(57)【要約】【課題】  プラグインハイブリッド車両において、ＣＤモードからＣＳモードに切り替わる際に、内燃機関が冷機状態から始動することにより排出される有害な排出ガスを抑制する内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】  プラグインハイブリッド車両において、ＣＤモードからＣＳモードに切り替る際に、運転を開始する内燃機関の燃焼モードを、最大エンジントルクから、内燃機関への要求トルクとモータ装置のトルクとの差分である要求エンジントルクを差し引いた値の、最大エンジントルクに対する割合であるトルク余裕率に応じて触媒昇温モードまたはリーン燃焼モードを選択する。【選択図】  図５
2014172531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガスを浄化する触媒装置を備えた内燃機関を停止させ、車両外部からの電源により充電可能なバッテリ装置に蓄えられた電力により駆動されるモータ装置の動力のみで走行する第１モードと、前記内燃機関を運転させて前記内燃機関及び前記モータ装置の動力で走行する第２モードを有し、
前記第１モードから前記第２モードへ切り替わることにより内燃機関が運転される際に、最大エンジントルクから、内燃機関への要求トルクとモータ装置のトルクとの差分である要求エンジントルクを差し引いた値の、最大エンジントルクに対する割合であるトルク余裕率に応じて、内燃機関の燃焼モードを変更して内燃機関を運転することを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関の燃焼モードは、前記内燃機関のトルク余裕率が閾値より高い場合は、排気ガスを浄化する触媒装置の昇温を促進する触媒昇温モードとすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関の燃焼モードは、前記内燃機関のトルク余裕率が閾値より低い場合は、触媒装置に流入する前記内燃機関からの有害な排気ガス成分を低濃度に抑えるリーン燃焼モードとすることを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記触媒昇温燃焼モードは、前記要求エンジントルクに応じて点火リタード量を決定し、前記要求エンジントルクが低いほど点火リタード量を多くすることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記リーン燃焼モードは、前記要求エンジントルクに応じて混合比を決定し、前記要求エンジントルクが低いほど混合比を薄くすることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
排気ガスを浄化する触媒装置を備えた内燃機関を停止させ、車両外部からの電源により充電可能なバッテリ装置に蓄えられた電力により駆動されるモータ装置の動力のみで走行する第１モードと、前記内燃機関を運転させて前記内燃機関及び前記モータ装置の動力で走行する第２モードを有し、
前記第１モードから前記第２モードへ切り替ることにより内燃機関が運転される際に、最大エンジントルクから、内燃機関への要求トルクとモータ装置のトルクとの差分である要求エンジントルクを差し引いた値の、最大エンジントルクに対する割合であるトルク余裕率に応じて内燃機関の燃焼モードが触媒昇温モードに選択されている間、内燃機関のトルク低下分を一時的に前記モータ装置から定格トルク以上出力させて補うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
排気ガスを浄化する触媒装置を備えた内燃機関を停止させ、車両外部からの電源により充電可能なバッテリ装置に蓄えられた電力により駆動されるモータ装置の動力のみで走行する第１モードと、前記内燃機関を運転させて前記内燃機関及び前記モータ装置の動力で走行する第２モードを有し、
