(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と電動機とを走行用の駆動源とするハイブリッド車両に適用される凝縮水排出装置であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられ当該排気通路内に滞留した凝縮水を排出するように構成された排水弁と、
前記排水弁を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関が停止中であり且つ前記ハイブリッド車両が前記電動機を利用して走行中である場合にのみ、前記排水弁を開弁させるように構成され、
凝縮水の排出は、前記内燃機関の停止中に前記ハイブリッド車両が走行する場合にのみ行われることを特徴とする凝縮水排出装置。
【請求項２】
前記制御部は、予め設定されている前記凝縮水の排水禁止区域内において前記排水弁を開弁しないように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の凝縮水排出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関と電動機とを走行用の駆動源とするハイブリッド車両に適用される凝縮水排出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気通路では、燃料中の水分に起因する凝縮水が発生する場合がある。凝縮水は、内燃機関からの排気ガスが冷却される過程で発生するため、その発生は冷間始動時のように排気通路が十分に暖機されていない場合のほか、排気熱を機関の暖機に利用するための排気熱回収器が排気通路中に設けられている場合にも顕著になりうる。この凝縮水は、水流れによる異音、凍結による排気通路の閉塞、及び排気通路の各部の腐食を生ずるおそれがあるため、これを排出することが望ましい。
【０００３】
例えば特許文献１が開示する装置では、内燃機関の排気通路中に排気熱回収器が設けられている車両において、凝縮水の排出のために排気通路に排水弁を設置している。排水弁を開くことによって排気通路の内外が連通されて、凝縮水が排出される。この装置では、排出された凝縮水による駐車場所の路面の汚れを抑制するために、基準車速以上で走行中の場合にのみ、凝縮水の排出を行っている。これは、排出された凝縮水が、地面に溜まると埃を捕集し易くなり、かつ屋根のある敷地や駐車場内においては捕集された埃が風雨で洗い流されにくいためである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１３８１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、排気通路中に設けられた排水弁が開かれると、凝縮水と共に排気ガスも排気通路から排出されるため、この排気ガスが車室内に侵入するおそれがある。また、一般に凝縮水は排気通路の高温状態が続くことにより蒸発して除去され得るが、ハイブリッド車両では内燃機関の連続運転時間が短くなりがちであるため、内燃機関のみにより駆動される車両に比べて、凝縮水がより大きな問題となり得る。
【０００６】
本発明は、上記点に鑑み、排出した凝縮水による路面の汚れを抑制しつつ、凝縮水の排出に起因する車室内への排気ガスの侵入を抑制することができる凝縮水排出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明に係る凝縮水排出装置は、
内燃機関と電動機とを走行用の駆動源とするハイブリッド車両に適用される凝縮水排出装置であって、
前記内燃機関の排気通路に設けられ当該排気通路内に滞留した凝縮水を排出するように構成された排水弁と、
前記排水弁を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記内燃機関が停止中であり且つ前記ハイブリッド車両が前記電動機を駆動源として走行中である場合に、前記排水弁を開弁させるように構成されていることを特徴としている。
【０００８】
本発明では、制御部は、内燃機関が停止中であり且つ車両が電動機を駆動源として走行中である場合に、排水弁を開弁させる。凝縮水の排出が、車両が走行中である場合にのみ行われるので、駐車場所の路面の汚れを抑制することができる。また、凝縮水の排出が、内燃機関が停止中である場合にのみ行われるので、凝縮水の排出に伴う排気ガスの排出を抑制でき、これによって、車室内への排気ガスの侵入を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態に係るハイブリッド車両の概略構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態に係るハイブリッド車両の排気通路の概略構成を示す側面図である。
【図３】第１実施形態における排気熱回収器を示す側面図である。
