特許 7708006 ハイブリッド車両の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-07-07

(45)【発行日】2025-07-15

(54)【発明の名称】ハイブリッド車両の制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 20/16 20160101AFI20250708BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20250708BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20250708BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20250708BHJP

   B60K 6/547 20071001ALI20250708BHJP

   B60W 20/40 20160101ALI20250708BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20250708BHJP

   F02D 43/00 20060101ALI20250708BHJP

   B60L 50/16 20190101ALI20250708BHJP

【ＦＩ】

B60W20/16 ZHV

B60W10/06 900

B60W10/08 900

B60K6/48

B60K6/547

B60W20/40

F02D45/00 368F

F02D43/00 301V

B60L50/16

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2022091594

(22)【出願日】2022-06-06

(65)【公開番号】P2023178738

(43)【公開日】2023-12-18

【審査請求日】2024-06-20

(73)【特許権者】

【識別番号】000003207

【氏名又は名称】トヨタ自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】杉本 仁己

【審査官】塚本 英隆

(56)【参考文献】

【文献】特開２０２０－１８９５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１０－４７２１８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－２０５２００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｂ６０Ｗ ２０／１６

Ｂ６０Ｗ １０／０６

Ｂ６０Ｗ １０／０８

Ｂ６０Ｋ ６／４８

Ｂ６０Ｋ ６／５４７

Ｂ６０Ｗ ２０／４０

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｄ ４３／００

Ｂ６０Ｌ ５０／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行用動力源であるエンジン及びモータ、前記エンジンの排気ガス中の所定の成分を検出して前記エンジンの燃焼状態をフィードバック制御するために用いられるガスセンサ、前記ガスセンサを活性化させるヒータ、を有したハイブリッド車両の制御装置であって、
走行モードとして前記エンジンを停止し前記モータにより走行する電気走行モードが選択されており且つ前記エンジンの冷却水の温度が第１閾値未満の場合に、前記エンジンを始動する第１始動制御部と、
前記電気走行モードが選択されており且つ前記冷却水の温度が前記第１閾値以上であって前記第１閾値よりも高い第２閾値未満の場合に、前記ヒータにより前記ガスセンサを活性化させてから前記エンジンを始動する第２始動制御部と、
を備えたハイブリッド車両の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジン及びモータを備えたハイブリッド車両では、モータによる電気走行モードで走行することができる（例えば特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００５－０５１８６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

電気走行モードで車両への要求出力の増大によりエンジンを始動させると、エンジンの暖機完了前にエンジンの出力が高出力となるように制御され、エミッションが悪化するおそれがある。従って、車両への要求出力が増大する前に予めエンジンの暖機を完了させておくことが望ましい。しかしながら、電気走行モードが選択された状態で一律にエンジンの暖機を完了させるためにエンジンを始動させると、電気走行モードが選択されてるにも関わらずエンジンが始動するため、ドライバに違和感を与える。

【0005】

そこで本発明は、ドライバへの違和感を抑制しつつエミッションの悪化を抑制したハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的は、走行用動力源であるエンジン及びモータ、前記エンジンの排気ガス中の所定の成分を検出して前記エンジンの燃焼状態をフィードバック制御するために用いられるガスセンサ、前記ガスセンサを活性化させるヒータ、を有したハイブリッド車両の制御装置であって、走行モードとして前記エンジンを停止し前記モータにより走行する電気走行モードが選択されており且つ前記エンジンの冷却水の温度が第１閾値未満の場合に、前記エンジンを始動する第１始動制御部と、前記電気走行モードが選択されており且つ前記冷却水の温度が前記第１閾値以上であって前記第１閾値よりも高い第２閾値未満の場合に、前記ヒータにより前記ガスセンサを活性化させてから前記エンジンを始動する第２始動制御部と、を備えたハイブリッド車両の制御装置によって達成できる。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ドライバへの違和感を抑制しつつエミッションの悪化を抑制したハイブリッド車両の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】図１は、ハイブリッド車両の概略構成図である。

【図2】図２は、エンジンの概略構成図である。

【図3】図３は、ＥＣＵが実行する制御の一例を示したフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0009】

