JP2020131789A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フィルタ詰まりの発生頻度が低下す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５００は、原動機としての内燃機関１０及び第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２と、第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２で発電した電力を蓄えるバッテリ７７とを備える。内燃機関１０は、粒子状物質を捕集するフィルタ２３を排気通路２１に備える。制御装置１００は、フィルタ２３の粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上である場合には、車両走行中におけるバッテリの充電率の低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する。【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関するものである。

特許文献１には、粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に有する内燃機関と、電動機と、電動機で発電した電力を蓄えるバッテリとを備えるハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両では、フィルタの再生処理中において、フィルタに堆積している粒子状物質の量が多いときほど、バッテリの充電率が低くなるようにしている。

特開２００７−２３０４７６号公報

車両走行中においてバッテリの充電率が低くなっていくと、次回の機関始動時には充電率が低いまま機関運転が開始されるため、車両が走行するために必要な車両要求出力のうちでバッテリ電力を利用する電動機の出力割合は低下し、内燃機関の出力割合は増加するようになる。そのため、内燃機関から排出される粒子状物質の量は増えるようになり、フィルタ詰まりの発生頻度が増加するおそれがある。

ちなみに、上記特許文献１のように、粒子状物質の量が多いときほどバッテリの充電率が低くなるようにすると、粒子状物質の量が多いときほど上述した内燃機関の出力割合は増加するようになるため、フィルタ詰まりの発生頻度は増加してしまう。

上記課題を解決するためのハイブリッド車両に適用される制御装置は、原動機としての内燃機関及び電動機と、前記電動機で発電した電力を蓄えるバッテリと、を備えるハイブリッド車両に適用される。前記内燃機関は、粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えている。そして、制御装置は、前記フィルタの粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上である場合には、車両走行中における前記バッテリの充電率の低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する。

同構成によれば、フィルタの粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上になると、上記充電率低下抑制処理を実行されることにより、車両走行中におけるバッテリの充電率の低下が抑えられる。そのため、車両走行中に充電率低下抑制処理を実行しなかった場合と比較して、次回の機関始動時におけるバッテリの充電率は高くなり、内燃機関の出力割合は低くなることから粒子状物質の排出量は減少する。従って、粒子状物質の堆積量が上記判定値を超えて増加していく際の増加速度が抑制されて、これによりフィルタ詰まりの発生頻度は低下するようになる。

一実施形態における制御装置を備えるハイブリッド車両の構成を示す模式図。 同実施形態における充電率低下抑制処理の処理手順を示すフローチャート。 実施形態において粒子状物質の堆積量を判定する判定値と外気温相当値との対応関係を示すグラフ。 同実施形態の変更例における充電率低下抑制処理の処理手順を示すフローチャート。

以下、ハイブリッド車両の制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
図１に示すように、火花点火式の内燃機関１０を搭載したハイブリッド車両（以下、車両という）５００は、モータと発電機の双方の機能を兼ね備える２つのモータジェネレータ、すなわち第１モータジェネレータ７１と第２モータジェネレータ７２とを備えている。

車両５００には、バッテリ７７と第１インバータ７５と第２インバータ７６とが設けられている。バッテリ７７は、発電機として機能しているときの第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２が発電した電力を蓄える。さらにバッテリ７７は、モータとして機能しているときの第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２に対して電力を供給する。

第１インバータ７５は、第１モータジェネレータ７１とバッテリ７７との間の電力の授受量を調整し、第２インバータ７６は、第２モータジェネレータ７２とバッテリ７７との間の電力の授受量を調整する。

車両５００には、第１遊星ギア機構４０が設けられている。第１遊星ギア機構４０は、外歯歯車のサンギア４１と、サンギア４１と同軸配置されている内歯歯車のリングギア４２とを有している。サンギア４１とリングギア４２との間には、サンギア４１及びリングギア４２の双方と噛み合う複数のピニオンギア４３が配置されている。各ピニオンギア４３は、自転及び公転が自在な状態でキャリア４４に支持されている。こうした第１遊星ギア機構４０のキャリア４４には、内燃機関１０の出力軸であるクランク軸１４が連結され、サンギア４１には、第１モータジェネレータ７１が連結されている。また、リングギア４２には、リングギア軸４５が接続されている。そして、リングギア軸４５には、減速機構６０及び差動機構６１を介して駆動輪６２が連結されている。加えてリングギア軸４５には、第２遊星ギア機構５０を介して第２モータジェネレータ７２が連結されている。

