JP2014234090A - ハイブリッド自動車の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】浄化触媒の処理能力及びエンジンの暖機状態に応じて暖機運転中のエンジンの目標エンジンパワーＰｅを設定し、ハイブリッド自動車の燃費を向上させる。【解決手段】エンジン１０、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２、エンジン１０からの排気ガスに含まれる有害物質を浄化する浄化触媒を有する浄化装置３２を備えたハイブリッド自動車１００において、エンジン１０からの排気ガスに含まれる有害物質の量に応じてエンジン１０からの出力を制御し、エンジンの暖機状態と浄化装置の浄化能力に基づいて、浄化装置３２から排出される排気ガスに含まれる有害物質の量を所定値未満とするように目標エンジン出力を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスの浄化装置を備えたハイブリッド自動車の制御装置に関する。

従来、エンジンとモータとを備えたハイブリッド自動車において、エンジンの浄化触媒の暖機要求がなされたときにはバッテリの蓄電割合ＳＯＣに基づいて略値０のパワーを出力する目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*を設定してエンジンを運転する第１暖機制御の実行時間Ｔｓｅｔ１を設け、第１暖機制御の実行時間Ｔｓｅｔ１に基づいて目標エンジンパワーＰｅを出力する目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*を設定してエンジンを運転する第２暖機制御の実行時間Ｔｓｅｔ２を設け、第１暖機制御を第１暖機時間Ｔｓｅｔ１に亘って実行し、その後、第２暖機制御を第２暖機時間Ｔｓｅｔ２に亘って実行する制御方法が開示されている（特許文献１）。

また、第一段の浄化触媒が所定の暖機度Ｔ１に達するまでは車輌に対する出力要求を主としてまたその変動を専らモータに任せつつ、エンジンを暖機用目標出力にて安定的に運転し、第一段の浄化触媒が所定の暖機度に達した後、第二段の浄化触媒が所定の暖機度Ｔ２に達するまで、又は暖機度Ｔ２に達していると推定される時間Ｃoが経過するまで、エンジンパワーの上昇速度を所定の増分又は所定の増率以内に制限しつつ要求に応じて増大させてエンジンを運転する制御方法が開示されている（特許文献２）。

特開２０１２−１５８３０３号公報 特開２００２−１３００３０号公報

ところで、エンジンの暖機が進んだ状態ではエンジンからの排ガス中の炭化水素（ＨＣ）、窒化酸化物（ＮＯｘ）等の有害物質が少なくなる。しかしながら、従来技術では、エンジンの暖機状態が考慮されておらず、浄化触媒による浄化処理能力に余裕があったとしても暖機中にエンジンの目標エンジンパワーＰｅを高めて燃費を向上することができない。

本発明の一つの態様は、走行用の動力を出力可能なエンジン及び電動機と、前記電動機に電力を供給する二次電池と、前記エンジンからの排気ガスに含まれる有害物質を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、前記浄化触媒の暖機運転時は目標エンジン出力を一定とする制御を行う出力制御部と、を備えたハイブリッド自動車の制御装置であって、前記出力制御部は、前記エンジンの暖機状態と前記浄化装置の浄化能力に基づいて、前記浄化装置から排出される排気ガスに含まれる前記有害物質の量を所定値未満とするように前記目標エンジン出力を制御することを特徴とする。

ここで、前記出力制御部は、前記浄化触媒の暖機運転開始時に前記目標エンジン出力を求め、前記浄化触媒の暖機運転時は前記目標エンジン出力を一定とする制御を行うことが好適である。

ここで、前記出力制御部は、前記エンジンの冷却媒体の温度に応じて、前記冷却媒体の温度が低いほど前記目標エンジン出力が小さくなるように暖機運転制御を行うことが好適である。このとき、前記出力制御部は、前記冷却媒体の温度が所定値以下であるときに前記暖機運転制御を行うことが好適である。

また、前記出力制御部は、前記エンジンのシリンダの温度に応じて、前記シリンダの温度が低いほど前記目標エンジン出力が小さくなるように暖機運転制御を行うことが好適である。このとき、前記出力制御部は、前記シリンダの温度が所定値以下であるときに前記暖機運転制御を行うことが好適である。

また、前記出力制御部は、さらに前記浄化触媒の温度に応じて、前記浄化触媒の温度が低いほど前記目標エンジン出力が小さくなるように暖機運転制御を行うことが好適である。このとき、前記出力制御部は、前記浄化触媒の温度が所定値以下であるときに前記暖機運転制御を行うことが好適である。

本発明によれば、浄化触媒の処理能力及びエンジンの暖機状態に応じてエンジンの目標エンジンパワーＰｅを設定することができ、ハイブリッド自動車の燃費を向上することができる。

