JP2022165154A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関等の個体差および経年変化によってモータジェネレータによる振動抑制処理が十分に機能しない場合に、車両に振動が生じる事態を迅速に解消できるようにしたハイブリッド車両の制御装置を提供する。【解決手段】CPU72は、GPF34の再生処理のために気筒#1の燃焼制御を停止し、気筒#2~#4の混合気の空燃比をリッチとする。CPU72は、再生処理に起因した内燃機関10のトルク変動を抑制すべく、第1モータジェネレータ52のトルクに第1重畳トルクを重畳させる。また、CPU72は、再生処理に起因した内燃機関10のトルク変動を抑制すべく、第2モータジェネレータ54のトルクに第2重畳トルクを重畳させる。それにもかかわらずクランク軸26の回転変動が大きい場合、CPU72は、再生処理を中止する。【選択図】図1

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。
特許文献1には、動力源として内燃機関と電動機とを備えるハイブリッド車両が記載されている。このハイブリッド車両にあっては、内燃機関が備える複数の気筒のうち、一部の気筒内での燃焼制御を停止させる一方、残りの気筒内では燃焼制御を継続する気筒休止制御が実施されることがある。気筒休止制御の実施期間にあっては、一部の気筒内での燃焼制御の停止に起因して機関トルクが低下する。そのため、同ハイブリッド車両では、気筒休止制御が実施されている場合には、一部の気筒内での燃焼制御の停止に起因する機関トルクの低下を電動機のトルクによって補うようにしている。これにより、気筒休止制御の実施に伴うハイブリッド車両での振動および騒音の発生を抑制できる。
特開2001-207886号公報
ただし、気筒休止制御が実行されたときに内燃機関に生じるトルク変動は、内燃機関等の個体差および経年変化の影響を受ける。そのため、個体差および経年変化によっては、電動機のトルクによる補償が不十分となり、車両の振動を十分抑制できないおそれがある。
以下、上記課題を解決するための手段およびその作用効果について記載する。
内燃機関のクランク軸に回転電機の回転軸が接続されたハイブリッド車両に適用され、前記内燃機関は、複数の気筒を備えており、前記内燃機関の一部の気筒の燃焼制御を停止する停止処理と、前記停止処理が実行される場合、前記一部の気筒の燃焼制御の停止に伴う前記内燃機関のトルクの低下による前記クランク軸の回転変動を補償するためのトルクを、前記回転電機によって生成する補償処理と、前記停止処理が実行されているときに、前記クランク軸の回転速度の変動量の大きさが所定量以上となる場合に、前記停止処理を中止する中止処理と、を実行するハイブリッド車両の制御装置である。
上記構成では、停止処理が実行される場合、補償処理を併せて実行することにより、停止処理に起因して車両に振動が生じることを抑制する。さらに、上記構成では、補償処理によってもクランク軸の回転速度の変動量が大きい場合には、停止処理を中止する。これにより、内燃機関等の個体差および経年変化によって補償処理が十分に機能しない場合に、車両に振動が生じる事態を迅速に解消できる。
一実施形態にかかるハイブリッド車両の構成を示す図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。 同実施形態にかかる制御装置が実行する処理の手順を示す流れ図。
以下、一実施形態について図面を参照しつつ説明する。
図1に示すように、内燃機関10は、4つの気筒#1~#4を備える。内燃機関10の吸気通路12には、スロットルバルブ14が設けられている。吸気通路12の下流部分である吸気ポート12aには、吸気ポート12aに燃料を噴射するポート噴射弁16が設けられている。吸気通路12に吸入された空気やポート噴射弁16から噴射された燃料は、吸気バルブ18の開弁に伴って、燃焼室20に流入する。燃焼室20には、筒内噴射弁22から燃料が噴射される。また、燃焼室20内の空気と燃料との混合気は、点火プラグ24の火花放電に伴って燃焼に供される。そのときに生成される燃焼エネルギは、クランク軸26の回転エネルギに変換される。
燃焼室20において燃焼に供された混合気は、排気バルブ28の開弁に伴って、排気として排気通路30に排出される。排気通路30には、酸素吸蔵能力を有した三元触媒32と、ガソリンパティキュレートフィルタ(GPF34)とが設けられている。なお、GPF34は、PMを捕集するフィルタに三元触媒が担持されたものである。
