JP2008230468A

JP2008230468A - 車両の制御装置、制御方法およびその方法をコンピュータで実現されるプログラムならびにそのプログラムを記録した記録媒体

Info

Publication number: JP2008230468A
Application number: JP2007074661A
Authority: JP
Inventors: Atsuko Uchiumi; 敦子内海
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2007-03-22
Filing date: 2007-03-22
Publication date: 2008-10-02
Anticipated expiration: 2027-03-22
Also published as: JP5018162B2

Abstract

【課題】排出ガスと検出素子との接触に応じた信号出力の応答性に基づいて空燃比を制御することによりエミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】エンジンＥＣＵは、エンジンが始動中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、応答性レベルを算出するステップ（Ｓ１０２）と、算出されたレベルに応じて待機時間を設定するステップ（Ｓ１０４）と、エンジンが停止状態から始動すると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、設定された待機時間の経過後にフィードバック制御を実行するステップ（Ｓ１０８）とを含む、プログラムを実行する。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関および回転電機を駆動源とする車両の制御に関し、特に、内燃機関の始動時の適切な時点で空燃比の制御を開始してエミッションの悪化を抑制する技術に関する。

従来より、車両の内燃機関においては、吸気系システムから吸入した空気に燃料系システムからの燃料を混合し、燃焼室で混合気を燃焼させ、排気系システムから排気を排出させている。内燃機関は、吸気系システム、燃料系システムおよび排気系システムからの各検知信号に基づいて、その運転状態が制御されている。

このような内燃機関には、排気系システムに設けられた排気センサからの出力信号に基づくフィードバック学習値によって空燃比（混合気）を理論空燃比にフィードバック制御することが行なわれる。

また、近年、環境問題対策の１つとして、内燃機関および回転電機を駆動源とするハイブリッド車両が注目されている。ハイブリッド車両に搭載される内燃機関においては、車両の走行状態に応じて始動と停止とを繰り返す間欠運転が実施されるため、始動時の空燃比のフィードバック制御の際にエミッションが悪化する場合がある。

このような問題に対して、たとえば、特開２００１−２８９１０１号公報（特許文献１）は、エミッションの増加を解消する内燃機関の空燃比制御方法を開示する。この空燃比制御方法は、内燃機関と電気回転機とを具備し、電気回転機を内燃機関の始動用電動機として内燃機関を始動するハイブリッド車両用の動力源において、始動後は内燃機関の排気系に設けられた排気センサの出力に応じて空燃比が目標空燃比となるように空燃比をフィードバック制御し、内燃機関の始動から所定時間が経過するまでの間は空燃比のフィードバック制御を禁止することを特徴とする。特に、上述した公報に開示された空燃比制御方法においては、初爆の際の燃焼ガスが排気系の排気センサに到達するまで到達時間を推定するようにしている。

上述した公報に開示された空燃比制御方法によると、始動直後の燃焼すなわち初爆の際の燃焼ガスが排気系の排気センサに到達するまでにフィードバック制御を開始することがなく、排気センサの出力に基づく空燃比と実際の燃焼における空燃比とのずれが生じず、エミッションの増加を防止することができる。
特開２００１−２８９１０１号公報

しかしながら、排気センサにおいては、製造過程またはその他の要因により排気センサを構成する検出素子に排出ガスが接触してから排気センサが空燃比に対応する信号が出力されるまでに応答遅れが生じる場合がある。そのため、内燃機関の始動時において、燃料が増量噴射された場合に、排気センサから出力される信号が収束するまでに空燃比のフィードバック制御が実施されるため、空燃比の制御精度が悪化して、エミッションが悪化するという問題がある。上述した公報に開示された空燃比制御方法においては、このような排気センサの応答遅れについて何ら考慮されていないため、上述の問題を解決することができない。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、排出ガスと検出素子との接触に応じた信号出力の応答性に基づいて空燃比を制御することによりエミッションの悪化を抑制する車両の制御装置、制御方法およびその方法をコンピュータで実現されるプログラムならびにそのプログラムを記録した記録媒体を提供することである。

第１の発明に係る車両の制御装置は、内燃機関および回転電機を駆動源とする車両の制御装置である。この制御装置は、内燃機関の排出ガスが検出素子に接触することにより内燃機関の空燃比に対応した信号を出力するための手段と、排出ガスと検出素子との接触に応じた信号出力の応答性のレベルを算出するための算出手段と、内燃機関が始動してから空燃比についての制御を開始するまでの待機時間を算出されたレベルに応じて設定するための設定手段と、内燃機関が始動してから待機時間が経過した後に、出力された信号に対応する空燃比が内燃機関の状態に基づいて設定される目標空燃比になるように空燃比の制御を開始するための制御手段とを含む。第８の発明に係る車両の制御方法は、第１の発明に係る車両の制御装置と同様の構成を有する。

