JP6965791B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
特許文献1には、車両の動力源としてエンジンおよびモータを備えるハイブリッド車両の一例が記載されている。通常、ハイブリッド車両では、発進を含む低速運転領域で走行するときにはモータの動力のみによって走行するモータ走行が選択(実行)される一方で、比較的高速の運転領域で走行するときにはエンジンの動力を利用して走行するエンジン走行が選択(実行)される。
また特許文献1には、モータ走行の実行中においてエンジンの温度が低いときに、車両変速機用のオイルとエンジン冷却水との熱交換を通じて同エンジンを暖めておくことが提案されている。これにより、低温状態でのエンジン運転の機会を少なくすることが可能になるため、燃費性能の向上やエミッション性能の向上が図られるようになる。
特開2014−125941号公報
ここで、低温状態でエンジンが運転されると、エンジン内部での燃料の燃焼に際して生じた水分が燃焼室壁面で凝縮してエンジンオイルに混入することがある。エンジンオイルに混入した水分は、エンジンの運転に伴ってエンジンオイルが高温になると蒸発するようになる。
ただし、ハイブリッド車両では、燃費性能やエミッション性能の向上を目的としてモータ走行の延べ実行期間が長くなる傾向にあるため、エンジンオイルの温度が適度に高くなる前にエンジンの運転が停止されるといった短期間でのエンジン運転が繰り返されることが多くなっている。この場合、エンジンが運転される度にエンジンオイル中に水分が混入して蓄積するようになるため、同エンジンオイルが水分によって希釈される現象(いわゆるオイル希釈)が生じてしまう。そして、オイル希釈が生じた状態では、エンジンの運転に際してエンジンオイルが泡立ちやすくなるため、同オイルに含まれる気泡の割合(気泡率)が高くなるおそれがある。これはエンジンオイル、ひいてはエンジンの機能低下を招く一因になるために好ましくない。
本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、オイル希釈による影響を抑えることのできるハイブリッド車両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のハイブリッド車両の制御装置は、動力源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両に適用されて、低速走行時には前記モータの動力のみによって走行するモータ走行を実行するとともに、高速走行時には前記エンジンの動力によって走行するエンジン走行を実行するハイブリッド車両の制御装置であって、前記モータ走行の実行中に前記エンジン走行への切り替え要求があったときにおいて、前記エンジンの内部のオイルの粘度が同オイルの温度に応じて定まる判定閾値よりも低いときには、エンジン回転速度を低速度範囲に制限した状態で前記エンジンを運転するとともに前記モータを作動させる暖機走行を実行した後に、前記エンジン走行に切り替えるものであり、前記モータ走行の実行中に前記エンジン走行への切り替え要求があったときにおいて、前記オイルの粘度が前記判定閾値以上のときには、前記暖機走行を実行することなく、前記エンジン走行に切り替えるものである。
上記構成では、モータ走行からエンジン走行への切り替えに際して、エンジン内部のオイル(いわゆるエンジンオイル)の粘度が低いためにオイル希釈の発生が懸念されるときには、所定期間にわたって、エンジン回転速度を所定の低速度範囲に制限した運転状態、すなわちエンジンオイルの気泡率の上昇を招く可能性の低い運転状態でエンジンが運転される。そして、こうしたエンジンの運転を通じて、エンジン走行に切り替えられる前に、エンジンオイルの温度を上昇させて同エンジンオイルに含まれる水分を蒸発させることができるため、オイル希釈を予め解消させておくことができる。このように上記構成によれば、オイル希釈が生じた場合であれ、エンジンオイルの気泡率の上昇が抑えられる低速度でエンジンを運転することによってオイル希釈を解消した上でエンジン走行に切り替えることができるため、オイル希釈による影響を抑えることができる。しかも上記構成によれば、モータ走行からエンジン走行への切り替えに際して、エンジンオイルの粘度が高いためにオイル希釈の発生の可能性が低いときには、暖機走行を実行せずに、エンジン走行に速やかに切り替えることができる。
