図1は、本発明の一実施例であるハイブリッド自動車20の構成の概略を示す構成図であり、図2は、エンジン22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、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、車両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70とを備える。
エンジン22は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図2に示すように、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を介して吸入すると共に燃料噴射弁126からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ128を介して燃料室に吸入し、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装置(三元触媒)134を介して外気へ排出される。
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により制御されている。エンジンECU24は、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。エンジンECU24には、エンジン22の状態を検出する種々のセンサからの信号、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,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,吸気管に取り付けられたエアフローメータ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,空燃比センサ135aからの空燃比AF,酸素センサ135bからの酸素信号O2,浄化装置134に取り付けられた温度センサ135cからの触媒温度Tcなど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。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出力する。なお、エンジンECU24は、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を演算したり、エアフローメータ148からの吸入空気量Qaとエンジン22の回転数Neとに基づいて体積効率(エンジン22の1サイクルあたりの行程容積に対する1サイクルで実際に吸入される空気の容積の比)KLを演算したりしている。
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。動力分配統合機構30は、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、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、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる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のいず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のいず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、いず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などが入力されており、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用電子制御ユニット70に出力する。なお、モータECU40は、回転位置検出センサ43,44からの信号に基づいてモータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2も演算している。
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ハイブリッド用電子制御ユニット70に出力する。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の積算値に基づいて残容量(SOC)を演算したり、演算した残容量(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の残容量(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。
バッテリ50の出力端子に接続された電力ライン54には、直流電力の電圧を変換してバッテリ50に供給するDC/DCコンバータ56が接続されており、このDC/DCコンバータ56には電源コード59を介して供給される商用電源からの交流電力を直流電力に変換するAC/DCコンバータ58が接続されている。したがって、電源コード59を商用電源に接続すると共にAC/DCコンバータ58とDC/DCコンバータ56とを制御することにより、商用電源からの電力によりバッテリ50を充電することができる。なお、AC/DCコンバータ58とDC/DCコンバータ56は、ハイブリッド用電子制御ユニット70により制御される。
ハイブリッド用電子制御ユニット70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。ハイブリッド用電子制御ユニット70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,外気の温度を検出する外気温センサ89からの外気温Toutなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット70からは、AC/DCコンバータ58へのスイッチング制御信号やDC/DCコンバータ56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。ハイブリッド用電子制御ユニット70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を計算し、この要求トルクに対応する要求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からの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は、いずれもエンジン22の運転を伴って要求動力がリングギヤ軸32a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るから、以下、両者を合わせてエンジン運転モードとして考えることができる。
また、実施例のハイブリッド自動車20では、自宅や予め設定した充電ポイントに到達するときにエンジン22の始動については十分に行なうことができる程度にバッテリ50の残容量(SOC)が低くなるように走行中にバッテリ50の充放電の制御を行ない、自宅や予め設定した充電ポイントで車両をシステム停止した後に電源コード59を商用電源に接続し、DC/DCコンバータ56とAC/DCコンバータ58とを制御することによって商用電源から電力によりバッテリ50を満充電や満充電より低い所定の充電状態とする。そして、バッテリ50の充電後にシステム起動したときには、図3に例示する走行モード設定ルーチンに示すように、バッテリ50の残容量(SOC)がエンジン22の始動を行なうことができる程度に設定された閾値Shvに至るまでモータ運転モードによる走行(電動走行)を優先して走行する電動走行優先モードを設定して走行し(ステップS100〜S120)、バッテリ50の残容量(SOC)が閾値Shvに至った以降はエンジン運転モードによる走行(ハイブリッド走行)を優先して走行するハイブリッド走行優先モードを設定して走行する(ステップS130)。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車20の動作、特に浄化装置134の三元触媒を暖機する触媒暖機を実行しながら走行する際の動作について説明する。図4はハイブリッド用電子制御ユニット70により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図5はエンジンECU24により実行される触媒暖機要請ルーチンの一例を示すフローチャートであり、図6はエンジンECU24により実行される触媒暖機条件設定ルーチンの一例を示すフローチャートである。説明の都合上、まず、図4の駆動制御ルーチンを用いて駆動制御について説明し、次に図5の触媒暖機要請ルーチンを用いて触媒暖機を要請する際の処理について説明し、その後、図6の触媒暖機条件設定ルーチンを用いて触媒暖機時の条件について説明する。
