JP2013203324A

JP2013203324A - ハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置

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Publication number: JP2013203324A
Application number: JP2012076665A
Authority: JP
Inventors: Kunio Sakata; 邦夫坂田
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2012-03-29
Filing date: 2012-03-29
Publication date: 2013-10-07
Anticipated expiration: 2032-03-29
Also published as: JP5858578B2

Abstract

【課題】車両の減速時には電動機の回生制御により減速エネルギを電力として回収する一方、減速時以外にエンジンを学習可能運転状態とする機会を設けて、空燃比センサの学習処理を必要に応じて適切且つ確実に実行できるハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置を提供する。
【解決手段】空燃比センサ３３の学習処理の実行が要求されてＰ，Ｎレンジに基づき車両の停車が判定されると（Ｓ２，６がＹes）、変速機２をニュートラルに切り換えて電動機３を駆動輪１４側から切り離すと共に、クラッチＣ２を接続することにより電動機３でエンジン１を駆動する（Ｓ１６，１８）。エンジン回転速度Ｎeがアイドル回転速度よりも上昇してエンジン１の燃料カットが実行されるため、空燃比センサ３３の学習処理を実行可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明はハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置に係り、詳しくは走行用電力源であるエンジンの排気系に設けられた空燃比センサの学習処理を実行する学習装置に関する。

この種の空燃比センサはエンジンの排気空燃比を検出するために用いられ、排気空燃比と相関する排ガスの空気過剰率を指標としたλ制御などの各種エンジン制御に利用されている。例えばディーゼルエンジンのλ制御では、アクセル開度及びエンジン回転速度から算出した燃料噴射量に基づきエンジンの燃料噴射弁を駆動制御する一方、エンジン回転速度及び燃料噴射量に基づき目標空気過剰率を算出し、空燃比センサの出力から算出した実際の空気過剰率が目標空気過剰率となるようにＥＧＲ弁や吸気絞り弁などの開度をフィードバック制御することにより、燃費向上や排ガス特性の改善などを図っている。
空燃比センサの出力は経年劣化などに起因してドリフトなどの検出誤差を生じることから、定期的に学習処理を実行して学習値を逐次更新し、その学習値に基づきセンサ出力を補正している（例えば、特許文献１参照）。当該特許文献１に開示された学習処理はＯ₂センサを対象としたものであり、降坂路の走行中にエンジンを燃料カット復帰させる際に燃料噴射量を所定増量値により補正し、センサ出力が所定値を上回った時点の所定増量値に基づき学習値を更新している。

一方、特許文献１の技術のように燃料増量によりエンジンの排気空燃比を変化させて学習処理を実行する手法とは別に、排気空燃比を特定可能なエンジン運転状態のときに学習処理を行う手法もある。例えば車両減速時のエンジンは燃料カットされて、駆動輪側から逆に駆動されながらエンジンブレーキを駆動輪に作用させている。そして、燃料カット中のエンジンは、吸入空気を筒内で燃焼させることなくそのまま排出することから、このときの排気空燃比は大気相当値となる。そこで、車両減速時の燃料カット中に、実際の排気空燃比である大気相当値とセンサ出力との比較に基づき学習処理を実行している。

特開平９−２８７５０４号公報

ところで、近年では走行用動力源としてエンジン及び電動機を備えたハイブリッド車両が実用化されており、このようなハイブリッド車両に搭載されたエンジン制御にも空燃比センサが利用されているため、上記学習処理が必要となる。
ハイブリッド車両には種々の形式が存在するが、基本的にクラッチの断接に応じて動力伝達状態を切り換えることにより、エンジンや電動機の駆動力を任意に駆動輪側に伝達して走行可能としている。電動機は回生制御によりジェネレータとしても機能するため、例えば車両の減速時には駆動輪側から電動機を逆に駆動して発電させており、これにより減速エネルギを電力として回収して後の電動機の駆動に利用している。この車両減速時においてエンジンブレーキが駆動輪に作用すると電動機による発電量が減少してしまうため、クラッチの切断によりエンジンを駆動輪側から切り離した上でアイドル運転または停止させている。

上記のように空燃比センサの学習処理を実行するには、エンジンを燃料カットしながら駆動輪からの逆駆動などにより回転駆動する必要がある（以下、このときのエンジンの運転状態を学習可能運転状態という）。しかし、アイドル運転や停止ではそれらの条件が満たされないため、結果として空燃比センサの学習処理を実行できないという問題があった。
なお、例えば学習処理が必要なときに限って、車両減速時にクラッチ接続によりエンジンを駆動輪側と接続して燃料カットを実行してもよいが、減速エネルギを有効に利用できないという別の問題が発生してしまうため抜本的な解決にはつながらない。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、車両の減速時には電動機の回生制御により減速エネルギを電力として回収する一方、減速時以外にエンジンを学習可能運転状態とする機会を設けて、空燃比センサの学習処理を必要に応じて適切且つ確実に実行することができるハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、請求項１の発明は、エンジン及び電動機の駆動力を任意に駆動輪に伝達して走行し、減速時には電動機を回生制御して駆動輪側からの逆駆動により発電させる一方、エンジンの排気系に設けられた空燃比センサの出力に基づきエンジンを制御して運転させるハイブリッド車両において、空燃比センサの学習処理の要否を判定し、判定に基づき学習処理の実行を要求する学習処理要求手段と、車両が停車中か否かを判定する停車判定手段と、学習処理要求手段により学習処理の実行が要求され、且つ停車判定手段により車両の停車が判定された場合に、電動機を駆動輪側から切り離して電動機によりエンジンを駆動させるモータリング制御手段と、電動機によるエンジンの駆動中にエンジンを燃料カットする燃料カット手段と、エンジンの燃料カット中に空燃比センサの学習処理を実行する学習手段とを備えたものである。

