JP2013203287A - ハイブリッド車の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】車両の動力源としてエンジンとＭＧ（モータジェネレータ）とを搭載したハイブリッド車のエンジンの暖機促進による燃費の悪化を効果的に抑制できるようにする。
【解決手段】運転者がスイッチ３２（例えばエコスイッチや暖機促進キャンセルスイッチ等）をオン操作したときや、アクセル開度が所定値未満で且つアクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値未満のときや、外気温が所定値よりも低い状態で暖房要求が無いときには、エンジン１１の暖機を促進しても燃費改善効果が得られないか又はエンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げることで、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制する。また、メインバッテリ１８の残容量が所定値以上で且つメインバッテリ１８の温度が所定値以上のときには、車両の走行に必要な動力のうちのＭＧ１２が負担する比率を通常よりも大きくする。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両の動力源としてエンジンとモータジェネレータとを搭載したハイブリッド車の制御装置に関する発明である。
近年、低燃費、低排気エミッションの社会的要請から車両の動力源としてエンジン（内燃機関）とＭＧ（モータジェネレータ）とを搭載したハイブリッド車が注目されている。このようなハイブリッド車においては、エンジンの冷間始動後でエンジンが低温状態のとき（例えば冷却水温が所定値未満のとき）に、エンジン回転速度上昇制御、点火時期遅角制御、エンジン出力増大制御等の暖機促進制御を実行して、エンジン温度を早期に上昇させることで、燃焼安定性の早期向上や摩擦損失の早期低減を実現して燃費を改善するようにしたものがある。
しかし、車両の走行パターン等によっては、エンジンの暖機促進による燃費改善分（メリット）よりも暖機促進に伴う燃料使用量の増加分（デメリット）の方が大きくなる場合があり、このような場合、エンジンの暖機を促進することでかえって燃費が悪化することになる。
そこで、エンジンの暖機促進による燃費悪化を抑制する技術として、例えば、特許文献１（特開２００６−２９１７２９号公報）に記載されているように、ナビゲーション装置からの情報や運転者の過去の運転態様の学習情報に基づいて、車両の駆動負荷が所定値以上となる状態が生ずる可能性を予測し、その可能性が予測されたときに、暖機促進のためのエンジン出力増大制御を行わないようにしたものがある。
特開２００６−２９１７２９号公報
しかし、上記特許文献１の技術では、ナビゲーション装置からの情報や運転者の過去の運転態様の学習情報を用いる必要があるため、ナビゲーション装置を使用しない場合（例えば目的地を設定しない場合）やナビゲーション装置を搭載していない車両の場合、或は、運転者が代わった場合には、エンジンの暖機促進による燃費悪化を十分に抑制することができないという欠点がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、エンジンの暖機促進による燃費の悪化を効果的に抑制することができるハイブリッド車の制御装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、車両の動力源としてエンジン（１１）とモータジェネレータ（１２）とを搭載し、エンジン（１１）の低温時（例えば冷却水温が所定値未満のとき）にエンジン（１１）の暖機を促進する制御を行う暖機制御手段（３３）を備えたハイブリッド車の制御装置において、暖機制御手段（３３）は、所定の外部要求に応じてエンジン（１１）の暖機促進の優先度を変化させるようにしたものである。
この構成では、所定の外部要求に基づいて、エンジンの暖機を促進しても燃費改善効果が得られない（エンジンの暖機促進による燃費改善分よりも暖機促進に伴う燃料使用量の増加分の方が大きくなる）と判断したときや、エンジンの暖機を促進する必要がないと判断したときに、エンジンの暖機促進の優先度を下げることができ、エンジンの暖機促進による燃費の悪化を効果的に抑制することができる。
図１は本発明の一実施例におけるハイブリッド車の制御システムの概略構成を示す図である。 図２は暖機制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 図３は通常制御と暖機促進制御とＭＧ優先制御の動作点を示す図である。
以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてハイブリッド車の制御システムの概略構成を説明する。
車両の動力源として内燃機関であるエンジン１１とモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）１２とが搭載されている。エンジン１１の出力軸（クランク軸）の動力がＭＧ１２を介して変速機１３に伝達され、この変速機１３の出力軸の動力がデファレンシャルギヤ機構１４や車軸１５等を介して車輪１６に伝達される。変速機１３は、複数段の変速段の中から変速段を段階的に切り換える有段変速機であっても良いし、無段階に変速するＣＶＴ（無段変速機）であっても良い。