【図４】第１実施形態におけるマフラーを示す側面図である。
【図５】第１実施形態における凝縮水排出制御の流れを示すフローチャートである。
【図６】第２実施形態における排気熱回収器を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面に従って説明する。図１は、本発明が適用されたハイブリッド車両１０の概略構成を示す。このハイブリッド車両１０は、走行用の駆動源として、内燃機関であるエンジン１２と、三相同期回転電機である車両駆動用モータ１４とを備えている。ハイブリッド車両１０はまた、駆動力の供給を受けて電力を発生する三相同期回転電機であるジェネレータ１６も備えている。
【００１１】
エンジン１２、車両駆動用モータ１４、およびジェネレータ１６は、動力分割機構１８を介して相互に連結されている。動力分割機構１８につながる車両駆動用モータ１４の回転軸には、減速機２０が接続されている。減速機２０は、モータ１４の回転軸と駆動輪２２につながる駆動軸２４とを連結している。動力分割機構１８は、エンジン１２の駆動力を、ジェネレータ１６側と減速機２０側とに分割する。動力分割機構１８による駆動力の配分は、任意に変更することができる。
【００１２】
ハイブリッド車両１０には、更に、インバータ２６、コンバータ２８、および高圧バッテリ３０が含まれている。インバータ２６は、ジェネレータ１６および車両駆動用モータ１４に接続されているとともに、コンバータ２８を介して高圧バッテリ３０にも接続されている。ジェネレータ１６で発電された電力は、インバータ２６を介して車両駆動用モータ１４に供給することもできるし、インバータ２６およびコンバータ２８を介して高圧バッテリ３０に充電することもできる。また、高圧バッテリ３０に充電されている電力は、コンバータ２８およびインバータ２６を介して車両駆動用モータ１４に供給することができる。
【００１３】
このハイブリッド車両１０では、車両駆動用モータ１４を停止させてエンジン１２の駆動力のみによって駆動輪２２を回転させることもできるし、逆に、エンジン１２を停止させて車両駆動用モータ１４の駆動力のみによって駆動輪２２を回転させることもできる。更に、車両駆動用モータ１４とエンジン１２の双方を作動させ、双方の駆動力によって駆動輪２２を回転させることもできる。また、ハイブリッド車両１０では、車両駆動用モータ１４をエンジン１２のスタータとして機能させることもできる。すなわち、エンジン１２の始動時に、車両駆動用モータ１４の駆動力の一部或いは全部を動力分割機構１８を介してエンジン１２に入力することで、エンジン１２をクランキングすることができる。
【００１４】
ハイブリッド車両１０は、さらに、カーナビゲーションシステム４１を備えている。カーナビゲーションシステム４１は、各種入力信号に基づいて演算を行うナビゲーション処理部のほか、人工衛星からの電波を受信するＧＰＳ受信機、地図情報が記録された地図データベース、車両１０の進行方向を検出するジャイロセンサ、表示部、音声出力部、操作部を含んで構成されている。地図データベースには、凝縮水の排出が禁止されている排水禁止区域を示す情報が予め入力されている。本実施形態では、屋根のある駐車場、立体駐車場、その他凝縮水の排出が困難な場所が、排水禁止区域として予め地図データベースに入力されている。排出された凝縮水は、地面に溜まると埃を捕集し易くなり、かつ屋根のある敷地や駐車場内においては捕集された埃が風雨で洗い流されにくいため、これらの場所では排出を禁止することが望ましい。この排水禁止区域の指定はユーザの入力操作によって行っても良い。
【００１５】
図２は、エンジン１２からの排気通路４８の構成を示す側面図である。エンジン１２の排気ポートには、上流側から順に、排気マニホールド４２、触媒装置４３、排気熱回収器４４、サブマフラー４５及びメインマフラー４６が、排気管４７によって接続されており、これらによって排気通路４８が構成されている。触媒装置４３は、例えば酸化触媒及び三元触媒を含んで構成されている。排気熱回収器４４は、エンジン１２の排気系から排気ガスの排気熱を回収して、この排気熱をエンジン１２の暖機促進等に利用するものである。
【００１６】
図３に示すように、排気熱回収器４４は、冷却水を流通させるための冷却ブロック５１，５２を、概ね円筒形のケース５３の内部に保持したものである。冷却ブロック５１，５２は、いずれも概ね円筒形かつ内部に空洞を有し、互いに同心円状をなしている。ケース５３は、排気が導入されるインレットパイプ５６と一体化された前ケース５３ａと、排気が排出されるアウトレットパイプ５７と一体化された後ケース５３ｂとを、互いに固定してなる。
【００１７】
