JP2009085022A - 車両の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】触媒失活抑制と加速性能向上とを両立することが可能な車両の制御装置を提供する。
【解決手段】第１排気弁Ex1を閉弁し第２排気弁Ex2を開弁した状態で、触媒暖機制御を実施する（ステップ１０２）。触媒暖機が完了した後、加速要求が有る場合には、排気ガス温度Texを取得する（ステップ１１０）。排気ガス温度Texが所定値Tth以下である場合には、第２排気弁Ex2を中間リフト量Ａで開弁することで（ステップ１１４）、排気ガス温度の急激な低下を抑制する。排気ガス温度Tecが所定値Tthよりも高い場合には、第２排気弁Ex2を全閉にすることで（ステップ１１６）、タービンに排気ガスの全量を導く。
【選択図】図５

Description

本発明は、過給機付き内燃機関を有する車両の制御装置に係り、特に触媒失活抑制と加速性能向上の両立に関する。
タービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、タービンを通らない第２排気通路を開閉する第２排気弁とを備えた装置（独立排気エンジン）が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
この装置によれば、第１排気弁を閉弁し第２排気弁を開弁することにより、タービンをバイパスして排気ガスを流すことができるため、触媒の暖機性能を高めることができる。触媒の暖機完了後は、第２排気弁を閉弁し第１排気弁を開弁することにより、排気ガスの全量をタービンに導くことができるため、加速要求に対応することができる。
特開平１０−８９１０６号公報 特開平６−１７３７２４号公報
しかしながら、触媒暖機完了後の加速要求に対応すべく、第２排気弁を閉弁し第１排気弁のみを開弁すると、触媒床温が急激に低下する場合がある。この場合、触媒が失活してしまい、排気エミッション特性が悪化する可能性がある。
また、冷間時に過給機や第１排気通路に溜まった水分が、第１排気弁のみを開弁したときにタービン下流のセンサや触媒に流入する場合がある。この場合、センサや触媒のセラミック部分が被水してしまい、センサや触媒の故障を招来する可能性がある。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、触媒失活抑制と加速性能向上とを両立することが可能な車両の制御装置を提供することを目的とする。
第１の発明は、上記の目的を達成するため、過給機付き内燃機関を有する車両の制御装置であって、
前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
前記第２排気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構と、
前記第１排気通路と前記第２排気通路の合流点よりも下流に配置された触媒と、
前記第１及び第２排気弁の開閉制御を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第１排気弁を閉弁し第２排気弁を開弁する第１状態から、前記第１排気弁を開弁し第２排気弁を閉弁する第２状態へ切り換える場合に、前記第１排気弁を開弁すると共に前記可変動弁機構を用いて前記第２排気弁を所定範囲の中間リフト量で開弁する第３状態を介在させることを特徴とする。
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記触媒に流入する排気ガスの温度を取得する排気ガス温度取得手段を更に備え、
前記制御手段は、前記排気ガス温度取得手段により取得された排気ガス温度が所定値以下であるときに、前記第１及び第２排気弁を前記第３状態に制御することを特徴とする。
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記制御手段は、前記排気ガス温度が所定値以下であるとき、前記排気ガス温度が高いほど前記第２排気弁の中間リフト量を小さくすることを特徴とする。
また、第４の発明は、第１から第３の何れか１の発明において、
前記内燃機関以外の駆動源である電動機と、
前記内燃機関と前記電動機の合計出力が一定である等出力線における前記内燃機関の動作点を制御する動作点制御手段とを更に備え、
前記動作点制御手段は、前記制御手段により前記第３状態に制御される場合に、前記第２状態に制御される場合よりも高回転側の動作点に制御することを特徴とする。
また、第５の発明は、第４の発明において、
前記動作点制御手段は、前記制御手段により前記第３状態に制御される場合に、前記第２排気弁の中間リフト量が大きいほど前記動作点を高回転側に制御することを特徴とする。
第１の発明では、第１及び第２排気弁の開弁特性を第１状態から第２状態へ切り換える場合に、第１排気弁を開弁すると共に第２排気弁を所定範囲の中間リフト量で開弁する第３状態を介在させる。第３状態で第２排気弁を中間リフト量で開弁することにより、排気ガスの全量が大熱容量の第１排気通路に流れることなく、排気ガスの一部は小熱容量の第２排気通路を介して触媒に供給される。このため、第１状態から第２状態へ切り換える際に、触媒床温の急激な低下による触媒失活を抑制することができる。
