JP2013216223A - ハイブリッド車両 - Google Patents

Abstract

【課題】排気エミッションの悪化を抑制する。
【解決手段】エンジンが始動され、エンジンの空燃比を理論空燃比より大きいリーン空燃比として浄化触媒が暖機されるようエンジンを制御する触媒暖機制御を実行した後に（Ｓ１００〜Ｓ１４０）、エンジンの空燃比を理論空燃比より小さいリッチ空燃比として浄化触媒の浄化能力が回復するようエンジンを制御する触媒回復制御を実行する（Ｓ１４０〜Ｓ１７０）。そして、触媒回復制御を終了するまではエンジンの運転停止を禁止する（Ｓ２００）。これにより、次にエンジンが始動されたときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッド車両に関し、詳しくは、排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置が排気系に設けられたエンジンと走行用のモータとを備え、エンジンの間欠運転を伴って走行するハイブリッド車両に関する。

従来、エンジンに関する技術として、排気通路に排気浄化触媒が配置された複数の気筒を有するエンジンの制御装置であって、エンジンの冷間始動時に、排気浄化触媒の温度が所定温度に到達するまでは、全ての気筒をリッチ運転するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この制御装置では、これにより、エンジンの始動時に触媒を暖機して触媒の早期活性化を実現するものとしている。

特開平１１−３１１１３９号公報

排気通路に排気浄化触媒が配置されたエンジンに加えて、走行用のモータを備え、エンジンの間欠運転を伴って走行するハイブリッド車両では、エンジンが始動されてリッチ運転が行なわれている最中にエンジンの運転が停止されると、次にエンジンが始動されたときに窒素酸化物（ＮＯｘ）が排出されて排気エミッションが悪化する場合がある。このため、こうした排気エミッションの悪化を抑制することが重要な課題の１つとされている。

本発明のハイブリッド車両は、排気エミッションの悪化を抑制することを主目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド車両は、
排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置が排気系に設けられたエンジンと走行用のモータとを備え、前記エンジンの間欠運転を伴って走行するハイブリッド車両であって、
前記エンジンが始動され、前記エンジンの空燃比を理論空燃比より大きいリーン空燃比として前記浄化触媒が暖機されるよう前記エンジンを制御する触媒暖機制御を実行した後に、前記エンジンの空燃比を理論空燃比より小さいリッチ空燃比として前記浄化触媒の浄化能力が回復するよう前記エンジンを制御する触媒回復制御を実行するエンジン制御手段を備え、
前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を終了するまでは前記エンジンの運転停止を禁止する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド車両では、エンジンが始動され、エンジンの空燃比を理論空燃比より大きいリーン空燃比として浄化触媒が暖機されるようエンジンを制御する触媒暖機制御を実行した後に、エンジンの空燃比を理論空燃比より小さいリッチ空燃比として浄化触媒の浄化能力が回復するようエンジンを制御する触媒回復制御を実行する。そして、触媒回復制御を終了するまではエンジンの運転停止を禁止する。浄化触媒の浄化能力を回復させる触媒回復制御を実行している最中に、エンジンの運転が停止されると、次にエンジンが始動されたときに浄化触媒の浄化能力が回復しておらず、排気エミッションが悪化する場合がある。これに対し、触媒回復制御を終了するまでエンジンの運転停止を禁止する（即ち、エンジンの運転を継続する）から、次にエンジンが始動されたときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。

こうした本発明のハイブリッド車両において、前記エンジンは、筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁を有し、前記エンジン制御手段は、前記触媒暖機制御および前記触媒回復制御として、前記筒内用燃料噴射弁からの燃料噴射が行なわれるよう制御する手段である、ものとすることもできる。筒内用燃料噴射弁を有するエンジンでは、エンジンが始動され、エンジンの空燃比をリーン空燃比として筒内用燃料噴射弁からの燃料噴射を行なう成層燃焼によって浄化触媒が暖機されるようエンジンを制御する触媒暖機制御を実行する場合がある。したがって、こうした触媒暖機制御を実行した後に、触媒回復制御を終了するまでエンジンの運転停止を禁止することにより、筒内用燃料噴射弁を有するエンジンの排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、本発明のハイブリッド車両において、 前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を終了すると共に前記エンジンの冷却用の冷却液の温度が予め定められた閾値以上となるまで前記エンジンの運転停止を禁止する手段である、ものとすることもできる。

