JPWO2012053603A1 - 再生制御装置、ハイブリッド自動車および再生制御方法、並びにプログラム - Google Patents

再生制御装置、ハイブリッド自動車および再生制御方法、並びにプログラム Download PDF

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Abstract

「再生」の工程を短時間で終了させて燃費を向上させること。後処理装置の再生中の減速時には、電動機により走行させ、エンジンは、走行系とは無関係に後処理装置の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を電動機の回生によって発生させるハイブリッド自動車の後処理装置の再生制御装置を構成する。

Description

本発明は、再生制御装置、ハイブリッド自動車および再生制御方法、並びにプログラムに関する。
ディーゼルエンジンを有する車両では、排気ガス中のパティキュレート(Particulate Matter:粒子状物質)などを除去するための後処理装置が備えられている。このような後処理装置では、フィルタが目詰まりすることを避けるためにエンジンを高負荷で運転させてフィルタに溜まったパティキュレートを燃焼させる「再生」と呼ばれる工程を実施する必要がある(たとえば特許文献1参照)。
特開2006−275009号公報
上述した「再生」の工程を実施している期間は、エンジンを高負荷で運転させることが必要である。しかしながら車両が長い下り坂を走行中である場合など、エンジンブレーキを用いる際には、エンジンへの燃料の供給を止めなければならず、この間、「再生」の工程は中断されることになる。
このように「再生」の工程がいったん中断されると、後処理装置の温度が低下するため、再び後処理装置の温度を上昇させるための時間を要し、「再生」の終了が延長される。また、「再生」にはエンジンを高負荷で運転させる必要があるため、「再生」の延長は燃費を悪化させる原因になる。
本発明は、このような背景の下に行われたものであって、「再生」の工程を短時間で終了させて燃費を向上させることができる再生制御装置、ハイブリッド自動車および再生制御方法、並びにプログラムを提供することを目的とする。
本発明の1つの観点は、再生制御装置としての観点である。本発明の再生制御装置は、エンジンと電動機とを有し、エンジンもしくは電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、少なくとも減速中に、電動機により回生発電が可能であり、排気ガスの後処理装置を有するハイブリッド自動車の後処理装置の再生制御装置において、後処理装置の再生中の減速時には、電動機により走行させ、エンジンは、走行系とは無関係に後処理装置の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を電動機の回生によって発生させるものである。
さらに、後処理装置の再生中に、排気ブレーキを稼動させるようにしてもよい。
本発明の他の観点は、本発明の再生制御装置を有することを特徴とするハイブリッド自動車である。
本発明のさらに他の観点は、再生制御方法としての観点である。本発明の再生制御方法は、エンジンと電動機とを有し、エンジンもしくは電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、少なくとも減速中に、電動機により回生発電が可能であり、排気ガスの後処理装置を有するハイブリッド自動車の後処理装置の再生制御方法において、後処理装置の再生中の減速時には、電動機により走行させ、エンジンは、走行系とは無関係に後処理装置の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキが必要な状況下では、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を電動機の回生によって発生させるものである。
本発明のさらに他の観点は、情報処理装置に、本発明の再生制御装置の機能に相当する機能を実現させることを特徴とするプログラムである。
本発明によれば、「再生」の工程を短時間で終了させて燃費を向上させることができる。
本発明の実施の形態のハイブリッド自動車の構成の例を示すブロック図である。 図1のハイブリッドECUにおいて実現される機能の構成の例を示すブロック図である。 図2の後処理装置再生制御部の再生制御処理を示すフローチャートである。
