JP7172956B2

JP7172956B2 - 車両の制御装置

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Publication number: JP7172956B2
Application number: JP2019200937A
Authority: JP
Inventors: 重正廣岡; 真吾是永
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-11-05
Filing date: 2019-11-05
Publication date: 2022-11-16
Anticipated expiration: 2039-11-05
Also published as: US11532945B2; JP2021075085A; CN112780385B; US20210135483A1; DE102020126162B4; CN112780385A; DE102020126162A1

Description

本発明は車両の制御装置に関する。

特許文献１には、動力源として内燃機関及び回転電機（電動機）を備え、導電性基材に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置（ＥＨＣ；Electrical Heated Catalyst）を内燃機関の排気通路に設けたハイブリッド車両が開示されている。また特許文献１には、このハイブリッド車両の制御装置として、回転電機を駆動して車両を走行させているときに、バッテリ充電量が低下して内燃機関の始動が必要となった場合に、内燃機関の始動に先立って触媒装置を電気的に加熱することができるように構成されたものが開示されている。

特開平１０－２８８０２８号公報

しかしながら、経年劣化等によって導電性基材の抵抗値が増加すると、抵抗値が増加した分だけ導電性基材に流れる電流が低下して導電性基材に供給される電力が低下するため、触媒装置の暖機を完了させるまでに必要な時間、すなわち触媒装置を電気的に加熱している加熱時間が長くなる。触媒装置を電気的に加熱している期間においては、導電性基材に供給される電力の他にも、回転電機を駆動して車両を走行させるための走行用電力が必要となる。そのため、加熱時間が長くなると、加熱時間が長くなった分だけ触媒装置の暖機を完了させるまでに必要な走行用電力量が増加し、結果として触媒装置の暖機を完了させるまでに必要な電力量が増加する。

したがって、前述した従来の車両の制御装置のように、導電性基材の抵抗値を考慮せずに導電性基材に対しての通電を開始する閾値となるバッテリ充電量の値を設定してしまうと、内燃機関の始動に先立って触媒装置の加熱を開始しても、触媒装置の暖機が完了する前にバッテリ充電量が所定の充電量未満となって内燃機関を始動させなければならなくなるおそれがある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、回転電機を駆動して車両を走行させている場合に触媒装置を電気的に加熱して触媒装置の暖機を行うときに、触媒装置の暖機が完了する前にバッテリ充電量が所定の充電量未満となって内燃機関が始動されてしまうのを抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様による車両は、内燃機関と、内燃機関の排気通路に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置と、充放電可能なバッテリと、バッテリの電力によって駆動される回転電機と、を備える。また、この車両を制御するための制御装置は、バッテリの充電量が所定の第１充電量以上で車両の走行モードが少なくとも回転電機の出力を制御して車両を走行させるＥＶモードに設定されているときに、導電性基材の温度が所定温度未満で、かつバッテリの充電量が第１充電量よりも大きい第２充電量未満であれば、導電性基材に電力を供給して触媒装置を暖機する触媒暖機制御部を備える。そして触媒暖機制御部は、導電性基材の抵抗値が大きい場合には小さい場合と比較して第２充電量が大きくなるように、第２充電量を設定するように構成されている。

本発明のこの態様によれば、導電性基材の抵抗値が大きい場合には小さい場合と比較して暖機開始充電量（第２充電量）が大きくされるので、触媒装置の暖機が完了する前にバッテリ充電量が第１充電量まで低下してしまうのを抑制することができる。したがって、触媒装置の暖機が完了する前に内燃機関が始動されてしまうのを抑制することができる。

図１は、本発明の一実施形態による車両及び車両を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。図２は、バッテリ充電量と切替負荷との関係を示した図である。図３は、本発明の一実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。図４は、本発明の一実施形態による暖機開始充電量設定処理について説明するフローチャートである。図５は、本発明の一実施形態による触媒床温算出制御について説明するフローチャートである。図６は、ソーク時間に基づいて、触媒床温の外気温への収束率κを算出するためのマップである。図７は、本発明の一実施形態による触媒暖機制御の動作について説明するタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

図１は、本発明の第１実施形態による車両１００、及び車両１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。

本実施形態による車両１００は、内燃機関１０と、動力分割機構２０と、第１回転電機３０と、第２回転電機４０と、バッテリ５０と、昇圧コンバータ６０と、第１インバータ７０と、第２インバータ８０と、を備えるハイブリッド車両であり、内燃機関１０及び第２回転電機４０の一方又は双方の動力を、最終減速装置１を介して車輪駆動軸２に伝達することができるように構成される。

内燃機関１０は、機関本体１１に形成された各気筒１２内で燃料を燃焼させて、クランクシャフト（図示せず）に連結された出力軸１３を回転させるための動力を発生させる。各気筒１２から排気通路１４に排出された排気は、排気通路１４を流れて大気中に排出される。排気通路１４には、排気中の有害物質を浄化するための電気加熱式の触媒装置１５が設けられる。

電気加熱式の触媒装置１５は、導電性基材１５１と、一対の電極１５２と、電圧調整回路１５３と、電圧センサ１５４と、電流センサ１５５と、を備える。

導電性基材１５１は、例えば炭化ケイ素（ＳｉＣ）や二珪化モリブデン（ＭｏＳｉ_２）などの通電されることにより発熱する材料によって形成される。導電性基材１５１には、排気の流れ方向に沿って、断面形状が格子形状（又はハニカム形状）の複数の通路（以下「単位セル」という。）が形成されており、各単位セルの表面に触媒が担持されている。導電性基材１５１に担持させる触媒は特に限られるものではなく、種々の触媒の中から所望の排気浄化性能を得るために必要な触媒を適宜選択して導電性基材１５１に担持させることができる。

