JP2010242724A - 車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】電気加熱式触媒装置を備える車両において、電気加熱式触媒装置の効能を減じることなくその漏電を防止する。
【解決手段】ハイブリッド車両10において、ECU100は、EHC掃気制御を実行する。当該制御において、ECU100は、エンジン200が停止している時間の長さたるエンジン停止時間Tsを取得し、取得したエンジン停止時間Tsが基準値Tsth以上である場合に、エンジン200が停止している間、電動エアポンプ500を駆動制御して吸気管203から掃気通路217を経由して排気管212へ吸入空気を導く。排気管212は、この吸気管203から導かれた吸入空気により掃気され、排気中の水分が凝縮して生成される凝縮水が、EHC400よりも下流側へ吹き飛ばされる。
【選択図】図4
【解決手段】ハイブリッド車両10において、ECU100は、EHC掃気制御を実行する。当該制御において、ECU100は、エンジン200が停止している時間の長さたるエンジン停止時間Tsを取得し、取得したエンジン停止時間Tsが基準値Tsth以上である場合に、エンジン200が停止している間、電動エアポンプ500を駆動制御して吸気管203から掃気通路217を経由して排気管212へ吸入空気を導く。排気管212は、この吸気管203から導かれた吸入空気により掃気され、排気中の水分が凝縮して生成される凝縮水が、EHC400よりも下流側へ吹き飛ばされる。
【選択図】図4
Description
本発明は、EHC(Electric Heating Catalyst)等の電気加熱式触媒装置を備えた車両を制御する車両の制御装置の技術分野に関する。
EHCの漏電を防止する装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1に開示された内燃機関の排気浄化装置によれば、ヒータ機能を有する上流触媒担体と下流触媒担体とを備え、排気ガスの一部を、上流触媒担体を迂回させつつ下流触媒担体に導くパイパス通路を設けることにより、下流触媒担体の昇温を促進する構成において、上流触媒担体におけるヒータの正電極をバイパス通路よりも上方に配置することによって、バイパス通路において結露した水分が正電極に流出することによる漏電を防止することが可能であるとされている。
尚、ハイブリッド車両において、EV走行時にSOC低下によりエンジン始動する際に、EHCに通電するものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
燃焼済みガスは、水をその一成分として含んでおり、長期間冷間状態に置かれた内燃機関では、とりわけその排気通路において、凝縮水が生成され易い。従って、電気加熱式触媒装置を備える車両においては、比較的長期の非稼動期間を経て内燃機関を始動させるにあたって触媒暖機を促進すべくEHCへの通電を行った場合等に、この凝縮水による漏電が発生する可能性がある。
漏電が生じた場合、或いは漏電が生じ得る状態であるにもかかわらず通電が行われた場合、先ず第1には、電力資源が無駄に消費される可能性がある。また第2に、車両本体(ボディやシャシ)或いは排気通路が帯電し得ることに起因して、例えばドライバが運転中にボディに接触した場合等に、程度の差はあれ一種の感電が発生する可能性がある。
特許文献1に開示された装置によれば、漏電の可能性を考慮して電極の設置位置に工夫がなされているものの、排気通路に生じる凝縮水を主たる要因とする漏電或いはクラックの発生を、この種のハードウェア上の対策のみにより防止することには自ずと限界がある。また、単に漏電を回避することを目的として、電気加熱式触媒装置への通電を頻繁に制限することとなれば、内燃機関始動時のエミッションの低減が不十分となり、電気加熱式触媒装置を設置することの意義自体が薄れてしまう。また、上記特許文献2の装置には、係る漏電についての示唆すらなく、この種の漏電を防止することは先ずもって不可能と言わざるを得ない。
このように、上記先行技術を含む各種従来の装置には、電気加熱式触媒装置に要求される排気浄化性能を十分に担保しつつ漏電を回避することが困難であるという技術的問題点がある。本発明は、係る問題点に鑑みてなされたものであり、電気加熱式触媒装置の効能を減じることなく漏電を確実に回避し得る車両の制御装置を提供することを課題とする。
上述した課題を解決するため、本発明に係る車両の制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関の排気通路に設置され、通電により発熱する電気加熱式触媒装置と、前記排気通路に空気流を生成可能な空気流生成手段とを備えた車両の制御装置であって、前記排気通路における凝縮水の生成量に対応付けられた所定の判断指標値を取得する取得手段と、該取得された判断指標値に基づいて前記生成量が基準値以上であるか否かを判別する判別手段と、前記内燃機関が停止状態にあり且つ前記生成量が前記基準値以上であると判別された場合に、前記空気流が生成されるように前記空気流生成手段を制御する第1制御手段とを具備することを特徴とする。
本発明に係る車両は、少なくとも内燃機関と、電気加熱式触媒装置と、空気流生成手段とを備えた車両である。また、本発明に係る車両の制御装置は、この本発明に係る車両を制御する装置であって、例えば、一又は複数のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro Processing Unit)、各種プロセッサ又は各種コントローラ、或いは更にROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、バッファメモリ又はフラッシュメモリ等の各種記憶手段等を適宜に含み得る、単体の或いは複数のECU(Electronic Controlled Unit)等の各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等の形態を採り得る。
本発明に係る内燃機関は、燃料の燃焼を機械的動力に変換可能な機関を意味するものであって、例えば燃料種別(例えばガソリン、軽油、アルコール、アルコール混合燃料或いは天然ガス等)、燃料の供給態様、燃料の燃焼態様、吸排気系の構成及び気筒配列等、物理的、機械的又は電気的な構成は特に限定されない。
本発明に係る電気加熱式触媒装置は、この内燃機関の排気通路に設置された、内燃機関の排気を浄化する触媒装置としての機能と、通電に伴う発熱作用により当該触媒装置を暖機するヒータとしての機能とを少なくとも有する排気浄化装置を包括する概念であり、係る概念の範囲において、その物理的、機械的、電気的、磁気的及び化学的構成は何ら限定されない趣旨である。