インレットパイプ５６の下流側の端部には、中間パイプ５８がスペーサ５９を介して固定されており、中間パイプ５８には通孔である多数の低流量通路５８ａが穿設されている。冷却ブロック５２の下流側の端部は、環状の閉塞板５２ａによって閉塞されている。インレットパイプ５６から流入する排気ガスは、低流量通路５８ａ、及びインレットパイプ５６と中間パイプ５８との間のスペースを通じて、中間パイプの外側の領域へと流れ、冷却ブロック５２の上流側の端部の近傍を経由して、冷却ブロック５１，５２の間の空間を下流側に向けて流れる。
【００１８】
中間パイプ５８の下流側の端部には、支持片６０及び軸６１を介して、可動蓋６２が旋回可能に支持されている。可動蓋６２は、不図示のバネにより中間パイプ５８の下流側の端部を閉じる方向に常時付勢されており、かつ排気ガスの流量が所定値よりも大きくなると、排気圧力によって図中矢印ａ方向に旋回する。可動蓋６２が開いているとき、排気ガスは中間パイプ５８から下流側に向けてまっすぐに排出される。
【００１９】
冷却ブロック５１，５２には、水供給管５４及び水排出管５５がそれぞれ接続されている。水供給管５４は排気熱回収器４４の上部側で、また水排出管５５は排気熱回収器４４の下部側で、それぞれ冷却ブロック５１，５２に接続されている。水供給管５４及び水排出管５５は、エンジン１２のウォータージャケット（不図示）に接続されている。水供給管５４は、エンジン冷却用のウォーターポンプ（不図示）の吐出側に、ラジエータ（不図示）への冷却水通路から分岐して接続されており、ウォーターポンプから吐出された冷却水が、水供給管５４を経由して、冷却ブロック５１，５２に供給され、排気熱を回収してエンジン１２に還流するように構成されている。
【００２０】
図４に示すように、メインマフラー４６は、ケース７１の内部に設けられた仕切板７２，７３を貫いて、インレットパイプ７４及びアウトレットパイプ７５が配置されてなる。アウトレットパイプ７５には、筒状のディフューザ７６が固定されている。ディフューザ７６を設けた目的は、排出音の低減、外部からアクセスしうる場所における排気ガス温度及び排気管温度の低減、及び意匠性の向上にある。
【００２１】
メインマフラー４６のケース７１の最下部には、凝縮水捕捉用の低位部７７が形成されている。ケース７１内で生じた凝縮水は、自重により低位部７７に流入する。低位部７７の下流側の端部の底面に沿って、ケース７１の外部に通じる排水パイプ７８が設けられ、さらに、この排水パイプ７８を開閉するための排水弁７９が設けられている。排水弁７９は例えばバタフライ弁である。排水パイプ７８の後端部は、ディフューザ７６の内部に向けて開放している。そして排水弁７９は、例えばモータからなる排水弁アクチュエータ８０によって開閉される。排水弁７９は、通常時は閉鎖状態を維持している。すなわち通常時はメインマフラー４６の内部と外部とが連通しないようになっている。本実施形態における排水点である排水パイプ７８の後端部は、車室よりも後方にある。
【００２２】
本実施形態のハイブリッド車両１０は、本発明における制御部としてのＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）４０によって制御されている。ＥＣＵ４０は周知のディジタルコンピュータであり、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｄ／Ａ変換器及びＡ／Ｄ変換器などを含んで構成される。ＥＣＵ４０には、不図示のアクセルペダルの近傍に設けられたアクセル開度センサ９１と、駆動輪２２の近傍に設けられた車速センサ９２と、高圧バッテリ３０の充電状態（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  ｃｈａｒｇｅ；  ＳＯＣ）を検出するＳＯＣセンサ９３とが接続されている。ＳＯＣセンサ９３は、電流センサ、電圧センサ及び温度センサを備え、高圧バッテリ３０の電流と電圧と温度とを用いて、高圧バッテリ３０のＳＯＣを取得する。ＳＯＣとは、高圧バッテリ３０の満充電時を１００％、バッテリが空の時を０％としたときの高圧バッテリ３０の充電率で示される指標である。ＥＣＵ４０には更に、排水弁７９（図２、図４）を駆動するための排水弁アクチュエータ８０が接続されている。ＥＣＵ４０には更に、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ９４、外気温を検出する外気温センサ９５、及び外気湿度を検出する外気湿度センサ９６が接続されている。
【００２３】
ＥＣＵ４０は、走行のための駆動制御として、エンジン１２、車両駆動用モータ１４、ジェネレータ１６、動力分割機構１８、インバータ２６、およびコンバータ２８等を含むハイブリッド車両１０の全体を総合的に制御している。この駆動制御は、基本的にはアクセル開度センサ９１、車速センサ９２及びＳＯＣセンサ９３の検出値に基づいて実行される。カーナビゲーションシステム４１は、車両１０の現在位置情報と、排水禁止区域を示す情報とを、ＥＣＵ４０からの要求に応答して出力する。ＥＣＵ４０は更に、車両１０の運転状態及びカーナビゲーションシステム４１からの情報に基づいて、排水弁アクチュエータ８０を制御するように構成されている。