第１の発明によると、排出ガスと検出素子との接触に応じた信号出力の応答性のレベルに応じて待機時間を設定することにより、内燃機関の始動後において、燃料の増量噴射がされた場合においても、待機時間が経過するまで、すなわち、空燃比に対応する信号の変化が収束するまで、空燃比のフィードバック制御を停止することができるため、空燃比の制御精度の悪化によるエミッションの悪化を抑制することができる。また、待機時間の経過後においては、空燃比を目標空燃比（たとえば、理論空燃比）になるようにフィードバック制御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。したがって、排出ガスと検出素子との接触に応じた信号出力の応答性に基づいて空燃比を制御することによりエミッションの悪化を抑制する車両の制御装置および制御方法を提供することができる。

第２の発明に係る車両の制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、算出手段は、内燃機関の始動中に、内燃機関の空燃比の状態がリッチ側からリーン側に移行するように燃料を噴射したときの予め定められた期間における出力された信号の変化の軌跡長に基づいて応答性のレベルを算出するための手段を含む。第９の発明に係る車両の制御方法は、第２の発明に係る車両の制御装置と同様の構成を有する。

第２の発明によると、たとえば、通常の応答性のレベルにおける軌跡長と比較して軌跡長が短い場合には、空燃比の変動に対して信号出力に応答遅れが生じていることを判断することができる。

第３の発明に係る車両の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、設定手段は、算出されたレベルが低くなるほど待機時間を長くなるように設定するための手段を含む。第１０の発明に係る車両の制御方法は、第３の発明に係る車両の制御装置と同様の構成を有する。

第３の発明によると、算出されたレベルが低くなるほど、内燃機関の始動時において、出力された信号に対応する空燃比の変動が収束するまでの期間は長くなる。そのため、待機時間が長くなるように設定されることにより、空燃比の変動が収束するまで空燃比のフィードバック制御の実行を抑制することができる。そのため、エミッションの悪化を抑制することができる。

第４の発明に係る車両の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、設定手段は、算出されたレベルが予め定められたレベル以下になると、予め定められたレベルよりも大きいときに設定される待機時間よりも長い、予め定められた待機時間を設定するための手段を含む。第１１の発明に係る車両の制御方法は、第４の発明に係る車両の制御装置と同様の構成を有する。

第４の発明によると、算出されたレベルが予め定められたレベル以下になると、内燃機関の始動時において、出力された信号に対応する空燃比の変動が収束するまでの期間は長くなる。そのため、待機時間が長くなるように設定されることにより、空燃比の変動が収束するまで空燃比のフィードバック制御の実行を抑制することができる。そのため、エミッションの悪化を抑制することができる。

第５の発明に係る車両の制御装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、内燃機関が停止状態から始動したときに設定された待機時間の経過後に空燃比の制御を開始するための手段を含む。第１２の発明に係る車両の制御方法は、第５の発明に係る車両の制御装置と同様の構成を有する。

第５の発明によると、待機時間が設定されると、内燃機関が停止状態から始動したときに設定された待機時間の経過後に空燃比の制御が開始される。これにより、応答性のレベルが低下した場合においても、空燃比の変動が収束するまで空燃比のフィードバック制御の実行を抑制することができる。そのため、エミッションの悪化を抑制することができる。

第６の発明に係る車両の制御装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、制御手段は、待機時間が経過した後であって、出力された信号に対応する空燃比の変動量が予め定められた範囲内であると、空燃比の制御を開始するための手段を含む。第１３の発明に係る車両の制御方法は、第６の発明に係る車両の制御装置と同様の構成を有する。

第６の発明によると、待機時間が経過した後であって、出力された信号に対応する空燃比の変動量が予め定められた範囲内であると、空燃比の制御が開始される。これにより、待機時間が経過していても空燃比の変動が収束していた場合には、さらに、空燃比の制御を遅延することにより、エミッションの悪化を抑制することができる。

第７の発明に係る車両の制御装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、車両は、内燃機関の出力軸に連結され、内燃機関の動力に基づいて発電する第１の回転電機と、内燃機関の動力を車両の車輪軸に伝達する動力分割機構とを含む。動力分割機構は、入力された内燃機関の動力を、車輪軸への駆動力または第１の回転電機への動力に分割する。動力分割機構と車輪軸との間には、車輪軸に駆動力を付与する第２の回転電機が設けられる。第１４の発明に係る車両の制御方法は、第７の発明に係る車両の制御装置と同様の構成を有する。

第７の発明によると、内燃機関、第１の回転電機および第２の回転電機が動力分割機構を介在させてそれぞれ接続される駆動方式を有する車両に本発明を適用することにより、内燃機関の間欠始動毎に待機時間が適切に設定されるため、エミッションの悪化を抑制することができる。

第１５の発明に係るプログラムは、第８〜１４のいずれかの発明に係る制御方法をコンピュータで実現されるプログラムであって、第１６の発明に係る記録媒体は、第８〜１４のいずれかの発明に係る制御方法をコンピュータで実現されるプログラムを記録した媒体である。

第１５または第１６の発明によると、コンピュータ（汎用でも専用でもよい）を用いて、第８〜１４のいずれかの発明に係る制御方法を実現することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、本発明の実施の形態に係る制御装置が適用されるハイブリッド車両の制御ブロック図を説明する。

