JP2017136935A - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】排気浄化用のフィルターの溶損を抑制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。【解決手段】ハイブリッド車両は、エンジン１０及びモータージェネレーター２１を有するハイブリッドシステム２０と、エンジンの排気通路４１に配置された排気浄化用のフィルター４２と、制御装置７０と、を備えたハイブリッド車両において、制御装置は、フィルターの温度が予め設定された基準温度Ｔｃ以上の場合に、エンジンの燃料噴射を停止させるとともに、モータージェネレーターによってエンジンの出力軸１３を回転させる制御処理を実行するように構成されていることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は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おいて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１参照）。

また従来、排気浄化用のフィルターを備えるＨＥＶも知られている（例えば特許文献２参照）。このフィルターは、エンジンの排気通路に配置されて、エンジンから排出された排気中の粒子状物質（ＰＭ）を捕集することで、排気を浄化する。

ところで、フィルターにＰＭが多く堆積した場合、フィルターの性能が低下してしまう。そこで、従来は、例えばフィルターに堆積したＰＭの量が基準値以上となった場合のように、フィルターを再生することが望まれる所定の条件が満たされた場合に、フィルターよりも上流側の排気通路に燃料を供給することで、この燃料による燃焼熱によって排気温度をＰＭの燃焼温度（例えば４００℃〜６００℃）に上昇させて、フィルターに堆積したＰＭを燃焼除去する制御処理（フィルター再生制御処理）が実行されていた。

しかしながら、上記のようなフィルター再生制御処理が実行された場合において、フィルターに堆積したＰＭが自己燃焼を起こした場合に、フィルターよりも上流側の排気通路への燃料供給を停止させても、ＰＭの自己燃焼で発生する熱により自己燃焼が急激に拡大してフィルターの温度が上昇し続けてしまう可能性、すなわち熱暴走が生じる可能性がある。この熱暴走が生じた場合、フィルターが溶損する可能性がある。

特開２００２−２３８１０５号公報 特開２０１０−７５２０号公報

本発明は上記のことを鑑みてなされたものであり、その目的は、排気浄化用のフィルターの溶損を抑制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ための本発明のハイブリッド車両は、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と、前記エンジンの排気通路に配置された排気浄化用のフィルターと、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、前記フィルターの温度が予め設定された基準温度以上の場合に、前記エンジンの燃料噴射を停止させるとともに、前記モータージェネレーターによって前記エンジンの出力軸を回転させる制御処理を実行するように構成されていることを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両によれば、フィルターの温度が基準温度以上の場合に、エンジンの燃料噴射が停止し、モータージェネレーターによってエンジンの出力軸が回転することで、エンジンは非燃焼状態で吸気して、新気を排出することができる。このエンジンから排出された新気によって、フィルターの熱を奪ってフィルターを冷却してフィルターの温度を低下させることができるので、フィルターの溶損を抑制することができる。

上記構成は、前記排気通路の排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備え、前記制御装置は、前記フィルターの温度が前記基準温度以上の場合に、前記ＥＧＲシステムによる前記排気の一部の前記吸気通路への還流を停止させる制御処理をさらに実行するように構成されていてもよい。

この構成によれば、フィルターの温度が予め設定された基準温度以上の場合に、排気通路の排気の一部が吸気通路に還流することを停止させて、エンジンから排出される新気の温度がＥＧＲシステムによる排気還流によって上昇することを抑制できる。これにより、フィルターに流入する新気の温度が上昇することを効果的に抑制して、フィルターの温度を速やかに低下させることができる。この結果、フィルターの溶損を効果的に抑制することができる。

上記構成において、前記制御装置は、前記フィルターの温度が前記基準温度以上の場合に、前記ハイブリッド車両のトランスミッションのギア段を前記フィルターの温度が前記基準温度未満の場合に比較して低下させる制御処理をさらに実行するように構成されていてもよい。この構成によれば、トランスミッションのギア段が低下することで、エンジンの回転数を上昇させることができる。これにより、フィルターに流入する新気量を増大させて、フィルターの温度を効果的に低下させることができるので、フィルターの溶損を効果的に抑制することができる。

また上記の目的を達成するための本発明のハイブリッド車両の制御方法は、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と、前記エンジンの排気通路に配置された排気浄化用のフィルターと、を備えたハイブリッド車両の制御方法において、前記フィルターの温度が予め設定された基準温度以上の場合に、前記エンジンの燃料噴射を停止させるとともに、前記モータージェネレーターによって前記エンジンの出力軸を回転させる制御処理を実行することを特徴とする。

