JP2011194926A - 車両およびその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気ガスの浄化と車両燃費の向上とを両立する。
【解決手段】動力源としてエンジン２と電動発電機３とを備え、排気ガスを触媒作用により浄化する排気ガス浄化装置１６を備えるハイブリット車１において、ステップ１００で計算上の排気ガス温度が触媒活性温度よりも高ければエンジン２による通常走行モードに移行する（ステップ１０１）。また、ステップ１００で計算上の排気ガス温度が触媒活性温度よりも低く、ステップ１０２で電動発電機３による走行が不可能な充電状態の場合は、電動発電機３で充電しながら走行する走行発電モードに移行する（ステップ１０３）。ステップ１０２で電動発電機３による走行が可能な充電状態の場合は、電動発電機３による電動走行モードに移行する（ステップ１０４）
【選択図】図３

Description

本発明は、車両およびその制御方法に関し、更に詳しくは、動力源として内燃機関と電動発電機とを搭載したハイブリッド車両において、排気ガスの浄化と燃費の向上とを両立することが可能な車両およびその制御方法に関する。

近年は、車両の燃費向上等のために、内燃機関と電動発電機とを組み合わせたハイブリッド車両の開発が進められている。このハイブリッド車両の例として、発電負荷を上昇させることでエンジンの暖機を行い、排気ガス温度を上昇させて排気ガスの浄化を図るものがある（例えば特許文献１参照）。

ところで、内燃機関がガソリン機関の場合は、三元触媒等を用いて比較的容易に排気ガス規制を達成できるが、ディーゼル機関の場合には、ディーゼル機関の排ガス規制の強化に伴い、排気ガス後処理技術による排気ガスの浄化が必須となっている。

この排気ガス後処理技術は、エンジン本体で浄化しきれなかった排気ガスを排出直前に浄化処理する技術であり、具体的には、フィルタを使い微粒子状物質（Particulate Matter：ＰＭ）を集めて燃やすＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）や触媒による化学変化を利用して窒素酸化物（ＮＯｘ）等を低減する構成がある。

ここで、図６にＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率の温度依存性を示すが、ＮＯｘ浄化触媒においては、排気ガス温度が２００℃以下の運転状態ではＮＯｘをほとんど浄化することができない。このＮＯｘ浄化触媒を使用する場合は、ＮＯｘ浄化率を向上させるために、排気ガス温度を高い温度に保つ必要があり、このため燃料の燃焼熱を利用している。これは、ＮＯｘ浄化触媒の場合だけでなく、ＰＭ浄化のためのＤＰＦの再生時にも同じようなことが行われており、車両の燃費が低下する問題がある。

このため、ディーゼル機関と電動発電機とを搭載したハイブリッド車両においては、燃費の向上のために電動発電機を採用したにもかかわらず、排気ガスの浄化のために燃費が低下する場合があり、如何にして、ディーゼル機関の排気ガスを効率良く浄化して、排気ガスの浄化と燃費の向上との両立を図るかが重要な課題となっている。

特開２００８−１７９２６２号公報

本発明の目的は、内燃機関と電動発電機とを搭載したハイブリッド車両において、排気ガスの浄化と車両燃費の向上とを両立することができる車両およ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ための本発明の車両は、動力源として内燃機関と電動発電機とを備え、前記内燃機関の運転により生じる排気ガスを触媒作用により浄化する排気ガス浄化装置を備えるとともに、前記電動発電機の電力を充電可能な蓄電装置を備える車両において、前記内燃機関を運転するとした場合において排気ガスの温度が前記排気ガス浄化装置の触媒の活性温度に関連して予め設定された設定温度よりも高い場合には、前記内燃機関による走行を行い、前記排気ガスの温度が、前記設定温度より低い場合には、前記蓄電装置の充電状態を監視して、前記充電状態が予め設定された第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を行い、前記第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する制御を行う制御部を有する車両である。

また、上記した車両において、前記制御部は、前記電動発電機による走行中において、前記蓄電装置の充電状態を監視し、前記充電状態が、前記第１設定充電値よりも低い値で予め設定された第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を続け、前記第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する制御を行う。