第１の実施の形態におけるハイブリッド自動車の構成を示す図である。 第１の実施の形態における暖機運転制御のフローチャートである。 第１の実施の形態におけるエンジンパワーマップの例を示す図である。 エンジンの燃費用動作ラインの例を示す図である。 第２の実施の形態における暖機運転制御のフローチャートである。 第１の実施の形態におけるエンジンパワーマップの例を示す図である。

＜基本構成＞
本発明の実施の形態におけるハイブリッド自動車１００は、図１に示すように、エンジン１０及び動力分配統合機構１２を備える。動力分配統合機構１２は、３軸式の動力分配統合手段であり、サンギヤ１２ａ、リングギヤ１２ｂ、ピニオンギヤ１２ｃ、キャリア１２ｄが接続された遊星歯車機構として構成される。また、動力分配統合機構１２では、ダンパ１４を介して、エンジン１０の出力軸となるクランクシャフト１６にキャリア１２ｄが接続される。

また、ハイブリッド自動車１００は、モータジェネレータＭＧ１、ＭＧ２を備える。ＭＧ１は、そのロータが動力分配統合機構１２のサンギヤ１２ａに接続される。ＭＧ２は、そのロータが減速ギヤ１８を介して動力分配統合機構１２におけるリングギヤ１２ｂのリングギヤ軸１２ｅに接続され、ギヤ機構２０及びデファレンシャルギヤ２２を介して駆動輪２４ａ、２４ｂに接続される。

なお、ＭＧ１は発電機、ＭＧ２は電動機としてもよい。電動機は、同期発電電動機に限定されるものではなく、誘導電動機等の走行用の動力を出力可能なものであればよい。

また、ハイブリッド自動車１００は、ＭＧ１、ＭＧ２を駆動する駆動回路として構成されたインバータ２６、２８、インバータ２６、２８を介してＭＧ１、ＭＧ２と電力をやり取りするバッテリ３０を備える。バッテリ３０は、例えばリチウムイオン二次電池、ニッケル水素二次電池、ニッケルカドミウム二次電池、鉛蓄電池等の二次電池とすることができる。なお、バッテリ３０は、充放電が可能な蓄電手段であればよい。

エンジン１０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である。エンジン１０は、ガソリンと空気とを混合し、この混合気を燃焼室において爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストンの往復運動を回転運動に変換して駆動力を出力する。

なお、内燃機関は、ガソリン又は軽油などの炭化水素系の燃料を燃焼させることにより動力を出力するものに限定されるものではなく、水素エンジンなど、走行用の動力を出力可能で排気浄化用の浄化触媒を有する浄化装置が排気系に取り付けられる可能性があるものであればよい。

エンジン１０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触媒（三元触媒）を有する浄化装置３２を介して外気へ排出される。

なお、本実施の形態では、後述するように浄化触媒の触媒温度Ｔｃはエンジン１０の点火時期及びエンジン１０への吸入空気量Ｑａに基づいて算出するものとしたが、浄化装置３２の所定部位（例えば、略中央部など）に温度センサを設け、温度センサによって触媒温度Ｔｃを計測してもよい。

また、エンジン１０は、ラジエータ３４ａを含む冷却手段３４によって冷却される。冷却手段３４では、水等の冷媒をポンプによって循環させることによってエンジン１０と冷媒との間で熱交換し、ラジエータ３４ａにおいて暖められた冷媒と外気との間で熱交換することにより冷媒を冷却する。冷却手段３４には、水温センサ３４ｂが設けられ、水温センサ３４ｂを循環する冷却水温Ｔｗが測定される。

本実施の形態では、冷却水温Ｔｗは、エンジン１０の暖機状態を間接的に推定するために用いられる。エンジン１０の暖機状態を知るためには、冷却水温Ｔｗ以外に、エンジン１０のシリンダ温度、排気ガス温度等を用いることができるが、本実施の形態では冷却水温Ｔｗを用いる例について説明する。

エンジン１０は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）３６により制御される。エンジンＥＣＵ３６には、エンジン１０の状態を検出する種々のセンサからの信号が入力される。信号としては、例えば、クランクシャフト１６の回転位置を示すクランクポジション、水温センサ３４ｂからの冷却水温Ｔｗ、吸気管に取り付けられたエアフローメータからの吸入空気量Ｑａ、等が挙げられる。また、エンジンＥＣＵ３６は、必要に応じて、燃焼室内に取り付けられた圧力センサからの筒内圧力、燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ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からのカムポジション、スロットルバルブ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からのスロットルポジション、同じく吸気管に取り付けられた温度センサからの吸気温Ｔｉｎ、空燃比センサからの空燃比、酸素センサからの酸素信号、等を取得してもよい。

