化が行われる。その後、クラッチ２が切り離されてエンジンが停止され、アイドルストップ状態に至る。
【００３６】
その後、モータ３が始動してアイドルストップ状態が終了し、車両はこのモータ３の駆動力のみで走行する。そして、要求駆動力が０以上などになったときには、クラッチ２が締結されてエンジン１が始動する。なお、浄化制御実施時間Ｔ１は実機性能に応じて決めるのもよい。
【００３７】
（第二実施形態）
図１６は、第二実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図である。本実施形態は、請求項７に示される発明を具体化したものである。そして、本実施形態は、前記第一の実施形態に比してクラッチ２の位置が異なっており、他の点は同じであるので、この相違点について述べる。
【００３８】
すなわち、電動モータ兼発電機３と変速機４との間に、電子制御式のクラッチ２が設けられている。なお、エンジンシステム（図１０）及びエンジンコントロールユニット７の内部構成（図１１）については、前記第一実施形態と同様である。
以下、エンジンコントロールユニット７およびモータコントロールユニット９の制御プログラムについて述べる。
【００３９】
図１７は、モータコントロールユニット９内で行われる処理であり、残留排気浄化手段及びエンジン回転手段を備えており、要求駆動力が０以上であって所定値Ｔ１以内のとき、若しくは前記残留排気浄化手段で残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のときには、前記エンジン回転手段でモータ駆動許可フラグfMotorOn＝１としてモータ３の駆動許可がなされてモータ兼発電機３を駆動させる。要求駆動力は、通常はアクセル開度、残留排気浄化制御中すなわちfClean＝１のときには、後述するように、浄化効率が最適となるように決めるのがよい。
【００４０】
また、残留排気浄化制御許可フラグfCleanは、要求駆動力が０であって、車速が０、かつ、fClean＝１となってからＴ１[ｓ]以内のときには１となる。
図１８は、エンジンコントロールユニット７内で行われる処理であり、要求駆動力が所定値Ｔ２より大きく、かつ、車速が所定値Ｖ１より大きいときには、fEngOn＝１としてエンジン１を始動させるものであり、減速時にはfEngOn＝０となり、燃料噴射が停止されることは、前記第一実施形態と同様である。
【００４１】
そして、fClean＝１のときにはクラッチ２が切り離され、エンジン１は、エンジン回転手段からの信号に応じて電動モータ兼発電機３によって空回しされる。すなわち、本実施形態のように、車両停止時においてモータ３と変速機４との間にあるクラッチ２を切り離すことにより、モータ３の力でエンジン１を回転させて新気をエンジン１に送り込み、残留ガスをエンジン１内より掃気し、触媒２１で浄化することができるものである。なお、図示のように、要求駆動力が０より大きいときには、fClutchOn＝１としてクラッチ２を締結してエンジン１を始動させる。
【００４２】
図１９は、本実施形態のハイブリッド車両の実施時のチャートを示す。
図示のように、要求駆動力が０より大なる場合には、エンジン１及びモータ３にて走行させるのに対し、要求駆動力が０以下、かつ、車速が０以上であっても減速状態になったときには、モータ兼発電機３を発電機として使用してバッテリ１１を充電（回生発電）しながら減速走行させ、車速が０になったときには、クラッチ２を切り離してモータ３の回転力がエンジン１に伝達され、残留ガスの掃気・浄化が行われる。その後、モータ３が停止されるとともにエンジン１が停止され、アイドルストップ状態に至る。
【００４３】
要求駆動力が０以上になったときには、クラッチ２の締結とともにモータ３が始動してアイドルストップ状態が終了し、車両はこのモータ３の駆動力で走行し始め、次いでエンジン１が始動する。なお、浄化制御実施時間Ｔ１は実機性能に応じて決めるのもよい。
【００４４】
（第三実施形態）
図２０は、第三実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図であり、前記第一及び第二実施形態に比してクラッチ２の位置が異なっており、この相違点について述べる。
