JP2005113709A

JP2005113709A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2005113709A
Application number: JP2003345894A
Authority: JP
Inventors: Katsuhiko Miyamoto; 勝彦宮本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 2003-10-03
Filing date: 2003-10-03
Publication date: 2005-04-28
Anticipated expiration: 2023-10-03
Also published as: JP4001094B2

Abstract

【課題】ハイブリッド車両の制御装置において、排ガス浄化性能を向上させることができる一方で、十分な出力性能を確保する。
【解決手段】ＨＣ吸着触媒２９がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出される場合に、伝達クラッチ３１を切断してエンジン１１と電気モータ３２との駆動伝達を絶ち、パワープラントの要求トルクＰＴＱを電気モータ３２の目標トルクＭＴＱとしてこの電気モータ３２の作動を制御する一方、エンジン１１を低負荷状態で作動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンとモータとを有すると共に、エンジンの排気通路に三元触媒とＨＣ吸着触媒とを有するハイブリッド車両の制御装置に関する。

近年、地球環境の問題から排気ガスの発生を抑制するような、エンジンとモータとを駆動源とするハイブリッド車が実用化されている。このようなハイブリッド車では、運転状態に応じてモータの駆動だけで駆動輪を駆動したり、モータとエンジンの両者の駆動により駆動輪を駆動するようにしている。そして、このモータはバッテリに蓄積された電力により駆動することができ、このバッテリのエネルギが低下したときには、エンジンを駆動してバッテリの充電を行うようにしている。

また、エンジンの排気通路には、排気ガス中の有害物質である炭化水素（ＨＣ）と一酸化炭素（ＣＯ）と窒素酸化物（ＮＯｘ）を同時に浄化する三元触媒が設けられている。しかし、エンジンの冷態始動時にこの三元触媒は低温状態であり、活性化が遅れてＨＣ等の有害物質を効率よく浄化することができない。そこで、三元触媒の下流側に酸化機能を有するＨＣ吸着触媒を設け、冷態始動時にこのＨＣ吸着触媒で排気ガス中に含まれるＨＣを効率よく吸着すると同時に排気ガス熱で昇温し、ＨＣ吸着触媒が所定温度以上になると吸着したＨＣを脱離して酸化する技術が各種提案されている。

ところが、冷態始動時にＨＣ吸着触媒が排気ガス中のＨＣを効率よく吸着しても、このＨＣ吸着触媒がＨＣを脱離する温度よりもＨＣを酸化できる温度の方が高く、この期間はＨＣを確実に浄化処理することができない。図４に従来のハイブリッド車両の制御装置におけるエンジンの冷態始動時におけるＨＣの発生処理状況と温度変化を表すタイムチャートを示すが、この図４のタイムチャートからもわかるように、冷態始動時に三元触媒が活性化していないために出口側でのＨＣ排出量は多いが、その下流側のＨＣ吸着触媒がＨＣを吸着しているためにその出口側でのＨＣ排出量が少なくなっている。ところが、時間の経過に伴って高温の排ガスによりＨＣ吸着触媒が昇温され、このＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離温度に達すると吸着したＨＣを脱離してしまい、ＨＣ吸着触媒の活性化温度に達するまでの所定時間Ｔは、ＨＣを十分に浄化することができず、排ガスを悪化させてしまうという問題がある。

そこで、ハイブリッド車両にて、ＨＣ吸着触媒の再生時に、吸着したＨＣを不用意に大気中に放出してしまう不都合を回避する技術が下記特許文献１として提案されている。

この特許文献１に記載された「車両用エンジンの排気装置」は、排ガス浄化触媒層の酸素保持量が所定値より低く、その前段のＨＣ吸着触媒から脱離したＨＣを十分に酸化処理できないときには、一時的に空燃比を高くするかまたは燃料を遮断し、排ガス浄化触媒層の酸素保持量を確保するようにし、このとき、モータを作動させてエンジントルクの低下を補うようにしたものである。
特開２０００−０３８９２７

