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特許7676924ハイブリッド車両の暖機制御方法および暖機制御装置
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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2025-05-07
(45)【発行日】2025-05-15
(54)【発明の名称】ハイブリッド車両の暖機制御方法および暖機制御装置
(51)【国際特許分類】
   B60W 20/13 20160101AFI20250508BHJP
   B60K 6/46 20071001ALI20250508BHJP
   B60W 10/06 20060101ALI20250508BHJP
   B60W 10/26 20060101ALI20250508BHJP
   B60W 20/15 20160101ALI20250508BHJP
   F02D 29/06 20060101ALI20250508BHJP
【FI】
B60W20/13
B60K6/46 ZHV
B60W10/06 900
B60W10/26 900
B60W20/15
F02D29/06 J
【請求項の数】 6
(21)【出願番号】P 2021081355
(22)【出願日】2021-05-13
(65)【公開番号】P2022175152
(43)【公開日】2022-11-25
【審査請求日】2024-03-07
(73)【特許権者】
【識別番号】000003997
【氏名又は名称】日産自動車株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100086232
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 博通
(74)【代理人】
【識別番号】100092613
【弁理士】
【氏名又は名称】富岡 潔
(72)【発明者】
【氏名】赤木 三泰
(72)【発明者】
【氏名】土田 博文
(72)【発明者】
【氏名】高木 大介
【審査官】宇佐美 琴
(56)【参考文献】
【文献】特開2006-074851(JP,A)
【文献】特開2008-075544(JP,A)
【文献】特開2011-032890(JP,A)
【文献】特開2007-055348(JP,A)
【文献】特開2010-090840(JP,A)
【文献】特開2011-241716(JP,A)
【文献】特開2016-113946(JP,A)
【文献】特開2004-076716(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0305411(US,A1)
【文献】特開2010-195350(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
B60K 6/20- 6/547
B60L 1/00- 3/12, 7/00-13/00,
15/00-58/40
B60W 10/00,10/02,10/06,10/08,
10/10,10/18,10/26,10/28,
10/30,20/00-20/50
F02D 13/00-28/00
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
発電機を駆動する内燃機関を、バッテリのSOCが低下したときに始動する一方、触媒が未暖機であるときは所定の暖機完了状態となるまで触媒暖機運転を実行するハイブリッド車両の暖機制御方法において、
触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子として標高に基づいて標高が高いほど低い値に始動SOC値を設定し、
バッテリのSOCが上記始動SOC値まで低下したときに上記内燃機関を始動する、
ハイブリッド車両の暖機制御方法。
【請求項2】
さらに、始動時の触媒温度が低いほど上記始動SOC値を低く設定する、請求項に記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
【請求項3】
上記始動SOC値は、触媒暖機完了時点でバッテリのSOCが所定の上限SOC値を越えないように設定される、請求項1または2に記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
【請求項4】
内燃機関はプリ触媒装置およびメイン触媒装置を備えており、
プリ触媒装置が既に活性状態にありメイン触媒装置が活性していない状態では、上記触媒暖機運転として、上記プリ触媒装置で浄化可能なガス量を考慮してエミッションが悪化しない範囲内での最大空気量となる負荷で内燃機関の運転を行う、請求項1~のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
【請求項5】
上記触媒暖機運転として、点火時期をMBT点とした内燃機関の運転を行う、請求項1~のいずれかに記載のハイブリッド車両の暖機制御方法。
