JP6390100B2 - プラグインハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両の駆動源としてエンジンとモータとを具備したハイブリッド車両、特に、外部電源によってバッテリへの充電が可能なプラグインハイブリッド車両の制御装置および制御方法に関する。

駆動源としてエンジンとモータとを具備したハイブリッド車両の一つとして、商用電源などの外部電源によってバッテリへの充電が可能なプラグインハイブリッド車両が知られている。

このようなプラグインハイブリッド車両においては、例えば特許文献１に開示されているように、外部電源によってバッテリが十分に充電された状態で走行が開始すると、バッテリの充電量（ＳＯＣ値）が所定のレベルに低下するまでは、いわゆるＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ）モードとして、基本的にモータを用いた走行が行われる。その後、充電量が所定のレベルにまで低下すると、充電量を所定のレベルに維持するように、いわゆるＣＳ（Ｃｈａｒｇｅ Ｓｕｓｔａｉｎ）モードとして、エンジンとモータとを併用する走行モードに移行する。

上記ＣＤモードは、バッテリ充電量の低下を許容する運転モードであるので、上記のように基本的にモータでもって走行が行われ、エンジンは停止状態となる。しかし、このＣＤモードでの走行中に、運転者による加速要求などにより要求出力がモータの出力限界を越えると、エンジンが一時的に駆動され、要求出力に対する不足分を補うように、エンジントルクが制御される。

従って、上記ＣＤモード中は、エンジンが比較的少ない頻度で始動・運転されることになる。特許文献２には、ハイブリッド車両におけるエンジン始動時（イグニッションスイッチＯＮ時）に、エンジン排気系における触媒装置の早期活性化を図るために、点火時期リタードなどの触媒暖機制御を実行することが開示されている。

特開２０１３−１２９３１２号公報 特開２００２−１８０８７１号公報

プラグインハイブリッド車両のＣＤモード中に、比較的短い時間だけエンジンが運転された場合、エンジンの冷却水温は殆ど上昇しないものの触媒温度は十分に高くなっている、という状況が発生し得る。このような場合に、エンジンが再度始動されたときに、エンジンの冷却水温に基づいて点火時期リタードなどの触媒暖機制御をそのまま実行すると、触媒暖機制御が過剰に行われることになり、不必要な燃料消費量の増大が生じる。

なお、特許文献２には、イグニッションスイッチＯＮ時の触媒温度に応じて点火時期リタード量を変更することが記載されているが、触媒温度の推定についての具体的な開示はなく、特に、前回のエンジン運転時の触媒温度を考慮することは記載されていない。

この発明は、車両の駆動源としてエンジンとモータとを具備するとともに、外部電源によるバッテリへの充電が可能であり、走行開始後、バッテリが所定の充電状態に低下するまでは、モータによる走行を行うとともに、要求出力に応じてエンジンの一時的な運転を行い、かつこのエンジンの始動時に触媒暖機制御として点火時期リタードおよび燃料増量を実行するプラグインハイブリッド車両の制御装置において、
エンジンの運転中に触媒温度の推定を行うとともに、エンジンの運転終了時点での触媒温度を記憶し、次回のエンジン始動時には、記憶した触媒温度を少なくとも一つのパラメートとして用いてエンジン始動時の触媒温度を推定し、この触媒温度に応じた点火時期リタード量でもって点火時期リタードを実行し、さらに、冷却水温が低いほど燃料増量量が大となるように冷却水温に応じた燃料増量を実行する、ことを特徴としている。

モータによる走行中にエンジンが比較的短い時間だけ運転されると、エンジンの冷却水温は殆ど上昇しないものの触媒温度はある程度高くなる。本発明では、エンジンの運転終了時点での触媒温度が記憶され、次回のエンジン始動時には、この記憶した触媒温度を考慮して、点火時期リタードが実行される。他方、燃料増量は冷却水温に応じて実行される。従って、点火時期リタードおよび燃料増量からなる触媒暖機制御がより適切に実行される。

