JP2022119493A - 制御装置、および車両 - Google Patents

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Abstract

【課題】内燃機関の動作ポイントに関わらず内燃機関の動作線を切り換え可能としつつ、乗員が感じる違和感を低減すること。【解決手段】内燃機関と、前記内燃機関によって回転可能な発電機と、前記発電機の回転により発電された電力を保存するバッテリと、前記バッテリから電力を供給され、駆動輪に駆動力を出力する電動機と、を備える車両の制御装置であって、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記内燃機関が理論空燃比に従って動作するストイキ運転を行っているときに要求された出力が閾値以上となったタイミングで、前記内燃機関の回転数を、前記内燃機関の燃料の酸素に対する比率が前記理論空燃比よりも高いリッチ運転において設定される回転数にまで増加させることを開始する、制御装置。【選択図】図１

Description

本発明は、制御装置、および車両に関する。
ハイブリッド車両に搭載された内燃機関の回転数およびトルクを制御する技術が知られている。例えば、特許文献１には、運転条件が変更されるときの回転数およびトルクの変動を小さくしたハイブリッド車両が開示されている。この技術は、内燃機関の回転数およびトルクが所定の条件を満たすときに、複数の動作線の間で運転条件を切り替えるものである。
特開２０１８－１２７９６１号公報
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、内燃機関の動作線を切り換え可能なタイミングが限定的になってしまう。このように、従来の技術では、内燃機関の動作ポイントに関わらず内燃機関の動作線を切り換えつつ、乗員が感じる違和感を低減することができない場合があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、内燃機関の動作ポイントに関わらず内燃機関の動作線を切り換え可能としつつ、乗員が感じる違和感を低減することができる制御装置、および車両を提供することを目的の一つとする。
本発明に係る制御装置、および車両は、以下の構成を採用した。
（１）：本発明の一態様に係る制御装置は、内燃機関と、前記内燃機関によって回転可能な発電機と、前記発電機の回転により発電された電力を保存するバッテリと、前記バッテリから電力を供給され、駆動輪に駆動力を出力する電動機と、を備える車両の制御装置であって、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記内燃機関が理論空燃比に従って動作するストイキ運転を行っているときに要求された出力が閾値以上となったタイミングで、前記内燃機関の回転数を、前記内燃機関の燃料の酸素に対する比率が前記理論空燃比よりも高いリッチ運転において設定される回転数にまで増加させることを開始するものである。
（２）：上記（１）の態様において、前記制御装置は、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っているときに、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替えて前記内燃機関のトルクを増加させる場合、前記トルクの増加率を制限するものである。
（３）：上記（２）の態様において、前記制御装置は、前記車両の速度が低いほど、前記トルクの増加率の制限度合いを強くするものである。
（４）：上記（１）から（３）のいずれかの態様において、前記制御装置は、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っているときに、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替えて前記電動機の出力を増加させる場合、前記出力の増加率を制限するものである。
（５）：上記（４）の態様において、前記制御装置は、前記車両の速度が低いほど、前記出力の増加率の制限度合いを強くするものである。
