JP6428228B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、機関圧縮比を変更可能な火花点火式内燃機関を備えた車両の制御装置に関し、特に、排気通路に設けられた触媒の暖機時の制御に関する。

特許文献１には、内燃機関の冷間始動時に触媒を早期に昇温して活性化する技術として、火花点火式内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、冷間始動時に機関圧縮比を低くすることにより膨張比を低くして、筒内から排出される排気ガス温度の低下を抑制する技術が記載されている。

国際公開第０９／０９１０７７号パンフレット

しかしながら、触媒暖機の際に単に機関圧縮比を低下させるだけでは、筒内の温度がある程度上昇するものの、排気通路に設けられた触媒を速やかに昇温するには十分と言えず、更なる改善が望まれていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、触媒を速やかに昇温することで、排気エミッションの悪化を抑制することができる新規な車両の制御装置を提供することを目的としている。

そこで本発明は、火花点火式内燃機関と、この火花点火式内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比手段と、上記火花点火式内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、を備えた車両の制御装置において、上記触媒の温度が活性温度よりも低い触媒暖機時に、点火時期を遅角しつつ、機関圧縮比を低くした触媒暖機モードで運転を行なうことを特徴としている。

そこで本発明は、火花点火式内燃機関と、この火花点火式内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比手段と、上記火花点火式内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、を備えた車両の制御装置において、上記触媒の温度が活性温度よりも低い触媒暖機時に、点火時期を遅角しつつ、機関圧縮比を低くした触媒暖機モードで運転を行ない、上記触媒暖機時であって、かつ内燃機関の要求トルクが有る場合、上記触媒暖機モードでの設定に対し、上記機関圧縮比を低圧縮比に維持しつつ、上記点火時期を進角するとともに、上記内燃機関の駆動トルクを大きくすることを特徴としている。

これによって、触媒暖機時に排気温度を速やかに上昇させて触媒を早期に昇温・活性化し、排気エミッションの悪化を抑制することができる。

本発明の一実施例に係るハイブリッド車両のパワートレーンを示す構成図。 上記実施例の可変圧縮比機構を示す断面図。 本実施例の触媒暖機時の制御の流れを示すフローチャート。 触媒暖機時の制御内容の一例を示すタイミングチャート。 同じく触媒暖機時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。 同じく触媒暖機時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。 同じく触媒暖機時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。 同じく触媒暖機時の制御内容の他の例を示すタイミングチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。初めに、本発明が適用されるハイブリッド車両の基本的な構成を説明する。図１は、本発明が適用されるハイブリッド車両の一例として、フロントエンジン・リヤホイールドライブ（ＦＲ）式の構成としたハイブリッド車両のパワートレーンを示している。

図１に示すハイブリッド車両のパワートレーンは、後輪が駆動輪２とされた後輪駆動車であり、火花点火式内燃機関（以下、単に「内燃機関」と呼ぶ）１の車両前後方向の後方に自動変速機３がタンデムに配置されている。また、内燃機関１のクランクシャフト１ａからの回転を自動変速機３の入力軸３ａへ伝達するシャフト４に、内燃機関１とともに車両駆動源を構成するモータジェネレータ５が一体に設けられている。

モータジェネレータ５は、ロータに永久磁石を用いた同期型モータからなり、モータとして作用（いわゆる「力行」）するとともに、ジェネレータ（発電機）としても作用（いわゆる「回生」）するものであり、上記のように内燃機関１と自動変速機３との間に位置している。このモータジェネレータ５にはバッテリ９が電気的に接続されている。このバッテリ９は、モータジェネレータ５の力行運転時にモータジェネレータ５へ電力を供給し、モータジェネレータ５の回生運転時にモータジェネレータ５から供給される電力を充電する。

そして、このモータジェネレータ５と内燃機関１との間、より詳しくは、シャフト４とクランクシャフト１ａとの間に第１クラッチ６が介挿されており、この第１クラッチ６が内燃機関１とモータジェネレータ５との間を切り離し可能に結合している。

また、モータジェネレータ５と駆動輪２との間、より詳しくは、シャフト４と変速機入力軸３ａとの間には、第２クラッチ７が介挿されており、この第２クラッチ７がモータジェネレータ５と自動変速機３との間を切り離し可能に結合している。

自動変速機３は、入力軸３ａから入力された回転を選択変速段に応じたギヤ比で変速して出力軸３ｂに出力する。この出力回転は、ディファレンシャルギヤ装置８を介して左右の駆動輪（後輪）２へ分配して伝達される。この自動変速機３は、セレクトレバー等を介して運転者により選択されるレンジとして、非走行レンジであるＰ（パーキング）レンジおよびＮ（ニュートラル）レンジ、走行レンジであるＤ（ドライブ）レンジおよびＲ（リバース）レンジ、を少なくとも備えている。

