WO2008072395A1 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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WO2008072395A1
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Takahiro Nishigaki
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Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha
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Abstract

エンジンECUは、エンジンが再始動すると(S1000にてYES)、タイマをスタートさせるステップ(S1100)と、タイムアップすると(S1200にてYES)空燃比センサにより排気の空燃比を検出するステップ(S1300)と、空燃比センサにより検出された空燃比がリーン領域であると(S1400にてYES)、空燃比センサ応答性異常を検出するステップ(S1500)と、エンジン間欠運転許可フラグをオフにして間欠運転を不許可とするステップ(S1600)と、空燃比フィードバック制御のゲインを小さく変更するステップ(S1700)とを含む、プログラムを実行する。

Description

明細書 ハイブリッド車両の制御装置 技術分野 ,
本発明は、 ハイプリッド車両の制御に関し、 特に、 排気エミッションを悪化さ せることを回避するために、 ハイプリッド車両に搭載されたエンジンを制御する 技術に関する。 背景技術
一般的に、 エンジンの排気系には、 排気ガスを浄化するための触媒コンバータ が設けられている。 この触媒コンバータとして、 三元触媒コンバータが広く使用 されており、 これは排気ガス中の一酸化炭素 (C O) および未燃焼の炭化水素 (H C ) を酸化するとともに酸化窒素 (N O x ) を還元して、 二酸化炭素 (C O 2) 、 水蒸気 (H20) 、 および窒素 (N2) に変換させる。
この三元触媒コンバータによる浄化特性は、 燃焼室内に形成される混合気の空 燃比に依存し、 それが理論空燃比近傍である時に三元触媒コンバータは最も有効 に機能する。 これは、 空燃比がリーンであり排気ガス中の酸素量が多いと、 酸化 作用が活発となるが還元作用が不活発となり、 また空燃比がリツチであり排気ガ ス中の酸素量が少ないと、 逆に還元作用が活発となるが酸化作用が不活発となり、 前述の三成分を全て良好に浄化させることができないためである。 したがって、 三元触媒コンバータを有するエンジンには、 その排気通路に、 たとえば出力リニ ァ型の酸素センサが設けられ、 それにより測定される酸素濃度を使用して燃焼室 内の混合気の空燃比を理論空燃比 (ストィキオメ トリック 'エア 'フューエル' レシオ:以下、 ス トィキと記載する場合がある) にするように、 フィードバック 制御されている。
また、 燃料の燃焼エネルギで作動するエンジンと、 電気工ネルギで作動するモ 一タとを車両走行時の動力源として備えているとともに、 その動力源と駆動輪と の間に自動変速機 (動力分割機構を含む) が設けられているハイブリッド車両が 実用化されている。 このようなハイブリッド車両においては、 たとえば運転状態 に応じてエンジンとモータとを使い分けて走行することにより、 所定の走行性能 を維持しつつ燃料消費量や排出ガス量を低減できる。 具体的には、 エンジンのみ を動力源として走行するエンジン走行モード、 モータのみを動力源として (ェン ジシを停止して) 走行するモータ走行モード、 エンジンおよびモータの両方を動 力源としで走行するエンジン +モータ走行モードなど、 エンジンおよびモータの 作動状態が異なる複数の運転モードを備えており、 車速 (または動力源回転数) およびァクセル操作量などの運転状態をパラメータとする動力源マップ等の予め 定められたモード切換条件に従って自動的に切り換えられるようになっている。 すなわち、 車両が走行していてもエンジンが間欠運転される状態が発生する。 . このようなハイブリッド車両においては、 種々のセンサ信号やスィッチ信号を 検出して、 予め定められたエンジン停止条件が満足されるとエンジンを停止して、 再びエンジンを再始動するように制御する必要がある (たとえば、 このようなェ ンジンの運転状態は、 上述の間欠運転される状態ともいえる.) 。 このようなェン ジンの停止と再始動とを繰返すハイプリッド車両に搭載されてるエンジンにおい ても、 上述のように排気ガスの浄化のために、 燃焼室内の混合気が理論空燃比
(目標空燃比) になるように、 吸入空気量を検出して燃料噴射量をフィードバッ ク制御している。
詳しくは、 三元触媒コンバータの手前に設けられた酸素センサからの出力に基 づいたフィードバック制御により混合気の空燃比がストイキ近傍に制御される。 この酸素センサとして一般的なセンサ (たとえばジルコユア酸素センサ) は、 一 般に排気ガス中の酸素量が微小になると出力電圧値がステップ状に変化するもの であり、 酸素センサの出力電圧 は、 ス トィキ空燃比を境に、 空燃比がストィキ よりもリーン側では微小となり、 空燃比がストイキよりもリツチ側では所定値以 上に大きくなる。
そのために、 空燃比のフィードバック制御では、 酸素センサの出力電圧値が所 定値以上になったら空燃比がストイキよりもリツチ側であるとして空燃比が増加 するように目標空燃比を補正し、 酸素センサの出力電圧値が所定値未満になつた ら空燃比がストイキょりもリーン側であるとして空燃比が減少するように目標空 燃比を補正して、 燃料噴射量等を制御する。
なお、 酸素センサは、 排気中に含まれる成分の酸素濃度に応じて出力値が変化 するセンサであって、 たとえば、 出力値が空燃比と略リニアな関係となる空燃比 センサであつてもよいし、 出力値が理論空燃比を境に大きく変化する酸素センサ であってもよい。 なお、 このような酸素センサは排気センサと呼ばれることもあ る。 以下においては、 酸素センサ、 空燃比センサおよび排気センサを区別するこ となく使用する。