ハイブリッド車両は、駆動源としての、たとえばガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関（以下、単にエンジンという）１２０と、回転電機であるモータジェネレータ（ＭＧ）１４０を含む。なお、図１においては、説明の便宜上、モータジェネレータ１４０を、モータ１４０Ａとジェネレータ１４０Ｂ（あるいはモータジェネレータ１４０Ｂ）と表現するが、ハイブリッド車両の走行状態に応じて、モータ１４０Ａがジェネレータとして機能したり、ジェネレータ１４０Ｂがモータとして機能したりする。

エンジン１２０の吸気通路１２２には、吸入空気のほこりを捕捉するエアクリーナ１２２Ａ、エアクリーナ１２２Ａを通ってエンジン１２０に吸入される空気量を検知するエアフローメータ１２２Ｂ、エンジン１２０に吸入される空気量を調整するためのバルブである電子スロットルバルブ１２２Ｃが設けられている。電子スロットルバルブ１２２Ｃにはスロットルポジションセンサが設けられている。エンジンＥＣＵ２８０には、エアフローメータ１２２Ｂにより検知された吸入空気量や、スロットルポジションセンサにより検知された電子スロットルバルブ１２２Ｃの開度等が入力される。

エンジン１２０には、複数の気筒および各気筒に燃料を噴射する燃料噴射装置１３０が設けられる。燃料噴射装置１３０は、エンジンＥＣＵ２８０からの燃料噴射制御信号に基づいて各気筒に対して適切な時期に適切な量の燃料を噴射する。

また、エンジン１２０の排気通路１２４には、三元触媒コンバータ１２４Ｂと、三元触媒コンバータ１２４Ｂに導入される排気における空燃比（Ａ／Ｆ）を検知する空燃比センサ１２４Ａと、三元触媒コンバータ１２４Ｂの温度を検知する触媒温度センサ１２４Ｃと、消音器１２４Ｄとが設けられている。エンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）２８０には、空燃比センサ１２４Ａにより検知された三元触媒コンバータ１２４Ｂに導入される排気の空燃比や、触媒温度センサ１２４Ｃにより検知された三元触媒コンバータ１２４Ｂの温度等が入力される。

なお、空燃比センサ１２４Ａは、エンジン１２０で燃焼された混合気の空燃比に比例した出力電圧を発生する全域空燃比センサ（リニア空燃比センサ）である。本実施の形態において、空燃比センサ１２４Ａは、検出素子を有し、エンジン１２０の排出ガスの検出素子への接触によりエンジン１２０の空燃比に対応した信号を出力する。なお、空燃比センサ１２４Ａとしては、エンジン１２０で燃焼された混合気の空燃比が理論空燃比に対してリッチであるかリーンであるかをオン−オフ的に検出するＯ２センサを用いてもよい。

また、エンジンＥＣＵ２８０には、エンジン１２０の冷却水の温度を検知する水温検知センサ３６０からエンジン冷却水温を示す信号が入力される。エンジン１２０の出力軸には、クランクポジションセンサ３８０が設けられており、エンジンＥＣＵ２８０には、クランクポジションセンサ３８０から出力軸の回転数を示す信号が入力される。

ハイブリッド車両には、この他に、エンジン１２０やモータジェネレータ１４０で発生した動力を駆動輪１６０に伝達したり、駆動輪１６０の駆動をエンジン１２０やモータジェネレータ１４０に伝達する減速機１８０と、エンジン１２０の発生する動力を駆動輪１６０とジェネレータ１４０Ｂとの２経路に分配する動力分割機構（たとえば、遊星歯車機構）２００と、モータジェネレータ１４０を駆動するための電力を充電する走行用バッテリ２２０と、走行用バッテリ２２０の直流とモータ１４０Ａおよびジェネレータ１４０Ｂの交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ２４０と、走行用バッテリ２２０の充放電状態を管理制御するバッテリ制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）２６０と、エンジン１２０の動作状態を制御するエンジンＥＣＵ２８０と、ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ１４０およびバッテリＥＣＵ２６０、インバータ２４０等を制御するＭＧ＿ＥＣＵ３００と、バッテリＥＣＵ２６０、エンジンＥＣＵ２８０およびＭＧ＿ＥＣＵ３００等を相互に管理制御して、ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッドシステム全体を制御するＨＶ＿ＥＣＵ３２０等を含む。なお、走行用バッテリではなくキャパシタ等の蓄電機構であってもよい。

本実施の形態においては、走行用バッテリ２２０とインバータ２４０との間にはコンバータ２４２が設けられている。これは、走行用バッテリ２２０の定格電圧が、モータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂの定格電圧よりも低いので、走行用バッテリ２２０からモータ１４０Ａやモータジェネレータ１４０Ｂに電力を供給するときには、コンバータ２４２で電力を昇圧する。このコンバータ２４２には平滑コンデンサが内蔵されており、コンバータ２４２が昇圧動作を行なう際には、この平滑コンデンサに電荷が蓄えられる。

なお、図１においては、各ＥＣＵを別構成しているが、２個以上のＥＣＵを統合したＥＣＵとして構成してもよい（たとえば、図１に、点線で示すように、ＭＧ＿ＥＣＵ３００とＨＶ＿ＥＣＵ３２０とを統合したＥＣＵとすることがその一例である）。

