JP4513751B2 - ハイブリッド車両およびその制御方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ハイブリッド車両およびその制御方法に関する。
従来から、内燃機関のみを走行駆動源とする車両において、燃料カット中の三元触媒への酸素吸着量を算出し、燃料カットを解除して燃料噴射を再開するときに算出した酸素吸着量に応じて空燃比をリッチ化させるものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、リーンバーンエンジンを駆動源とすると共に自動変速機を備えた車両において、自動変速機の変速パターンが経済性を重視したノーマルモードから加速性を重視したパワーモードに切換えられると、リーンバーンエンジンの目標空燃比マップがノーマルモード時目標空燃比マップからパワーモード時目標空燃比マップに切換えられ、パワーモード時にはノーマルモード時に比べてはリーン領域が狭くするものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。更に、内燃機関を走行駆動源とする車両において、排ガス中の酸素濃度に比例した出力を発生する酸素濃度センサを有し、所定のエンジン運転パラメータに応じて目標空燃比を設定すると共にその目標空燃比を変速機のシフト位置に応じて補正し、内燃機関に供給する混合気の空燃比を酸素濃度センサの出力レベルに応じて補正後の目標空燃比にフィードバック制御するものも知られている（例えば、特許文献３参照。）。
特開平１１−２８０４５７号公報 特開２０００−１６１０９８号公報 特公平６−６９２９号公報
ところで、近年では、それぞれ走行用の動力を出力可能な内燃機関と少なくとも１体のモータジェネレータとを組み合わせたハイブリッド車両の普及が進みつつある。また、運転者の様々なニーズに応えるべく、走行に要求される要求駆動力の設定可能範囲や要求駆動力に対応した内燃機関の目標回転数を定めるための運転ポイント制約とをそれぞれ異なる態様で規定する複数の運転条件の中から所望の運転条件をシフトポジションの変更により任意に設定可能とするシフト装置をハイブリッド車両に適用することが提案されている。このようなシフト装置をハイブリッド車両に適用し、アクセルオフ時等の減速要求時に燃料カットした状態の内燃機関の回転数をモータジェネレータによって強制的に変化させることにより、選択されたシフトポジションに応じたエンジンブレーキによる制動力を発生させることができる。ただし、運転者に任意のシフトポジション（運転条件）の選択が許容されている状態では、減速要求に応じた燃料カットが頻繁に行われることも想定される。そして、このように燃料カットが頻繁に行われると、多量の空気が排ガス浄化用の触媒に送り込まれることにより、触媒に酸素が付着し、触媒のＮＯｘの浄化性能が低下してしまうおそれもある。
そこで、本発明によるハイブリッド車両およびその制御方法は、走行に要求される要求駆動力の設定可能範囲を規定する運転条件の任意の選択が許容されている際に、排ガス浄化用の触媒のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することを目的の一つとする。また、本発明によるハイブリッド車両およびその制御方法は、排ガス浄化用の触媒のＮＯｘ浄化性能の低下を良好に抑制してエミッションの改善を図ることを目的の一つとする。
本発明によるハイブリッド車両およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採っている。
本発明によるハイブリッド車両は、
内燃機関と、
前記内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化手段と、
何れかの車軸である第１車軸と前記内燃機関の出力軸とに接続されて電力と動力の入出力を伴って前記第１車軸および前記出力軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、
前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸の何れかである第２車軸に動力を入出力可能な電動機と、
前記電力動力入出力手段および前記電動機との間で電力をやりとり可能な蓄電手段と、
少なくとも走行に要求される要求駆動力の設定可能範囲をそれぞれ異なる態様で規定する複数の運転条件の中から何れか一つを実行用運転条件として設定すると共に、所定条件下で運転者に任意の運転条件の選択を許容する運転条件設定手段と、
運転者に任意の運転条件の選択が許容されていない場合には、第１の制約に従って前記内燃機関の目標空燃比を設定する一方、運転者に任意の運転条件の選択が許容されている場合には、前記第１の制約に比べて前記目標空燃比をリッチ側に設定する傾向をもった第２の制約に従って前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
前記設定された実行用運転条件に従って要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記内燃機関の空燃比が前記設定された目標空燃比となり、かつ前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が出力されるように前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えるものである。