（６）：上記（４）又は（５）の態様において、前記制御装置は、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っており、かつ前記バッテリの充電度合いが基準値以下である場合、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替えて前記電動機の出力を増加させて、前記出力の増加率を制限するものである。
（７）：上記（１）から（６）のいずれかの態様において、前記制御装置は、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っているときに、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記内燃機関における触媒の温度が所定値以上となった場合に、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替えるものである。
（８）：本発明の他の態様に係る車両は、内燃機関と、前記内燃機関によって回転可能な発電機と、前記発電機の回転により発電された電力を保存するバッテリと、前記バッテリから電力を供給され、駆動輪に駆動力を出力する電動機と、制御装置と、を備える車両であって、前記制御装置は、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記内燃機関が理論空燃比に従って動作するストイキ運転を行っているときに要求された出力が閾値以上となったタイミングで、前記内燃機関の回転数を、前記内燃機関の燃料の酸素に対する比率が前記理論空燃比よりも高いリッチ運転において設定される回転数にまで増加させることを開始するものである。
（１）～（８）の態様によれば、内燃機関の動作ポイントに関わらず内燃機関の動作線を切り換え可能としつつ、乗員が感じる違和感を低減することができる。
（２）および（３）の態様によれば、リッチ運転に切り替えて内燃機関のトルクを増加させる際に、乗員が感じる違和感を低減することができる。
（４）～（６）の態様によれば、リッチ運転に切り替えて内燃機関の出力を増加させる際に、乗員が感じる違和感を低減することができる。
（７）の態様によれば、触媒の温度に応じて、運転モードを適切に切り替えることができる。
本実施形態の車両Ｍの構成の一例を示す図である。 制御装置５０の機能構成の一例を示す図である。 制御装置５０による動作の概要を説明するためのグラフである。 エンジン１０の最適燃費動作線の一例を示す図である。 制御装置５０による動作の流れの一例を示すフローチャートである。 制御装置５０による動作の流れの一例を示すタイミングチャートである。
以下、図面を参照し、本発明の制御装置、および車両の実施形態について説明する。
［全体構成］
図１は、本実施形態の車両Ｍの構成の一例を示す図である。図示する構成の車両Ｍは、シリーズ方式とパラレル方式とを切り換え可能なハイブリッド車両である。シリーズ方式とは、エンジンと駆動輪が機械的に連結されておらず、エンジンの動力は専ら発電機による発電に用いられ、発電電力が走行用の電動機に供給される方式である。パラレル方式とは、エンジンと駆動輪を機械的に（或いはトルクコンバータなどの流体を介して）連結可能であり、エンジンの動力を駆動輪に伝えたり発電に用いたりすることが可能な方式である。図１に示す構成の車両Ｍは、ロックアップクラッチ１４を接続したり、切り離したりすることで、シリーズ方式とパラレル方式とを切り換えることができる。
図１に示すように、車両Ｍには、例えば、エンジン１０と、第１モータ（発電機）１２と、ロックアップクラッチ１４と、ギアボックス１６と、第２モータ（電動機）１８と、ブレーキ装置２０と、駆動輪２５と、ＰＣＵ（Power Control Unit）３０と、バッテリ６０と、電圧センサ、電流センサ、温度センサなどのバッテリセンサ６２と、アクセル開度センサ７０、車速センサ７２、ブレーキ踏量センサ７４などの車両センサとが搭載される。この車両Ｍは、駆動源として少なくともエンジン１０、第２モータ１８、およびバッテリ６０を備える。
エンジン１０は、ガソリンなどの燃料を燃焼させることで動力を出力する内燃機関である。エンジン１０は、例えば、燃焼室、シリンダとピストン、吸気バルブ、排気バルブ、燃料噴射装置、点火プラグ、コンロッド、クランクシャフトなどを備えるレシプロエンジンである。また、エンジン１０は、ロータリーエンジンであってもよい。