一実施形態のハイブリッド車両の制御装置の概略構成を示すブロック図。 ハイブリッド車両に搭載されたエンジンの概略構成を示す略図。 運転制御処理の実行手順を示すフローチャート。 希釈判定処理における判定態様を説明するための説明図。 暖機走行処理の実行手順を示すフローチャート。 (a)〜(d)はモータ走行からエンジン走行への切り替え時における車両運転制御の実行態様の一例を示すタイミングチャート。
以下、ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態について説明する。
図1に示すように、車両10にはその動力源としてのエンジン11と2つのモータとが設けられている。以下では、これらモータのうち、主として発電に使用されるものをジェネレータ12と記載し、主として動力の発生に使用されるものをモータ13と記載する。
エンジン11、ジェネレータ12およびモータ13は、プラネタリーギア機構によって構成された動力分割機構14に接続されている。また、動力分割機構14は減速機構15を介して駆動輪16に接続されている。この動力分割機構14により、エンジン11の動力は、ジェネレータ12を駆動する動力と駆動輪16を駆動する動力とに分割されるようになっている。
さらに車両10には、昇圧コンバータとインバータとを有したパワーコントロールユニット17が設けられている。昇圧コンバータは、ハイブリッド用のバッテリ18の電圧をジェネレータ12およびモータ13の駆動に必要な電圧まで昇圧する。またインバータは、昇圧コンバータによって昇圧された高電圧直流電流をジェネレータ12やモータ13に供給する交流電流に変換するとともに、ジェネレータ12やモータ13が発電機として機能するときには、それらが発電した交流電流を直流電流に変換する。
図2に示すように、エンジン11の気筒にはピストン21が往復動可能に収容されている。ピストン21にはクランクシャフト22がコネクティングロッド23を介して連結されている。エンジン11の内部にはピストン21の頂面と気筒の内周面とによって燃焼室24が区画形成されている。燃焼室24には、吸気バルブ25を介して吸気通路26が接続されるとともに、排気バルブ27を介して排気通路28が接続されている。吸気通路26には、内部に燃料を噴射する燃料噴射弁29が取り付けられている。また燃焼室24には吸気と燃料との混合気を点火するための点火プラグ30が設けられている。
エンジン11の運転時には、その燃焼室24に、吸気通路26を通じて空気が吸入されるとともに燃料噴射弁29から噴射された燃料が供給される。そして、燃焼室24内の吸入空気と噴射燃料とからなる混合気に対して点火プラグ30による火花放電を通じて点火が行われると、その混合気が燃焼してピストン21が往復移動することによってクランクシャフト22が回転する。燃焼後の混合気は排気としてエンジン11の燃焼室24から排気通路28に送り出される。
エンジン11の内部には、吸気バルブ25を開閉するための吸気カムシャフト31と、排気バルブ27を開閉するための排気カムシャフト32とが設けられている。また吸気カムシャフト31と吸気バルブ25との間や、排気カムシャフト32と排気バルブ27との間にはそれぞれ、バルブクリアランスを自動調節するラッシュアジャスタ33が設けられている。
またエンジン11には、エンジンオイルが貯留されるオイルパン34や、同エンジンオイルを圧送するオイルポンプ35が取り付けられている。そして、このオイルポンプ35が作動することにより、オイルパン34内のエンジンオイルがクランクシャフト22、各カムシャフト31,32の軸受け部や各ラッシュアジャスタ33などに供給されるようになっている。
図1に示すように、車両10にはその運転状態を把握するための各種センサが設けられている。そうしたセンサとしては例えば、クランクシャフト22(図2参照)の回転速度(エンジン回転速度NE)を検出するためのクランクセンサ41や、エンジンオイルの温度(オイル温度TO)を検出するための温度センサ42が設けられている。その他、オイルポンプ35(図2参照)によって圧送されたエンジンオイルの圧力(オイル圧力PO)を検出するための圧力センサ43や、車両10の走行速度(車速SPD)を検出するための車速センサ44、バッテリ18の電圧(バッテリ電圧V)を検出するための電圧センサ45なども設けられている。