このハイブリッド車両では、所定条件下で、少なくとも走行に要求される要求駆動力の設定可能範囲をそれぞれ規定する複数の運転条件の中から何れか一つを運転者が任意に選択できるようになっている。そして、運転者に任意の運転条件の選択が許容されていない場合には、第１の制約に従って内燃機関の目標空燃比が設定される一方、運転者に任意の運転条件の選択が許容されている場合には、第１の制約に比べて目標空燃比をリッチ側に設定する傾向をもった第２の制約に従って目標空燃比が設定され、内燃機関の空燃比が設定された目標空燃比となり、かつ設定された実行用運転条件に従って設定された要求駆動力に基づく駆動力が出力されるように内燃機関と電力動力入出力手段と電動機とが制御される。すなわち、運転者に任意の運転条件の選択が許容されている状態では、減速要求に応じた燃料供給の停止が比較的頻繁に行われることも想定され、何ら対策を施さなければ、燃料供給の停止により排ガス浄化用の触媒に多量の空気が送り込まれて当該触媒に酸素が付着することに起因したＮＯｘ浄化性能の低下を招くおそれがある。このような事情に鑑みて、運転者に任意の運転条件の選択が許容されているときには、運転者に任意の運転条件の選択が許容されていない場合に比べて目標空燃比をリッチ側に設定すれば、燃料供給の停止前、あるいは燃料供給の停止後に燃料供給が再開された際に浄化手段に送り込まれる酸素の量を低減することができる。これにより、燃料供給が停止されたときに浄化手段に比較的多くの空気が送り込まれたとしても、触媒のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することが可能となり、ひいてはエミッションの改善を図ることができる。
また、本発明によるハイブリッド車両は、前記浄化手段の暖機が完了しているか否かを判定する触媒暖機判定手段を更に備えてもよく、前記目標空燃比設定手段は、運転者に任意の運転条件の選択が許容されており、かつ前記浄化手段の暖機が完了していないと判断されたときに、前記第２の制約に従って前記目標空燃比を設定するものであってもよい。一般に、浄化手段の暖機が不十分な状態で燃料供給の停止により排ガス浄化用の触媒に多量の空気が送り込まれると、触媒のＮＯｘ浄化性能の低下が顕著となるおそれがある。従って、運転者に任意の運転条件の選択が許容されており、かつ浄化手段の暖機が完了していないと判断されたときに目標空燃比をリッチ側に設定すれば、燃費の悪化を抑制しつつ触媒のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することが可能となる。
更に、前記運転条件設定手段は、運転者のシフト操作に応じて複数のシフトポジションの中から実行用シフトポジションを設定するシフト設定手段であってもよく、前記複数の運転条件は、前記複数のシフトポジションに対応づけられると共に、前記複数のシフトポジションには、運転者に任意のシフトポジションの選択を許容するシーケンシャルシフトポジションが含まれていてもよい。
また、本発明によるハイブリッド車両において、前記シーケンシャルシフトポジションが選択されたときに運転者に選択が許容される運転条件は、前記要求駆動力の設定可能範囲と、前記要求駆動力に対応する前記内燃機関の目標回転数を定めるための運転ポイント制約とをそれぞれ規定していてもよく、前記制御手段は、運転者に任意の運転条件の選択が許容されている状態で減速要求がなされて前記内燃機関に対する燃料供給を停止するときには、前記運転ポイント制約に基づいて設定される目標回転数で前記内燃機関が運転されると共に、前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が出力されるように前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御するものであってもよい。これにより、運転条件ごとにエンジンブレーキによる制動力を変化させて運転者のニーズに応えることが可能となる。
そして、前記電力動力入出力手段は、前記第１車軸と前記内燃機関の出力軸と回転可能な第３軸とに接続され、これら３軸のうちの何れか２軸に入出力される動力に基づいて定まる動力を残余の軸に入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３軸に動力を入出力可能な発電機とを備えるものであってもよい。
本発明によるハイブリッド車両の制御方法は、内燃機関と、該内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化手段と、何れかの車軸である第１車軸と前記内燃機関の出力軸とに接続されて電力と動力の入出力を伴って前記第１車軸および前記出力軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸の何れかである第２車軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機との間で電力をやりとり可能な蓄電手段と、少なくとも走行に要求される要求駆動力の範囲を定める駆動力設定制約をそれぞれ異なる態様で規定する複数の運転条件の中から何れか一つを実行用運転条件として設定すると共に、所定条件下で運転者に任意の運転条件の選択を許容する運転条件設定手段とを備えたハイブリッド車両の制御方法であって、
運転者に任意の運転条件の選択が許容されていない場合には、第１の制約に従って前記内燃機関の目標空燃比を設定する一方、運転者に任意の運転条件の選択が許容されている場合には、前記第１の制約に比べて前記目標空燃比をリッチ側に設定する傾向をもった第２の制約に従って前記目標空燃比を設定し、前記内燃機関の空燃比が前記設定された目標空燃比となり、かつ前記設定された実行用運転条件に従って設定された要求駆動力に基づく駆動力が出力されるように前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御するものである。
