JP2008239077A - 車両およびその制御方法 - Google Patents

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power
internal combustion
combustion engine
engine
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Satoshi Yoshizaki
聡 吉嵜
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Toyota Motor Corp
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Toyota Motor Corp
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W10/00—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function
    • B60W10/04—Conjoint control of vehicle sub-units of different type or different function including control of propulsion units
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    • F01N—GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; GAS-FLOW SILENCERS OR EXHAUST APPARATUS FOR INTERNAL COMBUSTION ENGINES
    • F01N3/00—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust
    • F01N3/08—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous
    • F01N3/10—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust
    • F01N3/18—Exhaust or silencing apparatus having means for purifying, rendering innocuous, or otherwise treating exhaust for rendering innocuous by thermal or catalytic conversion of noxious components of exhaust characterised by methods of operation; Control
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02D29/02—Controlling engines, such controlling being peculiar to the devices driven thereby, the devices being other than parts or accessories essential to engine operation, e.g. controlling of engines by signals external thereto peculiar to engines driving vehicles; peculiar to engines driving variable pitch propellers
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Abstract

【課題】内燃機関の触媒が低温のときには触媒を加熱してから内燃機関を始動すると共にその間でも要求に応じた駆動力を出力する。
【解決手段】エンジンの冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、浄化装置の加熱ヒータ付き触媒や三元触媒は比較的加温された状態にないと推定し、所定時間に亘って加熱ヒータ付き触媒に通電して加熱ヒータ付き触媒を加熱し、加熱終了後にモータＭＧ１によってエンジンをモータリングしてエンジンを始動すると共に、加熱ヒータ付き触媒の加熱を開始するときからバッテリの出力制限Ｗｏｕｔが所定電力ΔＷだけ大きくなるよう補正し（Ｓ３３０）、補正後の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊が駆動軸に出力されて走行するようエンジンやモータＭＧ１，モータＭＧ２を制御する。
【選択図】図６

Description

本発明は、車両およびその制御方法に関し、詳しくは、走行用の動力を出力する内燃機関と電動機とを備える車両およびその制御方法に関する。
従来、この種の車両としては、車両を駆動する電動機と、発電用の内燃機関と、内燃機関の排気系に電気的に加熱可能な電気加熱触媒とを備えるハイブリッド車が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この車両では、内燃機関を始動するときに電気加熱触媒が低温のときには、電気加熱触媒に電力を供給して加熱した後に内燃機関を始動することにより、排ガスの浄化を促進している。
特開平８−３３８２３５号公報
走行用の動力を出力する電動機と走行用の動力を出力する内燃機関とを備える車両では、内燃機関を運転停止した状態で電動機からの動力だけで走行している最中にアクセルが踏み込まれて比較的大きな加速要求がなされたときに内燃機関を始動するが、このとき、触媒を加熱してから内燃機関を始動するものとすると、内燃機関の始動の遅れにより加速要求に対応する駆動力を出力することができない場合が生じる。この場合、電動機から大きなトルクを出力すればよいが、二次電池などの蓄電装置の出力制限近傍で電動機を駆動しているときには、それ以上の大きなトルクを出力することができない。一方、触媒の加熱を待たずに内燃機関を始動して内燃機関からの動力を用いて走行すれば、加速要求に対応する駆動力を出力することはできるが、エミッションが悪化する。
本発明の車両およびその制御方法は、内燃機関の触媒が低温のときには触媒を加熱してから内燃機関を始動すると共にその間でも要求に応じた駆動力を出力することができるようにすることを目的とする。
本発明の車両およびその制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の車両は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、
走行用の動力を出力する電動機と、
前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段から放電してもよい許容最大電力である出力制限を設定する出力制限設定手段と、
前記内燃機関の排気系に取り付けられ、前記内燃機関からの排気を浄化するための触媒を担持すると共に電力の供給を受けて該触媒を加熱する触媒担持加熱部材を有する排気浄化手段と、
前記蓄電手段からの電力の前記触媒担持加熱部材への供給を司る電力供給手段と、