請求項２の発明は、請求項１において、エンジンを運転するための制御を他の制御に対して独立して実行するエンジン制御手段を備え、エンジン制御手段が、エンジンがアイドル回転速度よりも高い回転速度で駆動されたときに燃料カット手段として機能して燃料カットを実行し、モータリング手段が、車両の停車が判定された場合に、電動機によりエンジンをアイドル回転速度よりも高い回転速度で駆動することによりエンジン制御手段に燃料カットを実行させるものである。
請求項３の発明は、請求項１または２において、エンジンにより駆動される発電手段の発電電力を低電圧バッテリに充電すると共に、電動機の電源である高電圧バッテリの電力を設定電圧に基づき電圧変換手段により降圧して低電圧バッテリに充電するように構成され、電圧変換手段が、学習手段による学習処理の実行中に設定電圧を増加させるものである。
請求項４の発明は、請求項１乃至３において、車両に搭載された動力取出し機構の使用状態を判定する動力取出し判定手段を備え、学習手段が、学習処理の実行中において動力取出し判定手段により動力取出し機構の使用開始が判定された場合に、学習処理を中止するものである。

請求項５の発明は、請求項１乃至４において、所定の停止条件の成立に基づきエンジンを停止させ、エンジン停止後に所定の始動条件の成立に基づきエンジンを始動するアイドルストップスタート制御手段を備え、学習手段が、学習処理の実行要求に基づき学習処理を開始する際に、アイドルストップスタート制御手段により既にエンジンの停止処理が開始されている場合は、学習処理の開始を中止するものである。
請求項６の発明は、請求項１乃至５において、ハイブリッド車両が、エンジンの出力側にクラッチを介して電動機を接続し、電動機の出力側を変速機を介して駆動輪と接続して構成され、モータリング制御手段が、変速機をニュートラルに切り換えることにより電動機を駆動輪側から切り離すと共に、クラッチを接続することにより電動機でエンジンを駆動可能とするものである。
請求項７の発明は、請求項６において、変速機が、２系統のクラッチ及び歯車機構からなるデュアルクラッチ式変速機として構成され、電動機が一方のクラッチと歯車機構との間に介装され、モータリング手段が、電動機側の歯車機構をニュートラルに切り換えると共に、電動機側のクラッチを接続するものである。

以上説明したように請求項１の発明のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置によれば、エンジンの排気系に設けられた空燃比センサの学習処理の実行が要求され、且つ車両の停車が判定された場合に、電動機を駆動輪側から切り離してエンジンを駆動させると共に、エンジンを燃料カットし、この燃料カット中に学習処理を実行するようにした。
従って、車両の減速時には電動機の回生制御により減速エネルギを電力として回収する一方、車両の停車時には学習処理の実行要求に応じて空燃比センサの学習処理を必要に応じて適切且つ確実に実行できる。このため、正確な空燃比センサの出力に基づき各種制御を適切に実行でき、ひいては燃費向上や排ガス特性の改善などを達成することができる。

請求項２の発明のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置によれば、請求項１に加えて、エンジン制御を他の制御に対して独立してエンジン制御手段により実行し、車両の停車判定時には、電動機によりエンジンをアイドル回転速度よりも高い回転速度で駆動することによりエンジン制御手段に燃料カットを実行させるようにした。
エンジン制御手段の処理は主にエンジン制御に限定されるため、エンジン制御手段に学習処理の実行状態を認識させて積極的に燃料カットを行わせるには、新たに多数の情報をエンジン制御手段に入力する必要がある。本発明では、電動機によりエンジンをアイドル回転速度から上昇させてエンジン制御手段による燃料カットを促しているため、現状のシステムのまま何ら問題なく燃料カットを実行することができる。
請求項３の発明のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置によれば、請求項１または２に加えて、エンジン駆動の発電手段の発電電力を低電圧バッテリに充電すると共に、高電圧バッテリの電力を設定電圧に基づき電圧変換手段で降圧して低電圧バッテリに充電し、学習処理の実行中に電圧変換手段の設定電圧を増加するようにした。
従って、設定電圧の増加により低電圧バッテリの電圧が増加するため、発電手段による発電が不要になり、エンジンの駆動負荷が増大せず燃料カットを継続させることができる。

請求項４の発明のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置によれば、請求項１乃至３に加えて、車両に搭載された動力取出し機構の使用開始が判定された場合に学習処理を中止するようにした。
動力取出し機構の使用開始は最優先すべき作業上の要請に応じたものであるため、それに応じて学習処理を中止することにより動力取出し機構を使用して作業を開始することができる。
請求項５の発明のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置によれば、請求項１乃至４に加えて、学習処理を開始する際に、アイドルストップスタート制御手段により既にエンジンの停止処理が開始されている場合は、学習処理の開始を中止するようにした。
既にエンジン停止処理が開始されている場合、学習処理を開始すべくエンジンを始動すると、乗員に違和感を与える上に、アイドルストップスタート制御による効果も得られなくなる。学習処理の開始が中止されることによりアイドルストップ制御が続行されるため、このような不具合を未然に防止することができる。