一対の電極１５２は、導電性基材１５１に電圧を印加するための部品である。一対の電極１５２は、それぞれ導電性基材１５１に電気的に接続されると共に、電圧調整回路１５３を介してバッテリ５０に接続される。一対の電極１５２を介して導電性基材１５１に電圧を印加することで、導電性基材１５１に電流が流れて導電性基材１５１が発熱し、導電性基材１５１に担持された触媒が加熱される。

一対の電極１５２によって導電性基材１５１に印加する電圧（以下「基材印加電圧」という。）Ｖ_ｈ［Ｖ］は、電子制御ユニット２００によって電圧調整回路１５３を制御することで調整可能であり、例えばバッテリ５０の電圧をそのまま印加することも、バッテリ５０の電圧を任意の電圧まで昇降圧させて印加することも可能である。このように本実施形態では、電子制御ユニット２００によって電圧調整回路１５３を制御することで、導電性基材１５１に供給する電力（以下「基材供給電力」という。）Ｐ_ｈ［ｋＷ］を任意の電力に制御することができるようになっている。

電圧センサ１５４は、基材印加電圧Ｖ_ｈを検出する。本実施形態では、基材印加電圧Ｖ_ｈが所定の定格電圧Ｖ_ｍａｘとなるように、電圧センサ１５４によって検出された基材印加電圧Ｖ_ｈに基づいて_、電圧調整回路１５３が制御される。

電流センサ１５５は、導電性基材１５１に電圧を印加したときに導電性基材１５１に流れる電流の値Ｉ_ｈ［Ａ］を検出する。本実施形態では、基材印加電圧Ｖ_ｈと、電流値Ｉ_ｈと、に基づいて、導電性基材１５１の抵抗値（以下「基材抵抗値」という。）Ｒ［Ω］を検出している。

動力分割機構２０は、内燃機関１０の動力を、車輪駆動軸２を回転させるための動力と、第１回転電機３０を回生駆動させるための動力と、の２系統に分割するための遊星歯車であって、サンギヤ２１と、リングギヤ２２と、ピニオンギヤ２３と、プラネタリキャリア２４と、を備える。

サンギヤ２１は外歯歯車であり、動力分割機構２０の中央に配置される。サンギヤ２１は、第１回転電機３０の回転軸３３と連結されている。

リングギヤ２２は内歯歯車であり、サンギヤ２１と同心円上となるように、サンギヤ２１の周囲に配置される。リングギヤ２２は、第２回転電機４０の回転軸３３と連結される。また、リングギヤ２２には、車輪駆動軸２に対して最終減速装置１を介してリングギヤ２２の回転を伝達するためのドライブギヤ３が一体化されて取り付けられている。

ピニオンギヤ２３は外歯歯車であり、サンギヤ２１及びリングギヤ２２と噛み合うように、サンギヤ２１とリングギヤ２２との間に複数個配置される。

プラネタリキャリア２４は、内燃機関１０の出力軸１３に連結されており、出力軸１３を中心にして回転する。またプラネタリキャリア２４は、プラネタリキャリア２４が回転したときに、各ピニオンギヤ２３が個々に回転（自転）しながらサンギヤ２１の周囲を回転（公転）することができるように、各ピニオンギヤ２３にも連結されている。

第１回転電機３０は、例えば三相の交流同期型のモータジュネレータであり、サンギヤ２１に連結された回転軸３３の外周に取り付けられて複数の永久磁石が外周部に埋設されたロータ３１と、回転磁界を発生させる励磁コイルが巻き付けられたステータ３２と、を備える。第１回転電機３０は、バッテリ５０からの電力供給を受けて力行駆動する電動機としての機能と、内燃機関１０の動力を受けて回生駆動する発電機としての機能と、を有する。

本実施形態では、第１回転電機３０は主に発電機として使用される。そして、内燃機関１０の始動時に出力軸１３を回転させてクランキングを行うときには電動機として使用され、スタータとしての役割を果たす。

第２回転電機４０は、例えば三相の交流同期型のモータジュネレータであり、リングギヤ２２に連結された回転軸４３の外周に取り付けられて複数の永久磁石が外周部に埋設されたロータ４１と、回転磁界を発生させる励磁コイルが巻き付けられたステータ４２と、を備える。第２回転電機４０は、バッテリ５０からの電力供給を受けて力行駆動する電動機としての機能と、車両の減速時などに車輪駆動軸２からの動力を受けて回生駆動する発電機としての機能と、を有する。

バッテリ５０は、例えばニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。本実施形態では、バッテリ５０として、定格電圧が２００Ｖ程度のリチウムイオン二次電池を使用している。バッテリ５０は、バッテリ５０の充電電力を第１回転電機３０及び第２回転電機４０に供給してそれらを力行駆動することができるように、また、第１回転電機３０及び第２回転電機４０の発電電力をバッテリ５０に充電できるように、昇圧コンバータ６０等を介して第１回転電機３０及び第２回転電機４０に電気的に接続される。

また、本実施形態によるバッテリ５０は、例えば家庭用コンセントなどの外部電源からの充電が可能なように、充電制御回路５１及び充電リッド５２を介して外部電源と電気的に接続可能に構成される。したがって本実施形態による車両１００は、いわゆるプラグインハイブリッド車両である。充電制御回路５１は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて、外部電源から供給される交流電流を直流電流に変換し、入力電圧をバッテリ電圧まで昇圧して外部電源の電力をバッテリ５０に充電することが可能な電気回路である。

