JP5434416B2

JP5434416B2 - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP5434416B2
Application number: JP2009212802A
Authority: JP
Inventors: 一保堂園; 義隆野元; 晃大久
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-09-15
Also published as: JP2011063047A

Description

本発明は、動力源としてのエンジン及びモータと、該モータに電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。

特許文献１には、所謂パラレル方式のハイブリッド車両に関して、車速とアクセル開度とにより規定される車両の走行領域を第１走行領域と第２走行領域とに区分して予め設定し、車両の走行状態が第１走行領域に属するときは、バッテリの電力に基づくモータ走行を行い、車両の走行状態が第２走行領域に属するときは、エンジン走行又はパラレル走行（エンジンの駆動力とモータの駆動力とを併用した走行）を行う技術が開示されている。

また、特許文献２には、所謂シリーズ方式のハイブリッド車両に関して、走行領域の区分を特許文献１の技術と同様に設定し、車両の走行状態が第１走行領域に属するときは、バッテリの電力に基づくモータ走行を行い、車両の走行状態が第２走行領域に属するときは、エンジン駆動により生じるジェネレータの発電電力を用いたモータ走行を行う技術が開示されている。

これらの特許文献１及び２の技術によれば、エンジンを休止させてバッテリの電力を用いる走行（モータ走行）と、少なくともエンジンで発生させた動力を用いる走行（エンジン走行、パラレル走行、又は、エンジンの動力を用いたモータ走行）との間の切り替えが、車両の走行状態に応じて適宜行われるため、エネルギを効率よく利用しつつ、所望の駆動力を確保することができる。

特開平６−８００４８号公報特開２００８−１８９０６９号公報

ところで、車両に搭載されるエンジンに継続して高負荷がかかると、エンジンの点火プラグの温度が著しく上昇することにより、点火前に燃料が着火してしまい、エンジンの出力を十分に得られないことがある。このような早期着火は、特に、水素燃料などの着火性の高い燃料を使用する場合に生じやすい。

この問題は、上記のようなハイブリッド車両に搭載されたエンジンでも同様であり、ハイブリッド車両に関して、上述のような早期着火の発生を抑制するための技術の開発が求められる。

そこで、本発明は、エンジンにおける燃料の早期着火の発生を抑制することができるハイブリッド車両の制御装置を提供することを、基本的な目的とする。

上記課題を解決するため、本願の請求項１に記載の発明は、
車両の動力源としてのエンジン及びモータと、該モータに電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
車速を検出する車速検出手段と、
車両の負荷を検出する負荷検出手段と、
これらの検出手段による検出結果に基づき、走行状態が、車速が所定速度未満で且つ負荷が所定負荷未満である第１走行領域と、該第１走行領域以外の第２走行領域とのいずれに属するかを判定する判定手段と、
該判定手段により、走行状態が第１走行領域に属すると判定されたときは、前記エンジンを休止させて、前記バッテリの電力を用いたモータによる走行を行い、第２走行領域に属すると判定されたときは、前記エンジンの動力を利用した走行を行うように制御する制御手段と、
前記判定手段により走行状態が第２走行領域に属すると判定され、且つ、前記負荷検出手段により高負荷状態が所定時間継続して検出されたときに、前記第１走行領域が拡大するように第１走行領域と第２走行領域とを区切る車速および負荷の各閾値をより高い閾値に変更する領域変更手段と、
前記エンジンに供給する燃料として、第１の燃料、又は、第１の燃料よりも着火性が低い第２の燃料のいずれかを選択する燃料選択手段と、を備え、
前記領域変更手段は、第１走行領域を拡大させるような前記閾値の変更を、前記燃料選択手段により第１の燃料が選択されているときのみ実行し、
前記制御手段は、前記燃料選択手段により第１の燃料が選択されている場合において、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されたとき、前記エンジンに供給する燃料を第２の燃料に切り換える、ことを特徴とする。

ここで、「高負荷状態が所定時間継続する」とは、例えばアクセル開度が全開又はほぼ全開の状態が所定時間継続する場合や、所定時間内における全開又はほぼ全開状態にある時間の割合が所定割合以上の場合などをいう。

本願の請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置は、請求項１に記載の発明において、
前記領域変更手段は、第１走行領域が拡大するように前記閾値を変更するとき、前記負荷検出手段により検出された高負荷状態の継続時間が長いほど前記第１走行領域の拡大量を大きくすることを特徴とする。

本願の請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置は、請求項１または２に記載の発明において、
前記領域変更手段は、第１走行領域が拡大するように前記閾値を変更するとき、該変更状態が維持される領域変更期間を、前記負荷検出手段により検出された高負荷状態の継続時間が長いほど長くすることを特徴とする。

本願の請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置は、請求項３に記載の発明において、
前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段を備え、
前記領域変更手段は、第１走行領域が拡大するように前記閾値を変更するとき、前記充電状態検出手段により検出された前記バッテリの残充電量が所定量よりも少ない場合は、残充電量が所定量以上の場合に比べて、前記第１走行領域の拡大量を小さくし、且つ／又は、前記領域変更期間を短くすることを特徴とする。

