JP4327588B2 - ディーゼルハイブリッド車両の制御方法及びその制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、ディーゼルハイブリッド車両の制御方法及びその制御装置に関し、更に詳しくは、ＰＭ捕集装置が詰まりかけている状態においてエンジン負荷の過渡状態を低減し、スモークの発生を抑制することができるディーゼルハイブリッド車両の制御方法及びその制御装置に関する。

近年、地球環境の保全や省資源の観点から、ディーゼルハイブリッド車両の開発が行われている。たとえば、このディーゼルハイブリッド車両は、ディーゼルエンジンと、このディーゼルエンジン出力による発電またはバッテリ電力によるエンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質（以下、ＰＭと略称する）を捕集するＰＭ捕集装置と、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）とを備えたものが公知である（たとえば、特許文献１参照）。

このようなディーゼルハイブリッド車両の制御方法において、エンジン定常走行から急加速する場合、通常は排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）のＯＦＦ制御が実施され、できるだけ新気を吸入して出力に変え、スモークの発生を抑制する制御がなされている。

また、ＰＭ捕集装置の再生制御は、通常、所定の運転領域になるまでは実行されず、その再生タイミングが来るまでは、再生制御を待つようにプログラムされている。したがって、ＰＭ捕集装置にＰＭが所定量堆積しても、この再生タイミングがすぐに来れば、ＰＭ捕集装置は再生され、スモークの発生は抑制される。

なお、関連する技術として、ディーゼルハイブリッド車両において、排気ガス中に含まれるＰＭ成分が所定値以下となるようにディーゼルエンジンを運転するとともに、当該エンジンの不足トルクをモータジェネレータにより調節するものが提案されている（たとえば、特許文献２参照）。

特開平１１−２７１３１１号公報 特開２００２−１１５５７６号公報

上記従来技術にあっては、ＰＭが所定量を超えて堆積しているのにもかかわらず、この再生タイミングが来ない場合には、これを待つ間はスモークの発生を極力抑制する必要がある。しかしながら、エンジン負荷の過渡時には吸気が追いつかず筒内が酸素不足となるので、スモークの発生を十分に低減できないという課題があった。

特に、ＰＭ捕集装置が詰まりかけている状態、すなわちＰＭの堆積量が所定量を超えている状態では、スモークの発生によりＰＭが過捕集され、更なるスモークの発生を引き起こすとともに、触媒を担持しているＰＭ捕集装置ではＰＭの詰まり過ぎにより、その再生時に触媒が過熱溶損してしまう虞があった。このため、エンジン負荷の過渡状態を低減してスモークの発生を極力抑制したいという要請があった。

この発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ＰＭ捕集装置が詰まりかけている状態においてエンジン負荷の過渡状態を低減し、スモークの発生を抑制することができるディーゼルハイブリッド車両の制御方法及びその制御装置を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項１に係るディーゼルハイブリッド車両の制御方法は、ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンの出力による発電またはバッテリ電力による前記ディーゼルエンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭ捕集装置とを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御方法において、前記ＰＭ捕集装置の前記粒子状物質の堆積量が所定量を超え、かつドライバーの要求による前記ディーゼルエンジンへのドライバー要求負荷が過渡状態となる場合には、当該堆積量が所定量以下となるように前記ＰＭ捕集装置の再生制御が実行されるまでの間、先ず前記ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷よりも上げた後、当該ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷の過渡時移行負荷勾配よりも小さな勾配となるように制御し、当該ディーゼルエンジンの制御の際に、前記ドライバー要求負荷が実現されるよう当該ドライバー要求負荷と前記ディーゼルエンジンの要求負荷の差に応じて前記モータジェネレータを回生制御又は力行制御することを特徴とするものである。

