JP7740108B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

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、空燃比センサが排気通路に設置されるとともに、水素ガスを燃料とするエンジンを搭載するハイブリッド車両の制御装置が記載されている。水素ガスが燃焼すると水が生成される。エンジンの冷間時には、燃焼により生成された水が気化し難いため、空燃比センサの被水割れが生じ易くなる。上記文献１の制御装置は、エンジンの冷間時にリーン燃焼を行うことで、空燃比センサの被水割れを抑制している。さらに、同制御装置は、エンジンの冷間時に、発電電動機によりエンジンに負荷を加えることで、エンジンの暖機を促進している。

特開２０１１－０４７２８２号公報

エンジンの冷間時には、排気浄化用の触媒装置が未活性であるため、排気中のＮＯｘを十分に浄化できない状態にある。そうした状態にあっても、燃焼によるＮＯｘの生成量が低下するまでエンジンで燃焼する混合気の空燃比をリーン化すれば、外気へのＮＯｘ放出量を許容可能な量に留められる。ただし、ＮＯｘ生成量が低下するまで空燃比をリーン化すると、エンジンの出力性能が低下してしまう。

一方、上記文献のように、発電電動機によりエンジンに負荷を加えると、その負荷の分、車両の駆動力として取出し可能な動力が減ってしまう。そのため、空燃比のリーン化によりＮＯｘ放出量を抑えつつ、発電電動機により負荷を加えてエンジンの暖機を促進しようとすると、エンジンの冷間時には、ハイブリッド車両の動力性能が不十分となる虞がある。

上記課題を解決するハイブリッド車両の制御装置は、排気中の窒素酸化物を浄化する触媒装置を備えるエンジンと、前記エンジンに連結された発電電動機と、前記発電電動機との間で電力を授受するバッテリと、電力の供給に応じて発熱して前記触媒装置を加熱するヒータと、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、リーン燃焼を行える最大の出力で前記エンジンを運転したときに同エンジンが発生する前記ハイブリッド車両の駆動力をリーン燃焼最大駆動力とし、アクセルペダルの操作量に基づく前記ハイブリッド車両の駆動力をドライバ要求パワーとし、前記バッテリに充電可能な電力の上限値を入力制限とし、前記ヒータに要求する電力の要求値をヒータ要求電力としたとき、前記触媒装置が既定温度未満のときに、前記ドライバ要求パワーが、前記リーン燃焼最大駆動力から前記ヒータ要求電力及び前記入力制限を引いた値以下の場合には、前記ドライバ要求パワーと前記入力制限と前記ヒータ要求電力との合計を前記エンジンの目標パワーとし、且つ、前記バッテリから前記ヒータに前記ヒータ要求電力を供給し、且つ、前記入力制限と前記ヒータ要求電力との合計を発電するように前記発電電動機を回生駆動し、前記ドライバ要求パワーが前記リーン燃焼最大駆動力を超える場合には、前記リーン燃焼最大駆動力を前記エンジンの目標パワーとし、且つ、前記ドライバ要求パワーから前記リーン燃焼最大駆動力を引いた値を出力するように前記発電電動機を力行駆動する。

ハイブリッド車両の駆動系の構成を模式的に示す図である。 図１のハイブリッド車両の制御装置の構成を模式的に示す図である。 図１のハイブリッド車両に搭載されたエンジンの空気過剰率とＮＯｘ生成量との関係を示すグラフである。 図１のハイブリッド車両に搭載されたエンジンを、空気過剰率を３通りに変えて運転したときのそれぞれにおけるエンジン回転数と最大エンジントルクとの関係を示すグラフである。 同制御装置が実行する触媒未暖機時制御ルーチンのフローチャートである。 同制御装置による触媒未暖機時制御の実行中のドライバ要求パワーに対する、（Ａ）は目標エンジンパワーの推移を、（Ｂ）は空気過剰率の推移を、（Ｃ）はＮＯｘ生成量の推移を、（Ｄ）は排気熱エネルギの推移を、それぞれ示すグラフである。

