JP2016155409A - ハイブリッド車両の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも燃費を向上させつつ、排ガス中のＮＯｘの還元浄化を確実に行うことができるハイブリッド車両の制御方法を提供する。
【解決手段】ＨＥＶ１の走行中に、リッチスパイク又はＳパージの要求があったときは、モータ用クラッチ１２を接状態にして電動発電機５を回転駆動させる一方で、湿式多板クラッチ３２を断状態にし、バッテリー１１のＳＯＣセンサ１３の測定値が下限値になったときは、湿式多板クラッチ３２を接状態にするとともに、回転センサ３４及び車速センサ３５の測定値と第１のマップデータとから要求走行トルクを決定し、その要求走行トルクと第２のマップデータとから決定される要求回生トルクで電動発電機５を回生発電させてバッテリー１１を充電する。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッド車両の制御方法に関し、更に詳しくは、従来よりも燃費を向上させつつ、排ガス中のＮＯｘの還元浄化を確実に行うことができるハイブリッド車両の制御方法に関する。

近年、燃費向上と環境対策などの観点から、エンジンが発生する駆動力の一部を、バッテリーを電源とする電動発電機で代替するとともに、通常走行時の余剰エネルギーや制動時の回生エネルギーを回収してバッテリーに電力として蓄えるハイブリッド車両が注目されている。

このハイブリッド車両のエンジンにディーゼルエンジンを用いる場合には、排ガスに含有される粒子状物質（ＰＭ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害物質を除去する排ガス浄化システムが必要となる。前者のＰＭについては、セラミックス製のハニカム状多孔体のフィルターによりＰＭを捕集するＰＭ捕集フィルターが主に用いられている。また、後者のＮＯｘについては、ＮＯｘ吸蔵還元触媒（以下、「ＬＮＴ触媒」という。）が注目されている（例えば、特許文献１を参照）。

このＮＯｘ吸蔵還元触媒を用いた排ガス浄化システムは、排ガス中のＮＯｘを、空燃比がリーン状態のときにＮＯｘ吸蔵物質に一旦吸蔵させ、排ガスをリッチ状態にする（リッチスパイク）ことで吸蔵されたＮＯｘを脱離させて三元機能により還元して排ガスを浄化するものである。ディーゼルエンジンの排ガスをリッチ状態にするには、排気通路内への直接噴射やポスト噴射により排ガス中に未燃燃料を供給する。

また、この噴射された未燃燃料や潤滑油等に含まれる硫黄分によって、ＮＯｘ吸蔵物質が被毒してＮＯｘの浄化率が低下することを防ぐため、排ガスをリッチ状態にして、かつ排ガス温度を高温（例えば、６００〜７００℃など）に上昇させることで硫黄の脱離を促進する脱硫操作（Ｓパージ）を適宜行う必要がある。

しかし、上記のリッチスパイクやＳパージのために供給される燃料が、ハイブリッド車両の走行に必要な駆動力へ寄与するものではないため、ＬＮＴ触媒においてＮＯｘを浄化することと、ハイブリッド車両の燃費の悪化を招くという問題とはトレードオフの関係にある。

特開２００１−３５５４８５号公報

本発明の目的は、従来よりも燃費を向上させつつ、排ガス中のＮＯｘの還元浄化を確実に行うことができるハイブリッド車両の制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、バッテリーに接続された電動発電機及びエンジンと駆動軸とをそれぞれ断接可能なハイブリッドシステムと、前記エンジンの排ガスが流れる排気通路に介設されたＮＯｘ吸蔵還元触媒及び前記排気通路に燃料を供給する燃料供給手段を有する排ガス浄化システムとを備えたハイブリッド車両の制御方法であって、前記ハイブリッド車両の走行中に、リッチスパイク又は硫黄パージの要求があったときは、前記電動発電機と前記駆動軸とを接状態にして前記バッテリーからの給電で該電動発電機を回転駆動させる一方で、前記エンジンと該駆動軸とを断状態にし、前記バッテリーの蓄電率が予め設定された下限値になったときは、前記燃料供給手段を起動して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒による前記排ガス中のＮＯｘの還元浄化又は該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の脱硫を開始する一方で、前記エンジンと前記駆動軸とを接状態にするとともに、該エンジンのエンジン回転数及び前記ハイブリッド車両の車速と予め設定された第１のマップデータとから要求走行トルクを決定し、前記要求走行トルクと予め設定された第２のマップデータとから決定される要求回生トルクで前記電動発電機を回生発電させて前記バッテリーを充電することを特徴とするものである。