請求項６の発明のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置によれば、請求項１乃至５に加えて、エンジンの出力側にクラッチを介して電動機を接続し、電動機の出力側が変速機を介して駆動輪と接続してハイブリッド車両を構成し、学習処理を開始する際に、変速機をニュートラルに切り換えることにより電動機を駆動輪側から切り離すと共に、クラッチを接続することにより電動機でエンジンを駆動するようにした。従って、このような形式のハイブリッド車両においても、車両の停車時に空燃比センサの学習処理を実行することができる。
請求項７の発明のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置によれば、請求項６に加えて、変速機を２系統のクラッチ及び歯車機構からなるデュアルクラッチ式変速機として構成し、電動機を一方のクラッチと歯車機構との間に介装し、学習処理を開始する際に、電動機側の歯車機構をニュートラルに切り換えると共に、電動機側のクラッチを接続するようにした。従って、このようなデュアルクラッチ式変速機を備えたハイブリッド車両においても、車両の停車時に空燃比センサの学習処理を実行することができる。

実施形態の空燃比センサの学習装置が適用されたハイブリッド電気自動車を示す全体構成図である。車両ＥＣＵが実行する停車時学習処理ル−チンを示すフローチャートである。

以下、本発明を具体化したハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の空燃比センサの学習装置が適用されたハイブリッド車両を示す全体構成図である。ハイブリッド車両は、作業用の動力取出し機構２０（以下、ＰＴＯという）を備えたトラックとして構成されており、走行用動力源としてディーゼルエンジン（以下、エンジンという）１が搭載されている。エンジン１の出力軸１ａは車両後方（図の右方）に突出し、自動変速機（以下、単に変速機という）２の入力軸２ａに接続されている。変速機２は前進６段（１速段〜６速段）及び後退１段を備えており、エンジン１の動力は入力軸２ａを介して変速機２に入力された後に、変速段に応じて変速されて出力軸２ｂから差動装置１２及び駆動軸１３を介して左右の駆動輪１４に伝達されるようになっている。

変速機２は、所謂デュアルクラッチ式変速機として構成されており、走行用動力源としての電動機３を内蔵している。当該デュアルクラッチ式変速機の詳細は、例えば特開２００９−０３５１６８号公報などに記載されているため、本実施形態では概略説明にとどめる。このため、図１では変速機２を実際の機構とは異なる模式的な表現で示しており、以下の説明でも変速機２の構成及び作動状態を概念的に述べる。
周知のようにデュアルクラッチ式変速機は、奇数変速段と偶数変速段とを相互に独立した動力伝達系として設け、何れか一方で動力伝達しているときに他方を次に予測される次変速段に予め切り換えておくことにより、動力伝達を中断することなく次変速段への切換を完了するシステムである。

即ち、図１に示すように、変速機２の入力軸２ａにはクラッチＣ１を介して奇数変速段（１,３,５速段）からなる奇数歯車機構Ｇ１が接続されると共に、同じく入力軸２ａにはクラッチＣ２及び電動機３を介して偶数変速段（２,４,６速段）からなる偶数歯車機構Ｇ２が接続されている。これらの歯車機構Ｇ１,Ｇ２の出力側は上記した共通の出力軸２ｂに連結されている。
なお、図１では両クラッチＣ１，Ｃ２を並列的に示しているが、実際には変速機２内のスペース効率化のために、クラッチＣ１を内周側としクラッチＣ２を外周側とした内外２重に配設されている。また、図１では説明の便宜上、後退変速段を省略している。

クラッチＣ１，Ｃ２にはそれぞれ油圧シリンダ６が接続され、両油圧シリンダ６は電磁弁７が介装された油路８を介して油圧供給源９に接続されている。電磁弁７の開弁時には油圧供給源９から油路８を介して油圧シリンダ６に作動油が供給され、油圧シリンダ６が作動して対応するクラッチＣ１，Ｃ２が切断状態から接続状態に切り換えられる。
一方、電磁弁７が閉弁すると、作動油の供給中止により油圧シリンダ６が作動しなくなることから、クラッチＣ１，Ｃ２は図示しないプレッシャスプリングにより接続状態から切断状態に切り換えられる。なお、クラッチＣ１，Ｃ２の駆動方式はこれに限ることはなく、例えば油圧駆動に代えてエア駆動を採用してもよい。

また、変速機２の奇数歯車機構Ｇ１及び偶数歯車機構Ｇ２にはそれぞれギヤシフトユニット１０が設けられている。図示はしないがギヤシフトユニット１０は、歯車機構Ｇ１,Ｇ２内の各変速段に対応するシフトフォークを作動させる複数の油圧シリンダ、及び各油圧シリンダを作動させる複数の電磁弁を内蔵している。ギヤシフトユニット１０は油路１１を介して上記した油圧供給源９と接続されており、油圧供給源９から供給される作動油が各電磁弁により切り換えられ、対応する油圧シリンダによりシフトフォークが操作されて歯車機構Ｇ１,Ｇ２の変速段が切り換えられる。