第２遊星ギア機構５０は、外歯歯車のサンギア５１と、サンギア５１と同軸配置されている内歯歯車のリングギア５２とを有している。また、サンギア５１とリングギア５２との間には、サンギア５１及びリングギア５２の双方と噛み合う複数のピニオンギア５３が配置されている。各ピニオンギア５３は、自転自在であるものの公転不能になっている。そして、第２遊星ギア機構５０のリングギア５２にはリングギア軸４５が、サンギア５１には第２モータジェネレータ７２がそれぞれ接続されている。

内燃機関１０は、混合気の燃焼を行う複数の気筒１１を有している。また、内燃機関１０には、各気筒１１への空気の導入路となる吸気通路１５が設けられている。
吸気通路１５には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１６が設けられている。吸気通路１５におけるスロットルバルブ１６よりも下流側の部分は気筒別に分岐されている。

吸気通路１５において気筒別に分岐した部分は、気筒別に設けられた吸気ポート１５ａに接続されている。各吸気ポート１５ａには、燃料を噴射する燃料噴射弁１７がそれぞれ設けられている。

各気筒１１には、気筒１１内に導入された混合気を火花放電により点火する点火装置１９がそれぞれ設けられている。
また、内燃機関１０には、各気筒１１での混合気の燃焼によって生じた排気の排出路となる排気通路２１が設けられている。排気通路２１には、排気を浄化する三元触媒２２が設置されている。さらに、排気通路２１における三元触媒２２よりも下流側には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ２３が設けられている。

内燃機関１０の各気筒１１には、燃料噴射弁１７が噴射した燃料を含む混合気が導入される。点火装置１９がこの混合気を点火すると気筒１１内で燃焼が行われる。このときの燃焼により生じた排気は、気筒１１内から排気通路２１に排出される。排気通路２１に排出された排気に含まれるＨＣ及びＣＯ及びＮＯｘは三元触媒２２によって浄化される。また、排気に含まれる粒子状物質はフィルタ２３によって捕集される。

車両５００は、制御装置１００を備えている。制御装置１００は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１０やメモリ１２０を備えており、メモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより、各種制御を実行する。なお、図示はしないが、制御装置１００は、内燃機関１０の運転を制御する機関制御ユニットや、第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２を制御するモータ制御ユニットなど、複数の制御ユニットで構成されている。

制御装置１００には、内燃機関１０の吸入空気量ＧＡを検出するエアフロメータ８１や、内燃機関１０の冷却水の温度である冷却水温ＴＨＷを検出する水温センサ８２や、内燃機関１０に吸入される吸気の温度である吸気温ＴＨＡを検出する吸気温センサ８３が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置１００には、クランク軸１４の回転角を検出するクランク角センサ８５や、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ＡＣＰを検出するアクセルポジジョンセンサ８６や、車両５００の車速ＳＰを検出する車速センサ８７が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置１００には、バッテリ７７の電流ＩＢ、電圧ＶＢ、及び温度ＴＢが入力される。そして、制御装置１００は、それら電流ＩＢ、電圧ＶＢ、及び温度ＴＢに基づき、バッテリ７７の充電率ＳＯＣ（ＳＯＣ＝バッテリの残容量［Ａｈ］／バッテリの満充電容量［Ａｈ］×１００％）を算出する。

