JP2005194885A - ディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン走行時以外のＥＶ走行時にも排気浄化装置のＰＭ再生機会を増やし、排気浄化装置のＰＭ再生を促進できるディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法を提供すること。
【解決手段】エンジン走行中であり、かつＥＶ走行条件の成立時にＰＭ捕集装置の昇温制御である低温燃焼制御を実施し（ステップＳ１０肯定、ステップＳ２０）、その後エンジンを停止してＥＶ走行中にＰＭ再生する（ステップＳ３０、ステップＳ５０、ステップＳ９０）。ＥＶ走行中に触媒の過熱回避（ステップＳ４０肯定）もしくは触媒に空気を供給する必要がある場合に（ステップＳ６０肯定）、クラッチを係合してＰＭ捕集装置に空気を供給し、触媒を冷却して過熱を回避する一方（ステップＳ１００）、酸素不足状態の触媒に酸素を供給して酸化反応を促進し、ＰＭ再生を促進する（ステップＳ７０）。
【選択図】 図１

Description

この発明は、ディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法に関し、更に詳しくは、エンジン走行時以外のＥＶ走行時にも排気浄化装置のＰＭ再生機会を増やし、排気浄化装置のＰＭ再生を促進することができるディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法に関する。

近年、地球環境の保全や省資源の観点から、ディーゼルハイブリッド車両の開発が行われている。たとえば、このディーゼルハイブリッド車両は、ディーゼルエンジンと、このディーゼルエンジン出力による発電またはバッテリ電力によるエンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭと略称する）を捕集するパティキュレートフィルタ（以下、単にフィルタと略称する）とを備えたものが公知である。

ところで、このフィルタは、捕集されるＰＭが多くなると次第に目詰まりしてきて圧力損失が大きくなるため、目詰まりがある程度に達したところで捕集したＰＭを燃焼させて目詰まりを解消する再生処理（以下、ＰＭ再生と称する）が必要となる。このＰＭ再生の方法として、たとえばエンジン負荷を高めて高温の排気ガスをフィルタに供給することによりＰＭを燃焼させるものが公知である。

このような排気浄化装置を備えたディーゼルハイブリッド車両において、上記フィルタの再生要求がある場合に、上記バッテリ充電量の下限値を通常運転時よりも低い値とすることにより、当該バッテリの連続充電時間を延長し、比較的高温の排気ガスが供給される高負荷状態での連続運転時間を延長する。これにより、フィルタに堆積したＰＭの燃焼時間を比較的長く確保し、フィルタの再生を促進する制御技術が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

なお、関連する技術として、浄化触媒上に堆積したＰＭの酸化を促進する場合に、ディーゼルエンジンの運転状態を変更して当該浄化触媒に流入する排気ガス中の酸素濃度を増加させ、そのエンジン運転状態の変更に伴う出力変動を打ち消すようにモータジェネレータの運転状態を制御する技術が提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

また、ディーゼルハイブリッド車両において、排気ガス中に含まれるＰＭ成分が所定値以下となるようにディーゼルエンジンを運転するとともに、当該エンジンの不足トルクをモータジェネレータにより調節するものが提案されている（たとえば、特許文献３参照）。

特開２００２−２４２７２１号公報 特開２００３−１２０２６３号公報 特開２００２−１１５５７６号公報

しかしながら、上記特許文献１に係る従来技術にあっては、エンジン走行時に限って排気浄化装置のＰＭ再生制御を実施しているため、ＰＭ再生の機会が少ないという課題があった。

また、上記特許文献２や特許文献３に係る従来技術では、トルク変動を調節するためにモータジェネレータが利用されているものの、このモータジェネレータのみを駆動源とするＥＶ走行時に排気浄化装置のＰＭ再生機会を増やすための制御は、何ら開示されていない。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、エンジン走行時以外のＥＶ走行時にも排気浄化装置のＰＭ再生機会を増やし、排気浄化装置のＰＭ再生を促進することができるディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法は、ディーゼルエンジンと、自動変速可能な有段変速機と、前記エンジンと前記有段変速機間の動力伝達の接離を行うクラッチと、前記エンジン出力による発電またはバッテリ電力による前記エンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質を除去するために触媒を担持した排気浄化装置とを備え、前記エンジンのみを駆動源とするエンジン走行と、前記モータジェネレータのみを駆動源とするＥＶ走行とのいずれか一方によっても走行可能に構成されたディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法において、前記エンジン走行中であり、かつ前記ＥＶ走行条件の成立時に前記排気浄化装置の昇温制御を実施し、その後前記エンジンを停止して前記ＥＶ走行中に前記排気浄化装置に捕集した粒子状物質を燃焼除去（ＰＭ再生）することを特徴とするものである。