また、エンジンＥＣＵ３６からは、エンジン１０を駆動するための種々の制御信号が出力される。制御信号としては、例えば、燃料噴射弁への駆動信号、スロットルバルブのポジションを調節するスロットルモータへの駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイルへの制御信号、吸気バルブ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への制御信号、等が出力ポートを介して出力される。

エンジンＥＣＵ３６は、ハイブリッド用電子制御ユニット４６と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット４６からの制御信号によりエンジン１０を運転制御すると共に必要に応じてエンジン１０の運転状態に関するデータを出力する。なお、エンジンＥＣＵ３６は、クランクポジションに基づいてクランクシャフト１６の回転数、即ちエンジン１０の回転数Ｎｅも演算する。

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）３８により駆動制御される。モータＥＣＵ３８には、ＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号が入力される。入力信号としては、例えば、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４０，４２からの信号、電流センサにより検出されるＭＧ１、ＭＧ２への相電流、等が挙げられる。また、モータＥＣＵ３８からは、インバータ２６、２８へのスイッチング制御信号が出力される。

モータＥＣＵ３８は、ハイブリッド用電子制御ユニット４６と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット４６からの制御信号によってＭＧ１、ＭＧ２を駆動制御する。さらに、必要に応じて、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４６に出力する。なお、モータＥＣＵ３８は、回転位置検出センサ４０，４２からの信号に基づいてＭＧ１、ＭＧ２の回転数Ｎｍ１、Ｎｍ２も演算する。

バッテリ３０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）４４によって管理される。バッテリＥＣＵ４４には、バッテリ３０を管理するのに必要な信号が入力される。入力信号としては、例えば、バッテリ３０の端子間に設置された電圧センサ３０ａからの端子間電圧Ｖｂ、バッテリ３０の正極側の出力端子に取り付けられた電流センサ３０ｂからの充放電電流Ｉｂ、等が挙げられる。また、バッテリＥＣＵ４４は、必要に応じて、バッテリ３０の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４６に出力する。

バッテリＥＣＵ４４は、バッテリ３０を管理するために、電流センサ３０ｂにより検出された充放電電流Ｉｂの積算値に基づいてバッテリ３０から放電可能な蓄電量の全容量に対する割合としての蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ３０を充放電してもよい最大許容電力を示す入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔを演算したりする。なお、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３０の蓄電割合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することができる。入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔは、設定された入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定される。

また、ハイブリッド自動車１００は、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４６を備える。ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、ＣＰＵ４６ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成される。ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、ＣＰＵ４６ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ４６ｂ、データを一時的に記憶するＲＡＭ４６ｃ及び入出力ポートおよび通信ポートを備える。

ハイブリッド用電子制御ユニット４６には、イグニッションスイッチ４８からのイグニッション信号ＩＧ、シフトレバーの操作位置を検出するシフトポジションセンサ５０からのシフトポジションＳＰ、アクセルペダル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５２からのアクセル開度Ａｃｃ、ブレーキペダル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５４からのブレーキペダルポジションＢＰ、車速センサ５６からの車速Ｖ、等が入力される。ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、前述したように、エンジンＥＣＵ３６やモータＥＣＵ３８、バッテリＥＣＵ４４と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ３６やモータＥＣＵ３８、バッテリＥＣＵ４４と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

なお、本実施の形態では、エンジンＥＣＵ３６、モータＥＣＵ３８、バッテリＥＣＵ４４及びハイブリッド用電子制御ユニット４６はそれぞれ独立した制御部として記載するが、いずれかを組み合わせた出力制御部としてもよい。

ハイブリッド自動車１００は、運転者によるアクセルペダル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１２ｅに出力すべき要求トルクを計算する。そして、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸１２ｅに出力されるように、エンジン１０とＭＧ１とＭＧ２とが運転制御される。通常時のエンジン１０、ＭＧ１及びＭＧ２の制御としては、トルク変換運転モード、充放電運転モード及びモータ運転モードがある。

トルク変換運転モードでは、要求動力に見合う動力がエンジン１０から出力されるようにエンジン１０が運転制御されると共に、エンジン１０から出力される動力のすべてが動力分配統合機構１２とＭＧ１とＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸１２ｅに出力されるようＭＧ１およびＭＧ２が駆動制御される。充放電運転モードでは、要求動力とバッテリ３０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン１０から出力されるようにエンジン１０が運転制御されると共に、バッテリ３０の充放電を伴ってエンジン１０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１２とＭＧ１と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１２ｅに出力されるようＭＧ１およびＭＧ２が駆動制御される。モータ運転モードでは、エンジン１０の運転を停止して、要求動力に見合う動力をＭＧ２からリングギヤ軸１２ｅに出力するよう運転制御される。