変速時において、基本的にインナクラッチＣ１及びアウタクラッチＣ２の断接状態は常に逆方向に切り換えられる。このため、一方のクラッチＣ１,Ｃ２の接続により対応する歯車機構Ｇ１,Ｇ２の何れかの変速段が達成されて動力伝達されているときには、他方のクラッチＣ１,Ｃ２が切断されることで対応する歯車機構Ｇ１,Ｇ２では何れの変速段も動力伝達していない状態にある。よって、他方の歯車機構Ｇ１,Ｇ２では、事前に次変速段（現在の変速段に隣接する高ギヤ側または低ギヤ側の変速段）に予め切り換えるプリセレクトが可能になり、その後に変速タイミングに至ると、インナクラッチＣ１及びアウタクラッチＣ２の断接状態を逆転させることにより動力伝達を中断することなく変速が完了する。

図示はしないが、電動機３は内外２重に配設されたロータ及びステータから構成され、ロータを回転可能に支持する回転軸がクラッチＣ２の出力側及び偶数歯車機構Ｇ２の入力側に接続されている。電動機３にはインバータ４を介して走行用のバッテリ５（高電圧バッテリ）が電気的に接続され、インバータ４により電動機３の力行制御及び回生制御が行われるようになっている。
電動機３の力行制御では、走行用バッテリ５に蓄えられた直流電力がインバータ４により交流電力に変換されて電動機３に供給され、電動機３がモータ作動して駆動力を偶数歯車機構Ｇ２に入力する。また、車両減速時に行われる電動機３の回生制御では、駆動輪側からの逆駆動により電動機３がジェネレータ作動して回生制動力を発生すると共に、発電した交流電力をインバータ４により直流電力に変換して走行用バッテリ５に充電する。

車室内には、図示しない入出力装置、制御プログラムや制御マップ等の記憶に供される記憶装置（ＲＯＭ，ＲＡＭなど）、中央処理装置（ＣＰＵ）、タイマカウンタなどを備えた車両ＥＣＵ（制御ユニット）１６が設置されている。車両ＥＣＵ１６はエンジンＥＣＵ１７、インバータＥＣＵ１８並びに走行用バッテリＥＣＵ１９からの情報、或いは以下に述べるセンサ類からの情報などに基づき車両全体の統合的な制御を行う。この車両ＥＣＵ１６からの指令に基づきエンジンＥＣＵ１７（エンジン制御手段）がエンジン１の制御を、インバータＥＣＵ１８が電動機３の制御を、バッテリＥＣＵ１９が走行用バッテリ５の管理をそれぞれ個別に独立して実行する。
車両ＥＣＵ１６の入力側には、クラッチＣ１の出力側の回転速度Ｎc1を検出するクラッチ回転速度センサ２３、クラッチＣ２の出力側の回転速度Ｎc2（＝電動機３の回転速度）を検出するクラッチ回転速度センサ２４、歯車機構Ｇ１,Ｇ２の変速段を検出するギヤ位置センサ２５、及び変速機２の出力軸２ｂに設けられて車速Ｖを検出する車速センサ２８、セレクトレバー２９の位置を検出するレバー位置センサ３０などのセンサ類が接続されている。また、車両ＥＣＵ１６の出力側には、上記したクラッチＣ１，Ｃ２の電磁弁７、ギヤシフトユニット１０の各電磁弁などのデバイス類が接続されている。

例えば車両ＥＣＵ１６は、エンジンＥＣＵ１７を介して入力されるアクセル開度θaccなどから車両の走行に必要な要求トルクを演算し、この要求トルクをエンジン１が発生するトルク及び電動機３が発生するトルクに配分する。また、これと並行して要求トルク、車両の走行状態、エンジン１及び電動機３の運転状態、或いは走行用バッテリ５のＳＯＣなどに基づき車両の走行モード（エンジン走行、モータ走行、エンジン・モータ走行）を選択し、選択した走行モードを実行すべくエンジンＥＣＵ１７及びインバータＥＣＵ１８に指令を出力すると共に、適宜変速機２の変速制御を実行する。
エンジンＥＣＵ１７は、車両ＥＣＵ１６によって設定された走行モード及びエンジントルクを達成するように、エンジン１を制御して運転させる。エンジンＥＣＵ１７の入力側には、エンジン１の回転速度Ｎeを検出するエンジン回転速度センサ２２、アクセルペダル２６の開度θaccを検出するアクセルセンサ２７が接続されている。また、このようなエンジン制御として、本実施形態では排ガスの空気過剰率を指標としたλ制御を実行している。そのためにエンジン１の排気通路３１に設けられた排気浄化装置３２（後述するＤＰＦを含む）の下流位置には空燃比センサ３３が設置され、排気空燃比に略比例する空燃比センサ３３の出力がエンジンＥＣＵ１７に入力されるようになっている。

λ制御については周知であるため概略説明にとどめるが、例えば、アクセル開度θacc及びエンジン回転速度Ｎeから算出した燃料噴射量に基づきエンジン１の燃料噴射弁を駆動制御する一方、エンジン回転速度Ｎe及び燃料噴射量に基づき目標空気過剰率を算出し、空燃比センサ３３の出力から算出した実際の空気過剰率が目標空気過剰率となるように、エンジンに備えられた図示しないＥＧＲ弁や吸気絞り弁などの開度をフィードバック制御している。なお、当該λ制御の内容については、これに限定されるものではなく任意に変更可能である。
また、インバータＥＣＵ１８は、車両ＥＣＵ１６によって設定された走行モード及び電動機３のトルクを達成するように、インバータ４を駆動制御して電動機３を作動させる。

