特許 5794030 ハイブリッド自動車の制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5794030

(24)【登録日】2015年8月21日

(45)【発行日】2015年10月14日

(54)【発明の名称】ハイブリッド自動車の制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/06 20060101AFI20150928BHJP

   B60W 20/00 20060101ALI20150928BHJP

   B60W 10/08 20060101ALI20150928BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20150928BHJP

   F01N 3/18 20060101ALI20150928BHJP

   B60L 11/14 20060101ALI20150928BHJP

【ＦＩ】

   B60K6/20 310

   B60K6/20 320

   B60K6/48ZHV

   F01N3/18 D

   B60L11/14

【請求項の数】1

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2011-172605(P2011-172605)

(22)【出願日】2011年8月8日

(65)【公開番号】特開2013-35387(P2013-35387A)

(43)【公開日】2013年2月21日

【審査請求日】2014年3月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100077931

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 弘

(74)【代理人】

【識別番号】100110939

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 宏

(74)【代理人】

【識別番号】100110940

【弁理士】

【氏名又は名称】嶋田 高久

(74)【代理人】

【識別番号】100113262

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 祐二

(74)【代理人】

【識別番号】100115059

【弁理士】

【氏名又は名称】今江 克実

(74)【代理人】

【識別番号】100117581

【弁理士】

【氏名又は名称】二宮 克也

(74)【代理人】

【識別番号】100117710

【弁理士】

【氏名又は名称】原田 智雄

(74)【代理人】

【識別番号】100124671

【弁理士】

【氏名又は名称】関 啓

(74)【代理人】

【識別番号】100131060

【弁理士】

【氏名又は名称】杉浦 靖也

(74)【代理人】

【識別番号】100131200

【弁理士】

【氏名又は名称】河部 大輔

(74)【代理人】

【識別番号】100131901

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 雅典

(74)【代理人】

【識別番号】100132012

【弁理士】

【氏名又は名称】岩下 嗣也

(74)【代理人】

【識別番号】100141276

【弁理士】

【氏名又は名称】福本 康二

(74)【代理人】

【識別番号】100143409

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 亮

(74)【代理人】

【識別番号】100157093

【弁理士】

【氏名又は名称】間脇 八蔵

(74)【代理人】

【識別番号】100163186

【弁理士】

【氏名又は名称】松永 裕吉

(74)【代理人】

【識別番号】100163197

【弁理士】

【氏名又は名称】川北 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】100163588

【弁理士】

【氏名又は名称】岡澤 祥平

(72)【発明者】

【氏名】間宮 清孝

(72)【発明者】

【氏名】甲斐出 忠良

(72)【発明者】

【氏名】坂木 民司

(72)【発明者】

【氏名】勝谷 泰荘

(72)【発明者】

【氏名】山口 寛一

(72)【発明者】

【氏名】立石 哲也

【審査官】 小原 一郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１０−０３６７８８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２２０７８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−３２０９１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２２７３７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ６／００ − ６／５４７

Ｂ６０Ｗ １０／００ − ５０／１６

Ｆ０２Ｄ ２９／００ − ２９／０６

Ｆ０１Ｎ ３／００ − ９／００

Ｂ６０Ｌ １／００ − １５／４２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

それぞれ車輪に対し駆動力を出力するように構成されたモータ及びエンジンと、
前記エンジンの排気通路上に配設された触媒と、
要求駆動力に応じて前記エンジン及び前記モータを制御するよう構成されたコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記要求駆動力が所定の切替値以下のときには、前記エンジンを停止しかつ前記モータを運転することによって、前記モータの駆動力のみを前記車輪に出力し、前記要求駆動力が前記切替値よりも高いときには、少なくとも前記エンジンを運転することによって、少なくとも前記エンジンの駆動力を前記車輪に出力し、
前記コントローラはまた、前記エンジンを所定の暖機状態に維持しかつ前記触媒を所定の活性状態に維持するように、前記要求駆動力が前記切替値以下のときにも前記エンジンを運転することによって、前記エンジンの暖機及び前記触媒の活性化を行い、
前記触媒の活性状態に関連する第１状態と、当該第１状態よりも低い活性状態に相当する第２状態とが設定されており、
前記コントローラは、前記エンジンの暖機状態に関わらず、
前記触媒の活性状態が前記第１状態を下回りかつ前記要求駆動力が基準値よりも低下したときに、前記触媒の活性化を効率的に行うよう、前記エンジンを、軽負荷で運転しかつ、燃焼時期を遅角して排気温度を高くする活性促進モードで運転すると共に、
前記触媒の活性状態が前記第２状態を下回ったときには、前記要求駆動力が前記基準値よりも低下しなくても、前記エンジンを前記活性促進モードで運転し、
前記エンジンの温度に係る第１温度と、当該第１温度よりも低い第２温度とが設定されており、
前記コントローラは、
前記触媒の活性状態が第１状態以上であって、前記エンジンの温度が前記第１温度を下回りかつ前記要求駆動力が前記基準値以上になったときに、前記エンジンの暖機を効率的に行うよう、前記エンジンを高負荷で運転すると共に、
前記触媒の活性状態が第１状態以上であって、前記エンジンの温度が前記第２温度を下回ったときには、前記要求駆動力が前記基準値以上にならなくても、前記エンジンの暖機を効率的に行うよう、前記エンジンを高負荷で運転する、又は、前記モータを停止しかつ前記エンジンを運転するハイブリッド自動車の制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示する技術は、それぞれ車輪に対し駆動力を出力するモータ及びエンジンを備えたハイブリッド自動車の制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、車両の駆動源としてエンジン及びモータを備えたハイブリッド自動車が普及しつつある（例えば特許文献１、２参照）。これらの特許文献に記載されているハイブリッド自動車では、エンジンを停止しかつモータの駆動力のみにより走行するモータ走行と、エンジンを運転し、そのエンジンの駆動力により走行するエンジン走行（但し、モータの駆動力も併用する場合がある）とを、要求駆動力に応じて切り替えている。