［ハイブリッド車両の概略構成］
図１は、ハイブリッド車両１の概略構成図である。ハイブリッド車両１には、エンジン１０から駆動輪１３までの動力伝達経路に、Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、湿式クラッチ１８、及び変速機１９が順に設けられている。エンジン１０及びモータ１５はハイブリッド車両１の走行動力源として搭載されている。エンジン１０は、例えばＶ型６気筒ガソリンエンジンであるが気筒数はこれに限定されず、直列型のガソリンエンジンであってもよいし、ディーゼルエンジンであってもよい。Ｋ０クラッチ１４、モータ１５、湿式クラッチ１８、及び変速機１９は、変速ユニット１１内に設けられている。変速ユニット１１と左右の駆動輪１３とは、ディファレンシャル１２を介して駆動連結されている。

【0010】

Ｋ０クラッチ１４は、同動力伝達経路上のエンジン１０とモータ１５との間に設けられている。Ｋ０クラッチ１４は、解放状態から油圧の供給を受けて係合状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を接続する。Ｋ０クラッチ１４は、油圧供給の停止に応じて解放状態となって、エンジン１０とモータ１５との動力伝達を遮断する。係合状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が連結しエンジン１０とモータ１５が同じ回転数となっている状態である。解放状態とは、Ｋ０クラッチ１４の両係合要素が離れた状態である。

【0011】

モータ１５は、インバータ１７を介してバッテリ１６に接続されている。モータ１５は、バッテリ１６からの給電に応じて車両の駆動力を発生するモータとして機能し、更にエンジン１０や駆動輪１３からの動力伝達に応じてバッテリ１６に充電する電力を発電する発電機としても機能する。モータ１５とバッテリ１６との間で授受される電力は、インバータ１７により調整されている。

【0012】

インバータ１７は、後述するＥＣＵ（Electronic Control Unit）１００によって制御され、バッテリ１６からの直流電圧を交流電圧に変換し、またはモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換する。モータ１５がトルクを出力する力行運転の場合、インバータ１７はバッテリ１６の直流電圧を交流電圧に変換してモータ１５に供給される電力を調整する。モータ１５が発電する回生運転の場合、インバータ１７はモータ１５からの交流電圧を直流電圧に変換してバッテリ１６に供給される電力を調整する。

【0013】

変速機１９は、ギア段の切替えにより変速比を多段階に切替える有段式の自動変速機であるが、これに限定されず無段式の自動変速機であってもよい。変速機１９は、動力伝達経路上のモータ１５と駆動輪１３の間に設けられている。油圧の供給を受けて係合状態となってモータ１５と変速機１９とを直結する湿式クラッチ１８が設けられている。

【0014】

変速ユニット１１には、更にオイルポンプ２１と油圧制御機構２２とが設けられている。オイルポンプ２１で発生した油圧は、油圧制御機構２２を介して、Ｋ０クラッチ１４、湿式クラッチ１８、及び変速機１９にそれぞれ供給されている。油圧制御機構２２には、Ｋ０クラッチ１４、湿式クラッチ１８、及び変速機１９のそれぞれの油圧回路と、それらの作動油圧を制御するための各種の油圧制御弁と、が設けられている。尚、湿式クラッチ１８の代わりに、ロックアップクラッチを備えたトルクコンバータを設けてもよい。

【0015】

ハイブリッド車両１には、同車両の制御装置としてのＥＣＵ１００が設けられている。ＥＣＵ１００は、車両の走行制御に係る各種演算処理を行う演算処理回路と、制御用のプログラムやデータが記憶されたメモリと、を備える電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、詳しくは後述する第１始動制御部、及び第２始動制御部を機能的に実現する。

【0016】

ＥＣＵ１００は、エンジン１０及びモータ１５の駆動を制御する。具体的にはＥＣＵ１００は、エンジン１０のスロットル開度、点火時期、燃料噴射量を制御することにより、エンジン１０のトルクや回転数を制御する。ＥＣＵ１００は、インバータ１７を制御してモータ１５とバッテリ１６との間での電力の授受量を調整することで、モータ１５の回転数やトルクを制御する。またＥＣＵ１００は、油圧制御機構２２の制御を通じて、Ｋ０クラッチ１４や湿式クラッチ１８、変速機１９の駆動制御を行う。

【0017】

ＥＣＵ１００には、イグニッションスイッチ７１、クランク角センサ７２ａ、モータ回転数センサ７２ｂ、水温センサ７３、エアフローメータ７４、空燃比センサ７５からの信号が入力される。クランク角センサ７２ａは、エンジン１０のクランクシャフトの回転数、即ちエンジン回転数を検出する。モータ回転数センサ７２ｂは、モータ１５の出力軸の回転速度を検出する。水温センサ７３は、エンジン１０の冷却水の温度を検出する。エアフローメータ７４は、エンジン１０の吸入空気量を検出する。空燃比センサ７５は、触媒４３を通過した排気ガスの空燃比を検出する。

