JP2014227851A

JP2014227851A - 内燃機関の制御装置

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Publication number: JP2014227851A
Application number: JP2013106158A
Authority: JP
Inventors: 典昭熊谷; Noriaki Kumagai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-05-20
Filing date: 2013-05-20
Publication date: 2014-12-08
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Abstract

【課題】内燃機関の吸気通路の内壁面における付着燃料に起因した混合気空燃比の過剰リッチ化の抑制を図る。【解決手段】内燃機関の温度が所定温度以下である非暖機状態であって、且つ、該内燃機関の出力が所定出力より少ないとき、該内燃機関の出力低下における変動量が所定の変動量を超えると、スロットル弁の開度が、該変動量が該所定の変動量を超えない場合の該スロットル弁の開度である標準開度よりも増加された所定増加開度となるように、スロットル弁駆動部を制御する。更に、標準開度から所定増加開度への増加分による内燃機関の出力増加に対応して、発電機により発電された電力を蓄電装置に蓄電する。【選択図】図６

Description

本願発明は、内燃機関の制御装置に関する。

内燃機関の吸気通路内で燃料噴射を行う場合、その吸気通路の内壁面に燃料が付着する可能性がある。そのため、付着燃料が蒸発して吸気に含まれてしまうと、結果として内燃機関における混合気空燃比が過剰リッチな状態となり、場合によっては、燃焼の安定性や、三元触媒等による排気浄化効率に影響を及ぼし得る。このような吸気通路内壁面に付着した燃料による影響を抑制するために、例えば、特許文献１に示すように吸気通路内の圧力を検出する圧力センサの検出値に基づいた燃料噴射制御に関する技術が開示されている。当該技術では、吸気通路内の圧力変化量と、減速時のセンサの不感帯値とを比較して燃料噴射量の補正量を算出することで、急減速時と緩減速時で異なる燃料噴射制御が行われ、上記付着燃料の影響抑制が図られる。

特開平６−２５８９号公報特開２００９−２６４２６６号公報

内燃機関の機関温度が比較的低い場合、吸気通路の内壁面により多くの燃料が付着する傾向がある。このような場合において、内燃機関が減速運転されると、吸気通路のスロットル弁が閉じられるため吸気通路内が負圧状態となる。そして、特に、吸気通路内が負圧状態となり、且つ負圧の変化量が大きくなると、吸気通路の内壁面に付着していた燃料の沸点が急激に低下し、付着燃料が多量に蒸発しやすくなる。その結果、内燃機関における混合気空燃比が過剰リッチ化することになる。

このように混合気空燃比が過剰リッチになると、内燃機関の出力の安定性を損ねるとともに、排気空燃比が乱れることで排気浄化触媒による排気浄化効率にも影響を及ぼし得る。

本願発明は、上記した問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の吸気通路の内壁面における付着燃料に起因した混合気空燃比の過剰リッチ化の抑制を図る制御装置を提供することを目的とする。

本願発明において、上記課題を解決するために、内燃機関の吸気通路における負圧状態が所定の状態、すなわち吸気通路の内壁面の付着燃料が比較的多く蒸発し得る状態にあるときに、スロットル弁の開度制御を行うとともに、内燃機関の出力による発電電力の蓄電制御を行う構成を採用した。当該構成の採用により、内燃機関における混合気空燃比の適正化、および内燃機関の出力の安定維持を実現し得ることを、本願発明の発明者は見出した。

具体的には、本願発明は、内燃機関の出力により発電を行う発電機と、該発電機によって発電された電力を蓄電する蓄電装置とを有する内燃機関の制御装置であって、前記内燃機関の温度を取得する温度取得部と、前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁
を開閉駆動するスロットル弁駆動部と、前記温度取得部によって取得された前記内燃機関の温度が所定温度以下である非暖機状態であって、且つ、該内燃機関の出力が所定出力より少ないとき、該内燃機関の出力低下における変動量が所定の変動量を超えると、前記スロットル弁の開度が、該変動量が該所定の変動量を超えない場合の該スロットル弁の開度である標準開度よりも増加された所定増加開度となるように、前記スロットル弁駆動部を制御するスロットル弁開度制御部と、前記スロットル弁開度制御部による前記標準開度から前記所定増加開度への増加分による前記内燃機関の出力増加に対応して、前記発電機により発電された電力を前記蓄電装置に蓄電する蓄電制御部と、を備える。

上記制御装置の制御対象となる内燃機関は、内燃機関の出力により発電を行う発電機と、その発電電力を蓄電する蓄電装置を有するものである。ここで、当該発電機は、内燃機関の出力を電気エネルギーに変換する機能を有するだけでなく、外部から供給される電気エネルギー、例えば上記蓄電装置、又はその他の電源装置から供給される電気エネルギーによって駆動力を出力するモータジェネレータとして機能するものであってもよい。換言すれば、この場合は、前記発電機は、内燃機関の出力により発電可能であって、且つ、前記蓄電装置に蓄電された電力が供給されることで駆動力を出力可能なモータであり、そして、前記内燃機関は、該内燃機関と前記モータを駆動源として有するハイブリッド車両に搭載される形態に、上記制御装置を適用することもできる。