すなわち、エンジン１と電動モータ兼発電機３との間には、電子制御式のクラッチ４１が設けられ、さらに、電動モータ兼発電機３と変速機４との間にも、電子制御式のクラッチ２が設けられており、残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のときには、クラッチ４１の締結状態を保持するのに対し、クラッチ２を切り離すことにより、若しくは、クラッチ２の締結状態を保持するのに対し、クラッチ４１を切り離すことにより、エンジン１が回転される。そして、クラッチ４１を用いた残留排気浄化制御は前記第一実施形態と同様であり、クラッチ２を用いた残留排気浄化制御は前記第二実施形態と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００４５】
（第四実施形態）
図２１は、第四実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図である。本実施形態は、請求項８に示される発明を具体化したものである。そして、本実施形態は、前記第一及び第二実施形態に比してクラッチ２の位置等が異なっており、他の点は同じであるので、この相違点について述べる。
【００４６】
すなわち、本実施形態は、モータ兼発電機３とエンジン１とは、変速機３９及びプーリ４０を介して繋がっており、バッテリ１１から供給される電気エネルギーは、インバータ１０を介してモータ兼発電機３に供給され、モータ３の動力は、変速機３９を介して適切なトルクに変換され、プーリ４０を介してエンジン１に伝達される。エンジン１及びモータ３のトルクは車軸６を介して変速機４に入力される。
【００４７】
また、運転条件に応じては、エンジン１の動力が逆にプーリ４０を介してモータ兼発電機３に伝わってモータ３内で発電が行われ、この発電された電気エネルギーはバッテリ１１に蓄電される。
このように、モータ兼発電機３は、駆動力アシストおよび発電機の２つの機能を有するが、車両の運転状態に応じてどちらの機能を用いるかはモータコントロールユニット９によって制御される。また、エンジン１の運転状態はエンジンコントロール７によって制御される。
【００４８】
つまり、本実施形態の車両は、電動モータ兼発電機３、エンジン１、変速機４、並びに車軸６の順で連結され、エンジン１と変速機４との間には、電子制御式のクラッチ２が設けられており、残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のときには、クラッチ２が切り離されてエンジン１が回転される。この残留排気浄化制御方式は、前記第二実施形態と同様となるので、具体的説明は省略するが、車両停止時には、エンジン１と変速機４との間にあるクラッチ２を切り離し、モータ３の力でエンジン１を回転させ、残留ガスをエンジン１内より掃気して触媒２１で浄化させるものである。
【００４９】
（第五実施形態）
本実施形態は、請求項１０に記載の発明を具体化したものである。より具体的には、前記第一実施形態から第四実施形態で示した残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御に関するものである。
【００５０】
つまり、この実施期間は、エンジン１を空回しする期間のことであり、エンジン１若しくはモータ３の運転状態に基づいて、残留ガスが十分に掃気、浄化させるための時間が演算されており、必要最小限の期間での残留ガスの掃気・浄化を達成させている。
図２２及び図２３は、前記残留排気浄化手段による残留排気浄化制御許可フラグfCleanの演算方法を示しており、その実施期間は、コントロールユニット内の実施期間演算手段にて求められる。
【００５１】
そして、図２２及び図２３ともに、前記残留排気浄化手段による前記残留ガス掃気、浄化制御は、残留排気浄化制御許可フラグfCleanが１となってから後であって、エンジン１に流入する空気量であるエンジン流入空気量Ｑの積分値がＱｍ１以下の間はfClean＝１とする仕様となっており、例えば、制御開始後、エンジン１に流入した総空気量が、吸気管１５、シリンダ１ａ、排気管２０の体積を超えた場合には、残留排ガスの掃気、浄化は完了したと判断するものであり、残留排気浄化制御開始後、エンジン１内に残留する排気を十分に掃気する新気量が流れるまで、本制御を実施するというものである。なお、Ｑｍ１は実機試験により決めるのも良い。
【００５２】
また、図２２の制御方式は、図９のシステムに適用されるものであり、図２３の制御方式は、図１６、図２１のシステムに適用されるものである。さらに、図２０のシステムにおいては、図２２、図２３のどちらのシステムにも実施可能である。
【００５３】
（第六実施形態）
本実施形態は、請求項１１に記載の発明を具体化したものである。より具体的には、前記第一実施形態から第四実施形態で示した残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御に関するものである。
