JP3732395B2

JP3732395B2 - 車両の制御装置

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Publication number: JP3732395B2
Application number: JP2000281667A
Authority: JP
Inventors: 英一大津; 正美永野; 禎染野; 倫之羽二生
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Car Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Automotive Systems Engineering Co Ltd
Priority date: 2000-09-18
Filing date: 2000-09-18
Publication date: 2006-01-05
Anticipated expiration: 2020-09-18
Also published as: JP2002089316A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車等の車両の制御装置に関し、特に、内燃機関の駆動要求があったときの、発電機を兼ねる電動機の制御を行う制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関を一つの走行動力源とする自動車等の車両では、機関排気系に触媒コンバータ等による排気浄化装置が設けられているものが多い。排気浄化装置は、触媒温度が活性温度以上であるなど、暖機が行われていないと、充分な排気浄化作用を行わないから、ヒータによって排気浄化装置の加熱を行ったり、点火時期の遅角制御によって排気ガス温度を高めて排気浄化装置の温度上昇を早めること等を行うことが特開平１０−２８８０２８号公報に示されている。
【０００３】
また、特開平４−３３１４０２号公報には、エンジンの起動時等の触媒コンバータの温度が低い場合は、温度検出手段によりこれを検出してエンジンを始動せず、バッテリからの電力のみを利用して電気自動車として走行し、この時加熱用抵抗によって触媒コンバータを速やかに十分な動作が可能な温度まで加熱することが記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
加熱用抵抗（ヒータ）による触媒コンバータ等の排気浄化装置の加熱では、二次電池（バッテリ）を電源とし、バッテリの電力を消費するから、バッテリの残容量が問題になり、バッテリの残容量が少ないと、加熱用抵抗による排気浄化装置の加熱を十分に行うことができない。
【０００５】
点火時期の遅角制御による排気浄化装置の加熱促進は、点火時期が機関運転上の最適点火時期より遅角されるため、内燃機関の運転性能に悪影響が及ぶことを避けることができず、燃焼が不安定になり、機関回転数を高く設定する必要なども生じ、エンジン音に関する静粛性、燃料経済性を悪くする原因にもなる。
【０００６】
ところで、自動車等の車両の多くは、内燃機関を動力源として発電を行う電動機（多くの場合、内燃機関の始動を行う電動機を兼ねている）を有し、電動機による発電電力を二次電池に蓄えるようにしている。上述のような車両では、電動機を内燃機関の負荷として使うことにより、内燃機関より排気浄化装置へ与える排気ガスによるエネルギ供給量を増大することができ、二次電池の残容量に制限されることなく、他の弊害を生じることなく排気浄化装置の温度上昇を促進することができる。
【０００７】
本発明は、上述の如き課題に着目してなされたもので、その目的とするところは、電動機を内燃機関の負荷として使うことにより、内燃機関より排気浄化装置へ与える排気ガスによるエネルギ供給量（加熱量）を増大し、二次電池の残容量に制限されることなく、エンジン音に関する静粛性を悪くしたり、燃料経済性を悪くする等の他の弊害を生じることなく排気浄化装置の温度上昇を促進する車両の制御装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、この発明による車両の制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関と駆動連結されて前記内燃機関の始動を行い且つ前記内燃機関を動力源として発電を行う発電機を兼ねた電動機と、前記電動機の電源をなし且つ前記電動機による発電電力を蓄える二次電池と、前記内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置と、前記電動機の制御装置とを備え、該電動機の制御装置は、前記内燃機関の始動要求があったときに、前記電動機によって前記内燃機関の始動を行うと共に前記排気浄化装置の昇温のための内燃機関のトルク増分による前記内燃機関の回転数変動を抑制するように前記電動機の発電量を制御することを特徴としている。前記車両の制御装置は、前記排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量を検出する浄化性能検出手段を備え、前記電動機の制御装置は、前記浄化性能検出手段の検出量に応じて前記電動機に発電指令を与える発電指令手段を備えているものである。これにより、排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量に応じて電動機の発電指令が与えられる。