前記排気浄化手段における触媒が所定温度未満であるのを推定する触媒温度推定手段と、
走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記内燃機関の運転を停止して前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御している最中に前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記触媒温度推定手段により触媒が所定温度未満であると推定されないときには前記内燃機関の始動を伴って前記設定された出力制限の範囲内で前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御し、前記触媒温度推定手段により触媒が所定温度未満であると推定されたときには所定時間に亘る前記触媒担持加熱部材への電力供給と該触媒担持加熱部材への電力供給の終了後の前記内燃機関の始動とを伴って前記設定された出力制限を所定電力だけ大きく補正してなる補正出力制限の範囲内で前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力供給手段とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の車両では、内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機とを制御している最中に内燃機関の始動が要求されたときに、排気浄化手段における触媒が所定温度未満でないと推定されるときには内燃機関の始動を伴って蓄電手段から放電してもよい許容最大電力である出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機とを制御する。触媒が所定温度未満でないため内燃機関を直ちに始動してもエミッションの悪化を抑制することができる。また、内燃機関を直ちに始動して内燃機関からの動力を走行用に用いるから、要求に応じた駆動力によって走行することができる。一方、排気浄化手段における触媒が所定温度未満であると推定されるときには所定時間に亘る触媒担持加熱部材への電力供給と触媒担持加熱部材への電力供給の終了後の内燃機関の始動とを伴って出力制限を所定電力だけ大きく補正してなる補正出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機と電力供給手段とを制御する。触媒担持加熱部材に電力供給して触媒を加熱してから内燃機関を始動するから、エミッションの悪化を抑制することができる。また、蓄電手段の出力制限を所定電力だけ大きく補正した補正出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう制御するから、蓄電手段の出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう制御するものに比して、より大きな駆動力によって走行することができる。即ち、要求に応じた駆動力によって走行することができる。ここで、所定電力は、短時間であれば蓄電手段を破損させたり劣化させたりしない出力制限を超える電力の超過分であり、蓄電手段の種類や容量などにより定めることができる。
こうした本発明の車両において、前記触媒温度推定手段は前記内燃機関の冷却水の温度に基づいて触媒が所定温度未満であるのを推定する手段であるものとすることもできるし、前記触媒温度推定手段は前記内燃機関を運転停止してからの経過時間に基づいて触媒が所定温度未満であるのを推定する手段であるものとすることもできる。
また、本発明の車両において、前記排気浄化手段は、前記触媒担持加熱部材と前記内燃機関からの排気を浄化するための触媒を担持してなる触媒担持部材とを有し、排気の上流側から前記触媒担持加熱部材，前記触媒担持部材の順に配置されてなる手段であるものとすることもできる。こうすれば、排気浄化手段の触媒全体を加熱するものに比して加熱に必要な電力量を小さくすることができると共に迅速に加熱することができる。
さらに、本発明の車両において、前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力を出力する電力動力入出力手段を備え、前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能に取り付けられてなる、ものとすることもできる。この場合、前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、を備える手段であるものとすることもできる。
本発明の車両の制御方法は、
走行用の動力を出力する内燃機関と、走行用の動力を出力する電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記内燃機関の排気系に取り付けられ、前記内燃機関からの排気を浄化するための触媒を担持すると共に電力の供給を受けて該触媒を加熱する触媒担持加熱部材を有する排気浄化手段と、前記蓄電手段からの電力の前記触媒担持加熱部材への供給を司る電力供給手段と、を備える車両の制御方法であって、
前記内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御している最中に前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記排気浄化手段における触媒が所定温度未満でないと推定されるときには前記内燃機関の始動を伴って前記蓄電手段から放電してもよい許容最大電力である出力制限の範囲内で前記要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御し、前記排気浄化手段における触媒が所定温度未満であると推定されるときには所定時間に亘る前記触媒担持加熱部材への電力供給と該触媒担持加熱部材への電力供給の終了後の前記内燃機関の始動とを伴って前記出力制限を所定電力だけ大きく補正してなる補正出力制限の範囲内で前記要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力供給手段とを制御する、
ことを特徴とする。
この本発明の車両の制御方法では、内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機とを制御している最中に内燃機関の始動が要求されたときに、排気浄化手段における触媒が所定温度未満でないと推定されるときには内燃機関の始動を伴って蓄電手段から放電してもよい許容最大電力である出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機とを制御する。触媒が所定温度未満でないため内燃機関を直ちに始動してもエミッションの悪化を抑制することができる。また、内燃機関を直ちに始動して内燃機関からの動力を走行用に用いるから、要求に応じた駆動力によって走行することができる。一方、排気浄化手段における触媒が所定温度未満であると推定されるときには所定時間に亘る触媒担持加熱部材への電力供給と触媒担持加熱部材への電力供給の終了後の内燃機関の始動とを伴って出力制限を所定電力だけ大きく補正してなる補正出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機と電力供給手段とを制御する。