本発明に係る内燃機関の制御装置では、内燃機関がその温度が所定温度以下である非暖機状態に置かれているときに、スロットル弁開度制御部によるスロットル弁駆動部の制御が行われる。この所定温度は、内燃機関がそれ以下の温度となると、内燃機関の吸気通路の内壁面での付着燃料量が比較的多くなり、内燃機関における混合気空燃比が過剰リッチ化する可能性が生じると判断される閾値である。具体的には、当該所定温度としては、内燃機関が冷間状態での機関温度、または暖機が完了する前の半暖機状態での機関温度が適用でき、内燃機関の特性を考慮し適宜設定することができる。非暖機状態にある内燃機関の吸気通路では、その内壁面に比較的多くの燃料が付着する可能性がある。このような状態において、吸気通路内が所定の負圧状態になったときに、その付着燃料が多く蒸発し、内燃機関に流れ込む傾向があることを本願発明の発明者は見出した。

ここで、非暖機状態での付着燃料が蒸発しやすい条件としての所定の負圧状態は、内燃機関の出力が所定出力より少ない低出力状態であって、その際の内燃機関の出力低下において、その変動量が所定の変動量を越えて比較的急峻に低下する状態である。内燃機関の出力が所定出力より少ないと、スロットル駆動部によりスロットル弁が閉弁側に調整され、付着燃料が蒸発しやすい負圧状態が形成され得る。そして、内燃機関の出力低下の変動量が所定の変動量を超えると、スロットル弁の閉弁速度が大きくなり、吸気通路における負圧が急激に大きくなる傾向がある。そのため、このような負圧状態が形成される場合は、付着燃料の蒸発量が比較的多く、且つ、その蒸発速度が速くなると考えられることから、内燃機関における混合気空燃比が過剰リッチ化しやすくなる。そこで、本願発明では、このように混合気空燃比が過剰リッチ化しやすい条件が成立した場合には、スロットル開度制御部が、スロットル弁の開度が、そうではない場合の上記標準開度と比べて開き側に増加された所定増加開度となるように、スロットル駆動部を制御する。

これにより、吸気通路の内壁面の付着燃料が多量に蒸発しやすい状況において、スロットル弁の開度が所定増加開度となることで、吸気通路における負圧を緩和させることができ、以て付着燃料の蒸発を抑制することができる。そのため、スロットル開度制御部の上記制御により、内燃機関における混合気空燃比の過剰リッチ化を抑制することが可能となる。

一方で、このようにスロットル弁の開度が所定増加開度とされることで、内燃機関にお
ける混合気空燃比の過剰リッチ化を抑制できるが、その結果、吸気量が増加することによる内燃機関の出力増加、すなわち、内燃機関に要求される出力以上の出力が発揮されることになる。そこで、本願発明では、蓄電制御部によって、標準開度から所定増加開度への増加分による内燃機関の出力増加を、発電機による発電に供し、その発電電力が蓄電装置に蓄電される。これにより、内燃機関への要求出力を超えた分については、蓄電装置に電気エネルギーとして蓄電されるため、結果として、要求に応じた内燃機関出力を発揮させることができる。

以上より、本願発明に係る内燃機関の制御装置では、内燃機関の吸気通路の内壁面における付着燃料に起因した混合気空燃比の過剰リッチ化の抑制と内燃機関の出力安定の両立が可能となる。

ここで、上記内燃機関の制御装置において、前記所定出力は、前記内燃機関において負荷運転とアイドル運転の切り替えを行うための閾値となる機関出力であって、前記所定増加開度は、前記内燃機関のアイドル運転時における前記スロットル弁の開度が、該内燃機関の出力低下における変動量が前記所定の変動量を超えない場合の該内燃機関のアイドル運転時における該スロットル弁の開度である前記標準開度よりも増加された開度であってもよい。内燃機関の運転が、負荷運転、すなわち内燃機関に対する出力要求に対応して行われる運転からアイドル運転に切り替える減速時は、スロットル弁は比較的大きく閉じられ、且つ、その閉弁速度が比較的早い場合がある。このような場合には、上述した付着燃料の蒸発速度が速くなりやすい。そこで、本願発明に係る制御装置による上記制御は、負荷運転からアイドル運転への切り替え時にも好適に適用することができる。

ここで、上記内燃機関の制御装置は、前記蓄電装置において、充電が可能な電力量を許容充電量として取得する取得部を、更に備えてもよい。そして、前記スロットル弁開度制御部は、前記取得部によって取得された前記許容充電量が少ないほど、前記所定増加開度を閉じ側の開度に調整し、且つ、該調整された所定増加開度への前記スロットル弁開度の変化速度を小さくしてもよい。許容充電量が少なくなると、スロットル弁の所定増加開度への調整による内燃機関の出力増加を、電気エネルギーとして蓄電する余裕が少なくなる。そこで、上記のように許容充電量に応じて、所定増加開度を調整し、その所定増加開度への変化速度を制御することで、内燃機関の出力を安定維持できる範囲で、内燃機関における混合気空燃比の過剰リッチ化を可及的に抑制することができる。

また、上述までの内燃機関の制御装置において、前記蓄電装置における許容充電量が零である場合、前記スロットル弁開度制御部による前記スロットル弁駆動部の制御は禁止されるように構成されてもよい。これにより、スロットル弁開度制御部の制御に伴う内燃機関の出力変化を回避することができる。

