JP7215323B2

JP7215323B2 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP7215323B2
Application number: JP2019093654A
Authority: JP
Inventors: 大吾安藤; 武志元古; 亮鈴木; 正直井戸側
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2019-05-17
Filing date: 2019-05-17
Publication date: 2023-01-31
Anticipated expiration: 2039-05-17
Also published as: CN112031898A; JP2020185965A; CN112031898B

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

特許文献１には、車両の動力源として内燃機関及びモータジェネレータが設けられているハイブリッド車両の一例が記載されている。このハイブリッド車両において、内燃機関の排気通路には、排気を浄化する機能を有する触媒が設けられている。当該触媒の温度が活性化温度領域の下限未満である場合、触媒は排気の浄化性能を発揮することができない。そのため、ハイブリッド車両では、車両走行中であっても触媒の温度が活性化温度領域の下限未満であるとの判定がなされているときには、触媒暖機が要求される。そして、触媒暖機が要求されているときには、触媒の温度を上昇させる触媒暖機処理が実行される。

特開２０１２－７１７３９号公報

触媒暖機処理が実行されている場合、触媒の温度が活性化温度領域の下限未満であるため、触媒は排気の浄化性能を発揮することができない。すなわち、触媒が未活性の状態である場合、排気に含まれる炭化水素を当該触媒で酸化させることがほとんどできない。したがって、触媒暖機処理の実行に伴うエミッションの悪化を抑制するという点で改善の余地がある。

上記課題を解決するためのハイブリッド車両の制御装置は、車両の動力源として内燃機関及びモータジェネレータを備えるとともに、排気を浄化する機能を有する触媒が内燃機関の排気通路に設けられているハイブリッド車両に適用される。この制御装置は、内燃機関を制御する機関制御部を備えている。機関制御部は、触媒の温度である触媒温度が判定温度未満であるときには、空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比とし、且つ触媒温度を上昇させる触媒暖機処理と、触媒暖機処理の実行によって触媒温度が判定温度以上になった以降では、空燃比を調整することによって触媒の酸素吸蔵量を減少させる酸素吸蔵量減少処理と、を実行する。

空燃比がリーン側の値であるほど、気筒内に供給された燃料のうち、燃焼に供しない燃料の量、すなわち未燃燃料の量が少ない。よって、気筒から排気通路に排出された排気における炭化水素の濃度は、空燃比がリーン側の値であるほど少なくなる。そこで、上記構成によれば、触媒温度が判定温度未満であるときには、触媒が未だ活性化していないと判断することができるため、触媒暖機処理が実行される。触媒暖機処理では、空燃比が理論空燃比よりもリーン側となるように当該空燃比が制御される。これにより、触媒が未活性の状態であるために触媒暖機処理が実行されている場合にあっては、空燃比を理論空燃比とするような空燃比制御が行われる場合と比較し、排気通路を流れる排気に含まれる炭化水素の量を少なくすることができる。したがって、触媒暖機処理の実行に伴うエミッションの悪化を抑制することができる。

上記のように空燃比が理論空燃比よりもリーン側の値である状態を維持し続けると、触媒の酸素吸蔵量が過剰になってしまう。酸素吸蔵量が過剰である場合、触媒が活性化していても、排気の浄化性能を触媒に十分に発揮させることができない。この点、上記構成によれば、触媒暖機処理の実行によって触媒温度が判定温度以上になると、触媒が活性化したと判断することができるため、触媒暖機処理が終了されて酸素吸蔵量減少処理が実行される。酸素吸蔵量減少処理の実行を通じて空燃比を調整することにより、触媒の酸素吸蔵量を減少させることができる。

触媒の酸素吸蔵量が多すぎたり、酸素吸蔵量が少なすぎたりすると、触媒が活性状態になっても排気の浄化機能を触媒に十分に発揮させることができない。すなわち、触媒が活性化している場合にあっては、酸素吸蔵量を過不足がない状態にすることにより、触媒によって排気を適切に浄化させることができる。そのため、ハイブリッド車両の制御装置の一態様において、機関制御部は、触媒の酸素吸蔵量が終了判定値未満であることを条件に酸素吸蔵量減少処理を終了する。

なお、トリップが終了すると、車外から排気通路に空気が流入するため、触媒の酸素吸蔵量が多くなる。すなわち、ソーク時間が長いほど、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量が多くなる。ただし、触媒が吸蔵できる酸素量には上限がある。触媒における酸素吸蔵量の最大値は、触媒の諸元などから把握することができる。

そこで、ハイブリッド車両の前回のトリップの終了時点から次回のトリップの開始時点までの時間であるソーク時間が判定時間以上であるときには、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量を、触媒における酸素吸蔵量の最大値と等しいものとすることが好ましい。

上記構成によれば、ソーク時間が判定時間以上であるときには、前回のトリップの終了時点からの経過時間が長いと判断できるため、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量として、触媒における酸素吸蔵量の最大値が設定される。そのため、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量を、前回のトリップの終了時点での酸素吸蔵量と等しいと見なす場合と比較し、次回のトリップ中において、機関制御部で把握する酸素吸蔵量と実際の酸素吸蔵量との乖離を小さくすることができる。すなわち、機関制御部での酸素吸蔵量の推定精度の低下を抑制することができる。その結果、酸素吸蔵量減少処理の実行によって、触媒の酸素吸蔵量を適量にすることができる。

一方、上記ソーク時間が判定時間未満であるときには、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量を、前回のトリップの終了時点での酸素吸蔵量が多いほど多くし、ソーク時間が長いほど多くすることが好ましい。