また、第１状態で第１排気通路及びタービンに凝縮水が溜まっている場合であっても、第３状態において排気ガスの全量が第１排気通路及びタービンに一気に流れ込まないため、第３状態で凝縮水を蒸発させることができ、タービン下流のセンサ等の被水を防止することができる。
また、第３状態で第２排気弁を中間リフトに制御することで、第２排気弁をフルリフトにする場合に比して高い加速性能を得ることができる。
従って、第１の発明によれば、触媒失活抑制と加速性能向上とを両立することが可能である。
第２の発明では、排気ガス温度取得手段により取得された排気ガス温度が所定値以下であるときに、第３状態に制御される。ここで、第１排気通路及びタービンが暖機されていないときは、第１排気通路及びタービンによる吸熱が大きいため、排気ガス温度が所定値以下となる。よって、排気ガス温度が所定値以下であるときは、すなわち、第１排気通路及びタービンの暖機が完了するまでは、第３状態に制御することで、触媒床温の急激な低下を抑制することができる。
第３の発明では、排気ガス温度が所定値以下であるときは、排気ガス温度が高いほど、第２排気弁の中間リフト量が小さくされる。ここで、第１排気通路及びタービンの暖機が進行するほど、排気ガス温度が高くなり、触媒床温が急激に低下する可能性が低くなる。よって、第２排気弁の中間リフト量を小さくすることで、加速性能をより向上させることができる。
第４の発明では、第３状態に制御されるときに、車両等出力線における内燃機関の動作点が高回転側に制御される。これにより、排気ガス温度を高くすることができるため、過給圧を高めることができ、第３状態での出力低下を抑制することができる。さらに、第１排気通路及びタービンの暖機を促進することができるため、早期に第２状態に移行することができ、加速性能を向上させることができる。
第５の発明では、第３状態に制御されるときに、第２排気弁の中間リフト量が大きいほど、内燃機関の動作点が高回転側に制御される。ここで、中間リフト量が大きいほど、タービンに供給される排気エネルギは小さくなる。そこで、内燃機関の動作点をより高回転側に制御することで、排気ガス温度を高くすることができる。よって、第２排気弁の中間リフト量が大きい場合であっても、出力低下を抑制することができると共に、第１排気通路及びタービンの暖機を促進することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。本実施の形態のシステムは、過給機（ダーボチャージャ）を有する独立排気エンジンシステムである。
図１に示すシステムは、複数の気筒２を有するエンジン１を備えている。エンジン１は、図示しない車両に搭載されることが好適である。各気筒２のピストンは、それぞれクランク機構を介して共通のクランク軸４に接続されている。クランク軸４の近傍には、クランク角CAを検出するクランク角センサ５が設けられている。
エンジン１は、各気筒２に対応して、インジェクタ６を有している。インジェクタ６は、高圧の燃料を気筒２内に直接噴射するように構成されている。各インジェクタ６は、共通のデリバリーパイプ７に接続されている。デリバリーパイプ７は、燃料ポンプ８を介して燃料タンク９に連通している。
また、エンジン１は、各気筒２に対応して吸気ポート１０を有している。吸気ポート１０には、複数の吸気弁１２（符号「In」を付すこともある。）が設けられている。また、各吸気ポート１０は、吸気マニホールド１４に接続されている。吸気マニホールド１４には、過給圧センサ１５が設けられている。過給圧センサ１５は、後述するコンプレッサ２４ａによって過給された空気（以下「過給空気」という。）の圧力、すなわち、過給圧を測定するように構成されている。
吸気マニホールド１４には吸気通路１６が接続されている。吸気通路１６の途中には、スロットルバルブ１７が設けられている。スロットルバルブ１７は、スロットルモータ１８により駆動される電子制御式のバルブである。スロットルバルブ１７は、アクセル開度センサ２０により検出されるアクセル開度AA等に基づいて駆動されるものである。スロットルバルブ１７の近傍には、スロットル開度センサ１９が設けられている。スロットル開度センサ１９は、スロットル開度TAを検出するように構成されている。スロットルバルブ１７の上流には、インタークーラ２２が設けられている。インタークーラ２２は、過給空気を冷却するように構成されている。
インタークーラ２２の上流には、過給機２４のコンプレッサ２４ａが設けられている。コンプレッサ２４ａは、図示しない連結軸を介してタービン２４ｂと連結されている。タービン２４ｂは、後述する第１排気通路３２に設けられている。このタービン２４ｂが排気動圧（排気エネルギ）により回転駆動されることによって、コンプレッサ２４ａが回転駆動される。
コンプレッサ２４ａの上流にはエアフロメータ２６が設けられている。エアフロメータ２６は、吸入空気量Gaを検出するように構成されている。エアフロメータ２６の上流にはエアクリーナ２８が設けられている。