これにより、エンジン走行時以外のＥＶ走行時にも排気浄化装置のＰＭ再生機会が増やされ、排気浄化装置のＰＭ再生が更に促進される。

また、この発明の請求項２に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法は、請求項１に記載の発明において、前記排気浄化装置の昇温制御は、低温燃焼であることを特徴とするものである。

この低温燃焼制御が実施されると、排気ガス中に未燃の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が増量することになるため、これらの未燃のＨＣやＣＯが排気系に供給されて酸素雰囲気中で酸化反応が起こる。すると、排気浄化装置の触媒床温が上昇するので、ＰＭ着火温度以上になった段階でＰＭが燃焼除去される。

また、この発明の請求項３に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法は、請求項１または２に記載の発明において、前記ＥＶ走行中に前記排気浄化装置の過熱回避もしくは前記排気浄化装置に空気を供給する必要がある場合に、前記クラッチを係合して前記排気浄化装置に空気を供給することを特徴とするものである。

クラッチを係合して排気浄化装置に空気を供給することで、触媒反応（酸化反応）によって高温となった排気浄化装置が当該空気により冷却されるため、排気浄化装置の過熱が回避される。また、酸素不足状態の触媒に酸素が供給されるので、酸化反応が促進されＰＭ再生が促進される。

この発明に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法（請求項１）によれば、エンジン走行時以外のＥＶ走行時にも排気浄化装置のＰＭ再生機会を増やすことができるので、排気浄化装置のＰＭ再生を更に促進することができる。

また、この発明に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法（請求項２）によれば、低温燃焼制御によって排気浄化装置の触媒床温を上昇させることができるので、ＰＭの着火温度以上になった段階でＰＭを燃焼除去することができる。

また、この発明に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法（請求項３）によれば、クラッチを係合して排気浄化装置に空気を供給することで、触媒反応（酸化反応）によって高温となった排気浄化装置を当該空気により冷却することができ、排気浄化装置が過熱されるのを回避することができる。また、酸素不足状態の触媒に酸素が供給されるので、酸化反応が促進され、ＰＭ再生を促進することができる。

以下に、この発明に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

先ず、前輪駆動車（ＦＦ車）であるディーゼルハイブリッド車両の概略構成について図３に基づいて説明する。ここで、図３は、ディーゼルハイブリッド車両の概略構成を示す模式図である。

ディーゼルハイブリッド車両１０には、車両前部に走行駆動源としてのディーゼルエンジン１１が設けられている。このディーゼルエンジン１１は、コモンレール方式の燃料噴射システム（図示せず）により燃料噴射量が制御されるようになっている。また、吸入空気量はエアフロメータ（図示せず）により検出されるようになっている。

また、このディーゼルエンジン１１は、図示例を省略するが、排気バルブの開閉動作タイミングを可変制御する周知の可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）や、排気を利用して吸気量を増大させるターボ過給機、排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置と称する）を備えている。また、ディーゼルエンジン１１の排気通路には、空燃比を検出する空燃比（Ａ／Ｆ）センサ（図示せず）や排気ガス温度（後述する触媒下流の排気ガス温度）を検出する排気温センサ（図示せず）等が設けられている。

また、ディーゼルエンジン１１の排気通路には、排気ガス中のＰＭおよび窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持した周知の排気浄化装置であるパティキュレートフィルタ（以下、単にＰＭ捕集装置と称する）が設けられている（図示せず）。

また、この排気通路におけるＰＭ捕集装置の上流側と下流側には、それぞれ圧力センサ（図示せず）が設けられ、その差圧を検出することにより、ＰＭのＰＭ捕集装置への堆積量を推定できるように構成されている。また、このＰＭ捕集装置には、触媒床温を検出する温度センサ（図示せず）も設けられている。

ディーゼルエンジン１１で発生する駆動力は、自動変速可能な有段変速機（以下、ＭＭＴ（マルチモードマニュアルトランスミッション）と記す）１２およびドライブシャフト１４を介して主駆動輪としての前輪１３に伝達されるようになっている。このＭＭＴ１２は、走行状態に応じてギヤ段の変速操作をアクチュエータで電気的に自動制御するものである。すなわち、トルクコンバータは搭載されていない。

