ハイブリッド車両の排気制御装置
【課題】モータリング制御中の駆動力の低下と、モータリング制御から内燃機関を再始動した場合の排気性能の悪化を防止する。
【解決手段】駆動源として内燃機関１と電動モータ１２を備え、運転状態に応じて内燃機関１及び電動モータ１２の駆動、停止を切り替えるハイブリッド車両の排気制御装置において、内燃機関１の排気浄化用の触媒２０を担持する触媒コンバータ７と、触媒コンバータ７内部の排気の流れを切り替える流路切り替え手段１８と、を備え、流路切り替え手段１８は、内燃機関１と電動モータ１２を接続した状態で内燃機関１を停止して電動モータ１２の出力で走行する場合に、触媒コンバータ７が担持する触媒２０の一部分のみが内燃機関１を通過した空気の流路となるよう流路を切り替える。
【解決手段】駆動源として内燃機関１と電動モータ１２を備え、運転状態に応じて内燃機関１及び電動モータ１２の駆動、停止を切り替えるハイブリッド車両の排気制御装置において、内燃機関１の排気浄化用の触媒２０を担持する触媒コンバータ７と、触媒コンバータ７内部の排気の流れを切り替える流路切り替え手段１８と、を備え、流路切り替え手段１８は、内燃機関１と電動モータ１２を接続した状態で内燃機関１を停止して電動モータ１２の出力で走行する場合に、触媒コンバータ７が担持する触媒２０の一部分のみが内燃機関１を通過した空気の流路となるよう流路を切り替える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動源として内燃機関と電動機を備えるハイブリッド車両の排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動源として内燃機関と電動機とを備え、内燃機関のエネルギー変換効率が高い領域では内燃機関を優先的に運転し、内燃機関のエネルギー変換効率が低い領域では電動機を優先的に運転または電動機によるアシストを行うハイブリッド車両が知られている。
【０００３】
ハイブリッド車両において、内燃機関による走行から電動機による走行へ切り替える際に、内燃機関の燃料供給を停止すると機関回転速度が急激に低下する、いわゆるトルクショックが発生して運転者に違和感を与えるという問題がある。トルクショックを防止するための制御として、内燃機関への燃料供給を停止した後も電動機の出力軸と内燃機関の出力軸とを連結しておき、内燃機関が完全に停止するまで電動機の出力によって機関回転速度を徐々に低下させるモータリング制御が知られている。
【０００４】
しかし、モータリング制御を行うと、吸気通路内の空気がそのまま燃焼室を通過して排気浄化用触媒に流入するので、排気浄化用触媒の酸素ストレージ量が増大してしまい、次回の内燃機関始動時に、排気浄化用触媒から多量の酸素が放出されて、排気中のＮＯｘ量が増大するという問題がある。この問題を解決するため、特許文献１には、モータリング制御中にスロットルバルブを絞ることで、排気浄化用触媒へ流入する新気量を低減する制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の制御では酸素ストレージ量の増加は防止できるが、スロットルバルブを絞ることで内燃機関のポンピングロスが発生するので、ポンピングロスの分だけ車両の駆動力が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明では、内燃機関の出力軸と電動機の出力軸とを接続した状態で電動機による走行を行う場合の、車両の駆動力の低下を防止しつつ、内燃機関を再始動した場合の排気性能の悪化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のハイブリッド車両の排気制御装置は、駆動源として内燃機関と電動モータを備え、運転状態に応じて前記内燃機関及び前記電動モータの駆動、停止を切り替える。そして、内燃機関の排気浄化用の触媒を担持する触媒コンバータと、触媒コンバータ内部の排気の流れを切り替える流路切り替え手段と、を備える。さらに、流路切り替え手段は、内燃機関と電動モータを接続した状態で内燃機関を停止して電動モータの出力で走行する場合に、触媒コンバータが担持する触媒の一部分のみが内燃機関を通過した空気の流路となるよう流路を切り替える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータリング制御中は内燃機関を通過した空気が触媒の一部分しか通過しないので、スロットルバルブを絞らなくても、触媒の酸素ストレージ量の増加を抑制することができるので、車両の駆動力の低下を防止できる。また、酸素ストレージ量の増加が抑制されることにより、内燃機関を再始動したときの排気性能の悪化も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を適用するシステムの構成図である。
【図２】触媒コンバータの断面図である。
【図３】（Ａ）はメインバルブ閉状態における図２のIII−III線に沿った断面図、（Ｂ）はメインバルブ開状態における図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】（Ａ）はサブバルブ閉状態における図２のVI−VI線に沿った断面図、（Ｂ）はサブンバルブ開状態における図２のVI−VI線に沿った断面図である。
【図５】ＥＣＵが実行するバルブ開閉制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ＥＣＵが実行するバルブ開閉制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態を適用するハイブリッド車両のシステム構成図である。
【００１３】
