ハイブリッド車両の制御装置
【課題】窒素酸化物の浄化効率の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。
【解決手段】内燃機関ＥＧと、電動機ＭＧと、前記内燃機関又は前記電動機の出力軸に接続された車輪ＲＲ，ＲＬと、を備えたハイブリッド車両ＨＥＶに対し制御信号を出力する制御装置であって、前記内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量を検出する酸素貯蔵量検出手段１２６，１２８と、前記酸素貯蔵量検出手段により検出された酸素貯蔵量が所定値以上であって前記内燃機関を始動する場合に、始動開始から第１の期間ｔ０〜ｔ１はストイキよりリッチな空燃比で燃焼させる信号を出力し、前記第１の期間に続く第２の期間ｔ１〜ｔ２は燃料噴射を停止する信号を出力する制御手段１と、を備える。
【解決手段】内燃機関ＥＧと、電動機ＭＧと、前記内燃機関又は前記電動機の出力軸に接続された車輪ＲＲ，ＲＬと、を備えたハイブリッド車両ＨＥＶに対し制御信号を出力する制御装置であって、前記内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量を検出する酸素貯蔵量検出手段１２６，１２８と、前記酸素貯蔵量検出手段により検出された酸素貯蔵量が所定値以上であって前記内燃機関を始動する場合に、始動開始から第１の期間ｔ０〜ｔ１はストイキよりリッチな空燃比で燃焼させる信号を出力し、前記第１の期間に続く第２の期間ｔ１〜ｔ２は燃料噴射を停止する信号を出力する制御手段１と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び電動機を駆動源とするハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と電動機の出力を駆動源として走行するハイブリッド車両において、内燃機関の始動を電動機により行うものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、上記ハイブリッド車両では、内燃機関が停止する際や始動する際に燃料を噴射することなくピストンが動作するので、排気系に設けられた触媒の酸素貯蔵量が増加し、触媒の還元力が低下する。
【０００４】
そこで、内燃機関の始動開始からリッチで燃焼させることにより排気浄化触媒の酸素貯蔵量を減少させて還元力を高め、窒素酸化物の浄化効率の低下を抑制したものも提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１２２１号公報
【特許文献２】特開２０００−１０４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記ハイブリッド車両では、内燃機関の始動時にリッチな混合気によって燃焼させるので、平衡付着量より大きな壁流となる。そして、壁流が減少しないまま内燃機関が停止してモータ走行に移り変わり、その後再び内燃機関を始動させると、残存した壁流によって混合気がリッチになるという問題があった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、窒素酸化物の浄化効率の低下を抑制しつつ、始動時のリッチ化を防止できるハイブリッド車両の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関の始動開始から所定期間はストイキよりリッチな空燃比で燃焼させ、続く所定期間は燃料噴射を停止してスロットルバルブを閉じることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の始動開始からリッチで燃焼させることにより排気浄化触媒の酸素貯蔵量が減少して還元力が高まるので、窒素酸化物の浄化効率の低下を抑制することができる。また、続く所定期間で燃料噴射を停止してスロットルバルブを閉じることで、リッチな混合気による壁流を素早く気化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発明の実施形態に係るハイブリッド車両を示すブロック図である。
【図２】図１の内燃機関を示すブロック図である。
【図３】図１の制御装置の主たる制御手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の制御手順における各要素の変化を示すタイムチャートである。
【図５】図３のステップＳ４における排気浄化触媒の酸素貯蔵量と燃料噴射停止時間との関係を示すグラフである。
【図６】図３のステップＳ９における燃料増量と燃料噴射停止時期との関係を示すグラフである。
【図７】図３のステップＳ１２における壁流量と燃料噴射再開時期との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施形態に係る制御装置を図面に基づいて説明する。
【００１２】
本実施形態の制御装置１は、図１に示す後輪駆動のハイブリッド車両ＨＥＶに適用したものであり、その駆動系の構成を説明する。同図に示すハイブリッド車ＨＥＶの駆動系は、エンジンＥＧと、第１クラッチＣＬ１と、モータジェネレータ（電動機・発電機）ＭＧと、第２クラッチＣＬ２と、自動変速機ＡＴと、プロペラシャフトＰＳと、ディファレンシャルギヤユニットＤＦと、ドライブシャフトＤＳと、左右の駆動車輪ＲＲとを備える。なお、ＦＬ，ＦＲは左右の操舵前輪である。
【００１３】
エンジンＥＧは、ガソリン又は軽油を燃料として作動する内燃機関であり、エンジンコントローラ１１からの制御信号に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度や燃料噴射量等が制御される。エンジンＥＧの細部構造は後述する。
【００１４】
第１クラッチＣＬ１は、エンジンＥＧの出力軸とモータジェネレータＭＧの出力軸との間に介装されたクラッチであり、たとえば比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いることができる。そして、制御装置１からの制御信号に基づいて油圧ユニットの油圧が制御され、これによりクラッチ板のスリップ締結を含む締結と解放が制御される。
【００１５】
モータジェネレータＭＧは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、インバータＩＮＶにより生成された三相交流を印加することにより駆動し、モータコントローラ３１からの制御信号に基づいてその駆動が制御される。
【００１６】
このモータジェネレータＭＧは、バッテリＢＡＴからの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（力行）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリＢＡＴを充電することもできる（回生）。
【００１７】
なお、このモータジェネレータＭＧのロータは、図外のダンパーを介して自動変速機ＡＴの入力軸に連結されている。
【００１８】
第２クラッチＣＬ２は、モータジェネレータＭＧと左右の駆動輪ＲＬ，ＲＲとの間に介装されたクラッチであり、たとえば比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いることができる。そして、制御装置１からの制御信号に基づいて、油圧ユニットの油圧が制御され、これによりクラッチ板のスリップ締結とスリップ解放を含む締結と解放が制御される。
【００１９】
自動変速機ＡＴは、前進５速、後退１速などの有段階の変速比を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える変速機又は無段階変速機であり、トランスミッションコントローラ１２からの制御信号により切り換え動作が制御される。なお、第２クラッチＣＬ２は、専用クラッチとして設けることができるが、これに代えて自動変速機ＡＴの各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用することもできる。
【００２０】