例えば電気加熱式触媒装置は、触媒担体が電気抵抗の比較的高い電気抵抗体で構成されること等により触媒装置自体がヒータ機能を併有する構成を有していてもよいし、ヒータが触媒担体の外周部或いは上下流部に近接配置され、伝導熱又は輻射熱により触媒担体を暖機する構成を有していてもよい。尚、電気加熱式触媒装置は、その実践的態様として、バッテリ等の電力源や、電力供給回路、電力供給配線及び供給電力を制御する各種コントローラや制御装置等を適宜含み得るが、無論、それらは、必ずしも排気通路に設置されている必要はない。
本発明に係る空気流生成手段とは、排気通路に空気流を生成可能な手段を包括する概念であり、例えば、排気通路へ圧縮空気を送出可能な、電動式又は機械式のポンプ装置や、内燃機関をモータリング可能な、クランキングモータや各種回転電機等の形態を採り得る。
本発明に係る車両の制御装置によれば、その動作時には、取得手段により、排気通路における凝縮水の生成量に対応付けられた所定の判断指標値が取得される。
ここで、本発明に係る「判断指標値」とは、例えば予め実験的に、経験的に、理論的に又はシミュレーション等に基づいて、排気中の水分が凝縮することにより生成される凝縮水の生成量との間に、一対一、一対多、多対一又は多対多の対応関係が構築された値であり、例えば、凝縮水の生成量そのもの、内燃機関の停止時間、車両の駐車時間、前トリップにおける排気通路又は電気加熱式触媒装置の最高到達温度、或いは前トリップにおける内燃機関の負荷条件(例えば、吸入空気量の積算値)等であってもよい。また、取得される判断指標値は、必ずしも単一である必要はなく、例えば、一の判断指標値に加え、当該一の判断指標値に対する判断基準を変化させ得るパラメータとして機能する他の判断指標値が取得されてもよい。
判断指標値が取得されると、判別手段が、この取得された判断指標値に基づいて凝縮水の生成量が基準値以上であるか否かを判別する。先述したように、判断指標値は凝縮水の生成量との間で予め対応関係が構築された値であるから、判別手段は、取得された判断指標値と基準値(判断指標値が凝縮水の生成量そのものである場合を除いて凝縮水の基準値とは異なる)との比較に基づいて係る判別を行うことができる。
尚、判断指標値と凝縮水の生成量とは、一方の増加が他方の増加に対応していてもよいし、一方の増加が他方の減少に対応していてもよい。また、判別手段は、一定又は不定の周期で上記判別を実行してもよいし、上記判別が実践上有意となり得るよう定められた特定の条件下で(例えば、内燃機関が停止状態にある場合に)上記判別を実行してもよい。
内燃機関が停止状態にある場合、排気通路にはガス流が形成されないため、排気通路内において生成された凝縮水は、排気通路に滞留する。また、このような停止状態においては、内燃機関が自然に冷却される過程において、より顕著に凝縮水の生成が促進され得る。これらの点を参酌すれば、排気通路内の凝縮水が電気加熱式触媒装置の電気的絶縁特性に顕著に影響を与える(即ち、通電時に漏電を招来する程度に凝縮水と浸潤する)のは、内燃機関が停止状態にある期間であり、動作の高効率化を図る観点から言えば、取得手段及び判別手段は、内燃機関が停止状態にある場合に各々の動作を実行してもよい。
一方、本発明に係る車両の制御装置によれば、第1制御手段が、内燃機関が停止状態にあり且つ判別手段により凝縮水の生成量が所定値以上であると判別された場合に、空気流生成手段を制御し、排気通路に空気流を生成する。
排気通路に空気流が生成されれば、排気通路はこの空気流によって掃気されることとなり、排気通路に滞留する凝縮水は、この空気流により、少なくとも電気加熱式触媒装置の下流側、好適には車両外部に排出される。
また、このような排気通路の掃気は、排気通路にガス流の形成されない内燃機関の停止期間においてなされる(内燃機関が稼動中であれば、排気通路にガス流が形成されるため、元より掃気は必要とされない)から、電気加熱式触媒装置への通電要求が生じる以前に、電気加熱式触媒装置における漏電要因を取り除くことが可能となって、電気加熱式触媒装置への通電が制限される等、その効能を低下させる事態が殆ど生じない。即ち、本発明に係る車両の制御装置によれば、電気加熱式触媒装置の効能を減じることなく漏電の発生を防止することが可能となるのである。
尚、凝縮水の生成量について定められる「基準値」と、空気流生成手段の駆動条件(例えば、生成される空気流の流量、流速又は生成時間等)との間には、生成された空気流により最終的に排気通路を実践上問題ないレベルまで掃気し得るような対応関係が定められていてもよい。
例えば、予め空気流生成手段の駆動条件に物理的、機械的若しくは電気的な制約、或いはエネルギ資源の消費量等を勘案した現実的な制約が存在する場合には、少なくとも係る駆動条件の範囲で確実に排気通路を掃気し得るように(即ち、電気加熱式触媒装置付近の凝縮水を下流側へ確実に吹き飛ばせるように)係る基準値が定められるのが望ましい。また、空気流生成手段による空気流生成がなされる過程であれ、車両の運転条件によっては電気加熱式触媒装置に通電が要求される場合がある。その点に鑑みれば、係る凝縮水の生成量に係る基準値とは、通電時に電気加熱式触媒装置に漏電を生じさせ得ない範囲の値であるのが望ましい。
尚、内燃機関が停止状態にある場合の車両の状態は、車両を駆動する駆動装置の態様に応じて異なり得る。例えば、車両が、動力源として内燃機関のみを備える構成においては、内燃機関の停止状態とは即ち車両の停止状態を意味し、車両は概ね停車状態又は駐車状態のいずれかに該当し得る。一方、車両が動力源として内燃機関に加えて回転電機を備えるハイブリッド車両である場合、係る回転電機の動力のみによって所謂EV走行がなされている期間においても、場合により内燃機関は停止状態を採り得る。即ち、ハイブリッド車両においては、内燃機関が停止状態にあっても車両自体は走行状態を採り得る。
本発明に係る車両の制御装置の一の態様では、前記空気流生成手段は、前記内燃機関をモータリング可能なモータリング装置又は前記排気通路に空気を圧送可能なポンプ装置である。
この種のモータリング装置やポンプ装置によれば、排気通路に空気流を生成することが比較的簡便にして可能である上、生成される空気流の規模を段階的又は連続的に可変に制御することが比較的容易であるため好適である。
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記取得手段は、前記判断指標値として前記停止状態の継続時間を取得し、前記判別手段は、前記取得された継続時間が所定値を超えた場合に前記生成量が前記基準値以上であると判別する。
