WO2017090639A1 - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present disclosure relates to a hybrid vehicle and a control method thereof, and more particularly, to a hybrid vehicle and a control method thereof that can improve the NOx purification rate while suppressing deterioration in fuel consumption to a minimum.
  • HEV hybrid vehicle
  • a hybrid system having an engine and a motor generator that are controlled in combination according to the driving state of the vehicle
  • the driving force is assisted by the motor generator, while regenerative power generation is performed by the motor generator during inertia traveling or braking (see, for example, Patent Document 1).
  • an exhaust gas purification system that removes harmful substances such as particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas is required.
  • PM particulate matter
  • NOx nitrogen oxides
  • a PM collection filter for collecting PM by a ceramic honeycomb porous filter is mainly used.
  • NOx a urea SCR system using urea water and a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR catalyst”) has attracted attention (for example, see Patent Document 2).
  • ammonia (NH 3 ) generated by hydrolysis of urea water injected and heated in exhaust gas is converted into NOx in the exhaust gas by an SCR reaction that acts as a reducing agent in the presence of the SCR catalyst. It is something to purify.
  • the SCR catalyst has a low NOx purification rate when the catalyst temperature becomes low (for example, below the activation temperature), most of the NOx in the exhaust gas is released into the atmosphere without being purified. There is a fear.
  • An object of the present disclosure is to provide a hybrid vehicle and a control method thereof that can improve the NOx purification rate while minimizing deterioration in fuel consumption.
  • the hybrid vehicle of the present disclosure that achieves the above object is provided in order from the upstream side to a hybrid system having a motor generator connected to an output shaft that transmits engine power, and an exhaust passage through which the exhaust gas of the engine flows.
  • a hybrid vehicle including an exhaust gas purification system having an injection nozzle for supplying urea water and a selective reduction catalyst, and a control device, the control device is configured such that when the hybrid vehicle is in acceleration or steady running, When the temperature of the selective catalytic reduction catalyst becomes lower than a preset threshold temperature, the motor generator is controlled to start power generation.
  • the hybrid vehicle control method of the present disclosure that achieves the above object includes a hybrid system having a motor generator connected to an output shaft that transmits engine power, and an exhaust passage through which exhaust gas from the engine flows from upstream.
  • a control method for a hybrid vehicle comprising an injection nozzle for sequentially supplying urea water and an exhaust gas purification system having a selective reduction catalyst, wherein the hybrid vehicle is in acceleration or steady running When the temperature of the selective catalytic reduction catalyst becomes lower than a preset threshold temperature, power generation by the motor generator is started.
  • the hybrid vehicle and the control method thereof of the present disclosure since a load due to power generation is applied from the motor generator to the engine, the temperature of the exhaust gas is increased and the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is increased, thereby improving the NOx purification rate. can do. Further, since the energy consumed by the load increase on the engine is recovered by the power generation of the motor generator, it is possible to suppress the deterioration of the fuel consumption to the minimum.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present disclosure.
  • This hybrid vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) is a vehicle including not only a normal passenger car but also a bus, a truck, etc., and has a diesel engine 10 and a motor generator 31 that are controlled in combination according to the driving state of the vehicle.
  • a hybrid system 30 is provided.
  • crankshaft 13 In the diesel engine 10, the crankshaft 13 is rotationally driven by thermal energy generated by the combustion of fuel in a plurality (four in this example) of cylinders 12 formed in the engine body 11.
  • the rotational power of the crankshaft 13 is transmitted to the transmission 20 through a clutch 14 (for example, a wet multi-plate clutch) connected to one end of the crankshaft 13.
  • the transmission 20 uses an AMT or an AT that automatically shifts to a target shift speed determined based on the HEV operating state and preset map data using the shift actuator 21.
  • the transmission 20 is not limited to an automatic transmission type such as AMT, and may be a manual type in which a driver manually changes gears.
  • Rotational power changed by the transmission 20 is transmitted to the differential 23 through the propeller shaft 22 and distributed to the pair of driving wheels 24 as driving force.
  • the hybrid system 30 includes a motor generator 31 and an inverter 35, a high voltage battery 32, a DC / DC converter 33, and a low voltage battery 34 that are electrically connected to the motor generator 31 in order.
  • the high voltage battery 32 includes a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery.
  • the low voltage battery 34 is a lead battery.
  • the DC / DC converter 33 has a function of controlling the charge / discharge direction and the output voltage between the high voltage battery 32 and the low voltage battery 34.
  • the low voltage battery 34 supplies power to various vehicle electrical components 36.
  • the various parameters in the hybrid system 30 such as current value, voltage value, and SOC are detected by the BMS 39.