また、バッテリＥＣＵ１９は、走行用バッテリ５の温度、走行用バッテリ５の電圧、インバータ４と走行用バッテリ５との間に流れる電流などを検出すると共に、これらの検出結果から走行用バッテリ１８のＳＯＣを求め、求めたＳＯＣを検出結果と共に車両ＥＣＵ１６に出力する。
一方、車両ＥＣＵ１６は、エンジン走行中或いはエンジン・モータ走行中において、信号待ちなどで所定の停止条件が成立したときにエンジン１を停止させ、その後に所定の始動条件が成立したときにエンジン１を始動するアイドルストップスタート制御を実行する（アイドルストップスタート制御手段）。

アイドルストップスタート制御については種々の文献に開示されているため、概略のみを説明する。例えば停止条件としては、アクセル操作の中止（θacc＝0）、車両停止（Ｖ＝0km/h）、セレクトレバーがＮレンジ、及びブレーキ操作中などが設定されている。これらの全ての条件が満たされたときに車両ＥＣＵ１６はエンジンＥＣＵ１７にエンジン停止の指令を出力し、それに応じてエンジンＥＣＵ１７がエンジン１の燃料噴射を中止してエンジン１を停止させる。また、始動条件としてはブレーキ操作の中止が設定され、この条件が満たされたときに車両ＥＣＵ１６はエンジンＥＣＵ１７にエンジン始動の指令を出力し、それに応じてエンジンＥＣＵ１７によりクランキング及び燃料噴射が行われてエンジン１が始動される。

ところで、空燃比センサ３３の出力は経年劣化などに起因して検出誤差を生じるため定期的に学習処理を実行する必要があり、通常のエンジン車両では、減速時のエンジン１の燃料カット中に学習処理を実行している。
しかしながら、本実施形態のようなハイブリッド車両では車両の減速エネルギを電力として回収するために、減速時にはインバータＥＣＵ１８により電動機３を回生制御して駆動輪１４側からの逆駆動により発電させている。エンジンブレーキが駆動輪１４に作用すると電動機３の発電量が減少するため、このときのエンジン１はクラッチＣ２の切断により駆動輪１４側から切り離されてアイドル運転しており、結果として空燃比センサ３３の学習処理を実行できないという問題があった。

このような不具合を鑑みて本発明者は、ハイブリッド車両が備えている走行用の電動機３を利用してエンジン１を駆動（所謂モータリング）しながら燃料カットすれば、上記車両減速時とは別にエンジンを学習可能運転状態とする機会を作り出せることを見出した。以下、当該学習処理を実行するために車両ＥＣＵ１６が実行する制御について述べる。なお、この学習処理は車両の停車中に実行されるため、以下の説明では停車時学習処理と称する。

図２は車両ＥＣＵ１６が実行する停車時学習処理ル−チンを示すフローチャートであり、車両のイグニションスイッチがオンされているときに所定の制御インターバルで実行される。
まず、ステップＳ２でエンジンＥＣＵ１７から空燃比センサ３３の学習処理の実行要求が入力されたか否かを判定する。エンジンＥＣＵ１７側ではエンジン運転中に常に空燃比センサ３３の学習処理の要否を判定しており（学習処理要求手段）、学習処理の実行が必要と判定したときには車両ＥＣＵ１６側に実行要求を出力している。
上記のように基本的にハイブリッド車両は、車両減速時には電動機３の回生制御のために空燃比センサ３３の学習処理を実行しない。しかし、例えば車両の減速に際してエンジン１の排気ブレーキを作動させる場合は、必然的にエンジンブレーキを駆動輪１４側に作用させるべくクラッチＣ１，Ｃ２が接続されるため、エンジン１が学習可能運転状態となってエンジンＥＣＵ１７により学習処理が実行される。

このような機会に学習処理が実行されている場合、車両ＥＣＵ１６は学習処理の実行要求を入力することなくステップＳ２でＮo（否定）の判定を下して一旦ルーチンを終了する。また、学習処理の実行要求を入力してステップＳ２でＹes（肯定）の判定を下した場合には、ステップＳ４に移行する。
ステップＳ４では、前回の学習処理から予め設定された所定時間が経過したか否かを判定する。電動機３によりエンジン１を駆動する停車時学習処理では、走行用バッテリ５の電力消費或いはエンジン１の回転変動や騒音に起因する乗員の違和感などにつながることから、頻繁な実行は望ましくない。このため、たとえエンジンＥＣＵ１７からの学習処理の実行要求が入力されても、前回から所定時間が経過していない場合には学習処理の実行を禁止しているのである。

ステップＳ４の判定がＹesのときにはステップＳ６に移行し、レバー位置センサ３０により検出されたセレクトレバーの位置がＰ（パーキング）レンジまたはＮ（ニュートラル）レンジにあるか否かを判定する（停車判定手段）。セレクトレバーが他の操作位置のときにはＮoの判定を下し、ステップＳ８で学習処理の強制終了をエンジンＥＣＵ１７に指令し、続くステップＳ１０でクラッチＣ２を切断し、ステップＳ１２で後述するように学習処理の開始に付随してエンジンＥＣＵ１７及びインバータＥＣＵ１８に出力した指令（ステップＳ１８〜２２）を解除した後、ルーチンを終了する。
なお、これらのステップＳ８〜１２の処理は、既に開始された学習処理を終了する場合を想定したものであり、ルーチンの開始当初は未だ学習処理を開始していないことから、車両ＥＣＵ１６はステップＳ８〜１２で何ら処理することなくルーチンを終了する。