以下、本発明の実施の形態のハイブリッド自動車について、図1〜図3を参照しながら説明する。
(概要)
ハイブリッド自動車は、エンジンと電動機とを有し、エンジンもしくは電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、エンジンブレーキに代えて電動機の回生トルクを制動力として利用できる。そこで本発明の実施の形態のハイブリッド自動車1では、後処理装置の「再生」の期間中の減速時には、エンジンブレーキが必要な状況下であっても電動機の回生トルクによってエンジンブレーキに相当する制動力を得て、エンジンには「再生」のための高負荷運転を継続させるようにする。
(本発明の実施の形態)
図1は、ハイブリッド自動車1の構成の例を示すブロック図である。ハイブリッド自動車1は、車両の一例である。
ハイブリッド自動車1は、エンジン10、エンジンECU(Electronic Control Unit)11、クラッチ12、電動機13、インバータ14、バッテリ15、トランスミッション16、モータECU17、ハイブリッドECU18、車輪19、後処理装置20、排気ブレーキ電磁弁21、キースイッチ22、およびシフト部23を有して構成される。トランスミッション16は、半自動トランスミッションを有し、ドライブレンジ(以下では、D(Drive)レンジと記す)を有するシフト部23により操作される。なお、半自動トランスミッションとは、マニュアルトランスミッションと同じ構成を有しながら変速操作を自動的に行うことができるトランスミッションである。また、請求項でいう「走行系」とは、たとえばクラッチ12、電動機13、トランスミッション16、車輪19などをいう。
エンジン10は、内燃機関の一例であり、エンジンECU11によって制御され、ガソリン、軽油、CNG(Compressed Natural Gas)、LPG(Liquefied Petroleum Gas)、または代替燃料等を内部で燃焼させて、軸を回転させる動力を発生させ、発生した動力をクラッチ12に伝達する。
エンジンECU11は、ハイブリッドECU18からの指示に従うことにより、モータECU17と連携動作するコンピュータであり、燃料噴射量やバルブタイミングなど、エンジン10を制御する。たとえば、エンジンECU11は、CPU(Central Processing Unit)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、マイクロプロセッサ(マイクロコンピュータ)、DSP(Digital Signal Processor)などにより構成され、内部に、演算部、メモリ、およびI/O(Input/Output)ポートなどを有する。
クラッチ12は、ハイブリッドECU18によって制御され、エンジン10からの軸出力を、電動機13およびトランスミッション16を介して車輪19に伝達する。すなわち、クラッチ12は、ハイブリッドECU18の制御によって、エンジン10の回転軸と電動機13の回転軸とを機械的に接続することにより、エンジン10の軸出力を電動機13に伝達させたり、または、エンジン10の回転軸と電動機13の回転軸との機械的な接続を切断することにより、エンジン10の軸と、電動機13の回転軸とが互いに異なる回転速度で回転できるようにする。
たとえば、クラッチ12は、エンジン10の動力によってハイブリッド自動車1が走行し、これにより電動機13に発電させる場合、電動機13の駆動力によってエンジン10がアシストされる場合、および電動機13によってエンジン10を始動させる場合などに、エンジン10の回転軸と電動機13の回転軸とを機械的に接続する。
また、たとえば、クラッチ12は、エンジン10が停止またはアイドリング状態にあり、電動機13の駆動力によってハイブリッド自動車1が走行している場合、およびエンジン10が停止またはアイドリング状態にあり、ハイブリッド自動車1が減速中または下り坂を走行中であり、電動機13が発電している(電力回生している)場合、エンジン10の回転軸と電動機13の回転軸との機械的な接続を切断する。
なお、クラッチ12は、運転者がクラッチペダルを操作して動作しているクラッチとは異なるものであり、ハイブリッドECU18の制御によって動作する。
