特開 2023-3526 車両システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023003526

(43)【公開日】2023-01-17

(54)【発明の名称】車両システム

(51)【国際特許分類】

   F01N 3/20 20060101AFI20230110BHJP

   F02N 11/00 20060101ALI20230110BHJP

   F02N 11/04 20060101ALI20230110BHJP

   F01N 3/24 20060101ALI20230110BHJP

   F02D 41/04 20060101ALI20230110BHJP

   F02D 13/02 20060101ALI20230110BHJP

   B60W 20/16 20160101ALI20230110BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20230110BHJP

【ＦＩ】

F01N3/20 L ZHV

F02N11/00 G ZAB

F02N11/04 A

F01N3/24 L

F01N3/24 R

F02D41/04

F02D13/02 J

B60W20/16

B60W20/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021104649

(22)【出願日】2021-06-24

(71)【出願人】

【識別番号】591245473

【氏名又は名称】ロベルト・ボッシュ・ゲゼルシャフト・ミト・ベシュレンクテル・ハフツング

【氏名又は名称原語表記】ＲＯＢＥＲＴ ＢＯＳＣＨ ＧＭＢＨ

(74)【代理人】

【識別番号】100177839

【弁理士】

【氏名又は名称】大場 玲児

(74)【代理人】

【識別番号】100172340

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 始

(74)【代理人】

【識別番号】100182626

【弁理士】

【氏名又は名称】八島 剛

(72)【発明者】

【氏名】後藤 悠一郎

(72)【発明者】

【氏名】清水 絵里子

(72)【発明者】

【氏名】ガブリッツア トビアス

(72)【発明者】

【氏名】ソイリング ズィルケ

【テーマコード（参考）】

3D202

3G091

3G092

3G301

【Ｆターム（参考）】

3D202AA08

3D202BB08

3D202BB09

3D202BB26

3D202BB43

3G091AA14

3G091AB03

3G091AB13

3G091BA02

3G091CA02

3G091CA27

3G091CB08

3G091EA14

3G091EA17

3G091EA30

3G091FA04

3G091FC05

3G091HA08

3G092AA11

3G092AC02

3G092DA03

3G092EA29

3G092FA15

3G092GA10

3G092HA04Z

3G092HD01Z

3G301HA19

3G301JA21

3G301KA28

3G301MA11

3G301PA10Z

3G301PD11Z

3G301PF16Z

(57)【要約】      （修正有）

【課題】排気通路に設けられた触媒装置を暖機する際に、排気エミッションの排出を抑制し、かつ、燃費の低下を抑制可能な車両システムを提供する。
【解決手段】内燃機関１０と、駆動時に内燃機関１０に空気が導入されるＩＳＧ５１と、内燃機関１０の排気通路３１に設けられた第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５と、第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５の排気上流側に設けられ、燃料を含む混合気を燃焼させるバーナ装置５とを含む車両システム１を備え、車両システム１を制御する制御装置１００は、モータ５１を駆動して内燃機関１０に空気を導入するとともに、内燃機関１０での燃焼を生じさせずに内燃機関１０からバーナ装置５へ混合気又は空気を供給し、バーナ装置５で混合気を燃焼させて第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５を加熱する暖機制御を実行する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内燃機関(10)と、駆動時に前記内燃機関(10)に空気が導入されるモータ(51, 81, 91, 133, 153)と、前記内燃機関(10)の排気通路(31)に設けられた触媒装置(31, 33)と、前記触媒装置(31, 33)の排気上流側に設けられ、燃料を含む混合気を燃焼させるバーナ(5)と、を含む車両システム(1, 80, 90, 90A, 130, 140, 150)において、
前記車両システム(1, 80, 90, 90A, 130, 140, 150)を制御する制御装置(100)は、前記モータ(51, 81, 91, 133, 153)を駆動して前記内燃機関(10)に空気を導入するとともに、前記内燃機関(10)での燃焼を生じさせずに前記内燃機関(10)から前記バーナ(5)へ混合気又は空気を供給し、前記バーナ(5)で前記混合気を燃焼させて前記触媒装置(31, 33)を加熱する暖機制御を実行する、車両システム。

【請求項2】

前記モータ(51, 91)は、前記内燃機関(10)のクランクシャフト(11)を回転可能に設けられたモータ(51, 91)であり、
前記車両システム(1, 90, 90A, 140)は、前記内燃機関(10)及び前記モータ(51, 91, 133, 153)から駆動輪(69)への動力伝達経路に設けられたクラッチ(94, 99)又はトルクコンバータ(61)をさらに備え、
前記制御装置(100)は、前記内燃機関(10)及び前記モータ(51, 91)から前記駆動輪(69)へ動力が伝達されない状態で前記モータ(51, 91)を駆動して前記内燃機関(10)に空気を導入するとともに、前記内燃機関(10)での燃焼を生じさせずに前記内燃機関(10)から前記バーナ(5)へ混合気又は空気を供給し、前記バーナ(5)で前記混合気を燃焼させて前記触媒装置(31, 33)を加熱する暖機制御を実行する、請求項１に記載の車両システム。

【請求項3】

前記モータ(81)は、前記内燃機関(10)の出力により駆動される発電用モータ(81)であり、
前記内燃機関(10)の駆動トルクは、前記発電用モータ(81)の駆動にのみ用いられ、
前記制御装置(100)は、前記モータ(81)を駆動して前記内燃機関(10)に空気を導入するとともに、前記内燃機関(10)での燃焼を生じさせずに前記内燃機関(10)から前記バーナ(5)へ混合気又は空気を供給し、前記バーナ(5)で前記混合気を燃焼させて前記触媒装置(31, 33)を加熱する暖機制御を実行する、請求項１に記載の車両システム。