触媒担持加熱部材に電力供給して触媒を加熱してから内燃機関を始動するから、エミッションの悪化を抑制することができる。また、蓄電手段の出力制限を所定電力だけ大きく補正した補正出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう制御するから、蓄電手段の出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう制御するものに比して、より大きな駆動力によって走行することができる。即ち、要求に応じた駆動力によって走行することができる。ここで、所定電力は、短時間であれば蓄電手段を破損させたり劣化させたりしない出力制限を超える電力の超過分であり、蓄電手段の種類や容量などにより定めることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。浄化装置１３４には、通電すると通電抵抗により発熱する発熱部材（例えば、ステンレスなど）に一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する触媒を担持させた加熱ヒータ付き触媒１３４ａと担体に一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する触媒を担持させた三元触媒１３４ｂとが排気の上流側からこの順に配置されて構成されている。加熱ヒータ付き触媒１３４ａは、一端が導電ラインによりスイッチ１３４ｃを介してバッテリ５０の正極端子に接続されており、他端が導電ラインにより接地されている。したがって、スイッチ１３４ｃをオンとすることにより加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱することができる。
エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室内に取り付けられた圧力センサ１４３からの筒内圧力Ｐｉｎ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からのエアフローメータ信号ＡＦ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号，スイッチ１３４ｃへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図３に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図４にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にモータ運転モードによりモータ走行している最中にアクセルペダル８３などが踏み込まれて大きなアクセル開度Ａｃｃとなったり車速Ｖが大きくなり車両に要求されるパワーが大きくなることによりエンジン２２が始動要求されたときの動作について説明する。図５はエンジン２２が始動要求されたときにハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図６はこのエンジン始動制御ルーチンが実行されているときに並行してハイブリッド用電子制御ユニット７０により繰り返し実行される始動時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。図６の始動時駆動制御ルーチンは、所定時間毎（例えば、数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。説明の都合上、図５のエンジン始動制御ルーチンと図６の始動時駆動制御ルーチンとを適宜組み合わせて説明する。
図５のエンジン始動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗを入力し（ステップＳ１００）、入力した冷却水温度Ｔｗを閾値Ｔｒｅｆと比較する（ステップＳ１１０）。ここで、冷却水温度Ｔｗは、水温センサ１４２により検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、閾値Ｔｒｅｆは、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂが十分に機能することができる温度より随分低い温度であることを推定する程度のエンジン２２の冷却水の温度として設定されるものであり、例えば、５０℃や７０℃などを用いることができる。
冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にあると判断し、触媒加熱フラグＦ１に値０を設定し（ステップＳ１２０）、エンジンＥＣＵ２４にエンジン２２の始動を開始する制御信号を送信すると共に（ステップＳ１７０）、エンジン始動フラグＦ２に値１を設定する（ステップＳ１８０）。エンジン２２の始動を開始する制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、予め始動時用に設定された吸気バルブタイミングとなるよう可変バルブタイミング機構１５０を制御すると共にエンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｒｅｆに至ったときにエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始してエンジン２２を始動する。そして、エンジン２２の始動が完了するのを待って（ステップＳ１９０）、触媒加熱フラグＦ１とエンジン始動フラグＦ２とを値０にリセットして（ステップＳ２００）、エンジン始動制御ルーチンを終了する。即ち、冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、直ちにエンジン２２を始動するのである。このとき、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にあるから、すぐに加熱ヒータ付き触媒１３４ａも三元触媒１３４ｂも加温されエミッションは悪化しない。こうした冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときの駆動制御は以下のように行なわれる。
図６の始動時駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力し（ステップＳ３００）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ３１０）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図７に要求トルク設定用マップの一例を示す。