図4の駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット70のCPU72は、まず、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や車速センサ88からの車速V,モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2,バッテリ50の残容量(SOC),バッテリ50の入出力制限Win,Wout,触媒暖機要請フラグFc,回転数アップ要請フラグFup,走行モードなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS200)。ここで、モータMG1,MG2の回転数Nm1,Nm2は、回転位置検出センサ43,44により検出されたモータMG1,MG2の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータECU40から通信により入力するものとした。また、バッテリ50残容量(SOC)は、電流センサにより検出されたバッテリ50の充放電電流の積算値に基づいて演算されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ50の入出力制限Win,Woutは、バッテリ50の電池温度Tbとバッテリ50の残容量(SOC)とに基づいて設定されたものをバッテリECU52から通信により入力するものとした。触媒暖機要請フラグFc,回転数アップ要請フラグFupは、図5の触媒暖機要請ルーチンにより設定されたものをエンジンECU24から通信により入力するものとした。走行モードは、図3に例示する走行モード設定ルーチンにより設定されてRAM76の所定領域に格納されたものを読み込むことにより入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された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*と走行のために車両に要求される走行用パワーPdrv*とを設定する(ステップS210)。要求トルクTr*は、実施例では、アクセル開度Accと車速Vと要求トルクTr*との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてROM74に記憶しておき、アクセル開度Accと車速Vとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクTr*を導出して設定するものとした。図7に要求トルク設定用マップの一例を示す。走行用パワーPdrv*は、設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものと損失としてのロスLossとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸32aの回転数Nrは、車速Vに換算係数kを乗じること(Nr=k・V)によって求めたり、モータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで割ること(Nr=Nm2/Gr)によって求めることができる。
続いて、走行モードが電動走行優先モードであるかハイブリッド走行優先モードであるかを判定し(ステップS220)、走行モードが電動走行優先モードであるときにはバッテリ50を充放電すべき電力に相当するパワー、即ち、バッテリ50を充放電するためにエンジン22から出力すべきパワーである充放電要求パワーPb*として値0を設定し(ステップS230)、走行モードがハイブリッド走行優先モードであるときには充放電要求パワーPb*としてバッテリ50の残容量SOCに応じた値を設定し(ステップS240)、設定した充放電要求パワーPb*と走行用パワーPdrv*との和としてエンジン22から出力すべき要求パワーPe*を設定する(ステップS250)。走行モードがハイブリッド走行優先モードであるときの充放電要求パワーPb*は、実施例では、バッテリ50の残容量SOCと充放電要求パワーPb*との関係を予め定めて充放電要求パワー設定用マップとして記憶しておき、バッテリ50の残容量SOCが与えられるとマップから対応する充放電要求パワーPb*を導出して設定するものとした。充放電要求パワー設定用マップの一例を図8に示す。実施例では、図示するように、制御中心残容量Scntを中心とした若干の不感帯を設け、残容量SOCが制御中心残容量Scntから不感帯を超えて大きくなるとバッテリ50から放電するための充放電要求パワーPb*が設定され、残容量SOCが制御中心残容量Scntから不感帯を超えて小さくなるとバッテリ50を充電するための充放電要求パワーPb*が設定される。なお、制御中心残容量Scntは、走行モードを設定する際の閾値Shv以上の値として任意に定めることができる。
次に、エンジン22を運転中であるか或いは運転停止中であるかを判定し(ステップS260)、エジン22が運転停止中であるときには、設定した要求パワーPe*が閾値Pstart以上であるか否かを判定する(ステップS270)。ここで、閾値Pstartは、エンジン22を始動して電動走行からエンジン22からの動力を用いて走行するハイブリッド走行に切り替える必要が生じるパワーとして設定されており、モータMG2から出力可能な最大パワーより若干小さなパワーを用いることができる。
要求パワーPe*が閾値Pstart未満であると判定されると、電動走行を継続すべきと判断し、モータMG1のトルク指令Tm1*に値0を設定すると共に(ステップS280)、要求トルクTr*を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したものをモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm2tmpとして設定し(ステップS290)、バッテリ50の入出力制限Win,WoutをモータMG2の回転数Nm2で除してモータMG2のトルク制限Tm2min,Tm2maxを計算すると共に(ステップS300)、仮トルクTm2tmpを次式(1)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定し(ステップS310)、設定したトルク指令Tm1*,Tm2*をモータECU40に送信して(ステップS320)、本ルーチンを終了する。こうした制御により、モータMG2からバッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内で駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (1)
ステップS270で要求パワーPe*が閾値Pstart以上と判定されると、エンジン22を始動する(ステップS330)。ここで、エンジン22の始動は、モータMG1からトルクを出力すると共にこのトルクの出力に伴って駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力されるトルクをモータMG2によりキャンセルするトルクを出力することによりエンジン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(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り行なわれる。なお、このエンジン22の始動の最中も要求トルクTr*がリングギヤ軸32aに出力されるようモータMG2の駆動制御が行なわれる。即ち、モータMG2から出力すべきトルクは、要求トルクTr*をリングギヤ軸32aに出力するためのトルクとエンジン22をクランキングする際にリングギヤ軸32aに作用するトルクをキャンセルするためのトルクとの和のトルクとなる。電動走行しているときの動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図9に示す。図中、左のS軸はモータMG1の回転数Nm1であるサンギヤ31の回転数を示し、C軸はエンジン22の回転数Neであるキャリア34の回転数を示し、R軸はモータMG2の回転数Nm2を減速ギヤ35のギヤ比Grで除したリングギヤ32の回転数Nrを示す。
