JPH0521119U - ハイブリツド車の排ガス浄化装置 - Google Patents

ハイブリツド車の排ガス浄化装置

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JPH0521119U
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヒータ加熱触媒を用いたハイブリッド車の排
ガス浄化装置を提供する。 【構成】 車両を駆動させる電動モータ1と、電動モー
タ2に電力を供給するバッテリ2と、バッテリ2を充電
させる発電器3と、発電器3を駆動させる内燃エンジン
4と、内燃エンジン4の作動を制御するコントローラ5
とが配設されている。内燃エンジン4は、排気パイプ8
内に排ガスを浄化させる触媒9と、コントローラ5に制
御され触媒9を加熱して触媒作用を高めるヒータ9とを
備えている。コントローラ5は、ヒータ9により触媒9
を加熱させた後に内燃エンジン4を作動させる。

Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】
この考案は、車両を駆動させる電動モータと発電用の内燃エンジンとを備えた 電気自動車等に好適な、ハイブリッド車の排ガス浄化装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、環境問題等から内燃エンジンの排ガス規制が厳しくなっており、この規 制に対応するため多くの新技術が研究開発されている。その一つとして、所謂電 気自動車がある。 電気自動車は、電動モータにより駆動され、この電動モータは基本的にバッテ リから給電される。しかしながら、このバッテリにも容量的に限界があり長時間 走行を困難にさせている。このため、上述した電動モータとバッテリとに加え、 バッテリを充電する発電器と発電器を駆動させる内燃エンジンとを搭載した所謂 ハイブリッド車が、現在のところ、電気自動車の代表的な一形態とされている。
【0003】 しかし、ハイブリッド車も結局のところ内燃エンジンを搭載しており、この内 燃エンジンの排ガス浄化を如何に行うかが、公害のない自動車を提供するという 電気自動車の本来の目的を達成する上で極めて重要になる。従って、ハイブリッ ド車に搭載された内燃エンジンでは、例えば回転数一定等による定常運転を原則 とし、非定常運転を避けてCO,NOX 等の有害物質の発生を極力抑制すると共 に、一般の内燃エンジンと同様に排気パイプ内に排ガス浄化用の触媒を装備し、 あるいは、O2 センサによるストイキオフィードバック,空燃比センサによるリ ーンフィードバック等を行ったりして排ガスの浄化を行っている。
【0004】 一方、内燃エンジンの排ガスを強力に抑制する装置として、排気パイプ内に装 備された触媒をヒータで加熱しこれを活性化させて、触媒作用を飛躍的に向上さ せた所謂ヒータ加熱触媒が提案されている。
【0005】
【考案が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハイブリッド車の排ガス浄化に関して、上述したように 種々の対策が採られてはいるが、これらだけでは排ガス中の有害物質の発生を電 気自動車に所望される数値にまで十分に抑制することができないという問題があ る。
【0006】 一方、従来の内燃エンジンに対して一般的に提案されているヒータ加熱触媒で は、触媒が十分に加熱され活性化されるまでの間は強力な触媒作用が得られず、 この間の有害物質の排出はある程度避けられないものとなっている。このため、 エンジンの始動時から強力な触媒作用を得るためには、エンジン始動前に予め触 媒を加熱して、エンジンの始動時には既に触媒を活性化させ終えていなければな らない。これは運転者にとって極めて煩雑な操作であり、実用性に劣るものであ る。
【0007】 本考案はこのような問題を解決するためになされたもので、ヒータ加熱触媒の 利点を生かしながら発電用内燃エンジンの排ガス浄化を効果的に図ったハイブリ ッド車の排ガス浄化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】