続いて、触媒加熱フラグＦ１の値を調べ（ステップＳ３２０）、触媒加熱フラグＦ１が値０のとき、即ち、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上であったときには、エンジン始動フラグＦ２の値を調べる（ステップＳ３４０）。上述したようにエンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、直ちにエンジン２２の始動を開始すると共にエンジン始動フラグＦ２に値１が設定されるから、エンジン２２の始動時のトルクマップとエンジン２２の始動開始からの経過時間ｔとに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する。（ステップＳ３６０）。エンジン２２の始動時にモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定するトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを図８に示す。実施例のトルクマップは、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１１の直後からレート処理を用いて比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定してエンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数帯を通過したか共振回転数帯を通過するのに必要な時間以降の時間ｔ１２にエンジン２２を安定して回転数Ｎｒｅｆ以上でモータリングすることができるトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにおける反力を小さくする。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎｒｅｆに至った時間ｔ１３からレート処理を用いてトルク指令Ｔｍ１＊を値０とし、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ１５から発電用のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。ここで、回転数Ｎｒｅｆは、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始する回転数である。エンジン２２を始動しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を図９に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。
モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、要求トルクＴｒ＊に設定したトルク指令Ｔｍ１＊を動力分配統合機構３０のギヤ比ρで除したものを加えて更に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除してモータＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐを次式（１）により計算し（ステップＳ３７０）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと設定したトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを次式（２）および式（３）により計算すると共に（ステップＳ３８０）、設定した仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（４）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘで制限してモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２３０）。ここで、式（１）は、図９の共線図から容易に導くことができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (1)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (2)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (3)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (4)
こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ４００）、始動時駆動制御ルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
次に、図５のエンジン始動制御ルーチンのステップＳ１１０でエンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときについて説明する。このとき、図５のエンジン始動制御ルーチンでは、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱する必要があると判断し、触媒加熱フラグＦ１に値１を設定すると共に（ステップＳ１３０）、触媒加熱を開始する制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ１４０）。触媒加熱を開始する制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、スイッチ１３４ｃをオンとすることによりバッテリ５０の電圧を加熱ヒータ付き触媒１３４ａに印加して加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱する。そして、加熱ヒータ付き触媒１３４ａが機能できる程度に加熱するのに必要な時間として設定された所定時間（例えば、８秒や１０秒など）が経過するのを待って（ステップＳ１５０）、触媒加熱を停止する制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ１６０）、エンジン２２の始動を開始する制御信号をエンジンＥＣＵ２４に送信すると共に（ステップＳ１７０）、エンジン始動フラグＦ２に値１を設定し（ステップＳ１８０）、エンジン２２の始動が完了するのを待って（ステップＳ１９０）、触媒加熱フラグＦ１とエンジン始動フラグＦ２とを値０にリセットして（ステップＳ２００）、エンジン始動制御ルーチンを終了する。触媒加熱を停止する制御信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、スイッチ１３４ｃをオフとすることにより加熱ヒータ付き触媒１３４ａの加熱を停止する。このように、冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、所定時間に亘って加熱ヒータ付き触媒１３４ａに通電して加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱し、加熱終了後にエンジン２２を始動する。こうした冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときの駆動制御は以下のように行なわれる。
図６の始動時駆動制御ルーチンでは、冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときと同様に、まず、アクセル開度Ａｃｃや車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力し（ステップＳ３００）、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ３１０）。そして、触媒加熱フラグＦ１の値を調べるが（ステップＳ３２０）、冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満であったために触媒加熱フラグＦ１に値１が設定されているから、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに所定電力ΔＷを加える補正を行なって新たなバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを設定する（ステップＳ３３０）。ここで、所定電力ΔＷは、短時間であればバッテリ５０を破損させたり劣化させたりしない補正前の出力制限Ｗｏｕｔを超える電力の超過分であり、バッテリ５０の種類や容量などにより定めることができる。
