JP6171822B2

JP6171822B2 - ハイブリッド車の制御装置

Info

Publication number: JP6171822B2
Application number: JP2013211831A
Authority: JP
Inventors: 裕志藤川; 朗大室
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-10-09
Filing date: 2013-10-09
Publication date: 2017-08-02
Anticipated expiration: 2033-10-09
Also published as: JP2015074342A

Description

本発明は、所謂シリーズ式のハイブリッド車の制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、ハイブリッド車において、エンジンと、該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータと、該モータジェネレータによる発電電力が充電されるバッテリと、該バッテリの放電電力及び上記モータジェネレータによる発電電力のうちの少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータとを備えたものが知られている。このようなハイブリッド車では、モータジェネレータによる発電が要求された場合に、エンジンが始動されて、該エンジンによりモータジェネレータが駆動されることで、モータジェネレータによる発電が行われ、この発電電力がバッテリに充電されたり走行用モータに供給されたりすることになる。

また、上記ハイブリッド車では、特に乗員の加速要求時には、エンジンによりモータジェネレータを駆動して、少なくともモータジェネレータによる発電電力で走行用モータを駆動する。このとき、エンジンは、モータジェネレータによる負荷がかかった有負荷運転状態となる。そして、乗員の加速要求がなくなったときには、モータジェネレータによる発電電力は必要なくなり、バッテリの放電電力により走行用モータを駆動する。これにより、エンジンは停止するか又は無負荷運転状態になる。エンジンを、上記加速要求に対応した有負荷運転状態から無負荷運転状態へ移行する際、例えば特許文献１では、モータジェネレータのトルク変化率を所定値以下に制御することで、トルク変動を抑制するようにしている。

ここで、上記バッテリは、その残存容量（ＳＯＣ）及び温度によって、該バッテリに充電することが可能な電力である充電可能電力が変化し、バッテリの残存容量が多い場合や、バッテリの温度が所定範囲外にある場合（低温や高温である場合）には、充電可能電力が低くなる。このように充電可能電力が低下した状態でバッテリに充電すると、充電可能電力を超えた電力がバッテリに充電される可能性があり、このようになると、バッテリの早期劣化を招いてしまう。このバッテリの早期劣化を抑制するためには、充電可能電力を超えた電力がバッテリに充電されないようにする必要がある。

そこで、例えば特許文献２では、バッテリが満充電状態のときや低温時等のように充電可能電力が低いとき（ここでは、基本的に０であるとき）に、内燃機関をモータリングすることで電力消費を行うことが提案されている。

特開平１１−１５０８０６号公報特開２００４−３１２９６２号公報

ところで、上記のようなハイブリッド車では、エンジンの有負荷運転状態であってもアイドル運転状態（基本的には、無負荷運転状態であるが、エンジンに所定負荷以下の軽負荷がかかる状態であってもよい）であっても、高い効率が得られる一定の回転数に制御することが好ましい。この場合、エンジンの有負荷運転状態からアイドル運転状態への移行時において、モータジェネレータの吸収トルク（つまりエンジンの負荷）を一気に低下させると、トルク変動によるショックが生じるとともに、エンジン回転数を、高い効率が得られる一定の回転数に制御しようとしても、エンジンの負荷が急激に低下しかつ負荷が低下することに対応してエンジンへの空気充填量が低下するので、エンジン回転数が大きく低下し、このエンジン回転数の低下量が大きくなり過ぎると、エンジンが停止してしまう。このようにエンジンが停止すると、例えば、ハイブリッド車に、エンジンの冷却水を利用して車室内を暖房する暖房装置が設けられていて、その暖房性能の確保という観点からエンジンを作動させておきたい場合には、エンジンを再始動する必要があり、再始動すると、より一層大きなショックが生じる。

そこで、上記特許文献１と同様に、モータジェネレータの吸収トルクを、有負荷運転状態の吸収トルクからアイドル運転状態の吸収トルクにまで徐々に低下させるようにすれば、エンジンの回転数を低下させないようにすることができる。

しかし、バッテリの充電可能電力が所定値（特に０ないし０に近い値）以下である場合に、モータジェネレータの吸収トルクを徐々に低下させると、そのときのモータジェネレータによる発電電力がバッテリに充電されることになり、充電可能電力を超えた電力がバッテリに充電されることになって、バッテリの早期劣化を招いてしまう。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、シリーズ式のハイブリッド車のエンジンを有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際に、バッテリの充電可能電力を超えた電力をバッテリに充電するのを抑制しつつ、エンジンの回転数の低下を出来る限り抑制しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンと、該エンジンの出力軸に連結されていて、該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータと、該モータジェネレータによる発電電力が充電されるバッテリと、該バッテリの放電電力及び上記モータジェネレータによる発電電力のうちの少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータとを備えたハイブリッド車の制御装置を対象として、上記バッテリの充電可能電力を検出する充電可能電力検出手段と、上記エンジン、上記モータジェネレータ及び上記走行用モータの作動を制御する制御手段と、上記エンジンへの空気充填量を検出する空気充填量検出手段とを備え、上記制御手段は、上記エンジンを有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際において、上記充電可能電力検出手段により検出された充電可能電力が所定値よりも大きいときには、上記エンジンの回転数が低下しないように、上記モータジェネレータの吸収トルクを調整しながら、上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態へ移行させる一方、上記充電可能電力が上記所定値以下であるときには、上記モータジェネレータの吸収トルクを、上記有負荷運転状態の吸収トルクから一気に０にするとともに、上記エンジンへの空気充填量を低下させかつ上記空気充填量検出手段により検出される空気充填量の低下に応じて該エンジンの目標空燃比を燃料リッチに設定することで、上記エンジンの回転数の低下を抑制しながら上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態へ移行させるように構成されている、という構成とした。