エンジン22を始動すると、設定した要求パワーPe*とエンジン22を効率よく動作させる動作ラインとに基づいてエンジン22を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する(ステップS350)。エンジン22の動作ラインの一例と目標回転数Ne*と目標トルクTe*とを設定する様子を図10に示す。図示するように、目標回転数Ne*と目標トルクTe*は、動作ラインと要求パワーPe*(Ne*×Te*)が一定の曲線との交点により求めることができる。
続いて、エンジン22の目標回転数Ne*とモータMG2の回転数Nm2と動力分配統合機構30のギヤ比ρとを用いて次式(2)によりモータMG1の目標回転数Nm1*を計算すると共に計算した目標回転数Nm1*と入力したモータMG1の回転数Nm1とに基づいて式(3)によりモータMG1から出力すべきトルク指令Tm1*を計算する(ステップS360)。ここで、式(2)は、動力分配統合機構30の回転要素に対する力学的な関係式である。エンジン22からパワーを出力している状態で走行しているときの動力分配統合機構30の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図11に示す。図中、R軸上の2つの太線矢印は、モータMG1から出力されたトルクTm1がリングギヤ軸32aに作用するトルクと、モータMG2から出力されるトルクTm2が減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに作用するトルクとを示す。式(2)は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。ここで、式(3)は、モータMG1を目標回転数Nm1*で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式(3)中、右辺第2項の「k1」は比例項のゲインであり、右辺第3項の「k2」は積分項のゲインである。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/ρ (2)
Tm1*=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (3)
そして、要求トルクTr*にトルク指令Tm1*を動力分配統合機構30のギヤ比ρで除したものを加えてモータMG2から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクTm2tmpを次式(4)により計算し(ステップS370)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutと設定したトルク指令Tm1*に現在のモータMG1の回転数Nm1を乗じて得られるモータMG1の消費電力(発電電力)との偏差をモータMG2の回転数Nm2で割ることによりモータMG2から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Tm2min,Tm2maxを次式(5)および式(6)により計算すると共に(ステップS380)、設定した仮トルクTm2tmpを式(7)によりトルク制限Tm2min,Tm2maxで制限してモータMG2のトルク指令Tm2*を設定する(ステップS390)。ここで、式(4)は、図11の共線図から容易に導くことができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (4)
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (6)
Tm2*=max(min(Tm2tmp,Tm2max),Tm2min) (7)
こうしてエンジン22の目標回転数Ne*や目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定すると、エンジン22の目標回転数Ne*と目標トルクTe*についてはエンジンECU24に、モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*についてはモータECU40にそれぞれ送信し(ステップS400)、駆動制御ルーチンを終了する。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、エンジン22が目標回転数Ne*と目標トルクTe*とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン22における吸入空気量制御や燃料噴射制御,点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Tm1*,Tm2*を受信したモータECU40は、トルク指令Tm1*でモータMG1が駆動されると共にトルク指令Tm2*でモータMG2が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、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を効率よく運転して駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。
こうしてエンジン22からの動力を用いての走行を開始すると、次回このルーチンが実行されたときにはステップS220でエンジン22は運転中であると判定されるから、要求パワーPe*をエンジン22の運転を停止するための閾値Pstopと比較する(ステップS340)。ここで、閾値Pstopは、エンジン22の始動と運転停止とにヒステリシスを持たせるためにエンジン22を始動するための閾値Pstartより若干小さな値を用いることができる。要求パワーPe*が閾値Pstop以上のときには、エンジン22の運転を継続すべきと判断し、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22から要求パワーPe*を出力しながら駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行するようエンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジンECU24やモータECU40に送信する処理を実行して(ステップS350〜S400)、本ルーチンを終了する。
要求パワーPe*が閾値Pstop未満となると、触媒暖機要請フラグFcが値1であるか否かを判定し(ステップS410)、触媒暖機要請フラグFcが値1のときには、浄化装置134の三元触媒の暖機が要請されていると判断し、回転数アップ要請フラグFupを調べる(ステップS420)。触媒暖機要請フラグFcは、浄化装置134の三元触媒の暖機が要請されているか否かを示すものであり、図5の触媒暖機要請ルーチンにより設定される。回転数アップ要請フラグFupは、触媒暖機を行なう際のエンジン22の回転数Neを大きくするか否かを示すものであり、図5の触媒暖機要請ルーチンにより設定される。触媒暖機要請フラグFcおよび回転数アップ要請フラグFupについては図5の触媒暖機要請ルーチンを用いて触媒暖機要請を行なう際の動作を説明する際に詳述する。