上述の目的を達成するために、本考案によれば、車両を駆動させる電動モータ と、前記電動モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリを充電させる発 電器と、前記発電器を駆動させる内燃エンジンと、前記内燃エンジンの作動を制 御する制御手段とを備えたハイブリッド車の排ガス浄化装置において、前記内燃 エンジンは、排気パイプ内に配設され排ガスを浄化させる触媒と、前記制御手段 に制御され前記触媒を加熱して触媒作用を高めるヒータ手段とを備え、前記制御 手段は、前記ヒータ手段により前記触媒を加熱させた後に前記内燃エンジンを作 動させることを特徴とする。
【0009】
【作用】 上述のハイブリッド車の排ガス浄化装置において、発電器を駆動させる内燃エ ンジンは、排気パイプ内に配設され排ガスを浄化させる触媒と、制御手段に制御 され触媒を加熱して触媒効率を高めるヒータ手段とを備える一方、制御手段は、 ヒータ手段により触媒を加熱させた後に内燃エンジンを作動させるので、内燃エ ンジンの作動時には、触媒が十分に活性化され触媒作用が高められ終えており、 排ガスの浄化が十分に行える状態になっている。
【0010】 一方、ヒータ手段が触媒を加熱させるまでの間については、電動モータはバッ テリからの既蓄電力により作動し車両を駆動させる。
【0011】
【実施例】
以下、本考案の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。 図1は、本考案のハイブリッド車、つまり、車両を駆動させる電動モータ1と 、電動モータ1に電力を供給するバッテリ2と、バッテリ2を充電させる発電器 3と、発電器3を駆動させる内燃エンジン4と、内燃エンジン5の作動を制御し 制御手段を構成するコントローラ5とから成るハイブリッド車の、排ガス浄化装 置の具体的構成を示す。
【0012】 電動モータ1は、直流ないしは交流モータで構成され、減速ギア等を介して車 両の図示しない車輪を駆動させ、車両を走行させる。この電動モータ1は、車両 の形態に応じ必要数が配備されており、図1にはその一つが代表して示されてい る。そして電動モータ1は、電流の流れを制御する電流制御装置6に接続され、 電流制御装置6から走行用の電力の供給を受ける一方、電動モータ1は車両の減 速時には発電機として作動し、減速回収電力を発生させる。この減速回収電力は 電流制御装置6に送電され、バッテリ2の充電等に使用される。
【0013】 また電動モータ1には、電動モータ1の温度を検出し、コントローラ5に接続 されて検出温度をコントローラ5に入力するモータ温度センサ7が取り付けられ ている。コントローラ5は、モータ温度センサ7の出力信号、つまりモータ温度 信号に基づいて電動モータ1の加熱を監視している。 次に、バッテリ2は、上述した電流制御装置6に接続され、電流制御装置6を 介して電動モータ1等に電力を供給する。また、バッテリ2の充電時には、電流 制御装置6を介して電動モータ1ないしは発電機3から電力の供給を受ける。
【0014】 またバッテリ2には、バッテリ容量センサ11が取り付けられている。このバ ッテリ容量センサ11は、バッテリ2の容量、例えばバッテリ2の電圧値等を検 出すると共に、コントローラ5に接続されて検出したバッテリ2の容量を、つま りバッテリ容量信号をコントローラ5に入力する。コントローラ5は、このバッ テリ容量信号に基づいてバッテリ2の蓄電状況を監視している。
【0015】 次に、発電器3は、必要時に内燃エンジン4に駆動されて電力を発生させ、電 流制御装置6に接続されて、電流制御装置6を介して発生電力をバッテリ2等に 送電する。また発電器3は、内燃エンジン4を始動させる所謂スタータとしても 作動し、内燃エンジン4の始動時には電流制御装置6から電力の供給を受け、内 燃エンジン4を始動させる。
【0016】 また発電器3は、コントローラ5に接続されコントローラ5に各種の発電器情 報、例えば発電器3の温度,故障状況等を入力する一方、コントローラ5からは 、各種の発電器制御信号、例えば発電量,発電停止等を制御する制御信号が入力 される。なお、発電器3は、内燃エンジン4のスタータをこれとは別に配備して 発電専用器としてもよいし、また直流ないしは交流発電器でもよい。