また、車両10にはマイクロコンピュータを備えて構成される電子制御ユニット40が設けられている。この電子制御ユニット40は、各種センサの出力信号を取り込むとともにそれら出力信号に基づき車両10の運転状態を把握する。そして、その把握した運転状態に応じて、燃料噴射弁29(図2)や点火プラグ30の作動制御などといったエンジン11の運転制御や、ジェネレータ12やモータ13(詳しくは、パワーコントロールユニット17)の作動制御を実行する。
本実施の形態では、基本的に、車両10の運転制御が次のように実行される。
車両10の走行停止時には、エンジン11の燃料消費量の低減を図るために同エンジン11の運転が停止されるとともにモータ13の作動が停止される。車両10の発進時を含む低速走行時には、エンジン11の運転効率が低い(燃料消費量に対する動力発生量が少ない)ため、エンジン11の運転が停止された状態でモータ13が作動される。この場合には、モータ13の動力のみによって車両10を走行させるモータ走行が選択されて実行される。また、車両10の加速時や定速走行時において、バッテリ18の残量が所定量以上であるときには、燃料消費量の低減を図るために、モータ走行が選択されて実行される。一方、車両10の加速時や定速走行時において、バッテリ18の残量が所定量未満であるときには、エンジン11が運転されるとともにモータ13が作動される。この場合には、エンジン11の動力を利用して走行するエンジン走行が選択実行される。
ここで、低温状態でエンジン11が運転された場合には、燃料の燃焼に伴って発生した水分が凝縮して燃焼室24の壁面に付着することによってエンジンオイルに混入したり、未燃燃料が燃焼室24の壁面に付着することによってエンジンオイルに混入したりすることがある。
ハイブリッド車両である本実施形態の車両10では、モータ走行の延べ実行期間が長くなっており、エンジンオイルの温度が適度に高くなる前にエンジン11の運転が停止されるといった短期間でのエンジン11の運転が繰り返されることが多くなっている。この場合、エンジン11が運転される度にエンジンオイル中に水分や未燃燃料が混入して蓄積するようになるため、同エンジンオイルが水分や未燃燃料によって希釈される現象(いわゆるオイル希釈)が生じてしまう。そして、オイル希釈が生じた状態では、エンジン11の運転に際してエンジンオイルが泡立ちやすくなるため、エンジンオイルに含まれる気泡の割合(気泡率)が高くなるおそれがある。
この点をふまえて本実施形態における車両10の運転制御では、モータ走行の実行中にエンジン走行への切り替え要求があったときにおいて、オイル希釈が生じていると判定されているときには、エンジン走行への切り替えに先立ち、エンジン11(詳しくは、エンジンオイル)の温度を上昇させるための暖機走行を実行するようにしている。この暖機走行では、エンジン回転速度NEが所定の低回転速度(例えば1000回転/分)になるようにエンジン11の運転制御が実行されるとともに、所望の駆動トルクが得られるようにモータ13の作動制御が実行される。
以下、暖機走行を実行するための処理を含む車両10の運転制御にかかる処理(運転制御処理)について詳しく説明する。
図3は運転制御処理の具体的な実行手順を示しており、同図のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御ユニット40により実行される。
図3に示すように、この処理では先ず、モータ走行の実行中であり、且つ、車両10の運転領域が高速運転領域(例えば、車速SPDが時速80km以上になる運転領域)であるか否かが判断される(ステップS10)。なお本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、オイル希釈が生じた状態でエンジン走行に切り替えられた場合にエンジンオイルの気泡率の上昇を招くおそれのある高速側の車両運転領域が予め求められており、同車両運転領域が上記高速運転領域として電子制御ユニット40に記憶されている。
そして、モータ走行の実行中ではない場合、あるいは車両10の運転領域が高速運転領域ではない場合には(ステップS10:NO)、以下の処理(ステップS11〜S16)を実行することなく、本処理は終了される。
