JP6268802B2

JP6268802B2 - ハイブリッド車両及びその制御方法

Info

Publication number: JP6268802B2
Application number: JP2013165685A
Authority: JP
Inventors: 充宏阿曽; 由喜路大倉; 貴赤木
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2013-08-09
Filing date: 2013-08-09
Publication date: 2018-01-31
Anticipated expiration: 2033-08-09
Also published as: JP2015033911A

Description

本発明はハイブリッド車両及びその制御方法に関し、更に詳しくは、ハイブリッド車両のエネルギー回生時において、排ガスの浄化率を低下させることなく燃費を向上させることができるハイブリッド車両及びその制御方法に関する。

近年、燃費向上と環境対策などの観点から、バッテリに接続する電動発電機により、エンジンの駆動力のアシストやエネルギー回生を行うハイブリッド車両が注目されている。

このハイブリッド車両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有害物質を除去するための排ガス浄化システムが必要となる。そのような排ガス浄化システムとしては、未燃炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化する酸化触媒（ＤＯＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するＮＯｘ吸蔵還元型触媒（ＬＮＴ）や選択還元型触媒（ＳＣＲ）、粒子状物質（ＰＭ）を浄化するＰＭ捕集フィルター（ＤＰＦ）などが実用化されている（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、ハイブリッド車両がエネルギー回生を行う減速状態が長く続くと、ディーゼルエンジンにおいて燃焼が行われないため、排ガス浄化システムの温度が低下する。このように排ガス浄化システムの温度が低下すると、ＤＯＣやＬＮＴの触媒温度が活性化温度領域よりも低くなったり、ＰＭ捕集フィルターでＰＭが燃焼しなくなったりするため、排ガスの浄化率の低下を招くことになる。

一方で、ハイブリッド車両に搭載できるバッテリの大きさや性能には制限があるため、バッテリの充電容量が上限に達した後は、エネルギー回生により発電された電力を廃棄せざるえないため、回生エネルギーを有効活用して燃費を向上させるには限りがあるという問題もある。

特開２０１０−１６８９２７号公報

本発明の目的は、ハイブリッド車両のエネルギー回生時において、排ガスの浄化率を低下させることなく燃費を向上させることができるハイブリッド車両及びその制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、バッテリに接続する電動発電機及び内燃機関を有するハイブリッドシステムと、前記内燃機関の排気管に介設された触媒を有する排ガス浄化システムとを備えたハイブリッド車両において、前記ハイブリッドシステム及び前記排ガス浄化システムを制御する制御手段を設置するとともに、前記バッテリに接続する電熱体を、前記排ガス浄化システムに配置し、前記内燃機関のクランク軸に無段変速機構の第１動力伝達部を直結する一方で、前記電動発電機に前記無段変速機構の第２動力伝達部を直結し、前記第１動力伝達部と前記第２動力伝達部との間に無端状の動力伝達部材を掛け回し、前記制御手段は、前記ハイブリッド車両がエネルギー回生時であって、かつ前記バッテリの充電容量が予め設定されたしきい値超であるときにおいて、前記触媒が予め設定された温度範囲の下限値未満である場合には、前記第１動力伝達部の径に対する前記第２動力伝達部の径の比を小さくすることで前記電動発電機が発電する電力を増加させ、この電力を前記電熱体に供給させて前記電熱体を発熱させることで、前記触媒の温度を上昇させて前記触媒を前記温度範囲内に維持することを特徴とするものである。

上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両の制御方法は、バッテリに接続する電動発電機及び内燃機関を有するハイブリッドシステムと、前記内燃機関の排気管に介設された触媒を有する排ガス浄化システムとを備えたハイブリッド車両の制御方法において、前記バッテリに接続する電熱体を、前記排ガス浄化システムに配置し、前記内燃機関のクランク軸に無段変速機構の第１動力伝達部を直結する一方で、前記電動発電機に前記無段変速機構の第２動力伝達部を直結し、前記第１動力伝達部と前記第２動力伝達部との間に無端状の動力伝達部材を掛け回し、前記ハイブリッド車両がエネルギー回生時であって、かつ前記バッテリの充電容量が予め設定されたしきい値超であるときにおいて、前記触媒が予め設定された温度範囲の下限値未満である場合には、前記第１動力伝達部の径に対する前記第２動力伝達部の径の比を小さくすることで前記電動発電機が発電する電力を増加
させ、この電力を前記電熱体に供給させて前記電熱体を発熱させることで、前記触媒の温度を上昇させて前記触媒を前記温度範囲内に維持することを特徴とするものである。

