JP3997998B2 - ハイブリッド電気自動車のエンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車のエンジン制御装置に関する。本発明は、排気ガス浄化装置に備えた触媒の温度を適正温度に維持して、触媒が良好に作動するように工夫したものである。

地球規模での環境保護や省エネルギー化という社会的要請などにより、電気自動車（ＥＶ：electric vehicles）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ：hybrid electric vehicles）の開発・実用化に拍車がかかっている。

ハイブリッド電気自動車には、シリーズ式とパラレル式とがある。シリーズ式ハイブリッド電気自動車では、エンジンをもっぱら発電機の駆動のみに使い、発電した電力によりモータが車輪を駆動する方式である。一方、パラレル式ハイブリッド電気自動車では、エンジンとモータが車輪を駆動する方式であり、走行する場所や速度に応じて２つの駆動力を使い分ける方式である。

シリーズ式ハイブリッド電気自動車では、エンジンは発電専用であるため、車速や走行負荷の影響をうけずに、エンジンを定速運転することが可能となる。このため、発電ポイントを、燃費と排気ガスの良好域帯に設定することで、低燃費と排気ガス低減の両立が可能である。このようなシリーズ式ハイブリッド電気自動車は、大型のバス等にも適用されている。

ここで、従来のシリーズ式ハイブリッド電気自動車の構成を、図３を参照して説明する。図３において、１はクーラーコンプレッサ、２はエンジン（例えばディーゼルエンジン）、３は発電機、４はインバータ、５はモータ、６はバッテリ、７は駆動輪、８は排気管、９は排気ガス浄化装置、１０はエンジン制御装置（ただし、その制御対象はエンジン２に限らず、例えばインバータ４等も制御対象とする）である。また、図３において、電力の流れは黒塗りの矢印で示し、駆動力の伝達の向きは白抜きの矢印で示し、制御情報の流れは点線の矢印で示している。

エンジン駆動力の伝達系について説明すると、エンジン２を運転（回転駆動）すると、この駆動力により、発電機３が回転して発電が行われると共に、必要に応じてクーラーコンプレッサ１が作動してクーラー動作が可能となる。なおエンジン２が運転されると、エンジン２を冷却する冷媒（加熱された冷媒）の熱を用いて、ヒータユニット（図示省略）によりヒーター動作が可能になる。

排気ガス系について説明すると、エンジン２が運転されることにより発生した排気ガスＥＧは、排気管８を通って排出される。排気管８の途中には排気ガス浄化装置９が介装されているため、排気ガスＥＧに含まれているＰＭ（Particulate Matter：粒子状物質）等は、排気ガス浄化装置９により捕捉される。このため、排気ガス浄化装置９を通過して大気中に排出される排気ガスＥＧは、ＰＭ等を殆ど含まないクリーンなガスとなっている。

なお、排気ガス浄化装置９内には、周知の酸化触媒などの触媒が備えられている。ＰＭの確実な燃焼除去や充分な触媒活性を得るためには、排気ガス浄化装置９の触媒は、所定温度以上（例えば２５０°Ｃ以上、好ましくは３００°Ｃ以上）の温度になっている必要がある。

電力系について説明すると、発電機３にて発電された電力、または、バッテリ６から出力された電力が、インバータ４を介してモータ５に供給されると、モータ５が回転駆動する。モータ５の回転駆動力が駆動輪７に伝達されて、ＨＥＶが走行する。ＨＥＶの走行速度は、インバータ４によりモータ５に供給する電力を調整して、モータ５の回転速度を制御することにより行う。またＨＥＶの前進・後進の切換は、インバータ４によりモータ５に供給する電流状態（相回転方向や、電流流れ方向）を調整して、モータ５の回転方向（正転、逆転）を制御することにより行う。

なお、下り坂を走行しているとき等においては、駆動輪７の回転力によりモータ５が回転され、モータ５が発電機として作用して回生電力を発生する。この回生電力は、インバータ４を介してバッテリ６に送られて充電（蓄電）される。