また、ステップＳ６の判定がＹesであり車両の停車中と見なせる場合はステップＳ１４に移行し、予め設定された学習許可条件が成立しているか否かを判定する。本実施形態では、以下に列挙する全ての要件が満たされたときに学習許可条件が成立したと判断する。
１）変速機２の偶数歯車機構Ｇ２がニュートラルであること。
２）エンジン１が運転されていること。
３）アクセル操作されていないこと（θacc＝0）。
４）電動機３が正常であること。
５）電動機３が出力可能なトルクが所定値以上であること。
６）バッテリ５のＳＯＣが所定値以上であること。
７）各ＥＣＵ１６〜１９間を接続する車載ネットワーク（CAN）或いは変速機２などにフェイルがないこと。
８）組立後に実施される油圧系のエア抜きモードや初期設定モードでないこと。
９）ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）が非再生中であること。
１０）アイドルストップスタート制御によるエンジン停止処理が開始されていないこと。

要件１）は、変速機２の動作確認を目的としている。停車時学習処理ではクラッチ接続によりエンジン１を電動機３で駆動するが、そのためには変速機２の偶数歯車機構Ｇ２がニュートラルに切り換えられて電動機３を駆動輪１４側から切り離している必要がある。元々車両ＥＣＵ１６による制御では、Ｐ，Ｎレンジによる停車時にクラッチＣ１，Ｃ２の切断と共に歯車機構Ｇ１，Ｇ２をニュートラルに切り換えており、この切換が正常に行われていることを確認する意味で実施される。
要件２），３）は、エンジン運転状態の確認を目的としている。エンジン停止中、或いはアクセル操作に応じてエンジン回転速度Ｎeが上昇した運転状態では学習処理を実行できないため、これらを除外する意味で実施される。

要件４）〜６）は、電動機３の運転状態の確認を目的としている。電動機３の異常、電動機３のトルク不足（電動機３やインバータ４の過熱などに起因する）、或いは電源であるバッテリ５のＳＯＣ不足の状況では学習処理を実行できないため、これらを除外する意味で実施される。
要件７），８）は、システムが正常に機能しないフェイル発生時や本来学習処理を実施できないモードの場合を除外する意味で実施される。
要件９）は、エンジン負荷の増加や排気空燃比への影響があるＤＰＦ再生中を除外する意味で実施される。
要件１０）は、アイドルストップスタート制御との優先順序の調整を目的としている。停車時学習処理の開始後にアイドルストップスタート制御側でエンジン１の停止条件が成立しても、エンジン停止処理を開始しない。しかし、既にエンジン停止処理が開始されている場合、停車時学習処理を開始すべくエンジン１を始動すると、乗員に違和感を与える上に、アイドルストップスタート制御による効果も得られなくなる。よって、この場合には、学習処理の実行が要求されても、そのままアイドルストップ制御を続行すべきであるため、これを除外する意味で実施される。

学習許可条件が成立していないとしてステップＳ１４でＮoの判定を下したときには、上記ステップＳ８〜１２を経てルーチンを終了する。また、ステップＳ１４の判定がＹesのときにはステップＳ１６に移行し、電磁弁７を駆動制御して偶数歯車機構Ｇ２側のクラッチＣ２を接続する（モータリング制御手段）。続くステップＳ１８では、インバータＥＣＵ１８に対して電動機３の力行制御による駆動指令及び目標回転速度の指示を出力する（モータリング制御手段）。例えばエンジン１のアイドル回転速度が650rpmの場合、目標回転速度は850rpm程度に設定される。
インバータＥＣＵ１８に対する指令は、エンジンＥＣＵ１７に燃料カットを実行させることを目的とする。即ち、本実施形態では車両全体の統合制御を車両ＥＣＵ１６が行い、エンジンＥＣＵ１７の処理は主にエンジン制御に限定される。このため、エンジンＥＣＵ１７に停車時学習処理の実行状態（具体的には、エンジンＥＣＵ１７側からの学習処理の実行要求、Ｐ，Ｎレンジに基づく停車判定、電動機３によるエンジン駆動状態など）を認識させて自己の判断に基づき燃料カットを行わせるには、新たに多数の情報をエンジンＥＣＵ１７に入力する必要があり大幅なシステム変更を要するため現実的ではない。

車両停車時のエンジンＥＣＵ１７はエンジン１をアイドル回転速度に保つために燃料噴射を継続しているが、電動機３の駆動によりエンジン回転速度Ｎeが上昇すれば、燃料噴射が不要であると判断して燃料カットを実行する（燃料カット手段）。そこで、エンジンＥＣＵ１７による燃料カットの実行を促すように、電動機３の駆動によりエンジン回転速度Ｎeを高めているのである。
但し、以上は本実施形態の車両の制御システム上の理由に基づく対処であり、これに限定されるものではない。例えば、上記のようにエンジンＥＣＵ１７に停車時学習処理の実行状態を認識させて自己の判断で燃料カットを行わせるようにしてもよい。なお、この場合には、電動機３の目標回転速度をエンジン１のアイドル回転速度よりも高回転側に設定する必要はない。