さらに、本発明のハイブリッド車両において、前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を開始してからの前記エンジンの吸入空気量の積算値が所定量になる条件が成立したときに、前記触媒回復制御を終了する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、触媒回復制御を終了するタイミング、即ち、エンジンの運転停止を許可するタイミングをより適正なものとすることができる。この場合、前記触媒暖機制御は、前記リーン空燃比として予め定められた空燃比を用いる制御であり、前記所定量は、前記触媒暖機制御の実行中の前記エンジンの吸入空気量の積算値が大きいほど大きくなる傾向に定められる量、または、前記触媒暖機制御を実行した時間が長いほど長くなる傾向に定められる量である、ものとすることもできる。こうすれば、触媒回復制御を終了するタイミング、即ち、エンジンの運転停止を許可するタイミングを更に適正なものとすることができる。

あるいは、本発明のハイブリッド車両において、前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を開始してからの経過時間が所定時間になる条件が成立したときに、前記触媒回復制御を終了する手段である、ものとすることもできる。こうすれば、触媒回復制御を終了するタイミング、即ち、エンジンの運転停止を許可するタイミングをより適正なものとすることができる。この場合、前記触媒暖機制御は、前記リーン空燃比として予め定められた空燃比を用いる制御であり、前記所定時間は、前記触媒暖機制御を実行した時間が長いほど長くなる傾向に定められる時間、または、前記触媒暖機制御の実行中の前記エンジンの吸入空気量の積算値が大きいほど大きくなる傾向に定められる時間である、ものとすることもできる。こうすれば、触媒回復制御を終了するタイミング、即ち、エンジンの運転停止を許可するタイミングを更に適正なものとすることができる。

本発明の一実施例としての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。 ＨＶＥＣＵ７０により実行されるエンジン始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 エンジン２２の制御とエンジン２２の間欠運転の許可または禁止との時間変化の様子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。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としての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、ガソリンや軽油などを燃料とするエンジン２２と、エンジン２２を駆動制御するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、エンジン２２のクランクシャフト２６にキャリアが接続されると共に駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６にリングギヤが接続されたプラネタリギヤ３０と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されたモータＭＧ１と、例えば同期発電電動機として構成されて回転子が駆動軸３６に接続されたモータＭＧ２と、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータ４１，４２と、インバータ４１，４２を制御することによってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、インバータ４１，４２を介してモータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ５０と、バッテリ５０を管理するバッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、車両全体を制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

図２は、エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。エンジン２２は、図示するように、筒内に直接燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁１２５を有する内燃機関として構成されており、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吸気行程の途中あるいは圧縮行程に至ってから筒内用燃料噴射弁１２５から燃料を噴射し、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触媒（三元触媒）１３４ａを有する浄化装置１３４を介して外気へ排出される。浄化触媒（三元触媒）１３４ａは、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）などの酸化触媒と、ロジウム（Ｒｈ）などの還元触媒と、セリア（ＣｅＯ2）などの助触媒などで構成される。