回転数アップ要請フラグFupが値0のときには、触媒暖機を行なう際のエンジン22の回転数Neを大きくする必要はないと判断し、通常の触媒暖機に用いる回転数Ne1をエンジン22の目標回転数Ne*に設定し(ステップS430)、回転数アップ要請フラグFupが値1のときには、触媒暖機を行なう際のエンジン22の回転数Neを大きくする必要があると判断し、回転数Ne1より大きな回転数Ne2をエンジン22の目標回転数Ne*に設定する(ステップS440)。そして、エンジン22の目標トルクTe*に触媒暖機時のトルクTsetを設定し(ステップS450)、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でエンジン22を目標回転数Ne*,目標トルクTe*による触媒暖機運転状態で運転しながら駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行するようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してエンジンECU24やモータECU40に送信する処理を実行し(ステップS360〜S400)、本ルーチンを終了する。ここで、トルクTsetとしては、値0としてエンジン22を自立運転させるものとしてもよいし、若干の正の値を設定してエンジン22を若干の負荷運転させるものとしてもよい。トルクTsetとして値0を用いたときには、モータMG1のトルク指令Tm1*には値0が設定され、モータMG2のトルク指令Tm2*には基本的には要求トルクTr*を減速ギヤ35のギヤ比Grで除した値が設定され、トルクTsetとして若干の正の値を用いたときには、モータMG1のトルク指令Tm1*には式(3)により計算される値が設定され、モータMG2のトルク指令Tm2*には基本的には式(4)により計算される仮モータトルクTm2tmpが設定される。ハイブリッド用電子制御ユニット70は、エンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*をエンジンECU24に送信する際には、触媒暖機運転を実行する旨の制御信号も送信する。このため、エンジンECU24は、目標回転数Ne*,目標トルクTe*の運転ポイントで触媒暖機に適した運転状態となるようエンジン22を制御する。触媒暖機運転に適した運転状態とする制御には、例えば、浄化装置134に爆発燃焼の熱量を多く送るために点火時期を遅くする制御などを挙げることができる。こうした制御により、エンジン22を触媒暖機に適した運転状態で運転しながら駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行することができる。
ステップS410で触媒暖機要請フラグFcが値0であると判定されると、触媒暖機の必要はないと判断し、エンジン22の運転を停止する(ステップS460)。エンジン22の運転の停止は、エンジン22の運転を停止する制御信号をエンジンECU24に送信し、エンジンECU24がエンジン22への燃料噴射制御や点火制御を停止することにより行なわれる。こうしてエンジン22の運転を停止すると、バッテリ50の入出力制限Win,Woutの範囲内でモータMG2から駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求トルクTr*を出力して走行するようモータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定してモータECU40に送信する処理を実行して(ステップS280〜S320)、本ルーチンを終了する。
次に、図5の触媒暖機要請ルーチンを用いて触媒暖機を要請する際の処理について説明する。触媒暖機要請ルーチンが実行されると、エンジンECU24のCPU24aは、まず、温度センサ135cからの触媒温度Tcや温度センサ142からの冷却水温Tw,車速V,走行モードなど触媒暖機要請を設定するのに必要なデータを入力する処理を実行する(ステップS500)。ここで、車速Vは、車速センサ88により検出されたものをハイブリッド用電子制御ユニット70から通信により入力するものとした。また、走行モードは、図3の走行モード設定ルーチンを実行することにより設定されたものをハイブリッド用電子制御ユニット70から通信により入力するものとした。
データを入力すると、現在設定されている走行モードを調べ(ステップS510)、走行モードとして電動走行優先モードが設定されているときには、触媒暖機を開始する開始温度Tstartに温度T11を設定すると共に触媒暖機を完了する完了温度Tstopに温度T12を設定し(ステップS520)、走行モードとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときには、開始温度Tstartに温度T11と同一か或いは低い温度T21を設定すると共に完了温度Tstopに温度T12より低い温度T22を設定する(ステップS530)。ここで、温度T11,T21は、温度T12,T22より低い温度であり、温度T12,T22として例えば500℃,400℃などの温度を用いた場合には、300℃や200℃などの温度を用いることができる。電動走行優先モードが設定されているときに触媒暖機を完了する完了温度Tstopとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときの温度T22より高い温度T12を設定するのは、電動走行が優先されるため、次にエンジン22が始動されるまでに要する時間がハイブリッド走行優先モードのときより長くなると考えられ、その間に浄化装置134の三元触媒の温度が低下することを考慮するためである。また、ハイブリッド走行優先モードが設定されているときの完了温度Tstopとしては、ハイブリッド走行が優先されるために次にエンジン22が始動されるまでに要する時間は短いため、その間に浄化装置134の三元触媒の温度が低下することを考慮する必要がないことから、三元触媒が活性化する下限温度より若干高い温度とするのが好ましい。このため、電動走行優先モードが設定されているときの完了温度Tstopである温度T12は、電動走行による触媒温度Tcの低下を見込んで、ハイブリッド走行優先モードが設定されているときの完了温度Tstopである温度T22より50℃や100℃或いは150℃程度高い温度を用いるのが好ましい。なお、温度T11,T12,T21,T22については、温度T11,T21が温度T12,T22より低く、温度T12が温度T22より高い条件を満たすよう浄化装置134の触媒の特性やバッテリ50の性能などにより決定すればよい。
こうして開始温度Tstartと完了温度Tstopとを設定すると、触媒暖機要請フラグFcを調べ(ステップS540)、触媒暖機要請フラグFcが値0のときには、触媒温度Tcが開始温度Tstart未満であるか否かを判定し(ステップS550)、触媒温度Tcが開始温度Tstart以上のときには、触媒暖機は不要と判断して本ルーチンを終了する。一方、触媒温度Tcが開始温度Tstart未満のときには、触媒暖機が必要と判断し、触媒暖機要請フラグFcに値1をセットし(ステップS560)、走行モードが電動走行優先モードであるか否か(ステップS570)、車速Vが閾値Vref以上であるか否か(ステップS580)、冷却水温Twが常温近傍の範囲としての閾値T1以上で閾値T2未満の範囲内であるか否か(ステップS590)、を判定し、走行モードが電動走行優先モードであり、車速Vが閾値Vref以上であり、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲内であるときには触媒暖機に適したエンジン22の運転状態としてのエンジン22の回転数Neを大きくすることを示すよう回転数アップ要請フラグFupに値1をセットして(ステップS600)、本ルーチンを終了し、走行モードがハイブリッド走行優先モードであったり、走行モードが電動走行優先モードであっても車速Vが閾値Vref未満であったり、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲外であるときには回転数アップ要請フラグFupに値0をセットして(ステップS630)、本ルーチンを終了する。回転数アップ要請フラグFupに値1をセットして触媒暖機に適したエンジン22の運転状態としてのエンジン22の回転数Neを大きくするのは、エンジン22における爆発燃焼の回数を多くして迅速に触媒暖機を完了させるためである。回転数アップ要請フラグFupに値1をセットする条件として走行モードが電動走行優先モードである条件としているのは、電動走行優先モードでは触媒暖機を完了する完了温度Tstopがハイブリッド走行優先モードのときより高く設定されているために、触媒暖機の完了にハイブリッド走行優先モードのときに比して時間を要することや、迅速に触媒暖機を完了して電動走行を優先することなどに基づく。また、車速Vが閾値Vref以上である条件としているのは、低車速や停車中は走行による騒音が小さいため、エンジン22の回転数Neを大きくするとその騒音が目立ち、運転者や乗員に違和感を与える恐れが生じることに基づく。従って、閾値Vrefは、走行による騒音が非常に小さくなる車速として設定されるものであり、例えば、5km/hや7km/hなどを用いることができる。さらに、冷却水温Twが常温近傍の範囲としての閾値T1以上で閾値T2未満の範囲内である条件としているのは、冷却水温Twが常温近傍の範囲より低い低温のときにはエンジン22の運転に対して低温時の制御を行なう必要があるため、この低温時の制御時にエンジン22の回転数Neを大きくすると、制御が複雑になったりエンジン22を安定して触媒暖機に適した状態とすることができない場合が生じることに基づき、冷却水温Twが常温近傍の範囲より高い低温のときにはエンジン22の回転数Neを大きくしなくても短時間のうちに触媒暖機が完了すると考えられることに基づく。閾値T1は、常温近傍の範囲の下限値であるから、例えば、0℃や5℃,10℃などを用いることができ、閾値T2は、常温近傍の範囲の上限値であるから、例えば、35℃や40℃,45℃などを用いることができる。
