JP2016203940A

JP2016203940A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2016203940A
Application number: JP2015091788A
Authority: JP
Inventors: 治雄鈴木; Haruo Suzuki; 芳久小泉; Yoshihisa Koizumi; 洋紀瀬戸; Hiroki Seto
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2015-04-28
Filing date: 2015-04-28
Publication date: 2016-12-08

Abstract

【課題】アイドル運転中におけるパワーテイクオフ装置の作動時において、燃費の悪化を招くことなくＰＭ捕集フィルターの強制再生を行うことができるハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ＥＣＵ３４は、ＨＥＶ１のアイドル運転中のＰＴＯ装置１１の作動時に、ＰＭ捕集フィルター２１の強制再生要求があったときは、温度センサ３３の測定値Ｔが予め設定されたしきい温度Ｓ以上となり、かつ燃料供給システム８からの燃料供給量が予め設定されたしきい量Ｑ以下となるように、電動発電機５の回生発電によりディーゼルエンジン４に負荷を加える。
【選択図】図１

Description

本発明はハイブリッド車両に関し、更に詳しくは、アイドル運転中におけるパワーテイクオフ装置の作動時に、燃費の悪化を招くことなくＰＭ捕集フィルターの強制再生を行うハイブリッド車両に関する。

近年、燃費向上と環境対策などの観点から、内燃機関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モータで代替するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下、「ＨＥＶ」という。）が注目されている。

このＨＥＶの内燃機関にディーゼルエンジンを用いる場合には、従来の車両と同じく、ディーゼルエンジンの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ための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、還元剤触媒システムやＮＯｘ吸蔵還元触媒などが実用化されている。

上記のＰＭ捕集フィルターは、排ガス中のＰＭをフィルタで捕集して浄化するものであるが、フィルターの目詰まりを防ぐために、捕集限界量に達する前にＰＭを燃焼させて除去する必要がある（例えば、特許文献１を参照）。

排ガスの温度が５００℃以上などの高温であるときには、ＰＭは連続的に自然燃焼する。しかし、排ガスの温度が低温のときには、排ガス中に未燃燃料を供給して、未燃燃料の炭化水素（ＨＣ）をフィルターの前段に配置された酸化触媒（ＤＯＣ）で燃焼させ、その酸化反応熱を利用してＤＯＣを６００℃程度に加熱することで排ガスを昇温してＰＭを強制的に燃焼させる強制再生が必要となる。

この強制再生の一つに、アイドル状態が所定の時間以上連続した時に行なわれる長時間アイドル運転時の強制再生がある。しかし、補機を駆動するパワーテイクオフ装置（以下、「ＰＴＯ装置」という。）を装備したクレーン車や消防自動車等の特装車において、強制再生中にＰＴＯ装置を作動させると、ディーゼルエンジンに加わる負荷が大きく変動して不安定となり、強制再生を十分に行うことができなくなるおそれがある。

このような問題を解決するために、アイドル運転中のＰＴＯ装置の作動時には、ＰＭ捕集フィルターの強制再生を禁止することが提案されている（例えば、特許文献２を参照）。

しかしながら、長時間アイドル運転中にＰＴＯ装置を作動させるような低中負荷運転が繰り返されると、ＰＭが短時間でフィルタに堆積してしまう。そのため、排ガスを昇温させるために、ディーゼルエンジンで必要とされるトルクに関係なく燃料を供給する必要があるため、燃費の悪化を招くという問題があった。