クランク軸26は、動力分割装置を構成する遊星歯車機構50のキャリアCに機械的に連結されている。遊星歯車機構50のサンギアSには、第1モータジェネレータ52の回転軸52aが機械的に連結されている。また、遊星歯車機構50のリングギアRには、第2モータジェネレータ54の回転軸54aと駆動輪60とが機械的に連結されている。第1モータジェネレータ52の端子には、第1インバータ56によって交流電圧が印加される。また、第2モータジェネレータ54の端子には、第2インバータ58によって交流電圧が印加される。
制御装置70は、内燃機関10を制御対象とし、その制御量としてのトルクや排気成分比率等を制御するために、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、および点火プラグ24等の内燃機関10の操作部を操作する。また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52を制御対象とし、その制御量であるトルクを制御すべく、第1インバータ56を操作する。また、制御装置70は、第2モータジェネレータ54を制御対象とし、その制御量であるトルクを制御すべく第2インバータ58を操作する。図1には、スロットルバルブ14、ポート噴射弁16、筒内噴射弁22、点火プラグ24、第1インバータ56および第2インバータ58のそれぞれの操作信号MS1~MS6を記載している。制御装置70は、内燃機関10の制御量を制御するために、エアフローメータ80によって検出される吸入空気量Ga、およびクランク角センサ82の出力信号Scrを参照する。また、CPU72は、水温センサ86によって検出される水温THW、および排気圧センサ88によって検出されるGPF34に流入する排気の圧力Pexを参照する。また、制御装置70は、第1モータジェネレータ52の制御量を制御するために、第1モータジェネレータ52の回転角を検知する第1回転角センサ90の出力信号Sm1を参照する。また、制御装置70は、第2モータジェネレータ54の制御量を制御するために、第2モータジェネレータ54の回転角を検知する第2回転角センサ92の出力信号Sm2を参照する。また、制御装置70は、リングギアRの回転角を検知する出力側回転角センサ94の出力信号Spと、アクセルセンサ96によって検出されるアクセルペダルの踏み込み量であるアクセル操作量ACCPと、を参照する。
制御装置70は、CPU72、ROM74、および周辺回路76を備えており、それらが通信線78によって通信可能とされている。ここで、周辺回路76は、内部の動作を規定するクロック信号を生成する回路、電源回路、およびリセット回路等を含む。制御装置70は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72が実行することにより制御量を制御する。
以下では、制御装置70が実行する処理のうち、GPF34の再生処理、および再生処理に伴う振動抑制処理の順に説明する。
(GPF34の再生処理)
図2に、再生処理の手順を示す。図2に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。なお、以下では、先頭に「S」が付与された数字によって、各処理のステップ番号を表現する。
図2に示す一連の処理において、CPU72は、まず、機関回転速度NE、充填効率ηおよび水温THWを取得する(S10)。機関回転速度NEは、CPU72により、出力信号Scrに基づき算出される。充填効率ηは、CPU72により、機関回転速度NEおよび吸入空気量Gaに基づき算出される。
次にCPU72は、機関回転速度NE、充填効率ηおよび水温THWに基づき、堆積量DPMの更新量ΔDPMを算出する(S12)。ここで、堆積量DPMは、GPF34に捕集されているPMの量である。詳しくは、CPU72は、機関回転速度NE、充填効率ηおよび水温THWに基づき排気通路30に排出される排気中のPMの量を算出する。また、CPU72は、機関回転速度NEおよび充填効率ηに基づきGPF34の温度を算出する。そしてCPU72は、排気中のPMの量やGPF34の温度に基づき更新量ΔDPMを算出する。なお、後述のS20の処理の実行時には、増量係数Kに基づき、GPF34の温度および更新量ΔDPMを算出すればよい。