【請求項4】

前記車両システム(140, 150)は、前記バーナ(5)へ前記燃料を供給するバーナ燃料供給装置(143)をさらに備え、
前記バーナ(5)は、前記バーナ燃料供給装置(143)から供給される前記燃料と、前記内燃機関(10)から供給される前記空気とを混合して混合気を形成するとともに、前記混合気を燃焼させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両システム。

【請求項5】

前記制御装置(100)は、前記クランクシャフトを回転させるとともに前記内燃機関(10)の燃料噴射弁(15)から燃料を噴射して形成した混合気を前記内燃機関(10)から前記バーナ(5)へ供給し、
前記バーナ(5)は、前記内燃機関(10)から供給される前記混合気を燃焼させる、請求項１～３のいずれか１項に記載の車両システム。

【請求項6】

前記モータ(91)を第１のモータ(91)としたときに、
前記車両システム(90A)は、前記クラッチ(94)又は前記トルクコンバータ(61)よりも前記駆動輪(69)側に設けられて前記駆動輪(69)へ伝達する動力を出力する第２のモータ(92)をさらに備え、
前記制御装置(100)は、前記暖機制御中、前記第２のモータ(92)の出力により車両を走行させる、請求項１～５のいずれか１項に記載の車両システム。

【請求項7】

前記制御装置(100)は、車両の使用開始を予測する検知手段(165)をさらに備え、
前記検知手段(165)により前記車両の使用開始が予測されたときに、前記暖機制御を開始する、請求項１～５のいずれか１項に記載の車両システム。

【請求項8】

前記モータ(153)は、前記内燃機関(10)の吸気通路に設けられて前記内燃機関(10)へ圧縮空気を供給する電動式コンプレッサ(151)を駆動するモータ(153)であり、
前記車両システム(150)は、前記バーナ(5)へ前記燃料を供給するバーナ燃料供給装置(143)をさらに備え、
前記制御装置(100)は、前記内燃機関(10)の吸気弁(17)及び排気弁(19)を開弁するとともに前記モータ(153)を駆動して前記内燃機関(10)を経由して前記バーナ(5)へ空気を供給し、
前記バーナ燃料供給装置(143)から供給される前記燃料と、前記内燃機関(10)から供給される前記空気とを混合して混合気を形成するとともに、前記バーナ(5)で前記混合気を燃焼させる、請求項１に記載の車両システム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内燃機関及びモータを備えた車両システムに関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関の排気通路には、排気を浄化する後処理を行うための触媒装置が設けられている。具体的に、内燃機関がガソリンエンジンである場合、排気通路には三元触媒が設けられ、排気中に含まれる一酸化炭素（CO）、炭化水素（HC）及び窒素酸化物（NO_X）が浄化される。また、内燃機関がディーゼルエンジンである場合、排気通路には窒素酸化物を浄化するための触媒が設けられる。これらの触媒装置は、低温の状態では浄化効率が低いという特性を持つ。このため、触媒装置が低温の状態で内燃機関を始動させる場合、触媒装置を加熱する制御が行われる。

【0003】

例えば特許文献１には、排気通路に排出される排気の温度を上昇させる暖機処理を実行し、排気熱を利用して触媒を暖機する内燃機関の制御装置が開示されている。また、特許文献２には、内燃機関の排気通路に高温の燃焼ガスを供給するためのバーナが開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２０－１７２８７４号公報

【特許文献2】特開２０１５－２０６５６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかしながら、特許文献１に記載された内燃機関の制御装置では、暖機運転中、触媒装置が十分に加熱されていない状態で内燃機関を運転すると、触媒装置による排気の浄化が十分でないために排気エミッションを抑制できないおそれがある。また、暖機運転中、内燃機関は燃焼効率が低い状態で運転されるため、燃費が低下することとなる。一方、特許文献２に記載されたバーナを用いることで、内燃機関の始動前から触媒を暖機することができる。しかしながら、特許文献２に記載されたバーナは、バーナに燃料を供給するための装置及びバーナに空気を供給するための装置がすべて必要とされ、部品点数が多くなるとともに重量やコストの増加の原因となる。また、特にバーナに空気を供給するためのエアポンプ等の装置を内燃機関の始動前に駆動した場合には、振騒音が問題となるおそれがある。

【0006】

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明は、内燃機関の排気通路に高温の燃焼ガスを供給するためのバーナの構成を簡略化した車両システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、内燃機関と、駆動時に内燃機関に空気が導入されるモータと、内燃機関の排気通路に設けられた触媒装置と、触媒装置の排気上流側に設けられ、燃料を含む混合気を燃焼させるバーナと、を含む車両システムであって、車両システムを制御する制御装置は、モータを駆動して内燃機関に空気を導入するとともに、内燃機関での燃焼を生じさせずに内燃機関からバーナへ混合気又は空気を供給し、バーナで混合気を燃焼させて触媒装置を加熱する暖機制御を実行する車両システムが提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、内燃機関の排気通路に高温の燃焼ガスを供給するためのバーナの構成を簡略化することができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】マイルドハイブリッドシステムとして構成された第１の実施の形態に係る車両システムの構成を示す模式図である。

【図2】同実施形態に係る車両システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図3】同実施形態に係る車両システムにおける触媒装置の暖機制御処理の動作を示すフローチャートである。

