JP3047621B2 - ハイブリッド車のエンジン駆動発電機の制御装置 - Google Patents

ハイブリッド車のエンジン駆動発電機の制御装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ハイブリッド車のエン
ジン駆動発電機の制御装置、特に暖機運転の効率化に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、電気自動車の無公害性と、エンジ
ン駆動車と同様の連続走行性能を有するハイブリッド車
が注目されている。このハイブリッド車において重要な
ことは、エンジン駆動時における排気ガス中の有害成分
を最低限にすることである。
【０００３】すなわち、ハイブリッド車は、通常時はバ
ッテリからの電力によってモータを駆動し、電気自動車
として走行するが、バッテリの電気容量が所定値以下と
なった場合には、発電機を駆動し、バッテリの充電を行
う。このため、発電機駆動用のエンジンからの排気ガス
が必然的に生じる。しかし、発電機用のエンジンは、通
常一定負荷、一定回転数で運転するため、このときの排
気ガス中の有害成分はかなり低いものとできる。
【０００４】一方、エンジン始動時においては、エンジ
ン本体や排気ガス浄化用の触媒コンバータが低温である
ことに起因して、これらが十分機能できず、有害成分の
排出量が比較的多くなってしまう。
【０００５】そこで、従来より、エンジン始動時におけ
る排気ガス中の有害成分を減少させるための提案がなさ
れている。例えば、特開昭５５−１５７９０１号公報に
は、エンジンの低温（冷間）時には、エンジンの暖機を
促進するために、エンジン回転数を増加し、エンジンの
暖機を早め、有害物質の排出量を低減することが示され
ている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、有害物質の排
出量はできる限り少ない方がよい。そこで、エンジンの
暖機をさらに早め、有害物質の排出量をさらに減少する
ことが望まれている。
【０００７】本発明は、上記課題に鑑みなされたもので
あり、エンジンの暖機運転を効率化し、有害物質の排出
量を低減できるハイブリッド車用のエンジン駆動発電機
の制御装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、電気自動車と
して走行する際、バッテリ又はモータの少なくとも一方
にエンジン駆動発電機の発電出力を供給するようにした
ハイブリッド車のエンジン駆動発電機の制御装置であっ
て、エンジン本体およびエンジン駆動のための部品を含
むエンジン関係部品の温度を検出する温度検出手段と、
この温度検出手段の検出結果に応じて、エンジンおよび
発電機を制御する制御部と、を有し、上記制御部は、前
記温度検出手段によって検出されたエンジン関係部品の
温度が設定値以下の場合に、前記エンジン関係部品の温
度が設定値を越えている場合に比べ、エンジンの出力お
よび発電機の界磁電流の両方を制御して、エンジンの出
力および回転数を増大させるとともに、このエンジンの
出力および回転数をエンジンの効率がより低い所定の状
態に変更設定して、エンジンの暖機運転を行うことを特
徴とする。
【０００９】
【作用】このように、本発明の装置によれば、エンジン
関係部品が低温の際に、エンジンの出力および発電機の
界磁電流を制御して、エンジンの出力だけでなく、その
ときの回転数を所定のものに制御する。すなわち、エン
ジンの暖機を早めるためには、エンジンのエネルギー効
率が悪い点で運転し、熱発生量を増加することが必要で
あり、触媒の暖機を早めるためには、排気が高温である
他に所定の排気量が必要である。本発明では、エンジン
出力および発電機の界磁電流を制御することによって、
エンジンの出力および回転数を所定のものとすることに
よって、エンジンの効率および排気量を所定のものに設
定でき、エンジンおよび触媒コンバータ等のエンジン関
係部品の温度上昇を効果的に行うことができる。そこ
で、エンジンの暖機運転の時間が減少し、トータルとし
ての有害物質の排出量をさらに低減することができる。
【００１０】
