JP2021173237A - 排気浄化システム - Google Patents

Abstract

【課題】シリーズ型のハイブリッド車両に搭載されるフィルタの再生の要否を適切に判定することが可能な技術を提供する。【解決手段】ＰＭを捕集するフィルタの再生の要否を判定する判定処理が行われる。判定処理では、発電用の動作線に従った内燃機関の駆動中、フィルタにＰＭが堆積しているか否かの仮判定が行われる。仮判定においてフィルタにＰＭが堆積していると判定された場合、発電用の動作線が判定用の動作点または動作線に切り替えられる。判定用の動作点または動作線に従った内燃機関の駆動中、フィルタにＰＭが堆積しているか否かの本判定が行われる。本判定においてフィルタにＰＭが堆積していると判定された場合、フィルタの再生が必要であると判定される。【選択図】図３

Description

本発明は、シリーズ型のハイブリッド車両に適用される排気浄化システムに関する。

特開平８−１０５３１５号公報は、ディーゼルエンジンから排出された粒子状物質（Particulate Matter：以下、「ＰＭ」とも称す。）を捕集するフィルタの再生時期を判定する排気浄化装置を開示する。この従来の装置は、フィルタのトラップ率が所定値以上の場合、フィルタの再生時期が到来したと判定する。トラップ率は、燃料噴射量、エンジン回転数および体積効率に基づいて計算される。

特開平８−１０５３１５号公報

シリーズ型のハイブリッド車両に上記フィルタが搭載されるケースを考える。シリーズ型のハイブリッド車両では、発電機を駆動する目的で内燃機関が駆動される。そのため、フィルタの再生時期を判定するのに適していない条件で内燃機関が駆動されると、当該判定の精度が低下することが危惧される。

本発明の１つの目的は、シリーズ型のハイブリッド車両に搭載されるフィルタの再生の要否を適切に判定することが可能な技術を提供することにある。

本発明は、シリーズ型のハイブリッド車両に適用される排気浄化システムである。
前記排気浄化システムは、駆動モータと、バッテリと、発電モータと、内燃機関と、フィルタと、制御装置と、を備える。
前記駆動モータは、前記ハイブリッド車両の走行駆動力を発生する。
前記バッテリは、前記駆動モータに電力を供給する。
前記発電モータは、前記駆動モータおよび前記バッテリに電力を供給する。
前記内燃機関は、前記発電モータを駆動する。
前記フィルタは、前記内燃機関から排出された微粒子物質を捕集する。
前記制御装置は、前記フィルタの再生の要否を判定する判定処理を行う。
前記制御装置は、前記判定処理において、
発電用の動作線に従った前記内燃機関の駆動中、前記フィルタに前記微粒子物質が堆積しているか否かの仮判定を行い、
前記仮判定において前記フィルタに前記微粒子物質が堆積していると判定された場合、前記発電用の動作線を判定用の動作点または動作線に切り替え、
前記判定用の動作点または動作線に従った前記内燃機関の駆動中、前記フィルタに前記微粒子物質が堆積しているか否かの本判定を行い、
前記本判定において前記フィルタに前記微粒子物質が堆積していると判定された場合、前記フィルタの再生が必要であると判定する。

本発明によれば、フィルタの再生の要否を判定する判定処理において、仮判定および本判定が行われる。仮判定は、発電用の動作線に従った内燃機関の駆動中に行われる。仮判定においてフィルタに微粒子物質が堆積していると判定された場合、発電用の動作線が、判定用の動作点または動作線に切り替えられる。本判定は、判定用の動作点または動作線に従った内燃機関の駆動中に行われる。判定用の動作点または動作線は、フィルタの再生の要否を判定するために設定されたものである。故に、仮判定と本判定を行う本発明によれば、フィルタの再生の要否を適切に判定することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る排気浄化システムが適用されるシリーズ型のハイブリッド車両の構成の一例を示す図である。 図１に示した制御装置の機能構成例を示す図である。 制御装置が実行する判定処理の流れを説明するフローチャートである。 発電用の動作線と、判定用の動作点との関係の一例を示す図である。 発電用の動作線と、判定用の動作点との関係の別の例を示す図である。 発電用の動作線と、判定用の動作線との関係の一例を示す図である。 制御装置が実行する再生処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

１．排気浄化システムの説明
１−１．ハイブリッド車両の構成
先ず、図１を参照して、本発明の実施の形態に係る排気浄化システムが適用されるシリーズ型のハイブリッド車両の構成を説明する。図１は、ハイブリッド車両の構成の一例を示す図である。