【図4】シリーズハイブリッドシステムとして構成された同実施形態に係る車両システムの構成を示す模式図である。

【図5】１モータ式のパラレルハイブリッドシステムとして構成された第２の実施の形態に係る車両システムの構成を示す模式図である。

【図6】同実施形態に係る車両システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図7】同実施形態に係る車両システムにおける触媒装置の暖機制御処理の動作を示すフローチャートである。

【図8】２モータ式のパラレルハイブリッドシステムとして構成された第２の実施の形態に係る車両システムの構成を示す模式図である。

【図9】シリーズパラレルハイブリッドシステムとして構成された第３の実施の形態に係る車両システムの構成を示す模式図である。

【図10】同実施形態に係る車両システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図11】第４の実施の形態に係る車両システムの構成を示す模式図である。

【図12】同実施形態に係る車両システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図13】第５の実施の形態に係る車両システムを適用したマイルドハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。

【図14】同実施形態に係る車両システムの制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図15】同実施形態に係る車両システムにおける触媒装置の暖機制御処理の動作を示すフローチャートである。

【図16】第６の実施の形態に係る車両システムに適用される制御装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

【0011】

＜＜１．第１の実施の形態＞＞
＜１－１．車両システムの基本構成＞
まず、本発明の第１の実施の形態に係る車両システムの基本構成の一例を説明する。図１は、本実施形態に係る車両システム１の構成を示す模式図である。図１に示した車両システム１は、内燃機関１０の始動時に内燃機関１０をクランキングさせるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）５１を備えた、いわゆるマイルドハイブリッドシステムとして構成され、当該ＩＳＧ５１が、駆動時に内燃機関１０に空気が導入されるモータとして機能する。

【0012】

車両システム１は、内燃機関１０、ＩＳＧ５１、トルクコンバータ６１及び自動変速機６３を備えている。ＩＳＧ５１は、ギヤ機構又は駆動ベルト等を介して内燃機関１０に接続されている。ＩＳＧ５１は、二次電池５７に充電された電力により駆動される。自動変速機６３は、トルクコンバータ６１を介して内燃機関１０に接続されている。

【0013】

本実施形態において、内燃機関１０は、ガソリン燃料を用いて駆動されて車両の駆動トルクを生成するガソリンエンジンである。内燃機関１０は、ピストン１３、燃料噴射弁１５、吸気弁１７、排気弁１９及び点火プラグ２１を備えている。ピストン１３は、コンロッド１４を介して出力軸としてのクランクシャフト１１に接続されている。ピストン１３は、クランクシャフト１１の回転に伴って気筒１６内を往復移動する。また、内燃機関１０は、クランクシャフト１１の回転角度を検出するクランク角センサ２７を備える。クランク角センサ２７のセンサ信号は、制御装置１００へ送信される。

【0014】

燃料噴射弁１５は、制御装置１００により駆動され、気筒１６内へ燃料を直接噴射供給する。本実施形態において、内燃機関１０は、気筒１６内へ直接燃料を噴射する直噴式の内燃機関であるが、内燃機関１０は、吸気通路２３内に設けられた燃料噴射弁１５を備え、吸気通路２３内へ燃料を噴射供給する、いわゆるポート噴射式の内燃機関であってもよい。

【0015】

吸気弁１７及び排気弁１９は、図示しないタイミングベルト等を介してクランクシャフト１１に接続されたカムシャフトの回転によって進退動し、それぞれ吸気通路又は排気通路を開閉する。吸気弁１７の開放時にピストン１３が下降することにより、吸気通路２３から気筒１６内に吸気が導入される。吸気通路２３には吸気スロットル装置２５が設けられている。吸気スロットル装置２５は、制御装置１００により駆動され、吸気の流量を調節する。点火プラグ２１は、制御装置１００により駆動され、気筒１６内に導入された吸気と燃料噴射弁１５から噴射された燃料とにより生成された混合気に点火する。排気弁１９の開放時にピストン１３が上昇することにより、気筒１６内から排気通路３１へ排気が排出される。

【0016】

排気通路３１には、触媒装置として、第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５が設けられている。第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５は、それぞれ基材に触媒成分を担持させて構成され、排気中の一酸化炭素、炭化水素及び窒素酸化物を熱化学反応により浄化する。第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５は、例えば２５０℃程度で活性化状態となって一酸化炭素及び窒素酸化物の浄化率が５０％を超え、３５０℃程度になると浄化率が１００％近くになる。第２の三元触媒３５は、例えばハニカム構造を有する基材に触媒を担持させたものであり、排気中の煤等を捕集するパティキュレートフィルタの機能を兼ねている。なお、以下、第１の三元触媒３３と第２の三元触媒３５を合わせて触媒装置と総称する場合がある。

【0017】

第１の三元触媒３３の上流側には、バーナ装置５が設けられている。本実施形態においてバーナ装置５は、点火装置７を含んで構成され、混合気に点火する。点火装置７は、制御装置１００により駆動され、内燃機関１０から送られる混合気に点火する。点火装置７は、混合気に点火可能な装置であれば特に限定されないが、例えば内燃機関１０に用いられる点火プラグを使用することができる。バーナ装置５は、排気を整流する整流器、あるいはスワール流又は乱流を生成するミキサを備えてもよい。

【0018】

また、排気通路３１には、それぞれ排気温度を検出する第１の温度センサ３７、第２の温度センサ３９及び第３の温度センサ４１が設けられている。第１の温度センサ３７は、バーナ装置５の上流側に設けられている。第２の温度センサ３９は、第１の三元触媒３３と第２の三元触媒３５との間に設けられている。第３の温度センサ４１は、第２の三元触媒３５の下流側に設けられている。これ以外の適宜の位置に温度センサが設けられていてもよい。第１の温度センサ３７、第２の温度センサ３９及び第３の温度センサ４１のセンサ信号は制御装置１００に送信される。