【0003】

このようなハイブリッド自動車は、その走行中にエンジンが断続的に運転されることから、例えば特許文献１には、モータ走行中に、エンジン走行への切替に備えて触媒の活性状態を維持するために、触媒温度が低下してその活性化が必要になったときには、エンジンと駆動輪との間の駆動経路上に配設されたクラッチを開放することによってエンジンを無負荷状態で運転しつつ、その点火時期を遅角化することにより、触媒を早期に活性化する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４−９２４２８号公報

【特許文献2】特開２０１０−７６７１２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、例えばプラグインハイブリッド自動車では、バッテリの充電状態（State Of Charge：ＳＯＣ）に応じてＣＤ（Charge Depleting、電池使用）レンジと、ＣＳ（Charge Sustaining、充電維持）レンジとを切り替えて走行する。ＣＤレンジは、極力、モータにより走行し、エンジンによる走行を制限するものの、例えば要求駆動力が大きくてモータの上限出力（例えば、連続定格）を超えてしまうようなときには、エンジンを始動してエンジンの駆動力を車輪に出力しなければならない。そのため、エミッション性能を考慮すれば、ＣＤレンジにおいても、エンジンの始動及び運転に備えて、エンジンを所定の暖機状態に維持すると共に、触媒を所定の活性状態に維持することが必要になる。例えばＣＤレンジにおいて、エンジンの温度が所定温度以下に低下したとき、及び、触媒の温度が所定温度以下に低下したときに、エンジンを始動してエンジンの暖機や触媒の活性化を行うようにすれば、エンジンを所定の暖機状態に維持すると共に、触媒を所定の活性状態に維持することが可能になる。

【0006】

ところが、エンジンを暖機する上では、エンジンを高負荷で運転することが効率的であるのに対し、触媒を活性化する上では、エンジンを軽負荷でかつ、排気温度を高めるために点火時期を遅角化することが効率的であり、エンジン暖機に効率的なエンジンの運転状態と触媒の活性化に効率的なエンジンの運転状態とは互いに異なる。

【0007】

一方で、始動したエンジンの運転状態は、そのときの要求駆動力に応じて設定されてしまうため、エンジン温度や触媒温度に基づきエンジンを始動して、エンジンの暖機や触媒の活性化を行おうとしても、そのときのエンジンの運転状態がエンジンの暖機や触媒の活性化にとって効率的であるとは限らない。例えばエンジンの暖機を行いたいのにも拘わらず、要求駆動力が低くてエンジンを低負荷でしか運転することができなかったり、逆に触媒の活性化を図りたいのにも拘わらず、要求駆動力が高くてエンジンを高負荷で運転しなければならなかったりする。このことは、エンジンの暖機や触媒の活性化に必要な燃料消費量を無駄に増やしてしまう結果となる。

【0008】

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド自動車において、エンジンの暖機状態及び触媒の活性状態を維持する上で必要な燃料の消費量を低減することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本願発明者らは、エンジンの暖機、又は、触媒の活性化が必要になったときに、直ちにエンジンを始動してエンジンの暖機や触媒の活性化を行うのではなく、エンジンの暖機に適した要求駆動力となるまで、又は、触媒の活性化に適した要求駆動力となるまで、エンジンの始動を待機することで、エンジンの暖機の効率化及び触媒の活性化の効率化を共に図り、燃料の消費量を低減するようにした。

【0010】

具体的に、ここに開示する技術は、ハイブリッド自動車の制御装置に係り、それぞれ車輪に対し駆動力を出力するように構成されたモータ及びエンジンと、前記エンジンの排気通路上に配設された触媒と、要求駆動力に応じて前記エンジン及び前記モータを制御するよう構成されたコントローラと、を備える。

【0011】

そして、前記コントローラは、前記要求駆動力が所定の切替値以下のときには、前記エンジンを停止しかつ前記モータを運転することによって、前記モータの駆動力のみを前記車輪に出力し、前記要求駆動力が前記切替値よりも高いときには、少なくとも前記エンジンを運転することによって、少なくとも前記エンジンの駆動力を前記車輪に出力し、前記コントローラはまた、前記エンジンを所定の暖機状態に維持しかつ前記触媒を所定の活性状態に維持するように、前記要求駆動力が前記切替値以下のときにも前記エンジンを運転することによって、前記エンジンの暖機及び前記触媒の活性化を行い、前記触媒の活性化は、前記要求駆動力が基準値よりも低いときに行い、前記エンジンの暖機は、前記要求駆動力が前記基準値以上のときに行う。

【0012】

ここで、「触媒の活性化が必要なとき」とは、触媒の浄化率が予め設定した基準値以下となるようなときであって、例えば触媒の温度によって判断することが可能である。

【0013】

前記の構成によると、要求駆動力が所定の切替値以下のときには、コントローラは、エンジンを停止しかつモータを運転することによって、モータの駆動力のみを車輪に出力する。これはモータ走行状態に相当する。一方、要求駆動力が切替値よりも高いときには、少なくともエンジンを運転することによって、少なくともエンジンの駆動力を車輪に出力する。これは、エンジン及びモータの双方を運転し、それらの駆動力を車輪に出力する併用走行状態としてもよいし、エンジンの駆動力のみを車輪に出力するエンジン走行状態としてもよい。