【００２４】
以上のとおり構成された本実施形態の凝縮水排出装置の制御について、図５に基づいて説明する。図５は、ＥＣＵ４０のＣＰＵがＲＯＭ等に格納された制御プログラムに従って行う凝縮水排出制御の流れを示すフローチャートである。本制御は、車両１０のイグニッションスイッチがオンされているときに実行される。
【００２５】
まず、ＥＣＵ４０は、車両１０の運転状態を示す各パラメータを読み込む（Ｓ１０）。ここでＥＣＵ４０が読み込む情報は、カーナビゲーションシステム４１からの現在位置情報と排水禁止区域を示す情報、各種センサ９１〜９６からの情報に加え、ＥＣＵ４０自体によって実行されている駆動制御におけるエンジン１２、車両駆動用モータ１４、ジェネレータ１６、動力分割機構１８、インバータ２６、コンバータ２８等の制御状態の情報を含む。
【００２６】
次にＥＣＵ４０は、車両１０が車両駆動用モータ１４により走行中かを判断する（Ｓ２０）。車両駆動用モータ１４による走行中でない場合、例えば停車中あるいはエンジン１２による走行中の場合には、ステップＳ２０で否定される。
【００２７】
ステップＳ２０で肯定、すなわち車両駆動用モータ１４により走行中である場合には、次にＥＣＵ４０は、車速が既定値Ｖｔｈ以上かを判断する（Ｓ３０）。ここで既定値Ｖｔｈは、０ｋｍ／ｈより大きい値であって、例えば車速がこの値以上であれば、車両１０が走行中であるとみなすことができる値（本実施形態では５ｋｍ／ｈ）に設定することができる。車速が既定値Ｖｔｈ未満の場合には、ステップＳ３０で否定される。
【００２８】
ステップＳ３０で肯定、すなわち車速が既定値Ｖｔｈ以上の場合には、次にＥＣＵ４０は、エンジン１２が停止中であるかを判断する（Ｓ４０）。エンジン１２が停止中でない場合には、ステップＳ４０で否定される。
【００２９】
ステップＳ４０で肯定、すなわちエンジン１２が停止中である場合には、次にＥＣＵ４０は、車両１０の現在位置が、排水禁止区域の外であるかを判断する（Ｓ５０）。排水禁止区域内である場合には、ステップＳ５０で否定される。
【００３０】
ステップＳ５０で肯定、すなわち排水禁止区域外である場合には、次にＥＣＵ４０は、メインマフラー４６内の推定凝縮水量が、既定値Ｃｔｈ以上であるかを判断する（Ｓ６０）。この推定凝縮水量は、例えば冷間始動後所定時間内のエンジン１２の運転時間、エンジン水温、外気温度、外気湿度、エンジン１２の暖機後の運転時間、暖機後の運転終了からの経過時間に基づいて、所定の関数により算出することができる。推定凝縮水量が、既定値Ｃｔｈ未満の場合には、ステップＳ６０で否定される。
【００３１】
ステップＳ６０で肯定、すなわち推定凝縮水量が既定値Ｃｔｈ以上である場合には、次にＥＣＵ４０は、排水弁７９の開放時間が既定値Ｔｔｈ以上かを判断する（Ｓ７０）。この既定値Ｔｔｈは、排水弁７９の開放が開始されてから既定値Ｃｔｈの量の凝縮水が排出されるのに十分な時間に設定されている。初期状態では排水弁７９がまだ開放されていないため、ステップＳ７０で否定される。
【００３２】
ステップＳ７０で否定、すなわち推定凝縮水量が既定値Ｃｔｈ以上である場合には、次にＥＣＵ４０は、排水弁アクチュエータ８０に対する開放指示を出力する（Ｓ８０）。これによって排水弁７９は、それが閉じていた場合には開かれ、開いていた場合には開放状態が維持される。これにより、メインマフラー４６の内部と外部とが連通状態になるため、メインマフラー４６内に滞留した凝縮水が外部に排出される。次にＥＣＵ４０は、排水弁７９の開放状態の継続時間を示す開放時間カウンタをインクリメントし（Ｓ９０）、処理はリターンされる。
【００３３】
そして、ステップＳ２０からＳ６０までのいずれかで否定、又はステップＳ７０で肯定の場合には、処理はステップＳ１００に移行して、ＥＣＵ４０は、排水弁アクチュエータ８０に対する閉鎖指示を出力する。これによって排水弁７９は、それが開いていた場合には閉じられ、閉じていた場合には閉鎖状態が維持される。最後にＥＣＵ４０は、開放時間カウンタを０にリセットし（Ｓ１１０）、処理はリターンされる。
【００３４】
以上の処理の結果、本実施形態では、エンジン１２が停止中（Ｓ４０）であり、且つ車両１０が車両駆動用モータ１４によって走行中（Ｓ２０）である場合に限って、排水弁７９が開弁されることになる。したがって、本実施形態では、凝縮水の排出が、車両１０が走行中である場合にのみ行われるので、排出した凝縮水による路面の汚れを抑制することができる。また、凝縮水の排出が、エンジン１２が停止中である場合にのみ行われるので、凝縮水の排出に伴う排気ガスの排出を抑制でき、これによって、車室内への排気ガスの侵入を抑制することができる。
【００３５】