図２４及び図２５は、前記残留排気浄化手段による残留排気浄化制御許可フラグfCleanの演算方法を示しており、その実施期間は、コントロールユニット内の実施期間演算手段にて求められる。
【００５４】
そして、図２４及び図２５ともに、前記残留ガス掃気、浄化制御は、残留排気浄化制御許可フラグfCleanが１となってから後であって、Ａ／Ｆセンサ２２の出力値Ｒａｂｆが、ｍＲａｂｆ１より小さいときはfClean＝１を維持し、残留排気浄化制御を実施する仕様となっており、例えば、制御開始後、Ａ／Ｆセンサ２２による酸素成分が空気と同等の値となった場合には、残留排ガスの掃気、浄化は完了したと判断するものであり、残留排気浄化制御開始後、エンジン１内に残留する排気が十分に掃気されたときには、Ａ／Ｆセンサ２２の出力が新気の際の値となるので、その値を検出するまで本制御を実施するというものである。なお、ｍＲａｂｆ１は実機試験により決めるのも良い。
【００５５】
また、図２４の制御方式は、図９のシステムに適用されるものであり、図２５の制御方式は、図１６、図２１のシステムに適用されるものである。さらに、図２０のシステムにおいては、図２４、図２５のどちらのシステムにも実施可能である。
【００５６】
（第七実施形態）
本実施形態は、請求項１２に記載の発明を具体化したものである。より具体的には、前記第一実施形態から第四実施形態で示した残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御に関するものである。
図２６及び図２７は、前記残留排気浄化手段による残留排気浄化制御許可フラグfCleanの演算方法を示しており、その実施期間は、コントロールユニット内の実施期間演算手段にて求められる。
【００５７】
そして、図２６及び図２７ともに、前記残留ガス掃気、浄化制御は、残留排気浄化制御許可フラグfCleanが１となってから後であって、Ｏ２センサ４２の出力値ＶＯ２Ｒが、ｍＶＯ２Ｒ１より大きいときはfClean＝１を維持し、残留排気浄化制御を実施する仕様となっており、例えば、制御開始後、Ｏ２センサ４２による酸素成分が空気と同等の値となった場合には、残留排ガスの掃気、浄化は完了したと判断するものであり、残留排気浄化制御開始後、エンジン１内に残留する排気が十分に掃気されたときには、Ｏ２センサ４２の出力が新気の際の値となるので、その値を検出するまで本制御を実施するというものである。なお、ｍＶＯ２Ｒ１は実機試験により決めるのも良い。
【００５８】
また、図２６の制御方式は、図９のシステムに適用されるものであり、図２７の制御方式は、図１６、図２１のシステムに適用されるものである。さらに、図２０のシステムにおいては、図２６、図２７のどちらのシステムにも実施可能である。さらに、前記第六実施形態と組み合わせることにより、一層精度の高い制御が実施可能であることも付言しておく。
【００５９】
（第八実施形態）
本実施形態は、請求項１３に記載の発明を具体化したものである。より具体的には、前記第一実施形態から第四実施形態で示した残留排気浄化制御中の電子スロットル１４の開度の制御に関するものである。
【００６０】
図２８は、エンジン制御全体を表したブロック図であり、燃料先行型のトルク制御の構成となっている。そして、本制御は、目標トルク演算部７１、燃料噴射量演算部７２、目標当量比演算部７３、目標空気量演算部７４、実空気量演算部７５、目標スロットル開度演算部７６、スロットル開度制御部７７からなる。
【００６１】
まず、目標トルク演算部７１では、モータ回転数ＮｅＭと、エンジン回転数Ｎｅとから目標トルクＴｇＴｃを演算し、燃料噴射量演算部７２では、目標トルクＴｇＴｃを実現する燃料噴射量ＴＩ０を演算し、該燃料噴射量ＴＩ０がシリンダ１ａ内空気の位相に合うように位相補正が施され、補正後の燃料噴射量ＴＩとされる。
【００６２】
目標当量比演算部７３では、目標トルクＴｇＴｃと、始動時目標モータ回転数ＴｇＮｅとから目標当量比ＴｇＦｂｙａを演算する。燃料と空気の比を当量比で扱うのは演算上都合がよいからであり、空燃比で扱うことも可能である。
【００６３】
目標空気量演算部７４では、燃料噴射量ＴＩ０と、目標当量比ＴｇＦｂｙａとから目標空気量ＴｇＴｐを演算する。後述するが、目標空気量ＴｇＴｐは、便宜的に一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する空気量に規格化した値としている。
【００６４】
実空気量演算部７５では、エアフロセンサ１３で検出される空気の質量流量であるＱａを、目標空気量ＴｇＴｐと同次元である一サイクル当たりに一シリンダ内に流入する実空気量Ｔｐに換算して出力する。