ディーゼルエンジン１１は、このＭＭＴ１２から指令される要求エンジントルクを出力するために、その燃料噴射量や吸入空気量等を制御されるように構成されている。ディーゼルエンジン１１の要求燃料噴射量は、たとえば、エンジンの回転数およびアクセル開度からマップに基づいて決定され、燃料噴射が実行されるようになっている。その際、エンジン回転数および吸入空気量から、スモークリミットを超えないような燃料噴射量がマップに基づいて決定される。

また、ディーゼルハイブリッド車両１０には、ディーゼルエンジン１１とＭＭＴ１２間の動力伝達の接離を行うクラッチ１２ａが備えられており、走行状態に応じて接離操作をアクチュエータで電気的に自動制御されるようになっている。

また、駆動力を分けて伝達するトランスファ１５には、プロペラシャフト１６が連結され、その末端には駆動系歯車装置（ギヤトレーン）を一体化したモータジェネレータ（ＭＧ）１７が連結されている。後輪１８は、駆動輪である前輪１３に連れ回されるだけの構成となっている。なお、本実施例では、モータジェネレータ１７を、トランスファ１５およびプロペラシャフト１６を介して車両後部に搭載したものを示したが、これらを介さずにＭＭＴ１２に一体的に搭載してもよい。

このモータジェネレータ１７は、インバータ１９を介し、充放電可能な二次電池であるバッテリ２０と接続されている。また、このモータジェネレータ１７は、走行駆動源であるモータとして機能する力行運転モードと、発電機として機能する回生運転モードとの２つの運転状態をとり得るように構成されている。

たとえば、このモータジェネレータ１７は、力行運転モードではバッテリ２０からの電力供給を受けて、プロペラシャフト１６を介しドライブシャフト１４を駆動するための動力を発生する。また、回生運転モードでは、モータジェネレータ１７は、プロペラシャフト１６を介してディーゼルエンジン１１あるいはドライブシャフト１４から伝達される駆動力を電力に変換し、バッテリ２０を充電する。

なお、モータジェネレータ１７が力行運転モードあるいは回生運転モードのいずれかで運転されるかは、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）をも勘案して決定される。

以上のように構成されたディーゼルハイブリッド車両１０は、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって上記各種センサからの出力情報に基づいて各構成要素とともに以下のように基本制御され、種々の状態で走行することができる。

たとえば、ディーゼルハイブリッド車両１０が走行を始めた比較的低速な状態では、ディーゼルエンジン１１を停止したまま、モータジェネレータ１７を力行することにより走行（ＥＶ走行）する。そして、走行開始後にディーゼルハイブリッド車両１０が所定の速度もしくは負荷に達すると、モータジェネレータ１７を用いてディーゼルエンジン１１をクランキングして始動し、当該ディーゼルエンジン１１を用いた運転に移行する。

定常運転時には、通常は、ディーゼルエンジン１１がドライブシャフト１４の要求動力とほぼ等しい出力を発生するように運転される。このとき、ディーゼルエンジン１１の出力のほぼすべてがドライブシャフト１４に伝えられる。

一方、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣが予め定められた基準値以下に低下している場合には、ディーゼルエンジン１１がドライブシャフト１４の要求動力以上の出力で運転され、その余剰動力の一部はモータジェネレータ１７によって電力として回生され、バッテリ２０の充電に利用される。そして、ディーゼルエンジン１１の出力トルクが不足する場合には、モータジェネレータ１７の駆動によって不足分のトルクがアシストされ、必要トルクが確保される。

また、上記ディーゼルハイブリッド車両１０は、燃料の節約と排気エミッションの低減を図るために、いわゆるエコラン（エコノミー＆エコロジーランニング）制御もなされる。すなわち、たとえば、交差点における信号待ち等でディーゼルハイブリッド車両１０が停車した場合に、所定の停止条件下でディーゼルエンジン１１を自動停止させ、その後、所定の再始動条件下（たとえば、アクセルペダルを踏み込んだとき）でディーゼルエンジン１１を再始動させる制御もなされる。

以上が本発明に係るディーゼルハイブリッド車両１０の基本構成および基本制御動作である。

つぎに、本発明の要部である制御方法について図１に基づいて説明する。ここで、図１は、ディーゼルハイブリッド車両におけるＰＭ捕集装置の再生制御方法を示すフローチャートである。

先ず、エンジン走行中にＥＶ走行条件が成立しているか否かを判断する（ステップＳ１０）。このＥＶ走行可能な運転条件は、モータジェネレータ１７の出力やバッテリ２０のＳＯＣに応じて予めマップ等により設定されているので、現時点での走行条件をこれと比較して判断する。