【0014】

また、コントローラは、エンジンを所定の暖機状態に維持しかつ触媒を所定の活性状態に維持するように、要求駆動力が切替値以下のときにもエンジンを運転することによって、エンジンの暖機及び前記触媒の活性化を行う。例えばエンジンの温度が所定温度よりも低下したときには、要求駆動力が切替値以下であってもエンジンを始動して、エンジンの暖機を行う。また、触媒の活性状態が所定の状態よりも低下したときには、要求駆動力が切替値以下であってもエンジンを始動して、触媒の活性化を行う。

【0015】

そして、エンジンの暖機は、エンジンを高負荷で運転することが効率的である一方で、触媒の活性化は、エンジンを低負荷で運転することが効率的であることに鑑みて、コントローラは、要求駆動力が基準値よりも低いためエンジンを低負荷で運転可能なときに、触媒の活性化を行い、要求駆動力が基準値以上であるためエンジンを高負荷で運転可能なときに、エンジンの暖機を行う。このことにより、触媒の活性化及びエンジンの暖機を共に、効率的に行うことが可能になり、エンジンの暖機状態の維持や触媒の活性状態の維持に必要な燃料の消費量が低減する。

【0016】

前記コントローラは、前記触媒の活性を行うときには、前記エンジンを、軽負荷で運転しかつ、燃焼時期を遅角して排気温度を高くすることにより、前記触媒の活性を促進可能な活性促進モードで運転する。

【0017】

ここで、「触媒の活性を促進可能な活性促進モード」でエンジンを運転することには、公知の様々な手法を採用することが可能であり、当該エンジンが火花点火式エンジンであるときには、例えばその点火時期を遅角化することによって燃焼時期を遅角化し、排気温度を高めるような運転が例示される。また、当該エンジンが圧縮着火式エンジンであるときには、例えばその噴射時期を遅角化する等の方策によって、燃焼時期を遅角化させて排気温度を高めるような運転が例示される。

【0018】

こうすることで、触媒の活性化が短時間で効率的に行われ、それに必要な燃料消費量がさらに低減する。

【0019】

前記触媒の活性状態に関連する第１状態と、当該第１状態よりも低い活性状態に相当する第２状態とが設定されており、前記コントローラは、前記触媒の活性状態が前記第１状態を下回りかつ前記要求駆動力が前記基準値よりも低下したときに、前記エンジンを前記活性促進モードで運転することにより前記触媒の活性化を行うと共に、前記触媒の活性状態が前記第２状態を下回ったときには、前記要求駆動力が前記基準値よりも低下しなくても、前記エンジンを前記活性促進モードで運転することにより前記触媒の活性化を行う。

【0020】

この構成によると、触媒の活性状態が第１状態を下回ったときには、触媒の活性化が必要になるものの、要求駆動力が基準値よりも低下するのを待ってエンジンを始動しかつ、触媒の活性化を行うことにより、触媒の活性化を効率的に行うことが可能になる。一方、触媒の活性状態が第２状態を下回ったときには、触媒の活性状態が大幅に低く、仮にこのままの状態で併用走行状態やエンジン走行状態へと移行してしまうとエミッション性能が大幅に悪化する虞があるため、触媒を早期に活性化しておくことが望ましい。そこで、触媒の活性状態が第２状態を下回ったときには、要求駆動力が基準値よりも低下するのを待たずにエンジンを始動しかつ、触媒の活性化を行う。このことにより、エミッション性能の悪化が未然に回避される。

【0021】

前記エンジンの温度に係る第１温度と、当該第１温度よりも低い第２温度とが設定されており、前記コントローラは、前記触媒の活性状態が第１状態以上であって、前記エンジンの温度が前記第１温度を下回りかつ前記要求駆動力が前記基準値以上になったときに、前記エンジンの暖機を効果的に行うよう、前記エンジンを高負荷で運転すると共に、前記触媒の活性状態が第１状態以上であって、前記エンジンの温度が前記第２温度を下回ったときには、前記要求駆動力が前記基準値以上にならなくても、前記エンジンの暖機を効率的に行うよう、前記エンジンを高負荷で運転する、又は、前記モータを停止しかつ前記エンジンを運転する。

【0022】

この構成によると、エンジンの温度状態が第１温度を下回ったときには、エンジンの暖機が必要になるものの、要求駆動力が基準値以上になるのを待ってエンジンを始動しかつ、エンジンの暖機を行うことにより、エンジンの暖機を効率的に行うことが可能になる。一方、エンジンの温度状態が第２温度を下回ったときには、エンジンの温度が大幅に低く、仮にこのままの状態で併用走行状態やエンジン走行状態へと移行してしまうとエミッション性能が悪化する虞があるため、エンジンを早期に暖機しておくことが望ましい。そこで、エンジンの温度状態が第２温度を下回ったときには、要求駆動力が基準値以上になることを待たずにエンジンを始動しかつ、エンジンの暖機を行う。このことにより、エミッション性能の悪化が未然に回避される。

【発明の効果】

【0023】

以上説明したように、前記のハイブリッド自動車の制御装置によると、エンジンを所定の暖機状態に維持しかつ触媒を所定の活性状態に維持するように、要求駆動力が切替値以下のときにもエンジンを運転することによって、エンジンの暖機及び前記触媒の活性化を行う一方で、触媒の活性化は、要求駆動力が基準値よりも低いためエンジンを低負荷で運転可能なときに行い、エンジンの暖機は、要求駆動力が基準値以上であるためエンジンを高負荷で運転可能なときに行うことで、エンジンの暖機状態の維持や触媒の活性状態の維持に必要な燃料の消費量を低減させることが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】車両のパワートレイン及び制御装置の全体ブロック図である。