【実施例】以下、本発明の一実施例について、図面に基
づいて説明する。図１は、実施例の全体構成を示すブロ
ック図であり、バッテリ１０には、インバータ１２を介
しモータ１４が接続されており、バッテリ１０から出力
される直流電流が、インバータ１２によって交流電流に
変換され、モータ１４に供給され、モータ１４が回転さ
れる。モータ１４には、通常交流誘導モータが採用され
ている。
【００１１】また、インバータ１２は、内部に複数のス
イッチング素子を有しており、このスイッチングは、Ｅ
ＣＵ１６によって制御される。すなわち、ＥＣＵ１６
は、アクセル踏み込み量等の車両信号およびモータ１４
の回転数信号を受けとり、これに対応したモータ駆動を
行うためのＰＷＭ（パルス幅変調）信号を生成し、イン
バータ１２におけるスイッチングを制御する。
【００１２】一方、バッテリ１０には、整流器２０を介
し、発電機２２が接続されている。そして、この発電機
２２は、エンジン２４により駆動される。通常の場合、
エンジン２４の回転は増速ギアにより増加されて発電機
２２に供給される。また、発電機２２には発電制御コン
トローラ３０、エンジン２４にはエンジンコントローラ
３２が接続されており、それぞれの動作が制御される。
また、発電制御コントローラ３０、エンジンコントロー
ラ３２には、ＥＣＵ１６が接続されており、これらの動
作がＥＣＵ１６によって制御される。さらに、ＥＣＵ１
６には、バッテリ１０の充電状態を検出するＳＯＣメー
タ３４からの信号も供給されるようになっており、ＥＣ
Ｕ１６は、ＳＯＣメータ３４からの信号に応じて、発電
制御コントローラ３０、エンジンコントローラ３２に信
号を送り、発電機２２の界磁電流やエンジン２４のスタ
ート等の制御を行う。
【００１３】さらに、エンジン２４の排気ガス通路には
温度センサ４０および有害成分除去用の触媒コンバータ
４２が設けられている。
【００１４】ここで、ＥＣＵ１６、発電制御コントロー
ラ３０、エンジンコントローラ３２の機能をまとめて説
明する。まず、ＥＣＵ１６は、車両のトータルな制御を
行うものであり、（ａ）アクセル開度、ＳＯＣメータ３
４からのＳＯＣなどからモータ１４の出力トルク指令を
生成し、これによってインバータ１２を制御するモータ
１４の駆動制御、（ｂ）ＳＯＣ値などから発電のオンオ
フ制御を行う発電制御、（ｃ）エンジンの始動停止を制
御するエンジン制御などを行う。
【００１５】また、発電制御コントローラ３０は、ＥＣ
Ｕ１６からのエンジンオンオフ信号によって、エンジン
２４が規定回転するに達した場合に、低パワー発電を可
能とするように発電機の界磁電流を制御する。また、制
御不能となった場合や制御範囲を越えた場合に、ＥＣＵ
１６にこれを知らせる。
【００１６】さらに、エンジンコントローラ３２は、Ｅ
ＣＵ１６からのエンジンオンオフ信号と、スタータ信号
とから、エンジン２４における燃料噴射量、スロットル
回路調整等のエンジン制御を行う。特に、エンジン始動
時のスロットル、燃料噴射量制御、回転数上昇制御、定
常時における一定パワー出力制御などを行う。
【００１７】また、車両駆動用のモータ１４は、その定
格を加速性能から設定する。すなわち、自動車が最も出
力を要求されるのは、加速時であり、車両に要求される
加速性能からモータの最大出力を決定する。ここで、こ
のモータ１４の最大出力をｘｋＷとする。
【００１８】一方、発電機２２は、通常の走行モードを
設定し、そのモード走行のために必要な出力、またはそ
の近くの出力が得られるものに設定する。ここで、この
発電機の出力をｙｋＷとする（例えば数ｋＷ）。さら
に、エンジン２４は、発電機２２が上述のｙｋＷの出力
にするために、設計されたものとする。すなわち、これ
に応じて排気量、噴射量等が決定される。
【００１９】このような装置において、通常時はＥＣＵ
１６が入力される車両信号より、インバータ駆動用のＰ
ＷＭ信号を生成し、インバータ１２を駆動する。これに
よって、モータ１４の出力トルクをアクセル踏み込み量
などに応じたものとし、運転車の指令に応じた車両の走
行が行われる。
【００２０】次に、通常の走行状態におけるＳＯＣの変
化の一例を図２に示す。走行開始後、ＳＯＣが十分大き
