JP6430690B2 - ハイブリッド車両の排気浄化装置 - Google Patents
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Description
このような排気浄化装置では、アンモニアに比べて取り扱いが容易な尿素水をエンジンの排ガス中に噴射するのが一般的である。例えば尿素水インジェクタなどから排ガス中に尿素水を噴射して排ガスの熱により加水分解させ、その結果生成されるアンモニアをSCR触媒に供給している。SCR触媒上ではアンモニアと排ガス中のNOxとの間で脱硝反応が生起され、これによりNOxの還元が行われて排ガスが浄化される。
この種の排気浄化装置を備えたハイブリッド車両としては、例えば特許文献1に記載のものを挙げることができる。特許文献1にはシリーズ型ハイブリッド車両に備えられた排気浄化装置が開示されており、エンジンの排気通路にSCR触媒が備えられ、その上流側には尿素水インジェクタが配設されている。
特許文献1のようなシリーズ型ハイブリッド車両であれば、発電機の駆動のためにエンジンを用いるだけのため、アンモニアスリップの防止のために最適なエンジンの運転領域を維持することが比較的容易である。しかしながら、パラレル型ハイブリッド車両では、エンジンをモータと共に走行用動力源として機能させている。このため、車両の走行のためにエンジン駆動力を要する状況では、必ずしもアンモニアスリップの防止に最適なエンジンの運転領域を維持できるとは限らない。
車両が降坂路に到達すると(図8のポイントa)、モータの回生制御を開始し、発電電力の充電によりバッテリのSOC(State Of Charge)が次第に増加する。モータの回生制御中のエンジンは排気温度が低く排ガス流量が少ないため、降坂路の走行中にSCR触媒には多くのアンモニアが吸着される。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両の登坂路の走行時において、エンジン排気温度や排ガス流量の急激な上昇に起因するアンモニアスリップを確実に防止することができるハイブリッド車両の排気浄化装置を提供することにある。
車両が登坂路に到達した時点で、SCR触媒のアンモニア吸着量が目標アンモニア吸着量まで減少するため、より確実にアンモニアスリップを防止することができる。
図1は本実施形態の排気浄化装置が搭載されたハイブリッド型トラックを示す全体構成図である。
ハイブリッド型トラック1はいわゆるパラレル型ハイブリッド車両として構成されており、以下の説明では、車両と称する場合もある。車両1には走行用動力源としてディーゼルエンジン(以下、エンジンという)2、及び例えば永久磁石式同期電動機のように発電機としても作動可能なモータ3が搭載されている。エンジン2の出力軸にはクラッチ4が連結され、クラッチ4にはモータ3の回転軸を介して自動変速機5の入力側が連結されている。自動変速機5の出力側にはプロペラシャフト6を介して差動装置7が連結され、差動装置7には駆動軸8を介して左右の駆動輪9が連結されている。
また、車両ECU13には、図示はしないがクラッチ4を断接操作するアクチュエータ、及び自動変速機5を変速操作するアクチュエータなどが接続されると共に、エンジン制御用のエンジンECU22、インバータ制御用のインバータECU23、及びバッテリ11を管理するバッテリECU24が接続されている。
また、バッテリECU24は、バッテリ11の温度、バッテリ11の電圧、インバータ10とバッテリ11との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果からバッテリ11のSOCを算出し、このSOCを検出結果と共に車両ECU13に出力する。
まず、登坂路の走行時のアンモニアスリップは、エンジン2側の負担の増大による排気温度や排ガス流量の急激な上昇に起因し、ひいては、それ以前の平坦路などの走行中にバッテリ11のSOCが低下して登坂路での走行にモータ3の駆動力を利用できないことに起因する。そこで、平坦路などの走行中にバッテリ11の放電を極力抑制してSOCを温存すれば(以下、SOC温存制御という)、その後の登坂路の走行中にモータ3の駆動力を利用可能となるため、アンモニアスリップを防止できる。
以上の2つの対策を、第1及び第2実施形態として以下に順次説明する。
まず何れの対策においても、車両1が降坂路の走行を終了する時点までに、自車の前方に登坂路が存在することを予測する必要がある。事前に登坂路を予測できなければ、登坂路に到達するまでの走行中に上記SOC温存制御や吸着量減少制御を実行できないためである。そこで、実際に自車が登坂路に到達する以前に、自車の道路上の前方の路面勾配に関する情報を取得しており、そのために図1に示すように、車両ECU13にはナビゲーション装置31(勾配情報取得手段)及び通信装置32(勾配情報取得手段)が接続されている。