本願発明によれば、内燃機関の吸気通路の内壁面における付着燃料に起因した混合気空燃比の過剰リッチ化の抑制を図ることが可能となる。

本願発明に係る内燃機関の制御装置の制御対象である、該内燃機関が搭載されるハイブリッド車両の概略構成を示す図である。図１に示す内燃機関の制御装置の概略構成を示す図である。内燃機関における冷却水温度の推移と、該内燃機関における混合気空燃比の推移とを示す図である。図１に示すハイブリッド車両に搭載された内燃機関の機関出力低下速度と、該内燃機関における混合気空燃比との相関、および該内燃機関の機関出力低下速度と、該内燃機関からのエミッションの悪化指標との相関を示す図である。図２に示す内燃機関の制御装置により該内燃機関の減速時に実行される減速制御に関するフローチャートである。図５に示す減速制御が行われたときの、スロットル弁の開度の推移、吸気通路内の圧力推移、内燃機関における混合気空燃比の推移を示す図である。図５に示す減速制御で使用される所定の低下速度と機関温度の相関を示す図である。図５に示す減速制御で使用される許容充電量と所定の機関出力の相関を示す図である。バッテリの許容充電量と機関温度との相関を示す図である。図５に示す減速制御において設定される所定の機関出力の最大値を算出するための、機関回転速度と機関出力との相関を示す図である。

以下、本願発明の具体的な実施形態について図面に基づいて説明する。本実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置等は、特に記載がない限りは発明の技術的範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

図１は、本発明の実施例に係る制御装置を有する内燃機関と、それとは別の駆動源としての二台のモータジェネレータ（以下、単に「モータ」という）を有するハイブリッドシステムを備えるハイブリッド車両２０の概略構成を示す図である。ハイブリッド車両２０は、主動力源として内燃機関１を有し、また、補助動力源としては、モータ２１ａおよびモータ２１ｂを有している。

先ず、ハイブリッドシステムについて説明を行う。内燃機関１のクランクシャフトは出力軸２３に連結され、出力軸２３は動力分割機構２２に連結されている。動力分割機構２２は、動力伝達軸２４を介してモータ２１ａと連結されるとともに、動力伝達軸２５を介してモータ２１ｂとも連結されている。ここで、前記動力分割機構２２は、遊星歯車機構によって内燃機関および補助動力源の出力等の伝達を切り替える。また、前記モータ２１ｂに連結される動力伝達軸２５には、減速機２６が連結され、減速機２６には、ドライブシャフト２７を介して駆動輪２８が連結されている。減速機２６は、複数の歯車を組み合わせて構成され、動力伝達軸２５の回転数を減速して、内燃機関１、モータ２１ａ及びモータ２１ｂからの出力をドライブシャフト２７に伝達する。

ここで、モータ２１ａおよび２１ｂは、図示されないインバータを含むＰＣＵ(Power Control Unit)３１と電気的に接続され、当該ＰＣＵ３１は、更にバッテリ３２と電気的に接続されている。ＰＣＵ３１は、バッテリ３２から取り出した直流電力を交流電力に変換して、モータ２１ａ、２１ｂに供給するとともに、モータ２１ａ、２１ｂによって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ３２に供給するように構成された電力制御ユニットである。詳細には、モータ２１ａおよび２１ｂは、交流同期型の電動機で構成され、励磁電流が印加されるとトルクを発生するとともに、外部からトルクが加えられると、例えば内燃機関１から動力分割機構２２を介して運動エネルギーが入力されると、その運動エネルギーを電気エネルギーに変換することによって電力を発生させる。発生した電力は、ＰＣＵ３１を介してバッテリ３２へ供給される。また、モータ２１ｂは、車両の減速時に発電機として作用し、駆動輪２８からドライブシャフト２７及び減速機２６を介して動力伝達軸２５に伝達される運動エネルギーを電気エネルギーに変換する、いわゆる回生発電を行うことができ、それによって発生した電力もＰＣＵ３１を介してバッテリ３２へ供給される。また、図１に示すハイブリッド車両２０は、いわゆるプラグインハイブリッド車両であり、外部電源４０からの電力供給が可能となるように充電プラグ３３が設けら
れている。

次に、ハイブリッド車両２０に搭載される内燃機関１について、図１、図２に基づいて説明する。内燃機関１は、複数の気筒を有する火花点火式の内燃機関（ガソリンエンジン）である。なお、図２においては、内燃機関１の複数の気筒のうち、一つの気筒のみが図示されている。内燃機関１の各気筒２には、点火プラグ３が取り付けられている。内燃機関１は、吸気ポート４と排気ポート５を備えている。吸気ポート４は、内燃機関１の気筒２内へ空気や燃料を導く通路であり、吸気バルブ６によって開閉される。排気ポート５は、気筒２内で燃焼されたガス（既燃ガス）を気筒２内から排出するための通路であり、排気バルブ７によって開閉される。