【0017】 次に、内燃エンジン4は小型のピストンエンジンであり、必要時には発電器3 により始動される一方、定常運転に移行したときには、この発電器3を駆動させ 発電させるために配設されており、後述するようにコントローラ5により制御さ れ,定回転運転が行われる。この内燃エンジン4は、電流制御装置6に接続され 電流制御装置6から各種の制御用電力、例えば、内燃エンジン4の点火,燃料噴 射,各種アクチュエータの駆動等に必要な電力が供給される。
【0018】 また内燃エンジン4は、コントローラ5に接続されコントローラ5に各種の内 燃エンジン情報、例えば回転数N,吸入空気量等を入力する一方、コントローラ 5からは、各種の内燃エンジン制御信号、例えば、内燃エンジン4の始動,停止 ,回転数N等を制御する制御信号が入力される。 さて、内燃エンジン4の図示しない排気ポートには排気パイプ8が接続され、 内燃エンジン4の排ガスが排出される。排気パイプ8には、触媒とヒータ手段と を一体に構成する排ガス浄化用のヒータ加熱触媒9が介装されている。この触媒 は、排気パイプ8を通過する排ガスの中からCO,NOX 等の有害物質を除去す るもので、加熱されると極めて強力な排ガス浄化作用を発揮する。また、ヒータ 加熱触媒9は電熱式のヒータを有しており、電流制御装置6に接続されて電力の 供給を受け、上記触媒を加熱してこれを活性化させる。
【0019】 また、ヒータ加熱触媒9には触媒温度センサ10が取り付けられ、これにより 触媒温度センサ10は触媒温度Tを検出し、コントローラ5に接続されて検出し た触媒温度Tを触媒温度信号としてコントローラ5に入力する。 次に、電流制御装置6は、上述したように電動モータ1,バッテリ2,発電器 3,内燃エンジン4,ヒータ加熱触媒9に接続され、これらからの、ないしはこ れらへの電力の供給を制御する。電流制御装置6はコントローラ5に接続され、 各種の電流制御装置情報、例えば電流制御装置6の故障状況等をコントローラ5 に入力する。一方、コントローラ5からは各種の電流制御装置制御信号、例えば 電流制御装置6が上述した各構成要素に供給する電流値,通電方向等を制御する 制御信号が入力され、これにより上述した電力の供給制御が行われている。
【0020】 次に、コントローラ5は上述したように、モータ温度センサ7からモータ温度 信号を、バッテリ容量センサ11からバッテリ容量信号を、発電器3から各種の 発電器情報を、内燃エンジン4から各種の内燃エンジン情報を、ヒータ温度セン サ10から触媒温度信号を、電流制御装置6から各種の電流制御装置情報を入力 する他、図示しない各種センサから各種の車体情報、例えば車両の走行速度、つ まり実車速SV ,アクセルペダルの踏込量θA 等を入力する。そして、コントロ ーラ5はこれらの情報等に基づいて、上述したように、発電器3に各種の発電器 制御信号を、内燃エンジン4に各種の内燃エンジン制御信号を、そして電流制御 装置6に各種の電流制御装置制御信号を出力し、これらの作動を制御する。
【0021】 次に、本ハイブリッド車の排ガス浄化装置の作動について、図2ないしは図7 を参照して説明する。 図2,3は、コントローラ5により実行される排ガス浄化制御の手順を示すフ ローチャートである。 まず、車両を作動させるためスタートキーがオンにされると、コントローラ5 は、キーオン時の処置、例えば制御用バックアップメモリの読み出し,各部品の 状態チェック等を実行する(ステップS10)。
【0022】 次に、コントローラ5はステップS12の走行制御を実行する。この走行制御 は、図4に示す走行制御サブルーチンにより実行される。 この走行制御サブルーチンでは、まず、上述したアクセルペダルの踏込量θA が検出される(ステップS120)。 そして、検出されたアクセルペダルの踏込量θA に基づいて、車両の目標車速 ST が演算される(ステップS122)。この目標車速ST の演算は、コントロ ーラ5に予め設定された図5に示される特性図に基づいて実行される。図5は、 アクセルペダルの踏込量θA と目標車速ST との関係を示し、アクセルペダルの 踏込量θA を横軸に、目標車速ST を縦軸に示している。図5によれば、アクセ ルペダルの踏込量θA が僅かな時、つまりθA1までは目標車速ST は零、すなわ ち車両は発進されない。また、アクセルペダルの踏込量θA がθA1から増加され θA2に達するまで、目標車速ST は一定率でST2にまで徐々に増加され、すなわ ち車両は緩やかに発進される。そして、アクセルペダルの踏込量θA が更に増加 されθA2を超えると、目標車速ST はST2から一定率で急増され、すなわち車両 は通常走行に移行される。このように目標車速ST が設定され演算される。
