JP2021116786A

JP2021116786A - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP2021116786A
Application number: JP2020012551A
Authority: JP
Inventors: 雄介古橋; Yusuke Furuhashi; 一真青木; Kazuma Aoki; 俊也小林; Toshiya Kobayashi; 耕司鉾井; Koji Hokoi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2020-01-29
Filing date: 2020-01-29
Publication date: 2021-08-10
Anticipated expiration: 2040-01-29
Also published as: JP7256476B2

Abstract

【課題】内燃機関の暖機中、排気に含まれる微粒子を低減する。【解決手段】要求出力制限部は、内燃機関の暖機中は要求機関出力Ｐｅ＊を上限要求出力以下に制限し（ステップＳ１０）、内燃機関の暖機が完了すると要求機関出力Ｐｅ＊の制限を解除する（ステップＳ４０）。動作ライン制限部は、内燃機関の暖機中はパワーラインの使用を禁止し（ステップＳ２０）、内燃機関の暖機完了後、燃費ラインとパワーラインとで同一の要求機関出力Ｐｅ＊を実現する上で必要となる機関回転数の差が規定値以下になると（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、パワーラインの使用禁止を解除する（ステップＳ６０）。【選択図】図４

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

特許文献１に開示された車両の制御装置は、内燃機関を制御するためのマップとして動作ラインを記憶している。動作ラインは、機関回転数と機関トルクとの積である機関出力に関して、内燃機関に対する要求機関出力を実現するために必要となる機関回転数と機関トルクとの関係性を表したラインである。制御装置は、内燃機関の運転中、動作ラインを用いて要求機関出力を実現する機関回転数と機関トルクとを算出し、算出した値に基づいて内燃機関を制御する。

制御装置は、燃費を重視した第１動作ラインと、急加速や急勾配等の走行に備えてパワーを重視した第２動作ラインとを記憶している。同一の機関出力を実現する上で必要となる機関回転数は、パワー重視の第２動作ラインよりも燃費重視の第１動作ラインの方が大きくなっている。また、同一の機関出力を実現する上で必要となる機関トルクは、燃費重視の第１動作ラインよりもパワー重視の第２動作ラインの方が大きくなっている。機関出力が小さいほど、２つの動作ラインでは同一の機関出力を実現する上で必要となる機関トルクの差は大きくなっている。制御装置は、車両の走行状況に適した動作ラインを選択して内燃機関を制御する。

特開２０１５−１０１１２０号公報

内燃機関の暖機中は、内燃機関の温度が相応に低いことから未燃の燃料量が多くなりがちである。未燃の燃料量が多くなると、排気に含まれる微粒子も多くなる。特許文献１のような技術において、内燃機関の暖機中における排気中の微粒子の量を抑えるべく、内燃機関の暖機中は当該内燃機関に対する要求機関出力を制限することがある。ここで、要求機関出力が小さいと、第１動作ラインと第２動作ラインとで同一の要求機関出力を実現する上で必要となる機関トルクは、第２動作ラインの方が相当に大きくなる。そのため、要求機関出力を制限した場合でも、第２動作ラインを使用すると、燃料噴射量が多くなり、未燃の燃料量が多くなる。この結果、排気に含まれる微粒子が多くなる。

上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、内燃機関に対する要求機関出力を実現する上で必要となる機関回転数と機関トルクとの関係性を定めた動作ラインに基づいて目標機関回転数と目標機関トルクとを設定して前記内燃機関を制御する制御装置であって、前記内燃機関の暖機中に前記要求機関出力を制限する要求出力制限部と、第１動作ライン、及び前記第１動作ラインと同一の前記要求機関出力を実現する上で必要な機関トルクが前記第１動作ライン以上である第２動作ラインを記憶した動作ライン記憶部と、前記第１動作ライン及び前記第２動作ラインの使用を制限する動作ライン制限部とを有し、前記要求出力制限部は、前記内燃機関の暖機中は前記要求機関出力を上限要求出力以下に制限し、前記内燃機関の暖機が完了すると前記要求機関出力の制限を解除し、前記動作ライン制限部は、前記内燃機関の暖機中は前記第２動作ラインの使用を禁止し、前記内燃機関の暖機完了後、前記第１動作ラインと前記第２動作ラインとで同一の前記要求機関出力を実現する上で必要となる機関回転数の差が規定値以下になると、前記第２動作ラインの使用禁止を解除する。

上記構成において、同一の要求機関出力に対する機関トルクは、第１動作ラインよりも第２動作ラインで大きい。このことから、第２動作ラインを使用すると、燃料噴射量が多くなる。したがって、内燃機関の暖機中に第２動作ラインを使用すると、燃料噴射量とともに未燃の燃料量も多くなって排気に含まれる微粒子の増加を招く。そこで、上記構成では、内燃機関の暖機中には第２動作ラインの使用を禁止して、第１動作ラインを利用する。そのため、排気に含まれる微粒子を低減できる。