本願の請求項５に記載のハイブリッド車両の制御装置は、請求項１〜４のいずれか１項に記載の発明において、
前記ハイブリッド車両は、
前記エンジンの出力軸に連結され、前記バッテリを充電すると共にモータとしての作動が可能なジェネレータが備えられ、
前記モータは、該ジェネレータの発電電力または前記バッテリからの電力の少なくとも一方により駆動されるように構成され、
前記制御手段は、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されており、且つ、前記判定手段により走行状態が第１走行領域に属していると判定されたとき、前記バッテリから前記ジェネレータに電力を供給することで、該ジェネレータにより前記エンジンをモータリングし、該モータリングにより前記エンジンの燃焼室内へ外気を導入させることを特徴とする。

本願の請求項６に記載のハイブリッド車両の制御装置は、請求項１〜５のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御手段は、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されており、且つ、前記エンジンに供給される燃料が第２の燃料に切り換えられており、且つ、前記判定手段により走行状態が第２走行領域に属すると判定されたときは、空燃比がリーンとなるように前記エンジンに第２の燃料を供給して該エンジンの動力を利用した走行を行うとともに、駆動力の不足分を前記バッテリの電力でモータを駆動することにより補うように制御することを特徴とする。

本願の請求項７に記載のハイブリッド車両の制御装置は、請求項１〜６のいずれか１項に記載の発明において、
前記制御手段は、
前記燃料選択手段により第１の燃料が選択されている場合において、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されたとき、この時点から遡る過去の所定時間内に早期着火が生じなかった場合は、前記エンジンに供給する燃料を第１の燃料に維持し、
前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されており、且つ、前記エンジンに供給される燃料が第１の燃料に維持されており、且つ、前記判定手段により走行状態が第２走行領域に属すると判定されたときは、空燃比がリーンとなるように前記エンジンに第１の燃料を供給して該エンジンの動力を利用した走行を行うとともに、駆動力の不足分を前記バッテリの電力でモータを駆動することにより補うように制御することを特徴とする。

本願の請求項１の発明によれば、車両の走行状態がエンジンの動力を利用する第２走行領域に属し、且つ、高負荷状態が所定時間継続したとき、つまり、エンジンの点火プラグの過熱が予測されるとき、エンジンの休止により点火プラグの温度を下げることができる第１走行領域が拡大されるため、走行領域に応じた走行を行いつつ、点火プラグが冷却される機会を増やすことにより、点火プラグの過熱による早期着火の発生を抑制することができる。また、第１の燃料と第２の燃料が選択的に供給される場合において、第１走行領域を拡大させる走行領域の区分の変更が、比較的着火性の高い第１の燃料が選択されているときのみ実行されるため、早期着火の発生の抑制を図りつつ、早期着火が起こり難い第２の燃料選択時には通常の運転を行うことができる。さらに、第１の燃料選択時に第１走行領域が拡大するように走行領域の区分が変更されると、エンジンに供給される燃料が比較的着火性の低い第２の燃料に切り換えられるため、点火プラグの温度が十分に低下していない状態であっても早期着火を防止することができる。

本願の請求項２の発明によれば、高負荷状態の継続時間が長いほど、つまり、点火プラグが過熱されやすいときほど、前記第１走行領域が大きく拡大されるため、早期着火の発生を効果的に抑制することができる。

本願の請求項３の発明によれば、高負荷状態の継続時間が長いほど、つまり、点火プラグが過熱されやすいときほど、領域変更期間が長く設定されるため、早期着火の発生を効果的に抑制することができる。

本願の請求項４の発明によれば、バッテリの残充電量が所定量よりも少ない場合は、前記第１走行領域の拡大量が小さくされたり、領域変更期間が短縮されたりするため、バッテリの電力を用いたモータ走行の機会の増大を抑制することができる。そのため、バッテリの残充電量が過剰に少なくなることによる不具合、例えばモータ走行に支障を来す等の不具合を回避しつつ、早期着火の発生を抑制することができる。

本願の請求項５の発明によれば、第１走行領域が拡大するように走行領域の区分が変更されて、走行状態がエンジンの動力を利用しない第１走行領域に属することとなったとき、ジェネレータによりエンジンがモータリングされるため、該モータリングによるエンジンの燃焼室内への外気の導入によって、点火プラグを効率的に冷却することができる。

本願の請求項６及び請求項７の発明によれば、第１走行領域が拡大するように走行領域の区分が変更された状態において走行状態が第２走行領域に属しているときは、空燃比をリーンにすることにより早期着火の発生を抑制しつつ、駆動力の不足分をバッテリの電力でモータを駆動することで補うことにより所望の駆動力を確保することができる。