またバッテリ６に充電されている充電電力が不足しているときには、発電機３にて発電した電力を、インバータ４を介してバッテリ６に送り、バッテリ６の充電（蓄電）をする。

制御情報系について説明すると、エンジン制御装置１０は、アイドリングスタート・ストップ制御手段１１と、運転状態制御手段１２を有している。

このエンジン制御装置１０には、モータ５に備えた車速センサ（図示省略）から車速信号ａが入力され、バッテリ６に備えた充電率検出センサ（図示省略）から充電率信号ｂが入力される。

更に、エンジン制御装置１０には、アイドリングスタート・ストップシステムのメインスイッチＳＷ１からアイドリングスタート・ストップ信号ｃが入力され、クーラースイッチＳＷ２から、クーラースイッチＯＮ／ＯＦＦ信号ｄが入力され、ヒータースイッチＳＷ３からはヒータースイッチＯＮ／ＯＦＦ信号ｅが入力される。

詳細は後述するが、メインスイッチＳＷ１が投入されて、エンジン制御装置１０にアイドリングスタート・ストップ信号ｃが入力されると、エンジン２が無駄な運転（アイドリング運転等）をしないように、所定の条件のもとで、エンジン２の運転を強制的に停止させる制御が行われる。

またエンジン制御装置１０は、エンジン２に対して燃料噴射量制御信号（出力制御信号）αを送る。この燃料噴射量制御信号αに応じて、エンジン２に供給（噴射）される燃料量が調整されて、エンジン２の出力が制御される。つまりエンジン２の運転状態が制御される。

エンジン２の運転状態としては、「停止状態」「アイドリング運転状態」「４０ｋＷ発電運転状態」がある。「停止状態」とはエンジン２が停止している状態であり、「アイドリング運転状態」とはエンジン２がアイドリング運転して発電機３の発電電力が略ゼロとなっている状態であり、「４０ｋＷ発電運転状態」とは発電機３の発電電力が４０ｋＷ（定格出力電力）となるようにエンジン２が回転駆動している状態をいう。

更にエンジン制御装置１０は、給電量制御信号βをインバータ４に送る。この給電量制御信号βはインバータ４を介して発電機３にも送られる。この給電量制御信号βにより、モータ５に供給（給電）される給電量（電力）が制御される。なお、バッテリ６からモータ５に供給（給電）される給電量も、給電量制御信号βにより制御される。

ここで各条件（バッテリの充電状態等）に応じて状態変化する、エンジン２の運転状態を説明する。
エンジン２の運転状態を変える制御は、エンジン制御装置１０のアイドリングスタート・ストップ制御手段１１の制御機能と、運転状態制御手段１２の制御機能とを組み合わせることにより行う。

運転状態制御手段１２は、充電率信号ｂから求めたバッテリ充電率を基に、バッテリ充電率が高い場合には、アイドリング運転状態を選択し、バッテリ充電率が低い場合には、４０ｋＷ発電運転状態を選択する。

アイドリングスタート・ストップ制御手段１１は、メインスイッチＳＷ１が投入されてアイドリングスタート・ストップ信号ｃがエンジン制御装置１０に入力されているときに作動し、運転状態制御手段１２により、アイドリング運転状態や４０ｋＷ発電運転状態が選択されていても、
（ｉ）車速信号ａにより求めた車速が無い（予め決めた車速（例えば２ｋｍ／ｈ）よりも小さい）ときには、運転状態制御手段１２により選択したアイドリング運転や４０ｋＷ発電運転の制御をキャンセルして、停止状態とし（図４のモード１、４参照）、
（ii)車速信号ａにより求めた車速があっても（予め決めた車速（例えば２ｋｍ／ｈ）よりも大きくても）、クーラースイッチＳＷ２又はヒータースイッチＳＷ３がＯＦＦになっているとき（クーラースイッチＯＮ／ＯＦＦ信号ｄが入力されていない又はヒータースイッチＯＮ／ＯＦＦ信号ｅが入力されていないとき）には、運転状態制御手段１２により選択したアイドリング運転や４０ｋＷ発電運転の制御をキャンセルして、停止状態とする（図４のモード２参照）。