この発明によれば、２回目以降のエンジン始動の際に、過剰な触媒暖機制御を行うことがなく、不必要な燃料消費量の増大を抑制することができる。

この発明に係るプラグインハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図。 制御の流れを示すフローチャート。 実施例による点火時期リタード量等を示すタイムチャート。 比較例による点火時期リタード量等を示すタイムチャート。 水温に応じた燃料増量を行う第２実施例の要部のフローチャート。 燃料増量率の変化等を示すタイムチャート。 第３実施例のフローチャート。 第４実施例のフローチャート。

図１は、この発明が適用されるプラグインハイブリッド車両の一例としてＦＲ（フロントエンジン／リアドライブ）型ハイブリッド車両のシステム構成を示す構成説明図である。

このハイブリッド車両は、車両の駆動源として、エンジン１とモータジェネレータ２とを備えているとともに、変速機構として有段もしくは無段の自動変速機３を備えている。エンジン１とモータジェネレータ２との間には、第１クラッチ８が介在し、モータジェネレータ２と変速機３との間には、第２クラッチ９が介在している。

エンジン１は、火花点火式ガソリンエンジンからなり、エンジンコントロールモジュール（ＥＣＭ）１１からの制御指令に基づいて、始動制御ならびに停止制御が行われるとともに、スロットルバルブの開度制御や点火時期制御ならびに燃料噴射量制御等が行われる。エンジン１の排気通路６には、排気浄化のために、例えば三元触媒からなる触媒装置７が介装されている。

上記エンジン１の出力軸とモータジェネレータ２のロータとの間に設けられる第１クラッチ８は、選択された走行モードに応じて、エンジン１をモータジェネレータ２に結合し、あるいは、エンジン１をモータジェネレータ２から切り離すものであり、ハイブリッドコントロールモジュール（ＨＣＭ）１０からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成される第１クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。

モータジェネレータ２は、例えば三相交流の同期型モータジェネレータからなり、走行用のバッテリ２４に、図示せぬインバータを介して接続されている。モータジェネレータ２は、モータコントローラ（ＭＣ）１３からの制御指令に基づき、インバータを介してバッテリ２４からの電力供給を受けて正のトルクを出力するモータ動作（いわゆる力行）と、トルクを吸収して発電し、インバータを介してバッテリ２４の充電を行う回生動作と、の双方を行う。

モータジェネレータ２のロータと変速機３の入力軸との間に設けられる第２クラッチ９は、エンジン１およびモータジェネレータ２を含む車両駆動源と駆動輪５（後輪）との間での動力の伝達および切り離しを行うものであり、オートマチックトランスミッションコントロールユニット（ＡＴＣＵ）１４からの制御指令に基づき図外の油圧ユニットにより生成される第２クラッチ油圧によって、締結／解放が制御される。特に、第２クラッチ９は、伝達トルク容量の可変制御により、滑りを伴って動力伝達を行うスリップ締結状態とすることが可能であり、トルクコンバータを具備しない構成において、円滑な発進を可能にするとともに、クリープ走行の実現を図っている。

ここで、上記第２クラッチ９は、実際には単一の摩擦要素ではなく、例えば、自動変速機３に含まれる各変速段に応じた適宜な摩擦クラッチないし摩擦ブレーキが第２クラッチ９として利用される。勿論、別個の独立した摩擦クラッチを第２クラッチ９として備えていてもよい。

自動変速機３の出力軸は、終減速機構４を介して駆動輪５に接続されている。

バッテリ２４は、充放電が可能な二次電池、例えばリチウムイオン電池からなる多数のセルをパックケース内に収容した構成であり、各セルの放電および充電は、バッテリコントローラ（ＢＣ）１２によって監視・制御されている。また、バッテリ２４は、商用電源などの外部電源２５にコネクタ２６を介して接続される充電回路２７を備えており、この充電回路２７を介して外部電源２５による充電が可能である。

