JP6655042B2

JP6655042B2 - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP6655042B2
Application number: JP2017081515A
Authority: JP
Inventors: 孝輔桑原
Original assignee: Subaru Corp
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2017-04-17
Filing date: 2017-04-17
Publication date: 2020-02-26
Anticipated expiration: 2037-04-17
Also published as: US10807587B2; CN108725429B; CN108725429A; US20180297579A1; JP2018177063A

Description

本発明は、エンジンおよびモータジェネレータを用いて駆動輪を駆動するハイブリッド車両に関する。

従来、駆動源としてエンジンおよびモータジェネレータを備え、エンジンおよびモータジェネレータを用いて駆動輪を駆動するハイブリッド車両が知られている（例えば、特許文献１）。このようなハイブリッド車両では、モータジェネレータと駆動輪とが動力伝達経路を介して接続され、この動力伝達経路とエンジンとがクラッチを介して接続される。そして、クラッチを開放することでモータジェネレータのみで走行するＥＶ走行モードが実施され、クラッチを締結することでモータジェネレータおよびエンジンで走行するＨＥＶモードが実施される。

特開２０１２−８６７３５号公報

上記エンジンを備えたハイブリッド車両等においては、エンジンから排出された排気ガスに含まれる汚染物質を浄化するために、触媒が設けられている。触媒は、所定の活性温度範囲で汚染物質を除去する。このため、排気ガスの量が少ない、もしくは、排気ガスが生じない減速状態においては、触媒の温度が活性温度未満になることがあり、触媒による汚染物質の除去効率が低下してしまうという問題がある。

そこで、本発明は、減速状態である場合であっても、触媒の温度低下を抑制することが可能なハイブリッド車両を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、前記エンジンの排気路に設けられた触媒と、前記エンジンに接続され、電力を回生可能なモータジェネレータと、前記エンジンと前記モータジェネレータとを駆動制御するコンピュータと、を備え、前記コンピュータは、前記エンジンと前記モータジェネレータとを含む車両が減速状態であることを判定し、前記車両が減速状態であることの判定に応じて、前記モータジェネレータによる回生トルク量を導出し、前記触媒の温度、および、触媒活性温度に基づいて決定される上限回生トルク量と、導出された前記回生トルク量との差分である差分回生トルク量を導出し、前記車両が減速状態である場合であって、前記触媒の温度が前記触媒活性温度未満である場合に、前記車両が減速状態になった場合の前記触媒の温度低下を抑制するように、前記差分回生トルク量に基づいて、前記エンジンから出力されるトルクを増加させ、前記エンジンから出力されたトルクによって前記モータジェネレータで電力を回生させる。

また、前記上限回生トルク量は、前記モータジェネレータによって回生される電力を蓄電するバッテリが過充電されない回生トルク量であってもよい。

また、前記コンピュータは、前記エンジンの燃焼室における点火時期を、減速状態でない場合より遅角させてもよい。

本発明によれば、減速状態である場合であっても、触媒の温度低下を抑制することが可能となる。

ハイブリッド車両の構成を説明する図である。ＨＥＶＣＵによる触媒暖機処理を実行する際の車速、回生トルク量、触媒の温度、エンジンの回転数を説明する図である。ハイブリッド車両による触媒暖機処理の流れを説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、ハイブリッド車両１００の構成を説明する図である。なお、図１中、信号の流れを破線の矢印で示す。

図１に示すように、ハイブリッド車両１００（車両）を構成するエンジン１１０は、ガソリンエンジンやディーゼルエンジンで構成される。エンジン１１０は、不図示の燃焼室において燃料を燃焼させることで、駆動力（トルク）を得る。エンジン１１０の燃焼室において生じた排気ガスは排気路１１２を通じて外部に排気される。排気路１１２には、触媒１２０が設けられている。触媒１２０は、例えば、三元触媒であり、排気ガスに含まれる汚染物質（炭化水素（ＨＣ：Hydro Carbon）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物(ＮＯｘ)）を浄化する。

