WO2023007528A1 - ハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法および装置 - Google Patents

ハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法および装置 Download PDF

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瑛文 小石
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日産自動車株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
    • B60W10/06—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units including control of combustion engines
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/15—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect
    • B60W20/16—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect for reducing engine exhaust emissions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
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    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/62—Hybrid vehicles

Definitions

  • This invention relates to a technique for controlling the start/stop of an internal combustion engine for maintaining the warm-up state of the internal combustion engine in a hybrid vehicle.
  • the internal combustion engine in a hybrid vehicle although it depends on the type of hybrid vehicle, in many types, it is not always operated by combustion, but is operated only when there is a demand for power generation or when a high driving force is required. be. In such cases, it is generally undesirable for the temperature of the internal combustion engine to drop while the internal combustion engine is not in combustion operation.
  • the internal combustion engine is put into a driving state when it is detected that the cooling water temperature of the internal combustion engine is lower than a predetermined temperature, and the internal combustion engine is put into a non-driving state when it is detected that it is higher than the predetermined temperature. It is disclosed to In other words, the cooling water temperature is simply compared with a predetermined temperature to repeat starting and stopping.
  • a method for controlling start/stop of an internal combustion engine in a hybrid vehicle provides that one or more temperature parameters of the internal combustion engine have decreased to a first threshold value during EV mode operation of the vehicle without combustion operation of the internal combustion engine.
  • the temperature parameter rises to a second threshold value
  • the internal combustion engine is stopped.
  • a target duration of EV mode operation after the internal combustion engine is stopped is determined, and the second threshold value is set so as to obtain this target duration based on the temperature drop characteristic during EV mode operation. .
  • the timing at which the temperature parameter actually decreases to the first threshold value and the internal combustion engine is started corresponds to the target EV mode operation duration time.
  • the starting and stopping of the internal combustion engine are not frequently repeated.
  • FIG. 1 is a configuration explanatory diagram of a series hybrid vehicle to which start/stop control according to the present invention is applied;
  • FIG. 2 is a configuration explanatory diagram of an internal combustion engine;
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between a typical running pattern and target duration in the first embodiment;
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the outside air temperature and the temperature drop rate;
  • Explanatory drawing which showed an example of the change of catalyst temperature and cooling water temperature.
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing the relationship between the estimated running pattern, the catalyst temperature, and the cooling water temperature in the second embodiment;
  • FIG. 11 is a characteristic diagram showing an example of temperature change in the third embodiment in which exhaust temperature rise control is performed;
  • FIG. 11 is an explanatory diagram of prediction of battery SOC in the fourth embodiment; Explanatory drawing of the SOC change after an internal-combustion engine stop.
  • FIG. 1 schematically shows the configuration of a series hybrid vehicle as an example of a hybrid vehicle to which the present invention is applied.
  • the series hybrid vehicle includes a motor generator 1 for power generation that mainly operates as a power generator, an internal combustion engine 2 that is used as an internal combustion engine for power generation that drives the motor generator 1 for power generation according to electric power demand, and an internal combustion engine 2 that mainly operates as a motor.
  • It is composed of a traveling motor generator 4 that drives the drive wheels 3 as a driving force, and a battery 5 that temporarily stores the generated electric power.
  • Electric power obtained by the internal combustion engine 2 driving the motor generator 1 is stored in the battery 5 via an inverter device (not shown).
  • the driving motor generator 4 is driven and controlled using the electric power of the battery 5 .
  • Electric power generated during regeneration by the motor generator 4 for traveling is stored in the battery 5 via an inverter device (not shown).
  • the controller 6 controls the operation of the motor generators 1 and 4, the charging and discharging of the battery 5, and the operation of the internal combustion engine 2.
  • the controller 6 includes a plurality of controllers connected so as to communicate with each other, such as a motor controller 7 that controls the motor generators 1 and 4, an engine controller 8 that controls the internal combustion engine 2, and a battery controller 9 that manages the battery 5. It is Information such as the degree of opening of an accelerator pedal (not shown) and vehicle speed is input to the controller 6 .
  • the battery controller 9 also obtains the SOC of the battery 5 based on the voltage/current of the battery 5 . Basically, the engine controller 8 is requested to start the internal combustion engine 2 based on this decrease in SOC.
  • the vehicle of the embodiment is equipped with a car navigation system 10 using GPS including high-precision map information in order to obtain the position of the vehicle, the road on which it will travel, and the surrounding environment.
  • a car navigation system 10 using GPS including high-precision map information in order to obtain the position of the vehicle, the road on which it will travel, and the surrounding environment.
  • one or a plurality of information acquisition devices 11 such as cameras are similarly provided to acquire information on the front or surrounding environment.
  • a so-called connected car may have a connected system that constantly exchanges various information with the outside using an information communication function.
  • FIG. 2 shows the system configuration of the internal combustion engine 2.
  • the internal combustion engine 2 is, for example, a four-stroke cycle spark ignition internal combustion engine equipped with a turbocharger 12.
  • a pair of intake valves 14 and a pair of exhaust valves 15 are arranged on the ceiling wall surface of each cylinder 13.
  • an ignition plug 16 is arranged in a central portion surrounded by these intake valves 14 and exhaust valves 15 .
  • a fuel injection valve 17 that supplies fuel into the cylinder 13 is provided below the intake valve 14 .