い間は、バッテリの出力のみを利用して、電気自動車と
して走行する。この走行により、ＳＯＣが徐々に減少
し、ＳＯＣがａ（例えば数十％）以下となった場合（イ
点）には、エンジン２４を始動し、発電機２２によって
得られる交流電流を整流器２０によって直流電流に整流
し、バッテリ１０に供給し、この充電を行う。又、整流
器２０の出力は発電制御コントローラ３０にも供給さ
れ、発電のフィードバック制御が行われる。
【００２１】ここで、このような発電は走行中に行う。
このため、整流器２０からの電力は、インバータ１２に
も供給されることになる。そして、この発電機２２の発
電量は、通常走行の平均モータ駆動電流に対応したもの
に設定されている。そこで、発電が開始した後は、徐々
にバッテリ１０のＳＯＣが回復する。そして、ＳＯＣが
ｂ（＞ａ）に至った場合（ロ点）には、エンジン２４の
駆動を停止し、電気自動車としての走行に戻る。
【００２２】なお、この例ではＳＯＣメータ３４はバッ
テリ１０の放電電流およびそのときの電圧（または充電
電流およびそのときの電圧）を検出することによりバッ
テリ１０のＳＯＣを計測している。これは、電流および
電圧とＳＯＣとは、図３に示すように１対１の関係があ
り、電流および電圧の計測により、ＳＯＣを計測するこ
とができるからである。これにより簡単な構成でＳＯＣ
を計測することができる。
【００２３】ここで、エンジン始動時の制御について図
４に基づいて説明する。まず、ＳＯＣが図２におけるａ
点以下になった場合には、ＳＯＣメータ３４からの出力
によりＥＣＵ１６がこれを認識し、エンジンコントロー
ラ３２にスタータ信号を送る。エンジンコントローラ３
２は、例えば発電機２２を始動用モータとして駆動する
と共にエンジン２４に対する燃料供給等を制御し、エン
ジン２４を始動する（Ｓ１）。そして、エンジンが回転
をし始めた場合には、所定時間だけ低回転数における無
負荷のアイドリングを行う。すなわち、発電機２２に界
磁電流を供給せず（または発電機２２をエンジン２４か
ら切り離し）スロットルを閉じたアイドリング状態とし
（Ｓ２）、ｔ秒間経過するまでこれを継続する（Ｓ
３）。
【００２４】そして、アイドリングがｔ秒間継続した場
合には、出力をｚｋＷ（例えば、ｙｋＷの数倍）に増加
させる（Ｓ４）。すなわち、ＥＣＵ１６がエンジンコン
トローラ３２に信号を送り、エンジン２４の回転数を通
常の回転数の２倍程度に設定すると共に、発電制御コン
トローラ３０により発電機２２における界磁電流を最大
電流量とする。
【００２５】図５は、このようなエンジンの出力特性を
示しており、エンジン始動からｔ秒間経過した場合に
は、エンジンのスロットル開度を増加すると共に発電機
における開示電流を増加してエンジン出力がｚｋＷにな
るように制御する。
【００２６】そして、排気温度センサ４０によってエン
ジン排気の温度が所定値に達したか否かを判定する（Ｓ
５）。このエンジン排気温が設定値に達した場合には、
エンジン温度及び触媒コンバータ４２の温度が所定値に
達したことを意味しており、その後は最も効率の良いエ
ンジンの運転に入るべきであり、エンジン出力をｙｋＷ
（回転数は千数百回転，界磁電流は数アンペア）に設定
する（Ｓ６）。
【００２７】すなわち、図５に示すようにエンジン排気
温が設定値に達した場合には、その後徐々にエンジン回
転数及び発電機の界磁電流を減少して、設定エンジン出
力ｙｋＷとなるような回転数及び界磁電流とする。
【００２８】なお、Ｓ４におけるエンジン出力ｚｋＷに
増加させるための制御は、図６に示すように出力ＰをΔ
Ｐだけ増加させ（Ｓ４１）、Δｔ秒経過した場合（Ｓ４
２）に、出力がｚｋＷになっているかどうかを判定し
（Ｓ４３）、出力がｚｋＷになっていなかった場合には
Ｓ４１に戻り、出力の増加を繰り返し、出力ｚｋＷにな
ったことによってこの制御を終了する。このようにして
エンジンの出力を徐々に上昇することができる。なお、
出力のΔＰの増加は、界磁電流の増加又はエンジン回転
数の増加による。さらに、エンジン出力の減少も上述の
場合と同様にしてＳ４１においてΔＰをマイナスし、Ｓ
４３において出力がｙｋＷに至ったか否かの判定を行う