本発明のハイブリッド車両及びその制御方法によれば、ハイブリッド車両がエネルギー回生時であって、かつバッテリがあらかじめ設定されたしきい値超になったときに、そのバッテリから電力を供給して電熱体を加熱することで排気ガス浄化装置の触媒が予め設定された温度範囲内に維持されるようにしたので、ハイブリッド車両のエネルギー回生時における排気ガス浄化装置の温度低下を防止することができるため、排ガスの浄化率が低下することはない。また、バッテリの充電容量に余裕が生じて、エネルギー回生により発電された電力を充電して有効活用できるため、燃費を向上することができる。

本発明の第１の実施の形態からなるハイブリッド車両の構成を示す図である。電熱体の構造の例を示す平面図である。電熱体の構造の他の例を示す平面図である。本発明の第１の実施の形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。本発明の第２の実施の形態からなるハイブリッド車両の構成を示す図である。本発明の第２の実施の形態からなるハイブリッド車両の制御方法を説明するフロー図である。

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。図１は、本発明の第１の実施形態からなるハイブリッド車両の例を示す。

このハイブリッド車両１Ａは、エンジン（内燃機関）１０と電動発電機（Ｍ/Ｇ）２１を有するハイブリッドシステム２を備えている。ハイブリッド車両１Ａのエンジン１０は、エンジン本体（ＥＮＧ）１１と排気通路１２とターボ過給器１３と、排気通路１２に設けられた排気ガス浄化装置（後処理装置）１４を備えている。

エンジン本体１１のクランク軸１５に連結してＣＶＴ１６を設けるとともに、このＣＶＴ１６に電動発電機２１を連結する。つまり、エンジン１０のクランク軸１５にＣＶＴ１６の第１プーリー１６ａを直結するとともに、電動発電機２１にＣＶＴ１６の第２プーリー１６ｂを設けて構成し、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂとを介してクランク軸１５と電動発電機２１との間の動力伝達を行うように構成する。

これらの第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂとの間には無端状のベルト又はチェーン（動力伝達部材）１６ｃが掛け回されており、クランク軸１５から第１プーリー１６ａと動力伝達部材１６ｃと第２プーリー１６ｂを経由して電動発電機２１に、また逆に、電動発電機２１から第２プーリー１６ｂと動力伝達部材１６ｃと第１プーリー１６ａを経由してクランク軸１５に、それぞれ動力が伝達される。

このＣＶＴ１６では、第１プーリー１６ａと第２プーリー１６ｂの幅をそれぞれ変化させることにより、プーリー１６ａ、１６ｂと動力伝達部材１６ｃの接する径方向位置を変えるようにしており、動力伝達部材１６ｃの接する位置が内側になればプーリー径が小さくなり、逆に外側になればプーリー径が大きくなるように構成されている。そして、電子制御による油圧又は電動機構（図示しない）で２個のプーリー１６ａ、１６ｂの幅の拡縮が互いに逆になるように変化させる制御をすることにより、動力伝達部材１６ｃをたるませることなく、変速を連続的に行うことができる。

排気ガス浄化装置１４は、排気通路１２に介設された触媒コンバータ４２を備えており、その内部には触媒４３が格納されている。この触媒４３としては、ＤＯＣ、ＬＮＴ、ＳＣＲ及びＤＰＦのうちのいずれか１つ又は組み合わされた複数が例示される。

ＤＯＣは、排ガス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。

ＬＮＴは、γアルミナ等で形成されたモノリスハニカムのセルの担持体の表面に、触媒金属及びＮＯｘ吸蔵材を担持させて構成される。この触媒金属としてはＰｔやＰｄが用いられる。またＮＯｘ吸蔵材としては、Ｋ、Ｎａ、Ｌｉ、Ｃｓ等のアルカリ金属や、Ｂａ、Ｃａ等のアルカリ土類金属などが用いられる。

ＳＣＲは、鉄イオン交換アルミノシリケートや銅イオン交換アルミノシリケート（又はアルミノホスフェート）などのゼオライト系触媒を含むスラリーをセラミックハニカムなどの担体に塗布したもの、あるいはその成型体として形成される。