本発明の一実施形態に係るシリーズハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。図１に示す車両の制御システム図である。車両の走行領域を区分するマップである。高負荷状態の継続時間と領域Ａの拡大量との関係を示すグラフである。高負荷状態の継続時間と領域変更期間との関係を示すグラフである。バッテリの残充電量と補正係数との関係を示すグラフである。車両のコントロールユニットが行う具体的制御動作の一例を示すフローチャートである。図７に示す制御動作の続きを示すフローチャートである。走行領域の区分が変更されない場合における各種要素の経時的変化の一例を示すタイムチャートである。走行領域の区分が変更される場合における各種要素の経時的変化の一例を示すタイムチャートである。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

先ず、図１を参照しながら、本実施形態に係る車両１の全体構成について説明する。車両１は、所謂シリーズ方式のハイブリッド車両であるが、本発明は、シリーズ方式以外の方式、例えば所謂パラレル方式のハイブリッド車両にも適用することができる。

図１に示すように、車両１は、該車両１の動力源としてのエンジン１０及びモータ６０と、該モータ６０に電力を供給する高電圧バッテリ４０とを備えている。また、車両１は、エンジン１０の出力軸に連結され、バッテリ４０を充電するとともにモータとしての作動が可能なジェネレータ２０を備えている。さらに、ジェネレータ２０とバッテリ４０との間には第１インバータ３０が介在して設けられ、バッテリ４０とモータ６０との間には第２インバータ５０が介在して設けられている。

車両１の駆動源は専らモータ６０である。モータ６０は、ジェネレータ２０の発電電力またはバッテリ４０からの電力の少なくとも一方により駆動される。このモータ６０の駆動力は、デファレンシャル装置７０を介して左右の駆動輪（実施形態では前輪）７１，７２に伝達され、これにより、車両１が走行する。また、モータ６０は、ジェネレータとしての作動が可能であり、車両１の減速時にモータ６０がジェネレータとして作動することで、モータ６０においてエネルギ回生が行われる。

エンジン１０の駆動力は、ジェネレータ２０の発電に用いられる。このエンジン１０は、ガソリン燃料タンク８０に貯留されている液体燃料としてのガソリンと、水素燃料タンク９０に貯留されている気体燃料としての水素とが選択的に供給されるデュアルフューエルエンジンである。ここで、ガソリン燃料と水素燃料とを比較すると、着火性はガソリン燃料よりも水素燃料の方が高い。よって、エンジン１０における早期着火は、特に、水素燃料使用時に発生しやすく、早期着火の発生を確実に抑制する観点においては、ガソリン燃料を使用する方が有利である。

次に、図２を参照しながら、車両１の制御システムについて説明する。

図２に示すように、本実施形態に係るエンジン１０は、ツインロータ式のロータリエンジンであって、ロータハウジング１１のトロコイド面に３点で接し３つの作動室を画成するロータ１２が回転することにより、出力軸としてのエキセントリックシャフト１３が回転駆動される。ロータハウジング１１には吸気通路１４と排気通路１６が接続されており、吸気通路１４にはスロットル弁１５とガソリン燃料噴射弁１０２が配設され、排気通路１６には排気浄化触媒１７が配設されている。水素燃料噴射弁１０３及び点火プラグ１０４は、ロータハウジング１１の作動室に臨むようにしてロータハウジング１１に取り付けられている。なお、図２において吸気通路１４及び排気通路１６に図示した矢印は、吸気または排気の流れを示している。

車両１には、バッテリ４０を出入りする電流およびバッテリ４０の電圧を検出するバッテリ電圧・電流センサ１１１と、乗員の操作によりエンジン１０に供給される燃料をガソリン燃料と水素燃料との間で切り換えるための燃料切換スイッチ１１２と、車速（車両１の走行速度）を検出する車速センサ１１３と、車両の負荷としてアクセル開度（アクセルペダルの踏み込み量）を検出するアクセル開度センサ１１４と、が搭載されている。上記のセンサのうち、バッテリ電圧・電流センサ１１１は、特許請求の範囲における「充電状態検出手段」に相当し、燃料切換スイッチ１１２は、特許請求の範囲における「燃料選択手段」に相当し、車速センサ１１３は、特許請求の範囲における「車速検出手段」に相当し、アクセル開度センサ１１４は、特許請求の範囲における「負荷検出手段」に相当するものである。

これらのバッテリ電圧・電流センサ１１１、燃料切換スイッチ１１２、車速センサ１１３及びアクセル開度センサ１１４の各出力信号は、コントロールユニット１００に入力される。このコントロールユニット１００は、特許請求の範囲における「判定手段」、「制御手段」および「領域変更手段」として機能するものであるが、これらの機能の具体的な構成については後述する。

また、コントロールユニット１００は、第１インバータ３０、第２インバータ５０、スロットル弁アクチュエータ１０１、ガソリン燃料噴射弁１０２、水素燃料噴射弁１０３、及び点火プラグ１０４に制御信号を出力する。

図３に示すように、コントロールユニット１００には、車速と車両の負荷（アクセル開度）とにより規定される車両１の走行領域が領域Ａ、領域Ｂ及び領域Ｃに区分されて予め設定されている。