エンジンＥＣＵ２４は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号、例えば、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θｃｒ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Ｔｗ，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θｃａ，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からのスロットル開度ＴＨ，吸気管に取り付けられて吸入空気の質量流量を検出するエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ，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Ｔａ，排気系に取り付けられた空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，同じく排気系に取り付けられた酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏ２などが入力ポートを介して入力されている。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、筒内用燃料噴射弁１２５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への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクシャフト２６に取り付けられた図示しないクランクポジションセンサからの信号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。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。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からの回転位置θｍ１，θｍ２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ポートを介して入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２の図示しないスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０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ＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転角速度ωｍ１，ωｍ２や回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２を演算したりしている。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。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Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン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Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度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ＨＶＥＣＵ７０に送信する。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Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合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を演算したりしている。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の蓄電割合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。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０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やシフトレバー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。ＨＶＥＣＵ７０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３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を計算し、この要求トルクＴｒ＊に対応する要求動力が駆動軸３６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プラネタリギヤ３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されて駆動軸３６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プラネタリギヤ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駆動軸３６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駆動軸３６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。なお、トルク変換運転モードと充放電運転モードとは、いずれもエンジン２２の運転を伴って要求動力が駆動軸３６に出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するモードであり、実質的な制御における差異はないため、以下、両者を合わせてエンジン運転モードという。

エンジン運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、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と車速センサ８８からの車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、設定した要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒ（例えば、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２や車速Ｖに換算係数を乗じて得られる回転数）を乗じて走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊を計算し、計算した走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じてエンジン２２から出力すべきパワーとしての要求パワーＰｅ＊を設定する。そして、要求パワーＰｅ＊を効率よくエンジン２２から出力することができるエンジン２２の回転数ＮｅとトルクＴｅとの関係としての動作ライン（例えば燃費最適動作ライン）を用いてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２の回転数Ｎｅが目標回転数Ｎｅ＊となるようにするための回転数フィードバック制御によってモータＭＧ１から出力すべきトルクとしてのトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると共にモータＭＧ１をトルク指令Ｔｍ１＊で駆動したときにプラネタリギヤ３０を介して駆動軸３６に作用するトルクを要求トルクＴｒ＊から減じてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定し、設定した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とについてはエンジンＥＣＵ２４に送信し、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０に送信する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによってエンジン２２が運転されるようエンジン２２の吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などを行ない、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で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。こうした制御により、エンジン２２を効率よく運転しながらバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。

モータ運転モードでは、ＨＶＥＣＵ７０は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸３６に出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定し、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定する共にバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信する。そして、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、モータＭＧ１，ＭＧ２がトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊で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。こうした制御により、エンジン２２を運転停止した状態でバッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で要求トルクＴｒ＊を駆動軸３６に出力して走行することができる。

エンジン運転モードからモータ運転モードへの切り替えは、エンジン運転モードで、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊がエンジン２２を運転停止した方がよい要求パワーＰｅ＊の範囲の上限として定められた停止用閾値Ｐｓｔｏｐ以下に至ったときなどに、エンジン２２の停止条件が成立したと判定して、エンジン２２の運転を停止してモータ運転モードに移行する、ことによって行なわれる。モータ運転モードからエンジン運転モードへの切り替えは、モータ運転モードで、要求トルクＴｒ＊に駆動軸３６の回転数Ｎｒを乗じて得られる走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊を減じて得られるエンジン２２の要求パワーＰｅ＊がエンジン２２を始動した方がよい要求パワーＰｅ＊の範囲の下限として定められた始動用閾値Ｐｓｔａｒｔ以上に至ったときなどに、エンジン２２の始動条件が成立したと判定して、エンジン２２を始動してエンジン運転モードに移行する、ことにより行なわれる。エンジン２２の始動は、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で、エンジン２２をクランキングするためのクランキングトルクをモータＭＧ１から出力すると共にこのトルクの出力に伴って駆動軸３６に作用するトルクをキャンセルするためのトルクをモータＭＧ２から出力することによってエンジン２２をクランキングし、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅｓｔ（例えば１０００ｒｐｍ）に至ったときに燃料噴射制御や点火制御などを開始する、ことによって行なわれる。実施例のハイブリッド自動車２０では、こうしてエンジン運転モードとモータ運転モードとを切り替えてエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを駆動制御することによって、エンジン２２の運転と運転停止とを行ないながら（即ち、エンジン２２の間欠運転を伴って）走行する。