電動機13は、いわゆる、モータジェネレータであり、インバータ14から供給された電力により、軸を回転させる動力を発生させて、その軸出力をトランスミッション16に供給するか、またはトランスミッション16から供給された軸を回転させる動力によって発電し、その電力をインバータ14に供給する。たとえば、ハイブリッド自動車1が加速しているときまたは定速で走行しているときにおいて、電動機13は、軸を回転させる動力を発生させて、その軸出力をトランスミッション16に供給し、エンジン10と協働してハイブリッド自動車1を走行させる。また、たとえば、電動機13がエンジン10によって駆動されているとき、またはハイブリッド自動車1が減速しているとき、もしくは下り坂を走行しているときなど、無動力で走行しているときにおいて、電動機13は、発電機として動作し、この場合、トランスミッション16から供給された軸を回転させる動力によって発電して、電力をインバータ14に供給し、バッテリ15が充電される。
インバータ14は、モータECU17によって制御され、バッテリ15からの直流電圧を交流電圧に変換するか、または電動機13からの交流電圧を直流電圧に変換する。電動機13が動力を発生させる場合、インバータ14は、バッテリ15の直流電圧を交流電圧に変換して、電動機13に電力を供給する。電動機13が発電する場合、インバータ14は、電動機13からの交流電圧を直流電圧に変換する。すなわち、この場合、インバータ14は、バッテリ15に直流電圧を供給するための整流器および電圧調整装置としての役割を果たす。
バッテリ15は、充放電可能な二次電池であり、電動機13が動力を発生させるとき、電動機13にインバータ14を介して電力を供給するか、または電動機13が発電しているとき、電動機13が発電する電力によって充電される。
トランスミッション16は、ハイブリッドECU18からの変速指示信号に従って、複数のギア比(変速比)のいずれかを選択する半自動トランスミッション(図示せず)を有し、変速比を切り換えて、変速されたエンジン10の動力および/または電動機13の動力を車輪19に伝達する。また、減速しているとき、もしくは下り坂を走行しているときなど、トランスミッション16は、車輪19からの動力を電動機13に伝達する。なお、半自動トランスミッションは、シフト部23を操作して運転者が手動で任意のギア段にギア位置を変更することもできる。
モータECU17は、ハイブリッドECU18からの指示に従うことにより、エンジンECU11と連携動作するコンピュータであり、インバータ14を制御することによって電動機13を制御する。たとえば、モータECU17は、CPU、ASIC、マイクロプロセッサ(マイクロコンピュータ)、DSPなどにより構成され、内部に、演算部、メモリ、およびI/Oポートなどを有する。
ハイブリッドECU18は、コンピュータの一例であり、ハイブリッド走行のために、アクセル開度情報、ブレーキ操作情報、車速情報、およびトランスミッション16から取得したギア位置情報、エンジンECU11から取得したエンジン回転速度情報を取得して、これを参照して、クラッチ12を制御すると共に、変速指示信号を供給することでトランスミッション16を制御する。また、ハイブリッドECU18は、ハイブリッド走行のために、取得したバッテリ15のSOC(State of Charge)情報その他の情報に基づきモータECU17に対して電動機13およびインバータ14の制御指示を与え、エンジンECU11に対してエンジン10の制御指示を与える。さらにハイブリッドECU18は、後処理装置20から送出される「目詰まり警報」を受け取ると「再生」の処理を実行するための指示をエンジンECU11、クラッチ12、およびモータECU17に行う。たとえば、ハイブリッドECU18は、CPU、ASIC、マイクロプロセッサ(マイクロコンピュータ)、DSPなどにより構成され、内部に、演算部、メモリ、およびI/Oポートなどを有する。
なお、ハイブリッドECU18によって実行されるプログラムは、ハイブリッドECU18の内部の不揮発性のメモリにあらかじめ記憶しておくことで、コンピュータであるハイブリッドECU18にあらかじめインストールしておくことができる。
エンジンECU11、モータECU17、およびハイブリッドECU18は、CAN(Control Area Network)などの規格に準拠したバスなどにより相互に接続されている。