また、上記の目的を達成するための本発明の車両の制御方法は、動力源として内燃機関と電動発電機とを備え、前記内燃機関の運転により生じる排気ガスを触媒作用により浄化する排気ガス浄化装置を備えるとともに、前記電動発電機の電力を充電可能な蓄電装置を備える車両の制御方法において、前記内燃機関を運転するとした場合において排気ガスの温度が前記排気ガス浄化装置の触媒の活性温度に関連して予め設定された設定温度よりも高い場合には、前記内燃機関による走行を行い、前記排気ガスの温度が、前記設定温度より低い場合には、前記蓄電装置の充電状態を監視して、前記充電状態が予め設定された第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を行い、前記第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する車両の制御方法である。

また、上記した車両の制御方法において、前記電動発電機による走行中において、前記蓄電装置の充電状態を監視し、前記充電状態が、前記第１設定充電値よりも低い値で予め設定された第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を続け、前記第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する。

本発明の車両およびその制御方法によれば、高負荷走行時のように、内燃機関の排気ガスの温度が排気ガス浄化装置の触媒の活性温度以上である場合には、触媒の活性温度より高温の排気ガスが排気ガス浄化装置に流れるので、排気ガスを効率良く浄化することができる。

また、低負荷走行時のように、内燃機関の排気ガスの温度が排気ガス浄化装置の触媒の活性温度よりも低い場合において、電動発電機による走行が不可能な充電状態の場合は、内燃機関を運転しながら電動発電機で発電して充電することにより、内燃機関の負荷が上昇するので、排気ガスの温度が上昇する。これにより、触媒の活性温度より高温の排気ガスが排気ガス浄化装置に流れるようになるので、排気ガスを効率良く浄化することができる。また、これによりエンジン効率の悪い低負荷運転を無くすことができるので、エンジン効率を向上させることができる。

さらに、内燃機関の排気ガスの温度が排気ガス浄化装置の触媒の活性温度よりも低い場合において、電動発電機による走行が可能な充電状態の場合は、内燃機関の運転を停止して、蓄電装置から給電して電動発電機による走行に移行することにより、排気ガス温度が低い時における排気ガスの浄化効率の悪い内燃機関の運転を回避することができる。

したがって、動力源として内燃機関と電動発電機とを備えるとともに、排気ガスを触媒作用により浄化する排気ガス浄化装置を備える車両において、排気ガス温度と触媒温度とを高い状態に保って排気ガスを効率良く浄化することができ、また、内燃機関の運転状態をエンジン効率の高い高負荷運転にすることができる。このため、排気ガスの効率の良い浄化と燃費の向上とを両立することができる。

本発明の実施の形態の車両の要部構成図である。 エンジンによる走行時における排気ガスの温度マップの一例を示す図である。 車両の制御フローの一例を示す図である。 図３の充電状況監視フローの一例を示す図である。 車両の走行時のエンジン運転モード、充電状況、排気ガス温度および車両速度を時系列で示す図である。 ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率の温度依存性を示す図である。

以下、本発明の実施の形態の車両およびその制御方法について添付の図面を参照しながら詳細に説明する。

図１に本実施の形態の車両であるディーゼルハイブリッド車（以下、単にハイブリッド車という）１の要部構成を示す。

ハイブリッド車１は、動力源としてディーゼルエンジン（内燃機関、以下、単にエンジンという）２と電動発電機３とを有しているとともに、電動発電機３の駆動で生じた電力を充電することが可能なバッテリ（蓄電装置）４を有している。

エンジン２の駆動力は、クラッチ５、変速機６、シャフト７、ディファレンシャルギア８、車軸９を通じて駆動輪（後輪）１０に伝達される。また、エンジン２の駆動力の一部は、ＰＴＯ（Power Take Off）部１１で取り出され、シャフト１２を通じて電動発電機３に伝達される。この時、電動発電機３の駆動により生じた電力（交流）は、インバータ１３を介して直流に変換されバッテリ４に充電することが可能になっている。