ＤＰＦ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。

電力システム２０の一部である電動発電機２１は、発電機として、エンジン１０の駆動力を受けて発電をしたり、又は、ハイブリッド車両１Ａのブレーキ力等の回生力発生による回生発電をしたり、モータとして駆動して、その駆動力をエンジン１０のクランク軸１５に伝達して、エンジン１０の駆動力をアシストしたりする。

なお、発電して得た電力は、配線２２を経由してインバータ（ＩＮＶ）２３で変換して第１バッテリ（充電器：Ｂ１）２４Ａに充電される。また、電動発電機２１を駆動するときは、第１バッテリ２４Ａに充電された電力をインバータ２３で変換して電動発電機２１に供給する。

図１の構成では、更に、ＤＣ−ＤＣコンバータ（ＣＯＮ）２５と第２バッテリ（Ｂ２）２４Ｂを第１バッテリ２４Ａに直列に設けて、第１バッテリ２４Ａの、例えば、一般的な１２Ｖや２４Ｖ以上の高い電圧の電力を、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５で、例えば、１２Ｖに電圧降下させて、第２バッテリ２４Ｂに充電して、この第２バッテリ２４Ｂから補機の冷却ファン２６Ａ、冷却水ポンプ２６Ｂ、潤滑油ポンプ２６Ｃ等に電力を供給するように構成している。

ハイブリッド車両１Ａにおいては、エンジン１０の動力は、動力伝達システム３０の変速機（トランスミッション）３１に伝達され、さらに、変速機３１より推進軸（プロペラシャフト）３２を介して作動装置（デファレンシャルギア）３３に伝達され、作動装置３３より駆動軸（ドライブシャフト）３４を介して車輪３５に伝達される。これにより、エンジン１０の動力が車輪３５に伝達され、ハイブリッド車両１Ａが走行する。なお、エンジン１０の搭載方式によっては、動力伝達システムの伝達経路は異なっていてもよい。

一方、電動発電機２１の動力に関しては、第１バッテリ２４Ａに充電された電力がインバータ２３を介して電動発電機２１に供給され、この電力により電動発電機２１が駆動され動力を発生する。この電動発電機２１の動力は、ＣＶＴ１６を介してクランク軸１５に伝達されて、エンジン１０の動力伝達経路を伝達して、車輪３５に伝達される。

これにより、電動発電機２１の動力がエンジン１０の動力と共に車輪３５に伝達され、ハイブリッド車両１Ａが走行する。なお、回生時には、逆の経路で、車輪３５の回生力、又はエンジン１０の回生力が電動発電機２１に伝達されて、電動発電機２１での発電が可能となる。

また、ハイブリッドシステム用制御装置４１が設けられ、エンジン１０の回転数Ｎｅや負荷Ｑ等の運転状態や電動発電機２１の回転数Ｎａ等の運転状態や第１バッテリ２４Ａ，第２バッテリ２４Ｂの充電容量（ＳＯＣ）の状態をモニターしながら、ＣＶＴ１６や電動発電機２１、インバータ２３、ＤＣ−ＤＣコンバータ２５等を制御する。このハイブリッドシステム用制御装置４１は、通常は、エンジン１０やハイブリッド車両１Ａを制御する全体制御装置４０に組み込まれて構成される。この全体制御装置４０は、エンジン１０の制御では、シリンダ内燃焼やターボ過給器１３や排気ガス浄化装置１４や補機の冷却ファン２６Ａ、冷却水ポンプ２６Ｂ、潤滑油ポンプ２６Ｃなどを制御している。

このようなハイブリッド車両１Ａの排気ガス浄化装置１４において、バッテリ２４Ｂに電気的に接続された電熱体４４が、触媒４３の上流側の面に対向するように配置されている。この電熱体４４の形状は特に限定するものではないが、電熱線４５を円状に複数巻き回した形状（図２を参照）や、円板４６に排ガスの通気孔４７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。

なお、上記のように電熱体４４を触媒４３の前面に対向して配置する代わりに、触媒４３に直接に接触するように配置してもよい。

また、触媒コンバータ４２の入口近傍には、排ガスの温度を測定する温度センサ４８が設置されている。この温度センサ４８により、直接的な測定が困難である触媒４３の温度を推定することが可能となる。