次に、実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２が始動され浄化装置１３４の浄化触媒１３４ａを暖機する際の動作について説明する。図２は、ＨＶＥＣＵ７０により実行されるエンジン始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン２２の始動が完了したときに所定の触媒暖機条件の成立に応じて実行される。所定の触媒暖機条件としては、例えば、空燃比センサ１３５ａが未活性の状態と推定される、車両のシステム起動後に最初にエンジン２２が始動された条件などを用いることができる。

エンジン始動時制御ルーチンが実行されると、ＨＶＥＣＵ７０は、まず、浄化装置１３４の浄化触媒１３４ａを暖機するための触媒暖機制御の実行開始をエンジンＥＣＵ２４に指示すると共に（ステップＳ１００）、エンジン２２の間欠運転が禁止されるようエンジン２２の運転停止の禁止をエンジンＥＣＵ２４に指示する（ステップＳ１１０）。触媒暖機制御の実行開始の指示を受けたエンジンＥＣＵ２４は、浄化触媒１３４ａの暖機が促進されるよう筒内用燃料噴射弁１２５からの燃料噴射により成層燃焼を行なうと共に点火時期をエンジン２２の運転状態に基づく基準時期より遅い（遅角側の）時期とする点火遅角を行なうことによって、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御などの運転制御（触媒暖機制御）を開始する。成層燃焼は、エンジン２２の空燃比が理論空燃比より大きいリーン側の空燃比として予め定められたリーン空燃比（例えば１４．９や１５など）となるよう圧縮行程後半に筒内用燃料噴射弁１２５からの燃料噴射を行なうことにより実現するものとした。なお、エンジン２２の運転は、例えば、予め定められたアイドリング回転数でアイドリング運転するものとしたり、一定回転数で若干のトルクを出力するようエンジン２２を運転するものとしたりすることができる。このとき、モータＭＧ１を駆動停止すると共に要求トルクＴｒ＊が駆動軸３６に出力されるようモータＭＧ２を駆動制御したり、エンジン２２からの若干のトルクを受け止めるトルクが出力されるようモータＭＧ１を駆動制御すると共にモータＭＧ１から駆動軸３６に作用するトルクを要求トルクＴｒ＊から減じたトルクが出力されるようモータＭＧ２を駆動制御したりすることができる。

続いて、触媒暖機制御を開始してからの（本ルーチを実行開始してからの）エンジン２２の吸入空気量Ｑａの積算値である積算吸入空気量Ｑａｓ１を入力すると共に（ステップＳ１２０）、入力した積算吸入空気量Ｑａｓ１と触媒暖機制御の終了を判定するために予め定められた閾値Ｑｒｅｆ１とを比較し（ステップＳ１３０）、積算吸入空気量Ｑａｓ１が閾値Ｑｒｅｆ１未満と判定されたときには、ステップＳ１２０の処理に戻る。ここで、積算吸入空気量Ｑａｓ１は、エアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａを積算したものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、閾値Ｑｒｅｆ１は、実施例では、前述のリーン空燃比を用いて触媒暖機制御を行なったときに浄化触媒１３４ａを暖機するのに十分な空気量として予め実験などにより求められたもの（例えば数十ｇなど）を用いるものとした。

