JP2019166943A

JP2019166943A - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP2019166943A
Application number: JP2018055621A
Authority: JP
Inventors: 聖鎌倉; Satoshi Kamakura
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2018-03-23
Filing date: 2018-03-23
Publication date: 2019-10-03
Anticipated expiration: 2038-03-23
Also published as: JP7091759B2

Abstract

【課題】アンモニアスリップの発生を抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両の制御装置３０は、エンジン２の排気通路３に配置されたＳＣＲ触媒１３の温度及びＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量に基づいて、ＳＣＲ触媒からアンモニアが放出されるアンモニアスリップが発生しないエンジン出力の上限値であるスリップ非発生エンジン出力値を取得する取得部３１と、エンジンに要求されるエンジン出力値であるエンジン出力要求値が、取得部によって取得されたスリップ非発生エンジン出力値よりも大きい場合に、モータアシスト時におけるモータの出力値を、当該エンジン出力要求値と当該スリップ非発生エンジン出力値との差に応じて増大させる制御処理を実行する制御部３１と、を備えることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本開示はハイブリッド車両の制御装置に関する。

従来、エンジンの動力をモータの動力でアシストするモータアシストが可能なハイブリッド車両において、エンジンの排気通路にＳＣＲ（ＳｅｌｅｃｔｉｖｅＣａｔａｌｙｔｉｃＲｅｄｕｃｔｉｏｎ）触媒を備えるものが知られている（例えば特許文献１参照）。このようなＳＣＲ触媒は、尿素水噴射弁から排気中に噴射された尿素水の加水分解によって生成されたアンモニアを吸着し、この吸着されたアンモニアを用いて排気中のＮＯｘを選択的に還元している（例えば特許文献１，２参照）。そして、ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着能力は、ＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど低くなる傾向がある（例えば特許文献２参照）。

特開２０１４−２２７０７２号公報特開２０１０−３１７３１号公報

上述したようにＳＣＲ触媒のアンモニア吸着能力はＳＣＲ触媒の温度が高くなるほど低くなるため、ハイブリッド車両のエンジンに要求されるエンジン出力値が高くなり、これに応じてエンジン出力が実際に上昇して排気温度が上昇した場合、この排気温度の上昇に伴ってＳＣＲ触媒の温度が上昇して、ＳＣＲ触媒に吸着されていたアンモニアがＳＣＲ触媒から放出されるアンモニアスリップが発生するおそれがある。

本開示は、上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、アンモニアスリップの発生を抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することである。

上記目的を達成するため、本発明の態様に係るハイブリッド車両の制御装置は、エンジンの動力をモータの動力によってアシストするモータアシストが可能なハイブリッド車両に適用された制御装置であって、前記エンジンの排気通路に配置されたＳＣＲ触媒の温度及び前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量に基づいて、前記ＳＣＲ触媒からアンモニアが放出されるアンモニアスリップが発生しないエンジン出力の上限値であるスリップ非発生エンジン出力値を取得する取得部と、前記エンジンに要求されるエンジン出力値であるエンジン出力要求値が、前記取得部によって取得された前記スリップ非発生エンジン出力値よりも大きい場合に、前記モータアシスト時における前記モータの出力値を、当該エンジン出力要求値と当該スリップ非発生エンジン出力値との差に応じて増大させる制御処理を実行する制御部と、を備えることを特徴とする。

上記のハイブリッド車両の制御装置によれば、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。

実施形態に係るハイブリッド車両の模式的構成図である。実施形態に係る制御装置が実行するアンモニアスリップ抑制制御処理のフローチャートの一例である。スリップ非発生エンジン出力値を算出する際に用いられるマップを視覚化した図である。

