JP5476748B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明はハイブリッド車両に関するものである。

従来、ハイブリッド自動車を始動させる場合に、エンジンの下流側に設けた触媒の活性状態に合わせてエンジンの出力を制限するものが特許文献１に開示されている。

特許文献１では、触媒が不活性状態である場合には、エンジントルクをゼロとして、モータからの出力によって車両を走行させている。また、触媒の一部が活性状態となると制限された負荷範囲内でエンジンの出力を用いて車両を走行させている。

特開２００５−３２０９１１号公報

しかし、触媒の活性状態によってエンジンの出力を制限すると、エンジンのバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構を有したハイブリッド車両においては、可変動弁機構の変換角度が始動時に適した変換角度とはなっていない場合にエンジンから排出されるＨＣ排出量が多くなる、といった問題点がある。

本発明はこのような問題点を解決するために発明されたもので、可変動弁機構を有するハイブリッド車両の始動時にエンジンから排出されるＨＣ排出量を低減することを目的とする。

本発明は、変換角度を調整することで、エンジンのバルブタイミングを変更する可変動弁機構を有し、エンジンとモータジェネレータとの少なくとも一方の出力で車両の駆動力を発生させて前記車両を走行させるハイブリッド車両において、可変動弁機構の変換角度を検出する変換角度検出手段と、ハイブリッド車両の始動時に変換角度が始動時変換角度となっているかどうか判定する角度判定手段と、ハイブリッド車両の始動時に変換角度が始動時変換角度となっていない場合に、変換角度に基づいてエンジンへの要求負荷を算出するエンジン負荷算出手段と、要求負荷に応じてエンジンを制御するエンジン制御手段と、エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒と、触媒の活性状態を検出する活性状態検出手段と、変換角度が始動時変換角度となった後に、触媒の活性状態が少なくとも触媒の一部で排気ガスの浄化を開始する第１活性状態となっているかどうか判定する第１活性状態判定手段とを備え、エンジン負荷算出手段は、変換角度が始動時変換角度となった後に、活性状態が第１活性状態となっていない場合に、エンジンへの要求負荷を変換角度が始動時変換角度となった場合のエンジンへの負荷以上の負荷とする。

本発明によると、可変動弁機構の変換角度を算出し、ハイブリッド車両の始動時に変換角度が始動時変換角度とはなっていない場合に、変換角度に基づいてエンジンへの要求負荷を算出し、その要求負荷に応じてエンジンを運転することで、可変動弁機構の変換角度が始動時変換角度とはなっていない場合にエンジンから排出されるＨＣ排出量を低減することができる。

本実施形態のハイブリッド車両の概略構成図である。 本実施形態のエンジン部の概略構成図である。 本実施形態のハイブリッド車両の始動制御を説明するフローチャートである。 本実施形態のＶＴＣ変換角と要求エンジン負荷との関係を示すマップである。 本実施形態の床下触媒の温度と要求エンジン負荷との関係を示すマップである。 本実施形態のハイブリッド車両の始動時おけるタイムチャートである。

本発明の実施形態の構成を図１を用いて説明する。図１はハイブリッド車両の一部を示す概略構成図である。

ハイブリッド車両は、エンジン部（エンジン）１と、モータジェネレータ２と、変速機３と、バッテリ４とを備える。また、ハイブリッド車両は、ＨＥＶコントローラ１０と、エンジンコントローラ１１と、モータコントローラ１２と、ＡＴコントローラ１３と、バッテリコントローラ１４とを備える。各コントローラは、それぞれ情報交換可能なＣＡＮ通信線によって接続されている。

エンジン部１について図２を用いて詳しく説明する。図２はエンジン部１の概略構成図である。

エンジン部１は、燃焼室２１と、吸気弁２２と、排気弁２３と、可変動弁機構２４と、マニ触媒２５と、床下触媒（触媒）２６と、を備える。

燃焼室２１は、シリンダーヘッド２７とシリンダブロック２８とピストン２９とによって画成される。燃焼室２１では燃料噴射弁３０から噴射された燃料が点火プラグ３１によって点火されて燃焼する。

吸気弁２２は、クランクシャフト３２の回転に応じて動作するカム３３の回転に応じて開閉する。吸気行程において吸気弁２２が開くと、吸気通路３４を通った空気および燃料噴射弁３０から噴射された燃料が燃焼室２１内へ供給される。