内燃機関の停止状態の継続時間(以下、適宜「停止継続時間」と称する)は、凝縮水の生成量と高い相関を有しており、生成量が基準値以上であるか否かを判別するにあたって参照する判断指標値として好適である。尚、この停止継続時間とは、車両が停止状態を継続している時間、即ち、駐車時間を含み得る。
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記空気流が生成されるのに相前後して前記通電が開始されるように前記電気加熱式触媒装置を制御する第2制御手段を更に具備する。
この態様によれば、空気流の生成が開始されるのに先立って、空気流の生成が開始されるのに同期して、或いは空気流の生成が開始されたことを一種の制御上のトリガとして、第2制御手段により、然るべきタイミングで電気加熱式触媒装置への通電が開始される。このため、電気加熱式触媒装置からの輻射熱又は伝導熱により凝縮水の蒸発が促進され、空気流による凝縮水の排出が補助される。即ち、両者が協調することにより、より高い掃気効果を得ることが可能となる。
尚、この際の電気加熱式触媒装置への通電条件は、空気流生成手段の制御条件等に応じて可変であってもよいし、固定であってもよい。また、このように電気加熱式触媒装置への通電がなされる点に鑑みれば、凝縮水の生成量について設定される基準値とは、通電時に漏電を生じ得る生成量よりも小さい値であることが望ましい。
本発明に係る車両の制御装置の他の態様では、前記車両は、回転電機と、該回転電機の回転軸に連結された第1回転要素、車軸に連結される駆動軸に連結された第2回転要素及び前記内燃機関の回転軸に連結された第3回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構とを備えたハイブリッド車両であり、前記第1制御手段は、前記空気流生成手段として前記回転電機を制御する。
この種のハイブリッド車両においては、駆動軸の回転速度が不変であれば、動力伝達機構の差動作用により、回転電機の回転変化が、内燃機関の回転変化を惹起する。このため、回転電機により内燃機関をモータリングして、空気流を生成することが容易にして可能となる。更に、他の回転電機が駆動軸に直接的又は間接的の別を問わず連結される構成であれば、この他の回転電機と駆動軸との間の動力の入出力により、例えば、この他の回転電機の動力のみによるEV走行が可能となり得るため、内燃機関の稼動頻度は低下し得る。従って、排気通路において凝縮水はより生成され易い。また、回転電機との間で電力の入出力が行われ得るバッテリ等の蓄電手段が、外部電源により適宜充電可能に構成される、所謂PHV(Plug-in Hybrid Vehicle)の場合には、更にその傾向はより顕著となり得る。このような点に鑑みれば、この種のハイブリッド車両は、本発明に係る車両の制御装置の好適な一適用例となり得る。尚、本発明に係る車両の制御装置の効能は、この種のハイブリッド車両に限らず、他のハイブリッド車両であっても何ら変わりなく発揮されることは言うまでもない。
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施形態から明らかにされる。
<発明の実施形態>
以下、図面を参照して、本発明の各種実施形態について説明する。
<第1実施形態>
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るハイブリッド車両10の構成について説明する。ここに、図1は、ハイブリッド車両10の構成を概念的に表してなる模式的なブロック図である。
以下、図面を参照して、本発明の各種実施形態について説明する。
<第1実施形態>
<実施形態の構成>
始めに、図1を参照して、本発明の第1実施形態に係るハイブリッド車両10の構成について説明する。ここに、図1は、ハイブリッド車両10の構成を概念的に表してなる模式的なブロック図である。
図1において、ハイブリッド車両10は、減速機構11、駆動輪12、アクセル開度センサ13及び車速センサ14並びにECU100、エンジン200、モータジェネレータMG1(以下、適宜「MG1」と略称する)、モータジェネレータMG2(以下、適宜「MG2」と略称する)、動力分割機構300、EHC400、電動エアポンプ500、PCU600及びバッテリ700を備えた、本発明に係る「車両」の一例たるハイブリッド車両である。
減速機構11は、デファレンシャルギア(不図示)及びプラネタリギアを含んでなるギア機構であり、動力分割機構300の動力出力軸である駆動軸(符号省略)の回転速度を所定の減速比に従って駆動輪12に連結された車軸に伝達可能に構成されている。尚、減速機構の構成は、減速機構11のものに限定されず、各種態様を採ることが可能である。例えば、減速機構は、複数のクラッチ及びブレーキ並びに遊星歯車機構により複数の変速段を実現可能な変速機構としての機能を有していてもよい。
ECU100は、CPU、ROM及びRAM等を備え、ハイブリッド車両10の動作全体を制御可能に構成された電子制御ユニットであり、本発明に係る「車両の制御装置」の一例である。ECU100は、ROMに格納された制御プログラムに従って、後述するEHC掃気制御を実行可能に構成されている。
尚、ECU100は、本発明に係る「取得手段」、「判別手段」及び「第1制御手段」の夫々一例として機能するように構成された一体の電子制御ユニットであり、これら各手段に係る動作は、全てECU100によって実行されるように構成されている。但し、本発明に係るこれら各手段の物理的、機械的及び電気的な構成はこれに限定されるものではなく、例えばこれら各手段は、複数のECU、各種処理ユニット、各種コントローラ或いはマイコン装置等各種コンピュータシステム等として構成されていてもよい。
エンジン200は、ハイブリッド車両10の一動力源として機能し得る、本発明に係る「内燃機関」の一例たるガソリンエンジンである。ここで、図2を参照し、エンジン200の詳細な構成について説明する。ここに、図2は、エンジン200の一平面構成を概念的に且つ模式的に例示する模式断面図である。尚、同図において、図1と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
エンジン200は、ガソリンを燃料とする、本発明に係る「内燃機関」の一例たる直列4気筒ガソリンエンジンである。エンジン200の概略について説明すると、エンジン200は、シリンダブロック201に4本のシリンダ202が並列配置された構成を有している。そして、各気筒内において燃料を含む混合気が点火装置(不図示)の点火動作により着火した際に生じる力が、不図示のピストンを紙面と垂直な方向に往復運動させ、更にコネクティングロッドを介してピストンに連結されるクランクシャフト(いずれも不図示)の回転運動に変換される構成となっている。以下に、エンジン200の要部構成を、その動作の一部と共に説明する。