以下、図面を参照しつつ、本実施形態に係るハイブリッド車両１の制御装置３０について説明する。図１はハイブリッド車両１の構成を模式的に示す模式的構成図である。ハイブリッド車両１は、エンジン２と、排気通路３と、動力伝達軸４ａ，４ｂ，４ｃと、トランスミッション５と、モータクラッチ６と、モータ７と、インバータ８と、バッテリ９と、排気浄化装置１０と、各種センサ類（図１では温度センサ２０が例示されている）と、制御装置３０とを備えている。

本実施形態では、エンジン２の一例として、軽油を燃料とするディーゼルエンジンを用いている。エンジン２の燃料噴射量や燃料噴射タイミング等は、制御装置３０によって制御されている。排気通路３はエンジン２から排出された排気（Ｅ）が通過する通路であり、その上流側端部が分岐してエンジン２の各気筒の排気ポートに接続している。動力伝達軸４ａはエンジン２とトランスミッション５との間で動力を伝達する軸である。動力伝達軸４ｂはトランスミッション５と駆動輪用のデファレンシャルギア（図示せず）との間で動力を伝達する軸である。動力伝達軸４ｃはトランスミッション５とモータ７との間で動力を伝達する軸である。トランスミッション５としては、制御装置３０によって制御されてギア段を変更するＡＴ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）やＡＭＴ（ＡｕｔｏｍａｔｅｄＭａｎｕａｌＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）等を用いることができる。

モータクラッチ６は、動力伝達軸４ｃにおけるトランスミッション５とモータ７との間の部分に配置されており、制御装置３０の指示を受けて切断状態と接続状態とを切り替える。モータクラッチ６が切断状態になった場合、モータ７とトランスミッション５との間の動力伝達は不能になり、モータクラッチ６が接続状態になった場合、モータ７とトランスミッション５との間の動力伝達は可能になる。なお、これは後述するが、本実施形態に係る制御装置３０は、エンジン２の動力をモータ７の動力によってアシストするモータアシスト時や、モータ７が回生発電を行う回生発電時において、モータクラッチ６を接続状態にする。

モータ７は、インバータ８を介してバッテリ９と電気的に接続されている。モータ７は、モータアシスト時においては、バッテリ９からの電力供給を受けて駆動することで、エンジン２の動力をアシストする。また、モータ７は、回生発電時においては、トランスミッション５の側からの動力（これはエンジン２からの動力、又は、駆動輪からの動力である）が伝達されて駆動することで、回生発電を行う。この回生発電によって得られた電力はバッテリ９に充電される。このようなモータ７としては、例えば永久磁石型の交流同期モータ等を用いることができる。また、バッテリ９としては、例えばリチウムイオンバッテリやニッケル水素バッテリ等の種々のバッテリを用いることができる。

なお、ハイブリッド車両１におけるエンジン２とモータ７との接続態様は、少なくともモータアシストが可能な構成であればよく、その具体的な構成は上述した構成に限定されるものではない。

排気浄化装置１０は、排気を浄化する装置である。具体的には、本実施形態に係る排気浄化装置１０は、酸化触媒１１と、フィルタ１２と、ＳＣＲ触媒１３と、アンモニアスリップ触媒１４と、尿素水噴射弁１５とを備えている。酸化触媒１１、フィルタ１２、ＳＣＲ触媒１３、及び、アンモニアスリップ触媒１４は、この順序で排気通路３に配置されている。

フィルタ１２は、排気に含まれるＰＭ（ＰａｒｔｉｃｕｌａｔｅＭａｔｔｅｒ；粒子状物質）を捕集する機能を有する部材である。酸化触媒１１は、排気が通過可能な担持体に、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）等の貴金属触媒が担持された構成を有している。酸化触媒１１は、その貴金属触媒の酸化触媒作用によって、排気中の一酸化窒素（ＮＯ）を二酸化窒素（ＮＯ_２）に変化させる酸化反応を促進させる。排気温度が所定温度以上になった場合、この酸化触媒１１において生成された二酸化窒素によって、フィルタ１２に捕集されたＰＭを燃焼させて、二酸化炭素（ＣＯ_２）として排出させることができる。

