JP6593129B2 - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明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。
特開２００２−２３８１０５号公報 特開２００１−３７００８号公報
本発明の目的は、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発明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、前記モータージェネレーターに順に高電圧バッテリー、低電圧バッテリーを電気的に接続して、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て、前記モータージェネレーターを発電させて得た電力を前記高電圧バッテリーに充電するとともに、前記高電圧バッテリーに充電された電力を前記低電圧バッテリーの充電に用いることで前記高電圧バッテリーの充電率を予め設定された上限値未満に維持する期間を延長し、前記高電圧バッテリーの充電率が前記上限値に達したときには前記モータージェネレーターの発電を停止す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発明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、前記モータージェネレーターに順に電気的に接続された高電圧バッテリー及び低電圧バッテリーと、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して、前記モータージェネレーターを発電させて得た電力を前記高電圧バッテリーに充電するとともに、前記高電圧バッテリーに充電された電力を前記低電圧バッテリーの充電に用いることで前記高電圧バッテリーの充電率を予め設定された上限値未満に維持する期間を延長し、前記高電圧バッテリーの充電率が前記上限値に達したときには前記モータージェネレーターの発電を停止することを特徴とするものである。
本発明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。
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。
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。
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 (2)

  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、
    前記モータージェネレーターに順に高電圧バッテリー、低電圧バッテリーを電気的に接続して、
    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て、前記モータージェネレーターを発電させて得た電力を前記高電圧バッテリーに充電するとともに、前記高電圧バッテリーに充電された電力を前記低電圧バッテリーの充電に用いることで前記高電圧バッテリーの充電率を予め設定された上限値未満に維持する期間を延長し、前記高電圧バッテリーの充電率が前記上限値に達したときには前記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ことを特徴とするハイブリッド車両。
  2. 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、前記モータージェネレーターに順に電気的に接続された高電圧バッテリー及び低電圧バッテリーと、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して、前記モータージェネレーターを発電させて得た電力を前記高電圧バッテリーに充電するとともに、前記高電圧バッテリーに充電された電力を前記低電圧バッテリーの充電に用いることで前記高電圧バッテリーの充電率を予め設定された上限値未満に維持する期間を延長し、前記高電圧バッテリーの充電率が前記上限値に達したときには前記モータージェネレーターの発電を停止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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