昇圧コンバータ６０は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて一次側端子の端子間電圧を昇圧して二次側端子から出力し、逆に電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて二次側端子の端子間電圧を降圧して一次側端子から出力することが可能な電気回路を備える。昇圧コンバータ６０の一次側端子はバッテリ５０の出力端子に接続され、二次側端子は第１インバータ７０及び第２インバータ８０の直流側端子に接続される。

第１インバータ７０及び第２インバータ８０は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて直流側端子から入力された直流電流を交流電流（本実施形態では三相交流電流）に変換して交流側端子から出力し、逆に電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて交流側端子から入力された交流電流を直流電流に変換して直流側端子から出力することが可能な電気回路をそれぞれ備える。第１インバータ７０の直流側端子は昇圧コンバータ６０の二次側端子に接続され、第１インバータ７０の交流側端子は第１回転電機３０の入出力端子に接続される。第２インバータ８０の直流側端子は昇圧コンバータ６０の二次側端子に接続され、第２インバータ８０の交流側端子は第２回転電機４０の入出力端子に接続される。

電子制御ユニット２００は、双方向性バスによって相互に接続された中央演算装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）やランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等のメモリ、入力ポート、及び出力ポートを備えたマイクロコンピュータである。

電子制御ユニット２００には、前述した電圧センサ１５４や電流センサ１５５の他にも、バッテリ充電量ＳＯＣを検出するためのＳＯＣセンサ２１１や、アクセルペダル２２０の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１２、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１１のクランクシャフト（図示せず）が例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１３、車両１００の起動及び停止を判断するためのスタートスイッチ２１４、吸気温を検出するための吸気温センサ２１５、機関水温を検出するための水温センサ２１６などの各種センサからの出力信号が入力される。

電子制御ユニット２００は、入力された各種センサの出力信号等に基づいて、各制御部品を駆動して車両１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する本実施形態による車両１００の制御について説明する。

電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量ＳＯＣに基づいて、走行モードをＥＶ（Electric Vehicle）モード、又はＣＳ（Charge Sustaining；充電維持）モードのいずれか一方に切り替えて車両１００を走行させる。具体的には、電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量が所定のモード切替充電量ＳＯＣ１（例えば満充電量の１０％）以上であれば、車両１００の走行モードをＥＶモードに設定する。

ＥＶモードは、バッテリ５０の充電電力を優先的に利用して第２回転電機４０を力行駆動させ、少なくとも第２回転電機４０の動力を車輪駆動軸２に伝達して車両１００を走行させるモードである。

電子制御ユニット２００は、走行モードがＥＶモードのときは、内燃機関１０を停止させた状態でバッテリ５０の充電電力を使用して第２回転電機４０を力行駆動させ、第２回転電機４０の動力のみにより車輪駆動軸２を回転させて、車両１００を走行させる。すなわち電子制御ユニット２００は、走行モードがＥＶモードのときは、内燃機関１０を停止させた状態で、走行負荷に応じた要求出力となるように、走行負荷に基づいて第２回転電機４０の出力を制御して車両１００を走行させる。

一方で電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１未満のときは、車両１００の走行モードをＣＳ（Charge Sustaining；充電維持）モードに設定する。

ＣＳモードは、バッテリ充電量ＳＯＣがＣＳモードに切り替えられたときのバッテリ充電量（以下「維持充電量」）に維持されるように、車両１００を走行させるモードである。

電子制御ユニット２００は、走行モードがＣＳモードのときは、走行モードをさらにＣＳＥＶモード、又はＣＳＨＶモードのいずれか一方に切り替えて、車両１００を走行させる。具体的には電子制御ユニット２００は、走行モードがＣＳモードのときは、走行負荷が切替負荷未満であれば走行モードをＣＳＥＶモードに設定し、走行負荷が切替負荷以上であれば走行モードをＣＳＨＶモードに設定する。そして電子制御ユニット２００は、図２に示すように、バッテリ充電量ＳＯＣが少ないときほど切替負荷が小さくなるように、バッテリ充電量ＳＯＣに応じて切替負荷を変化させる。

ＣＳＥＶモードは、前述したＥＶモードと同様に、バッテリ５０の充電電力を優先的に利用して第２回転電機４０を力行駆動させ、少なくとも第２回転電機４０の動力を車輪駆動軸２に伝達して車両１００を走行させるモードである。すなわち、内燃機関１０を停止させた状態でバッテリ５０の充電電力を使用して第２回転電機４０を力行駆動させ、第２回転電機４０の動力のみにより車輪駆動軸２を回転させて、車両１００を走行させるモードである。

ＣＳＨＶモードは、内燃機関１０を運転させると共に第１回転電機３０の発電電力を優先的に利用して第２回転電機４０を力行駆動させ、内燃機関１０及び第２回転電機４０の双方の動力を車輪駆動軸２に伝達して車両１００を走行させるモードである。電子制御ユニット２００は、走行モードがＣＳＨＶモードのときは、内燃機関１０の動力を動力分割機構２０によって２系統に分割し、分割した内燃機関１０の一方の動力を車輪駆動軸２に伝達すると共に、他方の動力によって第１回転電機３０を回生駆動させる。そして、基本的に第１回転電機３０の発電電力によって第２回転電機４０を力行駆動し、内燃機関１０の一方の動力に加えて第２回転電機４０の動力を車輪駆動軸２に伝達して車両１００を走行させる。

このように電子制御ユニット２００は、走行モードがＣＳモードのときは、走行負荷に応じた要求出力となるように、バッテリ充電量ＳＯＣと走行負荷とに基づいて内燃機関１０及び第２回転電機４０の出力を制御して車両１００を走行させる。バッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１のときの切替負荷は低いため、車両走行中にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１まで低下して走行モードがＥＶモードからＣＳモードに切り替わったときには、基本的に内燃機関１０が始動されることになる。したがってＣＳモードは、基本的に内燃機関１０を運転させることを前提として、内燃機関１０の熱効率が悪い条件下においては第２回転電機４０の出力のみで車両１００の走行させることができるようにした走行モードということもできる。