自動変速機ＡＴの出力軸は、プロペラシャフトＰＳ、ディファレンシャルギヤユニットＤＦ、左右のドライブシャフトＤＳを介して左右の駆動輪ＲＬ，ＲＲに連結されている。
【００２１】
本例のハイブリッド車両ＨＥＶは、第１クラッチＣＬ１の締結と解放状態に応じて３つの走行モードを備える。
【００２２】
第１走行モードは、第１クラッチＣＬ１が解放状態とされた場合であり、モータジェネレータＭＧの動力のみを動力源として走行するモータ使用走行モードである。
【００２３】
第２走行モードは、第１クラッチＣＬ１が締結状態とされた場合であり、エンジンＥＧを動力源に含みながら走行するエンジン使用走行モードである。
【００２４】
第３走行モードは、第１クラッチＣＬ１が締結状態とされ第２クラッチＣＬ２がスリップ制御された場合であり、エンジンＥＧを動力源に含みながら走行するエンジン使用スリップ走行モードである。このモードは、特にバッテリＢＡＴの充電状態ＳＯＣ（State of Charge）が低いときやエンジン水温が低いときに、クリープ走行を達成するモードである。さらに、エンジン停止状態からの発進時にエンジン始動をしつつ駆動力を出力可能なモードでもある。
【００２５】
以下、第１走行モードをＥＶ走行モード、第２走行モードをＨＥＶ走行モード、第３走行モードをＷＳＣ(Wet Start Clutch)走行モードともいう。
【００２６】
第２走行モードであるＨＥＶ走行モードは、さらにエンジン走行モードと、モータアシスト走行モードと、走行発電モードという３つの走行モードを有する。
【００２７】
エンジン走行モードは、モータジェネレータＭＧは駆動制御せずにエンジンＥＧのみを動力源として駆動輪ＲＲ，ＲＬを動かすモードである。
【００２８】
モータアシスト走行モードは、エンジンＥＧとモータジェネレータＭＧの両方を駆動制御し、これら２つを動力源として駆動輪ＲＲ，ＲＬを動かすモードである。
【００２９】
走行発電モードは、エンジンＥＧを動力源として駆動制御して駆動輪ＲＲ，ＲＬを動かすと同時に、モータジェネレータＭＧを発電機として機能させ、バッテリＢＡＴに充電するモードである。
【００３０】
なお、これらのモード以外に、車両停止時にエンジンＥＧの動力を利用してモータジェネレータＭＧを発電機として動作させ、バッテリＢＡＴを充電したり電装品へ電力を供給したりする発電モードを備えることもできる。
【００３１】
次に、エンジンＥＧの構成例を説明する。
【００３２】
図２は、本例に係るエンジンＥＧを示すブロック図であり、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。
【００３３】
スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。
【００３４】
また、コレクタ１１５から各気筒に分岐した吸気通路１１１ａに臨ませて、燃料噴射バルブ１１８が設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を吸気通路（以下、燃料噴射ポートともいう）１１１ａ内に噴射する。
【００３５】
シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。
【００３６】
一方、排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。
【００３７】
また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。
【００３８】
排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ１２６の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで良い場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。
【００３９】
なお、図１において１２９はマフラである。
【００４０】
エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、機関回転速度Ｎｅを検出することができる。
【００４１】
エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３１内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。
【００４２】
図１に戻り、本例のハイブリッド車両ＨＥＶの制御系は、同図に示すように、制御装置１と、エンジンコントローラ１１と、モータコントローラ３１と、トランスミッションコントローラ５１と、を備える。これら制御装置１と、エンジンコントローラ１１と、モータコントローラ３１と、トランスミッションコントローラ５１とは、たとえば情報交換が可能なＣＡＮ通信線を介して接続することができる。
【００４３】
エンジンコントローラ１１は、エンジン水温センサ１３３からのエンジン水温、エアフローメータ１１３からの吸入空気量、スロットル開度センサ１１６ａからのスロットル開度、クランク角センサ１３１からのエンジン回転数Ｎｅ情報を入力し、制御装置１からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（エンジン回転数Ｎｅ，エンジントルクＴｅ）を制御する指令を、スロットルバルブアクチュエータ１１６へ出力する。スロットルバルブアクチュエータ１１６は、エンジンコントローラ１１からの指令に応じてスロットルバルブ１１４の開度を調節する。
【００４４】
また、エンジンコントローラ１１は、エンジンＥＧの燃料噴射量やスロットル開度等に基づいてエンジントルクＴｅを推定する。エンジン回転数Ｎｅや推定されたエンジントルクＴｅの情報は、ＣＡＮ通信線を介して制御装置１へ送出される。
【００４５】
モータコントローラ２は、モータジェネレータＭＧのロータ回転位置を検出するレゾルバからの情報を入力し、制御装置１からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、モータジェネレータＭＧのモータ動作点（モータ回転数Ｎｍ，モータトルクＴｍ）を制御する指令をインバータＩＮＶへ出力する。なお、このモータコントローラ３１では、バッテリＢＡＴの充電状態を表すバッテリＳＯＣを監視していて、バッテリＳＯＣ情報は、モータジェネレータＭＧの制御情報に用いられると共に、ＣＡＮ通信線を介して制御装置１へ送出される。
【００４６】
また、モータコントローラ３１は、モータジェネレータＭＧに流れる電流値（電流値の正負によって駆動トルクと回生制動トルクを区別している）に基づいて、モータジェネレータトルクＴｍを推定し、この推定されたモータジェネレータトルクＴｍの情報は、ＣＡＮ通信線を介して制御装置１へ送出される。
【００４７】
制御装置１は、第１クラッチＣＬ１に設けられた油圧センサとストロークセンサからのセンサ情報を入力し、第１クラッチ制御指令に応じて、第１クラッチＣＬ１の締結・解放を制御する指令を第１クラッチＣＬ１の油圧ユニットに出力する。
【００４８】
ＡＴコントローラ５１は、アクセル開度センサ７１と車速センサ７２と第２クラッチＣＬ２の油圧センサとからのセンサ情報を入力し、制御装置１からの第２クラッチ制御指令に応じ、第２クラッチＣＬ２の締結・解放を制御する指令を第２クラッチＣＬ２の油圧ユニットに出力する。なお、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰの情報は制御装置１に入力される。
【００４９】
図示は省略するが、ブレーキコントローラは、４輪の各車輪速を検出する車輪速センサとブレーキストロークセンサからのセンサ情報を入力し、例えば、ブレーキ踏み込み制動時、ブレーキストロークＢＳから求められる要求制動力に対し回生制動力だけでは不足する場合、その不足分を摩擦制動力で補うように、制御装置１からの回生協調制御指令に基づいて回生協調ブレーキ制御を行う。
【００５０】