【0023】 次に、コントローラ5は、実車速SV を検出する(ステップS124)。 そして、次式(1)により、ステップS124で検出された実車速SV とステ ップS122で演算された目標車速ST との車速差ΔSが演算される。 ΔV=VV ーVT ・・・(1) この車速差ΔSに基づいて、電動モータ1への通電量Iが演算される(ステッ プS126)。
【0024】 電動モータ1への通電量Iの演算は、まず、コントローラ5内に予め設定され た図6に示す特性図に基づいて、必要とされる車体加速度αが求められて開始さ れる。 図6は、実車速SV と車速差ΔSと必要とされる車体加速度αとの関係を示し 、実車速SV を横軸に、車速差ΔSを縦軸に、そして車体加速度αが変数として 示されている。図6によれば、例えば実車速SV が一定のとき、車速差ΔSが正 の値で大になればなる程、必要とされる加速度αは正の値で大になり、また車速 差ΔVS負の値で大になればなる程、必要とされる加速度αは負の値で大になる 。これとは逆に、例えば車速差ΔSが正の値で一定のとき、実車速VV が大にな ればなる程、必要とされる加速度αは正の値で小になり、また例えば車速差ΔV が負の値で一定のとき、実車速VV が大になればなる程、必要とされる加速度α は負の値で小になる。このように、車体加速度αが設定されている。
【0025】 そして次に、上記に求められた車体加速度αに基づいて、次式(2)により、 必要とされる出力PS が演算される。 PS =〔{C・A・(SV 2 +μ・W+α・W/g}・SV 〕 /(K1 ・η)・・・(2) ここで、C,A,SV ,μ,W,αおよびηは、夫々車両の、空気抵抗係数, 前面投影面積,上述した実車速,転がり抵抗係数,総重量,車体加速度および動 力伝達効率を示し、またgおよびK1 は、夫々、重力加速度および単位に係る第 1の定数を示す。
【0026】 さらに、上式(2)により演算された出力PS から、電動モータ1を作動させ るために必要な電流値、すなわち上述したモータ通電量Iが、最終的に演算され る。 I=(K2 ・PS )/(ηMTR ・V)・・・(3) ここで、K2 ,PS ,ηMTR およびVは、夫々、単位に係る第2の定数,上式 (2)により演算された出力,電動モータ1のモータ効率および電動モータ1の 使用電圧である。
【0027】 このようにして、ステップS126においてモータ通電量Iが演算されると、 コントローラ5は、このモータ通電量Iに基づいて電動モータ1の通電量制御を 実行し(ステップS128)、車両を目標車速ST にまで増減速させ、ないしは 目標車速ST に保持する。 以上により、走行制御サブルーチンを終了する。
【0028】 再び図2を参照すると、次にコントローラ5は、上述したバッテリ容量センサ 11からのバッテリ容量信号を読み込む(ステップS14)。 そして、ステップS14で読み込んだバッテリ容量信号に基づいて、バッテリ 2に対して充電が必要か否かを判定する(ステップS16)。これはすなわち、 後述するように、少なくともヒータ加熱触媒を加熱させ終え内燃エンジンにより 発電器3が駆動され、これによりバッテリ2が充電されるまでの間、車両をバッ テリ2のみで余裕をもって走行させる分だけ、バッテリ2に畜電されているか否 かという観点で判定される。
【0029】 ステップS16の判定結果が否定(No)の場合、つまりバッテリ2の充電が 不要の場合には、次に、後述するステップS30が実行される。 また、ステップS16の判定結果が肯定(Yes)の場合、つまりバッテリ2 の充電が必要の場合には、次に、上述した触媒温度ヒータ10からの触媒温度信 号の読み込みが実行される(ステップS18)。