また、エンジン１は、各気筒２に対応して第１排気弁３０Ａ（符号「Ex1」を付すこともある。）と第２排気弁３０Ｂ（符号「Ex2」を付すこともある。）とを有している。この第１排気弁３０Ａは、タービン２４ｂに通じる第１排気通路３２を開閉するものである。タービン２４ｂは、第１排気通路３２を流通する排気動圧によって回転駆動されるように構成されている。また、第２排気弁３０Ｂは、タービン２４ｂを通らずタービン２４ｂの下流に通じる第２排気通路３４を開閉するものである。
第２排気弁３０Ｂには、該第２排気弁３０Ｂの開弁特性（開閉時期及びリフト量）を変更可能な可変動弁機構３１が接続されている。可変動弁機構３１としては、公知の電磁駆動弁機構や、油圧式もしくは機械式可変動弁機構等を用いることができる。
第１排気通路３２と第２排気通路３４の合流点３６よりも下流の排気通路３８には、始動時触媒（Ｓ／Ｃ）４０が設けられている。始動時触媒４０には、該始動時触媒４０の床温Tscを検出する触媒床温センサ４１が設けられている。排気通路３８における始動時触媒４０上流には、空燃比を検出する空燃比センサ４２と、排気ガス温度Texを検出する排気温センサ４３が設けられている。また、始動時触媒４０の下流には、排気ガス中のＮＯｘを浄化するためのＮＯｘ触媒４４が設けられている。
本実施の形態１のシステムは、制御装置であるＥＣＵ（Electronic Control Unit）８０を備えている。
ＥＣＵ８０の入力側には、クランク角センサ５、過給圧センサ１５、スロットル開度センサ１９、アクセル開度センサ２０、エアフロメータ２６、触媒床温センサ４１、空燃比センサ４２、排気温センサ４３等が接続されている。また、ＥＣＵ８０の出力側には、インジェクタ６、燃料ポンプ８、スロットルモータ１８、可変動弁機構３１等が接続されている。
ＥＣＵ８０は、クランク角CAに基づいて、エンジン回転数NEを算出する。また、ＥＣＵ８０は、吸入空気量Gaや点火時期等に基づいて、エンジントルクTRQを算出する。
また、ＥＣＵ８０は、目標空燃比（理論空燃比）となるように、吸入空気量Gaに対する基本燃料噴射量Qbaseを算出する空燃比制御を実施する。
［実施の形態１の特徴］
上記のような独立排気エンジンにおいて、図２（Ａ）に示すように第１排気弁Ex1を閉弁（停止）すると共に第２排気弁Ex2を開弁することにより、タービン２４ｂをバイパスして排気ガスを流すことができる。これにより、排気熱容量が小さくなるため、すなわち、自然吸気エンジンと同等の排気熱容量となるため、始動時触媒４０の暖機性能を向上させることができる。
また、図２（Ｂ）に示すように第１排気弁Ex1を開弁すると共に第２排気弁Ex2を閉弁（停止）することにより、排気ガスの全量をタービン２４ｂに導くことができる。これにより、過給圧を高めることができるため、ターボレスポンスを向上させることができる。
従って、通常は、始動時触媒４０の暖機完了後、車両運転者のアクセル操作による加速要求があるときには、図２（Ａ）に示すバルブ開弁特性から図２（Ｂ）に示すバルブ開弁特性に切り換えられる。
しかしながら、始動時（特に冷間始動時）には、熱容量が大きいタービン２４ｂを有する第１排気通路は冷えた状態にある。このため、始動時触媒４０の暖機完了後に、図２（Ａ）から図２（Ｂ）の開弁特性に単純に切り換えた場合には、始動時触媒４０に流入する排気ガス温度が急激に低下するため、始動時触媒４０の床温Tscが急激に低下する可能性がある。そうすると、始動時触媒４０の活性状態が低下し、ひいては失活してしまい、排気エミッション特性の悪化を招来する可能性がある。
また、冷間時にタービン２４ｂが冷えると、凝縮した水分がタービン２４ｂや第１排気通路３２に溜まることが知られている。上記のように図２（Ａ）から図２（Ｂ）への開弁特性の切り換えると、多量の排気ガスが一気に第１排気通路３２を流れることとなり、タービン２４ｂや第１排気通路３２に溜まった水分（排気凝縮水）が下流のセンサ４２，４３や始動時触媒４０と接触することとなる。すなわち、タービン２４ｂ下流に位置するセンサ４２，４３や始動時触媒４０等が被水してしまうこととなる。その結果、センサ４２，４３や始動時触媒４０のセラミックス部分に割れが生じ、故障が発生してしまう可能性がある。
ところで、上記の床温Tscの急低下や、センサ４２，４３等の被水の問題を回避すべく、第１排気弁Ex1のリフト量（及び／又は作用角）を徐々に大きくする徐変処理を行うことが考えられる。かかる徐変処理を行うためには、第１排気弁Ex1のリフト量を変更可能な可変動弁機構を別途設ける必要がある。
しかしながら、第１排気弁Ex1のリフト量制御は、他の運転性能からは要求されない。つまり、第１排気弁Ex1の単純な開閉操作のみで、全ての要求運転性能を満足することができる。よって、第１排気弁Ex1に可変動弁機構を追加しても、他の運転性能を得ることが出来ず、システムコスト上昇のデメリットの方が大きい。
また、第１排気弁Ex1の徐変期間は、タービン２４ｂに導かれる排気エネルギが不足するため、過給圧不足による出力低下が非常に大きくなり、加速要求を満足することができない。近年、燃費向上の要求から、過給機付き小排気量エンジンが開発されている。かかるダウンサイズされたエンジンにおいても、パーシャル出力での加速要求を満足することは必須である。このため、始動時触媒４０の暖機完了後は、第１排気弁Ex1を全開とせざるをえない。