制御装置１は、車両全体の消費エネルギを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、モータ回転数Ｎｍを検出するモータ回転数センサと、第２クラッチＣＬ２の出力回転数Ｎ２outを検出する第２クラッチ出力回転数センサと、第２クラッチＣＬ２のトルクＴCL2を検出する第２クラッチトルクセンサと、ブレーキ油圧センサと、第１クラッチＣＬ１の温度を検知する温度センサと、第２クラッチＣＬ２の温度を検知する温度センサと、からの情報およびＣＡＮ通信線を介して得られた情報を入力する。
【００５１】
なお、モータ回転数センサは、自動変速機ＡＴの入力軸回転数センサと等価である。また、第２クラッチ出力回転数センサは、自動変速機ＡＴの出力軸回転数を検出し、各締結要素の関係に基づいて、第２クラッチＣＬ２の出力回転数を算出するセンサであるため、自動変速機ＡＴの出力軸回転数センサと等価である。
【００５２】
また、制御装置１は、エンジンコントローラ１１への制御指令によるエンジンＥＧの動作制御と、モータコントローラ３１への制御指令によるモータジェネレータＭＧの動作制御と、ＡＴコントローラ５１への制御指令による自動変速機の動作制御と、第１クラッチＣＬ１の油圧ユニットへの制御指令による第１クラッチＣＬ１の締結・解放制御と、第２クラッチＣＬ２の油圧ユニットへの制御指令による第２クラッチＣＬ２の締結・解放制御とを行う。
【００５３】
さて、上述したハイブリッド車両ではエンジンＥＧが停止してモータジェネレータＭＧのみを駆動源として走行するＥＶ走行モードに切り替えるときや、停止したエンジンＥＧをモータジェネレータＭＧの駆動力により始動するときなど、燃料を噴射することなくピストンが動作すると、排気通路１２５に設けられた排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量が増加し還元力が低下する。還元力が低下すると窒素酸化物ＮＯｘの浄化効率が低下するので、本例ではこうした排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量が増加する状況において下記の制御を実行する。
【００５４】
図３は制御装置１の制御手順を示すフローチャートであり、エンジンＥＧが停止した状態から再始動の要求信号が入った場合について説明する。
【００５５】
まず、このようにエンジンＥＧが停止した状態において再始動の要求信号が入るとステップＳ１〜Ｓ３にて、ステップＳ４〜Ｓ１２の制御を実行するか又はステップＳ１４の制御を実行するかを判定する。
【００５６】
すなわち、水温センサ１３３により検出される水温Ｔｗが所定値以上の暖機状態であるか否か（ステップＳ１）を判定し、排気浄化触媒１２７が活性化していることを確認する。水温Ｔｗが所定値以上の暖機状態ではなく排気浄化装置１２７が活性化していないときはステップＳ１４へ進んで排気浄化触媒１２７を活性化させる制御を実行する。
【００５７】
ステップＳ２では、バッテリＢＡＴの充電量ＳＯＣが所定値以上であるか否かを判定し、充電量ＳＯＣが不充分である場合はモータジェネレータＭＧによる始動が行えないのでステップＳ１４へ進む。
【００５８】
ステップＳ３では、排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量ＯＳＣが目標ＯＳＣ量以上であるか否かを判定し、目標ＯＳＣ量に満たない場合は酸化力が低いのでステップＳ１４へ進む。
【００５９】
ステップＳ１〜Ｓ３にて、排気浄化触媒１２７が活性化している暖機状態であり、バッテリＢＡＴの充電量が再始動に足りる充電量であり、排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量がリッチな混合気に対しても充分な酸化力を有する状態であると判定されると、ステップＳ４へ進む。
【００６０】
ステップＳ４では、排気浄化触媒１２７の目標酸素貯蔵量と、エンジンの始動要求がされたときｔ０の酸素貯蔵量ＯＳＣの差を演算し、この差分の酸素貯蔵量を放出するのに必要な燃料のトータル増量分ΔＶを演算する。すなわち、排気浄化触媒１２７に目標酸素貯蔵量より多い酸素が貯蔵されているときは、エンジンＥＧの始動に際しストイキよりリッチの空燃比で燃焼させ、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯを酸化することにより、過多となっている排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量を調整する。
【００６１】
目標酸素貯蔵量は、排気浄化触媒１２７の酸化力と還元力とのバランスにより予め決定される値であり、ステップＳ７における燃料噴射の処理において目標となる酸素貯蔵量である。なお、図５に示すように、目標酸素貯蔵量は、触媒の転換効率が最適な酸素貯蔵量より小さく設定することもできる。
【００６２】
また、ｔ０時における排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量は、空燃比センサ１２６または酸素センサ１２８により検出される酸素濃度から演算により推定することができる。
【００６３】
ステップＳ５では、ステップＳ４で演算された増量分ΔＶの燃料の分割比を演算し、噴射する際の空燃比と噴射時間とを求める。続くステップＳ６にて第１クラッチＣＬ１を締結してモータジェネレータＭＧの駆動力によりエンジンＥＧを始動し、ステップＳ７にて燃料噴射を開始する。
【００６４】
ここで、ステップＳ５における分割比の演算において、ステップＳ４で求められた排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量に応じた燃料の増量分ΔＶにより、たとえばリッチ可燃限界の当量比を目標空燃比λとして燃料噴射したり、あるいはこれよりリーンであるがストイキよりリッチな当量比を目標空燃比λとして燃料噴射したり、あるいは運転性の要求に応じてリッチ可燃限界の当量比から徐々にストイキに漸近させる目標空燃比で燃料噴射することができる。これらの様子を図６に示す。
【００６５】
同図の(i)は最もリッチな可燃限界の空燃比で燃料噴射する場合を示し、(ii)はそれよりもリーンな空燃比で燃料噴射する場合を示し、(iii)は可燃限界の空燃比から徐々にストイキに向かって空燃比を変動させながら燃料噴射する場合を示す。いずれの場合にあっても燃料噴射の積算値である面積がステップＳ４にて求められた酸素貯蔵量に応じた燃料の増量分ΔＶに相当し、これによりそれぞれの燃料噴射時間ｔ１(i)，ｔ１(ii)，ｔ１(iii)を求めることができる。
【００６６】
ステップＳ８では、ステップＳ４で求められた燃料の増量分ΔＶと、実際に噴射された燃料の積算値との差がゼロになるまで、すなわち図６の面積がステップＳ４の燃料増量分ΔＶに等しくなる時間ｔ１まで燃料噴射を継続し、ゼロになったらステップＳ９へ進んで、燃料噴射を停止する。
【００６７】
以上の時間ｔ１までのエンジン回転数、ブースト、燃料噴射量、吸気通路の壁流量、スロットル開度、燃料空燃比、ピストンの空回しサイクル数の積算値、酸素貯蔵量ＯＳＣ量、排気通路の窒素酸化物ＮＯｘ排出量の各要素の変化の様子を、図４を参照しながら説明する。
【００６８】
同図の左端の時間−ｔ２においてエンジンＥＧの停止要求がなされると、これにともない燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射が停止するとともにスロットルバルブ１１４の開度がアイドル開度まで閉じる。このエンジン停止の際にピストン１２０が数回だけ空廻しされるので排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量はエンジンＥＧの運転時に比べて酸素リッチとなる。
【００６９】
同図の時間−ｔ１においてエンジンＥＧが停止すると、それまでスロットルバルブが閉じてピストンの空回しがされることで負圧となっていたブースト圧が上昇する。これにともない吸気通路（燃料噴射ポート）１１１ａの壁流量も若干低下する。
【００７０】
同図の時間ｔ０において、エンジンＥＧの再始動要求がされると、上述したように時間ｔ１までの間、モータジェネレータＭＧによりエンジンＥＧの回転数を上昇させると同時に、スロットルバルブ１１４を開いて燃料噴射バルブ１１８から燃料を噴射して、ストイキよりリッチな混合気を燃焼室１２３へ供給し、燃焼を開始する。これにより排気浄化触媒１２７に貯蔵されていた酸素が目標酸素貯蔵量まで減少する。
