JP6686859B2 - ハイブリッド自動車 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンを備えるハイブリッド自動車に関する。
従来、この種の技術としては、粒子状物質除去フィルタの再生要求発生時には、第1気筒に理論空燃比よりもリッチ側の空燃比の混合気を供給し、第2〜第4気筒に理論空燃比よりもリーン側の空燃比の混合気を供給するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。この技術では、こうした制御により、粒子状物質除去フィルタに酸素を供給して粒子状物質を燃焼させ、下流側の触媒に理論空燃比のガスを流入させることより、窒素酸化物の排出量を増大させることなく、粒子状物質除去フィルタを再生している。
また、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンを搭載するハイブリッド自動車において、粒子状物質除去フィルタの温度を迅速に再生可能な温度以上とするために、エンジンの空燃比をリッチとリーンとが繰り返す制御(ディザ制御)を実行するものも提案されている(例えば、特許文献2参照)。
特開2009−156100号公報 特開2012−219732号公報
上述のハイブリッド自動車のように、粒子状物質除去フィルタの温度を迅速に再生可能な温度以上とするために、エンジンの空燃比をリッチとリーンとが繰り返す制御(ディザ制御)を実行しても、粒子状物質除去フィルタを再生することができるための温度にするまでに時間を要し、粒子状物質除去フィルタの再生に必要以上の時間を要してしまう場合がある。このため、粒子状物質除去フィルタの温度上昇を迅速に行なうことが望まれる。
本発明のハイブリッド自動車は、粒子状物質除去フィルタの温度上昇を迅速に行なうことを主目的とする。
本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明のハイブリッド自動車は、
排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンと、
走行用の動力を出力するモータと、
前記モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
前記エンジンと前記モータとを制御すると共に、前記粒子状物質除去フィルタの再生のために前記粒子状物質除去フィルタの温度を上昇させる要求があるときには前記エンジンの空燃比がリッチとリーンとを繰り返すように制御するディザ制御を実行する制御装置と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記制御装置は、前記ディザ制御を実行するときには、前記エンジンから出力しているパワーを保持可能な運転ポイントのうち前記粒子状物質除去フィルタの温度上昇を促進させる運転ポイントで前記エンジンが運転されるように制御する、
ことを要旨とする。
この本発明のハイブリッド自動車では、粒子状物質除去フィルタの再生のために粒子状物質除去フィルタの温度を上昇させる要求があるときには、エンジンの空燃比がリッチとリーンとを繰り返すように制御するディザ制御を実行する。そして、このディザ制御を実行するときには、エンジンから出力しているパワーを保持可能な運転ポイントのうち粒子状物質除去フィルタの温度上昇を促進させる運転ポイントでエンジンが運転されるように制御する。これにより、エンジンからのパワーを変更することなく、粒子状物質除去フィルタの温度上昇を迅速に行なうことができる。
こうした本発明のハイブリッド自動車において、前記制御装置は、前記ディザ制御を実行しないときには燃費が最適となるように予め定められた動作ライン上の運転ポイントで前記エンジンが運転されるように制御し、前記ディザ制御を実行するときには前記エンジンから出力しているパワーを保持可能な運転ポイントのうち前記粒子状物質除去フィルタの温度上昇が最適な運転ポイントで前記エンジンが運転されるように制御するものとしてもよい。こうすれば、より迅速に粒子状物質除去フィルタの温度を上昇させることができる。
本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。 運転ポイント設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 最適動作ラインとディザ制御用動作ラインとを用いてエンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)を設定している様子の一例を示す説明図である。
次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。
図1は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車20は、図示するように、エンジン22と、プラネタリギヤ30と、モータMG1,MG2と、インバータ41,42と、バッテリ50と、ハイブリッド用電子制御ユニット(以下、HVECUという)70と、を備える。