この従来の「車両用エンジンの排気装置」にあっては、ＨＣ吸着触媒より後段の排ガス浄化触媒層が、このＨＣ吸着触媒から脱離したＨＣを十分に酸化処理できないときには、一時的に空燃比を高くしたり燃料を遮断することで空気を増量し、排ガス浄化触媒層の酸素保持量を確保するようにしている。ところが、このときに、ドライバがアクセルを踏み込むと、エンジン回転数が上昇して排気流量が増加するため、ＨＣ吸着触媒から脱離したＨＣが十分に浄化されることなく大気に放出されることとなり、十分な排ガスの浄化効率を確保することができない。

本発明はこのような問題を解決するものであって、排ガス浄化性能を向上させることができる一方で、十分な出力性能を確保することのできるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために請求項１の発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンとモータとがクラッチにより断接可能に連結されたパワープラントと、車両の運転状態に基づいてパワープラント要求トルクを設定して前記エンジン及び前記モータの作動を制御するパワープラント制御手段と、前記エンジンの排気通路に設けられた三元触媒と、該三元触媒の下流側における前記排気通路に設けられて冷態状態でＨＣを吸着すると共に温度が上昇すると吸着したＨＣを脱離するＨＣ吸着触媒とを具えたハイブリッド車両の制御装置において、前記パワープラント制御手段は、前記ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出される場合に、前記クラッチを切断して前記パワープラント要求トルクを前記モータの目標トルクとして該モータの作動を制御する一方、前記エンジンを低負荷状態で作動することを特徴とするものである。

請求項２の発明のハイブリッド車両の制御装置では、パワープラント制御手段は、前記モータを駆動するバッテリの充電容量が所定値より大きい場合に、前記ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出されると、前記クラッチを切断して前記パワープラント要求トルクを前記モータの目標トルクとして該モータの作動を制御する一方、前記エンジンを低負荷状態で作動することを特徴としている。

請求項１の発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出される場合に、クラッチを切断してエンジンとモータとの駆動伝達を絶ち、パワープラント要求トルクをモータの目標トルクとしてこのモータの作動を制御する一方、エンジンを低負荷状態で作動するようにしたので、ＨＣ吸着触媒に吸着されたＨＣが脱離するときの排気流量が低下することとなり、排ガスの浄化性能を向上させることができる一方で、パワープラント要求トルクをモータにより確保することで、車両の十分な出力性能を確保することができる。

請求項２の発明のハイブリッド車両の制御装置によれば、モータを駆動するバッテリの充電容量が所定値より大きい場合に、ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出されると、クラッチを切断してパワープラント要求トルクをモータの目標トルクとしてその作動を制御する一方、前記エンジンを低負荷状態で作動するようにしたので、バッテリの充電容量が十分確保されているときに、パワープラント要求トルクをモータにより確保するため、車両の出力低下を防止して車両のドライバビリティを向上することができる。

本発明のハイブリッド車両の制御装置を実施するための最良の形態は、ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出される場合に、エンジンとモータとの駆動伝達を絶ち、車両をモータのみで走行する一方、エンジンを低負荷状態で作動するようにしたものであり、以下に、本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

図１に本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の制御装置の概略構成、図２に本実施例のハイブリッド車両の制御装置による制御のフローチャート、図３に本実施例のハイブリッド車両の制御装置による冷態始動時におけるＨＣの発生処理状況と温度変化を表すタイムチャートを示す。

本実施例のハイブリッド車両の制御装置において、図１に示すように、搭載されるエンジン１１は、例えば、燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式エンジンであって、ストイキオモード、吸気リーンモード、圧縮リーンモード、オープンループモード、燃料カットモードに切り換え可能となっている。このエンジン１１はシリンダヘッドに気筒ごとに点火プラグ１２及びインジェクタ１３が取付けられ、ピストン１４の上方に形成される燃焼室１５内にこのインジェクタ１３の噴射口が開口し、燃料が燃焼室１５内に直接噴射されるようになっている。また、シリンダヘッドには燃焼室１５を臨む吸気ポート１６及び排気ポート１７が形成され、吸気ポート１６は吸気弁１８により開閉され、排気ポート１７は排気弁１９により開閉される。そして、エンジン１１には同期して回転駆動することで、発電する発電機２０が装着されている。なお、このエンジン１１には各気筒の所定のクランク位置でクランク角信号を出力するクランク角センサ２１が設けられ、クランク角センサ２１はエンジン回転数を検出可能となっている。