エンジン１１の動力を車輪１６に伝達する動力伝達経路のうちのエンジン１１と変速機１３との間に、ＭＧ１２の回転軸が動力伝達可能に連結されている。尚、エンジン１１とＭＧ１２との間（又はＭＧ１２と変速機１３との間）に、動力伝達を断続するためのクラッチ（図示せず）を設けるようにしても良い。
エンジン１１の動力で駆動される発電機１７の発電電力がメインバッテリ１８に充電される。また、ＭＧ１２を駆動するインバータ１９がメインバッテリ１８に接続され、ＭＧ１２がインバータ１９を介してメインバッテリ１８と電力を授受するようになっている。更に、メインバッテリ１８は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２０を介してサブバッテリ２１と電力を授受するようになっている。メインバッテリ１８には、バッテリ温度（メインバッテリ１８の温度）を検出するバッテリ温度センサ２２が設けられている。
エンジン１１の冷却水通路（図示せず）には、暖房用の温水回路２３が接続されている。この温水回路２３には、暖房用のヒータコア２４と電動ウォータポンプ２５が設けられている。電動ウォータポンプ２５は、サブバッテリ２１の電力で駆動され、この電動ウォータポンプ２５によりエンジン１１とヒータコア２４との間で冷却水（温水）を循環させるようになっている。また、ヒータコア２４の近傍には、温風を発生させるブロアファン２６が配置されている。更に、温水回路２３には、冷却水温（冷却水の温度）を検出する冷却水温センサ２７が設けられている。
また、アクセルセンサ２８によってアクセル開度（アクセルペダルの操作量）が検出され、シフトスイッチ２９によりシフト位置（シフトレバーの操作位置）が検出される。更に、ブレーキスイッチ３０によりブレーキ操作が検出され、車速センサ３１により車速が検出される。また、車両の運転席の近傍には、運転者によって操作されるスイッチ３２が配置されている。このスイッチ３２は、例えば、エコモード（燃費を優先するモード）に切り換えるために予め設けられたエコスイッチと兼用しても良いし、暖機促進の優先度を変更するために新たに設けた専用の暖機促進キャンセルスイッチであっても良い。
ハイブリッドＥＣＵ３３は、車両全体を総合的に制御するコンピュータであり、上述した各種のセンサやスイッチの出力信号を読み込んで、車両の運転状態を検出する。このハイブリッドＥＣＵ３３は、エンジン１１の運転を制御するエンジンＥＣＵ３４と、インバータ１９を制御してＭＧ１２を制御すると共に発電機１７を制御するＭＧ−ＥＣＵ３５と、暖房装置（電動ウォータポンプ２５やブロアファン２６）を制御するエアコンＥＣＵ３６との間で制御信号やデータ信号等を送受信し、各ＥＣＵ３４〜３６によって車両の運転状態に応じて、エンジン１１、ＭＧ１２、発電機１７、暖房装置（電動ウォータポンプ２５やブロアファン２６）等を制御する。
例えば、ハイブリッドＥＣＵ３３は、エンジン１１の冷間始動後でエンジン１１が低温状態のとき（例えば冷却水温が所定値未満のとき）に、エンジン１１の暖機を促進する暖機促進制御（例えば、エンジン回転速度上昇制御、点火時期遅角制御、エンジン出力増大制御等）を実行して、エンジン温度（エンジン１１の温度）を早期に上昇させることで、燃焼安定性の早期向上や摩擦損失の早期低減を実現して燃費を改善する。
しかし、車両の走行パターン等によっては、エンジン１１の暖機促進による燃費改善分（メリット）よりも暖機促進に伴う燃料使用量の増加分（デメリット）の方が大きくなる場合があり、このような場合、エンジン１１の暖機を促進することでかえって燃費が悪化することになる。
例えば、長距離走行の場合には、エンジン１１の暖機を促進してエンジン１１の暖機を早期に完了すれば、燃焼安定性の早期向上や摩擦損失の早期低減による燃費改善効果によって、暖機促進に投入したエネルギよりも多くの燃料量を削減できる可能性があるが、短距離走行の場合には、暖機促進に投入したエネルギの多くが車両の停止後に大気に放熱されて無駄になる可能性がある。
そこで、本実施例では、ハイブリッドＥＣＵ３３により後述する図２の暖機制御ルーチンを実行することで、所定の外部要求に応じてエンジン１１の暖機促進の優先度を変化させるようにしている。これにより、所定の外部要求に基づいて、エンジン１１の暖機を促進しても燃費改善効果が得られない（エンジン１１の暖機促進による燃費改善分よりも暖機促進に伴う燃料使用量の増加分の方が大きくなる）と判断したときや、エンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断したときに、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げて、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制する。