運転席にはアクセルペダル（図示せず）が設けられており、アクセルポジションセンサ（図示せず）は、アクセルペダルの踏込み量を検知する。アクセルポジションセンサは、アクセルペダルの踏込み量を示す信号をＨＶ＿ＥＣＵ３２０に出力する。ＨＶ＿ＥＣＵ３２０は、踏込み量に対応する要求駆動力に応じて、モータ１４０Ａ、ジェネレータ１４０ＢおよびエンジンＥＣＵ２８０を介してエンジン１２０の出力あるいは発電量を制御する。

さらに、車速センサ３３０は、車両の速度に関連した物理量を検出するセンサである。「車両の速度に関連した物理量」とは、たとえば、車輪軸の回転数であってもよいし、トランスミッションの出力軸の回転数であってもよい。車速センサ３３０は、検出した物理量をエンジンＥＣＵ２８０に送信する。

動力分割機構２００は、エンジン１２０の動力を、駆動輪１６０とモータジェネレータ１４０Ｂとの両方に振り分けるために、遊星歯車機構（プラネタリーギヤ）が使用される。モータジェネレータ１４０Ｂの回転数を制御することにより、動力分割機構２００は無段変速機としても機能する。

図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、発進時や低速走行時等であってエンジン１２０の効率が悪い場合には、モータジェネレータ１４０のモータ１４０Ａのみによりハイブリッド車両の走行を行ない、通常走行時には、たとえば動力分割機構２００によりエンジン１２０の動力を２経路に分け、一方で駆動輪１６０の直接駆動を行ない、他方でジェネレータ１４０Ｂを駆動して発電を行なう。この時、発生する電力でモータ１４０Ａを駆動して駆動輪１６０の駆動補助を行なう。また、高速走行時には、さらに走行用バッテリ２２０からの電力をモータ１４０Ａに供給してモータ１４０Ａの出力を増大させて駆動輪１６０に対して駆動力の追加を行なう。

一方、減速時には、駆動輪１６０により従動するモータ１４０Ａがジェネレータとして機能して回生発電を行ない、回収した電力を走行用バッテリ２２０に蓄える。なお、走行用バッテリ２２０の充電量が低下し、充電が特に必要な場合には、エンジン１２０の出力を増加してジェネレータ１４０Ｂによる発電量を増やして走行用バッテリ２２０に対する充電量を増加する。もちろん、低速走行時でも必要に応じてエンジン１２０の駆動力を増加する制御を行なう場合もある。たとえば、上述のように走行用バッテリ２２０の充電が必要な場合や、エアコン等の補機を駆動する場合や、エンジン１２０の冷却水の温度を所定温度まで上げる場合等である。

さらに、図１に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両においては、車両の運転状態や走行用バッテリ２２０の状態によっては、燃費を向上させるために、エンジン１２０を停止させる。そして、その後も車両の運転状態や走行用バッテリ２２０の状態を検知して、エンジン１２０を再始動させる。このように、このエンジン１２０は間欠運転され、従来の車両（エンジンしか搭載していない車両）においては、イグニッションスイッチがＳＴＡＲＴ位置にまで回されてエンジンが始動すると、イグニッションスイッチがＯＮ位置からＡＣＣ位置またはＯＦＦ位置にされるまでエンジンが停止しない点で異なる。

以上のような構成を有する車両において、本発明は、エンジンＥＣＵ２８０が、排出ガスと空燃比センサ１２４Ａに有する検出素子との接触に応じた信号出力の応答性のレベルを算出する点、算出された応答性のレベルに応じて、エンジン１２０が始動してからエンジン１２０の空燃比の制御を開始するまでの待機時間を設定する点、および、エンジン１２０が始動してから待機時間が経過した後に、空燃比センサ１２４Ａにより検出された空燃比がエンジン１２０の状態に基づいて設定される目標空燃比（たとえば、理論空燃比）になるように空燃比の制御を開始する点に特徴を有する。

図２に、本実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵ２８０の機能ブロック図を示す。

エンジンＥＣＵ２８０は、入力インターフェース（以下、入力Ｉ／Ｆと記載する）３５０と、演算処理部４００と、記憶部５００と、出力インターフェース（以下、出力Ｉ／Ｆと記載する）６００とを含む。

入力Ｉ／Ｆ３００は、空燃比センサ１２４Ａからの空燃比信号と、クランクポジションセンサ３８０からのエンジン回転数信号とを受信して、演算処理部４００に送信する。

演算処理部４００は、始動判定部（１）４０２と、レベル算出部４０４と、待機時間設定部４０６と、始動判定部（２）４０８と、フィードバック（以下、Ｆ／Ｂと記載する）制御部４１０とを含む。

始動判定部（１）４０２は、エンジン１２０が始動中であるか否かを判定する。始動判定部（１）４０２は、たとえば、クランクポジションセンサ３８０により検出されるエンジン１２０の回転数が予め定められた回転数以上であると、エンジン１２０が始動中であることを判定するようにしてもよい。なお、始動判定部（１）４０２は、エンジン１２０が始動中であると、始動判定フラグ（１）をオンするようにしてもよい。