上記の構成により、エンジンを有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際において、バッテリの充電可能電力が所定値（例えば０ないしそれに近い値）よりも大きいときには、エンジンの回転数が低下しないように、モータジェネレータの吸収トルクを調整する（例えば、吸収トルクの変化率を、予め設定した設定値以下になるようにして吸収トルクを徐々に低下させる）ことで、エンジンの回転数の低下を容易に防止することができる。このときのモータジェネレータによる発電電力がバッテリに充電されても、バッテリの充電可能電力を超えた電力がバッテリに充電される可能性は低い。一方、バッテリの充電可能電力が上記所定値以下であるときには、モータジェネレータの吸収トルクを、有負荷運転状態の吸収トルクから一気に０にすることで、バッテリの充電可能電力を超えた電力がバッテリに充電されるのを防止することができる。このとき、エンジンの負荷が急激になくなるとともに、負荷がなくなることに対応してエンジンへの空気充填量を低下させるので、エンジンの回転数が大きく低下しようとする。しかし、本発明では、空気充填量の低下に応じてエンジンの目標空燃比を燃料リッチに設定するので、エンジンの回転数が大きく低下するのを抑制することができる。

上記ハイブリッド車の制御装置において、上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記充電可能電力が上記所定値以下であるときにおいて、上記エンジンの目標空燃比を、上記空気充填量の低下に加えて、上記エンジン回転数検出手段により検出されるエンジンの回転数の低下に応じて、燃料リッチに設定するように構成されている、ことが好ましい。

このことにより、空気充填量の低下に加えて、エンジンの回転数の実際の低下に応じてもエンジンの目標空燃比を燃料リッチに設定するので、エンジンの回転数の低下をより一層抑制することができる。

上記ハイブリッド車の制御装置において、上記制御手段は、上記有負荷運転状態における上記エンジンの目標空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンに設定するように構成されている、ことが好ましい。

これにより、エンジンの有負荷運転状態での燃費を向上させることができるとともに、目標空燃比の燃料リッチ化によって、エンジンの回転数の低下を効果的に抑制することができるようになる。

上記ハイブリッド車の制御装置において、上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段を更に備え、上記制御手段は、上記充電可能電力が上記所定値以下であるときにおいて、上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態への移行時に、上記エンジン回転数検出手段により検出されるエンジンの回転数より、該移行時におけるエンジンの回転数の最大低下量を算出し、次回の上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態への移行時に、上記空気充填量の低下に応じて燃料リッチに設定する上記エンジンの目標空燃比を、上記最大低下量に応じて補正するように構成されている、ことが好ましい。

このことにより、エンジンの回転数の実際の最大低下量に応じて目標空燃比を補正（学習）するので、次回の有負荷運転状態からアイドル運転状態への移行時に、エンジンの回転数の低下をより一層抑制することができるようになる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車の制御装置によると、エンジンを有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際において、バッテリの充電可能電力が所定値よりも大きいときには、エンジンの回転数が低下しないように、モータジェネレータの吸収トルクを調整しながら、有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる一方、バッテリの充電可能電力が上記所定値以下であるときには、モータジェネレータの吸収トルクを、有負荷運転状態の吸収トルクから一気に０にするとともに、エンジンへの空気充填量を低下させかつ検出される空気充填量の低下に応じてエンジンの目標空燃比を燃料リッチに設定することで、エンジンの回転数の低下を抑制しながら有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させるようにしたので、バッテリの充電可能電力を超えた電力をバッテリに充電するのを抑制しつつ、エンジンの回転数の低下を出来る限り抑制することができる。

本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車を示す概略構成図である。図１に示すハイブリッド車のエンジン及び制御システムを示す図である。バッテリの残存容量及び温度と該バッテリの充電可能電力との関係を表す充電可能電力マップを示す図である。バッテリの充電可能電力が所定値よりも大きいときにエンジンを有負荷運転状態からアイドル運転状態（軽負荷運転状態）へ移行させる場合のタイムチャートの一例である。バッテリの充電可能電力が所定値以下であるときにエンジンを有負荷運転状態からアイドル運転状態（無負荷運転状態）へ移行させる場合のタイムチャートの一例である。コントロールユニットによるエンジンの制御動作を示すフローチャートである。有負荷運転状態からアイドル運転状態（無負荷運転状態）への移行制御の詳細な制御動作を示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車１（以下、単に車両１という）を示す。この車両１は、所謂シリーズ式のハイブリッド車であって、エンジン１０と、回転軸が該エンジン１０の出力軸（後述のエキセントリックシャフト１３）に連結されていて、エンジン１０を駆動して始動させかつ該始動後のエンジン１０により駆動されて発電するモータジェネレータ２０と、このモータジェネレータ２０によって発電された電力が蓄電（充電）される高電圧・大容量のバッテリ３０と、エンジン１０に駆動されることによるモータジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０の蓄電電力（放電電力）のうちの少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータ４０とを備えている。

モータジェネレータ２０、バッテリ３０及び走行用モータ４０の間には、インバータ５０が設けられている。このインバータ５０を介して、モータジェネレータ２０の発電電力が、バッテリ３０及び／又は走行用モータ４０に供給されるとともに、バッテリ３０からの放電電力が、モータジェネレータ２０及び／又は走行用モータ４０に供給される。

走行用モータ４０は、モータジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０からの放電電力の少なくとも一方が供給されることにより駆動される。この走行用モータ４０の駆動力が、デファレンシャル装置６０を介して、駆動輪としての左右の前輪６１に伝達され、これにより、車両１が走行する。尚、走行用モータ４０は、回生発電電力を発生可能なものであって、車両１の減速時にジェネレータとして作動して、その発電した電力（回生発電電力）がバッテリ３０に充電される。また、バッテリ３０は、車両１の外部の電源による外部充電が可能である。