このようなハイブリッド車両においては、 エンジンとモータと駆動軸とがクラ ツチ機構を介さずに機械的に接続されているために、 エンジンは無負荷運転状態 または低負荷運転状態においては、 下流側排気センサの周囲のガス交換が十分に 行なわれず下流側排気センサのセンサ出力^ aが実際の排気中の酸素濃度を正確に 反映していないことがあり、 その結果、 空燃比学習や触媒劣化診断を十分な精度 で行なえないことがあった。 特開 2 0 0 6— 6 3 8 2 2号公報は、 下流側排気セ ンサに起因する制御の乱れを抑制することができるェンジン制御システムを開示 する。 このエンジン制御システムは、 駆動軸に対するエンジンの動力およびモー タの動力の入出力を制御するハイプリッド車両に搭載されるエンジン制御システ ムであって、 エンジンの排気を浄化する排気浄化触媒と、 排気浄化触媒の下流側 に設置された下流側排気センサと、 下流側排気センサのセンサ出力値が実際の排 気を正確に反映しないことのある所定の運転状態か否かを判定する運転状態判定 手段と、 運転状態判定手段によって所定の運転状態であると判定されたとき下流 側排気センサのセンサ出力値に基づく制御の少なくとも一部を禁止する制御禁止 手段とを備える。
このエンジン制御システムによると、 駆動軸に対するエンジンの動力およびモ ータの動力の入出力を制御するハイプリッド車両に搭載され、 下流側排気センサ のセンサ出力値に基づく制御を実行する。 このエンジン制御システムは、 下流側 排気センサのセンサ出力値が実際の排気を正確に反映しないことのある所定の運 転状態のときには、 この下流側排気センサのセンサ出力値に基づく制御の少なく とも一部を禁止する。 したがって、 下流側排気センサに起因する制御 (空燃比学 習制御、 触媒劣化制御) の乱れを抑制することができる。 ハイブリッド車両においてエンジンの間欠運転中においては、 エンジンが停止 すると (燃料噴射が停止されるので) 排気ガスがリーンになり、 三元触媒コンパ ータ内の雰囲気 (空燃比) が必ずリーンになる。 エンジンが再始動されると、 三 元触媒コンバータの中がリ一ン雰囲気下では N O Xが還元浄化されないので排気 ェミッションが悪化することを回避するために、 再始動時に燃料増量制御を実行 して、 三元触媒コンバータの中の空燃比をストィキ〜リッチとしている。
ところで、 この空燃比の検出する空燃比センサの応答性が良好でない場合 (応 答遅れ時間が発生する場合) において、 エンジンの一時停止時に検出したリーン 状態から再始動後のリツチ状態を検出するまでの応答遅れ時間にバラツキが発生 することがある。 このバラツキは、 空燃比センサ個体の間や、 同じ空燃比センサ であっても経年変化や、 同じ空燃比センサであっても異なる検出タイミングにお いても、 発生し得る。 このような、 バラツキは、 一時停止時に検出したリーン状 態からリツチ状態を検出すると空燃比フィードバック制御の開始タイミングを決 定しているため、 フィードバック制御が安定しない要因ともなる。
しかしながら、 上述した特開 2 0 0 6— 6 3 8 2 2号公報では、 排気センサが 実際の排気の状態を正確に反映していないときには、 この排気センサを用いた制 御 (たとえばフィードバック制御) を禁止することが開示されているに過ぎない。 なお、 このようなフィードバック制御が禁止された場合には、 オープンループ制 御で空燃比をストイキ近傍になるように制御される場合がある。
オープンループ制御の場合、 空燃比をストイキ近傍にしょうと制御するものの、 フィードバック制御のように実際の空燃比を検出して、 それと目標空燃比との差 分値に基づいて制御を行なうものではない。 すなわち、 オープンループ制御にお いては、 フィードバック制御用の補正係数は補正がない状態に保持される。 この ため、 たとえば、 空燃比が実際よりもリーン側にずれて検出されている場合であ つても (実際にはリーンでなくなっているのに空燃比センサの応答遅れによりリ ーンであると検出している時間が長くなると) 、 フィードバック制御が禁止され た状態が継続され、 燃料の増量捕正が過剰に実行される可能性もある。 このとき、 排気ェミッションの悪化を招き、 特に、 エンジンの停止と再始動とを繰返すハイ プリッド車両においては、 再始動時に毎回このような排気エミッシヨンの悪化を 引き起こす可能性がある。 発明の開示
本発明は、 上述の課題を解決するためになされたものであって、 その目的は、 排気ェミッションの悪化を回避する、 ハイプリッド車両の制御装置を提供するこ とである。
この発明に係る制御装置は、 車両の走行源として、 内燃機関と、 内燃機関以外 の動力源とを有するハイブリッド車両を制御する。 この制御装置は、 車両の状態 が一時停止条件を満足すると内燃機関を一時的に停止し、 再始動条件が成立する と内燃機関を再始動するように、 内燃機関を制御する制御部と、 内燃機関の排気 系に設けられ、 排気の空燃比を検出する検出部と、 検出された空燃比に基づいて、 内燃機関の排気系に設けられた触媒機構による排気の浄化特性を最適化するため に、 空燃比が目標空燃比になるようにフィードバック制御するフィ一ドバック制 御部と、 内燃機関の一時的な停止後であって、 内燃機関の再始動時において、 検 出部の応答遅れが異常であるか否かを判定する判定部と、 応答遅れが異常である と判定されると、 制御部による内燃機関の一時的な停止を禁止する禁止部とを含 む。
