JP3841070B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンによる発電とエンジンへのトルクアシストとが可能な駆動力制御用モータを備えたハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
近年、エンジンとモータとを組み合わせ、そのモータが必要に応じてエンジンによる発電を行ったり、補助的に駆動力を付与(以下トルクアシストまたは単にアシストという)したりするようなハイブリッド車両が開発されている(例えば特許文献1参照)。このハイブリッド車両では、走行負荷に相当するエンジン出力(以下目標エンジン出力という)が低い領域では、エンジン出力を目標エンジン出力よりも高めに設定し、余剰出力によってモータで発電するとともにそのエネルギをバッテリに貯蔵する。一方、目標エンジン出力が高い領域では、エンジン出力を目標エンジン出力よりも低めに設定し、不足する出力をモータ出力で補う(バッテリに貯蔵したエネルギでモータを駆動する)トルクアシストを行う。
【0003】
即ち、目標エンジン出力の変動幅に対し、実際のエンジン出力の変動幅を狭く設定することができるので、エンジンを効率の高い領域で運転させ易くなり、燃費や排ガス浄化性能を高めることができる。
【0004】
一方、ディーゼルエンジン等の直噴式エンジン(燃焼室内に燃料噴射手段が設けられたエンジン)において、窒素酸化物(NOx)と煤との生成を抑えるため、近年、予混合圧縮着火燃焼(以下、予混合燃焼と略す。)と呼ばれる新しい燃焼形態が提案されている(例えば、特許文献2)。この燃焼形態は、過早着火防止およびNOx等の生成抑制のため、大量の排気を吸気に還流させつつ(以下、吸気に還流させる排気をEGRガスと称す。)、気筒の圧縮上死点よりかなり前の圧縮行程途中で燃料を噴射することにより吸気と燃料とを充分に混合させてから、この混合気を圧縮行程の終わりに自己着火させて燃焼させるようにしたものである。ただし、燃焼時の吸気にEGRガスが多く含まれることになると、その分、前記吸気に含まれる空気量が少なくなるため、かかる燃焼形態をエンジンの高速回転および高負荷側で実現することは困難である。このため、主に低速回転かつ低負荷側の運転領域では前記の如く予混合燃焼とし、高速回転又は高負荷側の運転領域では燃料の噴射態様を切換えて燃料の噴射を気筒の圧縮行程上死点近傍で行い燃焼させる(以下、拡散燃焼と称す。)ことが行われている。
【0005】
【特許文献1】
特開2002−242721号公報
【特許文献2】
特開2000−110669号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなハイブリッド車両においても、エンジンの運転に伴う排気ガスの排出を避けることができないため、従来の車両と同様に、三元触媒やNOx触媒等の触媒、さらにディーゼルエンジン等を動力源とする車両等の場合には、パティキュレートマター(排ガスに含まれる煤などの粒子状物質。以下、PMという)を捕集するためのパティキュレートフィルタ(以下、PFという)等の排気浄化装置が設けられるが、NOxやPMの発生や排気浄化装置の性能(浄化能力)はエンジン出力と密接な関係があるため、ハイブリッド車両においては、モータを発電状態とトルクアシスト状態とに切換える制御を、エンジン出力に応じたNOxやPMの発生量、および排気浄化装置の性能(浄化能力)と関連づけて行うことがNOxやPM等の排出を抑制する上で必要になると考えられる。
【0007】
従って、上記のような切換え制御をエンジン出力に応じたNOxやPMの発生量等との関係において適切に行うことによって、NOxやPMの外部排出を効果的に抑制できるようにすることが望まれる。
【0008】
なお、上記特許文献2に示されるような予混合燃焼状態と拡散燃焼状態とに切換えるエンジン制御は、NOxやPMの排出をより一層抑制し得る制御としてハイブリッド車両についても有用と考えられるが、モータを発電状態とトルクアシスト状態とに切換える上記特許文献1に示されるようなハイブリッド車両の制御と、特許文献2に示されるような予混合燃焼状態と拡散燃焼状態とに切換えるエンジン制御とは、それぞれ個別に知られているだけで、これらを特別な関係で関連づけて制御するような技術は従来において知られていなかった。
【0009】
本発明はかかる事情に鑑み、モータを発電状態とトルクアシスト状態とに切換える制御を、エンジン出力に応じたNOxやPMの発生量等との関係において適切に行うことによりNOxやPMの排出をより効果的に抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供するものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のハイブリッド車両の制御装置は、エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンに動力連結されてエンジン回転により発電を行う状態とエンジンへのトルクアシストを行う状態とに切換可能な駆動力制御用モータと、前記駆動力制御用モータをエンジンの運転状態に応じて制御するモータ制御手段と、排ガス中の窒素酸化物を吸着する窒素酸化物吸着手段と、排ガス中のパティキュレートマターを吸着するパティキュレートマター吸着手段と、前記各吸着手段による吸着能力に関するパラメータを検出するパラメータ検出手段とを備え、前記モータ制御手段が、低負荷側の領域で発電、高負荷側の領域でトルクアシストを行うように予め設定された標準特性に従って駆動力制御用モータを制御するとともに、前記窒素酸化物吸着手段の吸着能力が基準能力未満である場合には、前記標準特性に比べて発電量およびトルクアシスト量を増加させるように駆動力制御用モータを制御する一方、前記窒素酸化物吸着手段の吸着能力が基準能力以上である場合には、前記パティキュレートマター吸着手段の吸着能力が基準能力未満であることを条件に前記標準特性に比べて発電量およびトルクアシスト量を減少させるように駆動力制御用モータを制御するように構成されているものである。
