WO2014087501A1

WO2014087501A1 - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: WO2014087501A1
Application number: PCT/JP2012/081518
Authority: WO
Inventors: 善仁菅野; 木下　剛生; 泰毅森田
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2012-12-05
Filing date: 2012-12-05
Publication date: 2014-06-12
Also published as: US20150298687A1; JPWO2014087501A1; JP5987918B2; US9248830B2

Abstract

　本発明の制御装置は、リーン燃焼とストイキ燃焼との間で運転時の運転モードを変更可能な内燃機関を有するハイブリッド車両に適用される。制御装置は、要求パワーに対するシステム効率が高い運転モードを優先的に選択する一方で、システム効率がＥＶモードに比べてリーン燃焼モードの方が上回り、かつＥＶモードに比べてストイキ燃焼モードの方が下回る特定条件の場合であって、排気浄化触媒の温度（Ｔｎｃ）が第１所定値（Ｔα）以下となる場合（Ｓ１０１、Ｓ１０２）、ストイキ燃焼モードを選択する（Ｓ１０４）。

Description

ハイブリッド車両の制御装置

　本発明は、リーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切り替え可能な内燃機関を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

　リーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切り替え可能で、かつ排気を循環させるＥＧＲ装置を有する内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、第２モータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両に適用され、内燃機関の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータを駆動源として走行するＥＶモードの実行中に、第１モータ・ジェネレータで内燃機関をモータリングさせながらＥＧＲ装置で排気を循環させて排気通路の排気浄化触媒の温度低下を抑える制御装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２～４が存在する。

特開２０１０－３８１４７号公報特開２００１－５００８６号公報特開２００８－６８８０２号公報特開２００２－９７９８０号公報

　特許文献１の制御装置は、ＥＶモードの実行時の排気浄化触媒の温度低下を抑えることができる。しかし、内燃機関のモータリングによって第１モータ・ジェネレータが電力を消費するのでＥＶモード実行時のシステム効率が低下する。

　そこで、本発明は、内燃機関の燃料消費を抑えながら排気浄化触媒の温度低下を抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。

　本発明の制御装置は、排気を浄化する排気浄化触媒を有し、かつリーン燃焼とストイキ燃焼とを切り替え可能な内燃機関と、電動機と、を走行用動力源として備え、前記内燃機関を停止して前記電動機を駆動するＥＶモード、前記内燃機関を前記リーン燃焼で運転するリーン燃焼モード、及び前記内燃機関を前記ストイキ燃焼で運転するストイキ燃焼モードを含む複数のモードを実行可能なハイブリッド車両に適用され、前記複数のモードのうち、要求パワーに対するシステム効率が高いモードを優先的に選択するモード選択手段を備えたハイブリッド車両の制御装置において、前記モード選択手段は、前記システム効率が前記ＥＶモードに比べて前記リーン燃焼モードの方が上回り、かつ前記システム効率が前記ＥＶモードに比べて前記ストイキ燃焼モードの方が下回る条件の場合であって、前記排気浄化触媒の温度が第１所定値以下となる場合、前記ストイキ燃焼モードを選択するものである。