この発明によると、 排気の空燃比を検出する検出部である空燃比センサ、 酸素 センサ、 排気センサ等と呼ばれるセンサには応答遅れが発生する。 一方、 この検 出部により検出された空燃比に基づいて目標空燃比 (触媒機構による排気の浄化 特性を最適化する目標空燃比はス トイキ) になるようにフィードバック制御され ' る。 このため、 許容範囲を越えてしまうような異常な応答遅れが発生していると きにフィードバック制御の制御安定性が補償されないで、 空燃比制御が発散して 排気ェミッションが悪化する可能性がある。 そこで、 このような応答遅れが異常 であると判定された場合には、 内燃機関の一時的な停止 (および再始動) を禁止 する。 これにより、 内燃機関が一時的に停止しないので、 検出部の応答遅れが異 常であっても再始動時における排気ェミツションの悪化を回避することができる。 その結果、 排気ェミッションの悪化を回避する、 ハイブリッド車両の制御装置を 提供することができる。 この発明の別の局面に係る制御装置は、 車両の状態が一時停止条件を満足する と内燃機関を一時的に停止し、 再始動条件が成立すると内燃機関を再始動するよ うに、 内燃機関を制御する制御部と、 内燃機関の排気系に設けられ、 排気の空燃 比を検出する検出部と、 検出された空燃比に基づいて、 内燃機関の排気系に設け られた触媒機構による排気の浄化特性を最適化するために、 空燃比が目標空燃比 になるようにフィードバック制御するフィードバック制御部と、 内燃機関の一時 的な停止後であって、 内燃機関の再始動時において、 検出部の応答遅れが異常で あるか否かを判定する判定部と、 応答遅れが異常であると判定されると、 フィー ドバック制御部におけるゲインを変更する変更部とを含む。
この発明によると、 検出部が許容範囲を越えてしまうような異常な応答遅れが 発生しているときにフィードバック制御の制御安定性が補償されないで、 空燃比 制御が発散して排気ェミッションが悪化する可能性がある。 そこで、 このような 応答遅れが異常であると判定された場合には、 フィードバック制御部におけるゲ インを (たとえば小さく) 変更する。 これにより、 空燃比フィードバック制御に おけるゲインが大きくないので、 たとえ内燃機関の再始動時において実際に排気 の空燃比はリツチになっているにもかかわらず検出部による応答遅れのためにリ ーンとなっていてフィードバック偏差が大きくても、 制御量が大きく変化 (ここ では燃料噴射量が大きく増加) されないので、 空燃比フィードバック制御の発散 を回避し易くできる。 その結果、 排気ェミッションの悪化を回避する、 ハイプリ ッド車両の制御装置を提供することができる。
好ましくは、 変更部は、 ゲインを小さく変更する。
この発明によると、 フィードバック制御部におけるゲインを小さく変更するた め、 たとえ内燃機関の再始動時において実際に排気の空燃比はリツチになってい るにもかかわらず検出部による応答遅れのためにリーンとなっていてフィードバ ック偏差が大きくても、 燃料噴射量が大きく増加されることはない。 このため、 空燃比フィ一ドバック制御の発散を回避し易くできる。
さらに好ましくは、 判定部は、 内燃機関の再始動から予め定められた時間が経 過した時において、 検出部により検出された空燃比がリーン領域内にあると、 応 答遅れが異常であると判定する。 この発明によると、 内燃機関の再始動から予め定められた時間が経過しても、 検出部により検出された空燃比がまだリーン領域内にあると、 応答遅れ時間が長 過ぎることに基づいて応答遅れが異常であると判定することができる。 なお、 こ の予め定められた時間には、 内燃機関が再始動して、 実際の空燃比が少なくとも ストィキであって十分にリッチ領域に入っているにも関わらず、 検出部に り検 出された空燃比がリーン領域に入っていることに基づいて、 検出部の応答遅れが 異常であると判断できる時間が設定される。 図面の簡単な説明
図 1は、 本発明の実施例に係る制御装置を含む、 ハイブリッド車両全体の制御 ブロック図である。
図 2は、 動力分割機構を示す図である。
図 3は、 本発明の実施例に係る制御装置であるエンジン E C Uの制御対象であ るエンジンの構成図である。
図 4は、 本発明の実施例に係る制御装置であるエンジン E C Uで実行されるプ ログラムの制御構造を示すフローチヤ一トである。
図 5は、 図 4に示すフローチヤ一トが実行された場合のエンジンの状態の時間 的変化を示すタイミングチャートである。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照しつつ、 本発明の実施例について説明する。 以下の説明では、 同一の部品には同一の符号を付してある。 それらの名称および機能も同じである。 したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。 なお、 以下においては、 三元触媒コンバータ触媒を 2つ備えたエンジンについて説明するが、 1個以上の 三元触媒コンバータを備えるエンジンであれば構わない。 また、 車両走行中にェ ンジンが間欠作動するものであればハイブリッドの方式も限定されない。
図 1を参照して、 本発明の実施例に係る制御装置を含む、 ハイブリッド車両全 体の制御ブロック図を説明する。 なお、 本発明は図 1に示すハイブリッド車両に 限定されない。 本発明は、 動力源としての、 たとえばガソリンエンジン等の内燃 機関 (以下、 エンジンとして説明する) 力 車両を走行させる駆動源であって、 かつ、 ジェネレータの駆動源であればよい。 さらに、 駆動源がエンジンおよびモ ータジェネレータであって、 モータジェネレータの動力により走行可能な車両で あって、 走行中にエンジンを停止させる場合がある、 走行用のバッテリを搭載し た他の態様を有するハイブリッド車両であってもよい。 このバッテリは、 ニッケ ル水素電池やリチウムイオン電池などであって、 その種類は特に限定されるもの ではない。 また、 バッテリの代わりにキャパシタでも構わない。
ハイブリッド車両は、 エンジン 120と、 モータジェネレータ (MG) 140 とを含む。 なお、 以下においては、 説明の便宜上、 モータジェネレータ 140を、 モータジェネレータ 14 OA (または MG (2) 14 OA) と、 モータジエネレ ータ 140B (または MG (1) 140 B) と表現するが、 ハイブリッド車両の 走行状態に応じて、 モータジェネレータ 14 OAがジェネレータとして機能した り、 モータジェネレータ 140 Bがモータとして機能したりする。 このモータジ エネレータがジェネレータとして機能する場合に回生制動が行なわれる。 モータ ジェネレータがジェネレータとして機能するときには、 車両の運動エネルギが電 気エネルギに変換されて、 車両が減速される。