吸気ポート４は、吸気通路１２と接続されている。吸気通路１２は、大気中から取り込んだ新気（空気）を吸気ポート４へ導くものである。そして、この吸気ポート４中に燃料噴射が行えるように、燃料噴射弁８が取り付けられている。更に、吸気通路１２には、スロットル弁１３が設けられている。スロットル弁１３は、吸気通路１２内の通路断面積を変更することにより、気筒２内へ導かれる空気の量を調整する弁機構である。スロットル弁１３より上流の吸気通路１２には、過給機１４が設けられている。過給機１４は、空気を圧縮する装置であり、例えば、排気の熱エネルギーを利用した遠心過給機（ターボチャージャ）や内燃機関１の出力を利用した機械式の過給機である。また、過給機１４の上流側の吸気通路には、エアフローメータ１５が設けられている。

また、排気ポート５は、排気通路１６と接続されている。排気通路１６は、気筒２内から排気ポート５へ排出された排気を図示しないテールパイプに導くものである。排気通路１６には、排気浄化を行うためのＥＨＣ（電気加熱式触媒）３５が設けられている。電気加熱式触媒３５は、電気抵抗となって、通電により発熱する材質の触媒担体に、酸化機能を有する触媒が担持されている。触媒担体は、排気の流れる方向に伸び且つ排気の流れる方向と垂直な断面がハニカム状をなす複数の通路を有している。この通路を排気が流れることで、担持されている触媒による排気浄化が行われる。また、触媒は、たとえば酸化触媒、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒などを挙げることができる。なお、通電により発熱する発熱体よりも下流側に触媒を備えることで電気加熱式触媒としてもよい。

上記構成のハイブリッドシステムを有するハイブリッド車両２０には、内燃機関１や、モータ２１ａ、２１ｂとバッテリ３２間の電力授受を制御するＰＣＵ３１を制御するための電子制御ユニットであるＥＣＵ３０が設けられている。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、バックアップＲＡＭ等から構成される電子制御ユニットでであって、ハイブリッド車両２０から要求されるトルクを内燃機関１とモータ２１ａ、２１ｂが発揮すべく、燃料噴射弁８からの燃料噴射量を制御し、また各モータへの電力供給をＰＣＵ３１を介して制御する。また、ＥＣＵ３０は、ＰＣＵ３１を介してバッテリ３２での蓄電量の監視等を行う。例えば、バッテリ３２の蓄電量が低下しているとＥＣＵ３０が判断すると、内燃機関１の機関出力をモータ２１ａに伝達させることで発電を行い、モータ２１ａで発電された電気がＰＣＵ３１を介してバッテリ３２へ蓄電される。

ＥＣＵ３０は、ハイブリッド車両２０に搭載された内燃機関１に関連する各種センサとも電気的に接続されている。例えば、ＥＣＵ３０は、クランクポジションセンサ１０、アクセルポジションセンサ１１、エアフローメータ１５、水温センサ１７等と電気的に接続される。クランクポジションセンサ１０は、内燃機関１の出力軸（クランクシャフト）の回転位置に相関した電気信号を出力するセンサである。アクセルポジションセンサ１１は、アクセルペダルの操作量（アクセル開度）に相関した電気信号を出力するセンサである。水温センサ１７は、内燃機関１を循環する冷却水の温度に相関した電気信号を出力する
センサである。エアフローメータ１５は、過給機１４より上流の吸気通路１２に取り付けられ、吸気通路１２内を流れる空気の量（内燃機関１の吸入空気量）に相関した電気信号を出力するセンサである。したがって、ＥＣＵ３０は、これらのセンサからの出力に基づいて、内燃機関の機関回転速度、機関出力、機関温度、吸気流量等を把握することができる。

更に、ＥＣＵ３０は、点火プラグ３、燃料噴射弁８、スロットル弁１３等の各種機器を制御する。例えば、ＥＣＵ３０は、内燃機関１の機関負荷や機関回転速度等に基づいて、燃料噴射によって内燃機関１における混合気空燃比が概ねストイキ空燃比となるように、燃料噴射量と吸気流量を調整すべく燃料噴射弁８とスロットル弁１３が制御される。また、ＥＣＵ３０は、電気加熱式触媒３５の温度を検出する不図示の温度センサとも電気的に接続され、その検出温度に基づいて触媒温度が排気浄化に適した温度となるように、電気加熱式触媒３５への通電を制御する。

このように構成されるハイブリッド車両２０に搭載される内燃機関１では、吸気ポート４近傍に設けられた燃料噴射弁８から燃料噴射が行われるため、吸気ポート４および吸気通路１２（以下、「吸気通路等」という）の内壁面に燃料が付着しやすい。特に、内燃機関の機関温度が比較的低温の場合、燃料の気化が鈍化しているため、吸気通路等の内壁面への燃料の付着量が多くなる。そして、このような付着燃料が存在している状態において、内燃機関１が減速した場合、その機関出力を絞るべくスロットル弁１３が閉弁側に開度制御される。そうすると、主に吸気行程において吸気通路等内の圧力が負圧となる状態（以下、「負圧状態」という）に至る。この負圧状態では、吸気通路等の内壁面の付着燃料の沸点が下がるため、当該燃料が蒸発しやすくなり、内燃機関１への吸気中に、燃料噴射弁８から直接噴射された燃料に加えて、蒸発した付着燃料が含まれることになり、内燃機関１における混合気空燃比が過剰リッチの状態となる。