＜第１の実施の形態における暖機運転制御方法＞
次に、エンジン１０の浄化装置３２の浄化触媒を暖機する際の動作について説明する。図２は、第１の実施の形態における駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。駆動制御ルーチンは、イグニッションスイッチ４８によってハイブリッド用電子制御ユニット４６にイグニション信号が入力されると開始される。この駆動制御ルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、初期設定処理が行われる。ハイブリッド用電子制御ユニット４６のＣＰＵ４６ａは、まず、アクセルペダルポジションセンサ５２からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ５６からの車速Ｖ、ＭＧ１、ＭＧ２の回転数Ｎｍ１、Ｎｍ２、バッテリ３０の入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔ、浄化触媒の暖機要求がなされているか否かを示す触媒暖機要求フラグＦｃなど制御に必要なデータを得る（ステップＳ１０）。

ここで、ＭＧ１、ＭＧ２の回転数Ｎｍ１、Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４０，４２により検出されたＭＧ１、ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいてモータＥＣＵ３８にて演算される。回転数Ｎｍ１、Ｎｍ２は、モータＥＣＵ３８からハイブリッド用電子制御ユニット４６へ入力される。また、バッテリ３０の入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔは、バッテリ３０の電池温度Ｔｂとバッテリ３０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定される。入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔは、バッテリＥＣＵ４４からハイブリッド用電子制御ユニット４６に通信により入力される。

さらに、エンジンＥＣＵ３６からハイブリッド用電子制御ユニット４６へ浄化装置３２の触媒温度Ｔｃ及び水温センサ３４ｂの冷却水温Ｔｗが入力される。ここで、触媒温度Ｔｃは、エンジン１０の点火時期及びエンジン１０への吸入空気量Ｑａの積算値と触媒温度Ｔｃとの関係を予め実験で調べてマップ（データベース）としておき、実際のエンジン１０の点火時期及び現時点でのエンジン１０への吸入空気量Ｑａの積算値との組み合わせに応じて触媒温度Ｔｃを求めることができる。なお、触媒温度Ｔｃは、浄化装置３２に温度センサを設けて直接測定してもよい。

ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、浄化装置３２の触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１（例えば、４００℃〜４５０℃の温度範囲に設定される）未満であるか、又は、水温センサ３４ｂの冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１未満であるか、を判定する（ステップＳ１２）。

ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、浄化装置３２の触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１未満であるか、又は、水温センサ３４ｂの冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１未満であれば触媒暖機要求フラグＦｃを値１に設定してステップＳ１４に処理を移行させ、そうでなければ触媒暖機要求フラグＦｃを値０に設定してステップＳ１８に処理を移行させる。

ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、触媒暖機要求フラグＦｃの値が１である場合、触媒温度Ｔｃ及び冷却水温Ｔｗに応じたエンジン１０の出力である目標エンジンパワーＰｅを求める（ステップＳ１４）。本実施の形態では、図３に示すように、触媒温度Ｔｃ及び冷却水温Ｔｗの組み合わせに対して、浄化装置３２を通過した排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＮＯｘ等）の濃度が所定の基準値未満となるような目標エンジンパワーＰｅを予め実験で求めてマップ化してＲＯＭ４６ｂに記憶させておき、そのマップを参照して、実際の触媒温度Ｔｃ及び冷却水温Ｔｗの組み合わせに対応する目標エンジンパワーＰｅを選択する。

なお、ハイブリッド自動車１００の初回起動時には、上記触媒温度Ｔｃの算出方法では触媒温度Ｔｃを算出することができない。したがって、触媒温度Ｔｃをマップ中の最低値であるとして、冷却水温Ｔｗのみから目標エンジンパワーＰｅを求めればよい。

ここで、図３に示すように、暖機運転制御における目標エンジンパワーＰｅは、触媒温度Ｔｃが高くなるほど大きな値となり、冷却水温Ｔｗが高くなるほど大きな値となるように設定される。触媒温度Ｔｃが高くなるほど浄化装置３２における排気ガス中の有害物質の除去能力は高くなり、排気ガス中の有害物質を十分に除去できる。そこで、目標エンジンパワーＰｅを大きくして排気ガスの総量を増やしても浄化装置３２から排出されるガス中の有害物質の量を基準値未満に保つことができる。また、冷却水温Ｔｗが高くなるほどエンジン１０からの排気ガスに含まれる有害物質の量が減少し、浄化装置３２によって排気ガス中の有害物質を十分に除去できる。そこで、目標エンジンパワーＰｅを大きくして排気ガスの総量を増やしても浄化装置３２から排出されるガス中の有害物質の量を基準値未満に保つことができる。