【0019】

トルクコンバータ６１は、内燃機関１０から駆動輪６９への動力伝達経路に設けられ、クランクシャフト１１の回転を、作動油を介して自動変速機６３の入力軸に伝達する流体式のクラッチである。トルクコンバータ６１は、クランクシャフト１１の回転速度が所定の速度を超える場合に、クランクシャフト１１の回転を、作動油を介して自動変速機６３の入力軸に伝達する。

【0020】

自動変速機６３は、例えば無段変速機構（ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）又は有段式変速機構等の変速機構を備える。自動変速機６３は、制御装置１００により駆動され、内燃機関１０のクランクシャフト１１から入力された回転トルクを所定の変速比で変換して駆動軸６５に伝達する。駆動軸６５に伝達された回転トルクは、ディファレンシャル装置６７等を介して駆動輪６９に伝達される。

【0021】

ＩＳＧ５１は、内燃機関１０のクランクシャフト１１を回転可能に設けられたモータであり、内燃機関１０の初始動時あるいはアイドルストップ制御による内燃機関１０の始動時等に、内燃機関１０をクランキングさせるために用いられる。ＩＳＧ５１の回転軸５３は、ギヤあるいは駆動ベルト等を介して内燃機関１０のクランクシャフト１１に接続されている。ＩＳＧ５１は、例えばインバータ５５によって駆動される三相交流式のモータであり、内燃機関１０をクランキングする。また、ＩＳＧ５１は、クランクシャフト１１の回転トルクを利用して発電を行う発電機としての機能を有する。

【0022】

インバータ５５は、制御装置１００により駆動され、二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換してＩＳＧ５１に供給し、ＩＳＧ５１を回転駆動する。また、インバータ５５は、車両の減速時においてＩＳＧ５１を回生駆動し、発電電力を二次電池５７に充電する。

【0023】

二次電池５７は、例えば定格１２Ｖ又は４８Ｖのリチウムイオンバッテリであってよい。ただし、二次電池５７の定格電圧は特に限定されるものではない。二次電池５７は、電池管理ユニット５９を備える。電池管理ユニット５９は、二次電池５７の開放電圧（以下、「バッテリ電圧」ともいう）を検出する電圧センサ、二次電池５７から出力される電流値を検出する電流センサ及び二次電池５７の温度（以下、「電池温度」ともいう）を検出する温度センサにより検出された情報を制御装置１００へ送信する。なお、二次電池５７は、電力を充放電可能な装置であれば二次電池に限られない。

【0024】

＜１－２．制御装置＞
以下、本実施形態に係る制御装置１００を具体的に説明する。
制御装置１００は、ＩＳＧ５１を駆動して内燃機関１０に空気を導入するとともに、内燃機関１０での燃焼を生じさせずに内燃機関１０からバーナ装置５へ混合気又は空気を供給し、バーナ装置５で混合気を燃焼させて第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５を加熱する暖機制御を実行する。

【0025】

（１－２－１．構成例）
図２は、制御装置１００の構成例を示すブロック図である。
制御装置１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の少なくとも一つのプロセッサ１１０と、プロセッサ１１０と通信可能に接続された少なくとも一つのメモリ１０３とを含んで構成される。制御装置１００は、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）等の通信バスを介して相互に通信可能に接続された複数の制御装置を含んでいてもよい。例えば制御装置１００は、内燃機関１０を制御するエンジン制御装置、インバータ５５を制御するインバータ制御装置及び自動変速機６３を制御するトランスミッション制御装置が互いに通信可能に接続されて構成されてもよい。また、制御装置１００の一部又は全部は、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよく、ＣＰＵ等からの指令によって実行されるプログラムモジュール等であってもよい。

【0026】

メモリ１０３は、それぞれプロセッサ１１０により実行されるコンピュータプログラムや種々の演算に用いるパラメータ、検出データ及び演算結果の情報等を記憶する。少なくとも一つのメモリ１０３は、例えばＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）等の記憶素子を含んでもよく、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、ＣＤ－ＲＯＭ、ストレージ装置等の記憶装置を含んでもよい。

【0027】

制御装置１００は、クランク角センサ２７、第１の温度センサ３７、第２の温度センサ３９、第３の温度センサ４１及び電池管理ユニット５９から送信される信号あるいはデータを取得可能に構成される。また、制御装置１００は、点火装置７、燃料噴射弁１５、点火プラグ２１、吸気スロットル装置２５、インバータ５５及び自動変速機６３へ駆動信号を出力可能に構成される。

【0028】

（１－２－２．機能構成）
図２は、制御装置１００の構成のうち、主として第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５の暖機制御に関連する機能構成を示している。
制御装置１００は、エンジン制御部１１１、インバータ制御部１１３及びトランスミッション制御部１１５を備えている。エンジン制御部１１１、インバータ制御部１１３及びトランスミッション制御部１１５は、プロセッサ１１０によるコンピュータプログラムの実行により実現される機能である。なお、エンジン制御部１１１、インバータ制御部１１３及びトランスミッション制御部１１５の一部又は全部が、ハードウェアにより構成されていてもよい。