一方、エンジン１１０によって得られた駆動力は、クランクシャフト１１４、入力シャフト１１６を介して無段変速機（ＣＶＴ）１６０に出力される。なお、クランクシャフト１１４と入力シャフト１１６との間には、クラッチ１３０が設けられる。

モータジェネレータ１４０は、ハイブリッド車両１００の駆動用のバッテリ１５０に接続され、バッテリ１５０からの電力を受けてモータ回転軸１４２（駆動軸１６２）に駆動力（トルク）を伝達する。また、モータジェネレータ１４０は、ハイブリッド車両１００の減速時、ブレーキの代わりに、または、ブレーキとともにハイブリッド車両１００に制動力を作用させ、駆動軸１６２（モータ回転軸１４２）のトルクを受けて、電力を生成（回生）する。モータ回転軸１４２は、無段変速機１６０を介して、入力シャフト１１６に連結される。

バッテリ１５０は、モータジェネレータ１４０に電力を供給するとともに、モータジェネレータ１４０によって回生された電力を蓄電する。

無段変速機１６０は、プライマリプーリ、セカンダリプーリ、ベルトを含んで構成される。無段変速機１６０のプライマリプーリに入力シャフト１１６が固定され、セカンダリプーリに駆動軸１６２が固定され、プライマリプーリとセカンダリプーリにベルトが架け渡されている。そして、プライマリプーリとセカンダリプーリとの間隔が変更されることにより、エンジン１１０およびモータジェネレータ１４０のトルクが無段階で変速されて、駆動軸１６２に伝達される。

駆動軸１６２には、車輪１７０が接続されており、無段変速機１６０によって変速されたトルク（伝達動力）を、車輪１７０に伝達する。また、駆動軸１６２は、車輪１７０が回転することによるトルクを、無段変速機１６０を介してモータ回転軸１４２に伝達する。

ＨＥＶＣＵ（Hybrid and Electric Vehicles Control Unit）２１０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＡＭ（Random Access Memory）、ＲＯＭ（Read Only Memory）を含むマイクロコンピュータで構成され、ハイブリッド車両１００の各部を統括制御する。ＨＥＶＣＵ２１０は、アクセルペダルの踏み込み量、ブレーキペダルの踏み込み量、シフトレバーのシフトポジション、車速センサ１８０から入力される車速、スロットル開度センサ１８２から入力されるスロットル開度等に基づいて、エンジン１１０や、モータジェネレータ１４０の駆動をＥＣＵ（Engine Control Unit）２２０およびＭＣＵ（Motor Control Unit）２３０を介して適宜制御する。

ＥＣＵ２２０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータで構成され、ＨＥＶＣＵ２１０の制御に基づいて、エンジン１１０を駆動制御する。ＭＣＵ２３０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータで構成され、ＨＥＶＣＵ２１０の制御に基づいて、モータジェネレータ１４０を駆動制御および回生制御する。

ＴＣＵ（Transmission Control Unit）２４０は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを含むマイクロコンピュータで構成され、ＨＥＶＣＵ２１０の制御に基づいて、クラッチ１３０の締結状態および開放状態を切り替える。また、ＴＣＵ２４０は、無段変速機１６０の駆動を制御する。

図２は、ＨＥＶＣＵ２１０による触媒暖機処理を実行する際の車速、回生トルク量、触媒１２０の温度、エンジン１１０の回転数を説明する図である。図２（ａ）は縦軸に車速（ｋｍ／ｈ）、横軸に時間を示す。図２（ｂ）は縦軸に回生トルク量（Ｎ／ｍ）、横軸に時間を示す。図２（ｃ）は縦軸に触媒１２０の温度（℃）を示し、横軸に時間を示す。図２（ｄ）は縦軸にエンジン１１０の回転数（ｒｐｍ）を示し、横軸に時間を示す。