上記構成によれば、ソーク時間が判定時間未満であるときには、ソーク時間がそれほど長くないと判断できる。そのため、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量として、前回のトリップの終了時点での酸素吸蔵量と、ソーク時間とに応じた値が設定される。すなわち、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量は、前回のトリップの終了時点での酸素吸蔵量が多いほど多い。次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量は、ソーク時間が長いほど多い。これにより、トリップ中における酸素吸蔵量の推移を適切に把握することができる。その結果、酸素吸蔵量減少処理の実行によって、触媒の酸素吸蔵量を適量にすることができる。

上記ハイブリッド車両の制御装置の一態様において、機関制御部は、触媒暖機処理において、バルブタイミング調整装置、ＥＧＲ装置、高圧燃料ポンプ及び低圧燃料ポンプのうちの少なくとも１つの制御量として、前記触媒温度が前記判定温度以上であるときと異なる値を設定する。この場合、機関制御部は、触媒温度が判定温度未満である状況下で内燃機関に対する出力の要求値である要求機関出力が判定機関出力未満であるときに、触媒暖機処理を実行する。一方、機関制御部は、触媒暖機処理の実行中に要求機関出力が判定機関出力以上になったときには、触媒暖機処理を中断し、且つ上記制御量を触媒暖機処理の実行中の値で保持する中断処理を実行する。

触媒暖機処理が実行されることによって、バルブタイミング調整装置、ＥＧＲ装置、高圧燃料ポンプ及び低圧燃料ポンプのうちの少なくとも１つの制御量として、触媒暖機処理の非実行時とは異なる値が設定される。触媒暖機処理の実行中では、触媒温度を上昇させることはできるものの、内燃機関の出力を大きくしにくい。そのため、触媒暖機処理の実行中であっても要求機関出力が判定機関出力以上になると、内燃機関の出力が要求機関出力と乖離することを抑制するために触媒暖機処理が中断されることがある。このように触媒暖機処理が中断されると、上記制御量が触媒暖機処理の非実行時用の値に変更されることがある。

ハイブリッド車両では、モータジェネレータの駆動によって車両走行を行わせることができる。そのため、要求機関出力が判定機関出力以上になったために触媒暖機処理が中断された場合であっても、要求機関出力が判定機関出力未満になると、触媒暖機処理を直ぐに再開させることができる。すなわち、ハイブリッド車両では、触媒暖機処理の中断と再開とが繰り返されることがある。そして、触媒暖機処理を中断する度に上記制御量を触媒暖機処理の非実行時用の値に戻していた場合、触媒暖機処理を再開させる度に上記制御量を触媒暖機処理の実行時用の値に設定し直す必要がある。その結果、触媒暖機処理を再開させる条件が成立してから触媒暖機処理が実際に再開されるまでに要する時間がかかってしまう。

上記構成によれば、触媒暖機処理の実行中に要求機関出力が判定機関出力以上になると、中断処理の実行によって、触媒暖機処理が中断され、且つ、上記制御量が触媒暖機処理の実行中の値で保持される。そのため、その後に要求機関出力が判定機関出力未満になって触媒暖機処理の再開条件が成立すると、当該制御量を変更しなくてもよい分、触媒暖機処理を早期に再開させることができる。すなわち、触媒暖機処理の再開条件が成立してから触媒暖機処理が実際に再開されるまでに要する時間を短縮することができる。

気筒内から排気通路に排出された排気の熱を触媒が受容することによって触媒温度が上昇する。そのため、触媒暖機処理の実行中において機関回転速度が低すぎる場合、排気通路を流れる排気の量が少ないため、触媒温度が上昇しにくい。そこで、機関制御部は、触媒暖機処理の実行中では、機関回転速度が暖機時下限速度を下回らないように当該機関回転速度を制御することが好ましい。

上記構成によれば、触媒暖機処理の実行中に機関回転速度が低くなりすぎることを抑制できる。すなわち、排気通路を流れる排気の量が少なくなりすぎることが抑制される。そのため、触媒暖機処理の実行によって触媒温度が判定温度に達するまでに要する時間が長くなりにくくなる。

上記ハイブリッド車両の制御装置の一態様において、機関制御部は、暖房要求があるときには、暖房要求がないときよりも機関回転速度を高くする暖房処理を実行する。触媒温度が判定温度未満である状況下で暖房要求があることがある。このとき、暖房処理を実行すると、機関回転速度が増大されるため、触媒が未活性の状態であるにも拘わらず、排気通路を流れる排気の量が多くなってしまう。その結果、触媒暖機処理中におけるエミッションの悪化が懸念される。そこで、機関制御部は、触媒暖機処理の実行条件が成立している状況下で暖房要求があったときには、暖房処理よりも触媒暖機処理を優先して実行するとともに、機関回転速度の上昇を抑制することが好ましい。

上記構成によれば、暖房要求がある場合であっても、触媒暖機処理の実行中に機関回転速度の上昇が抑制される。これにより、触媒が未活性であるときに排気通路を流れる排気の量の増大が抑制される。そのため、触媒暖機処理中におけるエミッションの悪化を抑制することができる。

実施形態のハイブリッド車両の制御装置を備えるハイブリッド車両の概略を示す構成図。同ハイブリッド車両に搭載される内燃機関の概略を示す構成図。同制御装置によって実行される処理ルーチンを説明するフローチャート。

以下、ハイブリッド車両の制御装置の一実施形態を図１～図３に従って説明する。
図１には、本実施形態の制御装置１００が適用されるハイブリッド車両の概略構成が図示されている。ハイブリッド車両は、車両の動力源の１つである内燃機関１０と、内燃機関１０のクランク軸１４に接続されている動力配分統合機構４０と、動力配分統合機構４０に接続されている第１モータジェネレータ７１とを備えている。動力配分統合機構４０には、リダクションギア５０を介して第２モータジェネレータ７２が連結されるとともに、減速機構６０及びディファレンシャル６１を介して駆動輪６２が連結されている。