　本発明の制御装置によれば、要求パワーに対するシステム効率が高いモードが優先的に選択されるので効率の良いハイブリッド車両の運転が可能となる。リーン燃焼はストイキ燃焼に比べて排気温度が低いので、リーン燃焼モードを実施すると排気浄化触媒の温度が低下する。システム効率がＥＶモードに比べてリーン燃焼モードの方が上回り、かつＥＶモードに比べてストイキ燃焼モードの方が下回る条件の場合、システム効率に基づくモード選択の優先順位はリーン燃焼モード、ＥＶモード、ストイキ燃焼モードの順番となる。この状況で排気浄化触媒の温度が第１所定値以下となった場合、システム効率に基づく優先順位に従ってリーン燃焼モード又はＥＶモードを選択すると排気浄化触媒の温度の更なる低下を招く。本発明の制御装置は、こうした条件の場合であって排気浄化触媒の温度が第１所定値以下となった場合に、システム効率に基づく優先順位に従わずにストイキ燃焼モードを選択する。したがって、ストイキ燃焼モードの選択によって排気温が他のモードよりも高くなるため排気浄化触媒の温度低下を抑制できる。本発明の制御装置は、上記条件の場合であって排気浄化触媒の温度が第１所定値以下となった場合にＥＶモードよりもシステム効率が低いストイキ燃焼モードを選択する。このため、これと同一状況でＥＶモードを選択する場合に比べて短期的には内燃機関の燃料消費が増加する。しかし、ストイキ燃焼モードを選択することによって排気浄化触媒の温度低下が抑制されることにより、リーン燃焼モードを実施可能な期間が増加する。したがって、長期的には内燃機関の燃料消費を抑えることができる。よって、内燃機関の燃料消費を抑えながら排気浄化触媒の温度低下を抑制できる。

　本発明の制御装置の一態様において、前記モード選択手段は、前記条件の場合であって、前記排気浄化触媒の温度が前記第１所定値よりも低い第２所定値以下となる場合に、前記ＥＶモードを選択してもよい。例えば、外気温が常温よりも低い場合や走行風の流量が多い高速走行の場合、ストイキ燃焼モードを選択しても排気浄化触媒の温度が下がるおそれがある。このような場合には、ストイキ燃焼モードの実施を続けるよりも、システム効率を優先してＥＶモードを選択し、その後、何らかの方法で排気浄化触媒の温度を強制的に上昇させることがシステム効率上有利になる。

　例えば、前記内燃機関は前記排気浄化触媒よりも容量が小さい三元触媒を更に有し、前記三元触媒の温度が、前記三元触媒が活性化する温度範囲の下限値以下となった場合に、前記排気浄化触媒の温度及び前記三元触媒の温度を強制的に上昇させる触媒昇温制御を実施する触媒昇温制御手段を更に備えてもよい。

　本発明の制御装置の一態様において、前記排気浄化触媒として、ＮＯｘ触媒が設けられており、前記第１所定値として、前記ＮＯｘ触媒が活性化する温度範囲の下限値が設定されてもよい。この態様によれば、ＮＯｘ触媒が活性化する温度範囲内にＮＯｘ触媒の温度を容易に維持できる。

　なお、本発明の制御装置において、ストイキ燃焼とは、理論空燃比と厳密に一致する空燃比を目標とした燃焼のみならず、理論空燃比の近辺の空燃比を目標とした燃焼も含む。また、リーン燃焼とはストイキ燃焼で目標とする空燃比よりも大きな値、つまりリーン側の空燃比を目標とする燃焼である。

本発明の一形態の制御装置が適用された車両の全体構成を示した図。各運転モードの効率分岐点と要求パワーとの関係を示した図。本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。本発明の第１の形態に係る特別処理の一例を示したフローチャート。制御結果の一例を比較例とともに示したタイミングチャート。制御結果の他の例を比較例とともに示したタイミングチャート。本発明の第２の形態に係る特別処理の一例を示したフローチャート。

（第１の形態）
　図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関３と、電動機としての２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。内燃機関３は４つの気筒１０を備えた直列４気筒型の内燃機関である。各気筒１０には吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ接続されている。吸気通路１１には、空気濾過用のエアクリーナ１３、及び空気流量を調整可能なスロットルバルブ１４がそれぞれ設けられている。排気通路１２には、内燃機関３の空燃比（Ａ／Ｆ）に対応した信号を出力するＡ／Ｆセンサ１５が設けられている。また、排気通路１２には、排気中の有害成分を浄化するスタート触媒１６及びＮＯｘ触媒１７が設けられている。排気通路１２の上流側のスタート触媒１６は三元触媒として構成されている。スタート触媒１６は下流側のＮＯｘ触媒１７よりも容量が小さく、主として内燃機関３の始動時の排気を浄化する触媒として機能する。排気浄化触媒としてのＮＯｘ触媒１７は周知の吸蔵還元型のＮＯｘ触媒である。各触媒１６、１７の温度を検出するため、スタート触媒１６には温度センサ１８が、ＮＯｘ触媒１７には温度センサ１９がそれぞれ設けられている。