【００７１】
同図の時間ｔ１及び図３のステップＳ８において、酸素貯蔵量に応じた燃料の増量分ΔＶの燃料噴射を終了したら、ステップＳ９にて燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射を一時停止するとともに、スロットルバルブ１１４を閉じる。このとき図４に示すようにモータジェネレータＭＧのアシストによりエンジンＥＧの回転数はさらに上昇を継続する。
【００７２】
この時間ｔ１からｔ２までの燃料カット、スロットルバルブ１１４の閉動作及びエンジン回転の継続により、吸気通路（燃料噴射ポート）１１１ａのブーストが低下し、これによりそれまでリッチな混合気によって平衡付着量より大きい壁流となっていた燃料を素早く気化させることができる。すなわち、時間ｔ０からｔ１までの間はブーストが充分に低くなく、低回転で、しかもリッチな混合気を燃焼させるため噴射ポート１１１ａの壁流量は平衡付着量より大きくなっているが、ステップＳ９の処理により燃料の気化を促進させることができる。気化した燃料（炭化水素）は排気浄化触媒１２７の還元作用に寄与する。
【００７３】
次のステップＳ１０では、アクセル開度センサ７１の出力に基づいて要求トルクを演算し、エンジンＥＧの始動時の回転数とブーストを演算する。
【００７４】
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で求められたエンジン回転数とブーストから目標壁流量を演算する。そして、ステップＳ１２にて現在の壁流量が目標壁流量に等しくなったとき、すなわち時間ｔ２において燃料噴射を再開する（ステップＳ１３）。これにより、排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量が過多ではない状態でエンジンを始動させることができ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量を抑制することができる。また、ブーストが充分に低くなった状態でエンジンを始動させるので、短時間かつ最小限の壁流補正量で燃焼を安定化させることができる。
【００７５】
なお、エンジンＥＧが停止したとき（図４の時間-ｔ１）の壁流量から、エンジンＥＧが停止していた時間及び温度（水温センサ１３３を用いる）から決まる壁流気化量を減算することで、エンジンＥＧの再始動要求時（図４の時間ｔ０）の壁流量が求められる。
【００７６】
燃料を噴射している時間ｔ０〜ｔ１の間の壁流量は、空燃比センサ１２６の出力と、燃料噴射バルブ１１８による燃料噴射量及びエアフローメータ１１３による吸入空気量との差を演算することにより求めることができる。
【００７７】
燃料の噴射を停止している時間ｔ１〜ｔ２の間の壁流量は、水温毎のブーストと気化割合のマップを用いて求めることができ、燃料噴射停止時の壁流量＝前回壁流量×（１−壁流気化割合）となる。
【００７８】
そして、上記のようにして求められた壁流量が、図７に示すように目標回転数に応じた平衡付着量に漸近した時間ｔ２から燃料噴射を再開する。
【００７９】
ちなみに、図４の時間ｔ２の初期において（図３のステップＳ１３）、排気浄化触媒１２７の窒素酸化物ＮＯｘ浄化効率を高めるために、さらに時間ｔ０〜ｔ１の間の制御（図３のステップＳ４〜Ｓ８）を追加してもよい。
【００８０】
また、図４の時間ｔ０〜ｔ１の間における燃料噴射のタイミングは、壁流の付着量が比較的少ない吸気行程としてもよい。
【００８１】
また、図４の時間ｔ１〜ｔ２の間において壁流気化燃料を燃焼させるために、所定のサイクルだけ燃焼させることが望ましい。
【００８２】
上述した実施形態の制御装置１が本発明に係る制御手段に相当し、空燃比センサ１２６または酸素センサ１２８が本発明に係る酸素貯蔵量検出手段に相当し、時間ｔ０〜ｔ１が本発明に係る第１の期間に相当し、時間ｔ１〜ｔ２が本発明に係る第２の期間に相当し、時間ｔ２〜が発明に係る第３の期間に相当し、制御装置１が本発明に係る壁流量推定手段に相当する。
【符号の説明】
【００８３】
ＨＥＶ…ハイブリッド車両
１…制御装置
ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントローラ
１１１，１１１ａ…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
ＭＧ…モータジェネレータ
３１…モータコントローラ
ＩＮＶ…インバータ
ＢＡＴ…バッテリ
ＡＴ…自動変速機
５１…トランスミッションコントローラ
ＣＬ１…第１クラッチ
ＣＬ２…第２クラッチ
ＰＳ…プロペラシャフト
ＤＳ…ドライブシャフト
ＤＦ…ディファレンシャルギヤユニット
７１…アクセル開度センサ
７２…車速センサ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及び電動機を駆動源とするハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関と電動機の出力を駆動源として走行するハイブリッド車両において、内燃機関の始動を電動機により行うものが提案されている（特許文献１）。
【０００３】
また、上記ハイブリッド車両では、内燃機関が停止する際や始動する際に燃料を噴射することなくピストンが動作するので、排気系に設けられた触媒の酸素貯蔵量が増加し、触媒の還元力が低下する。
【０００４】
そこで、内燃機関の始動開始からリッチで燃焼させることにより排気浄化触媒の酸素貯蔵量を減少させて還元力を高め、窒素酸化物の浄化効率の低下を抑制したものも提案されている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２５１２２１号公報
【特許文献２】特開２０００−１０４５８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記ハイブリッド車両では、内燃機関の始動時にリッチな混合気によって燃焼させるので、平衡付着量より大きな壁流となる。そして、壁流が減少しないまま内燃機関が停止してモータ走行に移り変わり、その後再び内燃機関を始動させると、残存した壁流によって混合気がリッチになるという問題があった。
【０００７】
本発明が解決しようとする課題は、窒素酸化物の浄化効率の低下を抑制しつつ、始動時のリッチ化を防止できるハイブリッド車両の制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関の始動開始から所定期間はストイキよりリッチな空燃比で燃焼させ、続く所定期間は燃料噴射を停止してスロットルバルブを閉じることによって上記課題を解決する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内燃機関の始動開始からリッチで燃焼させることにより排気浄化触媒の酸素貯蔵量が減少して還元力が高まるので、窒素酸化物の浄化効率の低下を抑制することができる。また、続く所定期間で燃料噴射を停止してスロットルバルブを閉じることで、リッチな混合気による壁流を素早く気化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】発明の実施形態に係るハイブリッド車両を示すブロック図である。
【図２】図１の内燃機関を示すブロック図である。
【図３】図１の制御装置の主たる制御手順を示すフローチャートである。
【図４】図３の制御手順における各要素の変化を示すタイムチャートである。
【図５】図３のステップＳ４における排気浄化触媒の酸素貯蔵量と燃料噴射停止時間との関係を示すグラフである。
【図６】図３のステップＳ９における燃料増量と燃料噴射停止時期との関係を示すグラフである。
【図７】図３のステップＳ１２における壁流量と燃料噴射再開時期との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、発明の実施形態に係る制御装置を図面に基づいて説明する。
【００１２】