エンジン１０は、モータジェネレータ２０による発電用にのみ使用される。エンジン１０は、本実施形態では、水素タンク７０に貯留されている水素ガスが、燃料として供給される水素エンジンである。

図２に示すように、エンジン１０は、ツインロータ式（２気筒）のロータリピストンエンジンであって、２つの繭状のロータハウジング１１内（気筒内）に形成されるロータ収容室１１ａに、概略三角形状のロータ１２がそれぞれ収容されて構成されている。２つのロータハウジング１１は、３つのサイドハウジング（図示せず）の間に挟み込むようにして該サイドハウジングと一体化されてなり、各ロータハウジング１１とその両側のサイドハウジングとで各ロータ収容室１１ａが形成される。尚、図２では、２つのロータハウジング１１（２つの気筒）を展開した状態で図示しており、２つのロータハウジング１１内の中央部にそれぞれ描いているエキセントリックシャフト１３は、同じものである。

上記各ロータ１２は、その三角形の各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング１１のトロコイド内周面に摺接しており、このことで、各ロータ１２により各ロータ収容室１１ａ（各気筒内）に３つの作動室（燃焼室に相当）が画成される。そして、各ロータ１２は、該ロータ１２の３つのアペックスシールが各々ロータハウジング１１のトロコイド内周面に当接した状態でエキセントリックシャフト１３の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト１３の軸心の周りに公転するようになっている。ロータ１２が１回転する間に、該ロータ１２の各頂部間にそれぞれ形成された作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータ１２を介して出力軸としてのエキセントリックシャフト１３から出力される。

上記各ロータ収容室１１ａには、吸気行程にある作動室に連通するように吸気通路１４が連通しているとともに、排気行程にある作動室に連通するように排気通路１５が連通している。吸気通路１４は、上流側では１つであるが、下流側では、２つの分岐路に分岐してそれぞれ上記各ロータ収容室１１ａに連通している。吸気通路１４の上記分岐部よりも上流側には、ステッピングモータ等のスロットル弁アクチュエータ９０により駆動されて吸気通路１４の断面積（弁開度）を調節するスロットル弁１６が配設されている。吸気通路１４の上記分岐部よりも下流側の各分岐路には、上記水素タンク７０から供給された水素（燃料）を吸気通路１４内に噴射する予混合用インジェクタ１７（燃料噴射弁）が配設されている。この予混合用インジェクタ１７により噴射された水素は空気と混合された状態（予混合状態）で、吸気行程にある作動室に供給される。

上記排気通路１５は、上流側では、各ロータ収容室１１にそれぞれ連通するように２つ設けられているが、下流側では、１つに合流されている。この排気通路１５の該合流部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化触媒８０が配設されている。この排気ガス浄化触媒８０は、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とされている。尚、図２において吸気通路１４及び排気通路１５に図示した矢印は、吸気及び排気の流れを示している。

上記各ロータハウジング１１（各気筒）には、上記水素タンク７０から供給された水素（燃料）をロータ収容室１１内（気筒内）に直接噴射する直噴用インジェクタ１８（燃料噴射弁）と、上記予混合用インジェクタ１７又は直噴用インジェクタ１８より噴射された水素の点火を行う点火プラグ１９とが設けられている。

予混合用インジェクタ１７は、後述のエンジン水温センサ１０６により検出されたエンジン冷却水の温度（エンジン水温）が、予め設定された設定温度よりも低いときに作動する。一方、直噴用インジェクタ１８は、上記エンジン水温が上記設定温度以上であるときに作動する。これは、上記エンジン水温が上記設定温度よりも低いときには、燃料（水素）が燃焼した際に生じる水蒸気が直噴用インジェクタ１８の噴口において氷結して該噴口が塞がれる場合があるからである。また、ロータハウジング１１のトロコイド内周面に付着した氷が、ロータ１２のアペックスシールによって直噴用インジェクタ１８の噴口内に掻き込まれ、このことによっても直噴用インジェクタ１８の噴口が塞がれる場合がある。このように直噴用インジェクタ１８の噴口が塞がれると、ロータ収容室１１内に供給される燃料量が不足する。そこで、上記氷結によるロータ収容室１１内への供給燃料量の不足を防止するべく、上記エンジン水温が、直噴用インジェクタ１８の噴口で氷結が生じるような温度にあるときには、予混合用インジェクタ１７により燃料の噴射を行う。上記エンジン水温が上記設定温度以上になれば、直噴用インジェクタ１８の噴口内の氷が溶けるとともに、燃料（水素）が燃焼した際に生じる水蒸気が氷結することもないので、空気の充填率を高めて高トルクが得られるように直噴用インジェクタ１８から水素を噴射する。

ここで、エンジン１０の始動時においては、その前のエンジン停止直前のエンジン水温が、通常は、上記設定温度以上であり、そのエンジン停止直前に発生した水蒸気は蒸発しているので、始動時における上記エンジン水温が上記設定温度よりも低くても、直噴用インジェクタ１８の噴口内に氷が存在する可能性は低い。そこで、エンジン１０の始動性を高めるべく、直噴用インジェクタ１８から燃料を噴射する。そして、エンジン１０の始動後においても、上記エンジン水温が上記設定温度よりも低い場合には、直噴用インジェクタ１８から予混合用インジェクタ１７に切り換えることになる。

尚、本実施形態では、予混合用インジェクタ１７は各分岐路において１つしか設けられていないが、直噴用インジェクタ１８は、各ロータハウジング１１において、エキセントリックシャフト１３の軸方向（図２の紙面に垂直な方向）に２つ並んで配設されている（図２では、１つしか見えていない）。