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６を参照して詳細に説明する。
＜ハイブリッド車両の駆動系の構成＞
まず、図１を参照して、本実施形態の制御装置が搭載されたハイブリッド車両の駆動系の構成を説明する。図１に示すように、ハイブリッド車両は、エンジン１０を備えている。エンジン１０は、水素ガスを燃料として用いる水素ガスエンジンである。エンジン１０は、変速機１１を介して車輪１２に連結されている。また、エンジン１０は、発電電動機１３にも連結されている。変速機１１は、ギア段の切替えを通じて回転の変速比を変更する。変速機１１には、エンジン１０と車輪１２との間の動力伝達が断接したニュートラルのギア段を形成するためのクラッチ１４が設置されている。なお、クラッチ１４が切断されてニュートラルのギア段が形成された状態においても、エンジン１０と発電電動機１３との連結は維持される。

発電電動機１３は、インバータ１５を介してバッテリ１６に電気的に接続されている。発電電動機１３は、バッテリ１６が放電した電力を受けて動力を発生する。また、発電電動機１３は、外部からの動力を受けて発電して、その発電した電力をバッテリ１６に充電する。インバータ１５は、発電電動機１３とバッテリ１６との間で授受される電力を調整することで、発電電動機１３を駆動する。

エンジン１０の排気通路１７には、排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を浄化する触媒装置１８が設置されている。触媒装置１８には、電力の供給に応じて発熱して同触媒装置１８を加熱するヒータ１９が設置されている。ヒータ１９は、電力調整回路２０を介してバッテリ１６に電気的に接続されている。電力調整回路２０は、バッテリ１６からヒータ１９に供給される電力を調整するための回路である。

＜制御装置の構成＞
続いて、図２を併せ参照して、ハイブリッド車両の制御装置の構成を説明する。図２に示すように、本実施形態の制御装置は、車両制御用の電子制御ユニット２１を備えている。電子制御ユニット２１は、演算処理装置２２と記憶装置２３とを備えている。記憶装置２３には、車両制御用のプログラムやデータが記憶されている。演算処理装置２２は、記憶装置２３からプログラムを読み込んで実行することで、車両制御のための各種処理を実施する。

電子制御ユニット２１には、エンジン１０に設置された各種のセンサの検出信号が入力されている。エンジン１０に設置されたセンサの例は、エアフローメータ２９、空燃比センサ３０、水温センサ３１、吸気温センサ３２、クランク角センサ３３である。エアフローメータ２９は、エンジン１０の吸気流量を検出するセンサである。空燃比センサ３０は、エンジン１０で燃焼した混合気の空燃比を検出するためのセンサである。水温センサ３１は、エンジン１０の冷却水温を検出するセンサである。吸気温センサ３２は、エンジン１０の吸気温を検出するセンサである。クランク角センサ３３は、エンジン１０のクランク軸の回転位相を検出するセンサである。なお、電子制御ユニット２１は、クランク角センサ３３の検出結果からエンジン１０のクランク軸の回転速度であるエンジン回転数を求めている。また、電子制御ユニット２１には、ハイブリッド車両におけるエンジン１０以外の部分に設置されたセンサの検出信号も入力されている。そうしたセンサの例は、アクセルペダルセンサ３４、車速センサ３５である。アクセルペダルセンサ３４は、ドライバのアクセルペダルの操作量を検出するセンサであり、車速センサ３５はハイブリッド車両の走行速度を検出するセンサである。さらに、電子制御ユニット２１は、バッテリ１６の充放電量を監視しており、その監視結果からバッテリ１６に蓄えられている電力の量であるバッテリ蓄電量を求めている。

電子制御ユニット２１は、それらセンサの検出結果に基づき、ハイブリッド車両の各種制御を行っている。例えば電子制御ユニット２１は、インバータ１５の制御を通じて発電電動機１３の力行／回生トルクの制御を、電力調整回路２０の制御を通じてヒータ１９の電力制御を、行っている。また、電子制御ユニット２１は、変速機１１のギア段の切替制御を行っている。さらに、電子制御ユニット２１は、エンジン１０に設置された各種アクチュエータの制御を通じて同エンジン１０の動作を制御している。電子制御ユニット２１が制御するエンジン１０のアクチュエータには、スロットルバルブ２４、水素ガス噴射弁２５、点火装置２６、水噴射弁２７、排気再循環装置２８が含まれる。スロットルバルブ２４は、エンジン１０の燃焼に供される吸気の量を調整するためのバルブである。水素ガス噴射弁２５は、吸気中に水素ガスを噴射する弁である。点火装置２６は、水素ガスと吸気との混合気を火花放電により点火する装置である。水噴射弁２７は、吸気中に水を噴射する弁である。排気再循環装置２８は、排気の一部を吸気中に再循環する装置である。