【請求項6】
発電機を駆動する内燃機関と、バッテリと、上記バッテリのSOCが低下したときに上記内燃機関を始動する一方、触媒が未暖機であるときは所定の暖機完了状態となるまで触媒暖機運転を実行するコントローラと、を備えてなるハイブリッド車両の暖機制御装置であって、
上記コントローラは、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子として標高に基づいて標高が高いほど低い値に始動SOC値を設定し、バッテリのSOCが上記始動SOC値まで低下したときに上記内燃機関を始動する、ハイブリッド車両の暖機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、発電機を駆動する内燃機関の排気系に設けられた触媒の活性化のために内燃機関の始動後に触媒暖機運転を行うハイブリッド車両の暖機制御に関する。
【背景技術】
【0002】
ハイブリッド車両としては、シリーズハイブリッドやパラレルハイブリッドなどいくつかの形式のハイブリッド車両が知られているが、その形式によらず、多くの場合、バッテリのSOCが所定の下限SOC値にまで低下したときには、内燃機関が自動的に始動し、発電が行われる。そして、内燃機関の始動後、排気系中の触媒が活性化するまで、触媒暖機に適した態様での運転つまり触媒暖機運転がなされるのが一般的である。
【0003】
特許文献1には、触媒暖機運転中の出力が小さいことを前提として、登坂路の走行などバッテリのSOCの低下が急である場合に、内燃機関の始動を行うSOCの閾値(発電開始SOC閾値)を高く補正し、早期に発電を開始することでバッテリSOCの過度の低下を防止することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2010-195350号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
内燃機関の始動後、触媒暖機が完了するまでに必要な排気熱量は、種々の因子によって影響される。例えば、標高が高い高地では大気圧が低く、触媒を通過するガス温度が相対的に低くなるので、結果的に必要な暖機運転の時間が長くなる。同様に、触媒温度が低い場合、相対的に触媒温度が高い場合に比較して触媒暖機完了までに必要な排気熱量が大となり、それだけ必要な暖機運転の時間が長くなる。
【0006】
このような場合、触媒暖機完了に至る前に、バッテリのSOCが許容可能な上限SOC値に達してしまうことがある。この結果、発電を伴わない無負荷での触媒暖機運転が必要となり、あるいは、触媒暖機運転を触媒暖機完了前に中断する必要が生じる。
【0007】
特許文献1は、このような課題を解決し得るものではない。
【課題を解決するための手段】
【0008】
この発明に係るハイブリッド車両の暖機制御は、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子として標高に基づいて標高が高いほど低い値に始動SOC値を設定し、バッテリのSOCが上記始動SOC値まで低下したときに上記内燃機関を始動する。
【発明の効果】
【0009】
このように始動時の標高に基づいて始動SOC値を設定することで、触媒暖機運転中に上限SOC値に達することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
図1】この発明に係る暖機制御が適用されるシリーズハイブリッド車両の構成説明図。
図2】内燃機関の構成説明図。
図3】第1実施例の暖機制御を示すフローチャート。
図4】標高に対する始動SOC値の補正量の特性を示す特性図。
図5】始動時の触媒温度に対する始動SOC値の補正量の特性を示す特性図。
図6】第2実施例の暖機制御を示すフローチャート。
図7】第3実施例の暖機制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【0011】
図1は、この発明が適用されるハイブリッド車両の一例としてシリーズハイブリッド車両の構成を概略的に示している。シリーズハイブリッド車両は、主に発電機として動作する発電用モータジェネレータ1と、この発電用モータジェネレータ1を電力要求に応じて駆動する発電用内燃機関として用いられる内燃機関2と、主にモータとして動作して駆動輪3を駆動する走行用モータジェネレータ4と、発電した電力を一時的に蓄えるバッテリ5と、を備えて構成されている。内燃機関2が発電用モータジェネレータ1を駆動することによって得られた電力は、図示しないインバータ装置を介してバッテリ5に蓄えられる。走行用モータジェネレータ4は、バッテリ5の電力を用いて駆動制御される。走行用モータジェネレータ4の回生時の電力は、やはり図示しないインバータ装置を介してバッテリ5に蓄えられる。
【0012】