【0011】
この構成によると、高負荷側の領域ではトルクアシストが行なわれることにより、駆動輪に伝えるべきトルクに対してトルクアシスト分だけエンジン自体の発生トルクを低くなるため、トルクアシストを行わない場合と比べてNOxが低減される。一方、低負荷側の領域では、発電が行われることにより前記トルクアシストにより消費された電力が補われることとなる。そして、このような特性(標準特性)を基準として、NOxの吸着能力が基準能力未満である場合には、トルクアシスト量が増加されることによりエンジン自体の発生トルクがより低くされ、高負荷側でのNOxの発生が効果的に抑制される。この際、発電量も増大されるため低負荷側では(発電状態のときには)駆動輪に伝えるべきトルクに対してエンジン自体の発生トルクが高くなるが、NOxの発生量は主に高負荷側で急激に増加するため、上記のように高負荷側でのNOxの発生が抑制される結果、トータル的なNOxの発生は有効に低減されることとなる。また、トルクアシスト量が増加されてエンジン自体の発生トルクが低くされることにより高負荷時のPMの生成も抑制される。これに対して、窒素酸化物吸着手段の吸着能力が基準能力以上である場合には、前記標準特性に対してトルクアシスト量および発電量が減少されることによりPMの発生が抑制される。すなわち、発電量が減少されることにより低負荷側での(発電状態のときの)エンジン自体の発生トルクが低くなり、これにより低負荷側でのPMの発生が効果的に抑制される。この際、高負荷側ではトルクアシスト量が低減されてエンジン自体の発生トルクは高くなるが、発生トルクの上昇に伴うPMの増加率は低いため、高負荷側でのトルクアシスト量の低減によるPM発生に比べると、低負荷側での発電量の低減によるPM発生抑制効果の方が大きく、トータル的にはPMの発生が有効に低減されることとなる。また、窒素酸化物吸着手段の吸着能力が基準能力以上にあることからNOxの外部排出も有効に防止されることとなる。
【0012】
上記のハイブリッド車両の制御装置においては、EGR率が大きい第1燃焼モードとEGR率が小さい第2燃焼モードとをエンジンの運転状態に応じて切換えるエンジン制御手段とをさらに備え、上記モータ制御手段が、上記第1燃焼モードでは発電のみを行い、上記第2燃焼モードではトルクアシストのみを行うように駆動力制御用モータを制御するように構成されているのが好ましい。
【0013】
この構成によると、上記トルクアシストによる電力消費を補うため第1燃焼モードとされる運転領域内で発電が行なわれ、この発電状態のときには駆動輪に伝えるべきトルクに対して対してエンジン自体の発生トルクは高くなるが、EGR率が大きい第1燃焼モードでの燃焼によりNOxの発生が効果的に抑えられることとなる。
【0014】
なお、上記のハイブリッド車両の制御装置においては、前記パラメータ検出手段が、前記窒素酸化物吸着手段による吸着能力に関するパラメータとして排ガス温度を検出し、この排ガス温度が、窒素酸化物吸着手段が活性化する活性化温度未満である場合に、前記標準特性に比べて発電量およびトルクアシスト量を増加させるように前記モータ制御手段により駆動力制御用モータを制御するように構成することができる。
【0015】
この構成によると、排ガス温度が活性化温度以上である場合に前記窒素酸化物吸着手段が基準能力以上であると判断されて、上記発電量およびトルクアシスト量を増加させるように駆動力制御用モータが制御される。
【0016】
また、上記のハイブリッド車両の制御装置において、特に、前記パティキュレートマター吸着手段のパティキュレートマター吸着量が基準値を超えた場合に排ガス温度を上昇させてパティキュレートマターを燃焼させることによりパティキュレートマター吸着手段を再生させる再生手段を有する場合には、前記パティキュレートマター吸着手段による吸着能力が基準能力未満であって、かつエンジン回転数が予め設定された基準値以下の場合に、発電量およびトルクアシスト量を前記標準特性に比べて減少させるように前記モータ制御手段が構成されているのが好ましい。
【0017】
すなわち、上記のような再生手段をもつ車両では、パティキュレートマター吸着手段が飽和状態になると強制的に再生処理を実行することが行われるが、エンジン回転数が低い状態でこの再生処理が実行されるとエンジンの燃焼性が損なわれて燃費の悪化につながる。従って、上記のようにエンジン回転数が基準値以下の場合にPMの発生を抑制するように制御し、低回転側で再生処理が実行されるのを出来るだけ回避できるようにするのが好ましい。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。