尚、本実施形態に係るエンジン200は、シリンダ202が図1において紙面と垂直な方向に4本並列してなる直列4気筒ガソリンエンジンであるが、個々のシリンダ202の構成は相互に等しいため、ここでは一のシリンダ202についてのみ説明することとする。また、本実施形態におけるエンジン200は、ガソリンエンジンであるが、本発明に係る「内燃機関」とは、好適な一形態として軽油を燃料とするディーゼルエンジンであってもよいし、アルコールやアルコール混合燃料を燃料とするエンジンであってもよい。
シリンダ202内における混合気の燃焼に際し、エアフィルタを介して外部から吸入された空気たる吸入空気は、吸気管203に導かれる。吸気管203には、吸入空気の量を調節可能なスロットルバルブ204が配設されている。このスロットルバルブ204は、ECU100と電気的に接続され且つECU100により上位に制御されるスロットルバルブモータ(不図示)から供給される駆動力により回転可能に構成された回転弁であり、スロットルバルブ204を境にした吸気管203の上流部分と下流部分とをほぼ遮断する全閉位置から、ほぼ全面的に連通させる全開位置まで、その回転位置が連続的に制御される構成となっている。
吸気管203は、吸気マニホールド205と連通しており、この吸気マニホールド205を介して更に、シリンダブロック201に各シリンダに対応して形成された吸気ポート206に連通している。一方、吸気管203に導かれる吸入空気は、吸気マニホールド205上流側の合流位置において、後述するEGRガスと混合され、吸気ポート206とシリンダ内部とを連通させることが可能に構成された不図示の吸気バルブの開弁時にシリンダ202内に吸気として吸入される。
シリンダ202内には、筒内直噴型のユニットインジェクタ207から燃料たるガソリンが噴射される構成となっており、噴射された燃料が各シリンダ内部で、当該吸気と混合され、上述した混合気となる。尚、詳細は省略するが、燃料は、不図示の燃料タンクに貯留されており、不図示のフィードポンプの作用により燃料タンクから汲み出され、不図示の低圧配管を介して公知の各種態様を採り得高圧ポンプ(不図示)に圧送される構成となっている。この高圧ポンプは、コモンレール208に対し、燃料を供給可能に構成されている。
コモンレール208は、ECU100と電気的に接続され、上流側(即ち、高圧ポンプ側)から供給される高圧燃料をECU100により設定される目標レール圧まで蓄積することが可能に構成された、高圧貯留手段である。尚、コモンレール208には、レール圧を検出することが可能なレール圧センサ及びレール圧が上限値を超えないように蓄積される燃料量を制限するプレッシャリミッタ等が配設されるが、ここではその図示を省略することとする。前述したユニットインジェクタ207は、シリンダ202毎に搭載されており、夫々が高圧デリバリ209を介してコモンレール208に接続されている。
上述した混合気は、圧縮工程において点火装置の点火動作により着火して燃焼し、燃焼済みガス或いは一部未燃のHC及び不完全燃焼によるCO等を含む排気として、吸気バルブの開閉に連動して開閉する排気バルブ(不図示)の開弁時に、シリンダブロック201に形成された排気ポート210を介して排気マニホールド211に導かれる構成となっている。この排気マニホールド211は、排気管212に連通している。
排気マニホールド211には、排気管212とは別にEGR通路213が連通している。EGR通路213は、排気マニホールド211と吸気管203とを連通させる金属製且つ中空の管状部材である。EGR通路213は、上述した合流位置において吸気管203と連通する構成となっており、排気の一部をEGRガスとして吸気管203に還流可能に構成されている。EGR通路213には、EGRクーラ214が設置されている。EGRクーラ214は、EGR通路213に設けられた冷却装置である。EGRクーラ213は、外周部にエンジン200の冷却水配管が張り巡らされた金属製且つ中空の管状部材であり、EGRクーラ214を通過する排気を冷却可能に構成されている。
EGRバルブ215は、EGR通路213に設置された開閉可能な弁体と、当該弁体を駆動する駆動装置を含むバルブ機構である。EGRバルブ215の弁体は、当該駆動装置により開閉状態が連続的に変化するように構成されており、当該開閉状態に応じて、EGR通路213を流れるEGRガスの流量、即ち、EGR量を制御可能に構成されている。EGRバルブ215の駆動装置は、ECU100と電気的に接続されており、EGRバルブ215の弁体の開閉状態は、ECU100により上位に制御される構成となっている。
排気管212には、三元触媒216が設置されている。三元触媒216は、アルミナ等の塩基性担体に白金等の貴金属を担持すると共に排気管212の径方向に沿った断面がハニカム状をなし、排気中のNOx(窒素酸化物)の還元反応と、排気中のCO(一酸化炭素)及びHC(炭化水素)の酸化反応とを略同時に進行させることにより排気を浄化可能に構成された排気浄化装置である。
エンジン200は、排気管212における三元触媒216の上流側に、本発明に係る「電気加熱式触媒装置」の一例たるEHC400を備える。尚、EHC400については後述する。
吸気管203における、スロットルバルブ204の上流側には、掃気通路217の一端部が連結されている。掃気通路217の他端部は、排気マニホールド211に連結されており、掃気通路217により吸気管203と排気マニホールド211とは連通可能となっている。この掃気通路217には、電動エアポンプ500が設置されている。
電動エアポンプ500は、吸気管203側から排気マニホールド211側へ吸入空気の一部を圧送可能に構成された、モータを駆動源とする公知の回転式流体吐出装置であり、掃気通路217と共に本発明に係る「空気流生成手段」の一例を構成する。電動エアポンプ500は、駆動源たるモータの回転速度に応じた吐出量で、吸気管203から吸入空気を排気マニホールド211へ圧送可能に構成されている。
電動エアポンプ500の駆動系(主として当該モータを駆動する駆動系)は、ECU100と電気的に接続されており、電動エアポンプ500の動作状態は、ECU100により上位に制御される構成となっている。
尚、電動エアポンプ500と排気マニホールド211との間には、不図示の逆流防止弁が設置されており、排気マニホールド211から吸気管203へのガスの逆流が生じない構成となっている。尚、本実施形態において、掃気通路217は、吸気管203から分岐する構成となっているが、掃気通路217に相当する吸入空気の通路は、吸気管203とは独立して構成されていてもよい。