また、上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明の請求項２に係るディーゼルハイブリッド車両の制御装置は、ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンの出力による発電またはバッテリ電力による前記ディーゼルエンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭ捕集装置とを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御装置において、前記ＰＭ捕集装置の前記粒子状物質の堆積量が所定量を超え、かつドライバーの要求による前記ディーゼルエンジンへのドライバー要求負荷が過渡状態となる場合に、当該堆積量が所定量以下となるように前記ＰＭ捕集装置の再生制御が実行されるまでの間、前記ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷よりも上げた後、当該ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷の過渡時移行負荷勾配よりも小さな勾配となるように制御する手段と、当該手段による前記ディーゼルエンジンの制御の際に、前記ドライバー要求負荷が実現されるよう当該ドライバー要求負荷と前記ディーゼルエンジンの要求負荷の差に応じて前記モータジェネレータを回生制御又は力行制御する手段とを設けたことを特徴とするものである。

この発明に係るディーゼルハイブリッド車両の制御方法（請求項１）によれば、ＰＭ捕集装置が詰まりかけている状態において、エンジン負荷の過渡時におけるトルクの過不足をモータジェネレータの回生・力行運転により調節することで、エンジン負荷の過渡状態を低減し、スモークの発生を抑制することができる。

また、この発明に係るディーゼルハイブリッド車両の制御装置（請求項２）によっても、ＰＭ捕集装置が詰まりかけている状態において、エンジン負荷の過渡時におけるトルクの過不足をモータジェネレータの回生・力行運転により調節することで、エンジン負荷の過渡状態を低減し、スモークの発生を抑制することができる。

以下に、この発明に係るディーゼルハイブリッド車両の制御方法及びその制御装置の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

先ず、前輪駆動車（ＦＦ車）であるディーゼルハイブリッド車両の概略構成について図３に基づいて説明する。ここで、図３は、ディーゼルハイブリッド車両の概略構成を示す模式図である。

ディーゼルハイブリッド車両１０には、車両前部に走行駆動源としてのディーゼルエンジン１１が設けられている。このディーゼルエンジン１１は、コモンレール方式の燃料噴射システム（図示せず）により燃料噴射量が制御され、吸入空気量はエアフロメータ（図示せず）により検出されるようになっている。また、このディーゼルエンジン１１は、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）も備えている。

また、ディーゼルエンジン１１の排気通路には、排気ガス中のＰＭおよび窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化するために、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタ（以下、単にＰＭ捕集装置と称する）が設けられている（図示せず）。この排気通路におけるＰＭ捕集装置の上流側と下流側には、それぞれ圧力センサ（図示せず）が設けられ、その差圧を検出することにより、ＰＭのフィルタへの堆積量を推定できるように構成されている。

また、このＰＭ捕集装置には、触媒床温を検出する温度センサ（図示せず）も設けられている。ＰＭ捕集装置の再生制御は、たとえばＮＯｘ還元時に発生する活性酸素を利用し、化学変化によりＰＭを連続浄化する等、公知技術によって行っている。

ディーゼルエンジン１１で発生する駆動力は、自動変速可能な有段変速機（以下、ＭＭＴ（マルチモードマニュアルトランスミッション）と記す）１２およびドライブシャフト１４を介して主駆動輪としての前輪１３に伝達されるようになっている。このＭＭＴ１２は、走行状態に応じてギヤ段の変速操作をアクチュエータで電気的に自動制御するものである。すなわち、トルクコンバータは搭載されていない。

ディーゼルエンジン１１は、このＭＭＴ１２から指令される要求エンジントルクを出力するために、その燃料噴射量や吸入空気量等が制御されるように構成されている。ディーゼルエンジン１１の要求燃料噴射量は、たとえば、エンジンの回転数およびアクセル開度からマップに基づいて決定され、燃料噴射が実行されるようになっている。その際、エンジン回転数および吸入空気量から、スモークリミットを超えないような燃料噴射量がマップに基づいて決定される。

また、ディーゼルハイブリッド車両１０には、ディーゼルエンジン１１とＭＭＴ１２間の動力伝達の接離を行うクラッチ１２ａが備えられており、走行状態に応じて接離操作をアクチュエータで電気的に自動制御されるようになっている。