また、吸気ポート１６には吸気管２２が接続され、空気取入口にはエアクリーナ２３が取付けられており、この吸気管２２には電子制御スロットル弁２４及びスロットルポジションセンサ２５が取付けられると共に、このスロットル弁２４の上流側にはエアフローセンサ２６が取付けられている。一方、排気ポート１７には排気管２７が接続されており、この排気管２７には、三元触媒２８とＨＣ吸着触媒２９が設けられている。この三元触媒２８は、排ガス中の有害物質であるＨＣとＣＯとＮＯｘを同時に浄化するものであり、ＨＣ吸着触媒２９は、エンジン１１の冷態状態に、排ガス中に含まれるＨＣを効率よく吸着すると同時に、排ガス熱で昇温されて所定温度以上になると吸着したＨＣを脱離して酸化するものである。そして、ＨＣ吸着触媒２９の上流側の排気管２７に排ガス温度を検出する温度センサ４３が設けられている。

このように構成されたエンジン１１のクランク軸３０は伝達クラッチ３１を介して電気モータ３２の出力軸３３と断接可能となっており、この伝達クラッチ３１は図示しない油圧駆動装置で作動するアクチュエータ３４により駆動可能となっている。そして、この電気モータ３２はバッテリ３５から電力の供給を受けて駆動可能であると共に、エンジン１１からの駆動力を受けて発電して電力をバッテリ３５に充電可能となっている。なお、前述したエンジン１１の発電機２０が発電して電力もこのバッテリ３５に充電可能となっている。そして、この電気モータ３２の出力軸３３は変速機３６に接続されており、変速機３６の出力軸３７デファレンシャルギヤ３８に接続され、左右の車軸３９に駆動輪４０が装着されている。

また、車両にはエンジン１１や電気モータ３２などを制御する電子制御プラント（ＥＣＵ）４１が設けられ、このＥＣＵ４１には、入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶を行う記憶装置、中央処理装置及びタイマやカウンタ類が具備されており、このＥＣＵ４１によりエンジン１１や電気モータ３２の総合的な制御が実施される。即ち、前述したクランク角センサ２１、スロットルポジションセンサ２５、エアフローセンサ２６に加えてドライバが踏み込むアクセルペダルのポジションセンサ４２などの各種センサ類の検出情報がＥＣＵ４１に入力され、このＥＣＵ４１が各種センサ類の検出情報に基づいて、燃料噴射モードや燃料噴射量、点火時期等を決定し、点火プラグ１２、インジェクタ１８のドライバ、スロットル弁２４の駆動モータ等を駆動制御する。

また、バッテリ３５には、その充電容量を検出するバッテリ容量センサ４４が設けられており、ＥＣＵ４１にこのバッテリ容量センサ４４が検出したバッテリ３５の充電容量が入力されており、このバッテリ充電容量に応じて電気モータ３２を制御している。更に、伝達クラッチ３１のアクチュエータ３４の制御もＥＣＵ４１が行うようにしている。

このように構成されたハイブリッド車両の制御装置では、エンジン１１と電気モータ３２によりパワープラントが構成されている。そして、アクセルポジションセンサ４２が検出したアクセル開度ＡＰＳと、クランク角センサ２１が検出したエンジン回転数Ｎｅとに基づいてこのパワープラントが必要とする要求トルクＰＴＱが設定され、この要求トルクＰＴＱとバッテリ３５の充電容量ＳＯＣとに基づいて目標モータトルクＭＴＱが設定される一方、要求トルクＰＴＱから目標モータトルクＭＴＱを減算して目標エンジントルクＥＴＱが設定される。なお、要求トルクＰＴＱは、アクセル開度ＡＰＳと車速Ｖから車両の駆動力を求め、ギヤ比を乗じて求めても良い。そして、目標エンジントルクＥＴＱからエンジン１１が最良燃費となる回転数が設定され、これに基づいて目標モータトルクＭＴＱと目標エンジントルクＥＴＱが補正される。ＥＣＵ４１は、このように設定された目標モータトルクＭＴＱと目標エンジントルクＥＴＱに基づいてエンジン１１と電気モータ３２を制御することで、ハイブリッド車両は運転者の要求通りに走行することができる。