この方法が適用されるハイブリッド車両のように、少なくとも走行に要求される要求駆動力の設定可能範囲をそれぞれ規定する複数の運転条件の中から何れか一つを運転者が任意に選択できるようになっている場合、運転者に任意の運転条件の選択が許容されている状態では、減速要求に応じた燃料供給の停止が比較的頻繁に行われることも想定され、燃料供給の停止により排ガス浄化用の触媒に多量の空気が送り込まれると、当該触媒に酸素が付着することに起因したＮＯｘ浄化性能の低下を招くおそれがある。このような事情に鑑みて、この方法のように、運転者に任意の運転条件の選択が許容されているときには、運転者に任意の運転条件の選択が許容されていない場合に比べて目標空燃比をリッチ側に設定すれば、燃料供給の停止前、あるいは燃料供給の停止後に燃料供給が再開された際に浄化手段に送り込まれる酸素の量を低減することができる。これにより、燃料供給が停止されたときに浄化手段に比較的多くの空気が送り込まれたとしても、触媒のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することが可能となり、ひいてはエミッションの改善を図ることができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例に係るハイブリッド自動車の概略構成図である。図１に示すハイブリッド自動車２０は、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット（以下、「ハイブリッドＥＣＵ」という）７０とを備える。
エンジン２２は、例えばガソリンや軽油といった炭化水素系の燃料を用いて動力を出力可能な内燃機関として構成されている。エンジン２２は、図２からわかるように、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を介して吸気ポートに取り入れると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入空気とガソリンとを混合させ、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入すると共に点火プラグ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ものである。エンジン２２からの排気ガスは、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）といった有害成分を浄化する排ガス浄化触媒（三元触媒）を備えた浄化装置１３４を介して外部へと排出される。浄化装置１３４の排ガス浄化触媒は、白金（Ｐｔ）やパラジウム（Ｐｄ）等の酸化触媒と、ロジウム（Ｒｈ）等の還元触媒と、セリア（ＣｅＯ2）等の助触媒等から構成されるとよい。この場合、酸化触媒の作用により排ガスに含まれるＣＯやＨＣが水（Ｈ2Ｏ）や二酸化炭素（ＣＯ2）に浄化され、還元触媒の作用により排ガスに含まれるＮＯｘが窒素（Ｎ2）や酸素（Ｏ2）に浄化される。
このように構成されるエンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御される。エンジンＥＣＵ２４は、図２に示すように、ＣＰＵ２４ａ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、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。例えば、エンジンＥＣＵ２４には、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、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Ｔｅｗ、燃焼室内の圧力である筒内圧力を検出する圧力センサ１４３からの筒内圧力、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、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からのスロットルポジション、吸気管に設けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ、同様に吸気管に設けられた温度センサ１４９からの吸気温度、浄化装置１３４に設けられた温度センサ１３５からの触媒床温Ｔｃａｔ等が入力ポートを介して入力されている。また、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、燃料噴射弁１２６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の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号等が出力ポートを介して出力される。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０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ハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、動力分配統合機構３０は、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、何れも発電機として作動することができると共に電動機として作動可能な周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２の何れかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、何れもモータ用電子制御ユニット（以下、「モータＥＣＵ」という）４０により駆動制御されている。