ＳＣＲ触媒１３は、尿素水の加水分解によって生成されたアンモニア（ＮＨ_３）を吸着し、この吸着されたアンモニアを用いて排気中のＮＯｘを選択的に還元させる触媒である。この触媒の具体的な種類は特に限定されるものではなく、例えば、バナジウム、銅、鉄等のような、公知のＳＣＲ触媒を用いることができる。アンモニアスリップ触媒１４は、ＳＣＲ触媒１３よりも下流側の排気中のアンモニアを酸化させる酸化触媒である。

尿素水噴射弁１５は、配管（図示せず）を介して尿素水貯留タンク（図示せず）と接続されている。尿素水噴射弁１５には、この尿素水貯留タンクに貯留された尿素水が供給される。尿素水噴射弁１５は、制御装置３０の指示を受けて、フィルタ１２よりも下流側且つＳＣＲ触媒１３よりも上流側の排気通路３の排気に向けて尿素水を噴射する。尿素水噴射弁１５から尿素水が排気中に供給された場合、尿素水中の尿素は加水分解され、その結果、アンモニアが生成される。このアンモニアは、ＳＣＲ触媒１３に吸着され、このＳＣＲ触媒１３の触媒作用の下でＮＯｘを還元させる。この結果、窒素（Ｎ_２）及び水（Ｈ_２Ｏ）が生成される。このようにして排気中のＮＯｘの低減が図られている。

なお、排気浄化装置１０はアンモニアスリップ触媒１４を備えていない構成であってもよい。しかしながら、本実施形態のように排気浄化装置１０がアンモニアスリップ触媒１４を備えている場合の方が、これを備えていない場合に比較して、排気中のアンモニアが大気中に放出されることをより効果的に抑制できる点で好ましい。

温度センサ２０は、ＳＣＲ触媒１３の温度を検出して、検出結果を制御装置３０に伝える。なお、ハイブリッド車両１は、温度センサ２０以外にも、ハイブリッド車両１の動作に用いられる各種の情報を検出する種々のセンサ（例えば、車速を検出する車速センサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ、ブレーキ開度を検出するブレーキ開度センサ等）を備えている。

制御装置３０は、各種の制御処理を実行するＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）３１と、ＣＰＵ３１の動作に用いられる各種データやプログラム等を記憶する記憶部３２と、を有するマイクロコンピュータを備えている。なお、記憶部３２は、具体的には、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ
ＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等の記憶媒体によって構成されている。

本実施形態に係る制御装置３０は、通常時においてはモータクラッチ６を切断状態にしている。制御装置３０は、例えばハイブリッド車両１の発進時や加速時等において、モータクラッチ６を接続状態にして、バッテリ９からの電力供給によってモータ７を駆動させることで、エンジン２の動力をモータ７の動力によってアシストさせる（すなわちモータアシストを行う）。また、制御装置３０は、例えばハイブリッド車両１の慣性走行時やブレーキ制動時等において、モータクラッチ６を接続状態にして、モータ７に回生発電を行わせ、この回生発電によって得られた電力をバッテリ９に充電させる。

さらに、本実施形態に係る制御装置３０は、アンモニアスリップを抑制するための制御処理（以下、「アンモニアスリップ抑制制御処理」と称する）も実行する。このアンモニアスリップ抑制制御処理の詳細についてフローチャートを用いて説明すると、次のようになる。

図２は、制御装置３０が実行するアンモニアスリップ抑制制御処理のフローチャートの一例である。図２のフローチャートの各ステップは、制御装置３０の具体的にはＣＰＵ３１がプログラムに基づいて実行する。また、制御装置３０は、ハイブリッド車両１の始動時（スタートスイッチがＯＮにされたとき）に、図２のフローチャートを最初にスタートする。