【００６５】
目標スロットル開度演算部７６では、目標空気量ＴｇＴｐ及び実空気量Ｔｐに基づいて目標スロットル開度ＴｇＴｖｏを演算し、スロットル開度演算部７７では、目標スロットル開度ＴｇＴｖｏ及び実開度Ｔｖｏからスロットル操作量Ｔｄｕｔｙを演算する。このスロットル操作量Ｔｄｕｔｙは、スロットルモータ駆動用電流を制御する駆動回路へ入力されるＰＷＭ信号のデューティ比を表す。
【００６６】
図２９は、前記目標スロットル開度演算部７６のブロック図であり、目標空気量ＴｇＴｐと実空気量Ｔｐとから目標スロットル開度ＴｇＴｖｏをＰＩＤ制御により求める仕様となっているが、残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のとき、すなわち、残留排気浄化制御中には目標スロットル開度を全開とする。実施期間中に電子スロットル１４を全開にすることで、エンジン１に流入される空気量を最大にし、短時間にて残留ガスの掃気、浄化を図ることができるからである。また、モータ兼発電機３による回生も同時に行う場合には、エンジン１側の吸気損失を無くすことで、より効率の良い回生を行うこともできる。
【００６７】
（第九実施形態）
本実施形態は、請求項１４に記載の発明を具体化したものである。より具体的には、前記第一実施形態から第四実施形態で示した残留排気浄化制御中の排気還流量調節弁２８の開度の制御に関するものである。
【００６８】
図３０は、前記エンジンコントロールユニット７内の図示しない目標ＥＧＲ率演算部のブロック図であり、目標トルクＴｇＴｃとエンジン回転数Ｎｅとから目標ＥＧＲ／Ｖ開度ＴｇＥｇｒをマップ参照により求める仕様となっているが、残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のとき、すなわち、残留排気浄化制御中には目標ＥＧＲ／Ｖを全閉とする。実施期間中に排気還流量調節弁２８を全閉にすることで、残留ガスの還流を防ぎ、短時間にて残留ガスの掃気、浄化を図ることができるからである。
【００６９】
（第十実施形態）
本実施形態は、請求項１５に記載の発明を具体化したものである。より具体的には、前記第一実施形態から第四実施形態で示した残留排気浄化制御中のスロットル開度の制御に関するものであり、特に、前記第二〜第四実施形態においては、モータ回転数の制御に関するものである。
【００７０】
図３１は、前記目標スロットル開度演算部７６のブロック図であり、目標空気量ＴｇＴｐと実空気量Ｔｐとから目標スロットル開度ＴｇＴｖｏをＰＩＤ制御により求める仕様となっているが、残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のとき、すなわち、残留排気浄化制御中には目標空気量を触媒２１の浄化効率が最も高くなる空気量ＴｇＴｐＣｌｅａｎとする。
【００７１】
また、図３２は、前記モータコントロールユニット９内の図示しない目標モータ回転数演算部のブロック図であり、目標モータ回転数ＴｇＮｅＭを目標駆動力ＴｇＴｃ０からマップ参照により求める仕様としているが、残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のとき、すなわち、残留排気浄化制御中には目標モータ回転数を触媒２１の浄化効率が最も高くなるエンジン回転数ＴｇＮｅＭとする。
【００７２】
つまり、触媒２１の浄化効率は、単位時間当たりの空気流量（触媒２１を通過する空気流量速度）により変化するため、前記車両が減速時に行う残留ガス掃気、浄化制御実施中には、触媒２１の浄化効率が高くなるように、単位時間当たりの空気流量を電子スロットル１４の開度およびエンジン回転数（空回し）により制御し、高効率な残留ガスの浄化を図ることができる。なお、ＴｇＴｐＣｌｅａｎおよびＴｇＮｅＭは触媒の性能に応じて決めるのが望ましい。
また、図３１の制御は、前記第一〜第四実施形態のシステムのすべてに適用可能であり、図３２の制御は、前記第二〜第四実施形態のシステムに適用可能である。
【００７３】
（第十一実施形態）
本実施形態は、請求項１６〜１９に記載の発明を具体化したものである。より具体的には、前記第二実施形態から第四実施形態で示したシステムにおいて、モータ回転による残留排気浄化制御の許可条件に関するものである。
【００７４】
図３３は、前記モータコントロールユニット９内で行われる処理であり、要求駆動力が０以上であって所定値Ｔ１以内のとき、若しくは残留排気浄化制御許可フラグfClean＝１のときは、fMortorOn＝１として、電動モータ兼発電機３を駆動するものである。要求駆動力は、通常はアクセル開度、残留排気浄化制御中すなわちfClean＝１のとき前述のように、浄化効率が最適となるよう決めるのがよい。