【図2】ＣＤレンジとＣＳモードとのそれぞれについて、エンジン回転数の変化及びバッテリのＳＯＣの変化の一例を示す図である。

【図3】ＣＤレンジにおいて要求駆動力に対するモータの駆動力とエンジンの駆動力との分担の一例を示す図である。

【図4】エンジンの特性マップの一例である。

【図5】コントローラが実行する、走行中のエンジン及びモータ制御に係るフローチャートである。

【図6】触媒の活性化に関する（ａ）触媒温度、（ｂ）エンジン水温、（ｃ）エンジントルク、（ｄ）モータトルク及び（ｅ）要求駆動力の変化の一例を示す図である。

【図7】触媒の活性化に関する（ａ）触媒温度、（ｂ）エンジン水温、（ｃ）エンジントルク、（ｄ）モータトルク及び（ｅ）要求駆動力の変化の、図６とは異なる例を示す図である。

【図8】エンジンの暖機に関する（ａ）触媒温度、（ｂ）エンジン水温、（ｃ）エンジントルク、（ｄ）モータトルク及び（ｅ）要求駆動力の変化の一例を示す図である。

【図9】エンジンの暖機に関する（ａ）触媒温度、（ｂ）エンジン水温、（ｃ）エンジントルク、（ｄ）モータトルク及び（ｅ）要求駆動力の変化の、図８とは異なる例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

以下、ハイブリッド自動車の制御装置の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は例示である。図１は車両のパワートレイン及び制御装置の全体ブロック図である。パワートレインＰＴは、駆動力を発生するエンジン１１と、このエンジン１１に連結されて変速を行う歯車変速機構１２と、歯車変速機構１２からの出力を受けて左右に駆動力を配分する差動装置１３と、差動装置１３からの駆動力を受ける左右の駆動輪（例えば前輪）１４，１４と、エンジン１１と歯車変速機構１２との間に配置されたトルクコンバータ（流体電動装置）１５と、歯車変速機構１２に対して駆動力伝達方向の下流側に配置されかつ差動装置１３を通じて前記駆動輪１４を駆動する電動モータ１６と、を備えている。このハイブリッド自動車は、駆動源としてのエンジン１１及び電動モータ１６を備えた、いわゆるパラレルハイブリッド自動車であり、後述するように、車速及びアクセル開度に基づいて設定される要求駆動力に応じて、電動モータ１６を運転しかつエンジン１１を停止させるモータ走行状態と、電動モータ１６とエンジン１１との双方を運転する併用走行状態との少なくとも２つの走行状態を切り換えながら走行するように構成されている。

【0026】

エンジン１１は、詳細な図示は省略するが、例えば４サイクル火花点火式エンジンである。エンジン１１は、クランク軸に対しベルトを介して連結された発電機を備えており、この発電機は、スタータ及び発電機を統合したＢＩＳＧ２１とされている。エンジン１１の排気側に接続された排気通路２２上には、排気ガスを浄化する例えば三元触媒２３（以下、単に触媒２３という）が配設されている。

【0027】

歯車変速機構１２は、詳細な図示は省略するが、例えばその内部に、遊星歯車機構と、遊星歯車機構に含まれる各回転要素の回転を選択的に規制する摩擦締結要素として、複数のクラッチ要素及びブレーキ要素とを含んで構成された多段自動変速機として構成されている。この歯車変速機構１２においては、複数のクラッチ要素及びブレーキ要素から選択された、少なくとも２つの要素を締結することで、各変速段を実現するように構成されている。つまり、歯車変速機構１２は、少なくとも２つの要素を締結することで所定の変速段を実現したドライブ状態と、前記の要素を全て締結しないことによって、エンジン１１と駆動輪１４との間のトルクの伝達を遮断したニュートラル状態とに切り換わることから、このハイブリッド自動車においては特に、後述するように、歯車変速機構１２を、前記の各クラッチ要素及び各ブレーキ要素の開放及び締結を切り換えることによって、エンジン１１と駆動輪１４との間でトルクを断続させる断続手段１２１として機能させる。この断続手段１２１は、車両の走行に連動してエンジン１１が引き摺られながら従動回転する引き摺り現象を回避する上で有効である。

【0028】

前記電動モータ１６は、例えば３相の交流同期モータであって、図示省略のバッテリ及びインバータを介して供給された駆動電流により駆動する。ここで、前記のモータ走行モードには、電動モータ１６の駆動力によって走行している状態、電動モータ１６を回生させながら走行している状態、電動モータ１６が何ら作動せずに惰性で走行している状態、の少なくとも３つの状態を含む。

【0029】

車両の制御装置ＣＲは、エンジン１１の運転（ＢＩＳＧ２１を通じたエンジン１１の始動制御も含む）、前記インバータの制御を通じた電動モータ１６の運転（力行及び回生を含む）、歯車変速機構１２の変速段等をそれぞれ制御する装置である。制御装置ＣＲは、コントローラ３と、車両の走行状態を含む各種の状態を検出し、コントローラ３に提供する各種センサ３１〜３６とを備えて構成されている。この内、コントローラ３は、例えば通常のマイクロコンピュータであり、図示は省略するが、少なくともＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏインターフェース回路、及びデータバスを備えて構成される。

【0030】

各種のセンサには、少なくとも、車両の走行速度に関する情報をコントローラ３に提供する車速センサ３１、アクセルペダルの踏み込み量に対応するアクセル開度に関する情報をコントローラ３に提供するアクセル開度センサ３２、バッテリの充電状態（ＳＯＣ：State of Charge）やバッテリ温度に係る情報を含む、バッテリの各種状態に係る情報をコントローラ３に提供するバッテリ状態センサ３３、電動モータ１６の状態に係る情報、例えば電動モータ１６の温度情報を提供するモータ状態センサ３４、触媒２３の浄化率に関係する情報、例えば触媒２３の温度情報を提供する触媒状態センサ３５、及び、エンジン１１の冷却水温の情報を提供する水温センサ３６を含んでいる。コントローラ３は、これらの各センサ３１〜３６からのセンサ信号を取り入れて演算処理をし、前記エンジン１１、ＢＩＳＧ２１、歯車変速機構１２及び電動モータ１６の制御を実行する。