本発明に係るハイブリッド車両の制御方法によれば、フィルターの温度が基準温度以上の場合に、エンジンの燃料噴射が停止し、モータージェネレーターによってエンジンの出力軸が回転することで、エンジンは非燃焼状態で吸気して、新気を排出することができる。このエンジンから排出された新気によって、フィルターの熱を奪ってフィルターを冷却してフィルターの温度を低下させることができるので、フィルターの溶損を抑制することができる。

本発明に係るハイブリッド車両及びハイブリッド車両の制御方法によれば、排気浄化用のフィルターの溶損を抑制することができる。

本発明の実施形態からなるハイブリッド車両の構成図である。 フィルター高温時制御処理を説明するためのフローチャートである。

以下に、本発明の実施の形態に係るハイブリッド車両及びその制御方法について、図面
を参照して説明する。図１は、本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、又はバスやトラックなどの大型車両であり、エンジン１０、モータージェネレーター２１及びトランスミッション３０と、運転状態に応じてＨＥＶを複合的に制御するハイブリッドシステム２０とを主に備えている。

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、出力軸としてのクランクシャフト１３が回転駆動される。このエンジン１０には、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンが用いられる。なお、本実施形態ではエンジン１０の一例として、ディーゼルエンジンを用いている。クランクシャフト１３の一端は、エンジンクラッチ１４（例えば湿式多板クラッチなど）を介してモータージェネレーター２１の回転軸２２の一端に接続されている。

モータージェネレーター２１には、発電運転が可能な永久磁石式の交流同期モーターが用いられている。このモータージェネレーター２１の回転軸２２の他端は、モータークラッチ１５（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３０のインプットシャフト３１に接続されている。

トランスミッション３０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自動的に変速するＡＭＴ又はＡＴが用いられる。なお、トランスミッション３０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。

なお、本実施形態ではトランスミッション３０の一例としてＡＭＴを用いている。

トランスミッション３０で変速された回転動力は、アウトプットシャフト３２に接続されたプロペラシャフト３３を通じてデファレンシャル３４に伝達され、後輪である一対の駆動輪３５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２０は、モータージェネレーター２１と、このモータージェネレーター２１に順に電気的に接続するインバーター２３、高電圧バッテリー２４、ＤＣ／ＤＣコンバーター２５及び低電圧バッテリー２６とを有している。

高電圧バッテリー２４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。低電圧バッテリー２６には鉛バッテリーが用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター２５は、高電圧バッテリー２４と低電圧バッテリー２６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２６は、各種の車両電装品２７に電力を供給する。

このハイブリッドシステム２０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、ＢＭＳ２８（バッテリーマネージメントシステム）により検出される。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム２０は、制御装置７０により制御される。具体的には、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム２０は高電圧バッテリー２４から電力を供給されたモータージェネレーター２１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２１による回生発電を行い、プロペラシャフト３３等に発生する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２４に充電する。また、このＨＥＶは、例えばエンジンク
ラッチ１４を断状態、且つモータークラッチ１５を接状態にすることで、モータージェネレーター２１のみを駆動源とする、いわゆるモーター単独走行が可能となる。

なお本実施形態では制御装置７０として、電子制御装置を用いている。この電子制御装置は、各種の制御処理を実行する制御部としての機能を有するＣＰＵと、ＣＰＵの動作に用いられる各種データやプログラム等を記憶する記憶部としての機能を有するＲＯＭ、ＲＡＭ等とを有するマイクロコンピュータを備えている。この制御装置７０は、信号線（一点鎖線で示す）を通じて、モータージェネレーター２１などの各部と接続している。

なおハイブリッドシステム２０のモータージェネレーター２１の配置態様は、制御装置７０からの制御指令を受けた場合に、エンジン１０の出力軸（クランクシャフト１３）と接続して回生発電や駆動力のアシストを実行できる態様であればよく、図１に例示するような配置態様（エンジン１０とモータージェネレーター２１との間にエンジンクラッチ１４が介在する配置態様）に限定されるものではない。