排気弁２３は、クランクシャフト３２の回転に応じて動作するカム３５の回転に応じて開閉する。排気行程において排気弁２３が開くと、燃焼室２１から排気通路３７に排気ガスが排出される。排気弁２３のバルブタイミングは、可変動弁機構２４によって変更される。

可変動弁機構２４は、クランクシャフト３２の回転に対する排気弁２３のカム３５の回転位相を変更する。可変動弁機構２４は、油圧ポンプから供給される油圧によって、クランクシャフト３２に対する排気弁２３のカム軸３６の回転方向の相対的な位置を変更する。これにより、クランクシャフト３２の回転に対する排気弁２３のカム３５の回転位相を変更することができる。なお、クランクシャフト３２の回転はクランク角センサ４３によって検出され、カム３５の回転位相はＰＨＡＳＥセンサ（変換角度検出手段）４０によって検出される。以後、この回転位相をＶＴＣ変換角（変換角度）と称する。

マニ触媒２５は、燃焼室２１の近傍の排気通路３７に設けられる。マニ触媒２５の容量は床下触媒２６の容量よりも小さい。そのため、エンジン始動時に温度が素早く上昇して活性状態となり、床下触媒２６が活性状態となるまでの間の排気ガス中のＨＣなどを浄化し、車両の外に排出される排気ガス中のＨＣなどを低減する。

床下触媒２６は、マニ触媒２５よりも下流側の排気通路３７に設けられ、排気ガス中のＨＣなどを浄化する。床下触媒２６は三元触媒である。三元触媒は、ＨＣ及びＣＯの酸化とＮＯｘの還元を同時に行って排気ガスを浄化する。床下触媒２６の直上流には排温センサ（活性状態検出手段）４１が設けられ、排温センサ４１によって床下触媒２６の活性状態を検出する。

図１に戻り、モータジェネレータ２は、エンジン部１と変速機３との間に配置される。モータジェネレータ２の軸８とエンジン部１の軸９の間にはクラッチ６が設けられ、クラッチ６の締結状態を切り替えることで、エンジン部１とモータジェネレータ２との間で回転の伝達状態が切り替えられる。

モータジェネレータ２はインバータ５を介してバッテリ４から電力が供給されてモータとして機能する。また、自動変速機３またはエンジン部１から伝達される回転によってジェネレータとして機能する。

変速機３は、車速やアクセル開度などに応じて変速段を自動的に切り替える有段変速機３である。変速機３はクラッチ７を備え、このクラッチ７の締結状態を切り替えることで車輪への回転の伝達状態が切り替えられる。変速機３は、有段変速機に限られることはなく、無段変速機であってもよい。

バッテリ４は、インバータ５を介してモータジェネレータ２に電力を供給する。またバッテリ４はモータジェネレータ２によって発電された電力によって充電される。

エンジンコントローラ１１は、目標エンジントルク指令などに応じてエンジントルクなどを制御する。

モータコントローラ１２は、目標モータジェネレータトルク指令などに応じてモータトルクなどを制御する。また、車両の運転条件、およびバッテリ４のＳＯＣに応じて発電電力などを制御する。

ＡＴコントローラ１３は、アクセル開度の信号、車速などに基づいて変速機３における変速段を切り替える。

ＨＥＶコントローラ１０は、ハイブリッド車両全体を制御する。ＨＥＶコントローラ１０は、ＣＡＮ通信線によって入力される信号に基づいてクラッチ６、７の締結状態を制御し、車両の運転モード（例えばＥＶモード、ＨＥＶモードなど）を切り替える。ＨＥＶコントローラ１０は、図２に示すＰＨＡＳＥセンサ４０、排温センサ４１、スロットル開度センサ４２などからの信号に基づいて要求エンジン負荷を算出し、その情報を出力する。

次に本実施形態のハイブリッド車両の始動制御について図３のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１００では、ハイブリッド車両に起動指示があると、ＰＨＡＳＥセンサ４０によってＶＴＣ変換角を検出する。

ステップＳ１０１では、検出したＶＴＣ変換角が始動制御に適した変換角度、すなわち始動時変換角度（最進角に対して遅角側）であるかどうか判定する（ステップＳ１０１が角度判定手段を構成する）。そして、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度ではない場合にはステップＳ１０２へ進み、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度である場合にはステップＳ１０４へ進む。