図１に示されるように、ハイブリッド車両１００の駆動系は、内燃機関１０と、発電モータ１６と、駆動モータ１８と、バッテリ２０と、減速機構２２と、駆動輪２４と、インバータ２６と、充電器２８と、を備えている。

内燃機関１０は、燃料の燃焼による熱エネルギを、ピストンなどの運動子の運動エネルギに変換することで動力を出力する。内燃機関１０の燃料としては、ガソリン、軽油、水素燃料が例示される。内燃機関１０は、これに対する発電要求が有る場合、発電モータ１６により始動される。内燃機関１０は、これにおいて発生した動力により発電モータ１６を駆動する。内燃機関１０は、発電要求が無くなると停止される。

内燃機関１０は、排気を処理する三元触媒１２を備えている。三元触媒１２は、ハニカム状に構成されており、排気の流れ方向に形成された複数の内部通路を有している。これらの内部通路を仕切る隔壁には、排気に含まれる有害成分（例えば、炭化水素、一酸化炭素および窒素酸化物。以下、「排気成分」と称す。）を浄化する金属または金属化合物が担持されている。

内燃機関１０は、更に、フィルタ１４を備えている。フィルタ１４は、三元触媒１２の下流に設けられる。フィルタ１４の構成は、基本的に、三元触媒１２のそれと同じである。ただし、フィルタ１４は、内部通路の上流端または下流端に、封止部材を有している。上流端に封止部材を有する内部通路と、下流端に封止部材を有するそれとは、交互にかつ隣接して配置されている。このような構造により、フィルタ１４は、排気に含まれるＰＭを捕集する。

発電モータ１６は、交流回転電機であり、例えば、３相交流同期電動機によって構成される。発電モータ１６は、内燃機関１０に直結されている。発電モータ１６は、発電要求が有る場合、電動機として動作して内燃機関１０を始動させる。内燃機関１０の駆動中、発電モータ１６は、発電機として動作して内燃機関１０からのパワーを電力に変換する。

駆動モータ１８の構成は、基本的に、発電モータ１６のそれと同じである。駆動モータ１８は、減速機構２２を介して駆動輪２４に接続されている。駆動モータ１８は、主に電動機として動作して駆動輪２４を駆動する。ハイブリッド車両１００の減速時、駆動モータ１８は、発電機として動作して回生発電を行う。

バッテリ２０は、再充電可能な直流電源であり、例えば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池などの二次電池によって構成される。バッテリ２０は、発電モータ１６で発電された電力、および、駆動モータ１８で回生発電された電力を蓄える。バッテリ２０は、駆動モータ１８に蓄えた電力を供給する。バッテリ２０は、エンジンスタータとしての発電モータ１６にも、蓄えた電力を供給する。

インバータ２６は、発電モータ１６用のインバータと、駆動モータ１８用のインバータと、を備えている。前者は、発電モータ１６とバッテリ２０の間に配置され、双方向の直流電力と交流電力の変換を行う。後者は、駆動モータ１８とバッテリ２０の間に配置され、双方向の直流電力と交流電力の変換を行う。

充電器２８は、一端がバッテリ２０に接続され、他端が外部電源（不図示）に接続可能に接続されている。充電器２８は、ハイブリッド車両１００の駐車時、外部電源から供給される電力をバッテリ２０の電圧レベルに変換してバッテリ２０に出力する。

また、図１に示されるように、ハイブリッド車両１００は、制御装置３０を備えている。制御装置３０は、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも呼ばれる。制御装置３０は、ハイブリッド車両１００の外部の情報処理装置であってもよい。この場合、制御装置３０は、ハイブリッド車両１００と通信を行い、ハイブリッド車両１００に関する各種処理をリモートで行う。

制御装置３０は、典型的には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置、入出力ポートなどを備えるマイクロコンピュータである。ＣＰＵは、各種処理を実行する。記憶装置には、各種情報が格納される。記憶装置としては、揮発性メモリおよび不揮発性メモリが例示される。ＣＰＵがコンピュータプログラムである制御プログラムを実行することにより、ＣＰＵ（すなわち、制御装置３０）による各種処理が実現される。制御プログラムは、記憶装置に格納され、または、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されている。以下、制御装置３０の構成例について説明する。