また、エンジン２の停止時に、バッテリ４からの給電により駆動した電動発電機３の駆動力は、シャフト１２およびＰＴＯ部１１を介して変速機６に伝達され、さらに、シャフト７、ディファレンシャルギア８、車軸９を通じて駆動輪１０に伝達される。

エンジン２、電動発電機３、バッテリ４、クラッチ５、変速機６、ＰＴＯ部１１およびインバータ１３等の各部の電気系統は、電子制御装置（Engine Control Unit；以下、ＥＣＵと略す、制御部）１４により制御される。このＥＣＵ１４には、アクセル信号、シフト信号、ブレーキ信号および速度信号の他、排気ガスの温度を示す情報等が送られる。なお、破線は信号線を示し、その矢印は電気信号の流れを示している。

また、エンジン２の排気口に接続された排気管１５の途中には、排気ガス浄化装置１６が設置されている。この排気ガス浄化装置１６は、エンジン２で浄化しきれなかった排気ガスを排出直前に浄化する装置であり、例えば微粒子状物質（Particulate Matter；ＰＭ）を捕集、除去するＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）と、ＮＯｘを浄化する触媒部とを有している。なお、符号１７はエンジン２の吸気口に接続された吸気管を示している。

次に、図２に本実施の形態のハイブリッド車１のエンジン２による走行時における排気ガスの温度マップの一例を示す。ここで、Ａ点のように低負荷状態で走行した場合は、排気ガス温度が２００℃を下回るのでＮＯｘ浄化触媒によるＮＯｘの低減が見込めない。

そこで、本実施の形態のハイブリッド車１においては、下記のように制御する。これを、図３の制御フローを参照しながら説明する。

まず、本実施の形態のハイブリッド車１においては、排気ガス温度領域がＮＯｘ浄化触媒の活性領域か否かを判定する（ステップ１００）。なお、この排気ガス温度は、ハイブリッド車１の実際の排気ガス温度ではなく、本実施の形態の車両の制御を行わない場合において、排気ガス温度算出用の計算式により各種状況に応じて算出される仮想の排気ガス温度（以下、計算上の排気ガス温度ともいう）である。

ステップ１００において、排気ガス温度領域がＮＯｘ浄化触媒の活性領域であると判定された場合（例えば高負荷走行時）は、エンジン２の駆動による走行である通常走行モードに移行する（ステップ１０１）。この通常走行モードでは、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度より高温の排気ガスが排気ガス浄化装置１６に流れる。このため、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が高い状態で排気ガス中のＮＯｘを浄化することができるので、排気ガスを効率良く浄化することができる。したがって、ＮＯｘの排出量を低減することができる。

また、ステップ１００において、排気ガス温度領域がＮＯｘ浄化触媒の活性領域でないと判定された場合（例えば低負荷走行時）は、バッテリ４の充電状況（State of charge；ＳＯＣ）を監視して、電動発電機３による走行が可能な充電状態か否かを判定する（ステップ１０２）。

このステップ１０２において、その時のバッテリ４の充電値が上限しきい値（第１設定充電値）以上であり電動走行が可能な充電状態であると判定された場合は、エンジン２を停止し（走行発電を中止する）、バッテリ４からの給電により電動発電機３を駆動させて走行する電動走行モードに移行する（ステップ１０３）。

この電動走行モードでは、エンジン２を停止しているので、ＰＭやＮＯｘは排出されない。また、排気ガス温度が低い時の排気ガスの浄化効率の悪い内燃機関の運転を回避することができる。

一方、ステップ１０２において、その時のバッテリ４の充電値が上限しきい値（第１設定充電値）より低く電動走行が不可能な充電状態であると判定された場合は、エンジン２を駆動し、その駆動力の一部を用いて電動発電機３を駆動して発電する走行発電モードに移行する（ステップ１０４）。

すなわち、排気ガス温度が低い時においては、走行発電モードで運転することにより、電動発電機３で生じた電力（図２のＢ点とＡ点との差分の出力）をバッテリ４に充電するとともに、この発電によりエンジン負荷が上昇して排気ガスの温度が高くなる。図２では実際の排気ガス温度がＡ点の２００℃からＢ点の４００℃となっている。