【0031】

尚、ここでは、触媒状態センサ３５を備えるようにしているが、これの代わりに、例えばエンジン水温や車両（エンジン）の運転状態の履歴情報等から、触媒の温度又は浄化率を推定するようにしてもよい。

【0032】

具体的にコントローラ３は、車速及びアクセル開度に基づいて設定される要求駆動力に応じて、前述したモータ走行状態と併用走行状態とを切り換えるべく、電動モータ１６の作動及び停止、エンジン１１の作動及び停止（始動及び停止）を切り換える。それと共に、コントローラ３は、走行状態の切り換わりに応じて、変速マップに従った変速制御や、断続手段１２１によるエンジン１１及び駆動輪１４間のトルクの断続切替等の、歯車変速機構１２の制御を行う。

【0033】

ここで、このハイブリッド自動車は、その構成の図示は省略するが、外部からの給電によってバッテリの充電が可能なプラグインハイブリッド自動車であり、「電池使用走行」又は「プラグイン走行」と言うことができるＣＤレンジと、「充電維持走行」又は「ハイブリッド走行」と言うことができるＣＳレンジと、をバッテリのＳＯＣに応じて切り替える（図２参照）。つまり、バッテリのＳＯＣが第１所定値以上であるときは、図２の左側に示すようにＣＤレンジであり、このＣＤレンジでは基本的にモータ走行を行い、エンジンの運転は抑制される。例えば外部からの給電によりバッテリの充電が完了した後にハイブリッド自動車を発進した場合は、ＳＯＣが第１所定値にまで低下する間はＣＤレンジになる。ＣＤレンジでは、バッテリの電力消費は許容しつつ、エンジン１１の運転によるバッテリの充電は規制されるため、ＳＯＣは次第に低下するようになる。そうして、ＳＯＣが第１所定値を下回ったときには、ハイブリッド自動車の運転レンジがＣＳレンジに切り替わる。ＣＳレンジでは、第１所定値と、この第１所定値よりも所定値だけ高い第２所定値との範囲内で、ＳＯＣが維持されるように、ＳＯＣに応じてエンジン１１が頻繁に始動及び運転されてバッテリが充電されることになる。

【0034】

前述したようにＣＤレンジにおいては、バッテリの電力消費を優先し、エンジン１１の運転は抑制されるものの、例えば要求駆動力が所定値以上に高まれば電動モータ１６のみでは要求駆動力を充足できなくなるため、図２にも示すように、エンジン１１が始動され、そのエンジンの駆動力を補助的に利用することになる。図３は、ＣＤレンジにおける要求駆動力に対する、電動モータ１６の駆動力とエンジン１１の駆動力との分担例を示している。ＣＤレンジにおいては、電動モータ１６の上限駆動力が予め設定されており、要求駆動力がこの上限駆動力以下のときには電動モータ１６を運転しかつ、エンジン１１を停止することにより、電動モータ１６の駆動力のみで要求駆動力を充足させる。ここで、電動モータ１６の上限駆動力は、当該電動モータ１６の連続定格を基準に設定すればよい。例えば電動モータ１６の上限駆動力を当該電動モータ１６の連続定格に一致させてもよい。この電動モータ１６の上限駆動力は、ＣＤレンジにおいて、要求駆動力に対しモータ走行状態と併用走行状態とを切り替える切替値に相当する。

【0035】

一方、要求駆動力が電動モータ１６の上限駆動力を超えたときには、エンジン１１が運転され、電動モータ１６及びエンジン１１の双方の駆動力によって、要求駆動力を充足させる。ここで、図４に示すように、このハイブリッド自動車では、エンジン１１の運転を、そのエンジン特性に基づいて効率が高くなるように行う。つまり、エンジン１１は、図４において「通常運転ライン」で示される高効率のラインに沿うように運転され、特に同図において破線で示されている、高効率領域が利用される。このため、エンジン１１は、所定トルク以上を出力するように運転されることになるから、前述した電動モータ１６及びエンジン１１の双方の駆動力によって要求駆動力を充足させる場合は、エンジン１１の出力を所定値以上に設定する一方で、電動モータ１６の出力を低下させることによって要求駆動力を充足させるようにする。尚、低回転域では、エンジン１１の効率が低下するため、エンジン１１は停止する。また、エンジン１１の運転は、ＣＤレンジ及びＣＳレンジのいずれにおいても、基本的には「通常運転ライン」に沿って行われるが、ＣＤレンジでは、前述の通り、電力消費を許容しかつ燃料消費を抑制する観点から、低回転域においては、破線で示すように、実線のＣＳレンジでの運転ラインとは別の運転ラインが設定されている。

【0036】

前述の通りＣＤレンジにおいては、エンジン１１の運転が抑制されていて、エンジン１１は、ほとんど運転されない一方で、要求駆動力が切替値以上になったときにはエンジン１１を運転させる必要がある。このときに、エンジン１１が暖機されていなかったり、触媒２３が活性化されていなかったりすると、エミッション性能が悪化してしまうことになる。そのため、ＣＤレンジにおいても、エンジン１１を所定の暖機状態に、また、触媒２３を所定の活性状態に維持しなければならない。しかしながら、エンジン１１の暖機や触媒２３の活性化は、要求駆動力の大きさに拘わらずエンジン１１を断続的に運転して行わなければならない一方で、エンジン１１の暖機は、エンジン１１を高負荷で運転することが効率的であり、触媒２３の活性化は、エンジン１１を低負荷で運転することが効率的である。従って、単にエンジン１１の温度や触媒２３の活性状態だけに基づいてエンジン１１を運転し、エンジン１１の暖機や触媒２３の活性化を行おうとすれば、エンジン１１の暖機や触媒２３の活性化を効率的に行うことができず、燃料の消費量を無駄に増大することになる。