ステップS540で触媒暖機要請フラグFcが値1であると判定すると、触媒温度Tcが触媒暖機を完了する完了温度Tstop以上であるか否かを判定し(ステップS610)、触媒温度Tcが完了温度Tstop未満のときには、触媒暖機が完了していないと判断して、本ルーチンを終了し、触媒温度Tcが完了温度Tstop以上のときには、触媒暖機が完了したと判断して、触媒暖機要請フラグFcと回転数アップ要請フラグFupに値0をセットして(ステップS620,S630)、本ルーチンを終了する。ここで、触媒温度Tcが完了温度Tstop未満のときにステップS570〜S600の処理を行なわないのは、触媒暖機が完了するまでエンジン22の回転数Neを変更しない方が制御が容易になると共に運転者や乗員に違和感を与えないと考えられることに基づく。
次に、図6の触媒暖機条件設定ルーチンを用いて触媒暖機を行なう際の条件設定を説明する。触媒暖機条件設定ルーチンが実行されると、エンジンECU24のCPU24aは、まず、回転数アップ要請フラグFupと走行モードとを入力すると共に(ステップS800)、入力した回転数アップ要請フラグFupを調べる処理を実行する(ステップS810)。回転数アップ要請フラグFupが値0のとき、即ち、触媒暖機を行なう際にエンジン22を通常の回転数Ne1で運転するときには、エンジン22を始動した直後の燃料増量補正時の補正量τupに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときに適正な補正量τup1(ステップS820)、エンジン22を始動した直後に開始した燃料増量補正を減衰させる燃料増量減衰タイミングTendに対しては燃料増量補正を開始してからの経過時間としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときに適正なタイミングTend1(ステップS822)、エンジン22のクランキング時に吸気管負圧を形成するためにスロットルバルブ124を締め込む際の締め込み量θsに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときに適正な締め込み量θs1(ステップS824)、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときに適正なスロットル開度θ1(ステップS826)、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに反映させるためのタイミングとしてのスロットル反映タイミングTimに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときに適正なタイミングTim1(ステップS828)、触媒暖機を行なう際のエンジン22を始動した直後にエンジン22の回転数Neを安定させるための空燃比制御のために空燃比AFをリーンとしたときおよびリッチとしたときのフィードバック終了の判定に要する時間としての空燃比制御判定時間Tafに対してはリーンおよびリッチのいずれに対してもエンジン22が回転数Ne1で運転されるときに適正な判定時間Taf1(ステップS830)、触媒暖機を行なう際の点火時期の遅角量としての点火遅角θdに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときに適正な点火遅角θd1(ステップS832)、を触媒暖機条件として設定して本ルーチンを終了する。
一方、ステップS810で回転数アップ要請フラグFupが値1のときには、即ち、触媒暖機を行なう際にエンジン22を通常の回転数Ne1より大きな回転数Ne2で運転するときには、エンジン22を始動した直後の燃料増量補正時の補正量τupに対してはエンジン22が回転数Ne2で運転されているときに適正な値としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの補正量τup1より大きな補正量τup2(ステップS840)、エンジン22を始動した直後に開始した燃料増量補正を減衰させる燃料増量減衰タイミングTendに対しては燃料増量補正を開始してからの経過時間としてエンジン22が回転数Ne2で運転されているときに適正な値としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのタイミングTend1より早いタイミングTend2(ステップS842)、エンジン22のクランキング時に吸気管負圧を形成するためにスロットルバルブ124を締め込む際の締め込み量θsに対してはエンジン22が回転数Ne2で運転されているときに適正な値としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの締め込み量θs1より大きな締め込み量θs2(ステップS844)、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに対してはエンジン22が回転数Ne2で運転されているときに適正な値としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのスロットル開度θ1より大きなスロットル開度θ2(ステップS846)、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに反映させるためのタイミングとしてのスロットル反映タイミングTimに対してはエンジン22が回転数Ne2で運転されているときに適正な値としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのタイミングTim1より早いタイミングTim2(ステップS848)、触媒暖機を行なう際のエンジン22を始動した直後にエンジン22の回転数Neを安定させるための空燃比制御のために空燃比AFをリーンとしたときおよびリッチとしたときのフィードバック終了の判定に要する時間としての空燃比制御判定時間Tafに対してはリーンおよびリッチのいずれに対してもエンジン22が回転数Ne2で運転されているときに適正な値としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの判定時間Taf1より短い判定時間Taf2(ステップS850)、触媒暖機を行なう際の点火時期の遅角量としての点火遅角θdに対してはエンジン22が回転数Ne2で運転されているときに適正な値としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの点火遅角θd1より大きな点火遅角θd2(ステップS852)、を触媒暖機条件として設定して本ルーチンを終了する。