【０００９】
また、この発明による車両の制御装置は、前記した車両の制御装置に、さらに、前記内燃機関に設けられた電力消費手段と、前記浄化性能検出手段の検出量に応じて前記電力消費手段への電力量を指令する電力消費指令手段とを有しているものである。これにより、排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量に応じて電力消費手段への電力量が指令される。
この発明による車両の制御装置では、前記電力消費手段が、前記内燃機関に設けられた燃料加熱装置、前記排気浄化装置の加熱手段、前記内燃機関の排気系に設けられた酸素濃度検出手段の加熱手段のうちの少なくとも何れか一つである。
【００１０】
また、この発明による車両の制御装置は、前記した車両の制御装置に、さらに、前記二次電池の入力可能電力量を検出する電力量検出手段を備え、前記発電指令手段は前記電力量検出手段の検出量に応じて前記発電指令値を制限するものである。
また、この発明による車両の制御装置は、前記発電指令手段の指令値が増加するほど前記内燃機関に供給する空気に対する燃料の割合を減少する指令を行うものである。これにより電動機が負荷となり、リーン化できると共に燃料消費を減らすことができ、排気を改善できる。
【００１１】
また、この発明による車両の制御装置において、前記内燃機関の回転数変動は、該内燃機関の回転数の上昇であることを特徴とする。これにより、始動時等の内燃機関の回転数上昇を抑えることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して、この発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明による車両の制御装置を組込まれたハイブリッド車両の主要構成を示している。ハイブリッド車両は、内燃機関（以下エンジンと云う）１と、発電機を兼ねた電動機であるモータジェネレータ（以下ＭＧと云う）２とを有し、これらを動力源としてクラッチ３、変速機４を介して車輪５に駆動力を伝達する。
【００１３】
車両の制御装置であるハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）６は、キースイッチ７の信号によりハイブリッド車両システムの起動および停止を行い、アクセルペダル８、ブレーキペダル９の操作信号に応じて車輪５に必要なトルクが与えられるように、エンジン１の制御装置（ＥＣＵ）１０と、ＭＧ２を制御するインバータ１１と、クラッチ３に指令を出力する。
【００１４】
ＭＧ２は二次電池であるバッテリ１２を電源としており、バッテリ１２の電気エネルギをインバータ１１で交流に変換してＭＧ２に与えることで、ＭＧ２が、駆動力を発生し、ベルト１３を介してつながるエンジン１の始動や車輪５の駆動を行う。バッテリ１２は、ＨＣＵ６などの電源である１２Ｖバッテリとは別のもので、本実施の形態では４２Ｖバッテリであり、車輪５の運動エネルギあるいはエンジン１の駆動力によりＭＧ２を回転させて発電し、インバータ１１によって直流に変換して充電する。
【００１５】
エンジン制御を行うＥＣＵ１０は、クランク角センサ１４よりの信号より求められエンジン回転数とＨＣＵ６よりのトルク指令より求めるスロットル弁１５の目標開度をスロットル開度制御装置１６に指令し、空気流量を制御する。また、ＥＣＵ１０は、水温センサ１７が検出するエンジン冷却水温や排気側にある酸素濃度センサ１８の検出信号などにより燃料噴射装置１９の燃料噴射幅を制御する。なお、燃料噴射装置１９には燃料加熱用のヒータ３０が、酸素濃度センサ１８にはセンサ加熱用のヒータ３１が各々取り付けられている。
【００１６】
燃料と空気の混合気は、吸気弁２０により開閉される吸気ポート２１からシリンダ内の燃焼室２２へ吸込まれ、点火装置２３によって着火される。混合気の爆発エネルギによってピストン２４を動かし、車輪５やＭＧ２を駆動する。燃焼ガスは、排気弁２５によって開閉される排気ポート２６から燃焼室２２外に排出され、触媒コンバータ２７で浄化された後、大気中へ排出される。
【００１７】