【0019】
図1は当実施形態における概略システムブロック図である。エンジン3はディーゼルエンジンであり、その主軸(クランクシャフト)にはモータ連結軸2を介してモータ1(駆動力制御用モータ)が接続されている。このモータ1は電気を動力源として回転駆動力をエンジン3に付与すること(トルクアシスト)ができる一方、エンジン3に逆駆動されることによって発電を行うこともできる。エンジン3にはトランスミッション4、プロペラシャフト5、ドライブシャフト6および駆動輪7がこの順に接続されており、モータ1およびエンジン3の駆動力が適正回転数に変速されて駆動輪7に伝達される。
【0020】
エンジン3には、燃焼のための空気を吸入する吸気通路11と、燃焼後の排ガスを排出する排気通路12とが設けられている。また吸気通路11と排気通路12とを連通するEGR通路13が設けられており、その通路中にEGRバルブ14が設けられている。このEGRバルブ14を開弁することにより排気の一部が吸気に還流される(EGR)。さらに、吸気通路11におけるEGR通路13の接続箇所より上流に、吸気絞り弁15が設けられている。
【0021】
そして、上記EGRバルブ14の開度調節と吸気絞り弁15の開度調節とによりEGR率をコントロールすることができるようになっている。すなわち、EGRバルブ14の開度が大きくなるほどEGR量が増加し、また、吸気絞り弁15の開度が小さくなるほど吸入新気量が減少してEGR量が増加することによりEGR率が大きくなる。ここで、EGR率とは、シリンダに流入するガス量(新気量+EGR量)に対するEGR量の比率をいう。
【0022】
排気通路12には、EGR通路13との分岐点より下流側に酸化触媒21、NOx浄化触媒22およびパティキュレートフィルタ(以下DPFと略称する;パティキュレートマター吸着手段)23が設けられている。
【0023】
上記酸化触媒21は、排気中に含まれるHC、CO等を酸化させて浄化するものである。この酸化触媒21の直前上流側には、酸化触媒21に流入する排気の温度を検知する温度センサ36が設けられている。
【0024】
上記NOx浄化触媒22(窒素酸化物吸着手段)は、排気ガスがリーン空燃比のときに排気ガス中のNOxを吸蔵し、リッチ空燃比となったときにNOxを放出、還元するものである。このNOx浄化触媒22の直前上流側には、NOx浄化触媒22に流入する排気の温度を検知する温度センサ37が設けられている。
【0025】
また、上記DPF23は、排気ガス中に含まれるパティキュレートマター(煤などの粒子状物質。以下PMと略称する)を捕集して浄化するものである。DPF22の直前上流側には圧力センサ38が、直後下流側には圧力センサ39がそれぞれ設けられ、排気圧を検知する。
【0026】
モータ1にはインバータ31を介してバッテリ32が接続されている。トルクアシスト時にはモータ1が所定の出力を得られるようにバッテリ32からインバータ31を介して電力が供給される。発電時にはモータ1で発電した電力がインバータ31を介してバッテリ32に充電される。
【0027】
また、運転者の操作によるアクセル開度を検知するアクセル開度センサ33が設けられている。
【0028】
上記温度センサ36,37、圧力センサ38,39およびアクセル開度センサ33からの各検出信号はECU40に入力され、さらに、エンジン回転速度を示す信号もECU40に入力される。
【0029】
上記ECU40はモータ1およびエンジン3を制御する制御ユニット(制御装置)である。このECU40は、運転状態検出手段41、蓄電量検出手段42、エンジン制御手段43、モータ制御手段44および再生手段45を機能的に含んでいる。
【0030】
上記運転状態検出手段41は、エンジン負荷に対応する値とエンジン回転速度とによりエンジンの運転状態を検出する。例えば、アクセル開度センサ33によって検出されるアクセル開度とエンジン回転速度とにより運転状態を調べ、あるいは、上記アクセル開度から駆動輪の目標トルクを求めて、この目標トルクとエンジン回転速度とにより運転状態を調べる。また、上記蓄電量検出手段42は、バッテリ32の蓄電量に関連するパラメータを検出し、例えば、後に詳述するように電流値と電圧値とからバッテリ残容量を求める。
【0031】
上記エンジン制御手段43は、EGR率が大きい予混合燃焼モード(第1燃焼モード)とEGR率が小さい拡散燃焼モード(第2燃焼モード)とをエンジンの運転状態に応じて切換えるようにする。そのために、予混合燃焼モードを実行する運転領域である予混合燃焼領域(H)と拡散燃焼モードを実行する運転領域である拡散燃焼領域(D)とが予めマップで設定されており、例えば図2に示すように、アクセル開度(駆動輪の目標トルク)が所定値以下の低負荷領域(ただし高速域を除く)が予混合燃焼領域(H)とされ、アクセル開度が所定値より大きい高負荷領域および高速域が拡散燃焼領域(D)とされている。
【0032】
ここで、予混合燃焼モードとは、過早着火防止のためEGR率を所定値以上に大きくしつつ、圧縮上死点よりかなり前の圧縮行程途中で燃料を噴射することにより、燃料と空気とが充分に混合してから圧縮上死点付近で自己着火による燃焼が開始されるようにする燃焼モードをいい、また、拡散燃焼モードとは、EGR率を所定値より小さくしつつ、圧縮上死点付近で燃料を噴射することにより、噴射開始直後に燃料の一部が自己着火し、その部分が核となって周囲の燃料噴霧および空気を巻き込みながら燃焼が拡散していくようにする燃焼モードをいう。
