JP2005282527A - ハイブリッド電気自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】 走行用の蓄電池の充電電力を使用することなく、燃費の低下を抑制しつつ、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を確実に再生することができるハイブリッド電気自動車を提供する。
【解決手段】 ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３を排気管１６に設けるとともに、そのディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３を発熱により再生するための電気ヒータ１４を設け、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の温度Ｔが設定値Ｔ１未満の場合にモータ５の発電電力を電気ヒータ１４に供給する。
【選択図】 図１

Description

この発明は、モータまたは発電機の発電電力で蓄電池を充電し、その蓄電池の充電電力を車両の走行に使用するハイブリッド電気自動車に関する。

一般に、ハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）は、エンジンのほかに、車輪に動力を伝えつつ車輪から動力を受けた場合に発電するモータを備え、そのモータの発電電力で蓄電池を充電し、その蓄電池の充電電力で上記モータを駆動する。これは、パラレル式のハイブリッド電気自動車であり、モータの動力のみで走行する場合もあれば、モータの動力とエンジンの動力との併用により走行する場合もある。

シリーズ式のハイブリッド電気自動車の場合は、エンジンの動力を受けて発電する発電機を備え、その発電機の発電電力で蓄電池を充電し、その蓄電池の充電電力でモータを駆動することにより車両を走行させる。

このようなハイブリッド電気自動車の例として、エンジンの排気が通る排気管にディーゼルパティキュレートフィルタ装置を設け、そのフィルタ装置に溜まるパティキュレートを電気ヒータの発熱により燃焼させてフィルタ装置を再生するものがある（例えば特許文献１）。

このハイブリッド電気自動車では、走行に使用する蓄電池の充電電力で電気ヒータを動作させるとともに、電気ヒータへの通電時間を外気温度やエンジンの運転状況に応じて可変設定している。この可変設定により、電気ヒータの動作による蓄電池の電力消費をできるだけ抑えるようにしている。
特開平１０−１５５２０２号公報

上記のように、走行用の蓄電池電力でフィルタ再生用の電気ヒータを動作させるハイブリッド電気自動車では、電気ヒータの容量が大きくて通電時に大きな電流が流れるため、蓄電池の電力消費が激しく、車両の走行に深刻な影響を及ぼす可能性がある。しかも、蓄電池が充電不足の場合は、フィルタ再生用の電気ヒータを動作させることができない。

また、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置には、ヒータ方式のほかに触媒方式がある。触媒方式のディーゼルパティキュレートフィルタ装置が使用されている場合には、モータが車両を駆動するか、モータがエンジンをアシストするため、エンジンの負担が軽減し、その結果、排気温度が上がらず、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置が活性化せずに本来の性能を発揮し難い状況となる。この場合、エンジンの出力を上げたり排気管に燃料を直接的に吹き付けて燃焼させるなど、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置の温度を高める暖機作業を行うのが一般的であるが、そうすると、燃費の低下を招くという問題がある。とくに、冷間時のエンジン始動直後は暖機の必要性が高く、燃費の低下が著しい。

この発明は、上記の事情を考慮したもので、走行用の蓄電池の充電電力を使用することなく、燃費の低下を抑制しつつ、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を確実に再生することができるハイブリッド電気自動車を提供することを目的としている。

請求項１に係る発明のハイブリッド電気自動車は、車輪に動力を伝えるとともに車輪から動力を受けた場合に発電するモータ、またはエンジンの動力を受けて発電する発電機を備え、そのモータまたは発電機の発電電力で蓄電池を充電し、その蓄電池の充電電力を車両の走行に使用するものであって、フィルタ装置をエンジンの排気が通る排気管に設けるとともに、そのフィルタ装置を発熱により再生するための電気ヒータを設け、フィルタ装置の温度が設定値未満の場合にモータの発電電力を上記電気ヒータに供給する。