第１モータ１２は、例えば、三相交流発電機である。第１モータ１２は、エンジン１０の出力軸（例えばクランクシャフト）にロータが連結され、エンジン１０により出力される動力を用いて発電する。エンジン１０の出力軸および第１モータ１２のロータは、ロックアップクラッチ１４を介して駆動輪２５の側に接続される。
ロックアップクラッチ１４は、ＰＣＵ３０からの指示に応じて、エンジン１０の出力軸および第１モータ１２のロータを駆動輪２５の側に接続した状態と、駆動輪２５の側とは切り離した状態とを切り替える。
ギアボックス１６は、変速機である。ギアボックス１６は、エンジン１０により出力される動力を変速して駆動輪２５の側に伝える。ギアボックス１６の変速比は、ＰＣＵ３０によって指定される。
第２モータ１８は、例えば、三相交流電動機である。第２モータ１８のロータは、駆動輪２５に連結される。第２モータ１８は、供給される電力を用いて動力を駆動輪２５に出力する。また、第２モータ１８は、車両Ｍの減速時に車両Ｍの運動エネルギーを用いて発電し、発電した電力を後述する第２変換器３４及びＶＣＵ４０を介して、バッテリ６０に保存する。
ブレーキ装置２０は、例えば、ブレーキキャリパーと、ブレーキキャリパーに油圧を伝達するシリンダと、シリンダに油圧を発生させる電動モータとを備える。ブレーキ装置２０は、ブレーキペダルの操作によって発生した油圧を、マスターシリンダを介してシリンダに伝達する機構をバックアップとして備えてよい。なお、ブレーキ装置２０は、上記説明した構成に限らず、マスターシリンダの油圧をシリンダに伝達する電子制御式油圧ブレーキ装置であってもよい。
ＰＣＵ３０は、例えば、第１変換器３２と、第２変換器３４と、ＶＣＵ（Voltage Control Unit）４０と、制御装置５０とを備える。なお、これらの構成要素をＰＣＵ３０として一まとまりの構成としたのは、あくまで一例であり、これらの構成要素は分散的に配置されても構わない。
第１変換器３２および第２変換器３４は、例えば、ＡＣ－ＤＣ変換器である。第１変換器３２および第２変換器３４の直流側端子は、直流リンクＤＬに接続されている。直流リンクＤＬには、ＶＣＵ４０を介してバッテリ６０が接続されている。第１変換器３２は、第１モータ１２により発電された交流を直流に変換して直流リンクＤＬに出力したり、直流リンクＤＬを介して供給される直流を交流に変換して第１モータ１２に供給したりする。同様に、第２変換器３４は、第２モータ１８により発電された交流を直流に変換して直流リンクＤＬに出力したり、直流リンクＤＬを介して供給される直流を交流に変換して第２モータ１８に供給したりする。
ＶＣＵ４０は、例えば、ＤＣ―ＤＣコンバータである。ＶＣＵ４０は、バッテリ６０から供給される電力を昇圧してＤＣリンクＤＬに出力する。
制御装置５０の機能については後述する。バッテリ６０は、例えば、リチウムイオン電池などの二次電池である。
アクセル開度センサ７０は、運転者による加速指示を受け付ける操作子の一例であるアクセルペダルに取り付けられ、アクセルペダルの操作量を検出し、アクセル開度として制御装置５０に出力する。車速センサ７２は、例えば、各車輪に取り付けられた車輪速センサと速度計算機とを備え、車輪速センサにより検出された車輪速を統合して車両Ｍの速度（車速）を導出し、制御装置５０に出力する。ブレーキ踏量センサ７４は、運転者による減速または停止指示を受け付ける操作子の一例であるブレーキペダルに取り付けられ、ブレーキペダルの操作量を検出し、ブレーキ踏量として制御装置５０に出力する。
図２は、制御装置５０の機能構成の一例を示す図である。制御装置５０は、例えば、エンジン制御部５１と、モータ制御部５２と、ブレーキ制御部５３と、バッテリ・ＶＣＵ制御部５４と、ハイブリッド制御部５５とを備える。これらの構成要素は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのハードウェアプロセッサがプログラム（ソフトウェア）を実行することにより実現される。また、これらの構成要素のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）などのハードウェア（回路部；circuitryを含む）によって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。