結局、エンジン制御装置１０のアイドリングスタート・ストップ制御手段１１及び運転状態制御手段１２により最終的に選択したエンジン運転状態は、図４に示すモード１〜モード７のようになる。そして、このモード１〜モード７の各エンジン運転状態とするような燃料噴射量制御信号α及び給電量制御信号βが、エンジン制御装置１０からエンジン２及びインバータ４に送られて、エンジン２が各モードの運転状態となる。

図４の各モードを説明すると次のようになる。まずアイドリングスタート・ストップシステムのメインスイッチＳＷ１が投入されているモード１〜モード５では次のようになる。
（１）モード１では、バッテリ充電率が高いため運転状態制御手段１２によりアイドリング運転状態が選択されるが、車速が無いためアイドリングスタート・ストップ制御手段１１により最終的に停止状態が選択される。
（２）モード２では、バッテリ充電率が高いため運転状態制御手段１２によりアイドリング運転状態が選択されるが、クーラースイッチＳＷ２又はヒータースイッチＳＷ３がＯＦＦになっているためアイドリングスタート・ストップ制御手段１１により最終的に停止状態が選択される。
（３）モード３では、バッテリ充電率が高いため運転状態制御手段１２によりアイドリング運転状態が選択される。
（４）モード４では、バッテリ充電率が低いため運転状態制御手段１２により４０ｋＷ発電運転状態が選択されるが、車速が無いためアイドリングスタート・ストップ制御手段１１により最終的に停止状態が選択される。
（５）モード５では、バッテリ充電率が低いため運転状態制御手段１２により４０ｋＷ発電運転状態が選択される。

アイドリングスタート・ストップシステムのメインスイッチＳＷ１が投入されていないモード６、モード７では、次のようになる。
（６）モード６では、バッテリ充電率が高いため運転状態制御手段１２によりアイドリング運転状態が選択される。
（７）モード７では、バッテリ充電率が低いため運転状態制御手段１２により４０ｋＷ発電運転状態が選択される。

特開２００３−２３９７２８

上述した従来のＨＥＶでは、図４に示すように、モード３やモード６において、エンジン２がアイドリング運転される。このアイドリング運転は軽負荷運転であるため、エンジン２から排出される排気ガスＥＧの量は少なく、排気ガスＥＧの温度は低い。このため、アイドリング運転状態が長時間継続すると、排気ガス浄化装置９の触媒の温度が低下し、触媒の触媒活性（触媒の機能）が低下してしまうことがある。このように触媒活性が低下してしまうと、大気に排出される排気ガスＥＧに含まれるＰＭ等の量が増加してしまうという問題がある。

本発明は、上記従来技術に鑑み、アイドリング運転状態が一定時間以上にわたり継続した場合には、エンジンをアイドリング運転状態から発電運転状態に切り換えて排気ガスの温度を上げ、これにより触媒温度を上げて触媒を常に最適温度に維持することができる、ハイブリッド電気自動車のエンジン制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の構成は、エンジンと、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置と、前記エンジンにより駆動される発電機と、該発電機により発電する電気エネルギーを蓄電するバッテリと、該バッテリまたは前記発電機に電気的に接続されたモータとを備え、該モータの駆動力によって走行可能なハイブリッド電気自動車のエンジン制御装置において、
前記バッテリの充電率に応じて前記エンジンの運転状態を少なくともアイドリング運転または発電運転に切り換えることができる運転状態制御手段と、
該運転状態制御手段により前記エンジンがアイドリング運転されている時間を計測する計時手段と、
該計時手段により計測されたアイドリング運転時間が予め設定した所定時間を超えたときは、前記エンジンの運転状態を前記運転状態制御手段による発電運転よりも出力電力が小さい弱発電運転に切り換える発電切換手段と、
該発電切換手段により前記エンジンが弱発電運転されている時間を計測する第２の計時手段と、を備え、
前記発電切換手段は、前記第２の計時手段により計測された前記弱発電運転されている時間が予め設定した第２の所定時間を超えたときは、前記エンジンの運転状態を前記運転状態制御手段によるアイドリング運転に戻す、
ことを特徴とする
なお、前記エンジン制御装置は、その制御対象を前記エンジンに限るものではない。