【0018】

また、ＥＣＵ１００にはヒータ７６が電気的に接続されている。ヒータ７６は、空燃比センサ７５の素子を活性化温度にまで加熱する。空燃比センサ７５が活性化温度にまで昇温すると、ＥＣＵ１００は空燃比センサ７５の検出結果に基づいてエンジン１０の空燃比をフィードバック制御することが可能となる。例えば目標空燃比が理論空燃比であり空燃比センサ７５の検出結果がリッチ空燃比を示した場合、ＥＣＵ１００は例えば燃料噴射量を削減して空燃比を理論空燃比に調整する。また、空燃比センサ７５の検出結果がリーン空燃比を示した場合、ＥＣＵ１００は燃料噴射量を増量することにより空燃比を理論空燃比に調整する。このように空燃比センサ７５の検出結果に基づいてエンジン１０の燃焼状態をフィードバック制御することができる。

【0019】

ＥＣＵ１００は、電気走行モード（以下、ＢＥＶ(Battery Electric Vehicle)モードと称する）及びハイブリッド走行モード（以下、ＨＥＶ(Hybrid Electric Vehicle)モードと称する）の何れかの走行モードでハイブリッド車両を走行させる。ＢＥＶモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を解放し、モータ１５の動力により走行する。ＨＥＶモードでは、ＥＣＵ１００はＫ０クラッチ１４を係合状態に切り替えて少なくともエンジン１０の動力により走行する。尚、ＨＥＶモードには、エンジン１０のみの動力で走行するモード、モータ１５を力行運転させてエンジン１０及びモータ１５の双方を動力源として走行するモードを含む。

【0020】

走行モードの切り替えは、車速やアクセル開度から求められた車両の要求駆動力と、バッテリ１６の蓄電量を示すＳＯＣ（State Of Charge）などに基づいて行われる。例えば、要求駆動力が比較的小さくＳＯＣが比較的高い場合には、ＢＥＶモードが選択される。要求駆動力が比較的大きい場合やバッテリ１６のＳＯＣが比較的低い場合には、ＨＥＶモードが選択される。

【0021】

ＥＣＵ１００には、ＢＥＶスイッチ７７が接続されている。ＢＥＶスイッチ７７は、車室内に設けられており、運転者の手動操作により走行モードをＢＥＶモードに切り替えることができるスイッチである。ＥＣＵ１００は、ＢＥＶスイッチ７７がオンの場合には、オフの場合と比較して走行モードがＢＥＶモードからＨＥＶモードへの切り替えが行われにくくなる。

【0022】

［エンジンの概略構成］
図２は、エンジン１０の概略構成図である。エンジン１０は、気筒３０、ピストン３１、コネクティングロッド３２、クランク軸３３、吸気通路３５、吸気弁３６、排気通路３７、及び排気弁３８を有している。図２には、エンジン１０が有する複数の気筒３０のうちの一つのみが表示されている。気筒３０では混合気の燃焼が行われる。ピストン３１は、各気筒３０に往復動可能に収容され、エンジン１０の出力軸であるクランク軸３３にコネクティングロッド３２を介して連結されている。コネクティングロッド３２は、ピストン３１の往復運動をクランク軸３３の回転運動に変換する。

【0023】

吸気通路３５は、各気筒３０の吸気ポートに吸気弁３６を介して接続されている。排気通路３７は、各気筒３０の排気ポートに排気弁３８を介して接続されている。吸気通路３５には、エアフローメータ７４、及び吸入空気量を調整するスロットル弁４０が設けられている。排気通路３７には排気浄化用の触媒４３が設けられている。触媒４３の下流には空燃比センサ７５が設けられている。

【0024】

気筒３０には筒内噴射弁４１が設けられている。筒内噴射弁４１は気筒３０内に直接燃料を噴射する。尚、筒内噴射弁４１の代わりに、又は筒内噴射弁４１に加えて、吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射弁が設けられていてもよい。各気筒３０には、吸気通路３５を通じて導入された吸気と筒内噴射弁４１が噴射した燃料との混合気を火花放電により点火する点火装置４２が設けられている。

【0025】

［ＥＣＵが実行する制御］
図３は、ＥＣＵ１００が実行する制御の一例を示したフローチャートである。本制御は、イグニッションがオンの状態で所定の周期ごとに繰り返し実行される。ＥＣＵ１００は、イグニッションがオンにされてからエンジン１０の初回始動前であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でＮｏの場合には、本制御を終了する。ステップＳ１でＹｅｓの場合にＥＣＵ１００は、ＢＥＶスイッチ７７がオンであるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２でＮｏの場合には本制御を終了する。