エンジン22は、ガソリンや軽油などを燃料として動力を出力する内燃機関として構成されている。このエンジン22は、エンジン用電子制御ユニット(以下、エンジンECUという)24により運転制御されている。エンジン22の排気系には、排気浄化装置23と粒子状物質除去フィルタ(以下、PMフィルタという)25とが取りつけられている。排気浄化装置23には、排気中の未燃焼燃料や窒素酸化物を除去する触媒23aが充填されている。PMフィルタ25は、セラミックスやステンレスなどにより多孔質フィルタとして形成されており、煤などの粒子状物質(PM:Particulate Matter)を補足する。
エンジンECU24は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。エンジンECU24には、エンジン22を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、クランクシャフト26の回転位置を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションや、エンジン22の冷却水の温度を検出する図示しない水温センサからの冷却水温Twなどを挙げることができる。また、スロットルバルブのポジションを検出する図示しないスロットルバルブポジションセンサからのスロットル開度THや吸気管に取り付けられた図示しないエアフローメータからの吸入空気量Qa、吸気管に取り付けられた図示しない温度センサからの吸気温Taなども挙げることができる。さらに、排気系の排気浄化装置23の上流側に取り付けられた空燃比センサ23bからの空燃比AFや排気浄化装置23の下流側に取り付けられた酸素センサ23cからの酸素信号O2,PMフィルタ25の上流側および下流側に取り付けられた圧力センサ25a,25bからの圧力P1,P2も挙げることができる。また、エンジンECU24からは、エンジン22を運転制御するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、例えば、燃料噴射弁への駆動信号や、スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号,イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号を挙げることができる。エンジンECU24は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このエンジンECU24は、HVECU70からの制御信号によりエンジン22を運転制御する。また、エンジンECU24は、必要に応じてエンジン22の運転状態に関するデータをHVECU70に出力する。エンジンECU24は、クランク角θcrに基づいて、クランクシャフト26の回転数、即ち、エンジン22の回転数Neを演算している。また、エンジンECU24は、エアフローメータからの吸入空気量Qaとエンジン22の回転数Neとに基づいて、体積効率(エンジン22の1サイクルあたりの行程容積に対する1サイクルで実際に吸入される空気の容積の比)KLも演算している。エンジンECU24は、圧力センサ25a,25bからの圧力P1,P2の差圧ΔP(ΔP=P1−P2)に基づいてPMフィルタ25に補足された粒子状物質の推定される堆積量としてのPM堆積量Qpmを演算したり、エンジン22の運転状態に基づいてPMフィルタ25の推定される温度としてのフィルタ温度Tfを演算したりしている。
プラネタリギヤ30は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ30のサンギヤには、モータMG1の回転子が接続されている。プラネタリギヤ30のリングギヤには、駆動輪38a,38bにデファレンシャルギヤ37を介して連結された駆動軸36が接続されている。プラネタリギヤ30のキャリヤには、エンジン22のクランクシャフト26が接続されている。
モータMG1は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを備える周知の同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ30のサンギヤに接続されている。モータMG2は、モータMG1と同様に同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸36に接続されている。モータMG1,MG2は、モータECU40によってインバータ41,42を制御することにより駆動する。インバータ41,42は、バッテリ50が接続された電力ライン54に接続されている。インバータ41,42は、6つのトランジスタと6つのダイオードとにより構成される周知のインバータとして構成されている。インバータ41,42は、電力ライン54を共用しているから、モータMG1,MG2のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。