車両１には、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧を検出するバッテリ電流・電圧センサ１０１と、車両１のドライバによるアクセルペダルの踏み込み量（ドライバの操作によるアクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１０２と、車両１の車速を検出する車速センサ１０３と、エキセントリックシャフト１３に設けられ、エキセントリックシャフト１３の回転角度位置を検出する回転角センサ１０４と、エンジン１０の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１０５と、ロータハウジング１１の内部に形成されたウォータジャケット（図示せず）に臨んで該ウォータジャケット内を流れるエンジン冷却水の温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１０６と、水素タンク７０内の圧力（つまり水素タンク７０内の水素残量）を検出するタンク圧力センサ１０７と、吸気通路１４内に吸入される吸気流量を検出するエアフローセンサ１０８と、バッテリ３０の温度を検出するバッテリ温度センサ１０９と、エンジン１０の作動制御や、インバータ５０の作動制御（つまりモータジェネレータ２０及び走行用モータ４０の作動制御）等を行うコントロールユニット１００（制御手段）とが設けられている。

上記エアフローセンサ１０８により検出される吸気流量は、エンジン１０の各気筒への空気充填量に対応しており、このことで、エアフローセンサ１０８は、エンジン１０への空気充填量を検出する空気充填量検出手段を構成することになる。また、回転角センサ１０４は、エンジン１０の回転数（以下、エンジン回転数という）を検出するエンジン回転数センサを兼ねていて、エンジン回転数検出手段を構成する。さらに、空燃比センサ１０５により検出される排気ガスの空燃比は、エンジン１０の実空燃比に対応しており、このことで、空燃比センサ１０５は、エンジン１０の実空燃比を検出する実空燃比検出手段を構成することになる。

コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。コントロールユニット１００には、バッテリ電流・電圧センサ１０１、アクセル開度センサ１０２、車速センサ１０３、回転角センサ１０４、空燃比センサ１０５、エンジン水温センサ１０６、タンク圧力センサ１０７、エアフローセンサ１０８、バッテリ温度センサ１０９等からの各種信号が入力されるようになっている。

そして、コントロールユニット１００は、上記入力信号に基づいて、スロットル弁アクチュエータ９０、ポート噴射用インジェクタ１７、直噴用インジェクタ１８、点火プラグ１９に対して制御信号を出力してエンジン１０を制御するとともに、インバータ５０に対して制御信号を出力してモータジェネレータ２０及び走行用モータ４０を制御する。

インバータ５０は、モータジェネレータ２０の作動状態を、バッテリ３０からの電力供給により駆動トルクを発生させてエンジン１０を駆動する駆動状態と、エンジン１０による駆動により発電して該発電電力をバッテリ３０や走行用モータ４０に供給する発電状態とに切り換える機能を持っている。そして、コントロールユニット１００は、インバータ５０を制御して、エンジン１０の始動時には、モータジェネレータ２０の作動状態を上記駆動状態としてエンジン１０を始動し、エンジン１０の始動後には、上記発電状態に切り換える。モータジェネレータ２０が上記発電状態にあるとき、インバータ５０の制御によりモータジェネレータ２０の吸収トルクを変更することで、モータジェネレータ２０による発電電力を変更することができるようになっている。また、インバータ５０は、モータジェネレータ２０を、エンジン１０を駆動もせずかつ発電もしない空回り状態（モータジェネレータ２０の吸収トルクが０である状態）にすることも可能であり、コントロールユニット１００がインバータ５０を制御してモータジェネレータ２０を空回り状態にしたとき、エンジン１０は、負荷がかからない無負荷運転状態となる。一方、モータジェネレータ２０が上記発電状態にあるとき、エンジン１０は、モータジェネレータ２０の発電動作による負荷がかかる有負荷運転状態となる。

また、コントロールユニット１００は、バッテリ電流・電圧センサ１０１により検出された、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧に基づいて、バッテリ３０の残存容量（ＳＯＣ）を検出し、このバッテリ３０の残存容量と、バッテリ温度センサ１０９により検出されたバッテリ３０の温度とに基づいて、例えば図３に示すような、コントロールユニット１００の上記メモリに記憶されている充電可能電力マップ（図３の充電可能電力マップに記載されている温度は、バッテリ３０の温度である）から、バッテリ３０に充電することが可能な電力である充電可能電力Ｐｉｎを検出する。このことで、バッテリ電流・電圧センサ１０１、バッテリ温度センサ１０９及びコントロールユニット１００は、バッテリ３０の充電可能電力Ｐｉｎを検出する充電可能電力検出手段を構成することになる。図３から分かるように、バッテリ３０の充電可能電力Ｐｉｎは、バッテリ３０の残存容量が多い場合に低くなるとともに、バッテリ３０の温度が第１所定範囲外にある場合（−１０℃以下の低温や６０℃以上の高温である場合）には、０ないしそれに近い値になる。尚、バッテリ３０から放電することが可能な電力である放電可能電力は、充電可能電力Ｐｉｎとは逆に、バッテリ３０の残存容量が少ない場合に低くなる。また、バッテリ３０の温度に対しての放電可能電力は、充電可能電力Ｐｉｎと同様の傾向にあり、バッテリ３０の温度が第２所定範囲外にある場合に、０ないしそれに近い値になる。