車両の駆動源としての内燃機関１と電動モータ１２は直列に配置されており、内燃機関１の出力軸１０と電動モータ１２との間には第１クラッチ１１が、電動モータ１２の出力軸１３とファイナルギア１５の間には第２クラッチ１４が介装されている。
【００１４】
内燃機関１は、吸気通路２にスロットルバルブ４を備え、これにより吸気量を調整する。吸気は吸気通路２から吸気マニホールド３を経て内燃機関１に流入する。
【００１５】
一方、内燃機関１の各気筒の排気は、排気マニホールド５で合流して排気通路６を流れる。排気通路６には、排気浄化用の触媒２０を担持した触媒コンバータ７が介装されている。触媒コンバータ７の構成については後述する。
【００１６】
また、触媒コンバータ７には、排気の一部を吸気通路２に還流させるための排気還流通路（以下、ＥＧＲ通路という）８が接続されている。ＥＧＲ通路８には排気還流量を調節するためのＥＧＲバルブ９が介装されている。
【００１７】
内燃機関１及び電動モータ１２の運転制御、及び第１クラッチ１１及び第２クラッチ１４の締結、解放制御は、車速センサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ等の各種センサ１９の検出値に基づいてコントローラ（以下、ＥＣＵという）１８により行われる。
【００１８】
ＥＣＵ１８は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ１８を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００１９】
上記のようなハイブリッド車両において、ＥＣＵ１８は、各種センサ１９の検出値に基づいて、ＥＧＲバルブ９の開閉制御や、内燃機関１や電動モータ１２の出力制御等の他に、内燃機関１または電動モータ１２のいずれを用いて走行するかの決定も行う。具体的には、内燃機関１のエネルギー変換効率が相対的に低い領域は電動モータ１２により走行し、内燃機関１のエネルギー変換効率が相対的に高い領域は内燃機関１により走行し、加速時等は内燃機関１及び電動モータ１２により走行する。
【００２０】
内燃機関１により走行する際には、ＥＣＵ１８は第１クラッチ１１及び第２クラッチ１４を締結する。これにより内燃機関１の出力は内燃機関１の出力軸１０、電動モータ１２の出力軸１３、ファイナルギア１５、ドライブシャフト１６を介して駆動輪１７に伝達される。電動モータ１２によるアシストが必要な場合には、この状態で電動モータ１２を駆動する。
【００２１】
一方、電動モータ１２のみにより走行する際には、ＥＣＵ１８は原則として第１クラッチ１１を解放し、第２クラッチ１４を締結する。これにより、電動モータ１２の出力を出力軸１３、ファイナルギア１５、及びドライブシャフト１６を介して駆動輪１７に伝達する。
【００２２】
ただし、内燃機関１による走行から電動モータ１２による走行へ切り替える際に、内燃機関１の燃料噴射を停止すると、機関回転速度が急激に低下することでトルクショックが発生するので、内燃機関１が完全に停止するまでは第１クラッチ１１を締結しておく。これにより、内燃機関１の回転速度を徐々に低下させてトルクショックの発生を防止する。
【００２３】
また、電動モータ１２のみで走行する領域であっても、直ちに再加速することが予測されるような場合には、第１クラッチ１１を断接する際に発生するショック発生を回避するため、内燃機関１が停止した後も第１クラッチ１１を締結したまま走行する場合がある。
【００２４】
このように、第１クラッチ１１を締結したまま内燃機関１を停止して電動モータ１２により走行する制御を、モータリング制御とよぶ。
【００２５】
第１クラッチ１１を締結したまま電動モータ１２により走行すると、吸気通路２にある新気が内燃機関１の各気筒をそのまま通過して排気として触媒コンバータ７に流入する。
【００２６】
以下、新気が内燃機関１を燃焼せずに通過したものは、内燃機関１から排出されたという観点からは「排気」であるが、通常運転時の排気と区別するため「新気」と呼ぶ。
【００２７】
従来の排気浄化システムでは、触媒２０の酸素ストレージ能力によって、触媒２０に多量の酸素が溜められ、溜められた酸素が内燃機関１の再始動によって放出されて、排気中のＮＯｘ量が増大するという問題があった。一方、触媒２０への新気の流入を抑制するためにスロットルバルブ４を閉じると、ポンピングロスが増大することによって、電動モータ１２の負荷が増大、つまり走行駆動力が低下するという問題もあった。
【００２８】
しかし、本実施形態の触媒コンバータ７によれば、上記の問題、つまり内燃機関１を再始動したときのＮＯｘ量の増加及び走行駆動力の低下、を解決できる。
【００２９】
ここで、触媒コンバータ７の構成について説明する。
【００３０】
図２は触媒コンバータ７の排気流れ方向に沿った断面図である。なお、触媒２０は図２の右端に接するように配置されるが、図２では省略している。図３（Ａ）は後述するメインバルブ２３が閉じた状態の図２のIII−III線に沿った断面図、図３（Ｂ）は同じくメインバルブ２３が開いた状態の、図２のIII−III線に沿った断面図である。図４（Ａ）は後述するサブバルブ２４が閉じた状態の図２のVI−VI線に沿った断面図、図４（Ｂ）は同じくサブバルブ２４が閉じた状態の図２のVI−VI線に沿った断面図である。
【００３１】
触媒コンバータ７の内部は、触媒２０より下流側で中心側のメイン通路２１とメイン通路２１の外周側のサブ通路２２とからなる２重管構造となっており、サブ通路２２にはＥＧＲ通路８が接続されている。
【００３２】
メイン通路２１の下流端には、メイン通路２１を開閉し得るメインバルブ２３が配置されている。メインバルブ２３は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、２枚が並ぶことでメイン通路２１を閉鎖する形状となる弁体３０と、それぞれの弁体３０の回転軸となるシャフト３１とを有し、シャフト３１を電動モータ等のアクチュエータにより回転駆動することで、メイン通路２１を開閉する。