モータジェネレータ1,4の動作やバッテリ5の充放電および内燃機関2の運転は、コントローラ6によって制御される。コントローラ6は、モータジェネレータ1,4を制御するモータコントローラ7や内燃機関2を制御するエンジンコントローラ8、バッテリ5を管理するバッテリコントローラ9など、互いに通信可能なように接続された複数のコントローラによって構成されている。コントローラ6には、図示しないアクセルペダルの開度や車速等の情報が入力される。またバッテリコントローラ9は、バッテリ5の電圧・電流に基づいてバッテリ5のSOCを求める。後述するように、このSOCの低下に基づいてエンジンコントローラ8に内燃機関2の始動が要求される。
【0013】
図2は、内燃機関2のシステム構成を示している。この内燃機関2は、例えばターボチャージャ12を備えた4ストロークサイクルの火花点火式内燃機関であって、各シリンダ13の天井壁面に、一対の吸気弁14および一対の排気弁15が配置されているとともに、これらの吸気弁14および排気弁15に囲まれた中央部に点火プラグ16が配置されている。吸気弁14の下方には、シリンダ13内へ燃料を供給する燃料噴射弁17が設けられている。点火プラグ16の点火時期および燃料噴射弁17による燃料の噴射時期ならびに噴射量はエンジンコントローラ8によって制御される。
【0014】
吸気通路21は、吸気コレクタ21aを有し、この吸気コレクタ21aよりも上流側に、エンジンコントローラ8からの制御信号によって開度が制御される電子制御型スロットルバルブ22が設けられている。スロットルバルブ22の上流側に、ターボチャージャ12のコンプレッサ12aが位置し、このコンプレッサ12aよりも上流に、吸入空気量を検出するエアフロメータ24およびエアクリーナ25が配設されている。コンプレッサ12aとスロットルバルブ22との間には、高温高圧となった吸気を冷却するために、例えば水冷式のインタークーラ26が設けられている。また、コンプレッサ12aの吐出側と吸入側とを連通するようにリサーキュレーションバルブ27が設けられている。
【0015】
排気通路30には、ターボチャージャ12のタービン12bが位置し、その下流側にそれぞれ三元触媒からなるプリ触媒装置31およびメイン触媒装置32が配設されている。プリ触媒装置31はタービン12bの出口に配置されており、メイン触媒装置32は車両の床下に配置されている。排気通路30のタービン12bよりも上流側に、空燃比を検出する空燃比センサ33が配置されている。タービン12bは、過給圧を制御するために過給圧に応じて排気の一部をバイパスするウェストゲートバルブ34を備えている。ウェストゲートバルブ34は、例えば、エンジンコントローラ8によって開度が制御される電動型の構成のものが用いられている。
【0016】
また、排気通路30から吸気通路21へ排気の一部を還流する排気還流通路35を備えており、この排気還流通路35には、例えば水冷式のEGRガスクーラ37と、EGRバルブ38と、が設けられている。
【0017】
上記エンジンコントローラ8には、上記のエアフロメータ24、空燃比センサ33のほか、機関回転速度を検出するためのクランク角センサ41、冷却水温を検出する水温センサ42、プリ触媒装置31およびメイン触媒装置32の触媒温度をそれぞれ検出する触媒温度センサ43,44、大気圧を検出する大気圧センサ45、外気温を検出する外気温センサ46、過給圧を検出する過給圧センサ47、等のセンサ類の検出信号が入力されている。エンジンコントローラ8は、これらの検出信号や他のコントローラ7,9からの要求に基づき、燃料噴射量および噴射時期、点火時期、スロットルバルブ22の開度、過給圧、等を最適に制御している。なお、触媒温度センサ43,44としては、触媒の担体温度を直接に検出することに代えて、前後のガス温度等から間接的に触媒温度を求めるものであってもよい。
【0018】
内燃機関2は、基本的には、バッテリ5のSOCが所定の始動SOC値まで低下したときに始動される。そして、始動後、触媒の暖機が完了するまでの間、触媒暖機運転として内燃機関2の運転が継続される。なお、一実施例では、プリ触媒装置31およびメイン触媒装置32の双方が活性したときを「触媒暖機完了」としているが、プリ触媒装置31の活性を「触媒暖機完了」としてもよい。
【0019】
バッテリ5の充放電は、バッテリ5のSOCが所定の上限SOC値と下限SOC値との間で変化するように、換言すればバッテリ5が上限SOC値と下限SOC値との間で使用されるように、制御される。従って、上記の始動SOC値は、基本的に、バッテリ5の下限SOC値に対応している。さらに、触媒暖機が完了する前にバッテリ5のSOCが上限SOC値を越えてしまうことがないように、始動SOC値は、始動開始時の触媒温度(例えばプリ触媒装置31の温度)と標高(換言すれば大気圧)とによって補正される。これらの始動開始時の触媒温度および標高は、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する代表的な因子である。
【0020】
図3は、第1実施例の暖機制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、初回の始動のように触媒が低温状態である状態での始動と判断したときに実行されるものである。ステップ1では、そのときの大気圧に基づき、大気圧による第1補正量KSOC1を求める。第1補正量KSOC1は、標高(大気圧)に対して図4に示すような関係で与えられる。すなわち、低地(例えば標高0m)では第1補正量KSOC1は0であり、標高が高いほど(つまり大気圧が低いほど)負値として大きな値となる。