ステップＳ１０において、制御装置３０は、ＳＣＲ触媒１３の温度（ＳＣＲ触媒温度と称する）を取得するとともに、ＳＣＲ触媒１３に吸着したアンモニアの吸着量（アンモニア吸着量と称する）を取得する。具体的には、本実施形態に係る制御装置３０は、温度センサ２０の検出結果に基づいてＳＣＲ触媒温度を取得する。また、制御装置３０は、エンジン２の出力（燃料噴射量）と尿素水噴射弁１５からの尿素水の供給量とに基づいて、ＳＣＲ触媒１３のアンモニア吸着量を取得する（例えば特開２０１４−２２７８８９参照）。より具体的には、制御装置３０の記憶部３２には、エンジン２の出力と尿素水の供給量とに基づいてアンモニア吸着量を算出するためのマップや演算式が予め記憶されており、制御装置３０は、このマップや演算式を用いてアンモニア吸着量を算出し、この算出された値をステップＳ１０のアンモニア吸着量として用いる。

なお、ステップＳ１０の具体的な実行手法は上記内容に限定されるものではなく、他の公知技術を用いることもできる。例えば、制御装置３０は、ＳＣＲ触媒１３の温度を取得するにあたり、ＳＣＲ触媒１３の温度と相関関係を有するようなパラメータに基づいてＳＣＲ触媒１３の温度を推定することで、ＳＣＲ触媒１３の温度を取得することもできる。また、制御装置３０は、アンモニア吸着量を取得するにあたり、ＳＣＲ触媒１３の入口と出口とのＮＯｘ量の偏差に基づいてＳＣＲ触媒１３のＮＯｘ浄化率を算出し、この算出されたＮＯｘ浄化率に基づいてアンモニア吸着量を算出することで、これを取得することもできる（例えば特許文献１参照）。

次いで制御装置３０は、ステップＳ２０において、ＳＣＲ触媒１３からアンモニアが放出される「アンモニアスリップ」が発生しないエンジン出力の上限値である、「スリップ非発生エンジン出力値（Ａ１）」を取得する。具体的は、本実施形態に係る制御装置３０は、以下に説明するマップを参照して、このスリップ非発生エンジン出力値（Ａ１）を取得している。

図３は、スリップ非発生エンジン出力値を算出する際に用いられるマップを視覚化した図である。図３の横軸はＳＣＲ触媒温度を示し、縦軸はＳＣＲ触媒１３のアンモニア吸着量を示している。図３の横軸は右側に向かうほどＳＣＲ触媒温度が高くなっており、縦軸は上側に向かうほどアンモニア吸着量が多くなっている。図３のマップの各数値（ａ_ｎ〜ｈ_ｎ）は、スリップ非発生エンジン出力値を表している。具体的には、このマップの各数値（ａ_ｎ〜ｈ_ｎ）は、アンモニアスリップが発生しない燃料噴射量の上限値となっている。この様に、図３のマップは、スリップ非発生エンジン出力値を、ＳＣＲ触媒温度とアンモニア吸着量とに関連付けて規定したマップとなっている。

このマップは、予め実験、シミュレーション等を行うことで求めておき、記憶部３２（例えばＲＯＭ）に予め記憶されている。なお、このマップにおいて、ＳＣＲ触媒温度が高いほど、スリップ非発生エンジン出力値は低い値になっている。制御装置３０は、ステップＳ１０で取得されたＳＣＲ触媒温度及びアンモニア吸着量に対応するスリップ非発生エンジン出力値を、このマップから抽出し、この抽出された値をステップＳ２０に係るスリップ非発生エンジン出力値（Ａ１）として取得する。このようにマップに基づいてスリップ非発生エンジン出力値を取得することで、スリップ非発生エンジン出力値を簡便な方法で容易に取得することができる。