一方、エンジン１１の冷態始動時には、三元触媒２８が不活性状態にあるため、排ガスはこの三元触媒２８を通過してＨＣ吸着触媒２９に導入されることとなり、ここで、排ガスに含まれるＨＣがこのＨＣ吸着触媒２９により効率よく吸着される。そして、所定時間が経過して排ガス熱により三元触媒２８が活性化したら、排ガスに含まれる有害物質がこの三元触媒２９で効率よく浄化処理され、浄化した排ガス気が外部に排出される。

ところが、エンジン１１の冷態始動時に、ＨＣ吸着触媒２９が排ガス中のＨＣを効率よく吸着しても、このＨＣ吸着触媒２９がＨＣを脱離する脱離温度よりもＨＣを酸化できる活性化温度の方が高く、この期間はＨＣ吸着触媒２９がＨＣを確実に浄化処理することができない。そこで、本実施例では、ＥＣＵ４１は、ＨＣ吸着触媒２９がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出される場合に、伝達クラッチ３１を切断してエンジン１１と電気モータ３２との駆動伝達を絶ち、パワープラントの要求トルクＰＴＱを電気モータ３２の目標トルクＭＴＱとしてこの電気モータ３２の作動を制御する一方、エンジン１１を低負荷状態で作動するようにしている。従って、ＨＣ吸着触媒２９に吸着されたＨＣが脱離するときの排気流量が低下することとなり、排ガスの浄化性能を向上させる一方で、要求トルクＰＴＱを電気モータ３２により確保することで、ハイブリッド車両の十分な出力性能を確保することができる。

以下、上述した本実施例のハイブリッド車両の制御装置におけるＥＣＵ４１の制御を図２のフローチャート並びに図３のタイムチャートに基づいて詳細に説明する。

図２に示すように、ステップＳ１にて、ＥＣＵ４１は、クランク角センサ２１が検出したエンジン回転数Ｎｅとアクセルポジションセンサ４２が検出したアクセル開度ＡＰＳとを読み込み、ステップＳ２にて、このエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度ＡＰＳに基づいてパワープラントが必要とする要求トルクＰＴＱを決定する。そして、ステップＳ３にて、エンジン１１が始動してから所定時間が経過したかどうかを判定し、始動後に所定時間が経過していなければ、三元触媒２８が十分に活性していない状態にあるとしてステップＳ４に移行する。

このステップＳ４では、バッテリ容量センサ４３が検出したバッテリ３５の充電容量ＳＯＣが所定値より大きいかどうか、つまり、電気モータ３２の駆動だけで十分に走行可能であるかどうかを判定する。ここで、バッテリ３５の充電容量ＳＯＣが所定値より大きければ、ステップＳ５にて、ＨＣ吸着触媒２９の温度を推定または検出する。具体的には、温度センサ４４により検出された排気ガス温度からＨＣ吸着触媒２９の触媒温度Ｔcatが推定されるが、この温度センサ４４とＨＣ吸着触媒２９とが多少なりとも離れて配置されていることに起因する誤差を補正するために、目標平均有効圧Ｐｅとエンジン回転数Ｎｅとに応じて設定された図示しない温度差マップ（エンジン出口温度とＨＣ吸着触媒との温度差を考慮したマップ）を用いて推定されるようになっている。なお、ＨＣ吸着触媒２９に温度センサを設けることで、触媒温度Ｔcatを直接検出するようにしても良い。

