WO2017090639A1 - ハイブリッド車両及びその制御方法 - Google Patents
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Definitions
- the present disclosure relates to a hybrid vehicle and a control method thereof, and more particularly, to a hybrid vehicle and a control method thereof that can improve the NOx purification rate while suppressing deterioration in fuel consumption to a minimum.
- HEV hybrid vehicle
- a hybrid system having an engine and a motor generator that are controlled in combination according to the driving state of the vehicle
- the driving force is assisted by the motor generator, while regenerative power generation is performed by the motor generator during inertia traveling or braking (see, for example, Patent Document 1).
- an exhaust gas purification system that removes harmful substances such as particulate matter (PM) and nitrogen oxides (NOx) contained in the exhaust gas is required.
- PM particulate matter
- NOx nitrogen oxides
- a PM collection filter for collecting PM by a ceramic honeycomb porous filter is mainly used.
- NOx a urea SCR system using urea water and a selective reduction catalyst (hereinafter referred to as “SCR catalyst”) has attracted attention (for example, see Patent Document 2).
- ammonia (NH 3 ) generated by hydrolysis of urea water injected and heated in exhaust gas is converted into NOx in the exhaust gas by an SCR reaction that acts as a reducing agent in the presence of the SCR catalyst. It is something to purify.
- the SCR catalyst has a low NOx purification rate when the catalyst temperature becomes low (for example, below the activation temperature), most of the NOx in the exhaust gas is released into the atmosphere without being purified. There is a fear.
- An object of the present disclosure is to provide a hybrid vehicle and a control method thereof that can improve the NOx purification rate while minimizing deterioration in fuel consumption.
- the hybrid vehicle of the present disclosure that achieves the above object is provided in order from the upstream side to a hybrid system having a motor generator connected to an output shaft that transmits engine power, and an exhaust passage through which the exhaust gas of the engine flows.
- a hybrid vehicle including an exhaust gas purification system having an injection nozzle for supplying urea water and a selective reduction catalyst, and a control device, the control device is configured such that when the hybrid vehicle is in acceleration or steady running, When the temperature of the selective catalytic reduction catalyst becomes lower than a preset threshold temperature, the motor generator is controlled to start power generation.
- the hybrid vehicle control method of the present disclosure that achieves the above object includes a hybrid system having a motor generator connected to an output shaft that transmits engine power, and an exhaust passage through which exhaust gas from the engine flows from upstream.
- a control method for a hybrid vehicle comprising an injection nozzle for sequentially supplying urea water and an exhaust gas purification system having a selective reduction catalyst, wherein the hybrid vehicle is in acceleration or steady running When the temperature of the selective catalytic reduction catalyst becomes lower than a preset threshold temperature, power generation by the motor generator is started.
- the hybrid vehicle and the control method thereof of the present disclosure since a load due to power generation is applied from the motor generator to the engine, the temperature of the exhaust gas is increased and the temperature of the selective catalytic reduction catalyst is increased, thereby improving the NOx purification rate. can do. Further, since the energy consumed by the load increase on the engine is recovered by the power generation of the motor generator, it is possible to suppress the deterioration of the fuel consumption to the minimum.
- FIG. 1 is a configuration diagram of a hybrid vehicle according to an embodiment of the present disclosure.
- This hybrid vehicle (hereinafter referred to as “HEV”) is a vehicle including not only a normal passenger car but also a bus, a truck, etc., and has a diesel engine 10 and a motor generator 31 that are controlled in combination according to the driving state of the vehicle.
- a hybrid system 30 is provided.
- crankshaft 13 In the diesel engine 10, the crankshaft 13 is rotationally driven by thermal energy generated by the combustion of fuel in a plurality (four in this example) of cylinders 12 formed in the engine body 11.
- the rotational power of the crankshaft 13 is transmitted to the transmission 20 through a clutch 14 (for example, a wet multi-plate clutch) connected to one end of the crankshaft 13.
- the transmission 20 uses an AMT or an AT that automatically shifts to a target shift speed determined based on the HEV operating state and preset map data using the shift actuator 21.
- the transmission 20 is not limited to an automatic transmission type such as AMT, and may be a manual type in which a driver manually changes gears.
- Rotational power changed by the transmission 20 is transmitted to the differential 23 through the propeller shaft 22 and distributed to the pair of driving wheels 24 as driving force.
- the hybrid system 30 includes a motor generator 31 and an inverter 35, a high voltage battery 32, a DC / DC converter 33, and a low voltage battery 34 that are electrically connected to the motor generator 31 in order.
- the high voltage battery 32 includes a lithium ion battery and a nickel metal hydride battery.
- the low voltage battery 34 is a lead battery.
- the DC / DC converter 33 has a function of controlling the charge / discharge direction and the output voltage between the high voltage battery 32 and the low voltage battery 34.
- the low voltage battery 34 supplies power to various vehicle electrical components 36.
- the various parameters in the hybrid system 30 such as current value, voltage value, and SOC are detected by the BMS 39.