本実施形態の制御装置１は、図１に示す後輪駆動のハイブリッド車両ＨＥＶに適用したものであり、その駆動系の構成を説明する。同図に示すハイブリッド車ＨＥＶの駆動系は、エンジンＥＧと、第１クラッチＣＬ１と、モータジェネレータ（電動機・発電機）ＭＧと、第２クラッチＣＬ２と、自動変速機ＡＴと、プロペラシャフトＰＳと、ディファレンシャルギヤユニットＤＦと、ドライブシャフトＤＳと、左右の駆動車輪ＲＲとを備える。なお、ＦＬ，ＦＲは左右の操舵前輪である。
【００１３】
エンジンＥＧは、ガソリン又は軽油を燃料として作動する内燃機関であり、エンジンコントローラ１１からの制御信号に基づいて、スロットルバルブのバルブ開度や燃料噴射量等が制御される。エンジンＥＧの細部構造は後述する。
【００１４】
第１クラッチＣＬ１は、エンジンＥＧの出力軸とモータジェネレータＭＧの出力軸との間に介装されたクラッチであり、たとえば比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いることができる。そして、制御装置１からの制御信号に基づいて油圧ユニットの油圧が制御され、これによりクラッチ板のスリップ締結を含む締結と解放が制御される。
【００１５】
モータジェネレータＭＧは、ロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータジェネレータであり、インバータＩＮＶにより生成された三相交流を印加することにより駆動し、モータコントローラ３１からの制御信号に基づいてその駆動が制御される。
【００１６】
このモータジェネレータＭＧは、バッテリＢＡＴからの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（力行）、ロータが外力により回転している場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリＢＡＴを充電することもできる（回生）。
【００１７】
なお、このモータジェネレータＭＧのロータは、図外のダンパーを介して自動変速機ＡＴの入力軸に連結されている。
【００１８】
第２クラッチＣＬ２は、モータジェネレータＭＧと左右の駆動輪ＲＬ，ＲＲとの間に介装されたクラッチであり、たとえば比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できる湿式多板クラッチを用いることができる。そして、制御装置１からの制御信号に基づいて、油圧ユニットの油圧が制御され、これによりクラッチ板のスリップ締結とスリップ解放を含む締結と解放が制御される。
【００１９】
自動変速機ＡＴは、前進５速、後退１速などの有段階の変速比を車速やアクセル開度等に応じて自動的に切り換える変速機又は無段階変速機であり、トランスミッションコントローラ１２からの制御信号により切り換え動作が制御される。なお、第２クラッチＣＬ２は、専用クラッチとして設けることができるが、これに代えて自動変速機ＡＴの各変速段にて締結される複数の摩擦締結要素のうち、いくつかの摩擦締結要素を流用することもできる。
【００２０】
自動変速機ＡＴの出力軸は、プロペラシャフトＰＳ、ディファレンシャルギヤユニットＤＦ、左右のドライブシャフトＤＳを介して左右の駆動輪ＲＬ，ＲＲに連結されている。
【００２１】
本例のハイブリッド車両ＨＥＶは、第１クラッチＣＬ１の締結と解放状態に応じて３つの走行モードを備える。
【００２２】
第１走行モードは、第１クラッチＣＬ１が解放状態とされた場合であり、モータジェネレータＭＧの動力のみを動力源として走行するモータ使用走行モードである。
【００２３】
第２走行モードは、第１クラッチＣＬ１が締結状態とされた場合であり、エンジンＥＧを動力源に含みながら走行するエンジン使用走行モードである。
【００２４】
第３走行モードは、第１クラッチＣＬ１が締結状態とされ第２クラッチＣＬ２がスリップ制御された場合であり、エンジンＥＧを動力源に含みながら走行するエンジン使用スリップ走行モードである。このモードは、特にバッテリＢＡＴの充電状態ＳＯＣ（State of Charge）が低いときやエンジン水温が低いときに、クリープ走行を達成するモードである。さらに、エンジン停止状態からの発進時にエンジン始動をしつつ駆動力を出力可能なモードでもある。
【００２５】
以下、第１走行モードをＥＶ走行モード、第２走行モードをＨＥＶ走行モード、第３走行モードをＷＳＣ(Wet Start Clutch)走行モードともいう。
【００２６】
第２走行モードであるＨＥＶ走行モードは、さらにエンジン走行モードと、モータアシスト走行モードと、走行発電モードという３つの走行モードを有する。
【００２７】
エンジン走行モードは、モータジェネレータＭＧは駆動制御せずにエンジンＥＧのみを動力源として駆動輪ＲＲ，ＲＬを動かすモードである。
【００２８】
モータアシスト走行モードは、エンジンＥＧとモータジェネレータＭＧの両方を駆動制御し、これら２つを動力源として駆動輪ＲＲ，ＲＬを動かすモードである。
【００２９】
走行発電モードは、エンジンＥＧを動力源として駆動制御して駆動輪ＲＲ，ＲＬを動かすと同時に、モータジェネレータＭＧを発電機として機能させ、バッテリＢＡＴに充電するモードである。
【００３０】
なお、これらのモード以外に、車両停止時にエンジンＥＧの動力を利用してモータジェネレータＭＧを発電機として動作させ、バッテリＢＡＴを充電したり電装品へ電力を供給したりする発電モードを備えることもできる。
【００３１】
次に、エンジンＥＧの構成例を説明する。
【００３２】
図２は、本例に係るエンジンＥＧを示すブロック図であり、エンジンＥＧの吸気通路１１１には、エアーフィルタ１１２、吸入空気流量を検出するエアフローメータ１１３、吸入空気流量を制御するスロットルバルブ１１４およびコレクタ１１５が設けられている。
【００３３】
スロットルバルブ１１４には、当該スロットルバルブ１１４の開度を調整するＤＣモータ等のアクチュエータ１１６が設けられている。このスロットルバルブアクチュエータ１１６は、運転者のアクセルペダル操作量等に基づき演算される要求トルクを達成するように、エンジンコントロールユニット１１からの駆動信号に基づき、スロットルバルブ１１４の開度を電子制御する。また、スロットルバルブ１１４の開度を検出するスロットルセンサ１１７が設けられて、その検出信号をエンジンコントロールユニット１へ出力する。なお、スロットルセンサ１１７はアイドルスイッチとしても機能させることができる。
【００３４】
また、コレクタ１１５から各気筒に分岐した吸気通路１１１ａに臨ませて、燃料噴射バルブ１１８が設けられている。燃料噴射バルブ１１８は、エンジンコントロールユニット１１において設定される駆動パルス信号によって開弁駆動され、図外の燃料ポンプから圧送されてプレッシャレギュレータにより所定圧力に制御された燃料を吸気通路（以下、燃料噴射ポートともいう）１１１ａ内に噴射する。
【００３５】
シリンダ１１９と、当該シリンダ内を往復移動するピストン１２０の冠面と、吸気バルブ１２１及び排気バルブ１２２が設けられたシリンダヘッドとで囲まれる空間が燃焼室１２３を構成する。点火プラグ１２４は、各気筒の燃焼室１２３に臨んで装着され、エンジンコントロールユニット１１からの点火信号に基づいて吸入混合気に対して点火を行う。
【００３６】
一方、排気通路１２５には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出することにより排気、ひいては吸入混合気の空燃比を検出する空燃比センサ１２６が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。この空燃比センサ１２６は、リッチ・リーン出力する酸素センサであっても良いし、空燃比をリニアに広域に亘って検出する広域空燃比センサであってもよい。
【００３７】
また、排気通路１２５には、排気を浄化するための排気浄化触媒１２７が設けられている。この排気浄化触媒１２７としては、ストイキ（理論空燃比，λ＝１、空気重量／燃料重量＝１４．７）近傍において排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣを酸化するとともに、窒素酸化物ＮＯｘの還元を行って排気を浄化することができる三元触媒、或いは排気中の一酸化炭素ＣＯと炭化水素ＨＣの酸化を行う酸化触媒を用いることができる。