動力配分統合機構４０は、遊星歯車機構のことであり、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。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。キャリア４４には、クランク軸１４が連結されている。リングギア４２にはリングギア軸４５が接続されており、このリングギア軸４５にリダクションギア５０及び減速機構６０の双方が連結されている。

内燃機関１０の出力トルクがキャリア４４に入力されると、当該出力トルクが、サンギア４１側とリングギア４２側とに分配される。すなわち、第１モータジェネレータ７１に内燃機関１０の出力トルクを入力させることにより、第１モータジェネレータ７１に発電させることができる。

一方、第１モータジェネレータ７１を電動機として機能させた場合、第１モータジェネレータ７１の出力トルクがサンギア４１に入力される。すると、サンギア４１に入力された第１モータジェネレータ７１の出力トルクが、キャリア４４側とリングギア４２側とに分配される。そして、第１モータジェネレータ７１の出力トルクがキャリア４４を介してクランク軸１４に入力されることにより、クランク軸１４を回転させることができる。

リダクションギア５０は、遊星歯車機構であり、第２モータジェネレータ７２が連結されている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。リングギア５２にリングギア軸４５が接続されている。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、車両を減速させる際には、第２モータジェネレータ７２を発電機として機能させることにより、第２モータジェネレータ７２の発電量に応じた回生制動力を車両に発生させることができる。また、第２モータジェネレータ７２を電動機として機能させた場合、第２モータジェネレータ７２の出力トルクが、リダクションギア５０、リングギア軸４５、減速機構６０及びディファレンシャル６１を介して駆動輪６２に入力される。これにより、駆動輪６２を回転させることができる。すなわち、第２モータジェネレータ７２もまた車両の動力源として機能させることができる。

第１モータジェネレータ７１は、第１インバータ７５を介してバッテリ７７と電力の授受を行う。第２モータジェネレータ７２は、第２インバータ７６を介してバッテリ７７と電力の授受を行う。

図２に示すように、内燃機関１０の気筒１１内には、往復動するピストン１２が設けられている。ピストン１２は、コネクティングロッド１３を介してクランク軸１４に連結されている。内燃機関１０の吸気通路１５には、気筒１１内への吸入空気量を調整すべく回転するスロットルバルブ１６が設けられている。そして、吸気バルブ１７が開弁しているときに、吸気通路１５を介して吸入空気が気筒１１内に導入される。なお、吸気バルブ１７の開弁タイミングであるバルブタイミングは、バルブタイミング調整装置１７Ａによって調整することができる。

内燃機関１０には、吸気通路１５におけるスロットルバルブ１６よりも下流の部分に燃料を噴射するポート噴射弁１８と、気筒１１内に直接燃料を噴射する筒内噴射弁１９とが設けられている。そして、気筒１１内では、点火装置２０の火花放電によって、吸気通路１５を介して導入された吸入空気と、ポート噴射弁１８及び筒内噴射弁１９の少なくとも一方の噴射弁から噴射された燃料とを含む混合気が燃焼される。混合気の燃焼によって気筒１１内で生じた排気は、排気バルブ２１が開弁しているときに排気通路２２に排出される。排気通路２２には、排気を浄化する機能を有する触媒の一例である三元触媒２３が設けられている。

内燃機関１０は、排気通路２２を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路１５に還流させるＥＧＲ装置２５を備えている。ＥＧＲ装置２５は、排気通路２２における三元触媒２３よりも下流の部分と、吸気通路１５におけるスロットルバルブ１６よりも下流の部分とを繋ぐＥＧＲ通路２６と、ＥＧＲ通路２６に設けられているＥＧＲバルブ２７とを有している。ＥＧＲバルブ２７が閉弁しているときには、ＥＧＲガスが吸気通路１５に還流されない。一方、ＥＧＲバルブ２７が開弁しているときには、ＥＧＲバルブ２７の開度が大きいほど、多くの量のＥＧＲガスが吸気通路１５に還流される。

内燃機関１０の燃料供給装置３０は、燃料タンク３１と、燃料タンク３１に貯留されている燃料を汲み取って吐出する電動式の低圧燃料ポンプ３２と、低圧燃料ポンプ３２から吐出された燃料が流通する低圧燃料通路３３とを備えている。低圧燃料通路３３には、ポート噴射弁１８に供給する燃料が一時的に貯留されるポート用デリバリパイプ３４が接続されている。

また、燃料供給装置３０は、低圧燃料通路３３の燃料をさらに加圧する高圧燃料ポンプ３５と、高圧燃料ポンプ３５から吐出された高圧の燃料を一時的に貯留する筒内用デリバリパイプ３６とが設けられている。筒内用デリバリパイプ３６には、筒内噴射弁１９が接続されている。

次に、図１及び図２を参照し、制御装置１００について説明する。
制御装置１００には、各種のセンサ２０１～２０６からの検出信号が入力される。センサとしては、触媒温度センサ２０１、第１燃圧センサ２０２、第２燃圧センサ２０３、クランク角センサ２０４、エアフローメータ２０５及び空燃比センサ２０６を挙げることができる。

触媒温度センサ２０１は、三元触媒２３の温度である触媒温度ＴＭＰＣを検出し、触媒温度ＴＭＰＣに応じた検出信号を出力する。第１燃圧センサ２０２は、ポート用デリバリパイプ３４内の燃料圧力である第１燃圧ＰＤＰを検出し、第１燃圧ＰＤＰに応じた検出信号を出力する。第２燃圧センサ２０３は、筒内用デリバリパイプ３６内の燃料圧力である第２燃圧ＰＤＤを検出し、第２燃圧ＰＤＤに応じた検出信号を出力する。クランク角センサ２０４は、クランク軸１４の回転速度である機関回転速度ＮＥに応じた信号を検出信号として出力する。エアフローメータ２０５は、吸気通路１５を流れる吸入空気の量である吸入空気量ＧＡを検出し、吸入空気量ＧＡに応じた検出信号を出力する。空燃比センサ２０６は、空燃比ＡＦを検出し、空燃比ＡＦに応じた検出信号を出力する。