本発明では、アイドリング運転時間が予め設定した所定時間を超えたときには、エンジンの運転状態をアイドリング運転から発電運転に切り換えるため、触媒の温度を上げることができ、排気ガス浄化装置の機能低下を防止することができる。
このとき、発電運転に切り換えるため発電機による発電量が増加するが、余剰の電力（発電電力からモータで消費される電力を引いた電力）は、バッテリにて充電されるため、発電運転に切り換えたとしても無駄な燃料消費になることはない。

また本発明では、エンジンの運転状態がアイドリング運転から発電運転に切り換わった後において、発電運転時間が予め設定した第２の所定時間を超えたときは、エンジンの発電運転を終了するようにしたため、無駄な発電運転を抑制することができる。

更に本発明では、エンジンの運転状態がアイドリング運転から発電運転に切り換わった後における当該発電運転の出力を、通常の発電運転のときの発電よりも低負荷（低出力）で行うようにしているため、バッテリへの充電効率が向上すると共に、バッテリに大電力が印加されることがなくなりバッテリの損傷（発熱損傷）等を防ぐことができる。

以下に本発明を実施するための最良の形態を、実施例を参照しつつ説明する。なお、従来技術と同一部分は同一符号を付し、重複する部分の説明は省略する。

図１は本発明の実施例に係る、ハイブリッド電気自動車のエンジン制御装置を示す。
本実施例のエンジン制御装置１０Ａは、アイドリングスタート・ストップ制御手段１１及び運転状態制御手段１２のみならず、（第１の）計時手段１３，発電切換手段１４及び第２の計時手段１５を有している。
他の部分の構成は、図３に示す従来技術と同一である。

本実施例においても、図３に示す従来技術と同様に、エンジン制御装置１０Ａのアイドリングスタート・ストップ制御手段１１及び運転状態制御手段１２の制御機能により、図４に示すような各制御モードのエンジン運転状態となるように、エンジン２の運転状態制御が行われる。

更に本実施例では、図４におけるモード３やモード６において、エンジン２がアイドリング運転されると、第１の計時手段１３，発電切換手段１４及び第２の計時手段１５により、本発明に独特な制御を行う。

第１の計時手段１３は、エンジン２がアイドリング運転されると、アイドリング運転状態となっている時間（アイドリング運転時間）を計測する。

発電切換手段１４は、第１の計時手段１３により計測したアイドリング時間が、予め設定した（第１の）所定時間（例えば１０分）に達すると、エンジン２の運転状態を発電運転に切り換える制御をする。このように発電切換手段１４により、エンジン２の運転状態をアイドリング運転状態から発電運転状態に切り換えたときの、当該発電運転状態としては、「弱発電運転状態」を採用している。この「弱発電運転状態」とは、例えば「２５ｋＷ発電運転状態」であり発電機３の発電電力が２５ｋＷ（定格出力電力よりも小さい出力電力）となるように、エンジン２が回転駆動する状態をいう。

第２の計時手段１５は、発電切換手段１４によりエンジン２の運転状態がアイドリング運転状態から発電運転状態に切り換わった時点から、時間計測（計時）を開始する。第２の計時手段１５により計時した時間が、予め設定した第２の所定時間（例えば３０秒）に達すると、発電切換手段１４は、エンジンの「弱発電運転状態」を終了させる。

ここで本実施例に特有な制御手順（エンジン２の運転状態がアイドリング運転状態に入り、このアイドリング運転状態が所定時間継続したときの制御手順）を、図２のフローチャートを用いて説明する。