＜エンジン１０の空燃比と排気／出力特性との関係＞
エンジン１０では、水素ガスの燃焼反応の過程で窒素酸化物（ＮＯｘ）が生成される。図１のハイブリッド車両では、エンジン１０の排気通路１７に設置された触媒装置１８が、燃焼により生成されたＮＯｘを還元浄化することで、外気へのＮＯｘの排出を抑えている。ただし、エンジン１０の始動後、触媒装置１８の暖機が完了するまでの期間は、触媒装置１８がＮＯｘの浄化能力を十分に発揮できない状態にある。一方、水素ガスの燃焼により生成されるＮＯｘの量は、燃焼状態によって変化する。

図３に、空気過剰率λとＮＯｘ生成量との関係を示す。空気過剰率λは、ストイキ空燃比に対する空燃比の比率を表わしている。すなわち、空気過剰率λが「１」の場合のエンジン１０の燃焼は、ストイキ空燃比でのストイキ燃焼となる。また、空気過剰率λが「１」を超える場合のエンジン１０の燃焼は、ストイキ空燃比よりもリーン側の空燃比でのリーン燃焼となる。また、同図におけるＮＯｘ生成量は、排気中のＮＯｘの重量比率を表わしている。そして、図３に示す許容値は、外気へのＮＯｘ排出量の許容可能な上限値を表わしている。許容値は、外気へのＮＯｘ排出量が規制を満たす値となるように予め設定されている。

図３に示すように、ＮＯｘ生成量は、空気過剰率λが「１」を少し超える値であるときに最大となる。そして、そのＮＯｘ生成量が最大となる値から空気過剰率λを増加させていくと、ＮＯｘ生成量は次第に減少する。同図に示すように、空気過剰率λが「λＬ」以上の範囲では、ＮＯｘ生成量が許容値以下となっている。よって、触媒装置１８が未暖機の状態にあっても、空気過剰率λを「λＬ」以上としたリーン燃焼を行えば、外気へのＮＯｘの排出量を許容値以下に抑えられる。

図４には、空気過剰率λが「１」の場合、上記「λＬ」の場合のそれぞれにおけるエンジン回転数と最大エンジントルクとの関係が示されている。エンジン１０の気筒に充填可能な吸気の量には限界がある。一方、空気過剰率λが高いほど、気筒に充填した吸気に占める水素ガスの比率は小さくなる。そのため、リーン燃焼時には、ストイキ燃焼時よりもエンジン１０の最大出力が小さくなる。

＜触媒未暖機時の制御＞
続いて、電子制御ユニット２１が実行する触媒未暖機時制御について説明する。触媒未暖機時制御は、触媒装置１８が未暖機の状態にあるときのＮＯｘ排出の抑制、及び触媒装置１８の暖機促進のために実行される制御である。

図５に、触媒未暖機時制御ルーチンのフローチャートを示す。電子制御ユニット２１は、ハイブリッド車両の稼働中、既定の制御周期毎に本ルーチンの処理を繰り返し実行している。

本ルーチンの処理を開始すると、電子制御ユニット２１はまずステップＳ１００において、触媒装置１８の暖機が完了しているか否かを判定する。触媒装置１８の暖機は、触媒装置１８が既定温度以上となったときに完了する。ここでの既定温度は、触媒装置１８の触媒が活性化する温度である。なお、エンジン１０の冷間始動から暖機が完了するまでの期間における触媒装置１８の温度は、エンジン１０の冷却水温に相関する。そこで、本実施形態では、エンジン１０の冷却水温に基づき、触媒装置１８が、上記既定温度以上であるか否かを判定している。そして、触媒装置１８の暖機が完了している場合（ＹＥＳ）には、電子制御ユニット２１は、そのまま本ルーチンの処理を終了する。一方、触媒装置１８の暖機が完了していない場合、すなわち未暖機の場合（ＮＯ）には、電子制御ユニット２１は、ステップＳ１１０に処理を進める。