図１に示すように、制御装置１００は、モータ制御部１１０と、機関制御部１２０とを備えている。
モータ制御部１１０は、第１インバータ７５を制御することによって第１モータジェネレータ７１を駆動させる。また、モータ制御部１１０は、第２インバータ７６を制御することによって第２モータジェネレータ７２を駆動させる。

機関制御部１２０は、内燃機関１０を制御する。すなわち、機関制御部１２０は、内燃機関１０を構成する各種のアクチュエータを制御する。アクチュエータとしては、スロットルバルブ１６、バルブタイミング調整装置１７Ａ、ポート噴射弁１８、筒内噴射弁１９、点火装置２０、ＥＧＲ装置２５、低圧燃料ポンプ３２及び高圧燃料ポンプ３５を挙げることができる。

機関制御部１２０は、触媒暖機処理、中断処理、酸素吸蔵量減少処理、吸蔵量推定処理及び暖房処理を実行する。
触媒暖機処理は、触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ未満であるときに、触媒温度ＴＭＰＣを上昇させることによって三元触媒２３を活性化させる処理である。触媒温度ＴＭＰＣが三元触媒２３の活性化温度領域の下限未満である場合、三元触媒２３は未活性状態である。すなわち、三元触媒２３は、排気の浄化機能を発揮することができない。そのため、判定温度ＴＭＰＣＴｈとして、活性化温度領域の下限、又は、当該下限よりも僅かに高い温度が設定されている。なお、触媒暖機処理の具体的な内容については後述する。

中断処理は、触媒暖機処理の実行中において触媒暖機処理の中断条件が成立した際に実行される処理である。中断条件及び中断処理の具体的な内容については後述する。
酸素吸蔵量減少処理は、触媒暖機処理の実行によって触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ以上になった場合に実行される処理である。酸素吸蔵量減少処理は、三元触媒２３の酸素吸蔵量ＯＳＡが終了判定値ＯＳＡＴｈ未満になるまで実行される。酸素吸蔵量減少処理の具体的な内容については後述する。

吸蔵量推定処理は、三元触媒２３の酸素吸蔵量ＯＳＡを推定演算する処理である。すなわち、機関運転中では、所定時間毎に酸素吸蔵量ＯＳＡが導出される。具体的には、所定時間内での酸素吸蔵量ＯＳＡの変化量が導出され、当該変化量と酸素吸蔵量ＯＳＡの前回値との和が酸素吸蔵量ＯＳＡの最新値として導出される。例えば、空燃比ＡＦが理論空燃比よりもリッチ側の値である場合、所定時間内での酸素吸蔵量ＯＳＡの変化量は負となる。この際、空燃比ＡＦと理論空燃比との差分が大きいほど所定時間内での酸素吸蔵量ＯＳＡの変化量の絶対値が大きくなる。一方、空燃比ＡＦが理論空燃比よりもリーン側の値である場合、所定時間内での酸素吸蔵量ＯＳＡの変化量は正となる。この際、空燃比ＡＦと理論空燃比との差分が大きい所定時間内での酸素吸蔵量ＯＳＡの変化量が大きくなる。

一方、車両のトリップ中において機関運転が停止されているときには、酸素吸蔵量ＯＳＡは、機関運転の終了時点の値で保持される。なお、トリップとは、車両の起動スイッチが乗員によってオンとされてからオフとされるまでの期間のことである。

前回のトリップが終了してから次回のトリップが開始されるまでの間では、機関運転が停止しており、外部から排気通路２２に流入した空気に含まれる酸素が三元触媒２３に取り込まれる。こうした際に三元触媒２３に取り込まれる酸素の量は、前回のトリップの終了時点から次回のトリップの開始時点までの時間であるソーク時間ＴＭＳＫが長いほど多い。そこで、ソーク時間ＴＭＳＫが判定時間ＴＭＳＫＴｈ以上である場合、酸素吸蔵量ＯＳＡが三元触媒２３で吸蔵できる酸素量の最大値に達していると見なす。そのため、ソーク時間ＴＭＳＫが判定時間ＴＭＳＫＴｈ以上である場合、次回のトリップの開始時点の酸素吸蔵量ＯＳＡとして、三元触媒２３における酸素吸蔵量の最大値が設定される。

一方、ソーク時間ＴＭＳＫが判定時間ＴＭＳＫＴｈ未満である場合、前回のトリップの終了時点の酸素吸蔵量ＯＳＡと、ソーク時間ＴＭＳＫとに応じた値が次回のトリップの開始時点の酸素吸蔵量ＯＳＡとして導出される。そのため、次回のトリップの開始時点の酸素吸蔵量ＯＳＡは、前回のトリップの終了時点の酸素吸蔵量ＯＳＡが多いほど多くなる。また、次回のトリップの開始時点の酸素吸蔵量ＯＳＡは、ソーク時間ＴＭＳＫが長いほど多くなる。

暖房処理は、暖房要求があるときに実行される処理である。暖房処理では、暖房要求がないときよりも機関回転速度ＮＥが増大される。
次に、図３を参照し、機関運転が行われている場合に機関制御部１２０が実行する処理ルーチンについて説明する。なお、本処理ルーチンは、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