なお、浄化装置３２を通過した排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＮＯｘ等）の濃度が所定値（例えば、ハイブリッド自動車１００から排出される排気ガスに含まれる有害物質に対する環境基準値とする）未満となるような目標エンジンパワーＰｅを触媒温度Ｔｃ及び冷却水温Ｔｗの関数として予め求めておき、その関数に実際の触媒温度Ｔｃ及び冷却水温Ｔｗを代入して目標エンジンパワーＰｅを算出するようにしてもよい。

ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、求められた目標エンジンパワーＰｅを用いてハイブリッド自動車１００を制御する（ステップＳ１６）。

ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、入力されたアクセル開度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２４ａ、２４ｂに連結された駆動軸であるリングギヤ軸１２ｅに出力すべき要求トルクＴｒ^*、及び、走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ^*を設定する。要求トルクＴｒ^*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ＲＯＭ４６ｂ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ことができる。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１２ｅの回転数Ｎｒを乗じ、その乗算値に損失としてのロスＬｏｓｓを加えて導出することができる。なお、リングギヤ軸１２ｅの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数を乗じることによって求めたり、ＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ１８のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めたりすることができる。

ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、走行用パワーＰｄｒｖ^*を、バッテリ出力可能パワー（ｋ・Ｗｏｕｔ）と目標エンジンパワーＰｅとの和のパワー（ｋ・Ｗｏｕｔ＋Ｐｅ）と比較する。この処理は、目標エンジンパワーＰｅをエンジン１０から出力しながら走行用パワーＰｄｒｖ^*によって走行することができるか否かを判定する処理である。走行用パワーＰｄｒｖ^*が和のパワー（ｋ・Ｗｏｕｔ＋Ｐｅ）以下のときには、目標エンジンパワーＰｅをエンジン１０から出力すべき要求パワーＰｅ^*として設定すると共に、エンジン１０の回転数ＮｅとトルクＴｅとの制約としてエンジン１０を効率よく運転する動作ライン（以下、燃費用動作ラインという）と要求パワーＰｅ^*とを用いて得られる回転数とトルクとをエンジン１０の目標回転数Ｎｅ^*と目標トルクＴｅ^*として設定する。

さらに、設定した目標回転数Ｎｅ^*と目標トルクＴｅ^*とを用いてＭＧ１、ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１^*、Ｔｍ２^*を設定する。ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、エンジン１０の目標回転数Ｎｅ^*、ＭＧ２の回転数Ｎｍ２、動力分配統合機構１２のギヤ比ρ、及び減速ギヤ１８のギヤ比Ｇｒを用いて、次式（１）によりＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１^*を計算する。さらに、算出された目標回転数Ｎｍ１^*、ＭＧ１の回転数Ｎｍ１、エンジン１０の目標トルクＴｅ^*及び動力分配統合機構１２のギヤ比ρに基づいて、式（２）によりＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１^*を計算する。
Nm1^*=Ne^*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) ・・・(1)
Tm1tmp=-ρ・Te^*/(1+ρ)+k1・(Nm1^*-Nm1)+k2・∫(Nm1^*-Nm1)dt ・・・(2)
式（１）は、動力分配統合機構１２の回転要素に対する力学的な関係式である。数式（１）は、動力分配統合機構１２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用いて導き出すことができる。式（２）は、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る。式（２）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。

ＭＧ２から出力すべきトルクの仮の値である仮トルクＴｍ２ｔｍｐは、数式（３）に基づいて算出される。仮トルクＴｍ２ｔｍｐは、トルク指令Ｔｍ１^*を動力分配統合機構１２のギヤ比ρで除した値に要求トルクＴｒ^*を加算し、更に減速ギヤ１８のギヤ比Ｇｒで除した値である。

また、トルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ、Ｔｍ２ｍａｘは、数式（４）及び数式（５）に基づいて算出される。トルク制限Ｔｍ２ｍｉｎは、トルク指令Ｔｍ１^*に現在のＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるＭＧ１の消費電力（発電電力）の値とバッテリ３０の入出力制限Ｗｉｎとの差分値をＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除することにより算出される。トルク制限Ｔｍ２ｍｉｎは、ＭＧ２から出力してもよいトルクの下限値である。トルク制限Ｔｍ２ｍａｘは、トルク指令Ｔｍ１^*に現在のＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるＭＧ１の消費電力（発電電力）の値とバッテリ３０の入出力制限Ｗｏｕｔとの差分値をＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除することにより算出される。トルク制限Ｔｍ２ｍａｘは、ＭＧ２から出力してもよいトルクの上限値である。また、仮トルクＴｍ２ｔｍｐを式（６）によりトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ、Ｔｍ２ｍａｘで制限してＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２^*を設定する。ここで、式（３）は、数式（１）と同様に、共線図から導き出すことができる。
Tm2tmp=(Tr^*+Tm1^*/ρ)/Gr ・・・(3)
Tm2min=(Win-Tm1^*・Nm1)/Nm2 ・・・(4)
Tm2max=(Wout-Tm1^*・Nm1)/Nm2 ・・・(5)
Tm2^*=max(min(Tm2tmp、Tm2max)、Tm2min) ・・・(6)
ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２^*を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸１２ｅに出力する要求トルクＴｒ^*を、バッテリ３０の入出力制限Ｗｉｎ、Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。