領域Ａは、車速が所定閾値未満で且つアクセル開度が所定閾値未満である領域、すなわち低負荷走行が行われる領域である。また、領域Ｃは、車速が領域Ａの閾値よりも小さな所定閾値未満で且つアクセル開度が領域Ａの閾値よりも大きな所定閾値以上である領域、すなわち高負荷低車速走行が行われる領域である。さらに、領域Ｂは、領域Ａ及び領域Ｃ以外の領域、すなわち主として中負荷走行が行われる領域である。なお、特許請求の範囲における「第１走行領域」に相当する領域は領域Ａであり、特許請求の範囲における「第２走行領域」に相当する領域は、領域Ｂと領域Ｃとを合わせた領域である。

コントロールユニット１００は、車速センサ１１３とアクセル開度センサ１１４による検出結果に基づき、車両１の走行状態が上記領域Ａ〜Ｃのいずれに属するかを判定し、この判定結果に応じて、モータ６０への電力供給源を適宜切り替えるように制御する。

具体的に、車両１の走行状態が領域Ａに属するとき、すなわち低負荷走行時は、バッテリ４０から第２インバータ５０を介してモータ６０に電力が供給されることで、エンジン１０を休止させてバッテリ４０の電力のみを用いたモータ走行が行われる。

これに対して、車両１の走行状態が領域Ｃに属するとき、すなわち高負荷低車速走行時は、バッテリ４０の電力とエンジン１０の動力とを併用した走行が行われる。具体的には、エンジン１０の駆動により生じるジェネレータ２０の発電電力と、バッテリ４０からの電力とがモータ６０に供給されることで、エンジン１０駆動による発電とバッテリ６０の放電とに基づくモータ走行が行われる。

また、車両１の走行状態が領域Ｂに属するとき、すなわち、領域Ａ、Ｃ以外での主として中負荷の領域での走行時は、バッテリ４０の電力とエンジン１０の動力とのうちエンジン１０の動力のみを利用した走行が行われる。具体的には、エンジン１０の駆動により生じるジェネレータ２０の発電電力が第１及び第２のインバータ３０，５０を介してモータ６０に供給されることで、エンジン１０駆動による発電のみに基づくモータ走行が行われる。

なお、エンジン１０の駆動によりジェネレータ２０で発電が行われるとき、ジェネレータ２０の発電電力の余剰分が第１インバータ３０を介してバッテリ４０に供給されることにより、バッテリ４０が充電される。また、バッテリ４０の充電は、車両１の減速時にモータ６０を発電機として作動させることによって発生する回生電力が第２インバータ５０を介してバッテリ４０に供給されることによっても行われる。

ところで、エンジン１０の動力を利用した走行中にアクセル開度が全開又はほぼ全開の状態が連続的または断続的に継続されると、エンジン１０の点火プラグの温度が著しく上昇し、早期着火が生じやすくなる。

このような早期着火の発生を抑制するため、コントロールユニット１００は、車両１の走行状態が領域Ｂまたは領域Ｃに属すると判定し、且つ、アクセル開度センサ１１４により高負荷状態が所定時間継続して検出されたとき、領域Ａが拡大するように走行領域の区分を変更する（図３の一点鎖線参照）。具体的には、車速とアクセル開度の両者に関して、領域Ａと領域Ｂとを区切る閾値が増大するように走行領域の区分が変更される。

なお、本実施形態において、「高負荷状態が所定時間継続する」とは、所定時間内におけるアクセル開度が全開又はほぼ全開状態にある時間（全開走行時間）の割合が所定割合以上であることをいう。つまり、本実施形態において、「高負荷状態が継続する状態」には、アクセル開度が全開又はほぼ全開である状態が連続する場合のみならず、アクセル開度が断続的に全開又はほぼ全開になる状態も含まれる。

よって、本実施形態によれば、高負荷状態の継続に伴うエンジン１０の点火プラグの過熱が予測される走行状態であるとき、領域Ａが拡大されるため、走行領域に応じた走行を継続しつつ、走行状態が領域Ａに属する機会、すなわち、エンジン１０の休止により点火プラグが冷却される機会を増やすことにより、点火プラグの過熱に伴う早期着火の発生を抑制することができる。

走行領域の区分が変更されるときは、領域Ａの拡大量（領域Ｂの縮小量）と、領域Ａが拡大するように走行領域の区分が変更された状態が維持される領域変更期間とが、図４〜図６のマップに基づき設定される。

領域Ａの拡大量は、図４のマップで求められる値が図６のマップに基づき補正されることで設定される。なお、領域Ａの拡大量は、図３の横軸（車速）の閾値の増加幅と図３の縦軸（アクセル開度）の閾値の増加幅とのそれぞれについて設定される。