触媒コンバータ２７には、排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量を検出する浄化性能検出手段として、触媒温度を検出する触媒温度センサ２８が取り付けられている。触媒コンバータ２７は、エンジン１よりの燃焼ガス（排気ガス）によって加熱され、例えば４００℃程度以上で、その性能を充分に発揮する暖機完了状態となる。また、触媒コンバータ２７にはコンバータ加熱用のヒータ３２が取り付けられている。
【００１８】
ＨＣＵ６によるシステム動作モードには４種類ある。
（エンジン始動モード）
第一は、エンジン始動モードである。ＭＧ２のインバータ１１に対して最大のトルク指令を与えてエンジン１のクランキングを行い、エンジン回転数が９００ｒ／ｍになれば、ＥＣＵ１０に対する燃料噴射禁止指令を解除し、エンジン１を始動する。
【００１９】
（アイドル停止モード）
第二は、アイドル停止モードである。停車状態でブレーキペダル９が踏まれ、アクセルペダル８が離されてクリープが必要なく、しかも、触媒コンバータ２７の温度が高ければ、エンジン１を停止し、燃料を消費しない。
【００２０】
（触媒活性モード）
第三は、触媒活性モードである。停車状態でブレーキペダル９が踏まれ、アクセルペダル８が離されてクリープが必要ないが、触媒コンバータ２７の温度が低い場合には、エンジン１を動かし、燃焼排気ガスによって触媒コンバータ２７を加熱する。また、この時には、ＥＣＵ１０は触媒コンバータ２７の温度に応じてＭＧ２への発電指令をＨＣＵ６に対して出す。これにより、ＥＣＵ１０が浄化性能検出手段の検出量に応じてＭＧ２への発電指令を与える発電指令手段をなす。
【００２１】
この発電指令下で、バッテリ１２に充電できない発電分は、ＥＣＵ１０が送信する消費可能電力の範囲で、電力消費指令としてＨＣＵ６が触媒コンバータ２７にあるヒータ３２の加熱指示をＥＣＵ１０へ送信する。ここに、ＨＣＵ６が浄化性能検出手段の検出量に応じて電力消費手段へ電力量を指令する電力消費指令手段をなす。
【００２２】
（走行・発電モード）
以上の３モードのいずれにも該当しない場合が、第四のモードであり、走行・発電モードとして、走行状態、あるいは、停車状態でもブレーキペダル８が離され、エンジン１を動力源として走行あるいは発電する。
【００２３】
ハイブリッド車両の動作をＥＣＵ１０やインバータ１１へ指令を与えるＨＣＵ６に組み込まれるソフトウェアの実行により具現される制御処理を、図２に示されているフローチャートを参照して説明する。本処理は、１０ｍｓ毎に実行する。まず、キースイッチ７およびアクセルペダル８、ブレーキペダル９の操作信号を入力する（ステップ１０１）。つぎに、ＥＣＵ１０やインバータ１１に対してトルク指令や燃料噴射禁止指令、電力消費指令などのデータを送信し、インバータ１１からはＭＧ２の回転数やバッテリ１２の入出力可能電力を、ＥＣＵ１０からはエンジン回転数や触媒コンバータ２７の温度、消費可能電力を受信する（ステップ１０２）。
【００２４】
つぎに、キースイッチ７およびアクセルペダル８の操作信号、バッテリ１２の入出力可能電力、エンジン回転数、触媒温度に応じて、前述した４つのシステム動作モードから一つの動作モードを選択する（ステップ１０３）。
エンジン始動モードの場合には（ステップ１０４肯定）、エンジン始動モードの処理を実行する（ステップ１０５）。アイドル停止モードの場合には（ステップＳ１０６肯定）、アイドル停止モードの処理を実行する（ステップＳ１０７）。触媒活性モードの場合には（ステップ１０８肯定）、触媒活性モードの処理を実行する（ステップ１０９）。
【００２５】
いずれでもない場合には（ステップ１０８否定）、走行・発電モードとして、アクセルペダル８の開度およびエンジン回転数から目標トルク（ＴＯ）を決める（ステップ１１０）。つぎに、バッテリ１２の出力可能電力からＭＧ２の目標駆動トルク（ＴＭＯ）を求め。目標トルク（ＴＯ）に対するＴＭＯの不足分をエンジン１の目標駆動トルク（ＴＥＯ）とする（ステップ１１１）。
【００２６】
エンジン１は、ＨＣＵ６から与えられる指令に基づきＥＣＵ１０が出す指令により制御される。以下、ＨＣＵ６に組み込まれるソフトウェアの実行により具現される制御処理を、図３に示されているフローチャートを参照して説明する。
まず、水温センサ１７と排気管に設けた酸素濃度センサ１８と触媒温度センサ２８の信号を入力する（ステップ２０１）。つぎに、ＨＣＵ６とのデータ通信によって受信したエンジントルク指令や燃料噴射禁止指令、電力消費指令などのデータを取込み、エンジン回転数、消費可能電力などの送信データを設定する（ステップ２０２）。
【００２７】
つぎに、検出したエンジン回転数と与えられた目標駆動トルク（ＴＥＯ）から空気流量を制御するスロットル弁１５の目標開度を求める（ステップ２０３）。但し、燃料噴射禁止指令が出て、且つバッテリ１２の出力可能電力が６ｋＷ以上の場合には目標開度を全閉、燃料噴射禁止指令が出て、且つバッテリ１２の出力可能電力が６ｋＷ未満の場合には目標開度を全開にする。求めた目標開度は、スロットル開度制御装置１６へ出力する。