次にCPU72は、堆積量DPMを、更新量ΔDPMに応じて更新する(S14)。次に、CPU72は、実行フラグFcが「1」であるか否かを判定する(S16)。実行フラグFcは、「1」である場合に、GPF34のPMを燃焼除去するための再生処理を実行している旨を示し、「0」である場合にそうではないことを示す。CPU72は、「0」であると判定する場合(S16:NO)、堆積量DPMが再生実行値DPMH以上であることと、禁止フラグFfが「0」であることとの論理積が真であるか否かを判定する(S18)。再生実行値DPMHは、GPF34が捕集したPM量が多くなっており、PMを除去することが望まれる値に設定されている。禁止フラグFfは、再生処理を禁止する場合に「1」となり、禁止しない場合に「0」となる。
CPU72は、論理積が真であると判定する場合(S18:YES)、再生処理を実行し、実行フラグFcに「1」を代入する(S20)。本実施形態にかかる再生処理として、CPU72は、気筒#1のポート噴射弁16および筒内噴射弁22からの燃料の噴射を停止し、気筒#2,#3,#4の燃焼室20内の混合気の空燃比を理論空燃比よりもリッチとする。この処理は、第1に三元触媒32の温度を上昇させるための処理である。すなわち、排気通路30に酸素と未燃燃料とを排出することによって、三元触媒32において未燃燃料を酸化させて三元触媒32の温度を上昇させる。第2に、GPF34の温度を上昇させ、高温となったGPF34に酸素を供給してGPF34が捕集したPMを酸化除去するための処理である。すなわち、三元触媒32の温度が高温となると、高温の排気がGPF34に流入することによってGPF34の温度が上昇する。そして、高温となったGPF34に酸素が流入することによって、GPF34が捕集したPMが酸化除去される。
詳しくは、CPU72は、気筒#1のポート噴射弁16および筒内噴射弁22に対する要求噴射量Qdに「0」を代入する。一方、CPU72は、ベース噴射量Qbに増量係数Kを乗算した値を、気筒#2,#3,#4の要求噴射量Qdに代入する。ベース噴射量Qbは、混合気の空燃比を理論空燃比とするための噴射量である。CPU72は、充填効率ηに所定の係数を乗算することによって、ベース噴射量Qbを算出する。
CPU72は、増量係数Kを、それら気筒#2,#3,#4から排気通路30に排出される排気中の未燃燃料が、気筒#1から排出される酸素と過不足なく反応する量以下となるように設定する。詳しくは、CPU72は、GPF34の再生処理の初期には、三元触媒32の温度を早期に上昇させるべく、気筒#2,#3,#4内の混合気の空燃比を、上記過不足なく反応する量に極力近い値とする。
一方、CPU72は、実行フラグFcが「1」であると判定する場合(S16:YES)、堆積量DPMが停止用閾値DPML以下であるか否かを判定する(S22)。停止用閾値DPMLは、GPF34に捕集されているPMの量が十分に小さくなり、再生処理を停止させてもよい値に設定されている。CPU72は、停止用閾値DPMLよりも大きいと判定する場合(S22:NO)、回転変動量Δωの大きさが所定量Δωth以上であるか否かを判定する(S24)。回転変動量Δωは、クランク軸26の瞬時速度変数の変動量を定量化した値である。ここで、瞬時速度変数とは、圧縮上死点の出現間隔以下の間隔におけるクランク軸26の回転速度を示す変数である。瞬時速度変数は、たとえば、同間隔だけクランク軸26が回転するのに要する時間で同間隔を除算した値としたり、同時間自体としたりすればよい。回転変動量Δωは、時系列的に前後する瞬時速度変数の値同士の差によって定量化される。ちなみに、機関回転速度NEは、圧縮上死点の出現間隔よりも大きい角度間隔における平均的な回転速度である。
上記所定量Δωthは、後述の振動抑制処理がなされることによって、本来なら生じえない大きい値に設定されている。
CPU72は、所定量Δωth未満であると判定する場合(S24:NO)、S20の処理に移行する。一方、CPU72は、所定量Δωth以上であると判定する場合(S24;YES)、禁止フラグFfに「1」を代入する(S26)。
そしてCPU72は、停止用閾値DPML以下となる場合(S22:YES)と、S26の処理を完了する場合と、には、S20の処理を停止または中止し、実行フラグFcに「0」を代入する(S28)。ここで、S22の処理において肯定判定される場合には、S20の処理が完了したとして停止され、S26の処理を完了する場合には、S20の処理が未だ完了していない段階で中止される。
なお、CPU72は、S20,S28の処理を完了する場合と、S18の処理において否定判定する場合と、には、図2に示す一連の処理を一旦終了する。ちなみに、禁止フラグFfは、トリップの開始に伴って初期化される。ここで、トリップとは、車両の走行を可能とするスイッチがオン状態となっている連続した期間のこととする。このスイッチがオン状態とされると、たとえば第1インバータ56および第2インバータ58とバッテリとの間のシステムメインリレーがオン状態とされる。