【0037】

そこで、このハイブリッド自動車では、エンジン１１の暖機や触媒２３の活性化が必要になったときに直ちにエンジン１１を始動するのではなく、要求駆動力に応じて、エンジン１１の始動を行うことによって、燃料の消費量を無駄に増大することなく、ＣＤレンジにおいてエンジン１１の暖機状態及び触媒２３の活性状態を維持するようにした。

【0038】

図５は、前記の制御装置ＣＲが実行する、ＣＤレンジにおける、エンジン１１と電動モータ１６との制御に係るフローチャートである。まず、このフローはＣＤレンジにおけるモータ走行状態でスタートし、スタート後のステップＳ５１で、コントローラ３は、各センサ３１〜３６の情報、少なくともアクセル開度、車速、触媒温度、及び、モータ温度の情報を読み込む。続くステップＳ５２では、エンジン水温Ｔｗが第１温度ＴＷ１よりも高いか否かを判定する。第１温度ＴＷ１は、エンジン水温が低いためエンジン１１の暖機が必要な温度として予め設定した温度である。第１温度ＴＷ１は、例えば５０〜６０℃程度で適宜設定すればよく、第１温度ＴＷ１を空燃比フィードバック制御が可能となる６０℃に設定してもよい。エンジン水温が第１温度ＴＷ１よりも高いとき（ＹＥＳのとき）にはステップＳ５３に移行し、エンジン水温が第１温度ＴＷ１以下のとき（ＮＯのとき）には、ステップＳ５１０に移行する。

【0039】

ステップＳ５３では、触媒温度Ｔｃが第１温度ＴＣ１よりも低いかを判定する。第１温度ＴＣ１は、触媒２３の温度が低いため触媒２３の活性化が必要な温度として予め設定した温度であり、第１温度ＴＣ１は、例えば２８０℃程度で適宜設定すればよい。ステップＳ５３の判定でＮＯのとき、言い換えるとエンジン１１が暖機状態にあると共に、触媒２３が活性状態にあるため、ステップＳ５９に移行をし、エンジン１１を始動せずにモータ走行をそのまま継続する。一方、ステップＳ５３の判定でＹＥＳのとき、言い換えると触媒２３の活性化が必要なときにはステップＳ５４に移行をする。

【0040】

ステップＳ５４では、触媒温度Ｔｃが、第２温度ＴＣ２よりも高いか否かを判定する。第２温度ＴＣ２は、触媒２３の反応限界に相当する温度として適宜設定すればよく、第２温度ＴＣ２は、例えば２５０℃程度で適宜設定すればよい。従って、第１温度ＴＣ１＞第２温度ＴＣ２である。ステップＳ５４の判定がＹＥＳのときにはステップＳ５５に移行する。つまり、触媒２３の温度が第１温度ＴＣ１よりも低く触媒２３の活性化が必要であるものの、第２温度ＴＣ２以上であり、早急に活性化を開始する必要がないため、要求駆動力が低くなるのを待って、触媒２３の活性化を行う。一方、ステップＳ５４の判定がＮＯのときには、触媒２３の温度が第２温度ＴＣ２以下であるため、触媒２３の活性化を直ちに開始すべく、ステップＳ５６に移行する。

【0041】

ステップＳ５５では、アクセル開度と車速とに基づいて設定された要求駆動力が基準値Ｆ１よりも低いか否かを判定する。基準値Ｆ１よりも低い低負荷状態のとき（つまり、ＹＥＳのとき）にはステップＳ５６に移行をする。一方、要求駆動力が基準値Ｆ１以上であるとき（つまり、ＮＯのとき）にはステップＳ５９に移行をして、触媒２３の活性化の開始を遅らせる。

【0042】

ステップＳ５６では、エンジン１１を始動して軽負荷での運転を行うと共に、点火時期を大幅に遅角化する。このような運転モードは、排気温度を高めて触媒２３の活性化を促進する（つまり、活性促進モード）。その結果、触媒２３の活性化に要する時間を短くして、燃料の消費を抑制する上で有利になる。尚、エンジン１１を活性促進モードで運転して触媒２３の活性化を行っているときには、電動モータ１６の出力を、要求駆動力及びエンジン負荷に応じて調整する。エンジン負荷によって要求駆動力が充足されるような場合は、電動モータ１６が停止される。

【0043】

そして、ステップＳ５７で触媒２３の活性化が完了したか否かを判定し、活性化が完了していないとき（ＮＯのとき）には触媒２３の活性化を継続する一方、活性化が完了したとき（ＹＥＳのとき）には、ステップＳ５８に移行する。触媒２３の活性化が完了したか否かは、例えば触媒２３の温度に基づいて判定してもよく、触媒２３の温度が第１温度ＴＣ１よりも高くなったときに、触媒２３の活性化が完了したと判定してもよい。そうして、触媒２３の活性化が完了したステップＳ５８では、エンジン１１を停止しかつ、モータ走行状態に復帰する。

【0044】

一方、エンジン水温Ｔｗが第１温度ＴＷ１以下であるとして移行したステップＳ５１０では、ステップＳ５３と同様に、触媒温度Ｔｃが第１温度ＴＣ１よりも高いか否かを判定する。ステップＳ５１０の判定がＹＥＳのとき、言い換えると触媒２３が活性化しているときにはステップＳ５１１に移行をする。一方、ステップＳ５１０の判定がＮＯのとき、言い換えると触媒２３の活性化が必要なときにはステップＳ５４に移行をする。こうして、触媒２３の活性化をエンジン１１の暖機よりも優先する。このことは、エミッション性能の向上に有利になる。