上記プラグインハイブリッド車両の制御システムは、上述したハイブリッドコントロールモジュール１０、エンジンコントロールモジュール１１、バッテリコントローラ１２、モータコントローラ１３およびオートマチックトランスミッションコントロールユニット１４を主体として構成され、これらの各コントローラが、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線１５を介して接続されている。また、エンジン回転速度センサ１６、空燃比センサ１７、アクセル開度センサ１８、スロットル開度センサ１９、水温センサ２０、バッテリ温度センサ２１、車速センサ２２、排気温度センサ２３、等の種々のセンサ類を備えており、これらセンサの検出信号が、ハイブリッドコントロールモジュール１０等の各コントローラに個々にあるいはＣＡＮ通信線１５を介して入力されている。

上記のように構成されたプラグインハイブリッド車両は、走行モードとして、エンジン１を基本的に用いずにバッテリ２４の充電量の低下を許容するＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ）モードと、充電量を所定のレベルに維持するように、エンジン１を併用するＣＳ（Ｃｈａｒｇｅ Ｓｕｓｔａｉｎ）モードと、を有する。すなわち、プラグインハイブリッド車両は、例えば夜間の駐車中に外部電源２５によってバッテリ２４を充電することを想定しており、バッテリ２４が十分に充電された状態で走行が開始すると、バッテリ２４の充電量（ＳＯＣ値）が所定のレベルに低下するまでは、ＣＤモードが選択され、その後、充電量が所定のレベルにまで低下すると、ＣＳモードに移行する。充電量が所定レベルまで低下したバッテリ２４は、例えば夜間の駐車中に外部電源２５によって再び充電される。

ＣＤモードにおいては、第１クラッチ８を解放状態とし、エンジン１を停止状態として、モータジェネレータ２のみによる走行（いわゆるＥＶ走行）が優先的に行われる。但し、モータジェネレータ２のみによるＥＶ走行中に、運転者による加速要求などにより要求出力がモータジェネレータ２の出力限界を越えると、エンジン１が始動され、第１クラッチ８の締結を伴って、エンジン１とモータジェネレータ２の双方を用いた走行が一時的に行われる。このＣＤモード中は、エンジン１を用いた充電は行わないので、バッテリ２４の充電量は徐々に低下していく。

ＣＳモードにおいては、第１クラッチ８を締結状態とし、エンジン１とモータジェネレータ２とを駆動源とした走行が優先的に行われる。ここでは、要求出力およびバッテリ２４のＳＯＣ値などに応じて、モータアシスト走行モード、走行発電モード、エンジン走行モード、が適宜に選択され、充放電の繰り返しによりバッテリ２４の充電量（ＳＯＣ値）が所定のレベルに維持される。

図２のフローチャートは、上記ＣＤモード中におけるエンジン１の制御、特に、エンジン１始動時における触媒装置７の早期活性化のための触媒暖機制御の流れを示している。モータジェネレータ２によるＥＶ走行中にエンジン１の始動要求（ステップ１）があると、エンジン１を始動する（ステップ２）。今回のエンジン１の始動がトリップにおける初回の始動（ステップ３）であれば、ステップ４へ進み、点火時期リタードを行う。ここでは、初期の点火時期リタード量として、冷却水温に基づき、大きなリタード量を設定する。この点火時期リタードによって排気温度が上昇し、触媒装置７の触媒温度が上昇する。

ステップ５では、触媒温度の推定を逐次行う。初回のエンジン１の始動の場合は、始動時の冷却水温と、エンジン１の運転時間と、この運転時間の間の総燃料消費量と、から触媒温度を推定する。その後、エンジン１の停止要求（ステップ６）があったら、エンジン１の運転を終了する（ステップ７）。このエンジン１の停止の際に、その時点における触媒温度を、次回のエンジン始動時のために記憶する。

エンジン１の始動が２回目以降であれば、ステップ３からステップ８へ進み、エンジン１の始動時における触媒温度の推定を行う。これは、前回のエンジン１の運転停止時に記憶しておいた触媒温度と、前回の運転停止から今回の始動までの経過時間と、走行風に関与する車速（例えば経過時間中の平均車速）と、から演算する。なお、エンジン１の停止後、車速に基づく単位時間当たりの放熱量を逐次求め、記憶しておいた触媒温度から逐次減算していくことによって、ＥＶ走行中に常にそのときの触媒温度を求めておくようにしてもよい。