前記第１モードから前記第２モードへ切り替ることにより内燃機関が運転される際に、最大エンジントルクから、内燃機関への要求トルクとモータ装置のトルクとの差分である要求エンジントルクを差し引いた値の、最大エンジントルクに対する割合であるトルク余裕率に応じて内燃機関の燃焼モードがリーン燃焼モードに選択されている間、内燃機関のトルク低下分を一時的に前記モータ装置から定格トルク以上出力させて補うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラグインハイブリッド車両に搭載される内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃費性能や排気性能向上を目的として、信号待ちなどで一時的に内燃機関を自動的に停止させ、その後運転者のアクセル操作で自動的に内燃機関を再始動させるアイドルストップ機能付き車両が実用化されている。
【０００３】
また、内燃機関とモータとを備えたハイブリッド車両においても、モータを駆動させる電力を蓄えたバッテリの蓄電量が十分で、且つ運転者の要求駆動力が所定値以下の場合は、走行中であっても内燃機関の運転が自動的に停止される。その後、バッテリの充電が必要と判断される場合や、運転者からの加速要求により要求駆動力が所定値以上の場合は、自動的に内燃機関の運転が再開される。
【０００４】
近年では、モータを駆動させるバッテリを家庭用電源等の車両外部の電源により充電可能な、プラグインハイブリッド車両も実用化され始めた。家庭用電源等の電力は電力会社等によって効率的に発電されたものであるため、プラグインハイブリッド車両ではバッテリの電力を優先的に用いて走行する。
【０００５】
例えば、バッテリの蓄電量が下限値以上であればモータのみで走行し、バッテリの蓄電量が下限値未満となった場合は内燃機関及びモータで走行する。しかしながら、バッテリを充電するために内燃機関をすぐに始動すると、排気ガスを浄化する触媒装置がまだ活性化されておらず、排気ガス性能が悪化する。これに対しては、バッテリの蓄電量に余裕があるうちにヒータにより触媒を暖機する技術が特許文献１に開示されている。
【０００６】
また、特許文献２には、内燃機関から排出される有害な排気ガス成分を浄化する触媒装置を早期に活性化させるために、モータのみによる走行モード中に、内燃機関を間欠運転させる技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２６９２０８号公報
【特許文献２】特開２０１１−５１３９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ハイブリッド車両では、車両の運転開始時は内燃機関を始動させ、始動直後から触媒を早期に活性化させるために積極的に触媒昇温燃焼を行う。この燃焼はアイドル状態のみならず、低負荷領域の運転でも継続される。触媒装置の活性化が終了するまでは内燃機関の運転を継続し、触媒装置が活性後は必要に応じて内燃機関を間欠運転させるＨＥＶ走行モードに移行する。
【０００９】
一方、プラグインハイブリッド車両は、車両運転開始時は車両外部電源により蓄えられたバッテリの電力でモータ走行を開始し、バッテリの蓄電量を表す指標であるＳＯＣが下限値に達するまでモータのみによるＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ）走行モードが継続される。
【００１０】
ＳＯＣが下限値に達すると内燃機関が始動され、これ以降は車両の運転が停止されるまで内燃機関及びモータによるＣＳ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ）モードが継続される。また、ＣＤモード走行中であっても、運転者の加速要求により要求駆動力がモータ定格出力を上回る状態となると、不足分の駆動力を補うために瞬時に内燃機関を始動させてＣＳモードに切り替わる。このとき内燃機関は、冷機状態から始動し瞬時に高負荷状態となる場合があり、有害な成分を含む排気ガスが活性化前の触媒装置を通過し、浄化されない排気ガスが大気に放出され、大気環境の悪化を招く。
【００１１】