さて、内燃機関の暖機完了後、第１動作ラインと第２動作ラインとで同一の要求機関出力を実現する上で必要となる機関回転数の差が大きい状況下で動作ラインを第１動作ラインから第２動作ラインへと切り替えると、機関回転数が急激に変化し、乗員の乗り心地が悪化する。そこで、上記構成では、内燃機関の暖機完了後、第１動作ラインと第２動作ラインとで同一の要求機関出力を実現する上で必要となる機関回転数の差が規定値以下になったときに、第２動作ラインの使用禁止を解除する。そのため、機関回転数が急激に変化することもない。

ハイブリッド車両の概略構成図。動作ラインの例を表した図。動作ライン制限処理に係る各パラメータの時間変化の例を表したタイムチャート。動作ライン制限処理の処理手順を表したフローチャート。

以下、内燃機関の制御装置が適用されたハイブリッド車両の一実施形態を、図面を参照して説明する。
先ず、ハイブリッド車両のハイブリッドシステムの概略構成について説明する。

図１に示すようにハイブリッド車両（以下、車両と記す。）５００には、当該車両５００の駆動源となる内燃機関１０が搭載されている。また、車両５００には、内燃機関１０とは別の駆動源として第１モータジェネレータ７１と第２モータジェネレータ７２とが搭載されている。第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２は、いずれもモータ及び発電機の双方の機能を有する。

車両５００には、バッテリ７７と第１インバータ７５と第２インバータ７６とが設けられている。バッテリ７７は、発電機として機能しているときの第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２が発電した電力を蓄える。さらにバッテリ７７は、モータとして機能しているときの第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２に対して電力を供給する。

第１インバータ７５は、第１モータジェネレータ７１とバッテリ７７との間の電力の授受量を調整し、第２インバータ７６は、第２モータジェネレータ７２とバッテリ７７との間の電力の授受量を調整する。

車両５００には、第１遊星ギア機構４０が設けられている。第１遊星ギア機構４０は、外歯歯車のサンギア４１と、サンギア４１と同軸配置されている内歯歯車のリングギア４２とを有している。サンギア４１とリングギア４２との間には、サンギア４１及びリングギア４２の双方と噛み合う複数のピニオンギア４３が配置されている。各ピニオンギア４３は、自転及び公転が自在な状態でキャリア４４に支持されている。こうした第１遊星ギア機構４０のキャリア４４には、内燃機関１０の出力軸１４であるクランクシャフトが連結され、サンギア４１には、第１モータジェネレータ７１が連結されている。また、リングギア４２には、リングギア軸４５が接続されている。そして、リングギア軸４５には、減速機構６０及び差動機構６１を介して駆動輪６２が連結されている。加えてリングギア軸４５には、第２遊星ギア機構５０を介して第２モータジェネレータ７２が連結されている。

第２遊星ギア機構５０は、外歯歯車のサンギア５１と、サンギア５１と同軸配置されている内歯歯車のリングギア５２とを有している。また、サンギア５１とリングギア５２との間には、サンギア５１及びリングギア５２の双方と噛み合う複数のピニオンギア５３が配置されている。各ピニオンギア５３は、自転自在であるものの公転不能になっている。そして、第２遊星ギア機構５０のリングギア５２にはリングギア軸４５が、サンギア５１には第２モータジェネレータ７２がそれぞれ接続されている。

図１に示すように、内燃機関１０には、燃料を燃焼させるための複数の気筒１１が区画されている。図示は省略するが、各気筒１１内にはピストンが収容されていて、ピストンはコネクティングロッドを介して内燃機関１０の出力軸１４に連結されている。

各気筒１１には、当該気筒１１内に吸気を導入する吸気通路１５が接続されている。吸気通路１５の途中には、吸気通路１５を流通する吸気量ＧＡを検出するエアフロメータ８１が取り付けられている。吸気通路１５におけるエアフロメータ８１よりも下流側には、燃料を噴射する気筒１１毎の燃料噴射弁１７が取り付けられている。また、吸気通路１５における燃料噴射弁１７よりも下流側には、吸気通路１５を開閉する気筒１１毎の吸気バルブ１６が配置されている。これらの吸気バルブ１６の開閉のタイミングは、可変バルブタイミング機構１８で調整される。

各気筒１１には、当該気筒１１内の排気を排出する排気通路２１が接続されている。排気通路２１の途中には、排気を浄化する触媒２２が配置されている。排気通路２１における触媒２２よりも下流側には、排気中の微粒子を捕集するフィルタ２３が配置されている。