この負圧状態に起因した混合気空燃比の過剰リッチ状態の形成について、図３および図４に基づいて詳細に説明する。図３は、上段（ａ）に内燃機関１の冷却水温度の推移を示し、下段（ｂ）に内燃機関１における混合気空燃比の推移を示す。そして、上段（ａ）において線Ｌ１の冷却水温度推移を示している場合の混合気空燃比は、線Ｌ１’の推移を辿り、上段（ａ）において線Ｌ２の冷却水温度推移を示している場合の混合気空燃比は、線Ｌ２’の推移を辿る。そして、図３（ａ）に示すように、線Ｌ１の冷却水温度推移は線Ｌ２の冷却水温度推移より高温側となっているので、線Ｌ１の推移を高温時冷却水温度推移と称し、線Ｌ２の推移を低温時冷却水温度推移と称する場合もある。なお、これらの温度推移を辿っている期間での内燃機関１の運転状態は、適宜加減速を行うことで、結果として、機関温度が徐々に上昇するとともに、線Ｌ１の推移での冷却水温度の上昇率と、線Ｌ２の推移での冷却水温度の上昇率は概ね同じとされる。

図３に示す上記期間では、内燃機関１の運転に減速運転が含まれていることから、上述の理由によりその減速時に吸気通路等の内壁面の付着燃料が蒸発し、混合気空燃比が、一時的に大きくリッチ側に変動する傾向が、図３（ｂ）から確認することができる。そして、低温時冷却水温度推移に対応する混合気空燃比のリッチ側への変動量ΔＡ２は、高温時冷却水温度推移に対応する混合気空燃比のリッチ側への変動量ΔＡ１よりも大きくなり、換言すると、内燃機関１の機関温度が低いと、減速時の付着燃料に起因して混合気空燃比がよりリッチ側の空燃比に変動する傾向が理解できる。なお、当該変動量は、内燃機関１における混合気空燃比が本来あるべきとされるストイキ近傍の空燃比（本実施例では１４．５）から、リッチ側へどの程度変動しているかをピーク値を用いて算出される値である。

また、図４では、内燃機関１の機関温度が比較的低い状態における、内燃機関１の機関
出力の低下速度、すなわち、機関出力の単位時間当たりの低下量と、内燃機関１における混合気空燃比との相関を線Ｌ３で示し、内燃機関１の機関出力の低下速度とエミッション悪化指標との相関を線Ｌ４で示している。本実施例においては、当該エミッション悪化指標は、排気に含まれるＨＣ量およびＮＯｘ量の合計として定義され、その数値が大きくなるほど内燃機関１のエミッションが悪化していることを定量的に示す。図４に示すように、内燃機関１の機関出力低下速度が大きくなるほど、すなわち、機関出力が急激に低下するほど、吸気通路等内の負圧が急激に大きくなるため、単位時間当たりの付着燃料の蒸発量が増加することになる。その結果、内燃機関１の機関出力低下速度が大きくなるほど、内燃機関１における混合気空燃比は過剰にリッチ側に変動しやすくなり、また、内燃機関１のエミッションが悪化していくことになる。

このように、内燃機関１の減速時に混合気空燃比が過剰リッチな状態になると、例えば、電気加熱式触媒３５に三元触媒が利用されている場合には、排気空燃比がその浄化ウィンドウを外れてしまうため、効果的な排気浄化を行うことが困難となる。また、三元触媒以外の触媒が用いられる場合でも、排気空燃比が急激にリッチ側に変動しやすくなるため、同じように効果的な排気浄化が困難となる。そこで、内燃機関１の減速時における混合気空燃比の過剰リッチ化を可及的に抑制するための減速制御が、ＥＣＵ３０に格納された制御プログラムが実行されることで、行われる。なお、当該減速制御は、ハイブリッド車両２０において、内燃機関１が運転されている期間に行われる制御である。以下、図５に基づいて当該減速制御について説明する。

先ず、Ｓ１０１では、内燃機関１が負荷運転を行っている状態か否かが判定される。この負荷運転は、アイドル運転とは区別される内燃機関の運転状態であって、ハイブリッド車両２０の操縦者によるアクセル操作や補機類の出力等に基づいて内燃機関１に要求される機関負荷に応じて実施される運転形態である。Ｓ１０１で肯定判定されるとＳ１０２へ進み、否定判定されるとＳ１０８へ進む。次に、Ｓ１０２では、内燃機関１が非暖機状態にあるか否かが判定される。非暖機状態は、上述したように内燃機関１の吸気通路等に付着する燃料の量が比較的多くなる、内燃機関１の機関温度が低い状態を示すものである。例えば、いわゆる内燃機関１の冷間始動の状態や、暖機が終了する前の状態（半暖機状態）が、この非暖機状態に含まれる。具体的には、内燃機関１の機関温度が、吸気通路等での付着燃料量に基づいて決定される所定温度以下である場合に、内燃機関１は非暖機状態にあると判断することができる。Ｓ１０２で肯定判定されるとＳ１０３へ進み、否定判定されると本制御が最初から繰り返される。

