(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の燃焼により機械的動力を発生するエンジン(13)と、前記エンジンの発生した機械的動力の一部が伝達される駆動軸(14)と、前記エンジンの発生した機械的動力の残部を電力に変換してバッテリ(16)に蓄えるとともに前記バッテリに蓄えられた電力により前記駆動軸(14)を駆動するモータ(11,12)と、前記駆動軸(14)に作用する負荷を検出する負荷センサ(38)と、前記負荷センサの検出出力に基づいて前記エンジン(13)及び前記モータ(11,12)を制御するコントローラ(43)とを備えたハイブリッドエンジンシステムにおいて、
前記エンジン(13)の排気通路(17)に設けられ前記エンジンの排ガス中の有害物質を除去する排ガス浄化手段(18)と、前記排気通路(17)を通る排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ(41)と、前記排ガス浄化手段(18)に所定量以上の前記有害物質が堆積したことを検出する堆積センサ(42)とを更に備え、
前記コントローラ(43)が前記排ガス温度センサ(41)及び前記堆積センサ(42)の各検出出力に基づいて、前記エンジン(13)から排出されるパティキュレートが最も少なくなる運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件での前記エンジン(13)の運転から、前記運転条件を通る等出力線上であって回転速度が減少しかつトルクが増大した運転条件での前記エンジン(13)の運転に移行するように構成されたことを特徴とするハイブリッドエンジンシステムの後処理制御装置。
【請求項２】
有害物質が、パティキュレート、ＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯからなる群より選ばれた１種又は２種以上の物質である請求項１記載のハイブリッドエンジンシステムの後処理制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータとを組合せて動力を発生するハイブリッドエンジンの制御システムに関する。更に詳しくはこの制御システムにおける排ガスの後処理制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンと電気エネルギ源を介して駆動可能な少なくとも１つのモータとからなるハイブリッド駆動装置のモータを、電気エネルギを発生する必要のある場合、発電機運転に切換える、車両を駆動するハイブリッド駆動装置の制御方法が開示されている（特開平６−４８２２２号）。この制御方法では、瞬間走行抵抗に打勝つためエンジンにより発生すべきトルクが効率又は排ガスの性質に関してエンジンの理想運転に相当するトルク以下にある運転範囲では、エンジンをほぼ理想運転に相当するトルクで運転する。また理想運転に相当するトルクと瞬間走行抵抗に打勝つためエンジンにより発生すべきトルクとの差トルクを、発電機として運転されるモータの駆動のために使用する。更にエンジンとしてディーゼルエンジンを用いる場合、発電機として動作するモータの所要トルクを調整して、常に又は運転パラメータに関係して、エンジンの排気管路に設けられる煤粒子フィルタの自動的煤燃焼を行う排ガス温度を得るように構成される。
【０００３】
このように構成された車両を駆動するハイブリッド駆動装置の制御方法では、車両がエンジンを介して駆動され、例えばモータへ電力を供給するバッテリを充電するため又は他の電気負荷のために電力を発生する必要があるとき、常に燃料消費率又は有害物質放出に関して最も有利な運転範囲で、広い範囲にわたってエンジンを運転することができる。即ち、発電機として動作するモータの所要トルクを調整して、この負荷範囲でエンジンにより発生されるトルクと瞬間走行抵抗に打勝つために必要なトルクとの差がゼロより大きい場合、電力を発生する発電機としてのモータを駆動するためにこの差トルクを使用することができる。従って、この運転範囲では、モータの運転に必要な電力の蓄えとエンジンを介する車両の駆動は、最適の効率又は最少の有害物質の放出で行える。またエンジンはその効率が最大となるように運転されるため、最適効率でのエンジンの運転が保証されるだけでなく、排ガス温度を煤粒子フィルタの自己再生温度まで上昇させることも保証される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特開平６−４８２２２号公報に示された車両を駆動するハイブリッド駆動装置の制御方法では、エンジンが常に最適効率となるように制御されるため、必要以上の電力がバッテリに蓄えられる場合があり、却って燃費が低下するおそれがあった。換言すれば、上記従来の車両を駆動するハイブリッド駆動装置の制御方法では、エンジンを最高効率点で運転するために、必要以上のエンジン出力をバッテリの充電により吸収する必要があり、煤粒子フィルタが昇温したときも同様に、必要以上のエンジン出力をバッテリの充電により吸収する必要があった。