積算吸入空気量Ｑａｓ１が閾値Ｑｒｅｆ１以上と判定されたときには、触媒暖機制御の実行終了、及び、浄化触媒１３４ａの浄化能力を回復させるための触媒回復制御の実行開始をエンジンＥＣＵ２４に指示する（ステップＳ１４０）。触媒暖機制御の実行終了と触媒回復制御の実行開始の指示とを受けたエンジンＥＣＵ２４は、浄化触媒１３４ａの浄化能力（ここでは窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化能力）が回復するように、エンジン２２の空燃比が理論空燃比より若干小さいリッチ側の空燃比として予め定められたリッチ空燃比（例えば１４．４や１４．５など）となるよう筒内用燃料噴射弁１２５からの燃料噴射を行なうと共に点火時期をエンジン２２の運転状態に基づく基準時期とするエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御などの運転制御（触媒回復制御）を開始する。触媒回復制御は、エンジン２２の空燃比をリーン空燃比とする触媒暖機制御によって浄化触媒１３４ａの浄化能力が低下した後に、空燃比をリッチ空燃比としてエンジン２２を運転することによって、浄化触媒１３４ａの浄化能力を理論空燃比近傍でエンジン２２を定常運転したときの状態まで回復させるためのものである。なお、エンジン２２の運転やモータＭＧ１，ＭＧ２の駆動制御は、触媒暖機制御の実行中と同様に行なうことができる。

続いて、触媒回復制御を開始してからのエンジン２２の吸入空気量Ｑａの積算値としての積算吸入空気量Ｑａｓ２を入力すると共に（ステップＳ１５０）、入力した積算吸入空気量Ｑａｓ２と触媒回復制御の終了を判定するために予め定められた閾値Ｑｒｅｆ２とを比較し（ステップＳ１６０）、積算吸入空気量Ｑａｓ２が閾値Ｑｒｅｆ２未満と判定されたときには、ステップＳ１５０の処理に戻る。ここで、閾値Ｑｒｅｆ２は、実施例では、前述した触媒暖機制御を終了した後に浄化触媒１３４ａの浄化能力を回復させるのに十分な空気量として予め実験などにより求められたもの（例えば閾値Ｑｒｅｆ１の２倍程度など）を用いるものとした。

積算吸入空気量Ｑａｓ２が閾値Ｑｒｅｆ２以上と判定されたときには、触媒回復制御の実行終了をエンジンＥＣＵ２４に指示する（ステップＳ１７０）。触媒回復制御の実行終了の指示を受けたエンジンＥＣＵ２４は、触媒回復制御を終了する。そして、活性化した空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦを用いた空燃比フィードバック制御による燃料噴射制御や点火制御などのエンジン２２の通常の運転制御を行なう。

さらに、水温センサ１４２により検出されたエンジン２２の冷却水温ＴｗをエンジンＥＣＵ２４から入力し（ステップＳ１８０）、入力した冷却水温Ｔｗと予め定められた閾値Ｔｗｒｅｆとを比較し（ステップＳ１９０）、冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ未満と判定されたときには、ステップＳ１８０の処理に戻る。ここで、閾値Ｔｗｒｅｆは、実施例では、エンジン２２の間欠運転を許可してもよい水温範囲の下限であり、エンジン２２の暖機が完了したときより十分に低い温度（例えば、３５℃や４５℃など）を用いるものとした。

エンジン２２の冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上と判定されたときには、エンジン２２の間欠運転が許可されるようエンジン２２の運転停止の許可をエンジンＥＣＵ２４に指示して（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。

図４に、エンジン２２の制御とエンジン２２の間欠運転の許可または禁止との時間変化の様子の一例を示す。図の例では、時刻ｔ１でエンジン２２の始動が完了すると、リーン空燃比でエンジン２２を運転（リーン運転）する触媒暖機制御が開始され、その後、時刻ｔ２で触媒暖機制御を終了すると共にリッチ空燃比でエンジン２２を運転（リッチ運転）する触媒回復制御が開始され、更にその後、時刻ｔ３で触媒回復制御が終了する。また、時刻ｔ１で触媒暖機制御が開始されてから、時刻ｔ３で触媒回復制御が終了するまでは、エンジン２２の間欠運転が禁止され、エンジン２２の運転は停止されない。そして、時刻ｔ３で触媒回復制御が終了したとき以降は、エンジン２２の間欠運転が許可されるため、エンジン運転モードで走行中にアクセルオフされるなどによりエンジン２２の停止条件が成立したときにはエンジン２２の運転が停止される。