更に、バッテリ２４Ｂと電熱体４４との間には、遠隔操作可能なスイッチ４９が設けられている。

このようなハイブリッド車両１Ａにおける制御方法を図４に基づいて以下に説明する。

ハイブリッドシステム用制御装置４１は、ハイブリッド車両１Ａがエネルギー回生の状態にあるかを判定し（Ｓ１０）、エネルギー回生の状態にあるときには、第１バッテリ２４Ａの充電容量（ＳＯＣ）が予め設定された上限しきい値超であるかを判定する（Ｓ１１）。

なお、ハイブリッド車両１Ａがエネルギー回生の状態となるのは、緩やかな制動時や減速時などが例示される。また、第１バッテリ２４ＡのＳＯＣの上限しきい値としては、８０〜９０％の範囲の値が例示される。

次に、第１バッテリ２４ＡのＳＯＣが上限しきい値超である場合には、温度センサ４８の測定値Ｔを入力し（Ｓ１２）、触媒４３が予め設定された温度範囲の下限値未満であるかを判定する（Ｓ１３）。

触媒４３における予め設定された温度範囲としては、ＤＯＣでは活性化温度領域（例えば、３００〜５００℃）、ＬＮＴ及びＳＣＲでは活性化温度領域（例えば、２００〜５００℃）、ＤＰＦではＰＭがフィルター内部で燃焼する温度領域（例えば、５００℃〜６００℃）などが例示される。

次に、触媒４３が下限値未満である場合には、スイッチ４９をオンにして（Ｓ１４）、第２バッテリ２４Ｂから電力を供給して電熱体４４を発熱させる（Ｓ１５）。この電熱体４４の発熱により、触媒４３が排ガスを通じて間接的に加熱されて温度が上昇する（Ｓ１６）。

そして、触媒４３が予め設定された温度範囲の上限値超であるかを判定し（Ｓ１７）、上限値超である場合にはスイッチ４９をオフにする（Ｓ１８）。これらのステップＳ１２〜Ｓ１８を繰り返すことで、触媒４３を予め設定された温度範囲内に維持する。

このような制御を行うことにより、ハイブリッド車両１Ａのエネルギー回生時における排気ガス浄化装置１４の温度低下を防止することができるので、排ガスの浄化率が低下することはない。また、第１バッテリ２４Ａの充電容量に余裕が生じて、エネルギー回生により発電された電力を充電して有効活用できるため、燃費を向上することができる。

図５は、本発明の第２の実施形態からなるハイブリッド車両を示す。なお、図１と同じ部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

このハイブリッド車両１Ｂにおいては、電熱体４４を電動発電機２１に電気的に接続している。

このようなハイブリッド車両１Ｂにおける制御方法を図６に基づいて以下に説明する。

ハイブリッドシステム用制御装置４１は、ハイブリッド車両１Ｂがエネルギー回生の状態にあるかを判定し（Ｓ２０）、エネルギー回生の状態にあるときには、第１バッテリ２４Ａの充電容量（ＳＯＣ）が予め設定された上限しきい値超であるかを判定する（Ｓ２１）。

次に、第１バッテリ２４ＡのＳＯＣが上限しきい値超である場合には、温度センサ４８の測定値Ｔを入力し（Ｓ２２）、触媒４３が予め設定された温度範囲の下限値未満であるかを判定する（Ｓ２３）。

次に、触媒４３が下限値未満である場合には、第１プーリー１６ａのプーリー径に対する第２プーリー１６ｂのプーリー径の比（プーリー比）を小さくする（Ｓ２４）ことで第２プーリー１６ｂ側を低トルクかつ高回転にして、電動発電機２１が発電する電力を増加させて電熱体４４を発熱させる（Ｓ２５）。この電熱体４４の発熱により、触媒４３が排ガスを通じて間接的に加熱されて温度が上昇する（Ｓ２６）。

そして、触媒４３が予め設定された温度範囲の上限値超であるかを判定し（Ｓ２７）、上限値超である場合には、プーリー比を大きくする（Ｓ２８）ことで第２プーリー１６ｂ側を高トルクかつ低回転にして、電動発電機２１が発電する電力を低下させて電熱体４４の発熱量を小さくすることで触媒４３の温度を降下させる（Ｓ２９）。これらのステップＳ２２〜Ｓ２９を繰り返すことで、触媒４３を予め設定された温度範囲内に維持する。

