JP6186860B2 - Hybrid engine and control method thereof - Google Patents
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Description
本発明はハイブリッド機関及びその制御方法に関し、更に詳しくは、従来よりも燃費を悪化させることなく、PM再生を常時行うことができるハイブリッド機関及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a hybrid engine and a control method therefor, and more particularly, to a hybrid engine and a control method therefor that can always perform PM regeneration without deteriorating fuel consumption as compared with the related art.
近年、燃費向上と環境対策などの観点から、内燃機関が発生する駆動力の一部を、バッテリーを電源とする電動モータで代替するハイブリッドシステムを備えた機関(以下、「ハイブリッド機関」という。)が注目されている。このハイブリッド機関の代表的な適用先には、ハイブリッド自動車や固定式のハイブリッド発電機などがある。 In recent years, an engine equipped with a hybrid system that replaces part of the driving force generated by an internal combustion engine with an electric motor using a battery as a power source (hereinafter referred to as a “hybrid engine”) from the viewpoint of improving fuel efficiency and environmental measures. Is attracting attention. Typical applications of this hybrid engine include hybrid vehicles and stationary hybrid generators.
ハイブリッド機関の内燃機関にディーゼルエンジンを用いる場合には、従来と同じく、ディーゼルエンジンの排ガスに含有される粒子状物質(PM)や窒素酸化物(NOx)などの有害物質を除去するための浄化システムが必要となる。前者のPMについては、セラミックス製のハニカム状多孔体のフィルターによりPMを捕集するPM捕集フィルターが主に用いられている。また、後者のNOxについては、還元剤触媒システムやNOx吸蔵還元触媒などが実用化されている。 When using a diesel engine as an internal combustion engine of a hybrid engine, a purification system for removing harmful substances such as particulate matter (PM) and nitrogen oxide (NOx) contained in the exhaust gas of a diesel engine as in the past Is required. As for the former PM, a PM collection filter for collecting PM by a ceramic honeycomb porous filter is mainly used. For the latter NOx, a reducing agent catalyst system, a NOx occlusion reduction catalyst, and the like have been put into practical use.
上記のPM捕集フィルターは、排ガス中のPMをフィルタで捕集して浄化するものであるが、フィルターの目詰まりを防ぐために、捕集限界量に達する前にPMを燃焼させて除去する必要がある(例えば、特許文献1を参照)。 The above PM collection filter collects and purifies PM in exhaust gas with a filter. In order to prevent clogging of the filter, it is necessary to burn and remove PM before reaching the collection limit. (For example, refer to Patent Document 1).
排ガスの温度が500℃以上などの高温であるときには、PMは連続的に自然燃焼する。しかし、排ガスの温度が低温のときには、排ガス中に未燃燃料を供給して、未燃燃料の炭化水素(HC)をフィルターの前段に配置された酸化触媒(DOC)で燃焼させ、その酸化反応熱を利用してDOCを600℃程度に加熱することで排ガスを昇温してPMを強制的に燃焼させるPM再生が必要となる。 When the temperature of the exhaust gas is a high temperature such as 500 ° C. or higher, PM spontaneously burns continuously. However, when the temperature of the exhaust gas is low, unburned fuel is supplied into the exhaust gas, and the hydrocarbon (HC) of the unburned fuel is burned by the oxidation catalyst (DOC) arranged in the front stage of the filter, and the oxidation reaction By heating the DOC to about 600 ° C. using heat, PM regeneration is required to raise the temperature of the exhaust gas and forcibly burn PM.
従来は、PM再生を行う際には、DOCを未燃燃料が燃焼する活性化温度(例えば、約300〜400℃)まで昇温させるために、内燃機関の出力を増加させるなどして、前もって排ガスの温度を高める操作を行う必要があった。そのため、PM再生を行うことができる時期が限られるとともに、内燃機関の燃費の悪化を招くという問題があった。 Conventionally, when performing PM regeneration, in order to raise the temperature of the DOC to an activation temperature (for example, about 300 to 400 ° C.) at which the unburned fuel burns, the output of the internal combustion engine is increased in advance. It was necessary to perform an operation for increasing the temperature of the exhaust gas. For this reason, there is a problem that the period in which PM regeneration can be performed is limited, and the fuel consumption of the internal combustion engine is deteriorated.
本発明の目的は、従来よりも燃費を悪化させることなく、PM再生を常時行うことができるハイブリッド機関及びその制御方法を提供することにある。 An object of the present invention is to provide a hybrid engine that can always perform PM regeneration without deteriorating the fuel consumption as compared with the prior art, and a control method therefor.
上記の目的を達成する本発明のハイブリッド機関は、請求項1〜3に記載のハイブリッド機関である。 The hybrid engine of the present invention that achieves the above object is the hybrid engine according to claims 1 to 3 .