モータECU40は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。モータECU40には、モータMG1,MG2を駆動制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、モータMG1,MG2の回転子の回転位置を検出する図示しない回転位置検出センサからの回転位置θm1,θm2や、モータMG1,MG2の各相に流れる電流を検出する電流センサからの相電流、コンデンサ46の端子間に取り付けられた図示しない電圧センサからのコンデンサ46(電力ライン54)の電圧VLなどを挙げることができる。モータECU40からは、モータMG1,MG2を駆動制御するためのインバータ41,42の各トランジスタへのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。モータECU40は、HVECU70と通信ポートを介して接続されている。このモータECU40は、HVECU70からの制御信号によってモータMG1,MG2を駆動制御する。また、モータECU40は、必要に応じてモータMG1,MG2の駆動状態に関するデータをHVECU70に出力する。なお、モータECU40は、モータMG1,MG2の回転子の回転位置θm1,θm2に基づいて、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2を演算している。
バッテリ50は、例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池として構成されており、インバータ41,42を介してモータMG1,MG2と電力のやりとりをする。バッテリ50は、バッテリ用電子制御ユニット(以下、バッテリECUという)52により管理されている。
バッテリECU52は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。バッテリECU52には、バッテリ50を管理するのに必要な信号が入力ポートを介して入力されており、必要に応じてバッテリ50の状態に関するデータを通信によりHVECU70に送信する。入力ポートを介して入力される信号としては、例えば、バッテリ50の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧Vbや、バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流Ib、バッテリ50に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Tbなどを挙げることができる。また、バッテリECU52は、バッテリ50を管理するために蓄電割合SOCや入出力制限Win,Woutを演算している。蓄電割合SOCは、バッテリ50から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合であり、電流センサにより検出された充放電電流Ibの積算値に基づいて演算される。入出力制限Win,Woutは、バッテリ50を充放電してもよい最大許容電力であり、演算した蓄電割合SOCと電池温度Tbとに基づいて演算される。
HVECU70は、図示しないが、CPUを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、CPUの他に、処理プログラムを記憶するROMやデータを一時的に記憶するRAM,入出力ポート,通信ポートを備える。HVECU70には、各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。各種センサからの信号としては、例えば、イグニッションスイッチ80からのイグニッション信号や、シフトレバー81の操作位置を検出するシフトポジションセンサ82からのシフトポジションSPを挙げることができる。また、アクセルペダル83の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accや、ブレーキペダル85の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ86からのブレーキペダルポジションBP、車速センサ88からの車速Vなども挙げることができる。HVECU70は、上述したように、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と通信ポートを介して接続されている。このHVECU70は、エンジンECU24やモータECU40,バッテリECU52と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20は、エンジン22の運転を伴って走行するハイブリッド走行モード(HV走行モード)や、エンジン22の運転を停止して走行する電動走行モード(EV走行モード)で走行する。
HV走行モードでの走行時には、HVECU70は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに基づいて、走行に要求される(駆動軸36に出力すべき)要求トルクTr*を設定する。続いて、設定した要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Nrを乗じて、走行に要求される走行用パワーPdrv*を計算する。ここで、駆動軸36の回転数Nrとしては、モータMG2の回転数Nm2や車速Vに換算係数を乗じて得られる回転数を用いることができる。そして、計算した走行用パワーPdrv*からバッテリ50の充放電要求パワーPb*(バッテリ50から放電するときが正の値)を減じて、車両に要求される要求パワーPe*を設定する。