なお電子制御ユニット２００は、走行モードがＣＳモードの場合に、車両１００の停車時においてバッテリ充電量が維持充電量未満になっているときは、バッテリ充電量が維持充電量以上となるように、内燃機関１０の動力によって第１回転電機３０を回生駆動し、第１回転電機３０の発電電力によってバッテリ５０を充電させる。

ここで前述したように、ＣＳモードは基本的に内燃機関１０を運転させることを前提とした走行モードであり、走行モードがＥＶモードからＣＳモードに切り替わった後は、基本的に内燃機関１０が始動されることになる。そしてＥＶモードからＣＳモードへの切り替わりは、バッテリ充電量ＳＯＣに依存する。ＥＶモードからＣＳモードに切り替わって内燃機関１０が始動されると、機関本体１１の各気筒１２から排気通路１４に排出された排気が、排気通路１４を流れて大気中に排出されることになる。

排気中の有害物質は、触媒装置１５の暖機が完了している場合、すなわち導電性基材１５１の温度（以下「触媒床温」という。）ＴＥＨＣ［℃］が、導電性基材１５１に担持させた触媒の排気浄化機能が活性化する所定の活性化温度ＴＥＨＣ２（例えば４５０［℃］）以上となっている場合には、触媒装置１５で浄化することができる。

一方で、内燃機関１０の始動直後など、触媒装置１５の暖機が完了する前においては、触媒床温ＴＥＨＣが活性化温度ＴＥＨＣ２よりも低い所定の活性開始温度ＴＥＨＣ１（例えば３００［℃］）以上になると導電性基材１５１に担持させた触媒の排気浄化機能が機能し始めるものの、排気中の有害物質を触媒装置１５で十分に浄化することができないので、排気エミッションが悪化することになる。したがって、機関始動後の排気エミッションの悪化を抑制するには、ＥＶモード中に導電性基材１５１に対する通電を開始して触媒装置１５の暖機を開始し、ＣＳモードに切り替わる前に触媒装置１５の暖機を完了させておくことが望ましい。

そこで例えば、ＥＶモード中にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１よりも大きい暖機開始充電量ＳＯＣ２まで低下したら、導電性基材１５１に対する通電を開始して触媒装置１５を暖機し、バッテリ充電量ＳＯＣが暖機開始充電量ＳＯＣ２からモード切替充電量ＳＯＣ１に低下するまでの間に、すなわちＥＶモードからＣＳモードに切り替わるまでの間のＥＶモード中に、触媒装置１５の暖機を完了させることが考えられる。

しかしながら、暖機開始充電量ＳＯＣ２を適切な値に設定しないと、触媒装置１５の暖機が完了する前にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１まで低下してしまうおそれがある。そうすると、触媒装置１５の暖機が完了する前に内燃機関１０が始動されるおそれがあり、結果として内燃機関１０の始動後の排気エミッションが悪化するおそれがある。またこの場合には、触媒装置１５の暖機を早期に完了させるために、例えば点火時期を遅角させるなどして、排気温度を通常よりも高温にする制御を実施して内燃機関１０を運転させることが望ましいが、点火時期を遅角させている間は、燃焼エネルギのうち出力エネルギとして利用されずに放出される熱エネルギの割合が増大するため、熱効率の悪化を招き、結果として燃費が悪化することになる。

また、これとは逆に、触媒装置１５の暖機が完了してからバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１に低下するまでの時間が長くなりすぎるおそれがある。

触媒装置１５の暖機が完了した後、仮にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１に低下するまで、導電性基材１５１に電力を供給して導電性基材１５１を加熱し続けると、電力を無駄に消費することになり、ＥＶモードで走行可能な距離（以下「ＥＶ走行距離」という。）が短くなってしまう。また、導電性基材１５１が過剰に加熱されてしまって、例えば導電性基材１５１の劣化を促進させてしまうおそれもある。

また、仮に触媒装置１５の暖機が完了した時点で走行モードをＣＳモードに切り替えると、バッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１以下になる前に走行モードがＣＳモードに切り替えられることになるので、ＥＶ走行距離が短くなってしまう。また、仮に触媒装置１５の暖機が完了した時点で導電性基材１５１に対する通電を停止したとすると、バッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１以下になるまでの間に導電性基材１５１の温度が低下することになるため、内燃機関１０の始動後の排気エミッションが悪化するおそれがある。

ここで、触媒床温ＴＥＨＣを、或る初期温度ＴＥＨＣ０から活性化温度ＴＥＨＣ２まで昇温させるために必要な熱量Ｑ［Ｊ］、すなわち電力量（以下「基材加熱用電力量」という。）Ｗ_ｈ［Ｗｓ］は、導電性基材１５１の熱容量をＣとすると、下記の（１）式によって表すことができる。

また、本実施形態のように基材印加電圧Ｖ_ｈを一定の定格電圧Ｖ_ｍａｘに制御して導電性基材１５１の加熱を行っている場合の基材供給電力Ｐ_ｈは、基材抵抗値Ｒを用いて下記の（２）式によって表すことができる。

したがって、本実施形態のように基材印加電圧Ｖ_ｈを一定の定格電圧Ｖ_ｍａｘに制御して導電性基材１５１の加熱を行った場合に、触媒床温ＴＥＨＣを初期温度ＴＥＨＣ０から活性化温度ＴＥＨＣ２まで昇温させるために必要な加熱時間ｔ_ｈ［ｓ］は、下記の（３）式によって表すことができる。