制御装置１００は、クランク角センサ８５の出力信号Ｓｃｒに基づいて機関回転速度ＮＥを演算する。また、制御装置１００は、機関回転速度ＮＥ及び吸入空気量ＧＡに基づいて機関負荷率ＫＬを演算する。また、制御装置１００は、吸気の充填効率や機関回転速度ＮＥなどの各種機関運転状態に基づいて三元触媒２２の温度である触媒温度Ｔｓｃやフィルタ２３の温度であるフィルタ温度Ｔｆを算出する。また、制御装置１００は、フィルタ２３における粒子状物質の堆積量であるＰＭ堆積量Ｐｓを、機関回転速度ＮＥ、機関負荷率ＫＬ、及びフィルタ温度Ｔｆ等に基づいて算出する。

制御装置１００は、ＰＭ堆積量Ｐｓが規定の再生閾値に達して再生要求が生じると、フィルタ２３の温度を高める昇温制御と、この昇温制御によって高温化したフィルタ２３において粒子状物質を燃焼させる燃焼制御とを実行することにより、フィルタ２３に堆積した粒子状物質の量を減少させる再生制御を実行する。なお、こうした再生制御は、運転中の内燃機関１０の状態を再生制御用の状態にすることにより実施される。

制御装置１００は、アクセル操作量ＡＣＰ及び車速ＳＰに基づいて車両５００が走行するために必要な車両要求出力を演算する。さらに、制御装置１００は、車両要求出力や充電率ＳＯＣ等に基づき、内燃機関１０の出力の要求値である機関要求出力と、第１モータジェネレータ７１の力行時または回生時の出力の要求値である第１モータ要求出力と、第２モータジェネレータ７２の力行時または回生時の出力の要求値である第２モータ要求出力とをそれぞれ演算する。そして、制御装置１００は、機関要求出力に応じた内燃機関１０の出力制御と、第１モータ要求出力及び第２モータ要求出力に応じた第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２の出力制御を行うことにより、車両５００の走行に必要な出力制御を行う。

こうした出力制御を通じて、例えば車両要求出力が第１モータ要求出力及び第２モータ要求出力のみで補うことが可能な状態、つまりモータ走行が可能な状態のときや、車両停止中には、上記機関要求出力が「０」にされて内燃機関１０の運転は停止される。そして、機関要求出力が「０」よりも大きくなると、内燃機関１０の運転が再開される。このように、車両５００では機関要求出力に基づいて内燃機関１０の間欠運転が実施される。

なお、本実施形態では、基本的に低速低負荷走行時において、バッテリ７７の充電要求が無い場合や、フィルタ２３の再生要求が無い場合には、機関要求出力が「０」に設定されてモータ走行が実施される。

また、制御装置１００は、バッテリ７７の充電率ＳＯＣが規定の充電率上限値ＳＯＣＨと規定の充電率下限値ＳＯＣＬとの間の範囲の値となるように、充電率ＳＯＣを種々の態様で制御する。

そうした態様の一例として、例えば、モータ走行中に充電率ＳＯＣが充電率下限値ＳＯＣＬにまで低下すると、制御装置１００は機関要求出力を高めることにより内燃機関１０を始動して第１モータジェネレータ７１による発電を行い、充電率ＳＯＣを増大させる。そして、充電率ＳＯＣが充電率上限値ＳＯＣＨにまで高まると、制御装置１００は内燃機関１０の運転を停止して、機関出力を使った第１モータジェネレータ７１の発電を中止する。

ところで、車両５００において、低速低負荷によるショートトリップ走行が繰り返されると、モータ走行の実行機会が増加してバッテリ７７の充電率ＳＯＣは低下していく。従って、機関始動時には充電率ＳＯＣが低い状態で機関運転が開始されるようになり、その機関運転に際しては、上記車両要求出力のうちでバッテリ電力を利用する第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２の要求出力割合は低下し、内燃機関１０の要求出力割合は増加するようになる。そのため、内燃機関１０から排出される粒子状物質の量は増えるようになり、フィルタ２３が詰まるフィルタ詰まりの発生頻度が増加するおそれがある。

なお、内燃機関１０の冷間始動時には、シリンダボアの温度がある程度高まるまで粒子状物質の排出量が多くなるため、そうした冷間始動の回数が多いと、上述したフィルタ詰まりの発生頻度は高まりやすくなる。