図２を再び参照して、ステップＳ２０の後に、制御装置３０は、ステップＳ３０において、エンジン２に要求されるエンジン動力の出力値（エンジン出力値）である「エンジン出力要求値（Ａ２）」を取得する。具体的には、本実施形態では、このエンジン出力要求値の一例として、エンジン２に要求される燃料噴射量を取得する。より具体的には、制御装置３０は、アクセル開度（これはアクセルペダルの踏込量に相当する指標である）に基づいてエンジン２に要求される燃料噴射量を算出し、この算出された燃料噴射量を「エンジン出力要求値（Ａ２）」として取得する。

次いで制御装置３０は、ステップＳ４０において、ステップＳ３０で取得されたエンジン出力要求値（Ａ２）がステップＳ２０で取得されたスリップ非発生エンジン出力値（Ａ１）よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ４０でＮＯと判定された場合（Ａ２≦Ａ１の場合）、制御装置３０はフローチャートをスタートから再度実行する（リターン）。

一方、ステップＳ４０でＹＥＳと判定された場合（Ａ２＞Ａ１の場合）、制御装置３０はステップＳ５０を実行する。ここで、ステップＳ４０でＹＥＳと判定された場合において、仮に、エンジン２がこのエンジン出力要求値（Ａ２）に相当するエンジン出力を実際に出力した場合、アンモニアスリップが発生してしまうことになる。そこで、制御装置３０は、このステップＳ５０において、モータアシスト時におけるモータ７の出力値（モータ７が出力する動力の値）を、エンジン出力要求値（Ａ２）とスリップ非発生エンジン出力値（Ａ１）との差（「Ａ２−Ａ１」）に応じて増大させる制御処理（以下、「モータ出力増大制御処理」と称する）を実行する。このステップＳ５０の具体的な内容は、以下のとおりである。

まず、ステップＳ５０の実行前に、ハイブリッド車両１がモータアシスト走行していない場合（具体的には、エンジン２の動力のみでハイブリッド車両１が走行するエンジン単独走行になっている場合）には、ステップＳ５０において制御装置３０は、エンジン２の動力をモータ７の動力によってアシストするモータアシストを開始させることで、ハイブリッド車両１の走行モードをモータアシスト走行に切り替える。そして、制御装置３０は、このモータアシスト時におけるモータ７の出力値を、「Ａ２−Ａ１」の値が大きくなるほど増大させる。

具体的には、制御装置３０は、このステップＳ５０において、「Ａ２−Ａ１」に相当するエンジン２の動力をモータ７の動力によって補うように、モータアシスト時におけるモータ７の出力値を制御する。より具体的には、制御装置３０は、「Ａ２−Ａ１」の燃料噴射量によって得られるエンジン２の動力（すなわち、エンジントルク（Ｎ・ｍ））を算出し、この算出された動力（これは、エンジントルクの不足分に相当する）がモータ７の動力（すなわち、モータトルク（Ｎ・ｍ））によって補われるように、モータ７の動力によってエンジン２の動力をアシストさせる。このようにモータアシストが行われることで、結果的に、モータアシスト時におけるモータ７の出力値は、「Ａ２−Ａ１」の値が大きくなるほど増大する。

なお、ステップＳ５０の実行前に、既に、ハイブリッド車両１の走行モードがモータアシスト走行になっている場合にも、制御装置３０は、上記と同様に、モータアシスト時におけるモータ７の出力値を「Ａ２−Ａ１」の値に応じて増大させる。具体的には、制御装
置３０は、「Ａ２−Ａ１」に相当するエンジン２の動力をモータ７の動力によって補うように、モータアシスト時におけるモータ７の出力値を制御する。

このステップＳ５０に係るモータ出力増大制御処理が実行されることによって、エンジン２の実際の出力値が上昇することを抑制できるので、排気温度の上昇を抑制することができる。これにより、ＳＣＲ触媒温度の上昇を抑制して、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。

