JP2020131789A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】フィルタ詰まりの発生頻度が低下するハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】ハイブリッド車両500は、原動機としての内燃機関10及び第1モータジェネレータ71及び第2モータジェネレータ72と、第1モータジェネレータ71及び第2モータジェネレータ72で発電した電力を蓄えるバッテリ77とを備える。内燃機関10は、粒子状物質を捕集するフィルタ23を排気通路21に備える。制御装置100は、フィルタ23の粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上である場合には、車両走行中におけるバッテリの充電率の低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する。【選択図】図1
Description
本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
特許文献1には、粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に有する内燃機関と、電動機と、電動機で発電した電力を蓄えるバッテリとを備えるハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両では、フィルタの再生処理中において、フィルタに堆積している粒子状物質の量が多いときほど、バッテリの充電率が低くなるようにしている。
車両走行中においてバッテリの充電率が低くなっていくと、次回の機関始動時には充電率が低いまま機関運転が開始されるため、車両が走行するために必要な車両要求出力のうちでバッテリ電力を利用する電動機の出力割合は低下し、内燃機関の出力割合は増加するようになる。そのため、内燃機関から排出される粒子状物質の量は増えるようになり、フィルタ詰まりの発生頻度が増加するおそれがある。
ちなみに、上記特許文献1のように、粒子状物質の量が多いときほどバッテリの充電率が低くなるようにすると、粒子状物質の量が多いときほど上述した内燃機関の出力割合は増加するようになるため、フィルタ詰まりの発生頻度は増加してしまう。
上記課題を解決するためのハイブリッド車両に適用される制御装置は、原動機としての内燃機関及び電動機と、前記電動機で発電した電力を蓄えるバッテリと、を備えるハイブリッド車両に適用される。前記内燃機関は、粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えている。そして、制御装置は、前記フィルタの粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上である場合には、車両走行中における前記バッテリの充電率の低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する。
同構成によれば、フィルタの粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上になると、上記充電率低下抑制処理を実行されることにより、車両走行中におけるバッテリの充電率の低下が抑えられる。そのため、車両走行中に充電率低下抑制処理を実行しなかった場合と比較して、次回の機関始動時におけるバッテリの充電率は高くなり、内燃機関の出力割合は低くなることから粒子状物質の排出量は減少する。従って、粒子状物質の堆積量が上記判定値を超えて増加していく際の増加速度が抑制されて、これによりフィルタ詰まりの発生頻度は低下するようになる。
以下、ハイブリッド車両の制御装置を具体化した一実施形態について、図1〜図3を参照して説明する。
図1に示すように、火花点火式の内燃機関10を搭載したハイブリッド車両(以下、車両という)500は、モータと発電機の双方の機能を兼ね備える2つのモータジェネレータ、すなわち第1モータジェネレータ71と第2モータジェネレータ72とを備えている。
図1に示すように、火花点火式の内燃機関10を搭載したハイブリッド車両(以下、車両という)500は、モータと発電機の双方の機能を兼ね備える2つのモータジェネレータ、すなわち第1モータジェネレータ71と第2モータジェネレータ72とを備えている。