Ｓ１０３では、内燃機関１への要求機関出力（以下、単に「要求出力」という）Ｐｅが、目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔより小さいか否かが判定される。この目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔは、機関出力の低下により吸気通路等で負圧状態が形成されて付着燃料の蒸発が顕著となると判断し得る閾値であり、且つ、その機関出力の低下により内燃機関１の運転を負荷運転からアイドル運転に切り換えるための閾値でもある。したがって、要求出力Ｐｅが目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔより小さい場合には、負荷運転からアイドル運転への切り替えが行われ、その逆の場合には、アイドル運転から負荷運転への切り替えが行われる（後述するＳ１０９の処理を参照）。Ｓ１０３で肯定判定されると、Ｓ１０４へ進み、そこで、内燃機関１の運転が、負荷運転からアイドル運転に切り替えられる。一方で、Ｓ１０３で否定判定されると、本制御が最初から繰り返される。

Ｓ１０４でアイドル運転への切り替えが行われると、その後、Ｓ１０５で、要求出力Ｐｅの低下における単位時間当たりの出力の変動量、すなわち要求出力低下速度（当該速度の値が大きいほど、要求出力が急激に低下することを意味するパラメータである）ΔＰｅの値が、所定の低下速度ΔＰｅｔａｒｇｅｔを超えているか否かが判定される。この所定の低下速度ΔＰｅｔａｒｇｅｔは、要求出力が急激に低下することで、付着燃料の蒸発量
が急激に増え内燃機関１における混合気空燃比の過剰リッチ化が生じ得る、内燃機関１の機関出力低下速度に関する閾値である。したがって、Ｓ１０５で肯定判定されると、混合気空燃比の過剰リッチ化が懸念されることを意味し、そこで処理はＳ１０６へ進む。一方で、Ｓ１０５で否定判定されると、混合気空燃比の過剰リッチ化が懸念されないことを意味し、そこで処理はＳ１０７へ進む。

次にＳ１０６では、アイドル運転中のスロットル弁１３の開度を所定増加開度に設定するとともに、減速時蓄電制御が行われる。以下、Ｓ１０６の処理の詳細について説明する。内燃機関１のアイドル運転においては、その機関回転速度が維持できる程度の燃料の燃焼に適合した吸気量が供給されるように、スロットル弁１３の開度が調整される。このときのスロットル弁１３の開度を、「標準開度」と称する。ここで、内燃機関１が所定の減速状態を経てアイドル運転に切り替えられた場合、スロットル弁１３の開度がこの標準開度であると、吸気通路等において所定の負圧状態が形成されるため、上述した内燃機関１における混合気空燃比の過剰リッチ化が懸念される。そこで、この所定の負圧状態を解消するために、標準開度より開き側に増加された開度として設定されたのが、上記「所定増加開度」である。したがって、スロットル弁１３の開度が所定増加開度に設定されると、スロットル弁１３の開度がアイドル運転時に本来あるべき開度（すなわち、標準開度）よりも開き側の開度となるので、吸気通路等内の負圧が緩和され、以て、付着燃料の蒸発が抑制されることになる。

一方で、スロットル弁１３の開度が所定増加開度に設定されることで、内燃機関１にアイドル運転時に本来供給されるべき量よりも多い吸気が供給されることになる。内燃機関１はガソリンエンジンであることから、その混合気空燃比が概ねストイキ近傍となるように燃料噴射量が調整された結果、内燃機関１の機関出力が増加することになる。そこで、本実施例では、上記減速時蓄電制御によって、スロットル弁１３の開度が標準開度から所定増加開度に増加したときの増加分に対応して増加した機関出力を、モータ２１ｂへ伝達させてそこで発電し、その発電電力をＰＣＵ３１を経てバッテリ３２に蓄電する。これにより、内燃機関１における混合気空燃比の過剰リッチ化を回避しつつ、ハイブリッド車両２０のアイドル運転に適した機関出力を維持することが可能となる。Ｓ１０６の処理後、本制御が最初から繰り返される。

また、Ｓ１０７では、混合気空燃比の過剰リッチ化の懸念がないと判断されたことを踏まえて、スロットル弁１３の開度が標準開度に設定される。この場合、上述したスロットル弁開度の増加に起因する内燃機関１の機関出力の増加も生じないため、上記減速時蓄電制御は停止される。Ｓ１０７の処理後、本制御が最初から繰り返される。

次に、Ｓ１０１で否定判定され、Ｓ１０８へ進んだ場合の処理の流れについて説明する。Ｓ１０８では、内燃機関１がアイドル運転を行っている状態か否かが判定される。ここで肯定判定されるとＳ１０９へ進み、否定判定されると本制御が最初から繰り返される。Ｓ１０９では、内燃機関１への要求出力Ｐｅが、上記目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔに到達したか否かが判定される。すなわち、内燃機関１がアイドル運転を行っている状態で、内燃機関１の運転を負荷運転に切り替えるべき状況となっているか否かが判定されることになる。Ｓ１０９で肯定判定されるとＳ１１１へ進み、否定判定されるとＳ１１０へ進む。

次に、Ｓ１１０では、バッテリ３２が過充電状態にならないように保護すべき状態にあるか否かが判定される。例えば、内燃機関１の運転に応じてモータ２１ｂによって発電される電力量（例えば、内燃機関１の機関出力による発電電力や減速回生電力）が、バッテリ３２の過充電を回避するための指標である許容充電量Ｗｉｎを超える場合は、過充電の恐れがあるためバッテリ３２の保護のために充電を回避する必要がある。この許容充電量Ｗｉｎは、バッテリ３２の満充電状態における蓄電電力量と、現在の蓄電電力量との差と
して、ＰＣＵ３１を介してＥＣＵ３０は把握している。Ｓ１１０で肯定判定されるとＳ１１１へ進み、否定判定されると本制御を終了する。

