JP2017081501A

JP2017081501A - 発電機駆動用エンジン搭載の自動車

Info

Publication number: JP2017081501A
Application number: JP2015214774A
Authority: JP
Inventors: 横山　哲也; Tetsuya Yokoyama; 哲也横山; 香川　良二; Ryoji Kagawa; 良二香川
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2017-05-18
Anticipated expiration: 2035-10-30
Also published as: JP6278029B2; US20170120756A1

Abstract

【課題】発電機駆動用エンジンを搭載した自動車において、エンジンを始動する際に、エミッション性能が悪化してしまうことを抑制する。【解決手段】発電機駆動用エンジン搭載の自動車（電気自動車１）は、発電機４１と、エンジン４２と、触媒装置７と、エンジンを始動することによって発電機が発電を開始するときに、電気ヒータ（ＥＨＣ７３）を運転することによって、触媒装置の活性化を図る初期モードを実行し、その後、発電運転モードを実行するよう構成された制御部（ＰＣＵ８１）と、吸気通路５と排気通路６とを互いに接続する接続通路（ＥＧＲ通路６０）と、接続通路を流れるガス流量を調整する調整弁（スロットル弁４２３、排気シャッター弁４２４、ＥＧＲ弁４２５）と、を備える。制御部は、初期モードにおいて、発電機によってエンジンを逆回転方向にモータリングさせる。【選択図】図２

Description

ここに開示する技術は、発電機を駆動するためのエンジンを搭載した自動車に関する。

特許文献１には、電気ヒータ付き触媒装置を搭載した自動車が記載されている。この自動車は、排気通路の上流側に第１触媒部が配置されていると共に、第１触媒部の下流側に第２触媒部が配置されている。電気ヒータは、第１触媒部の上流側に取り付けられている。エンジンの運転によってエンジンから排出された排気ガスが排気通路を流れている状態で電気ヒータが第１触媒部を加熱することにより、第１触媒部の活性化が図られる。

特開平９−８５０５４号公報

ところで、走行用の電力を発電するよう構成された発電機と、発電機を駆動するよう構成されたエンジンとを搭載した自動車では、走行中に、触媒装置が未活性の状態で、エンジンを始動する場合がある。特に、航続距離を延長するためのレンジエクステンダ装置を搭載した電気自動車や、いわゆるプラグインハイブリッド自動車は、バッテリＳＯＣ（State Of Charge）が低下したときにエンジンが始動することによって、発電機が発電を開始する。これらの自動車では、エンジンの始動頻度が低いため、エンジンの始動時には、触媒装置が未活性である場合が多い。触媒装置が未活性のままで、発電機が発電をする程度にエンジンの出力を高めると、大気中にエミッションが排出されてしまう。エンジンの始動時には、エミッション性能が悪化してしまう。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、発電機駆動用エンジンを搭載した自動車において、エンジンを始動する際に、エミッション性能が悪化してしまうことを抑制することにある。

ここに開示する技術は、発電機駆動用エンジン搭載の自動車に係る。この自動車は、自動車に搭載されかつ、走行用の電力を発電するよう構成された発電機と、前記発電機に連結されかつ、前記発電機を駆動するよう構成されたエンジンと、前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンの運転時に前記エンジンから排出された排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置と、前記排気通路に配設されかつ、前記触媒装置を加熱するよう構成された電気ヒータと、前記エンジンを始動することによって前記発電機が発電を開始するときに、前記電気ヒータを運転することによって、前記触媒装置の活性化を図る初期モードを実行し、その後、前記エンジンを運転することによって前記発電機を運転する発電運転モードを実行するよう構成された制御部と、を備える。

前記電気ヒータは、前記触媒装置の下流に配設され、前記発電機は、前記エンジンを駆動するよう構成される。発電機駆動用エンジン搭載の自動車は、前記エンジンの吸気通路と前記排気通路とを互いに接続する接続通路と、前記接続通路を流れるガス流量を調整する調整弁と、をさらに備える。

そして、前記制御部は、前記初期モードにおいて、前記電気ヒータを運転すると共に、前記調整弁によって前記接続通路を流れるガス流量を調整しながら、前記発電機によって前記エンジンを逆回転方向にモータリングさせる。

尚、前記「下流」は、エンジンが通常運転をしているときのガスの流れ方向によって定義される下流である。

この構成によると、発電機による発電開始のために、エンジンを始動するときには、発電運転モードを実行する前に、初期モードを実行する。初期モードは、電気ヒータによって、触媒装置を加熱することで触媒装置を活性化させるモードである。初期モードでは、吸気通路と排気通路とを接続する接続通路を流れるガス流量を、調整弁によって調整しながら、発電機によってエンジンを逆回転方向にモータリングさせる。初期モードでは、エンジンを運転しない。尚、ここで言う運転は、エンジンに燃料を供給し、それを燃焼することによってエンジンを運転することを意味する。初期モードではエンジンから排気ガスが排出されないため、エミッション性能の悪化が防止される。

初期モードでは、前述の通り、エンジンを逆回転方向にモータリングする。これにより、エンジンから、吸気通路、接続通路、及び排気通路を通ってエンジンに戻るようにガスが循環する。ここで、調整弁は、接続通路上に配設されかつ、接続通路を開閉する弁に限らず、ガスの循環経路が構成されるように、吸気通路上に配設されかつ、吸気通路を開閉する弁（例えばスロットル弁）及び／又は排気通路上に配設されかつ、排気通路を開閉する弁（例えば排気シャッター弁）を含む。