【００３８】
排気通路１２５の排気浄化触媒１２７の下流側には、排気中の特定成分、たとえば酸素濃度を検出し、リッチ・リーン出力する酸素センサ１２８が設けられ、その検出信号はエンジンコントロールユニット１１へ出力される。ここでは、酸素センサ１２８の検出値により、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を補正することで、空燃比センサ１２６の劣化等に伴う制御誤差を抑制する等のために（いわゆるダブル空燃比センサシステム採用のために）、下流側酸素センサ１２８を設けて構成したが、空燃比センサ１２６の検出値に基づく空燃比フィードバック制御を行なわせるだけで良い場合には、酸素センサ１２８を省略することができる。
【００３９】
なお、図１において１２９はマフラである。
【００４０】
エンジンＥＧのクランク軸１３０にはクランク角センサ１３１が設けられ、エンジンコントロールユニット１１は、クランク角センサ１３１から機関回転と同期して出力されるクランク単位角信号を一定時間カウントすることで、又は、クランク基準角信号の周期を計測することで、機関回転速度Ｎｅを検出することができる。
【００４１】
エンジンＥＧの冷却ジャケット１３２には、水温センサ１３３が当該冷却ジャケットに臨んで設けられ、冷却ジャケット１３１内の冷却水温度Ｔｗを検出し、これをエンジンコントロールユニット１１へ出力する。
【００４２】
図１に戻り、本例のハイブリッド車両ＨＥＶの制御系は、同図に示すように、制御装置１と、エンジンコントローラ１１と、モータコントローラ３１と、トランスミッションコントローラ５１と、を備える。これら制御装置１と、エンジンコントローラ１１と、モータコントローラ３１と、トランスミッションコントローラ５１とは、たとえば情報交換が可能なＣＡＮ通信線を介して接続することができる。
【００４３】
エンジンコントローラ１１は、エンジン水温センサ１３３からのエンジン水温、エアフローメータ１１３からの吸入空気量、スロットル開度センサ１１６ａからのスロットル開度、クランク角センサ１３１からのエンジン回転数Ｎｅ情報を入力し、制御装置１からの目標エンジントルク指令等に応じ、エンジン動作点（エンジン回転数Ｎｅ，エンジントルクＴｅ）を制御する指令を、スロットルバルブアクチュエータ１１６へ出力する。スロットルバルブアクチュエータ１１６は、エンジンコントローラ１１からの指令に応じてスロットルバルブ１１４の開度を調節する。
【００４４】
また、エンジンコントローラ１１は、エンジンＥＧの燃料噴射量やスロットル開度等に基づいてエンジントルクＴｅを推定する。エンジン回転数Ｎｅや推定されたエンジントルクＴｅの情報は、ＣＡＮ通信線を介して制御装置１へ送出される。
【００４５】
モータコントローラ２は、モータジェネレータＭＧのロータ回転位置を検出するレゾルバからの情報を入力し、制御装置１からの目標モータジェネレータトルク指令等に応じ、モータジェネレータＭＧのモータ動作点（モータ回転数Ｎｍ，モータトルクＴｍ）を制御する指令をインバータＩＮＶへ出力する。なお、このモータコントローラ３１では、バッテリＢＡＴの充電状態を表すバッテリＳＯＣを監視していて、バッテリＳＯＣ情報は、モータジェネレータＭＧの制御情報に用いられると共に、ＣＡＮ通信線を介して制御装置１へ送出される。
【００４６】
また、モータコントローラ３１は、モータジェネレータＭＧに流れる電流値（電流値の正負によって駆動トルクと回生制動トルクを区別している）に基づいて、モータジェネレータトルクＴｍを推定し、この推定されたモータジェネレータトルクＴｍの情報は、ＣＡＮ通信線を介して制御装置１へ送出される。
【００４７】
制御装置１は、第１クラッチＣＬ１に設けられた油圧センサとストロークセンサからのセンサ情報を入力し、第１クラッチ制御指令に応じて、第１クラッチＣＬ１の締結・解放を制御する指令を第１クラッチＣＬ１の油圧ユニットに出力する。
【００４８】
ＡＴコントローラ５１は、アクセル開度センサ７１と車速センサ７２と第２クラッチＣＬ２の油圧センサとからのセンサ情報を入力し、制御装置１からの第２クラッチ制御指令に応じ、第２クラッチＣＬ２の締結・解放を制御する指令を第２クラッチＣＬ２の油圧ユニットに出力する。なお、アクセルペダル開度ＡＰＯと車速ＶＳＰの情報は制御装置１に入力される。
【００４９】
図示は省略するが、ブレーキコントローラは、４輪の各車輪速を検出する車輪速センサとブレーキストロークセンサからのセンサ情報を入力し、例えば、ブレーキ踏み込み制動時、ブレーキストロークＢＳから求められる要求制動力に対し回生制動力だけでは不足する場合、その不足分を摩擦制動力で補うように、制御装置１からの回生協調制御指令に基づいて回生協調ブレーキ制御を行う。
【００５０】
制御装置１は、車両全体の消費エネルギを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、モータ回転数Ｎｍを検出するモータ回転数センサと、第２クラッチＣＬ２の出力回転数Ｎ２outを検出する第２クラッチ出力回転数センサと、第２クラッチＣＬ２のトルクＴCL2を検出する第２クラッチトルクセンサと、ブレーキ油圧センサと、第１クラッチＣＬ１の温度を検知する温度センサと、第２クラッチＣＬ２の温度を検知する温度センサと、からの情報およびＣＡＮ通信線を介して得られた情報を入力する。
【００５１】
なお、モータ回転数センサは、自動変速機ＡＴの入力軸回転数センサと等価である。また、第２クラッチ出力回転数センサは、自動変速機ＡＴの出力軸回転数を検出し、各締結要素の関係に基づいて、第２クラッチＣＬ２の出力回転数を算出するセンサであるため、自動変速機ＡＴの出力軸回転数センサと等価である。
【００５２】
また、制御装置１は、エンジンコントローラ１１への制御指令によるエンジンＥＧの動作制御と、モータコントローラ３１への制御指令によるモータジェネレータＭＧの動作制御と、ＡＴコントローラ５１への制御指令による自動変速機の動作制御と、第１クラッチＣＬ１の油圧ユニットへの制御指令による第１クラッチＣＬ１の締結・解放制御と、第２クラッチＣＬ２の油圧ユニットへの制御指令による第２クラッチＣＬ２の締結・解放制御とを行う。
【００５３】
さて、上述したハイブリッド車両ではエンジンＥＧが停止してモータジェネレータＭＧのみを駆動源として走行するＥＶ走行モードに切り替えるときや、停止したエンジンＥＧをモータジェネレータＭＧの駆動力により始動するときなど、燃料を噴射することなくピストンが動作すると、排気通路１２５に設けられた排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量が増加し還元力が低下する。還元力が低下すると窒素酸化物ＮＯｘの浄化効率が低下するので、本例ではこうした排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量が増加する状況において下記の制御を実行する。
【００５４】
図３は制御装置１の制御手順を示すフローチャートであり、エンジンＥＧが停止した状態から再始動の要求信号が入った場合について説明する。
【００５５】
まず、このようにエンジンＥＧが停止した状態において再始動の要求信号が入るとステップＳ１〜Ｓ３にて、ステップＳ４〜Ｓ１２の制御を実行するか又はステップＳ１４の制御を実行するかを判定する。
【００５６】
すなわち、水温センサ１３３により検出される水温Ｔｗが所定値以上の暖機状態であるか否か（ステップＳ１）を判定し、排気浄化触媒１２７が活性化していることを確認する。水温Ｔｗが所定値以上の暖機状態ではなく排気浄化装置１２７が活性化していないときはステップＳ１４へ進んで排気浄化触媒１２７を活性化させる制御を実行する。
【００５７】
ステップＳ２では、バッテリＢＡＴの充電量ＳＯＣが所定値以上であるか否かを判定し、充電量ＳＯＣが不充分である場合はモータジェネレータＭＧによる始動が行えないのでステップＳ１４へ進む。
【００５８】
ステップＳ３では、排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量ＯＳＣが目標ＯＳＣ量以上であるか否かを判定し、目標ＯＳＣ量に満たない場合は酸化力が低いのでステップＳ１４へ進む。
