JP2017132299A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】粒子状物質除去フィルタを再生する際に粒子状物質除去フィルタの温度を再生に必要な温度により迅速に到達させる。【解決手段】ＰＭフィルタの再生処理を行なう際には、ＰＭフィルタの再生処理に先立ってバッテリを冷却する電動冷却ファンを駆動し（Ｓ１１０）、その後、ＰＭフィルタの再生処理を実行する（Ｓ１２０）。これにより、ＰＭフィルタの再生処理において、エンジンの高負荷運転によるバッテリの充電に伴う温度上昇を抑制し、バッテリの入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さくなるのを抑制することができる。このため、バッテリの入力制限Ｗｉｎが小さくなるためにエンジンの高負荷運転を継続することができず、ＰＭフィルタの温度を再生に必要な温度に迅速に達することができないことを抑制することができる。【選択図】図２

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンを備えるハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンを備え、微粒子物質を除去する排気浄化装置（ＤＰＦ）を再生する際にはエンジンの高負荷運転を行なうものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。このハイブリッド自動車では、排気浄化装置（ＤＰＦ）を再生する際にエンジンを高負荷運転することにより排気温度を上昇させて排気浄化装置（ＤＰＦ）の温度を再生に必要な温度まで迅速に上昇させている。エンジンの高負荷運転による余剰エネルギについては発電してバッテリに蓄電することにより、燃費の悪化を抑制している。更に、バッテリの充電量が高レベルになると、エンジンの燃料噴射時期を遅角させることにより、排気温度を上昇させると共に余剰エネルギを小さくして、バッテリの過充電を防止している。

特開２００７−２３０４７５号公報

しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、排気浄化装置の再生の際にエンジンを高負荷運転することができなくなり、排気浄化装置の温度を再生に必要な温度まで上昇させることができない場合が生じる。バッテリは、その温度が上昇すると、バッテリの許容最大充電電力（入力制限）の絶対値が小さくなるため、大きな充電電力を維持することができなくなる。このため、エンジンを高負荷運転することができなくなり、排気浄化装置の温度を再生に必要な温度まで上昇させることができなくなってしまう。

本発明のハイブリッド自動車は、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを備えるハイブリッド自動車において、粒子状物質除去フィルタを再生する際に粒子状物質除去フィルタの温度を再生に必要な温度により迅速に到達させることを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンと、
走行用の動力を出力するモータと、
前記エンジンからの動力を用いて発電可能な発電機と、
前記モータおよび前記発電機と電力のやりとりを行なうバッテリと、
前記バッテリを冷却する冷却ファンと、
前記粒子状物質除去フィルタの再生が必要であると判断されたときには、前記エンジンの高負荷運転を伴って前記粒子状物質除去フィルタを再生するフィルタ再生制御を実行する制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御手段は、前記フィルタ再生制御を実行するときには、該フィルタ再生制御に先立って前記冷却ファンを駆動する、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、粒子状物質除去フィルタの再生が必要であると判断されたときには、バッテリを冷却する冷却ファンを駆動し、その後、エンジンの高負荷運転を伴って粒子状物質除去フィルタを再生する。エンジンの高負荷運転は、粒子状物質除去フィルタの温度を再生に必要な温度以上にするために行なわれるが、その際、余剰エネルギは発電機により発電され、バッテリに充電される。バッテリは充電に伴って温度上昇するが、エンジンの高負荷運転の前にバッテリを冷却する冷却ファンが駆動されるから、バッテリの温度上昇が抑制される。バッテリは温度が高くなると、バッテリを充電してもよい最大電力（入力制限あるいは許容最大充電電力と称される）は小さくなるが、冷却ファンの駆動によりバッテリの温度上昇が抑制されるため、入力制限が小さくなるのが抑制される。このため、バッテリの入力制限が小さくなるためにエンジンの高負荷運転を継続することができず、粒子状物質除去フィルタの温度を再生に必要な温度に迅速に達することができないことを抑制することができる。即ち、粒子状物質除去フィルタを再生する際に粒子状物質除去フィルタの温度を再生に必要な温度により迅速に到達させることができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 ＨＶＥＣＵ７０により実行されるフィルタ再生処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ５０の温度Ｔｂと入力制限Ｗｉｎおよび出力制限Ｗｏｕｔとの関係を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１，ＭＧ２と、インバータ４１，４２と、バッテリ５０と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジン２２は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により運転制御されている。エンジン２２の排気系には、排気浄化装置２３と粒子状物質除去フィルタ（以下、ＰＭフィルタという）２５とが取りつけられている。排気浄化装置２３には、排気中の未燃焼燃料や窒素酸化物を除去する触媒２３ａが充填されている。ＰＭフィルタ２５は、セラミックスやステンレスなどにより形成されたフィルターであり、煤などの粒子状物質を補足する。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、クランクシャフト２６の回転位置を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する図示しない水温センサからの冷却水温Ｔｗなどを挙げることができる。また、スロットルバルブのポジションを検出する図示しないスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度ＴＨや吸気管に取り付けられた図示しないエアフローメータからの吸入空気量Ｑａ、吸気管に取り付けられた図示しない温度センサからの吸気温Ｔａなども挙げることができる。さらに、排気系のＰＭフィルタ２５の上流側に取り付けられた大気圧と排気圧との差圧を検出する図示しない差圧センサからの差圧ΔＰも挙げることができる。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、例えば、燃料噴射弁への駆動信号や、スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号，イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号を挙げることができる。エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このエンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御する。また、エンジンＥＣＵ２４は、必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランク角θｃｒに基づいて、クランクシャフト２６の回転数、即ち、エンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤには、モータＭＧ１の回転子が接続されている。プラネタリギヤ３０のリングギヤには、駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６が接続されている。プラネタリギヤ３０のキャリヤには、エンジン２２のクランクシャフト２６が接続されている。

モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを備える周知の同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様に同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ４０によってインバータ４１，４２を制御することにより駆動する。インバータ４１，４２は、バッテリ５０が接続された電力ライン５４に接続されている。インバータ４１，４２は、６つのトランジスタと６つのダイオードとにより構成される周知のインバータとして構成されている。インバータ４１，４２は、電力ライン５４を共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置θｍ１，θｍ２や、モータＭＧ１，ＭＧ２の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流、コンデンサ４６の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのコンデンサ４６（電力ライン５４）の電圧ＶＬなどを挙げることができる。モータＥＣＵ４０からは、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するためのインバータ４１，４２の各トランジスタへのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信ポートを介して接続されている。このモータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する。また、モータＥＣＵ４０は、必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいて、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算している。

バッテリ５０は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりをする。バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２により管理されている。バッテリ５０の図示しない収納容器には、バッテリ５０を冷却するために外気を収納容器内に送り込む電動冷却ファン５５が取り付けられている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号が入力ポートを介して入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信する。入力ポートを介して入力される信号としては、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Ｖｂや、バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ｉｂ、バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂなどを挙げることができる。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために蓄電割合ＳＯＣや入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。蓄電割合ＳＯＣは、バッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合であり、電流センサにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいて演算される。入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力であり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいて演算される。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや、ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ８８からの車速Ｖなども挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、上述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されている。このＨＶＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード（ＨＶ走行モード）や、エンジン２２の運転を停止して走行する電動走行モード（ＥＶ走行モード）で走行する。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にＰＭフィルタ２５を再生する際の動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行されるフィルタ再生処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行される。