　内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構６に接続されている。動力分割機構６の出力は出力ギア２０に伝達される。出力ギア２０と第２モータ・ジェネレータ５とは互いに連結されていて一体回転する。出力ギア２０から出力した動力は減速装置２１及び差動装置２２を介して駆動輪２３に伝達される。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は、動力分割機構６にて分割された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５はステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５はモータ用制御装置２５を介してバッテリ２６に接続される。モータ用制御装置２５は各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してバッテリ２６に蓄電するとともにバッテリ２６の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給する。

　動力分割機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されており、サンギアＳと、リングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能な状態で保持するプラネタリキャリアＣとを有している。サンギアＳは第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ａに連結され、リングギアＲは出力ギア２０に連結され、プラネタリキャリアＣは内燃機関３のクランク軸７に連結される。なお、クランク軸７とプラネタリキャリアＣとの間にはダンパ８が介在し、そのダンパ８は内燃機関３のトルク変動を吸収する。

　車両１の制御は電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は内燃機関３及び各モータ・ジェネレータ４、５に対して各種の制御を行う。以下、本発明に関連してＥＣＵ３０が行う主要な制御について説明する。ＥＣＵ３０は、運転者が要求する要求パワーに対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、内燃機関３の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、内燃機関３だけではトルクが不足する場合は、内燃機関３とともに第１モータ・ジェネレータ４及び第２モータ・ジェネレータ５の少なくとも一方を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。

　内燃機関３は、理論空燃比及びその近辺の空燃比を目標とするストイキ燃焼と、ストイキ燃焼の空燃比の目標よりもリーン側に設定された空燃比を目標とするリーン燃焼との間で運転モードを切り替えることができる。ＥＣＵ３０はＡ／Ｆセンサ１５の出力値を参照して空燃比を計測し、その実際の空燃比と目標空燃比との偏差が低下するようにフィードバック制御を行う。リーン燃焼は目標とする空燃比がストイキ燃焼の目標とする空燃比よりも大きいので、運転モードをストイキ燃焼に維持する場合と比べて燃料消費量を低減できる。ここでは、内燃機関３をリーン燃焼で運転するハイブリッドモードをリーン燃焼モードと呼び、内燃機関３をストイキ燃焼で運転するハイブリッドモードをストイキ燃焼モードと呼ぶ。

　各モードの選択は、要求パワーに対するシステム効率に基づいて行う。システム効率は各モータ・ジェネレータ４、５の電力消費量、内燃機関３の燃料消費量及び熱効率、各モータ・ジェネレータ４、５の電気的効率等の種々の要素が考慮されて定められたパラメータである。システム効率の算出方法の詳細は省略するが公知の方法によってＥＣＵ３０が計算する。

　図２に示すように、ＥＶモードとハイブリッドモードとの間には要求パワーにするシステム効率の効率分岐点Ｐｅ１、Ｐｅ２が存在する。リーン燃焼モードとＥＶモードとの間の効率分岐点Ｐｅ１よりも要求パワーが大きい状況では、ＥＶモードを選択するよりもリーン燃焼モードを選択するほうがシステム効率は高い。逆に、効率分岐点Ｐｅ１よりも要求パワーが小さい状況ではリーン燃焼モードを選択するよりもＥＶモードを選択するほうがシステム効率は高い。また、ストイキ燃焼モードとＥＶモードとの間の効率分岐点Ｐｅ２よりも要求パワーが大きい状況では、ＥＶモードを選択するよりもストイキ燃焼モードを選択するほうがシステム効率は高い。逆に、効率分岐点Ｐｅ２よりも要求パワーが小さい状況ではストイキ燃焼モードを選択するよりもＥＶモードを選択するほうがシステム効率は高い。