ハイブリッド車両は、 この他に、 エンジン 1 20やモータジェネレータ 140 で発生した動力を駆動輪 160に伝達したり、 駆動輪 160の駆動をエンジン 1 20やモータジェネレータ 140に伝達したりする減速機 180と、 エンジン 1 20の発生する動力を駆動輪 160とモータジェネレータ 140 B (MG (1) 140B) との 2経路に分配する動力分割機構 (たとえば、 後述する遊星歯車機 構) 200と、 モータジェネレータ 140を駆動するための電力を充電する走行 用バッテリ 220と、 走行用バッテリ 220の直流とモータジェネレータ 140 A (MG (2) 14 OA) およびモータジェネレータ 140 B (MG (1) 14 OB) の交流とを変換しながら電流制御を行なうインバータ 240と、 走行用バ ッテリ 220の充放電状態 (たとえば、 SOC (State Of Charge) ) を管理制 御するバッテリ制御ユニット (以下、 バッテリ ECU (Electronic Control Unit) という) 260と、 エンジン 1 20の動作状態を制御するエンジン ECU 280と、 ハイブリッド車両の状態に応じてモータジェネレータ 140およびバ ッテリ ECU 260、 インバ一タ 240等を制.御する MG— ECU300と、 バ ッテリ ECU26◦、 エンジン ECU280および MG— ECU300等を相互 に管理制御して、 ハイブリッド車両が最も効率よく運行できるようにハイブリッ ドシステム全体を制御する HV— ECU 320等を含む。
本実施例において、 走行用バッテリ 220とインバータ 240との間には昇圧 コンバータ 242が設けられている。 これは、 走行用バッテリ 220の定格電圧 力 モータ 14 OA (MG (2) 14 OA) やモータジェネレータ 14ひ B (M G (1) 14 O B) の定格電圧よりも低いので、 走行用バッテリ 220からモー タジェネレータ 14 OA (MG (2) 14 OA) やモータジェネレータ 140 B (MG (1) 14 OB) に電力を供給するときには、 昇圧コンバータ 242で電 力を昇圧する。
なお、 図 1においては、 各 ECUを別構成としているが、 2個以上の ECUを 統合した ECUとして構成してもよい (たとえば、 図 1に、 点線で示すように、 MG_E CU 300と HV— ECU320とを統合した E C Uとすることがその 一例である) 。
動力分割機構 20ひは、 エンジン 120の動力を、 駆動輪 160とモータジェ ネレータ 140B (MG (1) 1 40 B) との両方に振り分けるために、 遊星歯 車機構 (プラネタリーギヤ) が使用される。 モータジェネレータ 14 O B (MG ( 1 ) 140 B) の回転数を制御することにより、 動力分割機構 200は無段変 速機としても機能する。 エンジン 1 20の回転力はキャリア (C) に入力され、 それがサンギヤ (S) によってモータジェネレータ 140 B (MG (1) 140 B) に、 リングギヤ (R) によってモータジェネレータ 14 OA (MG (2) 1 4 OA) および出力軸 (駆動輪 1 60側) に伝えられる。 回転中のエンジン 12 0を停止させる時には、 エンジン 1 20が回転しているので、 この回転の運動ェ ネルギをモータジェネレータ 140 B (MG (1) 140 B) で電気工ネルギに 変換して、 エンジン 120の回転数を低下させる。
図 1に示すようなハイブリッドシステムを搭載するハイブリッド車両において は、 車両の状態について予め定められた条件が成立すると、 HV— ECU320 は、 モータジェネレータ 140のモータジェネレータ 14 OA (MG (2) 14 OA) のみによりハイブリッド車両の走行を行なうよ.うにモータジェネレータ 1 4 OA (MG (2) 14 OA) およびエンジン E CU 280を介してエンジン 1 20を制御する。 たとえば、 予め定められた条件とは、 走行用バッテリ 220の SOCが予め定められた値以上であるという条件等である。 このようにすると、 発進時や低速走行時等であってエンジン 1 20の効率が悪い場合に、 モータジェ ネレータ 14 OA (MG (2) 14 OA) のみによりハイブリッド車両の走行を 行なうことができる。 この結果、 走行用バッテリ 220の SOCを低下させるこ とができる (その後の車両停止時に走行用バッテリ 220を充電することができ る) 。
また、 通常走行時には、 たとえば動力分割機構 200によりエンジン 1 20の 動力を 2経路に分け、 一方で駆動輪 160の直接駆動を行ない、 他方でモータジ ュネレ一タ 140B (MG (1) 140 B) を駆動して発電を行なう。 この時、 発生する電力でモータジェネレータ 14 OA (MG (2) 14 OA) を駆動して 駆動輪 160の駆動補助を行なう。 また、 高速走行時には、 さらに走行用バッテ リ 220からの電力をモータジェネレータ 14 OA (MG (2) 140 A) に供 給してモータジェネレータ 14 OA (MG (2) 14 OA) の出力を増大させて 駆動輪 160に対して駆動力の追加を行なう。 一方、 減速時には、 駆動輪 160 により従動するモータジェネレータ 14 OA (MG (2) 14 OA) がジエネレ —タとして機能して回生発電を行ない、 回収した電力を走行用バッテリ 220に 蓄える。 なお、 走行用バッテリ 2 20の充電量が低下し、 充電が特に必要な場合 には、 エンジン 120の出力を増加してモータジェネレータ 14 OB (MG
(1) 140 B) による発電量を増やして走行用バッテリ 220に対する充電量 を増加する。
また、 走行用バッテリ 220の目標 SO Cはいつ回生が行なわれてもエネルギ —が回収できるように、 通常は 6 0%程度に設定される。 また、 SOCの上限直 と下限値とは、 走行用バッテリ 2 20のバッテリの劣化を抑制するために、 たと えば、 上限値を 80%とし、 下限値を 30%として設定され、 HV— ECU32 0は、 MG— ECU 300を介して SOCが上限値および下限値を越えないよう にモータジェネレータ 140による発電や回生、 モータ出力を制御している。 な お、 ここで挙げた値は、 一例であって特に限定される値ではない。