レベル算出部４０４は、排出ガスが空燃比センサ１２４Ａに有する検出素子に接触してから接触した排出ガスに対応する信号が出力されるまでの時間に対応する空燃比センサ１２４Ａの応答性のレベルを算出する。

具体的には、レベル算出部４０４は、エンジン１２０の始動中に空燃比の状態がリッチ側からリーン側に移行するように燃料を噴射したときの予め定められた期間における空燃比センサ１２４Ａの出力信号の変化の軌跡長に基づいて応答性のレベルを算出する。たとえば、レベル算出部４０４は、リッチからリーンに変化する動きの１サイクル分の空燃比センサ１２４Ａの出力信号の変化の軌跡長に基づいて応答性のレベルを算出する。

本実施の形態においては、たとえば、通常の応答性を有する空燃比センサ１２４Ａにおける出力信号の変化の軌跡長を基準レベルとして、軌跡長の短い側および軌跡長の長い側に、軌跡長に応じた複数のレベルを設定しておく。レベル算出部４０４は、空燃比の状態をリッチ側からリーン側に移行するように燃料を噴射したときの空燃比センサ１２４Ａの出力信号の変化の軌跡長が複数のレベルのうちのいずれに属するかを判定することにより、応答性のレベルを算出する。なお、軌跡長に基づく応答性のレベルの算出方法としては、上述の方法に特に限定されるものではない。たとえば、マップ、表、数式等を用いて軌跡長に応じた応答性のレベルを特定するようにしてもよい。なお、レベル算出部４０４は、始動判定フラグ（１）がオンであるときに応答性のレベルを算出するようにしてもよい。

待機時間設定部４０２は、算出された応答性のレベルに応じて、エンジン１２０が始動してから空燃比のフィードバック制御を開始するまでの待機時間を設定する。たとえば、応答性のレベルと待機時間との関係を示すマップ、表、数式等を予め記憶部５００に記憶しておき、待機時間設定部４０２が、算出された応答性のレベルと、記憶部５００に記憶されたマップ等とにより待機時間を設定する。待機時間設定部４０２は、たとえば、応答性のレベルが低くなるほど待機時間が長くなるように設定する。なお、待機時間は、応答性のレベルに応じて、エンジン１２０が始動してから空燃比センサ１２４Ａから出力される信号の変動が収束するまでの時間であって、実験等により応答性のレベルに応じて予め適合される。

始動判定部（２）４０８は、エンジン１２０が停止状態からの始動が行なわれるか否かを判定する。たとえば、始動判定部（２）４０８は、クランクポジションセンサ３８０により検出されるエンジン１２０の回転数が略ゼロから予め定められた回転数以上になると、エンジン１２０が停止状態からの始動が行なわれたことを判定する。なお、始動判定部（２）４０８は、エンジン１２０が停止状態からの始動が行なわれたことを判定すると、始動判定フラグ（２）をオンするようにしてもよい。なお、本実施の形態において、エンジン１２０の始動判定は、エンジン１２０の回転数に基づいて行なわれるものとして説明したが、特にこれに限定されるものではない。

Ｆ／Ｂ制御部４１０は、エンジン１２０が停止状態から始動すると、始動してから待機時間経過後に、空燃比センサ１２４Ａにより検出された空燃比がエンジン１２０の状態に基づいて設定される目標空燃比になるように空燃比をフィードバック制御する。

本実施の形態において、「目標空燃比」は、理論空燃比であるとして説明する。Ｆ／Ｂ制御部４１０は、理論空燃比と空燃比センサ１２４Ａにより検出された空燃比との差に基づく燃料噴射制御信号を生成して、出力Ｉ／Ｆ６００を経由して燃料噴射装置１３０に送信する。

なお、好ましくは、Ｆ／Ｂ制御部４１０は、始動してから待機時間の経過後であって、空燃比センサ１２４により検出された空燃比の変動量（たとえば、単位時間当たりの変動量）が予め定められた範囲内になると、空燃比のフィードバック制御を実行することが望ましい。空燃比のフィードバック制御については周知の技術であるため、その詳細な説明は行なわない。予め定められた範囲は、フィードバック制御に影響を及ぼさない範囲であれば、よく実験等により適合される。

また、本実施の形態において、始動判定部（１）４０２と、レベル算出部４０４と、待機時間設定部４０６と、始動判定部（２）４０８と、Ｆ／Ｂ制御部４１０とは、いずれも演算処理部４００であるＣＰＵ（Central Processing Unit）が記憶部５００に記憶されたプログラムを実行することにより実現される、ソフトウェアとして機能するものとして説明するが、ハードウェアにより実現されるようにしてもよい。なお、このようなプログラムは記憶媒体に記録されて車両に搭載される。

記憶部５００には、各種情報、プログラム、しきい値、マップ等が記憶され、必要に応じて演算処理部４００からデータが読み出されたり、格納されたりする。

以下、図３を参照して、本実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵ２８０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０が始動中であるか否かを判定する。エンジン１２０が始動中であると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。もしそうでないと（Ｓ１００にてＮＯ）、処理はＳ１００に戻される。