ステップＳ１１０において、電子制御ユニット２１は、ドライバ要求パワーＰＵ、ヒータ要求電力ＰＨ、入力制限ＷＩＮ、及び出力制限ＷＯＵＴを取得する。ドライバ要求パワーＰＵは、アクセルペダルの操作量に基づき演算したハイブリッド車両の要求駆動力を、その要求駆動力の値に等しい動力を発生するために必要な発電電動機１３の電力に換算した値を表わしている。ヒータ要求電力ＰＨは、触媒装置１８の加熱のためにヒータ１９に供給する電力の要求値であり、その値はエンジン１０の冷却水温等に基づき演算されている。入力制限ＷＩＮはバッテリ１６に充電可能な電力の上限値を、出力制限ＷＯＵＴはバッテリ１６が放電可能な電力の上限値を、それぞれ表しており、それらの値はバッテリ蓄電量やバッテリ温度等に基づき演算されている。なお、電子制御ユニット２１は、それらドライバ要求パワーＰＵ、ヒータ要求電力ＰＨ、入力制限ＷＩＮ、及び出力制限ＷＯＵＴの値を、本ルーチンとは別のルーチンにおいてそれぞれ演算している。

続いて、電子制御ユニット２１は、ステップＳ１２０において、リーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを演算する。リーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮは、空気過剰率λを上述の「λＬ」とした状態でのエンジン１０の最大出力を、その値に等しい動力の発生に必要な発電電動機１３の電力に換算した値を表わしている。すなわち、リーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮは、リーン燃焼を行える最大の出力でエンジン１０を運転したときに同エンジン１０が発生するハイブリッド車両の駆動力を電力換算した値である。電子制御ユニット２１は、こうしたリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを、エンジン回転数等に基づき演算している。

次に電子制御ユニット２１は、ステップＳ１３０において、ドライバ要求パワーＰＵが惰性走行判定値ＰＣＳＴ以下であるか否かを判定する。惰性走行判定値ＰＣＳＴの値には、ハイブリッド車両が駆動力を必要としない状態、すなわち惰性走行中又は停車中であることを示すドライバ要求パワーＰＵの値の範囲の最大値が設定されている。そして、電子制御ユニット２１は、ドライバ要求パワーＰＵが惰性走行判定値ＰＣＳＴ以下の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１４０に、そうでない場合（ＮＯ）にはステップＳ１６０に、それぞれ処理を進める。

ステップＳ１４０に処理を進めた場合（Ｓ１３０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２１は、そのステップＳ１４０において、クラッチ１４を切断して、変速機１１をニュートラルのギア段とする。そして、電子制御ユニット２１は、続くステップＳ１５０において、ヒータ要求電力ＰＨ及び入力制限ＷＩＮを足し合わせた値（ＰＨ＋ＷＩＮ）を目標エンジンパワーＰＥの値として設定する。また、電子制御ユニット２１は、同ステップＳ１５０において、「ＰＨ＋ＷＩＮ」の正負を反転した値を目標ＭＧパワーＰＭＧの値として設定する。さらに電子制御ユニット２１は、同ステップＳ１５０において、エンジン１０の空気過剰率λを「λＬ」に設定する。そして、電子制御ユニット２１は、こうしたステップＳ１５０の処理の後、今回の制御周期における本ルーチンの処理を終了する。

一方、ステップＳ１６０に処理を進めた場合（Ｓ１３０：ＮＯ）には、電子制御ユニット２１は、以下の処理を行う。すなわち、ステップＳ１６０において電子制御ユニット２１は、ドライバ要求パワーＰＵが「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ－ＷＩＮ」以下であるか否かを判定する。そして、電子制御ユニット２１は、ドライバ要求パワーＰＵが「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ－ＷＩＮ」以下の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１７０に、「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ－ＷＩＮ」を超える場合（ＮＯ）にはステップＳ１８０に、それぞれ処理を進める。

ステップＳ１７０に処理を進めた場合（Ｓ１６０：ＹＥＳ）には、電子制御ユニット２１は、そのステップＳ１７０において、ドライバ要求パワーＰＵ、ヒータ要求電力ＰＨ、及び入力制限ＷＩＮの合計を、目標エンジンパワーＰＥの値として設定する。また、電子制御ユニット２１は、同ステップＳ１７０において、「ＰＨ＋ＷＩＮ」の正負を反転した値を目標ＭＧパワーＰＭＧの値として設定する。さらに電子制御ユニット２１は同ステップＳ１７０において、エンジン１０の空気過剰率λを「λＬ」に設定する。そして、電子制御ユニット２１は、こうしたステップＳ１７０の処理の後、今回の制御周期における本ルーチンの処理を終了する。