Ｓ１１１では、内燃機関の運転が、アイドル運転から負荷運転に切り替えられる。これにより、アイドル弁１３の開度は、内燃機関１への要求出力に応じた開度に制御されることになる。そして、その後Ｓ１１２では、上記の減速時蓄電制御が中止される。

上記の通り、図５に示す減速制御によれば、内燃機関１の減速運転により混合気空燃比の過剰リッチ化が懸念される場合には、スロットル弁１３の開度が所定増加開度に調整されることで、吸気通路等の内部の負圧状態が緩和されるとともに、減速時蓄電制御により吸気の増量によって生じる機関出力の変動をバッテリ３２への充電で吸収する。したがって、結果として、過剰リッチな混合気形成の抑制と内燃機関の出力安定を両立することが可能となる。また、図６には、上記減速制御が行われたときの、（ａ）スロットル弁１３の開度推移、（ｂ）吸気通路等内の圧力推移、（ｃ）混合気空燃比の推移が示されている。なお、図６において、線Ｌ５は減速制御が行われた際の各パラメータの推移を指し示し、線Ｌ６は当該減速制御が行われていない場合、すなわち従来技術による場合の各パラメータの推移を指し示している。これらの推移からも明確に理解できるように、減速制御によりスロットル弁１３の開度が、開き側に増加されているアイドル運転中では、そのときの負圧方向への圧力変動ΔＰ５は、減速制御が行われていない場合の負圧方向への圧力変動ΔＰ６よりも緩和され、混合気空燃比の変動量、特にリッチ側への変動量が小さくなっている。

＜変形例１＞
上記減速制御において、所定の低下速度ΔＰｅｔａｒｇｅｔを、内燃機関１の機関温度に応じて変化させてもよい。内燃機関１の機関温度が低くなるほど、吸気通路等の内壁面に付着する燃料の量が増加する傾向にあり、また、付着燃料が多くなるほど、負圧による燃料の蒸発量が増える。そこで、図７に示すように、内燃機関１の機関温度が低くなるほど、所定の低下速度ΔＰｅｔａｒｇｅｔの値を小さくする。これにより、内燃機関１の機関温度が低くなるほどＳ１０５において肯定判定されやすくなり、以て、吸気通路等での負圧の緩和が促進され、混合気空燃比の過剰リッチ化を適切に回避することができる。

＜変形例２＞
ハイブリッド車両２０に搭載されているバッテリ３２は、その周囲環境の影響を受けて蓄電特性が変化する場合がある。例えば、バッテリ３２の温度が高くなるほどその充電性能は上昇する傾向があるため、バッテリ３２の温度が内燃機関１の機関温度と相関を持つように配置されている場合には、図９に示すように、機関温度が上昇するに従い、上記許容充電量Ｗｉｎも大きくなる特性が現れる。このように、バッテリ３２の許容充電量Ｗｉｎが外部環境の影響を受けて変動する場合には、その許容充電量Ｗｉｎに応じて、上記減速制御における目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔを変化させてもよい。その目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔと許容充電量Ｗｉｎとの相関を図８に示す。

許容充電量Ｗｉｎが大きくなるほど、スロットル弁１３の開度が所定増加開度に設定されることで増える機関出力を、バッテリ３２内に電気エネルギーとして蓄電する余裕が増えることになる。このことは、上記減速制御によりスロットル弁１３の開度を所定増加開度に設定する機会を増やして、混合気空燃比の過剰リッチ化を可及的に抑制することを可能とする。そこで、図８に示すように、許容充電量Ｗｉｎが大きくなるに従い、目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔを大きくするように調整してもよい。これにより、適切にバッテリ３２を保護しながら、上記減速制御による過剰リッチな混合気形成の抑制と内燃機関の出力安定の両立を好適に図ることが可能となる。

ここで、許容充電量Ｗｉｎに応じて所定の機関出力Ｐｅｔａｒｇｅｔを調整する場合、次の観点から目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔの上限値Ｐｅｍａｘと下限値Ｐｅｍｉｎを設定するのが好ましい。上記減速制御においては、スロットル弁１３の開度を所定増加開度に設定することでバッテリ３２への充電量が増え、結果として内燃機関１の燃費は向上するが、一方で、スロットル弁１３の開度増加により燃料噴射量（すなわち、直接の燃料消費量）も増加することになる。内燃機関１の燃費を全体的に向上させるためには、機関出力がある程度大きい方が好ましい。そこで、この内燃機関１の燃費向上の観点から、目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔの下限値Ｐｅｍｉｎを設定するのが好ましい（図８を参照）。

一方で、図１０に示すように、上記減速制御ではスロットル弁１３の開度を所定増加開度に設定することで、内燃機関１の機関出力が上昇するとともに、機関回転速度が急激に上昇する吹き上がりが生じる場合がある。これは、モータ２１ｂによる機関出力の増加分の吸収、すなわち発電能力を、機関出力の増加分が超えたときに生じる。そこで、モータ２１ｂの発電能力を考慮して、吹き上がり抑制の観点から、所定の機関出力Ｐｅｔａｒｇｅｔの上限値Ｐｅｍａｘを設定するのが好ましい（図８を参照）。