１−２．制御装置の構成
図２は、図１に示した制御装置３０の機能構成例を示す図である。図２に示されるように、制御装置３０は、モータ制御部３２と、エンジン制御部３４と、バッテリ制御部３６と、統合制御部３８と、を備えている。これらの機能部は、独立した制御装置によって構成されていてもよい。

モータ制御部３２は、統合制御部３８からの制御指令に従い、発電モータ１６の入出力トルクを制御するためにインバータ２６を操作する。モータ制御部３２は、また、制御指令に従い、駆動モータ１８の入出力トルクを制御するためにインバータ２６を操作する。モータ制御部３２は、統合制御部３８に電力供給要求を送る。

エンジン制御部３４は、統合制御部３８からの制御指令に従い、内燃機関１０の出力トルクを制御するために各種アクチュエータを操作する。各種アクチュエータとしては、スロットルバルブ、点火装置、およびインジェクタが例示される。スロットルバルブが操作されると、吸入空気量が調整される。点火装置が操作されると、点火時期が調整される。インジェクタが操作されると、燃料噴射量が調整される。

統合制御部３８からの制御指令には、発電指令が含まれる。発電指令は、例えば、バッテリ２０のＳＯＣ（State of Charge）が所定値以下の場合に出される。別の例では、発電指令が、駆動モータ１８に対する電力供給要求がある場合に出される。発電指令には、発電要求量が含まれる。発電要求量を含む発電指令を受け取った場合、エンジン制御部３４は、この発電要求量に応じた運転条件で内燃機関１０を駆動する。この運転条件は、発電用の動作線より表される。発電用の動作線については図４にて説明される。

統合制御部３８からの制御指令には、フィルタ１４の再生指令も含まれる。フィルタ１４の再生指令を受け取った場合、エンジン制御部３４は、フィルタ１４の再生処理を行う。この再生処理の詳細については後述される。

バッテリ制御部３６は、ＳＯＣ、バッテリ２０から入出力可能なパワーなどの内部状態量を推定する。ＳＯＣは、バッテリ２０のフル充電量に対する現在の充電量を百分率で表したものである。ＳＯＣは、例えば、電圧センサ（不図示）によって検出した出力電圧に基づいて計算される。ＳＯＣは、或いは、電流センサ（不図示）によって検出した入出力電流に基づいて計算される。ＳＯＣが所定値以下の場合、バッテリ制御部３６は、統合制御部３８に発電指令を送る。

統合制御部３８は、上述した制御部３２、３４および３６を協調させながら、ドライバの要求に沿って駆動モータ１８の出力を制御する。統合制御部３８は、また、発電要求または電力供給要求に基づき、運転性と経済性（例えば、燃費）の両方を考慮しながら内燃機関１０の出力（すなわち、発電モータ１６の出力）を制御する。統合制御部３８は、また、フィルタ１４の再生の要否を判定する判定処理を行う。この判定処理の詳細については後述される。

２．再生処理と判定処理の詳細
２−１．判定処理
フィルタ１４の内部通路がＰＭにより詰まる、いわゆる目詰まりが起こるのを回避するため、フィルタ１４の再生処理は定期的に実行される必要がある。判定処理では、この再生処理の要否が判定される。図３は、統合制御部３８（制御装置３０）が実行する判定処理の流れを説明するフローチャートである。図３に示されるルーチンは、内燃機関１０の駆動中、所定の制御間隔で繰り返し実行される。

図３に示されるルーチンでは、先ず、内燃機関１０の運転条件が検出される（ステップＳ１１）。ここで検出される運転条件は、発電用の動作線上の何れかである。

ステップＳ１１に続いて、仮再生条件が満たされるか否かが判定される（ステップＳ１２）。仮再生条件は、要求吸入空気量が第１閾値以上であることを含む。要求吸入空気量は、例えば、要求負荷と目標空燃比とに基づいて算出される。第１閾値は、例えば、最大吸入空気量の半分である。要求吸入空気量が第１閾値未満の場合は、要求吸入空気量が少なく、故に、判定処理を行う状況として適していないと判断される。そのため、この場合、判定処理が終了される。

仮再生条件は、要求吸入空気量の低下代が第２閾値以上であることを含む。目詰まりが発生した場合は、要求吸入空気量が低下する。要求吸入空気量の低下代は、フィルタ１４にＰＭが堆積していないときの吸入空気量を基準とした百分率により表される。第２閾値は、例えば、５％である。低下代が第２閾値未満の場合は、目詰まりが発生していないか、または、目詰まりの発生に伴う影響が小さいと判断される。そのため、この場合、判定処理が終了される。