これに対して、ステップＳ１８０に処理を進めた場合（Ｓ１６０：ＮＯ）には、電子制御ユニット２１は、そのステップＳ１８０において、ドライバ要求パワーＰＵが「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ＋ＷＯＵＴ」以下であるか否かを判定する。そして、電子制御ユニット２１は、ドライバ要求パワーＰＵが「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ＋ＷＯＵＴ」以下の場合（ＹＥＳ）にはステップＳ１９０に、「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ＋ＷＯＵＴ」を超える場合（ＮＯ）にはステップＳ２００に、それぞれ処理を進める。

ステップＳ１９０に処理を進めた場合（Ｓ１８０：ＹＥＳ）、電子制御ユニット２１はそのステップＳ１９０において、リーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮの値を目標エンジンパワーＰＥの値として設定する。また、同ステップＳ１９０において電子制御ユニット２１は、ドライバ要求パワーＰＵからリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを引いた値を、目標ＭＧパワーＰＭＧの値として設定する。さらに電子制御ユニット２１は、同ステップＳ１９０において、エンジン１０の空気過剰率λを「λＬ」に設定する。そして、電子制御ユニット２１は、こうしたステップＳ１９０の処理の後、今回の制御周期における本ルーチンの処理を終了する。

一方、ステップＳ２００に処理を進めた場合（Ｓ１８０：ＮＯ）には、電子制御ユニット２１は、そのステップＳ２００において、ドライバ要求パワーＰＵから出力制限ＷＯＵＴを引いた値を、目標ＭＧパワーＰＭＧの値として設定する。また、電子制御ユニット２１は、同ステップＳ２００において、出力制限ＷＯＵＴに等しい値を目標ＭＧパワーＰＭＧの値として設定する。さらに電子制御ユニット２１は、同ステップＳ２００において、エンジン１０の空気過剰率λを「１」に設定する。そして、電子制御ユニット２１は、こうしたステップＳ２００の処理の後、今回の制御周期における本ルーチンの処理を終了する。

以上のように、本ルーチンにおいて電子制御ユニット２１は、触媒装置１８の未暖機の場合に、目標エンジンパワーＰＥ、目標ＭＧパワーＰＭＧ、及びエンジン１０の空気過剰率λを設定している。そして、本ルーチンの終了後に電子制御ユニット２１は、同ルーチンで設定した空気過剰率λの下で、目標エンジンパワーＰＥの値分の電力により発電電動機１３が発生する動力に等しい動力を発生するようにエンジン１０を制御する。具体的には、電子制御ユニット２１は、同ルーチンで設定した空気過剰率λの下で上記動力を発生するために必要な吸気量が得られる開度にスロットルバルブ２４の開度を制御する。そして、電子制御ユニット２１は、吸気量に対して設定した空気過剰率λが得られる量の水素ガスを噴射するように水素ガス噴射弁２５を制御する。このときのスロットルバルブ２４の開度を、エアフローメータ２９の検出結果に基づきフィードバック制御してもよい。また、このときの水素ガス噴射弁２５の噴射量を、空燃比センサ３０の検出結果に基づきフィードバック制御してもよい。

また、触媒装置１８の未暖機時の電子制御ユニット２１は、発電電動機１３に対するバッテリ１６の充放電量が、目標ＭＧパワーＰＭＧの値に等しい量となるようにインバータ１５を制御する。さらに、このときの電子制御ユニット２１は、バッテリ１６の放電量が出力制限ＷＯＵＴ以下となり、かつヒータ要求電力ＰＨ以下となる最大の電力をヒータ１９に供給するように電力調整回路２０を制御する。

なお、触媒装置１８の暖機が完了している場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）の電子制御ユニット２１は、別ルーチンの処理において、下記の態様で、目標エンジンパワーＰＥ、目標ＭＧパワーＰＭＧ、及びエンジン１０の空気過剰率λを設定している。

触媒装置１８の暖機完了時の電子制御ユニット２１は、バッテリ蓄電量を既定の制御目標値に維持するようにバッテリ１６の充放電量を制御する。具体的には、電子制御ユニット２１は、バッテリ１６の充電量が入力制限ＷＩＮ以下となり、かつバッテリ１６の放電量が出力制限ＷＯＵＴ以下となる範囲において、バッテリ蓄電量を制御目標値に近づけるようにバッテリ１６の目標充放電量を設定する。そして、電子制御ユニット２１は、目標充放電量に等しい値を目標ＭＧパワーＰＭＧの値として設定する。また、この場合の電子制御ユニット２１は、ドライバ要求パワーＰＵから目標ＭＧパワーＰＭＧを引いた値を、目標エンジンパワーＰＥの値として設定する。さらに、この場合の電子制御ユニット２１は、目標エンジンパワーＰＥがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮ以下の場合には「λＬ」を、それ以外の場合には「１」を、エンジン１０の空気過剰率λの値としてそれぞれ設定する。