【００７５】
そして、残留排気浄化制御許可フラグfCleanは、要求駆動力が０であって、車速が０、かつ、fClean＝１となってからＴ１[ｓ]以内であって、さらにバッテリ１１の蓄電量がｍＳＯＣ０以上の時には、１となる。
【００７６】
つまり、触媒２１の浄化効率は、単位時間当たりの空気流量（触媒２１を通過する空気流量速度）により変化するため、前記車両が停止時に行う残留ガス掃気、浄化制御実施中には、触媒２１の浄化効率が高くなるように、単位時間当たりの空気流量を電子スロットル１４の開度およびモータ回転数（エンジン回転数）により制御し、高効率な残留ガスの浄化を図ることができる。
【００７７】
そして、前述の触媒２１の浄化効率が高くさせるべく単位時間当たりの空気流量を電子スロットル１４およびモータ回転数（エンジン回転数）を制御する場合には、モータ駆動用バッテリ１１の蓄電量に応じて回転数が決められていることから、モータコントロールユニット９は、バッテリ１１の残存量が少ない場合には、モータ回転による残留排気浄化制御は不可能であると判断して該残留ガス浄化制御を禁止している。
【００７８】
また、図３４は、前記エンジンコントロールユニット７内で行われる処理であり、上記のように、バッテリ１１の残存量が少ない場合には、モータ回転による残留排気浄化制御は不可能であると判断しているので、アイドルストップ時のエンジン停止をそもそも禁止し、エンジン１にはアイドリング運転を実施させており、残留排気の発生を未然に防いでいる。
【００７９】
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において種々の変更ができるものである。
【００８０】
【発明の効果】
以上の説明から理解できるように、本発明のハイブリッド車両の制御装置は、アイドルストップ実施前にエンジンに供給される燃料噴射を停止し、燃料の燃焼以外の動力源によりエンジンを回転させて、エンジンの吸気管、シリンダ内、排気管ならびに触媒の中に残留する排ガスが浄化されているので、再始動時の排気悪化を大幅に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明である請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置のブロック図。
【図２】請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置のブロック図。
【図３】請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置のブロック図。
【図４】請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置のブロック図。
【図５】請求項５に記載のハイブリッド車両の制御装置のブロック図。
【図６】請求項６に記載のハイブリッド車両のシステム図。
【図７】請求項７に記載のハイブリッド車両のシステム図。
【図８】請求項８に記載のハイブリッド車両のシステム図。
【図９】本発明の第一実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図。
【図１０】図９のエンジンのシステム図であって、本発明の第一〜第十一実施形態におけるエンジンのシステム図。
【図１１】図９のエンジンコントロールユニットの内部構成図であって、本発明の第一〜第十一実施形態におけるエンジンコントロールユニットの内部構成図。
【図１２】図９のモータコントロールユニット内で行われるモータ駆動許可制御のブロック図。
【図１３】図９のエンジンコントロールユニット内で行われるエンジン駆動許可制御のブロック図。
【図１４】図９の実施形態における残留排気浄化手段による残留排気浄化制御のブロック図およびエンジン回転手段によるクラッチ締結制御のブロック図。
【図１５】図９の実施形態におけるハイブリッド車両の実施時のチャート図。
【図１６】本発明の第二実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図。
【図１７】図１６の実施形態における残留排気浄化手段による残留排気浄化制御のブロック図およびエンジン回転手段によるモータ駆動許可制御のブロック図。
【図１８】図１６のエンジンコントロールユニット内で行われるクラッチ締結制御のブロック図。
【図１９】図１６の実施形態におけるハイブリッド車両の実施時のチャート図。