このように、エンジン１０の目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*、並びにＭＧ１、ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１^*、Ｔｍ２^*が設定される。ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、設定したエンジン１０の目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*をエンジンＥＣＵ３６に送信し、ＭＧ１、ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１^*、Ｔｍ２^*をモータＥＣＵ３８に送信する。

エンジンＥＣＵ３６は、目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*を受信すると、エンジン１０が目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*によって決められる運転ポイントにて駆動されるようにエンジン１０に対してスロットルバルブのポジションの駆動信号（吸入空気量制御信号）、燃料噴射弁の駆動信号（燃料噴射制御信号）、イグニッションコイルの制御信号（点火制御信号）等を出力する。これにより、目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*に応じた運転となるようにエンジン１０の吸入空気量制御、燃料噴射制御及び点火制御等が行われる。このとき、浄化触媒の暖機をより促進させるために、エンジン１０の点火時期は、エンジン１０を効率よく運転するための点火時期（以下、燃費用点火時期という）に比べて遅い時期、すなわち触媒暖機に適した点火時期（以下、触媒暖機用点火時期という）を用いることが好適である。モータＥＣＵ３８は、トルク指令Ｔｍ１^*、Ｔｍ２^*を受信すると、トルク指令Ｔｍ１^*でＭＧ１が駆動され、トルク指令Ｔｍ２^*でＭＧ２が駆動されるようインバータ２６、２８のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

ステップＳ１２において触媒暖機要求フラグＦｃの値が０となった場合、すなわち触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１以上かつ冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１となった場合、ハイブリッド用電子制御ユニット４６は運転制御を通常の制御に移行させる。通常の運転制御では、上述したように、トルク変換運転モード、充放電運転モード及びモータ運転モードのいずれかの運転モードによる制御が行われる。

なお、触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１以上となった場合、冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１となっていなくとも、ハイブリッド用電子制御ユニット４６は運転制御を通常の制御に移行させるようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態では、浄化触媒が十分に暖められていない又はエンジンが十分に暖機されていない場合に、エンジン１０の冷却水温Ｔｗに応じてエンジン１０からの目標エンジンパワーＰｅを決定する。冷却水温Ｔｗが高くなるほどエンジン１０の暖機は進んでいる状態であり、エンジン１０からの排気ガスに含まれる有害物質の量は減少するので、目標エンジンパワーＰｅを大きくしても浄化装置３２から排出されるガス中の有害物質の量を基準値未満に保つことができる。また、触媒温度Ｔｃが高くなるほど触媒の活性化度は高くなるので、目標エンジンパワーＰｅを大きくしても浄化装置３２から排出されるガス中の有害物質の量を基準値未満に保つことができる。

このとき、図４に示すように、目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*は燃費用動作ラインＡと目標エンジンパワーＰｅが一定となる等パワー曲線Ｂ（Ｂ１，Ｂ２・・・）との交点によって決定される。図に示すように、目標エンジンパワーＰｅが大きくなるにつれて、目標回転数Ｎｅ^*及び目標トルクＴｅ^*も大きくなり、エンジン１０の燃費も向上する。本実施の形態では、暖機運転制御中においても冷却水温Ｔｗが高くなるほど目標エンジンパワーＰｅを大きくするので、浄化装置３２から排出されるガス中の有害物質の量を基準値未満に維持できる範囲内においてエンジン１０の燃費を向上させることができる。

＜第２の実施の形態における暖機運転制御方法＞
第１の実施の形態における暖機運転制御では、暖機運転中の触媒温度Ｔｃ及び冷却水温Ｔｗの変化に応じてエンジン１０の目標エンジンパワーＰｅを設定したが、第２の実施の形態では暖機運転中の目標エンジンパワーＰｅは一定とする。

図５は、第２の実施の形態における駆動制御ルーチンを示すフローチャートである。駆動制御ルーチンは、イグニッションスイッチ４８によってハイブリッド用電子制御ユニット４６にイグニション信号が入力されると開始される。この駆動制御ルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、初期設定処理が行われる（ステップＳ２０）。ここでの処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１０と同様に行われる。