また、本実施形態では、凝縮水の排水が、車両１０が排水禁止区域の外にある場合にのみ行われる（Ｓ５０）ので、排水禁止区域内における排水を効果的に回避することができる。
【００３６】
また、本実施形態では、凝縮水がディフューザ７６の内部に放出されるので、アウトレットパイプ７５から放出される排気の圧力を利用して、凝縮水を効果的に霧化ないし放散させることができる。
【００３７】
なお、本実施形態における低位部７７に、凍結対応用の電熱式のヒータを設け、外気温が氷点下で放置時間が既定値以上かつ推定凝縮水量が既定値以上である場合に、車両１０のイグニッションスイッチがオンされると同時に、このヒータを起動させても良い。排気弁７９の開放は、このヒータの通電開始から推定凝縮水量の凝縮水が融解されるのに十分な時間が経過したことを条件に許容しても良い。
【００３８】
また、本実施形態ではエンジン１２が動作中である場合に排水弁７９を閉じるように構成したが（Ｓ４０・Ｓ１００）、エンジン１２の始動前であっても、始動条件が成立した場合には、排水弁７９を閉じるように構成してもよく、その場合にはエンジン１２の始動前に排水弁７９を確実に閉鎖することができる。
【００３９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について、図６に従って説明する。本発明における排水弁は、排気通路中の任意の位置に設けることができる。第２実施形態は、上記第１実施形態における排気熱回収器４４に、凝縮水を排出するための排水弁１７９を設けたものである。
【００４０】
図６に示されるように、排気熱回収器４４のケース５３の最下部には、凝縮水捕捉用の低位部１７７を含む捕捉室１７６が形成されている。ケース５３内で生じた凝縮水は、自重により低位部１７７に流入する。低位部１７７の下流側の端部の底面に沿って、ケース５３の外部に通じる排水パイプ１７８が設けられ、排水弁１７９は、捕捉室１７６と排水パイプ１７８との間を選択的に閉鎖又は開放するように構成されている。排水弁１７９は、弁体１７０、弁軸１７１及びバネ１７２を備えており、例えばソレノイドからなる排水弁アクチュエータ１８０によって開閉される。弁体１７０はバネ１７２によって閉方向に常時付勢されており、これによって排水弁１７９は、通常時は閉鎖状態を維持している。すなわち、通常時は排気熱回収器４４の内部と外部とが連通しないようになっている。
【００４１】
第２実施形態の残余の部分の構成は上記第１実施形態と同様であり、上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。なお、第２実施形態ではメインマフラー４６には排出弁７９を設けないが、排出弁７９を設けても良い。
【００４２】
以上のとおり構成された第２実施形態では、上記第１実施形態における凝縮水排出制御をそのまま適用することができる。すなわち、上記第１実施形態における図５の凝縮水排出制御において排水弁アクチュエータ８０に対してされた出力を、第２実施形態における排水弁アクチュエータ１８０に対してそのまま印加することができる。第２実施形態では、排気熱回収器４４内の凝縮水について、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。特に、第２実施形態では、排水点である排気熱回収器４４の排水パイプ１７８が車室の真下または車室よりも前方にあったとしても、凝縮水の排出に伴う車室内への排気ガスの進入を好適に抑制することができ有利である。ただし、本発明は排水点が車室の真下または車室よりも前方にある場合以外（すなわち、第１実施形態のように、排水点が車室よりも後方にある場合）についても、好適に適用することができる。
【００４３】
また、第２実施形態では、排気ガスの主流から凝縮水を隔離する捕捉室１７６を設けたので、凝縮水の排出性を向上することができ、捕捉室１７６の入口の狭窄による圧損及び凝縮水のバリア性によって排水パイプ１７８を通じた排気ガスの排出を抑制することができ、捕捉室１７６の内部に捕捉された凝縮水を排気ガスの主流から隔離することで冷却することができ、さらに捕捉室１７６の外部の排気通路における広い範囲の壁面における凝縮水の再蒸発による濃縮を抑制することができる。
【００４４】
本発明は上述した態様のみに限らず、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が本発明に含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１２  エンジン
１４  車両駆動用モータ
４４  排気熱回収器
４６  メインマフラー
４８  排気通路
７９，１７９  排水弁
８０，１８０  排水弁アクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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