【００２８】
つぎに、燃料の目標噴射パルス幅を演算する（ステップ２０４）。ここで、前述のステップ１０３で求めた動作モードが触媒活性モードの場合には、ステップ１０９で求めたＭＧ２への発電指令が大きいほど前記目標噴射パルス幅を減らす補正を加えて空気に対する燃料の割合を減少させる。燃料噴射禁止指令が出ている場合には目標噴射パルス幅を０にする。目標噴射パルス幅に従った燃料噴射装置１９の制御は、別の割込み処理で行う。燃料の割合を減少させると電動機が負荷となり、リーン化でき、燃料消費を減らすことができ、排気を改善できる。
【００２９】
つぎに、吸気弁２０および排気弁２５の開閉時期を演算する（ステップ２０５）。但し、燃料噴射禁止指令が出ていて、ＭＧ２へのトルク指令が所定値以上の場合にバルブを全閉にし、ＭＧ２へのトルク指令が前記所定値未満の場合にバルブを全開にする。つぎに、触媒コンバータ２７のヒータ３２への通電量を決める（ステップ２０６）。ここで、触媒コンバータ２７が低温の時には、増加するＭＧ２の発電量に基づいて送られる電力指令に応じて、ヒータ３２への通電量を増加する。
【００３０】
エンジン１の出力はトルクと回転数の積に比例するが、本実施の形態によれば、触媒活性モードとしてステップ１０９で行う触媒活性モードの処理にて、前述のように、浄化性能検出手段の検出量である触媒コンバータ２７の温度に応じて、ＭＧ２への発電指令を与え、これに応じてエンジントルクを増やせるので、エンジン１の回転数上昇を必要とせず、少ない騒音増加でエンジン１の負荷を増すことができる。このエンジン負荷の増加により、排気ガス温度を上げて排気浄化装置である触媒コンバータ２７の温度を早期に上げて活性化することにより、未浄化物質の排出総量を減らすことができる効果がある。
【００３１】
また、ステップ１０９で行う触媒活性モードの処理にて、前述のように浄化性能検出手段の検出量である触媒コンバータ２７の温度に応じて出されるＭＧ２への発電指令の内、バッテリ１２に充電できない発電分を電力消費手段であるヒータ３２で消費することが行われる。このことにより、エンジン１に必要な負荷をかけるための発電を継続することができ、排気ガス温度を上げて触媒コンバータ２７の温度を早期に上げて活性化することにより、未浄化物質の排出総量を減らすことができる効果がある。
【００３２】
上述した実施の形態では、電力消費手段として、触媒コンバータ２７にあるヒータ３２を使用したが、酸素濃度センサ１８のヒータ３１や燃料噴射装置１９の下流にある燃料を気化させるためのヒータ３０も電力消費手段として使用することができる。
【００３３】
さらに、ステップ１０９で行う触媒活性モードの処理にて、二次電池であるバッテリ１２の入力可能電力より求まる充電できない発電分を消費可能電力の範囲に制限することができる。このことにより、バッテリ１２に障害を与えることなく、エンジン１に必要な負荷をかけるための発電を継続することができる。そして、排気ガス温度を上げて触媒コンバータ２７の温度を早期に上げて活性化することにより、未浄化物質の排出総量を減らすことができる効果がある。
【００３４】
また、上述の実施の形態では、排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量が浄化性能検出手段の検出量が触媒温度であったが、水温センサ１７によって検出されるエンジン冷却水温を排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量とすることもできる。
【００３５】
ハイブリッド車両のエンジン始動特性の図４を参照して説明する。
上位コントローラ、例えば、ＨＣＵ６からのエンジン始動指令（ｔ１）に対し、ＭＧ２は駆動力を発生してエンジン１を（ｔ２）までクランキングさせ、エンジン１の回転数もしくは燃焼室内を含む吸排気系の空気流動が定常状態となったときに、エンジン１への燃料供給を開始してエンジンを始動させる。
【００３６】
エンジン１が駆動トルクを発生し始めると、ＭＧ２は発電指令手段により発電状態へと移行し、エンジン１の負荷となってエンジン１の回転数上昇を抑制する。事前にエンジン１の吸排気系の空気流動を定常状態にしているため、初爆による大きなトルク変動を回避することが可能であり、小型のＭＧ２でエンジン１の回転数変動を抑制でき、（ａ）に示すように回転数は一定している。
【００３７】
エンジン始動後、上位コントローラからの触媒活性の要求（ｔ３）に対し、（ｂ）に示すように、エンジントルクを増し、排気温度を上げる。この際、余剰なエンジントルクを（ｄ）に示すように、ＭＧ２の発電動作に用いることにより、（ａ）に示すように、エンジン１の回転数を変動させることなく排気温度を上げ、触媒活性を促進することができる。そして、上位コントローラからの発進要求（ｔ４）に対しては、ＭＧ２の発電量とクラッチの締結力を制御することにより、（ａ）に示すように、エンジンの回転数はスムーズに上昇し、（ｅ）に示すように、スムーズにエンジン１の駆動トルクを駆動軸に伝達することができる。