【００３３】
サブ通路２２には、一部に連通孔を有する隔壁４２が設けられ、連通孔をサブバルブ２４で開閉する構成となっている。サブバルブ２４は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、連通孔を閉鎖し得る形状の弁体４０と、弁体４０の回転軸となるシャフト４１とを有し、シャフト４１を電動モータ等のアクチュエータにより回転駆動される。
【００３４】
メインバルブ２３及びサブバルブ２４の駆動は、ＥＣＵ１８により後述するように制御される。
【００３５】
次に、ＥＣＵ１８が実行するメインバルブ２３、サブバルブ２４、及びＥＧＲバルブ９の開閉制御について説明する。
【００３６】
内燃機関１による走行（以下、内燃機関走行モードという）から電動モータ１２による走行（以下、モータ走行モードという）への移行時及びモータ走行モードから内燃機関走行モードへの移行時を除く通常走行時には、メインバルブ２３及びサブバルブ２４を開弁状態とする。これにより、排気はメイン通路２１及びサブ通路２２を流れる。一方、内燃機関走行モードとモータ走行モードの移行時には、以下のような制御ルーチンによりメインバルブ２３及びサブバルブ２４を制御する。
【００３７】
図５は、ＥＣＵ１８が実行するメインバルブ２３及びサブバルブ２４の開閉制御ルーチンを示すフローチャートである。図６はＥＣＵ１８が実行する図５のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ１００で、ＥＣＵ１８は各種センサ１９の検出信号を読み込む。
【００３９】
ステップＳ１１０で、ＥＣＵ１８はステップＳ１００で読み込んだ検出信号に基づいて、内燃機関走行モードからモータ走行モードへの移行タイミングであるか否かを判定する。例えば、運転領域を内燃機関１のエネルギー変換効率に基づいて内燃機関走行モード領域とモータ走行領域に分割したマップを格納しておき、読み込んだ検出信号に基づいて、移行タイミングであるか否かを判断する。
【００４０】
移行タイミングである場合はステップＳ１２０の処理を実行し、そうでない場合は本制御ルーチンを抜ける。
【００４１】
ステップＳ１２０で、ＥＣＵ１８はメインバルブ２３、サブバルブ２４の開閉状態を設定する。具体的には、メインバルブ２３を閉弁状態、かつサブバルブ２４を開弁状態に設定する。
【００４２】
このように設定すると、メイン通路２１がメインバルブ２３により閉鎖されるので、モータリング制御中に触媒コンバータ７に流入した新気はメイン通路２１を流れず、サブ通路２２のみを流れる。このとき、新気はサブ通路２２に流れ込もうとするので、触媒２０の外周側部分、つまりサブ通路２２に対応する部分のみを通過する。
【００４３】
したがって、モータリング制御中に触媒２０で酸素ストレージ量が増加するのはサブ通路２２に対応する部分のみで、メイン通路２１に対応する部分の酸素ストレージ量は増加しない。そして、触媒２０のサブ通路２２に対応する部分の酸素ストレージ能力を超える酸素はストレージされずに吸気通路２へ戻されるので、触媒２０全体としてみた場合の酸素ストレージ量はメイン通路２１及びサブ通路２２を開弁状態にした場合より少なくなる。
【００４４】
また、新気がサブ通路２２、つまり触媒コンバータ７の外周側の通路を通過するので、触媒コンバータ７からの放熱を抑制できる。
【００４５】
なお、メインバルブ２３及びサブバルブ２４を閉弁し、ＥＧＲバルブ９を開弁してもよい。この場合、新気が吸気通路２へ還流して再び内燃機関１を通過することになるので、触媒２０の温度低下を抑制することができる。
【００４６】
ステップＳ１３０で、ＥＣＵ１８はステップＳ１２０で設定した状態になるようメインバルブ２３及びサブバルブ２４の開閉制御を実行し、かつモータリング制御を実行する。
【００４７】
ステップＳ１４０で。ＥＣＵ１８は図６のサブルーチンを開始する。
【００４８】
図６のステップＳ２００で、ＥＣＵ１８は各種センサ１９の検出信号に基づいて、内燃機関１を再始動するタイミングであるか否かを判定する。
【００４９】
再始動するタイミングである場合はステップＳ２１０の処理を実行し、そうでない場合は再始動するタイミングになるまでステップＳ２００の判定を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ２１０で、ＥＣＵ１８はメインバルブ２３、サブバルブ２４及びＥＧＲバルブ９の開閉状態を設定する。具体的には、メインバルブ２３を開弁状態、サブバルブ２４を閉弁状態、ＥＧＲバルブ９を開弁状態に設定する。
【００５１】
このように設定すると、メイン通路２１は開通し、サブ通路２２はＥＧＲバルブ９が開弁していることでＥＧＲ通路８を介して吸気通路２に連通するので、内燃機関１を再始動した場合に、排気は触媒２０の全面を通過する。このとき、触媒２０のサブ通路２２に対応する部分にストレージされた酸素が放出されて排気中のＮＯｘ量が増大するが、ＮＯｘ量が増大した排気はサブ通路２２からＥＧＲ通路８を介して吸気通路２へ還流され、内燃機関１で再燃焼する。すなわち、ＮＯｘ量が増大した排気は触媒コンバータ７より下流へは流れずに内燃機関１へ還流されるので、内燃機関１が再始動した場合の排気性能の悪化を防止することができる。
【００５２】
ステップＳ２２０で、ＥＣＵ１８は、ステップＳ２１０で設定した状態となるようにメインバルブ２３、サブバルブ２４及びＥＧＲバルブ９の開閉制御を実行し、かつ、モータリング制御を実行し、サブルーチンを抜けて図５の制御ルーチンに戻り、処理を終了する。
【００５３】