この場合、本実施例では、外部要求としてスイッチ３２の操作を監視し、スイッチ３２の操作に応じてエンジン１１の暖機促進の優先度を変化させる。このようにすれば、運転者がスイッチ３２（例えばエコスイッチや暖機促進キャンセルスイッチ等）をオン操作したときには、エンジン１１の暖機を促進しても燃費改善効果が得られないか又はエンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げることができ、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制することができる。
また、本実施例では、外部要求としてアクセル開度を監視し、アクセル開度が所定値未満で且つアクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値未満のときに、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げる。このようにすれば、アクセル開度が所定値未満で且つアクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値未満のときには、低速低負荷走行状態であるため、エンジン１１の負担比率（車両の走行に必要な動力のうちのエンジン１１が負担する比率）を小さくしても良いか又はエンジン１１を始動しなくても良く、エンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げることができ、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制することができる。
更に、本実施例では、外部要求として暖房要求を監視し、外気温が所定値よりも低い状態で暖房要求が無いときに、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げる。このようにすれば、外気温が所定値よりも低い状態で暖房要求が無いときには、暖房用の温水回路２３を循環する冷却水の温度を早期に上昇させる必要が無いため、エンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、或は、短距離走行であるため、エンジン１１の暖機を促進しても燃費改善効果が得られないと判断して、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げることができ、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制することができる。
また、本実施例では、バッテリ残容量（メインバッテリ１８の残容量）が所定値以上で且つバッテリ温度（メインバッテリ１８の温度）が所定値以上のときに、ＭＧ１２の負担比率（車両の走行に必要な動力のうちのＭＧ１２が負担する比率）を通常よりも大きくする。このようにすれば、バッテリ残容量が所定値以上で且つバッテリ温度が所定値以上のときには、バッテリ残容量に余裕があると共に、バッテリ温度が高くて電力を十分に出力できると判断して、ＭＧ１２の負担比率を通常よりも大きくしてエンジン１１の負担比率を小さくすることができるため、エンジン１１の燃料消費量を減少させて、エンジン１１の冷却損失（暖機に使われるエネルギ）を減少させることができる。また、短距離走行の場合、エンジン１１の暖機促進に投入したエネルギの多くが車両の停止後に大気に放熱されて無駄になる可能性があるため、ＭＧ１２の負担比率を通常よりも大きくしてエンジン１１の負担比率を小さくすることで、暖機に使われるエネルギを減少させることができる。
更に、本実施例では、バッテリ残容量が所定値未満か又はバッテリ温度が所定値未満のときに、エンジン１１の暖機を促進する制御を優先的に行う。このようにすれば、バッテリ残容量が所定値未満か又はバッテリ温度が所定値未満のときには、バッテリ残容量に余裕が無いか又はバッテリ温度が低くて電力を十分に出力できないため、高負荷の走行要求が発生してもＭＧ１２の出力をあまり大きくできないと判断して、エンジン１１の暖機を促進する制御を優先的に行うことで、高負荷の走行要求が発生したときにエンジン１１の出力増加で対応することができる。
以上説明した本実施例の暖機制御は、ハイブリッドＥＣＵ３３によって図２の暖機制御ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。
図２に示す暖機制御ルーチンは、ハイブリッドＥＣＵ３３の電源オン期間中に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう暖機制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、運転者によりスイッチ３２（例えばエコスイッチや暖機促進キャンセルスイッチ等）がＯＮ（オン）操作されたか否かを判定する。
このステップ１０１で、スイッチ３２がＯＮ操作されたと判定された場合には、エンジン１１の暖機を促進しても燃費改善効果が得られないか又はエンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、ステップ１０４に進み、暖機促進優先フラグをＯＦＦ（オフ）にリセットして、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げる。これにより、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制する。