そして、エンジン始動フラグＦ２の値を調べる（ステップＳ３４０）。このとき、加熱ヒータ付き触媒１３４ａに通電して加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱している最中は、まだ、エンジン始動フラグＦ２には値０が設定されているから、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊には値０が設定され（ステップＳ３５０）、値０が設定されたトルク指令Ｔｍ１＊と要求トルクＴｒ＊とを用いて上述の式（１）〜式（４）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ３７０〜Ｓ３９０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ４００）、始動時駆動制御ルーチンを終了する。このときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を図１０に示す。この場合、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが所定電力ΔＷだけ大きくなるよう補正されているから、より大きな要求トルクＴｒ＊が設定された場合でも要求トルクＴｒ＊に近いトルクを出力することができ、車速Ｖが大きくなっても要求トルクＴｒ＊に近いトルクを出力することができる。
加熱ヒータ付き触媒１３４ａの加熱を所定時間行なって終了すると、図５のエンジン始動制御ルーチンのステップＳ１７０の処理でエンジン始動フラグＦ２に値１が設定されるから、図６の始動時駆動制御ルーチンのステップＳ３４０では肯定的な判定がなされ、エンジン２２の始動時のトルクマップとエンジン２２の始動開始からの経過時間ｔとに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊が設定され（ステップＳ３６０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊と要求トルクＴｒ＊とを用いて上述の式（１）〜式（４）によりモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し（ステップＳ３７０〜Ｓ３９０）、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ４００）、始動時駆動制御ルーチンを終了する。この場合もエンジン２２の始動が完了するまでは触媒加熱フラグＦ１の値１が保持されるから、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、所定電力ΔＷが加えられる補正が行われている。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないと推定し、所定時間に亘って加熱ヒータ付き触媒１３４ａに通電して加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱し、加熱終了後にエンジン２２を始動するから、エンジン２２を始動した直後のエミッションの悪化を抑制することができる。しかも、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが所定電力ΔＷだけ大きくなるよう補正し、補正後の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から出力するトルクを制限するから、補正しない場合に比して、より大きな要求トルクＴｒ＊が設定された場合でも要求トルクＴｒ＊に近いトルクを出力することができると共に車速Ｖが大きくなっても要求トルクＴｒ＊に近いトルクを出力することができる。もとより、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にあると推定し、直ちにエンジン２２を始動するから、迅速にエンジン２２を始動してエンジン２２からの動力を用いて走行することができる。このとき、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にあるから、エンジン２２を始動した直後でもエミッションの悪化を抑制することができる。
また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、浄化装置１３４の一部に加熱ヒータ付き触媒１３４ａを用いたから、少ない電力により迅速に加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱することができる。更に、浄化装置１３４に排気の上流側から加熱ヒータ付き触媒１３４ａ，三元触媒１３４ｂの順に配置することにより、エンジン２２を始動した直後の排気が加熱された加熱ヒータ付き触媒１３４ａを介して三元触媒１３４ｂに流れることにより、三元触媒１３４ｂを迅速に加温することができる。これらの結果、浄化装置１３４をより迅速に機能させることができ、エミッションの悪化を抑制することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、浄化装置１３４の一部に加熱ヒータ付き触媒１３４ａを用いるものとしたが、浄化装置１３４の全てを加熱ヒータ付き触媒１３４ａとするものとしても構わない。また、実施例のハイブリッド自動車２０では、浄化装置１３４に排気の上流側から加熱ヒータ付き触媒１３４ａ，三元触媒１３４ｂの順に配置するものとしたが、浄化装置１３４に排気の上流側から三元触媒１３４ｂ，加熱ヒータ付き触媒１３４ａの順に配置するものとしたり、三元触媒１３４ｂ，加熱ヒータ付き触媒１３４ａ，三元触媒１３４ｂの順に加熱ヒータ付き触媒１３４ａを挟むように配置するものとするなど、如何なるように配置しても構わない。
実施例のハイブリッド自動車２０では、自己の通電抵抗により発熱する発熱部材に触媒を担持させて加熱ヒータ付き触媒１３４ａを構成するものとしたが、通電抵抗により発熱しない部材に触媒を担持させると共にこれらを加熱する部材を取り付けて加熱ヒータ付き触媒１３４ａを構成するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満であるか否かにより、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないか比較的加温された状態にあるかを推定するものとしたが、エンジン２２の運転を停止してからの経過時間に基づいて、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないか比較的加温された状態にあるかを推定するものとしてもよい。また、浄化装置１３４に温度センサを取り付けて温度センサからの温度に基づいて、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないか比較的加温された状態にあるかを推定するものとしても構わない。