そして、このＥＶ走行条件が成立しているならば（ステップＳ１０肯定）、ＮＯｘ触媒の昇温制御として、いわゆる低温燃焼制御を実施する（ステップＳ２０）。なお、ＥＶ走行条件が成立していないならば（ステップＳ１０否定）、制御を終了し、エンジン走行時におけるＰＭ再生を行えばよい。

上記低温燃焼とは、たとえば特許第３１１６８７６号公報に開示されている、つぎのような燃焼を指す。ＥＧＲ装置から吸気系に還流される排気ガス（以下、ＥＧＲガスと称する）の量を増大し、燃焼室内のＥＧＲガス量を増大していくと、ＰＭの発生量が次第に増大してピークに達し、燃焼室内のＥＧＲガス量を更に増大していくと、燃焼室内における燃焼時の燃料およびその周囲のガス温がＰＭの生成温度よりも低くなってＰＭがほとんど発生しなくなる。上記ＰＭの発生量がピークとなるＥＧＲガス量よりも燃焼室内のＥＧＲガス量が多い時の燃焼を指す。

このように低温燃焼制御が実施されると、エンジンの燃焼温度が低下し、排気ガス中のＮＯｘ量が低減され、スモークの発生が抑制される。すなわち、この低温燃焼制御の実施に伴い、排気ガス中に未燃の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）が増量することになるため、これらの未燃のＨＣやＣＯが排気系に供給されて酸素雰囲気中で酸化反応が起こる。すると、触媒床温が上昇するので、ＰＭ着火温度以上になった段階でＰＭが燃焼除去される。

つぎに、上記ステップＳ２０の低温燃焼制御が実施されたら、ディーゼルエンジン１１を停止し、クラッチ１２ａを切る（ステップＳ３０）。すると、機関燃焼による排気ガスがＰＭ捕集装置に供給されなくなるので、上記触媒では、上記ＨＣとＣＯが触媒内に残存する酸素とだけ反応することとなる。後述する触媒床温上昇の程度は、このＨＣとＣＯの量や残存酸素量に基づく反応に左右される。

つぎに、上記ＥＶ走行に移行した後に、触媒床温が所定値以上に上昇したか否かを判断する（ステップＳ４０）。この触媒床温上昇の判断は、図２に示すように、触媒床温が一定の温度範囲内、すなわち、下限温度Ｔ１（たとえば５００℃程度）と上限温度Ｔ２（たとえば７００℃程度）の範囲内で維持されるように、任意の時間での温度勾配を監視することによって行われる。ここで、図２は、触媒床温の温度変化の一例を示すグラフである。

たとえば、同図において、任意の時間ｔからΔｔ時間経過した時における点Ａでの温度勾配が所定の上限値を超えるか否かを判断する。すなわち、この上限値は、触媒床温がその温度勾配で上昇した場合に触媒が溶損（熱劣化）するのを回避するための閾値である。したがって、この温度勾配の監視タイミングは、後述するステップＳ１００のモータリング運転によって触媒が実際に冷却されるまでのタイムラグを考慮して、触媒床温が下限値Ｔ１を超えたらすぐに実施され、あるいは下限値Ｔ１を超える直前に実施されるように設定されていることが好ましい。

このような判断のもと、触媒床温が所定値以上に上昇しているならば（ステップＳ４０肯定）、クラッチ１２ａを係合し、燃料噴射をしない状態でディーゼルエンジン１１のピストンおよび吸・排気弁を動作させる、いわゆるモータリング運転を行う（ステップＳ１００）。これにより、ディーゼルエンジン１１の筒内に吸入された空気は燃焼せずに排気されるので、所定時間はこの空気の供給により酸化反応が促進され触媒床温が上昇するものの、この空気によって触媒床温が上限温度Ｔ２を超えないように冷却され、触媒の溶損（熱劣化）が回避される。

一方、触媒床温が所定値以上に上昇していないならば（ステップＳ４０否定）、ＰＭ再生制御を実施する（ステップＳ５０）。このＰＭ再生制御を続行していると、やがては空気不足、すなわち酸素不足により酸化反応が鈍化し、図２中の点Ｂで示すように、触媒床温が低下してＰＭ再生が鈍化してくる。

そこで、つぎに触媒で空気が不足しているか否か、すなわち触媒床温が低下したか否かを判断する（ステップＳ６０）。触媒床温が低下していないならば（ステップＳ６０否定）、ステップＳ９０にジャンプしてＰＭ再生制御を続行する（ステップＳ９０）。

触媒床温が低下したならば（ステップＳ６０肯定）、空気不足により酸化反応が鈍化しているため、クラッチ１２ａを係合し、上記モータリング運転を行って、触媒に空気を供給し、酸化反応を促進する（ステップＳ７０）。