＜実施形態の作用効果＞
本実施形態の作用及び効果について説明する。
図６（Ａ）は、触媒未暖機時制御の実行中のドライバ要求パワーＰＵに対する目標エンジンパワーＰＥの推移を示している。また、図６（Ｂ）は、触媒未暖機時制御の実行中のドライバ要求パワーＰＵに対する空気過剰率λの推移を示している。さらに、図６（Ｃ）及び図６（Ｄ）は、触媒未暖機時制御の実行中のドライバ要求パワーＰＵに対するエンジン１０のＮＯｘ生成量及び排気熱エネルギの推移をそれぞれ示している。

また、図６に示す区間Ａ～Ｅは、それぞれ下記のドライバ要求パワーＰＵの値の範囲を示している。区間Ａは、惰性走行判定値ＰＣＳＴ以下となるドライバ要求パワーＰＵの値の範囲である。区間Ｂは、惰性走行判定値ＰＣＳＴを超え、かつ「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ－ＷＩＮ」以下となるドライバ要求パワーＰＵの値の範囲である。区間Ｃは、「ＰＬＥＡＮ－ＰＨ－ＷＩＮ」を超え、かつリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮ以下となるドライバ要求パワーＰＵの値の範囲である。区間Ｄは、リーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを超え、かつ「ＰＬＥＡＮ＋ＷＯＵＴ」以下となるドライバ要求パワーＰＵの値の範囲である。区間Ｄは、「ＰＬＥＡＮ＋ＷＯＵＴ」を超えるドライバ要求パワーＰＵの値の範囲である。

なお、図６（Ａ）～（Ｄ）には、触媒未暖機時制御を実行しなかった場合のドライバ要求パワーＰＵに対する目標エンジンパワーＰＥ、空気過剰率λ、ＮＯｘ生成量、及び排気熱エネルギの推移を、二点鎖線で併せ示している。なお、ここでは、説明の簡単のため、バッテリ１６の目標充放電量を「０」としている。この場合には、ドライバ要求パワーＰＵに等しい値が目標エンジンパワーＰＥとして設定される。よって、この場合のエンジン１０では、ドライバ要求パワーＰＵがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮ以下となる区間Ａ～Ｃでは空気過剰率λを「λＬ」としたリーン燃焼が行われる。また、この場合のエンジン１０では、ドライバ要求パワーＰＵがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを超える区間Ｄ、Ｅでは、空気過剰率λを「１」としたストイキ燃焼が行われる。ストイキ燃焼では、許容値を超えるＮＯｘが生成される。そして、このときの触媒装置１８は暖機が完了しておらず、ＮＯｘを十分に浄化できない状態にある。そのため、ドライバ要求パワーＰＵがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを超える場合には、許容値を超えるＮＯｘが外気に放出されてしまう。

これに対して、本実施形態では、ドライバ要求パワーＰＵがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを超える区間Ｄ、Ｅでは、バッテリ１６の充電量が出力制限ＷＯＵＴ以下となる範囲で発電電動機１３を力行駆動している。そして、その力行駆動により発電電動機１３が発生する動力の分、エンジン出力を下げている。これにより、目標エンジンパワーＰＥがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮ以下となり、エンジン１０でリーン燃焼を行えるドライバ要求パワーＰＵの範囲が区間Ｄまで拡張される。さらに、本実施形態でも、区間Ｅでは、目標エンジンパワーＰＥがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを超えるため、ストイキ燃焼が行われる。ただし、区間Ｅでは、出力制限ＷＯＵＴの値に等しい電力を供給して発電電動機１３の力行駆動が行われて、その力行駆動により発生する動力の分、エンジン出力が低減される。そして、その結果、エンジン１０のＮＯｘ生成量が減るため、ＮＯｘの外気放出が抑えられる。