この発明によれば、走行用の蓄電池の充電電力を使用することなく、燃費の低下を招くこともなく、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置を確実に再生することができるハイブリッド電気自動車を提供できる。

［１］以下、この発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。
図１はパラレル式のハイブリッド電気自動車で、エンジン１およびトランスミッション２からなるパワートレインの出力軸にドライブシャフト３を介してデファレンシャルギヤ３ａが連結され、パワートレインの出力トルクがドライブシャフト３およびデファレンシャルギヤ３ａを介して駆動輪（後輪）４に伝達される。

パワートレインには、エンジン１およびトランスミッション２のほかにモータ５があり、モータ５の動力をドライブシャフト３およびデファレンシャルギヤ３ａを介して駆動輪４に伝達することができる。下り坂などで駆動輪４が回転する場合には、その回転がデファレンシャルギヤ３ａおよびドライブシャフト３を介してパワートレインのエンジン１およびモータ５に伝達される。この場合、エンジン１およびモータ５への伝達の割合が走行状態などに応じて調整される。駆動輪４の回転がモータ５に伝達されると、モータ５のロータが回転し、モータ５が発電機として機能する。このときのモータ５の発電電力が制御ユニット１０を介して蓄電池６に充電される。蓄電池６は、車両の走行用電源として用意されており、モータ５による走行が必要な場合にモータ５への放電路が制御ユニット１０により形成される。

エンジン１の排気は、排気マニホールド１１から排気管１２を介して排出される。この排気管１２の途中に、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置（ＰＤＦ）１３が設けられている。ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３は、触媒方式のもので、触媒の酸化熱を利用して堆積したパティキュレート（ＰＭ）を燃焼・除去する。このディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３に、電気ヒータ１４が設けられている。

電気ヒータ１４は、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３を発熱により強制的に再生するためのもので、触媒を直接加熱する状態に配置される場合と、触媒の前段に配置される場合とがある。なお、電気ヒータ１４で触媒を直接加熱する場合は、仮にセラミック触媒が用いられていればその熱容量が大きくてヒータ加熱の効果が得られない可能性が考えられる。そのような状況では、セラミック触媒の内部に電気ヒータ１４を埋め込んで、電気ヒータ１４に排気が直接当たらないようにしたり、あるいは、セラミック触媒を用いず、ワイヤメッシュにより支持される触媒を使用してそのワイヤメッシュそのものをヒータとして使用する方法の採用が考えられる。

また、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３に対し、エアポンプ１５および吸気管１６から燃焼用空気が供給される。

さらに、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３に、温度センサ（温度検知手段）１７が取り付けられている。この温度センサ１７の検知温度が制御ユニット１０に供給される。

一方、上記モータ５の発電電力が、スイッチ（リレー接点）２１および電圧コンバータ３１を介して電気ヒータ１４に供給されるとともに、スイッチ（リレー接点）２２および電圧コンバータ３２を介してエアポンプ１５に供給される。スイッチ２１，２２は、制御ユニット１０により開閉制御される。電圧コンバータ３１，３２は、モータ５の発電による交流電圧を直流電圧に変換する。

制御ユニット１０は、主要な機能として次の（１）の手段を有している。
（１）温度センサ１７の検知温度Ｔが設定値Ｔ１未満になると、その検知温度Ｔが設定値Ｔ２（＞Ｔ１）以上になるまで、モータ５の発電電力を電気ヒータ１４に供給する制御手段。

つぎに、上記の構成の作用を図２のフローチャートを参照しながら説明する。
エンジン１の運転時、エンジン１の排気が排気管１２およびディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３を介して排出される。このとき、排気中のパティキュレートがディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３で除去され、除去されたパティキュレートがディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３内に堆積する。

下り坂では駆動輪４が回転し、その回転がモータ５に伝達される。これにより、モータ５が発電し、その発電電力が制御ユニット１０を介して蓄電池６に充電される。こうして、モータ５が発電しその発電電力が蓄電池６に充電されることにより、車両に回生ブレーキがかかる。