ここで、図3を参照し、EHC400について説明する。ここに、図3は、排気管212の伸長方向に沿ったEHC400の一断面構成を概念的に表してなる模式断面図である。尚、同図において、図2と重複する箇所には同一の符号を付してその説明を適宜省略することとする。
図3において、EHC400は、ケース410、断熱部材420、EHC担体430、温度センサ440、正電極450、正電極皮膜部460、負電極470及び負電極皮膜部480を含んで構成された、本発明に係る「EHC」の一例たる電気加熱式触媒装置である。
ケース410は、金属材料で構成されたEHC400の筐体であり、その上下流側の夫々の端部において、不図示の連結部材を介して排気管212と接続されている。
断熱部材420は、ケース410の内周面を覆うように設置されており、断熱性と共に電気的絶縁性を有している。
EHC担体430は、図3と直交する断面がハニカム状をなす導電性の触媒担体である。EHC担体430には、不図示の酸化触媒が担持されており、EHC400を通過する排気を適宜浄化可能に構成されている。尚、EHC担体430に担持される触媒は、三元触媒であってもよく、その場合、下流側の三元触媒216と貴金属の配分が異なっていてもよい。また、エンジン200は、三元触媒216に加えて或いは代えて、NSR(Nox Storage Reduction:NOx吸蔵還元)触媒等、他の触媒装置を有していてもよい。
正電極450は、一端部がEHC担体430の排気上流側の端部近傍に固定された正電圧印加用の電極である。正電極450の他端部は、後述するPCU600に接続されている。尚、正電極450は、一部が電気的絶縁性を有する樹脂製の正電極皮膜部460に覆われており、ケース410と正電極450とが電気的絶縁状態に維持されている。
上流側温度センサ440は、EHC担体430における正電極450近傍部位に付設され、当該部位の温度たる上流側EHC温度を検出可能に構成されたセンサである。上流側温度センサ440は、ECU100と電気的に接続されており、検出された上流側EHC温度は、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
負電極470は、一端部がEHC担体430の排気下流側の端部近傍に固定された基準電位供給用の電極である。負電極470の他端部は、後述するPCU600に接続されている。尚、負電極470は、一部が電気的絶縁性を有する樹脂製の負電極皮膜部480に覆われており、ケース410と負電極470とが電気的絶縁状態に維持されている。
下流側温度センサ490は、EHC担体430における負電極470近傍部位に付設され、当該部位の温度たる下流側EHC温度を検出可能に構成されたセンサである。下流側温度センサ490は、ECU100と電気的に接続されており、検出された下流側EHC温度は、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
このような構成を有するEHC400では、負電極470の電位を基準として正電極450に正の印加電圧たる駆動電圧Vdが印加された場合に、導電性のEHC担体430に電流が流れ、EHC担体430が発熱する。この発熱によりEHC担体430に担持された酸化触媒の昇温が促され、EHC400は速やかに触媒活性状態に移行する構成となっている。
尚、このようなEHC400の構成は、一例に過ぎず、例えばEHC担体の構成及び各電極の付設態様及び制御態様等は公知の各種態様を採り得る。
ここで、EHC400では、その熱容量を十分に担保する目的から、EHC担体430として、電気抵抗が比較的大きい導電材料が使用されている。このヒートマスの大きいEHC担体430を十分に発熱させるために、EHC400では、後述するバッテリ700を電力源とするPCU600からの電力供給により、触媒暖機を目的とした通常の駆動時における駆動電圧Vdが、約200Vの比較的高電圧に設定されている。
図1に戻り、モータジェネレータMG1は、バッテリ700を充電するための或いはモータジェネレータMG2に電力を供給するための発電機として、更にはエンジン200の動力をアシストする電動機として機能するように構成された、本発明に係る「回転電機」の一例たる電動発電機である。
モータジェネレータMG2は、エンジン200の動力をアシストする電動機として、或いはバッテリ700を充電するための発電機として機能するように構成された、本発明に係る「回転電機」の他の一例たる電動発電機である。
尚、これらモータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2は、例えば同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータと、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータとを備える。但し、他の形式のモータジェネレータであっても構わない。
動力分割機構300は、エンジン200の出力動力たるエンジントルクTeを、MG1及び駆動軸へ分配することが可能に構成された遊星歯車機構である。尚、動力分割機構300の構成は公知の各種態様を採り得るため、ここではその詳細な説明を省略するが、簡略的に説明すると、動力分割機構300は、中心部に設けられたサンギアと、サンギアの外周に同心円状に設けられたリングギアと、サンギアとリングギアとの間に配置されてサンギアの外周を自転しつつ公転する複数のピニオンギアと、クランクシャフト205の端部に結合され、各ピニオンギアの回転軸を軸支するプラネタリキャリアとを備える。
このサンギアは、サンギア軸を介してMG1のロータ(符合は省略)に結合され、リングギアは、駆動軸及び減速機構11を介してMG2の不図示のロータに結合されている。駆動軸は、先述したように車軸と連結されており、MG2から供給されるモータトルクは、駆動軸及び減速機構11を介して車軸へと伝達され、同様に車軸を介して伝達される車輪12からの駆動力は、減速機構11及び駆動軸を介してこのMG2に入力される。係る構成の下、動力分割機構300により、エンジントルクTeは、プラネタリキャリアとピニオンギアとによってサンギア及びリングギアに伝達され、エンジントルクTeが2系統に分割される。
この際、MG1は、例えばサンギアに伝達されるエンジントルクTeと釣り合うようにその出力トルクが制御されることにより、反力要素として機能し得る。このため、動力分割機構300によれば、MG1の回転速度を制御することにより、エンジン200の回転速度を自由に制御することが可能となる。この特性を利用して、ハイブリッド車両10では、MG1がエンジン200の回転速度制御装置として利用され、エンジン200の動作点が、例えば最適燃費動作点に維持され、またエンジン200の始動時におけるクランキングなどが実行される。