図２（ａ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで、ハイブリッド車両１００が加速状態であるとする。この場合、図２（ｂ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１までにおいて、モータジェネレータ１４０による回生トルク量は、０Ｎ／ｍとなる。また、図２（ｄ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１に経過するにしたがって、エンジン１１０の回転数は上昇する。このため、時刻ｔ０から時刻ｔ１に経過するにしたがって、排気ガスの量が増加し、排気ガスによって触媒が昇温される。したがって、図２（ｃ）に示すように、時刻ｔ０から時刻ｔ１に経過するにしたがって、触媒１２０の温度は上昇する。

ここで、時刻ｔ１において、ハイブリッド車両１００が加速状態から減速状態に切り換わったとする。そうすると、図２（ｂ）に示すように、モータジェネレータ１４０は、車輪１７０の回転に応じて電力（図２（ｂ）中、ハッチングで示す）を回生する。ここで、モータジェネレータ１４０は、ブレーキペダルの踏み込み量および車速に基づいてＨＥＶＣＵ２１０によって決定された回生トルク量に応じた電力を回生する。

また、減速状態において、クラッチ１３０によってエンジン１１０（クランクシャフト１１４）と入力シャフト１１６とが切り離される従来技術では、エンジン１１０がアイドル状態となる、もしくは、燃料が供給されないため、図２（ｄ）中破線で示すように、エンジン１１０の回転数が低下する。つまり、従来技術では、車両が減速状態である場合に、エンジンの燃焼室において燃焼が行われない、もしくは、加速状態と比較して排気ガスの量が少ない。このため、図２（ｃ）中破線で示すように、触媒１２０の温度が低下してしまう。

そこで、本実施形態において、ＨＥＶＣＵ２１０は、減速状態において、エンジン１１０を駆動して、触媒１２０の暖機処理を遂行する。具体的に説明すると、本実施形態において、ＨＥＶＣＵ２１０は、温度取得部２５０、回生導出部２５２、差分導出部２５４、駆動制御部２５６としても機能する。

温度取得部２５０は、触媒１２０の温度を取得する。具体的に説明すると、本実施形態において、温度取得部２５０は、ＥＣＵ２２０から取得したエンジン１１０の回転数、スロットル開度センサ１８２から取得したスロットル開度（空気量）に基づいて、触媒１２０の温度を推定する。また、温度取得部２５０は、ＭＣＵ２３０からバッテリ１５０の温度を取得する。

回生導出部２５２は、減速状態である場合に、モータジェネレータ１４０による電力の回生トルク量（減速回生トルク量）を導出する（図２（ｂ）においてハッチングで示す）。具体的に説明すると、本実施形態において、回生導出部２５２は、ブレーキペダルの踏み込み量と、車速とに基づいて、減速回生トルク量を導出する。例えば、ブレーキペダルの踏み込み量と、車速とが関連付けられたマップを、不図示のメモリに保持しておき、回生導出部２５２は、マップを参照して減速回生トルク量を導出する。

差分導出部２５４は、温度取得部２５０が取得した触媒１２０の温度が、所定の触媒活性温度未満である場合に、所定の上限回生トルク量と、減速回生トルク量との差分である差分回生トルク量を導出する。ここで、触媒活性温度は、例えば、触媒１２０の活性温度範囲の下限値である。また、上限回生トルク量は、モータジェネレータ１４０の回生トルク量の上限値未満の値であり、バッテリ１５０の温度と、充電残量（ＳＯＣ：State Of Charge）と、安全率とに基づいて、例えば、バッテリ１５０が過充電されない値に決定される。

駆動制御部２５６は、減速状態である場合（時刻ｔ１から時刻ｔ２）であって、温度取得部２５０が取得した触媒１２０の温度が触媒活性温度未満である場合に、エンジン１１０から出力されるトルクを、差分回生トルク量（図２（ｂ）中、クロスハッチングで示す）に増加させるように、ＥＣＵ２２０を制御する。また、駆動制御部２５６は、エンジン１１０から出力されたトルクによってモータジェネレータ１４０で電力を回生させるように、ＭＣＵ２３０を制御する。