そして、ＥＶモード中に導電性基材１５１に対する通電を開始して触媒装置１５を暖機する場合には、導電性基材１５１を加熱するために導電性基材１５１に供給する基材供給電力Ｐ_ｈの他にも、第２回転電機４０を力行駆動するための電力やエアコン等の各種の補機類を駆動するための電力、すなわち車両１００を走行させるための走行用電力Ｐ_ｐが必要になる。

したがって、加熱時間ｔ_ｈだけ車両１００をＥＶモードで走行させるために必要な走行用電力量をＷ_ｐとすると、暖機開始充電量ＳＯＣ２を、例えば下記の（４）式に従って設定し、ＥＶモード中にバッテリ充電量ＳＯＣが暖機開始充電量ＳＯＣ２まで低下したときに導電性基材１５１に対する通電を開始して触媒装置１５の暖機を開始すれば、バッテリ充電量ＳＯＣが暖機開始充電量ＳＯＣ２からモード切替充電量ＳＯＣ１に低下するまでのＥＶモード中に、適切に触媒装置１５の暖機を完了させることができるとも考えられる。なお、走行用電力量Ｗ_ｐは、例えば、車両１００をＥＶモードで走行させる際に使用される平均的な単位時間当たりの電力量Ｗ_ａｖを予め実験等によって求めておけば、下記の（５）式に基づいて算出することができる。

しかしながら、導電性基材１５１には、経年劣化等によって微細な亀裂（マイクロクラック）が生じることがあり、その結果、基材抵抗値Ｒが、製品出荷時等における初期抵抗値Ｒ０から上昇することがある。そうすると、上記の（２）式、及び（３）式から明らかなように、基材抵抗値Ｒが初期抵抗値Ｒ０から上昇した分だけ基材供給電力Ｐ_ｈが減少し、その結果、基材抵抗値Ｒが初期抵抗値Ｒ０から上昇した分だけ加熱時間ｔ_ｈが長くなる。より具体的には、基材抵抗値Ｒが初期抵抗値Ｒ０であった場合の加熱時間を標準加熱時間ｔ_ｈ０とし、基材抵抗値ＲがＲ１まで増加した場合の加熱時間をｔ_ｈ１とし、抵抗増加率をｒ（＝Ｒ１／Ｒ０）とすると、下記の（６）式の通り、加熱時間ｔ_ｈ１は、標準加熱時間ｔ_ｈ０のｒ倍だけ長くなる。

そして、加熱時間ｔ_ｈが長くなると、上記の（４）式、及び（５）式から明らかなように、加熱時間ｔ_ｈが長くなった分だけ走行用電力量Ｗ_ｐが増加し、その結果、暖機開始充電量ＳＯＣ２も大きくなる。すなわち、基材抵抗値Ｒが増加すると、触媒装置１５の暖機を完了させるまでに必要な電力量が増加する。

このように、導電性基材１５１に対しての通電を開始する閾値となる暖機開始充電量ＳＯＣ２の適切な値は、基材抵抗値Ｒに応じて変化し、基材抵抗値Ｒが大きい場合には小さい場合と比較して暖機開始充電量ＳＯＣ２を大きくしなければ、触媒装置１５の暖機が完了する前にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１まで低下してしまうおそれがある。そこで本実施形態では、基材抵抗値Ｒに応じて暖機開始充電量ＳＯＣ２を設定した上で、触媒装置１５の暖機を実施することとした、以下、この本実施形態による触媒暖機制御について説明する。

図３は、本実施形態による触媒暖機制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、触媒暖機開始フラグＦ１が０に設定されているか否かを判定する。触媒暖機開始フラグＦ１は、触媒装置１５の暖機を開始したときに１に設定されるフラグであって、初期値は０に設定される。電子制御ユニット２００は、触媒暖機開始フラグＦ１が０であれば、ステップＳ２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、触媒暖機開始フラグＦ１が１であれば、ステップＳ７の処理に進む。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、基材抵抗値Ｒに応じた暖機開始充電量ＳＯＣ２を設定するための暖機開始充電量設定処理を実施する。暖機開始充電量設定処理の詳細については、図４を参照して説明する。

ステップＳ２１において、電子制御ユニット２００は、導電性基材１５１に対する通電を実施して触媒装置１５の暖機を前回実施したときに検出されてメモリに記憶された基材抵抗値Ｒを、基材抵抗前回値Ｒ１として読み込む。また電子制御ユニット２００は、予めメモリに記憶された初期抵抗値Ｒ０を読み込む。なお本実施形態では、予め実験等によって求めた製品出荷時における代表的な基材抵抗値Ｒを初期抵抗値Ｒ０としているが、導電性基材１５１の初回通電時に検出された基材抵抗値Ｒを初期抵抗値Ｒ０としてもよいし、初回から複数回に亘って検出された各基材抵抗値Ｒの平均値を初期抵抗値Ｒ０としてもよい。

ステップＳ２２において、電子制御ユニット２００は、基材抵抗前回値Ｒ１と、初期抵抗値Ｒ０と、に基づいて、抵抗増加率ｒ（＝Ｒ１／Ｒ０）を算出する。

ステップＳ２３において、電子制御ユニット２００は、本ルーチンとは別途に実施している触媒床温算出制御によって随時算出している現在の触媒床温ＴＥＨＣの推定値を、初期温度ＴＥＨＣ０として読み込み、前述した（１）式に基づいて、基材加熱用電力量Ｗ_ｈを算出する。なお、触媒床温算出制御については、図５を参照して後述する。