  • the engine controller 8 controls the ignition timing of the ignition plug 16 and the injection timing and injection amount of fuel by the fuel injection valve 17 .
  • the intake passage 21 has an intake collector 21a, and an electronically controlled throttle valve 22 whose opening is controlled by a control signal from the engine controller 8 is provided upstream of the intake collector 21a.
  • a compressor 12a of the turbocharger 12 is positioned upstream of the throttle valve 22, and an air flow meter 24 and an air cleaner 25 for detecting the amount of intake air are disposed upstream of the compressor 12a.
  • a water-cooled intercooler 26, for example, is provided between the compressor 12a and the throttle valve 22 to cool the high temperature and high pressure intake air.
  • a recirculation valve 27 is provided to communicate the discharge side and the suction side of the compressor 12a.
  • a turbine 12b of the turbocharger 12 is located in the exhaust passage 30, and a pre-catalyst device 31 and a main catalyst device 32 each comprising a three-way catalyst are disposed downstream thereof.
  • the pre-catalyst device 31 is arranged at the outlet of the turbine 12b, and the main catalytic device 32 is arranged under the floor of the vehicle.
  • An air-fuel ratio sensor 33 that detects the air-fuel ratio is arranged upstream of the turbine 12b in the exhaust passage 30 .
  • Turbine 12b includes a wastegate valve 34 that bypasses a portion of the exhaust in response to boost pressure to control boost pressure.
  • the wastegate valve 34 is, for example, of an electric type whose opening is controlled by the engine controller 8 .
  • an exhaust gas recirculation passage 35 for recirculating part of the exhaust gas from the exhaust passage 30 to the intake passage 21 is provided. It is
  • the engine controller 8 includes a crank angle sensor 41 for detecting the engine speed, a water temperature sensor 42 for detecting the cooling water temperature, a pre-catalyst device 31 and a main catalyst device. Sensors such as catalyst temperature sensors 43 and 44 for detecting catalyst temperatures of 32, atmospheric pressure sensor 45 for detecting atmospheric pressure, outside temperature sensor 46 for detecting outside temperature, and supercharging pressure sensor 47 for detecting supercharging pressure. A type of detection signal is input. Based on these detection signals and requests from other controllers 7 and 9, the engine controller 8 optimally controls the fuel injection amount, injection timing, ignition timing, opening of the throttle valve 22, supercharging pressure, etc. there is Instead of directly detecting the carrier temperature of the catalyst, the catalyst temperature sensors 43 and 44 may indirectly determine the catalyst temperature from the temperature of the gas before and after the catalyst.
  • the internal combustion engine 2 is basically started when the SOC of the battery 5 drops to a predetermined starting SOC value, and the internal combustion engine 2 stops when the SOC reaches a sufficient level. In addition to the start/stop of the internal combustion engine 2 based on such a power generation request, the internal combustion engine 2 is started/stopped in order to appropriately maintain the warm-up state of the internal combustion engine 2 .
  • catalyst temperature and cooling water temperature are monitored as temperature parameters indicating the warm-up state of the internal combustion engine 2 .
  • the catalyst temperature in one example, the temperature of the pre-catalyst device 31 detected by the catalyst temperature sensor 43 is used as a representative, but the temperature of the main catalyst device 32 may be used.
  • FIG. 5 shows basic starting and stopping of the internal combustion engine 2 based on (a) catalyst temperature and (b) cooling water temperature while the vehicle is running.
  • the catalyst temperature drops to a predetermined activation temperature TC1 corresponding to the first threshold value
  • the internal combustion engine 2 is started.
  • the internal combustion engine 2 is stopped when the catalyst temperature rises to the operation end temperature TC2 corresponding to the second threshold value.
  • the temperature of the catalyst gradually decreases due to natural heat radiation, cooling effect due to running wind, and the like.
  • the catalyst temperature drops to the activation temperature TC1
  • the internal combustion engine 2 is started again. By such repetition, the catalyst temperature is maintained at the activation temperature TC1 or higher. While the internal combustion engine 2 is stopped, the vehicle travels in the EV mode described above.
  • the internal combustion engine 2 is started when the cooling water temperature drops to a predetermined lower limit water temperature TW1 corresponding to the first threshold. After that, as the internal combustion engine 2 is operated, the internal combustion engine 2 is stopped when the cooling water temperature rises to the operation end temperature TW2 corresponding to the second threshold value. When the internal combustion engine 2 stops, the temperature of the cooling water gradually decreases due to the cooling effect of natural heat radiation and running wind. When the cooling water temperature drops to the lower limit water temperature TW1, the internal combustion engine 2 is started again. By such repetition, the cooling water temperature is maintained at or above the lower limit water temperature TW1.
  • the lower limit water temperature TW1 is set, for example, to a temperature approximately equal to the warm-up completion temperature of a general internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 2 is started when the temperature drops to the activation temperature TC1 or the lower limit water temperature TW1.
  • the internal combustion engine 2 may be started when both are lowered to the activation temperature TC1 and the lower limit water temperature TW1.
  • the timing at which the catalyst temperature reaches the operation end temperature TC2 and the timing at which the cooling water temperature reaches the operation end temperature TW2 match as much as possible.
  • the internal combustion engine 2 is stopped when both water temperatures reach the operation end temperatures TC2 and TW2.