  • the motor generator 31 is an endless shape wound around a first pulley 15 attached to the rotating shaft 37 and a second pulley 16 attached to the other end of the crankshaft 13 which is an output shaft of the engine body 11. Power is transmitted to and from the diesel engine 10 via the belt-shaped member 17. Note that power can be transmitted using a gear box or the like instead of the two pulleys 15 and 16 and the belt-like member 17. Further, the output shaft of the engine main body 11 connected to the motor generator 31 is not limited to the crankshaft 13, and may be a transmission shaft or the propeller shaft 22 between the engine main body 11 and the transmission 20, for example.
  • the motor generator 31 has a function of performing cranking instead of a starter motor (not shown) that starts the engine body 11.
  • the exhaust gas purification system 40 includes a large-diameter catalytic converter 42 interposed in the exhaust passage 41 and a urea water injection nozzle 43 installed in the exhaust passage 41 on the upstream side of the catalytic converter 42.
  • An SCR catalyst 44 is stored in the catalytic converter 42.
  • an oxidation catalyst (not shown) may be provided in the exhaust passage 41 on the downstream side of the catalytic converter 42 in order to prevent NH 3 slip.
  • the SCR catalyst 44 is formed by supporting a zeolite catalyst such as iron ion exchange aluminosilicate or copper ion exchange aluminosilicate on a carrier having a honeycomb structure formed of cordierite, aluminum oxide, titanium oxide or the like.
  • a zeolite catalyst such as iron ion exchange aluminosilicate or copper ion exchange aluminosilicate
  • An exhaust gas temperature sensor 93 for measuring the temperature of the exhaust gas 45 flowing into the SCR catalyst 44 is provided in the vicinity of the inlet of the catalytic converter 42.
  • the detected value of the exhaust gas temperature sensor 93 can be treated as a substitute for the temperature of the SCR catalyst 44, which is difficult to measure directly.
  • the hybrid system 30 assists at least part of the driving force by the motor generator 31 supplied with power from the high-voltage battery 32, while at the time of inertia traveling or braking. , The regenerative power generation by the motor generator 31 is performed, the surplus kinetic energy is converted into electric power, and the high voltage battery 32 is charged.
  • an appropriate amount of urea water is injected from the injection nozzle 43 in accordance with the operation state of the diesel engine 10.
  • the controller 80 determines that the temperature of the SCR catalyst 44 that is substituted by the detected value of the exhaust gas temperature sensor 93 is less than a preset threshold temperature T when the HEV is accelerating or steady running. If it becomes, the motor generator 31 is controlled to start power generation through the hybrid system 30.
  • the preset threshold temperature T is exemplified by a lower limit value (for example, about 150 to 200 ° C.) of the activation temperature of the SCR catalyst 44.
  • the temperature of the exhaust gas 45 rises, it contributes to the promotion of hydrolysis of urea water injected from the injection nozzle 43 and reaches the SCR catalyst 44 in a gas phase state. It contributes to the improvement of the rate.
  • the electric power obtained by the power generation of the motor generator 31 in the above control is charged to the high voltage battery 32. Therefore, from the viewpoint of preventing deterioration of the high voltage battery 32, it is desirable to perform control to stop the power generation of the motor generator 31 when the SOC value detected by the BMS 39 reaches the preset upper limit value X.
  • This upper limit value X is usually a state where the SOC value is 70 to 90% with respect to the rated maximum capacity of the high voltage battery 32.
  • the power charged in the high voltage battery 32 is used for charging the low voltage battery 34 through the DC / DC converter 33, so that the SOC value of the high voltage battery 32 is maintained below the upper limit value X. It may be extended.
  • the hybrid vehicle of the present disclosure is useful in that the NOx purification rate can be improved while minimizing deterioration in fuel consumption.