Ｓ１０２にて、エンジンＥＣＵ２８０は、応答性のレベルを算出する。Ｓ１０４にて、エンジンＥＣＵ２８０は、算出された応答性のレベルに応じて待機時間を設定する。

Ｓ１０６にて、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０の停止状態から始動したか否かを判定する。エンジン１２０が停止状態から始動すると（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、処理はＳ１０８に移される。もしそうでないと（Ｓ１０６にてＮＯ）、処理はＳ１０６に戻される。

Ｓ１０８にて、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０が始動してから、設定された待機時間が経過した後に、Ｆ／Ｂ制御を実行する。なお、エンジンＥＣＵ２８０は、待機時間の経過したか否かについて、エンジン１２０が始動してから、図示しないタイマにより計測される時間に基づいて判定する。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵ２８０の動作について図４を参照しつつ説明する。

たとえば、車両のエンジン１２０が停止中である場合を想定する。時間Ｔ（０）において、バッテリの充電容量等の車両の状態に基づく始動要求に応じて、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０を始動させる。エンジン１２０の始動から待機時間Ｔａの経過後の時間Ｔ（１）において、空燃比のＦ／Ｂ制御が実施される。このとき、エンジン１２０が始動中となるため（Ｓ１００にてＹＥＳ）、時間Ｔ（２）において、空燃比センサ１２４Ａの応答性のレベルが算出される（Ｓ１０２）。さらに、算出された応答性のレベルに応じて待機時間Ｔａが待機時間Ｔｂに更新される（Ｓ１０４）。

時間Ｔ（３）において、車両の状態に基づいて、停止要求があると、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０を停止させる。時間Ｔ（４）において、再び、車両の状態に基づく始動要求があると、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０を始動させる。時間Ｔ（５）において、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０の停止状態からの始動であるため（Ｓ１０６にてＹＥＳ）、エンジン１２０の始動から待機時間Ｔｂが経過した時点で、空燃比のＦ／Ｂ制御を実行する（Ｓ１０８）。

以上のようにして、本実施の形態に係る車両の制御装置によると、排出ガスと検出素子との接触に応じた信号出力の応答性のレベルに応じて待機時間を設定することにより、エンジンの始動後において、燃料の増量噴射がされた場合においても、待機時間が経過するまで、すなわち、空燃比に対応する信号の変化が収束するまで、空燃比のフィードバック制御を停止することができるため、空燃比の制御精度の悪化によるエミッションの悪化を抑制することができる。また、待機時間の経過後においては、空燃比を目標空燃比（たとえば、理論空燃比）になるように制御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。したがって、排出ガスと検出素子との接触に応じた信号出力の応答性に基づいて空燃比を制御することによりエミッションの悪化を抑制する車両の制御装置、制御方法およびその方法をコンピュータで実現されるプログラムならびにそのプログラムを記録した記録媒体を提供することができる。

また、通常の応答性のレベルにおける軌跡長と比較して軌跡長が短い場合には、空燃比の変動に対して信号出力に応答遅れが生じていることを判断することができる。

さらに、算出されたレベルが低くなるほど、内燃機関の始動時において、出力された信号に対応する空燃比の変動が収束するまでの期間は長くなる。そのため、待機時間が長くなるように設定されることにより、空燃比の変動が収束するまで空燃比のフィードバック制御の実行を抑制することができる。そのため、エミッションの悪化を抑制することができる。

そして、待機時間が経過した後であって、出力された信号に対応する空燃比の変動量が予め定められた範囲内であると、空燃比の制御が開始される。これにより、待機時間が経過していても空燃比の変動が収束していた場合には、さらに、空燃比の制御を遅延することにより、エミッションの悪化を抑制することができる。

そして、ハイブリッド車両のようにエンジンのアイドルストップがなされる車両においては、エンジンは間欠始動が繰り返される。そのため、間欠始動毎に待機時間が適切に設定されることにより、エミッションの悪化を抑制することができる。なお、本実施の形態において、本発明がハイブリッド車両に適用される場合について説明したが、たとえば、エンジンを駆動源とする車両であって、予め定められた停止条件を満足すると、エンジンを停止させるアイドリングストップシステムが搭載された車両に適用するようにしてもよい。

＜第２の実施の形態＞
以下、第２の実施の形態に係る車両の制御装置について説明する。本実施の形態に係る車両の制御装置は、上述の第１の実施の形態に係る車両の制御装置の構成と比較して、エンジンＥＣＵ２８０で実行されるプログラムの制御構造が異なる。それ以外の構成は、上述の第１の実施の形態に係る車両の制御装置の構成と同じ構成である。それらについては同じ参照符号が付してある。それらの機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

本実施の形態においては、エンジンＥＣＵ２８０が、待機時間を設定する際に、算出された応答性のレベルが予め定められたレベル以下になると、予め定められたレベルよりも大きいときに設定される待機時間よりも長い、予め定められた待機時間を設定する点に特徴を有する。なお、「予め定められたレベル」は、空燃比センサの信号出力の応答性が異常であると判断できるレベルであればよく、たとえば、実験等により適合される。