【0033】
上記予混合燃焼モードの場合に、燃料と空気との混合を良好にするため、噴射終期が圧縮上死点前の一定時期(例えばBTDC30°CA)となるように燃料噴射量の増加につれて噴射開始時期を進角するとともに、燃料噴射量の増加に応じて燃料噴射を複数回に分割して行うようにすることが好ましい。
【0034】
上記モータ制御手段44は、インバータ31にモータトルク指令を出すことによってモータ1を制御する。モータトルク指令のトルク値が正であればトルクアシスト状態となり、負であれば発電状態となる。ゼロのときは何れでもない中立状態(N)となる。以下、このようなモータ1の制御をISG制御という。
【0035】
特に上記モータ制御手段44は、上記予混合燃焼モードでは発電のみを行い、拡散燃焼モードではトルクアシストのみを行うようにモータ1を制御する。すなわち、予混合燃焼領域(H)内では発電を行い、拡散燃焼領域(D)内ではトルクアシストを行うように制御する。また、蓄電量検出手段42により検出される値が所定の増大判定基準値以上のときは上記予混合燃焼モードでの駆動力制御用モータによる発電を抑制し、所定の減少判定基準値以下のときは上記拡散燃焼モードでの駆動力制御用モータによるトルクアシストを抑制する。
【0036】
再生手段45は、DPF23の再生処理再生処理を実行するものである。具体的には、予め記憶されたPM排出量特性マップおよび圧力センサ37,38により検出されるDPF前後差圧等からDPF23のPM吸着量(堆積量)を求め、この吸着量が基準値を超えている場合に再生処理を実行する。具体的には、吸気絞り弁15を絞って燃料の後噴射を行うことにより排気ガス温度を増大させ、これによりDPF23に吸着されたPMを燃焼させてDPF23を再生させる。
【0037】
次に、上記ECU40による制御を具体的に説明する。
【0038】
図3および図4は運転状態に応じたエンジン制御およびISG制御のフローチャートである。このフローチャートの処理がスタートすると、ステップS1で各種センサ等からの信号が入力され、アクセル開度センサ33により検出されるアクセル開度等に応じて駆動輪の目標トルクが設定される(ステップS2)。そして、上記目標トルク(またはアクセル開度)とエンジン回転速度とにより運転状態が調べられ、その運転状態が予混合燃焼領域(H)にあるか否かが判定される(ステップS3)。
【0039】
ステップS3での判定がYESのとき、つまり予混合燃焼領域(H)にあるときは、ステップS4で予混合燃焼モードによる燃料噴射およびEGRの制御が行われる。すなわち、燃料噴射が比較的早い時期(例えばBTDC30°CA付近で噴射を終了するようなタイミング)に行われるように制御されるとともに、EGR率が所定値以上に大きくなるようにEGRバルブ14及び吸気絞り弁15が制御される。
【0040】
また、ステップS3での判定がNOのとき(拡散燃焼領域にあるとき)は、ステップS5で拡散燃焼モードによる燃料噴射およびEGRの制御が行われる。すなわち、燃料噴射が圧縮上死点付近で開始されるように制御されるとともに、EGR率が所定値より小さくなるようにEGRバルブ14および吸気絞り弁15が制御される。
【0041】
ステップS4またはS5の処理に続き、SOC(バッテリ残容量)が予め設定された増大判定基準値SOCHより大きいか否かが判定され(ステップS6)、その判定がNOであれば、SOCが予め設定された減少判定基準値SOCLより小さいか否かが判定される(ステップS7)。
【0042】
上記SOCは、バッテリ32とインバータ31との間の電流値および電圧値に基づき、図5のような電流−電圧−SOC特性から求められる。この図に示すように、同じ電流値であれば電圧値が高いほどSOCが大きい。
【0043】
上記ステップS6,S7の判定に基づき、図6および図7に示すISG制御のための5種類のモータトルク特性A,B(B0,B1,B2),Cの中から適当な特性が選択される。
【0044】
すなわち、図6および図7は横軸にアクセル開度(駆動輪の目標トルク)、縦軸にモータトルクをとって、ISG制御のためのモータトルク特性を示しており、この図において、モータトルクが正の場合は、モータ1からエンジン3に駆動力が付与されるトルクアシストが行われ(アシスト領域)、逆にモータトルクが負の場合は、モータ1にエンジン3から駆動力が付与される発電が行われる(発電領域)。
【0045】
同図に示すモータトルク特性A,B(B0,B1,B2),Cは何れも、アクセル開度が小さい低負荷側の領域が発電領域となり、アクセル開度が大きい高負荷側の領域がアシスト領域となる。また、発電領域とアシスト領域の間には、モータトルク=0、すなわち発電もトルクアシストもなされない中立の領域が設けられている。そして、エンジン制御における領域との関係としては、上記発電領域が予混合燃焼領域内、上記アシスト領域が拡散燃焼領域内にあって、上記中立の領域が予混合燃焼領域と拡散燃焼領域との境界およびその付近に存在するように設定されている。
【0046】