また、エンジン制御部５１、モータ制御部５２、ブレーキ制御部５３、およびバッテリ・ＶＣＵ制御部５４のそれぞれは、ハイブリッド制御部５５とは別体の制御装置、例えばエンジンＥＣＵ（Electronic Control Unit）やモータＥＣＵ、ブレーキＥＣＵ、バッテリＥＣＵといった制御装置に置き換えられてもよい。
エンジン制御部５１は、ハイブリッド制御部５５からの指示に応じて、エンジン１０の点火制御、スロットル開度制御、燃料噴射制御、燃料カット制御などを行う。例えば、エンジン制御部５１は、ハイブリッド制御部５５から、エンジン１０の回転数およびトルクに関する指令値を受信し、当該指令値に従ってエンジン１０を動作させるように制御を行う。
モータ制御部５２は、ハイブリッド制御部５５からの指示に応じて、第１変換器３２および／または第２変換器３４のスイッチング制御を行う。
ブレーキ制御部５３は、ハイブリッド制御部５５からの指示に応じて、ブレーキ装置２０を制御する。
バッテリ・ＶＣＵ制御部５４は、バッテリ６０に取り付けられたバッテリセンサ６２の出力に基づいて、バッテリ６０のＳＯＣ（State Of Charge；充電率）を算出し、ハイブリッド制御部５５に出力する。また、バッテリ・ＶＣＵ制御部５４は、ハイブリッド制御部５５からの指示に応じて、ＶＣＵ４０を動作させ、ＤＣリンクＤＬの電圧を上昇させる。
ハイブリッド制御部５５は、アクセル開度センサ７０、車速センサ７２、ブレーキ踏量センサ７４の出力に基づいて走行モードを決定し、走行モードに応じてエンジン制御部５１、モータ制御部５２、ブレーキ制御部５３、およびバッテリ・ＶＣＵ制御部５４に指示を出力する。ハイブリッド制御部５５は、さらに、各走行モードにおいて、エンジン１０の回転数およびトルクに関する指令値を決定し、決定した指令値をエンジン制御部５１に送信する。
［各種走行モード］
以下、ハイブリッド制御部５５により決定される走行モードについて説明する。走行モードには、以下のものが存在する。
（１）シリーズハイブリッド走行モード（ＥＣＶＴ）
シリーズハイブリッド走行モードにおいて、ハイブリッド制御部５５は、ロックアップクラッチ１４を分離状態にし、エンジン１０に燃料を供給して動作させ、第１モータ１２で発電した電力をバッテリ６０および第２モータ１８に提供する。そして、第１モータ１２またはバッテリ６０から供給される電力を用いて第２モータ１８を駆動し、第２モータ１８からの動力によって車両Ｍを走行させる。シリーズハイブリッド走行モードは、「内燃機関と駆動輪とが機械的に連結しない状態で内燃機関が動作している」モードの一例である。
（２）ＥＶ走行モード（ＥＶ）
ＥＶ走行モードにおいて、ハイブリッド制御部５５は、ロックアップクラッチ１４を分離状態にし、バッテリ６０から供給される電力を用いて第２モータ１８を駆動し、第２モータ１８からの動力によって車両Ｍを走行させる。
（３）エンジンドライブ走行モード（ＬＵ）
エンジンドライブ走行モードにおいて、ハイブリッド制御部５５は、ロックアップクラッチ１４を接続状態にし、エンジン１０に燃料を消費して動作させ、エンジン１０の出力する動力の少なくとも一部を駆動輪２５に伝達して車両Ｍを走行させる。この際に、第１モータ１２は発電を行ってもよいし、行わなくてもよい。
（４）回生
回生時において、ハイブリッド制御部５５は、ロックアップクラッチ１４を分離状態にし、第２モータ１８に車両Ｍの運動エネルギーを用いて発電させる。回生時の発電電力は、バッテリ６０に蓄えられたり、廃電動作によって破棄されたりする。
［制御装置５０による動作の概要］
次に、図３を参照して、制御装置５０による動作の概要について説明する。なお、以下で説明する制御装置５０の動作は、特に断りが無い限り、車両ＭがＥＣＶＴモードで走行中に実行されるものとする。この場合、エンジン１０は駆動輪２５に直結していないため、制御装置５０は、車速による制限を受けることなく、エンジン１０の所定の出力を実現するために必要とされる回転数およびトルクの組み合わせ（出力＝回転数×トルク）を無数に選択することができる。