そこで、本実施の形態１では、始動時触媒４０の暖機完了後に加速要求があるときに、図３に示すように、バルブ開弁特性を切り換える。図３は、本実施の形態１におけるバルブ開弁特性の切り換えを示す図である。ここで、図３（Ａ），（Ｃ）に示すバルブ開弁特性は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すバルブ開弁特性と同じである。よって、本実施の形態１では、図３（Ｂ）に示すバルブ開弁特性を、図３（Ａ），（Ｃ）の間に介在させる点に特徴を有する。
本実施の形態１では、始動時触媒４０が暖機未完了である場合には、図３（Ａ）に示すように、第１排気弁Ex1を閉弁（停止）すると共に第２排気弁Ex2を開弁する。これにより、熱容量が小さい第２排気通路３４を介して、排気ガスの全量を始動時触媒４０に流入させることができる。よって、始動時触媒４０の暖機性能を向上させることができる。
始動時触媒４０の暖機完了後、加速要求があるときには、図３（Ｂ）に示すように、第１排気弁Ex1をフルリフトで開弁すると共に第２排気弁Ex2を中間リフトで開弁する。第１排気弁Ex1を開弁することで、第１排気通路３２及びタービン２４ｂを暖機することができ、冷間時に生成された凝縮水を蒸発させることができる。さらに、第２排気弁Ex2の中間リフトで開弁されるため、多量の排気ガスが一気に第１排気通路３２に供給されない。よって、タービン２４ｂ下流のセンサ４２，４３等の被水を防止することができる。
ここで、第２排気弁Ex2の中間リフト量は、排気ガス温度Texに応じて設定することができる。すなわち、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機状態に応じて設定することができる。ここで、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機の進行度が低く、吸熱が大きいときには、排気ガス温度Texが低くなる。このとき、第２排気弁Ex2のリフト量を小さくすると、排気ガス温度Texが急激に低下し、始動時触媒４０の床温Tscが急激に低下する可能性がある。そこで、排気ガス温度Texが低い場合には、高い場合に比して、第２排気弁Ex2のリフト量が大きくされる。そうすると、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が進行するに連れて、第２排気弁Ex2の中間リフト量が徐々に小さくされる。なお、中間リフト量は、上述したように、センサ４２，４３等が被水しない所定範囲で制御される。
その後、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が完了すると、排気ガスを全て第１排気通路３２に流しても、排気ガス温度Texは急激に低下しないと推定される。さらに、このときは、凝縮水が蒸発したと推定される。よって、排気ガス温度Texが所定値よりも高くなった場合には、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が完了したとみなし、図３（Ｃ）に示すように、第１排気弁Ex1を開弁すると共に第２排気弁Ex2を閉弁する。これにより、排気ガスの全量を第１排気通路３２に流すことができるため、出力を高めることができ、加速要求を満足することができる。
ところで、始動時触媒４０の暖機完了後に、図４に示すバルブ開弁特性に切り換えることが考えられる。しかしながら、図４に示すように、第２排気弁Ex2をフルリフトにすると、タービン２４ｂに供給されるガス量が少なくなり、過給圧不足が生じてしまう。よって、図３（ｂ）に示すように第２排気弁Ex2を中間リフトにすることで、図４に示すように第２排気弁Ex2をフルリフトにする場合に比して加速性能を向上させることができる。
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、本実施の形態１において、ＥＣＵ８０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図５に示すルーチンは、例えば、エンジン始動時に起動されるものである。
図５に示すルーチンによれば、先ず、第１排気弁Ex1が閉弁されると共に第２排気弁Ex2が開弁される（ステップ１００）。このステップ１００では、図３（Ａ）に示すように、第１排気弁Ex1が全閉に（停止）されると共に、第２排気弁Ex2がフルリフトにされる。
その後、触媒暖機制御を実施する（ステップ１０２）。このステップ１０２では、例えば、空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御する空燃比リッチ制御や、点火時期を遅角する制御が実施される。
次に、始動時触媒４０の暖機が完了したか否かを判別する（ステップ１０４）。このステップ１０４では始動時触媒４０の床温Tscが所定値（例えば、３５０℃）以上である場合に、触媒暖機が完了したと判別される。上記ステップ１０４で触媒暖機が未完了であると判別された場合には、本ルーチンを一旦終了する。