【0030】 そして、ステップS18で読み込んだ触媒温度信号に基づいて、そのときの触 媒温度Tが、触媒を十分に活性化させるために必要な所定温度TO に対して、T O 以下であるか否かが判定される(ステップS20)。 ステップS20の判定結果が肯定の場合、つまり触媒温度Tが所定温度TO 以 下である場合には、排ガスの浄化が十分に行われないので、内燃エンジン4の作 動は停止され(ステップS22)、そしてヒータ加熱触媒9に通電される(ステ ップS24)。これにより、触媒が加熱される。
【0031】 そして、後述するステップS30が実行される。 また、ステップS20の判定結果が否定の場合、つまり触媒温度Tが所定温度 TO を超えている場合には、触媒が活性化され排ガスの浄化が十分に行われる状 態になっているため、ヒータ加熱触媒9に対する通電が停止される(ステップS 26)。
【0032】 次に、ステップS28のエンジン制御が実行される。 ステップS28のエンジン制御は、図7に示すエンジン制御サブルーチンによ って実行される。 このエンジン制御サブルーチンにおいて、コントローラ5は先ず、コントロー ラ5内の信号に基づいて内燃エンジン4が作動中か否かを判定する(ステップS 280)。
【0033】 ステップS280の判定結果が否定の場合、つまり内燃エンジン4が停止して いる場合には、内燃エンジン4が始動され(ステップS282)、バッテリ2の 充電が開始される。そして、エンジン制御サブルーチンは終了する。 また、ステップS280の判定結果が肯定の場合、つまり内燃エンジン4が既 に作動している場合には、コントローラ5は次に、内燃エンジン4の回転数Nを 読み込む(ステップS284)。そして、この読み込んだ内燃エンジン4の回転 数Nが、所定回転数N1 を超えているか否かが判定される(ステップS286) 。ここで、内燃エンジン4の所定回転数N1 とは、定回転運転される内燃エンジ ン4の定常運転時の回転数である。
【0034】 ステップS286の判定結果が肯定の場合、つまり、内燃エンジン4の回転数 Nが所定回転数N1 を超えている場合には、内燃エンジン4の吸い込み空気量を 制御するスロットル弁が閉方向に駆動され(ステップS288)、吸い込み空気 量が減少される。これにより、内燃エンジン4の回転数Nは低下する。 また、ステップS286の判定結果が否定の場合、つまり内燃エンジン4の回 転数Nが所定回転数N1 以下の場合には、上述したスロットル弁が開方向に駆動 され(ステップS290)、内燃エンジン4への吸い込み空気量が増加される。 これにより、内燃エンジン4の回転数Nは増加する。
【0035】 以上のステップS284〜290により、内燃エンジン4の定回転制御が行わ れている。 そして、ステップS292で点火時期および燃料噴射制御が実行される。 これにより、エンジン制御サブリーチンが終了し、また、排ガス浄化制御にお けるバッテリ2の充電制御(ステップS18〜28)が終了する。
【0036】 次に図3を参照すると、コントローラ5は、コントローラ5内の信号に基づい て車両のスタートキーがオフであるか否かを判定する(ステップS30)。 ステップS30の判定結果が否定の場合、つまり車両が走行中の場合には、上 述したステップS12の走行制御にリターンされ、再び上述したステップS12 〜30が実行される。
【0037】 また、ステップS30の判定結果が肯定の場合、つまり車両が停止された場合 には、キーオフ時の処置、例えば制御用メモリのバックアップ,各部品の状態チ ェック等を実行する(ステップS32)。 以上により、内燃エンジン4の排ガス浄化制御が終了する。 このように本ハイブリッド車の排ガス浄化装置では、内燃エンジン4が定回転 運転されることにより、発電器3は安定した電力を発生させることができると共 に、内燃エンジン4の排ガス中に含まれる有害物質が低減される。
【0038】 また、内燃エンジン4は、触媒が加熱され活性化された後に運転されるので、 排ガス中に含まれる有害物質が強力に浄化される。 そして、少なくともヒータ加熱触媒を加熱させ終えるまでの間、車両をバッテ リ2のみで余裕をもって走行させる分だけの電力を、バッテリ2が畜電している 状態で、バッテリ2の充電制御(ステップS18〜28)が実行されるように制 御されているので、ハイブリッド車の走行が走行途中で困難になることはない。 また、次回の車両の始動時には、前回の走行時にこのようにして充電されたバッ テリ2の畜電力のみにより、直ちに発進し走行することができる。