内燃機関１０において、気筒１１の周囲には、冷却水が流通するウォータジャケット１９が区画されている。ウォータジャケット１９の下流端には、冷却水の温度（以下、機関水温ＴＨＷと記す。）を検出する水温センサ８２が配置されている。

次に、ハイブリッドシステムの制御構成について説明する。
車両５００には、ハイブリッドシステムを統括的に制御する車両制御ユニット１００が搭載されている。車両制御ユニット１００は、コンピュータプログラム（ソフトウェア）に従って各種処理を実行する１つ以上のプロセッサとして構成し得る。なお、車両制御ユニット１００は、各種処理のうち少なくとも一部の処理を実行する、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等の１つ以上の専用のハードウェア回路、またはそれらの組み合わせを含む回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）として構成してもよい。プロセッサは、ＣＰＵ及び、ＲＡＭ並びにＲＯＭ等のメモリを含む。メモリは、処理をＣＰＵに実行させるように構成されたプログラムコードまたは指令を格納している。メモリすなわちコンピュータ可読媒体は、汎用または専用のコンピュータでアクセスできるあらゆる利用可能な媒体を含む。

車両制御ユニット１００には、車両５００に取り付けられている各種センサからの検出値が入力される。具体的には、車両制御ユニット１００には、エアフロメータ８１が検出する吸気量ＧＡや、水温センサ８２が検出する機関水温ＴＨＷに関する検出信号が入力される。また、車両制御ユニット１００には、アクセルペダルセンサ８３が検出するアクセルペダルの踏込量（以下、アクセル操作量ＡＣＰと記す。）や、車速センサ８５が検出する車両５００の走行速度である車速ＳＰに関する検出信号が入力される。また、車両制御ユニット１００には、バッテリ７７に取り付けられているバッテリセンサ７８が取得するバッテリ７７の電流、電圧、及び温度といったバッテリ情報Ｂが入力される。車両制御ユニット１００は、バッテリ情報Ｂに基づいて、バッテリ７７の蓄電量ＳＯＣを算出する。

車両制御ユニット１００は、内燃機関１０を制御するためのマップの一種である動作ラインを記憶した動作ライン記憶部１０２を備えている。図２に示すように、動作ラインは、内燃機関１０の出力軸１４から出力されるトルクである機関トルクＴｒの目標値（以下、目標機関トルクＴｒ＊と記す。）、及び内燃機関１０の出力軸１４の単位時間当たりの回転数である機関回転数Ｎｅの目標値（以下、目標機関回転数Ｎｅ＊と記す。）を設定するためのマップである。すなわち、機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｒとの積である機関出力Ｐｅに関して、内燃機関１０に対する機関出力Ｐｅの要求値を要求機関出力Ｐｅ＊としたとき、動作ラインは、要求機関出力Ｐｅ＊を実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｒとの組み合わせ、すなわち動作点を繋ぎ合わせたラインであり、例えば機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｒとを座標軸とする直交座標系上で規定されている。機関回転数Ｎｅと機関トルクＴｒとを座標軸とする直交座標系においては、等機関出力線は反比例曲線になる。そして、特定の要求機関出力Ｐｅ＊に相当する等機関出力線と、動作ラインとの交点に相当する動作点が、目標機関回転数Ｎｅ＊及び目標機関トルクＴｒ＊となる。

動作ライン記憶部１０２は、２つの動作ラインを記憶している。一方の動作ラインは、燃費を重視した燃費ラインＬ１である。燃費ラインＬ１は、内燃機関１０が最も効率よく運転可能な動作点をつなぎ合わせた曲線となっている。他方の動作ラインは、パワーを重視したパワーラインＬ２である。パワーラインＬ２は、全開加速時に要求される動作点を繋ぎ合わせた曲線となっている。燃費ラインＬ１及びパワーラインＬ２は、概略的には、機関回転数Ｎｅが大きくなるほど機関トルクＴｒが大きくなり、且つ、機関回転数Ｎｅが大きくなるほど、機関回転数Ｎｅに対する機関トルクＴｒの増加率が小さくなっている。燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とでは、同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅは、パワーラインＬ２よりも燃費ラインＬ１の方が大きくなっている。また、同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関トルクＴｒは、燃費ラインＬ１よりもパワーラインＬ２の方が大きくなっている。なお、パワーラインＬ２を利用して内燃機関１０が制御される場合には、燃費ラインＬ１を利用して内燃機関１０が制御される場合に比べ、ピストンの動作に対する吸気バルブ１６の開閉のタイミングが早められ、それとともに機関トルクＴｒの増大が図られる。