電気ヒータは、触媒装置の下流に配設されているため、エンジンの通常運転時とは逆向きのガス流れにより、電気ヒータの熱が触媒装置に送られる。これにより、触媒装置が加熱される。また、電気ヒータによって暖められたガスが、触媒装置を通った後、エンジン、吸気通路、接続通路を経て、再び電気ヒータに至り、電気ヒータによって再度暖められて触媒装置に送られる。このように、ガスを循環させることによって、触媒装置を効率的に昇温することが可能になり、触媒装置を早期に活性化させることが可能になる。

さらに、初期モードにおけるガスの循環流れを、エンジンの通常運転時とは逆方向にすることで、エンジンをモータリングしている最中に、エンジン内で浮遊するオイルミストは、吸気通路側に排出される。これにより、触媒装置にオイルミストが進入することが抑制され、触媒装置の劣化を防止することが可能になる。

初期モードにおいて触媒装置の活性化を図った後（例えば触媒装置が活性化した後）、エンジンを運転しかつ、発電機を運転する発電運転モードを実行する。発電運転モードでは、触媒装置の浄化率が高まっているため、エンジンを運転してもエミッション性能の悪化が防止される。

こうして、エンジンを始動して発電機の発電を実質的に開始する際に、この発電の開始に先立って、初期モードを行うことにより、エミッション性能の悪化が防止される。また、発電機による発電を速やかに開始することが可能になる。

前記吸気通路には、当該吸気通路を流れるガスの温度を検知する温度センサが配設され、前記制御部は、前記初期モードの実行中に、前記温度センサの検知結果に基づいて、前記電気ヒータの故障を判定する、としてもよい。

前述したように、初期モードにおいて、電気ヒータによって暖められたガスは、触媒装置からエンジンを経て吸気通路へと流れる。従って、吸気通路に配設した温度センサの検知により、初期モードの実行中に吸気通路を流れるガスの温度が高まるか否かを検知可能になる。ガス温度が高まるか否かによって、電気ヒータが正常に運転しているか、又は、電気ヒータが正常に運転していないか（つまり、加熱が行われていないこと）を判定することが可能になる。この構成は、エンジンを始動する前の初期モードの実行中に、排気エミッション性能に関係する電気ヒータの故障判定が可能になるという利点がある。

前記触媒装置は、前段触媒部と、前記前段触媒部よりも下流に配設された後段触媒部とを有し、前記電気ヒータは、前記前段触媒部と前記後段触媒部との間に配設されており、前記制御部は、前記初期モードにおいて前記前段触媒部が活性状態に至った後、前記発電運転モードを実行する、としてもよい。

電気ヒータを、前段触媒部と後段触媒部との間に配設することにより、初期モードにおけるガスの循環流れにおいて、電気ヒータの直上流となる前段触媒部を早期に活性化させることが可能になる。

そうして、前段触媒部が活性状態になれば発電運転モードを実行することにより、発電機による発電を速やかに開始することが可能になる。発電運転モードでは、エンジンが運転するが、前段触媒部が活性状態であるため、エミッション性能の悪化が抑制される。また、発電運転モードでは、発電機において発電が行われる程度にエンジンの出力が高まることで、排気ガスの温度が高くなる。これにより、後段触媒部も速やかに活性化する。後段触媒部が活性化すれば、エミッション性能が良好になる。

前記接続通路は、前記排気通路における前記後段触媒部よりも下流に接続されている、としてもよい。こうすることで、初期モードにおいては、後段触媒部及び前段触媒部を含めてガスが循環するようになるから、後段触媒部及び前段触媒部それぞれの活性化が図られる。

前記接続通路は、前記排気通路における前記前段触媒部と前記後段触媒部との間に接続されている、としてもよい。こうすることで、初期モードにおいては、前段触媒部を含めてガスが循環するようになるから、前段触媒部の活性化が図られる。この構成は、初期モードにおいてガスが循環する経路長が相対的に短くなるため、前段触媒部を効率的にかつ、早期に活性化させることが可能になる。発電機による発電が早期に開始される。

前記吸気通路において、前記エンジンの気筒入口と前記接続通路の接続部分との間には、オイルミストを貯める貯留部が設けられている、としてもよい。

前述したように、初期モードにおいて、エンジンをモータリングしている最中にエンジン内で浮遊するオイルミストは、吸気通路側に排出される。初期モード時にガスは循環して流れているため、オイルミストが、接続通路から排気通路に至り、電気ヒータ及び／又は触媒装置に進入する虞がある。

前記の構成では、吸気通路において、エンジンの気筒入口と接続通路の接続部分との間に、オイルミストを貯める貯留部を設ける。これにより、オイルミストが、電気ヒータ及び／又は触媒装置に進入することが防止される。

前記エンジンは、メタリングオイルが前記エンジン内のシール面に供給されるよう構成されたロータリーピストンエンジンである、としてもよい。

ロータリーピストンエンジンは、モータリング時にも、エンジン内のシール面にメタリングオイルを供給する必要がある。前述したように、初期モードにおいてロータリーピストンエンジンをモータリングするときに、エンジン内のオイルミスト量は、レシプロエンジンよりも多くなる虞がある。従って、初期モードにおけるモータリング時に、ロータリーピストンエンジンを逆回転方向にモータリングすることは、触媒装置にオイルミストが進入することを防止する上で特に有効である。

前記制御部は、前記発電運転モードを開始するときに、前記発電機によって前記エンジンを正回転方向にモータリングした後に、前記エンジンへの燃料供給を開始する、としてもよい。

こうすることで、エンジンが逆回転方向にモータリングしている状態から、エンジンをスムースかつ、確実に始動させることが可能になる。

尚、ここに開示する技術は、エンジンの始動頻度が低いレンジエクステンダ電気自動車に適している。また、ここに開示する技術は、レンジエクステンダ電気自動車と同様に、エンジンの始動頻度が低いプラグインハイブリッド自動車に適用することが可能である。