バッテリ700は、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2を力行するための電力に係る電力供給源として機能することが可能に構成された充電可能な蓄電池である。
PCU600は、バッテリ700から取り出した直流電力を交流電力に変換して、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2に供給すると共に、モータジェネレータMG1及びモータジェネレータMG2によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ700に供給することが可能に構成された不図示のインバータ等を含み、バッテリ700と各モータジェネレータとの間の電力の入出力を、或いは各モータジェネレータ相互間の電力の入出力(即ち、この場合、バッテリ700を介さずに各モータジェネレータ相互間で電力の授受が行われる)を制御することが可能に構成された電力制御ユニットである。PCU600は、ECU100と電気的に接続されており、ECU100によってその動作が制御される構成となっている。
一方、PCU600は、EHC400の正負電極と電気的に接続されており、正電極450に対して、直流駆動電圧Vdを供給可能に構成されている。EHC担体430には、この直流駆動電圧Vdに応じた駆動電流Idが生じ、この駆動電流IdとEHC担体430の電気抵抗Rにより生じるジュール熱に応じて、EHC担体430が発熱する構成となっている。
他方、PCU600は、電動エアポンプ500とも電気的に接続されており、電動エアポンプ500の駆動源たるモータに対し、適宜駆動電圧を供給可能である。
アクセル開度センサ13は、ハイブリッド車両10における不図示のアクセルペダルの操作量たるアクセル開度Taを検出可能なセンサである。アクセル開度センサ13は、ECU100と電気的に接続されており、検出されたアクセル開度Taは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。車速センサ14は、ハイブリッド車両10の車速Vを検出可能に構成されたセンサである。車速センサ14は、ECU100と電気的に接続されており、検出された車速Vは、ECU100により一定又は不定の周期で参照される構成となっている。
<実施形態の動作>
エンジン200の排気中には、一成分として水分が含まれている。この水分は、排気管212の温度が低いと、排気管212の管壁に熱を奪われ、排気管212内で凝縮することがある。この凝縮により生じた凝縮水は、排気管212の管壁に付着し、排気管212の結露を招来する。一方、排気管212には、EHC400が設置されており、この凝縮水は、無論EHC400にも同様に付着し得る。即ち、EHC400もまた結露し得る。
エンジン200の排気中には、一成分として水分が含まれている。この水分は、排気管212の温度が低いと、排気管212の管壁に熱を奪われ、排気管212内で凝縮することがある。この凝縮により生じた凝縮水は、排気管212の管壁に付着し、排気管212の結露を招来する。一方、排気管212には、EHC400が設置されており、この凝縮水は、無論EHC400にも同様に付着し得る。即ち、EHC400もまた結露し得る。
ところで、EHC400は、既に説明したように、正負電極間に駆動電圧Vdを印加することにより通電状態となるが、例えば、結露した凝縮水が正電極450とケース410とを覆う程にEHC400が被水するような場合には、正電極450とケース410とは電気的導通状態となり漏電が生じる可能性がある。
EHC400の通常時の駆動電圧Vdは、先に述べたように、ヒートマスの大きいEHC担体430の早期昇温を図るため、約200Vの高電圧に設定されており、このような漏電の発生は、確実に回避される必要がある。一方で、EHC400は、エンジン200の冷間始動時におけるエミッション低減の役割を担っており、この種の漏電回避を優先すべく、然るべき通電要求時に通電が禁止され続けては、エミッションの悪化が避け難い問題となる。即ち、ハイブリッド車両10を含め、車両にEHC400等の電気加熱式触媒装置を搭載するにあたっては、電気加熱式触媒装置の効能を減じることなく漏電を確実に回避する必要がある。
ハイブリッド車両10では、ECU100により実行されるEHC掃気制御により、係る課題が好適に解決される。ここで、図4を参照し、EHC掃気制御の詳細について説明する。ここに、図4は、EUC掃気制御のフローチャートである。
図4において、ECU100は、エンジン200が停止状態にあるか否かを判別する(ステップS101)。エンジン200が停止状態にない場合(ステップS101:NO)、例えば、ハイブリッド車両10が、エンジントルクTeを駆動力の少なくとも一部として使用した走行状態にある場合、エンジン200がアイドリング状態にある場合、或いはEV走行中であってもエンジン200が各種電装補機類の駆動のために稼動している場合、ECU100は、電動エアポンプ500を停止させる(ステップS104)。この際、電動エアポンプ500が既に停止状態にあれば、実質的にステップS104はスキップされる。
一方、エンジン200が停止状態にある場合(ステップS101:YES)、例えば、ハイブリッド車両10がレディオフ状態(車両の始動入力が生じていない状態)にある場合、機関回転速度NEがゼロである場合、或いはエンジン200への燃料供給が停止された状態でEV走行が行なわれている場合、ECU100は、エンジン200が停止した時点から内蔵タイマによりカウントが開始される、本発明に係る「判断指標値」の一例たるエンジン停止時間Ts(即ち、エンジン停止時間Tsのカウント動作は、本発明に係る「取得手段」の動作の一例である)が、基準値(即ち、本発明に係る「所定値」の一例である)Tsth以上であるか否かを判別する(ステップS102)。
尚、ここでは、本発明に係る判断指標値の一例としてエンジン停止時間Tsが採用されるが、これは一例に過ぎず、例えば、ハイブリッド車両10の駐車時間、前トリップにおける排気管212又はEHC400の最高到達温度、或いは前トリップにおけるエンジン200の吸入空気量の積算値等によって代替されてもよい。
ECU100は、エンジン停止時間Tsが基準値Tsth未満である場合(ステップS102:NO)、処理をステップS104に進めると共に、エンジン停止時間Tsが基準値Tsth以上である場合(ステップS102:YES)、電動エアポンプ500を作動させる(ステップS103)。電動エアポンプ500が作動すると、吸気管203から排気管212に至る吸入空気のガス流が生成されるため、排気管212は掃気され、排気管212における、EHC400付近に滞留していた凝縮水も、より下流側へ、好適にはハイブリッド車両10の車外へ排出される。その結果、EHC400の通電時における漏電の発生が防止されるのである。