  • the internal combustion engine 2 may be stopped when either one reaches the operation end temperature TC2, TW2.
  • the operation end temperatures TC2 and TW2 are set so that the duration of the EV mode operation after the internal combustion engine 2 is stopped (the time from the stop of the internal combustion engine 2 to the next start) is a desired target duration. It is set based on the respective temperature drop characteristics during EV mode operation of the catalyst temperature and the cooling water temperature.
  • the target duration of EV mode driving is fixed in advance with reference to statistical processing of driving patterns (for example, WLTC, etc.) representative of the market as illustrated in FIG. given as a value.
  • driving patterns for example, WLTC, etc.
  • the target duration Tev of the EV mode driving is set corresponding to a period during which relatively gentle driving is performed.
  • the target duration Tev can be on the order of minutes.
  • a temperature drop rate R per unit time is given as the temperature drop characteristic during EV mode operation.
  • Ra is the temperature decrease rate of the catalyst temperature
  • Rb is the temperature decrease rate of the cooling water temperature.
  • the temperature drop rate R may be an experimentally determined constant value, but in one embodiment is determined as a function of at least one of the outside air temperature and vehicle speed.
  • FIG. 4 shows, for example, the characteristics of the temperature drop rate R with respect to the outside air temperature, and the lower the outside air temperature, the larger the temperature drop rate R becomes. The same applies to the vehicle speed, and the higher the vehicle speed, the larger the temperature drop rate R becomes.
  • the temperature decrease rate Rb of the cooling water temperature may be set to different values according to the ON/OFF state of the heating switch in the passenger compartment air conditioner. That is, when the heating switch is on, heat is consumed for heating, so the temperature drop rate Rb is relatively large. Of course, when obtaining the temperature decrease rate R, conditions other than the outside air temperature, the vehicle speed, and the ON/OFF state of the heating switch may be taken into consideration.
  • the target EV mode operation duration Tev is ensured by the time the catalyst temperature and cooling water temperature drop to the activation temperature TC1 and the lower limit water temperature TW1 next time. Then, the timing at which the catalyst temperature reaches the activation temperature TC1 coincides with the timing at which the cooling water temperature reaches the lower limit water temperature TW1.
  • the vehicle of the embodiment is equipped with a car navigation system 10 including high-precision map information to obtain information on the position of the vehicle, the road on which it will travel, and the surrounding environment.
  • Various information can be obtained by The controller 6 uses these road information, past travel data of the own vehicle, traffic statistics data, etc. to predict a travel pattern, for example, as illustrated in the upper part of FIG.
  • the start/stop timing (in other words, the period during which the EV mode operation should be performed) that can optimize the fuel consumption of the own vehicle is determined.
  • EV1", “EV2”, and “EV3" in FIG. 6 indicate periods during which the EV mode operation should be performed in the predicted driving pattern. That is, in the second embodiment, the target EV mode driving duration Tev is dynamically given based on the predicted driving pattern.
  • the operation end temperatures TC2 and TW2 for the catalyst temperature and cooling water temperature are determined based on the target EV mode operation duration Tev and the temperature drop rates Ra and Rb, as in the first embodiment. As is clear from FIG. 6, since the length of each period (time) of "EV1”, “EV2”, and “EV3” is different, each of "EV1", “EV2”, and “EV3” , TW2 have different values. Conversely, by appropriately setting the operation end temperatures TC2 and TW2, the target durations of the EV mode operation can be appropriately obtained as indicated by “EV1", "EV2", and “EV3". It will happen. In FIG. 6, the operation end temperature for each of "EV1", “EV2”, and “EV3” is indicated as "TC2_EV1" and the like.
  • both the catalyst temperature and the cooling water temperature reach the operation end temperatures TC2 and TW2 just at the timing when the internal combustion engine 2 is to be stopped.
  • the responsiveness to changes in cooling water temperature is lower than the responsiveness to changes in catalyst temperature. If the catalyst temperature reaches the operation end temperature TW2 prior to , exhaust heat will be wasted.
  • the increase in the cooling water temperature is monitored without increasing the catalyst temperature excessively higher than the activation temperature TC1, and the exhaust temperature increase control is started at the timing when the cooling water temperature approaches the operation end temperature TW2. do.
  • This exhaust temperature increase control causes the catalyst temperature to rise sharply, so that it reaches the operation end temperature TC2 almost simultaneously with the cooling water temperature.
  • Exhaust temperature increase control can be realized by, for example, ignition timing retarding or other known methods.
  • FIG. 8 is a block diagram showing the logic for estimating the SOC of the battery 5 accompanying the combustion operation of the internal combustion engine 2.
  • the average power consumption is subtracted from the average power generation amount, and the current remaining amount of the battery 5 (that is, By adding this to the current SOC), the remaining amount of the battery 5 after the combustion operation of the internal combustion engine 2 has been continued for a certain period of time (that is, the SOC when the operation is stopped) can be estimated.
  • FIG. 9 shows an example of changes in the SOC of the battery 5 due to combustion operation of the internal combustion engine 2 and EV mode operation.
  • the target duration Tev of the EV mode operation is set relatively short (that is, the operation end temperatures TC2 and TW2 are relatively low) and when the target duration Tev is set relatively long (that is, the operation ends (temperatures TC2 and TW2 are relatively high).
  • the line L1 is an example in which the target duration Tev is set short.