また、本実施形態では、ドライバ要求パワーＰＵがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮ以下となる区間Ａ～Ｃでは、目標エンジンパワーＰＥがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを超えない範囲で、発電電動機１３を回生駆動している。こうした区間Ａ～Ｃでは、エンジン１０でリーン燃焼が行われるため、外気へのＮＯｘの排出量が許容値以下に抑えられる。また、発電電動機１３の回生駆動に要する分、エンジン出力が嵩上げされて排気の熱エネルギが増加するため、触媒装置１８の暖機が促進される。さらに、本実施形態では、発電電動機１３の回生駆動により発電した電力で、ヒータ１９による触媒装置１８の電気加熱を行っており、これによっても触媒装置１８の暖機が促進される。

なお、ドライバ要求パワーＰＵが惰性走行判定値ＰＣＳＴ以下となる区間Ａでは、電子制御ユニット２１は、変速機１１のクラッチ１４を切断してエンジン１０及び発電電動機１３を車輪１２から切り離している。この状態では、エンジン１０の動作点をある程度自由に変更可能となる。こうした区間Ａにおいて電子制御ユニット２１は、燃焼が不安定とならない範囲でエンジン回転数を高めた状態でリーン燃焼を行うようにエンジン１０を制御している。すなわち、このときの電子制御ユニット２１は、熱効率の悪い動作点でエンジン１０を運転している。熱効率が悪化すると、排気の熱エネルギが増加する。よって、これによっても、触媒装置１８の暖機が促進されている。

以上のように本実施形態では、触媒装置１８が未暖機のときに、ドライバ要求パワーＰＵがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮ以下の場合には発電電動機１３を回生駆動している。また、触媒装置１８が未暖機のときに、ドライバ要求パワーＰＵがリーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮを超える場合には発電電動機１３を力行駆動している。上述のように、ドライバ要求パワーＰＵは、ハイブリッド車両の要求駆動力を電力換算した値である。また、リーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮは、リーン燃焼を行える最大の出力でエンジン１０を運転したときに同エンジン１０が発生するハイブリッド車両の駆動力を、すなわちリーン燃焼最大駆動力を電力換算した値である。よって、本実施形態では、触媒装置１８が未暖機のときに、ハイブリッド車両の要求駆動力がリーン燃焼最大駆動力以下の場合には発電電動機１３の回生駆動を行っている。そして、触媒装置１８が未暖機のときに、ハイブリッド車両の要求駆動力がリーン燃焼最大駆動力を超える場合には発電電動機１３の力行駆動を行っている。

以上の本実施形態のハイブリッド車両の制御装置によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）電子制御ユニット２１は、触媒装置１８が既定温度未満のときに、ハイブリッド車両の要求駆動力がリーン燃焼最大駆動力以下の場合には発電電動機１３の回生駆動を行っている。また、触媒装置１８が既定温度未満のときに、ハイブリッド車両の要求駆動力がリーン燃焼最大駆動力を超える場合には発電電動機１３の力行駆動を行っている。これにより、エンジン１０でリーン燃焼が行われる要求駆動力の範囲が拡張される。また、ストイキ燃焼を行う場合にも、発電電動機１３の力行駆動によりエンジン出力が低減されてＮＯｘの生成量が減少する。そのため、本実施形態のハイブリッド車両の制御装置には、触媒装置１８の暖機完了前の外気へのＮＯｘ排出を抑える効果がある。

（２）触媒装置１８の未暖機時の要求駆動力がリーン燃焼最大駆動力以下の場合に発電電動機１３を回生駆動することで、エンジン出力を嵩上げしている。これにより、排気の熱エネルギが増加するため、触媒装置１８の暖機を促進できる。

（３）触媒装置１８の未暖機時の発電電動機１３の回生駆動により発電した電力で触媒装置１８の電気加熱を行っており、これによっても触媒装置１８の暖機を促進できる。
（４）触媒装置１８の未暖機時の惰性走行中や停車中には、エンジン１０及び発電電動機１３を車輪１２から切り離して、エンジン１０のリーン燃焼及び発電電動機１３の回生駆動を行っている。そして、熱効率の悪い動作点でエンジン１０のリーン燃焼を行うことで、排気の熱エネルギを更に増加しており、これによっても触媒装置１８の暖機を促進できる。

＜他の実施形態＞
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本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。