以上説明したように、前記の発電機駆動用エンジン搭載の自動車によると、発電機の発電開始のためにエンジンを始動する際に、触媒装置の活性化を図る初期モードを実行することで、エミッション性能の悪化を防止しながら、触媒装置の活性化が図られると共に、発電機による発電を速やかに開始することができる。

図１は、発電機駆動用エンジン搭載の自動車の構成を説明する図である。図２は、レンジエクステンダ装置の構成を説明する図である。図３は、吸気通路に設けられた貯留部の構成を示す図である。図４は、レンジエクステンダ装置の制御に係る構成を示すブロック図である。図５は、発電機の発電開始時における、エンジン始動フラグ、エンジン運転状態、ＥＨＣ運転状態、燃料噴射状態、及び触媒温度のタイムチャートである。図６は、図２とは異なるレンジエクステンダ装置の構成を説明する図である。

以下、ここに開示する発電機駆動用エンジン搭載の自動車について、図面を参照しながら説明をする。尚、以下の説明は、例示である。図１は、発電機駆動用エンジン搭載の自動車の構成を示す図である。この自動車は、電気自動車１である。図示は省略するが、この電気自動車１は、普通充電器や、急速充電器によってバッテリ２２に電力を充電可能な充電用プラグを備える。この電気自動車１はまた、航続距離を延長するためのレンジエクステンダ装置４を搭載している。

図１に示すように、この電気自動車１は、走行用のモータ２１と、バッテリ２２と、インバータ２３とを備えている。バッテリ２２は、走行用の電力を蓄積する。バッテリ２２は、例えばリチウムイオン電池等からなる。モータ２１は、インバータ２３を介してバッテリ２２からの電力供給を受ける。モータ２１は、駆動輪、つまり、図１の例では前輪３１を駆動する。前輪３１が駆動することにより、電気自動車１は走行する。モータ２１はまた、減速時等には発電機として機能する。バッテリ２２は、回生電力によって充電される。

レンジエクステンダ装置４は、発電機４１と、発電機４１を駆動するエンジン４２と、エンジン４２に供給する燃料を貯める燃料タンク４３と、を有している。図示は省略するが、レンジエクステンダ装置４は、ユニット化されて、電気自動車１の後部に搭載されている。

発電機４１の出力軸とエンジン４２の出力軸とは、図２に示すように、ベルト等の無端体４１１を介して、互いに連結されている。発電機４１は、バッテリ２２を充電するための電力を発生する。発電機４１が駆動することによって発生した電力は、コンバータを含むインバータ２３を介してバッテリ２２に送られる。発電機４１はまた、後述するように、バッテリ２２から供給される電力を受けて駆動することにより、エンジン４２を始動させる際のスタータとしても機能をする。

エンジン４２は、この例では、１ロータの小型ロータリーピストンエンジンである。エンジン４２は、燃料タンク４３から燃料の供給を受けて運転する。エンジン４２が運転することによって、発電機４１が駆動をして発電が行われる。レンジエクステンダ装置４の燃料タンク４３は、所定の容量に制限されている。

エンジン４２は、略三角形状のロータ９１と、ロータ９１を収容するロータハウジング９２と、ロータハウジング９２を挟持してロータ収容室を区画する一対のサイドハウジングとを有している。ロータハウジング９２のトロコイド内周面とロータ９１との間に形成される３つの作動室のそれぞれで、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程が行われることによりロータ９１の回転力が発生する。ロータ９１の回転力は、ロータリーピストンエンジンの出力軸であるエキセントリックシャフト９３から出力される。

エンジン４２には、吸気通路５、及び、排気通路６が接続されている。吸気通路５の途中には、スロットル弁４２３（図３参照）を収容するスロットルボディ５２が介設している。

排気通路６の途中には、触媒装置７が介設している。触媒装置７は、排気通路６の上流側（つまり、エンジン４２に近い側）に配置される前段触媒部７１と、前段触媒部７１よりも下流側に配置される後段触媒部７２とを有している。前段触媒部７１及び後段触媒部７２はそれぞれ、三元触媒を収容している。前段触媒部７１と後段触媒部７２との間には、電気ヒータであるＥＨＣ（Electrically Heated Catalyst）７３が配設されている。詳細には、前段触媒部７１とＥＨＣ７３とは一体化している。排気通路６において、後段触媒部７２の下流には、排気シャッター弁４２４が配設されている。

吸気通路５と排気通路６とは、ＥＧＲ通路（つまり、接続通路）６０を介して互いに接続されている。ＥＧＲ通路６０の一端は、吸気通路５において、スロットルボディ５２とエンジン４２との間の箇所に接続されている。ＥＧＲ通路６０の他端は、排気通路６において、前段触媒部７１と後段触媒部７２との間の箇所に接続されている。より詳細には、ＥＨＣ７３の下流にＥＧＲ通路６０の他端が接続されている。ＥＧＲ通路６０の途中には、ＥＧＲ通路６０を流れるガスの流量を調整するＥＧＲ弁４２５が介設している。ＥＧＲ通路６０は、エンジン４２の通常運転時に、必要に応じて（例えば燃焼温度を低減させるために）、排気通路６を流れる排気ガスを吸気通路５に還流させるための通路として機能し、ＥＧＲ弁４２５は、そのＥＧＲ還流量を調整する流量調整弁として機能する。