【０００５】
本発明の目的は、無駄な出力を発生することなく、最適な運転条件でエンジンを運転できる、即ち同一出力線上にてエンジンの動作点を変更することにより、エンジン負荷が変動してもエネルギ収支を釣り合せることができる、ハイブリッドエンジンシステムの後処理制御装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１に示すように、燃料の燃焼により機械的動力を発生するエンジン１３と、エンジンの発生した機械的動力の一部が伝達される駆動軸１４と、エンジンの発生した機械的動力の残部を電力に変換してバッテリ１６に蓄えるとともにバッテリに蓄えられた電力により駆動軸１４を駆動するモータ１１，１２と、駆動軸１４に作用する負荷を検出する負荷センサ３８と、負荷センサの検出出力に基づいてエンジン１３及びモータ１１，１２を制御するコントローラ４３とを備えたハイブリッドエンジンシステムの改良である。
その特徴ある構成は、エンジン１３の排気通路１７に設けられエンジンの排ガス中の有害物質を除去する排ガス浄化手段１８と、排気通路１７を通る排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ４１と、排ガス浄化手段１８に所定量以上の有害物質が堆積したことを検出する堆積センサ４２とを更に備え、コントローラ４３が排ガス温度センサ４１及び堆積センサ４２の各検出出力に基づいて、エンジン１３から排出されるパティキュレートが最も少なくなる運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件でのエンジン１３の運転から、この運転条件を通る等出力線上であって回転速度が減少しかつトルクが増大した運転条件でのエンジン１３の運転に移行するように構成されたところにある。
【０００７】
この請求項１に期されたハイブリッドエンジンシステムの後処理制御装置では、排ガス浄化手段１８に所定量以上の有害物質が堆積していないときには、コントローラ４３は排ガス温度センサ４１及び堆積センサ４２の各検出出力に基づいて、有害物質の排出量の最も少ない運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件でエンジン１３を運転する。一方、排ガス浄化手段１８に所定量以上の有害物質が堆積すると、コントローラ４３は排ガス温度センサ４１及び堆積センサ４２の各検出出力に基づいて、エンジン１３の出力が変化せず、かつ排ガス浄化手段１８に堆積した有害物質を除去するのに必要な温度まで排ガス温度が上昇するように、エンジン１３を運転する。
ここで、上記有害物質は、パティキュレート、ＮＯｘ、ＨＣ及びＣＯからなる群より選ばれた１種又は２種以上の物質である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すように、ハイブリッドエンジンシステムは、２モータ方式、即ちパラレル・シリーズ方式のハイブリッドエンジンシステムであり、車両に搭載される。このハイブリッドエンジンシステムは、燃料の燃焼により機械的動力を発生するエンジン１３と、エンジンの発生した機械的動力の一部が伝達される駆動軸１４と、エンジン１３の発生した機械的動力の残部を電力に変換してバッテリ１６に蓄えるモータ１１，１２とを備える。エンジン１３はこの実施の形態では、軽油を燃料とするディーゼルエンジンである。
【０００９】
上記エンジン１３の排ガスは排気通路１７、即ち排気マニホルド１７ａ及び排気管１７ｂを通って大気中に排出される。排気管１７ｂには、触媒付きパティキュレートフィルタ１８、即ち酸化触媒として機能する活性金属が担持されたパティキュレートフィルタが設けられる。このフィルタ１８は、図示しないがコージェライトのようなセラミックからなる多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有する。このフィルタ１８の隔壁には、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属が直接担持されるか、或いはγ−アルミナ粉末を含むスラリーを隔壁にコーティングした後、Ｐｔ，Ｐｄ等の貴金属が担持される。これによりフィルタ１８に煤や炭化水素（ＨＣ）の酸化力が付与される。
【００１０】