ステップＳ１０２では、検出したＶＴＣ変換角から図４に示すマップに基づいて要求エンジン負荷（要求負荷）を算出する（ステップＳ１０２がエンジン負荷算出手段を構成する）。図４はＶＴＣ変換角と要求エンジン負荷との関係を示すマップであり、ＶＴＣ変換角が進角側である場合には要求エンジン負荷は小さくなる。つまり、始動時変換角度に対するＶＴＣ変換角のずれが大きい場合には、要求エンジン負荷は小さくなる。これは、排気弁２３に設けた可変動弁機構２４のＶＴＣ変換角が進角側となっているバルブタイミングでは、燃焼室２１から排出される排気ガス中のＨＣ濃度が高くなるためである。

可変動弁機構２４は、エンジン停止時にはＶＴＣ変換角が最進角となっている。そして、エンジン始動後にＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるように可変動弁機構２４は制御されるが、ＶＴＣ変換角を変更するために必要な油圧を供給可能となるまでには所定の時間が必要となる。さらに、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるように油圧が供給されてからＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるまでにも所定の時間が必要となる。そのため、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるまでは、要求エンジン負荷を小さくし、燃焼室２１から排出される排気ガスを少なくし、ＨＣ排出量を少なくする。

一方、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度に近くなると、要求エンジン負荷を大きくし、燃焼室２１か排出される排出ガスを多くし、床下触媒２６を暖機する。

ステップＳ１０３では、エンジン部１を要求エンジン負荷に応じて運転する（ステップＳ１０３がエンジン制御手段を構成する）。これによって燃焼室２１から排出されるＨＣ排出量が少なくなり、床下触媒２６が活性状態となっていない場合でも床下触媒２６から排出されるＨＣ排出量を少なくすることができる。また、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるにつれて、床下触媒２６の暖機を進行させることができる。なお、エンジン部１からの出力が低下する分については、モータジェネレータ２からの出力によって補われる。

ステップＳ１０１からステップＳ１０３の制御は、ステップＳ１０１においてＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるまで行われる。

一方、ステップＳ１０１においてＶＴＣ変換角が始動時変換角度であると判定された場合には、ステップＳ１０４において、排温センサ４１によって床下触媒２６の温度を検出する。

ステップＳ１０５では、検出した床下触媒２６の温度と第１所定温度（第１活性状態）とを比較する（ステップＳ１０５が第１活性状態判定手段を構成する）。そして、床下触媒２６の温度が第１所定温度よりも低い場合にはステップＳ１０６へ進み、床下触媒２６の温度が第１所定温度以上である場合にはステップＳ１０８へ進む。第１所定温度は床下触媒２６の一部で活性が開始される温度、つまり床下触媒２６が活性を開始する温度である。

ステップＳ１０６では、要求エンジン負荷を所定負荷とする（ステップＳ１０６がエンジン負荷算出手段を構成する）。所定負荷は比較的大きいエンジン負荷であり、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度となった場合の要求エンジン負荷以上のエンジン負荷である。要求エンジン負荷を所定負荷とすることで燃焼室２１から排出される排気ガスの熱量が大きくなり、この熱によって床下触媒２６の温度が上昇する。これにより床下触媒２６の温度を第１所定温度まで素早く上昇させることができる。

ステップＳ１０７では、エンジン部１を所定負荷に応じて運転する。そして、ステップＳ１０４へ戻り上記制御を繰り返す。なお、ここでは要求エンジン負荷を所定負荷としたが、要求エンジン負荷をＶＴＣ変換角が始動時変換角度となった場合の要求エンジン負荷としても良い。

ステップＳ１０８では、検出した床下触媒２６の温度と第２所定温度（第２活性状態）とを比較する（ステップＳ１０８が第２活性状態判定手段を構成する）。そして、床下触媒２６の温度が第２所定温度よりも低い場合にはステップＳ１０９へ進み、床下触媒２６の温度が第２所定温度以上である場合には本制御を終了する。第２所定温度は床下触媒２６の活性が終了し、床下触媒２６が活性状態となり、床下触媒２６の全体で排気ガスを浄化可能となる温度である。