【0045】

ステップＳ５１１では、エンジン水温Ｔｗが第２温度ＴＷ２よりも高いか否かを判定し、Ｔｗ＞ＴＷ２のとき（ＹＥＳのとき）にはステップＳ５１２に移行をする。第２温度ＴＷ２は、例えばエンジン１１のエミッションに関する下限温度、言い換えるとエミッション性能が悪化してしまうようなエンジン１１の温度として予め設定した温度であり、第１温度ＴＷ１よりも低い、例えば４５℃程度で適宜設定すればよい。一方、Ｔｗ≦ＴＷ２のとき（ＮＯのとき）には、エンジン１１の暖機を直ちに行うべくステップＳ５１３に移行をする。

【0046】

ステップＳ５１３では、エンジン１を始動してエンジン１１の暖機を行う。このときには、要求駆動力に応じてエンジン１１の負荷が決定されるが、エンジン負荷をできるだけ高くして、エンジン１１の暖機を有利にするために、電動モータ１６を停止することが好ましい。

【0047】

ステップＳ５１２では、要求駆動力が基準値Ｆ１以上か否かを判定し、この判定がＮＯのときにはステップＳ５１７に移行して、モータ走行を継続する。つまり、エンジン１１の水温が第１温度ＴＷ１よりも低くエンジン１１の暖機が必要であるものの、第２温度ＴＷ２以上であり、早急に暖機を開始する必要がないため、エンジン１１の暖機に有利な、高い要求駆動力になるのを待つ。一方、ステップＳ５１２の判定がＹＥＳのときには、ステップＳ５１４に移行し、エンジン１１を始動すると共に、高い要求駆動力に対応するように、そのエンジン１１を高負荷で運転して、エンジン１１の暖機を促進する。

【0048】

そうして、ステップＳ５１５でエンジン１１の暖機が完了したか否かを判定し、暖機が完了していないとき（ＮＯのとき）にはエンジン１１の暖機を継続する一方、暖機が完了したとき（ＹＥＳのとき）には、ステップＳ５１６に移行をし、エンジン１１を停止した上で、モータ走行状態に復帰をする。

【0049】

次に、図６−９を参照しながら、前述した、ＣＤレンジにおけるエンジン１１及び電動モータ１６の制御について説明する。先ず、図６は、触媒温度Ｔｃが第１温度ＴＣ１よりも低下すると共に、要求駆動力が基準値Ｆ１よりも低下することによって、エンジン１１を始動して触媒２３の活性化を開始した例である。つまり、図６の（ａ）に示すように、触媒２３の温度Ｔｃが次第に低下して、タイミングＴ１で第１温度ＴＣ１よりも低下したとする。前述したように、このタイミングＴ１で直ちにエンジン１１を始動して、触媒２３の活性化を行うのではなく、要求駆動力が、触媒２３の活性化に有利な低負荷状態となるまで待つ（図６（ｃ）参照）。

【0050】

そうして、図６（ｅ）に示すように、タイミングＴ２で要求駆動力が基準値Ｆ１よりも低下すれば、エンジン１１を始動しかつ、そのエンジン１１を、要求駆動力に対応するような軽負荷でかつ、点火時期を大幅に遅角化した活性促進モードで運転する。図例では、エンジン１１の駆動力によって要求駆動力が充足されるため、活性促進モードの最中に、電動モータ１６が停止されている（図６（ｄ）参照）。こうして、図６（ａ）に示すように、触媒２３の温度が次第に高まる。尚、エンジン１１を軽負荷で運転しているため、エンジン１１の温度はほとんど上がらない。

【0051】

そして、図６（ａ）に示すように、タイミングＴ３で触媒２３の温度ＴｃがＴＣ１を超えれば、触媒２３の活性化が完了したとして、エンジン１１を停止し、電動モータ１６を運転して要求駆動力を満たす。つまり、モータ走行状態に復帰する（図６（ｃ）（ｄ）（ｅ）参照）。

【0052】

図７は、触媒温度Ｔｃが、タイミングＴ１で第１温度ＴＣ１よりも低下した後、要求駆動力が基準値Ｆ１よりも低下する前に、触媒温度Ｔｃが第２温度ＴＣ２よりも低下した例を示している（図７（ａ）（ｅ）参照）。つまり、例えば低外気温に起因して触媒２３の温度が急速に低下し、タイミングＴ２で第２温度ＴＣ２よりも低くなったときには、要求駆動力が基準値Ｆ１以上であってもエンジン１１を始動し、触媒２３の活性化を開始する。

【0053】

始動したエンジン１１は、前記と同様に、軽負荷でかつ、点火時期を大幅に遅角化した活性促進モードで運転する。これにより、触媒２３の活性化が促進される（図７（ａ）（ｃ）。また、要求駆動力を充足するように、エンジン１１の負荷に応じて、電動モータ１６の出力が調整される。図７（ｄ）の例では、エンジン１１を始動したタイミングＴ２で、電動モータ１６のトルクが低減されると共に、タイミングＴ３で要求駆動力が低下し、エンジン１１のトルクによって要求駆動力が充足されるため、電動モータ１６が停止されている。つまり、エンジン走行状態である。そうして、触媒２３の温度が第１温度ＴＣ１を超えたタイミングＴ４で、エンジン１１が停止されて、モータ走行状態に切り替わる（図７（ａ）（ｃ）（ｄ）（ｅ）参照）。