モータ走行の実行中であり、且つ、車両10の運転領域が高速運転領域である場合には(ステップS10:YES)、バッテリ18の残量が所定量以上であるか否かが判断される(ステップS11)。なお本実施形態では、運転制御処理とは別に、バッテリ電圧Vに基づいてバッテリ18の残量を推定する処理(残量推定処理)が所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット40によって実行されている。ステップS11の処理では、この残量推定処理を通じて推定されているバッテリ18の残量が参照される。
そして、バッテリ18の残量が所定量以上である場合には(ステップS11:YES)、バッテリ18の残量がモータ走行に耐えうる十分に多い量であるとして、モータ走行が継続される(ステップS12)。
一方、バッテリ18の残量が所定量未満である場合には(ステップS11:NO)、バッテリ18の残量が少なくなってしまっているとして、エンジン11を始動および運転する処理(始動運転処理)が実行される(ステップS13〜S16)。なお本実施形態では、ステップS10の処理で肯定判断(YES)されるとともにステップS11の処理で否定判断(NO)されるときが、「モータ走行の実行中にエンジン走行への切り替え要求があったとき」に相当する。
始動運転処理では先ず、オイル希釈が生じているか否かが判断される(ステップS13)。
なお本実施形態では、運転制御処理や残量推定処理とは別に、オイル希釈の発生の有無を判定する処理(希釈判定処理)が所定周期毎の割り込み処理として電子制御ユニット40によって実行されている。ステップS13の処理では、この希釈判定処理による判定結果が参照される。
また本実施形態では、各種の実験やシミュレーションの結果をもとに、オイル圧力PO(エンジンオイルの粘度の指標値)とオイル温度TOとによって定まる領域においてオイル希釈が生じる可能性のある領域とオイル希釈が生じない領域との境界が予め求められており、同境界が判定閾値Jとして電子制御ユニット40に記憶されている。そして上記希釈判定処理では、図4に示すように、オイル温度TOに応じて定まる判定閾値Jよりもオイル圧力POが低いときには、エンジンオイルの粘度(オイル圧力PO)がオイル希釈が生じている可能性のある程度に低くなっているとして、オイル希釈が生じていると判定される。一方、オイル圧力POが判定閾値J以上であるときには、オイル希釈が生じていないと判断できる程度にエンジンオイルの粘度(オイル圧力PO)が高いとして、オイル希釈が生じていないと判定される。
そして、オイル希釈が生じていると判定されるときには(図3のステップS13:YES)、オイル希釈を解消するための暖機走行の実行が開始されるとともに(ステップS14)、実行フラグがオン操作される(ステップS15)。これにより、モータ走行からエンジン走行に切り替えられる前に、一時的に実行フラグがオン操作されて暖機走行が実行されるようになる。
この暖機走行では、エンジン11のクランクシャフト22の回転速度(エンジン回転速度NE)が所定の低回転速度になるようにエンジン11の作動制御が実行されるとともに、車軸を駆動する駆動トルクが車両10の運転状態(アクセル開度など)に応じた値になるようにモータ13の作動制御が実行される。
一方、オイル希釈が生じていないと判定される場合には(ステップS13:NO)、エンジン走行に切り替えられる(ステップS16)。この場合には、暖機走行を実行することなく、車軸を駆動する駆動トルクが車両10の運転状態に応じた値になるように、エンジン11の作動制御とモータ13の作動制御とがそれぞれ実行される。
以下、暖機走行にかかる処理(暖機走行処理)について詳しく説明する。
図5は暖機走行処理の具体的な実行手順を示しており、同図のフローチャートに示される一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御ユニット40により実行される。
図5に示すように、この処理では先ず、実行フラグがオン操作されているか否かが判断される(ステップS20)。そして、実行フラグがオフ操作されている場合には(ステップS20:NO)、以下の処理(ステップS21〜S24)を実行することなく、本処理は終了される。