さらに、インバータ５０は、モータジェネレータ２０による発電電力等に応じて、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様１と、モータジェネレータ２０からの発電電力のみでもって行う態様２と、バッテリ３０及びモータジェネレータ２０の両方からの電力でもって行う態様３とに切換えることができる機能を持っている。この機能により、コントロールユニット１００は、バッテリ３０のＳＯＣが高い場面では様態１を優先的に使用してＳＯＣを低下させ、ＳＯＣが低い場面では様態２を優先的に使用してＳＯＣを維持させることが可能になる。ここでの様態２とは、発電電力が全て走行用モータ４０で消費される場合と、発電電力が走行用モータ４０での消費とバッテリ３０の充電との両方に使われる場合とがある。ＳＯＣを維持しながら走行する場合には、低車速域では様態１で走行し、高車速域では様態２を選択し走行用モータ４０の出力よりも多くの電力を発電しながら走行することも可能である。また、様態３の場面としては、アクセル開度センサ１０２等からの入力情報に基づくドライバの加速要求が大きい場面や、バッテリ３０の放電可能電力が低い場合等が挙げられる。尚、タンク圧力センサ１０７による水素タンク７０内の水素残量が所定値以下になった場合やエンジン１０がオーバーヒートした場合などでは態様１を選択する。

走行用モータ４０の駆動が、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様（上記態様１）にあるとき（エンジン１０が停止しているとき）において、コントロールユニット１００は、アクセル開度センサ１０２等からの入力情報に基づき、ドライバの加速要求があると判定した場合には、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０及びモータジェネレータ２０の両方からの電力でもって行う態様（上記態様３）に切り換える。その後、ドライバの加速要求がなくなった場合において、エンジン１０の作動条件が成立しているときには、モータジェネレータ２０を空回り状態にするか又はエンジン１０に所定負荷以下の軽負荷がかかるような発電状態にして（つまりエンジン１０をアイドル運転状態にして）エンジン１０を運転し続けながら、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様にする。一方、ドライバの加速要求がなくなった場合において、エンジン１０の作動条件が成立していないときには、エンジン１０を停止して、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様にする。

上記エンジン１０の作動条件は、本実施形態では、上記のようなドライバの加速要求があるということ、及び、エンジン冷間時に暖房装置による暖房要求があるということである。この暖房装置は、エンジン１０の冷却水（エンジン水温）を利用して車室内を暖房するものであって、エンジン１０が冷間状態にあるとき（エンジン水温センサ１０６により検出されるエンジン水温が所定温度以下であるとき）には、暖房性能を確保することができないので、エンジン１０をアイドル運転状態で作動させてエンジン水温を高くする。したがって、ドライバの加速要求がなくなった場合において、エンジン１０が冷間状態にあるときには、エンジン１０が有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行することになる。尚、本実施形態では、アイドル運転状態は、基本的には、無負荷運転状態であるが、エンジン１０に所定負荷以下の軽負荷（エンジン補機と同様の軽負荷）がかかる軽負荷運転状態であってもよい。このため、上記移行前の有負荷運転状態は、エンジン１０に上記所定負荷よりも大きい負荷がかかる運転状態とする。

コントロールユニット１００は、上記のようにエンジン１０を有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際において、バッテリ３０の充電可能電力Ｐｉｎが所定値よりも大きいときには、エンジン回転数が低下しないように、モータジェネレータ２０の吸収トルクを調整しながら、有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる。尚、本実施形態では、上記充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値よりも大きいときの移行先のアイドル運転状態は、モータジェネレータ２０を、エンジン１０に上記所定負荷以下の軽負荷がかかるような発電状態にすることで、上記軽負荷運転状態とするが、モータジェネレータ２０を空回り状態にすることで、無負荷運転状態としてもよい。

具体的には、図４に示すように、ドライバの加速要求がなくなった時点ｔ１から、モータジェネレータ２０の吸収トルクを、有負荷運転状態の吸収トルクからアイドル運転状態（軽負荷運転状態）の吸収トルクにまで徐々に低下させる（吸収トルクの変化率を、予め設定した設定値以下になるようにする）。この吸収トルクの低下に対応して、スロットル弁１６の開度を、軽負荷運転状態の開度にまで徐々に小さくする。これにより、エアフローセンサ１０８により検出される吸気流量つまりエンジン１０への空気充填量Ｃｅが徐々に少なくなる。この空気充填量Ｃｅの低下に応じてエンジン１０の目標空燃比（目標空気過剰率λ）を燃料リッチに設定する。本実施形態では、有負荷運転状態におけるエンジン１０の目標空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンに設定している（図４の例ではλ＝２．２）。また、アイドル運転状態におけるエンジン１０の目標空燃比も、理論空燃比よりも燃料リーンに設定しているが、有負荷運転状態における目標空燃比よりも燃料リッチに設定している（図４の例ではλ＝１．８）。そして、上記空気充填量Ｃｅの低下に応じて、エンジン１０の目標空燃比（目標空気過剰率λ）を、有負荷運転状態における目標空燃比（λ＝２．２）からアイドル運転状態における目標空燃比（λ＝１．８）まで徐々に燃料リッチに変更する（λを小さくする）。上記空気充填量Ｃｅ及び目標空燃比（目標空気過剰率λ）の変化に対応して、予混合用インジェクタ１７又は直噴用インジェクタ１８による燃料噴射量が徐々に少なくなる。この燃料噴射量は、空燃比センサ１０５により検出される実空燃比が上記目標空燃比に一致するように、フィードバック制御（フィードバック補正）される。

上記のようにモータジェネレータ２０の吸収トルクを徐々に低下させることにより、空気充填量Ｃｅの低下に応じてエンジン１０の目標空燃比（目標空気過剰率λ）を燃料リッチに設定することと相俟って、有負荷運転状態からアイドル運転状態への移行時に、エンジン回転数Ｎｅは高い効率が得られる一定の回転数（例えば２０００ｒｐｍ）に維持される。また、モータジェネレータ２０の吸収トルクを徐々に低下させているとき、モータジェネレータ２０は発電状態にあり、このモータジェネレータ２０による発電電力はバッテリ３０に充電される。しかし、バッテリ３０の充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値よりも大きいことで、充電可能電力Ｐｉｎを超えた電力がバッテリ３０に充電される可能性は低い。