図４に示すように、領域Ａの拡大量の補正前の値は、高負荷状態の継続時間（現在の高負荷状態が開始された時点から現時点までの時間）が長いほど大きく設定される。よって、エンジン１０の点火プラグが過熱されやすいときほど、領域Ａが大きく拡大されることとなるため、早期着火の発生を効果的に抑制することができる。

同様に、領域変更期間は、図５のマップで求められる値が図６のマップに基づき補正されることで設定される。

図５に示すように、領域変更期間は、高負荷状態の継続時間が長いほど長く設定される。よって、エンジン１０の点火プラグが過熱されやすいときほど、領域Ａが長期間拡大されることとなるため、早期着火の発生を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態では、領域Ａの拡大量と領域変更期間との両方が、高負荷時間の継続時間に応じて設定されるが、本発明においては、領域Ａの拡大量または領域変更期間の一方のみを高負荷状態の継続時間に応じて設定し、他方を一定の値に固定するようにしてもよい。

図４のマップで求められた値、及び図５のマップで求められた値は、図６のマップで求められる補正係数が乗じられることで補正され、該補正後の値が、領域Ａの拡大量または領域変更期間として設定される。

図６のマップでは、バッテリ４０の残充電量ＳＯＣに応じて補正係数（０〜１）が求められる。具体的に説明すると、先ず、残充電量ＳＯＣが、第１の量ＳＯＣ１以下であるとき、すなわち、バッテリ４０の電力のみを用いたモータ走行を行うには不十分な量であるとき、補正係数は０に設定されて、領域Ａの拡大は行われない。一方、残充電量ＳＯＣが、第１の量ＳＯＣ１よりも大きな第２の量ＳＯＣ２以上であるとき、補正係数は１に設定され、図４と図５のマップで求められた値がそのまま領域Ａの拡大量または領域変更期間として設定される。また、残充電量ＳＯＣが、第１の量ＳＯＣ１よりも多く第２の量ＳＯＣ２よりも少ないとき、補正係数は、０よりも大きく１よりも小さな値で、且つ、残充電量ＳＯＣが多いほど大きくなるように設定される。

このように、バッテリ４０の残充電量ＳＯＣが第２の量ＳＯＣ２よりも少ない場合は、残充電量ＳＯＣが第２の量ＳＯＣ２以上である場合に比べて、領域Ａの拡大量がより小さく、領域変更期間がより短く設定されるため、領域Ａが拡大された状態におけるバッテリ４０の電力を用いたモータ走行の機会の増大を抑制することができる。そのため、バッテリ４０の残充電量ＳＯＣが過剰に少なくなることによる不具合、例えばモータ走行に支障を来す等の不具合を回避しつつ、早期着火の発生を抑制することができる。

なお、本実施形態では、図４のマップで求められた領域Ａの拡大量と、図５のマップで求められた領域変更期間との両方が、図６のマップに基づき補正されるが、本発明においては、領域Ａの拡大量と領域変更期間の一方のみを図６のマップに基づき補正し、他方については、図４又は図５のマップで求められる値をそのまま設定するようにしてもよい。

続いて、図７及び図８を参照しながら、コントロールユニット１００で行われる具体的制御動作の一例について説明する。

先ず、ステップＳ１において、各種信号の読み込みが行われる。具体的には、車速、アクセル開度、バッテリ４０の電圧・電流値、及び、燃料切換スイッチ１１２の選択燃料の各信号が読み込まれる。

次のステップＳ２では、ステップＳ１で読み込まれたバッテリ４０の電圧・電流値に基づき、バッテリ４０の残充電量ＳＯＣが算出される。

続くステップＳ３では、ステップＳ１で読み込まれた燃料切換スイッチ１１２の選択燃料に基づき、乗員により選択された燃料が水素であるか否かが判定される。

ステップＳ３の判定の結果、乗員により水素燃料が選択されている場合、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４では、フラグＦが「０」にセットされているか否かが判定される。ここで、フラグＦは、上述のように領域Ａが拡大するように走行領域の区分が変更されているか否かを示すフラグであり、走行領域の区分が初期状態にあるときは「０」にセットされ、走行領域の区分の変更により領域Ａが拡大された状態にあるときは「１」にセットされる。

ステップＳ４の判定の結果、フラグＦが「０」にセットされている場合、すなわち走行領域の区分が初期状態にある場合、ステップＳ５に進む。

ステップＳ５では、車両１の走行状態が、初期状態（拡大前）の領域Ａに属するか否かが判定される。また、ステップＳ５の判定の結果、走行状態が領域Ａに属さない場合、すなわち領域Ｂ又は領域Ｃに属する場合は、さらにステップＳ６において、高負荷状態が所定時間以上継続しているか否かが判定される。具体的には、現時点から起算した過去の所定時間内における全開走行時間（アクセル開度が全開又はほぼ全開の状態にある時間）の割合が所定割合以上であるか否かが判定される。