ことによって行う。
【００２９】ここで、エンジンの効率を図７に示す。こ
のようにエンジン２４は、回転数をｎm とし、ｙｋＷの
出力する場合に最も効率ηが良いように構成してある。
そこで、上述のように暖機運転の際に出力をｚｋＷとし
た場合には、回転数および界磁電流が変化し出力が増加
するが、エンジンの効率としては悪いものとなってい
る。しかし、これによって、排気温度が上昇し、エンジ
ン２４の温度上昇及び触媒コンバータ４２の温度上昇を
促進することができる。そして、本実施例では、この暖
機運転の際のエンジン回転数を通常の回転数の２倍程度
に設定している。これは、この回転数により特定される
排気量によって触媒コンバータ４２に十分な排気を供給
することができるからである。単にエンジン回転数を上
げた場合には、排気温度が十分に上昇できず、界磁電流
を増加しただけでは、適性は排気量とできないが、本実
施例によれば、エンジン出力および回転数の両方を所定
のものに設定することができるため、エンジンの効率を
所定のものとしてここでの発熱量を所定のものに設定で
きると共に、排気量も適切なものに設定することができ
る。そこで、このような運転を行うことによって、暖機
運転の時間を減少しトータルとしての排出される有害物
質量を減少することができる。
【００３０】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るハイ
ブリッド車用エンジン駆動発電機の制御装置によれば、
エンジン始動時において、エンジン出力および発電機に
対する界磁電流を制御して、エンジンの排気量および排
気温度を適切なものに制御して暖機運転を行うことがで
きる。そこで、エンジン暖機運転の時間を減少すること
ができ、トータルとしての有害ガス発生量を減少するこ
とができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハイブリッド車のエンジン駆動発
電機の制御装置の実施例の構成を示すブロック図であ
る。
【図２】走行中のＳＯＣ変化を示す特性図である。
【図３】充放電電流および電圧とＳＯＣの関係を示す図
である。
【図４】エンジン始動時の動作を説明するフローチャー
トである。
【図５】始動時におけるエンジンの出力特性を示す図で
ある。
【図６】エンジン出力増加の動作を説明するフローチャ
ートである。
【図７】エンジンの回転数と出力に応じた効率を示す特
性図である。
【符号の説明】
１０ バッテリ １２ インバータ １４ モータ １６ ＥＣＵ ２４ エンジン ３０ 発電制御コントローラ ３２ エンジンコントローラ ４０ 温度センサ ４２ 触媒コンバータ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) B60L 11/02 - 11/14 F02D 29/06 B60K 9/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 電気自動車として走行する際、バッテリ
    又はモータの少なくとも一方にエンジン駆動発電機の発
    電出力を供給するようにしたハイブリッド車のエンジン
    駆動発電機の制御装置であって、 エンジン本体およびエンジン駆動のための部品を含むエ
    ンジン関係部品の温度を検出する温度検出手段と、 この温度検出手段の検出結果に応じて、エンジンおよび
    発電機を制御する制御部と、 を有し、 前記制御部は、前記温度検出手段によって検出されたエ
    ンジン関係部品の温度が設定値以下の場合に、前記エン
    ジン関係部品の温度が設定値を越えている場合に比べ、
    エンジンの出力および発電機の界磁電流の両方を制御し
    て、エンジンの出力および回転数を増大させるととも
    に、このエンジンの出力および回転数をエンジンの効率
    がより低い所定の状態に変更設定して、エンジンの暖機
    運転を行うことを特徴とするハイブリッド車のエンジン
    駆動発電機の制御装置。
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