一方、エンジン１０を有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際において、上記充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値以下であるときには、上記充電可能電力Ｐｉｎを超えた電力がバッテリ３０に充電されるのを防止するために、図５に示すように、ドライバの加速要求がなくなった時点ｔ１１から、モータジェネレータ２０の吸収トルクを、有負荷運転状態の吸収トルクから一気に０にする。このことから、上記充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値以下であるときの移行先のアイドル運転状態は、無負荷運転状態となる。

ここで、上記所定値は、例えば０ないしそれに近い値であり、充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値以下であるとき（バッテリ３０の温度が上記第１所定範囲外にある場合に相当）に、モータジェネレータ２０の吸収トルクを徐々に低下させたのでは、そのときの発電電力がバッテリ３０に充電されることになり、充電可能電力Ｐｉｎを超えた電力がバッテリ３０に充電されることになって、バッテリ３０の早期劣化を招いてしまう。そこで、モータジェネレータ２０の吸収トルクを一気に０にする（モータジェネレータ２０を空回り状態にする）。また、エンジン１０への空気充填量Ｃｅを低下させるために、上記時刻ｔ１１で、スロットル弁１６の開度を、無負荷運転状態の開度（最小開度）にまで一気に低下させる。しかし、スロットル弁１６の開度を一気に低下させても、空気充填量Ｃｅは、時刻ｔ１１よりも遅れた時刻ｔ１２で低下し始めるとともに徐々に低下する（図５参照）。

上記空気充填量Ｃｅの低下によりエンジン回転数Ｎｅが低下しようとする。このエンジン回転数Ｎｅの低下を抑制するべく、エアフローセンサ１０８により検出される吸気流量つまり空気充填量Ｃｅの低下に応じてエンジン１０の目標空燃比を燃料リッチに設定する。また、本実施形態では、回転角センサ１０４により検出されるエンジン回転数Ｎｅの低下に応じても、エンジン１０の目標空燃比を燃料リッチに設定する。具体的には、エアフローセンサ１０８により検出される空気充填量Ｃｅと回転角センサ１０４により検出されるエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、コントロールユニット１００の上記メモリに記憶されている第１目標空燃比マップから、目標空燃比（目標空気過剰率λ）を設定する。この第１目標空燃比マップは、空気充填量Ｃｅが小さいほど、またエンジン回転数Ｎｅが低いほど、目標空燃比が燃料リッチになるようになされている。

ここで、上記時刻ｔ１１から第１所定時間（空気充填量が最小値になるような時間）が経過した後の時刻ｔ１３からは、エンジン１０はアイドル運転制御に切り換えられる。このアイドル運転制御では、回転角センサ１０４により検出されるエンジン回転数Ｎｅに基づいて、コントロールユニット１００の上記メモリに記憶されている第２目標空燃比マップから、目標空燃比（目標空気過剰率λ）を設定する。この第２目標空燃比マップは、エンジン回転数Ｎｅが低いほど、目標空燃比が燃料リッチになるようになされているとともに、第１目標空燃比マップに比べて、同じエンジン回転数Ｎｅであっても、目標空燃比がより燃料リッチになるようになされている。図５の例では、時刻ｔ１３の時点で、第１目標空燃比マップから第２目標空燃比マップに変更したことにより、目標空燃比（目標空気過剰率λ）が燃料リッチ側に急激に変化している。

上記空気充填量Ｃｅ及び目標空燃比（目標空気過剰率λ）の変化に対応して、予混合用インジェクタ１７又は直噴用インジェクタ１８による燃料噴射量が徐々に少なくなる。この燃料噴射量は、空燃比センサ１０５による実空燃比が上記目標空燃比に一致するように、フィードバック制御（フィードバック補正）される。

上記のように空気充填量Ｃｅ及びエンジン回転数Ｎｅの低下に応じて目標空燃比を燃料リッチに設定するが、エンジン１０の回転数の低下が止まらない場合がある。そこで、本実施形態では、コントロールユニット１００は、上記時刻ｔ１３から（エンジン１０のアイドル運転制御に切り換えられてから）、予混合用インジェクタ１７又は直噴用インジェクタ１８の特定制御を実行する。この特定制御は、該特定制御の開始（アイドル運転制御の開始でもある）から第２所定時間（例えば数秒）が経過するまでの間（エンジン１０の回転数が最も低下し易い間）において、燃料噴射量を所定の下限値以上にしかつ上記フィードバック制御を非実行状態にする制御である。上記フィードバック制御を非実行状態にするのは、燃料噴射量を所定の下限値以上にした状態で上記フィードバック制御を実行すると、燃料噴射量をより一層少なく制御しようとすることになるからである。本実施形態では、噴射すべき燃料噴射量（フィードバック補正後の燃料噴射量）が所定の下限値よりも少ないときには、その所定の下限値の燃料噴射量でもって噴射し、噴射すべき燃料噴射量が所定の下限値以上であるときには、フィードバック補正前の燃料噴射量でもって噴射する。

上記特定制御により、図５の例での燃料噴射量は、所定の下限値を下回ることがなくなり、所定の下限値で一定に維持される。これにより、エンジン回転数Ｎｅも所定回転数を下回ることがなくなる。この所定回転数を下回ると、エンジン１０が停止する（エンストする）可能性が高くなるが、本実施形態では、それを防止することができる。尚、上記特定制御は必ずしも必要なものではない。