通信対象となる情報は多岐にわたり、例えば自車が保有しない地図情報、或いは道路情報(道路のカーブや勾配など)や交通情報(渋滞情報、事故情報、工事情報など)、或いは地域情報(観光スポットの案内など)を路側通信システムや他車から取得したり、逆にこれらの情報を他車に供給したりする。
まず車両ECU13は、ステップS2でナビゲーション装置31及び通信装置32を利用して自車の前方の路面勾配に関する情報を取得する(勾配情報取得手段)。続くステップS4では取得した路面勾配の情報に基づき、自車の前方に登坂路の存在が予測されるか否かを判定し、判定がNoのときにはルーチンを終了する。また、ステップS4の判定がYesの場合にはステップS6に移行し、現在のSCR触媒34へのアンモニアの吸着量が予め設定された上限判定値以上であるか否かを判定する(吸着量判定手段)。上限判定値は、例えばエンジン2を高回転・高負荷域で運転させてもアンモニアスリップを発生しない上限の吸着量として予め設定されている。
なお、SCR触媒34へのアンモニア吸着量は、常に、尿素水インジェクタ35からの尿素水の噴射量に対して、SCR触媒34の入口と出口とのNOx量の偏差を求めることで,SCR触媒34のNOx浄化率を算出し、そのNOx浄化率に基づきアンモニア吸着量を推定する。
この時点の車両1は未だ前方に存在する登坂路には到達しておらず、例えばそれほど起伏の変化しない路面(以下、平坦路という)を走行中である。このような路面では、車両ECU13は走行モードとしてHEVモードを選択し。要求トルクをエンジン2側及びモータ3側に配分する。
その後、車両ECU13はステップS10で車両1が登坂路に到達して登坂路の走行を開始したか否かを判定する。判定がNoの間はステップS8でSOC温存制御を継続し、判定がYesになるとルーチンを終了する。
車両1が降坂路の走行を終了するまでの制御状況は、図8の従来技術と同様である。まず、車両1が降坂路に到達すると(図3のポイントa)、モータ3の回生制御が開始され、発電電力がバッテリ11に充電される。車両1が平坦路に到達するとモータ3の回生制御が終了される(図3のポイントb)。
平坦路から引き続いて登坂路でもHEVモードが継続され、要求トルクの増加に応じてエンジン2側に配分されるトルクも増加する。しかし、このトルク達成のためにエンジン2を高回転・高負荷域で運転させると、排気温度や排ガス流量が上昇してアンモニアスリップが発生してしまう。
次いで、第2実施形態を説明する。
図4は第2実施形態の車両ECU13が実行するアンモニアスリップ抑制ルーチンを示すフローチャートであり、図2に示す第1実施形態のフローチャートと共通する処理には同一のステップ番号を付している。
吸着量減少制御では、尿素水インジェクタ35からの尿素水の噴射を中止すると共に、SCR触媒34に吸着されているアンモニアの脱硝反応を促進するために、エンジンからの排ガスに含まれるNOx量を増やす好適な運転領域でエンジン2を運転させる。このときのエンジン制御は、以下の知見に基づき行われる。
まず、アンモニアとNOxとの反応は1:1であるため、現在のアンモニアの吸着量(NH3 n1)は次式(1)で表すことができる。
次式(2)に基づきNOxを変化させればSCR触媒34へのアンモニアの吸着量を調整可能となる。
NH3 n1−NH3 n-1=−NOx n1 …… (2)
NH3 n1−NH3 n-1=−Trq n1 …… (3)
ここで、車両1が登坂路に到達するまでの時間をΔTとすると、
(NH3 n1−NH3 n-1)/ΔT=−Trq n1/ΔT…… (4)
が成立する。
実際の目標トルクTrq-tgtの算出処理は、図5に示す制御フローに従って車両ECU13により行われる。現在のアンモニア吸着量と目標アンモニア吸着量との偏差、及び登坂路までの時間ΔTに基づき最適値αが算出され、予め設定したマップに従って目標トルクTrq-tgtが算出される。
その後、車両ECU13はステップS10で車両1が登坂路の走行を開始したか否かを判定し、判定がNoの間はステップS22で吸着量減少制御を継続し、判定がYesになるとルーチンを終了する。
車両1が降坂路の走行を終了するまでの制御状況(図6のポイントa〜b)は、図3の第1実施形態と同様である。そして、降坂路が終了して平坦路に移行すると、モータ3の回生制御が終了する。
平坦路の走行中には吸着量減少制御が実行され、尿素水インジェクタ35からの尿素水の噴射が中止されると共に、図5の制御フローから算出された目標トルクTrq-tgtに基づきエンジン2が制御される。結果として平坦路の走行中にエンジントルクは目標トルクTrq-tgtに保たれ、要求トルクに対する不足分がモータ3側のトルクにより補われる。図6中に太い破線で示すように要求トルクが増減した場合でも、エンジントルクは目標トルクTrq-tgtに保持され、モータ3側のトルクが増減することによって要求トルクが達成され続ける。