図３は、制御装置５０による動作の概要を説明するためのグラフである。図３の上部におけるＳＯＬは、エンジン１０のストイキ運転における回転数とその際の最大出力との間の関係を示すストイキ最大出力線を示し、ＲＯＬは、エンジン１０のリッチ運転における回転数とその際の最大出力との間の関係を示すリッチ最大出力線を示し、図３の下部におけるＳＴＬは、エンジン１０のストイキ運転における回転数とその際の最大トルクとの間の関係を示すストイキ最大トルク線を示し、ＲＴＬは、エンジン１０のリッチ運転における回転数とその際の最大トルクとの間の関係を示すリッチ最大トルク線を示す。ここで、ストイキ運転とは、エンジン１０が酸素と燃料との理論空燃比に従って動作している運転モードを示し、リッチ運転とは、エンジン１０の燃料の酸素に対する比率が理論空燃比よりも高い状態でエンジン１０が動作している運転モードを示す。図３において、点Ｔ１における回転数およびトルクは点Ｏ１の出力に対応し、点Ｔ２における回転数およびトルクは点Ｏ２の出力に対応し、点Ｔ３における回転数およびトルクは点Ｏ３の出力に対応する。以下、点Ｔ１における回転数ＳＭＲを「ストイキ最大回転数」と称し、点Ｔ１におけるトルクＳＭＴを「ストイキ最大トルク」と称し、点Ｔ３における回転数ＲＭＲを「燃料リッチ最大回転数」と称し、点Ｔ３におけるトルクＲＭＴを「燃料リッチ最大トルク」と称する場合がある。
いま、例えば、車両Ｍのストイキ運転中に、運転者がアクセルペダルを強く踏み込み、アクセル開度センサ７０が高いアクセル開度を検出した結果、エンジン１０がストイキ最大出力線ＳＯＬ上で出力が最大となる点Ｏ１で運転していると仮定する。このような高出力での運転を一定期間、継続すると、エンジン１０における触媒の温度が上昇し、エンジン１０の機能性を損なう場合がある。このような場合、従来技術は、エンジン１０における触媒の温度が所定値以上となったことを検知すると、エンジン１０の運転モードをストイキ運転からリッチ運転に切り替え、補助燃料の気化熱によりエンジン１０を冷却する。すなわち、従来技術は、ストイキ最大出力線ＳＯＬ上で出力が最大となる点Ｏ１から、リッチ最大出力線ＲＯＬ上で出力が最大となる点Ｏ３へとエンジン１０の動作点を切り替える。
しかし、このようにエンジン１０の運転をストイキ運転からリッチ運転に切り替えた場合、図３の点線矢印に示す通り、エンジン１０の回転数およびトルクが唐突に上昇することになり、車両Ｍの乗員が違和感を持つことがあり得る。
そこで、本実施形態の制御装置５０は、車両Ｍのストイキ運転中に、運転者がアクセルペダルを強く踏み込み、アクセル開度センサ７０が閾値以上の要求出力を検出した場合、エンジン１０における触媒の温度が所定値未満であっても、当該要求出力を検出したタイミングで、エンジン１０の回転数を、リッチ最大出力線ＲＯＬ上で出力が最大となる点Ｏ３の回転数にまで変化させることを開始する。すなわち、制御装置５０は、エンジン１０の動作点を点Ｏ１から点Ｏ２に徐々に変化させる。
その後、制御装置５０は、エンジン１０における触媒の温度が所定値以上となったことを検知した場合には、エンジン１０の運転モードをストイキ運転からリッチ運転に切り替え、エンジン１０のトルクを増加させることによって、エンジン１０の動作点を点Ｏ２から点Ｏ３に切り替える。このとき、制御装置５０は、エンジン１０のトルクを増加させる際、単位時間あたりのトルクの増加量（すなわち、増加率）を制限するレートリミット処理を行うことによって、車両Ｍの乗員が唐突なトルクの増加を感じることを防ぐ。特に、車両Ｍの速度が低いとき、すなわち、第２モータ１８が低回転領域にあるときには、高トルクが発生可能となっているため、制御装置５０は、車両Ｍの速度が低いほど、トルクの増加率の制限度合いを強くする。
エンジン１０のストイキ運転がリッチ運転に切り替えられると、出力の増加に伴って、制御装置５０は、第２モータ１８の出力も増加させることができる。例えば、ストイキ運転中、要求出力に対して第２モータ１８による出力が不足している場合、制御装置５０は、第２モータ１８の出力を増加させる。しかし、この際もトルクの場合と同様に、第２モータ１８の出力を唐突に増加させることは、車両Ｍの乗員が違和感を持ち得る。そこで、制御装置５０は、第２モータ１８の出力を増加させる際、単位時間あたりの出力の増加量（すなわち、増加率）を制限するレートリミット処理を行い、かつ車両Ｍの速度が低いほど、出力の増加率の制限度合いを強くする。以上説明した構成により、制御装置５０は、車両Ｍの乗員に違和感を持たせることなく、ストイキ運転からリッチ運転にスムーズに切り替えることができる。
なお、上記の説明は、車両Ｍのストイキ運転又はリッチ運転中に、運転者がアクセルペダルを強く踏み込み、アクセル開度センサ７０が閾値以上の要求出力を検出した状況を前提としている。すなわち、制御装置５０は、このような状況下において、エンジン１０の回転数およびトルクを、ストイキ最大トルク線ＳＴＬまたはリッチ最大トルク線ＲＴＬ上の点に設定している。