　要求パワーは２つの効率分岐点Ｐｅ１、Ｐｅ２によって３つの領域Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３に分けることができる。領域Ｒ１では、システム効率が高い順に各モードを並べると、ＥＶモード、リーン燃焼モード、ストイキ燃焼モードの順番となる。領域Ｒ２では、システム効率が高い順に各モードを並べると、リーン燃焼モード、ＥＶモード、ストイキ燃焼モードの順番となる。領域Ｒ３では、システム効率が高い順に各モードを並べると、ストイキ燃焼モード、ＥＶモード、リーン燃焼モードの順番となる。

　ＥＣＵ３０は、原則として、複数のモードのうち要求パワーに対するシステム効率が高いモードを優先的に選択するように制御する。例えば、ＥＣＵ３０は、要求パワーが領域Ｒ１に該当する場合、ＥＶモードを最優先で選択し、バッテリ２６の蓄電率が低い場合等の何らかの原因でＥＶモードを選択できない場合は次にシステム効率が高いリーン燃焼モードを選択する。本形態は、要求パワーが領域Ｒ２に該当する場合に実施する制御に特徴がある。換言すれば、本形態は、要求パワーに対するシステム効率がＥＶモードに比べてリーン燃焼モードの方が上回り、かつシステム効率がＥＶモードに比べてストイキ燃焼モードの方が下回る特定条件の場合に実施する制御に特徴がある。この特定条件は本発明に係る「条件」に相当する。

　図３及び図４を参照しながら、ＥＣＵ３０が実施する制御の一例を説明する。図３の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１において、ＥＣＵ３０は温度センサ１８の出力信号を参照してスタート触媒１６の温度Ｔｓｃを取得する。次に、ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は温度センサ１９の出力信号を参照してＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃを取得する。なお、温度センサ１８、１９の代わりに、温度Ｔｓｃ、Ｔｎｃの少なくとも一方を内燃機関３の運転状態から推定して取得することもできる。

　ステップＳ３において、ＥＣＵ３０はスタート触媒１６の温度Ｔｓｃが活性化温度範囲の下限値Ｔｓｃｍよりも高いか否かを判定する。温度Ｔｓｃが下限値Ｔｓｃｍよりも高い場合はステップＳ５に進む。温度Ｔｓｃが下限値ｓｃｍ以下の場合はステップＳ４に進み、スタート触媒１６及びＮＯｘ触媒１７のそれぞれの温度を強制的に上昇させる触媒昇温制御を実施する。本形態において、触媒昇温制御は内燃機関３をストイキ燃焼モードかつ高負荷で運転することにより実施する。

　ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は要求パワーを取得する。ＥＣＵ３０は、図１に示したアクセルペダル２８の踏み込み量に応じた信号を出力するアクセル開度センサ３１の出力信号と、車速に応じた信号を出力する車速センサ３２の出力信号とを参照し、所定の方法で計算することにより要求パワーを取得する。ステップＳ６において、ＥＣＵ３０はステップＳ５で取得した要求パワーが図２に示した領域Ｒ１～Ｒ３のいずれに属するかを判定する。ステップＳ７において、要求パワーが領域Ｒ１に属すると判定した場合、ステップＳ９に進み、要求パワーに対するシステム効率が最も高いＥＶモードを選択する。ステップＳ８において、要求パワーが領域Ｒ２に属すると判定した場合、ステップＳ１０に進み図４に示した特別処理を実施する。ステップＳ８で否定的判定がされた場合は要求パワーが領域Ｒ３に属することになるので、ステップＳ１１に進み、要求パワーに対するシステム効率が最も高いストイキ燃焼モードを選択する。