ここで、電動エアポンプ500の駆動電力は、予め電動エアポンプ500が継続して作動状態にあってもバッテリ700の蓄電電力が枯渇しない旨が確定している極低電力に抑えられる。電動エアポンプ500は、その精細な駆動条件よりは、稼動又は非稼動の別が重要であって、微小な空気流であれ排気通路に空気流が生成される限りにおいて凝縮水を減少させることが可能であるため、このような極低電力であっても、実践的に十分な掃気効果を得ることができるのである。
尚、ステップS102において比較判別に供される基準値Tsthは、このような比較的緩やかな空気流により十分な掃気効果が得られるように、凝縮水の生成量がEHC400の通電時に漏電を生じ得る程度に多くなる以前に電動エアポンプ500が作動するように、一種の予防的見地に立って比較的小さい値に設定されている。ステップS104又はステップS103が実行されると、処理はステップS101に戻され、一連の処理が繰り返される。
ここで、処理がステップS101に戻された時点において、ハイブリッド車両10の運転条件が変化していない場合、結局はステップS103が継続して実行され、電動エアポンプ500は継続して稼動する。このような電動エアポンプ500の稼動状態は、エンジン200がエンジン始動要求に応じて始動する等してステップS104において電動エアポンプ500が停止するまで継続する。従って、本実施形態によれば、エンジン始動時にEHC400に通電を行ったとしても、凝縮水による漏電は殆ど生じることがない。
<第2実施形態>
次に、図5を参照し、本発明の第2実施形態に係るEHC掃気制御について説明する。ここに、図5は、第2実施形態に係るEHC掃気制御のフローチャートである。尚、同図において、図4と重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
<第2実施形態>
次に、図5を参照し、本発明の第2実施形態に係るEHC掃気制御について説明する。ここに、図5は、第2実施形態に係るEHC掃気制御のフローチャートである。尚、同図において、図4と重複する箇所には、同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。
図5において、ECU100は、ステップS103において電動エアポンプ500を作動させると、更にEHC400の通電量を設定し(ステップS201)、設定された通電量に従ってEHC400を通電させる(ステップS202)。EHC400を通電させると、処理はステップS101に戻され、電動エアポンプ500の作動及びEHC400の通電が、エンジン200が稼動状態となるまで継続される。
ここで、ステップS201において通電量を設定するにあたり、ECU100は、EHC通電量設定マップを参照する。EHC通電量設定マップは、予めROMに格納されており、ECU100は常時参照することができる。ここで、図6を参照し、EHC通電量設定マップの詳細について説明する。ここに、図6は、EHC通電量設定マップの構成を概念的に表してなる模式図である。
図6において、EHC通電量設定マップは、縦軸及び横軸に、夫々EHC通電量Wehc(尚、本実施形態では、駆動電圧Vdが定まれば駆動電流が定まる構成であるから、EHC通電量Wehcに代えて駆動電圧Vdが設定されていてもよい)及び掃気時間Tc(電動エアポンプ500の稼動時間である)を配してなる二次元マップである。図示するように、EHC通電量Wehcは、掃気時間TcがTc1に達するまではゼロ(即ち、EHC400は非通電状態に置かれる)であり、掃気時間TcがTc1となる時点からTc2となるまでリニアに増加し、掃気時間TcがTc2以上Tc3以下となる期間においては掃気用に定められた最大値に維持される。この掃気用の最大値は、通常時のEHC400の駆動電圧Vd(即ち、略200V)よりも低電圧側の駆動電圧に対応する電力値である。尚、先に述べたように、エンジン停止時間Tsの基準値Tsthに対応する凝縮水の生成量が、漏電を生じ得る程度に高くないのであれば、実践上EHC400への通電に支障はないから、掃気時間TcがTc2からTc3に至るまでのEHC通電量Wehcは、触媒暖機用の通常の駆動電圧Vdに対応する電力値であってもよい。
掃気時間TcがTC3に到達した時点で、EHC通電量Wehcはリニアに減少を開始し、掃気時間TcがTc4に到達した時点で、EHC通電量Wehcは再びゼロとなる。EHC通電量設定マップには、予め図6に示される対応関係が数値化された状態で記述されており、ECU100は、ステップS201が訪れる毎に、掃気時間Tc(最初にステップS103が実行された時点から内蔵タイマによりカウントが開始される)に応じたEHC通電量WehcをEHC通電量設定マップから選択的に取得する構成となっている。
このように、第2実施形態においては、EHC400の発熱によって凝縮水の蒸発を促進させつつ第1実施形態で述べた電動エアポンプ500による排気管212の掃気を実行することができる。このため、電動エアポンプ500による掃気効果をより効果的に得ることが可能である。また、本実施形態では、EHC400によって電動エアポンプ500の吐出作用により排気管212に導かれた吸入空気を昇温することができるため、EHC400の下流側へ第1実施形態と較べて暖かい空気を送出することが可能となり、排気管212への湿潤な空気の流入や、排気管212下流側での凝縮水の生成をより防止することが可能となり実践上有益である。
<第3実施形態>
次に、図7を参照し、本発明の第3実施形態に係るEHC掃気制御について説明する。ここに、図7は、第3実施形態に係るEHC掃気制御のフローチャートである。尚、同図において、図4と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。尚、第3実施形態に係るシステム構成は、第1及び第2実施形態と相違無いものとする。
<第3実施形態>
次に、図7を参照し、本発明の第3実施形態に係るEHC掃気制御について説明する。ここに、図7は、第3実施形態に係るEHC掃気制御のフローチャートである。尚、同図において、図4と重複する箇所には同一の符合を付してその説明を適宜省略することとする。尚、第3実施形態に係るシステム構成は、第1及び第2実施形態と相違無いものとする。