図 2を参照して、 動力分割機構 200についてさらに説明する。 動力分割機構 200は、 サンギヤ (S) 202と (以下、 単にサンギヤ 202と記载する) 、 ピニオンギヤ 204と、 キャリア (C) 206 (以下、 単にキャリア 206と記 载する) と、 リングギヤ (R) 208 (以下、 単にリングギヤ 208と記載す る) とを含む遊星歯車から構成される。
ピニオンギヤ 204は、 サンギヤ 20.2およびリングギヤ 208と係合する。 キャリア 206は、 ピニオンギヤ 204が自転可能であるように支持する。 サン ギヤ 202は MG (1) 140 Bの回転軸に連結される。 キャリア 206はェン ジン 120のクランクシャフ トに連結される。 リングギヤ 208は MG (2) 1 4 OAの回転軸および減速機 180に連結される。
エンジン 120、 MG (1) 140 Bおよび MG (2) 140 A力 遊星歯車 からなる動力分割機構 200を介して連結されることで、 エンジン 1 20、 MG ズ 1) 140 Bおよび MG (2) 14 OAの回転数は、 共線図において直線で結 ばれる関係になる。
図 3を参照して、 このハイブリッド車両に搭載されたエンジン 1 20について 説明する。 図 3に示すように、 エンジン 1 20には、 吸気系 1 152と、 第 1の 三元触媒コンバータ 1 200および第 2の三元触媒コンバータ 1300を含む排 気系 1 154とが、 接続されている。 なお、 三元触媒コンバータは、 2個に限定 されないで 1個以上であれば構わない。
吸気系 1 152は、 吸気通路 1 1 10と、 エアクリーナ 1 118と、 エアーフ 口—メータ 1 104と、 スロットノレモータ 1 1 14Aと、 スロットノレバ/レブ 1 1 12と、 スロッ トルポジションセンサ 1 1 14 Bとを含む。
エアクリーナ 1 1 1 8から吸気された空気は、 吸気通路 1 1 10を通り、 ェン ジン 1 20に流通する。 吸気通路 1 1 10の途中には、 スロットルバルブ 1 1 1 2が設けられる。 スロットルバルブ 1 1 1 2は、 エンジン ECU 280からの制 御信号に基づいて動作するスロッ トルモータ 1 1 14 Aにより所望の空気量がェ ンジン 120に供給されるように開閉される。 このとき、 スロットルバルブ 1 1 12の開度は、 スロットルポジションセンサ 1 1 14 Bにより検出することが可 能である。 エアクリーナ 1 1 1 8とスロットルバルブ 1 1 1 2との間における吸 気通路には、 エア一フローメータ 1 1 0 4が設けられており、 吸入された空気量 を検出する。 エアーフローメータ 1 1 0 4は、 吸入吸気量信号としてエンジン E C U 2 8 0に送信する。
エンジン 1 2 0は、 冷却水通路 1 1 2 2と、 シリンダブ口ック 1 1 2 4と、 ィ ンジェクタ 1 1 2 6と、 ピス トン 1 1 2 8と、 クランクシャフ ト 1 1 3 0と、 水 温センサ 1 1 0 6と、 クランクポジシヨンセンサ 1 1 3 2とを含む。
シリンダブ口ック 1 1 2 4の気筒数に対応した数のシリンダ内には、 それぞれ ピス トン 1 1 2 8が設けられる。 ピストン 1 1 2 8上部の燃焼室に吸気通路 1 1 1 0を通って、 インジェクタ 1 1 2 6から噴射された燃料と吸気された空気との 混合気が導入されて、 点火時期が制御された点火プラグの点火により燃焼する。 燃焼が生じると、 ピス トン 1 1 2 8が押し下げられる。 このとき、 ピス トン 1 1 2 8の上下運動は、 クランク機構を介して、 クランクシャフ ト 1 1 3 0の回転運 動に変換される。 なお、 エンジン 1 2 0の回転数 N Eは、 クランクポジションセ ンサ 1 1 3 2により検出された信号に基づいてエンジン E C U 2 8 0が検出する。 シリンダブロック 1 1 2 4内には、 冷却水通路 1 1 2 2が設けられており、 ゥ ォータポンプ (図示せず) の作動により、 冷却水が循環する。 この冷却水通路 1 1 2 2内の冷却水は、 冷却水通路 1 1 2 2に接続されたラジェータ (図示せず) へと流通して冷却ファン (図示せず) により放熱される。 冷却水通路 1 1 2 2の 通路上には水温センサ 1 1 0 6が設けられており、 冷却水通路 1 1 2 2内の冷却 水の温度を検出する。 水温センサ 1 1 0 6は、 検出した水温を、 エンジン冷却水 温の検出信号としてエンジン E C U 2 8 0に送信する。
排気系 1 1 5 4は、 排気通路 1 1 0 8と、 エンジン 1 2 0の熱による昇温を図 るために、 たとえばエンジン 1 2 0のェキゾーストマ二ホールドと一体的に構成 された第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0と、 たとえばアンダーフロアに設けら れた第 2の三元触媒コンバータ 1 3 0 0とを含む。 これらの第 1の三元触媒コン バータ 1 2 0 0の上流側および第 2の三元触媒コンバータ 1 3 0 0の上流側 (第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0の下流側) にそれぞれ空燃比センサが設けられ る。 さらに、 これらの第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0および第 2の三元触媒 コンバータ 1 3 0 0の温度を検出する温度センサを設けてもよい。