【0029】

エンジン制御部１１１は、主として内燃機関１０の駆動を制御する。具体的に、エンジン制御部１１１は、燃料噴射弁１５の駆動を制御し、内燃機関１０の気筒１６への燃料噴射を制御する。また、エンジン制御部１１１は、点火プラグ２１の駆動を制御し、気筒１６内に形成される混合気への点火を制御する。また、エンジン制御部１１１は、吸気スロットル装置２５の駆動を制御し、気筒１６内へ導入する吸気量を制御する。また、エンジン制御部１１１は、バーナ装置５の駆動を制御し、第１の三元触媒３３の上流側で混合気に点火する。

【0030】

インバータ制御部１１３は、インバータ５５の駆動を制御する。具体的に、インバータ制御部１１３は、内燃機関１０の始動時にインバータ５５を駆動し、二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換してＩＳＧ５５を回転駆動する。これにより、内燃機関１０のクランキングが行われる。また、インバータ制御部１１３は、車両の減速時にインバータ５５を駆動してＩＳＧ５５を回生駆動し、ＩＳＧ５５により発電される交流電力を直流電力に変換して二次電池５７を充電する。

【0031】

トランスミッション制御部１１５は、自動変速機６３の駆動を制御する。なお、本実施形態では、内燃機関１０の低速回転時に内燃機関１０から駆動輪６９への動力伝達を遮断する機能をトルクコンバータ６１が有している。

【0032】

＜１－２－３．触媒装置の暖機制御処理の動作＞
続いて、制御装置１００により実行される触媒装置の暖機制御処理の動作を詳しく説明する。

【0033】

図３は、本実施形態に係る車両システム１における触媒装置の暖機制御処理の動作を示すフローチャートである。
まず、制御装置１００は、車両システム１が起動されると（ステップＳ１１）、触媒装置の暖機制御を実行するか否かを判定する（ステップＳ１３）。例えば制御装置１００は、第１の温度センサ３７、第２の温度センサ３９及び第３の温度センサ４１のうちの少なくとも一つにより検出される温度の情報に基づいて第１の三元触媒３３又は第２の三元触媒３５あるいは両方の触媒装置の温度を推定する。また、制御装置１００は、推定される触媒装置の温度があらかじめ設定された閾値を下回っている場合に触媒装置の暖機制御を実行すると判定する。

【0034】

なお、触媒装置の暖機制御を実行するか否かの判定方法は上記の例に限られない。例えば制御装置１００は、前回内燃機関１０が停止してからの経過時間及び外気温度に基づいて触媒装置の温度が所定温度を下回っていると推定される場合に触媒装置の暖機制御を実行すると判定してもよい。あるいは、車両システム１の起動時に常時触媒装置の暖機制御の実行を開始するように設定されていてもよい。

【0035】

触媒装置の暖機制御を実行すると判定しない場合（Ｓ１３／Ｎｏ）、制御装置１００は、暖機制御処理をそのまま終了する（ステップＳ２５）。一方、触媒装置の暖機制御を実行すると判定した場合（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、制御装置１００は、吸気通路２３を開いた状態でインバータ５５の駆動を制御し、二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換してＩＳＧ５１へ供給してＩＳＧ５１を回転駆動する（ステップＳ１５）。内燃機関１０の停止時に吸気スロットル装置２５により吸気通路２３が閉じられている場合、制御装置１００は、吸気スロットル装置２５を駆動し、吸気通路２３を開く。

【0036】

これにより、ＩＳＧ５１の回転軸５３に接続されたクランクシャフト１１が回転し始める。このとき、ＩＳＧ５１による内燃機関１０のクランキング動作の回転速度では、自動変速機６３側の抵抗に打ち勝つことができず、トルクコンバータ６１による動力伝達は行われない。このため、クランクシャフト１１のみが回転する状態で、内燃機関１０のクランキングが行われる。内燃機関１０に設けられた吸気弁１７及び排気弁１９は、内燃機関１０のクランキング動作に伴ってそれぞれ吸気行程及び排気行程において開弁される。したがって、ステップＳ１５の処理により、内燃機関１０による吸排気動作が開始される。

【0037】

なお、内燃機関１０が可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）を備えている場合、ＩＳＧ５１を回転駆動する際に可変バルブタイミング機構を動作させ、吸気弁１７及び排気弁１９の開閉時期を調節してもよい。これにより、内燃機関１０による吸排気動作が行われる際のポンプ損失が少なくなるように内燃機関１０のクランキング動作を最適化することができる。

【0038】

次いで、制御装置１００は、内燃機関１０の燃料噴射弁１５を駆動し、燃料噴射を実行する（ステップＳ１７）。これにより、気筒１６内に空気と燃料が混合した混合気が形成される。触媒装置の暖機制御において、制御装置１００は点火プラグ２１を駆動せず、形成された混合気をそのまま排気通路３１へ排出させる。したがって、排気通路３１に設けられたバーナ装置５には、混合気が供給される。

【0039】

次いで、制御装置１００は、バーナ装置５の点火装置７を駆動し、排気通路３１を流れる混合気に点火する（ステップＳ１９）。これにより、混合気が燃焼するとともに高温の排気が第１の三元触媒３３に流れ込み、第１の三元触媒３３が加熱される。また、高温の排気はさらに第２の三元触媒３５に流れ込み、第２の三元触媒３５が加熱される。

【0040】

ステップＳ１５～ステップＳ１９までの処理を実行する間、制御装置１００は、ＩＳＧ５１の回転速度により調節されるクランクシャフト１１の回転速度及び吸気スロットル装置２５により調節される吸気通路２３の開度の少なくとも一方を調節することにより内燃機関１０に導入する吸気量を制御する。また、制御装置１００は、形成される混合気の空燃比が、バーナ装置５による混合気の燃焼効率が高くなる空燃比となるように、燃料噴射量を制御する。