また、駆動力を分けて伝達するトランスファ１５には、プロペラシャフト１６が連結され、その末端には駆動系歯車装置（ギヤトレーン）を一体化したモータジェネレータ（ＭＧ）１７が連結されている。後輪１８は、駆動輪である前輪１３に連れ回されるだけの構成となっている。なお、本実施例では、モータジェネレータ１７を、トランスファ１５およびプロペラシャフト１６を介して車両後部に搭載したものを示したが、これらを介さずに車両前部のドライブシャフト１４側に搭載してもよい。

このモータジェネレータ１７は、インバータ１９を介し、充放電可能な二次電池であるバッテリ２０と接続されている。また、このモータジェネレータ１７は、走行駆動源であるモータとして機能する力行運転モードと、発電機として機能する回生運転モードとの２つの運転状態をとり得るように構成されている。

たとえば、このモータジェネレータ１７は、力行運転モードではバッテリ２０からの電力供給を受けて、プロペラシャフト１６を介しドライブシャフト１４を駆動するための動力を発生する。また、回生運転モードでは、モータジェネレータ１７は、プロペラシャフト１６を介してディーゼルエンジン１１あるいはドライブシャフト１４から伝達される駆動力を電力に変換し、バッテリ２０を充電する。

なお、モータジェネレータ１７が力行運転モードあるいは回生運転モードのいずれかで運転されるかは、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）をも勘案して決定される。

以上のように構成されたディーゼルハイブリッド車両１０は、図示しない電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって各構成要素とともに以下のように基本制御され、種々の状態で走行することができる。

たとえば、ディーゼルハイブリッド車両１０が走行を始めた比較的低速な状態では、ディーゼルエンジン１１を停止したまま、モータジェネレータ１７を力行することにより走行（ＥＶ走行）する。そして、走行開始後にディーゼルハイブリッド車両１０が所定の速度もしくは負荷に達すると、モータジェネレータ１７を用いてディーゼルエンジン１１をクランキングして始動し、当該ディーゼルエンジン１１を用いた運転に移行する。

定常運転時には、通常は、ディーゼルエンジン１１がドライブシャフト１４の要求動力とほぼ等しい出力を発生するように運転される。このとき、ディーゼルエンジン１１の出力のほぼすべてがドライブシャフト１４に伝えられる。

一方、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣが予め定められた基準値以下に低下している場合や、後述するようにＰＭ捕集装置の粒子状物質の堆積量が所定量を超え、かつＰＭ捕集装置を再生するタイミングでない場合には、ディーゼルエンジン１１がドライブシャフト１４の要求動力以上の出力で運転され、その余剰動力の一部はモータジェネレータ１７によって電力として回生され、バッテリ２０の充電に利用される。そして、ディーゼルエンジン１１の出力トルクが不足する場合には、モータジェネレータ１７の駆動によって不足分のトルクがアシストされ、必要トルクが確保される。

また、上記ディーゼルハイブリッド車両１０は、燃料の節約と排気エミッションの低減を図るために、いわゆるエコラン（エコノミー＆エコロジーランニング）制御もなされる。すなわち、たとえば、交差点における信号待ち等でディーゼルハイブリッド車両１０が停車した場合に、所定の停止条件下でディーゼルエンジン１１を自動停止させ、その後、所定の再始動条件下（たとえば、アクセルペダルを踏み込んだとき）でディーゼルエンジン１１を再始動させる制御もなされる。

以上が本発明に係るディーゼルハイブリッド車両１０の基本構成および基本制御動作である。

つぎに、本発明の要部である制御方法について図１に基づいて説明する。ここで、図１は、ディーゼルハイブリッド車両の制御方法を示すフローチャートである。上述したように、ＰＭ捕集装置の再生制御は、通常、所定の運転領域になるまでは実行されず、その再生タイミングが来るまでは、再生制御を待つようにプログラムされている。したがって、ＰＭ捕集装置にＰＭが所定量堆積しても、この再生タイミングがすぐに来れば、ＰＭ捕集装置は再生され、スモークの発生が抑制されるので問題はない。