このように、 エンジン 1 2 0の排気側に接続された排気通路 1 1 0 8は、 第 1 の三元触媒コンバータ 1 2 0 0および第 2の三元触媒コンバータ 1 3 0 0に接続 されている。 すなわち、 エンジン 1 2 0において燃焼室内の混合気の燃焼により 生じる排気ガスは、 まず、 第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0に流 する。 第 1 の三元触媒コンバータ 1 2 0 0に流入した排気ガス中に含まれる H C、 C Oは、 第 1の三元触媒,コンバータ 1 2 0 0において酸化される。 また、 第 1の三元触媒 コンバータ 1 2 0 0に流入した排気ガス中に含まれる N O Xは、 第 1の三元触媒 コンバータ 1 2 0 0において、 還元される。 この第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0は、 エンジン 1 2 0の近くに設置され (上述したように、 ェキゾ一ストマ二 ホールドと一体化される場合もある) 、 エンジン 1 2 0の冷間始動時においても 速やかに昇温されて触媒機能を発現する。
さらに、 排気ガスは、 その浄化を目的として、 第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0から第 2の三元触媒コンバータ 1 3 0 0に送られる。 この第 1の三元触媒コ ンバータ 1 2 0 0と第 2の三元触媒コンバータ 1 3 0 0とは、 基本的には同じ構 造および機能を有するものである。
第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0の上流側に設けられた第 1の空燃比センサ 1 2 1 0 , 第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0の下流側であって第 2の三元触媒 コンバータ 1 3 0 0の上流側に設けられた第 2の空燃比センサ 1 3 1 0は、 第 1 の三元触媒コンバータ 1 2 0 0または第 2の三元触媒コンバータ 1 3 0 0を通過 する排気ガス中に含まれる酸素の濃度を検出する。 酸素の濃度を検出することに より、 排気ガス中に含まれる燃料と空気との比、 いわゆる空燃比を検出すること ができる。
第 1の空燃比センサ 1 2 1 0および第 2の空燃比センサ 1 3 1 0は、 排気ガス 中の酸素濃度に応じた電流を発生させる。 この電流は、 たとえば電圧に変換され てエンジン E C U 2 8 0に入力される。 したがって、 第 1の空燃比センサ 1 2 1 0の出力信号から第 1の三元触媒コンバータ 1 2 0 0の上流における排気ガスの 空燃比を検出することができ、 第 2の空燃比センサ 1 3 1 0の出力信号から第 2 の三元触媒コンバータ 1 3 0 0の上流における排気ガスの空燃比を検出すること ができる。 これらの第 1の空燃比センサ 1210および第.2の空燃比センサ 1 3 10は、 空燃比がリーンのときには、 たとえば 0. IV程度の電圧を発生し、 空 燃比がリッチのときには 0. 9 V程度の電圧を発生するものである。 これらの値 に基づいて空燃比に換算した値と、 空燃比のしきい値とを比較して、 エンジン E CU 280による空燃比制御が行なわれる。
第 1の三元触媒コンバータ 1 200および第 2の三元触媒コンバータ 1 300 は、 空燃比がほぼ理論空燃比のときに HC、 COを酸化しつつ NO Xを還元する 機能、 すなわち HC、 COおよび NO Xを同時に浄化する機能を有する。
本実施例に係る制御装置であるエンジン ECU 280は、 空燃比センサの応答 性が異常であるか否かを判断して (応答遅れ時間が大きいときに応答性が異常で あると判断) 、 空燃比センサの応答性が異常である時には、 エンジン 120の間 欠運転を禁止するとともに、 空燃比フィ一ドバック制御のゲインの大きさを変化 させる。 これらについて、 以下に詳しく説明する。
エンジン 120が HV— ECU 320の指令により停止して排気ガスがリ一ン になり、 第 1の三元触媒コンバータ 1 200および第 2の三元触媒ロンバータ 1 300の中の空燃比が必ずリーンになっている。 このような場合においては、 H V— ECU320からエンジン 1 20の再始動指令を受けるとエンジン 1 20が 再始動されるがリーン雰囲気下では NO Xが還元浄化されないで排気ェミツショ ンが悪化する。 このため、 エンジン 1 20の再始動時には、 始動時燃料増量制御 を実行して、 第 1の三元触媒コンバータ 1 200および第 2の三元触媒コンパ一 タ 1 300の中の空燃比をストィキ〜リッチとしている。
ところが、 空燃比センサの応答遅れが大きいときにこのような始動時燃料増量 制御を実行すると、 空燃比制御が安定しないで、 排気エミッションが悪化する。 このため、 本実施例に係る制御装置であるエンジン ECU 280は、 応答遅れ時 間が大きいときに応答性が異常であると判断された時には、 エンジン 120の間 欠運転を禁止するとともに、 空燃比フィードバック制御のゲインの大きさを小さ く変化させるようにしている。 なお、 以下の説明においては、 第 1の空燃比セン. サ 1 210の応答性が異常であるか否かを判断して異常処理を行なうようにして いるが、 第 1の空燃比センサ 1 2 10に加えて/代えて第 2の空燃比センサ 1 3 10の応答性に基づいて異常処理を行なうようにしてもよい。
このような本実施例に係る制御装置は、 デジタル回路やアナログ回路の構成を 主体としたハードウェアでも、 ECUに含まれる CPU (Central Processing Unit)およびメモリとメモリから読み出されて CPUで実行されるプログラムと を主体としたソフトウェアでも実現することが可能である。 一般的に、 ハードウ エアで実現した場合には動作速度の点で有利で、 ソフトウェアで実現した場合に は設計変更の点で有利であると言われている。 以下においては、 ソフトウェアと して制御装置を実現した場合を説明する。 なお、 このようなプログラムを記録し た記録媒体についても本発明の一態様である。
図 4を参照して、 本実施例に係る制御装置を実現するために、 エンジン ECU
280が実行する、 プログラムの制御構造について説明する。 なお、 このプログ ラムは、 サブルーチンであって、 予め定められたサイクルタイムで繰返し実行さ れる。