【0039】 なお、上述したヒータ加熱触媒9は電熱式のヒータにより触媒を加熱していた が、これに限定されるものではなく、触媒を加熱する熱源はどのようなものであ ってもよい。更に、上述したヒータ加熱触媒9は触媒とヒータとが一体に構成さ れていたが、これらを別体式としてもよい。 またコントローラ5は、本ハイブリッド車の排ガス浄化装置の制御を行うと同 時に、車両の他の作動を制御するものであってもよい。
【0040】 さらに、コントローラ5により実行されるステップS284〜290の内燃エ ンジン4の定回転制御において、内燃エンジン4の回転数Nを用いて内燃エンジ ン4が定回転運転されているか否かを判定していたが、他の変数を用いてこれを 判定してもよい。
【0041】
【考案の効果】
以上詳細に説明したように、本考案のハイブリッド車の排ガス浄化装置におい て、内燃エンジンは、排気パイプ内に配設され排ガスを浄化する触媒と、制御手 段により制御される触媒を加熱して触媒作用を高めるヒータ手段とを備え、制御 手段は、ヒータ手段により触媒を加熱させた後に内燃エンジンを作動させ、内燃 エンジンの作動時には、触媒が、十分に活性化され触媒作用が高められ終えてお り排ガスの浄化が十分に行える状態になっているので、ハイブリッド車の全作動 状態において、排ガス中の有害物質が強力に浄化される。
【0042】 一方、ヒータ手段により触媒を加熱させ終えるまでの間、電動モータはバッテ リから電力の供給を受け車両を駆動させるので、運転者はヒータ手段が触媒を加 熱させ終えるのを待つことなく、直ちに車両を発進させ走行させることできる。 このように、本考案のハイブリッド車の排ガス浄化装置では、排ガス中の有害 物質の浄化を強力に行う触媒とヒータ手段とが、所謂電気自動車の発電用内燃エ ンジンに配設され、そしてヒータ手段と内燃エンジンとの作動が適切に制御され て、ハイブリッド車の発電用内燃エンジンの排ガス浄化作用が飛躍的に向上され ている。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案のハイブリッド車の排ガス浄化装置の具
体的構成を示すブロック図である。
【図2】図1中のコントローラ5が実行する排ガス浄化
制御の、手順の一部を示すフローチャートである。
【図3】図1中のコントローラ5が実行する排ガス浄化
制御の、手順の残部を示すフローチャートである。
【図4】図1中のコントローラ5が実行する排ガス浄化
制御の、ステップS12の走行制御の手順を示すフロー
チャートである。
【図5】図1中のコントローラ5に予め設定されたアク
セルペダル踏込量θA と目標車速ST との関係を示す特
性図である。
【図6】図1中のコントローラ5に予め設定された実車
速SV と車速差ΔSと車体加速度αとの関係を示す特性
図である。
【図7】図1中のコントローラ5が実行する排ガス浄化
制御の、ステップS28のエンジン制御の手順を示すフ
ローチャートである。
【符号の説明】
1 電動モータ 2 バッテリ 3 発電器 4 内燃エンジン 5 コントローラ(制御手段) 6 電流制御装置 7 モータ温度センサ 8 排気パイプ 9 ヒータ加熱触媒(触媒,ヒータ手段) 10 触媒温度センサ 11 バッテリ容量センサ

Claims (1)

    【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 車両を駆動させる電動モータと、前記電
    動モータに電力を供給するバッテリと、前記バッテリを
    充電させる発電器と、前記発電器を駆動させる内燃エン
    ジンと、前記内燃エンジンの作動を制御する制御手段と
    を備えたハイブリッド車の排ガス浄化装置において、前
    記内燃エンジンは、排気パイプ内に配設され排ガスを浄
    化させる触媒と、前記制御手段に制御され前記触媒を加
    熱して触媒作用を高めるヒータ手段とを備え、前記制御
    手段は、前記ヒータ手段により前記触媒を加熱させた後
    に前記内燃エンジンを作動させることを特徴とするハイ
    ブリッド車の排ガス浄化装置。
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