ステップＳ５０の後に制御装置３０は、フローチャートをスタートから再度実行する（リターン）。なお、このステップＳ５０に係るモータ出力増大制御処理の実行を終了させる時期は、特に限定されるものではないが、例えば制御装置３０は、一度ステップＳ５０が実行された後に再びフローチャートがスタートから実行された場合において、ステップＳ４０でＮＯと判定された場合（Ａ２≦Ａ１の場合）に、このモータ出力増大制御処理の実行を終了させればよい。すなわち、この場合、モータ出力増大制御処理は、Ａ１≧Ａ２になるまで継続して実行されることになる。あるいは、制御装置３０は、ステップＳ５０に係るモータ出力増大制御処理の実行が開始されてから所定時間経過後に、モータ動力比率増大制御処理の実行を終了させてもよい。なお、この所定時間は、予め適切な値を求めておき、記憶部３２に記憶させておけばよい。

なお、ステップＳ１０〜ステップＳ３０を実行する制御装置３０のＣＰＵ３１は、各種の情報（ＳＣＲ触媒温度、アンモニア吸着量、スリップ非発生エンジン出力値、エンジン出力要求値）を取得する「取得部」としての機能を有する部材の一例である。また、ステップＳ４０を実行する制御装置３０のＣＰＵ３１は、エンジン出力要求値がスリップ非発生エンジン出力値よりも大きいか否かを判定する「判定部」としての機能を有する部材の一例である。そして、ステップＳ５０を実行する制御装置３０のＣＰＵ３１は、エンジン出力要求値がスリップ非発生エンジン出力値よりも大きい場合に、モータアシスト時におけるモータ７の出力値を、当該エンジン出力要求値と当該スリップ非発生エンジン出力値との差に応じて増大させる制御処理を実行する「制御部」としての機能を有する部材の一例である。

以上説明したような本実施形態によれば、エンジン出力要求値（Ａ２）がスリップ非発生エンジン出力値（Ａ１）よりも大きい場合（ステップＳ４０でＹＥＳの場合）に、ステップＳ５０に係るモータ出力増大制御処理が実行されるので、排気温度の上昇を抑制して、ＳＣＲ触媒温度の上昇を抑制することができる。これにより、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。

具体的には、本実施形態によれば、エンジン出力要求値（Ａ２）がスリップ非発生エンジン出力値（Ａ１）よりも大きい場合に、ステップＳ５０に係るモータ出力増大制御処理によって、エンジン２の動力の不足分をモータ７の動力で補いつつ、アンモニアスリップの発生を抑制できるので、ハイブリッド車両１のドライバビリティの悪化を抑制しつつ、アンモニアスリップの発生を抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１ハイブリッド車両
２エンジン
３排気通路
７モータ
１０排気浄化装置
１３ＳＣＲ触媒
２０温度センサ
３０制御装置
３１ＣＰＵ（取得部、制御部）
３２記憶部

Claims

エンジンの動力をモータの動力によってアシストするモータアシストが可能なハイブリッド車両に適用された制御装置であって、
前記エンジンの排気通路に配置されたＳＣＲ触媒の温度及び前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量に基づいて、前記ＳＣＲ触媒からアンモニアが放出されるアンモニアスリップが発生しないエンジン出力の上限値であるスリップ非発生エンジン出力値を取得する取得部と、
前記エンジンに要求されるエンジン出力値であるエンジン出力要求値が、前記取得部によって取得された前記スリップ非発生エンジン出力値よりも大きい場合に、前記モータアシスト時における前記モータの出力値を、当該エンジン出力要求値と当該スリップ非発生エンジン出力値との差に応じて増大させる制御処理を実行する制御部と、を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記スリップ非発生エンジン出力値を前記ＳＣＲ触媒の温度及び前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量に関連付けて規定したマップを予め記憶した記憶部を備え、
前記取得部は、前記ＳＣＲ触媒の温度及び前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量を取得し、この取得された前記ＳＣＲ触媒の温度及び前記ＳＣＲ触媒のアンモニア吸着量に対応する前記スリップ非発生エンジン出力値を前記マップから抽出することで、前記スリップ非発生エンジン出力値を取得する請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。