ステップ (以下、 ステップを Sと記載する) 1000にて、 エンジン ECU 2 80は、 エンジン 1 20が再始動を開始したか否かを判断する。 一般的には、 H V— ECU 320からのエンジン 1 20の作動指令に基づいてエンジン ECU 2 80により、 一時的に作動を停止しているエンジン 1 20がスタータモータによ りクランキングされて、 空気が吸入されて燃料が噴射され混合気が継続的に着火 するとエンジン 1 20が再始動したと判断される。 エンジン 120が再始動した と判断されると (S 1000にて YES) 、 処理は S 1 100へ移される。 もし そうでないと (S 1000にて NO) 、 処理は S 1000へ戻され、 エンジン 1 20が再始動されるまで待つ。 なお、 S 1000にて NOの場合には、 この処理 (サブルーチン) を終了させるようにしてもよレ、。
S 1 100にて、 エンジン ECU 280は、 タイマをスタートさせる。 なお、 このタイマは、 設定時間 ΔΤが経過するとタイムアップする。 この設定時間 ΔΤ は、 エンジン 1 20が再始動して、 実際の空燃比が少なくともストイキであって 十分にリッチ領域に入っているにも関わらず、 第 1の空燃比センサ 1 2 10によ り検出された空燃比がリーン領域に入っていることに基づいて、 第 1の空燃比セ ンサ 1 2 10が応答遅れ異常であると判断できる時間が設定される。 したがって、 この設定時間 Δ Tは、 第 1の空燃比センサ 1210の特性や、 第 1の空燃比セン サ 1 210が設置された位置に基づいて、 適宜変更される値である。
51200にて、 エンジン ECU 280は、 Δ Tが設定されたタイマがタイム アップしたか否かを判断する。 タイマがタイムアップすると (S 1 200にて Y E S) 、 処理は S 1300へ移される。 もしそうでないと (S 1 200にて N O) 、 処理は S 1200へ戻されて、 タイムアップを待つ。
5130ひにて、 エンジン ECU 280は、 排気ガスの空燃比を検出する。 こ のとき、 エンジン ECU 280は、 第 1の空燃比センサ 1 210から入力された 信号に基づいて、 排気ガスの空燃比を検出する。
S 1400にて、 エンジン ECU 280は、 検出された空燃比がリーン領域内 であるか否かを判断する。 検出された空燃比がリーン領域内であると (S 140 0にて YES) 、 処理は S 1500へ移される。 もしそうでないと (S 1400 にて NO) 、 この処理は終了する。 すなわち、 第 1の空燃比センサ 1 210の応 答遅れはないと判断されて、 第 1の空燃比センサ 1210の応答遅れがあるとき の異常処理 (S 1500〜S 1 700) が実行されない。
S 1 500にて、 エンジン ECU 280は、 第 1の空燃比センサ 1 210の応 答性異常を検出する。 S 1600にて、 エンジン ECU 280は、 エンジン 1 2 0の間欠運転許可フラグをオフにする。 すなわち、 エンジン 1 20の間欠運転を 許可しないで禁止する。 S 1 700にて、 エンジン ECU 280は、 空燃比フィ ードバック制御のゲインを変化させる。 このとき、 フィードバックゲインが大き い状態では、 偏差 (目標空燃比とリーン側に検出されている検出空燃比との差) に対して制御量が大きく操作されてしまう (燃料噴射量がより大きく増量され る) 。 第 1の空燃比センサ 121 0の応答性異常を検出された場合には、 この偏 差自体が正 ではないので、 ゲインを小さく変化して、 フィードバック制御系に おける発散を防止する。 なお、 S 1600の処理と S 1 700の処理とは選択的 に実行されるようにしても構わない。
以上のような構造およびフローチヤ一トに基づく、 本実施例に係る制御装置で あるエンジン ECU 280により制御されるエンジン 120の動作について、 図 5を参照して説明する。 [第 1の空燃比センサの応答性が正常]
図 5の時刻 T (1) において、 エンジン 1 20が再始動されて (S 1000に て YE S) 、 ΔΤが設定されたタイマがスタートされる (S 1 100) 。 ェンジ ン 120が再始動されてから設定時間 Δ Tが経過した時刻 T (2) において (S 1 200にて YES) 、 第 1の空燃比センサ 1210により空燃比が検出される。 検出された空燃比がリーン領域内にないと (S 1400にて NO) 、 この処理 は終了して、 第 1の空燃比センサ 1 21 0の Jj答遅れはないと判断される。 した が て、 第 1の空燃比センサ 1 210の応答遅れがあるときの異常処理 (S 15 00〜S 1 700) は実行されない。
このときの状態が、 図 5に実線により示される空燃比の変化である。 エンジン 1 20が再始動された時刻 T (1) から設定時間 ΔΤが経過した時刻 T (2) に おいで、 十分にリッチ領域の値を第 1の空燃比センサ 1 2 10が検出している。 このため、 エンジン間欠運転許可フラグはセットされたまま (オンのまま) であ る。
[第 1の空燃比センサの応答性が異常]
上述の動作と同じように、 図 5の時刻 T (1) において、 エンジン 120が再 始動されて (S 1000にて YES) 、 ΔΤが設定されたタイマがスタートされ る (S 1 100) 。 エンジン 120—が再始動されてから設定時間 ΔΤが経過した 時刻 T (2) において (S 1 200にて YES) 、 第 1の空燃比センサ 1 210 により空燃比が検出される。
検出された空燃比がリーン領域内にあると (S 1400にて YES) 、 第 1の 空燃比センサ 1210の応答性異常 (許容できない応答遅れが発生しているとい う異常) が検出される (S 1 500) 。
このときの状態が、 図 5に点線により示される空燃比の変化である。 エンジン 120が再始動された時刻 T (1 ) から設定時間 ΔΤが経過した時刻 T (2) に おいて、 まだリーン領域の値を第 1の空燃比センサ 1210が検出している。 な お、 第 1の空燃比センサ 1 210が検出される空燃比の値は、 図 5の時刻 t