図7において、エンジン停止時間Tsが基準値Tsth以上である場合(ステップS102:YES)、ECU100は、第1及び第2実施形態に係る電動エアポンプ500の作動に替えて、モータジェネレータMG1からエンジン200のクランクシャフトへクランキングトルクを供給することによりエンジン200のモータリングを開始する(ステップS301)。係るモータリングにより、エンジン200は、燃料の燃焼を伴わない稼動状態(即ち、モータリング状態)となる。
このモータリング状態においては、吸気バルブの開弁時に気筒内部へ導かれた吸入空気が排気バルブの開弁時に排気マニホールド211へ排出されるため、排気管212に空気流が生成される。従って、第1及び第2実施形態に係る電動エアポンプ500と同様に、排気管212の掃気効果を得ることが可能となる。
ここで、このような掃気効果が、ハイブリッド車両10に元より備わるMG1により好適になされ得る点に鑑みれば、第3実施形態においては、掃気通路217及び電動エアポンプ500は必ずしも設置される必要はなく、コスト削減及びシステム構成の肥大化防止といった、実践上有益な付帯効果を得ることも可能である。
一方、本実施形態では、ステップS301においてモータリングが開始されると、ステップS302において掃気時間Tcが基準値Tcth未満であるか否かが判別される。この基準値Tcthとは、排気管212の掃気が十分に完了した旨に相当する時間値として予め実験的に求められた値である。掃気時間Tcが基準値Tcth未満である場合(ステップS302:YES)、即ち、掃気が未だ不十分である場合には、処理はステップS101に戻され、掃気時間Tcが基準値Tcth以上である場合(ステップS302:NO)、即ち、排気管212の掃気が十分に完了したと判断される場合には、エンジン停止時間Tsはリセットされ(ステップS303)、モータリングが停止される(ステップS304)。また、ステップS101においてエンジン停止中でないと判別された場合(ステップS101:NO)、処理はこのステップS304に進められる。ステップS304が実行されると、処理はステップS101に戻され、一連の処理が繰り返される。本実施形態に係るEHC掃気制御は以上のように実行される。
本実施形態によれば、第1及び第2実施形態に係る電動エアポンプ500による排気管212の掃気に替えて、モータジェネレータMG1を使用したエンジン200のモータリングが実行され、第1及び第2実施形態と同様に排気管212の掃気が実行され得る。
また、このエンジン200のモータリングが、EHC400が通電時に漏電を生じない程度に十分に掃気された時点で停止され、また新たにカウントされるエンジン停止期間Tsが再び基準値Tsth(この場合の基準値は、最初の基準値と異なっていてもよい。何故なら、最初の掃気により、吸入空気に比して水分を多く含む排気は排気管212に存在しないからである)以上となった場合に再開されるため、モータリングに要する電量資源の消費量を可及的に節減することが可能となり、より効率的である。尚、係るモータリングを電動エアポンプ500の始動に置き換えれば、第1及び第2実施形態においても同様の効果が得られることは言うまでもない。
尚、上記第1乃至第3実施形態においては、本発明に係る車両の一例としていずれもハイブリッド車両10が用いられるが、本発明に係る車両の制御装置は、ハイブリッド車両に限らず広く一般の車両に適用可能である。即ち、第1及び第2実施形態に係るEHC掃気制御は、動力源としてエンジン200のみを備える車両においても同様に適用可能であるし、また、第3実施形態に係るEHC掃気制御にしても、例えばモータジェネレータMG1に代えて掃気用の回転電機を備えることにより、或いはクランキングモータ等を流用することにより、同様に適用可能である。いずれにせよ、EHC400の効能を減じることなくその漏電を回避し得る旨の効果にはいささかも変わりない。
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う車両の制御装置もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
本発明に係る車両の制御装置は、電気加熱式触媒装置を備えた車両に適用可能である。
10…ハイブリッド車両、100…ECU、200…エンジン、202…シリンダ、203…吸気管、211…排気マニホールド、212…排気管、217…掃気通路、300…動力分割機構、400…EHC、410…ケース、420…断熱部材、430…EHC担体、440…上流側温度センサ、450…正電極、470…負電極、490…下流側温度センサ、500…電動エアポンプ、600…PCU、700…バッテリ。
Claims (5)
- 内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設置され、通電により発熱する電気加熱式触媒装置と、
前記排気通路に空気流を生成可能な空気流生成手段と
を備えた車両の制御装置であって、
前記排気通路における凝縮水の生成量に対応付けられた所定の判断指標値を取得する取得手段と、
該取得された判断指標値に基づいて前記生成量が基準値以上であるか否かを判別する判別手段と、
前記内燃機関が停止状態にあり且つ前記生成量が前記基準値以上であると判別された場合に、前記空気流が生成されるように前記空気流生成手段を制御する第1制御手段と
を具備することを特徴とする車両の制御装置。 - 前記空気流生成手段は、前記内燃機関をモータリング可能なモータリング装置又は前記排気通路に空気を圧送可能なポンプ装置である
ことを特徴とする請求項1に記載の車両の制御装置。 - 前記取得手段は、前記判断指標値として前記停止状態の継続時間を取得し、
前記判別手段は、前記取得された継続時間が所定値を超えた場合に前記生成量が前記基準値以上であると判別する
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の車両の制御装置。 - 前記空気流が生成されるのに相前後して前記通電が開始されるように前記電気加熱式触媒装置を制御する第2制御手段を更に具備する
ことを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の車両の制御装置。 - 前記車両は、
回転電機と、
該回転電機の回転軸に連結された第1回転要素、車軸に連結される駆動軸に連結された第2回転要素及び前記内燃機関の回転軸に連結された第3回転要素を含む相互に差動回転可能な複数の回転要素を有する動力伝達機構と
を備えたハイブリッド車両であり、
前記第1制御手段は、前記空気流生成手段として前記回転電機を制御する
ことを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の車両の制御装置。
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