次に、ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、浄化装置３２の触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１未満であるか、又は、水温センサ３４ｂの冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１未満であるか、を判定する（ステップＳ２２）。ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、浄化装置３２の触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１未満であるか、又は、水温センサ３４ｂの冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１未満であれば触媒暖機要求フラグＦｃを値１に設定してステップＳ２４に処理を移行させ、そうでなければ触媒暖機要求フラグＦｃを値０に設定してステップＳ３０に処理を移行させる。

触媒暖機要求フラグＦｃの値が１である場合、ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、冷却水温Ｔｗに応じたエンジン１０の出力である目標エンジンパワーＰｅを求める（ステップＳ２４）。本実施の形態では、暖機運転制御中は目標エンジンパワーＰｅは一定に維持する。ハイブリッド自動車１００の初回起動時には、触媒温度Ｔｃを算出することができないので、冷却水温Ｔｗのみから目標エンジンパワーＰｅを求める。

本実施の形態では、冷却水温Ｔｗに対して、浄化装置３２を通過した排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＮＯｘ等）の濃度が所定の基準値未満となるような目標エンジンパワーＰｅを予め実験で求めてマップ化し、そのマップを参照して実際の冷却水温Ｔｗに対応する目標エンジンパワーＰｅを選択する。

図６は、暖機運転制御における冷却水温Ｔｗと目標エンジンパワーＰｅとの関係を示すマップの例である。例えば、触媒温度Ｔｃが一定値（例えば、ハイブリッド自動車１００が使用される環境下において触媒温度Ｔｃとして予想される最低温度又は常温とするとよい）であるときに、冷却水温Ｔｗに対して、浄化装置３２を通過した排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＮＯｘ等）の濃度が所定の基準値未満となるような目標エンジンパワーＰｅを予め実験で求めてマップ化してＲＯＭ４６ｂに記憶させておけばよい。

目標エンジンパワーＰｅは、冷却水温Ｔｗが高くなるほど大きな値となるように設定される。すなわち、冷却水温Ｔｗが高くなるほどエンジン１０からの排気ガスに含まれる有害物質の量が減少し、浄化装置３２によって排気ガス中の有害物質を十分に除去できるので、目標エンジンパワーＰｅを大きくして排気ガスの総量を増やしても浄化装置３２から排出されるガス中の有害物質の量を基準値未満に保つことができるからである。

なお、浄化装置３２を通過した排気ガス中の有害物質（ＨＣ、ＮＯｘ等）の濃度が所定値（例えば、ハイブリッド自動車１００から排出される排気ガスの含まれる有害物質に対する環境基準値とする）未満となるような目標エンジンパワーＰｅを冷却水温Ｔｗの関数として予め求めておき、その関数に実際の冷却水温Ｔｗを代入して目標エンジンパワーＰｅを算出するようにしてもよい。

次に、ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、求められた目標エンジンパワーＰｅを用いてハイブリッド自動車１００を制御する（ステップＳ２６）。ここでの処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１６と同様に行われる。

続いて、ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、浄化装置３２の触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１以上であり、かつ、水温センサ３４ｂの冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１以上であるか、を判定する（ステップＳ２８）。ハイブリッド用電子制御ユニット４６は、浄化装置３２の触媒温度Ｔｃが活性化温度Ｔｃ１以上であり、かつ、水温センサ３４ｂの冷却水温Ｔｗがエンジン暖機温度Ｔｗ１以上であれば触媒暖機要求フラグＦｃを値０に設定してステップＳ３０に処理を移行させ、そうでなければ触媒暖機要求フラグＦｃを値１に維持してステップＳ２６に処理を戻す。

ステップＳ２２又はステップＳ２８で触媒暖機要求フラグＦｃが値０に設定された場合、ハイブリッド用電子制御ユニット４６は運転制御を通常の制御に移行させる。ここでの処理は、第１の実施の形態におけるステップＳ１８と同様に行われる。

以上のように、本実施の形態では、浄化触媒が十分に暖められていない又はエンジンが十分に暖機されていない場合に、エンジン１０の冷却水温Ｔｗに応じてエンジン１０からの目標エンジンパワーＰｅを決定し、エンジン１０をその目標エンジンパワーＰｅで運転させて暖機を行う。本実施の形態では、暖機運転中は目標エンジンパワーＰｅを一定に維持するが、暖機運転開始時の冷却水温Ｔｗに応じて目標エンジンパワーＰｅが設定されるので浄化装置３２から排出されるガス中の有害物質の量を基準値未満に維持できる範囲内においてエンジン１０の燃費を向上させることができる。

なお、上記第１及び第２の実施の形態では、エンジン１０の暖機状態は、エンジン１０の冷却水温Ｔｗによって判断するものとしたが、エンジン１０からの排気ガス中に含まれる有害物質の量から判断することもできる。