車両500には、バッテリ77と第1インバータ75と第2インバータ76とが設けられている。バッテリ77は、発電機として機能しているときの第1モータジェネレータ71及び第2モータジェネレータ72が発電した電力を蓄える。さらにバッテリ77は、モータとして機能しているときの第1モータジェネレータ71及び第2モータジェネレータ72に対して電力を供給する。
第1インバータ75は、第1モータジェネレータ71とバッテリ77との間の電力の授受量を調整し、第2インバータ76は、第2モータジェネレータ72とバッテリ77との間の電力の授受量を調整する。
車両500には、第1遊星ギア機構40が設けられている。第1遊星ギア機構40は、外歯歯車のサンギア41と、サンギア41と同軸配置されている内歯歯車のリングギア42とを有している。サンギア41とリングギア42との間には、サンギア41及びリングギア42の双方と噛み合う複数のピニオンギア43が配置されている。各ピニオンギア43は、自転及び公転が自在な状態でキャリア44に支持されている。こうした第1遊星ギア機構40のキャリア44には、内燃機関10の出力軸であるクランク軸14が連結され、サンギア41には、第1モータジェネレータ71が連結されている。また、リングギア42には、リングギア軸45が接続されている。そして、リングギア軸45には、減速機構60及び差動機構61を介して駆動輪62が連結されている。加えてリングギア軸45には、第2遊星ギア機構50を介して第2モータジェネレータ72が連結されている。
第2遊星ギア機構50は、外歯歯車のサンギア51と、サンギア51と同軸配置されている内歯歯車のリングギア52とを有している。また、サンギア51とリングギア52との間には、サンギア51及びリングギア52の双方と噛み合う複数のピニオンギア53が配置されている。各ピニオンギア53は、自転自在であるものの公転不能になっている。そして、第2遊星ギア機構50のリングギア52にはリングギア軸45が、サンギア51には第2モータジェネレータ72がそれぞれ接続されている。
内燃機関10は、混合気の燃焼を行う複数の気筒11を有している。また、内燃機関10には、各気筒11への空気の導入路となる吸気通路15が設けられている。
吸気通路15には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ16が設けられている。吸気通路15におけるスロットルバルブ16よりも下流側の部分は気筒別に分岐されている。
吸気通路15には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ16が設けられている。吸気通路15におけるスロットルバルブ16よりも下流側の部分は気筒別に分岐されている。
吸気通路15において気筒別に分岐した部分は、気筒別に設けられた吸気ポート15aに接続されている。各吸気ポート15aには、燃料を噴射する燃料噴射弁17がそれぞれ設けられている。
各気筒11には、気筒11内に導入された混合気を火花放電により点火する点火装置19がそれぞれ設けられている。
また、内燃機関10には、各気筒11での混合気の燃焼によって生じた排気の排出路となる排気通路21が設けられている。排気通路21には、排気を浄化する三元触媒22が設置されている。さらに、排気通路21における三元触媒22よりも下流側には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ23が設けられている。
また、内燃機関10には、各気筒11での混合気の燃焼によって生じた排気の排出路となる排気通路21が設けられている。排気通路21には、排気を浄化する三元触媒22が設置されている。さらに、排気通路21における三元触媒22よりも下流側には、排気中の粒子状物質を捕集するフィルタ23が設けられている。
内燃機関10の各気筒11には、燃料噴射弁17が噴射した燃料を含む混合気が導入される。点火装置19がこの混合気を点火すると気筒11内で燃焼が行われる。このときの燃焼により生じた排気は、気筒11内から排気通路21に排出される。排気通路21に排出された排気に含まれるHC及びCO及びNOxは三元触媒22によって浄化される。また、排気に含まれる粒子状物質はフィルタ23によって捕集される。
車両500は、制御装置100を備えている。制御装置100は、中央処理装置(CPU)110やメモリ120を備えており、メモリ120に記憶されたプログラムをCPU110が実行することにより、各種制御を実行する。なお、図示はしないが、制御装置100は、内燃機関10の運転を制御する機関制御ユニットや、第1モータジェネレータ71及び第2モータジェネレータ72を制御するモータ制御ユニットなど、複数の制御ユニットで構成されている。