これにより、走行発電モードでは、ＮＯｘ浄化触媒の活性温度より高温の排気ガスが排気ガス浄化装置１６に流れるようになる。このため、ＮＯｘ浄化触媒のＮＯｘ浄化率が高い状態で排気ガス中のＮＯｘを浄化することができるので、排気ガスを効率良く浄化することができる。したがって、ＮＯｘの排出量を低減することができる。また、これによりエンジン効率の悪い低負荷運転を無くすことができるので、エンジン効率を向上させることができる。

次に、上記のバッテリ４の充電状況（ＳＯＣ）監視ロジックについて図４を参照して説明する。上記図３のステップ１００において、排気ガス温度領域がＮＯｘ浄化触媒の活性領域でないと判定された場合、図４に示すように、その時のバッテリ４の充電値が上限しきい値（第１設定充電値）以上か否かを判断する（ステップ１０２Ａ）。

ステップ１０２Ａにおいて、その時のバッテリ４の充電値が上限しきい値以上の場合は電動走行が可能と判断して電動走行モードに移行する（ステップ１０３）。一方、ステップ１０２Ａにおいて、その時のバッテリ４の充電値が上限しきい値より低い場合は電動走行が不可能と判断して走行発電モードに移行する（ステップ１０４）。

ステップ１０３の電動走行モード移行後の電動走行中も、バッテリ４の充電状況を監視し、その時のバッテリ４の充電値が、上記上限しきい値よりも低い値で予め設定された下限しきい値（第２設定充電値）以下か否かを判断し（ステップ１０２Ｂ）、下限しきい値よりも高ければ電動走行が可能であると判断して電動走行モードを続ける。一方、ステップ１０２Ｂにおいて、その時のバッテリ４の充電値が、下限しきい値以下であれば電動走行が不可能と判断して走行発電モードに移行する（ステップ１０４）。なお、ステップ１０４の走行発電モードへの移行後は、ステップ１０２Ａに戻り、上記と同様の制御を行う。

次に、図５に本実施の形態のハイブリッド車１の走行時におけるエンジン運転モード、充電状況、排気ガス温度および車両速度を時系列で示す。なお、車両速度の時系列において同じ運転モードには同じハッチングを付した。また、時刻ｔ０〜ｔ１，ｔ４〜ｔ５，ｔ１０〜ｔ１１，ｔ１６〜ｔ１７はアイドル停止期間を示し、時刻ｔ１〜ｔ２はアイドル期間を示している。また、排気ガス温度の時系列において実線は本実施の形態の車両の制御を適用した場合の実際の排気ガス温度を示し、破線は本実施の形態の車両の制御を適用していない場合の排気ガス温度を示している。

時刻ｔ２〜ｔ３に示すように、ハイブリッド車１の計算上の排気ガス温度がＮＯｘ浄化触媒の活性化温度より低くなるような状況において、バッテリ４の充電状態が下限しきい値以下の状態において走行を開始する場合には、走行発電を行うことにより、バッテリ４の充電値を上昇させると共に、実際の排気ガス温度を上昇させる。

また、時刻ｔ５〜ｔ６に示すように、低負荷領域（時刻ｔ５の直前の段階で計算上の排気ガス温度が触媒活性温度より低い状態）であっても、時刻ｔ５の直前の段階で一旦バッテリ４の充電値が上限しきい値を超えているので、エンジン２を停止して、バッテリ４から給電して電動発電機３による電動走行を行う。

次いで、時刻ｔ６〜ｔ７に示すように、計算上の排気ガス温度が触媒活性化温度よりも高い運転領域では、エンジン２による通常走行を行う。続いて、時刻ｔ７〜ｔ８に示すように、計算上の排気ガス温度が触媒活性化温度よりも低くなった時刻７の段階で、バッテリ４の充電値が下限しきい値よりも高いので電動走行を行う（この場合は電動走行時の充電状況の監視ロジックが適用される）。