  • the internal combustion engine 2 stops (that is, power generation ends) and the SOC decreases due to EV mode operation.
  • the internal combustion engine 2 is started due to the power generation request relatively early (n1 seconds), and although there is a margin before the start request in terms of the catalyst temperature and the cooling water temperature, Starting of the internal combustion engine 2 may be started.
  • the duration of the EV mode operation corresponding to the operation end temperatures TC2 and TW2 cannot be obtained.
  • Line L2 is an example in which the target duration Tev is set long.
  • the internal combustion engine 2 stops (that is, power generation ends), and the SOC decreases due to EV mode operation.
  • the SOC at the time of shutdown is high, the time until a power generation request is generated becomes longer (n2 seconds), and the catalyst temperature and the cooling water temperature first decrease to the activation temperature TC1 or the lower limit water temperature TW1, and warm up occurs. can occur.
  • the optimum stop timing of the internal combustion engine 2 exists between the line L1 and the line L2 (in other words, between the points P1 and P2).
  • the timing of the start request based on the SOC decrease and the timing of the start request based on the temperature decrease of the internal combustion engine 2 (the activation temperature TC1 or the lower limit water temperature TW1 decrease) will coincide with each other.
  • the condition in which the timings of the start requests based on these two conditions match is the condition that can maximize the duration of the EV mode operation.
  • the controller 6 sequentially predicts the timings of the two start requests, and obtains the target duration Tev and the corresponding end temperatures TC2 and TW2 so that they match.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications are possible.
  • a series hybrid vehicle has been described as an example, but the present invention can be widely applied to any hybrid vehicle capable of EV mode operation.
  • the catalyst temperature and the cooling water temperature are used as temperature parameters.
  • the first threshold that defines the starting of the internal combustion engine 2 is not necessarily limited to a fixed value. If the first threshold changes under some conditions, the second threshold may be changed accordingly.
  • the timing of engine start/stop does not necessarily have to be determined by the controller 6 in the vehicle, and in some cases, connected services, such as those provided from the cloud environment based on the driving plan and driving pattern analysis of the own vehicle. It doesn't matter if it is. That is, even if it is the in-vehicle controller 6 that gives the final start/stop command to the engine, the vehicle does not necessarily have the function of determining the start/stop timing.