【００５９】
ステップＳ１〜Ｓ３にて、排気浄化触媒１２７が活性化している暖機状態であり、バッテリＢＡＴの充電量が再始動に足りる充電量であり、排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量がリッチな混合気に対しても充分な酸化力を有する状態であると判定されると、ステップＳ４へ進む。
【００６０】
ステップＳ４では、排気浄化触媒１２７の目標酸素貯蔵量と、エンジンの始動要求がされたときｔ０の酸素貯蔵量ＯＳＣの差を演算し、この差分の酸素貯蔵量を放出するのに必要な燃料のトータル増量分ΔＶを演算する。すなわち、排気浄化触媒１２７に目標酸素貯蔵量より多い酸素が貯蔵されているときは、エンジンＥＧの始動に際しストイキよりリッチの空燃比で燃焼させ、炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯを酸化することにより、過多となっている排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量を調整する。
【００６１】
目標酸素貯蔵量は、排気浄化触媒１２７の酸化力と還元力とのバランスにより予め決定される値であり、ステップＳ７における燃料噴射の処理において目標となる酸素貯蔵量である。なお、図５に示すように、目標酸素貯蔵量は、触媒の転換効率が最適な酸素貯蔵量より小さく設定することもできる。
【００６２】
また、ｔ０時における排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量は、空燃比センサ１２６または酸素センサ１２８により検出される酸素濃度から演算により推定することができる。
【００６３】
ステップＳ５では、ステップＳ４で演算された増量分ΔＶの燃料の分割比を演算し、噴射する際の空燃比と噴射時間とを求める。続くステップＳ６にて第１クラッチＣＬ１を締結してモータジェネレータＭＧの駆動力によりエンジンＥＧを始動し、ステップＳ７にて燃料噴射を開始する。
【００６４】
ここで、ステップＳ５における分割比の演算において、ステップＳ４で求められた排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量に応じた燃料の増量分ΔＶにより、たとえばリッチ可燃限界の当量比を目標空燃比λとして燃料噴射したり、あるいはこれよりリーンであるがストイキよりリッチな当量比を目標空燃比λとして燃料噴射したり、あるいは運転性の要求に応じてリッチ可燃限界の当量比から徐々にストイキに漸近させる目標空燃比で燃料噴射することができる。これらの様子を図６に示す。
【００６５】
同図の(i)は最もリッチな可燃限界の空燃比で燃料噴射する場合を示し、(ii)はそれよりもリーンな空燃比で燃料噴射する場合を示し、(iii)は可燃限界の空燃比から徐々にストイキに向かって空燃比を変動させながら燃料噴射する場合を示す。いずれの場合にあっても燃料噴射の積算値である面積がステップＳ４にて求められた酸素貯蔵量に応じた燃料の増量分ΔＶに相当し、これによりそれぞれの燃料噴射時間ｔ１(i)，ｔ１(ii)，ｔ１(iii)を求めることができる。
【００６６】
ステップＳ８では、ステップＳ４で求められた燃料の増量分ΔＶと、実際に噴射された燃料の積算値との差がゼロになるまで、すなわち図６の面積がステップＳ４の燃料増量分ΔＶに等しくなる時間ｔ１まで燃料噴射を継続し、ゼロになったらステップＳ９へ進んで、燃料噴射を停止する。
【００６７】
以上の時間ｔ１までのエンジン回転数、ブースト、燃料噴射量、吸気通路の壁流量、スロットル開度、燃料空燃比、ピストンの空回しサイクル数の積算値、酸素貯蔵量ＯＳＣ量、排気通路の窒素酸化物ＮＯｘ排出量の各要素の変化の様子を、図４を参照しながら説明する。
【００６８】
同図の左端の時間−ｔ２においてエンジンＥＧの停止要求がなされると、これにともない燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射が停止するとともにスロットルバルブ１１４の開度がアイドル開度まで閉じる。このエンジン停止の際にピストン１２０が数回だけ空廻しされるので排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量はエンジンＥＧの運転時に比べて酸素リッチとなる。
【００６９】
同図の時間−ｔ１においてエンジンＥＧが停止すると、それまでスロットルバルブが閉じてピストンの空回しがされることで負圧となっていたブースト圧が上昇する。これにともない吸気通路（燃料噴射ポート）１１１ａの壁流量も若干低下する。
【００７０】
同図の時間ｔ０において、エンジンＥＧの再始動要求がされると、上述したように時間ｔ１までの間、モータジェネレータＭＧによりエンジンＥＧの回転数を上昇させると同時に、スロットルバルブ１１４を開いて燃料噴射バルブ１１８から燃料を噴射して、ストイキよりリッチな混合気を燃焼室１２３へ供給し、燃焼を開始する。これにより排気浄化触媒１２７に貯蔵されていた酸素が目標酸素貯蔵量まで減少する。
【００７１】
同図の時間ｔ１及び図３のステップＳ８において、酸素貯蔵量に応じた燃料の増量分ΔＶの燃料噴射を終了したら、ステップＳ９にて燃料噴射バルブ１１８からの燃料噴射を一時停止するとともに、スロットルバルブ１１４を閉じる。このとき図４に示すようにモータジェネレータＭＧのアシストによりエンジンＥＧの回転数はさらに上昇を継続する。
【００７２】
この時間ｔ１からｔ２までの燃料カット、スロットルバルブ１１４の閉動作及びエンジン回転の継続により、吸気通路（燃料噴射ポート）１１１ａのブーストが低下し、これによりそれまでリッチな混合気によって平衡付着量より大きい壁流となっていた燃料を素早く気化させることができる。すなわち、時間ｔ０からｔ１までの間はブーストが充分に低くなく、低回転で、しかもリッチな混合気を燃焼させるため噴射ポート１１１ａの壁流量は平衡付着量より大きくなっているが、ステップＳ９の処理により燃料の気化を促進させることができる。気化した燃料（炭化水素）は排気浄化触媒１２７の還元作用に寄与する。
【００７３】
次のステップＳ１０では、アクセル開度センサ７１の出力に基づいて要求トルクを演算し、エンジンＥＧの始動時の回転数とブーストを演算する。
【００７４】
ステップＳ１１では、ステップＳ１０で求められたエンジン回転数とブーストから目標壁流量を演算する。そして、ステップＳ１２にて現在の壁流量が目標壁流量に等しくなったとき、すなわち時間ｔ２において燃料噴射を再開する（ステップＳ１３）。これにより、排気浄化触媒１２７の酸素貯蔵量が過多ではない状態でエンジンを始動させることができ、窒素酸化物ＮＯｘの排出量を抑制することができる。また、ブーストが充分に低くなった状態でエンジンを始動させるので、短時間かつ最小限の壁流補正量で燃焼を安定化させることができる。
【００７５】
なお、エンジンＥＧが停止したとき（図４の時間-ｔ１）の壁流量から、エンジンＥＧが停止していた時間及び温度（水温センサ１３３を用いる）から決まる壁流気化量を減算することで、エンジンＥＧの再始動要求時（図４の時間ｔ０）の壁流量が求められる。
【００７６】
燃料を噴射している時間ｔ０〜ｔ１の間の壁流量は、空燃比センサ１２６の出力と、燃料噴射バルブ１１８による燃料噴射量及びエアフローメータ１１３による吸入空気量との差を演算することにより求めることができる。
【００７７】
燃料の噴射を停止している時間ｔ１〜ｔ２の間の壁流量は、水温毎のブーストと気化割合のマップを用いて求めることができ、燃料噴射停止時の壁流量＝前回壁流量×（１−壁流気化割合）となる。
【００７８】
そして、上記のようにして求められた壁流量が、図７に示すように目標回転数に応じた平衡付着量に漸近した時間ｔ２から燃料噴射を再開する。
【００７９】
ちなみに、図４の時間ｔ２の初期において（図３のステップＳ１３）、排気浄化触媒１２７の窒素酸化物ＮＯｘ浄化効率を高めるために、さらに時間ｔ０〜ｔ１の間の制御（図３のステップＳ４〜Ｓ８）を追加してもよい。
【００８０】
また、図４の時間ｔ０〜ｔ１の間における燃料噴射のタイミングは、壁流の付着量が比較的少ない吸気行程としてもよい。
【００８１】