エンジン２の運転状態がアイドリング運転状態にはいると、第１の計時手段１３により計時が開始される（ステップ１，２）。

第１の計時手段１３により計時したアイドリング時間が、予め設定した第１の所定時間（例えば１０分）に達すると（ステップ３）、第２の計時手段１５により計時が開始されると共に（ステップ４）、発電切換手段１４により、エンジン２の運転状態を「アイドリング運転状態」から「弱発電運転状態」に切り換える（ステップ５）。

第２の計時手段１５により計時した時間が、予め設定した第２の所定時間（例えば３０秒）に達すると、発電機切換手段１４により、エンジン２の弱発電運転状態を終了させる。

このため、例えば図４におけるモード３又はモード６が選択され続けていた場合には、「３０秒間の弱発電運転」と「１０分間のアイドリング運転状態」とが、交互に行われることになる。
即ち、アイドリング運転状態が長時間継続すると、その間において断続的に弱発電運転が行われ、この弱発電運転時に発生した高温の排気ガスＥＧにより、排気ガス浄化装置９に備えた触媒の温度を上げることができる。したがって、アイドリング運転状態が長時間継続しても、触媒温度を適正温度（触媒活性が良好な温度）に維持することができる。この結果、アイドリング運転状態が長時間継続しても、排気ガス浄化装置９により排気ガスＥＧの浄化を確実に行うことができる。

また断続的に行う弱発電運転により生じた電力は、バッテリ６に蓄電されるため、弱発電運転をしても、無駄な燃料消費になることはない。

また弱発電運転時における発電電力は、定格電力よりも低いため、このときに発生した電力をバッテリ６に効率良く蓄電することができる。つまり、発生した電力に対して、バッテリ６に実際に充電される電力の割合を高くすることができる。このとき低電力にて充電することができるため、充電に伴うバッテリ２の発熱は少なく、バッテリ２の発熱損傷も防ぐことができる。

なお本発明は、上述したシリーズ式ＨＥＶのみならず、パラレル式ＨＥＶにも適用することができることは言うまでもない。

本発明は、ハイブリッド電気自動車において、アイドリング運転状態が長時間にわたり継続しても、排気ガス浄化装置に備えた触媒を、良好な作動温度に維持することに利用することが可能である。

本発明の実施例に係るエンジン制御装置を組み込んだハイブリッド電気自動車を示すブロック図。 本発明の実施例の制御手順を示すフローチャート。 従来のエンジン制御装置を組み込んだハイブリッド電気自動車を示すブロック図。 エンジンの運転状態を示す説明図。

符号の説明

１ クーラーコンプレッサ
２ エンジン
３ 発電機
４ インバータ
５ モータ
６ バッテリ
７ 駆動輪
８ 排気管
９ 排気ガス浄化装置
１０，１０Ａ エンジン制御装置
１１ アイドリングスタート・ストップ制御手段
１２ 運転状態制御手段
１３ 計時手段
１４ 発電切換手段
１５ 第２の計時手段

Claims (1)

1. エンジンと、該エンジンから排出される排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置と、前記エンジンにより駆動される発電機と、該発電機により発電する電気エネルギーを蓄電するバッテリと、該バッテリまたは前記発電機に電気的に接続されたモータとを備え、該モータの駆動力によって走行可能なハイブリッド電気自動車のエンジン制御装置において、
   前記バッテリの充電率に応じて前記エンジンの運転状態を少なくともアイドリング運転または発電運転に切り換えることができる運転状態制御手段と、
   該運転状態制御手段により前記エンジンがアイドリング運転されている時間を計測する計時手段と、
   該計時手段により計測されたアイドリング運転時間が予め設定した所定時間を超えたときは、前記エンジンの運転状態を前記運転状態制御手段による発電運転よりも出力電力が小さい弱発電運転に切り換える発電切換手段と、
   該発電切換手段により前記エンジンが弱発電運転されている時間を計測する第２の計時手段と、を備え、
   前記発電切換手段は、前記第２の計時手段により計測された前記弱発電運転されている時間が予め設定した第２の所定時間を超えたときは、前記エンジンの運転状態を前記運転状態制御手段によるアイドリング運転に戻す、
   ことを特徴とするハイブリッド電気自動車のエンジン制御装置。

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