こうしたフィルタ詰まりの発生頻度の増加を抑えるために、制御装置１００は、車両走行中におけるバッテリ７７の充電率ＳＯＣの低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する。

図２に、そうした充電率低下抑制処理を実行するための処理手順を示す。なお、図２に示す一連の処理は、車両５００の走行中において、制御装置１００のメモリ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が繰り返し実行することにより実現される。また、以下では、先頭に「Ｓ」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。

図２に示す処理を開始すると、制御装置１００は、現在検出している吸気温ＴＨＡ及び冷却水温ＴＨＷのうちの低い方の値を、外気温に相当する外気温相当値ＴＨｏｕｔｓに設定する（Ｓ１００）。

次に、制御装置１００は、外気温相当値ＴＨｏｕｔｓに基づいてＰＭ堆積量Ｐｓを判定する判定値Ａを設定する（Ｓ１１０）。判定値Ａは、ＰＭ堆積量Ｐｓが判定値Ａ以上であることに基づき、現在のＰＭ堆積量Ｐｓはフィルタ詰まりの発生頻度を抑える上で過剰な量となっていることを適切に判定することができるように、その値は可変設定される。

図３に示すように、この判定値Ａは、外気温相当値ＴＨｏｕｔｓが低いほど小さい値となるように可変設定される。
次に、制御装置１００は、現在のＰＭ堆積量Ｐｓが判定値Ａ以上であるか否かを判定する（Ｓ１２０）。そして、ＰＭ堆積量Ｐｓが判定値Ａ未満であると判定する場合（Ｓ１２０：ＮＯ）、制御装置１００は、本処理を一旦終了する。

一方、Ｓ１２０において、ＰＭ堆積量Ｐｓが判定値Ａ以上であると判定する場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、上記充電率低下抑制処理として、上述した充電率下限値ＳＯＣＬを引き上げる処理を実行する（Ｓ１３０）。このＳ１３０では、ＰＭ堆積量Ｐｓが判定値Ａ未満であると判定される場合に設定される充電率下限値ＳＯＣＬの値（例えば３０％程度など）よりも高い値（例えば４５％程度など）が充電率下限値ＳＯＣＬとして設定される。

こうした充電率下限値ＳＯＣＬの引き上げ処理を実行すると、制御装置１００は、本処理を一旦終了する。
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。

（１）車両走行中においてＰＭ堆積量Ｐｓが判定値Ａ以上であると判定される場合には（図２のＳ１２０：ＹＥＳ）、充電率低下抑制処理として、充電率下限値ＳＯＣＬの引き上げが実行される（図２のＳ１３０）。この充電率下限値ＳＯＣＬの引き上げにより、車両走行中におけるバッテリ７７の充電率ＳＯＣの低下が抑えられる。

そのため、車両走行中に充電率低下抑制処理を実行しなかった場合と比較して、次回の機関始動時におけるバッテリ７７の充電率ＳＯＣは高くなり、これにより車両要求出力に占める内燃機関１０の要求出力の割合は低くなることから粒子状物質の排出量は減少するようになる。従って、粒子状物質の堆積量が上記判定値Ａを超えて増加していく際の増加速度が抑制されて、これによりフィルタ詰まりの発生頻度が低下するようになる。

（２）上述したように内燃機関１０の冷間始動時には、シリンダボアの温度がある程度高まるまで粒子状物質の排出量が多くなる。従って、そうした冷間始動が多い場合には、上述したようなフィルタ詰まりの発生頻度は高まりやすい。ここで、車両走行中の外気温が低いときほど、デッドソーク後の機関温度は低くなるため、次回の機関始動時におけるシリンダボア温度はより低くなる可能性が高く、粒子状物質の排出量は多くなるおそれがある。

この点、本実施形態では、上述した外気温相当値ＴＨｏｕｔｓが低いほど上記判定値Ａは小さい値となるように可変設定している。そのため、デッドソーク後の機関温度が低くなるときほど、より少ないＰＭ堆積量Ｐｓでも上記充電率低下抑制処理が実行されるようになる。従って、冷間始動が多い場合でも、フィルタ詰まりの発生頻度は低下するようになる。

なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。

・充電率低下抑制処理として、充電率下限値ＳＯＣＬの引き上げを実行した。この他、図４に示すように、上記図２のＳ１２０にてＰＭ堆積量Ｐｓが判定値Ａ以上であると判定される場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、充電率低下抑制処理としてモータ走行を禁止する処理（図４のＳ２００）を実行してもよい。この場合には、車両走行中においてバッテリ７７の放電量が減少するようになるため、これによっても車両走行中におけるバッテリ７７の充電率ＳＯＣの低下を抑えることができる。

・外気温相当値ＴＨｏｕｔｓに基づいて上記判定値Ａを可変設定したが、判定値Ａを予め定めた固定値にしてもよい。この場合でも、少なくとも上記（１）の作用効果を得ることができる。

・吸気温ＴＨＡ及び冷却水温ＴＨＷのうちの低い方の値を外気温相当値ＴＨｏｕｔｓに設定した。この他、吸気温ＴＨＡを外気温相当値ＴＨｏｕｔｓに設定したり、冷却水温ＴＨＷを外気温相当値ＴＨｏｕｔｓに設定してもよい。

・吸気温ＴＨＡ及び冷却水温ＴＨＷのうちの低い方の値を外気温相当値ＴＨｏｕｔｓに設定したが、外気温を実際に計測し、その計測した値に基づいて上記判定値Ａを可変設定してもよい。

・図２のＳ１２０で肯定判定される場合には、充電率下限値ＳＯＣＬの引き上げを実行するようにした。この他、図２のＳ１２０で肯定判定される場合には、上述した引き上げ後の充電率下限値ＳＯＣＬと、他の要求から求められる充電率下限値ＳＯＣＬのうちから最適な値を選択して、最終的な充電率下限値ＳＯＣＬを決定してもよい。この場合でも、最終的な充電率下限値ＳＯＣＬとして、上述した引き上げ後の充電率下限値ＳＯＣＬが選択される場合には、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。

・内燃機関１０の冷間始動直後から規定の期間が経過するまでは機関要求出力を低い状態にすることにより、粒子状物質の排出量を抑える出力抑制制御を実行している最中に、上記充電率低下抑制処理が実行されると、充電率ＳＯＣを高めるために機関要求出力が増大される可能性がある。このようにして機関要求出力が増大されてしまうと、出力抑制制御の効果が低下してしまう。そのため、上記出力抑制制御の実行中は、上記充電率低下抑制処理の実行を禁止するようにしてもよい。

・車両５００に適用されるハイブリッドシステムは、図１に示したシステムとは異なるシステムでもよい。

１０…内燃機関、１１…気筒、１４…クランク軸、１５…吸気通路、１５ａ…吸気ポート、１６…スロットルバルブ、１７…燃料噴射弁、１９…点火装置、２１…排気通路、２２…三元触媒、２３…フィルタ、４０…第１遊星ギア機構、４１…サンギア、４２…リングギア、４３…ピニオンギア、４４…キャリア、４５…リングギア軸、５０…第２遊星ギア機構、５１…サンギア、５２…リングギア、５３…ピニオンギア、６０…減速機構、６１…差動機構、６２…駆動輪、７１…第１モータジェネレータ、７２…第２モータジェネレータ、７５…第１インバータ、７６…第２インバータ、７７…バッテリ、８１…エアフロメータ、８２…水温センサ、８３…吸気温センサ、８５…クランク角センサ、８６…アクセルポジジョンセンサ、８７…車速センサ、１００…制御装置、１１０…中央処理装置（ＣＰＵ）、１２０…メモリ、５００…ハイブリッド車両（車両）。

Claims (1)

1. 原動機としての内燃機関及び電動機と、前記電動機で発電した電力を蓄えるバッテリと、を備えるハイブリッド車両に適用される制御装置であって、
   前記内燃機関は、粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えており、
   前記フィルタの粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上である場合には、車両走行中における前記バッテリの充電率の低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する
   ハイブリッド車両の制御装置。