ステップＳ５でＨＣ吸着触媒２９の温度が推定または検出されたら、ステップＳ６にて、ＨＣ吸着触媒２９の温度がＨＣを脱離する温度域にあるかどうかを判定する。ここで、ＨＣ吸着触媒２９の温度がＨＣ脱離温度領域、つまり、ＨＣ脱離温度以上で、且つ、活性化温度以下であれば、ＨＣ吸着触媒２９から脱離したＨＣを確実に酸化処理できないと判定し、ステップＳ７に移行する。このステップＳ７では、ステップＳ２で求めたパワープラントの要求トルクＰＴＱがバッテリ３５の充電容量ＳＯＣから算出されるモータ最大発生トルクより大きいかどうかを判定する。ここで、要求トルクＰＴＱがモータ最大発生トルクより大きくなければ、ステップＳ８で伝達クラッチ３１を切断してエンジン１１と電気モータ３２との駆動伝達を絶ち、ステップＳ９で電気モータ３２の目標モータトルクＭＴＱをパワープラントの要求トルクＰＴＱに設定し、ステップＳ１０でエンジン１１を低負荷運転、つまり、アイドル運転する。

即ち、エンジン１１が始動直後であって三元触媒２８が不活性状態で、ＨＣ吸着触媒２９の温度がＨＣを脱離する温度領域にある（Ｓ６）とき、バッテリ３５の充電容量ＳＯＣが十分あり（Ｓ４）、要求トルクＰＴＱがモータ最大発生トルクより大きくない（Ｓ７）ことを条件として、ハイブリッド車両を電気モータ３２のみにより走行させ、電気モータ３２からエンジン１１を切り離してアイドル運転とする。従って、エンジン１１の始動直後に、ＨＣ吸着触媒２９がＨＣを脱離する状態となっても、エンジン１１がアイドル運転であるために排ガス流量が低下するため、脱離するＨＣが減少することとなり、排ガスの浄化性能を向上させることができる。一方、パワープラントの要求トルクＰＴＱは電気モータ３２だけで出力することとなり、ハイブリッド車両はドライバが要求した出力性能を確実に確保することができる。

そして、ステップＳ３でエンジン１１の始動後に所定時間が経過したり、ステップＳ６でＨＣ吸着触媒２９が昇温されて活性化領域に入ったら、三元触媒２８またはＨＣ吸着触媒２９が活性状態になったものと推測されるため、ステップＳ１１に移行し、通常運転時のパワープラント制御を実行する。即ち、ＥＣＵ４１が、パワープラントの要求トルクＰＴＱに対して、エンジン最良燃費回転数やバッテリ３５の充電容量ＳＯＣなどに基づいて目標モータトルクＭＴＱと目標エンジントルクＥＴＱを設定し、エンジン１１と電気モータ３２を制御する。このとき、三元触媒２８は、排ガス中の有害物質を確実に浄化処理することができる。

このような制御によるハイブリッド車両の運転状態を詳細に説明すると、図４に示すように、エンジン１１の冷態始動時に三元触媒２８が活性化していないためにその出口側でのＨＣ排出量は多いが、ＨＣ吸着触媒２９が機能しているためにＨＣ排出量はほとんどない状態となっている。そして、エンジン１１の始動後に所定時間が経過して、ドライバがアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度ＡＰＳとエンジン回転数Ｎｅが上昇し、エンジントルクが上昇して排ガス流量が増加し、ＨＣ吸着触媒２９が昇温されてＨＣが脱離する温度領域に入る。すると、前述したように、伝達クラッチ３１を切断してエンジン１１をアイドル運転となるため、エンジン回転数Ｎｅが低下して一定回転に維持され、エンジントルクも低下すると共に排ガス流量も減少し、それぞれ一定量に維持される。従って、全体の排気流量が減少するために、ＨＣ吸着触媒２９の出口側でのＨＣ排出量を減少することとなる。一方、エンジントルクが低下した分のトルクを電気モータ３２で確保するため、このモータトルクが上昇し、ハイブリッド車両はドライバが要求した出力性能を確保できる。その後、ＨＣ吸着触媒２９が昇温されて活性化領域に入ると、伝達クラッチ３１を連結してエンジン１１及び電気モータ３２を通常通りに制御する。