続いて、時刻ｔ８〜ｔ９に示すように、電動走行中にバッテリ４の充電値が下限しきい値に到達した場合（時刻ｔ８）は、電動走行モードから走行発電モードに移行することにより、バッテリ４の充電値と実際の排気ガス温度とを上昇させる。

時刻ｔ１１〜ｔ１２は、上記時刻ｔ２〜ｔ３と同じである。続いて、時刻ｔ１２〜ｔ１３に示すように、走行発電によりバッテリ４の充電値が再び上限しきい値に達すると、低負荷領域での電動走行を開始する。時刻ｔ１３〜ｔ１４は、上記時刻ｔ６〜ｔ７と同じである。時刻ｔ１４〜ｔ１５は、上記時刻ｔ７〜ｔ８と同じである。

このように本実施の形態のハイブリッド車１においては、エンジン２による走行時においては、排気ガス温度を浄化触媒の活性温度より高温に保って効率良く排気ガスを浄化することができる。また、エンジン２を運転すると排気ガス温度が低くなる場合は、バッテリ４の充電状態に応じて、走行発電と電動走行とで使い分けることにより、排気ガス温度が低く、エンジン効率の悪い状態におけるエンジン２の運転を避けることができる。したがって、排気ガスの効率の良い浄化と燃費の向上とを両立することができる。

本発明の車両およびその制御方法は、動力源として内燃機関と電動発電機とを備え、内燃機関の運転により生じる排気ガスを触媒作用により浄化する排気ガス浄化装置を備えるとともに、前記電動発電機の電力を充電可能な蓄電装置を備える車両において、排気ガスの効率の良い浄化と燃費の向上とを両立することができるので、自動車等の車両およびその制御方法に利用できる。

１ ディーゼルハイブリッド車（車両）
２ ディーゼルエンジン（内燃機関）
３ 電動発電機
４ バッテリ（蓄電装置）
１４ 電子制御装置（制御部）
１５ 排気管
１６ 排気ガス浄化装置

Claims (4)

1. 動力源として内燃機関と電動発電機とを備え、前記内燃機関の運転により生じる排気ガスを触媒作用により浄化する排気ガス浄化装置を備えるとともに、前記電動発電機の電力を充電可能な蓄電装置を備える車両において、
   前記内燃機関を運転するとした場合において排気ガスの温度が前記排気ガス浄化装置の触媒の活性温度に関連して予め設定された設定温度よりも高い場合には、前記内燃機関による走行を行い、
   前記排気ガスの温度が、前記設定温度より低い場合には、前記蓄電装置の充電状態を監視して、
   前記充電状態が予め設定された第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を行い、
   前記第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する制御を行う制御部を有する車両。
2. 前記制御部は、前記電動発電機による走行中において、前記蓄電装置の充電状態を監視し、
   前記充電状態が、前記第１設定充電値よりも低い値で予め設定された第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を続け、
   前記第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する制御を行う請求項１記載の車両。
3. 動力源として内燃機関と電動発電機とを備え、前記内燃機関の運転により生じる排気ガスを触媒作用により浄化する排気ガス浄化装置を備えるとともに、前記電動発電機の電力を充電可能な蓄電装置を備える車両の制御方法において、
   前記内燃機関を運転するとした場合において排気ガスの温度が前記排気ガス浄化装置の触媒の活性温度に関連して予め設定された設定温度よりも高い場合には、前記内燃機関による走行を行い、
   前記排気ガスの温度が、前記設定温度より低い場合には、前記蓄電装置の充電状態を監視して、
   前記充電状態が予め設定された第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を行い、
   前記第１設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する車両の制御方法。
4. 前記電動発電機による走行中において、前記蓄電装置の充電状態を監視し、
   前記充電状態が、前記第１設定充電値よりも低い値で予め設定された第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が可能な充電状態であると判断された場合は、前記電動発電機による走行を続け、
   前記第２設定充電値を基準として前記電動発電機による走行が不可能な充電状態であると判断された場合は、前記内燃機関を運転しつつ発電をして前記蓄電装置に充電する請求項３記載の車両の制御方法。

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