ステップＳ５及びステップＳ６の判定の結果、走行状態が領域Ａに属する場合、又は、領域Ａに属さないが高負荷状態が所定時間以上継続していない場合、エンジン１０の点火プラグの温度上昇が顕著でなく早期着火が懸念されない状態であることが予測されるため、走行領域の区分が変更されることなく、ステップＳ１９に進み、車両１の走行状態に応じた通常の運転、すなわち図３のマップに従う運転が行われる。

一方、ステップＳ５及びステップＳ６の判定の結果、走行状態が領域Ｂ又は領域Ｃに属し、高負荷状態が所定時間以上継続している場合、エンジン１０の点火プラグの温度が上昇して早期着火が起こりやすい状態であることが予測される。そのため、この場合、領域Ａが拡大するように走行領域の区分を変更するために、ステップＳ７に進む。

ステップＳ７ではフラグＦが「１」にセットされ、ステップＳ８では、現在の高負荷状態が開始された時点から現時点までの時間（高負荷状態の継続時間）と、バッテリ４０の残充電量ＳＯＣとに応じて、領域Ａの拡大量と領域変更期間（設定時間Ｔ１）とが設定される。具体的には、上述のように図４〜図６のマップに基づき、領域Ａの拡大量と領域変更期間（設定時間Ｔ１）とが設定される。

続くステップＳ９では、ステップＳ８の設定に基づき、領域Ａが拡大するように走行領域の区分の変更が実行される。その後、ステップＳ１０においてタイマーのカウントＴが開始された後、後述するステップＳ１１〜ステップＳ１８の処理が行われる。

一方、ステップＳ４の判定の結果、フラグＦが「１」にセットされている場合、すなわち、すでに走行領域の区分の変更が実行されている場合（領域Ａが拡大されている場合）、先ず、ステップＳ２０において、タイマーのカウントＴが設定時間Ｔ１を経過しているか否かが判定される。

ステップＳ２０の判定の結果、タイマーのカウントＴが設定時間Ｔ１を経過している場合、走行領域の区分が初期状態に戻され（ステップＳ２１）、フラグＦが「０」にリセットされて（ステップＳ２２）、車両１の走行状態が属する走行領域に応じた通常運転が行われる（ステップＳ１９）。

一方、ステップＳ２０の判定の結果、タイマーのカウントＴが設定時間Ｔ１に達していない場合、次に説明するステップＳ１１〜ステップＳ１８の処理が引き続き行われる。

ステップＳ１１では、車両１の走行状態が領域Ａに属するか否かが判定され、続くステップＳ１２またはステップＳ１４では、フラグＦが「１」にセットされているか否か、すなわち領域Ａが拡大された状態であるか否かが判定される。

領域Ａが拡大された状態において、ステップＳ１１の判定の結果、車両１の走行状態が、拡大された領域Ａに属する場合は、ステップＳ１２においてフラグＦが「１」であると判定されて、ステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、走行領域に応じた走行、すなわち、エンジン１０を休止させてバッテリ４０の電力のみを用いるモータ走行が行われるとともに、バッテリ４０の電力がジェネレータ２０にも供給されて、ジェネレータ２０によるエンジン１０のモータリングが行われる。このエンジン１０のモータリングにより、エンジン１０の燃焼室に外気が導入されるため、点火プラグを効率的に冷却することができる。このエンジン１０のモータリングは、走行領域の区分が初期状態に戻されるか（ステップＳ２１）、又は、車両１の走行領域が領域Ａ以外の領域（領域Ｂ又は領域Ｃ）に属するようになるまで継続される。

一方、領域Ａが拡大されても、ステップＳ１１の判定の結果、車両１の走行状態が領域Ａに属さない場合、すなわち領域Ｂ又は領域Ｃに属する場合は、ステップＳ１４においてフラグＦが「１」であると判定されて、ステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５では、現時点から遡る過去の所定時間内において早期着火が生じたか否かが判定される。早期着火の発生の有無を判定する方法は特に限定されないが、例えば、現時点から遡る過去の所定時間内におけるジェネレータ２０の発電電流値の低下の有無を検出し、発電電流値の低下が検出された場合は早期着火が発生したと判定し、発電電流値の低下が検出されなかった場合は早期着火が発生しなかったと判定することができる。

ステップＳ１５の判定の結果、早期着火が生じた場合は、ステップＳ１６において、ガソリン燃料が強制選択され、リーン空燃比でエンジン１０が駆動される。このように、エンジン１０に供給される燃料が、水素燃料よりも着火性が低いガソリン燃料に強制的に切り換えられることで、点火プラグの温度が十分に低下していない状態であっても、更なる早期着火の発生を防止することができる。しかも、空燃比がリーンに設定されることにより、一層確実に早期着火の発生を防止することができる。

なお、本実施形態では、ステップＳ１５のようにリーン空燃比でガソリン燃料を使用する場合があるため、エンジン１０の排気系には、リーン空燃比でガソリン燃料を使用した場合でも適切に排気ガスを浄化可能な触媒を設けることが好ましい。