ステップＳ１０９では、床下触媒２６の温度から図５のマップに基づいて、要求エンジン負荷を算出する（ステップＳ１０９がエンジン負荷算出手段を構成する）。図５は床下触媒２６の温度と要求エンジン負荷との関係を示すマップであり、床下触媒２６の温度が低い場合には要求エンジン負荷が小さくなる。床下触媒２６の温度が第１所定温度以上となり、床下触媒２６が活性を開始すると、要求エンジン負荷を小さくし、燃焼室２１から排出されるＨＣ排出量を少なくすると共に床下触媒２６の活性状態を進行させる。

ステップＳ１１０では、エンジン部１を要求エンジン負荷に応じて運転する。なお、エンジン部１からの出力が低下する分については、モータジェネレータ２からの出力によって補われる。

ステップＳ１１１では、排温センサ４１によって床下触媒２６の温度を検出する。そして、ステップＳ１０８へ戻り、上記制御を繰り返す。

ステップＳ１０８において、床下触媒２６の温度が第２所定温度以上である場合には、本制御を終了し、通常の制御を開始する。

床下触媒２６の温度が第２所定温度以上となると、床下触媒２６が活性状態となっているので、エンジン部１への要求エンジン負荷が増加した場合でも、燃焼室２１から排出される排気ガスを浄化することができる。そのため、ドライバーのアクセルペダルの踏み込み量が大きくなり、エンジン部１に要求されるエンジン負荷が大きくなった場合でも、その要求に応じて床下触媒２６で排気ガスを浄化しつつ、エンジン部１によって駆動力を発生させることができる。また、バッテリ４のＳＯＣが低下した場合には、エンジン部１によってモータジェネレータ２で発電を行うことができ、発生した電力によってバッテリ４を充電することができる。

次に本実施形態のハイブリッド車両の始動時におけるエンジン負荷などの変化について、図６のタイムチャートを用いて説明する。図６においては、本実施形態を用いない場合のエンジン負荷などを比較のため破線で示す。

ここでは、ハイブリッド車両を起動した直後は、床下触媒２６が不活性状態であり、ＶＴＣ変換角が最進角にあるものとする。

時間０において、ハイブリッド車両が起動されると、ＶＴＣ変換角を検出する。起動開始直後は、例えば油圧ポンプに油圧が供給されておらず、可変動弁機構２４のＶＴＣ変換角を変更できない。そのため燃焼室２１から排出される排気ガス中のＨＣ濃度が高くなるので、ＶＴＣ変換角に応じて要求エンジン負荷を算出し、要求エンジン負荷を小さくする。エンジン部１を要求エンジン負荷に応じて運転することで、燃焼室２１から排出されるＨＣ排出量が少なくなる。これによって床下触媒２６が活性状態とはなっていない場合でも、床下触媒２６から排出されるＨＣ排出量が少なくなる。

時間ｔ１において、ＶＴＣ変換角が変更可能となると、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるように可変動弁機構２４が制御される。そのためＶＴＣ変換角に応じて要求エンジン負荷は大きくなる。これによって燃焼室２１から排出される排気ガス量が多くなるので、床下触媒２６の温度上昇が早くなる。

時間ｔ２において、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度となり、このときの床下触媒２６の温度が第１所定温度よりも低い場合には、エンジン負荷を所定負荷とする。これにより、エンジンから排出される排気ガス量が多くなり、燃焼室２１から排出される排気ガス中の熱量が大きくなるので、床下触媒２６の温度上昇が早くなる。

時間ｔ３において、床下触媒２６の温度が第１所定温度となると、床下触媒２６は活性を開始し、排気ガス中のＨＣの浄化を開始する。また、床下触媒２６の温度（活性状態）に応じて要求エンジン負荷を算出する。そのため、要求エンジン負荷は一旦小さくなり、床下触媒２６の温度上昇に応じて次第に大きくなる。これに伴い燃焼室２１から排出されるＨＣ排出量も同様の変化を示す。しかし、床下触媒２６では活性が進行するので、床下触媒２６から排出されるＨＣ排出量は次第に少なくなる。

時間ｔ４において、床下触媒２６の温度が第２所定温度となり、床下触媒２６が活性状態となると、通常の制御を開始する。

本実施形態では、排気弁２３に可変動弁機構２４を設けたが、吸気弁２２に可変動弁機構を設けても良い。吸気弁２２に可変動弁機構を設ける場合には、上記制御（Ｓ１０２）においてＶＴＣ変換角が遅角側となると要求エンジン負荷を小さくなるようにする。また排気弁２３および吸気弁２２に可変動弁機構２４を設けても良い。