Abstract

シリーズハイブリッド車両の発電用の内燃機関（２）は、触媒温度や冷却水温が活性温度（ＴＣ１）ないし下限水温（ＴＷ１）に低下したら始動し、運転終了温度（ＴＣ２，ＴＷ２）に達したら停止する。目標とするＥＶモード運転の継続時間（Ｔｅｖ）が予め設定され、各々の温度低下率（Ｒａ，Ｒｂ）を用いて、運転終了温度（ＴＣ２）は、活性温度（ＴＣ１）との温度差（ΔＴＣ）が「ΔＴＣ＝Ｒａ×Ｔｅｖ」となるように設定され、運転終了温度（ＴＷ２）は、下限水温（ＴＷ１）との温度差（ΔＴＷ）が「ΔＴＷ＝Ｒｂ×Ｔｅｖ」となるように設定される。

Description

ハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法および装置
　この発明は、ハイブリッド車両において内燃機関の暖機状態を維持するための内燃機関の始動・停止を制御する技術に関する。
　ハイブリッド車両における内燃機関は、ハイブリッド車両の形式にもよるが、多くの形式では、常時燃焼運転されるものではなく、発電要求があったときや高い駆動力が必要な状況等に限って運転される。このような場合、内燃機関が燃焼運転していない間に内燃機関の温度が低下してしまうことは一般に好ましくない。
　特許文献１には、内燃機関の冷却水温が所定温度よりも低いことが検出されたときに内燃機関を駆動状態とし、所定温度よりも高いことが検出されたときに内燃機関を非駆動状態とすることが開示されている。つまり、冷却水温を単純に所定温度と比較して始動・停止を繰り返す構成となっている。
　このような構成では、内燃機関の始動・停止が頻繁に繰り返されることになり、好ましくない。
特開２００５－１６３５４５号公報
　この発明に係るハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法は、内燃機関の燃焼運転を伴わない車両のＥＶモード運転中に内燃機関の１つあるいは複数の温度パラメータが第１の閾値まで低下したときに内燃機関の始動を行い、上記温度パラメータが第２の閾値まで上昇したときに内燃機関を停止する。ここで、内燃機関を停止した後のＥＶモード運転の継続時間の目標を定め、ＥＶモード運転中の温度低下特性に基づき、この目標の継続時間が得られるように上記第２の閾値を設定する。
　このように第２の閾値を設定することで、温度パラメータが実際に第１の閾値まで低下して内燃機関の始動が行われるタイミングが、目標のＥＶモード運転の継続時間に対応したものとなり、内燃機関の始動・停止が頻繁に繰り返されることがない。
この発明に係る始動・停止制御が適用されるシリーズハイブリッド車両の構成説明図。 内燃機関の構成説明図。 第１実施例の代表的な走行パターンと目標の継続時間との関係を示した特性図。 外気温と温度低下率との関係を示した特性図。 触媒温度と冷却水温の変化の一例を示した説明図。 第２実施例の推定走行パターンと触媒温度と冷却水温との関係を示した特性図。 排温上昇制御を行う第３実施例の温度変化の例を示した特性図。 第４実施例のバッテリＳＯＣの予測の説明図。 内燃機関停止後のＳＯＣ変化の説明図。
　図１は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ１と、この発電用モータジェネレータ１を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関２と、主にモータとして動作して駆動輪３を駆動する走行用モータジェネレータ４と、発電した電力を一時的に蓄えるバッテリ５と、を備えて構成されている。内燃機関２が発電用モータジェネレータ１を駆動することによって得られた電力は、図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。走行用モータジェネレータ４は、バッテリ５の電力を用いて駆動制御される。走行用モータジェネレータ４の回生時の電力は、やはり図示しないインバータ装置を介してバッテリ５に蓄えられる。
　モータジェネレータ１，４の動作やバッテリ５の充放電および内燃機関２の運転は、コントローラ６によって制御される。コントローラ６は、モータジェネレータ１，４を制御するモータコントローラ７や内燃機関２を制御するエンジンコントローラ８、バッテリ５を管理するバッテリコントローラ９など、互いに通信可能なように接続された複数のコントローラによって構成されている。コントローラ６には、図示しないアクセルペダルの開度や車速等の情報が入力される。またバッテリコントローラ９は、バッテリ５の電圧・電流に基づいてバッテリ５のＳＯＣを求める。基本的には、このＳＯＣの低下に基づいてエンジンコントローラ８に内燃機関２の始動が要求される。このようなシリーズハイブリッド車両の運転モードとしては、内燃機関２の燃焼運転を伴わずにバッテリ５の電力でもって走行するＥＶモードと、内燃機関２の燃焼運転による発電を行いながら走行を行うＨＥＶモードと、がある。
　また一実施例の車両は、自車両の位置ならびにこれから走行する道路や周囲環境の情報を得るために高精度な地図情報を含むＧＰＳを利用したカーナビゲーションシステム１０を備えている。また、同様に前方ないし周囲の環境の情報を得るためにカメラ等の１つあるいは複数の情報取得デバイス１１を備えている。このほか、いわゆるコネクテッドカーとして情報通信機能を用いて外部との間で種々の情報の授受を常時行うコネクテッドシステムを有していてもよい。
　図２は、内燃機関２のシステム構成を示している。この内燃機関２は、例えばターボチャージャ１２を備えた４ストロークサイクルの火花点火式内燃機関であって、各シリンダ１３の天井壁面に、一対の吸気弁１４および一対の排気弁１５が配置されているとともに、これらの吸気弁１４および排気弁１５に囲まれた中央部に点火プラグ１６が配置されている。吸気弁１４の下方には、シリンダ１３内へ燃料を供給する燃料噴射弁１７が設けられている。点火プラグ１６の点火時期および燃料噴射弁１７による燃料の噴射時期ならびに噴射量はエンジンコントローラ８によって制御される。
　吸気通路２１は、吸気コレクタ２１ａを有し、この吸気コレクタ２１ａよりも上流側に、エンジンコントローラ８からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ２２が設けられている。スロットルバルブ２２の上流側に、ターボチャージャ１２のコンプレッサ１２ａが位置し、このコンプレッサ１２ａよりも上流に、吸入空気量を検出するエアフロメータ２４およびエアクリーナ２５が配設されている。コンプレッサ１２ａとスロットルバルブ２２との間には、高温高圧となった吸気を冷却するために、例えば水冷式のインタークーラ２６が設けられている。また、コンプレッサ１２ａの吐出側と吸入側とを連通するようにリサーキュレーションバルブ２７が設けられている。