ここで、積算吸入空気量Ｑａｓが閾値Ｑｒｅｆ２以上になり浄化触媒１３４ａの浄化能力が回復したことを条件に触媒回復制御を終了すると共に少なくとも触媒回復制御を終了するまではエンジン２２の間欠運転を禁止する実施例に対して、浄化触媒１３４ａの浄化能力が回復したことを条件に触媒回復制御を終了すると共に触媒回復制御を終了してないときでもエンジン２２の間欠運転を許可する比較例を考える。比較例の場合には、触媒回復制御が終了していないときであっても、冷却水温Ｔｗがエンジン２２の暖機完了を示す温度より低い閾値Ｔｗｒｅｆ以上となったときにはエンジン２２の間欠運転は許可されるため、触媒回復制御が実行されている最中にエンジン２２の運転が停止される場合が生じ、こうしてエンジン２２の運転が停止されると、次にエンジン２２が始動されたときに浄化触媒１３４ａの浄化能力が回復しておらず、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出による排気エミッションの悪化が生じてしまう。これに対し、実施例の場合には、少なくとも触媒回復制御を終了するまではエンジン２２の間欠運転を禁止するから、エンジン２２の運転停止後に次にエンジン２２が始動されたときの排気エミッションの悪化を抑制することができる。また、実施例では、エンジン２２の間欠運転を許可する冷却水温Ｔｗの閾値Ｔｗｒｅｆとして、エンジン２２の暖機完了を示す温度より十分に低い温度を用いたから、エンジン２２の運転が停止される頻度が増加して車両のエネルギ効率（燃費）を向上させることもできる。したがって、冷却水温Ｔｗが比較的低い閾値Ｔｗｒｅｆ以上となるまではエンジン２２の間欠運転を禁止するものとしても、触媒回復制御が終了するまではエンジン２２の間欠運転は禁止されることになるから、排気エミッションの悪化とエネルギ効率（燃費）の向上とを両立させることができる。