特開２００５−１６３１７号公報特開２００４−１５０４１７号公報

本発明の目的は、アイドル運転中におけるパワーテイクオフ装置の作動時において、燃費の悪化を招くことなくＰＭ捕集フィルターの強制再生を行うことができるハイブリッド車両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は、バッテリーに接続された電動発電機及びディーゼルエンジンを有するハイブリッドシステムと、前記ディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料供給システムと、該ディーゼルエンジンの排気通路に介設されたＰＭ捕集フィルターを有する排ガス浄化システムと、該ディーゼルエンジンから補機の動力を取り出すパワーテイクオフ装置と、制御手段とを備えたハイブリッド車両において、前記制御手段は、前記ハイブリッド車両のアイドル運転中の前記パワーテイクオフ装置の作動時に、前記ＰＭ捕集フィルターの強制再生要求があったときは、前記ＰＭ捕集フィルターの入口における排ガスの温度が予め設定されたしきい温度以上となり、かつ前記燃料供給システムからの燃料供給量が予め設定されたしきい量以下となるように、前記電動発電機の回生発電により前記ディーゼルエンジンに負荷を加え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によれば、アイドル運転中におけるパワーテイクオフ装置の作動時において、パワーテイクオフ装置の負荷に加えてハイブリッドシステムの回生発電によって、ディーゼルエンジンの噴射燃料量を過度に増加させることなく負荷トルクを増大させて、排ガスの温度をＰＭ捕集フィルターの強制再生に必要なレベルに上昇させるようにしたので、燃費の悪化を招くことなくＰＭ捕集フィルターの強制再生を行うことができる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の制御手段の機能を説明するフロー図である。マップデータの例を示すグラフである。ディーゼルエンジンの負荷トルクの分担状態を説明するグラフである。

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、本発明の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。

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に燃料を供給する燃料供給システム８と、ディーゼルエンジン４の排気通路９に設けられた排ガス浄化システム１０とを主に備えている。

また、ディーゼルエンジン４の動力を取り出すＰＴＯ装置１１が、変速機６に設置されている。ＨＥＶ１の停車時において、変速機６をニュートラルにしてＰＴＯスイッチ（図示せず）をオンにすると、ＰＴＯ装置１１が変速機６に連結されて補機１２に動力が供給されるようになる。この補機１２としては、クレーン用の油圧ポンプや、放水用の消防ポンプなどが例示される。

ハイブリッドシステム７は、電動発電機５にインバータ１３を通じて電気的に接続するバッテリー１４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１５とを有している。このハイブリッドシステム７は、ＨＣＵ１６により制御される。

燃料供給システム８は、コモンレール１７及びインジェクタ１８から主に構成される。

排ガス浄化システム１０は、ディーゼルエンジン４の排気通路９に介設された太径の触媒コンバーター１９を有している。この触媒コンバーター１９内には、前段に酸化触媒（ＤＯＣ）２０が配置されたＰＭ捕集フィルター２１が格納されている。

ＤＯＣ２０は、ディーゼルエンジン４の排ガスＧの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。また、ＰＭ捕集フィルター２１は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル（セル）の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフロータイプのフィルターから形成される。

ＰＭ捕集フィルター２１の強制再生時には、ディーゼルエンジン４の気筒２２への燃料噴射におけるポスト噴射により、排ガスＧを昇温させてＤＯＣ２０が活性化する温度（例えば、約２００℃以上）に到達させる。そして、ＤＯＣ２０が活性化温度に到達した場合には、噴射ノズル（図示せず）を通じて排気通路９に未燃燃料を供給して、ＤＯＣ２０の酸化作用によりＰＭ捕集フィルター２１の温度を再生に必要な温度に到達させる。

なお、図１の構成例では、ＤＯＣ２０とＰＭ捕集フィルター２１とを別体としているが、フィルターに酸化触媒物質を担持させたＣＳＦとして一体で用いるようにしてもよい。

ディーゼルエンジン４のエンジン本体２３においては、吸気バルブ２４が開弁したときに複数の気筒２２内にそれぞれ供給された吸入空気は、インジェクタ１８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９へ排気される。この排ガスＧは、排気通路９に設けられた排気ブレーキ用の排気絞り弁３０を通過した後に、上述した排ガス浄化システム１０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、触媒コンバーター１９の下流側の排気通路９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を通じて変速機６に伝達される。

そして、触媒コンバーター１９の入口近傍の排気通路９には、排ガスＧの温度を測定する温度センサ３３が設置されている。

上述した燃料供給システム８、排ガス浄化システム１０、ＨＣＵ１４及び温度センサ３３は、車載ネットワーク（一点鎖線で示す）を通じて制御手段であるＥＣＵ３４に接続されている。

このようなＨＥＶ１におけるＥＣＵ３４の機能を、図２に基づいて以下に説明する。

ＥＣＵ３４は、車速や湿式多板クラッチ３２の断接状態などからＨＥＶ１がアイドル運転中であるか否かを判定し（Ｓ１０）、アイドル運転中である場合には、ＰＭ捕集フィルター２１の強制再生要求の有無を確認する（Ｓ２０）。このＰＭ捕集フィルター２１の強制再生要求としては、アイドル運転開始からの経過時間や触媒コンバーター１９の差圧などが例示される。