一方、上記ステップ１０１で、スイッチ３２がＯＮ操作されていないと判定された場合には、ステップ１０２に進み、アクセル開度が所定値未満で且つアクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値未満であるか否かを判定する。
このステップ１０２で、アクセル開度が所定値未満で且つアクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値未満であると判定された場合には、低速低負荷走行状態であるため、エンジン１１の負担比率を小さくしても良いか又はエンジン１１を始動しなくても良く、エンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、ステップ１０４に進み、暖機促進優先フラグをＯＦＦにリセットして、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げる。これにより、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制する。
一方、上記ステップ１０２で、アクセル開度が所定値以上か又はアクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値以上であると判定された場合には、ステップ１０３に進み、外気温が所定値未満で且つ暖房要求がＯＦＦ（例えば送風スイッチがＯＦＦ）であるか否かを判定する。
このステップ１０３で、外気温が所定値未満で且つ暖房要求がＯＦＦである（外気温が所定値よりも低い状態で暖房要求が無い）と判定された場合には、暖房用の温水回路２３を循環する冷却水の温度を早期に上昇させる必要が無いため、エンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、或は、短距離走行であるため、エンジン１１の暖機を促進しても燃費改善効果が得られないと判断して、ステップ１０４に進み、暖機促進優先フラグをＯＦＦにリセットして、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げる。これにより、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制する。
一方、上記ステップ１０１〜１０３で全て「Ｎｏ」と判定された場合には、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げる必要はないと判断して、ステップ１０５に進み、暖機促進優先フラグをＯＮにセットする。
この後、ステップ１０６に進み、暖機促進優先フラグがＯＮであるか又はメインバッテリ１８がＮＧ状態であるか否かを判定する。ここで、メインバッテリ１８がＮＧ状態であるか否かは、バッテリ残容量が所定値未満か又はバッテリ温度が所定値未満であるか否かによって判定する。
このステップ１０６で、暖機促進優先フラグがＯＮであると判定された場合には、ステップ１０７に進み、暖機促進制御を実行する。また、暖機促進優先フラグがＯＦＦであっても、上記ステップ１０６で、メインバッテリ１８がＮＧ状態であると判定された場合には、バッテリ残容量に余裕が無いか又はバッテリ温度が低くて電力を十分に出力できないため、高負荷の走行要求が発生してもＭＧ１２の負担比率をあまり大きくできないと判断して、ステップ１０８に進み、暖機促進制御を実行して、エンジン１１の暖機を促進する制御を優先的に行う。これにより、高負荷の走行要求が発生したときにエンジン１１の出力増加で対応することができる。
この暖機促進制御では、例えば、エンジン１１が低温状態のとき（例えば冷却水温が所定値未満のとき）に、エンジン回転速度上昇制御、点火時期遅角制御、エンジン出力増大制御のうちの少なくとも１つを実行する。図３に示すように、エンジン回転速度上昇制御を実行する場合には、エンジン１１の動作点を通常制御の動作点Ａからエンジン回転速度上昇制御の動作点Ｂに変更することで、燃料消費量が動作点Ａよりも増加すると共に、冷却損失（暖機に使われるエネルギ）が動作点Ａよりも増加して、エンジン１１の暖機が促進される。また、エンジン出力増大制御を実行する場合には、エンジン１１の動作点を通常制御の動作点Ａからエンジン出力増大制御の動作点Ｃに変更することで、燃料消費量が動作点Ａよりも増加すると共に、冷却損失が動作点Ａよりも増加して、エンジン１１の暖機が促進される。
一方、上記ステップ１０６で、暖機促進優先フラグがＯＦＦであると判定され、且つ、メインバッテリ１８がＮＧ状態ではないと判定された場合には、ステップ１０７に進み、メインバッテリ１８がＯＫ状態であるか否かを、バッテリ残容量が所定値以上で且つバッテリ温度が所定値以上であるか否かによって判定する。
このステップ１０７で、メインバッテリ１８がＯＫ状態であると判定された場合には、バッテリ残容量に余裕があると共に、バッテリ温度が高くて電力を十分に出力できると判断して、ステップ１０９に進み、ＭＧ優先制御を実行する。このＭＧ優先制御では、ＭＧ１２の負担比率を通常よりも大きくしてエンジン１１の負担比率を小さくする。この場合、図３に示すように、エンジン１１の動作点を通常制御の動作点ＡからＭＧ優先制御の動作点Ｄに変更することで、燃料消費量が動作点Ａよりも減少すると共に、冷却損失が動作点Ａよりも減少する。