上記のパワートレーンにおいては、モータジェネレータ５の動力のみを動力源として走行する電気自動車走行モード（ＥＶモード）と、内燃機関１をモータジェネレータ５とともに動力源に含みながら走行するハイブリッド走行モード（ＨＥＶモード）と、が可能である。

ＥＶモードでは、内燃機関１からの動力が不要であるからこれを停止させておくとともに第１クラッチ６を解放し、かつ第２クラッチ７を締結させておくととともに自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態でモータジェネレータ５のみによって車両の走行がなされる。

ＨＥＶモードでは、第１クラッチ６および第２クラッチ７をともに締結し、自動変速機３を動力伝達状態にする。この状態では、内燃機関１からの出力回転およびモータジェネレータ５からの出力回転の双方が変速機入力軸３ａに入力されることとなり、双方によるハイブリッド走行がなされる。

ＨＥＶモードにおいて、所定のアイドルストップ条件が成立すると、内燃機関１を停止するアイドルストップを実施する。例えば、冷却水温が所定温度以上、ブレーキ油圧が所定圧以上、車速が所定速度以下、アクセル開度が所定開度以下、及び機関回転速度がアイドル回転速度と等しいときにアイドルストップ条件が成立したものとして、アイドルストップを実施する。そして、アイドルストップ中に、所定のアイドルストップ解除条件が成立すると、内燃機関を再始動する。例えば、アクセルＯＮ、ブレーキＯＦＦ、バッテリの充電量が所定量以下、ブレーキ油圧が所定圧以下、自動変速機３内の油温が所定温度以下、自動変速機３内の油温が所定圧以下、のうちのいずれかの条件がアイドルストップ中に成立すると、アイドルストップ解除条件が成立したものとして、内燃機関１を自動的に再始動する。

モータジェネレータ５は、車両減速時に制動エネルギを回生して回収できるほか、ＨＥＶモードでは、内燃機関１の余剰のエネルギを電力として回収することができる。

ここで、ＥＶモードからＨＥＶモードへ遷移するときには、第１クラッチ６を締結し、モータジェネレータ５のトルクを用いて内燃機関１を始動する。また、アイドルストップ中の内燃機関１を再始動する際にも、第１クラッチ６を締結し、モータジェネレータ５のトルクを用いて始動する。

なお、第２クラッチ７は、いわゆる発進クラッチとして機能し、車両発進時に伝達トルク容量を可変制御してスリップ締結させることにより、トルクコンバータを具備しないパワートレーンにあってもトルク変動を吸収し円滑な発進を可能としている。

内燃機関１の排気通路１０Ａには、排気を浄化するための三元触媒１０（以下、単に「触媒」と呼ぶ）が設けられている。

図２は、可変圧縮比手段の一例として、上記の内燃機関１に設けられる可変圧縮比機構１１を示す断面図である。この可変圧縮比機構１１は、ピストン１Ｂとクランクシャフト１ａのクランクピン１３とを複数のリンク部品で連結した複リンク式ピストン−クランク機構を利用したものであって、基本的な構造は上記の特開２０１２−６７７５８等にも記載のように公知であるので、ここでは簡単に説明する。

この可変圧縮比機構１１は、クランクピン１３に回転可能に取り付けられるロアーリンク１４と、このロアーリンク１４とピストン１Ｂとを連結するアッパーリンク１５と、機関本体としてのシリンダーブロック１Ｃに回転可能に支持されるコントロールシャフト１６と、このコントロールシャフト１６とロアーリンク１４とを連結するコントロールリンク１７と、を有している。

ピストン１Ｂとアッパーリンク１５の上端とはピストンピン１８により相対回転可能に連結されており、アッパーリンク１５の下端とロアーリンク１４とは第１連結ピン１９により相対回転可能に連結されており、コントロールリンク１７の上端とロアーリンク１４とは第２連結ピン２０により相対回転可能に連結されており、コントロールリンク１７の下端はコントロールシャフト１６に偏心して設けられた偏心軸部１６Ａに相対回転可能に取り付けられている。

また、コントロールシャフト１６には、その回転位置を変更可能な可変圧縮比モータ２１が接続しており、この可変圧縮比モータ２１によりコントロールシャフト１６の回転位置を変更することによって、ピストン１Ｂの上死点位置及び下死点位置を含むピストン１Ｂのストローク特性を変化させ、ひいては機関圧縮比を変更する。アクチュエータの動作は制御部２２によって機関運転状態に応じて制御される。