ステップＳ１２の処理において仮再生条件が満たされると判定された場合、判定用の動作点または動作線への切り替えが行われる（ステップＳ１３）。図４は、発電用の動作線と、判定用の動作点との関係の一例を示す図である。図４に示される発電用の動作線ＬＢＳは、発電指令に従って駆動される内燃機関１０の運転条件を定めたものである。つまり、発電指令が出された場合、内燃機関１０は、動作線ＬＢＳ上の運転条件の何れかで駆動される。そのため、発電指令に含まれる発電要求量が増減すると、内燃機関１０の運転条件が過渡的に変わる。

この点、判定用の動作点ＰＪＤ１、ＰＪＤ２およびＰＪＤ３は、内燃機関１０の運転条件を固定するものである。これらの動作点は、仮再生条件が満たされると判定された時点での回転数域に応じて切り替えられる。例えば、判定時点での運転条件が低回転数域の場合、動作点ＰＪＤ１が選択される。判定時点での運転条件が中回転数域の場合、動作点ＰＪＤ２が選択される。判定時点での運転条件が高回転数域の場合、動作点ＰＪＤ３が選択される。

図５は、発電用の動作線と、判定用の動作点との関係の別の例を示す図である。図５に示される動作線ＬＢＳは、図４で説明したそれと同じである。図５に示される判定用の動作点ＰＪＤ４は、図４で説明した３種類の動作点同様、内燃機関１０の運転条件を固定するものである。ただし、動作点ＰＤＪ４は、高回転数かつ中負荷域に設定される。この理由は、高負荷域では吸入空気量が多くなり目詰まりの発生を判断し易くなる一方で、吸気脈動による吸入空気量のばらつきの影響が無視できなくなるからである。故に、図５に示される例では、このような不具合を未然に回避する動作点ＰＤＪ４が設定される。

図６は、発電用の動作線と、判定用の動作線との関係の一例を示す図である。図６に示される動作線ＬＢＳは、図４で説明したそれと同じである。図６に示される判定用の動作線ＬＪＤは、動作線ＬＢＳよりも高負荷域に設定される。動作線ＬＪＤを用いることで、吸入空気量が多くなり目詰まりの発生を判断し易くなる。なお、動作線ＬＢＳから動作線ＬＪＤへの切り替えは、仮再生条件が満たされると判定された時点での回転数域を保持して行われる。そのため、動作線ＬＪＤを用いた場合であっても、仮再生条件が満たされると判定された以降の内燃機関１０の運転条件は、図４および５に示した例と同じく固定される。

図３に戻り、判定処理の説明を続ける。ステップＳ１３の処理に続いて、内燃機関１０の運転条件が検出される（ステップＳ１４）。ここで検出される運転条件は、判定用の動作点、または判定用の動作線上の何れかである。

ステップＳ１４の処理に続いて、内燃機関１０の運転条件が安定したか否かが判定される（ステップＳ１５）。ステップＳ１５の処理において否定的な判定結果が得られた場合は、本ステップの処理に戻る。つまり、ステップＳ１５の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返し行われる。

ステップＳ１５の処理において肯定的な判定結果が得られた場合、本再生条件が満たされるか否かが判定される（ステップＳ１６）。本再生条件は、要求吸入空気量の低下代が第３閾値以上であることを含む。ステップＳ１６の処理は、基本的にはステップＳ１１のそれと同じである。ただし、要求吸入空気量の低下代は、判定用の動作点または動作線上の何れかに対応させた、フィルタ１４にＰＭが堆積していないときの吸入空気量を基準とした百分率により表される。第３閾値は、例えば、５％である。低下代が第３閾値未満の場合は、目詰まりが発生していないか、または、目詰まりの発生に伴う影響が小さいと判断される。そのため、この場合、判定処理が終了される。

ステップＳ１６の処理において本再生条件が満たされると判定された場合、再生フラグがＯＮとされる（ステップＳ１７）。次に説明する再生処理は、再生フラグがＯＮとされている間、所定の制御間隔で繰り返し実行される。

２−２．再生処理
図７は、統合制御部３８（制御装置３０）が実行する再生処理の流れを説明するフローチャートである。

図７に示されるルーチンでは、先ず、温度条件が満たされるか否かが判定される（ステップＳ２１）。フィルタ１４に堆積したＰＭを燃焼させるためにはフィルタ１４に酸素を供給する必要がある。ただし、フィルタ１４の上流に設けられる三元触媒１２に酸素を含む高温（例えば、７５０度以上）のガスが供給された場合には、当該触媒の劣化が促進されてしまう。