車輪19は、路面に駆動力を伝達する駆動輪である。なお、図1において、1つの車輪19のみが図示されているが、実際には、ハイブリッド自動車1は、複数の車輪19を有する。
後処理装置20は、エンジン10の排気ガスを浄化する装置であり、不図示のフィルタの目詰まり警報をハイブリッドECU18に対して送出する。このフィルタが目詰まりを起こすことを回避するために、目詰まりしそうになるとエンジン10を高負荷で運転させて「再生」の工程を実施する必要がある。なお、目詰まり警報は、フィルタが目詰まりすることを警告する情報であり、目詰まり警報が送出された時点では未だ目詰まりは生じていない。
排気ブレーキ電磁弁21は、後処理装置20の後段のエンジン10の排気管に設けられており、排気ブレーキ電磁弁21が閉じられると排気ガスが外に排気される際の抵抗が高まる。これによってエンジン10のフリクションを増大させてエンジンブレーキの効果を増大させることができる。本実施の形態では、排気ブレーキ電磁弁21は、エンジンブレーキの効果を増大させるためではなく、「再生」を短時間で終了させるため、エンジン10の負荷を高める目的で使用される。
キースイッチ22は、運転を開始するときにユーザにより、たとえばキーが差し込まれてON/OFFされるスイッチであり、これがON状態になることによってハイブリッド自動車1の各部は起動し、キースイッチ22がOFF状態になることによってハイブリッド自動車1の各部は停止する。
図2は、プログラムを実行するハイブリッドECU18において実現される機能の構成の例を示すブロック図である。すなわち、ハイブリッドECU18がプログラムを実行すると、後処理装置再生制御部30が実現される。
後処理装置再生制御部30は、後処理装置20からの目詰まり警報を受信すると「再生」の工程を実施すべく各部に指示を行って再生制御を実施する。
次に、図3のフローチャートを参照して、プログラムを実行するハイブリッドECU18において行われる、後処理装置20の再生制御の処理を説明する。
図3の「START」では、ハイブリッドECU18がプログラムを実行し、ハイブリッドECU18に後処理装置再生制御部30が実現されている状態であり、手続きはステップS1に進む。なお、バッテリ15のSOCを示す値が高いとステップS5においてエンジンブレーキ相当の回生トルクを得るための回生が実施できないので、「START」の条件としてバッテリ15のSOCを示す値が所定値以下であることを追加してもよい。
ステップS1において、後処理装置再生制御部30が後処理装置20から目詰まり警報を受信すると手続きはステップS2に進む。
ステップS2において、後処理装置再生制御部30が「再生」を実施して手続きはステップS3に進む。
ステップS3において、後処理装置再生制御部30は、ハイブリッド自動車1が減速中であるか否かを判定する。ステップS3において、ハイブリッド自動車1が減速中であると判定されると手続きはステップS4に進む。一方、ステップS3において、ハイブリッド自動車1が減速中でないと判定されると手続きはステップS2に戻る。
ステップS4において、後処理装置再生制御部30がクラッチ12を断状態にして手続きはステップS5に進む。
ステップS5において、後処理装置再生制御部30が電動機13によるエンジンブレーキ相当の回生トルクが得られる回生を実施して手続きはステップS6に進む。
ステップS6において、後処理装置再生制御部30は、再生時間を短縮するか否かを判定する。なお、再生時間の短縮の設定は、運転者が不図示の設定部から予め行うことができるものとする。ステップS6において、再生時間を短縮すると判定されると手続きはステップS7に進む。一方、ステップS6において、再生時間を短縮する必要は無いと判定されると手続きはステップS8に進む。
ステップS7において、後処理装置再生制御部30は、排気ブレーキを併用すべく排気ブレーキ電磁弁21を閉じて手続きはステップS8に進む。
ステップS8において、後処理装置再生制御部30は、目詰まり警報が解消したか否かを判定する。ステップS8において、目詰まり警報が解消したと判定されると処理を終了する。一方、ステップS8において、目詰まり警報は未だ解消していないと判定されると手続きはステップS2に戻る。
(効果について)