また制御部２２は、点火時期制御や燃料噴射制御の他、後述するように触媒暖機制御を記憶及び実行する機能を有している。

図３は、本実施例の要部をなす触媒暖機時の制御の流れを示すフローチャートである。本ルーチンは、上記の制御部２２により所定期間毎（例えば、１０ｍｓ毎）に繰り返し実行される。

ステップＳ１１では、触媒１０の温度が活性温度に達しておらず、触媒１０を昇温して活性化するための触媒暖機運転を行なう運転状態であるか否かを判定する。すなわち、冷機始動時、及び長期のアイドルストップ後の機関再始動時など、触媒１０の温度が活性温度よりも低い触媒暖機時であるか否かを判定する。触媒暖機時でなければステップＳ１１の判定が否定され、本ルーチンを終了する。

ステップＳ１１で触媒暖機時と判定されると、ステップＳ１２へ進み、機関運転状態に応じた通常の設定に対し、点火時期を遅角しつつ、機関圧縮比を低くした触媒暖機モードとして運転を行なう。この際、スロットル開度は例えばアクセル開度が０であれば全閉付近とされる。

続くステップＳ１３では、バッテリ９のＳＯＣ（充電状態）に基づいて、バッテリ９が充電可能な状態であるか否かを判定する。バッテリ９が満充電近傍であれば、バッテリ９の過充電を防ぐために、バッテリ９が充電不可能であると判定されて、本ルーチンを終了する。

一方、バッテリ９の充電量（ＳＯＣ）が少なく充電可能な状態であれば、ステップＳ１３からステップＳ１４へ進み、スロットル開度を大きくして内燃機関１の駆動トルクを大きくするとともに、モータジェネレータ５を回生運転する。この際のスロットル開度（内燃機関の駆動トルクに相当）及びモータジェネレータ５の回生トルクは、後述するようにバッテリ９の充電状態に応じて設定される。

ステップＳ１５では、触媒暖機運転中に、内燃機関１の要求トルクの有無を判定する。例えば、触媒暖機運転中に運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合に、内燃機関の要求トルクが有となる。この場合、触媒暖機モードでの設定に対し、機関圧縮比を低圧縮比に固定・維持しつつ、点火時期を進角し、かつ、スロットル開度（内燃機関の駆動トルク）を大きくする。

図４〜図８は、本実施例の制御を適用した場合の触媒暖機時の制御内容の幾つかの例を示すタイミングチャートである。これら図４〜図８を参照して、本実施例の作用効果について説明する。

［１］図４に示すように、触媒１０の温度が活性温度に満たない触媒暖機時には、触媒暖機要求がＯＮとなり、機関圧縮比を低下するとともに、点火時期を遅角する触媒暖機モードで運転を行なうようにしている（図３のステップＳ１２参照）。

このように機関圧縮比を低下することで、膨張比の低下により排気温度の上昇を抑制するとともに、ＨＣが少なく高温の排ガスを排気通路１０Ａへ多く送り込むことが可能となり、排気温度の上昇が促進される。また、低圧縮比化により燃焼ガス量が多くなるため、燃焼が安定し、その分、燃焼安定性を確保しつつ点火時期の遅角量を大きく確保することができ、点火時期の大幅な遅角化により排気温度を更に迅速に上昇させて、触媒１０の早期活性化を図ることができる。

［２］また本実施例では、機関冷機始動時のみならず、長期間アイドルストップを行なった後の機関再始動時など、運転中に触媒温度が活性温度以下に低下した場合にも、上述した触媒暖機モードでの運転が行なわれるので、触媒１０を速やかに活性化することができる。

［３］図５及び図６に示すように、触媒暖機時に、バッテリ９の充電量（ＳＯＣ）が低く充電可能なＯＮ状態にある場合には、スロットル開度を大きくするとともに、モータジェネレータ５の回生運転を行なう。このように、スロットル開度の増加による余剰の駆動トルクをモータジェネレータ５の回生運転により吸収・相殺することで、トルク変動を招くことなく、スロットル開度（駆動トルク）の増加分、筒内温度ひいては排気温度の上昇を促進して、触媒１０の更なる早期活性化を図ることができる。また、モータジェネレータ５の発電によりバッテリ９の充電量を増加しつつ、発電によるバッテリ９への電力入力によりバッテリ９の昇温をも促進することができる。