ここで、エンジン22を回転数Ne2として触媒暖機を行なうときにエンジン22を始動した直後の燃料増量補正時の補正量τupに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの補正量τup1より大きな補正量τup2を設定するのは、エンジン22の回転数が大きくてもより確実にエンジン22の爆発燃焼を生じさせることに基づくものと考えられる。また、エンジン22を回転数Ne2として触媒暖機を行なうときにエンジン22を始動した直後に開始した燃料増量補正を減衰させる燃料増量減衰タイミングTendに対しては燃料増量補正を開始してからの経過時間としてエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのタイミングTend1より早いタイミングTend2とするのは、三元触媒の暖機だけでなくエンジン22の暖機も迅速に行なわれることに基づくものと考えられる。エンジン22を回転数Ne2として触媒暖機を行なうときにエンジン22のクランキング時に吸気管負圧を形成するためにスロットルバルブ124を締め込む際の締め込み量θsに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの締め込み量θs1より大きな締め込み量θs2とするのは、エンジン22の回転数Neが大きい方がスロットル開度θが大きくなり、吸気管負圧の形成が困難になることに基づくものと考えられる。エンジン22を回転数Ne2として触媒暖機を行なうときに触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのスロットル開度θ1より大きなスロットル開度θ2とするのは、エンジン22の回転数Neを大きくすると共にスロットル開度θを大きくした方が三元触媒の暖機が迅速に行なうことができることに基づくものと考えられる。エンジン22を回転数Ne2として触媒暖機を行なうときに触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに反映させるためのタイミングとしてのスロットル反映タイミングTimに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのタイミングTim1より早いタイミングTim2とするのは、エンジン22の回転数Neを大きくしたときの方が吸入空気量Qaの変化などが大きくなることに基づくものと考えられる。エンジン22を回転数Ne2として触媒暖機を行なうときに触媒暖機を行なう際のエンジン22を始動した直後にエンジン22の回転数Neを安定させるための空燃比制御のために空燃比AFをリーンとしたときおよびリッチとしたときのフィードバック終了の判定に要する時間としての空燃比制御判定時間Tafに対してはリーンおよびリッチのいずれに対してもエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの判定時間Taf1より短い判定時間Taf2とするのは、エンジン22の回転数Neを大きくすると吸入空気量Qaの積算値の増加の程度も大きくなることに基づくものと考えられる。エンジン22を回転数Ne2として触媒暖機を行なうときに触媒暖機を行なう際の点火時期の遅角量としての点火遅角θdに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの点火遅角θd1より大きな点火遅角θd2とするのは、エンジン22の回転数Neを大きくしたときの方が点火時期を遅くしてもエンジン22を安定して運転することができることや点火時期を遅くする方が三元触媒を迅速に暖機することができることに基づくものと考えられる。
上述したように、図5の触媒暖機要請ルーチンでは、触媒温度Tcが完了温度Tstop未満のときにステップS570〜S600の処理を行なわないため、触媒暖機が完了するまで回転数アップ要請フラグFupは変更されず、エンジン22の回転数Neも変更されない。このため、触媒暖機条件は触媒暖機が完了するまで変更されることはない。
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を通常の回転数Ne1で運転して触媒暖機を行なうときには、エンジン22を通常の回転数Ne1で運転したときに触媒暖機に適したエンジン22の運転条件(触媒暖機条件)、即ち、エンジン22を始動した直後の燃料増量補正時の補正量τupに対しては補正量τup1、エンジン22を始動した直後に開始した燃料増量補正を減衰させる燃料増量減衰タイミングTendに対してはタイミングTend1、エンジン22のクランキング時に吸気管負圧を形成するためにスロットルバルブ124を締め込む際の締め込み量θsに対しては締め込み量θs1、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに対してはスロットル開度θ1、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに反映させるためのタイミングとしてのスロットル反映タイミングTimに対してはタイミングTim1、触媒暖機を行なう際のエンジン22を始動した直後にエンジン22の回転数Neを安定させるための空燃比制御のために空燃比AFをリーンとしたときおよびリッチとしたときのフィードバック終了の判定に要する時間としての空燃比制御判定時間Tafに対しては判定時間Taf1、触媒暖機を行なう際の点火時期の遅角量としての点火遅角θdに対しては点火遅角θd1、の運転条件(触媒暖機条件)を用いて触媒暖機が完了するまで変更されることなく触媒暖機を行ない、エンジン22を通常の回転数Ne1より大きな回転数Ne2で運転して触媒暖機を行なうときには、エンジン22を回転数Ne2で運転したときに触媒暖機に適したエンジン22の運転条件(触媒暖機条件)、即ち、エンジン22を始動した直後の燃料増量補正時の補正量τupに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの補正量τup1より大きな補正量τup2、エンジン22を始動した直後に開始した燃料増量補正を減衰させる燃料増量減衰タイミングTendに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのタイミングTend1より早いタイミングTend2、エンジン22のクランキング時に吸気管負圧を形成するためにスロットルバルブ124を締め込む際の締め込み量θsに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの締め込み量θs1より大きな締め込み量θs2、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのスロットル開度θ1より大きなスロットル開度θ2、触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに反映させるためのタイミングとしてのスロットル反映タイミングTimに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときのタイミングTim1より早いタイミングTim2、触媒暖機を行なう際のエンジン22を始動した直後にエンジン22の回転数Neを安定させるための空燃比制御のために空燃比AFをリーンとしたときおよびリッチとしたときのフィードバック終了の判定に要する時間としての空燃比制御判定時間Tafに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの判定時間Taf1より短い判定時間Taf2、触媒暖機を行なう際の点火時期の遅角量としての点火遅角θdに対してはエンジン22が回転数Ne1で運転されるときの点火遅角θd1より大きな点火遅角θd2、の運転条件(触媒暖機条件)を用いて触媒暖機が完了するまで変更されることなく触媒暖機を行なうことにより、触媒暖機の最中に触媒暖機条件が変更されることによって適正に触媒暖機が行なわれなくなることを抑制することができると共に触媒暖機の最中に触媒暖機条件が変更されることによってエンジン22の運転状態が変化することによる違和感を運転者や乗員に与えるのを抑制することができる。もとより、触媒暖機を行なう際のエンジン22の回転数Neに応じてより適正に浄化触媒を暖機することができる。
また、実施例のハイブリッド自動車20によれば、走行モードとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときには、触媒暖機を完了する完了温度Tstopとして三元触媒が活性化する下限温度より若干高い温度である温度T22を設定して触媒暖機に適した運転状態でエンジン22を運転しながら要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行し、走行モードとして電動走行優先モードが設定されているときには、触媒暖機を完了する完了温度Tstopとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときの温度T22より高い温度T12を設定して触媒暖機に適した運転状態でエンジン22を運転しながら要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行することにより、走行モードに応じた触媒暖機を行ないながら走行することができる。即ち、走行モードとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときに完了温度Tstopとして三元触媒が活性化する下限温度より若干高い温度である温度T22を設定して触媒暖機を行なうことにより、過剰な触媒暖機を抑制することができると共にエミッションの悪化を抑制することができる。また、走行モードとして電動走行優先モードが設定されているときに完了温度Tstopとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときの温度T22より高い温度T12を設定して触媒暖機を行なうことにより、電動走行による触媒温度Tcが低下しても、次にエンジン22が始動されたときの触媒温度Tcを触媒が活性化する温度以上とすることができ、エミッションの悪化を抑制することができる。もとより、走行に要求されるトルク、即ち、駆動軸としてのリングギヤ軸32aに要求される要求トルクTr*を出力して走行することができる。