しかしながら、ＰＭが所定量を超えて堆積しているのにもかかわらず、この再生タイミングが来ない場合には、これを待つ間はスモークの発生を極力抑制する必要がある。それは、このような状態でディーゼルエンジン１１を過渡運転してスモークを発生させていると、ＰＭを過捕集してしまうとともに、ＰＭ捕集装置の再生時に触媒が過熱溶損してしまう虞があるからである。

そこで、先ず、ＰＭ捕集装置が詰まりかけているか、すなわち、ＰＭの堆積量が所定量を超えているか否かを判断する（ステップＳ１０）。ＰＭの堆積量が所定量を超えていなければ、スモークの発生が抑制され、本実施例に係る制御を行う必要がないので、制御を終了する（ステップＳ１０否定）。

一方、ＰＭの堆積量が所定量を超えているならば（ステップＳ１０肯定）、ＰＭ捕集装置の再生制御（図１中においては、ＰＭ再生制御と称してある）を所定期間内にすでに実行したか否かを判断する（ステップＳ１１）。この再生制御を実行しているならば、スモークの発生が抑制され、本実施例に係る制御を行う必要がないので、制御を終了する（ステップＳ１１肯定）。

ＰＭ捕集装置の再生制御を実行していないならば（ステップＳ１１否定）、この再生制御が実行されるまでの間、後述するディーゼルエンジン１１とモータジェネレータ１７の駆動制御により（ステップＳ１２）、ディーゼルエンジン１１の過渡運転状態を低減し、スモークの発生を抑制する。

つぎに、このステップＳ１２における制御を図２に基づいて更に詳しく説明する。ここで、図２は、このステップＳ１２におけるディーゼルエンジンの制御方法を示す説明図である。なお、説明の便宜上、図２中には、符号Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｃ’を付し、線分ＡＢと線分ＣＣ’との交点Ｐを付してある。また、全負荷ラインを示してある。

通常、ディーゼルエンジン１１は、ドライバーが要求するトルク（エンジン出力）を出すように制御されている。図２に示すように、たとえば、ＭＭＴ１２のギヤ段を３速に固定し、時速３０ｋｍで定常運転している状態Ａから、時速８０ｋｍの状態Ｂに急加速するような過渡時の場合を考える。すると、ギヤ段が固定状態であるため、状態Ａから状態Ｂに移行するに従ってエンジン回転数が上がっていき、速度が大きいほど高いトルクが必要となる。

このような加速時には、通常、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）のＯＦＦ制御が実施され、できるだけ新気を吸入して出力に変え、スモークの発生を抑制する制御がなされている。但し、このような過渡時には吸気が追いつかず、ディーゼルエンジン１１の筒内が酸素不足となるので、ある一定期間はスモークが排出されてしまう。

そこで、このようなディーゼルエンジン１１の過渡運転状態を低減し、スモークの発生を抑制するために、以下のようにディーゼルエンジン１１とモータジェネレータ１７を駆動制御する。すなわち、上記時速３０ｋｍで定常運転している状態Ａでは、ディーゼルエンジン１１には、それに相応するトルクが要求されているが、ここではエンジン負荷をＣの状態にまで上げ、その際の余剰出力（図中の三角形ＡＣＰの面積に相当）を用いてモータジェネレータ１７により回生し、バッテリ２０の充電状態ＳＯＣを上げる。

そして、状態Ｃからエンジントルクを実質的にほぼ一定に保ちながら、時速８０ｋｍの状態Ｃ’まで加速する。トルクをあまり変えることなく加速しているため、図中の三角形ＰＢＣ’の面積に相当する出力が不足するが、この不足分の出力に対しては、上記回収した余剰出力（図中の三角形ＡＣＰの面積に相当）を有効活用するとともに、必要に応じてバッテリ電力を用いてモータジェネレータ１７によりトルクアシストすることで対処することができる。