　図４のステップＳ１０１において、ＥＣＵ３０はＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔα以下であるか否かを判定する。第１所定値ＴαはＮＯｘ触媒１７が活性化する温度範囲の下限値として設定されている。なお、第１所定値Ｔαとしては、制御の安定性を考慮してＮＯｘ触媒１７が活性化する温度範囲の下限値よりも少し高めの温度に設定してもよい。ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔα以下の場合はステップＳ１０２に進む。ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔαよりも高い場合、すなわちＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが活性化温度範囲内の場合はステップＳ１０３に進み、要求パワーに対するシステム効率が最も高いリーン燃焼モードを選択する。

　ステップＳ１０２において、ＥＣＵ３０はＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔαよりも低い第２所定値Ｔβ以下であるか否かを判定する。ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第２所定値Ｔβ以下でない場合は、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃは活性化温度範囲の下限値付近にある。そのため、ストイキ燃焼モードを選択することによってＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃの活性化温度範囲への早期回復が期待できる。そこで、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔα以下であるが第２所定値Ｔβ以下でない場合、ステップＳ１０４に進みストイキ燃焼モードを選択する。ここで、ストイキ燃焼モードを選択することによって、システム効率はＥＶモードを選択する場合よりも下回るがＮＯｘ触媒１７を昇温できる。

　一方、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第２所定値Ｔβ以下の場合、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが活性化温度範囲の下限値Ｔαを完全に下回る。このような場合は、ストイキ燃焼モードの選択を継続してもＮＯｘ触媒の温度Ｔｎｃの活性化温度範囲への早期回復が期待できない。そのため、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第２所定値Ｔβ以下の場合、ステップＳ１０５に進みＥＶモードを選択する。ここで、ＥＶモードを選択するとＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが現在よりも低下するが、温度Ｔｎｃが低下しても上述した図３のステップＳ４の触媒昇温制御の実行によって、後で活性化温度まで回復することが可能である。したがって、ここではシステム効率を優先して、ストイキ燃焼モードよりもシステム効率が高いＥＶモードを選択する。

　以上のように、図３及び図４の制御ルーチンをＥＣＵ３０が実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係るモード選択手段として機能する。また、図３のステップＳ４をＥＣＵ３０が実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係る触媒昇温制御手段として機能する。

　次に、図５を参照しながら、要求パワーが領域Ｒ２に属する特定条件で本形態の制御を実施した場合のシステム効率及びＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃの時間的変化の一例を比較例とともに説明する。図５の比較例は、特定条件の場合にＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔα以下となった場合に、システム効率を優先してリーン燃焼モードの次にシステム効率が高いＥＶモードを選択する制御を実施するものである。つまり、比較例の制御は図４のステップＳ１０２及びステップＳ１０４を省略したものに相当する。

　図５に示したように、本形態は、特定条件の場合にＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔαよりも高い場合にリーン燃焼モードが選択される。リーン燃焼モードが選択された結果、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが徐々に低下し、時刻ｔ１で第１所定値Ｔαに達する。温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔαに達するとストイキ燃焼モードが選択されて排気温が上昇する。これによりＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが上昇して時刻ｔ２でリーン燃焼モードに切り替えられる。以下同様にリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとが交互に実施される。このように制御された場合のシステム効率の平均値はａとなる。

　これに対して、図５の比較例はＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔαに達した時刻ｔ１で、ＥＶモードが選択される。ＥＶモードを選択する場合はシステム効率がストイキ燃焼モードを選択する場合よりも高くなる。しかし、ＥＶモードは内燃機関３を停止させるため、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが徐々に低下する。ＥＶモードを継続するとＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃとともにスタート触媒１６の温度Ｔｓｃも低下する。時刻ｔ３で、スタート触媒１６の温度Ｔｓｃが活性化温度範囲の下限値Ｔｓｃｍに達すると、触媒昇温制御が実施される（図３ステップＳ４参照）。触媒昇温制御によってＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃは上昇に転じる。時刻ｔ４で触媒昇温制御が停止され運転モードがリーン燃焼モードに切り替えられる。比較例の場合のシステム効率の平均値はｂとなる。比較例の平均値ｂは本形態の平均値ａよりも小さい。