車両の始動時、加速時、登板時などは、制御ユニット１０が蓄電池６を放電させ、その放電電力がモータ５に供給される。これにより、モータ５が動作し、その動力が駆動輪４に伝達される。

一方、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３に堆積したパティキュレートは、触媒の酸化熱により燃焼して除去される。ただし、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の温度が低いと、パティキュレートを燃焼させることが困難となる。

そこで、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の温度Ｔが温度センサ１７により検知されており、その検知温度Ｔが設定値Ｔ１たとえば２５０℃未満になると、制御ユニット１０によりスイッチ２１，２２がオンされるとともにエンジン１の出力を上げ、モータ５で発電する。その発電電力（回生電流）が電気ヒータ１４およびエアポンプ１５に供給される。これにより、電気ヒータ１４およびエアポンプ１５が動作し、その電気ヒータ１４の発熱と、エアポンプ１５および吸気管１５から供給される燃焼用空気とにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３内に堆積したパティキュレートが強制的に燃焼・除去される。つまり、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３が強制的に、かつ急速に再生される。尚、エンジン出力アップ量とモータ５での発電量を一致させることで、これにより、最低限の燃費悪化を伴う、エンジン回転数上昇を伴わず、パラレル式の場合は車両加速を伴わない発電が可能となる。

その後、温度センサ１７の検知温度Ｔが上昇して設定値Ｔ２たとえば６００℃以上になると、制御ユニット１０によりスイッチ２１，２２がオフされて電気ヒータ１４およびエアポンプ１５の動作が停止し、エンジン１の出力を元に戻し、発電を終了させる。これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の再生が終了する。

以上のように、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の温度が低い場合に電気ヒータ１４をモータ５による回生エネルギで動作させることにより、走行用の蓄電池６の充電電力を使用することなく、排気管に燃料を直接的に吹き付けるなどの暖機作業を要することもなく、エンジン１の出力を上げた場合でも発電電力を使うことで効率的に暖機作業を行うことができ、よって燃費の低下を抑制でき、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３を確実に再生することができる。
ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の再生のために蓄電池６の充電電力を使用しないので、蓄電池６の充電電力を本来の車両の走行のみに有効に活用することができ、車両の安定した走行が可能となる。

［２］第２の実施形態について説明する。
図２はシリーズ式のハイブリッド電気自動車で、エンジン１の出力軸に発電機７が連結され、その発電機７の発電電力が制御ユニット１０を介してモータ５および蓄電池６に供給される。そして、モータ５の動力がデファレンシャルギヤ３ａを介して駆動輪４に伝達される。

下り坂などで駆動輪４が回転する場合には、その回転がデファレンシャルギヤ３ａを介してモータ５に伝達される。この伝達により、モータ５のロータが回転し、モータ５が発電機として機能する。このときのモータ５の発電電力が制御ユニット１０を介して蓄電池６に充電される。蓄電池６は、車両の走行用電源として用意されており、モータ５による走行が必要な場合にモータ５への放電路が制御ユニット１０により形成される。

また、モータ５の発電電力が、スイッチ２１および電圧コンバータ３１を介してディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の電気ヒータ１４に供給されるとともに、スイッチ２２および電圧コンバータ３２を介してエアポンプ１５に供給される。

他の構成は第１の実施形態と同じである。よって、その説明は省略する。

作用を説明する。
エンジン１の運転時、発電機７が動作してその発電電力により蓄電池６が充電される。

下り坂では駆動輪４が回転し、その回転動力がモータ５に伝達される。これにより、モータ５が発電し、その発電電力により蓄電池６が充電される。こうして、モータ５が発電しその発電電力が蓄電池６に充電されることにより、車両に回生ブレーキがかかる。

車両の始動時、加速時、登板時などは、制御ユニット１０が蓄電池６を放電させ、その放電電力がモータ５に供給される。これにより、モータ５が動作し、その動力が駆動輪４に伝達される。