【0021】
ステップ2では、そのときの触媒温度に基づき、始動時の触媒温度による第2補正量KSOC2を求める。第2補正量KSOC2は、触媒温度に対して図5に示すような関係で与えられる。すなわち、触媒温度が高いほど第2補正量KSOC2が大きくなる特性を有し、基準の温度(例えば20℃)よりも低い場合は、負値となる。
【0022】
次のステップ3では、基本始動SOC値SOCTGT0に第1補正量KSOC1と第2補正量KSOC2とを加えて補正後の始動SOC値SOCTGTを求める。標高が高いほど、第1補正量KSOC1により始動SOC値SOCTGTは低くなる。始動時の触媒温度が低いほど、第2補正量KSOC2により始動SOC値SOCTGTは低くなる。
【0023】
次のステップ4では、バッテリ5のSOCが始動SOC値SOCTGT以下であるかを判定し、以下でなければステップ1~4の処理を繰り返す。
【0024】
バッテリ5のSOCが始動SOC値SOCTGT以下となったら、ステップ5へ進み、内燃機関2を始動する。そして、ステップ6へ進み、触媒暖機に適した運転モードつまり触媒暖機運転とする。例えば、排気温度を高くするために点火時期をリタードした運転を行う。
【0025】
ステップ7で触媒温度を所定の閾値(例えば、活性したと見なしうる温度)と比較し、閾値に達するまでステップ6の触媒暖機運転を継続する。閾値に達したらステップ7からステップ8へ進み、内燃機関2を通常運転とする。通常運転に移行した後は、発電要求の終了に応答して内燃機関2が停止することとなる。
【0026】
基本始動SOC値SOCTGT0は、基本的には、低地でかつ始動時の触媒温度が基準の温度にあるときに、触媒暖機完了までにバッテリ5のSOCが上限SOC値に達することがないように設定されている。しかし、標高が高いところでは触媒を通過するガス温度が相対的に低くなるので、結果的に必要な暖機運転の時間が長くなる。また始動時の触媒温度が低い場合、相対的に触媒温度が高い場合に比較して触媒暖機完了までに必要な排気熱量が大となり、それだけ必要な暖機運転の時間が長くなる。第1補正量KSOC1および第2補正量KSOC2は、これらの標高および始動時触媒温度による暖機運転時間への影響を相殺するように設定されており、標高が高いほど、また始動時触媒温度が低いほど、補正後の始動SOC値SOCTGTが低くなる。従って、バッテリ5のSOCがより低いレベルまで低下した段階で発電が開始されることとなり、触媒暖機完了前に上限SOC値に到達することが生じにくくなる。
【0027】
なお、内燃機関2は、バッテリ5のSOCが始動SOC値SOCTGT以下まで低下した場合以外に、いくつかの場合に始動される。例えば、極低温で内燃機関2の始動性悪化が懸念される場合には、内燃機関2の始動を確実に行うために、バッテリ5のSOCに無関係に車両の運転開始とともに内燃機関2を始動する。また車室内の暖房要求がある場合には、バッテリ5のSOCに無関係に内燃機関2を始動する。さらに、高出力走行でバッテリ5のSOCの減少率が高いと判定した場合には、やはり内燃機関2を直ちに始動する。
【0028】
次に図6は、第2実施例の暖機制御を示すフローチャートである。このフローチャートに示す処理は、再始動のように触媒が暖まっている可能性がある状態での始動と判断したときに実行されるものである。ステップ11では、触媒未暖機状態であることを示すフラグCATHEATflagをオフとする。ステップ12では、基本始動SOC値SOCTGT0を始動SOC値SOCTGTとしてセットする。ステップ13では、触媒温度が活性温度に対応した閾値以下であるか判定する。閾値以下であればステップ14でフラグCATHEATflagをオンとした上で、ステップ15~17で標高および始動時触媒温度を考慮した補正後の始動SOC値SOCTGTを求める。このステップ15~17の処理は、前述した第1実施例のステップ1~3と同様である。ステップ13で触媒温度が閾値を越えていればステップ14~17は行わない。
【0029】
そして、ステップ18でバッテリ5のSOCが始動SOC値SOCTGT以下であるかを判定し、以下でなければステップ11~18の処理を繰り返す。
【0030】
バッテリ5のSOCが始動SOC値SOCTGT以下となったら、ステップ19へ進み、内燃機関2を始動する。そして、ステップ20でフラグCATHEATflagがオンであれば、ステップ21へ進み、触媒暖機に適した運転モードつまり触媒暖機運転とする。例えば、排気温度を高くするために点火時期をリタードした運転を行う。
【0031】
ステップ22で触媒温度を所定の閾値(例えば、活性したと見なしうる温度)と比較し、閾値に達するまでステップ21の触媒暖機運転を継続する。閾値に達したらステップ22からステップ23へ進み、内燃機関2を通常運転とする。通常運転に移行した後は、発電要求の終了に応答して内燃機関2が停止することとなる。なお、ステップ13における閾値とステップ22における閾値とは同一であってもよく、多少異なる値であってもよい。