さらに、実施例のハイブリッド自動車20によれば、走行モードが電動走行優先モードであり、車速Vが閾値Vref以上であり、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲内であるときには、回転数アップ要請フラグFupに値1をセットしてエンジン22の回転数Neを大きくした触媒暖機に適したエンジン22の運転状態でエンジン22を運転しながら要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行するから、走行時の騒音や低温時の制御などを加味しながら走行モードが電動走行優先モードのときの触媒暖機を迅速に完了させることができる。しかも、触媒暖機要請フラグFcを値1に設定したときに回転数アップ要請フラグFupを設定すると、触媒暖機が完了するまでは回転数アップ要請フラグFupの値を変更しないので、触媒暖機が完了するまでエンジン22の回転数Neが変化することによる違和感を運転者や乗員に与えるのを防止することができる。
実施例のハイブリッド自動車20では、触媒暖機を行なうときのエンジン22の運転条件(触媒暖機条件)として、エンジン22を始動した直後の燃料増量補正時の補正量τup,エンジン22を始動した直後に開始した燃料増量補正を減衰させる燃料増量減衰タイミングTend,エンジン22のクランキング時に吸気管負圧を形成するためにスロットルバルブ124を締め込む際の締め込み量θs,触媒暖機を行なう際のスロットル開度θ,触媒暖機を行なう際のスロットル開度θに反映させるためのタイミングとしてのスロットル反映タイミングTim,触媒暖機を行なう際のエンジン22を始動した直後にエンジン22の回転数Neを安定させるための空燃比制御のために空燃比AFをリーンとしたときおよびリッチとしたときのフィードバック終了の判定に要する時間としての空燃比制御判定時間Taf,触媒暖機を行なう際の点火時期の遅角量としての点火遅角θdをエンジン22の回転数Neに応じて変更するものとしたが、これらの条件の一部だけをエンジン22の回転数Neに応じて変更するものとしてもよいし、これらの条件以外の条件、例えば、吸気バルブ128の開閉タイミングなどをエンジン22の回転数Neに応じて変更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、触媒暖機を行なうときには、走行モードとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときには、触媒暖機を完了する完了温度Tstopとして三元触媒が活性化する下限温度より若干高い温度である温度T22を設定するものとしたが、走行モードとしてハイブリッド走行優先モードが設定されているときには、触媒暖機を完了する完了温度Tstopとして三元触媒が活性化する下限温度を設定するものとしてもよく、触媒暖機を完了する完了温度Tstopとして三元触媒が活性化する下限温度より高い温度を設定するものとしてもよい。また、走行モードによっては触媒暖機を完了する完了温度Tstopを変更しないものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車20では、触媒暖機を行なうときには、走行モードが電動走行優先モードであり、車速Vが閾値Vref以上であり、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲内であるときに、回転数アップ要請フラグFupに値1をセットしてエンジン22の回転数Neを大きくした触媒暖機に適したエンジン22の運転状態でエンジン22を運転するものとしたが、走行モードがハイブリッド走行優先モードのときにも回転数アップ要請フラグFupに値1をセットしてエンジン22の回転数Neを大きくした触媒暖機に適したエンジン22の運転状態でエンジン22を運転するものとしてもよく、車速Vが閾値Vref未満のときにも回転数アップ要請フラグFupに値1をセットしてエンジン22の回転数Neを大きくした触媒暖機に適したエンジン22の運転状態でエンジン22を運転するものとしてもよく、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲外であるときにも回転数アップ要請フラグFupに値1をセットしてエンジン22の回転数Neを大きくした触媒暖機に適したエンジン22の運転状態でエンジン22を運転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、浄化装置134に温度センサ135cが取り付けられて触媒温度Tcを検出し、この検出した触媒温度Tcを用いて触媒暖機の開始の判定や完了の判定を行なうものとしたが、温度センサ135cを備えず、吸気温Taや冷却水温Tw,吸入空気量Qaの積算値に基づいて三元触媒の温度を推定し、この推定した温度を用いて触媒暖機の開始の判定や完了の判定を行なうものとしてもよい。
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により変速してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図12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の動力をリングギヤ軸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12における車輪64a,64b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に出力するものとしたが、図13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に出力すると共にモータMG2からの動力を減速ギヤ35を介してリングギヤ軸32aに出力するものとしたが、図14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63a,63b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15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63a,63bに接続された車軸に出力すると共にモータMGからの動力を駆動輪63a,63bが接続された車軸とは異なる車軸(図15における車輪64a,64bに接続された車軸)に出力するものとしてもよい。即ち、走行用の動力を出力するエンジンと走行用の動力を出力する電動機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。
実施例のハイブリッド自動車20では、商用電源からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ50を充電するためのDC/DCコンバータ56やAC/DCコンバータ58を備える、いわゆるプラグインハイブリッド車として構成したが、商用電源からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ50を充電するためのDC/DCコンバータ56やAC/DCコンバータ58を備えないハイブリッド車に適用するものとしてもよい。この場合、走行モードを残容量SOCにより設定するものだけでなく、電動走行優先モードとハイブリッド走行優先モードとを切り替えるスイッチを運転席近傍に設け、運転者によるスイッチの操作状態に応じて走行モードを設定するものとしてもよい。