次回以降本ルーチンが起動され、上記ステップ１０４で触媒暖機が完了したと判別された場合には、第１排気弁Ex1が開弁されると共に、第２排気弁Ex2が開弁される（ステップ１０６）。このステップ１０６では、加速要求の有無が不明であるため、図４に示すように、第１及び第２排気弁Ex1,Ex2が共にフルリフトにされる。
その後、加速要求が有るか否かを判別する（ステップ１０８）。このステップ１０８では、アクセル開度AAが基準値AAth以上である場合に、加速要求が有ると判別される。このステップ１０８で加速要求が無いと判別された場合には、過給圧を高める必要がないと判断される。この場合、第２排気弁Ex2のリフト量を絞る必要がなく、本ルーチンを一旦終了する。すなわち、図４に示すように、第１及び第２排気弁Ex1,Ex2を共にフルリフトで開弁する状態が維持される。
一方、上記ステップ１０８で加速要求が有ると判別された場合には、排気ガス温度Texを取得する（ステップ１１０）。その後、上記ステップ１１０で取得された排気ガス温度Texが所定値Tth以下であるか否かを判別する（ステップ１１２）。この所定値Tthは、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が完了したか否かを判別するための基準値である。
上記ステップ１１２で排気ガス温度Texが所定値Tth以下であると判別された場合には、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が完了していないと判断される。すなわち、第２排気弁Ex2を全閉にすると、始動時触媒４０の床温Tscが急激に低下し、始動時触媒４０が失活する可能性があると判断される。この場合、上記ステップ１１０で取得された排気ガス温度Texに応じた第２排気弁Ex2の中間リフト量Ａが算出され、この中間リフト量Ａを実現するための可変動弁機構３１の制御が行われる（ステップ１１４）。ここで、排気ガス温度Texが高いほど、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が進行しているため、中間リフト量Ａを小さくしても排気ガス温度Texが急激に低下する可能性は低いと推定される。このステップ１１４では、排気ガス温度Texが高いほど、中間リフト量が小さくされる。その後、本ルーチンを一旦終了する。
その後、本ルーチンが起動され、上記ステップ１１２で排気ガス温度Texが所定値Tthよりも高いと判別された場合には、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が完了したと判断される。すなわち、第２排気弁Ex2を全閉にしても、始動時触媒４０の床温Tscが急激に低下し、始動時触媒４０が失活する可能性が極めて低いと判断される。この場合、図３（Ｃ）に示すように、第２排気弁Ex2を全閉（停止）にする（ステップ１１６）。その後、本ルーチンを終了する。
以上説明したように、図５に示すルーチンによれば、エンジン始動時には、先ず、第１排気弁Ex1を閉弁し第２排気弁Ex2をフルリフトで開弁し、触媒暖機制御を実施する。触媒暖機が完了すると、第１排気弁Ex1をフルリフトで開弁して、出力を向上させる。さらに、加速要求が有る場合に、排気ガス温度Texが所定値Tth以下であるときは、第２排気弁Ex2が中間リフト量Ａでリフト制御される。これにより、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機状態を考慮して始動時触媒４０の失活を抑制することができると共に、加速性能を向上させることができる。加速要求が有る場合に、排気ガス温度Texが所定値Tthよりも高いときには、始動時触媒４０が失活するおそれがないため、第２排気弁Ex2を全閉にすることで、加速性能を更に向上させることができる。
ところで、本実施の形態１では、排気ガス温度Texを排気温センサ４３により検出しているが、吸入空気量Gaや点火時期等に基づいて排気ガス温度Texを推定してもよい。
尚、本実施の形態１においては、過給機２４が第１の発明における「過給機」に、エンジン１が第１の発明における「内燃機関」に、タービン２４ｂが第１の発明における「タービン」に、第１排気通路３２が第１の発明における「第１排気通路」に、第１排気弁Ex1が第１の発明における「第１排気弁」に、第２排気通路３４が第１の発明における「第２排気通路」に、第２排気弁Ex2が第１の発明における「第２排気弁」に、可変動弁機構３１が第１の発明における「可変動弁機構」に、始動時触媒４０が第１の発明における「触媒」に、それぞれ相当する。
また、本実施の形態１においては、ＥＣＵ８０が、ステップ１００，１１４，１１６の処理を実行することにより第１の発明における「制御手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第２の発明における「排気ガス温度取得手段」が、ステップ１１２，１１４の処理を実行することにより第２及び第３の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