本処理ルーチンにおいて、ステップＳ１１では、暖房要求があるか否かが確認される。続いて、ステップＳ１２において、触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ以上であるか否かの判定が行われる。触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ未満である場合、三元触媒２３が未だ活性化されていない。そのため、触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ未満である場合（Ｓ１２：ＮＯ）、処理が次のステップＳ１３に移行される。

ステップＳ１３において、内燃機関１０に対する出力の要求値である要求機関出力ＰＥＱが判定機関出力ＰＥＱＴｈ未満であるか否かの判定が行われる。触媒暖機処理が実行されている場合、内燃機関１０の出力を大きくしにくい。そのため、要求機関出力ＰＥＱが大きいときには、触媒暖機処理が実行されていると、内燃機関１０の出力を要求機関出力ＰＥＱまで増大させることができないおそれがある。そこで、触媒暖機処理を実行させるか否かを要求機関出力ＰＥＱから判断するための値として、判定機関出力ＰＥＱＴｈが設定されている。

ステップＳ１３において、要求機関出力ＰＥＱが判定機関出力ＰＥＱＴｈ未満である場合（ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ１４に移行される。ステップＳ１４において、触媒暖機処理が実行される。すなわち、触媒暖機処理の実行条件が成立しているときには、暖房要求があったとしても触媒暖機処理が暖房処理よりも優先して実行される。そして、本処理ルーチンが一旦終了される。

触媒暖機処理について説明する。触媒暖機処理では、点火時期が触媒暖機処理の非実行時よりも遅角される。また、燃料噴射タイミングもまた触媒暖機処理の非実行時から変更される。さらに、バルブタイミング調整装置１７Ａ、ＥＧＲ装置２５、低圧燃料ポンプ３２及び高圧燃料ポンプ３５の制御量として、触媒暖機処理の非実行時とは異なる値が設定される。これにより、気筒１１内から排気通路２２に排出される排気の温度が高くなるとともに、気筒１１内から排気通路２２に排出される排気の性状の向上が図られる。

バルブタイミング調整装置１７Ａの制御量は、吸気バルブ１７及び排気バルブ２１のバルブオーバラップ量が多くなるように変更される。バルブオーバラップ量が増大されると、内部ＥＧＲ量が増大される。すると、気筒１１内では内部ＥＧＲガスの熱による燃料の霧化が促進されるため、燃料を含む混合気の不完全燃焼が抑制される。その結果、気筒１１内での粒子状物質の発生量が減少する。

ＥＧＲ装置２５の制御量とは、ＥＧＲバルブ２７の開度を調整するための制御量である。ＥＧＲ装置２５の制御量は、ＥＧＲ通路２６を通じて吸気通路１５に還流するＥＧＲの量である外部ＥＧＲ量が多くなるように変更される。外部ＥＧＲ量が増大されると、気筒１１内の温度も高くなり、気筒１１内では燃料の霧化が促進されるため、燃料を含む混合気の不完全燃焼が抑制される。その結果、気筒１１内での粒子状物質の発生量が減少する。

低圧燃料ポンプ３２の制御量とは、ポート用デリバリパイプ３４内の第１燃圧ＰＤＰを調整するための値である。例えば、低圧燃料ポンプ３２の制御量は、第１燃圧ＰＤＰの目標値である。この場合、低圧燃料ポンプ３２の制御量が変更されると、目標値が変わることとなるため、第１燃圧ＰＤＰもまた変更される。高圧燃料ポンプ３５の制御量とは、筒内用デリバリパイプ３６内の第２燃圧ＰＤＤを調整するための値である。例えば、高圧燃料ポンプ３５の制御量は、第２燃圧ＰＤＤの目標値である。この場合、高圧燃料ポンプ３５の制御量が変更されると、目標値が変わることとなるため、第２燃圧ＰＤＤもまた変更される。上述したように三元触媒２３を暖機させる際には、燃料噴射タイミングなどの噴射弁制御が変更される。つまり、第１燃圧ＰＤＰ及び第２燃圧ＰＤＤが三元触媒２３の暖機中の噴射弁制御に適した値となるように、低圧燃料ポンプ３２の制御量及び高圧燃料ポンプ３５の制御量が変更される。

また、本実施形態で実行される触媒暖機処理では、空燃比ＡＦの目標である目標空燃比ＡＦＴｒとして、理論空燃比よりもリーン側の空燃比が設定される。１回の燃焼サイクルで気筒１１に供給される燃料量は、当該目標空燃比ＡＦＴｒと吸入空気量ＧＡとに応じた量となる。そのため、気筒１１内の空燃比ＡＦは、理論空燃比よりもリーン側の値となる。

ちなみに、触媒暖機処理の実行中において機関回転速度ＮＥが高すぎると、排気通路２２を流れる排気の量が多くなりすぎる。触媒暖機処理が実行されているということは、三元触媒２３が未だ活性化していないことを意味する。三元触媒２３が活性化していない場合、三元触媒２３によって排気がほとんど浄化されない。よって、触媒暖機処理の実行中において機関回転速度ＮＥが高すぎると、車両のエミッションが悪化してしまう。一方、機関回転速度ＮＥが低すぎると、排気通路２２を流れる排気の量が少なすぎて三元触媒２３を昇温させにくくなってしまう。そのため、触媒暖機処理の実行中では、機関回転速度ＮＥが所定の速度範囲に収まるように機関回転速度ＮＥが調整される。すなわち、所定の速度範囲の下限を暖機時下限速度とし、所定の速度範囲の上限を暖機時上限速度とした場合、機関回転速度ＮＥが暖機時下限速度を下回らないように、且つ、機関回転速度ＮＥが暖機時上限速度を上回らないように、機関回転速度ＮＥが調整される。