・触媒装置１８の未暖機時に発電電動機１３を回生駆動する際に、水噴射弁２７による吸気への水噴射、及び排気再循環装置２８による吸気への排気の再循環の一方、又は双方を併せ実施するようにしてもよい。水噴射や排気再循環を実施すると、エンジン１０の燃焼温度が下がるため、図３に二点鎖線で示すようにＮＯｘ生成量が減少する。そしてその結果、ＮＯｘ生成量が許容値以下となる空気過剰率λの下限値が小さくなる。図３の例では、ＮＯｘ生成量が許容値以下となる空気過剰率λの下限値は、「λＬ」から「λＬ－α」に減少している。図４に破線で示すように、空気過剰率λが「λＬ－α」の場合には、「λＬ」の場合よりも最大エンジントルクが大きくなる。その結果、リーン燃焼最大パワーＰＬＥＡＮが増加する。よって、発電電動機１３の回生駆動に併せてエンジン１０で水噴射や排気再循環を実施すれば、触媒装置１８の未暖機時にリーン燃焼を行えるドライバ要求パワーＰＵの範囲が更に拡大する。

・上記実施形態では、触媒装置１８の未暖機時の惰性走行中や停車中には、エンジン１０及び発電電動機１３を車輪１２から切り離して、エンジン１０のリーン燃焼及び発電電動機１３の回生駆動を行っていた。惰性走行中や停車中にも、エンジン１０及び発電電動機１３を車輪１２に連結した状態のまま、エンジン１０のリーン燃焼及び発電電動機１３の回生駆動を行うようにしてもよい。その場合には、図５の触媒未暖機時制御ルーチンは、ステップＳ１３０～Ｓ１５０の処理を割愛したものとするとよい。

・上記実施形態では、ヒータ１９を備える電気加熱式の触媒装置１８を採用していたが、電気加熱式以外の触媒装置を採用してもよい。その場合には、図５の触媒未暖機時制御ルーチンにおけるヒータ要求電力ＰＨを「０」としたものを採用するとよい。

・区間Ｅにおいて、ストイキ空燃比よりもリッチ側の空燃比とした、すなわち空気過剰率λを「１」未満の値としたリッチ燃焼を行うようにしてもよい。
・上記実施形態の制御装置は、水素ガス以外の燃料を用いるエンジンを搭載するハイブリッド車両にも適用できる。

１０…エンジン
１１…変速機
１２…車輪
１３…発電電動機
１４…クラッチ
１５…インバータ
１６…バッテリ
１７…排気通路
１８…触媒装置
１９…ヒータ
２０…電力調整回路
２１…電子制御ユニット
２２…演算処理装置
２３…記憶装置
２４…スロットルバルブ
２５…水素ガス噴射弁
２６…点火装置
２７…水噴射弁
２８…排気再循環装置
２９…エアフローメータ
３０…空燃比センサ
３１…水温センサ
３２…吸気温センサ
３３…クランク角センサ
３４…アクセルペダルセンサ
３５…車速センサ

Claims (1)

1. 排気中の窒素酸化物を浄化する触媒装置を備えるエンジンと、前記エンジンに連結された発電電動機と、前記発電電動機との間で電力を授受するバッテリと、電力の供給に応じて発熱して前記触媒装置を加熱するヒータと、を備えるハイブリッド車両の制御装置であって、
   リーン燃焼を行える最大の出力で前記エンジンを運転したときに同エンジンが発生する前記ハイブリッド車両の駆動力をリーン燃焼最大駆動力とし、アクセルペダルの操作量に基づく前記ハイブリッド車両の駆動力をドライバ要求パワーとし、前記バッテリに充電可能な電力の上限値を入力制限とし、前記ヒータに要求する電力の要求値をヒータ要求電力としたとき、
   前記触媒装置が既定温度未満のときに、
   前記ドライバ要求パワーが、前記リーン燃焼最大駆動力から前記ヒータ要求電力及び前記入力制限を引いた値以下の場合には、前記ドライバ要求パワーと前記入力制限と前記ヒータ要求電力との合計を前記エンジンの目標パワーとし、且つ、前記バッテリから前記ヒータに前記ヒータ要求電力を供給し、且つ、前記入力制限と前記ヒータ要求電力との合計を発電するように前記発電電動機を回生駆動し、
   前記ドライバ要求パワーが前記リーン燃焼最大駆動力を超える場合には、前記リーン燃焼最大駆動力を前記エンジンの目標パワーとし、且つ、前記ドライバ要求パワーから前記リーン燃焼最大駆動力を引いた値を出力するように前記発電電動機を力行駆動する
   ハイブリッド車両の制御装置。