一方、ステップＳ１５の判定の結果、早期着火が生じなかった場合は、ステップＳ１７において、水素燃料が選択されたまま、リーン空燃比でエンジン１０が駆動される。これにより、水素燃料を選択した乗員の意思を尊重しつつ、空燃比をリーンにすることにより、早期着火の発生を抑制することができる。

ステップＳ１６又はステップＳ１７において空燃比がリーンに設定されると、続くステップＳ１８において、空燃比をリーンにしたことにより生じる駆動力の不足分が、バッテリ４０の電力でモータ６０が駆動されることにより補われる。このバッテリ４０の電力による駆動力の補助は、車両１の走行領域が領域Ｃに属する場合のみならず、領域Ｂに属する場合にも行われ、これにより、所望の駆動力を確実に得ることができる。

このように空燃比をリーンにしつつバッテリ４０の電力により駆動力を補助する制御（ステップＳ１５〜ステップＳ１８）は、走行領域の区分が初期状態に戻されるか（ステップＳ２１）、又は、車両１の走行領域が領域Ａに属するようになるまで継続される。

最後に、ステップＳ３の判定の結果、乗員によりガソリン燃料が選択されている場合について説明する。

この場合、走行領域の区分が初期状態であれば、ステップＳ２３において、フラグＦが「０」であると判定されて、走行領域に応じた通常の運転が行われる（ステップＳ１９）。一方、領域変更期間（設定時間Ｔ１）中において、乗員による選択燃料がガソリン燃料に切り換えられた場合、ステップＳ２３においてフラグＦが「１」であると判定された後、ステップＳ２１において、走行領域の区分が初期状態に戻される。その後、続くステップＳ２２で、フラグＦが「０」にリセットされて、走行領域に応じた通常の運転が行われる（ステップＳ１９）。

このように、領域Ａを拡大させる走行領域の区分変更は、比較的着火性が低いガソリン燃料選択時には行われず、比較的着火性が高い水素燃料選択時のみ行われるため、早期着火の発生の抑制を図りつつ、早期着火が起こり難いガソリン燃料選択時には通常の運転を行うことができる。

最後に、図９及び図１０のタイムチャートを参照しながら、図７〜図８の制御動作が行われたときの各種要素の経時的変化の一例について説明する。

図９のタイムチャートは、走行領域の区分が初期状態から変化しない場合の制御動作の一例を示す。

図９に示される初期の状態は、車両１の走行状態が領域Ｂに属し、乗員により選択された水素燃料が使用されてエンジン１０が駆動され、このエンジン１０の動力を利用した発電に基づきモータ走行が行われている状態である。

一方、図９の中期の状態は、アクセル開度が増減して断続的に閾値を下回る状態であり、アクセル開度が閾値未満であるときは、車両１の走行状態が領域Ａに属することとなる。走行状態が領域Ａに属する間は、エンジン１０が休止されてバッテリ４０の電力のみに基づくモータ走行が行われる。

また、図９の終期の状態は、アクセル開度が閾値以上に上昇して、走行状態が再び領域Ｂに属することとなり、これに応じて、エンジン１０の動力を利用した発電に基づきモータ走行が行われている状態である。

これに対して、図１０のタイムチャートは、途中で領域Ａが拡大するように走行領域の区分が変更される場合の制御動作の一例を示す。

図１０の初期の状態は、図９の初期状態と同様であるが、アクセル開度が全開である状態が所定時間継続されることに伴い、領域Ａが拡大するように走行領域の区分が変更される点で異なる。なお、図示は省略するが、全開走行の継続中に早期着火が生じたものとする。

領域Ａが拡大するように走行領域の区分が変更された直後、走行状態は領域Ｂに属したままである。走行状態が領域Ｂに属している間、エンジン１０への供給燃料としてはガソリン燃料が強制的に選択され、リーン空燃比でエンジン１０が駆動されるとともに、駆動力の不足分がバッテリ４０の電力でモータ６０が駆動されることにより補われる。

その後、アクセル開度の減少に伴い、走行状態が領域Ａに属することとなり、これに応じて、エンジン１０が休止されてバッテリ４０の電力に基づく走行が開始される。また、これに併せて、ジェネレータ２０によるエンジン１０のモータリングが開始されて、これにより、点火プラグが冷却される。

さらにその後、アクセル開度は閾値以上に上昇し、走行状態は再び領域Ｂに属することとなる。これに伴い、再び、リーン空燃比でガソリン燃料を使用したエンジン１０の駆動が開始され、バッテリ４０の電力による駆動力の補助も併せて開始される。

図１０の終期では、領域変更期間が終了し、走行領域の区分が初期状態に戻される。これに伴い、エンジン１０への供給燃料は、乗員により選択された水素燃料に戻されて、理想空燃比でエンジン１０が駆動されるとともに、バッテリ４０の電力による駆動力の補助は停止される。