本発明のハイブリッド車両の制御方法によれば、ハイブリッド車両の走行に必要なトルクの他に電動発電機の回生発電によってもディーゼルエンジンに負荷が加わるので、負荷変動を安定化し、ＮＯｘ吸蔵還元触媒に流入する排ガスの温度を確実に上昇させる機会を得ることができる。その排ガスの温度上昇により、リッチスパイクやＳパージのために用いる燃料の供給量を減少できるとともに、ディーゼルエンジンに加えられた負荷の一部を、電動発電機の回生発電によって電力エネルギーとして回収してバッテリーに充電することができる。そのため、ハイブリッド車両において、従来よりも燃費を向上させつつ、排ガス中のＮＯｘの還元浄化を確実に行うことができる。

ハイブリッド車両の例を示す構成図である。 本発明の第１の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。 要求回生トルクの決定に係るマップデータの例を示すグラフである。 本発明の第２の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。 本発明の第３の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、ハイブリッド車両の構成例を示す。

このハイブリッド車両（以下、「ＨＥＶ」という。）１は、左右一対の駆動輪２、２に駆動力を伝達する駆動軸３に、ディーゼルエンジン４及び電動発電機５を変速機６を介してそれぞれ断接可能に連結させるハイブリッドシステム７と、ディーゼルエンジン４の排気通路８に設けられた排ガス浄化システム９とを備えている。

ハイブリッドシステム７は、電動発電機５にインバータ１０を通じて電気的に接続するバッテリー１１と、変速機６と電動発電機５との間に介設されたモータ用クラッチ１２とを有している。また、バッテリー１１には、蓄電率（ＳＯＣ）を測定するＳＯＣセンサ１３が取り付けられている。このハイブリッドシステム７は、ＨＣＵ１４により制御される。

排ガス浄化システム９は、排気通路８に介設された太径の触媒コンバータ１５と、その触媒コンバータ１５の上流側の排気通路８に設置された燃料供給手段である噴射ノズル１６とを有している。なお、燃料供給手段としては、噴射ノズル１６の代わりに、ディーゼルエンジン４の気筒１９への燃料噴射におけるポスト噴射を用いることもできる。

触媒コンバータ１５内にはＬＮＴ触媒１７が格納されている。ＬＮＴ触媒１７は、γアルミナ等で形成されたモノリスハニカムのセルの担持体の表面に、触媒金属及びＮＯｘ吸蔵物質を担持させて形成される。触媒金属としてはＰｔやＰｄが用いられる。またＮＯｘ吸蔵物質としては、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類金属のうちのいずれか１つ又は組み合わされた複数が用いられる。

この触媒コンバータ１５の入口近傍には、ＬＮＴ触媒１７に流入する排ガスＧの温度を測定する温度センサ２０が設けられている。

ディーゼルエンジン４のエンジン本体２２においては、吸気バルブ２３が開弁したときに複数の気筒１９内にそれぞれ供給された吸入空気は、インジェクタ２４からの噴射燃料と混合・燃焼して、シリンダ２５内のピストン２６を往復動させてクランク軸２７を回転駆動した後に、排気バルブ２８が開弁したときに排ガスＧとなってエキゾーストマニホールド２９から排気通路８へ排気される。この排ガスＧは、排気通路８に設けられた排気絞り弁３０を通過した後に、上述した排ガス浄化システム９により浄化されて外部へ放出される。なお、排気絞り弁３０は、触媒コンバータ１５の下流側に設けられる場合もある。また、クランク軸２７の回転動力は、流体継手３１及び湿式多板クラッチ３２を介して変速機６から駆動軸３に伝達される。

これらのエンジン本体２２の各部及び排ガス浄化システム９は、ＨＣＵ１４に車載ネットワーク（一点鎖線で示す）を通じて接続するＥＣＵ３３により制御される。また、ＥＣＵ３３には、ディーゼルエンジン４のエンジン回転数を測定する回転センサ３４、ＨＥＶ１の車速を測定する車速センサ３５及びアクセルの開度を検知するアクセル開度センサ３６が接続している。

このようなＨＥＶ１における本発明の第１の実施形態からなるハイブリッド車両の制御方法（以下、単に「制御方法」という。）を、ＥＣＵ３３及びＨＣＵ１４の制御内容として、図２に基づいて以下に説明する。