車両ＥＣＵ１６は続くステップＳ２０で同じくインバータＥＣＵ１８にDC-DCコンバータ（電圧変換手段）の設定電圧の増加指令を出力する。例えば通常時の設定電圧が13.0Vであるのに対し、14.5Vまで増加させる指示がなされる。この処理の目的は、エンジン１で駆動されるオルタネータ（発電手段）の負荷増大によりエンジン１が燃料カットから復帰してしまう事態を防止することにある。
車両には走行用バッテリ５とは別に、車両に搭載された補機（例えば、灯火類やエアコンディショナなど）に電力供給する低電圧の補機用バッテリ（低電圧バッテリ）が搭載されている。補機用バッテリにはエンジン１で駆動されるオルタネータの発電電力が充電されると共に、走行用バッテリ５の電力がDC-DCコンバータにより降圧されて充電されている。停車時学習処理の実行時に補機用バッテリの充電のためにオルタネータの駆動負荷が増大すると、エンジン１が燃料カットから復帰して停車時学習制御が中断されてしまう。DC-DCコンバータの設定電圧を増加させれば、バッテリ電圧が増加してオルタネータによる発電が不要になるため、エンジン１の駆動負荷は増大せず燃料カットを継続させることができる。

その後、車両ＥＣＵ１６はステップＳ２２でエンジンＥＣＵ１７にエンジン１のアイドルアップを禁止する指令を出力する。アイドルアップのためにエンジン１を燃料カットから復帰させると停車時学習制御が中断されるため、この事態を防止する処理である。さらにステップＳ２４で、同じくエンジンＥＣＵ１７に空燃比センサ３３の学習処理の開始を指令する（学習手段）。
学習処理の開始指令に応じてエンジンＥＣＵ１７側では空燃比センサ３３の学習処理が開始される。なお、本実施形態では学習処理に際してＥＧＲ制御及び排気ブレーキの作動が中止されるが、これに限ることはなく任意に変更可能である。
続くステップＳ２６ではエンジンＥＣＵ１７から学習処理の成功が入力されたか否かを判定し、Ｙesのときには学習処理が問題なく終了したと見なし、上記ステップＳ１０，１２の処理を経てルーチンを終了する。また、ステップＳ２６の判定がＮoのときには、ステップＳ２８でエンジンＥＣＵ１７から学習処理の失敗が入力されたか否かを判定し、ステップＳ３０で車両に搭載されたＰＴＯ２０の使用が開始されたか否かを判定し（動力取出し判定手段）、ステップＳ３２で、上記ステップＳ２２での学習開始の指令から予め設定された所定時間が経過したか否かを判定する。

学習失敗のときには停車時学習処理を中止すべきであり、ＰＴＯ２０の使用開始は最優先すべき作業上の要請に応じたものであることから、同様に停車時学習処理を中止すべきである。また、学習処理の成功が入力されずに所定時間が経過した場合、学習処理の失敗が入力されなくても失敗と見なせるため、停車時学習処理を中止すべきである。
ステップＳ２８〜３２の何れの処理でもＮoの判定を下したときには上記ステップＳ６に戻り、ステップＳ６，１４〜３２の処理を繰り返す。エンジンＥＣＵ１７側では学習処理を継続し、この学習処理の実行中にＰ，Ｎレンジから他のレンジへの切換に基づきステップＳ６の判定がＮoになった場合、及び学習許可条件の非成立に基づきステップＳ８の判定がＮoになった場合には、ステップＳ８〜１２の処理を実行する。

従って、ステップＳ８の学習処理の強制終了の指令を受けてエンジンＥＣＵ１７側で学習処理が中止され、ステップＳ１０でクラッチＣ２が切断される。また、ステップＳ１２では、学習処理の開始に付随して上記ステップＳ１８〜２２で出力した指令が解除される。このため、インバータＥＣＵ１８により電動機３の駆動が中止されると共に、DC-DCコンバータの設定電圧が通常値に戻され、エンジンＥＣＵ１７によりアイドルアップの禁止が解除される。結果としてエンジン１はアイドル運転を開始し、車両が通常の停車状態に復帰する。
一方、学習処理の実行中において、学習処理の失敗に基づきステップＳ２８の判定がＮoになった場合、ＰＴＯ２０の使用開始に基づきステップＳ３０の判定がＮoになった場合、及び所定時間の経過に基づきステップＳ３２の判定がＮoになった場合には、上記同じくステップＳ８〜１２の処理を実行する。よって、学習処理が中止されて車両が通常の停車状態に復帰し、例えばＰＴＯ２０の使用を開始して対応する作業を実施可能となる。

以上のように本実施形態のハイブリッド車両における空燃比センサ３３の学習装置によれば、車両の減速時とは別に、停車時にクラッチＣ２を接続して電動機３によりエンジン１を駆動することでエンジン１を学習可能運転状態とする機会を作り出し、このとき停車時学習処理として空燃比センサ３３の学習処理を実行している。従って、車両の減速時には電動機３の回生制御により減速エネルギを電力として回収する一方、車両の停車時には、停車時学習処理により空燃比センサ３３の学習処理を必要に応じて適切且つ確実に実行できる。このため学習値を反映した正確な空燃比センサ３３の出力に基づきエンジン１のλ制御などの各種制御を適切に実行でき、ひいては燃費向上や排ガス特性の改善などを達成することができる。