以上説明したように、本実施形態にかかるハイブリッド車両１００によれば、減速状態である場合に、エンジン１１０から出力されるトルクを増加させることができ（図２（ｄ）中、実線で示す）、排気ガスを増加させることが可能となる。したがって、排気ガスが有する熱で触媒１２０を暖機することが可能となる。このため、図２（ｃ）の実線で示すように、触媒１２０の温度低下を抑制することができ、触媒１２０の活性効率の低下を抑制することが可能となる。

また、上限回生トルク量は、バッテリ１５０の温度と、充電残量（バッテリ１５０の容量）と、安全率とに基づいて決定されるため、バッテリ１５０が過充電されてしまう事態を回避することができる。したがって、バッテリ１５０の劣化を抑制することが可能となる。

また、駆動制御部２５６は、エンジン１１０の燃焼室における点火時期を、ハイブリッド車両１００が減速状態でない場合より遅角させるように、ＥＣＵ２２０を制御する。これにより、燃焼効率を低下させて、排気ガスの温度を上昇させることが可能となる。したがって、触媒１２０の暖機を効率よく行うことができる。

（触媒暖機処理）
続いて、上記ハイブリッド車両１００を用いた触媒暖機処理について説明する。図３は、ハイブリッド車両１００による触媒暖機処理の流れを説明するフローチャートである。当該触媒暖機処理は、所定時間間隔の割込処理として実行される。

（減速状態判定処理Ｓ１１０）
ＨＥＶＣＵ２１０は、ハイブリッド車両１００が減速状態であるか否かを判定する。具体的に説明すると、ＨＥＶＣＵ２１０は、アクセルペダルの踏み込み量が０であり、ブレーキペダルの踏み込み量が正である場合に、ハイブリッド車両１００が減速状態であると判定する。その結果、減速状態であると判定した場合には、車速判定処理Ｓ１２０に処理を移し、減速状態ではないと判定した場合には、当該触媒暖機処理を終了する。

（車速判定処理Ｓ１２０）
ＨＥＶＣＵ２１０は、車速センサ１８０から入力された車速ＶＳが、所定の車速下限値Ｖｍｉｎを上回るか否かを判定する。その結果、車速ＶＳが車速下限値Ｖｍｉｎを上回ると判定した場合には、触媒温度判定処理Ｓ１３０に処理を移し、車速ＶＳが車速下限値Ｖｍｉｎ以下であると判定した場合には（図２（ａ）中、時刻ｔ２）、エンジン停止処理Ｓ１８０に処理を移す。

（触媒温度判定処理Ｓ１３０）
差分導出部２５４は、温度取得部２５０が取得した触媒１２０の温度Ｃａｔが、触媒活性温度Ｃｍｉｎ未満であるか否かを判定する。その結果、触媒１２０の温度Ｃａｔが触媒活性温度Ｃｍｉｎ未満であると判定した場合には減速回生トルク量導出処理Ｓ１４０に処理を移し、触媒１２０の温度Ｃａｔが触媒活性温度Ｃｍｉｎ未満ではないと判定した場合には当該触媒暖機処理を終了する。

（減速回生トルク量導出処理Ｓ１４０）
回生導出部２５２は、ブレーキペダルの踏み込み量と、車速とに基づいて、減速回生トルク量を導出する。

（上限回生トルク量導出処理Ｓ１５０）
差分導出部２５４は、バッテリ１５０の温度と、充電残量と、安全率とに基づいて、上限回生トルク量を導出する。

（差分回生トルク量導出処理Ｓ１６０）
差分導出部２５４は、上記上限回生トルク量導出処理Ｓ１５０で導出された上限回生トルク量と、上記減速回生トルク量導出処理Ｓ１４０で導出された減速回生トルク量との差分である差分回生トルク量を導出する。

（トルク増加処理Ｓ１７０）
駆動制御部２５６は、エンジン１１０から出力されるトルクを、差分回生トルク量に増加させ、エンジン１１０から出力されたトルクによってモータジェネレータ１４０で電力を回生させる。