なお、内燃機関１が再始動して、モータリング制御中に触媒２０にストレージされた酸素の全量が放出されたら、サブバルブ２４を開弁する。モータリング制御中にストレージされた酸素の全量が放出されたか否かは、予め所定時間を設定しておいてもよいし、モータリング制御の実行時間と実行中の内燃機関１の回転速度に基づいて推定してもよい。
【００５４】
上記のように、モータリング制御中に触媒コンバータ７に新気が流入することで触媒２０の酸素ストレージ量が増大するが、内燃機関１が再始動したときに、酸素が放出されてＮＯｘ量が増大した排気はＥＧＲ通路８を介して吸気通路２に還流される。したがって、モータリング制御中にスロットルバルブ４を絞ることなく排気性能の悪化を防止でき、ポンピングロスによるモータリング制御中の駆動出力低下の問題も生じない。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば次の効果が得られる。
【００５６】
（１）ＥＣＵ１８は、モータリング制御中に触媒２０の一部分のみが新気の流路となるよう触媒コンバータ７内の流路を切り替えるので、モータリング制御中の触媒２０の酸素ストレージ量増加を抑制することができる。
【００５７】
（２）新気の流路となるのは、触媒２０の外周付近の一部分なので、モータリング制御中の触媒コンバータ７からの放熱を抑制できる。
【００５８】
（３）ＥＣＵ１８は、触媒２０の一部分を通過した空気を、ＥＧＲ通路８を介して吸気通路２に還流させるので、モータリング制御中の触媒２０の温度低下を抑制することができる。
【００５９】
（４）ＥＣＵ１８は、モータリング制御の後で内燃機関１を再始動した場合に、触媒２０の全体を排気が流れ、かつ触媒２０の一部分を通過した排気が吸気通路２に還流するよう流路を切り替えるので、内燃機関１の再始動後に触媒２０からの酸素放出によるＮＯｘ排出量増大を抑制できる。
【００６０】
（５）ＥＣＵ１８は、モータリング制御中にスロットルバルブ４を開状態にするので、ポンピングロスが増大することがなく、これにより駆動出力の低下を回避することができる。
【００６１】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６２】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 吸気マニホールド
４ スロットルバルブ
５ 排気マニホールド
６ 排気通路
７ 触媒コンバータ
８ 排気還流通路（ＥＧＲ通路）
９ ＥＧＲバルブ
１０ 出力軸
１１ 第１クラッチ
１２ 電動モータ
１３ 出力軸
１４ 第２クラッチ
１５ ファイナルギア
１６ ドライブシャフト
１７ 駆動輪
２０ 触媒
２１ メイン通路
２２ サブ通路
２３ メインバルブ
２４ サブバルブ
３０ 弁体
３１ シャフト
４０ 弁体
４１ シャフト
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動源として内燃機関と電動機を備えるハイブリッド車両の排気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
駆動源として内燃機関と電動機とを備え、内燃機関のエネルギー変換効率が高い領域では内燃機関を優先的に運転し、内燃機関のエネルギー変換効率が低い領域では電動機を優先的に運転または電動機によるアシストを行うハイブリッド車両が知られている。
【０００３】
ハイブリッド車両において、内燃機関による走行から電動機による走行へ切り替える際に、内燃機関の燃料供給を停止すると機関回転速度が急激に低下する、いわゆるトルクショックが発生して運転者に違和感を与えるという問題がある。トルクショックを防止するための制御として、内燃機関への燃料供給を停止した後も電動機の出力軸と内燃機関の出力軸とを連結しておき、内燃機関が完全に停止するまで電動機の出力によって機関回転速度を徐々に低下させるモータリング制御が知られている。
【０００４】
しかし、モータリング制御を行うと、吸気通路内の空気がそのまま燃焼室を通過して排気浄化用触媒に流入するので、排気浄化用触媒の酸素ストレージ量が増大してしまい、次回の内燃機関始動時に、排気浄化用触媒から多量の酸素が放出されて、排気中のＮＯｘ量が増大するという問題がある。この問題を解決するため、特許文献１には、モータリング制御中にスロットルバルブを絞ることで、排気浄化用触媒へ流入する新気量を低減する制御が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１９５１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１の制御では酸素ストレージ量の増加は防止できるが、スロットルバルブを絞ることで内燃機関のポンピングロスが発生するので、ポンピングロスの分だけ車両の駆動力が低下してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、本発明では、内燃機関の出力軸と電動機の出力軸とを接続した状態で電動機による走行を行う場合の、車両の駆動力の低下を防止しつつ、内燃機関を再始動した場合の排気性能の悪化を防止することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のハイブリッド車両の排気制御装置は、駆動源として内燃機関と電動モータを備え、運転状態に応じて前記内燃機関及び前記電動モータの駆動、停止を切り替える。そして、内燃機関の排気浄化用の触媒を担持する触媒コンバータと、触媒コンバータ内部の排気の流れを切り替える流路切り替え手段と、を備える。さらに、流路切り替え手段は、内燃機関と電動モータを接続した状態で内燃機関を停止して電動モータの出力で走行する場合に、触媒コンバータが担持する触媒の一部分のみが内燃機関を通過した空気の流路となるよう流路を切り替える。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、モータリング制御中は内燃機関を通過した空気が触媒の一部分しか通過しないので、スロットルバルブを絞らなくても、触媒の酸素ストレージ量の増加を抑制することができるので、車両の駆動力の低下を防止できる。また、酸素ストレージ量の増加が抑制されることにより、内燃機関を再始動したときの排気性能の悪化も防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態を適用するシステムの構成図である。