同図に示す5種類のモータトルク特性A,B(B0,B1,B2),Cのうちでモータトルク特性Aは、発電領域における発電量が小さく抑えられる一方、アシスト領域におけるトルクアシスト量が大きくされる。モータトルク特性Cは、発電領域における発電量が大きくされる一方、アシスト領域におけるトルクアシスト量が小さく抑えられる。また、モータトルク特性B(B0,B1,B2)のうち特性B0は標準的な特性とされ、発電領域における発電量およびアシスト領域におけるトルクアシスト量が、前記モータトルク特性A,Cの略中間の値となる。そして、モータトルク特性B1は、発電領域における発電量およびアシスト領域におけるトルクアシスト量が前記モータトルク特性B0に比べて大きくされ、一方、モータトルク特性B2は前記発電量およびトルクアシスト量がモータトルク特性B0に比べて小さく抑えられる。
【0047】
そして、上記ステップS6,S7の判定に基づき、上記SOCが大(ステップS6での判定がYES)の場合はモータトルク特性A、SOCが小(ステップS7での判定がYES)の場合はモータトルク特性C、SOCが中(ステップS6,S7での判定がともにNO)の場合は、さらに以下に説明する選択処理によりモータトルク特性B0,B1,B2のうちいずれかが選択され、それぞれの場合に、選択されたトルク特設定によりアクセル開度に対応するモータトルクが求められてそれに応じたトルク制御が行われる(ステップS8,S9,S10)。
【0048】
図4は、ステップS10の処理(サブルーチン)を示している。このフローチャートの処理がスタートすると、ステップS11で前記温度センサ37による検出温度Tが予め設定された基準値Ta、具体的にはNOx浄化触媒22が活性化する温度以上であるか否かが判定される。
【0049】
ステップS11での判定がYESのとき、つまりNOx浄化触媒22が活性化しているときは、NOx浄化触媒22によるNOx堆積量(吸着量)Qlが予め設定された判定基準値Qlhを超えているか否か、つまりNOx浄化触媒22に一定レベル以上のNOx浄化能力があるか否かが判定される(ステップS12)。なお、NOx吸着量Qlは、図外のNOx排出量特性のマップ等に基づいて各時点のNOx排出量が積算されることにより推定的に求められる。
【0050】
ステップS12での判定がNOのときにはPM吸着量Qdが求められ、このPM吸着量Qdが予め設定された判定基準値Qdhを超えているか否か、つまりDPF23に一定レベル以上のPM吸着能力があるか否かが判定される(ステップS13)。なお、PM吸着量Qdは、PM排出量特性のマップ(図10参照)および前記圧力センサ38,39により検出されるDPF前後差圧に基づいて求められるようになっており、この点については、後述するDPF再生処理の制御と併せて詳細に説明する。また、前記判定基準値Qdhは、DPF23の再生処理の実行基準となる後記再生判定用基準値Qaよりも小さい値に設定されている。
【0051】
そして、ステップS13での判定がYESのときには、さらにエンジン回転数Nが判定基準値Nl、具体的には、例えばDPF23の再生処理が実行されても燃焼安定性が損なわれないエンジン回転数の下限値よりも低い回転数か否かが判定される(ステップS14)。
【0052】
上記ステップS11〜ステップS14の判定に基づき、前記モータトルク特性B0,B1,B2の中から適当な特性が選択される。具体的には、NOx浄化触媒22が活性化していない場合(ステップS11でNO)や、NOx浄化触媒22は活性化しているがNOx浄化触媒22によるNOx吸着量が多い場合(ステップS12でYES)、すなわちNOx浄化触媒22によるNOxの浄化(吸着)能力が一定レベルよりも低い場合にはモータトルク特性B1が選択される。また、NOxの吸着能力が一定レベル以上であって、DPF23によるPM吸着量が多く(ステップS13でYES)、かつエンジン回転数が低いような場合(ステップS14でYES)、すなわちDPF23によるPM吸着能力が一定レベルよりも低く、DPF23の再生処理が実行されると燃焼性が悪化するおそれがある場合にはモータトルク特性B2が選択される。そして、それ以外の場合(ステップS13,S14でNOの場合)、にはモータトルク特性B0が選択されることとなる。
【0053】
なお、上記の例では、SOCが中(図3のステップS6,S7での判定がともにNO)の場合のモータトルク特性Bとして、図7に示すように発電領域における発電量およびアシスト領域におけるトルクアシスト量が異なる3種類のモータトルク特性B0,B1,B2を選択し得るようにしているが、これに代え、またはこれに加え、図8に示すように発電領域とアシスト領域を拡縮させるようなモータトルク特性B0,B1,B2を採用してもよい。すなわち、図8では、モータトルク特性B1では発電領域よりアシスト領域を広くし、モータトルク特性B2ではアシスト領域より発電領域を広くし、モータトルク特性B0では発電領域とアシスト領域を同程度とするように設定している。なお、Nは、発電もトルクアシストもなされない中立の領域を示している。
【0054】
次に、上記DPF23およびNOx浄化触媒22の再生処理の制御について図9〜図13を用いて説明する。
【0055】
図9はDPF23の再生条件の判定とそれに応じた再生の処理をフローチャートで示している。この処理がスタートすると、まずステップS21で、図10に示すPM排出量特性のマップから各時点におけるPM排出量が演算される。このPM排出量特性のマップは、アクセル開度およびエンジン回転速度とPM排出量との関係を示すもので、この関係としては、アクセル開度が大きくなるにつれてPM排出量が増加し、かつ、エンジン回転速度が大きくなるほどPM排出量が増加する。