その後（図５の例では、時刻ｔ１４の時点で）、エンジン回転数Ｎｅが上昇し、これに伴って、目標空燃比及び燃料噴射量が上昇し、やがて、エンジン回転数Ｎｅは、アイドル運転状態への移行前の有負荷運転状態と同じ回転数になる。

本実施形態では、コントロールユニット１００は、充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値以下であるときにおいて、有負荷運転状態からアイドル運転状態（無負荷運転状態）への移行時に、回転角センサ１０４により検出されるエンジン回転数Ｎｅより、該移行時におけるエンジン回転数Ｎｅの最大低下量を算出する。そして、この最大低下量に応じて、上記第１及び第２目標空燃比マップ（いずれか一方の目標空燃比マップのみであってもよい）の目標空燃比を変更する。すなわち、上記最大低下量が大きいほど、第１及び第２目標空燃比マップの目標空燃比を燃料リッチ側に変更する。これにより、次回の有負荷運転状態からアイドル運転状態（無負荷運転状態）への移行時に、空気充填量の低下に応じて燃料リッチに設定する目標空燃比が、上記最大低下量に応じて補正（学習）されることになり、エンジン回転数の低下をより一層抑制することができるようになる。

ここで、上記コントロールユニット１００によるエンジン１０の制御動作について、図６のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１で、各種センサより信号を読み込み、次のステップＳ２で、エンジン１０の作動条件が成立しているか否かを判定する。このステップＳ２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３に進んで、エンジン１０を停止し、しかる後にリターンする。一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４に進む。

上記ステップＳ４では、ドライバの加速要求があるか否かを判定する。このステップＳ４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５に進んで、エンジン１０を、上記加速要求に対応した有負荷運転状態に制御する。このとき、モータジェネレータ２０を、エンジン１０に上記所定負荷よりも大きい負荷がかかるような発電状態にする。ステップＳ５の後はリターンする。一方、ステップＳ４の判定がＮＯであるときには、ステップＳ６に進む。

上記ステップＳ６では、バッテリ３０の充電可能電力Ｐｉｎが所定値よりも大きいか否かを判定する。このステップＳ６の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ７に進んで、エンジン１０をアイドル運転状態（軽負荷運転状態）に制御する。このとき、モータジェネレータ２０を、エンジン１０に上記所定負荷以下の軽負荷がかかるような発電状態にする。尚、エンジン１０の有負荷運転状態からアイドル運転状態（軽負荷運転状態）への移行時は、上記のように、エンジン回転数が低下しないように、モータジェネレータ２０の吸収トルクを調整しながら、有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる。ステップＳ７の後はリターンする。一方、ステップＳ６の判定がＮＯであるときには、ステップＳ８に進む。

上記ステップＳ８では、エンジン１０の有負荷運転状態からアイドル運転状態（無負荷運転状態）への移行が完了しているか否かを判定する。このステップＳ８の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ９に進んで、エンジン１０をアイドル運転状態（無負荷運転状態）に制御する。このとき、モータジェネレータ２０を空回り状態にする。ステップＳ９の後はリターンする。一方、ステップＳ８の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１０に進んで、有負荷運転状態からアイドル運転状態（無負荷運転状態）への移行制御を実行し、しかる後にリターンする。

上記ステップＳ１０の移行制御の詳細な制御動作について、図７のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ２１で、スロットル弁１６の開度を最小開度にする。このとき、モータジェネレータ２０の吸収トルクを０にする。これにより、このステップＳ２１の直前の状態が、上記加速要求に対応した有負荷運転状態にある場合には、ステップＳ２１で（つまり移行制御の開始と同時に）、スロットル弁１６の開度が一気に最小開度になる。また、モータジェネレータ２０の吸収トルクが一気に０になる。ステップＳ２１の直前の状態が、既に上記移行制御が開始されていて移行途中の状態である場合には、スロットル弁１６の開度が最小開度に維持されることになる。また、モータジェネレータ２０の吸収トルクが０に維持されることになる。

次のステップＳ２２では、上記移行制御の開始から第１所定時間が経過したか否かを判定する。このステップＳ２２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２３に進む一方、ステップＳ２２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２７に進む。

上記ステップＳ２３では、エアフローセンサ１０８により検出される空気充填量Ｃｅと回転角センサ１０４により検出されるエンジン回転数Ｎｅとに基づいて、第１目標空燃比マップから目標空燃比（目標空気過剰率λ）を設定し、次のステップＳ２４で、その目標空燃比（及び空気充填量Ｃｅ）から燃料噴射量Ｑｆを算出する。

次のステップＳ２５で、燃料噴射量Ｑｆに対して上記の如くフィードバック補正した燃料噴射量Ｑｆ′を算出し、次のステップＳ２６で、その算出した燃料噴射量Ｑｆ′でもって燃料噴射を行い、しかる後にリターンする。

上記ステップＳ２２の判定がＹＥＳであるときに進むステップＳ２７では、アイドル運転制御に切り換えて、回転角センサ１０４により検出されるエンジン回転数Ｎｅに基づいて、第２目標空燃比マップから目標空燃比（目標空気過剰率λ）を設定し、次のステップＳ２８で、その目標空燃比（及び空気充填量Ｃｅの最小値）から燃料噴射量Ｑｆを算出する。

次のステップＳ２９では、燃料噴射量Ｑｆに対してフィードバック補正した燃料噴射量Ｑｆ′を算出し、次のステップＳ３０で、アイドル運転制御の開始から第２所定時間が経過したか否かを判定する。このステップＳ３０の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３１に進んで、その算出した燃料噴射量Ｑｆ′でもって燃料噴射を行い、しかる後にリターンする。一方、ステップＳ３０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３２に進む。