このように本実施例のハイブリッド車両の制御装置にあっては、ＨＣ吸着触媒２９がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出される場合に、伝達クラッチ３１を切断してエンジン１１と電気モータ３２との駆動伝達を絶ち、パワープラントの要求トルクＰＴＱを電気モータ３２の目標トルクＭＴＱとしてこの電気モータ３２の作動を制御する一方、エンジン１１を低負荷状態で作動するようにしている。

従って、ＨＣ吸着触媒２９に吸着されたＨＣが脱離するときの排気流量が低下することとなり、排ガスの浄化性能を向上させる一方で、要求トルクＰＴＱを電気モータ３２により確保することで、ハイブリッド車両の十分な出力性能を確保することができる。

また、ＨＣ吸着触媒２９の温度がＨＣ脱離温度領域にあるとき、バッテリ３５の充電容量ＳＯＣが十分あり、且つ、要求トルクＰＴＱがモータ最大発生トルクより大きくないことを条件として、ハイブリッド車両を電気モータ３２のみにより走行させ、電気モータ３２からエンジン１１を切り離してアイドル運転としており、ドライバの出力要求に対して車両の出力低下を防止し、ドライバビリティを向上することができる。

なお、上述の実施例では、ステップＳ３の処理にて、エンジン１１が始動してから所定時間が経過したときに、三元触媒２８が十分に活性していない状態にあるとしてステップＳ４以降の処理を行うようにしたが、ＨＣ吸着触媒２９または三元触媒２８の温度を推定・検出し、この温度が活性化温度を超えたときに活性化フラグを立て、ステップＳ３では、この活性化フラグがたっていないときにステップＳ４以降の処理を行うようにしてもよい。また、上記実施例では、エンジンの一例として筒内噴射式エンジンを用いて説明したが、吸気通路に燃料噴射を行うエンジンにも同様に適用することができる。

本発明の一実施例に係るハイブリッド車両の制御装置の概略構図である。本実施例のハイブリッド車両の制御装置による制御のフローチャートである。本実施例のハイブリッド車両の制御装置による冷態始動時におけるＨＣの発生処理状況と温度変化を表すタイムチャートである。従来のハイブリッド車両の制御装置におけるエンジンの冷態始動時におけるＨＣの発生処理状況と温度変化を表すタイムチャートである。

符号の説明

１１エンジン
２１クランク角センサ
２７排気管
２８三元触媒
２９ＨＣ吸着触媒
３１伝達クラッチ
３２電気モータ
４１電子制御プラント、ＥＣＵ（パワープラント制御手段）
４２アクセルポジションセンサ
４３バッテリ容量センサ
４４温度センサ

Claims

エンジンとモータとがクラッチにより断接可能に連結されたパワープラントと、車両の運転状態に基づいてパワープラント要求トルクを設定して前記エンジン及び前記モータの作動を制御するパワープラント制御手段と、前記エンジンの排気通路に設けられた三元触媒と、該三元触媒の下流側における前記排気通路に設けられて冷態状態でＨＣを吸着すると共に温度が上昇すると吸着したＨＣを脱離するＨＣ吸着触媒とを具えたハイブリッド車両の制御装置において、前記パワープラント制御手段は、前記ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出される場合に、前記クラッチを切断して前記パワープラント要求トルクを前記モータの目標トルクとして該モータの作動を制御する一方、前記エンジンを低負荷状態で作動することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、前記パワープラント制御手段は、前記モータを駆動するバッテリの充電量が所定値より大きい場合に、前記ＨＣ吸着触媒がＨＣ脱離状態にあることが推定または検出されると、前記クラッチを切断して前記パワープラント要求トルクを前記モータの目標トルクとして該モータの作動を制御する一方、前記エンジンを低負荷状態で作動することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。