車両制御ユニット１００は、燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２との使用を制限する動作ライン制限部１０４を備えている。動作ライン制限部１０４は、燃費ラインＬ１については、内燃機関１０の運転状態に拘わらず常に使用を許可する。一方、動作ライン制限部１０４は、パワーラインＬ２については、常に使用を許可するのではなく内燃機関１０の運転状態に応じて当該パワーラインＬ２の使用を一時的に禁止する。ここで、内燃機関１０が冷間始動されて気筒１１内の温度が相応に低いときには、未燃の燃料量が多くなりがちである。未燃の燃料量が多くなると、排気に含まれる微粒子が多くなる。そのため、気筒１１内の温度が低いときには、排気に含まれる微粒子の量を抑えるべく、燃料噴射量を制限する必要がある。さて、内燃機関１０の始動後に当該内燃機関１０の運転が継続されると当該内燃機関１０の暖機が進み、気筒１１内の温度が徐々に高くなる。そして、内燃機関１０の暖機が完了した状態では、燃料噴射量を制限しなくても排気に含まれる微粒子の量を低く抑えることができる程度に気筒１１内の温度が高くなっている。以上の状況を踏まえ、動作ライン制限部１０４は、内燃機関１０が冷間始動されてから当該内燃機関１０の暖機が完了するまでの当該内燃機関１０の暖機中には、パワーラインＬ２の使用を禁止する。また、動作ライン制限部１０４は、内燃機関１０の暖機が完了した後、要求機関出力Ｐｅ＊が後述の第１機関出力Ｐｅ１以下または後述の第２機関出力Ｐｅ２以上になると、パワーラインＬ２の使用禁止を解除する。

動作ライン制限部１０４は、パワーラインＬ２の使用禁止の解除に係る第１機関出力Ｐｅ１、及び第１機関出力Ｐｅ１よりも大きい第２機関出力Ｐｅ２を予め記憶している。ここで、燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とでは、同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅの差が規定値ＮｅＳ以下になる機関出力領域と、当該機関回転数Ｎｅの差が規定値ＮｅＳ未満となる機関出力領域とが存在する。第１機関出力Ｐｅ１と第２機関出力Ｐｅ２とは、こうした機関出力領域を切り分ける閾値として定められている。

詳細には、機関出力Ｐｅが第１機関出力Ｐｅ１以下である場合、燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とでは同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅの差が規定値ＮｅＳ以下になっている。また、機関出力Ｐｅが第２機関出力Ｐｅ２以上である場合にも、燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とでは同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅの差が規定値ＮｅＳ以下になっている。一方で、機関出力Ｐｅが第１機関出力Ｐｅ１よりも大きく且つ第２機関出力Ｐｅ２未満である場合、燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とでは同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅの差は規定値ＮｅＳよりも大きくなっている。こうした機関回転数Ｎｅの差の特性を反映して、燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とでは、機関出力Ｐｅが第１機関出力Ｐｅ１よりも大きく且つ第２機関出力Ｐｅ２未満である場合、機関出力Ｐｅがこの範囲を外れた値である場合に比べて、同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関トルクＴｒの差が大きくなっている。

上記の規定値ＮｅＳは、目標機関回転数Ｎｅ＊及び目標機関トルクＴｒ＊の設定において使用する動作ラインを燃費ラインＬ１からパワーラインＬ２へ切り替えたときに乗員が機関回転数Ｎｅの急激な変化を感じない上限値として、実験やシミュレーションによって定められている。規定値ＮｅＳは、例えば１００［ｒｐｍ］である。

車両制御ユニット１００は、内燃機関１０の暖機中に要求機関出力Ｐｅ＊を制限する要求出力制限部１０６を備えている。要求出力制限部１０６は、内燃機関１０の暖機が開始されると、要求機関出力Ｐｅ＊の上限値である上限要求出力ＰｅＵを設定する。上限要求出力ＰｅＵが設定されることによって、内燃機関１０の暖機中は要求機関出力Ｐｅ＊が制限される。上限要求出力ＰｅＵは、内燃機関１０の暖機中において排気に含まれる微粒子の量を予め定められた所定量未満に抑えることが可能な機関出力Ｐｅの上限として、実験やシミュレーションによって定められている。上記所定量は、排気中の微粒子を低く抑えるための閾値として実験やシミュレーションによって定められたものである。この実施形態では、上限要求出力ＰｅＵは、第１機関出力Ｐｅ１よりも大きく且つ第２機関出力Ｐｅ２よりも小さい出力として定められている。また、この実施形態では、上限要求出力ＰｅＵは、内燃機関１０の暖機中に亘って一定の値に設定される。要求出力制限部１０６は、内燃機関１０の暖機が完了すると、上限要求出力ＰｅＵの設定を解除する。すなわち、要求出力制限部１０６は、要求機関出力Ｐｅ＊の制限を解除する。