　排気通路３０には、ターボチャージャ１２のタービン１２ｂが位置し、その下流側にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒装置３１およびメイン触媒装置３２が配設されている。プリ触媒装置３１はタービン１２ｂの出口に配置されており、メイン触媒装置３２は車両の床下に配置されている。排気通路３０のタービン１２ｂよりも上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ３３が配置されている。タービン１２ｂは、過給圧を制御するために過給圧に応じて排気の一部をバイパスするウェストゲートバルブ３４を備えている。ウェストゲートバルブ３４は、例えば、エンジンコントローラ８によって開度が制御される電動型の構成のものが用いられている。
　また、排気通路３０から吸気通路２１へ排気の一部を還流する排気還流通路３５を備えており、この排気還流通路３５には、例えば水冷式のＥＧＲガスクーラ３７と、ＥＧＲバルブ３８と、が設けられている。
　上記エンジンコントローラ８には、上記のエアフロメータ２４、空燃比センサ３３のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ４１、冷却水温を検出する水温センサ４２、プリ触媒装置３１およびメイン触媒装置３２の触媒温度をそれぞれ検出する触媒温度センサ４３，４４、大気圧を検出する大気圧センサ４５、外気温を検出する外気温センサ４６、過給圧を検出する過給圧センサ４７、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ８は、これらの検出信号や他のコントローラ７，９からの要求に基づき、燃料噴射量および噴射時期、点火時期、スロットルバルブ２２の開度、過給圧、等を最適に制御している。なお、触媒温度センサ４３，４４としては、触媒の担体温度を直接に検出することに代えて、前後のガス温度等から間接的に触媒温度を求めるものであってもよい。
　内燃機関２は、基本的には、バッテリ５のＳＯＣが所定の始動ＳＯＣ値まで低下したときに始動され、ＳＯＣが十分なレベルに達したら内燃機関２は停止する。また、このような発電要求に基づく内燃機関２の始動・停止に加えて、内燃機関２は、当該内燃機関２の暖機状態を適当に維持するために始動・停止がなされる。一実施例においては、内燃機関２の暖機状態を示す温度パラメータとして、触媒温度と冷却水温とが監視される。触媒温度としては、一例では触媒温度センサ４３が検出するプリ触媒装置３１の温度が代表として用いられるが、メイン触媒装置３２の温度であってもよい。
　図５は、車両走行中の（ａ）触媒温度と（ｂ）冷却水温とに基づく内燃機関２の基本的な始動・停止を示したものである。例えば触媒温度が第１の閾値に相当する所定の活性温度ＴＣ１にまで低下したら内燃機関２が始動される。その後、内燃機関２の運転に伴い、触媒温度が第２の閾値に相当する運転終了温度ＴＣ２にまで上昇したら内燃機関２は停止する。内燃機関２が停止すると、自然放熱や走行風による冷却作用等により触媒温度は徐々に低下する。触媒温度が活性温度ＴＣ１にまで低下したら、再び内燃機関２が始動される。このような繰り返しにより、触媒温度は活性温度ＴＣ１以上に維持される。内燃機関２の停止中は、前述したＥＶモードでの走行となる。
　冷却水温についても同様であり、冷却水温が第１の閾値に相当する所定の下限水温ＴＷ１にまで低下したら内燃機関２が始動される。その後、内燃機関２の運転に伴い、冷却水温が第２の閾値に相当する運転終了温度ＴＷ２にまで上昇したら内燃機関２は停止する。内燃機関２が停止すると、自然放熱や走行風による冷却作用等により冷却水温は徐々に低下する。冷却水温が下限水温ＴＷ１にまで低下したら、再び内燃機関２が始動される。このような繰り返しにより、冷却水温は下限水温ＴＷ１以上に維持される。下限水温ＴＷ１は、例えば、一般的な内燃機関の暖機完了温度と同程度の温度に設定される。
　なお、触媒温度が活性温度ＴＣ１にまで低下するタイミングと冷却水温が下限水温ＴＷ１にまで低下するタイミングはできるだけ一致していることが望ましいが、両者が異なる場合、一実施例においては、いずれか一方でも活性温度ＴＣ１もしくは下限水温ＴＷ１に低下したときに内燃機関２を始動する。双方が活性温度ＴＣ１および下限水温ＴＷ１に低下したときに内燃機関２を始動するようにしてもよい。
　同様に、触媒温度が運転終了温度ＴＣ２に達するタイミングと冷却水温が運転終了温度ＴＷ２に達するタイミングはできるだけ一致していることが望ましいが、両者が異なる場合、一実施例においては、触媒温度と冷却水温の双方が運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２に達したときに内燃機関２を停止する。いずれか一方が運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２に達したときに内燃機関２を停止するようにしてもよい。
　ここで、運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２は、内燃機関２を停止した後のＥＶモード運転の継続時間（内燃機関２の停止から次の始動までの時間）が所望の目標継続時間となるように、触媒温度および冷却水温の各々のＥＶモード運転中の温度低下特性に基づいて設定される。
　本発明の第１実施例においては、目標とするＥＶモード運転の継続時間が、図３に例示したような市場を代表する走行パターン（例えばＷＬＴＣ等）の統計学的処理を参考にして予め固定値として与えられる。例えば、図３に例示した走行パターンでは、その中の比較的に穏やかな運転がなされる期間に対応して目標とするＥＶモード運転の継続時間Ｔｅｖが設定される。一例では、目標の継続時間Ｔｅｖは、数分程度となり得る。