ここで、三元触媒２３の暖機が必要なときに暖房要求がなされることもある。上述したように暖房要求がなされて暖房処理が実行されると、機関回転速度ＮＥが増大される。しかし、このように暖房処理が実行されてしまうと、機関回転速度ＮＥが上記の所定の速度範囲の上限よりも高くなるおそれがある。

そのため、本実施形態では、触媒暖機処理の実行条件が成立している状況下で暖房要求があったときには、暖房処理よりも優先して触媒暖機処理が実行される。これにより、暖房要求に起因する機関回転速度ＮＥの上昇が抑制される。

図３に戻り、ステップＳ１３において、要求機関出力ＰＥＱが判定機関出力ＰＥＱＴｈ以上である場合（ＮＯ）、処理が次のステップＳ１５に移行される。ステップＳ１５において、中断処理が実行される。中断処理が実行されると、触媒暖機処理が中断される。さらに、触媒暖機処理の実行によって制御量が変更された各種のアクチュエータのうち、バルブタイミング調整装置１７Ａ、ＥＧＲ装置２５、低圧燃料ポンプ３２及び高圧燃料ポンプ３５の制御量は、触媒暖機処理の実行時の値で保持される。これらのアクチュエータの制御量を保持した場合、燃費は悪化する可能性はあるものの、他のアクチュエータの駆動によって内燃機関１０の出力を増大させることができる。すなわち、制御量の変更に対する背反が燃費のみとなるアクチュエータの制御量は、触媒暖機処理が中断されても変更されない。一方、それ以外の他のアクチュエータの制御量は、触媒暖機処理の中断に伴って変更される。ここでいう他のアクチュエータは、点火装置２０及び各噴射弁１８，１９である。そして、中断処理が実行されると、本処理ルーチンが一旦終了される。

なお、暖房要求があるときに中断処理が実行されることもある。この場合、本実施形態では、触媒暖機処理が中断されても機関回転速度ＮＥは保持される。これは、触媒暖機処理の中断と再開が繰り返されるような場合にあっては触媒暖機処理の中断期間は短いと予測されるためである。

その一方で、ステップＳ１２において、触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ以上である場合（ＹＥＳ）、三元触媒２３が活性化したと判断できるため、処理が次のステップＳ１６に移行される。すなわち、触媒暖機処理が終了される。すると、内燃機関１０の各種のアクチュエータの制御量が、触媒暖機処理の非実行時用の値に変更される。つまり、中断処理の実行によって制御量が変更されなかったアクチュエータ、すなわちバルブタイミング調整装置１７Ａ、ＥＧＲ装置２５、低圧燃料ポンプ３２及び高圧燃料ポンプ３５の制御量も触媒暖機処理の非実行時用の値に変更される。

ステップＳ１６において、吸蔵量推定処理で導出した三元触媒２３の酸素吸蔵量ＯＳＡが終了判定値ＯＳＡＴｈ以上であるか否かの判定が行われる。酸素吸蔵量ＯＳＡが過剰であると、三元触媒２３が活性化しても、排気の浄化性能を十分に発揮することができないおそれがある。そこで、酸素吸蔵量ＯＳＡが多すぎるか否かの判断基準として、終了判定値ＯＳＡＴｈが設定されている。

ステップＳ１６において、酸素吸蔵量ＯＳＡが終了判定値ＯＳＡＴｈ以上である場合（ＹＥＳ）、酸素吸蔵量ＯＳＡが過剰であると判断できるため、処理が次のステップＳ１７に移行される。ステップＳ１７において、酸素吸蔵量減少処理が実行される。すなわち、触媒暖機処理の実行によって酸素吸蔵量ＯＳＡが終了判定値ＯＳＡＴｈ以上であった場合、触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ以上になって触媒暖機処理が終了された以降で、酸素吸蔵量減少処理が実行される。酸素吸蔵量減少処理では、空燃比ＡＦを調整することにより、酸素吸蔵量ＯＳＡが減少される。すなわち、目標空燃比ＡＦＴｒとして理論空燃比よりもリッチ側の空燃比を設定した状態で、燃料噴射制御が実施される。これにより、空燃比ＡＦを理論空燃比よりもリッチ側の値とすることができる。すると、気筒１１内から排気通路２２に排出された排気に含まれる未燃燃料、すなわち炭化水素の量が増える。そして、こうした炭化水素は、三元触媒２３によって酸化される。すなわち、酸素吸蔵量ＯＳＡを減少させることができる。そして、酸素吸蔵量減少処理が実行されると、処理が次のステップＳ１８に移行される。

一方、ステップＳ１６において、酸素吸蔵量ＯＳＡが終了判定値ＯＳＡＴｈ未満である場合（ＮＯ）、酸素吸蔵量ＯＳＡが過剰である状態が解消されたため、ステップＳ１７の処理を実行することなく、処理がステップＳ１８に移行される。すなわち、酸素吸蔵量減少処理は、酸素吸蔵量ＯＳＡが終了判定値ＯＳＡＴｈ未満であることを条件に終了される。

ステップＳ１８において、暖房要求があるか否かの判定が行われる。暖房要求がない場合（Ｓ１８：ＮＯ）、本処理ルーチンが一旦終了される。一方、暖房要求がある場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、処理が次のステップＳ１９に移行される。ステップＳ１９において、暖房処理が実行される。そして、本処理ルーチンが一旦終了される。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ未満である場合、三元触媒２３が未活性であるため、触媒暖機処理が実行される。これにより、触媒温度ＴＭＰＣを判定温度ＴＭＰＣＴｈ以上とすることができる。本実施形態において触媒暖機処理中では、空燃比ＡＦが理論空燃比よりもリーン側の値となるように空燃比制御が行われる。そのため、空燃比ＡＦが理論空燃比となるように空燃比制御が行われる場合と比較し、気筒１１内から排気通路２２に排出される排気に含まれる炭化水素の量を少なくすることができる。その結果、触媒暖機処理の実行に伴うエミッションの悪化を抑制することができる。