Abstract

制御装置８０は、ＨＥＶが加速時又は定常走行時であるときに、排ガス温度センサ９３の測定値で代用されるＳＣＲ触媒４４の温度が予め設定されたしきい温度未満となった場合には、モータージェネレーター３１に発電を開始させる制御を行うように構成されている。

Description

ハイブリッド車両及びその制御方法
　本開示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、燃費悪化を最小に抑制しつつ、ＮＯｘの浄化率を向上す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、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や制動時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば、特許文献１を参照）。
　このＨＥＶのエンジンにディーゼルエンジンを用いる場合には、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排ガス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、尿素水と選択還元型触媒（以下、「ＳＣＲ触媒」という）とを用いる尿素ＳＣＲシステムが注目されている（例えば、特許文献２を参照）。
　この尿素ＳＣＲシステムは、排ガス中に噴射されて加熱された尿素水が加水分解して生じたアンモニア（ＮＨ3）を、ＳＣＲ触媒の存在下で還元剤として作用させるＳＣＲ反応により排ガス中のＮＯｘを浄化するものである。
　しかし、上記のＳＣＲ触媒は、触媒温度が低温（例えば、活性化温度未満）になると、ＮＯｘの浄化率が低下するため、排ガス中のＮＯｘの大部分が浄化されずに大気中に放出されるおそれがある。
　ここで、一般にディーゼルエンジンにおいては、ＮＯｘの発生量の減少と燃費とはトレードオフの関係にあることが知られている。そのため、上記のようなＳＣＲ触媒におけるＮＯｘの浄化率の低下に応じて、ディーゼルエンジンのＮＯｘの発生量を減少させようとすると、燃費が悪化してしまうことになる。
日本国特開２００２－２３８１０５号公報 日本国特開２００１－３７００８号公報
　本開示の目的は、燃費悪化を最小に抑制しつつ、ＮＯｘの浄化率を向上す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開示のハイブリッド車両は、エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、前記エンジンの排ガスが流れる排気通路に上流側から順に介設された尿素水を供給する噴射ノズル及び選択還元型触媒を有する排ガス浄化システムと、制御装置と、を備えたハイブリッド車両において、前記制御装置は、前記ハイブリッド車両が加速時又は定常走行時であるときに、前記選択還元型触媒の温度が予め設定されたしきい温度未満となった場合には、前記モータージェネレーターに発電を開始させる制御を行うことを特徴とするものである。
　また、上記の目的を達成する本開示のハイブリッド車両の制御方法は、エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、前記エンジンの排ガスが流れる排気通路に上流側から順に介設された尿素水を供給する噴射ノズル及び選択還元型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であって、前記ハイブリッド車両が加速時又は定常走行時であるときに、前記選択還元型触媒の温度が予め設定されたしきい温度未満となった場合には、前記モータージェネレーターによる発電を開始することを特徴とするものである。
　本開示のハイブリッド車両及びその制御方法によれば、モータージェネレーターからエンジンに発電による負荷が加わるので、排ガスの温度が上昇して選択還元型触媒の温度が高温になるため、ＮＯｘの浄化率を向上することができる。また、エンジンへの負荷上昇により消費されたエネルギーは、モータージェネレーターの発電により回収されるため、燃費悪化を最小に抑制することが可能となる。
図１は、本開示の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。
　このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるディーゼルエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。
　ディーゼルエンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このクランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続するクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を通じてトランスミッション２０に伝達される。
　トランスミッション２０には、ＨＥＶの運転状態と予め設定されたマップデータとに基づいて決定された目標変速段へ、変速用アクチュエーター２１を用いて自動的に変速するＡＭＴ又はＡＴが用いられている。なお、トランスミッション２０は、ＡＭＴのような自動変速式に限るものではなく、ドライバーが手動で変速するマニュアル式であってもよい。
　トランスミッション２０で変速された回転動力は、プロペラシャフト２２を通じてデファレンシャル２３に伝達され、一対の駆動輪２４にそれぞれ駆動力として分配される。
　ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、そのモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４とを有している。
　高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー３４には鉛バッテリーが用いられる。
　ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー３４は、各種の車両電装品３６に電力を供給する。
　このハイブリッドシステム３０における種々のパラメータ、例えば、電流値、電圧値やＳＯＣなどは、ＢＭＳ３９により検出される。
　モータージェネレーター３１は、回転軸３７に取り付けられた第１プーリー１５とエンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた第２プーリー１６との間に掛け回された無端状のベルト状部材１７を介して、ディーゼルエンジン１０との間で動力を伝達する。なお、２つのプーリー１５、１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギヤボックスなどを用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限るものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０との間の伝達軸やプロペラシャフト２２であっても良い。