一方、運転者がアクセルペダルを強く踏み込まず、アクセル開度センサ７０が閾値以上の要求出力を検出しなかった場合、制御装置５０は、エンジン１０の回転数およびトルクを、要求出力を満たす最適燃費動作線上の点に設定する。図４は、エンジン１０の最適燃費動作線の一例を示す図である。最適燃費動作線とは、エンジン１０の回転数およびトルクの最適燃費を実現する組み合わせを表すものである。
図４において、ＦＯＬは最適燃費動作線を表し、ＮＯＬは、要求出力を実現する等出力線を表す。制御装置５０は、アクセル開度センサ７０が閾値以上の要求出力を検出した場合には、エンジン１０の回転数およびトルクを、最大出力を実現するストイキ最大トルク線ＳＴＬまたはリッチ最大トルク線ＲＴＬ上の点に設定する。一方、制御装置５０は、アクセル開度センサ７０が閾値未満の要求出力を検出した場合には、エンジン１０の回転数およびトルクを、要求出力を実現する等出力線ＥＯＬと、最適燃費動作線ＦＯＬとの交点Ｐに設定する。すなわち、車両Ｍの運転者が高出力を要求している場合には、エンジン１０の回転数およびトルクを、最大出力を実現する動作点Ｏ１またはＯ３に設定する一方、車両Ｍの運転者が高出力を要求していない場合には、エンジン１０の回転数およびトルクを、与えられた要求出力に対して最適燃費を実現する動作点Ｐに設定する。
［制御装置５０による動作の流れ］
次に、図５を参照して、制御装置５０による動作の流れについて説明する。図５は、制御装置５０による動作の流れの一例を示すフローチャートである。
まず、制御装置５０は、エンジン１０の触媒の温度が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０１）。エンジン１０の触媒の温度が所定値以上であると判定されなかった場合、制御装置５０は、要求出力が閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１０２）。要求出力が閾値以上であると判定されなかった場合、制御装置５０は、ストイキ運転を実行し、エンジン１０の回転数上限値をストイキ最大回転数ＳＭＲに設定する（ステップＳ１０３）。さらに、制御装置５０は、エンジン１０のトルク上限値をストイキ最大トルクＳＭＴに設定する（ステップＳ１０４）。次に、制御装置５０は、設定された回転数上限値およびトルク上限値の範囲内で、エンジン１０の回転数およびトルクを、最適燃費動作線と要求出力との交点Ｐにおいて動作させる（ステップＳ１０５）。次に、制御装置５０は、燃料リッチ準備フラグをオフに設定し（ステップＳ１０６）、処理をステップＳ１０１に戻す。燃料リッチ準備フラグとは、前述した通り、将来リッチ運転にスムーズに移行するための準備として、ストイキ運転中の回転数を燃料リッチ最大回転数ＲＭＲにまで増加させることを開始したか否かを示す識別情報である。
要求出力が閾値以上であると判定された場合、制御装置５０は、ストイキ運転を実行し、エンジン１０の回転数上限値を燃料リッチ最大回転数ＲＭＲに設定する（ステップＳ１０７）。さらに、制御装置５０は、エンジン１０のトルク上限値をストイキ最大トルクＳＭＴに設定する（ステップＳ１０８）。次に、制御装置５０は、設定された回転数上限値にまで回転数を増加させることを開始しつつ、トルク上限値において車両Ｍのエンジン１０を動作させる（ステップＳ１０９）。次に、制御装置５０は、燃料リッチ準備フラグをオンに設定し（ステップＳ１１０）、処理をステップＳ１０１に戻す。
エンジン１０の触媒の温度が所定値以上であると判定された場合、制御装置５０は、燃料リッチ準備フラグがオンであるか否かを判定する（ステップＳ１１１）。燃料リッチ準備フラグがオンであると判定されなかった場合、これは、判定サイクルにおいて、一度も閾値以上の出力が要求されることなく、触媒の温度が所定値以上に達したことを意味する。したがって、制御装置５０は、通常のリッチ運転を実行し、回転数上限値を燃料リッチ最大回転数ＲＭＲに設定する（ステップＳ１１２）。さらに、制御装置５０は、エンジン１０のトルク上限値を燃料リッチ最大トルクＲＭＴに設定する（ステップＳ１１３）。次に、制御装置５０は、設定された回転数上限値およびトルク上限値の範囲内で、車両Ｍのエンジン１０を最適燃費動作線と要求出力との交点Ｐにおいて動作させ（ステップＳ１１４）、処理をステップＳ１０１に戻す。