制御装置100には、内燃機関10の吸入空気量GAを検出するエアフロメータ81や、内燃機関10の冷却水の温度である冷却水温THWを検出する水温センサ82や、内燃機関10に吸入される吸気の温度である吸気温THAを検出する吸気温センサ83が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置100には、クランク軸14の回転角を検出するクランク角センサ85や、アクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ACPを検出するアクセルポジジョンセンサ86や、車両500の車速SPを検出する車速センサ87が接続されており、それら各種センサからの出力信号が入力される。また、制御装置100には、バッテリ77の電流IB、電圧VB、及び温度TBが入力される。そして、制御装置100は、それら電流IB、電圧VB、及び温度TBに基づき、バッテリ77の充電率SOC(SOC=バッテリの残容量[Ah]/バッテリの満充電容量[Ah]×100%)を算出する。
制御装置100は、クランク角センサ85の出力信号Scrに基づいて機関回転速度NEを演算する。また、制御装置100は、機関回転速度NE及び吸入空気量GAに基づいて機関負荷率KLを演算する。また、制御装置100は、吸気の充填効率や機関回転速度NEなどの各種機関運転状態に基づいて三元触媒22の温度である触媒温度Tscやフィルタ23の温度であるフィルタ温度Tfを算出する。また、制御装置100は、フィルタ23における粒子状物質の堆積量であるPM堆積量Psを、機関回転速度NE、機関負荷率KL、及びフィルタ温度Tf等に基づいて算出する。
制御装置100は、PM堆積量Psが規定の再生閾値に達して再生要求が生じると、フィルタ23の温度を高める昇温制御と、この昇温制御によって高温化したフィルタ23において粒子状物質を燃焼させる燃焼制御とを実行することにより、フィルタ23に堆積した粒子状物質の量を減少させる再生制御を実行する。なお、こうした再生制御は、運転中の内燃機関10の状態を再生制御用の状態にすることにより実施される。
制御装置100は、アクセル操作量ACP及び車速SPに基づいて車両500が走行するために必要な車両要求出力を演算する。さらに、制御装置100は、車両要求出力や充電率SOC等に基づき、内燃機関10の出力の要求値である機関要求出力と、第1モータジェネレータ71の力行時または回生時の出力の要求値である第1モータ要求出力と、第2モータジェネレータ72の力行時または回生時の出力の要求値である第2モータ要求出力とをそれぞれ演算する。そして、制御装置100は、機関要求出力に応じた内燃機関10の出力制御と、第1モータ要求出力及び第2モータ要求出力に応じた第1モータジェネレータ71及び第2モータジェネレータ72の出力制御を行うことにより、車両500の走行に必要な出力制御を行う。
こうした出力制御を通じて、例えば車両要求出力が第1モータ要求出力及び第2モータ要求出力のみで補うことが可能な状態、つまりモータ走行が可能な状態のときや、車両停止中には、上記機関要求出力が「0」にされて内燃機関10の運転は停止される。そして、機関要求出力が「0」よりも大きくなると、内燃機関10の運転が再開される。このように、車両500では機関要求出力に基づいて内燃機関10の間欠運転が実施される。
なお、本実施形態では、基本的に低速低負荷走行時において、バッテリ77の充電要求が無い場合や、フィルタ23の再生要求が無い場合には、機関要求出力が「0」に設定されてモータ走行が実施される。
また、制御装置100は、バッテリ77の充電率SOCが規定の充電率上限値SOCHと規定の充電率下限値SOCLとの間の範囲の値となるように、充電率SOCを種々の態様で制御する。
そうした態様の一例として、例えば、モータ走行中に充電率SOCが充電率下限値SOCLにまで低下すると、制御装置100は機関要求出力を高めることにより内燃機関10を始動して第1モータジェネレータ71による発電を行い、充電率SOCを増大させる。そして、充電率SOCが充電率上限値SOCHにまで高まると、制御装置100は内燃機関10の運転を停止して、機関出力を使った第1モータジェネレータ71の発電を中止する。