フィルタ再生処理ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、ＰＭフィルタ２５の再生が必要であると判断されているか否かを判定する（ステップＳ１００）。ＰＭフィルタ２５の再生が必要であるか否かの判断は、エンジン２２の回転数Ｎｅや排気系のＰＭフィルタ２５より上流側の大気圧との差圧、エンジン２２の空気量負荷率、エンジン２２の冷却水温Ｔｗなどにより、ＰＭフィルタ２５に堆積した粒子状物質の量が閾値を超えていると推定できるか否かの判定により行なうことができる。ＰＭフィルタ２５の再生が必要であると判断されているか否かの判定は、例えば、初期値が値０でＰＭフィルタ２５の再生が必要であると判断されたときに値１が設定され、ＰＭフィルタ２５の再生処理が行なわれた後に値０が設定されるフィルタ再生処理実行フラグＦｐｍの値を調べることによって行なうことができる。ＰＭフィルタ２５の再生が必要であると判断されていないと判定したときには、ＰＭフィルタ２５の再生は不要であるため、ＰＭフィルタ２５の再生処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、ＰＭフィルタ２５の再生が必要であると判断されていると判定したときには、バッテリ５０を冷却する電動冷却ファン５５を駆動し（ステップＳ１１０）、その後、ＰＭフィルタ２５の再生処理を実行して（ステップＳ１２０）、本ルーチンを終了する。ＰＭフィルタ２５の再生処理は、例えば、エンジン２２を高負荷運転してＰＭフィルタ２５の温度を再生に必要な温度まで上昇させ、その後、燃料噴射を停止した状態でエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングすることにより、ＰＭフィルタ２５に堆積した粒子状物質を燃焼することにより行なわれる。ここで、ＰＭフィルタ２５の再生処理に先立ってバッテリ５０を冷却する電動冷却ファン５５を駆動するのは、バッテリ５０の充電によってバッテリ５０の温度Ｔｂが上昇するのを抑制するためである。エンジン２２が高負荷運転されると、余剰エネルギが発生するため、モータＭＧ１により余剰エネルギが発電され、バッテリ５０に充電される。バッテリ５０は充電に伴って温度上昇すると、バッテリ５０を充電してもよい最大最大電力としての入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さくなる。図３にバッテリ５０の温度Ｔｂと入力制限Ｗｉｎおよび出力制限Ｗｏｕｔとの関係を示す。図示するように、バッテリ５０の温度Ｔｂが温度Ｔｌｉｍ以上で入力制限Ｗｉｎの絶対値が急に小さくなる。入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さくなると、バッテリ５０の保護のためにモータＭＧ１による発電電力を小さくする必要が生じる。このため、エンジン２２の高負荷運転を継続することができなくなる。実施例では、バッテリ５０は充電に伴う温度上昇に伴って入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さくなるのを抑制するために、ＰＭフィルタ２５の再生処理に先立ってバッテリ５０を冷却する電動冷却ファン５５を駆動するのである。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、ＰＭフィルタ２５の再生処理を行なう際には、ＰＭフィルタ２５の再生処理に先立ってバッテリ５０を冷却する電動冷却ファン５５を駆動し、その後、ＰＭフィルタ２５の再生処理を実行する。これにより、ＰＭフィルタ２５の再生処理において、エンジン２２の高負荷運転によるバッテリ５０の充電に伴う温度上昇を抑制し、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎの絶対値が小さくなるのを抑制することができる。このため、バッテリ５０の入力制限Ｗｉｎが小さくなるためにエンジン２２の高負荷運転を継続することができず、ＰＭフィルタ２５の温度を再生に必要な温度に迅速に達することができないことを抑制することができる。即ち、ＰＭフィルタ２５を再生する際にＰＭフィルタ２５の温度を再生に必要な温度により迅速に到達させることができる。

実施例では、エンジン２２と２つのモータＭＧ１，ＭＧ２とがプラネタリギヤ３０に接続されたハイブリッド自動車２０に本発明を適用するものとしたが、エンジンと、走行用の動力を出力するモータと、エンジンからの動力を用いて発電可能な発電機と、を備えるハイブリッド自動車であれば如何なる構成のハイブリッド自動車にも適用することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、ＰＭフィルタ２５が「粒子状物質除去フィルタ」に相当し、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ２が「モータ」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、電動冷却ファン５５が「冷却ファン」に相当し、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ 排気浄化装置、２３ａ 触媒、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２５ 粒子状物質除去フィルタ（ＰＭフィルタ）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４６ コンデンサ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５５ 電動冷却ファン、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. 排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンと、
   走行用の動力を出力するモータと、
   前記エンジンからの動力を用いて発電可能な発電機と、
   前記モータおよび前記発電機と電力のやりとりを行なうバッテリと、
   前記バッテリを冷却する冷却ファンと、
   前記粒子状物質除去フィルタの再生が必要であると判断されたときには、前記エンジンの高負荷運転を伴って前記粒子状物質除去フィルタを再生するフィルタ再生制御を実行する制御手段と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記制御手段は、前記フィルタ再生制御を実行するときには、該フィルタ再生制御に先立って前記冷却ファンを駆動する、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。

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