ＥＣＵ３３は、ＨＥＶ１の走行中において、リッチスパイクの要求又はＳパージの要求があった場合には（Ｓ１０）、排ガスＧをリッチ状態にする必要があると判定して（Ｓ１２）、その旨をＨＣＵ１４に伝達する。前者のリッチスパイクの要求は、定期的に発令される場合や、ディーゼルエンジン４の運転状態及び吸入空気量などから算出されるＬＮＴ触媒１７でのＮＯｘ堆積量が、予め設定されたしきい値を超えたときに発令される場合などがある（例えば、特許文献１を参照）。また、後者のＳパージの要求は、定期的に発令される場合や、触媒コンバータ１５の下流側の排気通路８を流れる排ガスＧ中のＮＯｘ濃度が、予め設定されたしきい値未満となったときに発令される場合などがある。

この伝達を受けたＨＣＵ１４は、モータ用クラッチ１２を接状態にして（Ｓ１４）、バッテリー１１からのインバータ１０を通じた給電により電動発電機５を回転駆動させるとともに、湿式多板クラッチ３２を断状態にする（Ｓ１６）。これによりＨＥＶ１は、電動発電機５の駆動力のみで走行する状態になる。次に、ＳＯＣセンサ１３の検出値Ｖを予め設定された下限値Ｘと比較し（Ｓ１８）、検出値Ｖが下限値Ｘに等しくなったときは、バッテリー１１の放電が完了したと判定して（Ｓ２０）、その旨をＥＣＵ３３に伝達する。なお、この下限値Ｘとしては、ＳＯＣが、０％超であって、かつバッテリー１１の通常の使用範囲の下限である４０％以下の範囲となる値を用いることが望ましい。

この伝達を受けたＥＣＵ３３は、噴射ノズル１６から燃料を噴射して（Ｓ２２）、ＬＮＴ触媒１７によるＮＯｘの還元浄化又はＬＮＴ触媒１７の脱硫を開始する。その一方で、湿式多板クラッチ３２を接状態にする（Ｓ２４）。これによりＨＥＶ１は、主にディーゼルエンジン４の駆動力で走行する状態になる。次に、回転センサ３４の測定値及び車速センサ３５の測定値を入力し（Ｓ２６）、それらの測定値と予め設定された第１のマップデータとに基づいて、ＨＥＶ１の走行に必要な要求走行トルクを決定して（Ｓ２８）、ＨＣＵ１４に伝達する。この第１のマップデータとしては、ディーゼルエンジン４ごとに設定されるいわゆるトルクカーブが例示される。

ＨＣＵ１４は、伝達された要求走行トルクと予め設定された第２のマップデータとに基づいて、要求回生トルクを決定し（Ｓ３０）、その要求回生トルクでの電動発電機５の回生発電を行って、インバータ１０を通じてバッテリー１１を充電する（Ｓ３２）。

図３に、第２のマップデータの例を示す。このマップデータは、触媒コンバータ１５の入口近傍における排ガスＧの温度を予め設定された値にするための、ディーゼルエンジン４のエンジン回転数とトルクとの関係を、予め実験や計算により求めたものである。このマップデータにおいて、要求走行トルクＨのときに、触媒コンバータ１５の入口近傍における排ガスＧの温度Ｔ（たとえば、リッチスパイク：約１５０〜２００℃、Ｓパージ：約６００〜７００℃）及び燃費の最適点を得るための要求回生トルクＤは、エンジン回転数Ｋにおける要求走行トルクＨとマップデータとの差分となる。これらの要求走行トルクの決定並びに要求回生トルクの決定及び回生発電によるバッテリー１１の充電は、ＨＥＶ１の走行状態の変化に応じて繰り返し行われる（Ｓ２６〜Ｓ３２）。

以上のような制御を行うことで、要求走行トルクの他に電動発電機５の回生発電によってもディーゼルエンジン４に負荷が加わるので、ＬＮＴ触媒１７に流入する排ガスＧの温度を確実に上昇させることができる。このように排ガスＧの温度が上昇することで、リッチスパイクやＳパージのために必要とする動力目的外の噴射ノズル１６からの燃料噴射量が従来よりも減少するとともに、ＮＯｘの浄化中にディーゼルエンジン４に加えられた負荷の一部を、電動発電機５の回生発電によって電力エネルギーとして回収してバッテリー１１に充電することができる。