【0026】

ステップＳ２でＹｅｓの場合にＥＣＵ１００は、エンジン１０の冷却水の温度が閾値α未満であるか否かを判定する（ステップＳ３）。閾値αは、エンジン１０を始動させて直ちにエンジン１０から高出力を出力させた場合にエミッションが悪化するおそれがある冷却水の温度の最大値に設定されている。閾値αは第１閾値の一例である。

【0027】

ステップＳ３でＹｅｓの場合にＥＣＵ１００は、エンジン１０を始動させる（ステップＳ４）。具体的にはＫ０クラッチ１４を係合させることによりモータ１５によりエンジン１０をクランキングさせてエンジン１０を始動する。これにより、走行モードがＢＥＶモードからＨＥＶモードに切り替えられ、エンジン１０の暖機運転が行われ、エンジン１０の昇温と触媒４３の昇温とが図られる。これにより、ＢＥＶモードで走行中にハイブリッド車両１への要求出力が増大してエンジン１０を高出力で始動させた際のエミッションの悪化を抑制できる。ステップＳ２～Ｓ４は、第１始動制御部が実行する処理の一例である。

【0028】

ステップＳ４でのエンジン１０への要求出力は、暖機運転に必要な程度の出力に制限されており、エミッションの悪化を抑制する観点からできるだけ低い方が好ましい。また、ステップＳ４が実行される際にＥＣＵ１００は、併せてＢＥＶスイッチ７７をオフにする。

【0029】

ステップＳ３でＮｏの場合には、冷却水の温度が閾値β未満であるか否かを判定する（ステップＳ５）。閾値βは閾値αよりも高い温度である。閾値βは第２閾値の一例である。閾値βは、エンジン１０を始動させた場合にエミッションの悪化が抑制される冷却水の温度の最小値に設定されている。即ち、冷却水の温度が閾値β以上の場合には、ＢＥＶモードで走行中にハイブリッド車両１への要求出力が増大してエンジン１０を高出力で始動させたとしても、エミッションの悪化は抑制される。従ってステップＳ５でＮｏの場合にＥＣＵ１００は、ＢＥＶ走行を許可する（ステップＳ６）。

【0030】

ステップＳ５でＹｅｓの場合にＥＣＵ１００は、空燃比センサ７５の活性化が完了したか否かを判定する（ステップＳ７）。ＥＣＵ１００は、空燃比センサ７５の素子のインピーダンスが所定値以下になった場合に空燃比センサ７５は活性化したものとみなす。空燃比センサ７５の素子の温度とインピーダンスとの間には反比例の関係を有している。尚、ヒータ７６による空燃比センサ７５の加熱は、イグニッションがオンにされた際に開始される。

【0031】

ステップＳ７でＮｏの場合にＥＣＵ１００は、ＢＥＶ走行を許可する（ステップＳ６）。ステップＳ７でＹｅｓの場合にＥＣＵ１００は、エンジン１０を始動する（ステップＳ４）。ステップＳ２、Ｓ３、Ｓ５、Ｓ７、及びＳ４は、第２始動制御部が実行する処理の一例である。このように、少なくとも空燃比センサ７５が活性化するまでの間にはＢＥＶモードで走行が継続される。このようにできるだけＢＥＶモードでの走行を維持することによりドライバの違和感を抑制しつつ、空燃比センサ７５の活性化の完了後にエンジン１０を始動することによりエミッションの悪化を抑制することができる。

【0032】

上記実施例では、ガスセンサの一例として空燃比センサ７５を用いたがこれに限定されない。例えば、ガスセンサとして、排気ガス中の酸素濃度を検出する酸素センサを用いてもよい。

【0033】

上記実施例では、ハイブリッド車両の一例として、走行動力源としてエンジン１０及びモータ１５を備えたものを例示したがこれに限定されない。例えば、走行動力源としてエンジンと第１及び第２モータを備え、更に第１モータに連結されたサンギヤ、駆動輪および第２モータに連結されたリングギヤ、及びエンジンに連結されたキャリアを含む遊星歯車機構を備えたハイブリッド車両であってもよい。

【0034】

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

【符号の説明】

【0035】

１ ハイブリッド車両
１０ エンジン
１５ モータ
７５ 空燃比センサ（ガスセンサ）
７６ ヒータ
１００ ＥＣＵ（第１始動制御部、第２始動制御部）

【図1】

【図2】

【図3】