【0056】
続いて、上記PM排出量を積算することによりPM吸着量Q1が推定される(ステップS22)。一方、圧力センサ38,39によって検出されるDPF23前後の排気圧力が入力され、DPF前後差圧ΔPが演算される(ステップS23)。そして、図11に示すDPF前後差圧特性から、現時点でのDPF前後差圧ΔPに対するPM吸着量Q2が別途推定される(ステップS24)。上記DPF前後差圧特性は、PM吸着量とDPF前後差圧との関係を示すものであり、PM吸着量が増加するにつれてDPF前後差圧が大きくなる。
【0057】
次に、DPF前後差圧ΔPが予め設定された閾値ΔP0より大きいか否かの判定がなされる(ステップS25)。ステップS25での判定がYESであればPM吸着量Q2の方がPM吸着量Q1よりも高精度であると判断され、Q2が最終的なPM吸着量Qdとされる(ステップS26)。一方、ステップS25でNOと判定されると、PM吸着量Q1の方がPM吸着量Q2よりも高精度であると判断され、Q1が最終的なPM吸着量Qdとされる(ステップS27)。
【0058】
続いてステップS28で、上記PM吸着量Qdが再生判定用基準値Qaを超えているか否かの判定がなされる。このステップS28でNOと判定されると、PM吸着量は充分少なくて、未だPF再生処理は不要なのでリターンする。
【0059】
ステップS28での判定がYESであれば、DPF再生指令がなされ(ステップS29)、吸気絞り弁15が絞られるとともに後噴射が実施される(ステップS30)。これによって排気温度が600°C程度に上昇し、PMが燃焼する。次に、再生時間あるいはDPF前後差圧等から推定されるPM吸着量Qdが再生終了判定用の基準値Q0(0に近い値)よりも小さくなったか否かの判定がなされる。この判定がNOであれば、ステップS30に戻ってPF再生処理が継続され、YESになれば、PF再生処理を終了し(ステップS32)、リターンする。
【0060】
以上のようなDPF再生処理によると、PM吸着量Qdが増大したときに、PF再生処理(ステップS29〜S32)が行なわれることによりDPF23に堆積したPMが燃焼し、DPF23が再生する。従って、DPF23によるPMの浄化性能が良好に保たれる。
【0061】
以上のようなECU40によるエンジン制御によると、目標トルクが低いときにはモータトルクが負(発電状態)にされてエンジン出力が高められる一方、目標トルクが高いときにはトルクアシストが行われてエンジン出力が低くされているので、全体的にエンジン出力が燃費最適となるエンジン出力に近づき、またバッテリ32に貯蔵されたエネルギがトルクアシスト時に取り出されるのでエネルギが無駄なく利用され、燃費が向上する。
【0062】
また、エンジン制御としては、アクセル開度(駆動輪の目標トルク)が所定値以下の予混合燃焼領域(H)では、EGR弁開度が大きくされるとともに吸気絞り弁開度が小さくされることによりEGR率が大きくされ、この状態で燃料噴射が比較的早い時期に行われることにより、予混合燃焼が行なわれる。また、高負荷時には空気量確保のためEGRを少なくする必要があって予混合燃焼を実現することが困難であるため、アクセル開度(駆動輪の目標トルク)が所定値より高い拡散燃焼領域(D)では、EGR弁開度が小さくされるとともに吸気絞り弁開度が大きくされることによりEGR率が小さくされ、この状態で上死点付近で燃料が噴射され、拡散燃焼が行なわれる。
【0063】
そして、上記予混合燃焼が行なわれているときは、均一で希薄な混合気が形成できるため、NOxおよびPMをともに少なくすることができ、さらに多量のEGRが行なわれることによってもNOxが低減される。一方、拡散燃焼時には、燃料と空気とが充分に混合する時間がないため、混合気濃度にはむらが生じ、混合気濃度が理論空燃比に近い部分では燃焼温度が高くなってNOxが生成され、また、EGRが少ないことによってもNOxが増加し易い。そして、この拡散燃焼状態では特に負荷が高くなるにつれてNOxが急激に増加する。
【0064】
このような傾向に対し、当実施形態では、予混合燃焼領域内で発電が行なわれる一方、拡散燃焼領域内でトルクアシストが行なわれることにより、NOxを低減する効果が得られる。すなわち、拡散燃焼領域の高負荷側では、モータによるトルクアシストが行なわれることにより、目標トルクに対して上記トルクアシスト分だけエンジン自体の発生トルクは低くなるため、NOxが大幅に低減される。また、上記トルクアシストによる電力消費を補うため予混合燃焼領域内の低負荷側で発電が行なわれ、この発電状態のときには目標トルクに対してエンジントルク自体の発生トルクは高くなるが、予混合燃焼によりNOxは充分に低く保たれる。従って、全体としてNOx低減効果が有効に得られる。
【0065】
また、バッテリの残容量(SOC)に応じてモータトルク特性を変更しているため(図3のステップS6〜S10、図6,図7参照)、上記のような効果が発揮されつつ、バッテリの残容量に過不足が生じることが防止される。すなわち、SOCが大の時には予混合燃焼領域内での発電量が小さくなり、ないしは発電領域が小さくなるような特性とされることにより、バッテリの過充電が防止され、また、SOCが小の時には、拡散燃焼領域内でのトルクアシスト量が小さくなり、ないしはアシスト領域が小さくなるような特性とされることにより、バッテリの過放電が防止される。