実行フラグがオン操作されている場合には(ステップS20:YES)、オイル温度TOが所定温度(例えば、摂氏100度)以上であるか否かが判断される(ステップS21)。なお本実施形態では、エンジンオイルに混入した水分や未燃燃料が適度に蒸発するようになる同エンジンオイルの温度が予め求められており、同温度が上記所定温度として電子制御ユニット40に記憶されている。
そして、オイル温度TOが所定温度未満である場合には(ステップS21:NO)、エンジンオイルの温度が低いために同エンジンオイルに混入した水分や未燃燃料が蒸発せずに残留しているおそれがあるとして、エンジン11の温度を上昇させるための暖機走行が実行される(ステップS22)。
一方、オイル温度TOが所定温度以上である場合には(ステップS21:YES)、暖機走行が終了されるとともにエンジン走行に切り替えられる(ステップS23)。この場合には、エンジンオイルの温度が適度に高くなって同エンジンオイルに混入した水分や未燃燃料が蒸発してオイル希釈が解消されたとして、暖機走行が終了されてエンジン走行に切り替えられる。そして、このようにしてエンジン走行に切り替えられた後に、実行フラグがオフ操作されて(ステップS24)、本処理は終了される。
以下、暖機走行を実行することによる作用効果について図6を参照しつつ説明する。
図6は、モータ走行からエンジン走行への切り替え時における車両運転制御の実行態様の一例を示している。
図6に実線で示すように、時刻t1において、モータ走行の実行中にエンジン走行への切り替えが要求されると(図6(a))、このときオイル希釈(図6(b))が生じていると判定されているために、暖機走行(図6(c))の実行が開始される。
暖機走行(時刻t1〜t2)では、エンジン11が始動されるとともにエンジン回転速度NEが低く抑えられた状態、すなわちエンジンオイルの気泡率の上昇を招く可能性の低い運転状態で運転される。こうした暖機走行におけるエンジン11の運転を通じてオイル温度TO(図6(d))が上昇するようになる。
そして、時刻t2においてオイル温度TOが所定温度以上になると、エンジンオイルに混入している水分や未燃燃料が適度に蒸発してオイル希釈が解消された状態になる。この状態で、暖機走行が停止されて、エンジン走行が開始されるようになる。
このように本実施形態によれば、モータ走行からエンジン走行に切り替える際に、オイル希釈の発生が懸念されるときには、所定期間(時刻t1〜t2)にわたって、エンジンオイルの気泡率の上昇を招く可能性の低い運転状態でエンジン11を運転することができる。そして、こうしたエンジン11の運転を通じて、エンジン走行に切り替えられる前に、エンジンオイルの温度を上昇させて同エンジンオイルに含まれる水分や未燃燃料を蒸発させることができるため、オイル希釈を予め解消させておくことができる。
したがって上記構成によれば、オイル希釈が生じた場合であれ、エンジンオイルの気泡率の上昇が抑えられる低速度でエンジン11を運転することによってオイル希釈を解消した上でエンジン走行に切り替えることができるため、オイル希釈による影響を抑えることができる。これにより、エンジンオイルの気泡率が高くなることを抑えることができるために、エンジン11の機能(各ラッシュアジャスタ33の機能や各シャフト22,31,32の軸受け部の潤滑機能など)の低下を抑えることができる。
また、モータ走行の実行中においてエンジン走行への切り替えが要求されたときに(時刻t1)、オイル希釈(図6(b)中に二点鎖線で示す)が生じていないと判定されている場合には、暖機走行(図6(c)中に二点鎖線で示す)を実行せずに、モータ走行からエンジン走行に速やかに切り替えられる。
以上説明したように、本実施形態によれば、以下に記載する効果が得られる。
(1)モータ走行の実行中にエンジン走行への切り替え要求があったときにおいて、オイル希釈が生じていると判定されているときには、エンジン回転速度NEを所定の低回転速度に制限した状態でエンジン11を運転するとともにモータ13を作動させる暖機走行を実行した後に、エンジン走行に切り替えるようにした。そのため、オイル希釈による影響を抑えることができる。
(2)モータ走行からエンジン走行への切り替えに際して、エンジンオイルの粘度が高いためにオイル希釈の発生の可能性が低いときには、暖機走行を実行せずに、エンジン走行に速やかに切り替えることができる。