ハイブリッド自動車1は、後処理装置20の再生中の減速時には、電動機13により走行し、エンジン10は、走行系とは無関係に後処理装置20の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を電動機13の回生によって発生させる。これにより、エンジン10は「再生」に適する高負荷運転を走行系とは無関係に必要な時間継続させることができるので、「再生」の工程を短時間で終了させて燃費を向上させることができる。
さらに後処理装置20の再生中に排気ブレーキ電磁弁21を閉じ、エンジン10の負荷をさらに高めることにより、「再生」をさらに短時間に終了させることができる。これにより「再生」の工程をさらに短時間で終了させて燃費を向上させることができる。
(その他の実施の形態)
上述の実施の形態では、後処理装置20が送出する目詰まり警報によって後処理装置再生制御部30が「再生」を実行するように説明したが、このような目詰まり警報を用いずに、所定の走行距離毎あるいは所定の走行時間毎に定期的に「再生」を実行してもよい。
上述の実施の形態では、排気ブレーキを併用する目的は、再生時間の短縮だったが、その他に、過大に堆積したパティキュレートを所定時間内に再生する目的で、排気ブレーキを併用してもよい。
たとえば、上述の実施の形態では、後処理装置再生制御部30が目詰まり警報を受信すると、再生が自動的に実施されるとして説明した。これに対し、目詰まり警報が運転者にも報知される構成とし、運転者が再生の実施を延期できる構成としてもよい。運転者が再生の実施を延期する理由としては、たとえば運転者がハイブリッド自動車1により閑静な住宅街で宅配業務を行っており、再生のためのエンジン10からの音の発生を抑えたいような場合などが考えられる。
このような場合には、通常再生処理を開始する場合よりも過大なパティキュレートが後処理装置20に堆積されることになる。このパティキュレートを通常の再生処理時間内で完了するために排気ブレーキを併用するようにしてもよい。
ただし、排気ブレーキの併用は、再生のための燃料消費量の増大を招くので、むやみに併用を許可しないことが好ましい。たとえば通常に再生を開始するのに相当するパティキュレートの堆積量からの超過分に閾値を設け、超過分が閾値を超えたら排気ブレーキを併用するようにする。
また、バッテリ15のSOCを示す値に閾値を設け、後処理装置再生制御部30が再生処理を制御してもよい。たとえばSOCを示す値に2段階の閾値B<Aを設ける。閾値Aは、SOCを示す値の上限値であり、閾値Bは、閾値Aよりも小さい値であるが、回生充電を行うと、比較的短時間で、バッテリ15のSOCを示す値が閾値Aに達してしまう値である。ここで、SOCを示す値が閾値A以上であれば、これ以上回生充電できないため、回生を中止してクラッチ12を接続状態とし、従来どおりの制御を実行する。また、SOCを示す値が閾値B以上であり閾値A未満であれば、現在は問題無いが短時間後にSOCを示す値が閾値Aに到達する可能性が高いため、図3のフローチャートのステップS6でYesとし、ステップS7の排気ブレーキを併用して再生時間を短縮する制御を実行する。これにより、回生による制動ができなくなる前にエンジンブレーキによる回生が可能になるため、サービスブレーキの使用を抑えることができる。また、SOCを示す値が閾値B未満であれば、図3のフローチャートの説明のとおりの制御を実行する。
エンジン10は、内燃機関であると説明したが、外燃機関を含む熱機関であってもよい。
また、ハイブリッドECU18によって実行されるプログラムは、ハイブリッドECU18にあらかじめインストールされると説明したが、プログラムが記録されている(プログラムを記憶している)リムーバブルメディアを図示せぬドライブなどに装着し、リムーバブルメディアから読み出したプログラムをハイブリッドECU18の内部の不揮発性のメモリに記憶することにより、または、有線または無線の伝送媒体を介して送信されてきたプログラムを、図示せぬ通信部で受信し、ハイブリッドECU18の内部の不揮発性のメモリに記憶することで、コンピュータであるハイブリッドECU18にインストールすることができる。
また、各ECUは、これらの機能の一部または全部を1つにまとめたECUにより実現してもよいし、あるいは、各ECUの機能をさらに細分化したECUを新たに設けてもよい。
なお、コンピュータが実行するプログラムは、本明細書で説明する順序に沿って時系列に処理が行われるプログラムであってもよいし、並列に、あるいは呼び出しが行われたとき等の必要なタイミングで処理が行われるプログラムであってもよい。