そしてつぎに、このモータリング運転の結果、酸化反応が促進して触媒床温が上昇したか否かを判断する（ステップＳ８０）。触媒床温が上昇していなければ（ステップＳ８０否定）、空気不足による酸化反応の鈍化ではなく、図２中の点Ｂにおける温度勾配で示すように、ＨＣやＣＯの量が不足してきたことに起因して反応が鈍化したものと考えられ、次回の低温燃焼実施によるＨＣやＣＯの増量制御（上記ステップＳ２０参照）に備えて制御を終了する。

一方、モータリング運転による空気供給の結果、触媒床温が上昇したならば（ステップＳ８０肯定）、空気不足のみによって酸化反応が鈍化していたことになるので、ＰＭ再生制御を続行し（ステップＳ９０）、再び上記ステップＳ６０に戻って触媒床温が低下するまで、このルーチンを繰り返し実行する。

以上のような制御ルーチン（ステップＳ１０〜ステップＳ１００）は、所定時間毎に繰り返し実行され、エンジン走行時には周知のＰＭ再生制御が実行される。したがって、本実施例に係る制御を実施することにより、エンジン走行時以外のＥＶ走行時にも上記ＰＭ再生制御を実行できるので、ＰＭ再生の機会を増やし、ＰＭ捕集装置のＰＭ再生を促進することができる。

なお、上記実施例においては、ＥＶ走行条件の成立後（ステップＳ１０肯定）に機関空燃比がリッチとなる低温燃焼制御（ステップＳ２０）を実施するものとして説明したが、この制御に代えて、たとえば図４のステップＳ２５に示すように、機関空燃比がリーンとなる所定状態まで低温燃焼を実施し、さらに排気系に燃料を添加することによって酸素雰囲気中で触媒を昇温させるように制御してもよく、上記実施例の奏する効果と同様の効果を期待できる。

この排気系は、たとえば上記触媒上流の排気通路やエンジンの排気ポート、あるいは排気マニホールドであり、この排気系に燃料を添加するための配管や燃料添加弁等が配設されている。その他のステップにおける制御動作は、上記実施例の場合と同様であるので、重複説明を省略する。ここで、図４は、他の制御方法を示すフローチャートであり、上記実施例の制御ステップと同一のステップには同一の符号を付してある。

また、上記実施例においては、本発明を、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタに適用する例について説明したが、これに限定されず、酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタに適用することもできる。

以上のように、この発明に係るディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法は、排気ガス中の粒子状物質を燃焼除去するために触媒を担持した排気浄化装置を備えたディーゼルハイブリッド車両に有用であり、特に、エンジン走行時以外のＥＶ走行時にも排気浄化装置のＰＭ再生機会を増やし、排気浄化装置のＰＭ再生を促進する制御に適している。

ディーゼルハイブリッド車両におけるＰＭ捕集装置のＰＭ再生制御方法を示すフローチャートである。 触媒床温の温度変化の一例を示すグラフである。 ディーゼルハイブリッド車両の概略構成を示す模式図である。 他の制御方法を示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ディーゼルハイブリッド車両
１１ ディーゼルエンジン
１２ ＭＭＴ
１２ａ クラッチ
１７ モータジェネレータ
２０ バッテリ

Claims (3)

1. ディーゼルエンジンと、自動変速可能な有段変速機と、前記エンジンと前記有段変速機間の動力伝達の接離を行うクラッチと、前記エンジン出力による発電またはバッテリ電力による前記エンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質を除去するために触媒を担持した排気浄化装置とを備え、
   前記エンジンのみを駆動源とするエンジン走行と、前記モータジェネレータのみを駆動源とするＥＶ走行とのいずれか一方によっても走行可能に構成されたディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法において、
   前記エンジン走行中であり、かつ前記ＥＶ走行条件の成立時に前記排気浄化装置の昇温制御を実施し、その後前記エンジンを停止して前記ＥＶ走行中に前記排気浄化装置に捕集した粒子状物質を燃焼除去することを特徴とするディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法。
2. 前記排気浄化装置の昇温制御は、低温燃焼であることを特徴とする請求項１に記載のディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法。
3. 前記ＥＶ走行中に前記排気浄化装置の過熱回避もしくは前記排気浄化装置に空気を供給する必要がある場合に、前記クラッチを係合して前記排気浄化装置に空気を供給することを特徴とする請求項１または２に記載のディーゼルハイブリッド車両における排気浄化装置の再生制御方法。

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