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からの信号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等が入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッドＥＣＵ７０と通信しており、ハイブリッドＥＣＵ７０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ハイブリッドＥＣＵ７０に出力する。
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、「バッテリＥＣＵ」という）５２によって管理されている。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、バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４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、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂ等が入力されており、バッテリＥＣＵ５２は、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ハイブリッドＥＣＵ７０やエンジンＥＣＵ２４に出力する。なお、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の積算値に基づいて残容量ＳＯＣも算出している。
ハイブリッドＥＣＵ７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッドＥＣＵ７０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、シフトレバー８１の操作位置であるシフトポジションＳＰ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等が入力ポートを介して入力される。ハイブリッドＥＣＵ７０は、上述したように、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。
上述のように構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、運転者によるアクセルペダル８３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としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊やエンジン２２から出力すべき目標パワーＰｅ＊等がハイブリッドＥＣＵ７０により計算され、この要求トルクＴｒ＊に対応する動力がリングギヤ軸３２ａ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の運転制御モードとしては、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動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａ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動力分配統合機構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リングギヤ軸３２ａ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から要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するように運転制御するモータ運転モード等がある。
また、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトレバー８１のシフトポジションＳＰとして、駐車時に用いる駐車ポジション、後進走行用のリバースポジション、中立のニュートラルポジション、前進走行用の通常のＤポジションの他に、シーケンシャルシフトポジション（以下「Ｓポジション」という）、アップシフト指示ポジションおよびダウンシフト指示ポジションが用意されている。シフトポジションＳＰとしてＳポジションを選択すれば、車速Ｖに対するエンジン２２の回転数の比を例えば６段階（ＳＰ１〜ＳＰ６）に変更することが可能となる。実施例では、運転者によりシフトレバー８１がＳポジションにセットされると、シフトポジションＳＰが５段目のＳＰ５とされ、シフトポジションセンサ８２によりシフトポジションＳＰ＝ＳＰ５である旨が検出される。以後、シフトレバー８１がアップシフト指示ポジションにセットされるとシフトポジションＳＰが１段ずつ上げられる（アップシフトされる）一方、シフトレバー８１がダウンシフト指示ポジションにセットされるとシフトポジションＳＰが１段ずつ下げられ（ダウンシフトされ）、シフトポジションセンサ８２は、シフトレバー８１の操作に応じて現在のシフトポジションＳＰを出力する。
そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、要求トルクＴｒ＊の設定に際し、駆動力設定制約として図３に例示する要求トルク設定用マップが用いられる。要求トルク設定用マップは、アクセル開度Ａｃｃ、車速ＶおよびシフトポジションＳＰと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求駆動力の設定可能範囲を規定するマップとしてＲＯＭ７４に記憶されるものである。図３の要求トルク設定用マップを用いた場合、アクセルオン状態にあるとき、すなわちアクセル開度Ａｃｃがある程度大きいときには、シフトポジションＳＰに拘わらず、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて要求トルクＴｒ＊が設定されるのに対して、アクセルオフ状態、すなわちアクセル開度Ａｃｃが例えば１０％以下であるときには、シフトポジションＳＰがＳＰ６（＝Ｄポジション）からＳＰ１になるに従って同じ車速Ｖでも要求トルクＴｒ＊が小さく、すなわち制動トルクとして大きく設定される。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションＳＰとしてＳポジションが選択されている場合にアクセル操作状態がアクセルオン状態にあるときには、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊がシフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６ごとに定められた下限回転数Ｎｅｍｉｎ以上とされ、これにより、運転者の加減速要求に応答性よく対応できるようにしている。そして、実施例のハイブリッド自動車２０では、Ｓポジション選択時にアクセルオフに基づく減速要求がなされたときに、例えばエンジン２２の回転数が所定回転数以上であるような場合、燃料カットした状態のエンジン２２をモータＭＧ１によってモータリングしてシフトポジションＳＰと車速Ｖとに応じた回転数で強制的に回転させると共に駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに制動トルクを出力して、いわゆるエンジンブレーキによる制動力をリングギヤ軸３２ａに作用させている。この場合、エンジン２２の運転ポイント設定制約として図４に例示する目標回転数設定用マップを用いてシフトポジションＳＰと車速Ｖとに応じたエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊が設定される。図４の目標回転数設定用マップは、ＳＰ１からＳＰ６までのシフトポジションＳＰと車速Ｖとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊との関係を予め定めたものであり、ＲＯＭ７４に記憶されている。
このように、ハイブリッド自動車２０では、運転者によりシフトポジションＳＰがＳポジションに設定されると、アップシフトまたはダウンシフトを実行することが可能となり、シフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６の何れかを任意に選択できるようになる。そして、シフトポジションＳＰをＳポジションに設定し、更にアップシフトまたはダウンシフトを実行した上でアクセルオフすれば、シフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６のそれぞれに応じたエンジンブレーキによる制動力を得ることが可能となる。ただし、このように運転者にシフトポジションＳＰ６〜ＳＰ１の任意の選択が許容されている状態では、アクセル操作状態がアクセルオフ状態とされて燃料カットが比較的頻繁に行われることも想定され、何ら対策を施さなければ、燃料カットにより浄化装置１３４に多量の空気が送り込まれて排ガス浄化触媒に酸素が付着することに起因したＮＯｘ浄化性能の低下を招くおそれがある。このような事情に鑑みて、実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジンＥＣＵ２４により図５の目標空燃比設定ルーチンが所定時間毎に繰り返し実行される。
図５の目標空燃比設定ルーチンが開始されると、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、エンジン２２の回転数Ｎｅ、エアフローメータ１４８からのエンジン２２の負荷としての吸入空気量Ｑａ、水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｅｗ、シフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰといった制御に必要なデータの入力処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅ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計算されるものとした。ステップＳ１００のデータ入力処理の後、入力した冷却水温Ｔｅｗが予め定められた基準温度Ｔｒｅｆ以下であるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。ここで用いられる基準温度Ｔｒｅｆは、浄化装置１３４の暖機が完了しているとみなせるか否かを判定するための値として定められ、例えば７０℃とされる。なお、ステップＳ１１０の処理は、浄化装置１３４の暖機が完了しているか否かを判定するものであるから、冷却水温Ｔｅｗに基づく代わりに、浄化装置１３４の温度センサ１３５からの触媒床温Ｔｃａｔや、あるいは所定のルーチンを経て推定される排ガス浄化触媒の温度と、所定の基準温度とを比較する処理とされてもよい。