実施例のハイブリッド自動車２０では、減速ギヤ３５を介して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を取り付けるものとしたが、リングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を直接取り付けるものとしてもよいし、減速ギヤ３５に代えて２段変速や３段変速，４段変速などの変速機を介してリングギヤ軸３２ａにモータＭＧ２を取り付けるものとしても構わない。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共にモータＭＧ２からの動力を減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１１の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共にモータＭＧ２からの動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１１における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共にモータＭＧ２からの動力を減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１２の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２からの動力を、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有しエンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された駆動軸に出力すると共にモータＭＧ２からの動力を駆動軸に出力するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２からの動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すると共にモータＭＧ２からの動力を減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１３の変形例のハイブリッド自動車３２０に例示するように、駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸に変速機３３０を介してモータＭＧを取り付け、モータＭＧの回転軸にクラッチ３２９を介してエンジン２２を接続する構成とし、エンジン２２からの動力をモータＭＧの回転軸と変速機３３０とを介して駆動軸に出力すると共にモータＭＧからの動力を変速機３３０を介して駆動軸に出力するものとしてもよい。あるいは、図１４の変形例のハイブリッド自動車４２０に例示するように、エンジン２２からの動力を変速機４３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された車軸に出力すると共にモータＭＧからの動力を駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸とは異なる車軸（図１４における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。即ち、走行用の動力を出力するエンジンと走行用の動力を出力する電動機とを備えるものであれば如何なるタイプのハイブリッド自動車としてもよいのである。
実施例では、本発明をハイブリッド自動車２０の形態として説明したが、自動車以外の車両の形態としてもよいし、車両の制御方法の形態としてもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、バッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づくバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とバッテリ５０の電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算するバッテリＥＣＵ５２が「出力制限設定手段」に相当し、加熱ヒータ付き触媒１３４ａと三元触媒１３４ｂとを有する浄化装置１３４が「排気浄化手段」に相当し、スイッチ１３４ｃが「電力供給手段」に相当し、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗを検出する水温センサ１４２とこの水温センサ１４２により検出された冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満であるときに浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂが比較的加温された状態にないと推定する図５のエンジン始動制御ルーチンのステップＳ１１０を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とが「触媒温度推定手段」に相当し、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定する図６の始動時駆動制御ルーチンのステップＳ３１０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「要求駆動力設定手段」に相当し、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にあると推定し、直ちにモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２を始動すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力して走行するようエンジン２２やモータＭＧ１，モータＭＧ２を制御し、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないと推定し、所定時間に亘って加熱ヒータ付き触媒１３４ａに通電して加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱し、加熱終了後にモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２を始動すると共に、加熱ヒータ付き触媒１３４ａの加熱を開始するときからバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが所定電力ΔＷだけ大きくなるよう補正し、補正後の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力して走行するようエンジン２２やモータＭＧ１，モータＭＧ２，スイッチ１３４ｃを制御するために図５のエンジン始動制御ルーチンや図６の始動時駆動制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジン２２を始動する制御信号を受信して可変バルブタイミング機構１５０の制御や吸入空気量制御，燃料噴射制御，点火制御などを実行してエンジン２２を始動するエンジンＥＣＵ２４とトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信してモータＭＧ１，ＭＧ２を制御するモータＥＣＵ４０とが「制御手段」に相当する。