［４］この際のスロットル開度（内燃機関の駆動トルク）及びモータジェネレータ５の回生トルクは、バッテリ９のＳＯＣに応じて設定される。つまり、バッテリ９のＳＯＣ（充電量）が少ない場合には、図６に示すように、スロットル開度及び回生トルクを大きくするとともに、点火時期を進角することにより、発電を積極的に実施して、バッテリ９を早期に満充電に近づけつつ触媒１０の早期活性化を促進することができるとともに、発電によるバッテリ９への電力入力によりバッテリ９の昇温を促進することもできる。一方、バッテリ９のＳＯＣが満充電近傍の場合には、モータジェネレータ５の回生運転を禁止もしくは回生トルク（発電量）を抑制することで、バッテリ９を過充電から保護することができる。

［５］図７に示すように、触媒暖機運転中に、例えば運転者のアクセルペダルの操作による内燃機関の要求トルクが生じた場合には、上記の触媒暖機モードでの設定に対し、機関圧縮比を低圧縮比に維持しつつ、点火時期を進角し、かつ、内燃機関の駆動トルクを大きくする。つまり、上記の触媒暖機モードでは、触媒の早期活性化を優先するように点火時期を大幅に遅角化しているが、要求トルクが生じた場合には、車両駆動力を確保するように点火時期を進角側へ戻して熱効率を向上させ、かつ、内燃機関の駆動トルクを増加させている。点火時期の進角分、熱効率の向上により排気温度の上昇は抑制されるものの、内燃機関の駆動トルクは増加しているために、排気温度の上昇が阻害されることはない。

［６］図８に示すように、触媒暖機運転中に、例えば運転者がアクセルペダルを急激に踏み込んだような場合、所定値以上の大きな内燃機関の要求トルクが急激に生じる。このような場合には、上述した触媒暖機モードでの設定に対し、図７の場合と同様、機関圧縮比を低圧縮比に維持しつつ、点火時期を進角し、かつ、内燃機関の駆動トルクを大きくする。これに加えて、要求トルクに見合った駆動力が得られるように、点火時期を制御する。つまり、触媒暖機運転中には、点火時期を大幅に遅角しており、点火時期の進角側への変更に十分余裕があることから、応答性の高い点火時期を制御することで、要求トルクに見合った駆動力を速やかに確保することができる。

以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、上記実施例ではハイブリッド車両に本発明を適用しているが、車両駆動源として内燃機関のみを具備したアイドルストップを実施可能な車両にも本発明を同様に適用することができる。

１…火花点火式内燃機関
５…モータジェネレータ
９…バッテリ
１０…触媒
１１…可変圧縮比機構
２２…制御部

Claims (5)

1. 火花点火式内燃機関と、
   この火花点火式内燃機関の機関圧縮比を変更可能な可変圧縮比手段と、
   上記火花点火式内燃機関の排気通路に設けられ、排気ガスを浄化する触媒と、を備えた車両の制御装置において、
   上記触媒の温度が活性温度よりも低い触媒暖機時に、点火時期を遅角しつつ、機関圧縮比を低くした触媒暖機モードで運転を行ない、
   上記触媒暖機時であって、かつ内燃機関の要求トルクが有る場合、上記触媒暖機モードでの設定に対し、上記機関圧縮比を低圧縮比に維持しつつ、上記点火時期を進角するとともに、上記内燃機関の駆動トルクを大きくすることを特徴とする車両の制御装置。
2. 車両運転中に上記火花点火式内燃機関を一時的に停止するアイドルストップを実現可能であり、
   冷機始動時及びアイドルストップ後の機関再始動時に、上記触媒暖機モードでの運転が行なわれることを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 車両駆動源として上記内燃機関とともに設けられるモータジェネレータと、
   このモータジェネレータと電気的に接続されるバッテリと、を有し、
   上記触媒暖機モードで、かつ、上記バッテリが充電可能な状態にある場合、上記内燃機関の駆動トルクを大きくするとともに、上記モータジェネレータを回生運転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。
4. 上記触媒暖機モードで、かつ、上記バッテリが充電可能な状態にある場合、上記バッテリの充電量が低ければ、上記内燃機関の駆動トルク及び上記モータジェネレータの回生トルクを大きく設定することを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 上記触媒暖機時に、所定値以上の急激な内燃機関の要求トルクが生じた場合、上記触媒暖機モードでの設定に対し、上記機関圧縮比を低圧縮比に維持しつつ、上記内燃機関の駆動トルクを大きくし、かつ、上記要求トルクに応じて点火時期を制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。

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