ステップＳ１１０にて冷却水温Ｔｅｗが基準温度Ｔｒｅｆを超えており、浄化装置１３４の暖機が完了しているとみなせる場合には、通常時すなわち浄化装置１３４の暖機が完了しているときに用いられる通常時目標空燃比設定用マップをＲＯＭ２４ｂから読み出し（ステップＳ１２０）、読み出した通常時目標空燃比設定用マップとステップＳ１００で入力したエンジン２２の負荷としての吸入空気量Ｑａおよびエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいてエンジン２２の目標空燃比ＡＦ＊を設定する（ステップＳ１３０）。通常時目標空燃比設定用マップの一例を図６に示す。同図に示すように、通常時目標空燃比設定用マップは、エンジン２２の吸入空気量Ｑａと回転数Ｎｅと目標空燃比ＡＦ＊との関係を規定するものであり、基本的に、吸入空気量Ｑａが多いほど目標空燃比ＡＦ＊をリッチ側に（小さく）設定すると共に、エンジン２２の回転数Ｎｅが高いほど目標空燃比ＡＦ＊をリッチ側に設定するように作成される。
一方、ステップＳ１１０にて冷却水温Ｔｅｗが基準温度Ｔｒｅｆ以下であり、浄化装置１３４の暖機が完了していないと判断される場合には、更に、シフトポジションＳＰがＤポジションとＳポジション（ＳＰ１〜ＳＰ６）との何れかであるかを判定する（ステップＳ１４０）。シフトポジションＳＰがＤポジションである場合には、Ｄポジション選択時であって浄化装置１３４の暖機完了前に用いられるＤポジション／低水温時目標空燃比設定用マップをＲＯＭ２４ｂから読み出し（ステップＳ１５０）、読み出したＤポジション／低水温時目標空燃比設定用マップとステップＳ１００で入力したエンジン２２の負荷としての吸入空気量Ｑａおよび冷却水温Ｔｅｗとに基づいてエンジン２２の目標空燃比ＡＦ＊を設定する（ステップＳ１６０）。Ｄポジション／低水温時目標空燃比設定用マップの一例を図７に示す。同図に示すように、Ｄポジション／低水温時目標空燃比設定用マップは、エンジン２２の吸入空気量Ｑａと冷却水温Ｔｅｗと目標空燃比ＡＦ＊との関係を規定するものであり、基本的に、吸入空気量Ｑａが多いほど目標空燃比ＡＦ＊をリッチ側に設定すると共に、浄化装置１３４の暖機を促進させるべく、冷却水温Ｔｅｗが低いほど目標空燃比ＡＦ＊をリーン側に（大きく）設定するように作成される。図６および図７からわかるように、Ｄポジション／低水温時目標空燃比設定用マップは、エンジン２２の運転領域の概ね全域において、通常時目標空燃比設定用マップに比べて目標空燃比ＡＦ＊をリーン側に設定する傾向をもっている。
そして、冷却水温Ｔｅｗが基準温度Ｔｒｅｆ以下であり、かつシフトポジションＳＰがＳポジションである場合には、Ｓポジション選択時であって浄化装置１３４の暖機完了前に用いられるＳポジション／低水温時目標空燃比設定用マップをＲＯＭ２４ｂから読み出し（ステップＳ１７０）、読み出したＳポジション／低水温時目標空燃比設定用マップとステップＳ１００で入力したエンジン２２の負荷としての吸入空気量Ｑａおよびエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいてエンジン２２の目標空燃比ＡＦ＊を設定する（ステップＳ１８０）。Ｓポジション／低水温時目標空燃比設定用マップの一例を図８に示す。同図に示すように、Ｓポジション／低水温時目標空燃比設定用マップは、エンジン２２の吸入空気量Ｑａと回転数Ｎｅと目標空燃比ＡＦ＊との関係を規定するものであり、基本的にエンジン２２の運転領域の概ね全域において、目標空燃比ＡＦ＊を理論空燃比（≒１４．７）よりもリッチ側に（小さく）設定すると共に、浄化装置１３４の暖機を促進させるべく、エンジン２２の回転数が低いほど、目標空燃比ＡＦ＊をリーン側に（大きく）設定するように作成される。すなわち、Ｓポジション／低水温時目標空燃比設定用マップは、通常時目標空燃比設定用マップやＤポジション／低水温時目標空燃比設定用マップに比べて目標空燃比ＡＦ＊をリッチ側に設定する傾向をもっている。
このように目標空燃比ＡＦ＊を設定した上で、エンジンＥＣＵ２４のＣＰＵ２４ａは、アクセルオン状態時等のエンジン２２に対する燃料噴射を実行すべき場合には、ハイブリッドＥＣＵ７０から送信される要求パワーＰｅ＊（要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が充放電すべき充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算される値）とエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいてエンジン２２の目標吸入空気量Ｑａ＊を設定し、更に、設定した目標吸入空気量Ｑａ＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとに基づいて得られるスロット開度をフィードバック制御における関係式を用いて補正して目標スロット開度ＴＨ＊を設定すると共に、目標吸入空気量Ｑａ＊と目標空燃比ＡＦ＊とに基づいて得られる燃料噴射量をフィードバック制御における関係式を用いて補正して目標燃料噴射量Ｑｆ＊を設定する。そして、スロットルバルブ１２４の開度ＴＨが目標スロットル開度ＴＨ＊となるようにスロットルモータ１３６への駆動信号を出力すると共に目標燃料噴射量Ｑｆ＊に応じた燃料噴射時間τの燃料噴射が行なわれるように燃料噴射弁１２６への駆動信号を出力することによりエンジン２２を運転制御する。