すなわち、上記実施の形態においてエンジン１０の冷却水温Ｔｗに応じてエンジン１０からの目標エンジンパワーＰｅを決定するものとしたが、エンジン１０からの排気ガス中に含まれる有害物質の量を直接測定できる場合には、冷却水温Ｔｗに代えて有害物質の量に応じて暖機運転中の目標エンジンパワーＰｅを決定してもよい。このとき、暖機運転中は、第１の実施の形態のように、目標エンジンパワーＰｅを随時変更してもよいし、第２の実施の形態のように、目標エンジンパワーＰｅを一定に維持してもよい。また、有害物質の量が少なくなるほど暖機運転中の目標エンジンパワーＰｅを大きくするように制御することが好適である。

また、エンジン１０の暖機状態は、エンジン１０のシリンダの温度から判断することもできる。

すなわち、エンジン１０のシリンダの温度を測定できる場合には、冷却水温Ｔｗに代えてシリンダの温度に応じて暖機運転中の目標エンジンパワーＰｅを決定してもよい。このとき、暖機運転中は、第１の実施の形態のように、目標エンジンパワーＰｅを随時変更してもよいし、第２の実施の形態のように、目標エンジンパワーＰｅを一定に維持してもよい。このとき、シリンダの温度が高くなるほど暖機運転中の目標エンジンパワーＰｅを大きくすることが好適である。

本発明の適用範囲は、ハイブリッド自動車に限定されるものでなく、内燃機関と電動機とを組み合わせたシステムにおいて内燃機関からの排気ガスに含まれる有害物質を除去・低減させる浄化触媒を備えたハイブリッドシステムであればよい。

また、適用範囲となるハイブリッド自動車は上記実施の形態において説明した構成に限定されるものでなく、様々な構成のハイブリッド自動車に適用可能である。

１０ エンジン、１２ 動力分配統合機構、１２ａ サンギヤ、１２ｂ リングギヤ、１２ｃ ピニオンギヤ、１２ｄ キャリア、１２ｅ リングギヤ軸、１４ ダンパ、１６ クランクシャフト、１８ 減速ギヤ、２０ ギヤ機構、２２ デファレンシャルギヤ、２４ａ 駆動輪、２６，２８ インバータ、３０ バッテリ、３０ａ 電圧センサ、３０ｂ 電流センサ、３２ 浄化装置、３４ 冷却手段、３４ａ ラジエータ、３４ｂ 水温センサ、３６ エンジンＥＣＵ、３８ モータＥＣＵ、４０，４２ 回転位置検出センサ、４４ バッテリＥＣＵ、４６ ハイブリッド用電子制御ユニット、４８ イグニッションスイッチ、５０ シフトポジションセンサ、５２ アクセルペダルポジションセンサ、５４ ブレーキペダルポジションセンサ、５６ 車速センサ、１００ ハイブリッド自動車。

Claims (8)

1. 走行用の動力を出力可能なエンジン及び電動機と、
   前記電動機に電力を供給する二次電池と、
   前記エンジンからの排気ガスに含まれる有害物質を浄化する浄化触媒を有する浄化装置と、
   前記浄化触媒の暖機運転時は目標エンジン出力を一定とする制御を行う出力制御部と、
   を備えたハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、前記エンジンの暖機状態と前記浄化装置の浄化能力に基づいて、前記浄化装置から排出される排気ガスに含まれる前記有害物質の量を所定値未満とするように前記目標エンジン出力を制御することを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
2. 請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、前記浄化触媒の暖機運転開始時に前記目標エンジン出力を求め、前記浄化触媒の暖機運転時は前記目標エンジン出力を一定とする制御を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
3. 請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、前記エンジンの冷却媒体の温度に応じて、前記冷却媒体の温度が低いほど前記目標エンジン出力が小さくなるように暖機運転制御を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
4. 請求項３に記載のハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、前記冷却媒体の温度が所定値以下であるときに前記暖機運転制御を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
5. 請求項１に記載のハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、前記エンジンのシリンダの温度に応じて、前記シリンダの温度が低いほど前記目標エンジン出力が小さくなるように暖機運転制御を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
6. 請求項５に記載のハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、前記シリンダの温度が所定値以下であるときに前記暖機運転制御を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、さらに前記浄化触媒の温度に応じて、前記浄化触媒の温度が低いほど前記目標エンジン出力が小さくなるように暖機運転制御を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。
8. 請求項７に記載のハイブリッド自動車の制御装置であって、
   前記出力制御部は、前記浄化触媒の温度が所定値以下であるときに前記暖機運転制御を行うことを特徴とするハイブリッド自動車の制御装置。

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