燃料リッチ準備フラグがオンであると判定された場合、制御装置５０は、回転数上限値を燃料リッチ最大回転数ＲＭＲに設定する（ステップＳ１１５）。次に、制御装置５０は、車速センサ７２を用いて車両Ｍの速度を参照し、車両Ｍの速度に応じたトルク上限値変化量を設定する（ステップＳ１１６）。次に、制御装置５０は、前回のトルク上限値にトルク上限値変化量を加算することによって、今回のトルク上限値を得る（ステップＳ１１７）。このステップにおいては、燃料リッチ準備フラグはオンに設定されているため、前回のトルク上限値の存在は保証される。そして、制御装置５０は、設定された回転数上限値およびトルク上限値において車両Ｍのエンジン１０を動作させ（ステップＳ１１８）、処理をステップＳ１０１に戻す。触媒の温度が所定値以上である限り、Ｓ１１５～Ｓ１１８の処理が繰り返されるため、トルク上限値は燃料リッチ最大トルクＲＭＴに近づき、リッチ運転によりエンジン１０の冷却が行われる。なお、ステップＳ１１７の処理は、トルク上限値が燃料リッチ最大トルクＲＭＴに十分近づくか一致した段階で打ち切られてもよい。
以上の通り説明したフローチャートの処理によれば、エンジン１０のストイキ運転中に要求出力が閾値以上となった場合、回転数上限値のみを燃料リッチ最大回転数ＲＭＲにまで増加させることを開始し、その後、触媒の温度が所定値以上となったときに、トルク上限値を燃料リッチ最大トルクＲＭＴに近づけながら、エンジン１０のトルクを増加させる。これにより、車両Ｍの乗員に違和感を持たせることなく、ストイキ運転からリッチ運転に切り替えることができる。
次に、図６を参照して、例示的な場面における制御装置５０による動作の流れを説明する。図６は、制御装置５０による動作の流れの一例を示すタイミングチャートである。図６において、実線は本実施形態による制御装置５０の動作を示し、点線は従来技術による制御装置の動作（点線部分の区間以外の動作は本実施形態の動作と同一である）を示す。
まず、時点ｔ１以前において、要求出力は閾値未満であり、かつ触媒温度は所定値未満であるため、エンジン１０はストイキ運転を実行する。次に、時点ｔ１において、要求出力が閾値以上となる。そのため、制御装置５０は、回転数上限値をストイキ最大回転数ＳＭＲから燃料リッチ最大回転数ＲＭＲに変更し、回転数を燃料リッチ最大回転数ＲＭＲにまで増加させることを開始する。その結果、エンジン１０の回転数は時点ｔ３において燃料リッチ最大回転数ＲＭＲに到達する。その後、時点ｔ４において、触媒温度が所定値以上になると、制御装置５０は、エンジン１０のストイキ運転をリッチ運転に切り替え、トルク上限値をストイキ最大トルクＳＭＴから燃料リッチ最大トルクＲＭＴまでレートリミット処理により徐々に増加させる。その結果、時点ｔ５では、エンジン１０の回転数およびトルクが、それぞれ燃料リッチ最大回転数ＲＭＲおよび燃料リッチ最大トルクＲＭＴとなり、車両Ｍの乗員に違和感を持たせることなく、ストイキ運転からリッチ運転に切り替えている。
一方、従来技術による制御装置の場合、時点ｔ４の時点で、回転数をストイキ最大回転数ＳＭＲから燃料リッチ最大回転数ＲＭＲに変更し、かつトルクをストイキ最大トルクＳＭＴから燃料リッチ最大トルクＲＭＴに変更するため、車両Ｍの乗員は、トルクの唐突な増加に違和感を持つ場合がある。
制御装置５０は、さらに、ストイキ運転をリッチ運転に切り替えたことによる出力の増加に伴って、第２モータ１８の出力も増加させる。図６の場面において、時点ｔ１で要求出力が閾値以上となったにもかかわらず、第２モータ１８の出力は時点ｔ２以降、一定である。この原因として、バッテリ６０のＳｏＣが基準値以下であるため、要求出力が閾値以上でも第２モータ１８の出力が上がらない事象が想定されうる。そのため、制御装置５０は、バッテリ６０のＳｏＣが基準値以下である場合、ストイキ運転をリッチ運転に切り替えた後に、第２モータ１８の出力も増加させる。このとき、トルクの場合と同様、車両Ｍの乗員が出力の唐突な変更に違和感を持たないように、出力の上限値をレートリミット処理により徐々に増加させる。
以上の通り説明した本発明の実施形態によれば、エンジン１０の動作ポイントに関わらず、触媒の温度と要求出力の大きさに応じて、エンジン１０の運転モードをストイキ運転からリッチ運転にスムーズに切り替える。これにより、内燃機関の動作ポイントに関わらず内燃機関の動作線を切り換え可能としつつ、乗員が感じる違和感を低減することができる。