本発明の本実施形態の効果について説明する。

可変動弁機構２４を有するハイブリッド車両の始動時に、可変動弁機構２４のＶＴＣ変換角度が始動時変換角度とはなっておらず、燃焼室２１から排出される排気ガス中のＨＣ濃度が高い場合に、ＶＴＣ変換角度に基づいて要求エンジン負荷を算出し、エンジン部１を要求エンジン負荷に応じて運転する。特にＶＴＣ変換角が進角側にある場合には、要求エンジン負荷を小さくすることで、燃焼室２１から排出される排気ガスのＨＣ排出量を少なくし、床下触媒２６から排出されるＨＣ排出量を低減することができる。

また、ＶＴＣ変換角が始動時変換角度となるにつれて、要求エンジン負荷を大きくすることで、燃焼室２１から排出される排気ガス量を多くし、床下触媒２６に導入される排気ガスの熱量を大きくする。これにより床下触媒２６を素早く温めることができる。

床下触媒２６の温度が第１所定温度よりも低い場合には、エンジン負荷を所定負荷とすることで、床下触媒２６に導入される排気ガスの熱量を大きくする。そのため床下触媒２６を素早く温めることができ、床下触媒２６の一部を活性状態とし、床下触媒２６による排気ガスの浄化を素早く開始することができる。

床下触媒２６の温度が第１所定温度よりも高くなり床下触媒２６で排気ガスの浄化を開始すると、床下触媒２６の温度に基づいて要求エンジン負荷を算出し、エンジン部１を要求エンジン負荷に応じて運転する。これにより燃焼室２１から排出されるＨＣ排出量を少なくすると共に床下触媒２６の活性状態を進行させることができる。

本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その技術的思想の範囲内でなしうるさまざまな変更、改良が含まれることは言うまでもない。

１ エンジン部（エンジン）
２ モータジェネレータ
４ バッテリ
１０ ＨＥＶコントローラ
１１ エンジンコントローラ
２１ 燃焼室
２３ 排気弁
２４ 可変動弁機構
２６ 床下触媒（触媒）
４０ ＰＨＡＳＥセンサ
４１ 排温センサ４１（活性状態検出手段）
Ｓ１０１ 角度判定手段
Ｓ１０２、Ｓ１０６、Ｓ１０９ エンジン負荷算出手段
Ｓ１０３ エンジン制御手段

Claims (3)

1. クランク軸に対するカムの回転位相を示す変換角度を調整することで、エンジンのバルブタイミングを変更する可変動弁機構を有し、前記エンジンとモータジェネレータとの少なくとも一方の出力で車両の駆動力を発生させて前記車両を走行させるハイブリッド車両において、
   前記可変動弁機構の前記変換角度を検出する変換角度検出手段と、
   前記ハイブリッド車両の始動時に前記変換角度が始動時変換角度となっているかどうか判定する角度判定手段と、
   前記ハイブリッド車両の始動時に前記変換角度が前記始動時変換角度となっていない場合に、前記変換角度に基づいて前記エンジンへの要求負荷を算出するエンジン負荷算出手段と、
   前記要求負荷に応じて前記エンジンを制御するエンジン制御手段と、
   前記エンジンから排出される排気ガスを浄化する触媒と、
   前記触媒の活性状態を検出する活性状態検出手段と、
   前記変換角度が前記始動時変換角度となった後に、前記触媒の活性状態が前記少なくとも前記触媒の一部で前記排気ガスの浄化を開始する第１活性状態となっているかどうか判定する第１活性状態判定手段とを備え、
   前記エンジン負荷算出手段は、前記変換角度が前記始動時変換角度となった後に、前記活性状態が前記第１活性状態となっていない場合に、前記エンジンへの要求負荷を前記変換角度が前記始動時変換角度となった場合の前記エンジンへの負荷以上の負荷とすることを特徴とするハイブリッド車両。
2. 前記エンジン負荷算出手段は、前記始動時変換角度に対する前記変換角度のずれ量が大きいほど前記エンジンへの要求負荷を小さくすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記触媒の活性状態が前記触媒の全体で前記排気ガスを浄化する第２活性状態となっているかどうか判定する第２活性状態判定手段を備え、
   前記エンジン負荷算出手段は、前記活性状態が前記第１活性状態となり、かつ前記第２活性状態となっていない場合に、前記活性状態に基づいて前記エンジンへの要求負荷を算出する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車両。

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