（２）空燃比ＡＦが理論空燃比よりもリーン側の値である状態を維持し続けると、三元触媒２３の酸素吸蔵量ＯＳＡが過剰になってしまう。酸素吸蔵量ＯＳＡが過剰である場合、三元触媒２３が活性化していても、排気の浄化性能を三元触媒２３に十分に発揮させることができない。この点、本実施形態では、触媒暖機処理の実行によって触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈ以上になって触媒暖機処理が終了されると、酸素吸蔵量減少処理が実行される。酸素吸蔵量減少処理の実行を通じて空燃比ＡＦを調整することにより、酸素吸蔵量ＯＳＡを減少させることができる。すなわち、触媒暖機処理の終了後に酸素吸蔵量減少処理を実行することにより、酸素吸蔵量ＯＳＡを適量にすることができる。その結果、三元触媒２３に排気の浄化性能を十分に発揮させることができる。

（３）本実施形態では、触媒暖機処理の実行中に要求機関出力ＰＥＱが判定機関出力ＰＥＱＴｈ以上になると、中断処理の実行によって、触媒暖機処理が中断され、且つ、バルブタイミング調整装置１７Ａ、ＥＧＲ装置２５、低圧燃料ポンプ３２及び高圧燃料ポンプ３５の制御量は、触媒暖機処理の実行時の値で保持される。そのため、その後に要求機関出力ＰＥＱが判定機関出力ＰＥＱＴｈ未満になって触媒暖機処理の再開条件が成立した際に上記制御量を変更しなくてもよい分、触媒暖機処理を早期に再開させることができる。すなわち、触媒暖機処理の再開条件が成立してから触媒暖機処理が実際に再開されるまでに要する時間を短縮することができる。

（４）触媒暖機処理の実行中では、機関回転速度ＮＥが暖機時下限速度を下回らないように機関回転速度ＮＥが調整される。これにより、触媒暖機処理の実行中に気筒１１内から排気通路２２に排出される排気量が少なくなりすぎることが抑制される。そのため、触媒暖機処理の実行によって触媒温度ＴＭＰＣが判定温度ＴＭＰＣＴｈに達するまでに要する時間が長くなりにくくなる。

（５）本実施形態では、触媒暖機処理の実行条件が成立している状況下で暖房要求があったときには、暖房処理よりも触媒暖機処理を優先して実行される。その結果、暖房要求に起因する機関回転速度ＮＥの上昇が抑制される。そのため、三元触媒２３が未活性の状態で排気通路２２における排気の流量が過剰になることが抑制される。その結果、エミッションの悪化を抑制することができる。

（６）前回のトリップが終了してから次回のトリップが開始されるまでの間では、外部から排気通路２２に流入した空気に含まれる酸素が三元触媒２３に取り込まれる。すなわち、ソーク時間ＴＭＳＫが長いと、三元触媒２３にこれ以上酸素を吸蔵させることができない状態になってしまう。本実施形態では、ソーク時間ＴＭＳＫが判定時間ＴＭＳＫＴｈ以上であるときには、三元触媒２３にこれ以上酸素を吸蔵させることができない状態になったと判断し、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量ＯＳＡとして、三元触媒２３における酸素吸蔵量の最大値が設定される。そのため、次回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量ＯＳＡを、前回のトリップの終了時点での酸素吸蔵量ＯＳＡと等しいと見なす場合と比較し、次回のトリップ中において、機関制御部１２０で把握する酸素吸蔵量ＯＳＡと実際の酸素吸蔵量との乖離を小さくすることができる。すなわち、機関制御部１２０での酸素吸蔵量ＯＳＡの推定精度の低下を抑制することができる。その結果、酸素吸蔵量減少処理の実行によって、酸素吸蔵量ＯＳＡを適量にすることができる。

（７）一方、ソーク時間ＴＭＳＫが判定時間ＴＭＳＫＴｈ未満であるときには、今回のトリップの開始時点での酸素吸蔵量ＯＳＡとして、前回のトリップの終了時点での酸素吸蔵量ＯＳＡと、ソーク時間ＴＭＳＫとに応じた値が設定される。これにより、トリップ中における酸素吸蔵量ＯＳＡの推移を適切に把握することができる。その結果、酸素吸蔵量減少処理の実行によって、酸素吸蔵量ＯＳＡを適量にすることができる。

上記実施形態は、以下のように変更して実施することができる。上記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。
・触媒暖機処理の実行条件が成立している状況下で暖房要求があったときには、機関回転速度ＮＥが上記所定の速度範囲の上限を上回らない範囲で機関回転速度ＮＥを増大させるようにしてもよい。

・車両のレンジが駐車レンジであるときと走行レンジが走行レンジであるときとで、ハイブリッドシステムの共振点が異なることがある。駐車レンジのことをＰレンジということもあり、走行レンジのことをＤレンジということもある。そのため、触媒暖機処理の実行中における機関回転速度ＮＥの目標値、すなわち上記所定の速度範囲を、駐車レンジであるときと、走行レンジであるときとで異ならせるようにしてもよい。これにより、駐車レンジであるときであっても走行レンジであるときであっても、触媒暖機処理の実行時にハイブリッドシステムの共振に起因する異音や振動の発生を抑制することができる。

なお、駐車レンジであっても走行レンジであってもハイブリッドシステムの共振点が同じである場合には、触媒暖機処理の実行中における上記所定の速度範囲を、駐車レンジであるときと、走行レンジであるときとで異ならせなくてもよい。