　このモータージェネレーター３１は、エンジン本体１１を始動するスターターモーター（図示せず）の代わりに、クランキングを行う機能も有している。
　排ガス浄化システム４０は、排気通路４１に介設された太径の触媒コンバーター４２と、その触媒コンバーター４２の上流側の排気通路４１に設置された尿素水の噴射ノズル４３とを有している。触媒コンバーター４２内にはＳＣＲ触媒４４が格納されている。なお、排ガス浄化システム４０においては、ＮＨ3スリップを防止するために、触媒コンバーター４２の下流側の排気通路４１に酸化触媒（図示せず）を設ける場合もある。
　ＳＣＲ触媒４４は、コージェライトや酸化アルミニウムや酸化チタン等で形成されるハニカム構造等の担体に、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などのゼオライト触媒を担持して形成される。
　触媒コンバーター４２の入口近傍には、ＳＣＲ触媒４４に流入する排ガス４５の温度を測定する排ガス温度センサ９３が設けられている。この排ガス温度センサ９３の検出値は、直接的な測定が困難であるＳＣＲ触媒４４の温度を代用するものとして扱うことができる。
　これらのディーゼルエンジン１０、ハイブリッドシステム３０及び排ガス浄化システム４０は、制御装置８０により制御される。
　ハイブリッドシステム３０については、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム３０は高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や制動時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。
　また、排ガス浄化システム４０については、ディーゼルエンジン１０の運転状態に応じて、噴射ノズル４３から適量の尿素水を噴射する。
　このようなＨＥＶにおいて、制御装置８０は、ＨＥＶが加速時又は定常走行時であるときに、排ガス温度センサ９３の検出値で代用されるＳＣＲ触媒４４の温度が予め設定されたしきい温度Ｔ未満となった場合には、ハブリッドシステム３０を通じてモータージェネレーター３１に発電を開始させる制御を行う。
　ここで「加速時又は定常走行時」とは、気筒１２への燃料噴射が定常的又は増加的に行われている状態を指すものとする。また、予め設定されたしきい温度Ｔとしては、ＳＣＲ触媒４４の活性化温度の下限値（例えば、約１５０～２００℃）が例示される。
　このような制御を行うことにより、モータージェネレーター３１からディーゼルエンジン１０に発電による負荷が加わるので、排ガス４５の温度が上昇して、ＳＣＲ触媒４４の温度が高温になるため、ＮＯｘの浄化率を向上することができるのである。
　また、ディーゼルエンジン１０への負荷上昇により消費されたエネルギーは、上述したようにモータージェネレーターの発電により回収されるため、燃費悪化を最小に抑制することが可能となる。
　更には、排ガス４５の温度が上昇することにより、噴射ノズル４３から噴射された尿素水の加水分解の促進に寄与し、気相状態でＳＣＲ触媒４４に到達するようになることも、ＮＯｘの浄化率の向上に寄与する。
　上記の制御におけるモータージェネレーター３１の発電により得られた電力は、高電圧バッテリー３２に充電される。そこで、高電圧バッテリー３２の劣化を防止する観点から、ＢＭＳ３９が検出したＳＯＣ値が予め設定された上限値Ｘに達したときには、モータージェネレーター３１の発電を停止する制御を行うことが望ましい。
　この上限値Ｘは、通常は高電圧バッテリー３２の定格最大容量に対してＳＯＣ値が７０～９０％となる状態である。
　なお、高電圧バッテリー３２に充電された電力を、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３を通じて低電圧バッテリー３４の充電に用いるようにすることで、高電圧バッテリー３２のＳＯＣ値を上限値Ｘ未満に維持する期間を延長するようにしても良い。
　本出願は、2015年11月26日付で出願された日本国特許出願（特願2015-230480）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本開示のハイブリッド車両は、燃費悪化を最小に抑制しつつ、ＮＯｘの浄化率を向上することができるという点において有用である。
１０　ディーゼルエンジン
３０　ハイブリッドシステム
３１　モータージェネレーター
３２　高電圧バッテリー
３３　ＤＣ／ＤＣコンバーター
４０　排ガス浄化システム
４１　排気通路
４２　触媒コンバーター
４３　噴射ノズル
４４　ＳＣＲ触媒
４５　排ガス
８０　制御装置
９３　排ガス温度センサ

Claims (5)

  1. 　エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、
    　前記エンジンの排ガスが流れる排気通路に上流側から順に介設された尿素水を供給する噴射ノズル及び選択還元型触媒を有する排ガス浄化システムと、
    　制御装置と、
    　を備えたハイブリッド車両において、
    　前記制御装置は、前記ハイブリッド車両が加速時又は定常走行時であるときに、前記選択還元型触媒の温度が予め設定されたしきい温度未満となった場合には、前記モータージェネレーターに発電を開始させる制御を行うように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 　前記予め設定されたしきい温度が、前記選択還元型触媒の活性化温度の下限値である請求項１に記載のハイブリッド車両。
  3. 　前記選択還元型触媒の活性化温度の前記下限値は、１５０～２００℃である請求項２に記載のハイブリッド車両。
  4. 　前記ハイブリッドシステムは、前記モータージェネレーターと電気的に接続するバッテリーを有し、
    　前記制御装置は、前記モータージェネレーターに発電を開始させた後に、前記バッテリーの充電率が予め設定された上限値に達したときには、該モータージェネレーターの発電を停止する制御を行うように構成されている請求項１から３の何れか一項に記載のハイブリッド車両。
  5. 　エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと、前記エンジンの排ガスが流れる排気通路に上流側から順に介設された尿素水を供給する噴射ノズル及び選択還元型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であって、
    　前記ハイブリッド車両が加速時又は定常走行時であるときに、前記選択還元型触媒の温度が予め設定されたしきい温度未満となった場合には、前記モータージェネレーターによる発電を開始することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
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