【0054】

図８は、エンジン水温Ｔｗが第１温度ＴＷ１よりも低下すると共に、要求駆動力が基準値Ｆ１以上に高まることによって、エンジン１１を始動しかつ、エンジン１１の暖機を開始した例である。つまり、図８の（ｂ）に示すように、エンジン１１の水温Ｔｗが次第に低下して、第１温度ＴＷ１よりも低下したタイミングＴ１では、エンジン１１を始動せずに、要求駆動力が、エンジン１１の暖機に有利な高駆動力になることを待つ。そうして、図８（ｅ）に示すように、要求駆動力が基準値Ｆ１以上になったタイミングＴ２で、エンジン１１を始動する。このときに、図例では、エンジン１１をできるだけ高負荷で運転してエンジン１１の暖機効率を高めるべく、電動モータ１６を停止している（図８（ｄ）参照）。これにより、図８（ｂ）に示すように、エンジン１１の水温が急速に高められて、第１温度ＴＷ１以上となったタイミングＴ３で、エンジン１１の暖機が完了したとして、エンジン１１を停止する。一方、要求駆動力を充足するように、電動モータ１６を運転する。つまり、モータ走行状態に復帰する。

【0055】

図９は、エンジン１１の水温Ｔｗが、タイミングＴ１で第１温度ＴＷ１よりも低下した後、要求駆動力が基準値Ｆ１以上になる前に、水温Ｔｗが第２温度ＴＷ２よりも低下した例を示している（図９（ｂ）（ｅ）参照）。つまり、エンジン１１の水温が第２温度ＴＷ２よりも低くなったときには、要求駆動力が基準値Ｆ１よりも低くても、エンジン１１を始動し、エンジン１１の暖機を開始する（図９（ｃ）参照）。このとき図例では、要求駆動量が低い一方で、エンジン１１の負荷をできるだけ高める観点から、電動モータ１６を停止している（図９（ｃ）（ｄ）（ｅ））。また、タイミングＴ３で要求駆動力が高まれば、それを充足するように、電動モータ１６を停止したまま、エンジン１１の負荷を高めて運転している。こうして、エンジン１１の暖機をできるだけ促進する。

【0056】

エンジン１１の水温Ｔｗが、第１温度ＴＷ１を超えたタイミングＴ４で、エンジン１１を停止しかつ電動モータ１６を運転することで、モータ走行状態に復帰する。

【0057】

以上説明したように、このハイブリッド自動車では、ＣＤモードにおいてエンジン１１の暖機状態を維持しかつ、触媒２３の活性化状態を維持するために、エンジン１１の水温及び触媒２３の温度に応じて、エンジン１１を始動するようにしているものの、そのエンジン１１の始動は、触媒２３の活性化を行うときには、要求駆動力が基準値Ｆ１よりも低下するのを待って行う一方、エンジン１１の暖機を行うときには、要求駆動力が基準値Ｆ１以上になるのを待って行う。これにより、触媒２３の活性化及びエンジン１１の暖機をそれぞれ効率的に行うことが可能になり、触媒２３の活性化やエンジン１１の暖機に必要な燃料の消費量を低減しながら、触媒２３の活性状態及びエンジン１１の暖機状態を維持することが可能になる。

【0058】

一方、エンジン１１の水温Ｔｗが第２温度ＴＷ２以下となったり、触媒２３の温度Ｔｃが第２温度ＴＣ２以下となったりしたときには、エンジン１１を直ちに始動して、エンジン１１の暖機や触媒２３の活性化を行うことで、ＣＤレンジにおいて、モータ走行状態から、エンジン走行状態や併用走行状態に切り替わったときでも、エミッション性能が悪化してしまうことが未然に回避される。

【0059】

尚、ハイブリッド自動車の構成は、前述した構成に限らず、種々の構成を採用し得る。例えば電動モータ１６は、図１の構成では、歯車変速機構１２に対し、駆動力伝達方向の下流側に配置しているが、歯車変速機構１２に対し、駆動力伝達方向の上流側に電動モータを配設し、電動モータの出力を歯車変速機構１２を介して駆動輪１４に出力してもよい。

【0060】

また、電動モータ１６は、前記のように１つの電動モータからの駆動力を差動装置１３を介して、左右の駆動輪１４に分配するのではなく、左右の駆動輪１４それぞれに独立して駆動力を付与し得るように、少なくとも２つの電動モータを備えてもよい。その場合において、インホイールモータを採用してもよい。

【0061】

さらに、電動モータ１６の駆動力は、前輪に付与することに限定されず、後輪に付与してもよい。同様に、エンジン１１の駆動力も、前輪に付与することに限定されず、後輪に付与してもよい。ここにおいて、電動モータ１６の駆動力を付与する車輪と、エンジン１１の駆動力を付与する車輪とは、図１に示すように同じであってもよいし、異なっていても良い（例えばエンジン１１の駆動力を前、電動モータ１６の駆動力を後、又は、その逆）。例えば電動モータ１６の駆動力を後輪に付与する場合においては、電動モータ１６を後輪の駆動軸に連結する構成に限らず、ドライブシャフトの途中に電動モータ１６を連結してもよい。

【0062】

また、前記のパワートレインＰＴにおいて、歯車式の多段変速機構に代えて、例えばベルト式等の無段変速機構を採用してもよい。

【0063】

さらに、エンジン１１は、火花点火式でなく圧縮着火式エンジン（ディーゼルエンジン）を採用してもよい。その場合、当該圧縮着火式エンジンを活性活性モードで運転するには、例えば噴射時期を変更（遅角化）することによって、燃焼期間を遅らせて排気温度を高めてもよい。

【0064】

加えて、ここに開示した、エンジン１１及び電動モータ１６の制御は、ＣＤレンジに限定されるものではないが、エンジン１１の運転が制限されるようなレンジで行うことが、より効果的である。

【符号の説明】

【0065】

１１ エンジン
１４ 駆動輪（車輪）
１６ 電動モータ
２２ 排気通路
２３ 三元触媒
３ コントローラ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】