ここで、図３に拡大して示すように、吸気通路５と接続通路６０との接続部分には、オイルミストを貯める貯留部５１が形成されている。貯留部５１は、その上端部が吸気通路５に開口しかつ、その下端部に底面を有する所定のボリュームの空間部分として構成される。ＥＧＲ通路６０の一端は、貯留部５１の底面よりも上側位置で、貯留部５１内に開口している。詳細は後述するが、エンジン４２を逆回転方向にモータリングするときに、図３に矢印で示すように、吸気通路５からＥＧＲ通路６０を介して排気通路６へと流れるガスの流れに含まれるオイルミストは、貯留部５１の底に溜まる。ＥＧＲ通路６０は、貯留部５１の底面よりも高い位置に開口しているため、貯留部５１に溜まったオイルミストがＥＧＲ通路６０の方に流れることが防止される。貯留部５１の底面にはまた、図示を省略するブローバイシステムにつながるオイル管５３が接続される。貯留部５１に溜まったオイルは、オイル管５３を通じてブローバイシステムに送られる。

図４は、レンジエクステンダ装置４を搭載した電気自動車１の走行制御に関連する構成を示している。電気自動車１は、制御部としてのＰＣＵ（Powertrain Control Unit）８１を備えている。ＰＣＵ８１には、アクセル開度を検知するアクセル開度センサ８２、車速を検知する車速センサ８３、前段触媒部７１及び後段触媒部７２の触媒温度を検知する触媒温度センサ８４、触媒装置７の浄化率を検知するための、Ｏ_２センサからなる浄化率センサ８５、及び、バッテリ２２のＳＯＣ（State Of Charge）を検知するバッテリセンサ８６、吸気通路５に配設された吸気管圧力センサ８７（図２も参照）が接続される。センサ８２〜８７はそれぞれ、ＰＣＵ８１に検知信号を出力する。ここで、吸気管圧力センサ８７は、吸気通路５内の圧力と共に、吸気通路５内のガスの温度を検知し、その圧力及び温度をＰＣＵ８１に出力する。

ＰＣＵ８１は、エンジン４２の制御として、作動室内に供給する燃料を噴射するよう構成されたインジェクタ４２１、作動室内の混合気を点火するよう構成された点火プラグ４２２、エンジン４２が吸入する空気量を調整するよう構成されたスロットル弁４２３、前述したように排気通路６に配設された排気シャッター弁４２４、ＥＧＲ通路６０を流れるガス流量を調整するＥＧＲ弁４２５、及び、エンジン４２の、ロータ９１とロータハウジング９２との間に形成される作動室の気密を保つためのアペックスシールの潤滑と気密性確保のために、ノズル９４（図２参照）を通じて作動室内にメタリングオイルを供給するための、電動のメタリングオイルポンプ（Metering Oil Pump：ＭＯＰ）４２６に対して制御信号を出力する。ＰＣＵ８１はまた、インバータ２３に対して制御信号を出力し、インバータ２３を通じてモータ２１及び発電機４１を制御する。ＰＣＵ８１はさらに、ＥＨＣ７３のオン／オフを制御する。

ここで、ＰＣＵ８１による、電気自動車１の走行制御について簡単に説明をする。ＰＣＵは、アクセル開度及び車速等に基づいて、インバータ２３を通じてモータ２１を駆動する。それによって、電気自動車１を、運転者の要求に応じて走行させる。

ＰＣＵ８１は、バッテリ２２のＳＯＣが所定値（例えば１０％以下で適宜設定される所定値）以下になれば、エンジン４２を始動し、発電機４１による発電を開始する（つまり、発電運転モードを実行する）。エンジン４２の始動時には、発電機４１に電力を供給することによって発電機４１を原動機として動かすことによりスタータとして用いる。エンジン４２の始動後、ＰＣＵ８１は、発電機４１において効率良く発電が行われるように、予め設定された負荷及び回転数でエンジン４２を運転する。発電機４１が発電をしている時に、エンジン４２は高負荷・高回転で運転される。ＰＣＵ８１は、バッテリ２２のＳＯＣが所定値を維持するようにエンジン４２を運転する。

レンジエクステンダ装置４を搭載した電気自動車１においては、バッテリ２２のＳＯＣが所定値にまで低下して初めてエンジン４２が始動して発電を開始する（前記発電運転モードを実行する）。電気自動車１において、エンジン４２の始動頻度は比較的低い。エンジン４２の始動頻度が低いため、エンジン４２の始動は冷間始動となりやすくかつ、エンジン４２の始動時に、ほとんどの場合、触媒装置７は未活性状態である。そのため、エンジン４２の始動時に、大気中に排出されるエミッション量が増えてしまう虞がある。

そこで、このレンジエクステンダ装置４を搭載した電気自動車１では、エンジン４２の始動時におけるエミッションの排出を抑制するように構成されている。ＰＣＵ８１が実行をする、エンジン４２の始動時の制御について、図５に示すタイムチャートを参照しながら説明をする。

時刻Ｔ０でエンジン４２の始動フラグのオフからオンになったとする。つまり、バッテリ２２のＳＯＣが所定値にまで低下したときに始動フラグがオンになる。始動フラグがオンになると、発電機４１が発電を開始するために、エンジン４２を始動する。

エンジン４２を始動する際には、初期モードを実行する。初期モードは、主に前段触媒部７１を活性化させることを目的としたモードである。初期モードにおいて、ＰＣＵ８１は、ＥＨＣ７３をオンにし、それによってＥＨＣ７３に隣接する前段触媒部７１を加熱する。このときに、前段触媒部７１を効率的に加熱するために、ＰＣＵ８１は、発電機４１に電力を供給する。発電機４１を原動機として動かすことによって、エンジン４２をモータリングする。つまり、エンジン４２において燃焼を行わずにエンジン４２を空転させる。エンジン４２をモータリングするときにも、エンジン４２の通常の運転時と同様に、ＰＣＵ８１はＭＯＰ４２６を駆動し、ロータリーピストンエンジン内のシール面にメタリングオイルを供給する。