一方、エンジン１３の背面から突出するクランク軸１３ａは、モータ１１，１２を介して駆動軸１４に連結される。モータ１１，１２は、この実施の形態では、第１及び第２モータにより構成される。第１モータ１１は、クランク軸１３ａの後端にカップリング２２を介して接続されかつ回転可能に保持された第１シャフト１１ａと、第１シャフトに嵌着された第１インナロータ１１ｂと、第１インナロータの外周面に所定のギャップをあけて嵌入された第１アウタロータ１１ｃと、第１アウタロータを保持するようにこのロータに嵌着されかつ軸受（図示せず）により回転可能に支持された第１ロータホルダ１１ｄとを有する。
【００１１】
また第２モータ１２は、前端が第１ロータホルダ１１ｄに固着されかつ軸受（図示せず）により回転可能に支持された第２シャフト１２ａと、第２シャフトに嵌着された第２インナロータ１２ｂと、第２インナロータの外周面に所定のギャップをあけて嵌入された第２アウタロータ１２ｃと、第２アウタロータを保持するようにこのロータに嵌着されかつこのロータを回転不能に保持する第２ロータホルダ１２ｄとを有する。なお、駆動軸１４の前端はカップリング２３を介して第２シャフト１２ａの後端に接続され、駆動軸１４の後端はデファレンシャルギヤ２４を介してリヤアクスル２６に連結される。図１の符号２８，２８はリヤアクスル２６の両端に取付けられた後輪である。
【００１２】
第１モータ１１は第１アウタロータ１１ｃが回転可能に支持されることを除いて、ＰＭ型の同期電動発電機と同一の機能を有する。即ち、第１インナロータ１１ｂの外周面には、図示しないが径方向に磁化された４つの永久磁石が磁極を交互に変えて貼付けられ、第１アウタロータ１１ｃは、図示しないが無方向性電磁鋼板を打抜いて複数積層してなるステータのスロットに三相コイルを巻回することにより構成される。また三相コイルはスリップリング３３、ブラシ３４及び第１インバータ３１を介してバッテリ１６に電気的に接続される。これにより第１インナロータ１１ｂが第１アウタロータ１１ｃに対して相対的に回転すると、第１モータ１１は第１インバータ３１による力行制御（motoring control）や回生制御（regenerative control）にて電動機又は発電機として機能する。
【００１３】
第２モータ１２は通常のＰＭ型の同期電動発電機と同一の機能を有する。即ち、第２インナロータ１２ｂの外周面には、図示しないが径方向に磁化された４つの永久磁石が磁極を交互に変えて貼付けられ、第２アウタロータ１２ｃは、図示しないが無方向性電磁鋼板を打抜いて複数積層してなるステータのスロットに三相コイルを巻回することにより構成される。また三相コイルは第２インバータ３２を介してバッテリ１６に電気的に接続される。これにより第２インナロータ１２ｂが第２アウタロータ１２ｃに対して相対的に回転すると、第２モータ１２は第２インバータ３２による力行制御（motoring control）や回生制御（regenerative control）にて電動機又は発電機として機能する。
【００１４】
エンジン１３の回転速度は燃料噴射装置３６によりエンジン１３への燃料噴射量を増減することにより調整される。エンジン１３の回転速度は回転センサ３７により検出され、駆動軸１４の負荷、即ちアクセルペダルの踏込み量は負荷センサ３８により検出される。また車速は車速センサ３９により検出され、フィルタ１８より排ガス上流側の排ガス温度は排ガス温度センサ４１により検出される。更にフィルタ１８に所定量以上のパティキュレートが堆積したことは堆積センサ４２により検出される。堆積センサ４２は、この実施の形態では、フィルタ１８より排ガス上流側及び排ガス下流側の排ガス圧力をそれぞれ検出する一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂである。
【００１５】
回転センサ３７、負荷センサ３８、車速センサ３９、排ガス温度センサ４１及び一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂの各検出出力はコントローラ４３の制御入力に接続され、コントローラ４３の制御出力は第１インバータ３１、第２インバータ３２及び燃料噴射装置３６に接続される。またコントローラ４３にはメモリ４４が設けられ、このメモリ４４には、図２に示すエンジンの等出力曲線（実線）と等排ガス温度曲線（破線）とがマップとして記憶される。
【００１６】
このように構成されたハイブリッドエンジンシステムの後処理制御装置の動作を図１及び図２に基づいて説明する。