以下、図５を参照して、本実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵ２８０で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

なお、図５に示したフローチャートの中で、前述の図３に示したフローチャートと同じ処理については同じステップ番号を付してある。それらについての処理も同じである。したがって、それらについての詳細な説明はここでは繰り返さない。

Ｓ１０２にて、応答性の低下レベルが算出されると、Ｓ２０４にて、エンジンＥＣＵ２８０は、算出されたレベルが予め定められたレベル以下であるか否かを判定する。算出されたレベルが予め定められたレベル以下であると（Ｓ２０４にてＹＥＳ）、処理はＳ２０６に移される。もしそうでないと（Ｓ２０４にてＮＯ）、処理はＳ２０８に移される。

Ｓ２０６にて、エンジンＥＣＵ２８０は、異常判定フラグをオンする。Ｓ２０８にて、エンジンＥＣＵ２８０は、異常判定フラグをオフする。

Ｓ２１０にて、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０の停止状態から始動したか否かを判定する。エンジン１２０の停止状態から始動すると（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、処理はＳ２１２に移される。もしそうでないと（Ｓ２１０にてＮＯ）、処理はＳ２１０に戻される。

Ｓ２１２にて、エンジンＥＣＵ２８０は、異常判定フラグのオン−オフに応じて、待機時間を設定して、エンジン１２０が始動してから、設定された待機時間が経過した後に、Ｆ／Ｂ制御を実行する。具体的には、エンジンＥＣＵ２８０は、異常判定フラグがオフであると、通常値として設定される予め定められた待機時間を設定する。エンジンＥＣＵ２８０は、異常判定フラグがオンであると、通常値よりも大きい、予め定められた待機時間を設定する。異常判定フラグがオンであるときに設定される予め定められた待機時間は、特に限定されるものではないが、たとえば、待機時間を複数回変更して、エミッションの悪化の度合の低い時間を実験等により適合すればよい。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵ２８０の動作について説明する。

たとえば、車両のエンジン１２０が停止中である場合を想定する。バッテリの充電容量等の車両の状態に基づく始動要求に応じて、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０を始動させる。エンジン１２０の始動から待機時間Ｔａの経過後に、空燃比のＦ／Ｂ制御が実施される。このとき、エンジン１２０が始動中となるため（Ｓ１００にてＹＥＳ）、空燃比センサ１２４Ａの応答性のレベルが算出される（Ｓ１０２）。さらに、算出された応答性のレベルが予め定められたレベル以下の異常レベルであると、異常判定フラグがオンされる（Ｓ２０６）。

車両の状態に基づいて、停止要求があると、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０を停止させる。そして、再び、車両の状態に基づく始動要求があると、エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０を始動させる。エンジンＥＣＵ２８０は、エンジン１２０の停止状態からの始動であって（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、異常判定フラグがオンされているため、エンジン１２０が始動してから待機時間Ｔａよりも長い待機時間Ｔｂが経過した時点で、空燃比のＦ／Ｂ制御を実行する（Ｓ２１２）。

また、算出された応答レベルが予め定められたレベルよりも大きい通常のレベルであると（Ｓ２０４にてＮＯ）、異常判定フラグがオフされる（Ｓ２０８）。そのため、エンジン１２０の停止状態から始動になると（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、異常判定フラグがオフされているため、エンジン１２０が始動してから待機時間Ｔａが経過した時点で、空燃比のＦ／Ｂ制御を実行する。

以上のようにして、本実施の形態に係る車両の制御装置によると、算出されたレベルが予め定められたレベル以下になると、エンジンの始動時において、出力された信号に対応する空燃比の変動が収束するまでの期間は長くなる。そのため、待機時間が長くなるように設定されることにより、空燃比の変動が収束するまで空燃比のフィードバック制御の実行を抑制することができる。そのため、エミッションの悪化を抑制することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施の形態に係るハイブリッド車両の制御ブロック図である。エンジンＥＣＵの構成を示す機能ブロック図である。第１の実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。第１の実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵの動作を示すタイミングチャートである。第２の実施の形態に係る車両の制御装置であるエンジンＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１２０エンジン、１２２吸気通路、１２２Ａエアクリーナ、１２２Ｂエアフローメータ、１２２Ｃ電子スロットルバルブ、１２４排気通路、１２４Ａ空燃比センサ、１２４Ｂ三元触媒コンバータ、１２４Ｃ触媒温度センサ、１２４Ｄ消音器、１３０燃料噴射装置、１４０モータジェネレータ、１４０Ａモータ、１４０Ｂジェネレータ、１６０駆動輪、１８０減速機、２００動力分割機構、２２０走行用バッテリ、２４０インバータ、２４２コンバータ、２６０バッテリＥＣＵ、２８０エンジンＥＣＵ、３００ＭＧ＿ＥＣＵ、３２０ＨＶ＿ＥＣＵ、３３０車速センサ、３５０入力Ｉ／Ｆ、３６０水温検知センサ、３８０クランクポジションセンサ、４００演算処理部、４０２，４０８始動判定部、４０４レベル算出部、４０６待機時間設定部、４１０Ｆ／Ｂ制御部、５００記憶部、６００出力Ｉ／Ｆ。