実施の形態２．
次に、図６〜図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。
［ハイブリッド車両の構成］
上記実施の形態１による独立排気エンジン１は、図６に示すハイブリッド車両に搭載することができる。図６は、本発明の実施の形態２によるハイブリッド車両の構成を説明するための図である。図６に示すハイブリッド車両は、一の駆動源としての上記エンジン１のほか、他の駆動源としてのモータジェネレータ（以下「ジェネレータ」という。）５２及びモータジェネレータ（以下「モータ」という。）５４を備えている。
図６に示すように、ハイブリッド車両は、３軸式の動力分配機構５１を備えている。動力分配機構５１は、後述する遊星歯車機構である。動力分配機構５１には、上記エンジン１のクランク軸４のほか、ジェネレータ５２及びモータ５４が接続されている。また、動力分配機構５１には、減速機５３が接続されている。減速機５３には、駆動輪５５の回転軸５７が接続されている。駆動輪５５には、車輪速センサ５６が設けられている。車輪速センサ５６は、駆動輪５５の回転数又は回転速度を検出するように構成されている。
ジェネレータ５２とモータ５４とは共通のインバータ５８に接続されている。インバータ５８は昇圧コンバータ５９に接続され、昇圧コンバータ５９はバッテリ６０に接続されている。昇圧コンバータ５９は、バッテリ６０の電圧（例えば、ＤＣ２０１．６Ｖ）を高電圧（例えば、ＤＣ５００Ｖ）に変換するものである。インバータ５８は、昇圧コンバータ５９により昇圧された直流高電圧を交流電圧（例えば、ＡＣ５００Ｖ）に変換するものである。ジェネレータ５２とモータ５４とは、インバータ５８及び昇圧コンバータ５９を介してバッテリ６０との電力のやりとりを行う。
図６に示すように、ＥＣＵ８０には、上記エンジン１のほか、動力分配機構５１、ジェネレータ５２、減速機５３、モータ５４、車輪速センサ５６、インバータ５８、昇圧コンバータ５９、バッテリ６０等が接続されている。ＥＣＵ８０は、ジェネレータ５２及びモータ５４の駆動量若しくは発電量を制御する。また、ＥＣＵ８０は、バッテリ６０の充電状態SOC（state of charge）を取得する。
［駆動機構の要部構成］
図７は、図６に示したハイブリッド車両における駆動機構の要部構成を示す斜視図である。
図７に示すように、動力分配機構５１は、サンギヤ６１と、リングギヤ６２と、複数のピニオンギヤ６３と、キャリア６４とを備えている。外歯歯車であるサンギヤ６１は、中空のサンギヤ軸６５に固定されている。このサンギヤ軸６５の中空部分を、エンジン１のクランク軸３が貫通している。内歯歯車であるリングギヤ６２は、サンギヤ６１と同心円上に配置されている。複数のピニオンギヤ６３は、サンギヤ６１とリングギヤ６２の両方に噛合するように配置されている。複数のピニオンギヤ６３は、キャリア６４によって回転自在に保持されている。キャリア６４は、クランク軸３と連結されている。すなわち、動力分配機構５１は、サンギヤ６１とリングギヤ６２とピニオンギヤ６３とを回転要素として差動作用を行う遊星歯車機構である。
減速機５３は、動力取り出し用の動力取出ギヤ６６を有している。この動力取出ギヤ６６は、動力分配機構５１の上記リングギヤ６２に連結されている。また、動力取出ギヤ６６はチェーン６７を介して動力伝達ギヤ６８に連結されている。動力伝達ギヤ６８は、回転軸６９を介してギヤ７０に連結されている。ギヤ７０は、駆動輪５５の回転軸５７を回転させるデファレンシャルギヤ（図示せず）に連結されている。
ジェネレータ５２は、ロータ７１とステータ７２とを有している。ロータ７１は、サンギヤ６１と一体的に回転するサンギヤ軸６５に設けられている。ジェネレータ５２は、ロータ７１を回転させる電動機として駆動することができると共に、ロータ７１の回転により起電力を生じさせる発電機として駆動することができるように構成されている。また、ジェネレータ５２は、エンジン始動時に、スタータとして機能するものである。
モータ５４は、ロータ７３とステータ７４とを有している。ロータ７３は、リングギヤ６２と一体的に回転するリングギヤ軸７５に設けられている。モータ５４は、ロータ７３を回転させる電動機として機能することができると共に、ロータ７３の回転により起電力を生じさせる発電機として駆動することができるように構成されている。
動力分配機構５１は、キャリア６４から入力されるエンジン１の動力を、ジェネレータ５２に接続されたサンギヤ６１と、回転軸５７に接続されたリングギヤ６２とにそのギヤ比に応じて分配することができる。また、動力分配機構５１は、キャリア６４から入力されるエンジン１の動力と、サンギヤ６１から入力されるジェネレータ５２の動力とを統合し、統合された動力をリングギヤ６２に出力することができる。また、動力分配機構５１は、サンギヤ６１から入力されるジェネレータ５２の動力と、リングギヤ６２から入力される動力とを統合し、統合された動力をキャリア６４に出力することができる。