【0066】
しかも、当実施形態では、SOCが中の時には、さらにNOx浄化触媒22やDPF23の能力に応じてモータトルク特性を変更しているため(図7のステップS11〜ステップS14、図7,図8参照)、NOxやPMの外部排出が効果的に抑制されることともに燃費改善効果が高められる。
【0067】
すなわち、NOx浄化触媒22が活性化していない場合や、NOx浄化触媒22は活性化しているがNOx吸着量が多いような場合、つまりNOx浄化触媒22によるNOxの吸着能力が一定レベルよりも低い場合には、アシスト領域におけるトルクアシスト量が大きいモータトルク特性B1が選択されるため、アシスト領域におけるエンジン自体の発生トルクが低くなり、これによって高負荷側でのNOxの発生が効果的に抑制されることとなる。この場合、モータトルク特性B2では、発電領域でのエンジン自体の発生トルクは高くなるが、図7に示すようにNOxの発生量は主に高負荷側で急激に増加するため、上記のようにアシスト領域における発生トルクが低くなる結果、トータル的なNOxの発生は有効に低減されることとなる。従って、NOx浄化触媒22によるNOx吸着能力が低い運転状態下で多くのNOxが生成されるということが無くなり、NOxの外部排出が効果的に抑制されることとなる。なお、PM生成量は、同図中に示すように、予混合燃焼から拡散燃焼に切換わったときに急激に増加するというわけではないが、エンジントルクが高くなるにつれて次第に増加する。従って、高負荷時にトルクアシストによってエンジン自体の実際のトルクを低くすることは、高負荷時のPM排出量の増大抑制にも効果はある。また、NOx浄化触媒22の再生サイクルはDPF23の再生サイクルに比べて短いのが一般的であるため、上記のようにNOx発生抑制を優先する(PM抑制を多少犠牲にする)ことでトータル的にはNOxおよびPMの外部排出が効果的に抑制されることとなる。
【0068】
また、NOxの吸着能力が一定レベル以上である場合であって、DPF23によるPM吸着量が多く、かつエンジン回転数が低い場合、すなわちDPF23によるPM吸着能力が一定レベルよりも低く、DPF23の再生処理が実行されると燃焼性が悪化するおそれがある場合には、発電領域における発電量が小さいモータトルク特性B2が選択されるため、発電領域におけるエンジン自体の発生トルクが低くなり、これによって低負荷側でのPMの発生が効果的に抑制されることとなる。この際、高負荷側ではトルクアシスト量が低減されてエンジン自体の発生トルクは高くなるが、発生トルクの上昇に伴うPMの増加率は低いため、アシスト領域でのトルクアシスト量の低減によるPM発生に比べると、発電領域における発電量の低減によるPM発生抑制効果の方が大きく、そのためトータル的にはPMの発生が有効に低減されることとなる。従って、DPF23による吸着能力が低い場合(PM吸着量Qdが生成処理時の再生判定用基準値Qaよりも少なく、かつモータトルク特性の判定基準値Qdhを超える場合)のPM生成を効果的に抑制することができ、低回転域においてDPF23の再生処理が実行されて燃費が悪化するといった事態の発生が効果的に防止されることとなる。なお、モータトルク特性B1が選択されるのは上記のようにNOx浄化触媒22が充分に吸着能力を有している場合であるため、モータトルク特性B2においてはNOxの外部排出も有効に防止されることとなる。
【0069】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の装置の具体的構成は上記実施形態に限定されず、種々変更可能である。
【0070】
例えば、上記実施形態ではエンジン3をディーゼルエンジンとしたが、直噴式で圧縮自己着火を行うガソリンエンジンを搭載したハイブリッド車両の制御装置に適用しても良い。
【0071】
また、当実施形態では排気通路12に酸化触媒21、NOx浄化触媒22およびDPF23を設けているが、酸化触媒21を設けずに、DPF22が酸化触媒作用を併有するもの(酸化触媒担持型DPF)としても良い。
【0072】
また、当実施形態では、EGR率が大きい予混合燃焼モード(第1燃焼モード)とEGR率が小さい拡散燃焼モード(第2燃焼モード)とをエンジンの運転状態に応じて切換えるようにし、低負荷領域(高速域を除く)を予混合燃焼領域(H)とする一方、高負荷領域および高速域を拡散燃焼領域(D)としてモード切換えを行っているが、必ずしもこのようなモード切換えを行う必要はない。但し、このモード切換えを行う場合には、上述のように、発電状態のときのNOx発生を効果的に抑制することができるというメリットがある。
【0073】
【発明の効果】
以上のように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によると、ハイブリッド車両における駆動力制御用モータの制御を、エンジン出力に応じたNOxやPMの発生量、あるいは窒素酸化物吸着手段およびパティキュレートマター吸着手段の性能(浄化能力)と関連づけて行うことにより、全体としてNOxやPMの外部排出を効果的に低減することができる。すなわち、高負荷側の領域でトルクアシストを行う一方、低負荷側の領域で発電を行うことを基準(標準特性)とし、窒素酸化物の吸着能力が基準能力未満である場合には、発電量およびトルクアシスト量を増加されることにより特に高負荷側でのエンジン自体の発生トルクを低くしてトータル的なNOxの発生を低減させる一方、窒素酸化物吸着手段の吸着能力が基準能力以上である場合には、トルクアシスト量および発電量を減少されることにより特に低負荷側でのエンジン自体の発生トルクを低くしてトータル的なPMの発生を低減させるようにしているので、NOxやPMの外部排出を効果的に低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態によるハイブリッド車両の制御装置の概略システムブロック図である。