また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド機関の制御方法は、請求項4及び請求項5に記載のハイブリッド機関の制御方法である。
The hybrid engine control method of the present invention that achieves the above object is the hybrid engine control method according to
本発明のハイブリッド機関及びその制御方法によれば、従来のように内燃機関(すなわち、エンジン)の排ガスの温度を高める操作を行う必要がないため、燃費を向上することができる。また、内燃機関の運転状態にかかわりなく、PM捕集フィルターを昇温できるので、PM再生を常時行うことができる。 According to the hybrid engine and the control method thereof of the present invention, since it is not necessary to perform an operation for increasing the temperature of exhaust gas of an internal combustion engine (that is, an engine) as in the prior art, fuel efficiency can be improved. Further, regardless of the operating state of the internal combustion engine, since the PM trapping filter can be warm, it is possible to perform PM regeneration at all times.
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
図1は、本発明の実施形態からなるハイブリッド機関を駆動源とするハイブリッド車両の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of a hybrid vehicle that uses a hybrid engine according to an embodiment of the present invention as a drive source.
このハイブリッド車両(以下、「HEV」という。)1は、左右一対の駆動輪2、2に駆動力を伝達する出力軸3に、変速機4を介して連結するディーゼルエンジン5及び電動モータ6と、その電動モータ6にインバータ7を通じて電気的に接続するバッテリー8とを有するハイブリッドシステム9を備えている。変速機4とディーゼルエンジン5との間には、湿式多板クラッチ10及び流体継手11が順に設けられている。また、変速機4と電動モータ6との間には、駆動力を断接するモータ用クラッチ12が介設されている。
This hybrid vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) 1 includes a
更に、このHEV1は、ディーゼルエンジン5の排ガスGが流れる排気管13の途中に介設された触媒コンバータ14と、その触媒コンバータ14の上流側に設置された未燃燃料供給手段である噴射ノズル15とを有する排ガス浄化システム16を備えている。太径の触媒コンバータ14内には、前段に酸化触媒(DOC)17が配置されたPM捕集フィルター18が格納されている。なお、未燃燃料供給手段としては、噴射ノズル15の代わりに、ディーゼルエンジン5の気筒への燃料噴射におけるポスト噴射を用いることもできる。
Further, the HEV 1 includes a
DOC17は、排ガスGの混合機能を有する構造に成形した金属製の担持体に、ロジウム、酸化セリウム、白金、酸化アルミニウム等を担持して形成される。また、PM捕集フィルター18は、多孔質セラミック製のハニカムのチャンネル(セル)の入口と出口を交互に目封じしたモノリスハニカム型のウオールフロータイプのフィルターから形成される。なお、このフィルターに、白金、パラジウム及びロジウムなどの貴金属からなる酸化触媒と、酸化セリウム等からなるPM酸化触媒とを担持させる場合もある。
The
この触媒コンバータ14の入口近傍及び出口近傍には、入口圧力センサ19及び出口圧力センサ20が、それぞれ設置されている。これらの入口圧力センサ19及び出口圧力センサ20は、触媒コンバータ14における排ガスGの差圧を測定することで、PM捕集フィルター18のPM再生を行うタイミングを確認することを目的としている。
An
このようなHEV1において、切替スイッチ21を介してインバータ7及びバッテリー8に切替可能に電気的に接続された電熱体22が、PM捕集フィルター18の前面に対向するように配置されている。この電熱体22の形状は特に限定するものではないが、電熱線23を円状に複数巻き回した形状(図2を参照)や、円板24に排ガスGの通気孔25を複数設けた形状(図3を参照)などが好ましく例示される。
In such an HEV 1, an
なお、上記のように電熱体22を捕集フィルター18の前面に対向して配置する代わりに、PM捕集フィルター18内に埋設して配置するようにしてもよい。このときの電熱体22の形状は特に限定するものではないが、PM捕集フィルター18のフィルター18aの周面下に、電熱線23を蛇行状に鋳込んだ形状(図4を参照)などが好ましく例示される。
In addition, instead of arranging the
また、切替スイッチ21としては、電熱体22に接続する接点cを共通接点とする2回路2接点で中点OFF(ON−OFF−ON)の回路スイッチが例示される。なお、図1では、切替スイッチ21が中点OFFの状態を示している。
Further, as the changeover switch 21, a circuit switch that is a midpoint OFF (ON-OFF-ON) with two circuits and two contacts having a contact c connected to the
更に、触媒コンバータ14の入口近傍には、排ガスGの温度を測定する温度センサ26が設置されている。この温度センサ26により、直接的な測定が困難であるDOC17の温度を推定することが可能となる。
Further, a
上記のハイブリッドシステム9及び排ガス浄化システム16の各部品、並びに切替スイッチ21及び温度センサ26は、制御手段であるECU27に信号線(一点鎖線で示す)を通じて接続されている。