（エンジン停止処理Ｓ１８０）
駆動制御部２５６は、ＥＣＵ２２０を介し、エンジン１１０を停止させるとともに、モータジェネレータ１４０で回生トルク量を減少させる。エンジン１１０の停止に伴って、エンジン１１０から出力されるトルクの減少に合わせて差分回生トルク量も協調して減少させる。また、エンジン１１０から出力されるトルクおよび差分回生トルク量がゼロになった後にも減速状態が継続している時にはブレーキペダルの踏み込み量と車速とに応じて減速回生トルク量を導出して、モータジェネレータ１４０で電力を回生させる。これにより、回生トルク量が徐々に低下することとなる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

なお、上記実施形態において、温度取得部２５０が、ＥＣＵ２２０から取得したエンジン１１０の回転数、スロットル開度（空気量）に基づいて、触媒１２０の温度を推定する構成を例に挙げて説明した。しかし、触媒１２０の温度を測定する温度センサが設けられている場合、温度取得部２５０は、温度センサが測定した触媒１２０の温度（実測値）を取得してもよい。

また、上記実施形態では、上限回生トルク量が、バッテリ１５０の温度と、充電残量と、安全率とに基づいて決定される構成を例に挙げて説明した。しかし、上限回生トルク量は、触媒１２０の温度と、触媒活性温度とに基づいて決定されてもよい。具体的に説明すると、上限回生トルク量は、モータジェネレータ１４０の最大回生トルク量未満であれば、触媒１２０の温度を触媒活性温度まで昇温するために必要な排気ガスの量（温度）を排出するエンジン１１０のトルクに基づいて決定されてもよい。

また、エンジン１１０が出力できる最大トルクが差分回生トルク量より小さい場合、駆動制御部２５６は、最大トルクでエンジン１１０を駆動させてもよい。また、エンジン１１０が出力できる最大トルクが差分回生トルク量より小さい場合、燃費が良くなるトルク以上のトルク（燃費が悪化するトルク）を出力させないように、エンジン１１０の回転数ごとに上限トルクを設定し、駆動制御部２５６は、上限トルクでエンジン１１０を駆動させてもよい。

また、ＨＥＶＣＵ２１０は、急制動時には、上記触媒暖機処理を行わずともよい。なお、ＨＥＶＣＵ２１０は、ブレーキペダルの踏み込み量やブレーキ液圧に基づいて急制動を判定したり、重力センサの測定値から推定した勾配推定値に基づいて急制動を判定したりしてもよい。

本発明は、エンジンおよびモータジェネレータを用いて駆動輪を駆動するハイブリッド車両に利用できる。

１００ハイブリッド車両
１１０エンジン
１１２排気路
１２０触媒
１４０モータジェネレータ
１５０バッテリ
２５２回生導出部
２５４差分導出部
２５６駆動制御部

Claims

エンジンと、
前記エンジンの排気路に設けられた触媒と、
前記エンジンに接続され、電力を回生可能なモータジェネレータと、
前記エンジンと前記モータジェネレータとを駆動制御するコンピュータと、を備え、
前記コンピュータは、
前記エンジンと前記モータジェネレータとを含む車両が減速状態であることを判定し、
前記車両が減速状態であることの判定に応じて、前記モータジェネレータによる回生トルク量を導出し、
前記触媒の温度、および、触媒活性温度に基づいて決定される上限回生トルク量と、導出された前記回生トルク量との差分である差分回生トルク量を導出し、
前記車両が減速状態である場合であって、前記触媒の温度が前記触媒活性温度未満である場合に、前記車両が減速状態になった場合の前記触媒の温度低下を抑制するように、前記差分回生トルク量に基づいて、前記エンジンから出力されるトルクを増加させ、前記エンジンから出力されたトルクによって前記モータジェネレータで電力を回生させる、
ハイブリッド車両。
前記上限回生トルク量は、前記モータジェネレータによって回生される電力を蓄電するバッテリが過充電されない回生トルク量である請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記コンピュータは、前記エンジンの燃焼室における点火時期を、減速状態でない場合より遅角させる請求項１または２に記載のハイブリッド車両。