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が始動され、エンジン２２の空燃比を理論空燃比より大きいリーン空燃比として浄化触媒１３４ａが暖機されるようエンジン２２を制御する触媒暖機制御を実行した後に、エンジン２２の空燃比を理論空燃比より小さいリッチ空燃比として浄化触媒１３４ａの浄化能力が回復するようエンジン２２を制御する触媒回復制御を実行する。そして、触媒回復制御を終了するまではエンジン２２の運転停止を禁止する。これにより、次にエンジン２２が始動されたときの排気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、触媒回復制御の終了を判定するために積算吸入空気量Ｑａｓ２と比較する閾値Ｑｒｅｆ２として予め定められた一定の値を用いるものとしたが、この閾値Ｑｒｅｆ２に代えて、触媒暖機制御を実行した時間が長いほど長くなるように定められる閾値を用いるものとしてもよい。また、例えば触媒暖機制御を一定時間行なうなどとした場合、この閾値Ｑｒｅｆ２に代えて、触媒暖機制御の実行中の吸入空気量Ｑａの積算値が大きいほど大きくなるように定められる閾値を用いるものとしてもよい。こうすれば、触媒暖機制御が比較的短い時間で終了したときには触媒回復制御を比較的短い時間で終了しやすくすることができ、エンジン２２の間欠運転を許可するタイミングが早くなり車両のエネルギ効率の向上を図ることができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、積算吸入空気量Ｑａｓ２と閾値Ｑｒｅｆ２とを比較して触媒回復制御の終了を判定するものとしたが、これに代えて又は加えて、触媒回復制御を開始してからの経過時間を図示しないタイマにより計測すると共に、タイマによる計測時間が触媒回復制御の終了を判定するために予め定められた閾値Ｔｒｅｆとなったときに触媒回復制御を終了してよいと判定するものとしても構わない。この場合、閾値Ｔｒｅｆは、一定値に限られず、触媒暖機制御を実行した時間が長いほど長くなるように定められる閾値を用いるものとしてもよいし、触媒暖機制御の実行中の吸入空気量Ｑａの積算値が大きいほど大きくなるように定められる閾値を用い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、積算吸入空気量Ｑａｓ２が閾値Ｑｒｅｆ２以上と判定されたときに触媒回復制御を終了し、エンジン２２の冷却水温Ｔｗと閾値Ｔｗｒｅｆとを比較して冷却水温Ｔｗが閾値Ｔｗｒｅｆ以上と判定されたときにエンジン２２の運転停止を許可するものとしたが、こうした冷却水温Ｔｗの判定を行なうことなく、積算吸入空気量Ｑａｓ２が閾値Ｑｒｅｆ２以上と判定されたときに触媒回復制御を終了してエンジン２２の運転停止を許可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、筒内用燃料噴射弁１２５のみを有するエンジン２２を備えるものとしたが、筒内用燃料噴射弁１２５に代えて又は加えて、吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁を有するエンジンを備えるものとしてもよい。例えば、筒内用燃料噴射弁とポート用燃料噴射弁とを有するエンジンでは、これら２種類の燃料噴射弁からの燃料噴射による成層燃焼によって空燃比をリーン空燃比とする触媒暖機制御を行なうと共に２種類の燃料噴射弁からの燃料噴射によって空燃比をリッチ空燃比とする触媒回復制御を行なうことができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２からの動力を駆動軸３６に出力するものとしたが、図５の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２からの動力を駆動軸３６が接続された車軸（駆動輪３８ａ，３８ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図５における車輪３９ａ，３９ｂに接続された車軸）に接続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からの動力をプラネタリギヤ３０を介して駆動輪３８ａ，３８ｂに接続された駆動軸３６に出力するものとしたが、図６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のクランクシャフトに接続されたインナーロータ２３２と駆動輪３８ａ，３８ｂに動力を出力する駆動軸３６に接続されたアウターロータ２３４とを有しエンジン２２からの動力の一部を駆動軸３６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を備え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からの動力をプラネタリギヤ３０を介して駆動輪３８ａ，３８ｂに接続された駆動軸３６に出力すると共にモータＭＧ２からの動力を駆動軸３６に出力するものとしたが、図７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３８ａ，３８ｂ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３６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８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３８ａ，３８ｂに接続された駆動軸に出力すると共にモータＭＧからの動力を駆動輪３８ａ，３８ｂが接続された車軸とは異なる車軸（図８における車輪３９ａ，３９ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。即ち、エンジンと走行用のモータ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、自動車以外のハイブリッド車両（例えば、列車など）の形態としてもよい。

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「エンジン」に相当し、モータＭＧ２が「モータ」に相当し、エンジン２２の空燃比を予め定められたリーン空燃比とする成層燃焼によって浄化触媒１３４ａを暖機する触媒暖機制御の終了とエンジン２２の空燃比を予め定められたリッチ空燃比として浄化触媒１３４ａの浄化能力を回復させる触媒回復制御の開始とを指示し、触媒回復制御を開始してからの積算吸入空気量Ｑａｓ２が閾値Ｑｒｅｆ２以上と判定されることを条件に触媒回復制御の終了を指示してエンジン２２の運転停止を許可する図３のエンジン始動時制御ルーチンのステップＳ１４０〜Ｓ１７０，Ｓ２００の処理を実行するエンジン始動時制御ルーチンを実行するＨＶＥＣＵ７０と指示を受けてエンジン２２の触媒回復制御を行なうエンジンＥＣＵ２４とが「エンジン制御手段」に相当する。