一方、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の温度Ｔが温度センサ１７により検知されており、その検知温度Ｔが設定値Ｔ１たとえば２５０℃未満になると、制御ユニット１０によりスイッチ２１，２２がオンされるとともにエンジン１の出力を上げ、モータ５で発電し、その発電電力（回生電流）が電気ヒータ１４およびエアポンプ１５に供給される。これにより、電気ヒータ１４およびエアポンプ１５が動作し、その電気ヒータ１４の発熱と、エアポンプ１５および吸気管１５から供給される燃焼用空気とにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３内に堆積したパティキュレートが強制的に燃焼・除去される。つまり、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３が強制的に、かつ急速に再生される。

その後、温度センサ１７の検知温度Ｔが上昇して設定値Ｔ２たとえば６００℃以上になると、制御ユニット１０によりスイッチ２１，２２がオフされて電気ヒータ１４およびエアポンプ１５の動作が停止し、エンジン１の出力を元に戻し、発電を終了させる。これにより、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の再生が終了する。

以上のように、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の温度が低い場合に電気ヒータ１４をモータ５による回生エネルギで動作させることにより、走行用の蓄電池６の充電電力を使用することなく、従来のようにエンジンの出力を上げたり排気管に燃料を直接的に吹き付けるなどの暖機作業を要することもなく、よって燃費の低下を招くことなく、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３を確実に再生することができる。
ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３の再生のために蓄電池６の充電電力を使用しないので、蓄電池６の充電電力を本来の車両の走行のみに有効に活用することができ、車両の安定した走行が可能となる。

［３］なお、上記各実施形態では、温度センサ１７の検知温度Ｔが設定値Ｔ１未満になってから、その検知温度Ｔが設定値Ｔ２（＞Ｔ１）以上になるまで、モータ５の発電電力を電気ヒータ１４に供給する構成としたが、温度センサ１７の検知温度Ｔが設定値Ｔ１未満になったとき、一定時間だけ、モータ５の発電電力を電気ヒータ１４に供給する構成としてもよい。一定時間は、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置１３のパティキュレートを確実に燃焼させることのできる最適な時間が、予め実験により確かめられて設定される。

その他、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

この発明の第１の実施形態の構成を示すブロック図。 各実施形態の作用を説明するためのフローチャート。 この発明の第２の実施形態の構成を示すブロック図。

符号の説明

１…エンジン、２…トランスミッション、３…ドライブシャフト、４…駆動輪、５…モータ、６…蓄電池、７…発電機、１０…制御ユニット、１１…排気マニホールド、１２…排気管、１３…ディーゼルパティキュレートフィルタ装置、１４…電気ヒータ、１５…エアポンプ、１６…吸気管、１７…温度センサ（温度検知手段）、２１，２２…スイッチ、３１，３２…電圧コンバータ

Claims (3)

1. 車輪に動力を伝えるとともに車輪から動力を受けた場合に発電するモータ、またはエンジンの動力を受けて発電する発電機を備え、そのモータまたは発電機の発電電力で蓄電池を充電し、その蓄電池の充電電力を車両の走行に使用するハイブリッド電気自動車において、
   前記エンジンの排気が通る排気管と、
   前記排気管に設けられたフィルタ装置と、
   前記フィルタ装置を発熱により再生するための電気ヒータと、
   前記フィルタ装置の温度を検知する温度検知手段と、
   前記温度検知手段の検知温度が設定値未満の場合に、前記モータの発電電力を前記電気ヒータに供給する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車。
2. フィルタ装置は、ディーゼルパティキュレートフィルタ装置であることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車。
3. 制御手段は、前記温度検知手段の検知温度Ｔが設定値Ｔ１未満になると、その検知温度Ｔが設定値Ｔ２（＞Ｔ１）以上になるまで、前記モータの発電電力を前記電気ヒータに供給することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車。

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