Claims

内燃機関および回転電機を駆動源とする車両の制御装置であって、
前記内燃機関の排出ガスが検出素子に接触することにより前記内燃機関の空燃比に対応した信号を出力するための手段と、
前記排出ガスと前記検出素子との接触に応じた前記信号出力の応答性のレベルを算出するための算出手段と、
前記内燃機関が始動してから前記空燃比についての制御を開始するまでの待機時間を前記算出されたレベルに応じて設定するための設定手段と、
前記内燃機関が始動してから前記待機時間が経過した後に、前記出力された信号に対応する空燃比が前記内燃機関の状態に基づいて設定される目標空燃比になるように前記空燃比の制御を開始するための制御手段とを含む、車両の制御装置。
前記算出手段は、前記内燃機関の始動中に、前記内燃機関の空燃比の状態がリッチ側からリーン側に移行するように燃料を噴射したときの予め定められた期間における前記出力された信号の変化の軌跡長に基づいて前記応答性のレベルを算出するための手段を含む、請求項１に記載の車両の制御装置。
前記設定手段は、前記算出されたレベルが低くなるほど前記待機時間を長くなるように設定するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記設定手段は、前記算出されたレベルが予め定められたレベル以下になると、予め定められたレベルよりも大きいときに設定される待機時間よりも長い、予め定められた待機時間を設定するための手段を含む、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
前記制御手段は、前記内燃機関が停止状態から始動したときに前記設定された待機時間の経過後に前記空燃比の制御を開始するための手段を含む、請求項１〜４のいずれかに記載の車両の制御装置。
前記制御手段は、前記待機時間が経過した後であって、前記出力された信号に対応する空燃比の変動量が予め定められた範囲内であると、前記空燃比の制御を開始するための手段を含む、請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
前記車両は、前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関の動力に基づいて発電する第１の回転電機と、前記内燃機関の動力を前記車両の車輪軸に伝達する動力分割機構とを含み、前記動力分割機構は、入力された前記内燃機関の動力を、前記車輪軸への駆動力または前記第１の回転電機への動力に分割し、前記動力分割機構と前記車輪軸との間には、前記車輪軸に駆動力を付与する第２の回転電機が設けられる、請求項１〜６のいずれかに記載の車両の制御装置。
内燃機関および回転電機を駆動源とする車両の制御方法であって、
前記内燃機関の排出ガスが検出素子に接触することにより前記内燃機関の空燃比に対応した信号を出力するステップと、
前記排出ガスと前記検出素子との接触に応じた前記信号出力の応答性のレベルを算出する算出ステップと、
前記内燃機関が始動してから前記空燃比についての制御を開始するまでの待機時間を前記算出されたレベルに応じて設定する設定ステップと、
前記内燃機関が始動してから前記待機時間が経過した後に、前記出力された信号に対応する空燃比が前記内燃機関の状態に基づいて設定される目標空燃比になるように前記空燃比の制御を開始する制御ステップとを含む、車両の制御方法。
前記算出ステップは、前記内燃機関の始動中に、前記内燃機関の空燃比の状態がリッチ側からリーン側に移行するように燃料を噴射したときの予め定められた期間における前記出力された信号の変化の軌跡長に基づいて前記応答性のレベルを算出するステップを含む、請求項８に記載の車両の制御方法。
前記設定ステップは、前記算出されたレベルが低くなるほど前記待機時間を長く設定するステップを含む、請求項８または９に記載の車両の制御方法。
前記設定ステップは、前記算出されたレベルが予め定められたレベル以下になると、予め定められたレベルよりも大きいときに設定される待機時間よりも長い、予め定められた待機時間を設定するステップを含む、請求項８または９に記載の車両の制御方法。
前記制御ステップは、前記内燃機関が停止状態から始動したときに前記設定された待機時間の経過後に前記空燃比の制御を開始するステップを含む、請求項８〜１１のいずれかに記載の車両の制御方法。
前記制御ステップは、前記待機時間が経過した後であって、前記出力された信号に対応する空燃比の変動量が予め定められた範囲内であると、前記空燃比の制御を開始するステップを含む、請求項８〜１２のいずれかに記載の車両の制御方法。
前記車両は、前記内燃機関の出力軸に連結され、前記内燃機関の動力に基づいて発電する第１の回転電機と、前記内燃機関の動力を前記車両の車輪軸に伝達する動力分割機構とを含み、前記動力分割機構は、入力された前記内燃機関の動力を、前記車輪軸への駆動力または前記第１の回転電機への動力に分割し、前記動力分割機構と前記車輪軸との間には、前記車輪軸に駆動力を付与する第２の回転電機が設けられる、請求項８〜１３のいずれかに記載の車両の制御方法。
請求項８〜１４のいずれかに記載の制御方法をコンピュータで実現されるプログラム。
請求項８〜１４のいずれかに記載の制御方法をコンピュータで実現されるプログラムを記録した記録媒体。