なお、上記の変形例では、図９に示すように、許容充電量Ｗｉｎが機関温度に関連して変化することを前提に説明がなされたが、許容充電量Ｗｉｎは、機関温度だけではなく他の要因、例えば、バッテリ３２の劣化程度等に応じても変化することを踏まえて、上述のように許容充電量Ｗｉｎに応じて、目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔを設定するようにしてもよい。

上記実施例１に示す減速制御では、Ｓ１０５においてスロットル弁１３の開度を所定増加開度に設定するが、本実施例では、当該所定増加開度をバッテリ３２の充電許容量Ｗｉｎに応じて調整する。具体的には、充電許容量Ｗｉｎが小さいほど、所定増加開度を閉じ側の開度に調整する。この結果、吸気通路等内の負圧状態の緩和の程度は小さくなるが、スロットル弁１３の開度を所定増加開度とすることによる機関出力の増加幅を小さくすることができ、モータ２１ｂによる発電電力のバッテリ１３への充電を安全に行うことができる。この場合、Ｓ１０５での、調整された所定増加開度へのスロットル弁１３の開度の変化速度を、充電許容量Ｗｉｎが小さいほど遅く（小さく）する。これにより、付着燃料の蒸発を抑制しながら、内燃機関１の機関出力を安定に維持することができる。

上述までの実施例に示す減速制御では、内燃機関１が減速運転され、負荷運転からアイドル運転に切り替えられる場合に、スロットル弁１３の開度が所定増加開度に設定されるとともに、減速時蓄電制御が行われる。この態様に代えて、内燃機関１が負荷運転を行っている減速時においても、スロットル弁１３の開度が所定増加開度に設定されるとともに、減速時蓄電制御が行われてもよい。この場合における所定増加開度は、本来、減速時の負荷に応じて内燃機関１に要求される要求出力に対応した「標準開度」から増加された開度として定義される。また、目標出力Ｐｅｔａｒｇｅｔは、当該減速時の吸気通路等内の圧力が、付着燃料の蒸発が顕著となる負圧状態が形成され得る出力として定義される。なお、所定の低下速度ΔＰｅｔａｒｇｅｔについては、上記実施例と同じように、要求出力が急激に低下することで、付着燃料の蒸発量が急激に増え内燃機関１における混合気空燃比の過剰リッチ化が生じ得る、内燃機関１の機関出力低下速度に関する閾値として定義される。

１内燃機関
２気筒
３点火プラグ
４吸気ポート
８燃料噴射弁
１０クランクポジションセンサ
１１アクセルポジションセンサ
１２吸気通路
１３スロットル弁
１６排気通路
２０ハイブリッド車両
２１ａ、２１ｂモータ（モータジェネレータ）
３０ＥＣＵ
３１ＰＣＵ
３２バッテリ
３５電気加熱式触媒（ＥＨＣ）

Claims

内燃機関の出力により発電を行う発電機と、該発電機によって発電された電力を蓄電する蓄電装置とを有する内燃機関の制御装置であって、
前記内燃機関の温度を取得する温度取得部と、
前記内燃機関の吸気通路に設けられたスロットル弁を開閉駆動するスロットル弁駆動部と、
前記温度取得部によって取得された前記内燃機関の温度が所定温度以下である非暖機状態であって、且つ、該内燃機関の出力が所定出力より少ないとき、該内燃機関の出力低下における変動量が所定の変動量を超えると、前記スロットル弁の開度が、該変動量が該所定の変動量を超えない場合の該スロットル弁の開度である標準開度よりも増加された所定増加開度となるように、前記スロットル弁駆動部を制御するスロットル弁開度制御部と、
前記スロットル弁開度制御部による前記標準開度から前記所定増加開度への増加分による前記内燃機関の出力増加に対応して、前記発電機により発電された電力を前記蓄電装置に蓄電する蓄電制御部と、
を備える内燃機関の制御装置。
前記所定出力は、前記内燃機関において負荷運転とアイドル運転の切り替えを行うための閾値となる機関出力であって、
前記所定増加開度は、前記内燃機関のアイドル運転時における前記スロットル弁の開度が、該内燃機関の出力低下における変動量が前記所定の変動量を超えない場合の該内燃機関のアイドル運転時における該スロットル弁の開度である前記標準開度よりも増加された開度である、
請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
前記発電機は、内燃機関の出力により発電可能であって、且つ、前記蓄電装置に蓄電された電力が供給されることで駆動力を出力可能なモータであり、
前記内燃機関は、該内燃機関と前記モータを駆動源として有するハイブリッド車両に搭載される、
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
前記蓄電装置において、充電が可能な電力量を許容充電量として取得する取得部を、更に備え、
前記スロットル弁開度制御部は、前記取得部によって取得された前記許容充電量が少ないほど、前記所定増加開度を閉じ側の開度に調整し、且つ、該調整された所定増加開度への前記スロットル弁開度の変化速度を小さくする、
請求項１から請求項３の何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。