車両制御ユニット１００は、内燃機関１０及び２つのモータジェネレータ７１，７２を制御する走行制御部１０８を備えている。走行制御部１０８は、アクセル操作量ＡＣＰ及び車速ＳＰに基づいて、車両５００の駆動力の要求値である車両要求出力Ｐｄ＊を算出する。また、走行制御部１０８は、車両要求出力Ｐｄ＊やバッテリ７７の蓄電量ＳＯＣに基づいて、要求機関出力Ｐｅ＊の基本値ＰｅＢを算出する。走行制御部１０８は、要求出力制限部１０６によって上限要求出力ＰｅＵが設定されている場合、要求機関出力Ｐｅ＊の基本値ＰｅＢと、上限要求出力ＰｅＵのうち小さい方の値を要求機関出力Ｐｅ＊に設定する。なお、走行制御部１０８は、内燃機関１０の暖機中は、要求機関出力Ｐｅ＊の基本値ＰｅＢを第１機関出力Ｐｅ１よりも大きな値として算出する。

走行制御部１０８は、動作ライン制限部１０４による動作ラインの使用の制限の下、車両５００の走行状況に応じて使用する動作ラインを選択する。走行制御部１０８は、内燃機関１０の暖機中は、燃費ラインＬ１を選択する。走行制御部１０８は、内燃機関１０の暖機完了後は、燃費ラインＬ１またはパワーラインＬ２を選択する。例えば急加速時のように車両要求出力Ｐｄ＊が相当に大きい走行状況では走行制御部１０８はパワーラインＬ２を選択する。走行制御部１０８は、選択した動作ラインを用いて、内燃機関１０を制御するための目標機関回転数Ｎｅ＊と目標機関トルクＴｒ＊とを決定する。

また、走行制御部１０８は、車両要求出力Ｐｄ＊やバッテリ７７の蓄電量ＳＯＣに基づいて、第１モータジェネレータ７１の力行トルクまたは回生トルクの要求値である第１モータ要求トルクＭＧ１＊、及び第２モータジェネレータ７２の力行トルクまたは回生トルクの要求値である第２モータ要求トルクＭＧ２＊を算出する。走行制御部１０８は、第１モータ要求トルクＭＧ１＊に基づいて第１モータジェネレータ７１を制御し、第２モータ要求トルクＭＧ２＊に基づいて第２モータジェネレータ７２を制御する。走行制御部１０８は、内燃機関１０の暖機中には、要求機関出力Ｐｅ＊の制限に伴って車両要求出力Ｐｄ＊に対して不足する出力をバッテリ７７の放電によって賄うように、第１モータジェネレータ７１及び第２モータジェネレータ７２を制御する。

次に、車両制御ユニット１００が実行する動作ライン制限処理について説明する。
動作ライン制限処理は、内燃機関１０の暖機に係る要求機関出力Ｐｅ＊の制限と、パワーラインＬ２の使用の制限とを含んだ処理である。車両制御ユニット１００の動作ライン制限部１０４及び要求出力制限部１０６は、内燃機関１０が始動されると、機関水温ＴＨＷが暖機完了温度以下であることを条件に、動作ライン制限処理を開始する。動作ライン制限部１０４及び要求出力制限部１０６は、内燃機関１０が始動されている間において動作ライン制限処理を１度のみ実行する。なお、上記暖機完了温度は、内燃機関１０の暖機が完了していること、すなわち燃料噴射量を制限しなくても排気に含まれる微粒子を低く抑えられる程度に気筒１１内の温度が高くなっていることを示す機関水温ＴＨＷとして、実験やシミュレーションによって予め定められている。

図４に示すように、要求出力制限部１０６は、動作ライン制限処理を開始するとステップＳ１０の処理を実行する。ステップＳ１０において、要求出力制限部１０６は、要求機関出力Ｐｅ＊に係る上限要求出力ＰｅＵを設定する。この後、要求出力制限部１０６は、処理をステップＳ２０に進める。

ステップＳ２０において、動作ライン制限部１０４は、パワーラインＬ２の使用を禁止する。したがって、ステップＳ２０の実行後は、燃費ラインＬ１を利用して内燃機関１０が制御される。この後、動作ライン制限部１０４は、処理をステップＳ３０に進める。