ここで、充放電要求パワーPb*は、バッテリ50の蓄電割合SOCと目標割合SOC*との差分ΔSOCに基づいて、差分ΔSOCの絶対値が小さくなるように設定する。次に、要求パワーPe*がエンジン22から出力されると共に要求トルクTr*が駆動軸36に出力されるように、エンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)や、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定する。エンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)は、エンジン22の運転ポイント(回転数,トルク)のうち騒音や振動等を加味して燃費が最適となる最適動作ラインを予め定めておき、要求パワーPe*に対応する最適動作ライン上の運転ポイント(回転数,トルク)を求めて設定する。エンジン22の目標運転ポイント(目標回転数Ne*,目標トルクTe*)については、エンジンECU24に送信する。モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*については、モータECU40に送信する。エンジンECU24は、目標運転ポイントに基づいてエンジン22が運転されるように、エンジン22の吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などを行なう。モータECU40は、モータMG1,MG2がトルク指令Tm1*,Tm2*で駆動されるように、インバータ41,42の各トランジスタのスイッチング制御を行なう。
EV走行モードでの走行時には、HVECU70は、まず、アクセルペダルポジションセンサ84からのアクセル開度Accと車速センサ88からの車速Vとに基づいて要求トルクTr*を設定すると共に、要求トルクTr*に駆動軸36の回転数Nrを乗じて走行用パワーPdrv*を計算する。続いて、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共に、要求トルクTr*(走行用パワーPdrv*)が駆動軸36に出力されるようにモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する。モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*については、モータECU40に送信する。モータECU40は、上述したように、インバータ41,42を制御する。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に粒子状物質(PM:Particulate Matter)が堆積したPMフィルタ25の再生を促す際の動作について説明する。PMフィルタ25の再生は、圧力センサ25a,25bからの圧力P1,P2の差圧ΔP(ΔP=P1−P2)に基づいて推定されたPM堆積量Qpmが所定堆積量以上になったときにエンジンECU24から再生要求が送信されたときに行なわれる。PMフィルタ25の再生は、PMフィルタ25の温度を再生可能温度(例えば600℃など)以上とし、この温度状態のときに、空燃比をリーン(理論空燃比に比して燃料量を少なくした状態)としてエンジン22を運転したり、燃料噴射を停止した状態でエンジン22を運転したりして、PMフィルタ25に空気(酸素)を供給し、PMフィルタ25に堆積している粒子状物質を燃焼することにより行なわれる。PMフィルタ25の温度を再生可能温度以上の状態とする際には、温度上昇が迅速に行なわれるようにするために、エンジンECU24は、エンジン22の空燃比をリッチ(理論空燃比に比して燃料量を少なくした状態)とリーンとが繰り返されるように燃料噴射を行なってエンジン22を運転するディザ制御が行なわれる。従って、エンジンECU24からの再生要求は、ディザ制御の実行要求ともなる。
実施例のハイブリッド自動車20では、PMフィルタ25の再生を促す際の動作の一つとして、エンジンECU24により図2に例示する運転ポイント設定ルーチンが実行される。このルーチンは所定時間毎(例えば、数十msec毎)に実行される。
運転ポイント設定ルーチンが実行されると、エンジンECU24は、まず、ディザ制御の実行要求があるか否かを判定する(ステップS100)。上述したように、ディザ制御の実行要求は、PMフィルタ25の再生要求と同意でもある。ディザ制御の実行要求がないと判定したときには、通常制御でよいと判断し、上述の最適動作ライン上の運転ポイントでエンジン22が運転されるように制御し(ステップS120)、本ルーチンを終了する。ディザ制御の実行要求があると判定したときには、ディザ制御を実行しているか否かを判定する(ステップS110)。ディザ制御を実行していないと判定したときには、まだPMフィルタ25の温度上昇を行なっていないために通常制御でよいと判断し、最適動作ライン上の運転ポイントでエンジン22が運転されるように制御し(ステップS120)、本ルーチンを終了する。