ステップ９，１０では、推定した触媒温度に基づき、エンジン１始動時における触媒の活性状態を３段階に判定する。触媒温度が比較的低く、触媒活性が低いと判定した場合は、初期の点火時期リタード量として「大〜中」程度の比較的大きなリタード量を設定する（ステップ１１）。触媒温度ひいては触媒活性が中程度である場合は、初期の点火時期リタード量として「中〜小」程度の中間的なリタード量を設定する（ステップ１２）。触媒温度が高く触媒活性が進んでいると判定した場合は、初期の点火時期リタード量として「小〜０」の比較的小さなリタード量を設定する（ステップ１３）。なお、エンジン１始動時に冷却水温が所定の暖機完了温度に達している場合には、点火時期リタードは行わない。

２回目以降の始動の場合には、ステップ５の触媒温度の推定は、エンジン１始動時における触媒温度（ステップ８における推定温度）と、エンジン１の運転時間と、この運転時間の間の総燃料消費量と、に基づいて行う。２回目以降も、エンジン１の停止の際には、その時点における触媒温度を、次回のエンジン始動時のために記憶する。

図３は、上記のような実施例の制御による作用を示すタイムチャートであり、上段から順に、車速、エンジン始動要求の有無、触媒温度、冷却水温、点火時期、の変化を示している。

図示するように、ＣＤモードにおけるＥＶ走行中に要求出力が大となると、エンジン１が一時的に始動・運転される。ＣＤモード中のエンジン１の運転は、一般に短時間であり、冷却水温の上昇が比較的緩慢であるのに対し、触媒温度は、排気熱を直接に受けることから、冷却水温に比べて速やかに上昇する。

初回のエンジン１の始動時には、冷却水温に基づいて点火時期リタード量が比較的大きく与えられる。この点火時期リタードを伴うエンジン１の運転により、触媒温度は速やかに上昇する。そして、エンジン１の停止時つまり時間ｔ２における触媒温度が記憶される。

時間ｔ３における２回目のエンジン始動時には、記憶しておいた触媒温度に基づき、時間ｔ３における触媒温度が推定され、これに応じて点火時期リタード量が設定される。図示例では、時間ｔ３における触媒温度が比較的高く、従って、点火時期リタード量が比較的小さく与えられる。これにより、過剰な点火時期リタードひいては燃料消費率の悪化が抑制される。

図４は、比較例として、２回目のエンジン始動時に１回目のエンジン始動時と同じく冷却水温に基づいて触媒暖機制御を行う場合のタイムチャートを示している。この場合、２回目のエンジン始動時（時間ｔ３）にも冷却水温が低いので、触媒温度がある程度高いにも拘わらず、１回目のエンジン始動時と同様の大きな点火時期リタードが与えられる。従って、点火時期リタードが過剰となり、不必要な燃料消費率の悪化が生じる。

次に、図５は、触媒温度の推定による点火時期リタード量の設定に併せて、冷却水温に応じて燃料増量を行うようにした実施例の要部のフローチャートを示している。このフローチャートに示す制御は、図２のフローチャートに示す制御に併せて行われるもので、エンジン始動時に、今回のエンジン始動が初回であれば（ステップ２１）、始動時ならびに始動後に、大きな燃料増量量でもって燃料増量を行う（ステップ２２）。エンジン１の始動が２回目以降であれば、ステップ２３，２４によって冷却水温を３段階に判定する。冷却水温が第１の閾値よりも低い低水温であれば、始動時ならびに始動後の燃料増量を「大〜中」程度の増量とする（ステップ２５）。冷却水温が第１の閾値と第２の閾値との間の中水温であれば、始動時ならびに始動後の燃料増量を「中〜小」程度の増量とする（ステップ２６）。冷却水温が第２の閾値よりも高い高水温であれば、始動時ならびに始動後の燃料増量を「小〜０」程度の増量とする。