このような制御を行うことにより、ハイブリッド車両１Ｂのエネルギー回生時における排気ガス浄化装置１４の温度低下を防止することができるので、排ガスの浄化率が低下することはない。また、第１バッテリ２４Ａに充電しきれなかった電力を排気ガス浄化装置１４の温度制御に使用する一方で、既に充電された電力を有効活用できるため、燃費を向上することができる。

１ハイブリッド車両
２ハイブリッドシステム
１０エンジン
１１エンジン本体
１５クランク軸
１６ＣＶＴ
１６ａ第１プーリー
１６ｂ第２プーリー
２１電動発電機
２４Ａ第１バッテリ
２４Ｂ第２バッテリ
４１ハイブリッドシステム用制御装置
４３触媒
４４電熱体
４８温度センサ
４９スイッチ

Claims

バッテリに接続する電動発電機及び内燃機関を有するハイブリッドシステムと、前記内燃機関の排気管に介設された触媒を有する排ガス浄化システムとを備えたハイブリッド車両において、
前記ハイブリッドシステム及び前記排ガス浄化システムを制御する制御手段を設置するとともに、前記バッテリに接続する電熱体を、前記排ガス浄化システムに配置し、
前記内燃機関のクランク軸に無段変速機構の第１動力伝達部を直結する一方で、前記電動発電機に前記無段変速機構の第２動力伝達部を直結し、前記第１動力伝達部と前記第２動力伝達部との間に無端状の動力伝達部材を掛け回し、
前記制御手段は、前記ハイブリッド車両がエネルギー回生時であって、かつ前記バッテリの充電容量が予め設定されたしきい値超であるときにおいて、前記触媒が予め設定された温度範囲の下限値未満である場合には、前記第１動力伝達部の径に対する前記第２動力伝達部の径の比を小さくすることで前記電動発電機が発電する電力を増加させ、この電力を前記電熱体に供給させて前記電熱体を発熱させることで、前記触媒の温度を上昇させて前記触媒を前記温度範囲内に維持することを特徴とするハイブリッド車両。
前記制御手段は、前記ハイブリッド車両がエネルギー回生時であって、かつ前記バッテリの充電容量が前記しきい値超であるときにおいて、前記触媒が前記温度範囲の上限値超になった場合には、前記第１動力伝達部の径に対する前記第２動力伝達部の径の比を大きくすることで前記電動発電機が発電する電力を低下させ、この電力を前記電熱体に供給させて前記電熱体を発熱させることで、前記触媒の温度を低下させて前記触媒を前記温度範囲内に維持する請求項１に記載のハイブリッド車両。
バッテリに接続する電動発電機及び内燃機関を有するハイブリッドシステムと、前記内燃機関の排気管に介設された触媒を有する排ガス浄化システムとを備えたハイブリッド車両の制御方法において、
前記バッテリに接続する電熱体を、前記排ガス浄化システムに配置し、
前記内燃機関のクランク軸に無段変速機構の第１動力伝達部を直結する一方で、前記電動発電機に前記無段変速機構の第２動力伝達部を直結し、前記第１動力伝達部と前記第２動力伝達部との間に無端状の動力伝達部材を掛け回し、
前記ハイブリッド車両がエネルギー回生時であって、かつ前記バッテリの充電容量が予め設定されたしきい値超であるときにおいて、前記触媒が予め設定された温度範囲の下限値未満である場合には、前記第１動力伝達部の径に対する前記第２動力伝達部の径の比を小さくすることで前記電動発電機が発電する電力を増加させ、この電力を前記電熱体に供給させて前記電熱体を発熱させることで、前記触媒の温度を上昇させて前記触媒を前記温度範囲内に維持することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
前記ハイブリッド車両がエネルギー回生時であって、かつ前記バッテリの充電容量が前記しきい値超であるときにおいて、前記触媒が前記温度範囲の上限値超になった場合には、前記第１動力伝達部の径に対する前記第２動力伝達部の径の比を大きくすることで前記電動発電機が発電する電力を低下させ、この電力を前記電熱体に供給させて前記電熱体を発熱させることで、前記触媒の温度を低下させて前記触媒を前記温度範囲内に維持する請求項３に記載のハイブリッド車両の制御方法。