本発明の目的は、プラグインハイブリッド車両において、ＣＤモードからＣＳモードに切り替わる際、内燃機関が冷機状態から始動することにより排出される有害な排出ガスを抑制する内燃機関の制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、かかる目的を達成すべく、プラグインハイブリッド車両において、ＣＤモードからＣＳモードに切り替る際に、運転を開始する内燃機関の燃焼モードを、トルク余裕率に応じて触媒早期活性化モードまたはリーン燃焼モードに選択するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、プラグインハイブリッド車両において、ＣＤモードからＣＳモードへ切り替わる際に、冷機状態から始動する内燃機関から放出される有害な排気ガスを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態によるプラグインハイブリッド車両を示す全体図である。
【図２】本発明の一実施形態によるプラグインハイブリッド車両の制御フローチャートである。
【図３】本発明の一実施形態による内燃機関を示す全体図である。
【図４】本発明の一実施形態による内燃機関制御ユニットの入出力ブロック図である。
【図５】ＣＳモード中における燃焼モードの切り替え制御フローチャートである。
【図６】要求トルクが低い場合のエンジントルク余裕率を示すグラフである。
【図７】要求トルクが高い場合のエンジントルク余裕率を示すグラフである。
【図８】触媒昇温モード中の点火リタード量の一例を示すグラフである。
【図９】リーン燃焼モード中のＡ／Ｆの一例を示すグラフである。
【図１０】触媒昇温モード／リーン燃焼モード遷移直後のモータ出力トルクを示すタイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態を図１〜図１０に基づいて詳細に説明する。
【００１６】
図１は本実施形態におけるプラグインハイブリッド車両全体のシステム構成概略図である。図１のシステム構成概略図は、本願発明における一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００１７】
モータ／ジェネレータ３は、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータ／ジェネレータであり、モータコントローラ８からの制御指令に基づいて、インバータ２により作り出された三相交流を印加することにより制御される。
【００１８】
このモータ／ジェネレータ３は、高電圧バッテリ１からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作する（力行）。また、ロータがエンジン４（内燃機関）や駆動輪から回転エネルギを受ける場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能し、バッテリ１を充電することもできる（回生）。上記の動作は、ハイブリッドコントローラ１０から各部へ通信を行うことで実現する。
【００１９】
エンジン４は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、エンジンコントローラ９からのエンジン制御指令に基づいて、エンジン始動制御やエンジン停止制御，スロットルバルブのバルブ開度制御，燃料カット制御等が行われる。
【００２０】
また、当該車両はエンジン始動用のスタータ６を有しており、車両に搭載された補機類を駆動させる低電圧バッテリ５により駆動される。スタータ６は、スタータ６に搭載されたピニオンギア１１とエンジン４に搭載されたリングギア１２とでエンジン４と連結することができる。スタータ６とピニオンギア１１は連結されており、スタータ６が回転するとピニオンギア１１も回転する構成となっている。ピニオンギア１１はスタータ６に通電するための駆動リレーとは異なるリレーを有しており、当該リレーに通電することにより、ピニオンギア１１が押し出され、リングギア１２と連結することができる。
【００２１】
このプラグインハイブリッド自動車は、駆動形態の違いによる走行モードとして、電気自動車走行モード（以下、ＥＶモード）と、ハイブリッド車走行モード（以下、ＨＥＶモード）と、を有する。