このように触媒温度に応じた点火時期リタードと冷却水温に応じた燃料増量とを組み合わせることで、過度の燃料消費を抑制しつつ効果的な触媒暖機促進が図れる。例えば、冷却水温に比較して触媒暖機が先に進行した場合には、点火時期リタード量は小さくなり、かつ燃料増量は継続されることになる。

図６は、図５の実施例の制御による作用を示すタイムチャートであり、上段から順に、車速、エンジン始動要求の有無、触媒温度、冷却水温、燃料増量率、の変化を示している。

図示するように、ＣＤモードにおけるＥＶ走行中に要求出力が大となると、エンジン１が一時的に始動・運転される。初回のエンジン１の始動時には、比較的大きな燃料増量が行われる。これに対し、時間ｔ３における２回目のエンジン始動時には、相対的に小さな燃料増量率でもって燃料増量が行われる。

次に、図７は、燃焼室内のガス流動の可変制御のために、エンジン１がタンブル制御弁やスワール制御弁を具備する場合の一実施例を示している。なお、基本的な制御の流れは図２のフローチャートと同様である。ステップ４もしくはステップ１１〜１３において点火時期リタード量を設定した後、ステップ３１において、タンブル制御弁もしくはスワール制御弁の作動要求の有無を判定し、作動要求があれば、タンブル制御弁もしくはスワール制御弁を作動させてガス流動の強化を行う。ここで、タンブル制御弁もしくはスワール制御弁の開度は、ステップ８において推定した触媒温度に基づいて制御される。例えば、点火時期リタード量が小さくなって、点火時期がいわゆるＭＢＴ点に近付いたときに、燃焼室内のガス流動を強化することで、ノッキングの抑制が可能である。

次に、図８は、エンジン１が吸気弁ないし排気弁の開閉時期を可変制御する可変動弁装置（ＶＴＣ）を具備する場合の一実施例を示している。なお、基本的な制御の流れは図２のフローチャートと同様である。ステップ４もしくはステップ１１〜１３において点火時期リタード量を設定した後、ステップ４１において、排気温度上昇のための可変動弁装置の作動要求の有無を判定し、作動要求があれば、可変動弁装置を作動させて排気温度上昇に適した弁開閉時期とする。ここで、可変動弁装置による弁開閉時期は、ステップ８において推定した触媒温度に基づいて制御される。例えば、触媒温度が高く点火時期リタード量が小さくなっているときには、弁開閉時期は、燃費を重視した設定に近付けられる。従って、可変動弁装置を利用した適切な排気温度上昇が得られ、排気温度上昇のための不必要な燃料消費率の悪化が抑制される。

１…エンジン
２…モータジェネレータ２
３…自動変速機
７…触媒装置
８…第１クラッチ
９…第２クラッチ
１０…ハイブリッドコントロールモジュール
１１…エンジンコントロールモジュール

Claims (3)

1. 車両の駆動源としてエンジンとモータとを具備するとともに、外部電源によるバッテリへの充電が可能であり、走行開始後、バッテリが所定の充電状態に低下するまでは、モータによる走行を行うとともに、要求出力に応じてエンジンの一時的な運転を行い、かつこのエンジンの始動時に触媒暖機制御として点火時期リタードおよび燃料増量を実行するプラグインハイブリッド車両の制御装置において、
   エンジンの運転中に触媒温度の推定を行うとともに、エンジンの運転終了時点での触媒温度を記憶し、次回のエンジン始動時には、記憶した触媒温度を少なくとも一つのパラメートとして用いてエンジン始動時の触媒温度を推定し、この触媒温度に応じた点火時期リタード量でもって点火時期リタードを実行し、さらに、冷却水温が低いほど燃料増量量が大となるように冷却水温に応じた燃料増量を実行する、ことを特徴とするプラグインハイブリッド車両の制御装置。
2. 記憶した触媒温度と前回のエンジン停止からの経過時間とを少なくとも用いてエンジン始動時の触媒温度を推定する、ことを特徴とする請求項１に記載のプラグインハイブリッド車両の制御装置。
3. 初回のエンジン始動時は、冷却水温に基づいて触媒暖機制御を実行する、ことを特徴とする請求項１または２に記載のプラグインハイブリッド車両の制御装置。

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