以上、上述の実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではない。

例えば、本発明において使用するエンジンは、上述の実施形態のようなロータリエンジン１０に限られず、レシプロエンジンであってもよい。

また、上述の実施形態では、第１の燃料として水素燃料を使用し、第２燃料としてガソリン燃料を使用する構成について説明したが、本発明は、着火性が第１燃料よりも第２燃料の方が低いという条件を満たすのであれば、第１燃料として水素燃料以外の燃料を使用したり、第２燃料としてガソリン燃料以外の燃料を使用したりすることを妨げるものでない。

さらに、本発明は、２種類の燃料が使用されるデュアルフューエルエンジンを搭載した車両に限らず、１種類の燃料のみが使用されるエンジンを搭載した車両にも適用することができる。

１：車両、１０：エンジン、２０：ジェネレータ、４０：バッテリ、６０：モータ、１００：コントロールユニット、１１１：バッテリ電圧・電流センサ、１１２：燃料切換スイッチ、１１３：車速センサ、１１４：アクセル開度センサ。

Claims

車両の動力源としてのエンジン及びモータと、該モータに電力を供給するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
車速を検出する車速検出手段と、
車両の負荷を検出する負荷検出手段と、
これらの検出手段による検出結果に基づき、走行状態が、車速が所定速度未満で且つ負荷が所定負荷未満である第１走行領域と、車速が前記所定速度以上または負荷が前記所定負荷以上の少なくとも一方である第２走行領域とのいずれに属するかを判定する判定手段と、
該判定手段により、走行状態が第１走行領域に属すると判定されたときは、前記エンジンを休止させて、前記バッテリの電力を用いたモータによる走行を行い、第２走行領域に属すると判定されたときは、前記エンジンの動力を利用した走行を行うように制御する制御手段と、
前記判定手段により走行状態が第２走行領域に属すると判定され、且つ、前記負荷検出手段により高負荷状態が所定時間継続して検出されたときに、前記第１走行領域が拡大するように第１走行領域と第２走行領域とを区切る車速および負荷の各閾値をより高い閾値に変更する領域変更手段と、
前記エンジンに供給する燃料として、第１の燃料、又は、第１の燃料よりも着火性が低い第２の燃料のいずれかを選択する燃料選択手段と、を備え、
前記領域変更手段は、第１走行領域を拡大させるような前記閾値の変更を、前記燃料選択手段により第１の燃料が選択されているときのみ実行し、
前記制御手段は、前記燃料選択手段により第１の燃料が選択されている場合において、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されたとき、前記エンジンに供給する燃料を第２の燃料に切り換える、ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記領域変更手段は、第１走行領域が拡大するように前記閾値を変更するとき、前記負荷検出手段により検出された高負荷状態の継続時間が長いほど前記第１走行領域の拡大量を大きくすることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記領域変更手段は、第１走行領域が拡大するように前記閾値を変更するとき、該変更状態が維持される領域変更期間を、前記負荷検出手段により検出された高負荷状態の継続時間が長いほど長くすることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記バッテリの充電状態を検出する充電状態検出手段を備え、
前記領域変更手段は、第１走行領域が拡大するように前記閾値を変更するとき、前記充電状態検出手段により検出された前記バッテリの残充電量が所定量よりも少ない場合は、残充電量が所定量以上の場合に比べて、前記第１走行領域の拡大量を小さくし、且つ／又は、前記領域変更期間を短くすることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記ハイブリッド車両は、
前記エンジンの出力軸に連結され、前記バッテリを充電すると共にモータとしての作動が可能なジェネレータが備えられ、
前記モータは、該ジェネレータの発電電力または前記バッテリからの電力の少なくとも一方により駆動されるように構成され、
前記制御手段は、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されており、且つ、前記判定手段により走行状態が第１走行領域に属していると判定されたとき、前記バッテリから前記ジェネレータに電力を供給することで、該ジェネレータにより前記エンジンをモータリングし、該モータリングにより前記エンジンの燃焼室内へ外気を導入させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記制御手段は、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されており、且つ、前記エンジンに供給される燃料が第２の燃料に切り換えられており、且つ、前記判定手段により走行状態が第２走行領域に属すると判定されたときは、空燃比がリーンとなるように前記エンジンに第２の燃料を供給して該エンジンの動力を利用した走行を行うとともに、駆動力の不足分を前記バッテリの電力でモータを駆動することにより補うように制御することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記制御手段は、
前記燃料選択手段により第１の燃料が選択されている場合において、前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されたとき、この時点から遡る過去の所定時間内に早期着火が生じなかった場合は、前記エンジンに供給する燃料を第１の燃料に維持し、
前記領域変更手段により第１走行領域が拡大するように前記閾値が変更されており、且つ、前記エンジンに供給される燃料が第１の燃料に維持されており、且つ、前記判定手段により走行状態が第２走行領域に属すると判定されたときは、空燃比がリーンとなるように前記エンジンに第１の燃料を供給して該エンジンの動力を利用した走行を行うとともに、駆動力の不足分を前記バッテリの電力でモータを駆動することにより補うように制御することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド車両の制御装置。