発電機４１は、図２に矢印で示すように、エンジン４２を逆回転方向にモータリングする。ＰＣＵ８１はさらに、スロットル弁４２３及び排気シャッター弁４２４をそれぞれ全閉にしかつ、ＥＧＲ弁４２５を全開にする。これにより、エンジン４２から、吸気通路５、ＥＧＲ通路６０、及び、排気通路６を経てエンジン４２に戻る閉じた経路が構成される。こうして、図２に矢印で示すように、初期モードにおいては、エンジン４２の吸気側から吸気通路５、ＥＧＲ通路６０、ＥＨＣ７３、前段触媒部７１、及び排気通路６を経てエンジン４２に戻るようにガスが循環する。このガス流れによって、ＥＨＣ７３の熱が効率良く前段触媒部７１に送られ、前段触媒部７１が速やかに昇温する。また、ガス流れは、閉じた経路内を循環しているため、ガスの温度が次第に高まり、前段触媒部７１は速やかに昇温する。前段触媒部７１は、活性化に至る。

ここで、エンジン４２内には、モータリング中にメタリングオイルが供給されているため、エンジン４２から吸気通路に排出されるガスには、比較的多量のオイルミストが含まれている。ガス中のオイルミストは、吸気通路５の壁面等に付着したり、吸気通路５に設けた貯留部５１に溜まったりする。吸気通路５の壁面等に付着したオイルは、エンジン４２を運転するときに、吸気と共にエンジン４２内に導入される。また、貯留部５１に溜まったオイルは、オイル管５３を通じてブローバイシステムに送られる。こうして、モータリング中のガスの流れを逆方向に循環させることによって、エンジン４２内のオイルミストが、触媒装置７に進入することを抑制することが可能になる。これは、触媒装置７の劣化を抑制する上で有利である。

また、初期モードを実行している最中に、ＰＣＵ８１は、吸気管圧力センサ８７からの検知信号に基づいて、吸気通路５内のガスの温度が初期モードの実行前に比べて高くなったか否かを判定する。この判定はＥＨＣ７３の故障判定に係る。例えば、初期モードを開始してから所定時間が経過したときの、ガスの温度上昇量が予め設定したしきい値以上であれば、ＥＨＣ７３が正常に動作していると判定し、ガスの温度上昇量がしきい値未満であればＥＨＣ７３が正常に動作をしていないと判定する。ＰＣＵ８１は、ＥＨＣ７３が正常に動作をしていないと判定したときには、図示は省略するが、例えばメータークラスターパネルに設けた警告ランプを点灯させる。

時刻Ｔ１において、ＰＣＵ８１は、エンジン４２を始動させる。このときに、エンジン４２は、発電機４１によって逆回転方向にモータリングされているため、ＰＣＵ８１は先ず、発電機４１によって、エンジン４２を正回転方向に回転させるようにする。そうした上でインジェクタ４２１による燃料噴射を開始し、所定のタイミングで点火プラグ４２２を駆動する。こうすることで、エンジン４２をスムースにかつ、確実に始動することが可能になる。ＰＣＵ８１はまた、エンジン４２を始動するときに、スロットル弁４２３及び排気シャッター弁４２４をそれぞれ開弁すると共に、ＥＧＲ弁４２５を閉弁する。さらに、ＰＣＵ８１は、ＥＨＣ７３をオフにする。時刻Ｔ１において初期モードが終了し、後述する暖機モードが開始する。

時刻Ｔ１では、前段触媒部７１の温度が活性温度に到達している。初期モードの継続時間（つまり、Ｔ１−Ｔ０）を予め設定しておき、ＰＣＵ８１は、タイマーにより、予め設定した初期モードの継続時間が経過したときに、初期モードを終了し、暖機モードを開始するようにしてもよい。初期モードの継続時間は、ＥＨＣ７３の容量、及び／又は、初期モードにおけるＥＨＣ７３の運転状態（つまり、ＥＨＣ７３への供給電力）に応じて適宜設定すればよい。初期モードの継続時間は、例えば十秒程度から数十秒程度に設定してもよい。発電機４１はスタータとして機能する。また、ＰＣＵ８１は、触媒装置７の温度状態の検知に基づいて、初期モードを終了し、暖機モードを開始するようにしてもよい。

エンジン４２の始動後の暖機モードにおいて、ＰＣＵ８１は、エンジン４２を低負荷・低回転で運転させる。このときのエンジン４２の出力は、後述する発電機４１が実質的に発電をするときの発電駆動力よりも低くする。暖機モードでは、発電機４１による発電を所定の発電量よりも低くして、触媒装置７、特に後段触媒部７２の活性化を図る。始動後のエンジン４２から排出される高温の排気ガスが前段触媒部７１及び後段触媒部７２に送られるため、前段触媒部７１及び後段触媒部７２の温度が次第に高まる。暖機モードにおいては、前段触媒部７１が活性化していると共に、エンジン４２の出力も低いため、エミッション性能の悪化を防止しつつ、後段触媒部７２の活性化が図られる。

暖機モードにおけるエンジン４２の運転状態として、負荷に関しては、エンジン４２の負荷領域を、低負荷領域及び高負荷領域の２つの領域に等分したときの、低負荷領域において運転するようにしてもよい。回転数に関しては、エンジン４２の回転数領域を、低回転領域、中回転領域及び高回転領域の３つの領域に等分したときの、低回転領域において運転するようにしてもよい。回転数に関しては、エンジン４２の回転数領域を、低回転領域及び高回転領域の２つの領域に等分したときの、低回転領域において運転するようにしてもよい。エンジン４２は、例えば１２００〜１８００rpmで運転してもよい。