温度条件は、フィルタ１４に供給されるガスの温度がこのような上限温度未満であることを含む。一方、このガスの温度が低すぎる場合は、フィルタ１４に堆積したＰＭを燃焼させることができない。温度条件は、フィルタ１４に供給されるガスの温度がこのような下限温度（例えば、６００〜７００度）以上であることを含む。ステップＳ２１の処理において否定的な判定結果が得られた場合は、本ステップの処理に戻る。つまり、ステップＳ２１の処理は、肯定的な判定結果が得られるまで繰り返し行われる。

ステップＳ２１の処理において肯定的な判定結果が得られた場合、燃料カットが行われる（ステップＳ２２）。燃料カットが行われると、フィルタ１４に酸素が供給されてＰＭが除去される。これにより、フィルタ１４によるＰＭの捕集機能が再生される。

ステップＳ２２の処理に続いて、終了条件が満たされるか否かが判定される（ステップＳ２３）。終了条件は、ＰＭの捕集機能が再生しているか否かを判定するための条件である。本実施の形態では、再生処理の最中、判定処理において切り替えられた判定用の動作点または動作線に従って内燃機関１０が駆動される。そのため、ＰＭの除去が進むと、要求吸入空気量は、フィルタ１４にＰＭが堆積していないときの吸入空気量に近づいていく。終了条件は、要求吸入空気量の低下代が第３閾値未満であることを含む。第３閾値は、図３のステップＳ１６の処理で用いたものと同じ閾値である。

ステップＳ２３の処理において終了条件が満たされると判定された場合、再生フラグがＯＦＦとされる（ステップＳ２４）。また、発電用の動作線への切り替えが行われる（ステップＳ２５）。

３．効果
以上説明した実施の形態によれば、判定処理が行われる。判定処理では、発電用の動作線に従った内燃機関１０の駆動中に、仮再生条件が満たされるか否かが判定される。つまり、フィルタ１４にＰＭが堆積しているか否かの仮判定が行われる。そして、仮再生条件が満たされると判定された場合、判定用の動作点または動作線に切り替えられて本再生条件が満たされるか否かが判定される。つまり、フィルタ１４にＰＭが堆積しているか否かの本判定が行われる。このような仮判定と本判定によれば、フィルタ１４の再生の要否を適切に判定することが可能となる。

また、実施の形態によれば、本再生条件が満たされる場合に、再生処理が行われる。再生処理では、本判定において使用された判定用の動作点または動作線が継続して使用される。そのため、フィルタ１４の再生が終了しているかどうかの判定の精度を担保して、当該フィルタを確実に再生することが可能となる。また、動作点または動作線の更なる切り替えを行わずに済むので、フィルタ１４の再生が必要と判定された直後から再生処理を開始して、当該再生を早期に完了することが可能となる。

１０ 内燃機関
１４ フィルタ
１６ 発電モータ
１８ 駆動モータ
２０ バッテリ
３０ 制御装置
３２ モータ制御部
３４ エンジン制御部
３６ バッテリ制御部
３８ 統合制御部
１００ ハイブリッド車両
ＬＢＳ 発電用の動作線
ＬＪＤ 判定用の動作線
ＰＪＤ１〜ＰＪＤ４ 判定用の動作点

Claims (1)

1. シリーズ型のハイブリッド車両に適用される排気浄化システムであって、
   前記ハイブリッド車両の走行駆動力を発生する駆動モータと、
   前記駆動モータに電力を供給するバッテリと、
   前記駆動モータおよび前記バッテリに電力を供給する発電モータと、
   前記発電モータを駆動するための内燃機関と、
   前記内燃機関から排出された微粒子物質を捕集するフィルタと、
   前記フィルタの再生の要否を判定する判定処理を行う制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記判定処理において、
   発電用の動作線に従った前記内燃機関の駆動中、前記フィルタに前記微粒子物質が堆積しているか否かの仮判定を行い、
   前記仮判定において前記フィルタに前記微粒子物質が堆積していると判定された場合、前記発電用の動作線を判定用の動作点または動作線に切り替え、
   前記判定用の動作点または動作線に従った前記内燃機関の駆動中、前記フィルタに前記微粒子物質が堆積しているか否かの本判定を行い、
   前記本判定において前記フィルタに前記微粒子物質が堆積していると判定された場合、前記フィルタの再生が必要であると判定する
   ことを特徴とする排気浄化システム。

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