【００２２】
ＥＶモードは、モータ／ジェネレータ３を駆動源として走行するモードであり、モータ走行モード・回生走行モードを有し、何れかのモードにより走行する。このＥＶモードは、要求トルクが低く、高電圧バッテリ１のＳＯＣが確保されているときに選択される。
【００２３】
ＨＥＶモードは、エンジン４とモータ／ジェネレータ３を駆動源として走行するモードであり、モータアシスト走行モード・発電走行モード・エンジン走行モードを有し、何れかのモードにより走行する。このＨＥＶモードは、要求トルクが高いとき、あるいは、高電圧バッテリ１のＳＯＣが不足するようなときに選択される。
【００２４】
車両外部における電源からの電力で充電することが可能なプラグインハイブリッド車両では、バッテリの電力を優先的に用いることが一般に行われており、高電圧バッテリ１のＳＯＣが大きい場合には、ＣＤモード（第１モード）となりＥＶ走行モードを行い、高電圧バッテリ１のＳＯＣが低下した場合にはＣＳモード（第２モード）となり、エンジンを始動させてＨＥＶ走行モードとなる。
【００２５】
ＣＤモードからＣＳモードへの切り替わりに関する制御の一例を図２に用いて説明する。
【００２６】
まず、Ｓ２０１では充電直後であり高電圧バッテリ１のＳＯＣが大きいためＣＤモードとなり、ＥＶ走行モードを優先させる。Ｓ２０２では高電圧バッテリ１のＳＯＣを算出し、Ｓ２０３では算出されたＳＯＣが閾値Ｓ１以下となったか否かの判定を行う。なお、閾値Ｓ１は、非常に低い値に設定される。すなわち、高電圧バッテリ１には電力会社などによって非常に効率よく発電された電力が充電されているため、高電圧バッテリ１の電力をほぼ使い果たすまで、ＥＶ走行することを優先させる。
【００２７】
ＳＯＣが閾値Ｓ１以上の場合にはＳ２０４に進み、ＳＯＣがＳ１以下の場合にはＳ２０５に進みＣＳモードに移行する。Ｓ２０４では車両側からの要求トルクがモータの定格トルク以上か否かの判定を行う。要求トルクがモータの定格トルク未満の場合は、Ｓ２０６に進みＣＤモードを継続する。要求トルクがモータの定格トルク以上の場合は、Ｓ２０５に進みＣＳモードに移行する。ＣＳモードに移行した場合、Ｓ２０７に進み、エンジンを始動してＨＥＶ走行モードに移行する。エンジン始動後はＨＥＶ走行モードを継続することになる。
【００２８】
図３は、本発明の一実施形態をなす内燃機関４の制御システム全体の構成概略図である。図３のシステム構成図は、本願発明における一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２９】
エアクリーナ３０２の入口部から取り入れられた吸入空気は、吸入空気流量計（エアフロセンサ）３０３を通り、吸入空気流量を制御する電制スロットル弁３０４を通って各シリンダに接続された吸気管３０５に分配された後、各気筒の吸気弁１１９を通り燃焼室３０６に導入される。
【００３０】
また、前記吸入空気流量計３０３からは、前記吸入空気流量を表す信号がエンジン制御ユニット３０１に出力される。前記電制スロットル弁３０４には、その開度を検出するスロットル開度センサ３０７が取り付けられており、その信号もエンジン制御ユニット３０１に出力される。また、前記吸気管３０５には吸入空気温度を検出する吸気温度センサ（図示省略）が取り付けられており、その信号もエンジン制御ユニット３０１に出力される。
【００３１】
燃料は、低圧燃料ポンプ（図示省略）により１次加圧された後、高圧燃料ポンプ３０８で更に高い圧力に２次加圧され、コモンレール３１７を介して各シリンダに設けられている燃料噴射弁３０９から燃焼室３０６に噴射される。前記燃焼室３０６に噴射された燃料は、吸入空気との混合気を生成し、点火コイル３１０からの点火エネルギにより点火プラグ３１１で着火され、燃焼室内３０６で燃焼する。
【００３２】
燃焼室３０６にて燃焼後の排気ガスは排気管へ排出され、排気管の途中には、ＥＧＲ取入口が形成されている。排気管を流れる排気ガスの一部（ＥＧＲガス）は、ＥＧＲ取入口よりＥＧＲ管３１２を通ってＥＧＲ制御弁３１３へ流れ、ＥＧＲ取出口を経て吸気管内３０５に還流する。ＥＧＲガス流量はＥＧＲ制御弁３１３によって調節される。ＥＧＲ管３１２内にはＥＧＲガス流量を計測するためのＥＧＲ流量センサ３１４が取り付けられる。ＥＧＲ流量センサ３１４の流量検出信号はエンジン制御ユニット３０１に出力する。