そうして、時刻Ｔ２で、ＰＣＵ８１は、暖機モードを終了しかつ、発電運転モードを開始する。時刻Ｔ２では、後段触媒部７２の温度が活性温度に到達している。暖機モードの継続時間（つまり、Ｔ２−Ｔ１）を予め設定しておき、ＰＣＵ８１は、タイマーにより、予め設定した暖機モードの継続時間が経過したときに、暖機モードを終了し、発電運転モードを開始するようにしてもよい。暖機モードの継続時間は、暖機モードにおけるエンジン４２の運転状態に応じて適宜設定すればよい。暖機モードの継続時間は、例えば十秒程度から数十秒程度に設定してもよい。また、ＰＣＵ８１は、触媒装置７の温度状態の検知に基づいて、暖機モードを終了し、発電運転モードを開始するようにしてもよい。

発電運転モードは、発電機４１が所定の（実質的な）発電を行うモードである。ＰＣＵ８１は、エンジン４２の運転状態を、低負荷・低回転から、高負荷・高回転に変更する。エンジン４２の出力が暖機モード時よりも高まって発電駆動力（例えば、１０〜３０ＫＷの発電を行う発電駆動力）となり、発電機４１において効率的に発電が行われる。前段触媒部７１及び後段触媒部７２が共に、活性状態であるため、エンジン４２を高負荷・高回転で運転をしても、エミッション性能が悪化しない。

発電運転モードにおけるエンジン４２の運転状態として、負荷に関しては、エンジン４２の負荷領域を、低負荷領域及び高負荷領域の２つの領域に等分したときの、高負荷領域において運転するようにしてもよい。エンジン４２を全負荷状態で運転してもよい。回転数に関しては、エンジン４２の回転数領域を、低回転領域及び高回転領域の２つの領域に等分したときの、高回転領域において運転するようにしてもよい。エンジン４２は、例えば４０００〜５０００rpmで運転してもよい。エンジン４２を定格回転数で運転してもよい。エンジン４２の最高出力時に効率的に発電が行われるように、発電機４１及びエンジン４２の特性をそれぞれ設定してもよい。

暖機モードから発電運転モードへ切り替えた直後において、ＰＣＵ８１は、浄化率センサ８５の検知信号に基づく触媒装置７の浄化率を考慮しながら、エンジン４２の出力を次第に高める。図４の例では、時刻Ｔ３までは、暖機モード時のエンジン出力よりも高くかつ、時刻Ｔ３以降の、前述した高負荷・高回転でのエンジン出力よりも低くなるように、エンジン４２を運転する。こうすることで、エミッション性能の悪化が防止される。時刻Ｔ２から時刻Ｔ３までの間においても、発電機４１は発電を行う。但し、時刻Ｔ３以降と比べて、発電機４１の発電能力は低くなる。尚、触媒装置７の浄化率の検知に基づくのではなく、予め期間（Ｔ３−Ｔ２）を設定しておき、タイマーを用いて、設定した期間が経過するまではエンジン出力を相対的に低くし、設定した期間が経過すればエンジン出力を高めるようにしてもよい。

（レンジエクステンダ装置の変形例）
図６は、レンジエクステンダ装置４の、図２とは異なる構成例を示している。図６のレンジエクステンダ装置４は、ＥＧＲ通路６０の構成が相違する。具体的にＥＧＲ通路６０は、その他端が排気通路６において、後段触媒部７２の下流に接続されている。

この構成例のレンジエクステンダ装置４においても、図５に示すタイムチャートに従って、エンジン４２の始動時の制御が行われる。つまり、初期モードにおいては、発電機４１がエンジン４２を逆回転方向にモータリングする。それによって、エンジン４２の吸気側から吸気通路５、ＥＧＲ通路６０、後段触媒部７２、ＥＨＣ７３、前段触媒部７１、及び排気通路６を経てエンジン４２に戻るようにガスが循環する。

（まとめ）
以上説明したように、ここに開示する発電機駆動用エンジン搭載の自動車（つまり、レンジエクステンダ装置４を搭載した電気自動車１）は、自動車に搭載されかつ、走行用の電力を発電するよう構成された発電機４１と、前記発電機４１に連結されかつ、前記発電機４１を駆動するよう構成されたエンジン４２と、前記エンジン４２の排気通路６に設けられかつ、前記エンジン４２の運転時に前記エンジン４２から排出された排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置７と、前記排気通路６に配設されかつ、前記触媒装置７を加熱するよう構成された電気ヒータ（つまり、ＥＨＣ７３）と、前記エンジン４２を始動することによって前記発電機４１が発電を開始するときに、前記ＥＨＣ７３を運転することによって、前記触媒装置７の活性化を図る初期モードを実行し、その後、前記エンジン４２を運転することによって前記発電機４１を運転する発電運転モードを実行するよう構成された制御部（つまり、ＰＣＭ８１）と、を備える。

前記ＥＨＣ７３は、前記触媒装置７の下流に配設され、前記発電機４１は、前記エンジン４２を駆動するよう構成される。前記自動車は、前記エンジン４２の吸気通路５と前記排気通路６とを互いに接続する接続通路（つまり、ＥＧＲ通路６０）と、前記ＥＧＲ通路６０を流れるガス流量を調整する調整弁（つまり、スロットル弁４２３、排気シャッター弁４２４、及び、ＥＧＲ弁４２５）と、をさらに備える。