【0041】

また、制御装置１００は、排気通路３１に排出される混合気における燃料の混合状態が所望の状態となるように燃料噴射時期を制御してもよい。例えば制御装置１００は、排気弁１９が閉じる一方、吸気弁１７が開いた状態でピストン１３が下降する吸気行程で燃料を噴射することにより、燃料を均一に分散させた混合気を気筒１６内に形成することができる。これにより、燃料を均一に分散させた混合気が排気通路３１に排出され、バーナ装置５による均質燃焼状態を形成することができる。したがって、少なくとも第１の三元触媒３３の上流側端面に対して高温の排気を均一に流入させることができ、第１の三元触媒３３の温度分布のばらつきを抑制し、均等に加熱することができる。

【0042】

なお、触媒装置の暖機制御中の燃料噴射時期は適宜設定されればよい。ただし、燃料噴射量が多すぎると内燃機関１０の気筒１６内や排気通路３１内に未燃状態の燃料が付着し、当該燃料が内燃機関１０の始動後に一気に燃焼するおそれがあることから、あらかじめシミュレーション等により適切な燃料噴射量に設定することが好ましい。また、本実施形態に係る車両システム１の内燃機関１０はいわゆる直噴式の内燃機関であることから、上記の噴射時期の例を説明した。内燃機関１０が例えばポート噴射式の内燃機関の場合、従来の内燃機関の燃焼技術において、均一に混合分散された混合気が気筒１６内に導入される噴射時期を適用してもよい。

【0043】

次いで、制御装置１００は、触媒装置の暖機制御を終了させるか否かを判定する（ステップＳ２１）。例えば制御装置１００は、第１の温度センサ３７、第２の温度センサ３９及び第３の温度センサ４１のうちの少なくとも一つにより検出される温度の情報に基づいて第１の三元触媒３３又は第２の三元触媒３５あるいは両方の触媒装置の温度を推定する。また、制御装置１００は、推定される触媒装置の温度があらかじめ設定された閾値に到達した場合に触媒装置の暖機制御を終了させると判定する。

【0044】

なお、触媒装置の暖機制御を終了させるか否かの判定方法は上記の例に限定されない。例えば制御装置１００は、暖機制御を開始してからあらかじめ設定した実行時間、あるいは、暖機制御開始時の外気温度あるいは触媒装置の温度に応じて設定される実行時間が経過したときに触媒装置の暖機制御を終了させると判定してもよい。

【0045】

触媒装置の暖機制御を終了させると判定した場合（Ｓ２１／Ｙｅｓ）、制御装置１００は、触媒装置の暖機制御を終了する（ステップＳ２５）。その後、制御装置１００は、内燃機関１０の始動動作が行われるまで待機状態となる。一方、触媒装置の暖機制御を終了させると判定しない場合（Ｓ２１／Ｎｏ）、制御装置１００は、内燃機関１０の始動動作が行われたか否かを判定する（ステップＳ２３）。例えばドライバにより内燃機関１０のイグニションスイッチや内燃機関１０を始動させるスイッチが操作された場合、制御装置１００は、内燃機関１０の始動動作が行われたと判定する。

【0046】

内燃機関１０の始動動作が行われたと判定されない場合（Ｓ２３／Ｎｏ）、制御装置１００は、ステップＳ１５に戻り、内燃機関１０で形成した混合気を排気通路３１に排出させてバーナ装置５により燃焼させる暖機制御を継続する。一方、内燃機関１０の始動動作が行われたと判定された場合（Ｓ２３／Ｙｅｓ）、制御装置１００は、強制的に暖機制御を終了させる（ステップＳ２５）。この場合、制御装置１００は、内燃機関１０の点火プラグ２１を動作して気筒１６内で混合気を燃焼させて内燃機関１０を駆動させ、ドライバ等の内燃機関１０を始動させる意思を優先させる。

【0047】

このように、本実施形態に係る車両システム１では、内燃機関１０において混合気を燃焼させる始動前に、駆動輪６９に動力が伝達されない状態でＩＳＧ５１を駆動して内燃機関１０をクランキングさせ、内燃機関１０で形成した混合気を排気通路３１に排出させる。また、排気通路３１に設けられたバーナ装置５は、内燃機関１０から排出されて流れてくる混合気に点火し、混合気を燃焼させる。したがって、内燃機関１０とは別に、バーナ装置５に燃料及び空気を供給する装置を設けることなく、簡易な構成のバーナ装置５で効率的に混合気を燃焼することができる。これにより、燃費の低下を抑制することができるとともに、触媒装置の暖機制御による排気エミッションの排出を抑制することができる。また、車両システム１では、バーナ装置５に空気を供給するためのエアポンプ等が不要となるため、内燃機関の始動前に触媒装置の暖機制御を実行する場合であっても振騒音が発生することを防ぐことができる。

【0048】

また、混合気を燃焼させるバーナ装置５を用いて触媒装置を加熱することにより、電気ヒータ等の電力を利用した加熱手段と比較して、速やかに触媒装置を加熱することができる。