(振動抑制処理)
制御装置70は、再生処理が実行される場合、再生処理に起因した車両の振動を抑制するための処理を実行する。この処理は、第1モータジェネレータ52および第2モータジェネレータ54を操作対象とする処理である。
図3に、上記再生処理に起因した車両の振動を抑制するための処理の手順を示す。図3に示す処理は、ROM74に記憶されたプログラムをCPU72がたとえば所定周期で繰り返し実行することにより実現される。
図3に示す一連の処理において、CPU72は、まず、機関回転速度NE、第1回転速度Nmg1、第2回転速度Nmg2、機関要求トルクTe*、第1要求出力Pmg1*、および第2要求出力Pmg2*を取得する(S30)。第1回転速度Nmg1は、第1モータジェネレータ52の回転軸52aの回転速度である。第1回転速度Nmg1は、CPU72により、出力信号Sm1に基づき算出される。第2回転速度Nmg2は、第2モータジェネレータ54の回転軸54aの回転速度である。第2回転速度Nmg2は、CPU72により、出力信号Sm2に基づき算出される。また、機関要求トルクTe*は、内燃機関10に対する要求トルクである。また、第1要求出力Pmg1*は、第1モータジェネレータ52に対する要求出力である。また、第2要求出力Pmg2*は、第2モータジェネレータ54に対する要求出力である。これら要求トルクおよび要求出力は、CPU72によって算出される。CPU72は、機関回転速度NEと機関要求トルクTe*との積である機関要求出力Pe*と、上記2つの要求出力との和が、要求出力Pd*となるようにする。要求出力Pd*は、CPU72により、アクセル操作量ACCPと、出力側回転速度Npと、第1モータジェネレータ52に対する要求発電量Pg*とに基づき算出される。出力側回転速度Npは、リングギアRの回転速度であり、CPU72により、出力信号Spに基づき算出される。
次にCPU72は、第1要求出力Pmg1*を第1回転速度Nmg1で除算した値を、第1要求トルクベース値Tmg1b*に代入する(S32)。また、CPU72は、第2要求出力Pmg2*を第2回転速度Nmg2で除算した値を、第2要求トルクベース値Tmg2b*に代入する(S34)。
次に、CPU72は、実行フラグFcが「1」であるか否かを判定する(S36)。CPU72は、実行フラグFcが「1」であると判定する場合(S36:YES)、第1重畳トルクΔTmg1*を算出する(S38)。第1重畳トルクΔTmg1*は、再生処理に伴う車両の振動を抑制するためのトルクである。CPU72は、機関回転速度NE、機関要求トルクTe*および第1回転速度Nmg1に基づき、第1重畳トルクΔTmg1*を可変設定する。ここで可変設定される対象は、第1重畳トルクΔTmg1*の位相、大きさ、および波形である。次に、CPU72は、第1要求トルクベース値Tmg1b*に第1重畳トルクΔTmg1*を加算した値を、第1要求トルクTmg1*に代入する(S40)。そして、CPU72は、第1モータジェネレータ52のトルクを第1要求トルクTmg1*に制御すべく、第1インバータ56に操作信号MS5を出力する(S42)。
また、CPU72は、第2重畳トルクΔTmg2*を算出する(S44)。第2重畳トルクΔTmg2*は、再生処理に伴う車両の振動を抑制するためのトルクである。CPU72は、機関回転速度NE、機関要求トルクTe*および第2回転速度Nmg2に基づき、第2重畳トルクΔTmg2*を可変設定する。ここで可変設定される対象は、第2重畳トルクΔTmg2*の位相、大きさ、および波形である。次に、CPU72は、第2要求トルクベース値Tmg2b*に第2重畳トルクΔTmg2*を加算した値を、第2要求トルクTmg2*に代入する(S46)。そして、CPU72は、第2モータジェネレータ54のトルクを第2要求トルクTmg2*に制御すべく、第2インバータ58に操作信号MS6を出力する(S48)。
第1重畳トルクΔTmg1*と第2重畳トルクΔTmg2*との重畳に起因した、第1モータジェネレータ52および第2モータジェネレータ54の出力の増量量は、気筒#1の燃焼制御の停止に伴う内燃機関10の出力の低下量と等しく設定されている。これは、内燃機関10、第1モータジェネレータ52および第2モータジェネレータ54の出力の合計量を要求出力Pd*とするための設定である。