一方、上記ステップ１０７で、メインバッテリ１８がＯＫ状態ではないと判定された場合には、ステップ１１０に進み、通常制御を実行する。この通常制御では、走行状態やメインバッテリ１８の状態に基づいた発電要求に応じてエンジン１１を負荷運転する（つまり暖機促進目的でのエンジン稼働ではなく、走行状態や発電要求に基づくエンジン稼働を行う）。
以上説明した本実施例では、運転者がスイッチ３２（例えばエコスイッチや暖機促進キャンセルスイッチ等）をオン操作したときや、アクセル開度が所定値未満で且つアクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値未満のときや、外気温が所定値よりも低い状態で暖房要求が無いときに、エンジン１１の暖機を促進しても燃費改善効果が得られないか又はエンジン１１の暖機を促進する必要がないと判断して、エンジン１１の暖機促進の優先度を下げるようにしたので、エンジン１１の暖機促進による燃費の悪化を抑制することができる。しかも、ナビゲーション装置からの情報や運転者の過去の運転態様の学習情報を用いる必要が無いため、ナビゲーション装置を使用しない場合（例えば目的地を設定しない場合）やナビゲーション装置を搭載していない車両の場合、或は、運転者が代わった場合でも、エンジン１１の暖機促進による燃費悪化を十分に抑制することができる。
尚、上記実施例では、暖機促進制御（例えば、エンジン回転速度上昇制御、点火時期遅角制御、エンジン出力増大制御等）を実行せずにＭＧ優先制御や通常制御を実行することで、暖機促進の優先度を下げるようにしたが、暖機促進の優先度を下げる方法は、これに限定されず、適宜変更しても良く、例えば、暖機促進制御の制御内容（例えば、エンジン回転速度上昇量、点火時期遅角量、エンジン出力増大量等）を変更することで、暖機促進の優先度を下げるようにしても良い。
また、上記実施例では、ハイブリッドＥＣＵで暖機制御ルーチンを実行するようにしたが、これに限定されず、ハイブリッドＥＣＵ以外の他のＥＣＵ（例えばエンジンＥＣＵやＭＧ−ＥＣＵ等）で暖機制御ルーチンを実行するようにしたり、或は、ハイブリッドＥＣＵと他のＥＣＵの両方で暖機制御ルーチンを実行するようにしても良い。
その他、本発明は、図１に示す構成のハイブリッド車に限定されず、車両の動力源としてエンジンとモータジェネレータとを搭載した種々の構成のハイブリッド車（例えば複数のモータジェネレータを搭載したハイブリッド車）に適用して実施することができ、また、車両外部の電源からバッテリに充電可能なＰＨＶ車（プラグインハイブリッド車）にも適用して実施できる。
１１…エンジン、１２…ＭＧ（モータジェネレータ）、１８…メインバッテリ、３２…スイッチ、３３…ハイブリッドＥＣＵ（暖機制御手段）

Claims (6)

  1. 車両の動力源としてエンジン（１１）とモータジェネレータ（１２）とを搭載し、前記エンジン（１１）の低温時に前記エンジン（１１）の暖機を促進する制御を行う暖機制御手段（３３）を備えたハイブリッド車の制御装置において、
    前記暖機制御手段（３３）は、所定の外部要求に応じて前記エンジン（１１）の暖機促進の優先度を変化させることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
  2. 前記暖機制御手段（３３）は、前記外部要求として所定のスイッチ（３２）の操作を監視し、前記スイッチ（３２）の操作に応じて前記エンジン（１１）の暖機促進の優先度を変化させることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車の制御装置。
  3. 前記暖機制御手段（３３）は、前記外部要求としてアクセル開度を監視し、前記アクセル開度が所定値未満で且つ前記アクセル開度の所定時間当りの変化量が所定値未満のときに、前記エンジン（１１）の暖機促進の優先度を下げることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車の制御装置。
  4. 前記暖機制御手段（３３）は、前記外部要求として暖房要求を監視し、外気温が所定値よりも低い状態で前記暖房要求が無いときに、前記エンジン（１１）の暖機促進の優先度を下げることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
  5. 前記暖機制御手段（３３）は、車両に搭載されたバッテリ（１８）の残容量が所定値以上で且つ前記バッテリ（１８）の温度が所定値以上のときに、車両の走行に必要な動力のうちの前記モータジェネレータ（１２）が負担する比率を通常よりも大きくすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
  6. 前記暖機制御手段（３３）は、車両に搭載されたバッテリ（１８）の残容量が所定値未満か又は前記バッテリ（１８）の温度が所定値未満のときに、前記エンジン（１１）の暖機を促進する制御を優先的に行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のハイブリッド車の制御装置。
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