ここで、「エンジン」としては、筒内用燃料噴射弁１２５のみを有するものに限定されるものではなく、ポート用燃料噴射弁を有するものなど他のタイプのエンジンであっても構わない。「モータ」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、走行用のモータであれば、誘導電動機など、他のタイプのモータであっても構わない。「エンジン制御手段」としては、ＨＶＥＣＵ７０とエンジンＥＣＵ２４との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ものとしても構わない。また、「エンジン制御手段」としては、エンジン２２の空燃比を予め定められたリーン空燃比とする成層燃焼によって浄化触媒１３４ａを暖機する触媒暖機制御を終了してエンジン２２の空燃比を予め定められたリッチ空燃比として浄化触媒１３４ａの浄化能力を回復させる触媒回復制御を行ない、触媒回復制御を開始してからの積算吸入空気量Ｑａｓ２が閾値Ｑｒｅｆ２以上と判定されることを条件に触媒回復制御の終了を指示してエンジン２２の運転停止を許可するものに限定されるものではなく、エンジンが始動され、エンジンの空燃比を理論空燃比より大きいリーン空燃比として浄化触媒が暖機されるようエンジンを制御する触媒暖機制御を実行した後に、エンジンの空燃比を理論空燃比より小さいリッチ空燃比として浄化触媒の浄化能力が回復するようエンジンを制御する触媒回復制御を実行するものであって、触媒回復制御を終了するまではエンジンの運転停止を禁止するものであれば、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、ハイブリッド車両の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０，３２０，４２０ 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）、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、３９ａ，３９ｂ 車輪、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、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ＨＶＥＣＵ）、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、１２５ 筒内用燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３４ａ 浄化触媒、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. 排気を浄化する浄化触媒を有する浄化装置が排気系に設けられたエンジンと走行用のモータとを備え、前記エンジンの間欠運転を伴って走行するハイブリッド車両であって、
   前記エンジンが始動され、前記エンジンの空燃比を理論空燃比より大きいリーン空燃比として前記浄化触媒が暖機されるよう前記エンジンを制御する触媒暖機制御を実行した後に、前記エンジンの空燃比を理論空燃比より小さいリッチ空燃比として前記浄化触媒の浄化能力が回復するよう前記エンジンを制御する触媒回復制御を実行するエンジン制御手段を備え、
   前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を終了するまでは前記エンジンの運転停止を禁止する手段である、
   ハイブリッド車両。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両であって、
   前記エンジンは、筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁を有し、
   前記エンジン制御手段は、前記触媒暖機制御および前記触媒回復制御として、前記筒内用燃料噴射弁からの燃料噴射が行なわれるよう制御する手段である、
   ハイブリッド車両。
3. 請求項１または２記載のハイブリッド車両であって、
   前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を終了すると共に前記エンジンの冷却用の冷却液の温度が予め定められた閾値以上となるまで前記エンジンの運転停止を禁止する手段である、
   ハイブリッド車両。
4. 請求項１ないし３のいずれか１つの請求項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を開始してからの前記エンジンの吸入空気量の積算値が所定量になる条件が成立したときに、前記触媒回復制御を終了する手段である、
   ハイブリッド車両。
5. 請求項１ないし４のいずれか１つの請求項に記載のハイブリッド車両であって、
   前記エンジン制御手段は、前記触媒回復制御を開始してからの経過時間が所定時間になる条件が成立したときに、前記触媒回復制御を終了する手段である、
   ハイブリッド車両。
6. 請求項４記載のハイブリッド車両であって、
   前記触媒暖機制御は、前記リーン空燃比として予め定められた空燃比を用いる制御であり、
   前記所定量は、前記触媒暖機制御の実行中の前記エンジンの吸入空気量の積算値が大きいほど大きくなる傾向に定められる量、または、前記触媒暖機制御を実行した時間が長いほど長くなる傾向に定められる量である、
   ハイブリッド車両。
7. 請求項５記載のハイブリッド車両であって、
   前記触媒暖機制御は、前記リーン空燃比として予め定められた空燃比を用いる制御であり、
   前記所定時間は、前記触媒暖機制御を実行した時間が長いほど長くなる傾向に定められる時間、または、前記触媒暖機制御の実行中の前記エンジンの吸入空気量の積算値が大きいほど大きくなる傾向に定められる時間である、
   ハイブリッド車両。

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