　したがって、図５に示した例においては、特定条件で本形態の制御を実施した方が比較例の制御を実施する場合に比べてシステム効率が高いといえる。また、図５から理解できるように、要求パワーが領域Ｒ２に属する特定条件の場合に本形態の制御を実施すると、リーン燃焼モードを実施可能な期間が比較例の制御を実施する場合よりも長くなる。そのため、本形態はＥＶモードの代わりにストイキ燃焼モードを選択することで短期的には燃料消費が増加するが、長期的にはストイキ燃焼モードの実施期間が増加することによって内燃機関３の燃料消費を抑えることができる。

　次に、図６を参照しながら、要求パワーが領域Ｒ２に属する特定条件で本形態の制御を実施した場合のシステム効率及びＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃの時間的変化の他の例を比較例とともに説明する。図６の場合は、車両１の周辺環境が図５の場合と異なり、例えば外気温が常温よりも低い場合や走行風の流量が多い高速走行の場合等のように、ストイキ燃焼モードを選択してもＮＯｘ触媒１７の温度が下がり続ける周辺環境で本形態及び比較例の各制御を実施した場合である。図６の比較例は、特定条件の場合にＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第２所定値Ｔβ以下となっても、ストイキ燃焼モードを選択する制御を実施するものである。つまり、図６の比較例の制御は図４のステップＳ１０２及びステップＳ１０５を省略したものに相当する。

　図６に示したように、本形態は、特定条件の場合にＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔαよりも高い場合はリーン燃焼モードが選択される。そのため、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが徐々に低下し、時刻ｔ１で第１所定値Ｔαに達する。温度Ｔｎｃが第１所定値Ｔαに達するとストイキ燃焼モードが選択され排気温が上昇する。しかしながら、図６の状況は図５の状況と異なり、内燃機関３の排気通路や各触媒からの放熱量が大きい。そのため、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃは上昇せず、時刻ｔ１以前の期間よりも低下率が緩和されるが温度Ｔｎｃは低下を続ける。ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが更に低下して時刻ｔ２で第２所定値Ｔβに達すると、ＥＶモードが選択される。ＥＶモードを選択することによって、ストイキ燃焼モードを続行する場合に比べてシステム効率は高まる。ＥＶモードを継続するとＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃとともにスタート触媒１６の温度Ｔｓｃも低下する。時刻ｔ３でスタート触媒１６の温度Ｔｓｃが活性化温度範囲の下限値Ｔｓｃｍに達すると、触媒昇温制御が実施される（図３ステップＳ４参照）。触媒昇温制御によってＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃは上昇に転じる。その後において、リーン燃焼モードを選択する機会が得られる。

　これに対して、図６の比較例の場合は、時刻ｔ１でストイキ燃焼モードが選択され、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第２所定値Ｔβ以下になってもストイキ燃焼モードが続行される。ＮＯｘ触媒Ｔｎｃの温度低下率は、ストイキ燃焼モードを選択した場合よりもＥＶモードを選択したほうが高い。換言すれば、ＥＶモードを選択した場合の方がストイキ燃焼モードを選択した場合に比べてＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが下がりやすい。そのため、比較例の場合はＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃの低下速度が遅く、触媒昇温制御が実行される時期が本形態の場合よりも遅れる。したがって、比較例は、リーン燃焼モードを選択する機会が本形態と同じ期間内で得られない。また、触媒昇温制御が実施されるまでの間にＥＶモードが選択されないため、システム効率の平均値ｄは、本形態のシステム効率の平均値ｃよりも低くなる。