【００３３】
排気管に排出された排気ガスは、触媒装置３２２にて有害な排気成分を浄化された後に大気に放出される。
【００３４】
エンジンのクランク軸３１５に取り付けられたクランク角センサ３１６は、クランク軸３１５の回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット３０１に出力する。また、エンジンのカム軸１２０に取り付けられたカム角センサ３２１は、カム軸１２０の回転位置を表す信号をエンジン制御ユニット３０１に出力する。
【００３５】
図４にエンジン制御ユニットの入出力関係を示す。エンジン制御ユニット３０１は、Ａ／Ｄ変換器を含むＩ／ＯＬＳＩ３０１ａ，ＣＰＵ３０１ｂ等から構成され、エアフロセンサ３０３，スロットルセンサ３０７，カム角センサ３２１，クランク角センサ３１６，水温センサ４０２，空燃比センサ４０３，燃圧センサ４０４，油温センサ４０５，吸気温センサ，ＥＧＲガス流量センサ３１４を含む各種センサ等からの信号を入力として取り込み、所定の演算処理を実行し、演算結果として算出された各種の制御信号を出力し、アクチュエータである電制スロットル弁３０４，高圧ポンプソレノイド４０６，点火コイル３１０，低圧燃料ポンプ，各インジェクタ３０９，可変バルブタイミングソレノイド等に所定の制御信号を供給し、コモンレール内燃圧制御，燃料噴射量制御及び点火時期制御等を実行するものである。Ｉ／ＯＬＳＩ３０１ａには各インジェクタ３０９を駆動する駆動回路が設けられており、バッテリから供給される電圧を昇圧回路（図示せず）を用いて昇圧して供給し，ＩＣ（図示せず）によって電流制御することによって各インジェクタを駆動する。
【００３６】
図５は、燃焼制御モードの制御内容を示すフローチャートである。図５の内容は、エンジン制御ユニット３０１のＣＰＵ３０１ｂにプログラミングされ、あらかじめ定められた周期で繰り返し実行される。
【００３７】
図２のＳ２０５でＣＳモード選択されると、Ｓ５０１でＣＳモードが設定され、Ｓ５０２でエンジンを始動する。Ｓ５０３でエンジンの冷却水温度が所定温度Ｔｗ１未満か否かを判断し、冷却水温度が所定温度Ｔｗ１以上の場合は、Ｓ５０９の通常燃焼モードに移行し終了する。（本実施形態では、水温をみることにより、エンジン温度を監視し、そのエンジン温度から触媒温度を推定している。）
Ｓ５０３で冷却水温度が所定温度Ｔｗ１未満と判断した場合はＳ５０４に移行し、エンジンの出力トルク余裕率が予め設定されたが所定トルクＴＴｑ１未満か否かを判断する。出力トルク余裕率が所定トルクＴＴｑ１未満の場合は、Ｓ５０５のリーン燃焼モードに移行する。出力トルク余裕率が所定トルクＴＴｑ１以上の場合は、Ｓ５０６の触媒昇温モードに移行する。すなわち、エンジンの出力トルクに余裕が無い場合はＳ５０５のリーン燃焼モードへ移行し、エンジンの出力トルクに余裕がある場合は、Ｓ５０６の触媒昇温モードに移行する。
【００３８】
その後、Ｓ５０７及びＳ５０８では、センサによる計測または推定された触媒温度が所定温度（Ｔｃ１またはＴｃ２）を超えたか否かを判定し、超えていない場合は触媒昇温モードまたはリーン燃焼モードを継続させる。触媒温度が所定値（Ｔｃ１またはＴｃ２）を超えた場合はＳ５０９に移行し、通常燃焼モードとなる。
【００３９】
図６〜７を用いて、エンジンの出力トルク余裕率の求め方を示す。図６は車両からの要求トルクが低い場合，図７は車両からの要求トルクが高い場合を示す。図６（ａ），図７（ａ）に示すように、車両からの要求トルクは、モータの定格トルクでは足りない不足トルク分をエンジントルクで補うことにより実現される。図６（ｂ），図７（ｂ）に示すように車両からの要求トルクが高いほど、エンジンへの要求エンジントルクは高くなり、エンジンが出力可能な最大トルクに対するエンジントルク余裕率は低くなる。
【００４０】