ＥＣＵ８０は、車輪速センサ５６により検出された駆動輪５５の回転速度やアクセル開度センサ２０により検出されたアクセル開度AA等に基づいて、車両全体の要求出力（若しくは要求トルク）を算出する。この車両全体の要求出力を確保するために、ＥＣＵ８０は、バッテリ６０の充電状態SOCを考慮しつつ、エンジン１とジェネレータ５２とモータ５４との間で駆動力を分配する。すなわち、後述する等出力線におけるエンジン１の動作点を決定すると共に、ジェネレータ５２及びモータ５４の要求出力を算出する。
［実施の形態２の特徴］
上記実施の形態１では、始動時触媒４０の暖機完了後に加速要求が有る場合、排気ガス温度Texが低いときには、第１排気弁Ex1をフルリフトで開弁すると共に第２排気弁Ex2を中間リフトで開弁する。このとき、第２排気弁Ex2を全閉時に比して、過給圧が低くなるため、出力も低くなる。すなわち、多少の出力低下を許容しつつ、始動時触媒４０の失活の抑制が優先される。
そこで、本実施の形態２では、第２排気弁Ex2が中間リフトで開弁されるときの出力低下の問題を、以下に説明するように解消することとする。
図８は、本実施の形態２において、第２排気弁Ex2の中間リフト時のエンジン動作点補正を説明するための図である。図８には、ハイブリッド車両の等出力線Ｌ１と、通常のエンジン動作線Ｌ２とが示されている。
通常、加速要求があるときは、エンジン動作線Ｌ２上の動作点Ｐ１が選択される。本実施の形態２では、上記実施の形態１で説明したように、排気ガス温度Texが所定値Tth以下である場合には、第２排気弁Ex2が中間リフトで開弁される。その結果、第２排気弁Ex2の全閉時に比して、過給圧が低下してしまい、出力が低下してしまう。
そこで、本実施の形態２では、図３（Ｂ）に示すように第２排気弁Ex2を中間リフトで開弁するときは、エンジン動作点を等出力線上の高回転側に補正する。詳細には、第２排気弁Ex2を中間リフトで開弁するときは、図８に示す等出力線Ｌ１上のエンジン動作点Ｐ１からエンジン動作点Ｐ２に補正する。エンジン動作点Ｐ２では、エンジン動作点Ｐ１に比してエンジン回転数NEが高いため、排気ガス温度Texが上昇する。よって、タービン２４ｂに供給される排気エネルギが増大するため、ターボ回転数が増大し、過給圧を上昇させることができる。その結果、第２排気弁Ex2を中間リフトで開弁しているにも関わらず、第２排気弁Ex2全閉時と同等の出力を得ることができる。さらに、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機を促進することができるため、図３（Ｃ）に示す第２排気弁Ex2全閉状態に早期に移行することができる。
排気ガス温度Texが所定値Tthよりも高くなると、第２排気弁Ex2が閉弁（全閉）されるため、等出力線Ｌ１上のエンジン動作点Ｐ２を通常のエンジン動作線Ｌ２上のエンジン動作点Ｐ１に戻す。
［実施の形態２における具体的処理］
図９は、本実施の形態２において、ＥＣＵ８０が実行するルーチンを示すフローチャートである。図９に示すルーチンは、例えば、エンジン始動時に起動されるものである。
図９に示すルーチンによれば、先ず、図５に示すルーチンと同様に、ステップ１１２の判別処理まで実行する。このステップ１１２で排気ガス温度Texが所定値Tth以下であると判別された場合には、図５に示すルーチンと同様に、排気ガス温度Texに応じた第２排気弁Ex2の中間リフト量Ａを算出し、可変動弁機構３１を制御する（ステップ１１４）。
その後、上記ステップ１１４で算出された中間リフト量Ａに応じた等出力線Ｌ１上の回転数補正量を算出する（ステップ１１８）。ここで、中間リフト量Ａが大きいほど、タービン２４ｂに供給される排気エネルギは小さくなる。そこで、このステップ１１８では、中間リフト量Ａが大きいほど、より回転数補正量が大きく算出される。これにより、中間リフト量Ａが大きいほど、より高回転側のエンジン動作点Ｐ２に補正され、排気ガス温度を高くすることができる。
次に、上記ステップ１１８で算出された回転数補正量だけ高回転側にエンジン動作点を補正する（ステップ１２０）。このステップ１２０では、例えば、動力分配機構５１の制御により、図８に示すエンジン動作点Ｐ１から回転数補正量分だけ高回転側のエンジン動作点Ｐ２に補正される。その後、本ルーチンを一旦終了する。
次回以降本ルーチンが起動され、上記ステップ１１２で排気ガス温度Texが所定値Tth寄りも高いと判別された場合には、図５に示すルーチンと同様に、第２排気弁Ex2を全閉（閉弁）する（ステップ１１６）。すなわち、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機が完了したため、始動時触媒４０が失活する可能性が極めて低いと判断され、第２排気弁Ex2が全閉にされる。そうすると、第２排気弁Ex2の中間リフトに起因する出力低下が起こらないため、通常エンジン動作線Ｌ２上のエンジン動作点Ｐ１が選択される（ステップ１２２）。このステップ１２２では、エンジン動作点Ｐ１となるように、動力分配機構５１が制御される。その後、本ルーチンを終了する。