ステップＳ３０において、要求出力制限部１０６は、内燃機関１０の暖機が完了したか否かを判定する。この実施形態では、要求出力制限部１０６は、吸気量ＧＡの積算値を利用して内燃機関１０の暖機の完了を判定する。詳細には、要求出力制限部１０６は、動作ライン制限処理を開始してからの吸気量ＧＡの積算値が暖機完了値以上である場合には内燃機関１０の暖機が完了したと判定し、動作ライン制限処理を開始してからの吸気量ＧＡの積算値が暖機完了値未満である場合には内燃機関１０の暖機は未完了だと判定する。なお、吸気量ＧＡの積算値が多いほど、内燃機関１０で発生する熱は多くなる傾向にある。そのため、吸気量ＧＡの積算値によって内燃機関１０の暖機状況を把握できる。上記暖機完了値は、内燃機関１０の暖機が完了をしたことを示す値として、実験やシミュレーションによって予め定められている。要求出力制限部１０６は、内燃機関１０の暖機が未完了である場合（ステップＳ３０：ＮＯ）、再度ステップＳ３０の処理を実行する。そして、要求出力制限部１０６は、内燃機関１０の暖機が完了するまでステップＳ３０の処理を繰り返す。一方、要求出力制限部１０６は、内燃機関１０の暖機が完了すると（ステップＳ３０：ＹＥＳ）、ステップＳ４０に処理を進める。

ステップＳ４０において、要求出力制限部１０６は、要求機関出力Ｐｅ＊に係る上限要求出力ＰｅＵの設定を解除する。この後、要求出力制限部１０６は、処理をステップＳ５０に進める。

ステップＳ５０において、動作ライン制限部１０４は、走行制御部１０８が算出した最新の要求機関出力Ｐｅ＊を参照し、その要求機関出力Ｐｅ＊を、上記第１機関出力Ｐｅ１及び第２機関出力Ｐｅ２と比較する。そして、動作ライン制限部１０４は、要求機関出力Ｐｅ＊が第１機関出力Ｐｅ１以下であるという第１条件と、要求機関出力Ｐｅ＊が第２機関出力Ｐｅ２以上であるという第２条件とのいずれか一方が成立しているか否かを判定する。動作ライン制限部１０４は、第１条件と第２条件との双方が成立していない場合、すなわち要求機関出力Ｐｅ＊が第１機関出力Ｐｅ１よりも大きく且つ第２機関出力Ｐｅ２未満である場合（ステップＳ５０：ＮＯ）、再度ステップＳ５０の処理を実行する。そして、動作ライン制限部１０４は、第１条件と第２条件とのいずれか一方が成立するまでステップＳ５０の処理を繰り返す。一方、動作ライン制限部１０４は、第１条件と第２条件とのいずれか一方が成立すると（ステップＳ５０：ＹＥＳ）、処理をステップＳ６０に進める。

ステップＳ６０において、動作ライン制限部１０４は、パワーラインＬ２の使用禁止を解除する。この後、動作ライン制限部１０４は、一連の処理を終了する。なお、動作ライン制限処理の実行途中で内燃機関１０が停止された場合、その時点で動作ライン制限処理は終了される。

次に、本実施形態の作用について説明する。
内燃機関１０が始動されたときに機関水温ＴＨＷが暖機完了温度以下である場合、動作ライン制限処理が開始される。この場合、図３（ａ）に示すように、動作ライン制限処理が開始されてから、内燃機関１０の暖機が完了する時刻ｔ１までの間、要求機関出力Ｐｅ＊が上限要求出力ＰｅＵ以下に制限される（ステップＳ１０）。したがって、要求機関出力Ｐｅ＊の基本値ＰｅＢが上限要求出力ＰｅＵ以上である場合には、内燃機関１０の暖機が完了する時刻ｔ１までは要求機関出力Ｐｅ＊は上限要求出力ＰｅＵに維持される。

さて、内燃機関１０の暖機中は、目標機関回転数Ｎｅ＊及び目標機関トルクＴｒ＊を設定するための動作ラインに関して、パワーラインＬ２の使用が禁止される（ステップＳ２０）。そのため、内燃機関１０の暖機中は、目標機関回転数Ｎｅ＊及び目標機関トルクＴｒ＊を設定するための動作ラインとして燃費ラインＬ１が選択される。ここで、内燃機関１０の暖機中に設定される要求機関出力Ｐｅ＊は第１機関出力Ｐｅ１と第２機関出力Ｐｅ２との間の値であり、燃費ラインＬ１においてそうした要求機関出力Ｐｅ＊を実現する機関回転数Ｎｅは、パワーラインＬ２において同じ要求機関出力Ｐｅ＊を実現する機関回転数Ｎｅよりも規定値ＮｅＳ以上大きい。このことを反映して、図３（ｂ）の実線で示すように、内燃機関１０の暖機中に設定される、燃費ラインに基づく目標機関回転数Ｎｅ＊は、図３（ｂ）の二点鎖線で示すパワーラインＬ２を使用した場合の目標機関回転数Ｎｅ＊よりも相当に大きくなっている。