ＰＭ捕集フィルター２１の再生要求があった場合には、更にＰＴＯ装置１１が作動しているか否かを判定し（Ｓ３０）、作動している場合には、排気絞り弁３０を閉止して（Ｓ４０）排気ブレーキをオンにするとともに、温度センサ３３の測定値Ｔを入力する（Ｓ５０）。

そして、温度センサ３３の測定値Ｔが予め設定されたしきい温度Ｓ以上であって、かつインジェクタ１８からの噴射燃料量が予め設定されたしきい量Ｑ以下となるように、モータ用クラッチ１５を断接して、電動発電機５の回生発電によりディーゼルエンジン４に負荷を加える（Ｓ６０〜Ｓ７０）。この回生発電で発電された電力は、バッテリー１４のＳＯＣに余裕がある場合には、バッテリー１６に蓄電される（Ｓ８０）。

しきい温度Ｓは、ＤＯＣ２０が活性化する温度（例えば、約２００℃以上）とすることが好ましい。また、しきい量Ｑは、ディーゼルエンジン４及びＰＴＯ装置１１の性能仕様を考慮したマップデータから決定される。

このマップデータの例を図３に示す。このマップデータは、触媒コンバーター１９の入口における排ガスＧの温度（温度センサ３３の測定値に相当）をしきい温度Ｓにするために必要とされるディーゼルエンジン４の負荷トルクと噴射燃料量との関係を示したグラフである。ＨＥＶ１の運転状態を、噴射燃料量が過度に増加することなく負荷トルクが最大となる高効率なポイントＰにすることで、燃費の悪化を招くことなくＰＭ捕集フィルター２１の強制再生を行うことが可能となる。このポイントＰは、通常は気筒２２への燃料噴射におけるポスト噴射が停止されて、メイン噴射量が増加する時点に相当する。

すなわち、上記のステップ６０においては、図４に示すように、ＨＥＶ１の運転状態がポイントＰで維持されるように、排気ブレーキ及びＰＴＯ装置１１による負荷トルクの不足分を電動発電機５によって補うのである。なお、排気絞り弁３０を閉止するステップ４０を実施しない場合には、ＰＴＯ装置１１のみによる負荷トルクの不足分を電動発電機５によって補うことになる。

このように、アイドル運転中におけるＰＴＯ１１装置の作動時において、ＰＴＯ装置１１の負荷に加えて電動発電機５の回生発電によって、ディーゼルエンジン４の噴射燃料量を過度に増加させることなく負荷トルクを増大させて、排ガスＧの温度をＰＭ捕集フィルター２１の強制再生に必要なレベルに上昇させるようにしたので、燃費の悪化を招くことなくＰＭ捕集フィルター２１の強制再生を行うことができるのである。

１ＨＥＶ
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燃料供給システム
９排気通路
１０排ガス浄化システム
１１ＰＴＯ装置
２１ＰＭ捕集フィルター
３０排気絞り弁
３３温度センサ
３４ＥＣＵ

Claims

バッテリーに接続された電動発電機及びディーゼルエンジンを有するハイブリッドシステムと、前記ディーゼルエンジンに燃料を供給する燃料供給システムと、該ディーゼルエンジンの排気通路に介設されたＰＭ捕集フィルターを有する排ガス浄化システムと、該ディーゼルエンジンから補機の動力を取り出すパワーテイクオフ装置と、制御手段とを備えたハイブリッド車両において、
前記制御手段は、前記ハイブリッド車両のアイドル運転中の前記パワーテイクオフ装置の作動時に、前記ＰＭ捕集フィルターの強制再生要求があったときは、
前記ＰＭ捕集フィルターの入口における排ガスの温度が予め設定されたしきい温度以上となり、かつ前記燃料供給システムからの燃料供給量が予め設定されたしきい量以下となるように、前記電動発電機の回生発電により前記ディーゼルエンジンに負荷を加えることを特徴とするハイブリッド車両。
前記排気通路に設置された排気絞り弁を備え、
前記制御手段は、前記ＰＭ捕集フィルターの強制再生要求があったときは、前記排気絞り弁を閉止して排気ブレーキをオンにすることで前記ディーゼルエンジンに負荷を加える請求項１に記載のハイブリッド車両。