またＨＥＶは、ＥＧＲシステム４５（排気通路４１の排気の一部を吸気通路に還流するシステム）を備えている。具体的には、このＥＧＲシステム４５は、後述するフィルター４２よりも上流側の排気通路４１の途中から分岐してエンジン１０の吸気通路の途中に合流するＥＧＲ通路と、このＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲバルブとを備えている。制御装置７０の制御指令によって、ＥＧＲバルブが開閉することで、排気の一部（ＥＧＲガス）のエンジン１０への流入、流入停止、及び流入量が制御される。

またＨＥＶは、エンジン１０の排気が通過する排気通路４１の途中に、排気浄化用のフィルター４２を備えている。フィルター４２の種類は排気中のＰＭを捕集して除去することができるものであれば特に限定されるものではないが、本実施形態ではフィルター４２の一例として、ディーゼルパティキュレートフィルターを用いる。なお、排気通路４１のうち、フィルター４２よりも上流側には、排気浄化用の触媒（図示せず）も配置されている。

またＨＥＶは、フィルター４２の温度を検出する温度センサ４３を備えている。温度センサ４３の検出結果は、制御装置７０に伝えられる。

ところで、フィルター４２に排気中のＰＭが多く堆積した場合、フィルター４２の性能が低下してしまう。そこで、本実施形態に係る制御装置７０は、フィルター４２に堆積したＰＭを燃焼させてフィルター４２の性能を回復させるために、以下に説明する制御処理を実行する。

具体的には制御装置７０は、フィルター４２に堆積したＰＭを燃焼させることが望まれる所定の条件（以下、所定条件と称する）が満たされた場合に、フィルター４２よりも上流側の排気通路４１に燃料を供給する制御処理（以下、この制御処理をフィルター再生制御処理と称する）を実行する。具体的には本実施形態に係る排気通路４１のうちフィルター４２よりも上流側且つエンジン本体１１よりも下流側の部分には、排気通路４１の排気に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁（図示せず）が配置されている。そして、制御装置７０は、上述した所定条件が満たされた場合に、この燃料噴射弁から燃料を供給させることで、フィルター４２よりも上流側の排気通路４１内に燃料を供給させる。

このフィルター再生制御処理の実行によってフィルター４２よりも上流側に供給された燃料が燃焼することで、この燃焼熱によりフィルター４２を昇温させてフィルター４２に堆積したＰＭを燃焼除去させることができる。これにより、フィルター４２を再生させることができる。

なお、上述した所定条件の具体的な内容は特に限定されるものではなく、例えば、フィルター４２に堆積したＰＭの量が予め設定された基準値以上であるとの条件や、ＨＥＶの走行距離が予め設定された基準距離以上であるとの条件等、種々の条件を用いることができる。

また制御装置７０は、フィルター４２の温度（Ｔ）が予め設定された基準温度（Ｔｃ）以上になった場合には、エンジン１０の燃料噴射を停止させるとともに、モータージェネレーター２１によってエンジン１０のクランクシャフト１３（すなわち出力軸）を回転させる制御処理（以下、この制御処理をフィルター高温時制御処理と称する）を実行する。このフィルター高温時制御処理の詳細は以下のとおりである。

図２はフィルター高温時制御処理を説明するためのフローチャートである。制御装置７０は図２のフローチャートを所定周期で繰り返し実行する。ステップＳ１０において制御装置７０は、フィルター４２の温度（Ｔ）が予め設定された基準温度（Ｔｃ）以上であるか否かを判定する。

なお、本実施形態の制御装置７０は、ＨＥＶの始動後において常時フィルター４２の温度をモニタリングしている。但し制御装置７０がフィルター４２の温度を取得する時期はこれに限定されるものではなく、例えば制御装置７０は、前述したフィルター再生制御処理の実行を開始した後に、フィルター４２の温度の取得を開始してもよい。

また、基準温度（Ｔｃ）の具体的な値は特に限定されるものではないが、本実施形態では、フィルター４２に溶損（熱によって損傷すること）が生じる温度（一例として１０００℃を用いる）よりも低く、且つＰＭの燃焼温度（一例として４００℃〜６００℃から選択された温度）よりも高い温度を用いる。この基準温度（Ｔｃ）は、予め実験、シミュレーション等により適切な値を求めておき、記憶部（例えばＲＯＭ等）に記憶させておく（すなわち、予め設定しておく）。なお本実施形態では、基準温度（Ｔｃ）の一例として９００℃を用いることとする。制御装置７０は、温度センサ４３の検出結果に基づいて取得したフィルター４２の温度（Ｔ）が記憶部の基準温度（Ｔｃ）以上になったと判定した場合に、ステップＳ１０でＹＥＳと判定する。なお、制御装置７０は、ステップＳ１０でＮＯと判定した場合、フローチャートをスタートから実行する（リターン）。

ステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合、制御装置７０は、エンジン１０の燃料噴射を停止させるとともに、モータージェネレーター２１（ＭＧ）を高電圧バッテリー２４の電力を用いて駆動させることにより、モータージェネレーター２１によってエンジン１０のクランクシャフト１３を回転させる（ステップＳ２０）。なお、仮にステップＳ２０の実行前にエンジンクラッチ１４が断状態になっている場合には、制御装置７０はエンジンクラッチ１４を接状態にした後にモータージェネレーター２１でクランクシャフト１３を回転させる。

ステップＳ２０の実行によって、エンジン１０は非燃焼状態で吸気して、新気を排出することができる。このエンジン１０から排出された新気によって、フィルター４２の熱を奪ってフィルター４２を冷却してフィルター４２の温度を低下させることができる。この結果、フィルター４２の溶損を抑制することができる。

なお、ステップＳ２０の実行期間は特に限定されるものではないが、本実施形態に係る制御装置７０は、ステップＳ２０を、フィルター４２の温度が基準温度（Ｔｃ）以上と判定されている期間、継続して実行する。すなわち、この場合、ステップＳ２０に係るエンジン１０の燃料噴射停止及びモータージェネレーター２１によるクランクシャフト１３の
回転は、フィルター４２の温度が基準温度以上となっている間、継続して実行され、フィルター４２の温度が基準温度未満に低下した場合に、その実行は停止される。

あるいは制御装置７０は、一度ステップＳ２０の実行を開始した場合において、フィルター４２の温度がＰＭの燃焼温度にまで低下したか否かを判定し、フィルター４２の温度がＰＭの燃焼温度にまで低下したと判定した場合に、ステップＳ２０に係る燃料噴射停止及びモータージェネレーター２１によるクランクシャフト１３の回転を停止させてもよい。

また、前述したフィルター再生制御処理の実行中に図２のステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合には、制御装置７０は、このフィルター再生制御処理の実行を停止させた後に（すなわち、フィルター４２よりも上流側の排気通路４１への燃料供給を停止させた後に）、ステップＳ２０を実行する。そして、制御装置７０は、ステップＳ２０の実行によってフィルター４２の温度が低下して、ステップＳ２０の実行を終了させた後に、フィルター再生制御処理の実行を再開させてもよい。

以上説明した本実施形態によれば、ステップＳ２０に係るフィルター高温時制御処理が実行されることで、エンジン１０から排出された新気によってフィルター４２の熱を奪うことができ、これにより、フィルター４２を冷却して、フィルター４２の温度を低下させることができる。この結果、フィルター４２の溶損を抑制することができる。

また本実施形態の場合、ＨＥＶの走行停止中のみならず、ＨＥＶの走行中においても、エンジン１０の燃料噴射を停止させてモータージェネレーター２１によってエンジン１０のクランクシャフト１３を回転させることができるので、ＨＥＶの走行中においてもフィルター４２の溶損を抑制することができる。

具体的には、エンジン１０の駆動力でＨＥＶが走行中に例えばフィルター再生制御処理が実行された場合において、フィルター４２の温度が基準温度以上になった場合（ステップＳ１０でＹＥＳの場合）、制御装置７０はモータークラッチ１５を接状態にしてモータージェネレーター２１を高電圧バッテリー２４の電力で駆動させることでＨＥＶの走行を維持しつつ、エンジン１０の燃料噴射を停止させてモータージェネレーター２１によってクランクシャフト１３を回転させる（ステップＳ２０）。これにより、ＨＥＶの走行中であっても、ＨＥＶの走行に支障をきたすことなく、エンジン１０から排出される新気でフィルター４２を冷却でき、フィルター４２の溶損を抑制することができる。