一方、ディザ制御を実行していると判定したときには、エンジン22から出力しているパワーを保持した状態でPMフィルタ25の温度上昇を促進させるのに最適な運転ポイントでエンジン22が運転されるように運転ポイントを変更し(ステップS130)、本ルーチンを終了する。図3は、最適動作ライン上の運転ポイントからPMフィルタ25の温度上昇を促進させるのに最適な運転ポイントに変更する様子の一例を示す説明図である。図中、太実線は最適動作ラインを示し、下に凸の実線による曲線はエンジン22からのパワーが一定の曲線を示し、一点鎖線はPMフィルタ25の温度上昇を促進させる程度の等高線を示す。PMフィルタ25の温度上昇を促進させる程度は、図中白抜き矢印で示すように、右上方向に向かうほど促進する程度が大きくなる。なお、この図3の関係は実験などにより得ることができる。図示するように、エンジン22の運転ポイントを最適動作ライン上の運転ポイントP1(回転数Ne1,トルクTe1)からパワーが同一の運転ポイントP2(回転数Ne2,トルクTe2)に変更すれば、PMフィルタ25の温度上昇を促進させる程度が大きくなる。したがって、運転ポイントP2でエンジン22を運転すれば、運転ポイントP1でエンジン22を運転するときに比して、PMフィルタ25の温度上昇を促進することができる。実施例では、エンジン22を運転可能な範囲で且つ騒音や振動等を加味し、パワーとPMフィルタ25の温度上昇を促進させるのに最適な運転ポイントとを予め定めてマップとして記憶しておき、パワーが与えられるとマップから対応する運転ポイントを導出することにより設定するものとした。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車20では、ディザ制御の実行要求があり、ディザ制御を実行するときには、エンジン22から出力しているパワーを保持可能な運転ポイントのうちPMフィルタ25の温度上昇を促進させるのに最適な運転ポイントでエンジン22が運転されるように制御する。これにより、より迅速にPMフィルタ25の温度を上昇させることができる。この結果、PMフィルタ25の再生を迅速に行なうことができる。
実施例では、ディザ制御の実行要求があり、ディザ制御を実行するときには、エンジン22から出力しているパワーを保持可能な運転ポイントのうちPMフィルタ25の温度上昇を促進させるのに最適な運転ポイントでエンジン22が運転されるように制御するものとした。しかし、エンジン22から出力しているパワーを保持可能な運転ポイントのうちPMフィルタ25の温度上昇をある程度促進させ程度の運転ポイントでエンジン22が運転されるように制御するものとしても構わない。
実施例では、エンジン22とモータMG1とモータMG2とがプラネタリギヤ30に接続されたタイプのハイブリッド自動車に本発明を適用したが、排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンと、走行用の動力を出力するモータと、モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、を備える種々のタイプのハイブリッド自動車に本発明を適用するものとしてもよい。実施例では、蓄電装置としてバッテリ50が相当するものとしたが、蓄電装置としてキャパシタなど蓄電可能な装置であれば如何なる装置としてもよい。
以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。
20 ハイブリッド自動車、22 エンジン、23 排気浄化装置、23a 触媒、23b 空燃比センサ、23c 酸素センサ、24 エンジン用電子制御ユニット(エンジンECU)、25 粒子状物質除去フィルタ(PMフィルタ)、25a,25b 圧力センサ、26 クランクシャフト、30 プラネタリギヤ、36 駆動軸、37 デファレンシャルギヤ、38a,38b 駆動輪、40 モータ用電子制御ユニット(モータECU)、41,42 インバータ、46 コンデンサ、50 バッテリ、52 バッテリ用電子制御ユニット(バッテリECU)、54 電力ライン、70 ハイブリッド用電子制御ユニット(HVECU)、80 イグニッションスイッチ、81 シフトレバー、82 シフトポジションセンサ、83 アクセルペダル、84 アクセルペダルポジションセンサ、85 ブレーキペダル、86 ブレーキペダルポジションセンサ、88 車速センサ、MG1,MG2 モータ。

Claims (1)

  1. 排気系に粒子状物質を除去する粒子状物質除去フィルタを有するエンジンと、
    走行用の動力を出力するモータと、
    前記モータと電力のやりとりを行なう蓄電装置と、
    前記エンジンと前記モータとを制御すると共に、前記粒子状物質除去フィルタの再生のために前記粒子状物質除去フィルタの温度を上昇させる要求があるときには前記エンジンの空燃比がリッチとリーンとを繰り返すように制御するディザ制御を実行する制御装置と、
    を備えるハイブリッド自動車であって、
    前記制御装置は、前記ディザ制御を実行しないときには、燃費が最適となるように予め定められた動作ライン上の運転ポイントで前記エンジンが運転されるように制御し、前記ディザ制御を実行するときには、前記エンジンから出力しているパワーが一定の運転ポイントのうち前記エンジンのパワーと前記粒子状物質除去フィルタの温度上昇が最適な運転ポイントとの関係を予め定めたマップに対して前記エンジンから出力しているパワーを適用して得られる運転ポイントで前記エンジンが運転されるように制御する、
    ハイブリッド自動車。
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