【0032】
ステップ20でフラグCATHEATflagがオフであれば、触媒暖機運転(ステップ21)とはせずに直ちに通常運転(ステップ23)を開始する。
【0033】
このように、第2実施例では、内燃機関2の始動時に触媒温度が暖機完了温度を越えていれば触媒暖機運転は行わない。
【0034】
次に、図7は、触媒暖機運転としてプリ触媒装置31の暖機に適した運転とメイン触媒装置32の暖機に適した運転とを順次に行うようにした第3実施例の暖機制御を示すフローチャートである。フローチャート中の「CCC」はプリ触媒装置31を、「UFC」はメイン触媒装置32を、それぞれ表している。ステップ31~35の処理は、第1実施例のステップ1~5の処理と同様であり、標高および始動時触媒温度に基づく補正を加えた始動SOC値SOCTGTを求め、バッテリ5のSOCがこの始動SOC値SOCTGT以下となったら内燃機関2を始動する。
【0035】
ステップ36~38は、プリ触媒装置31の暖機のための処理である。ステップ36では、プリ触媒装置31の触媒温度(CCC温度)を所定の第1閾値と比較し、第1閾値未満であればステップ37へ進んでプリ触媒装置31の暖機に適した触媒暖機運転(CCC暖機運転)を行う。例えば排気温度を高くするために点火時期をリタードした運転を行う。そして、プリ触媒装置31の触媒温度が第1閾値以上となったらCCC暖機運転を終了し、ステップ39へ進む。
【0036】
ステップ39~43は、メイン触媒装置32の暖機のための処理である。ステップ39では、メイン触媒装置32の触媒温度(UFC温度)を所定の第2閾値と比較し、第2閾値未満であればステップ40~42でメイン触媒装置32の暖機に適した触媒暖機運転(UFC暖機運転)を行う。なお、メイン触媒装置32の温度上昇はプリ触媒装置31の温度上昇よりも遅れて進行する。第2閾値はプリ触媒装置31用の第1閾値と同じ値であってもよい。
【0037】
UFC暖機運転としては、ステップ40において目標空気量(換言すれば目標ガス量)を設定する。ここでは、メイン触媒装置32が活性していない状態でエミッションの悪化を来さない範囲内の最大空気量を目標空気量とする。これは、既に活性状態にあるプリ触媒装置31で浄化可能なガス量を考慮したものとして設定される。次にステップ41においてUFC暖機運転における点火時期を設定する。ここでは、基本的に、排気温度上昇のための点火時期リタードは行わず、MBT点もしくはMBT点にできるだけ近い点火時期とする。そして、ステップ42において、目標空気量および点火時期に沿ってUFC暖機運転を行う。このようなUFC暖機運転では、燃費悪化が最小となる。
【0038】
ステップ43においてメイン触媒装置32の温度(UFC温度)が第2閾値以上となったらUFC暖機運転を終了し、ステップ44へ進んで通常運転に移行する。
【0039】
このような2段階の触媒暖機運転とすることで、エミッションの悪化を抑制しつつ燃費悪化を抑制することができる。この実施例においても、後段のUFC暖機運転が完了する前にバッテリ5のSOCが上限SOC値に到達することがないように、標高や始動時触媒温度による補正を加えた始動SOC値SOCTGTが設定される。点火時期をMBT点付近とし目標空気量が比較的高く与えられるUFC暖機運転では、SOCの上昇率が比較的高くなるので、これを考慮して始動SOC値SOCTGTを設定することが望ましい。
【0040】
なお、第3実施例の暖機制御は、第2実施例の暖機制御と組み合わせることも可能である。つまり、始動時にプリ触媒装置31およびメイン触媒装置32の一方もしくは双方の温度が触媒暖機状態にある場合に、CCC暖機運転やUFC暖機運転を省略するように構成することができる。
【0041】
以上、この発明の一実施例を詳細に説明したが、この発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、シリーズハイブリッド車両を例に説明したが、パラレル形式を含め、バッテリ5のSOCの低下時に発電を伴う内燃機関2の始動が行われる形式のハイブリッド車両であれば、これに広く適用することができる。
【0042】
また上記実施例では、標高と始動時触媒温度の双方で始動SOC値SOCTGTを補正しているが、いずれか一方のみで補正を行うようにしてもよい。
【0043】
また、始動時触媒温度は、冷却水温などの他のパラメータから推定してもよい。同様に、標高ないし大気圧は、カーナビゲーションシステムの標高情報を用いて得るようにしてもよい。
【0044】
また、触媒暖機完了に必要な排気熱量に関与する因子としては、標高および始動時触媒温度のほか、車両走行風による放熱熱量などを挙げることができ、これらの因子を考慮して始動SOC値を設定するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0045】
1…発電用モータジェネレータ
2…内燃機関
4…走行用モータジェネレータ
5…バッテリ
6…コントローラ
8…エンジンコントローラ
図1
図2
図3
図4
図5
図6
図7