【００３８】
触媒活性が終了（ｔ６）すれば、発電指令手段により（ｄ）に示すようにＭＧ２の発電動作を停止し、（ｂ）に示すように、エンジントルクを絞る。なお、上述の実施の形態では、触媒活性中に発進しているが、触媒活性後に発進すること、走行中に触媒活性を行うことも可能である。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、触媒活性モードにて、排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量（触媒温度）に応じて、車載の電動機（ＭＧ）への発電指令を与え、エンジントルクを増やすから、騒音増加につながるエンジン回転数の上昇なしに、排気ガス温度を上げられ、排気浄化装置の温度を早期に上げて活性化することにより、未浄化物質の排出総量を減らせる効果がある。
【００４０】
また、本発明によれば、発電によりエンジンに負荷をかけるため、空気に対する燃料の割合を減らしても安定して燃焼させることができ、燃料消費、未浄化物質の排出を減らせる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一つの実施の形態としての車両の制御装置を組込んだハイブリッド車両の主要構成を示す図である。
【図２】本発明の実施の形態としてのハイブリッド車両の制御装置におけるハイブリッド制御のフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態としてのハイブリッド車両のエンジンの制御装置におけるエンジン制御のフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態としてのハイブリッド車両のエンジンの始動特性を示すタイミングチャートである。
【符号の説明】
１内燃機関
２モータジェネレータ（ＭＧ）
５車輪
６ハイブリッド制御装置（ＨＣＵ）
７キースイッチ
８アクセルペダル
９ブレーキペダル
１０エンジンの制御装置（ＥＣＵ）
１１インバータ
１２バッテリ
１５スロットル弁
１６スロットル開度制御装置
１７水温センサ
１８酸素濃度センサ
１９燃料噴射装置
２０吸気弁
２２燃焼室
２３点火装置
２４ピストン
２５排気弁
２７触媒コンバータ
２８触媒温度センサ
３０，３１，３２ヒータ

Claims

内燃機関と、前記内燃機関と駆動連結されて前記内燃機関の始動を行い且つ前記内燃機関を動力源として発電を行う電動機と、前記電動機の電源をなし且つ前記電動機による発電電力を蓄える二次電池と、前記内燃機関の排気系に設けられた排気浄化装置と、前記電動機の制御装置とを備え、
該電動機の制御装置は、前記内燃機関の始動要求があったときに、前記電動機によって前記内燃機関の始動を行うと共に前記排気浄化装置の昇温のための内燃機関のトルク増分による前記内燃機関の回転数変動を抑制するように前記電動機の発電量を制御することを特徴とする車両の制御装置。
前記車両の制御装置は、前記排気浄化装置の浄化性能に関連する物理量を検出する浄化性能検出手段を備え、
前記電動機の制御装置は、前記浄化性能検出手段の検出量に応じて前記電動機に発電指令を与える発電指令手段を備えることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
前記車両の制御装置は、前記内燃機関に設けられた電力消費手段と、前記浄化性能検出手段の検出量に応じて前記電力消費手段への電力量を指令する電力消費指令手段と、をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記電力消費手段は、前記内燃機関に設けられた燃料加熱装置、前記排気浄化装置の加熱手段、前記内燃機関の排気系に設けられた酸素濃度検出手段の加熱手段のうちの少なくとも何れか一つであることを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
前記車両の制御装置は、前記二次電池の入力可能電力量を検出する電力量検出手段をさらに備え、
前記発電指令手段は前記電力量検出手段の検出量に応じて前記発電指令手段の指令値を制限することを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。
前記車両の制御装置は、前記発電指令手段の指令値が増加するほど前記内燃機関に供給する空気に対する燃料の割合を減少する指令を行うことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
前記内燃機関の回転数変動は、該内燃機関の回転数の上昇であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の車両の制御装置。