上記ステップＳ３２では、上記算出した燃料噴射量Ｑｆ′が所定の下限値Ｑｆ０よりも小さいか否かを判定する。このステップＳ３２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３３に進む一方、ステップＳ３２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３４に進む。

上記ステップＳ３３では、上記燃料噴射量Ｑｆでもって燃料噴射を行い、しかる後にリターンする。上記ステップＳ３４では、上記所定の下限値Ｑｆ０でもって燃料噴射を行い、しかる後にリターンする。

したがって、本実施形態では、エンジン１０を有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際において、バッテリ３０の充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値よりも大きいときには、エンジン回転数が低下しないように、モータジェネレータ２０の吸収トルクを調整しながら、有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる一方、充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値以下であるときには、モータジェネレータ２０の吸収トルクを、有負荷運転状態の吸収トルクから一気に０にするとともに、エンジン１０への空気充填量を低下させかつエアフローセンサ１０８により検出される空気充填量の低下に応じてエンジン１０の目標空燃比を燃料リッチに設定することで、エンジン回転数の低下を抑制しながら有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させるようにしたので、バッテリ３０の充電可能電力Ｐｉｎを超えた電力をバッテリ３０に充電するのを抑制しつつ、エンジン回転数の低下を出来る限り抑制することができる。すなわち、充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値よりも大きいときには、モータジェネレータ２０の吸収トルクを徐々に低下させることで、エンジン回転数の低下を容易に防止することができるとともに、モータジェネレータ２０の吸収トルクを徐々に低下させる際のモータジェネレータ２０による発電電力がバッテリ３０に充電されても、充電可能電力Ｐｉｎを超えた電力がバッテリ３０に充電される可能性は低い。

一方、充電可能電力Ｐｉｎが上記所定値以下であるときには、モータジェネレータ２０の吸収トルクを、有負荷運転状態の吸収トルクから一気に０にすることで、充電可能電力Ｐｉｎを超えた電力がバッテリ３０に充電されるのを防止することができる。このとき、エンジン１０の負荷が急激になくなるとともに、負荷がなくなることに対応してエンジン１０への空気充填量を低下させるので、エンジン回転数が大きく低下しようとする。しかし、本実施形態では、空気充填量の低下に応じてエンジン１０の目標空燃比を燃料リッチに設定し、しかも、上記特定制御で燃料噴射量を所定の下限値以上にするので、エンジン回転数が大きく低下するのを抑制することができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、エンジン１０を、水素を燃料とするロータリピストンエンジンとしたが、往復動エンジンであってもよく、水素以外の燃料（例えばガソリン）を用いるエンジンであってもよい。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、エンジンと、該エンジンの出力軸に連結されていて、該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータと、該モータジェネレータによる発電電力が充電されるバッテリと、該バッテリの放電電力及び上記モータジェネレータによる発電電力のうちの少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータとを備えたハイブリッド車の制御装置に有用である。

１ハイブリッド車
１０エンジン
１７予混合用インジェクタ（燃料噴射弁）
１８直噴用インジェクタ（燃料噴射弁）
２０モータジェネレータ
３０バッテリ
４０走行用モータ
１００コントロールユニット（制御手段）（充電可能電力検出手段）
１０１バッテリ電流・電圧センサ（充電可能電力検出手段）
１０４回転角センサ（エンジン回転数検出手段）
１０５空燃比センサ（実空燃比検出手段）
１０８エアフローセンサ（空気充填量検出手段）
１０９バッテリ温度センサ（充電可能電力検出手段）

Claims

エンジンと、該エンジンの出力軸に連結されていて、該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータと、該モータジェネレータによる発電電力が充電されるバッテリと、該バッテリの放電電力及び上記モータジェネレータによる発電電力のうちの少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータとを備えたハイブリッド車の制御装置であって、
上記バッテリの充電可能電力を検出する充電可能電力検出手段と、
上記エンジン、上記モータジェネレータ及び上記走行用モータの作動を制御する制御手段と、
上記エンジンへの空気充填量を検出する空気充填量検出手段とを備え、
上記制御手段は、上記エンジンを有負荷運転状態からアイドル運転状態へ移行させる際において、上記充電可能電力検出手段により検出された充電可能電力が所定値よりも大きいときには、上記エンジンの回転数が低下しないように、上記モータジェネレータの吸収トルクを調整しながら、上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態へ移行させる一方、上記充電可能電力が上記所定値以下であるときには、上記モータジェネレータの吸収トルクを、上記有負荷運転状態の吸収トルクから一気に０にするとともに、上記エンジンへの空気充填量を低下させかつ上記空気充填量検出手段により検出される空気充填量の低下に応じて該エンジンの目標空燃比を燃料リッチに設定することで、上記エンジンの回転数の低下を抑制しながら上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態へ移行させるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記充電可能電力が上記所定値以下であるときにおいて、上記エンジンの目標空燃比を、上記空気充填量の低下に加えて、上記エンジン回転数検出手段により検出されるエンジンの回転数の低下に応じて、燃料リッチに設定するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１又は２記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記制御手段は、上記有負荷運転状態における上記エンジンの目標空燃比を、理論空燃比よりも燃料リーンに設定するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。
請求項１記載のハイブリッド車の制御装置において、
上記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段を更に備え、
上記制御手段は、上記充電可能電力が上記所定値以下であるときにおいて、上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態への移行時に、上記エンジン回転数検出手段により検出されるエンジンの回転数より、該移行時におけるエンジンの回転数の最大低下量を算出し、次回の上記有負荷運転状態から上記アイドル運転状態への移行時に、上記空気充填量の低下に応じて燃料リッチに設定する上記エンジンの目標空燃比を、上記最大低下量に応じて補正するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車の制御装置。