　次に、触媒温度および冷却水温の各々について、ＥＶモード運転中の温度低下特性として、単位時間当たりの温度低下率Ｒが与えられる。なお、触媒温度の温度低下率をＲａ、冷却水温の温度低下率をＲｂとする。温度低下率Ｒは、実験的に求めた一定値であってもよいが、一実施例においては、外気温および車速の少なくとも一方の関数として求める。図４は、例えば外気温に対する温度低下率Ｒの特性を示し、外気温が低いほど温度低下率Ｒが大となる。車速についても同様であり、車速が高いほど温度低下率Ｒが大となる。また、冷却水温の温度低下率Ｒｂについては、車室空調装置における暖房スイッチのオン、オフ状態に応じて異なる値としてもよい。つまり暖房スイッチがオンであるときは、暖房用に熱が消費されるため、温度低下率Ｒｂが相対的に大となる。勿論、温度低下率Ｒを求めるに際して、上記の外気温、車速、暖房スイッチのオン、オフ以外の条件を考慮するようにしてもよい。
　触媒温度についての運転終了温度ＴＣ２は、活性温度ＴＣ１との温度差ΔＴＣ（＝ＴＣ２－ＴＣ１）が「ΔＴＣ＝Ｒａ×Ｔｅｖ」となるように設定される。同様に、冷却水温についての運転終了温度ＴＷ２は、下限水温ＴＷ１との温度差ΔＴＷ（＝ＴＷ２－ＴＷ１）が「ΔＴＷ＝Ｒｂ×Ｔｅｖ」となるように設定される。
　このように運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２を設定することで、図５から容易に理解できるように、内燃機関２の燃焼運転を停止したときに触媒温度および冷却水温の各々が運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２となっていれば、理想的には、次に触媒温度および冷却水温が活性温度ＴＣ１および下限水温ＴＷ１に低下するまでに目標とするＥＶモード運転の継続時間Ｔｅｖが確保される。そして、触媒温度が活性温度ＴＣ１となるタイミングと冷却水温が下限水温ＴＷ１となるタイミングとが互いに一致することとなる。
　次に、自車両の走行経路に沿った走行パターンを推定し、この走行パターンから好ましい始動時期および停止時期を決定するようにした第２実施例を、図６に基づいて説明する。実施例の車両は、自車両の位置ならびにこれから走行する道路や周囲環境の情報を得るために高精度な地図情報を含むカーナビゲーションシステム１０を備えており、さらに情報取得デバイス１１やコネクテッドシステムを介して種々の情報を得ることができる。コントローラ６は、これらの道路情報やこれまでの自車両の走行データ、交通統計データ等を用いて、例えば図６の上段に例示するような走行パターンを予測するとともに、この予測された走行パターンの中で自車両について燃費を最適化できる始動・停止のタイミング（換言すれば、ＥＶモード運転とすべき期間）を決定する。図６中の「ＥＶ１」、「ＥＶ２」、「ＥＶ３」は、予測された走行パターンの中でＥＶモード運転とすべき期間を示している。つまり、この第２実施例では、目標とするＥＶモード運転の継続時間Ｔｅｖが予測の走行パターンに基づき動的に与えられることとなる。
　触媒温度および冷却水温についての運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２は、前述した第１実施例と同様に、目標とするＥＶモード運転の継続時間Ｔｅｖと温度低下率Ｒａ，Ｒｂとに基づいて決定される。図６に明らかなように、「ＥＶ１」、「ＥＶ２」、「ＥＶ３」の各期間（時間）の長さが異なるので、「ＥＶ１」、「ＥＶ２」、「ＥＶ３」の各々で運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２は異なる値となる。逆に言えば、運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２を各々適切に設定することで、目標とするＥＶモード運転の継続時間が「ＥＶ１」、「ＥＶ２」、「ＥＶ３」として示すように各々適切に得られることとなる。図６には、「ＥＶ１」、「ＥＶ２」、「ＥＶ３」の各々に対する運転終了温度を「ＴＣ２_ＥＶ１」等として示してある。
　次に、図７に基づいて触媒温度を冷却水温と同時に運転終了温度ＴＣ２に到達させるための排温上昇制御を含む第３実施例について説明する。内燃機関２を停止しようとするタイミングに触媒温度および冷却水温の双方がちょうど運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２に到達することがエネルギ消費を最少とする上で好ましい。一般的に、冷却水温変化の応答性は触媒温度変化の応答性よりも低いので、内燃機関２の停止の判断は、冷却水温が運転終了温度ＴＷ２に到達することを待つ形となるが、過度に先行して触媒温度が運転終了温度ＴＷ２に到達していると、無駄に排気熱を棄てることになる。そのため、第３実施例においては、触媒温度を活性温度ＴＣ１よりも過度に高く上昇させずに冷却水温の上昇をモニタし、冷却水温が運転終了温度ＴＷ２に近付いたタイミングで排温上昇制御を開始する。この排温上昇制御により触媒温度が急上昇するので、冷却水温とほぼ同時に運転終了温度ＴＣ２に到達する。排温上昇制御は、例えば点火時期リタードやその他の公知の手法で実現できる。
　このように冷却水温が運転終了温度ＴＷ２に到達する直前に触媒温度を運転終了温度ＴＣ２まで速やかに上昇させることで、不必要な排気熱の損失を抑制できる。
　次に、図８および図９に基づいて、ＳＯＣの低下に基づく内燃機関２の始動をも考慮してＥＶモード運転の継続時間を最大限に長く得られるようにした第４実施例について説明する。暖機状態の維持のために内燃機関２を駆動すると、発電用モータジェネレータ１による発電がなされるので、バッテリ５のＳＯＣは多くの場合は上昇する。図８は、内燃機関２の燃焼運転に伴うバッテリ５のＳＯＣの推定のロジックをブロック図として示したものであり、平均発電量から平均消費電力を減算し、現在のバッテリ５の残量（つまり現在のＳＯＣ）と加算することで、内燃機関２の燃焼運転をある時間継続した後のバッテリ５の残量（つまり運転停止時のＳＯＣ）を推定することができる。
　図９は、内燃機関２の燃焼運転とＥＶモード運転とによるバッテリ５のＳＯＣの変化の一例を示している。特に、前述したＥＶモード運転の目標の継続時間Ｔｅｖを比較的短く設定した場合（つまり運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２が比較的低い）と目標の継続時間Ｔｅｖを比較的長く設定した場合（つまり運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２が比較的高い）とを対比して示している。
　線Ｌ１は、目標の継続時間Ｔｅｖを短く設定した例であり、点Ｐ１として示す点において内燃機関２が停止（つまり発電終了）し、ＥＶモード運転によるＳＯＣ低下に転じる。このような場合、内燃機関２の停止後、比較的早期に発電要求による内燃機関２の始動が生じ（ｎ１秒）、触媒温度や冷却水温の点では始動要求までに余裕があるにも拘わらず内燃機関２の始動が開始されることがある。つまり、運転終了温度ＴＣ２，ＴＷ２に対応したＥＶモード運転の継続時間が得られない。