以上説明したように、図９に示すルーチンによれば、触媒暖機完了後に加速要求がある場合に、排気ガス温度Texが所定値Tth以下であるときは、第２排気弁Ex2が中間リフト量Ａでリフト制御される。その後、等出力線上のエンジン動作点が高回転側に補正される。これにより、始動時触媒４０の失活を抑制することができると共に、出力低下を抑制して加速性能を向上させることができる。
さらに、エンジン動作点を高回転側に補正することで、排気ガス温度を高くすることができるため、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機を促進することができる。これにより、早期に第２排気弁Ex2を全閉にすることができるため、加速性能を向上させることができる。
また、第２排気弁Ex2の中間リフト量Ａが大きいほど、エンジン動作点がより高回転側に補正される。よって、第２排気弁Ex2の中間リフト量Ａが大きい場合であっても、出力低下を抑制することができると共に、第１排気通路３２及びタービン２４ｂの暖機を促進することができる。
尚、本実施の形態２においては、ジェネレータ５２及びモータ５４が第４の発明における「電動機」に相当する。また、本実施の形態２においては、ＥＣＵ８０が、ステップ１００，１１４，１１６の処理を実行することにより第１の発明における「制御手段」が、ステップ１１０の処理を実行することにより第２の発明における「排気ガス温度取得手段」が、ステップ１１２，１１４の処理を実行することにより第２及び第３の発明における「制御手段」が、それぞれ実現されている。
本発明の実施の形態１によるシステム構成を示す図である。 通常のバルブ開弁特性の切り換えを示す図である。 本発明の実施の形態１におけるバルブ開弁特性の切り換えを示す図である。 第１及び第２排気弁Ex1,Ex2をフルリフトで開弁するバルブ開弁特性を示す図である。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ８０が実行するルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるハイブリッド車両の構成を説明するための図である。 図６に示したハイブリッド車両における駆動機構の要部構成を示す斜視図である。 本発明の実施の形態２において、第２排気弁Ex2の中間リフト時のエンジン動作点補正を説明するための図である。 本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ８０が実行するルーチンを示すフローチャートである。
符号の説明
１ エンジン
２４ 過給機
２４ｂ タービン
３０Ａ 第１排気弁Ex1
３０Ｂ 第２排気弁Ex2
３１ 可変動弁機構
３２ 第１排気通路
３４ 第２排気通路
４０ 始動時触媒
５１ 動力分配機構
５２ ジェネレータ
５４ モータ
８０ ＥＣＵ

Claims (5)

  1. 過給機付き内燃機関を有する車両の制御装置であって、
    前記過給機のタービンに通じる第１排気通路を開閉する第１排気弁と、
    前記タービンの下流に通じる第２排気通路を開閉する第２排気弁と、
    前記第２排気弁のリフト量を変更可能な可変動弁機構と、
    前記第１排気通路と前記第２排気通路の合流点よりも下流に配置された触媒と、
    前記第１及び第２排気弁の開閉制御を行う制御手段とを備え、
    前記制御手段は、前記第１排気弁を閉弁し第２排気弁を開弁する第１状態から、前記第１排気弁を開弁し第２排気弁を閉弁する第２状態へ切り換える場合に、前記第１排気弁を開弁すると共に前記可変動弁機構を用いて前記第２排気弁を所定範囲の中間リフト量で開弁する第３状態を介在させることを特徴とする車両の制御装置。
  2. 請求項１に記載の車両の制御装置において、
    前記触媒に流入する排気ガスの温度を取得する排気ガス温度取得手段を更に備え、
    前記制御手段は、前記排気ガス温度取得手段により取得された排気ガス温度が所定値以下であるときに、前記第１及び第２排気弁を前記第３状態に制御することを特徴とする車両の制御装置。
  3. 請求項２に記載の車両の制御装置において、
    前記制御手段は、前記排気ガス温度が所定値以下であるとき、前記排気ガス温度が高いほど前記第２排気弁の中間リフト量を小さくすることを特徴とする車両の制御装置。
  4. 請求項１から３の何れか１項に記載の車両の制御装置において、
    前記内燃機関以外の駆動源である電動機と、
    前記内燃機関と前記電動機の合計出力が一定である等出力線における前記内燃機関の動作点を制御する動作点制御手段とを更に備え、
    前記動作点制御手段は、前記制御手段により前記第３状態に制御される場合に、前記第２状態に制御される場合よりも高回転側の動作点に制御することを特徴とする車両の制御装置。
  5. 請求項４に記載の車両の制御装置において、
    前記動作点制御手段は、前記制御手段により前記第３状態に制御される場合に、前記第２排気弁の中間リフト量が大きいほど前記動作点を高回転側に制御することを特徴とする車両の制御装置。
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