・触媒暖機処理では、バルブタイミング調整装置１７Ａ、ＥＧＲ装置２５、低圧燃料ポンプ３２及び高圧燃料ポンプ３５のうちの一部のアクチュエータの制御量を、触媒暖機処理の非実行時とは異なる値に変更する一方、残りのアクチュエータの制御量を、触媒暖機処理の実行に伴って変更しなくてもよい。

・点火時期を遅角することにより、排気の温度を上昇させることができる。そのため、触媒暖機処理では、点火時期を遅角するのであれば、バルブタイミング調整装置１７Ａ、ＥＧＲ装置２５、低圧燃料ポンプ３２及び高圧燃料ポンプ３５の制御量を、触媒暖機処理の実行に伴って変更しなくてもよい。

・制御装置１００が適用されるハイブリッド車両は、車両の動力源として内燃機関及びモータジェネレータを有しているのであれば、図１に示したハイブリッド車両とは異なる構造の車両であってもよい。

次に、上記実施形態及び変更例から把握できる技術的思想について記載する。
（イ）車両の動力源として内燃機関及びモータジェネレータを備えるとともに、排気を浄化する機能を有する触媒が前記内燃機関の排気通路に設けられているハイブリッド車両に適用され、
前記触媒の温度である触媒温度が判定温度未満である状況下で前記内燃機関に対する出力の要求値である要求機関出力が判定機関出力未満であるときに、前記触媒温度を上昇させる触媒暖機処理を実行する機関制御部を備え、
前記機関制御部は、
前記触媒暖機処理において、バルブタイミング調整装置、ＥＧＲ装置、高圧燃料ポンプ及び低圧燃料ポンプのうちの少なくとも１つの制御量として、前記触媒温度が前記判定温度以上であるときと異なる値を設定し、
前記触媒暖機処理の実行中に前記要求機関出力が前記判定機関出力以上になったときに、前記触媒暖機処理を中断し、前記制御量を前記触媒暖機処理の実行中の値で保持する中断処理を実行する、ハイブリッド車両の制御装置。

触媒暖機処理では、バルブタイミング調整装置、ＥＧＲ装置、高圧燃料ポンプ及び低圧燃料ポンプのうちの少なくとも１つの制御量として、触媒暖機処理の非実行時とは異なる値が設定されることがある。触媒暖機処理の実行中では、触媒温度を上昇させることはできるものの、内燃機関の出力を大きくしにくい。そのため、触媒暖機処理の実行中であっても内燃機関に対する要求出力である要求機関出力が判定機関出力以上になると、内燃機関の出力が要求機関出力と乖離することを抑制するために触媒暖機処理が中断されることがある。そして、このように触媒暖機処理が中断された際には、上記制御量が触媒暖機処理の非実行時用の値に変更されることがある。

１０…内燃機関、１１…気筒、１７Ａ…バルブタイミング調整装置、２２…排気通路、２３…三元触媒、２５…ＥＧＲ装置、３２…低圧燃料ポンプ、３５…高圧燃料ポンプ、７１…第１モータジェネレータ、７２…第２モータジェネレータ、１００…制御装置、１２０…機関制御部。

Claims

車両の動力源として内燃機関及びモータジェネレータを備えるとともに、排気を浄化する機能を有する触媒が前記内燃機関の排気通路に設けられているハイブリッド車両に適用され、
前記内燃機関を制御する機関制御部を備え、
前記機関制御部は、
前記触媒の温度である触媒温度が判定温度未満であるときには、空燃比を理論空燃比よりもリーン側の空燃比とし、且つ前記触媒温度を上昇させる触媒暖機処理と、
前記触媒暖機処理の実行によって前記触媒温度が前記判定温度以上になった以降では、空燃比を調整することによって前記触媒の酸素吸蔵量を減少させる酸素吸蔵量減少処理と、を実行し、
前記機関制御部は、前記触媒の酸素吸蔵量が終了判定値未満であることを条件に前記酸素吸蔵量減少処理を終了するようになっており、
前記ハイブリッド車両の前回のトリップの終了時点から次回のトリップの開始時点までの時間であるソーク時間が判定時間以上であるときには、次回のトリップの開始時点での前記酸素吸蔵量を、前記触媒における酸素吸蔵量の最大値と等しいものとする
ハイブリッド車両の制御装置。
前記ソーク時間が前記判定時間未満であるときには、次回のトリップの開始時点での前記酸素吸蔵量を、前回のトリップの終了時点での酸素吸蔵量が多いほど多くし、前記ソーク時間が長いほど多くする
請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記機関制御部は、前記触媒暖機処理において、バルブタイミング調整装置、ＥＧＲ装置、高圧燃料ポンプ及び低圧燃料ポンプのうちの少なくとも１つの制御量として、前記触媒温度が前記判定温度以上であるときと異なる値を設定するようになっており、
前記機関制御部は、
前記触媒温度が前記判定温度未満である状況下で前記内燃機関に対する出力の要求値である要求機関出力が判定機関出力未満であるときに、前記触媒暖機処理を実行する一方、
前記触媒暖機処理の実行中に前記要求機関出力が前記判定機関出力以上になったときには、前記触媒暖機処理を中断し、且つ前記制御量を前記触媒暖機処理の実行中の値で保持する中断処理を実行する
請求項１又は２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記機関制御部は、前記触媒暖機処理の実行中では、機関回転速度が暖機時下限速度を下回らないように当該機関回転速度を制御する
請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記機関制御部は、暖房要求があるときには、暖房要求がないときよりも機関回転速度を高くする暖房処理を実行するものであり、
前記機関制御部は、前記触媒暖機処理の実行条件が成立している状況下で暖房要求があったときには、前記暖房処理よりも前記触媒暖機処理を優先して実行するとともに、機関回転速度の上昇を抑制する
請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置。