また、図４の時間ｔ１〜ｔ２の間において壁流気化燃料を燃焼させるために、所定のサイクルだけ燃焼させることが望ましい。
【００８２】
上述した実施形態の制御装置１が本発明に係る制御手段に相当し、空燃比センサ１２６または酸素センサ１２８が本発明に係る酸素貯蔵量検出手段に相当し、時間ｔ０〜ｔ１が本発明に係る第１の期間に相当し、時間ｔ１〜ｔ２が本発明に係る第２の期間に相当し、時間ｔ２〜が発明に係る第３の期間に相当し、制御装置１が本発明に係る壁流量推定手段に相当する。
【符号の説明】
【００８３】
ＨＥＶ…ハイブリッド車両
１…制御装置
ＥＧ…エンジン（内燃機関）
１１…エンジンコントローラ
１１１，１１１ａ…吸気通路
１１２…エアーフィルタ
１１３…エアフローメータ
１１４…スロットルバルブ
１１５…コレクタ
１１６…スロットルバルブアクチュエータ
１１７…スロットルセンサ
１１８…燃料噴射バルブ
１１９…シリンダ
１２０…ピストン
１２１…吸気バルブ
１２２…排気バルブ
１２３…燃焼室
１２４…点火プラグ
１２５…排気通路
１２６…空燃比センサ
１２７…排気浄化触媒
１２８…酸素センサ
１２９…マフラ
１３０…クランク軸
１３１…クランク角センサ
１３２…冷却ジャケット
１３３…水温センサ
ＭＧ…モータジェネレータ
３１…モータコントローラ
ＩＮＶ…インバータ
ＢＡＴ…バッテリ
ＡＴ…自動変速機
５１…トランスミッションコントローラ
ＣＬ１…第１クラッチ
ＣＬ２…第２クラッチ
ＰＳ…プロペラシャフト
ＤＳ…ドライブシャフト
ＤＦ…ディファレンシャルギヤユニット
７１…アクセル開度センサ
７２…車速センサ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、電動機と、前記内燃機関又は前記電動機の出力軸に接続された車輪と、を備えたハイブリッド車両に対し制御信号を出力する制御装置であって、
前記内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の酸素貯蔵量を検出する酸素貯蔵量検出手段と、
前記酸素貯蔵量検出手段により検出された酸素貯蔵量が所定値以上であって前記内燃機関を始動する場合に、始動開始から第１の期間はストイキよりリッチな空燃比で燃焼させる信号を出力し、前記第１の期間に続く第２の期間は燃料噴射を停止するとともにスロットルバルブを閉じる信号を出力する制御手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記第１の期間は前記スロットルバルブを開く信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記第２の期間に続く第３の期間は、前記スロットルバルブを負荷に応じた目標開度に設定するとともにストイキで燃焼させる信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記排気浄化触媒の目標酸素貯蔵量と、前記始動開始時における前記酸素貯蔵量検出手段により検出された酸素貯蔵量との差分に基づいて、前記第１の期間の燃料噴射量を設定することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記設定された燃料噴射量と実際に噴射された燃料の積算値との差がゼロになったときに、前記第２の期間の燃料噴射の停止信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項６】
請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
吸気系の温度及び圧力に基づいて燃料噴射ポートの壁流量を推定する壁流量推定手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記壁流量推定手段により推定された燃料噴射ポートの壁流量が、要求負荷に応じた目標壁流量に等しくなったときに、前記第３の期間のストイキで燃焼させる信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記ハイブリッド車両は、出力軸を有する内燃機関と、前記出力軸に連結された出力軸を有する電動機と、前記電動機の出力軸に接続された車輪と、前記内燃機関の出力軸と前記電動機の出力軸との間の動力伝達を断接する第１クラッチと、前記電動機の出力軸と車輪との間の動力伝達を断接する第２クラッチと、を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項１】
内燃機関と、電動機と、前記内燃機関又は前記電動機の出力軸に接続された車輪と、を備えたハイブリッド車両に対し制御信号を出力する制御装置であって、
前記内燃機関の排気系に設けられた排気浄化触媒の酸素貯蔵量を検出する酸素貯蔵量検出手段と、
前記酸素貯蔵量検出手段により検出された酸素貯蔵量が所定値以上であって前記内燃機関を始動する場合に、始動開始から第１の期間はストイキよりリッチな空燃比で燃焼させる信号を出力し、前記第１の期間に続く第２の期間は燃料噴射を停止するとともにスロットルバルブを閉じる信号を出力する制御手段と、を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記第１の期間は前記スロットルバルブを開く信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項３】
請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記第２の期間に続く第３の期間は、前記スロットルバルブを負荷に応じた目標開度に設定するとともにストイキで燃焼させる信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記排気浄化触媒の目標酸素貯蔵量と、前記始動開始時における前記酸素貯蔵量検出手段により検出された酸素貯蔵量との差分に基づいて、前記第１の期間の燃料噴射量を設定することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記制御手段は、
前記設定された燃料噴射量と実際に噴射された燃料の積算値との差がゼロになったときに、前記第２の期間の燃料噴射の停止信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項６】
請求項３に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
吸気系の温度及び圧力に基づいて燃料噴射ポートの壁流量を推定する壁流量推定手段をさらに備え、
前記制御手段は、
前記壁流量推定手段により推定された燃料噴射ポートの壁流量が、要求負荷に応じた目標壁流量に等しくなったときに、前記第３の期間のストイキで燃焼させる信号を出力することを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置において、
前記ハイブリッド車両は、出力軸を有する内燃機関と、前記出力軸に連結された出力軸を有する電動機と、前記電動機の出力軸に接続された車輪と、前記内燃機関の出力軸と前記電動機の出力軸との間の動力伝達を断接する第１クラッチと、前記電動機の出力軸と車輪との間の動力伝達を断接する第２クラッチと、を備えたことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１７９８６４（Ｐ２０１０−１７９８６４Ａ）
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７０３９（Ｐ２００９−２７０３９）
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年８月１９日（２０１０．８．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年２月９日（２００９．２．９）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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