ステップＳ２４において、電子制御ユニット２００は、前述した（３）式に基づいて、基材抵抗値Ｒが初期抵抗値Ｒ０であった場合の加熱時間、すなわち標準加熱時間ｔ_ｈ０を算出する。

ステップＳ２５において、電子制御ユニット２００は、標準加熱時間ｔ_ｈ０を前述した（５）式に代入して、基材抵抗値Ｒが初期抵抗値Ｒ０であった場合の走行用電力量Ｗ_ｐを算出する。

ステップＳ２６において、電子制御ユニット２００は、下記の（７）式に従って、抵抗増加率ｒに基づいて、ステップＳ２５で算出した走行用電力量Ｗ_ｐを補正する。

ステップＳ２７において、電制御ユニット２００は、前述した（４）式にステップＳ２３で算出した基材加熱用電力量Ｗ_ｈと、ステップＳ２６で補正した走行用電力量Ｗ_ｐと、モード切替充電量ＳＯＣ１と、を代入して、暖機開始充電量ＳＯＣ２を算出する。このように、基材抵抗値Ｒが増加した場合に触媒装置１５の暖機を完了させるまでに必要な電力量が大きくなる直接的な原因となる走行用電力量Ｗ_ｐを、抵抗増加率ｒに応じて増大補正することで、暖機開始充電量ＳＯＣ２を適切な値に設定することができる。

図３に戻り、ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量ＳＯＣが、暖機開始充電量ＳＯＣ２未満であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量ＳＯＣが暖機開始充電量ＳＯＣ２未満であれば、ステップＳ４の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量ＳＯＣが暖機開始充電量ＳＯＣ２以上であれば、今回の処理を終了する。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、ステップＳ２３で読み込まれた現在の触媒床温ＴＥＨＣ、すなわち初期温度ＴＥＨＣ０が、活性開始温度ＴＥＨＣ１未満であるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、初期温度ＴＥＨＣ０が活性開始温度ＴＥＨＣ１未満であれば、ステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、初期温度ＴＥＨＣ０が活性開始温度ＴＥＨＣ１以上であれば、触媒の排気浄化機能が機能し始めているため、今回の処理を終了する。なお本実施形態では、本ステップにおいて初期温度ＴＥＨＣ０が活性開始温度ＴＥＨＣ１未満か否かを判定してステップＳ５の処理に進むか、又は今回の処理を終了するようにしているが、初期温度ＴＥＨＣ０が活性化温度ＴＥＨＣ２未満か否かを判定してステップＳ５の処理に進むか、又は今回の処理を終了するようにしてもよい。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、導電性基材１５１に対する通電を開始して触媒装置１５を暖機する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、基材印加電圧Ｖ_ｈが定格電圧Ｖ_ｍａｘとなるように電圧調整回路１５３を制御して、触媒装置１５の暖機を開始する。このとき電子制御ユニット２００は、併せて、電圧センサ１５４によって検出された基材印加電圧Ｖ_ｈ（＝Ｖ_ｍａｘ）と、電流センサ１５５によって検出された基材電流値Ｉ_ｈと、に基づいて基材抵抗値Ｒを算出し、当該基材抵抗値Ｒをメモリに記憶する。このメモリに記憶された基材抵抗値Ｒは、次に触媒装置１５の暖機を実施する際の暖機開始充電量設定処理中に、前述したステップＳ２１で基材抵抗前回値Ｒ１として読み込まれる。

ステップＳ６において、電子制御ユニット２００は、触媒暖機開始フラグＦ１を１に設定する。

ステップＳ７において、電子制御ユニット２００は、触媒床温ＴＥＨＣが活性化温度ＴＥＨＣ２以上になったか否かを判定する。本実施形態では電子制御ユニット２００は、触媒装置１５の暖機を開始してからの基材供給電力Ｐ_ｈの積算値、すなわち導電性基材１５１に供給された電力量が、基材加熱用電力量Ｗ_ｈ以上になっていれば、触媒床温ＴＥＨＣが活性化温度ＴＥＨＣ２以上になったと判定し、ステップＳ８の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、触媒床温ＴＥＨＣが活性化温度ＴＥＨＣ２未満であれば、今回の処理を終了する。

ステップＳ８において、電子制御ユニット２００は、導電性基材１５１に対する通電を停止して、触媒装置１５の暖機を終了する。

ステップＳ９において、電子制御ユニット２００は、触媒暖機開始フラグＦ１を０に戻す。

図５は、触媒床温算出制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを所定の演算周期（例えば１０［ｍｓ］）で繰り返し実行する。

ステップＳ１０１において、電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２を読み込み、機関運転フラグＦ２が０に設定されているか否かを判定する。機関運転フラグＦ２は、本ルーチンとは別途に設定されるフラグであって、内燃機関１０を始動させたときに１に設定され、内燃機関１０を停止させたときに０に戻されるフラグであり、初期値は０に設定される。電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２が０であれば、ステップＳ１０２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２が１であれば、ステップＳ１０６の処理に進む。

ステップＳ１０２において、電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２の前回値が１であったか否か、すなわち機関停止直後であるか（機関停止後の最初の処理であるか）否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２の前回値が１、すなわち機関停止直後であれば、ステップＳ１０３の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２の前回値が１、すなわち機関停止中であれば、ステップＳ１０５の処理に進む。

ステップＳ１０３において、電子制御ユニット２００は、現在メモリに記憶されている触媒床温ＴＥＨＣ（後述するステップＳ１１１で機関運転中に推定されてメモリに記憶された触媒床温ＴＥＨＣ）を、機関停止時における触媒床温ＴＥＨＣ_ｏｆｆとして記憶する。