先ず運転者がアクセルペダルを僅かに踏込むと、このアクセルペダルの踏込み量を負荷センサ３８が検出し、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂがフィルタ１８より排ガス上流側の排ガス圧力とフィルタ１８より排ガス下流側の排ガス圧力を検出する。コントローラ４３は負荷センサ３８の検出出力に基づいて車両を極低速で走行させようとするとともに、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂの各検出出力の差（圧力差）を算出し、その圧力差が所定値未満であると、フィルタ１８に殆どパティキュレートが堆積していないと判断する。このためコントローラ４３は燃料噴射装置３６を制御してエンジン１３を停止した状態に保ち、第２インバータ３２を力行制御して第２モータ１２を電動機として機能させる。このため駆動軸１６が第２モータ１２により駆動されて車両が極低速で走行する。
【００１７】
また運転者がアクセルペダルの踏込み量を増大すると、このアクセルペダルの踏込み量を負荷センサ３８が検出し、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂがフィルタ１８より排ガス上流側の排ガス圧力とフィルタ１８より排ガス下流側の排ガス圧力を検出する。コントローラ４３は負荷センサ３８の検出出力に基づいて車両を低速で走行させようとするとともに、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂの各検出出力の差（圧力差）を算出し、その圧力差が所定値未満であると、フィルタ１８に殆どパティキュレートが堆積していないと判断する。このためコントローラ４３は燃料噴射装置３６を制御してエンジン１３を始動し、第１インバータ３１を回生制御して第１モータ１１を発電機として機能させ、更に第２インバータ３２を力行制御して第２モータ１２を電動機として機能させる。このときクランク軸１３ａの回転速度が第２シャフト１２ａの回転速度より速い、即ち第１インナロータ１１ｂの回転速度が第１アウタロータ１１ｃの回転速度より速いため、その回転速度の差で第１モータ１１が発電して、この電力が第２モータ１２に供給される。
【００１８】
このためトルクの増大した第２モータ１２により駆動軸１４が駆動されて車両が低速で走行する。このときコントローラ４３はパティキュレートの排出量の最も少ない運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件でエンジン１３を運転するように、例えば図２のＡ1点でエンジンの回転速度及びエンジンのトルクを制御する。なお、エンジン１３のトルクは、第１モータ１１を発電機として機能させるときに、第１インバータ３１の回生制御における発電量を変更することにより制御される。
【００１９】
更に運転者がアクセルペダルの踏込み量を増大すると、このアクセルペダルの踏込み量を負荷センサ３８が検出し、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂがフィルタ１８より排ガス上流側の排ガス圧力とフィルタ１８より排ガス下流側の排ガス圧力を検出する。コントローラ４３は負荷センサ３８の検出出力に基づいて車両を高速で走行させようとするとともに、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂの各検出出力の差（圧力差）を算出し、その圧力差が所定値未満であると、フィルタ１８に殆どパティキュレートが堆積していないと判断する。このためコントローラ４３は燃料噴射装置３６を制御してエンジン１３の回転速度を増大し、第１インバータ３１を力行制御して第１モータ１１を電動機として機能させ、更に第２インバータ３２を回生制御して第２モータ１２を発電機として機能させる。このときクランク軸１３ａの回転速度が第２シャフト１２ａの回転速度より遅いため、第２シャフト１２ａの回転速度で第２モータ１２が発電して、この電力が第１モータ１１に供給され、第１モータ１１がクランク軸１３ａの回転速度を増大して第２シャフト１２ａの回転速度に近づける。
【００２０】
このため駆動軸１４が第１モータ１１により駆動されて車両が高速で走行する。このときコントローラ４３はパティキュレートの排出量の最も少ない運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件でエンジン１３を運転するように、例えば図２のＡ2点でエンジンの回転速度及びエンジンのトルクを制御する。なお、エンジン１３のトルクは、第１モータ１１を発電機として機能させるときに、第１インバータ３１の回生制御における発電量を変更することにより制御される。
【００２１】