【図２０】本発明の第三実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図。
【図２１】本発明の第四実施形態におけるハイブリッド車両のシステム図。
【図２２】本発明の第五実施形態における残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御のブロック図。第一及び第三実施形態のシステムに適用。
【図２３】本発明の第五実施形態における残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御のブロック図。第二、第三及び第四実施形態のシステムに適用。
【図２４】本発明の第六実施形態における残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御のブロック図。第一及び第三実施形態のシステムに適用。
【図２５】本発明の第六実施形態における残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御のブロック図。第二、第三及び第四実施形態のシステムに適用。
【図２６】本発明の第七実施形態における残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御のブロック図。第一及び第三実施形態のシステムに適用。
【図２７】本発明の第七実施形態における残留排気浄化制御の実施時間を最適化する制御のブロック図。第二、第三及び第四実施形態のシステムに適用。
【図２８】本発明の第八実施形態におけるエンジン制御全体を表したブロック図。
【図２９】図２８の実施形態における目標スロットル開度演算部を表したブロック図。
【図３０】本発明の第九実施形態における目標ＥＧＲ率演算部を表したブロック図。
【図３１】本発明の第十実施形態における目標スロットル開度演算部を表したブロック図。
【図３２】図３１の実施形態における目標モータ回転数演算部を表したブロック図。
【図３３】本発明の第十一実施形態における残留排気浄化制御およびモータ駆動許可制御のブロック図。
【図３４】図３３の実施形態におけるエンジン駆動許可制御のブロック図。
【符号の説明】
１エンジン
１ａシリンダ
２クラッチ
３電動モータ兼発電機
４変速機
６車両駆動軸
７エンジンコントロールユニット（制御装置）
９モータコントロールユニット（制御装置）
１１バッテリ
１３エアフロセンサ
１４電子スロットル
１５吸気管
１８燃料噴射弁
２０排気管
２１触媒
２２Ａ／Ｆセンサ（触媒上流排気成分検出手段）
２６アクセル
２８排気還流量調節弁
３９変速機
４１クラッチ
４２Ｏ２センサ（触媒下流排気成分検出手段）

Claims

燃料の燃焼によって作動するエンジンと、電気エネルギーによって作動する電動モータ兼発電機とを動力源に備えるハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御装置は、前記エンジンの吸気管、シリンダ内、排気管並びに触媒の中に残留するガスの浄化制御を許可する残留排気浄化手段と、前記エンジンを回転させるエンジン回転手段と、を備え、該エンジン回転手段は、前記エンジンに供給される燃料噴射が停止された場合に、前記残留排気浄化手段からの出力信号に基づいて、前記車両の車軸から前記エンジンに伝達されるエネルギーで前記エンジンを回転させることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記制御装置は、アクセル開度が所定値以下であるかを判定するアクセル開度判定手段を備え、前記残留排気浄化手段は、前記アクセル開度判定手段の出力信号に基づいて前記浄化制御を許可することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジン回転手段は、前記電動モータ兼発電機の回転力によって前記エンジンを回転させることを特徴とする請求項１又は２記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記車両は、前記エンジン、前記電動モータ兼発電機、変速機、並びに車軸の順で連結されるとともに、前記エンジンと前記電動モータ兼発電機との間にクラッチを備えており、前記エンジン回転手段は、前記車両の要求駆動力が０以下であって、該車両が減速の状態にあるときには、前記クラッチを所定期間締結して前記エンジンを回転させることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記車両は、前記エンジン、前記電