【図2】エンジンの燃焼モードを切換える制御マップを示す図である。
【図3】エンジン制御およびISG制御のフローチャートである。
【図4】エンジン制御およびISG制御のフローチャートであって、図3のフローチャートのサブルーチンである。
【図5】バッテリの電流値および電圧値と残容量(SOC)との関係を示す特性図である。
【図6】発電領域とアシスト領域を拡縮させた場合の領域設定図である(バッテリ残容量(SOC)が大または小の場合)。
【図7】発電領域とアシスト領域を拡縮させた場合の領域設定図である(バッテリ残容量(SOC)が中の場合)。
【図8】発電領域とアシスト領域を拡縮させた場合の領域設定図である(バッテリ残容量(SOC)が中の場合)。
【図9】DPFの再生条件の判定とそれに応じた再生の処理のフローチャートである。
【図10】アクセル開度およびエンジン回転速度とPM排出量との関係を示す特性図である。
【図11】PM吸着量とDPF前後の差圧との関係を示す特性図である。
【符号の説明】
1 モータ
3 エンジン
13 EGR通路
14 EGRバルブ
15 吸気絞り弁
32 バッテリ
33 アクセル開度センサ
36 温度センサ
40 ECU
41 運転状態検出手段
42 蓄電量検出手段
43 エンジン制御手段
44 モータ制御手段
45 再生手段

Claims (4)

  1. エンジンの運転状態を検出する運転状態検出手段と、エンジンに動力連結されてエンジン回転により発電を行う状態とエンジンへのトルクアシストを行う状態とに切換可能な駆動力制御用モータと、前記駆動力制御用モータをエンジンの運転状態に応じて制御するモータ制御手段と、排ガス中の窒素酸化物を吸着する窒素酸化物吸着手段と、排ガス中のパティキュレートマターを吸着するパティキュレートマター吸着手段と、前記各吸着手段による吸着能力に関するパラメータを検出するパラメータ検出手段とを備え、
    前記モータ制御手段は、低負荷側の領域で発電、高負荷側の領域でトルクアシストを行うように予め設定された標準特性に従って駆動力制御用モータを制御するとともに、前記窒素酸化物吸着手段の吸着能力が基準能力未満である場合には、前記標準特性に比べて発電量およびトルクアシスト量を増加させるように駆動力制御用モータを制御する一方、前記窒素酸化物吸着手段の吸着能力が基準能力以上である場合には、前記パティキュレートマター吸着手段の吸着能力が基準能力未満であることを条件に前記標準特性に比べて発電量およびトルクアシスト量を減少させるように駆動力制御用モータを制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  2. 請求項1に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    EGR率が大きい第1燃焼モードとEGR率が小さい第2燃焼モードとをエンジンの運転状態に応じて切換えるエンジン制御手段をさらに備え、
    上記モータ制御手段は、上記第1燃焼モードでは発電のみを行い、上記第2燃焼モードではトルクアシストのみを行うように駆動力制御用モータを制御する
    ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  3. 請求項1又は2に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記パラメータ検出手段は、前記窒素酸化物吸着手段による吸着能力に関するパラメータとして排ガス温度を検出し、
    前記モータ制御手段は、前記排ガス温度が、窒素酸化物吸着手段が活性化する活性化温度未満である場合に、前記標準特性に比べて発電量およびトルクアシスト量を増加させるように駆動力制御用モータを制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
  4. 請求項1乃至3の何れかに記載のハイブリッド車両の制御装置において、
    前記パティキュレートマター吸着手段のパティキュレートマター吸着量が基準値を超えた場合に排ガス温度を上昇させてパティキュレートマターを燃焼させることによりパティキュレートマター吸着手段を再生させる再生手段を有し、
    前記モータ制御手段は、前記パティキュレートマター吸着手段による吸着能力が基準能力未満であって、かつエンジン回転数が予め設定された基準値以下の場合に、発電量およびトルクアシスト量を前記標準特性に比べて減少させるように駆動力制御用モータを制御することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
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