そして、前記ＰＣＭ８１は、前記初期モードにおいて、前記ＥＨＣ７３を運転すると共に、前記スロットル弁４２３、排気シャッター弁４２４、及び、ＥＧＲ弁４２５によって前記ＥＧＲ通路６０を流れるガス流量を調整しながら、前記発電機４１によって前記エンジン４２を逆回転方向にモータリングさせる。

この構成により、初期モードでは、エンジン４２を運転しないため、エミッション性能の悪化が防止される。初期モードでは、エンジン４２から、吸気通路５、ＥＧＲ通路６０、及び排気通路６を通ってエンジン４２に戻るようにガスが循環する。ガスを循環させることによって、触媒装置７を効率的に昇温することが可能になり、触媒装置７を早期に活性化させることが可能になる。

さらに、初期モードにおけるガスの循環流れを、エンジン４２の通常運転時とは逆方向にすることで、エンジン４２をモータリングしている最中に、エンジン４２内で浮遊するオイルミストは、吸気通路５側に排出される。これにより、触媒装置７にオイルミストが進入することが抑制され、触媒装置７の劣化を防止することが可能になる。

特に、前記エンジン４２は、メタリングオイルが前記エンジン４２内のシール面に供給されるよう構成されたロータリーピストンエンジンであるため、初期モードのモータリング時にも、エンジン４２内のシール面にメタリングオイルを供給する必要がある。初期モードにおいてロータリーピストンエンジンをモータリングするときの、エンジン内のオイルミスト量は、レシプロエンジンよりも多くなる。従って、初期モードにおけるモータリング時に、ロータリーピストンエンジンを逆回転方向にモータリングすることは、触媒装置７にオイルミストが進入することを防止する上で特に有効である。

初期モードにおいて触媒装置７の活性化を図った後、エンジン４２を運転しかつ、発電機を運転する発電運転モードを実行する。発電運転モードでは、触媒装置７の浄化率が高まっているため、エンジン４２を運転してもエミッション性能の悪化が防止される。

こうして、レンジエクステンダ電気自動車において、エンジン４２を始動して発電機４１の発電を開始する際に、エミッション性能の悪化が防止される。また、発電機４１による発電を速やかに開始することが可能になる。

前記吸気通路５には、当該吸気通路５を流れるガスの温度を検知する温度センサ（つまり、吸気管圧力センサ８７）が配設され、前記ＰＣＭ８１は、前記初期モードの実行中に、前記吸気管圧力センサ８７の検知結果に基づいて、前記ＥＨＣ７３の故障を判定する。

これにより、エンジン４２を始動する前の初期モードの実行中に、排気エミッション性能に関係するＥＨＣ７３の故障判定が可能になる。尚、吸気通路５を流れるガスの温度を検知するセンサは、吸気管圧力センサ８７を利用することに限らず、その他のセンサを利用するようにしてもよい。また、初期モードの実行中に、吸気通路５を流れるガスの温度を検知する温度センサを、別途、取り付けるようにしてもよい。

前記触媒装置７は、前段触媒部７１と、前記前段触媒部７１よりも下流に配設された後段触媒部７２とを有し、前記ＥＨＣ７３は、前記前段触媒部７１と前記後段触媒部７２との間に配設されており、前記ＰＣＭ８１は、前記初期モードにおいて前記前段触媒部７１が活性状態に至った後、前記発電運転モードを実行する。

ＥＨＣ７３を、前段触媒部７１と後段触媒部７２との間に配設することにより、初期モードにおけるガスの循環流れにおいて、ＥＨＣ７３の直上流となる前段触媒部７１を早期に活性化させることが可能になる。

そうして、前段触媒部７１が活性状態になった後に、エンジン４２を運転する発電運転モードを実行することにより、エミッション性能の悪化が抑制される。また、発電機４１による発電を速やかに開始することが可能になる。

前記ＥＧＲ通路６０は、図２に示す構成例では、前記排気通路６における前記前段触媒部７１と前記後段触媒部７２との間に接続されている。こうすることで、初期モードにおいては、前段触媒部７１を含めてガスが循環するようになるから、前段触媒部７１の活性化が図られる。この構成は、初期モードにおいてガスが循環する経路長が相対的に短くなるため、前段触媒部７１を効率的に活性化させることが可能になる。その結果、初期モードの時間を短くすることが可能になる。これは、ＥＨＣ７３を小型化する上で有利になる。

尚、図２に示す構成例では、初期モードにおいてガスを循環させるときに、排気シャッター弁４２４を閉弁しなくても、後段触媒部７２の抵抗によって排気通路６の下流側が閉じた状態と同じになるならば、排気シャッター弁４２４を省略することも可能である。

前記ＥＧＲ通路６０は、図６に示す構成例では、前記排気通路６における前記後段触媒部７２よりも下流に接続されている。こうすることで、初期モードにおいては、後段触媒部７２及び前段触媒部７１を含めてガスが循環するようになるから、後段触媒部７２及び前段触媒部７１それぞれの活性化が図られる。また、エンジン４２の通常運転時に、ＥＧＲ通路６０を通じて排気ガスを吸気通路５に還流させるときには、より一層温度が低下した排気ガスを吸気通路５に還流させることが可能になる。これは、燃焼温度を低下させる上で有利になる。

前記吸気通路５において、前記エンジン４２の気筒入口と前記ＥＧＲ通路６０の接続部分との間には、オイルミストを貯める貯留部５１が設けられている。

こうすることで、吸気通路５側に排出されたオイルミストが、ＥＧＲ通路６０から排気通路６に至り、ＥＨＣ７３及び／又は触媒装置７に進入することが防止される。

前記ＰＣＭ８１は、前記発電運転モードを開始するときに、前記発電機４１によって前記エンジン４２を正回転方向にモータリングした後に、前記エンジン４２への燃料供給を開始する。こうすることで、エンジン４２が逆回転方向にモータリングしている状態から、エンジン４２をスムースかつ、確実に始動させることが可能になる。