- the motor generator 31 is an endless shape wound around a first pulley 15 attached to the rotating shaft 37 and a second pulley 16 attached to the other end of the crankshaft 13 which is an output shaft of the engine body 11. Power is transmitted to and from the diesel engine 10 via the belt-shaped member 17. Note that power can be transmitted using a gear box or the like instead of the two pulleys 15 and 16 and the belt-like member 17. Further, the output shaft of the engine main body 11 connected to the motor generator 31 is not limited to the crankshaft 13, and may be a transmission shaft or the propeller shaft 22 between the engine main body 11 and the transmission 20, for example.
- the motor generator 31 has a function of performing cranking instead of a starter motor (not shown) that starts the engine body 11.
- the exhaust gas purification system 40 includes a large-diameter catalytic converter 42 interposed in the exhaust passage 41 and a urea water injection nozzle 43 installed in the exhaust passage 41 on the upstream side of the catalytic converter 42.
- An SCR catalyst 44 is stored in the catalytic converter 42.
- an oxidation catalyst (not shown) may be provided in the exhaust passage 41 on the downstream side of the catalytic converter 42 in order to prevent NH 3 slip.
- the SCR catalyst 44 is formed by supporting a zeolite catalyst such as iron ion exchange aluminosilicate or copper ion exchange aluminosilicate on a carrier having a honeycomb structure formed of cordierite, aluminum oxide, titanium oxide or the like.
- a zeolite catalyst such as iron ion exchange aluminosilicate or copper ion exchange aluminosilicate
- An exhaust gas temperature sensor 93 for measuring the temperature of the exhaust gas 45 flowing into the SCR catalyst 44 is provided in the vicinity of the inlet of the catalytic converter 42.
- the detected value of the exhaust gas temperature sensor 93 can be treated as a substitute for the temperature of the SCR catalyst 44, which is difficult to measure directly.
- the hybrid system 30 assists at least part of the driving force by the motor generator 31 supplied with power from the high-voltage battery 32, while at the time of inertia traveling or braking. , The regenerative power generation by the motor generator 31 is performed, the surplus kinetic energy is converted into electric power, and the high voltage battery 32 is charged.
- an appropriate amount of urea water is injected from the injection nozzle 43 in accordance with the operation state of the diesel engine 10.
- the controller 80 determines that the temperature of the SCR catalyst 44 that is substituted by the detected value of the exhaust gas temperature sensor 93 is less than a preset threshold temperature T when the HEV is accelerating or steady running. If it becomes, the motor generator 31 is controlled to start power generation through the hybrid system 30.
- the preset threshold temperature T is exemplified by a lower limit value (for example, about 150 to 200 ° C.) of the activation temperature of the SCR catalyst 44.
- the temperature of the exhaust gas 45 rises, it contributes to the promotion of hydrolysis of urea water injected from the injection nozzle 43 and reaches the SCR catalyst 44 in a gas phase state. It contributes to the improvement of the rate.
- the electric power obtained by the power generation of the motor generator 31 in the above control is charged to the high voltage battery 32. Therefore, from the viewpoint of preventing deterioration of the high voltage battery 32, it is desirable to perform control to stop the power generation of the motor generator 31 when the SOC value detected by the BMS 39 reaches the preset upper limit value X.
- This upper limit value X is usually a state where the SOC value is 70 to 90% with respect to the rated maximum capacity of the high voltage battery 32.
- the power charged in the high voltage battery 32 is used for charging the low voltage battery 34 through the DC / DC converter 33, so that the SOC value of the high voltage battery 32 is maintained below the upper limit value X. It may be extended.
- the hybrid vehicle of the present disclosure is useful in that the NOx purification rate can be improved while minimizing deterioration in fuel consumption.
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Abstract
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の測定値で代用されるSCR触媒44の温度が予め設定されたしきい温度未満となった場合には、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ように構成されている。
Description
本開示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。
本開示の目的は、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開示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開示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、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することを特徴とするものである。
本開示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。
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。
本出願は、2015年11月26日付で出願された日本国特許出願(特願2015-230480)に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
本開示のハイブリッド車両は、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という点において有用である。
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
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 (5)
- 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。 - 前記予め設定されたしきい温度が、前記選択還元型触媒の活性化温度の下限値である請求項1に記載のハイブリッド車両。
- 前記選択還元型触媒の活性化温度の前記下限値は、150~200℃である請求項2に記載のハイブリッド車両。
- 前記ハイブリッドシステムは、前記モータージェネレーターと電気的に接続するバッテリーを有し、
前記制御装置は、前記モータージェネレーターに発電を開始させた後に、前記バッテリーの充電率が予め設定された上限値に達したときには、該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請求項1から3の何れか一項に記載のハイブリッド車両。 - 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、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することを特徴とするハイブリッド車両の制御方法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015-230480 | 2015-11-26 | ||
JP2015230480A JP6593129B2 (ja) | 2015-11-26 | 2015-11-26 | ハイブリッド車両及びその制御方法 |
Publications (1)
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