【図２】触媒コンバータの断面図である。
【図３】（Ａ）はメインバルブ閉状態における図２のIII−III線に沿った断面図、（Ｂ）はメインバルブ開状態における図２のIII−III線に沿った断面図である。
【図４】（Ａ）はサブバルブ閉状態における図２のVI−VI線に沿った断面図、（Ｂ）はサブンバルブ開状態における図２のVI−VI線に沿った断面図である。
【図５】ＥＣＵが実行するバルブ開閉制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図６】ＥＣＵが実行するバルブ開閉制御のサブルーチンを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１２】
図１は、本発明の第１実施形態を適用するハイブリッド車両のシステム構成図である。
【００１３】
車両の駆動源としての内燃機関１と電動モータ１２は直列に配置されており、内燃機関１の出力軸１０と電動モータ１２との間には第１クラッチ１１が、電動モータ１２の出力軸１３とファイナルギア１５の間には第２クラッチ１４が介装されている。
【００１４】
内燃機関１は、吸気通路２にスロットルバルブ４を備え、これにより吸気量を調整する。吸気は吸気通路２から吸気マニホールド３を経て内燃機関１に流入する。
【００１５】
一方、内燃機関１の各気筒の排気は、排気マニホールド５で合流して排気通路６を流れる。排気通路６には、排気浄化用の触媒２０を担持した触媒コンバータ７が介装されている。触媒コンバータ７の構成については後述する。
【００１６】
また、触媒コンバータ７には、排気の一部を吸気通路２に還流させるための排気還流通路（以下、ＥＧＲ通路という）８が接続されている。ＥＧＲ通路８には排気還流量を調節するためのＥＧＲバルブ９が介装されている。
【００１７】
内燃機関１及び電動モータ１２の運転制御、及び第１クラッチ１１及び第２クラッチ１４の締結、解放制御は、車速センサ、クランク角センサ、アクセル開度センサ等の各種センサ１９の検出値に基づいてコントローラ（以下、ＥＣＵという）１８により行われる。
【００１８】
ＥＣＵ１８は、中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）及び入出力インタフェース（Ｉ／Ｏインタフェース）を備えたマイクロコンピュータで構成される。ＥＣＵ１８を複数のマイクロコンピュータで構成することも可能である。
【００１９】
上記のようなハイブリッド車両において、ＥＣＵ１８は、各種センサ１９の検出値に基づいて、ＥＧＲバルブ９の開閉制御や、内燃機関１や電動モータ１２の出力制御等の他に、内燃機関１または電動モータ１２のいずれを用いて走行するかの決定も行う。具体的には、内燃機関１のエネルギー変換効率が相対的に低い領域は電動モータ１２により走行し、内燃機関１のエネルギー変換効率が相対的に高い領域は内燃機関１により走行し、加速時等は内燃機関１及び電動モータ１２により走行する。
【００２０】
内燃機関１により走行する際には、ＥＣＵ１８は第１クラッチ１１及び第２クラッチ１４を締結する。これにより内燃機関１の出力は内燃機関１の出力軸１０、電動モータ１２の出力軸１３、ファイナルギア１５、ドライブシャフト１６を介して駆動輪１７に伝達される。電動モータ１２によるアシストが必要な場合には、この状態で電動モータ１２を駆動する。
【００２１】
一方、電動モータ１２のみにより走行する際には、ＥＣＵ１８は原則として第１クラッチ１１を解放し、第２クラッチ１４を締結する。これにより、電動モータ１２の出力を出力軸１３、ファイナルギア１５、及びドライブシャフト１６を介して駆動輪１７に伝達する。
【００２２】
ただし、内燃機関１による走行から電動モータ１２による走行へ切り替える際に、内燃機関１の燃料噴射を停止すると、機関回転速度が急激に低下することでトルクショックが発生するので、内燃機関１が完全に停止するまでは第１クラッチ１１を締結しておく。これにより、内燃機関１の回転速度を徐々に低下させてトルクショックの発生を防止する。
【００２３】
また、電動モータ１２のみで走行する領域であっても、直ちに再加速することが予測されるような場合には、第１クラッチ１１を断接する際に発生するショック発生を回避するため、内燃機関１が停止した後も第１クラッチ１１を締結したまま走行する場合がある。
【００２４】
このように、第１クラッチ１１を締結したまま内燃機関１を停止して電動モータ１２により走行する制御を、モータリング制御とよぶ。
【００２５】
第１クラッチ１１を締結したまま電動モータ１２により走行すると、吸気通路２にある新気が内燃機関１の各気筒をそのまま通過して排気として触媒コンバータ７に流入する。
【００２６】
以下、新気が内燃機関１を燃焼せずに通過したものは、内燃機関１から排出されたという観点からは「排気」であるが、通常運転時の排気と区別するため「新気」と呼ぶ。
【００２７】
従来の排気浄化システムでは、触媒２０の酸素ストレージ能力によって、触媒２０に多量の酸素が溜められ、溜められた酸素が内燃機関１の再始動によって放出されて、排気中のＮＯｘ量が増大するという問題があった。一方、触媒２０への新気の流入を抑制するためにスロットルバルブ４を閉じると、ポンピングロスが増大することによって、電動モータ１２の負荷が増大、つまり走行駆動力が低下するという問題もあった。