このような理由から、ＨＥＶ１において、従来よりも燃費を向上させつつ、排ガスＧ中のＮＯｘの還元浄化を確実に行うことができるのである。

本発明の第２の実施形態からなる制御方法を、図４に基づいて以下に説明する。なお、図４においては、図２と同一の制御内容には同一のステップ番号を付し、その説明を省略する。

上述した第１の実施形態からなる制御方法においては、電動発電機５の回生発電によるバッテリー１１の充電（Ｓ３２）は、バッテリー１１の劣化を防止する観点から、バッテリー１１のＳＯＣが予め設定された上限値に達したときには停止する必要がある。この上限値としては、バッテリー１１の定格最大容量とすることが望ましい。なお、定格最大容量とは、バッテリー１１の製造仕様に応じて予め規定された値であり、通常はバッテリー１１のＳＯＣが７０〜９０％となる状態である。

しかしながら、ステップ３２においてバッテリー１１の充電が停止されると、ＥＣＵ３３及びＨＣＵ１４による制御が終了するため、ＬＮＴ触媒１７によるＮＯｘの還元浄化や脱硫が不十分な状態で中断してしまうおそれがある。

そこで、バッテリー１１のＳＯＣが予め設定された上限値に達した後も、排ガスＧ中のＮＯｘの確実な還元浄化を継続させるために、第１の実施形態からなる制御方法に加えて、以下の制御方法を実施する。

ＨＣＵ１４は、バッテリー１１を充電した（Ｓ３２）後に、ＳＯＣセンサ１３の検出値Ｖを予め設定された上限値Ｙと比較する（Ｓ３４）。そして、検出値Ｖが上限値Ｙに等しくなったときは、バッテリー１１の充電が完了したと判定して（Ｓ３６）、バッテリー１１からのインバータ１０を通じた給電により電動発電機５を回転駆動させるとともに、湿式多板クラッチ３２を断状態にして（Ｓ３８）、その旨をＥＣＵ３３に伝達する。

この伝達を受けたＥＣＵ３３は、インジェクタ２４の燃料噴射量を調整してディーゼルエンジン４のエンジン回転数を予め設定された値にするとともに、排気絞り弁３０を閉止する（Ｓ４０）。このエンジン回転数に係る予め設定された値としては、ＨＥＶ１を急加速した際に湿式多板クラッチ３２を接状態に再度した場合に、トルク変動が生じにくくなるように、停車時のアイドル回転数よりも高い値とすることが好ましい。

以上のような制御を行うことで、バッテリー１１が上限値Ｙまで充電された後の走行時において、ＨＥＶ１はディーゼルエンジン４のアイドル運転状態を維持しつつ電動発電機５によるモータ走行を行うとともに、排気絞り弁３０の閉止により排気圧力が高められて、そのディーゼルエンジン４に新たに負荷が加わるので、排ガスＧの温度の低下を抑制して、ＮＯｘの確実な還元浄化を継続することができるのである。

本発明の第３の実施形態からなる制御方法を、図５に基づいて以下に説明する。なお、図５においては、図２及び図４と同一の制御内容には同一のステップ番号を付し、その説明を省略する。

上述した第１の実施形態からなる制御方法においては、ＬＮＴ触媒１７でのＮＯｘの還元浄化中（Ｓ２４〜Ｓ３２）に、ドライバーがアクセルをオフにしてＨＥＶ１が慣性走行状態になると、ＬＮＴ触媒１７に流入する排ガスＧの温度が低下するため、ＬＮＴ触媒１７によるＮＯｘの還元浄化や脱硫が不十分な状態で中断してしまうおそれがある。

そこで、ＬＮＴ触媒１７でのＮＯｘの還元浄化中にＨＥＶ１が慣性走行状態になった後も、排ガスＧ中のＮＯｘの確実な還元浄化を継続させるために、第１の実施形態からなる制御方法に加えて、以下の制御方法を実施する。

要求走行トルクの決定並びに要求回生トルクの決定及び回生発電によるバッテリー１１の充電を、ＨＥＶ１の走行状態の変化に応じて繰り返し行う（Ｓ２６〜Ｓ３２）ことと並行して、ＥＣＵ３３は、アクセル開度センサ３６の検出値からアクセルオフであるか否かを判断する（Ｓ４２）。