以上説明したように、実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションＳＰがＤポジションに設定されてシフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６の任意の選択が許容されていない場合には、第１の制約としての通常時目標空燃比設定用マップまたはＤポジション／低水温時目標空燃比設定用マップに従ってエンジン２２の目標空燃比ＡＦ＊が設定される。また、シフトポジションＳＰがＳポジションに設定されてシフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６の任意の選択が許容されており、かつ浄化装置１３４の暖機が完了していないと判断される場合には、通常時目標空燃比設定用マップやＤポジション／低水温時目標空燃比設定用マップに比べて目標空燃比ＡＦ＊をリッチ側に設定する傾向をもったＳポジション／低水温時目標空燃比設定用マップに従って目標空燃比ＡＦ＊が設定される。そして、アクセルオン時等のエンジン２２に対する燃料噴射を実行すべき場合には、エンジン２２の空燃比が設定された目標空燃比ＡＦ＊となり、かつ設定されているシフトポジションＳＰに従って設定された要求トルクＴｒ＊に基づく駆動力が出力されるようにエンジン２２とモータＭＧ１およびＭＧ２とが制御される。このように、運転者にシフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６の任意の選択が許容されているときには、運転者にシフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６の任意の選択が許容されていないＤポジション選択時に比べて目標空燃比ＡＦ＊をリッチ側に設定すれば、燃料カット前、あるいは燃料カット後に燃料噴射が再開された際に浄化装置１３４に送り込まれる酸素の量を低減することができる。これにより、燃料カットが実行されて浄化装置１３４に比較的多くの空気が送り込まれたとしても、触媒のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することが可能となり、ひいてはエミッションの改善を図ることができる。また、一般に、浄化装置１３４の暖機が不十分な状態で燃料カットにより排ガス浄化触媒に多量の空気が送り込まれると、排ガス浄化触媒のＮＯｘ浄化性能の低下が顕著となるおそれがあるので、運転者にシフトポジションＳＰ１〜ＳＰ６の任意の選択が許容されており、かつ冷却水温Ｔｅｗが基準温度Ｔｒｅｆ以下であって浄化装置１３４の暖機が完了していないと判断されたときに目標空燃比ＡＦ＊をリッチ側に設定すれば、燃費の悪化を抑制しつつ触媒のＮＯｘ浄化性能の低下を抑制することが可能となる。
以上、実施例を用いて本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施例に何ら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、様々な変更をなし得ることはいうまでもない。
すなわち、上記実施例のハイブリッド自動車２０では、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａとモータＭＧ２とがモータＭＧ２の回転数を減速してリングギヤ軸３２ａに伝達する減速ギヤ３５を介して連結しているが、減速ギヤ３５の代わりに、例えばＨｉ，Ｌｏの２段の変速段あるいは３段以上の変速段を有し、モータＭＧ２の回転数を変速してリングギヤ軸３２ａに伝達する変速機を採用してもよい。
また、上記実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により減速してリングギヤ軸３２ａに出力しているが、図９に示す変形例としてのハイブリッド自動車１２０のように、モータＭＧ２の動力を変速機６５により変速してリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図９中、車輪６３ｃ，６３ｄに接続された車軸）に伝達するようにしてもよい。
更に、上記実施例のハイブリッド自動車２０は、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものであるが、図１０に示す変形例としてのハイブリッド自動車２２０のように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸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を備えるものであってもよい。
本発明の実施例に係るハイブリッド自動車２０の概略構成図である。 エンジン２２の概略構成図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 Ｓポジション選択時に用いられる目標回転数設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される目標空燃比設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。 通常時目標空燃比設定用マップの一例を示す説明図である。 Ｄポジション／低水温時目標空燃比設定用マップの一例を示す説明図である。 Ｓポジション／低水温時目標空燃比設定用マップ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の概略構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の概略構成図である。
符号の説明