一方、CPU72は、実行フラグFcが「0」であると判定する場合(S36:NO)、第1要求トルクTmg1*に第1要求トルクベース値Tmg1b*を代入する(S50)。そして、CPU72は、第1モータジェネレータ52のトルクを第1要求トルクTmg1*に制御すべく、第1インバータ56に操作信号MS5を出力する(S52)。また、CPU72は、第2要求トルクTmg2*に第2要求トルクベース値Tmg2b*を代入する(S54)。そして、CPU72は、第2モータジェネレータ54のトルクを第2要求トルクTmg2*に制御すべく、第2インバータ58に操作信号MS6を出力する(S56)。
なお、CPU72は、S48,S56の処理を完了する場合、図3に示す一連の処理を一旦終了する。
ここで、本実施形態の作用および効果について説明する。
CPU72は、再生処理を実行する場合、第1モータジェネレータ52に第1重畳トルクΔTmg1*を重畳し、第2モータジェネレータ54に第2重畳トルクΔTmg2*を重畳する。また、CPU72は、再生処理を実行している間、クランク軸26の回転変動量Δωを監視する。そしてCPU72は、回転変動量Δωの大きさが所定量Δωth以上であると判定する場合、再生処理を中止する。しかも、CPU72は、禁止フラグFfに「1」を代入することによって、そのトリップにわたって再生処理の実行を禁止する。これにより、内燃機関10等の個体差および経年変化に起因して、第1重畳トルクΔTmg1*および第2重畳トルクΔTmg2*によって車両の振動を十分に抑制できない場合であっても、再生処理に伴う車両の振動を解消できる。
ちなみに、ここで、振動を抑制できなくなる要因としての内燃機関10の個体差および経年変化は、たとえば特定の気筒に堆積物が堆積することによって、気筒間の容積の差が過度に大きくなるものがある。その場合、再生処理時の内燃機関10のトルク段差が想定以上に大きくなったり、抑制する対象としていた周波数帯とは異なる周波数帯の振動が顕在化したりするおそれがある。
<対応関係>
上記実施形態における事項と、上記「課題を解決するための手段」の欄に記載した事項との対応関係は、次の通りである。停止処理は、S20の処理に対応する。補償処理は、S38~S48の処理に対応する。中止処理は、S24~S28の処理に対応する。回転電機は、第1モータジェネレータ52および第2モータジェネレータ54に対応する。
<その他の実施形態>
なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態および以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・上記実施形態では、1トリップの間、再生処理を禁止したが、これに限らない。たとえば、修理工場において所定の処理がなされるまで再生処理を禁止してもよい。
・第1重畳トルクΔTmg1*と第2重畳トルクΔTmg2*との重畳に起因した、第1モータジェネレータ52および第2モータジェネレータ54の出力の増量量が、気筒#1の燃焼制御の停止に伴う内燃機関10の出力の低下量と等しいことは必須ではない。たとえば、気筒#1の燃焼制御の停止に伴う内燃機関10の出力の低下量を、気筒#2~#4の出力の増量によって補償してもよい。その場合、第1重畳トルクΔTmg1*と第2重畳トルクΔTmg2*とのそれぞれを、時間平均値がゼロの正弦波形状とトルクとすればよい。この場合であっても、第1重畳トルクΔTmg1*と第2重畳トルクΔTmg2*とを重畳しない場合と比較して、振動を抑制できる。
・停止処理としては、再生処理に限らない。たとえば、内燃機関10の出力を調整するために、一部の気筒における燃焼制御を停止する処理であってもよい。
・ハイブリッド車両としては、シリーズパラレルハイブリッド車両に限らない。たとえば、パラレルハイブリッド車であってもよい。
10…内燃機関
12…吸気通路
20…燃焼室
26…クランク軸
50…遊星歯車機構
52…第1モータジェネレータ
54…第2モータジェネレータ
60…駆動輪
70…制御装置

Claims (1)

  1. 内燃機関のクランク軸に回転電機の回転軸が接続されたハイブリッド車両に適用され、
    前記内燃機関は、複数の気筒を備えており、
    前記内燃機関の一部の気筒の燃焼制御を停止する停止処理と、
    前記停止処理が実行される場合、前記一部の気筒の燃焼制御の停止に伴う前記内燃機関のトルクの低下による前記クランク軸の回転変動を補償するためのトルクを、前記回転電機によって生成する補償処理と、
    前記停止処理が実行されているときに、前記クランク軸の回転速度の変動量の大きさが所定量以上となる場合に、前記停止処理を中止する中止処理と、を実行するハイブリッド車両の制御装置。
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