内燃機関１０の暖機が完了した時刻ｔ１以降では、要求機関出力Ｐｅ＊の制限が解除される（ステップＳ４０）。そのため、時刻ｔ１以降においては、例えばアクセルペダルの踏み込み等に応じて要求機関出力Ｐｅ＊の基本値ＰｅＢが時間とともに増加する場合、図３（ａ）に示すように要求機関出力Ｐｅ＊が大きくなる。要求機関出力Ｐｅ＊が大きくなるにつれて、図３（ｂ）の実線で示す燃費ラインＬ１を使用した場合の目標機関回転数Ｎｅ＊と、図３（ｂ）の二点鎖線で示すパワーラインＬ２を使用した場合の目標機関回転数Ｎｅ＊との差は小さくなる。そして、要求機関出力Ｐｅ＊が第２機関出力Ｐｅ２に至る時刻ｔ２以降では、燃費ラインＬ１を使用した場合の目標機関回転数Ｎｅ＊とパワーラインＬ２を使用した場合の目標機関回転数Ｎｅ＊との差は規定値ＮｅＳ以下になる。動作ライン制限処理では、要求機関出力Ｐｅ＊が第２機関出力Ｐｅ２に至る時刻ｔ２でパワーラインＬ２の使用禁止が解除され（ステップＳ６０）、それ以降は、目標機関回転数Ｎｅ＊及び目標機関トルクＴｒ＊を設定するための動作ラインとして燃費ラインＬ１からパワーラインＬ２への切り替えが可能になる。

なお、以上では、内燃機関１０の暖機完了後に要求機関出力Ｐｅ＊が増加する例を示したが、例えばアクセルペダルが解放される等によって内燃機関１０の暖機完了後に要求機関出力Ｐｅ＊が減少することもあり得る。この場合でも、要求機関出力Ｐｅ＊が第１機関出力Ｐｅ１以下になると、すなわち、燃費ラインＬ１を使用した場合の目標機関回転数Ｎｅ＊とパワーラインＬ２を使用した場合の目標機関回転数Ｎｅ＊との差が規定値ＮｅＳ以下になると、パワーラインＬ２の使用禁止が解除され、燃費ラインＬ１からパワーラインＬ２への切り替えが可能になる。

次に、本実施形態の効果について説明する。
（１）本実施形態において内燃機関１０の暖機中は、排気中の微粒子の量を抑えるべく、要求機関出力Ｐｅ＊を制限している。こうした内燃機関１０の暖機中に設定される要求機関出力Ｐｅ＊を実現する上で必要となる機関トルクＴｒは、燃費ラインＬ１よりもパワーラインＬ２の方が相当に大きい。そのため、パワーラインＬ２を使用して目標機関回転数Ｎｅ＊及び目標機関トルクＴｒ＊を設定すると、燃費ラインＬ１を使用してこれらを設定した場合よりも、目標機関トルクＴｒ＊が相当に大きくなり、燃料噴射量が多くなる。この場合、要求機関出力Ｐｅ＊を制限していても、気筒１１内における未燃の燃料量が多くなり、排気に含まれる微粒子の増加を招く。

そこで、上記構成では、内燃機関１０の暖機中は、パワーラインＬ２の使用を禁止し、燃費ラインＬ１を使用して目標機関回転数Ｎｅ＊及び目標機関トルクＴｒ＊を設定する。したがって、燃料噴射量を抑制して排気中の微粒子を低減できる。また、内燃機関１０の暖機中に燃費ラインＬ１を使用して目標機関回転数Ｎｅ＊を設定すると、パワーラインＬ２を使用した場合よりも大きな機関回転数Ｎｅを実現でき、気筒１１内でのピストンのフリクションを増加させることができる。このことは、排気の温度の上昇を促進して、内燃機関１０の暖機に寄与する。

（２）内燃機関１０の暖機完了後、同一の要求機関出力Ｐｅ＊を実現する上で必要となる目標機関回転数Ｎｅ＊が燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とで大きく異なっている状況下で動作ラインを燃費ラインＬ１からパワーラインＬ２に切り替えてしまうと、目標機関回転数Ｎｅ＊が急激に変化する。このような目標機関回転数Ｎｅ＊の変化が内燃機関１０の制御に反映されると、乗員の乗り心地が悪化する。そこで、本実施形態では、内燃機関１０の暖機完了後、要求機関出力Ｐｅ＊が第１機関出力Ｐｅ１以下または第２機関出力Ｐｅ２以上となったとき、すなわち、燃費ラインＬ１とパワーラインＬ２とで同一の要求機関出力Ｐｅ＊を実現する上で必要となる目標機関回転数Ｎｅ＊の差が規定値ＮｅＳ以下になったときに、パワーラインＬ２の使用禁止を解除する。そのため、機関回転数Ｎｅの急激な変化を防止できる。