一方、車両が低速で走行しているときに、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂの各検出出力の差（圧力差）が所定値に達すると、コントローラ４３はエンジン３の出力が変化せず、かつフィルタ１８に堆積したパティキュレートを除去するのに必要な温度まで排ガス温度が上昇するように、エンジン１３を制御する。具体的には、エンジン１３から排出されるパティキュレートが最も少なくなる運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件である図２のＡ1点でのエンジン１３の運転から、Ａ1点を通る等出力線（破線）上であって回転速度が減少しかつトルクが増大したＢ1点でのエンジン１３の運転に移行する。この結果、排ガス温度が上昇するので、フィルタ１８に堆積したパティキュレートが速やかに燃焼し、フィルタが再生される。
【００２２】
また、車両が高速で走行しているときに、一対の排ガス圧力センサ４２ａ，４２ｂの各検出出力の差（圧力差）が所定値以上になると、コントローラ４３はエンジン３の出力が変化せず、かつフィルタ１８に堆積したパティキュレートを除去するのに必要な温度まで排ガス温度が上昇するように、エンジン１３を制御する。具体的には、エンジン１３から排出されるパティキュレートが最も少なくなる運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件である図２のＡ2点でのエンジン１３の運転から、Ａ2点を通る等出力線（破線）上であって回転速度が減少しかつトルクが増大したＢ2点でのエンジン１３の運転に移行する。この結果、排ガス温度が上昇するので、フィルタ１８に堆積したパティキュレートが速やかに燃焼し、フィルタが再生される。従って、無駄な出力を発生することなく、最適な運転条件でエンジン１３を運転できる。
【００２３】
なお、この実施の形態では、ハイブリッドエンジンシステムを車両に搭載したが、エンジンにより駆動される建設機械などに搭載してもよい。
また、この実施の形態では、エンジンとして軽油を燃料とするディーゼルエンジンを挙げたが、ガソリンを燃料とするガソリンエンジンでもよい。
また、この実施の形態では、有害物質として、パティキュレート及びＨＣを挙げたが、ＮＯｘ又はＣＯであってもよく、また上記以外の組合せのパティキュレート、ＮＯｘ、ＨＣ又はＣＯからなる群より選ばれた１種又は２種以上の物質であってもよい。
【００２４】
また、この実施の形態では、排ガス浄化手段として、触媒付きパティキュレートフィルタを挙げたが、酸化触媒、還元触媒、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒、又はパティキュレートフィルタ及びＮＯｘ低減システム（Diesel Particulate filter and NOx Reduction system：ＤＰＮＲ）であってもよい。ここで、ＤＰＮＲとは、パティキュレートフィルタとＮＯｘ吸蔵還元型触媒とが一体化した排ガス浄化手段である。
【００２５】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、排気通路を通る排ガスの温度を検出する排ガス温度センサと、排ガス浄化手段に所定量以上の有害物質が堆積したことを検出する堆積センサとの各検出出力に基づいて、コントローラがエンジンを制御するように構成したので、排ガス浄化手段に所定量以上の有害物質が堆積していないときには、コントローラは有害物質の排出量の最も少ない運転条件で、或いは最も燃費が向上する運転条件で運転する。一方、排ガス浄化手段に所定量以上の有害物質が堆積すると、コントローラはエンジンの出力が変化せず、かつ排ガス浄化手段に堆積した有害物質を除去するのに必要な温度まで排ガス温度が上昇するように、エンジンを運転する。この結果、無駄な出力を発生することなく、最適な運転条件でエンジンを運転できる。即ち、バッテリの充電及び放電に有限の効率が存在するため、従来のバッテリの入出力量を増加させて総合的な効率を低下させる従来のハイブリッド駆動装置の制御方法と比較して、本発明では同一出力線上でエンジンの動作点を変更することにより、エンジン負荷が変動してもエネルギ収支を釣り合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施形態ハイブリッドエンジンシステムの後処理制御装置を示す構成図。
【図２】そのエンジンにおける等出力曲線（実線）と等排ガス温度曲線（破線）を示す図。
【符号の説明】
１１  第１モータ
１２  第２モータ
１３  エンジン
１４  駆動軸
１６  バッテリ
１７  排気通路
１８  触媒付きパティキュレートフィルタ
３８  負荷センサ
４１  排ガス温度センサ
４２  堆積センサ
４３  コントローラ
【図１】
0003722769.tif 000002
【図２】
0003722769.tif 000003