このように制御すれば、状態Ａから状態Ｂへのトルク勾配よりも、状態Ｃから状態Ｃ’へのトルク勾配の方がきわめて小さいので、ディーゼルエンジン１１による過渡運転状態を大幅に低減することができ、スモークの発生を抑制することができる。したがって、ＰＭの過捕集や、ＰＭ捕集装置の再生時における触媒溶損の発生等を抑制することができる。

なお、上記実施例においては、ＰＭ捕集装置として、排気ガス中のＰＭおよびＮＯｘを浄化するために、ＮＯｘ触媒を担持したパティキュレートフィルタを用いるものとして説明したが、これに限定されず、ＮＯｘ触媒に代えて酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタや、これらの触媒を担持しないパティキュレートフィルタを用いてもよい。

以上のように、この発明に係るディーゼルハイブリッド車両の制御方法及びその制御装置は、ＰＭ捕集装置を備えたディーゼルハイブリッド車両の制御に有用であり、特に、ＰＭ捕集装置の再生制御が実行されるまでの間、エンジン負荷の過渡状態を低減し、スモークの発生を抑制する制御に適している。

ディーゼルハイブリッド車両の制御方法を示すフローチャートである。 図１のステップＳ１２におけるディーゼルエンジンの制御方法を示す説明図である。 ディーゼルハイブリッド車両の概略構成を示す模式図である。

符号の説明

１０ ディーゼルハイブリッド車両
１１ ディーゼルエンジン
１２ ＭＭＴ
１２ａ クラッチ
１３ 前輪
１４ ドライブシャフト
１５ トランスファ
１６ プロペラシャフト
１７ モータジェネレータ
１８ 後輪
１９ インバータ
２０ バッテリ

Claims (2)

1. ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンの出力による発電またはバッテリ電力による前記ディーゼルエンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭ捕集装置とを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御方法において、
   前記ＰＭ捕集装置の前記粒子状物質の堆積量が所定量を超え、かつドライバーの要求による前記ディーゼルエンジンへのドライバー要求負荷が過渡状態となる場合には、当該堆積量が所定量以下となるように前記ＰＭ捕集装置の再生制御が実行されるまでの間、先ず前記ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷よりも上げた後、当該ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷の過渡時移行負荷勾配よりも小さな勾配となるように制御し、当該ディーゼルエンジンの制御の際に、前記ドライバー要求負荷が実現されるよう当該ドライバー要求負荷と前記ディーゼルエンジンの要求負荷の差に応じて前記モータジェネレータを回生制御又は力行制御することを特徴とするディーゼルハイブリッド車両の制御方法。
2. ディーゼルエンジンと、前記ディーゼルエンジンの出力による発電またはバッテリ電力による前記ディーゼルエンジン出力のアシストを行うモータジェネレータと、排気ガス中の粒子状物質を捕集するＰＭ捕集装置とを備えたディーゼルハイブリッド車両の制御装置において、
   前記ＰＭ捕集装置の前記粒子状物質の堆積量が所定量を超え、かつドライバーの要求による前記ディーゼルエンジンへのドライバー要求負荷が過渡状態となる場合に、当該堆積量が所定量以下となるように前記ＰＭ捕集装置の再生制御が実行されるまでの間、前記ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷よりも上げた後、当該ディーゼルエンジンの要求負荷を前記ドライバー要求負荷の過渡時移行負荷勾配よりも小さな勾配となるように制御する手段と、当該手段による前記ディーゼルエンジンの制御の際に、前記ドライバー要求負荷が実現されるよう当該ドライバー要求負荷と前記ディーゼルエンジンの要求負荷の差に応じて前記モータジェネレータを回生制御又は力行制御する手段とを設けたことを特徴とするディーゼルハイブリッド車両の制御装置。

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