Each component of the hybrid system 9 and the exhaust
このようなHEV1におけるECU27による制御方法の第1の実施形態を、図5に基づいて以下に説明する。
A first embodiment of the control method by the
ECU27は、入口圧力センサ19及び出口圧力センサ20の測定値から触媒コンバータ14における排ガスGの差圧Pを算出し(S10)、その差圧Pが予め設定されたしきい値以上であるかを判定する(S12)。差圧Pがしきい値以上であるときには、PM捕集フィルター18が再生待ち状態になったと判断し、更に温度センサ26の測定値TがDOC17の活性化温度の下限値(例えば、300℃)未満であるかを確認する(S14)。
The
温度センサ26の測定値Tが活性化温度の下限値未満であるときには、HEV1において電動モータ6の発電が行われているかを確認する(S16)。
When the measured value T of the
そして、HEV1において電動モータ6の発電が行われていない場合(例えば、通常走行時や停止時など)には、バッテリー8に充電されている電力が電熱体22へ供給されるように切替スイッチ21をバッテリー8側の端子へ切り替える(S18)。
When the
一方、HEV1において電動モータ6の発電が行われている場合(例えば、制動時やアイドリング時など)には、電動モータ6が発電する電力が電熱体22へ供給されるように切替スイッチ21を電動モータ6側6の端子へ切り替える(S22)。このとき、電動モータ6が発電する電力を電熱体22へ直接供給するので、バッテリー8における充電損失を回避して、有効に電力を使用することができる。
On the other hand, when the
上記のように電熱体22へ電力が供給されると電熱体22が発熱するので、PM捕集フィルター18へ流入する排ガスGの温度が上昇し、かつ電熱体22の放射熱によりPM捕集フィルター18自体も加熱されるため、PM捕集フィルター18はPMが内部で燃焼する温度(例えば、約500℃)以上の温度に早期に昇温されてPM再生が開始されて、PM捕集フィルター18内のPMが燃焼除去される。
When electric power is supplied to the
そして、DOC17の温度が活性化温度の下限値以上になったかを判定し(S24)、下限値以上になったときには、電熱体22への電力の供給が停止されるように切替スイッチ21を中点に切り替えてから(S26)、噴射ノズル15からの未燃燃料の供給を開始する(S28)。これにより、未燃燃料がDOC17内で燃焼し、その酸化反応熱でDOC17が高温に維持されて、通過する排ガスGが昇温されるのでPM再生が継続される。
Then, it is determined whether or not the temperature of the
最後に、PM再生が終了したか否かを判定し(S30)、PM再生が終了していれば未燃燃料の供給を停止して制御を終了する。このPM再生終了の判定方法としては、予め設定された時間の経過時や、触媒コンバータ14における排ガスGの差圧Pに基づく方法などが例示される。
Finally, it is determined whether PM regeneration has ended (S30). If PM regeneration has ended, the supply of unburned fuel is stopped and the control is ended. Examples of the PM regeneration end determination method include a method based on the elapse of a preset time or a method based on the differential pressure P of the exhaust gas G in the
このようにすることで、従来のようにディーゼルエンジン5側で排ガスGの温度を高める操作を行う必要がないため、HEV1の燃費を向上することができる。また、HEV1の運転状態にかかわりなくPM捕集フィルター18をPMが燃焼する温度以上に昇温できるので、PM再生を常時行うことができる。
By doing in this way, since it is not necessary to perform the operation which raises the temperature of exhaust gas G by the
HEV1におけるECU27による制御方法に係る第2の実施形態を、図6に基づいて以下に説明する。
A second embodiment relating to a control method by the
上記の第1の実施形態においては、HEV1において電動モータ6の発電が行われていないとしてステップ18以降が選択された場合には、バッテリー8の充電容量が限られているため、排ガスGの温度やPM捕集フィルター18の条件などによっては、バッテリー8から供給される電力だけでは、PM捕集フィルター18をPMが燃焼する温度まで昇温できないケースや、昇温できても長時間かかるケースなどが発生するおそれがある。
In the first embodiment, when the
そのため、本実施形態では、ステップ18の後にバッテリー8のSOC(充電容量)が予め定められた値(所定値)以上であるかを確認し(S19)、所定値未満であるときには、モータ用クラッチ12を接続して(S20)、ディーゼルエンジン5の駆動力の一部を用いて電動モータ6を発電させて、その電力が電熱体22へ供給されるように切替スイッチ21を電動モータ6側の端子へ切り替える(S21)ようにする。このとき、モータ用クラッチ12を接続することにより、ディーゼルエンジン5に負荷がかかるので、排ガスGの温度が上昇するため、PM捕集フィルター18の昇温速度が増加する。なお、SOCの所定値としては、HEV1の運転に影響を与えるおそれのある充電容量値(例えば、約10〜20%)などが例示される。
Therefore, in this embodiment, after
このように本実施形態では、第1の実施形態よりも確実かつ早期にPM再生を行うことができる。 Thus, in the present embodiment, PM regeneration can be performed more reliably and earlier than in the first embodiment.