【００２８】
しかし、本実施形態の触媒コンバータ７によれば、上記の問題、つまり内燃機関１を再始動したときのＮＯｘ量の増加及び走行駆動力の低下、を解決できる。
【００２９】
ここで、触媒コンバータ７の構成について説明する。
【００３０】
図２は触媒コンバータ７の排気流れ方向に沿った断面図である。なお、触媒２０は図２の右端に接するように配置されるが、図２では省略している。図３（Ａ）は後述するメインバルブ２３が閉じた状態の図２のIII−III線に沿った断面図、図３（Ｂ）は同じくメインバルブ２３が開いた状態の、図２のIII−III線に沿った断面図である。図４（Ａ）は後述するサブバルブ２４が閉じた状態の図２のVI−VI線に沿った断面図、図４（Ｂ）は同じくサブバルブ２４が閉じた状態の図２のVI−VI線に沿った断面図である。
【００３１】
触媒コンバータ７の内部は、触媒２０より下流側で中心側のメイン通路２１とメイン通路２１の外周側のサブ通路２２とからなる２重管構造となっており、サブ通路２２にはＥＧＲ通路８が接続されている。
【００３２】
メイン通路２１の下流端には、メイン通路２１を開閉し得るメインバルブ２３が配置されている。メインバルブ２３は、図３（Ａ）、図３（Ｂ）に示すように、２枚が並ぶことでメイン通路２１を閉鎖する形状となる弁体３０と、それぞれの弁体３０の回転軸となるシャフト３１とを有し、シャフト３１を電動モータ等のアクチュエータにより回転駆動することで、メイン通路２１を開閉する。
【００３３】
サブ通路２２には、一部に連通孔を有する隔壁４２が設けられ、連通孔をサブバルブ２４で開閉する構成となっている。サブバルブ２４は、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、連通孔を閉鎖し得る形状の弁体４０と、弁体４０の回転軸となるシャフト４１とを有し、シャフト４１を電動モータ等のアクチュエータにより回転駆動される。
【００３４】
メインバルブ２３及びサブバルブ２４の駆動は、ＥＣＵ１８により後述するように制御される。
【００３５】
次に、ＥＣＵ１８が実行するメインバルブ２３、サブバルブ２４、及びＥＧＲバルブ９の開閉制御について説明する。
【００３６】
内燃機関１による走行（以下、内燃機関走行モードという）から電動モータ１２による走行（以下、モータ走行モードという）への移行時及びモータ走行モードから内燃機関走行モードへの移行時を除く通常走行時には、メインバルブ２３及びサブバルブ２４を開弁状態とする。これにより、排気はメイン通路２１及びサブ通路２２を流れる。一方、内燃機関走行モードとモータ走行モードの移行時には、以下のような制御ルーチンによりメインバルブ２３及びサブバルブ２４を制御する。
【００３７】
図５は、ＥＣＵ１８が実行するメインバルブ２３及びサブバルブ２４の開閉制御ルーチンを示すフローチャートである。図６はＥＣＵ１８が実行する図５のサブルーチンを示すフローチャートである。
【００３８】
ステップＳ１００で、ＥＣＵ１８は各種センサ１９の検出信号を読み込む。
【００３９】
ステップＳ１１０で、ＥＣＵ１８はステップＳ１００で読み込んだ検出信号に基づいて、内燃機関走行モードからモータ走行モードへの移行タイミングであるか否かを判定する。例えば、運転領域を内燃機関１のエネルギー変換効率に基づいて内燃機関走行モード領域とモータ走行領域に分割したマップを格納しておき、読み込んだ検出信号に基づいて、移行タイミングであるか否かを判断する。
【００４０】
移行タイミングである場合はステップＳ１２０の処理を実行し、そうでない場合は本制御ルーチンを抜ける。
【００４１】
ステップＳ１２０で、ＥＣＵ１８はメインバルブ２３、サブバルブ２４の開閉状態を設定する。具体的には、メインバルブ２３を閉弁状態、かつサブバルブ２４を開弁状態に設定する。
【００４２】
このように設定すると、メイン通路２１がメインバルブ２３により閉鎖されるので、モータリング制御中に触媒コンバータ７に流入した新気はメイン通路２１を流れず、サブ通路２２のみを流れる。このとき、新気はサブ通路２２に流れ込もうとするので、触媒２０の外周側部分、つまりサブ通路２２に対応する部分のみを通過する。
【００４３】
したがって、モータリング制御中に触媒２０で酸素ストレージ量が増加するのはサブ通路２２に対応する部分のみで、メイン通路２１に対応する部分の酸素ストレージ量は増加しない。そして、触媒２０のサブ通路２２に対応する部分の酸素ストレージ能力を超える酸素はストレージされずに吸気通路２へ戻されるので、触媒２０全体としてみた場合の酸素ストレージ量はメイン通路２１及びサブ通路２２を開弁状態にした場合より少なくなる。
【００４４】
また、新気がサブ通路２２、つまり触媒コンバータ７の外周側の通路を通過するので、触媒コンバータ７からの放熱を抑制できる。
【００４５】
なお、メインバルブ２３及びサブバルブ２４を閉弁し、ＥＧＲバルブ９を開弁してもよい。この場合、新気が吸気通路２へ還流して再び内燃機関１を通過することになるので、触媒２０の温度低下を抑制することができる。
【００４６】
ステップＳ１３０で、ＥＣＵ１８はステップＳ１２０で設定した状態になるようメインバルブ２３及びサブバルブ２４の開閉制御を実行し、かつモータリング制御を実行する。
【００４７】
ステップＳ１４０で。ＥＣＵ１８は図６のサブルーチンを開始する。
【００４８】
図６のステップＳ２００で、ＥＣＵ１８は各種センサ１９の検出信号に基づいて、内燃機関１を再始動するタイミングであるか否かを判定する。
【００４９】
再始動するタイミングである場合はステップＳ２１０の処理を実行し、そうでない場合は再始動するタイミングになるまでステップＳ２００の判定を繰り返す。