また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両の形態としてもよい。また、ハイブリッド車の制御方法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、三元触媒を有する浄化装置134が排気系に取り付けられたエンジン22が「内燃機関」に相当し、モータMG2が「電動機に相当し、バッテリ50が「蓄電手段」に相当し、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された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*を設定すると共に設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものと損失としてのロスLossとの和として走行のために車両に要求される走行用パワーPdrv*とを設定する図4の駆動制御ルーチンのステップS110の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット70が「走行用パワー設定手段」に相当し、走行モードが電動走行優先モードであり、車速Vが閾値Vref以上であり、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲内であるときに、回転数アップ要請フラグFupに値1をセットする図5の触媒暖機要請ルーチンのS570〜S600の処理を実行するエンジンECU24が「回転数アップ要求設定手段」に相当し、回転数アップ要請フラグFupに値0が設定されたときには触媒暖機が完了するまでエンジン22を通常の回転数Ne1で運転して触媒暖機を行ないながら要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行するようエンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定し、回転数アップ要請フラグFupに値1が設定されたときには触媒暖機が完了するまでエンジン22を回転数Ne1より大きな回転数Ne2で運転して触媒暖機を行ないながら要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行するようエンジン22の目標回転数Ne*,目標トルクTe*,モータMG1,MG2のトルク指令Tm1*,Tm2*を設定する図4の駆動制御ルーチンを実行するハイブリッド用電子制御ユニット70と、回転数アップ要請フラグFupに値0が設定されてエンジン22を通常の回転数Ne1で運転して触媒暖機を行なうときにはエンジン22を通常の回転数Ne1で運転したときに触媒暖機に適したエンジン22の運転条件(触媒暖機条件)を設定し、回転数アップ要請フラグFupに値0が設定されてエンジン22を回転数Ne1より大きな回転数Ne2で運転して触媒暖機を行なうときにはエンジン22を回転数Ne2で運転したときに触媒暖機に適したエンジン22の運転条件(触媒暖機条件)を設定する図6の触媒暖機条件設定ルーチンを実行すると共に目標回転数Ne*と目標トルクTe*とに基づいてエンジン22を制御したり触媒暖機に適した設定した運転条件でエンジン22が運転されるようスロットル制御や燃料噴射制御,点火制御などを実行するエンジンECU24と、トルク指令Tm1*,Tm2*に基づいてモータMG1,MG2を制御するモータECU40とが「制御手段」に相当する。
ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、浄化触媒を有する浄化装置が排気に取り付けられたものであれば、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電動機」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、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ50に限定されるものではなく、キャパシタなど、電力動力入出力手段とや電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「走行用パワー設定手段」としては、アクセル開度Accと車速Vとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪63a,63bに連結された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*を設定すると共に設定した要求トルクTr*にリングギヤ軸32aの回転数Nrを乗じたものと損失としてのロスLossとの和として走行のために車両に要求される走行用パワーPdrv*とを設定するものに限定されるものではなく、アクセル開度Accだけに基づいて要求トルクを設定すると共にこの設定した要求トルクに基づいて走行用パワーを設定するものとしたり、走行経路が予め設定されているものにあっては走行経路における走行位置に基づいて要求トルクを設定すると共にこの設定した要求トルクに基づいて走行用パワーを設定するものとしたり、要求トルクを設定することなしに直接に走行用パワーを設定するものとしたりするなど、走行に要求される走行用パワーを設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「回転数アップ要求設定手段」としては、走行モードが電動走行優先モードであり、車速Vが閾値Vref以上であり、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲内であるときに、回転数アップ要請フラグFupに値1をセットするものに限定されるものではなく、走行モードがハイブリッド走行優先モードのときにも回転数アップ要請フラグFupに値1をセットするものとしたり、車速Vが閾値Vref未満のときにも回転数アップ要請フラグFupに値1をセットするものとしたり、冷却水温Twが閾値T1以上で閾値T2未満の範囲外であるときにも回転数アップ要請フラグFupに値1をセットするものとしたりするなど、浄化触媒の暖機を行なう際の内燃機関の回転数を大きくするための所定アップ条件が成立しているときに回転数アップ要求を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット70とエンジンECU24とモータECU40とからなる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などとしてもよい。また、「制御手段」としては、回転数アップ要請フラグFupに値0が設定されたときにはエンジン22を通常の回転数Ne1で運転したときに触媒暖機に適したエンジン22の運転条件(触媒暖機条件)を設定すると共に触媒暖機が完了するまで触媒暖機条件を変更することなくエンジン22を通常の回転数Ne1で運転して触媒暖機を行ないながら要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行するようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御し、回転数アップ要請フラグFupに値1が設定されたときにはエンジン22を回転数Ne2で運転したときに触媒暖機に適したエンジン22の運転条件(触媒暖機条件)を設定すると共に触媒暖機が完了するまで触媒暖機条件を変更することなくエンジン22を回転数Ne1より大きな回転数Ne2で運転して触媒暖機を行ないながら要求トルクTr*を駆動軸としてのリングギヤ軸32aに出力して走行するようエンジン22とモータMG1,MG2とを制御するものに限定されるものではなく、浄化触媒の暖機を行なう際、回転数アップ要求が設定されていないときには内燃機関を第1の回転数で運転したときに浄化触媒の暖機に適した第1の触媒暖機条件により浄化触媒の暖機が完了するまで第1の触媒暖機条件を継続して内燃機関が第1の回転数の暖機運転状態で運転されると共に走行用パワーにより走行するよう内燃機関と電動機とを制御し、回転数アップ要求が設定されているときには内燃機関を第1の回転数より大きな第2の回転数で運転したときに浄化触媒の暖機に適した第2の触媒暖機条件により浄化触媒の暖機が完了するまで第2の触媒暖機条件を継続して内燃機関が第2の回転数の暖機運転状態で運転されると共に走行用パワーにより走行するよう内燃機関と電動機とを制御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。