以上、本発明を実施するための形態について実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態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の変形及び置換を加えることができる。
１０ エンジン
１２ 第１モータ
１４ ロックアップクラッチ
１６ ギアボックス
１８ 第２モータ
２０ ブレーキ装置
３０ ＰＣＵ
３２ 第１変換器
３４ 第２変換器
４０ ＶＣＵ
５０ 制御装置
５１ エンジン制御部
５２ モータ制御部
５３ ブレーキ制御部
５４ バッテリ・ＶＣＵ制御部
５５ ハイブリッド制御部
６０ バッテリ
７０ アクセル開度センサ
７２ 車速センサ
７４ ブレーキ踏量センサ

Claims (8)

  1. 内燃機関と、前記内燃機関によって回転可能な発電機と、前記発電機の回転により発電された電力を保存するバッテリと、前記バッテリから電力を供給され、駆動輪に駆動力を出力する電動機と、を備える車両の制御装置であって、
    前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記内燃機関が理論空燃比に従って動作するストイキ運転を行っているときに要求された出力が閾値以上となったタイミングで、前記内燃機関の回転数を、前記内燃機関の燃料の酸素に対する比率が前記理論空燃比よりも高いリッチ運転において設定される回転数にまで増加させることを開始する、
    制御装置。
  2. 前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っているときに、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替えて前記内燃機関のトルクを増加させる場合、前記トルクの増加率を制限する、
    請求項１に記載の制御装置。
  3. 前記車両の速度が低いほど、前記トルクの増加率の制限度合いを強くする、
    請求項２に記載の制御装置。
  4. 前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っているときに、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替えて前記電動機の出力を増加させる場合、前記出力の増加率を制限する、
    請求項１から３のうちいずれか１項に記載の制御装置。
  5. 前記車両の速度が低いほど、前記出力の増加率の制限度合いを強くする、
    請求項４に記載の制御装置。
  6. 前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っており、かつ前記バッテリの充電度合いが基準値以下である場合、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替えて前記電動機の出力を増加させて、前記出力の増加率を制限する、
    請求項４又は５に記載の制御装置。
  7. 前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記ストイキ運転を行っているときに、前記内燃機関の回転数を、前記リッチ運転において設定される回転数にまで増加させた後、前記内燃機関における触媒の温度が所定値以上となった場合に、前記ストイキ運転を前記リッチ運転に切り替える、
    請求項１から６のいずれか１項に記載の制御装置。
  8. 内燃機関と、前記内燃機関によって回転可能な発電機と、前記発電機の回転により発電された電力を保存するバッテリと、前記バッテリから電力を供給され、駆動輪に駆動力を出力する電動機と、制御装置と、を備える車両であって、
    前記制御装置は、前記内燃機関と前記駆動輪とが機械的に連結しない状態で前記内燃機関が動作し、かつ前記内燃機関が理論空燃比に従って動作するストイキ運転を行っているときに要求された出力が閾値以上となったタイミングで、前記内燃機関の回転数を、前記内燃機関の燃料の酸素に対する比率が前記理論空燃比よりも高いリッチ運転において設定される回転数にまで増加させることを開始する、
    車両。
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