ここで、暖機モードでは、発電機４１が殆ど発電しない程度の発電（例えば、１ＫＷ程度の発電）を行ってもよい。また、暖機モードを省略するようにしてもよい。つまり、初期モードにおいて前段触媒部７１が活性化すれば、発電運転モードを実行してもよい。この場合は、エンジン４２の出力を、発電運転モードにおいて設定されたエンジン出力よりも低い出力から、次第に高めるようにすることで、発電機４１による発電を、徐々に開始するようにしてもよい。

さらに、前記の構成では、触媒装置７は、前段触媒部７１と、後段触媒部７２との２つの触媒部を有しているが、触媒部は１つであってもよい。

前記の構成では、吸気通路５と排気通路６とを接続する接続通路として、ＥＧＲ通路６０を利用しているが、ＥＧＲ通路とは別に、接続通路を設けてもよい。また、ＥＧＲ通路６０を有しないエンジンシステムにおいては接続通路のみを設けてもよい。さらに、ＥＧＲ通路６０には、ＥＧＲクーラーを介設してもよい。

加えて、前記の構成ではエンジン４２をロータリーピストンエンジンとしているが、レシプロエンジンであってもよい。

ここに開示する技術は、レンジエクステンダ装置を搭載した電気自動車１に適用することに限らず、いわゆるプラグインハイブリッド自動車に適用することも可能である。つまり、バッテリのＳＯＣが低下したときに初めて、発電機４１が発電を開始するためにエンジン４２が始動する自動車では、エンジン４２の始動時には、触媒装置７が未活性であることが多い。ここに開示する技術は、エンジン４２の始動時に、エミッション性能の悪化を防止することができるから、プラグインハイブリッド自動車にも適している。

１電気自動車（自動車）
２１モータ（走行用モータ）
２２バッテリ
４１発電機
４２エンジン
６排気通路
７触媒装置
７１前段触媒部
７２後段触媒部
７３ＥＨＣ（電気ヒータ）
８１ＰＣＵ（制御部）

Claims

自動車に搭載されかつ、走行用の電力を発電するよう構成された発電機と、
前記発電機に連結されかつ、前記発電機を駆動するよう構成されたエンジンと、
前記エンジンの排気通路に設けられかつ、前記エンジンの運転時に前記エンジンから排出された排気ガスを浄化するよう構成された触媒装置と、
前記排気通路に配設されかつ、前記触媒装置を加熱するよう構成された電気ヒータと、
前記エンジンを始動することによって前記発電機が発電を開始するときに、前記電気ヒータを運転することによって、前記触媒装置の活性化を図る初期モードを実行し、その後、前記エンジンを運転することによって前記発電機を運転する発電運転モードを実行するよう構成された制御部と、を備え、
前記電気ヒータは、前記触媒装置の下流に配設され、
前記発電機は、前記エンジンを駆動するよう構成され、
前記エンジンの吸気通路と前記排気通路とを互いに接続する接続通路と、前記接続通路を流れるガス流量を調整する調整弁と、をさらに備え、
前記制御部は、前記初期モードにおいて、前記電気ヒータを運転すると共に、前記調整弁によって前記接続通路を流れるガス流量を調整しながら、前記発電機によって前記エンジンを逆回転方向にモータリングさせる発電機駆動用エンジン搭載の自動車。
請求項１に記載の発電機駆動用エンジン搭載の自動車において、
前記吸気通路には、当該吸気通路を流れるガスの温度を検知する温度センサが配設され、
前記制御部は、前記初期モードの実行中に、前記温度センサの検知結果に基づいて、前記電気ヒータの故障を判定する発電機駆動用エンジン搭載の自動車。
請求項１又は２に記載の発電機駆動用エンジン搭載の自動車において、
前記触媒装置は、前段触媒部と、前記前段触媒部よりも下流に配設された後段触媒部とを有し、
前記電気ヒータは、前記前段触媒部と前記後段触媒部との間に配設されており、
前記制御部は、前記初期モードにおいて前記前段触媒部が活性状態に至った後、前記発電運転モードを実行する発電機駆動用エンジン搭載の自動車。
請求項３に記載の発電機駆動用エンジン搭載の自動車において、
前記接続通路は、前記排気通路における前記後段触媒部よりも下流に接続されている発電機駆動用エンジン搭載の自動車。
請求項３に記載の発電機駆動用エンジン搭載の自動車において、
前記接続通路は、前記排気通路における前記前段触媒部と前記後段触媒部との間に接続されている発電機駆動用エンジン搭載の自動車。
請求項１〜５のいずれか１項に記載の発電機駆動用エンジン搭載の自動車において、
前記吸気通路において、前記エンジンの気筒入口と前記接続通路の接続部分との間には、オイルミストを貯める貯留部が設けられている発電機駆動用エンジン搭載の自動車。
請求項１〜６のいずれか１項に記載の発電機駆動用エンジン搭載の自動車において、
前記エンジンは、メタリングオイルが前記エンジン内のシール面に供給されるよう構成されたロータリーピストンエンジンである発電機駆動用エンジン搭載の自動車。
請求項１〜７のいずれか１項に記載の発電機駆動用エンジン搭載の自動車において、
前記制御部は、前記発電運転モードを開始するときに、前記発電機によって前記エンジンを正回転方向にモータリングした後に、前記エンジンへの燃料供給を開始する発電機駆動用エンジン搭載の自動車。