（上記実施形態の変形例１）
続いて上記実施形態の変形例１に係るＨＥＶについて説明する。本変形例に係るＨＥＶの制御装置７０は、フィルター４２の温度（Ｔ）が予め設定された基準温度（Ｔｃ）以上であると判定された場合に（ステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合に）、ステップＳ２０を実行する際に、ＥＧＲシステム４５による排気の一部の吸気通路への還流を停止させる制御処理をさらに実行する。具体的には本変形例に係る制御装置７０は、ステップＳ２０において、ＥＧＲバルブを閉弁させることでＥＧＲシステム４５による排気還流を停止させるとともに、エンジン１０の燃料噴射を停止させ、且つモータージェネレーター２１によってエンジン１０のクランクシャフト１３を回転させる。

本変形例によれば、フィルター４２の温度（Ｔ）が予め設定された基準温度（Ｔｃ）以上の場合に、ＥＧＲシステム４５による排気還流を停止することができるので、エンジン１０から排出される新気の温度がＥＧＲシステム４５による排気還流によって上昇することを抑制することができる。これにより、フィルター４２に流入する新気の温度が上昇することを効果的に抑制して、フィルター４２の温度を速やかに低下させることができる。
この結果、フィルター４２の溶損を効果的に抑制することができる。

（上記実施形態の変形例２）
続いて上記実施形態の変形例２に係るＨＥＶについて説明する。本変形例に係るＨＥＶの制御装置７０は、フィルター４２の温度（Ｔ）が予め設定された基準温度（Ｔｃ）以上であると判定された場合に（ステップＳ１０でＹＥＳと判定された場合に）、トランスミッション３０のギア段を、ステップＳ１０でＹＥＳと判定される前（すなわち、フィルター４２の温度が基準温度未満の場合）に比較して低下させるギア段低下制御処理をさらに実行する点において、上記実施形態や上記実施形態の変形例１と異なっている。

なお、本変形例に係る制御装置７０は、このギア段低下制御処理を、ステップＳ１０でＹＥＳと判定された後に、ステップＳ２０の実行前に実行する。これにより、ギア段低下制御処理によってトランスミッション３０のギア段が低下することでエンジン１０の回転数を上昇させて排気量を増大させた状態で、次のステップＳ２０の実行によって、エンジン１０から新気を排出させることができる。すなわち、このようにギア段低下制御処理が実行されることで、上記実施形態や上記実施形態の変形例１に比較して、フィルター４２に流入する新気量をさらに増大させることができる。

但し、ギア段低下制御処理の実行時期はこれに限定されるものではなく、例えばステップＳ２０と同時期に実行してもよく、あるいはステップＳ２０の実行後に実行してもよい。

以上説明したように、本変形例によれば、上記実施形態や上記実施形態の変形例１の効果に加えて、ギア段低下制御処理の実行によって、フィルター４２に流入する新気量を増大させることができる。これにより、フィルター４２の温度を効果的に低下させることができるので、フィルター４２の溶損を効果的に抑制することができる。

以上本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はかかる特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

１０ エンジン
１３ クランクシャフト（出力軸）
２０ ハイブリッドシステム
２１ モータージェネレーター
４１ 排気通路
４２ フィルター
４５ ＥＧＲシステム
７０ 制御装置

Claims (4)

1. 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と、前記エンジンの排気通路に配置された排気浄化用のフィルターと、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、前記フィルターの温度が予め設定された基準温度以上の場合に、前記エンジンの燃料噴射を停止させるとともに、前記モータージェネレーターによって前記エンジンの出力軸を回転させる制御処理を実行する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. 前記排気通路の排気の一部を吸気通路に還流させるＥＧＲシステムを備え、
   前記制御装置は、前記フィルターの温度が前記基準温度以上の場合に、前記ＥＧＲシステムによる前記排気の一部の前記吸気通路への還流を停止させる制御処理をさらに実行するように構成されている請求項１記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置は、前記フィルターの温度が前記基準温度以上の場合に、前記ハイブリッド車両のトランスミッションのギア段を前記フィルターの温度が前記基準温度未満の場合に比較して低下させる制御処理をさらに実行するように構成されている請求項１又は２に記載のハイブリッド車両。
4. 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と、前記エンジンの排気通路に配置された排気浄化用のフィルターと、を備えたハイブリッド車両の制御方法において、
   前記フィルターの温度が予め設定された基準温度以上の場合に、前記エンジンの燃料噴射を停止させるとともに、前記モータージェネレーターによって前記エンジンの出力軸を回転させる制御処理を実行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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