ステップＳ１０４において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１０が停止されてから始動されるまでの時間（以下「ソーク時間」という。）を計測するソークタイマを起動し、ソーク時間の計測を開始する。

ステップＳ１０５において、電子制御ユニット２００は、ソークタイマによるソーク時間の計測を継続する。

ステップＳ１０６において、電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２の前回値が０であったか否か、すなわち機関始動直後であるか（機関始動後の最初の処理であるか）否かを判定する。電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２の前回値が０、すなわち機関始動直後であれば、ステップＳ１０７の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、機関運転フラグＦ２の前回値が１、すなわち機関運転中であれば、ステップＳ１１０の処理に進む。

ステップＳ１０７において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって設定された図６に示すマップを参照し、ソーク時間に基づいて、触媒床温ＴＥＨＣの外気温への収束率κを算出する。図６に示すように、収束率κは０から１までの値を取り、収束率κが１のときは、触媒床温ＴＥＨＣが外気温と同じ温度まで収束していることを示している。

ステップＳ１０８において、電子制御ユニット２００は、例えば下記の（８）式に、機関停止時における触媒床温ＴＥＨＣ_ｏｆｆと、吸気温（≒外気温）ＴＩＮとを代入して、現在の触媒床温（すなわち機関始動時における触媒床温）ＴＥＨＣを算出すると共に、当該触媒床温ＴＥＨＣをメモリに記憶する。

ステップＳ１０９において、電子制御ユニット２００は、ソーク時間を０に戻してソークタイマを停止する。

ステップＳ１１０において、電子制御ユニット２００は、機関運転中の触媒床温ＴＥＨＣを推定するための各種の推定用パラメータの検出値を読み込み、推定パラメータの検出値に基づいて、単位時間（演算周期）当たりの触媒床温ＴＥＨＣの温度変化量ΔＴＥＨＣを算出する。機関運転中の触媒床温ＴＥＨＣは、排気熱の影響を受けて変化するため、例えば機関回転速度や機関負荷、機関水温、吸気量、吸気温などの、排気の熱エネルギ量に影響を与えるパラメータから一以上のパラメータを適宜選択して推定用パラメータとすることができる。

ステップＳ１１１において、電子制御ユニット２００は、温度変化量ΔＴＥＨＣを、メモリに記憶されている触媒床温ＴＥＨＣに加算して触媒床温ＴＥＨＣを更新すると共に、更新した触媒床温ＴＥＨＣをメモリに記憶する。

図７は、本実施形態による触媒暖機制御の動作について説明するタイムチャートである。なお、図７において、実線は、本実施形態による触媒暖機制御を実施した場合の各パラメータの動作を示す。破線は、本実施形態による触媒暖機制御を実施しなかった場合、すなわち基材抵抗値Ｒに応じて暖機開始充電量ＳＯＣ２を設定しなかった場合の各パラメータの動作を示す。

図７に実線で示すように、本実施形態による触媒暖機制御を実施した場合には、時刻ｔ１で、バッテリ充電量ＳＯＣが基材抵抗値Ｒに応じて設定された暖機開始充電量ＳＯＣ２になると、導電性基材１５１に対する通電が開始される。そのため、バッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１に低下する時刻ｔ３までの間に、触媒床温ＴＥＨＣを活性化温度ＴＥＨＣ２まで昇温させて、触媒装置１５の暖機を完了させることができ、触媒装置１５の暖機を完了させてから内燃機関１０を始動させることができる。

これに対して、図７に破線で示すように、本実施形態による触媒暖機制御を実施しなかった場合には、導電性基材１５１に対する通電を開始する時刻が時刻ｔ２まで遅れることになる。その結果、バッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１に低下する時刻ｔ４までの間に、触媒床温ＴＥＨＣを活性化温度ＴＥＨＣ２まで昇温させることができず、触媒装置１５の暖機が完了する前の時刻ｔ４で内燃機関１０を始動させなければならなくなる。

以上説明した本実施形態による車両１００は、内燃機関１０と、内燃機関１０の排気通路１４に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材１５１に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置１５と、充放電可能なバッテリ５０と、バッテリ５０の電力によって駆動される第２回転電機４０（回転電機）と、を備える。この車両１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）は、バッテリ充電量ＳＯＣが所定のモード切替充電量ＳＯＣ１（第１充電量）以上で車両１００の走行モードが少なくとも第２回転電機４０の出力を制御して車両１００を走行させるＥＶモードに設定されているときに、導電性基材１５１の温度が活性開始温度ＴＥＨＣ１（所定温度）未満で、かつバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１よりも大きい暖機開始充電量ＳＯＣ２（第２充電量）未満であれば、導電性基材１５１に電力を供給して触媒装置１５を暖機する触媒暖機制御部を備える。

そして触媒暖機制御部は、基材抵抗値Ｒ（導電性基材１５１の抵抗値）が大きい場合には小さい場合と比較して暖機開始充電量ＳＯＣ２が大きくなるように、暖機開始充電量ＳＯＣ２を設定するように構成されている。

前述した通り、経年劣化等によって基材抵抗値Ｒが増加した場合は、増加する前と比較して基材供給電力Ｐ_ｈが減少して触媒装置１５の加熱時間ｔ_ｈが長くなり、その結果、加熱中に必要な走行用電力量Ｗ_ｐが増加するため、触媒装置１５の暖機を完了させるまでに必要な電力量が増加する。したがって、導電性基材１５１に対しての通電を開始する閾値となる暖機開始充電量ＳＯＣ２を基材抵抗値Ｒが増加する前と同様の値に設定してしまうと、触媒装置１５の暖機が完了する前にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１まで低下してしまうおそれがある。