エンジントルク余裕率は、車両からの要求トルクとモータの定格トルクとの差分である不足トルク分（＝要求エンジントルク），内燃機関が出力可能な最大エンジントルクから、以下の式で算出する。
【００４１】
【数１】
2014172531.tif 000003
【００４２】
図８を用いて、触媒昇温モード中の点火タイミングリタード量を示す。図８に示すように、要求エンジントルクが低い場合は点火タイミングリタード量を多くし、要求エンジントルクが高い場合は、点火タイミングリタード量を少なくすることにより、エンジントルクの低下を抑えながら触媒昇温できるようにする。
【００４３】
図９を用いて、リーン燃焼モード中のＡ／Ｆ（ストイキ以下）を示す。図９に示すように、要求エンジントルクが低い場合はＡ／Ｆを薄くし、要求エンジントルクが高い場合はＡ／Ｆを（最大ストイキまで）濃くすることにより、エンジントルクの低下を抑えながら、有害な排気ガスの排出を抑制する。
【００４４】
図１０を用いて、触媒昇温モード及びリーン燃焼モードに切り替わった直後のモータトルクの出力方法を示す。モータには常時出力可能な定格トルクが設定されているが、短時間で且つバッテリに余裕がある場合は、モータから定格以上のトルクを出力させることが可能である。触媒昇温モード及びリーン燃焼モードに切り替わった直後にエンジントルクの低下が見込まれる場合、一時的（短時間）に定格以上のトルクをモータから出力し、エンジントルクの低下分を補う。
【００４５】
以上示したように、本実施形態における内燃機関の制御装置によれば、エンジントルクに余裕がある場合（トルク余裕率＜ＴＴｑ１）は、触媒昇温モードに移行し、点火タイミングをリタードさせることにより排気温度を高めて触媒装置３２２の暖機促進を図る。これにより、触媒装置３２２が早期に活性化されるため、浄化されない排気ガスが大気に放出されることを抑制することができ、大気環境の悪化を抑制することが可能となる。
【００４６】
さらに、エンジントルクに余裕がある場合に点火タイミングのリタード量を多くし、エンジントルクに余裕が無い場合に、点火タイミングのリタード量を小さくすることにより、エンジントルクの低下を抑えながら触媒装置３２２を昇温することが可能となる。
【００４７】
また、通常の燃焼モードで燃焼させると有害な排気ガスが排出されるため、触媒装置３２２が活性化していない状態だと、有害な排気ガスが排出されることとなる。そこで、触媒装置３２２が活性化していない状態で、かつ、エンジントルクに余裕が無く触媒昇温モードに移行できない場合は、リーン燃焼モードでストイキ以下にＡ／Ｆを薄くすることにより、エンジン４からの有害な排気ガス成分を低濃度に抑制することができ、大気環境の悪化を抑制することが可能となる。
【００４８】
さらに、要求エンジントルクが低い（エンジントルクに余裕がある）場合はＡ／Ｆを薄くし、要求エンジントルクが高い場合はＡ／Ｆを濃く（最大ストイキまで）することにより、エンジントルクの低下を抑えながら有害な排気ガスの排出を抑制することが可能となる。
【００４９】
また、触媒昇温モード及びリーン燃焼モードに切り替わった直後にエンジントルクの低下が見込まれる場合、一時的（短時間）に定格以上のトルクをモータから出力することにより、エンジントルクの低下分を補うことが可能となる。
【符号の説明】
【００５０】
１…高電圧バッテリ
２…インバータ
３…モータ/ジェネレータ（モータ装置）
４…エンジン（内燃機関）
６…スタータ
７…バッテリントローラ
８…モータコントローラ
９…エンジンコントローラ
１０…ハイブリッドコントローラ
１１９…吸気弁
３２２…触媒装置
【図１】
2014172531.tif 000004
【図２】
2014172531.tif 000005
【図３】
2014172531.tif 000006
【図４】
2014172531.tif 000007
【図５】
2014172531.tif 000008
【図６】
2014172531.tif 000009
【図７】
2014172531.tif 000010
【図８】
2014172531.tif 000011
【図９】
2014172531.tif 000012
【図１０】
2014172531.tif 000013