　したがって、図６に示した状況では、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが第２所定値Ｔβ以下となった場合にＥＶモードに切り替えた方が、そのままストイキ燃焼モードを継続する場合よりもシステム効率上有利である。

（第２の形態）
　次に、図７を参照しながら本発明の第２の形態を説明する。第２の形態は特定条件の場合に実施する特別処理を除き第１の形態と共通する。以下、第２の形態の特徴部分を説明し、第１の形態との共通部分の説明を省略する。ＥＣＵ３０は図３及び図７の制御ルーチンを所定間隔で繰り返し実行する。これらの制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０に保持されており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。ＥＣＵ３０がこれらの制御ルーチンを繰り返し実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係るモード選択手段として機能する。また、図３のステップＳ４をＥＣＵ３０が実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係る触媒昇温制御手段として機能する。

　図７に示すように、ＥＣＵ３０はステップＳ２０１において、今回のルーチンで用いる温度変数Ｔｎｃｉに図３のステップＳ２で取得したＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃの値を代入する。ステップＳ２０２において、ＥＣＵ３０はＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃの温度変化量δを算出する。温度変化量δは、温度変数Ｔｎｃｉの値から前回のルーチンで用いた温度変数Ｔｎｃｉ－１の値を減算することによって算出する。なお、温度変数Ｔｎｃｉ－１は後述するステップＳ２０８にて、温度変数Ｔｎｃｉの値に更新される。

　ステップＳ２０３において、ＥＣＵ３０は温度変化量δが閾値δｓｄよりも小さいか否かを判定する。閾値δｓｄは所定の負の値である。したがって、ステップＳ２０３の処理によって、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが減少方向に所定の変化率以上で変化したか否かを判定できる。ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが減少方向に所定の変化率以上で変化した場合は温度Ｔｎｃが第１の形態に係る第１所定値Ｔα以下になるものとして取り扱う。温度変化量δが閾値δｓｄよりも小さい場合はステップＳ２０５に進む。一方、温度変化量δが閾値δｓｄ以上の場合はＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが所定の変化率以上で減少方向に変化していない。したがって、要求パワーに対するシステム効率が最も高いリーン燃焼モードを選択することに支障がないので、ステップＳ２０４に進んでリーン燃焼モードを選択する。

　ステップＳ２０５において、ＥＣＵ３０はＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが所定値Ｔγ以下であるか否かを判定する。所定値Ｔγは第１の形態で説明した第１所定値Ｔαよりも低い値である。したがって、所定値ＴγはＮＯｘ触媒１７の活性化温度範囲の下限値よりも低い値である。所定値Ｔγは第１の形態で説明した第２所定値Ｔβと同じ値でもよいし異なる値でもよい。ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが所定値Ｔγ以下でない場合は、ストイキ燃焼モードを選択することによってＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃの早期回復が期待できる。そこで、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが所定値Ｔγ以下でない場合、ステップＳ２０６に進みストイキ燃焼モードを選択する。ここで、ストイキ燃焼モードを選択することによって、システム効率はＥＶモードを選択する場合よりも下回るがＮＯｘ触媒１７を昇温できる。

　一方、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが所定値Ｔγ以下の場合は、ストイキ燃焼モードの選択を継続してもＮＯｘ触媒の温度Ｔｎｃの活性化温度範囲への早期回復が期待できない。そのため、ＥＣＵ３０は、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが所定値Ｔγ以下の場合、ステップＳ２０７に進みＥＶモードを選択する。ここで、ＥＶモードを選択するとＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが現在よりも低下するが、温度Ｔｎｃが低下しても図３のステップＳ４の触媒昇温制御の実行によって、温度Ｔｎｃを後で活性化温度まで回復することが可能である。したがって、ここではシステム効率を優先して、ストイキ燃焼モードよりもシステム効率が高いＥＶモードを選択する。