平坦路の走行中にモータ3を運転させるため、車両1が登坂路に到達した時点ではバッテリ11のSOCが低下し、従来技術と同じく登坂路の走行中にモータ3の駆動力を利用できなくなる。よって、要求トルクの達成のためにエンジン2を高回転・高負荷域で運転させる必要が生じ、その排気温度及び排ガス流量が急激に上昇してしまう。しかしながら、本実施形態では、平坦路の走行中にSCR触媒34のアンモニア吸着量を減少させているため、たとえエンジン2の排気温度及び排ガス流量が上昇したとしてもSCR触媒34から排出されるアンモニアはごく微量であり、アンモニアスリップを未然に防止することができる。
図7は第3実施形態の車両ECU13が実行するアンモニアスリップ抑制ルーチンを示すフローチャートである。
第1,2実施形態と同じくステップS2〜6を実行し、ステップS6の判定がYesのときにはステップS32に移行する。ステップS32では、SCR触媒34へのアンモニアの吸着量が予め設定されたモード判定値未満であるか否かを判定する。モード判定値は、SOC温存制御でも確実にアンモニアスリップを防止可能な上限の吸着量として予め設定されている。
以上の切換処理により、現在のSCR触媒34へのアンモニア吸着量に対して最適な手法によりアンモニアスリップを防止することができる。
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記各実施形態ではハイブリッド型トラック1に具体化したが、これに代えてバスや乗用車に適用してもよい。
3 モータ
11 バッテリ
13 車両ECU
(勾配情報取得手段、吸着量判定手段、SOC温存制御手段、吸着量減少制御手段)
22 エンジンECU(駆動制御手段)
23 インバータECU(駆動制御手段)
31 ナビゲーション装置(勾配情報取得手段)
32 通信装置(勾配情報取得手段)
34 SCR触媒(尿素選択還元型触媒)
Claims (3)
- アンモニアの供給により機能するSCR触媒を排気系に備えたエンジン、及びバッテリからの電力供給により作動するモータを走行用動力源として搭載し、車両を走行させるための要求トルクを上記エンジン側とモータ側とに配分し、該トルク配分に基づき駆動制御手段により上記エンジン及びモータをそれぞれ駆動制御して走行するハイブリッド車両において、
車両の前方の路面勾配に関する情報を取得する勾配情報取得手段と、
上記勾配情報取得手段により取得された情報に基づき上記車両の前方に登坂路の存在を予測したときに、上記SCR触媒のアンモニア吸着量が予め設定された判定値以上であるか否かを判定する吸着量判定手段と、
上記吸着量判定手段により上記SCR触媒のアンモニア吸着量が判定値以上であると判定されたときに、上記車両が登坂路に到達するまでの走行中において、上記要求トルクの配分をエンジン側の負担を増加させモータ側の負担を軽減させるように補正し、補正後のトルク配分に基づき上記駆動制御手段に上記エンジン及びモータをそれぞれ駆動制御させるSOC温存制御手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。 - アンモニアの供給により機能するSCR触媒を排気系に備えたエンジン、及びバッテリからの電力供給により作動するモータを走行用動力源として搭載し、車両を走行させるための要求トルクを上記エンジン側とモータ側とに配分し、該トルク配分に基づき駆動制御手段により上記エンジン及びモータをそれぞれ駆動制御して走行するハイブリッド車両において、
車両の前方の路面勾配に関する情報を取得する勾配情報取得手段と、
上記勾配情報取得手段により取得された情報に基づき上記車両の前方に登坂路の存在を予測したときに、上記SCR触媒のアンモニア吸着量が予め設定された判定値以上であるか否かを判定する吸着量判定手段と、
上記吸着量判定手段により上記SCR触媒のアンモニア吸着量が判定値以上であると判定されたときに、上記車両が登坂路に到達するまでの走行中において、上記SCR触媒へのアンモニアの供給を中止すると共に、上記要求トルクを達成しながら、上記SCR触媒に吸着されているアンモニアの脱硝反応を促進可能な運転領域で上記エンジンを運転するように、上記駆動制御手段に上記エンジン及びモータをそれぞれ駆動制御させる吸着量減少制御手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の排気浄化装置。 - 上記吸着量減少制御手段は、上記車両が登坂路に到達した時点で、上記SCR触媒のアンモニアの吸着量が予めアンモニアスリップを抑制可能な値として設定された目標アンモニア吸着量まで減少するように、上記駆動制御手段に上記エンジンを駆動制御させることを特徴とする請求項2に記載のハイブリッド車両の排気浄化装置。
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