【００５０】
ステップＳ２１０で、ＥＣＵ１８はメインバルブ２３、サブバルブ２４及びＥＧＲバルブ９の開閉状態を設定する。具体的には、メインバルブ２３を開弁状態、サブバルブ２４を閉弁状態、ＥＧＲバルブ９を開弁状態に設定する。
【００５１】
このように設定すると、メイン通路２１は開通し、サブ通路２２はＥＧＲバルブ９が開弁していることでＥＧＲ通路８を介して吸気通路２に連通するので、内燃機関１を再始動した場合に、排気は触媒２０の全面を通過する。このとき、触媒２０のサブ通路２２に対応する部分にストレージされた酸素が放出されて排気中のＮＯｘ量が増大するが、ＮＯｘ量が増大した排気はサブ通路２２からＥＧＲ通路８を介して吸気通路２へ還流され、内燃機関１で再燃焼する。すなわち、ＮＯｘ量が増大した排気は触媒コンバータ７より下流へは流れずに内燃機関１へ還流されるので、内燃機関１が再始動した場合の排気性能の悪化を防止することができる。
【００５２】
ステップＳ２２０で、ＥＣＵ１８は、ステップＳ２１０で設定した状態となるようにメインバルブ２３、サブバルブ２４及びＥＧＲバルブ９の開閉制御を実行し、かつ、モータリング制御を実行し、サブルーチンを抜けて図５の制御ルーチンに戻り、処理を終了する。
【００５３】
なお、内燃機関１が再始動して、モータリング制御中に触媒２０にストレージされた酸素の全量が放出されたら、サブバルブ２４を開弁する。モータリング制御中にストレージされた酸素の全量が放出されたか否かは、予め所定時間を設定しておいてもよいし、モータリング制御の実行時間と実行中の内燃機関１の回転速度に基づいて推定してもよい。
【００５４】
上記のように、モータリング制御中に触媒コンバータ７に新気が流入することで触媒２０の酸素ストレージ量が増大するが、内燃機関１が再始動したときに、酸素が放出されてＮＯｘ量が増大した排気はＥＧＲ通路８を介して吸気通路２に還流される。したがって、モータリング制御中にスロットルバルブ４を絞ることなく排気性能の悪化を防止でき、ポンピングロスによるモータリング制御中の駆動出力低下の問題も生じない。
【００５５】
以上のように、本実施形態によれば次の効果が得られる。
【００５６】
（１）ＥＣＵ１８は、モータリング制御中に触媒２０の一部分のみが新気の流路となるよう触媒コンバータ７内の流路を切り替えるので、モータリング制御中の触媒２０の酸素ストレージ量増加を抑制することができる。
【００５７】
（２）新気の流路となるのは、触媒２０の外周付近の一部分なので、モータリング制御中の触媒コンバータ７からの放熱を抑制できる。
【００５８】
（３）ＥＣＵ１８は、触媒２０の一部分を通過した空気を、ＥＧＲ通路８を介して吸気通路２に還流させるので、モータリング制御中の触媒２０の温度低下を抑制することができる。
【００５９】
（４）ＥＣＵ１８は、モータリング制御の後で内燃機関１を再始動した場合に、触媒２０の全体を排気が流れ、かつ触媒２０の一部分を通過した排気が吸気通路２に還流するよう流路を切り替えるので、内燃機関１の再始動後に触媒２０からの酸素放出によるＮＯｘ排出量増大を抑制できる。
【００６０】
（５）ＥＣＵ１８は、モータリング制御中にスロットルバルブ４を開状態にするので、ポンピングロスが増大することがなく、これにより駆動出力の低下を回避することができる。
【００６１】
なお、本発明は上記の実施の形態に限定されるわけではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想の範囲内で様々な変更を成し得ることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００６２】
１ 内燃機関
２ 吸気通路
３ 吸気マニホールド
４ スロットルバルブ
５ 排気マニホールド
６ 排気通路
７ 触媒コンバータ
８ 排気還流通路（ＥＧＲ通路）
９ ＥＧＲバルブ
１０ 出力軸
１１ 第１クラッチ
１２ 電動モータ
１３ 出力軸
１４ 第２クラッチ
１５ ファイナルギア
１６ ドライブシャフト
１７ 駆動輪
２０ 触媒
２１ メイン通路
２２ サブ通路
２３ メインバルブ
２４ サブバルブ
３０ 弁体
３１ シャフト
４０ 弁体
４１ シャフト
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動源として内燃機関と電動モータを備え、運転状態に応じて前記内燃機関及び前記電動モータの駆動、停止を切り替えるハイブリッド車両の排気制御装置において、
前記内燃機関の排気浄化用の触媒を担持する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータ内部の排気の流れを切り替える流路切り替え手段と、
を備え、
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行する場合に、前記触媒コンバータが担持する触媒の一部分のみが前記内燃機関を通過した空気の流路となるよう流路を切り替えることを特徴とするハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関を通過した空気の流路となるのは、前記触媒の外周付近の一部分である請求項１に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項３】
前記触媒の下流側と吸気通路とを連通する配管を備え、
前記流路切り替え手段は、前記触媒の一部分を通過した空気を、前記配管を介して吸気通路に還流させる請求項１または２に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項４】