(4) でストィキ領域、 時刻 t (4) 以降でリッチ領域に入っている。 すなわち、 第 1の空燃比センサ 1210は応答性の異常であって、 第 1の空燃比センサ 1 2 1 0そのものが異常であるわけではない。 第 1の空燃比センサ 1 2 1 0の応答性 の異常と第 1の空燃比センサ 1 2 1 0そのものが異常とを切り分けるには、 たと えば、 以下のように処理するようにしても構わない。
( 1 ) エンジン E C U 2 8 0は、 タイムアップ後の時刻 T ( 3 ) 以降においても 第 1の空燃比センサ 1 2 1 0により検出された空燃比を監視 (モニタ) して、 検 出された空燃比がリッチ領域に入ったことを確認することにより (たとえば、 図 5の時刻 T ( 4 ) ) 、 空燃比センサ 1 2 1 0そのものが異常ではないと判断でき る。
( 2 ) エンジン E C U 2 8 0は、 タイマにかかわらず、 エンジン 1 2 0の再始動 後において第 1の空燃比センサ 1 2 1 0により検出された空燃比を監視 (モニ タ) して、 検出された空燃比がリーン領域であっても時間の経過とともにリッチ 領域側に変化していることを確認することにより (たとえば、 図 5の時刻 T ( 2 ) 近傍) 、 空燃比センサ 1 2 1 0そのものが異常ではないと判断できる。 第 1の空燃比センサ 1 2 1 0の応答遅れがあるときの異常処理として、 ェンジ ン間欠運転許可フラグはセットされた状態からリセットされた状態に変更される (オンからオフに切換えられる) (S 1 6 0 0 ) 。 これを図 5のエンジン間欠運 転許可フラグの点線で示す。
さらに、 空燃比フィードバックゲインが小さく変化されて、 第 1の空燃比セン サ 1 2 1 0に応答性異常が発生している時にフィードバック偏差が大きくでも制 御量が大きく操作されてフィードバック制御が発散されることを回避できる。 以上のようにして、 本実施例に係る制御装置であるエンジン E C Uによると、 ハイプリッド車両において間欠運転されるエンジンの排気ガスの空燃比を検出す る空燃比センサの応答性の異常を的確に検出することができる。 空燃比センサの 応答性の異常を検出すると、 エンジンの間欠運転を禁止する。 これにより、 ェン ジンの排気ェミッションが悪化することを回避することができる。 さらに、 空燃 比センサの応答性の異常を検出すると、 空燃比フィードバック制御の制御ゲイン を変化させる。 これにより、 エンジンの空燃比フィードバック制御が発散するこ とを回避することができる。
なお、 図 4に示したフローチャートにおいて、 エンジン 1 2 0の再始動から Δ T経過した時の空燃比がリ一ンであることに基づいて空燃比センサの応答性の異 常を判断している力 空燃比センサの応答性の異常を判断する処理はこの処理に 限定されない。
また、 タイマがタイムアップするまでの間においても空燃比センサにより検出 された値を監視しておいて、 リーンへの変化が検出されると、 空燃比センサの応 答性が異常でないと判断するようにしても構わない。 - さらに、 空燃比センサの応答性が異常であると判断された履歴をダイァグ
(Diagnosis) として記憶させるようにしてもよいし、 運転者に報知するために ィンストルメントパネルの特定のランプを点灯または点滅させるようにしても構 わない。
今回開示された実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考 えられるべきである。 本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によつ て示され、 請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれるこ とが意図される。

Claims

請求の範囲
1 . 車両の走行源として、 内燃機関と、 前記内燃機関以外の動力源とを有す るハイブリッド車両の制御装置であって、
前記車両の状態が一時停止条件を満足すると内燃機関を一時的に停止し、 再始 動条件が成立すると前記内燃機関を再始動するように、 前記内燃機関を制御する 制御部と、
前記内燃機関の排気系に設けられ、 排気の空燃比を検出する検出部と、 前記検出された空燃比に基づいて、 前記内燃機関の排気系に設けられた触媒機 構による排気の浄化特性を最適化するために、 空燃比が目標空燃比になるように フィードバック制御するフィードバック制御部と、
前記内燃機関の一時的な停止後であって、 前記内燃機関の再始動時において、 前記検出部の応答遅れが異常であるか否かを判定する判定部と、
前記応答遅れが異常であると判定されると、 前記制御部による内燃機関の一時 的な停止を禁止する禁止部とを含む、 制御装置。
2 . 車両の走行源として、 内燃機関と、 前記内燃機関以外の動力源とを有す るハイブリッド車両の制御装置であって、
前記車両の状態が一時停止条件を満足すると内燃機関を一時的に停止し、 再始 動条件が成立すると前記内燃機関を再始動するように、 前記内燃機関を制御する 制御部と、
前記内燃機関の排気系に設けられ、 排気の空燃比を検出する検出部と、 前記検出された空燃比に基づいて、 前記内燃機関の排気系に設けられた触媒機 構による排気の浄化特性を最適化するために、 空燃比が目標空燃比になるように フィードバック制御するフィードバック制御部と、
前記内燃機関の一時的な停止後であって、 前記内燃機関の再始動時において、 前記検出部の応答遅れが異常であるか否かを判定する判定部と、
前記応答遅れが異常であると判定されると、 前記フィードバック制御部におけ るゲインを変更する変更部とを含む、 制御装置。
3 . 前記変更部は、 前記ゲインを小さく変更する、 請求項 2に記載の制御装 置 0
4 . 前記判定部は、 前記内燃機関の再始動から予め定められた時間が経過し た時において、 前記検出部により検出された空燃比がリーン領域内にあると、 前 記応答遅れが異常であると判定する、 請求項 1〜 3のいずれかに記載の制御装置。
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