ところで、車両500において、低速低負荷によるショートトリップ走行が繰り返されると、モータ走行の実行機会が増加してバッテリ77の充電率SOCは低下していく。従って、機関始動時には充電率SOCが低い状態で機関運転が開始されるようになり、その機関運転に際しては、上記車両要求出力のうちでバッテリ電力を利用する第1モータジェネレータ71及び第2モータジェネレータ72の要求出力割合は低下し、内燃機関10の要求出力割合は増加するようになる。そのため、内燃機関10から排出される粒子状物質の量は増えるようになり、フィルタ23が詰まるフィルタ詰まりの発生頻度が増加するおそれがある。
なお、内燃機関10の冷間始動時には、シリンダボアの温度がある程度高まるまで粒子状物質の排出量が多くなるため、そうした冷間始動の回数が多いと、上述したフィルタ詰まりの発生頻度は高まりやすくなる。
こうしたフィルタ詰まりの発生頻度の増加を抑えるために、制御装置100は、車両走行中におけるバッテリ77の充電率SOCの低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する。
図2に、そうした充電率低下抑制処理を実行するための処理手順を示す。なお、図2に示す一連の処理は、車両500の走行中において、制御装置100のメモリ120に記憶されたプログラムをCPU110が繰り返し実行することにより実現される。また、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、ステップ番号を表現する。
図2に示す処理を開始すると、制御装置100は、現在検出している吸気温THA及び冷却水温THWのうちの低い方の値を、外気温に相当する外気温相当値THoutsに設定する(S100)。
次に、制御装置100は、外気温相当値THoutsに基づいてPM堆積量Psを判定する判定値Aを設定する(S110)。判定値Aは、PM堆積量Psが判定値A以上であることに基づき、現在のPM堆積量Psはフィルタ詰まりの発生頻度を抑える上で過剰な量となっていることを適切に判定することができるように、その値は可変設定される。
図3に示すように、この判定値Aは、外気温相当値THoutsが低いほど小さい値となるように可変設定される。
次に、制御装置100は、現在のPM堆積量Psが判定値A以上であるか否かを判定する(S120)。そして、PM堆積量Psが判定値A未満であると判定する場合(S120:NO)、制御装置100は、本処理を一旦終了する。
次に、制御装置100は、現在のPM堆積量Psが判定値A以上であるか否かを判定する(S120)。そして、PM堆積量Psが判定値A未満であると判定する場合(S120:NO)、制御装置100は、本処理を一旦終了する。
一方、S120において、PM堆積量Psが判定値A以上であると判定する場合(S120:YES)、制御装置100は、上記充電率低下抑制処理として、上述した充電率下限値SOCLを引き上げる処理を実行する(S130)。このS130では、PM堆積量Psが判定値A未満であると判定される場合に設定される充電率下限値SOCLの値(例えば30%程度など)よりも高い値(例えば45%程度など)が充電率下限値SOCLとして設定される。
こうした充電率下限値SOCLの引き上げ処理を実行すると、制御装置100は、本処理を一旦終了する。
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
次に、本実施形態の作用及び効果を説明する。
(1)車両走行中においてPM堆積量Psが判定値A以上であると判定される場合には(図2のS120:YES)、充電率低下抑制処理として、充電率下限値SOCLの引き上げが実行される(図2のS130)。この充電率下限値SOCLの引き上げにより、車両走行中におけるバッテリ77の充電率SOCの低下が抑えられる。
そのため、車両走行中に充電率低下抑制処理を実行しなかった場合と比較して、次回の機関始動時におけるバッテリ77の充電率SOCは高くなり、これにより車両要求出力に占める内燃機関10の要求出力の割合は低くなることから粒子状物質の排出量は減少するようになる。従って、粒子状物質の堆積量が上記判定値Aを超えて増加していく際の増加速度が抑制されて、これによりフィルタ詰まりの発生頻度が低下するようになる。
(2)上述したように内燃機関10の冷間始動時には、シリンダボアの温度がある程度高まるまで粒子状物質の排出量が多くなる。従って、そうした冷間始動が多い場合には、上述したようなフィルタ詰まりの発生頻度は高まりやすい。ここで、車両走行中の外気温が低いときほど、デッドソーク後の機関温度は低くなるため、次回の機関始動時におけるシリンダボア温度はより低くなる可能性が高く、粒子状物質の排出量は多くなるおそれがある。