動モータ兼発電機、変速機、並びに車軸の順で連結されるとともに、少なくとも前記電動モータ兼発電機と前記変速機との間にクラッチを備えており、前記エンジン回転手段は、前記車両が停止の状態にあるときには、前記クラッチを切り離して前記エンジンを回転させることを特徴とする請求項３記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記車両は、前記電動モータ兼発電機、前記エンジン、変速機、並びに車軸の順で連結されるとともに、前記エンジンと前記変速機との間にクラッチを備えており、前記エンジン回転手段は、前記車両が停止の状態にあるときには、前記クラッチを切り離して前記エンジンを回転させることを特徴とする請求項３記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記制御装置は、前記エンジン若しくは前記電動モータ兼電動機の運転状態に基づいて、前記残留ガス浄化制御の実施期間を演算する実施期間演算手段を備えることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記実施期間演算手段は、前記エンジンに流入される空気量に基づいて前記実施期間を演算することを特徴とする請求項７記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、前記触媒の上流の排気成分を直接または間接的に検出する触媒上流排気成分検出手段を備えており、前記実施期間演算手段は、前記触媒上流排気成分検出手段から得られた信号に基づいて前記実施期間を演算することを特徴とする請求項７記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、前記触媒の下流の排気成分を直接または間接的に検出する触媒下流排気成分検出手段を備えており、前記実施期間演算手段は、前記触媒下流排気成分検出手段から得られた信号に基づいて前記実施期間を演算することを特徴とする請求項７又は９記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、該エンジンに流入される空気量を調節するスロットル弁を備えており、前記制御装置は、前記残留ガス浄化制御の実施期間には、前記スロットル弁を全開に制御することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、該エンジンの排気還流量を調節する排気還流量調節弁を備えており、前記制御装置は、前記残留ガス浄化制御の実施期間には、前記排気還流量調節弁を全閉に制御することを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、該エンジンに流入される空気量を調節するスロットル弁を備えており、前記制御装置は、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御の実施期間には、前記スロットル弁の開度および前記電動モータ兼発電機の回転数を前記触媒の浄化効率が最大となるように制御することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、該エンジンに流入される空気量を調節するスロットル弁を備えており、前記制御装置は、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御の実施期間には、前記スロットル弁の開度を前記触媒の浄化効率が最大となるように制御することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記車両は、前記モータ兼発電機用のバッテリを備えており、前記制御装置は、前記バッテリの蓄電量に応じて前記モータ兼発電機の回転数を決定することを特徴とする請求項１４記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記車両は、前記モータ兼発電機用のバッテリを備えており、前記制御装置は、前記バッテリの蓄電量が所定値以下の場合には、前記残留排気浄化手段による残留ガス浄化制御を禁止することを特徴とする請求項１４又は１５記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記車両は、前記モータ兼発電機用のバッテリを備えており、前記制御装置は、前記バッテリの蓄電量が所定値以下の場合には、アイドルストップを禁止し、前記エンジンによるアイドリング運転を実施させることを特徴とする請求項３記載のハイブリッド車両の制御装置。