これに対して、本実施形態のように、基材抵抗値Ｒが大きい場合には小さい場合と比較して暖機開始充電量ＳＯＣ２を大きくすることで、触媒装置１５の暖機が完了する前にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１まで低下してしまうのを抑制することができる。したがって、触媒装置１５の暖機が完了する前に内燃機関１０が始動されてしまうのを抑制することができるので、内燃機関１０の始動後の排気エミッションの悪化を抑制できる。また、内燃機関１０の始動後に、排気温度を通常よりも高温にするための制御を実施する必要もなくなるので、燃費の悪化を抑制することもできる。

また、本実施形態による触媒暖機制御は、具体的には、基材抵抗値Ｒが所定の初期抵抗値Ｒ０（標準抵抗値）よりも大きくなるほど、暖機開始充電量ＳＯＣ２を、基材抵抗値Ｒが初期抵抗値Ｒ０であるときに設定される暖機開始充電量ＳＯＣ２よりも大きくするように構成されている。

これにより、経年劣化等によって基材抵抗値Ｒの初期抵抗値Ｒ０から増加したときに、その増加量に応じて適切に暖機開始充電量ＳＯＣ２を設定することができる。

また、本実施形態による触媒暖機制御部は、より具体的には、触媒装置１５の暖機中に第２回転電機４０を駆動して車両１００を走行させるために使用される電力量の推定値である走行用電力量Ｗ_ｐ（第１電力量）を、初期抵抗値Ｒ０からの基材抵抗値Ｒの抵抗増加率ｒに基づいて増大補正し、モード切替充電量ＳＯＣ１と、増大補正した走行用電力量Ｗ_ｐと、触媒装置１５の暖機中に導電性基材１５１を加熱するために使用される電力量の推定値である基材加熱用電力量Ｗ_ｈ（第２電力量）と、に基づいて、暖機開始充電量ＳＯＣ２を設定するように構成されている。

これにより、基材抵抗値Ｒが増加した場合に触媒装置１５の暖機を完了させるまでに必要な電力量が大きくなる直接的な原因となる走行用電力量Ｗ_ｐを、抵抗増加率ｒに応じて増大補正することができるので、暖機開始充電量ＳＯＣ２を適切な値に設定することができる。そのため、触媒装置１５の暖機が完了する前にバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１まで低下するのを抑制すると共に、暖機開始充電量ＳＯＣ２が過剰に大きい値に設定されてしまうのを抑制して、触媒装置１５の暖機が完了してからバッテリ充電量ＳＯＣがモード切替充電量ＳＯＣ１に低下するまでの時間が長くなってしまうのを抑制できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の実施形態では、基材加熱用電力量Ｗ_ｈと走行用電力量Ｗ_ｐとを算出し、抵抗増加率ｒに基づいて走行用電力量Ｗ_ｐを増大補正して暖機開始充電量ＳＯＣ２を算出するようにしていが、例えば暖機開始充電量ＳＯＣ２を予め設定された固定値としていた場合には、抵抗増加率ｒに基づいて暖機開始充電量ＳＯＣ２を増大補正するようにしてもよい。

また上記の各実施形態では、触媒床温算出制御によって触媒床温ＴＥＨＣを推定していたが、これに限らず、例えば導電性基材１５１の近傍に配置した温度センサによって検出された温度を、触媒床温ＴＥＨＣとして採用するようにしてもよい。

１０内燃機関
１５触媒装置
１５１導電性基材
４０第２回転電機（回転電機）
５０バッテリ
１００車両
２００電子制御ユニット（制御装置）

Claims

内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置と、
充放電可能なバッテリと、
前記バッテリの電力によって駆動される回転電機と、
を備える車両を制御するための車両の制御装置であって、
前記バッテリの充電量が所定の第１充電量以上で前記車両の走行モードが少なくとも前記回転電機の出力を制御して前記車両を走行させるＥＶモードに設定されているときに、前記導電性基材の温度が所定温度未満で、かつ前記バッテリの充電量が前記第１充電量よりも大きい第２充電量未満であれば、前記導電性基材に電力を供給して前記触媒装置を暖機する触媒暖機制御部を備え、
前記触媒暖機制御部は、
前記触媒装置の暖機中に前記回転電機を駆動して前記車両を走行させるために使用される電力量の推定値である第１電力量を、所定の標準抵抗値からの前記導電性基材の抵抗値の増加率に基づいて増大補正し、
前記第１充電量と、増大補正した前記第１電力量と、前記触媒装置の暖機中に前記導電性基材を加熱するために使用される電力量の推定値である第２電力量と、に基づいて、前記導電性基材の抵抗値が大きい場合には小さい場合と比較して前記第２充電量が大きくなるように、前記第２充電量を設定する、
車両の制御装置。
内燃機関と、
前記内燃機関の排気通路に設けられ、通電されることによって発熱する導電性基材に触媒を担持させた電気加熱式の触媒装置と、
充放電可能なバッテリと、
前記バッテリの電力によって駆動される回転電機と、
を備える車両を制御するための車両の制御装置であって、
前記バッテリの充電量が所定の第１充電量以上で前記車両の走行モードが少なくとも前記回転電機の出力を制御して前記車両を走行させるＥＶモードに設定されているときに、前記導電性基材の温度が所定温度未満で、かつ前記バッテリの充電量が前記第１充電量よりも大きい第２充電量未満であれば、前記導電性基材に電力を供給して前記触媒装置を暖機する触媒暖機制御部を備え、
前記触媒暖機制御部は、
所定の標準抵抗値からの前記導電性基材の抵抗値の増加率に基づいて、予め設定された前記第２充電量を増大補正して前記第２充電量を設定する、
車両の制御装置。