　ステップＳ２０８において、ＥＣＵ３０は今回のルーチンで使用した温度変数Ｔｎｃｉの値を温度変数Ｔｎｃｉ－１に代入する。そして、次回のルーチンで実行するステップＳ２０２の処理のために温度変数Ｔｎｃｉ－１の値を記憶する。

　第２の形態の制御によれば、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが減少方向に変化した場合に第１所定値Ｔα以下になったものと扱ってストイキ燃焼モードを選択するので、第１の形態と同様に、短期的には内燃機関３の燃料消費が増加するが、長期的にはリーン燃焼モードを実施可能な期間が増加することにより内燃機関３の燃料消費を抑えることができる。よって、内燃機関３の燃料消費を抑えながらＮＯｘ触媒１７の温度低下を抑制できる。また、第２の形態は、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが減少方向に変化した場合であっても、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが活性化温度範囲の下限よりも低い所定値Ｔγ以下の場合はＥＶモードを選択する。そのため、第１の形態と同様に、ＮＯｘ触媒１７の温度Ｔｎｃが減少方向に変化した場合にストイキ燃焼モードを継続するよりもシステム効率上有利となる場合がある（図６参照）。

　本発明は上記各形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。排気浄化触媒は上記各形態で設けられたＮＯｘ触媒に限らず、他の形式の排気浄化触媒を備えた内燃機関を備えたハイブリッド車両に対して本発明を適用できる。上記各形態では、要求パワーが図２の領域Ｒ２に属する場合を、各モードのシステム効率がＥＶモードに比べてリーン燃焼モードの方が上回り、かつＥＶモードに比べてストイキ燃焼モードの方が下回る特定条件の一例とした。しかし、３つのモード間のシステム効率の大小関係が特定条件の場合と同じである限り、要求パワーが図２の領域Ｒ２に属しない場合であっても本発明を適用できる。上記各形態では、三元触媒としてのスタート触媒１６がＮＯｘ触媒１７の上流側に配置されているが排気浄化触媒の個数や配置に制限はない。一方の触媒に対して他方の三元触媒の容量が小さい限り、一方の触媒の下流側に三元触媒を設ける形態で実施してもよい。

Claims

　排気を浄化する排気浄化触媒を有し、かつリーン燃焼とストイキ燃焼とを切り替え可能な内燃機関と、電動機と、を走行用動力源として備え、前記内燃機関を停止して前記電動機を駆動するＥＶモード、前記内燃機関を前記リーン燃焼で運転するリーン燃焼モード、及び前記内燃機関を前記ストイキ燃焼で運転するストイキ燃焼モードを含む複数のモードを実行可能なハイブリッド車両に適用され、前記複数のモードのうち、要求パワーに対するシステム効率が高いモードを優先的に選択するモード選択手段を備えたハイブリッド車両の制御装置において、
　前記モード選択手段は、前記システム効率が前記ＥＶモードに比べて前記リーン燃焼モードの方が上回り、かつ前記システム効率が前記ＥＶモードに比べて前記ストイキ燃焼モードの方が下回る条件の場合であって、前記排気浄化触媒の温度が第１所定値以下となる場合、前記ストイキ燃焼モードを選択するハイブリッド車両の制御装置。
　前記モード選択手段は、前記条件の場合であって、前記排気浄化触媒の温度が前記第１所定値よりも低い第２所定値以下となる場合、前記ＥＶモードを選択する請求項１の制御装置。
　前記内燃機関は前記排気浄化触媒よりも容量が小さい三元触媒を更に有し、
　前記三元触媒の温度が、前記三元触媒が活性化する温度範囲の下限値以下となった場合に、前記排気浄化触媒の温度及び前記三元触媒の温度を強制的に上昇させる触媒昇温制御を実施する触媒昇温制御手段を更に備える請求項２の制御装置。
　前記排気浄化触媒として、ＮＯｘ触媒が設けられており、
　前記第１所定値として、前記ＮＯｘ触媒が活性化する温度範囲の下限値が設定されている請求項１～３のいずれか一項の制御装置。