また、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とが「電力動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ１が「発電機」に相当し、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当する。対ロータ電動機２３０も「電力動力入出力手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンとしてもよく、走行用の動力を出力するものであれば如何なるタイプの内燃機関としても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、電力動力入出力手段とや電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「出力制限設定手段」としては、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とバッテリ５０の電池温度Ｔｂとに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算するものに限定されるものではなく、残容量（ＳＯＣ）や電池温度Ｔｂの他に例えばバッテリ５０の内部抵抗などに基づいて演算するものなど、蓄電手段の状態に基づいて蓄電手段から放電してもよい許容最大電力である出力制限を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「排気浄化手段」としては、加熱ヒータ付き触媒１３４ａと三元触媒１３４ｂとを有する浄化装置１３４に限定されるものではなく、実施例と同様の加熱ヒータ付き触媒１３４ａだけを有する浄化装置としたり、通電抵抗により発熱しない部材に触媒を担持させると共にこれらを加熱する部材を取り付けてなる加熱ヒータ付き触媒を有するものとしたりするなど、内燃機関の排気系に取り付けられ、内燃機関からの排気を浄化するための触媒を担持すると共に電力の供給を受けて触媒を加熱する触媒担持加熱部材を有するものであれば如何なるものとしても構わない。「電力供給手段」としては、スイッチ１３４ｃに限定されるものではなく、リレーとするなど、蓄電手段からの電力の触媒担持加熱部材への供給を司るものであれば如何なるものとしても構わない。「触媒温度推定手段」としては、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満であるときに浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂが比較的加温された状態にないと推定するものに限定されるものではなく、エンジン２２の運転を停止してからの経過時間に基づいて浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないと推定するものとしたり、浄化装置１３４に温度センサを取り付けて温度センサからの温度に基づいて浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないと推定するものとしたりするなど、排気浄化手段における触媒が所定温度未満であるのを推定するものであれば如何なるものとしても構わない。「要求駆動力設定手段」としては、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊を設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Ａｃｃだけに基づいて要求トルクを設定するものや走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置に基づいて要求トルクを設定するものなど、走行に要求される要求駆動力を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ以上のときには、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にあると推定し、直ちにモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２を始動すると共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力して走行するようエンジン２２やモータＭＧ１，モータＭＧ２を制御し、エンジン２２の冷却水の温度Ｔｗが閾値Ｔｒｅｆ未満のときには、浄化装置１３４の加熱ヒータ付き触媒１３４ａや三元触媒１３４ｂは比較的加温された状態にないと推定し、所定時間に亘って加熱ヒータ付き触媒１３４ａに通電して加熱ヒータ付き触媒１３４ａを加熱し、加熱終了後にモータＭＧ１によってエンジン２２をモータリングしてエンジン２２を始動すると共に、加熱ヒータ付き触媒１３４ａの加熱を開始するときからバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが所定電力ΔＷだけ大きくなるよう補正し、補正後の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でモータＭＧ２から要求トルクＴｒ＊が駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力して走行するようエンジン２２やモータＭＧ１，モータＭＧ２，スイッチ１３４ｃを制御するものに限定されるものではなく、内燃機関の運転を停止して要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機とを制御している最中に内燃機関の始動が要求されたとき、触媒温度推定手段により触媒が所定温度未満であると推定されないときには内燃機関の始動を伴って蓄電手段の出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機とを制御し、触媒温度推定手段により触媒が所定温度未満であると推定されたときには所定時間に亘る触媒担持加熱部材への電力供給と触媒担持加熱部材への電力供給の終了後の内燃機関の始動とを伴って蓄電手段の出力制限を所定電力だけ大きく補正してなる補正出力制限の範囲内で要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機と電力供給手段とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。即ち、内燃機関の運転を停止して要求駆動力によって走行するよう内燃機関と電動機とを制御している最中に内燃機関の始動が要求されないときに如何なる制御を行なうものとしてもよいのである。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とを組み合わせたものや対ロータ電動機２３０に限定されるされるものではなく、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「発電機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの発電機としても構わない。「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせて４以上の軸に接続されるものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と出力軸と発電機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれかに軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、車両の製造産業などに利用可能である。