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行した後で前記内燃機関を再始動した場合に、前記触媒の全体を排気が流れ、かつ前記触媒の一部分を通過した排気が前記吸気通路に還流するよう流路を切り替える請求項３に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項５】
前記触媒コンバータは、前記触媒の下流側の流路が２重管構造となっており、内周側の流路を開閉する内周側弁と、外周側の流路を開閉する外周側弁と、前記内周側の流路と吸気通路を連通する配管と、を備え、
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行する場合に、前記内周側弁を閉弁し、前記外周側弁を開弁する請求項１から４のいずれかに記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項６】
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行した後で前記内燃機関を再始動した場合に、前記内周側弁を開弁し、前記外周側弁を閉弁する請求項５に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の吸気量を調整するスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を制御するスロットルバルブコントローラと、
を備え、
前記スロットルバルブコントローラは、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行する場合に、前記スロットルバルブを開状態にする請求項１から６のいずれかに記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項１】
駆動源として内燃機関と電動モータを備え、運転状態に応じて前記内燃機関及び前記電動モータの駆動、停止を切り替えるハイブリッド車両の排気制御装置において、
前記内燃機関の排気浄化用の触媒を担持する触媒コンバータと、
前記触媒コンバータ内部の排気の流れを切り替える流路切り替え手段と、
を備え、
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行する場合に、前記触媒コンバータが担持する触媒の一部分のみが前記内燃機関を通過した空気の流路となるよう流路を切り替えることを特徴とするハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項２】
前記内燃機関を通過した空気の流路となるのは、前記触媒の外周付近の一部分である請求項１に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項３】
前記触媒の下流側と吸気通路とを連通する配管を備え、
前記流路切り替え手段は、前記触媒の一部分を通過した空気を、前記配管を介して吸気通路に還流させる請求項１または２に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項４】
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行した後で前記内燃機関を再始動した場合に、前記触媒の全体を排気が流れ、かつ前記触媒の一部分を通過した排気が前記吸気通路に還流するよう流路を切り替える請求項３に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項５】
前記触媒コンバータは、前記触媒の下流側の流路が２重管構造となっており、内周側の流路を開閉する内周側弁と、外周側の流路を開閉する外周側弁と、前記内周側の流路と吸気通路を連通する配管と、を備え、
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行する場合に、前記内周側弁を閉弁し、前記外周側弁を開弁する請求項１から４のいずれかに記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項６】
前記流路切り替え手段は、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行した後で前記内燃機関を再始動した場合に、前記内周側弁を開弁し、前記外周側弁を閉弁する請求項５に記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【請求項７】
前記内燃機関の吸気量を調整するスロットルバルブと、
前記スロットルバルブの開度を制御するスロットルバルブコントローラと、
を備え、
前記スロットルバルブコントローラは、前記内燃機関と前記電動モータを接続した状態で前記内燃機関を停止して前記電動モータの出力で走行する場合に、前記スロットルバルブを開状態にする請求項１から６のいずれかに記載のハイブリッド車両の排気制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−４１８４１（Ｐ２０１２−４１８４１Ａ）
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１８２３９３（Ｐ２０１０−１８２３９３）
【出願日】平成２２年８月１７日（２０１０．８．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月１日（２０１２．３．１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月１７日（２０１０．８．１７）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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