この点、本実施形態では、上述した外気温相当値THoutsが低いほど上記判定値Aは小さい値となるように可変設定している。そのため、デッドソーク後の機関温度が低くなるときほど、より少ないPM堆積量Psでも上記充電率低下抑制処理が実行されるようになる。従って、冷間始動が多い場合でも、フィルタ詰まりの発生頻度は低下するようになる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・充電率低下抑制処理として、充電率下限値SOCLの引き上げを実行した。この他、図4に示すように、上記図2のS120にてPM堆積量Psが判定値A以上であると判定される場合(S120:YES)、充電率低下抑制処理としてモータ走行を禁止する処理(図4のS200)を実行してもよい。この場合には、車両走行中においてバッテリ77の放電量が減少するようになるため、これによっても車両走行中におけるバッテリ77の充電率SOCの低下を抑えることができる。
・外気温相当値THoutsに基づいて上記判定値Aを可変設定したが、判定値Aを予め定めた固定値にしてもよい。この場合でも、少なくとも上記(1)の作用効果を得ることができる。
・吸気温THA及び冷却水温THWのうちの低い方の値を外気温相当値THoutsに設定した。この他、吸気温THAを外気温相当値THoutsに設定したり、冷却水温THWを外気温相当値THoutsに設定してもよい。
・吸気温THA及び冷却水温THWのうちの低い方の値を外気温相当値THoutsに設定したが、外気温を実際に計測し、その計測した値に基づいて上記判定値Aを可変設定してもよい。
・図2のS120で肯定判定される場合には、充電率下限値SOCLの引き上げを実行するようにした。この他、図2のS120で肯定判定される場合には、上述した引き上げ後の充電率下限値SOCLと、他の要求から求められる充電率下限値SOCLのうちから最適な値を選択して、最終的な充電率下限値SOCLを決定してもよい。この場合でも、最終的な充電率下限値SOCLとして、上述した引き上げ後の充電率下限値SOCLが選択される場合には、上記実施形態と同様な作用効果を得ることができる。
・内燃機関10の冷間始動直後から規定の期間が経過するまでは機関要求出力を低い状態にすることにより、粒子状物質の排出量を抑える出力抑制制御を実行している最中に、上記充電率低下抑制処理が実行されると、充電率SOCを高めるために機関要求出力が増大される可能性がある。このようにして機関要求出力が増大されてしまうと、出力抑制制御の効果が低下してしまう。そのため、上記出力抑制制御の実行中は、上記充電率低下抑制処理の実行を禁止するようにしてもよい。
・車両500に適用されるハイブリッドシステムは、図1に示したシステムとは異なるシステムでもよい。
10…内燃機関、11…気筒、14…クランク軸、15…吸気通路、15a…吸気ポート、16…スロットルバルブ、17…燃料噴射弁、19…点火装置、21…排気通路、22…三元触媒、23…フィルタ、40…第1遊星ギア機構、41…サンギア、42…リングギア、43…ピニオンギア、44…キャリア、45…リングギア軸、50…第2遊星ギア機構、51…サンギア、52…リングギア、53…ピニオンギア、60…減速機構、61…差動機構、62…駆動輪、71…第1モータジェネレータ、72…第2モータジェネレータ、75…第1インバータ、76…第2インバータ、77…バッテリ、81…エアフロメータ、82…水温センサ、83…吸気温センサ、85…クランク角センサ、86…アクセルポジジョンセンサ、87…車速センサ、100…制御装置、110…中央処理装置(CPU)、120…メモリ、500…ハイブリッド車両(車両)。
Claims (1)
- 原動機としての内燃機関及び電動機と、前記電動機で発電した電力を蓄えるバッテリと、を備えるハイブリッド車両に適用される制御装置であって、
前記内燃機関は、粒子状物質を捕集するフィルタを排気通路に備えており、
前記フィルタの粒子状物質の堆積量が規定の判定値以上である場合には、車両走行中における前記バッテリの充電率の低下を抑える充電率低下抑制処理を実行する
ハイブリッド車両の制御装置。
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