本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行されるエンジン始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の始動時にモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に設定するトルクマップの一例とエンジン２２の回転数Ｎｅの変化の様子の一例とを示す説明図である。 エンジン２２をモータリングしている状態で走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 モータ走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車４２０の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
２０，１２０，２２０，３２０，４２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３４ａ 加熱ヒータ付き触媒、１３４ｂ 三元触媒、１３４ｃ スイッチ、１３５ａ 空燃比センサ、１３５ｂ 酸素センサ、１３６，スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４３ 圧力センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ、２３４ アウターロータ、３２９ クラッチ、３３０，４３０ 変速機、ＭＧ，ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (7)

  1. 走行用の動力を出力する内燃機関と、
    走行用の動力を出力する電動機と、
    前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
    前記蓄電手段の状態に基づいて該蓄電手段から放電してもよい許容最大電力である出力制限を設定する出力制限設定手段と、
    前記内燃機関の排気系に取り付けられ、前記内燃機関からの排気を浄化するための触媒を担持すると共に電力の供給を受けて該触媒を加熱する触媒担持加熱部材を有する排気浄化手段と、
    前記蓄電手段からの電力の前記触媒担持加熱部材への供給を司る電力供給手段と、
    前記排気浄化手段における触媒が所定温度未満であるのを推定する触媒温度推定手段と、
    走行に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
    前記内燃機関の運転を停止して前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御している最中に前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記触媒温度推定手段により触媒が所定温度未満であると推定されないときには前記内燃機関の始動を伴って前記設定された出力制限の範囲内で前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御し、前記触媒温度推定手段により触媒が所定温度未満であると推定されたときには所定時間に亘る前記触媒担持加熱部材への電力供給と該触媒担持加熱部材への電力供給の終了後の前記内燃機関の始動とを伴って前記設定された出力制限を所定電力だけ大きく補正してなる補正出力制限の範囲内で前記設定された要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力供給手段とを制御する制御手段と、
    を備える車両。
  2. 前記触媒温度推定手段は、前記内燃機関の冷却水の温度に基づいて触媒が所定温度未満であるのを推定する手段である請求項１記載の車両。
  3. 前記触媒温度推定手段は、前記内燃機関を運転停止してからの経過時間に基づいて触媒が所定温度未満であるのを推定する手段である請求項１記載の車両。
  4. 前記排気浄化手段は、前記触媒担持加熱部材と前記内燃機関からの排気を浄化するための触媒を担持してなる触媒担持部材とを有し、排気の上流側から前記触媒担持加熱部材，前記触媒担持部材の順に配置されてなる手段である請求項１ないし３いずれか記載の車両。
  5. 請求項１ないし４いずれか記載の車両であって、
    前記蓄電手段と電力のやりとりが可能で、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記出力軸と前記駆動軸とに動力を出力する電力動力入出力手段を備え、
    前記電動機は、前記駆動軸に動力を入出力可能に取り付けられてなる、
    車両。
  6. 前記電力動力入出力手段は、動力を入出力可能な発電機と、前記駆動軸と前記出力軸と前記発電機の回転軸との３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、を備える手段である請求項５記載の車両。
  7. 走行用の動力を出力する内燃機関と、走行用の動力を出力する電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記内燃機関の排気系に取り付けられ、前記内燃機関からの排気を浄化するための触媒を担持すると共に電力の供給を受けて該触媒を加熱する触媒担持加熱部材を有する排気浄化手段と、前記蓄電手段からの電力の前記触媒担持加熱部材への供給を司る電力供給手段と、を備える車両の制御方法であって、
    前記内燃機関の運転を停止して走行に要求される要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御している最中に前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記排気浄化手段における触媒が所定温度未満でないと推定されるときには前記内燃機関の始動を伴って前記蓄電手段から放電してもよい許容最大電力である出力制限の範囲内で前記要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御し、前記排気浄化手段における触媒が所定温度未満であると推定されるときには所定時間に亘る前記触媒担持加熱部材への電力供給と該触媒担持加熱部材への電力供給の終了後の前記内燃機関の始動とを伴って前記出力制限を所定電力だけ大きく補正してなる補正出力制限の範囲内で前記要求駆動力によって走行するよう前記内燃機関と前記電動機と前記電力供給手段とを制御する、
    ことを特徴とする車両の制御方法。
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