アクセルオフになったときは、ＨＥＶ１が減速や下り坂などで慣性走行状態になったと判定し（Ｓ４４）、その旨をＨＣＵ１４に伝達する。そして、湿式多板クラッチ３２を断状態にして（Ｓ４６）、インジェクタ２４の燃料噴射量を調整してディーゼルエンジン４のエンジン回転数を予め設定された値にするとともに、排気絞り弁３０を閉止する（Ｓ４８）。このエンジン回転数に係る予め設定された値については、上述した第２の実施形態からなる制御方法におけるステップ４０の場合と同様である。

上記の伝達を受けたＨＣＵ１４は、並行して最大要求回生トルクＤmaxでの電動発電機５の回生発電を行って、インバータ１０を通じてバッテリー１１を充電する（Ｓ５０）。なお、最大要求回生トルクＤmaxとは、図３に示す第２のマップデータにおいて、要求走行トルクＨがゼロである場合などに相当する。

以上のような制御を行うことで、ＨＥＶ１が下り坂等で慣性走行状態になった後の走行時において、ＨＥＶ１はディーゼルエンジン４のアイドル運転状態を維持しつつ、排気絞り弁３０の閉止により排気圧力が高められて、ディーゼルエンジン４に新たに負荷が加わるので、排ガスＧの温度の低下を抑制して、ＮＯｘの確実な還元浄化を継続することができるとともに、回生発電も継続することができるのである。

１ ＨＥＶ
３ 駆動軸
４ ディーゼルエンジン
５ 電動発電機
７ ハイブリッドシステム
８ 排気通路
９ 排ガス浄化システム
１１ バッテリー
１２ モータ用クラッチ
１３ ＳＯＣセンサ
１４ ＨＣＵ
１７ ＬＮＴ触媒
３２ 湿式多板クラッチ
３３ ＥＣＵ
３４ 回転センサ
３５ 車速センサ
３６ アクセル開度センサ

Claims (5)

1. バッテリーに接続された電動発電機及びエンジンと駆動軸とをそれぞれ断接可能なハイブリッドシステムと、前記エンジンの排ガスが流れる排気通路に介設されたＮＯｘ吸蔵還元触媒及び前記排気通路に燃料を供給する燃料供給手段を有する排ガス浄化システムとを備えたハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記ハイブリッド車両の走行中に、リッチスパイク又は硫黄パージの要求があったときは、前記電動発電機と前記駆動軸とを接状態にして前記バッテリーからの給電で該電動発電機を回転駆動させる一方で、前記エンジンと該駆動軸とを断状態にし、
   前記バッテリーの蓄電率が予め設定された下限値になったときは、前記燃料供給手段を起動して前記ＮＯｘ吸蔵還元触媒による前記排ガス中のＮＯｘの還元浄化又は該ＮＯｘ吸蔵還元触媒の脱硫を開始する一方で、
   前記エンジンと前記駆動軸とを接状態にするとともに、該エンジンのエンジン回転数及び前記ハイブリッド車両の車速と予め設定された第１のマップデータとから要求走行トルクを決定し、
   前記要求走行トルクと予め設定された第２のマップデータとから決定される要求回生トルクで前記電動発電機を回生発電させて前記バッテリーを充電することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
2. 前記排気通路に介設された排気絞り弁を備え、
   前記バッテリーを充電した後に、前記バッテリーの蓄電率が予め設定された上限値になったときは、前記電動発電機と前記駆動軸とを接状態にして前記バッテリーからの給電で該電動発電機を回転駆動させ、
   前記エンジンと前記駆動軸とを断状態にして該エンジンのエンジン回転数を予め設定された値にするとともに、前記排気絞り弁を閉止する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御方法。
3. 前記予め設定された上限値が前記バッテリーの定格最大容量である請求項２に記載のハイブリッド車両の制御方法。
4. 前記排気通路に介設された排気絞り弁を備え、
   前記バッテリーを充電した後に、前記ハイブリッド車両が慣性走行状態になったときは、最大要求回生トルクで前記電動発電機を回生発電させて前記バッテリーを充電し、かつ前記エンジンと前記駆動軸とを断状態にして該エンジンのエンジン回転数を予め設定された値にするとともに、前記排気絞り弁を閉止する請求項１に記載のハイブリッド車両の制御方法。
5. 前記予め設定された下限値が、０超かつ４０％以下の範囲の値である請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御方法。

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