なお、本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・パワーラインＬ２の使用禁止を解除するための判定の手法は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、現在の要求機関出力Ｐｅ＊を実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅを、燃費ラインＬ１及びパワーラインＬ２の双方を利用してそれらの双方において算出する。そして、機関回転数Ｎｅの差が規定値ＮｅＳ以下であるときにパワーラインＬ２の使用禁止を解除してもよい。

・内燃機関１０の暖機完了を判定する手法は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、機関水温ＴＨＷを利用してもよいし、機関水温ＴＨＷや吸気量ＧＡといった複数のパラメータを組み合わせて判定を行ってもよい。内燃機関１０の運転継続時間に応じて増加するパラメータであれば、内燃機関１０の暖機完了を判定するのに好適である。

・動作ライン制限処理の実行開始の条件、すなわち内燃機関１０が暖機完了前であることを判定する手法は、上記実施形態の例に限定されない。例えば、吸気量ＧＡの積算値を利用してもよいし、機関水温ＴＨＷや吸気量ＧＡといった複数のパラメータを組み合わせて判定を行ってもよい。内燃機関１０の運転継続時間に応じて増加するパラメータであれば、内燃機関１０の暖機完了前を判定するのに好適である。

・要求出力制限部１０６は、内燃機関１０の暖機中に亘って一定の上限要求出力ＰｅＵを設定するのではなく、内燃機関１０の暖機中において上限要求出力ＰｅＵの値を変更してもよい。例えば、内燃機関１０の温度が上昇するにつれて上限要求出力ＰｅＵを大きくしてもよい。

・動作ライン記憶部１０２が記憶している２つの動作ラインは、上記実施形態の例に限定されない。すなわち、２つの動作ラインは、燃費を重視した燃費ラインＬ１と、パワーを重視したパワーラインＬ２とに限定されない。２つの動作ラインは、同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅの差が規定値ＮｅＳ以下になる機関出力領域が存在していればよい。そして、動作ラインを上記実施形態の例から変更した場合でも、内燃機関１０の暖機中には、２つの動作ラインのうち、要求機関出力Ｐｅ＊を実現する上で必要となる機関トルクＴｒの大きい方の使用を禁止すればよい。そして、内燃機関１０の暖機完了後、２つの動作ラインにおいて同一の機関出力Ｐｅを実現する上で必要となる機関回転数Ｎｅの差が規定値ＮｅＳ以下になったときに、使用を禁止していた動作ラインの使用禁止を解除すればよい。

・ハイブリッドシステムの構成は、上記実施形態に限定されない。ハイブリッドシステムは、例えば、外部電源からの電力を用いてバッテリ７７を充電できるように構成でもよい。ハイブリッドシステムは、モータジェネレータを１つのみ有するタイプのハイブリッドシステムでもよい。

・車両制御ユニット１００を複数の制御装置によって構成してもよい。例えば、内燃機関１０の制御に係る処理を担う制御装置と、モータジェネレータの制御に係る処理を担う制御装置とを別々に設けてもよい。これら別々の制御装置が互いに情報を送受信できるようになっていれば、上記実施形態の処理を行う上で何ら問題はない。

・車両を、内燃機関１０のみを駆動源とする構成にしてもよい。こうした車両に動作ライン制限処理を適用することもできる。

１０…内燃機関
１００…車両制御ユニット
１０２…動作ライン記憶部
１０４…動作ライン制限部
１０６…要求出力制限部

Claims

内燃機関に対する要求機関出力を実現する上で必要となる機関回転数と機関トルクとの関係性を定めた動作ラインに基づいて目標機関回転数と目標機関トルクとを設定して前記内燃機関を制御する制御装置であって、
前記内燃機関の暖機中に前記要求機関出力を制限する要求出力制限部と、
第１動作ライン、及び前記第１動作ラインと同一の前記要求機関出力を実現する上で必要な機関トルクが前記第１動作ライン以上である第２動作ラインを記憶した動作ライン記憶部と、
前記第１動作ライン及び前記第２動作ラインの使用を制限する動作ライン制限部とを有し、
前記要求出力制限部は、前記内燃機関の暖機中は前記要求機関出力を上限要求出力以下に制限し、前記内燃機関の暖機が完了すると前記要求機関出力の制限を解除し、
前記動作ライン制限部は、前記内燃機関の暖機中は前記第２動作ラインの使用を禁止し、前記内燃機関の暖機完了後、前記第１動作ラインと前記第２動作ラインとで同一の前記要求機関出力を実現する上で必要となる機関回転数の差が規定値以下になると、前記第２動作ラインの使用禁止を解除する
内燃機関の制御装置。