　線Ｌ２は、目標の継続時間Ｔｅｖを長く設定した例であり、点Ｐ２として示す点において内燃機関２が停止（つまり発電終了）し、ＥＶモード運転によるＳＯＣ低下に転じる。この場合は、停止時のＳＯＣが高いことから発電要求が生じるまでの時間が長くなり（ｎ２秒）、触媒温度や冷却水温が先に活性温度ＴＣ１ないし下限水温ＴＷ１に低下し、暖機のための始動要求が発生し得る。
　従って、線Ｌ１と線Ｌ２との間（換言すれば点Ｐ１と点Ｐ２との間）に最適な内燃機関２の停止タイミングが存在し、この最適な停止タイミングからＥＶモード運転に移行すれば、ＳＯＣ低下に基づく始動要求のタイミングと内燃機関２の温度低下（活性温度ＴＣ１ないし下限水温ＴＷ１の低下）に基づく始動要求のタイミングとが互いに一致することとなる。このように２つの条件に基づく始動要求のタイミングが一致する条件が、ＥＶモード運転の継続時間を最大限とし得る条件である。
　コントローラ６は、２つの始動要求のタイミングを逐次予測し、両者が一致するように目標の継続時間Ｔｅｖおよび対応した終了温度ＴＣ２，ＴＷ２を求めるのである。
　以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、シリーズハイブリッド車両を例に説明したが、ＥＶモード運転が可能な形式のハイブリッド車両であれば、これに広く適用することができる。
　また、上記実施例では、温度パラメータとして触媒温度および冷却水温を例に説明したが、いずれか一方のみを対象とするものであってもよく、またこれら以外の温度パラメータを対象とするものであってもよい。
　また、内燃機関２の始動を規定する第１の閾値は必ずしも固定値であるものには限定されない。第１の閾値が何らかの条件で変化するような場合には、これに応じて第２の閾値を変化させればよい。
　また、必ずしもエンジン始動・停止のタイミングが車両内のコントローラ６において決断される必要はなく、場合によってはコネクテッドサービス、例えばクラウド環境側から自車両の走行計画や走行パターン分析に基づいて提供されるものであっても構わない。すなわち、エンジンに対し最終的な始動・停止指示を出すのは車載コントローラ６であっても、始動・停止時期の決断機能は必ずしも車両が保持していなくても良い。

Claims (9)

  1. 　内燃機関の燃焼運転を伴わない車両のＥＶモード運転中に内燃機関の１つあるいは複数の温度パラメータが第１の閾値まで低下したときに内燃機関の始動を行い、上記温度パラメータが第２の閾値まで上昇したときに内燃機関を停止する、ハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法であって、
    　内燃機関を停止した後のＥＶモード運転の継続時間の目標を定め、ＥＶモード運転中の温度低下特性に基づき、この目標の継続時間が得られるように上記第２の閾値を設定する、
    　ハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  2. 　上記の目標の継続時間は、予め所定値に定められている、
    　請求項１に記載のハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  3. 　上記温度低下特性は、外気温および車速の少なくとも一方の関数として与えられる、
    　請求項１または２に記載のハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  4. 　内燃機関の始動後、内燃機関の運転による発電とＥＶモード運転による電力消費との電力収支から内燃機関の運転を停止したときのバッテリのＳＯＣを予測し、
    　この予測されるＳＯＣからＥＶモード運転を行ったときのＳＯＣ低下に基づく内燃機関の始動要求の時期を予測し、
    　このＳＯＣ低下に基づく内燃機関の始動要求の時期と温度パラメータに基づく始動とが一致するように、ＥＶモード運転の継続時間の目標を定める、
    　請求項１に記載のハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  5. 　自車両の走行経路に沿った走行パターンを推定し、
    　この走行パターンから好ましい始動時期および停止時期を決定し、
    　この始動時期と停止時期との間を目標の継続時間として上記第２の閾値を設定する、
    　請求項１に記載のハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  6. 　上記温度パラメータは、内燃機関の冷却水温である、請求項１～５のいずれかに記載のハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  7. 　上記温度パラメータは、内燃機関の触媒温度である、請求項１～５のいずれかに記載のハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  8. 　上記温度パラメータとして内燃機関の冷却水温と触媒温度とを含み、
    　冷却水温と触媒温度との各々について第１の閾値および第２の閾値を備え、
    　内燃機関の始動後、冷却水温が第２の閾値に近付いたときに内燃機関の排温上昇制御を実行して触媒温度を第２の閾値に到達させる、
    　請求項１に記載のハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御方法。
  9. 　内燃機関と、この内燃機関によって駆動される発電機と、コントローラと、を備え、上記コントローラは、内燃機関の燃焼運転を伴わない車両のＥＶモード運転中に内燃機関の１つあるいは複数の温度パラメータが第１の閾値まで低下したときに内燃機関の始動を行い、上記温度パラメータが第２の閾値まで上昇したときに内燃機関を停止する、ハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御装置であって、
    　内燃機関を停止した後のＥＶモード運転の継続時間の目標を定め、ＥＶモード運転中の温度低下特性に基づき、この目標の継続時間が得られるように上記第２の閾値を設定する、
    　ハイブリッド車両における内燃機関の始動・停止制御装置。
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