【0049】

なお、バーナ装置５は、第１の三元触媒３３の下流側、かつ、第２の三元触媒３５の上流側に設けられてもよい。例えば内燃機関１０の始動後に内燃機関１０で混合気が燃焼して排出された高温の排気により第１の三元触媒３３が速やかに加熱されるようなレイアウト設計となっている場合、バーナ装置５は、第２の三元触媒３５のみを加熱する装置として設けられていてもよい。この場合においても、内燃機関１０から排出された混合気は第１の三元触媒３３を通過してバーナ装置５に供給され、バーナ装置５により点火されて燃焼する。したがって、内燃機関１０において混合気を燃焼させる始動前に、燃費の低下及び排気エミッションを抑制しつつ、触媒装置の暖機制御を実行することができる。

【0050】

＜１－３．応用例＞
上記の実施形態に係る車両システム１は、内燃機関１０の始動時に内燃機関１０をクランキングさせるＩＳＧ５１を備えたマイルドハイブリッドシステムであったが、いわゆるシリーズ式のハイブリッドシステムであっても上記実施形態を適用することができる。以下、主として上記実施形態に係る車両システム１と異なる点を説明する。

【0051】

図４は、シリーズ式のハイブリッドシステムとして構成された車両システム８０の構成を示す模式図である。車両システム８０は、内燃機関１０、ジェネレータ８１、モータジェネレータ８３及び自動変速機６３を備えている。ジェネレータ８１は、インバータ８５によって駆動される三相交流式の発電用モータであり、内燃機関１０のクランクシャフト１１に接続されてクランクシャフト１１の回転トルクが入力される。ジェネレータ８１は、内燃機関１０の運転時にクランクシャフト１１の回転トルクを利用して発電を行う発電機としての機能を有する。また、ジェネレータ８１は、内燃機関１０の始動時に内燃機関１０をクランキングさせるスタータモータとしての機能を有する。なお、ジェネレータ８１とは別に、内燃機関１０をクランキングさせるためのスタータモータを備えていてもよい。

【0052】

モータジェネレータ８３は、インバータ８５によって駆動される三相交流式のモータであり、内燃機関１０及びジェネレータ８１の駆動力から切り離されて設けられている。つまり、内燃機関１０から出力される駆動トルクは、ジェネレータ８１の駆動にのみ用いられる。モータジェネレータ８３の回転軸８７は自動変速機６３に接続されている。モータジェネレータ８３は、駆動輪６９に伝達する駆動トルクを生成して自動変速機６３へ出力する。また、モータジェネレータ８３は、車両の減速時に駆動輪６９の回転力を利用して発電を行う発電機としての機能を有する。ただし、シリーズ式のハイブリッドシステムは、自動変速機６３を備えていなくてもよい。

【0053】

インバータ８５は、制御装置１００により駆動され、ジェネレータ８１により発電される電力を二次電池５７に充電する。また、インバータ８５は、二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ８３に供給し、モータジェネレータ８３を回転駆動する。また、インバータ８５は、車両の減速時においてモータジェネレータ８３を回生駆動し、発電電力を二次電池５７に充電する。

【0054】

車両システム８０において、ジェネレータ８１は、駆動時に内燃機関１０に空気が導入されるモータとして機能する。当該車両システム８０における制御装置１００による触媒装置の暖機制御処理の動作は、内燃機関１０をクランキングさせる動作がＩＳＧ５１ではなくジェネレータ８１を用いて行われる点を除き、上記の実施形態に係る車両システム１と同様に実行され得る。

【0055】

シリーズ式のハイブリッドシステムとして構成された車両システム８０によっても、第１の実施の形態に係る車両システム１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。また、シリーズ式のハイブリッドシステムとして構成された車両システム８０では、モータジェネレータ８３が、内燃機関１０及びジェネレータ８１の駆動力から切り離されて設けられている。したがって、触媒装置の暖機制御を実行している間にモータジェネレータ８３から出力される駆動トルクにより、車両をモータ走行させることができる。したがって、車両を運転しながら触媒装置の暖機制御を実行することができ、速やかに車両の運転を開始することができる。

【0056】

＜＜２．第２の実施の形態＞＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係る車両システムを説明する。
第１の実施の形態では、回転速度が低い状態で駆動輪に動力が伝達されないマイルドハイブリッドシステム及びシリーズ式のハイブリッドシステムに本発明を適用した例を説明した。第２の実施の形態では、パラレル式のハイブリッドシステムに本発明を適用した例を説明する。以下、主として上記実施形態に係る車両システム１と異なる点を説明し、第１の実施の形態に係る車両システム１と同一の構成とされ得る点については適宜説明を省略する。

【0057】

＜２－１．１モータシステムの構成例＞
図５は、パラレル式のハイブリッドシステムとして構成された車両システム９０の構成を示す模式図である。車両システム９０は、内燃機関１０、モータジェネレータ９１、自動変速機６３、第１のクラッチ９８及び第２のクラッチ９９を備えている。車両システム９０は、１つのモータジェネレータ９１を備えた１モータシステムとして構成されている。パラレル式のハイブリッドシステムでは、内燃機関１０、モータジェネレータ９１及び駆動輪６９が直列に接続されている。

【0058】

第１のクラッチ９８及び第２のクラッチ９９は、例えば油圧式のクラッチ装置であり、それぞれ制御装置１００により油圧が制御される。第１のクラッチ９８は、内燃機関１０とモータジェネレータ９１との間に設けられて内燃機関１０のクランクシャフト１１とモータジェネレータ９１の回転軸９５との断接を切り替える。また、第２のクラッチ９９は、モータジェネレータ９１と自動変速機６３との間に設けられてモータジェネレータ９１の回転軸９５と自動変速機６３の入力軸９７との断接を切り替える。つまり、第２のクラッチ９９は、内燃機関１０及びモータジェネレータ９１から駆動輪６９への動力伝達を遮断する機能を有する。