また、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
1…ハイブリッド自動車、10…エンジン、11…エンジンECU、12…クラッチ、13…電動機、14…インバータ、15…バッテリ、16…トランスミッション、17…モータECU、18…ハイブリッドECU(再生制御装置)、19…車輪、20…後処理装置、21…排気ブレーキ電磁弁、30…後処理装置再生制御部
本発明の1つの観点は、再生制御装置としての観点である。本発明の再生制御装置は、エンジンと電動機と、エンジンの回転軸と電動機の回転軸とを接断するクラッチとを有し、前記エンジンもしくは前記電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、少なくとも減速中に、電動機により回生発電が可能であり、排気ガスの後処理装置を有するハイブリッド自動車の後処理装置の再生制御装置において、後処理装置の再生中の減速時には、クラッチを断にして電動機により走行させ、前記エンジンは、走行系とは無関係に後処理装置の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を電動機の回生によって発生させるものである。
さらに、再生時間を短縮できると判定され、あるいはパティキュレートの堆積量が閾値 を超えたら前記後処理装置の再生中に排気ブレーキを稼動させるものである。
本発明のさらに他の観点は、再生制御方法としての観点である。本発明の再生制御方法は、エンジンと、電動機とエンジンの回転軸と電動機の回転軸とを接断するクラッチとを有し、エンジンもしくは電動機により走行可能であり、またはエンジンと電動機とが協働して走行可能であり、少なくとも減速中に、電動機により回生発電が可能であり、排気ガスの後処理装置を有するハイブリッド自動車の前記後処理装置の再生制御方法において、後処理装置の再生中の減速時には、クラッチを断にして電動機により走行させ、前記エンジンは、走行系とは無関係に後処理装置の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキが必要な状況下では、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を電動機の回生によって発生させ、再生時間を短縮できると判定され、あるいはパ ティキュレートの堆積量が閾値を超えると、後処理装置の再生中に排気ブレーキを稼動さ せる。

Claims (5)

  1. エンジンと電動機とを有し、前記エンジンもしくは前記電動機により走行可能であり、または前記エンジンと前記電動機とが協働して走行可能であり、少なくとも減速中に、前記電動機により回生発電が可能であり、排気ガスの後処理装置を有するハイブリッド自動車の前記後処理装置の再生制御装置において、
    前記後処理装置の再生中の減速時には、前記電動機により走行させ、前記エンジンは、走行系とは無関係に前記後処理装置の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を前記電動機の回生によって発生させる、
    ことを特徴とする再生制御装置。
  2. 請求項1記載の再生制御装置であって、
    前記後処理装置の再生中に、排気ブレーキを稼動させる、
    ことを特徴とする再生制御装置。
  3. 請求項1または2記載の再生制御装置を有することを特徴とするハイブリッド自動車。
  4. エンジンと電動機とを有し、前記エンジンもしくは前記電動機により走行可能であり、または前記エンジンと前記電動機とが協働して走行可能であり、少なくとも減速中に、前記電動機により回生発電が可能であり、排気ガスの後処理装置を有するハイブリッド自動車の前記後処理装置の再生制御方法において、
    前記後処理装置の再生中の減速時には、前記電動機により走行させ、前記エンジンは、走行系とは無関係に前記後処理装置の再生に適する回転速度を保持するように制御すると共に、エンジンブレーキの制動力に相当する制御力を前記電動機の回生によって発生させる、
    ことを特徴とする再生制御方法。
  5. 情報処理装置に、請求項1または2記載の再生制御装置の機能に相当する機能を実現させることを特徴とするプログラム。
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