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・前記希釈判定処理を、オイル温度TOが所定温度未満であることを条件に実行するようにしてもよい。この場合には、オイル温度TOが所定温度以上であるときにはオイル希釈が生じていないと判定するようにすればよい。前記希釈判定処理を、モータ走行からエンジン走行への切り替え要求があったことを条件に実行するようにしてもよい。
・暖機走行の実行中においてモータ走行への切り替え要求があったときに、暖機走行を停止してモータ走行を開始するようにしてもよい。
・オイル希釈の有無を判定する手法は、オイル希釈が生じていることを適正に判定することができるのであれば、任意に変更することができる。こうした判定手法としては、例えば次の(判定手法A)や(判定手法B)を採用することができる。(判定手法A)判定閾値として一定の値を予め定めておくとともに、オイル圧力POが判定閾値未満である場合にはオイル希釈が生じていると判定し、オイル圧力POが判定閾値以上である場合にはオイル希釈が生じていないと判定する。(判定手法B)クランクシャフト22によって回転駆動されるタイプのオイルポンプが採用される車両において、エンジン回転速度NEに応じて定まる判定閾値よりもオイル圧力POが低い場合にはオイル希釈が生じていると判定し、オイル圧力POが同判定閾値以上である場合にはオイル希釈が生じていないと判定する。
・オイル希釈の発生の有無を、エンジンオイルの粘度の指標値であるオイル圧力POと判定閾値Jとの関係をもとに判定することに代えて、粘度センサによって検出したエンジンオイルの粘度(オイル粘度VO)と判定閾値との関係をもとに判定することができる。
・モータ走行からエンジン走行への切り替えに先立ち暖機走行を実行する構成は、バッテリ18の残量が所定量未満(図3のステップS11:NO)であるためにモータ走行からエンジン走行に切り替えられるタイミングに適用することに限らず、車両10の運転領域が高速運転領域である状況でモータ走行からエンジン走行に切り替えられるタイミングであれば適用可能である。
・暖機走行におけるエンジン11の作動制御を、エンジン回転速度NEが所定の低回転速度になるようにエンジン11を運転するといったように実行することに限らず、エンジン回転速度NEについての上限値を設定するとともにエンジン回転速度NEが上限値以上にならないようにエンジン11を運転するといったように実行してもよい。要は、暖機走行において、エンジン回転速度NEを所定の低速度範囲(詳しくは、エンジンオイルの気泡率の上昇を招く可能性の低い速度範囲)に制限した状態でエンジン11を運転することができればよい。
10…車両、11…エンジン、12…ジェネレータ、13…モータ、14…動力分割機構、15…減速機構、16…駆動輪、17…パワーコントロールユニット、18…バッテリ、21…ピストン、22…クランクシャフト、23…コネクティングロッド、24…燃焼室、25…吸気バルブ、26…吸気通路、27…排気バルブ、28…排気通路、29…燃料噴射弁、30…点火プラグ、31…吸気カムシャフト、32…排気カムシャフト、33…ラッシュアジャスタ、34…オイルパン、35…オイルポンプ、40…電子制御ユニット、41…クランクセンサ、42…温度センサ、43…圧力センサ、44…車速センサ、45…電圧センサ。

Claims (1)

  1. 動力源としてエンジンおよびモータを備えたハイブリッド車両に適用されて、低速走行時には前記モータの動力のみによって走行するモータ走行を実行するとともに、高速走行時には前記エンジンの動力によって走行するエンジン走行を実行するハイブリッド車両の制御装置であって、
    前記モータ走行の実行中に前記エンジン走行への切り替え要求があったときにおいて、前記エンジンの内部のオイルの粘度が同オイルの温度に応じて定まる判定閾値よりも低いときには、エンジン回転速度を低速度範囲に制限した状態で前記エンジンを運転するとともに前記モータを作動させる暖機走行を実行した後に、前記エンジン走行に切り替えるものであり、
    前記モータ走行の実行中に前記エンジン走行への切り替え要求があったときにおいて、前記オイルの粘度が前記判定閾値以上のときには、前記暖機走行を実行することなく、前記エンジン走行に切り替えるものである
    ハイブリッド車両の制御装置。
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