本発明のハイブリッド機関及びその制御方法は、上述したハイブリッド車両などの移動体に限らず、固定式の動力発生機や発電機などにも適用される。 The hybrid engine and the control method thereof according to the present invention are not limited to the moving body such as the hybrid vehicle described above, but are also applied to a fixed power generator, a generator, and the like.
1 HEV
5 ディーゼルエンジン
6 電動モータ
8 バッテリー
9 ハイブリッドシステム
12 モータ用クラッチ
13 排気管
15 噴射ノズル
16 排ガス浄化システム
17 DOC
18 PM捕集フィルター
21 切替スイッチ
22 電熱体
27 ECU
1 HEV
5
18 PM collection filter 21
Claims (5)
前記バッテリー及び電動モータに切替スイッチを介して切替可能に接続する電熱体を、前記PM捕集フィルターの前面に対向して、又は前記PM捕集フィルター内に埋設して配置し、
前記制御手段は、前記PM捕集フィルターが再生待ち状態になり、かつ前記酸化触媒の温度が該酸化触媒の活性化温度未満であるときは、前記切替スイッチを制御して、前記バッテリーに蓄えられた電力又は前記電動モータが発電する電力を前記電熱体に供給して発熱させることで、前記PM捕集フィルターを該PM捕集フィルター内でPMが燃焼する温度以上に昇温し、
前記制御手段は、前記電動モータが発電する電力を前記電熱体に供給する場合において、前記エンジンの駆動力の一部により前記電動モータを駆動して発電させることを特徴とするハイブリッド機関。 A hybrid system using at least one of an electric motor connected to a battery and an engine as a drive source, an exhaust gas purification system having a PM collection filter interposed in the exhaust pipe of the engine and having an oxidation catalyst in the previous stage, and the hybrid system And a hybrid engine having a control means for controlling the exhaust gas purification system,
An electric heating body that is switchably connected to the battery and the electric motor via a changeover switch is disposed opposite the front surface of the PM collection filter or embedded in the PM collection filter.
The control means controls the changeover switch and stores the PM collection filter in the battery when the PM collection filter is in a regeneration waiting state and the temperature of the oxidation catalyst is lower than the activation temperature of the oxidation catalyst. The temperature of the PM collection filter is raised to a temperature higher than the temperature at which PM burns in the PM collection filter by supplying the electric power generated by the electric power generated by the electric motor or the electric motor to generate heat.
The control means, when supplying electric power generated by the electric motor to the electric heating body, drives the electric motor by a part of the driving force of the engine to generate electric power.
前記制御手段は、前記酸化触媒が前記活性化温度に到達したときに、前記電熱体への電力の供給を停止するとともに、前記未燃燃料供給手段を起動させる請求項1又は2に記載のハイブリッド機関。 The hybrid engine includes unburned fuel supply means for supplying unburned fuel into the exhaust pipe,
3. The hybrid according to claim 1, wherein when the oxidation catalyst reaches the activation temperature, the control unit stops the supply of electric power to the electric heating body and activates the unburned fuel supply unit. organ.
前記PM捕集フィルターが再生待ち状態になり、かつ前記酸化触媒の温度が該酸化触媒の活性化温度未満であるときは、前記バッテリーに蓄えられた電力又は前記電動モータが発電する電力を、前記PM捕集フィルターの前面に対向して、又は前記PM捕集フィルター内に埋設して配置された電熱体に供給して発熱させることで、前記PM捕集フィルターを該PM捕集フィルター内でPMが燃焼する温度以上に昇温し、When the PM collection filter is in a regeneration standby state and the temperature of the oxidation catalyst is lower than the activation temperature of the oxidation catalyst, the electric power stored in the battery or the electric power generated by the electric motor is The PM trapping filter is heated within the PM trapping filter by supplying heat to an electric heating element disposed opposite to the front surface of the PM trapping filter or embedded in the PM trapping filter. Rises above the temperature at which it burns,
前記電動モータが発電する電力を前記電熱体に供給する場合において、前記エンジンの駆動力の一部により前記電動モータを駆動して発電させることを特徴とするハイブリッド機関の制御方法。A control method for a hybrid engine, wherein when the electric power generated by the electric motor is supplied to the electric heating element, the electric motor is driven by a part of the driving force of the engine to generate electric power.
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