以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば上記実施形態では、デュアルクラッチ式変速機３を搭載したトラックとしてハイブリッド車両を構成したが、これに限るものではない。例えば車種を変更してもよいし、通常のシングルクラッチ式の手動変速機、或いはシングルクラッチ式の自動変速機などを備えた車両に適用してもよい。
また、上記実施形態では、エンジン１の排気空燃比に対して略比例して出力を変化させる空燃比センサ３３の学習装置として具体化したが、学習対象となるセンサはこれに限るものではない。例えば、理論空燃比近傍で出力を反転させるＯ₂センサを対象としてもよい。本発明の空燃比センサは、このようなＯ₂センサなども含むものとする。
また、上記実施形態では、エンジン１と電動機３との間にクラッチＣ２を介装したが、ハイブリッド車両の形式はこれに限るものではない。例えばエンジン１の出力側に電動機３を直結し、電動機３の出力側と変速機２の入力側との間にクラッチＣ２を介装してもよい。
また、上記実施形態では、車両に作業用のＰＴＯ２０を搭載すると共に、アイドルストップスタート機能を備えたが、これらの機能は必ずしも設ける必要はなく省略してもよい。

１エンジン
２変速機
３電動機
５走行用バッテリ（高電圧バッテリ）
１６車両ＥＣＵ（停車判定手段、モータリング制御手段、燃料カット手段、
動力取出し判定手段、アイドルストップスタート制御手段）
１７エンジンＥＣＵ（エンジン制御手段、学習処理要求手段、
燃料カット手段、学習手段）
１８インバータＥＣＵ（モータリング制御手段）
Ｃ１，Ｃ２クラッチ
Ｇ１，Ｇ２歯車機構

Claims

エンジン及び電動機の駆動力を任意に駆動輪に伝達して走行し、減速時には電動機を回生制御して前記駆動輪側からの逆駆動により発電させる一方、前記エンジンの排気系に設けられた空燃比センサの出力に基づき該エンジンを制御して運転させるハイブリッド車両において、
前記空燃比センサの学習処理の要否を判定し、該判定に基づき前記学習処理の実行を要求する学習処理要求手段と、
車両が停車中か否かを判定する停車判定手段と、
前記学習処理要求手段により学習処理の実行が要求され、且つ前記停車判定手段により車両の停車が判定された場合に、前記電動機を駆動輪側から切り離して該電動機により前記エンジンを駆動させるモータリング制御手段と、
前記電動機によるエンジンの駆動中に該エンジンを燃料カットする燃料カット手段と、
前記エンジンの燃料カット中に前記空燃比センサの学習処理を実行する学習手段と
を備えたことを特徴とするハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置。
前記エンジンを運転するための制御を他の制御に対して独立して実行するエンジン制御手段を備え、該エンジン制御手段は、前記エンジンがアイドル回転速度よりも高い速度で駆動されたときに前記燃料カット手段として機能して燃料カットを実行し、
前記モータリング手段は、前記車両の停車が判定された場合に、前記電動機により前記エンジンをアイドル回転速度よりも高い速度で駆動することにより前記エンジン制御手段に燃料カットを実行させることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置。
前記エンジンにより駆動される発電手段の発電電力を低電圧バッテリに充電すると共に、前記電動機の電源である高電圧バッテリの電力を設定電圧に基づき電圧変換手段により降圧して前記低電圧バッテリに充電するように構成され、
前記電圧変換手段は、前記学習手段による学習処理の実行中に前記設定電圧を増加させることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置。
前記車両に搭載された動力取出し機構の使用状態を判定する動力取出し判定手段を備え、
前記学習手段は、前記学習処理の実行中において前記動力取出し判定手段により前記動力取出し機構の使用開始が判定された場合に、該学習処理を中止することを特徴とする請求項１乃至３の何れか記載のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置。
所定の停止条件の成立に基づき前記エンジンを停止させ、エンジン停止後に所定の始動条件の成立に基づき前記エンジンを始動するアイドルストップスタート制御手段を備え、
前記学習手段は、前記学習処理の実行要求に基づき学習処理を開始する際に、既に前記停止条件の成立に基づきアイドルストップスタート制御手段により前記エンジンの停止処理が開始されている場合は、学習処理の開始を中止することを特徴とする請求項１乃至４の何れか記載のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置。
前記ハイブリッド車両は、前記エンジンの出力側にクラッチを介して前記電動機を接続し、該電動機の出力側が変速機を介して前記駆動輪と接続して構成され、
前記モータリング制御手段は、前記変速機をニュートラルに切り換えることにより前記電動機を駆動輪側から切り離すと共に、前記クラッチを接続することにより前記電動機でエンジンを駆動することを特徴とする請求項１乃至５の何れか記載のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置。
前記変速機は、２系統のクラッチ及び歯車機構からなるデュアルクラッチ式変速機として構成され、
前記電動機は、一方のクラッチと歯車機構との間に介装され、
前記モータリング手段は、前記電動機側の歯車機構をニュートラルに切り換えると共に、該電動機側のクラッチを接続することを特徴とする請求項６記載のハイブリッド車両における空燃比センサの学習装置。