２０，１２０，２２０ 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）、２４ａ，７２ ＣＰＵ、２４ｂ，７４ ＲＯＭ、２４ｃ，７６ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、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、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６３ｃ，６３ｄ 車輪、６５ 変速機、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット（ハイブリッドＥＣＵ）、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、１２６ 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、１３５ 温度センサ、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、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (3)

  1. 内燃機関と、
    前記内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化手段と、
    前記浄化手段の暖機が完了しているか否かを判定する触媒暖機判定手段と、
    何れかの車軸である第１車軸と前記内燃機関の出力軸とに接続されて電力と動力の入出力を伴って前記第１車軸および前記出力軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、
    前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸の何れかである第２車軸に動力を入出力可能な電動機と、
    前記電力動力入出力手段および前記電動機との間で電力をやりとり可能な蓄電手段と、
    シーケンシャルシフトポジションが選択されたときに、少なくとも走行に要求される要求駆動力の設定可能範囲をそれぞれ異なる態様で規定する複数のシフトポジションの中から任意のシフトポジションの選択を運転者に許容すると共に、運転者のシフト操作に応じて前記複数のシフトポジションの中から何れか一つを実行用シフトポジションとして設定するシフト設定手段と、
    前記シーケンシャルシフトポジションが選択されていない場合には、第１の制約に従って前記内燃機関の目標空燃比を設定する一方、前記シーケンシャルシフトポジションが選択されており、かつ前記浄化手段の暖機が完了していないと判断された場合には、前記第１の制約に比べて前記目標空燃比をリッチ側に設定する傾向をもった第２の制約に従って前記目標空燃比を設定する目標空燃比設定手段と、
    前記設定された実行用シフトポジションに従って要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
    前記内燃機関の空燃比が前記設定された目標空燃比となり、かつ前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が出力されるように前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御する制御手段と、
    を備えるハイブリッド車両。
  2. 前記電力動力入出力手段は、前記第１車軸と前記内燃機関の出力軸と回転可能な第３軸とに接続され、これら３軸のうちの何れか２軸に入出力される動力に基づいて定まる動力を残余の軸に入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３軸に動力を入出力可能な発電機とを備える請求項１に記載のハイブリッド車両。
  3. 内燃機関と、該内燃機関から排出される排ガスを浄化するための触媒を含む浄化手段と、前記浄化手段の暖機が完了しているか否かを判定する触媒暖機判定手段と、何れかの車軸である第１車軸と前記内燃機関の出力軸とに接続されて電力と動力の入出力を伴って前記第１車軸および前記出力軸に動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記第１車軸または該第１車軸とは異なる車軸の何れかである第２車軸に動力を入出力可能な電動機と、前記電力動力入出力手段および前記電動機との間で電力をやりとり可能な蓄電手段と、シーケンシャルシフトポジションが選択されたときに、少なくとも走行に要求される要求駆動力の設定可能範囲をそれぞれ異なる態様で規定する複数のシフトポジションの中から任意のシフトポジションの選択を運転者に許容すると共に、運転者のシフト操作に応じて前記複数のシフトポジションの中から何れか一つを実行用シフトポジションとして設定するシフト設定手段とを備えたハイブリッド車両の制御方法であって、
    前記シーケンシャルシフトポジションが選択されていない場合には、第１の制約に従って前記内燃機関の目標空燃比を設定する一方、前記シーケンシャルシフトポジションが選択されており、かつ前記浄化手段の暖機が完了していないと判断された場合には、前記第１の制約に比べて前記目標空燃比をリッチ側に設定する傾向をもった第２の制約に従って前記目標空燃比を設定し、前記内燃機関の空燃比が前記設定された目標空燃比となり、かつ前記設定された実行用シフトポジションに従って設定された要求駆動力に基づく駆動力が出力されるように前記内燃機関と前記電力動力入出力手段と前記電動機とを制御するハイブリッド車両の制御方法。




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