【0059】

モータジェネレータ９１は、インバータ９３によって駆動される三相交流式のモータである。モータジェネレータ９１の回転軸９５は、第１のクラッチ９８を介して内燃機関１０のクランクシャフト１１に接続されている。また、モータジェネレータ９１の回転軸９５は、第２のクラッチ９９を介して自動変速機６３の入力軸９７に接続されている。モータジェネレータ９１は、第１のクラッチ９８及び第２のクラッチ９９が締結された状態で内燃機関１０から出力される駆動トルクとともに駆動輪６９に伝達する駆動トルクを生成して自動変速機６３へ出力する。また、モータジェネレータ９１は、第１のクラッチ９８が開放され、第２のクラッチ９９が締結された状態で駆動輪６９に伝達する駆動トルクを生成して自動変速機６３へ出力する。

【0060】

また、モータジェネレータ９１は、車両の減速時に、少なくとも第２のクラッチ９９が締結された状態で駆動輪６９の回転力を利用して発電を行う発電機としての機能を有する。さらに、モータジェネレータ９１は、内燃機関１０の始動時に、第１のクラッチ９８が締結され、第２のクラッチ９９が開放された状態で内燃機関１０をクランキングさせるスタータモータとしての機能を有する。なお、モータジェネレータ９１とは別に、内燃機関１０をクランキングさせるためのスタータモータを備えていてもよい。本実施形態に係る車両システム９０において、モータジェネレータ９１は、駆動時に内燃機関１０に空気が導入されるモータとして機能する。

【0061】

インバータ９３は、制御装置１００により駆動され、二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ９１に供給し、モータジェネレータ９１を回転駆動する。また、インバータ９３は、車両の減速時においてモータジェネレータ９１を回生駆動し、発電電力を二次電池５７に充電する。本実施形態の車両システム９０では、例えば定格２００Ｖの二次電池５７が用いられてよいが、二次電池５７の定格電圧は特に限定されるものではない。

【0062】

図６は、本実施形態に係る制御装置１００の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る制御装置１００の基本的な構成は、図２に示した制御装置１００の構成と同一であってよい。エンジン制御部１１１は、主として内燃機関１０の駆動を制御する。また、エンジン制御部１１１は、バーナ装置５の駆動を制御し、第１の三元触媒３３の上流側で混合気に点火する。また、インバータ制御部１１３は、インバータ９３の駆動を制御する。また、トランスミッション制御部１１５は、自動変速機６３と併せて、第１のクラッチ９８及び第２のクラッチ９９の断接を制御する。

【0063】

図７は、本実施形態に係る車両システム９０における触媒装置の暖機制御処理の動作を示すフローチャートである。本実施形態において、制御装置１００により実行される触媒装置の暖機制御処理は、モータジェネレータ９１を駆動して内燃機関１０のクランキング動作を開始する前に第２のクラッチ９９を開放させ、第１のクラッチ９８を締結させるステップＳ１４が設けられる以外、図３に示すフローチャートと同様の処理が実行される。パラレル式のハイブリッドシステムとして構成された車両システム９０によっても、第１の実施の形態に係る車両システム１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。

【0064】

なお、図５に例示したパラレル式の車両システム９０は、第１のクラッチ９８又は第２のクラッチ９９のいずれか一方のみを備えた構成であってもよい。その場合、第１のクラッチ９８又は第２のクラッチ９９を開放した状態で、触媒装置の暖機制御処理が実行される。第１のクラッチ９８のみを備えて構成される場合には、触媒装置の暖機制御を実行している間にモータジェネレータ９１から出力される駆動トルクにより、車両をモータ走行させることができる。

【0065】

＜２－２．２モータシステムの構成例＞
図８は、クラッチ９４を挟んで配置された２つのモータジェネレータ９１，９２を備えたパラレル式のハイブリッドシステム（車両システム）９０Ａの構成を示す模式図である。図８に示した車両システム９０Ａは、内燃機関１０、第１のモータジェネレータ９１、第２のモータジェネレータ９２、自動変速機６３及びクラッチ９４を備えている。車両システム９０Ａは、２つのモータジェネレータ９１，９２を備えた２モータシステムとして構成されている。内燃機関１０、第１のモータジェネレータ９１、第２のモータジェネレータ９２及び駆動輪６９は直列に接続されている。

【0066】

第１のモータジェネレータ９１は、クラッチ９４よりも内燃機関１０側に設けられている。第２のモータジェネレータ９２は、クラッチ９４よりも駆動輪６９側に設けられている。第１のモータジェネレータ９１及び第２のモータジェネレータ９２は、それぞれインバータ９３によって駆動される三相交流式のモータである。クラッチ９４は、第１のモータジェネレータ９１の回転軸９５と、第２のモータジェネレータ９２の入力軸９７との断接を切り替える。当該クラッチ９４は、内燃機関１０及び第１のモータジェネレータ９１から駆動輪６９への動力伝達を遮断する機能を有する。

【0067】

第１のモータジェネレータ９１は、クラッチ９４が締結された状態で内燃機関１０から出力される駆動トルクとともに駆動輪６９に伝達する駆動トルクを生成して自動変速機６３へ出力する。また、第１のモータジェネレータ９１は、クラッチ９４が開放された状態で内燃機関１０から出力される駆動トルクを利用して発電を行う発電機としての機能を有する。また、第１のモータジェネレータ９１は、内燃機関１０の始動時に内燃機関１０をクランキングさせるスタータモータとしての機能を有する。なお、第１のモータジェネレータ９１とは別に、内燃機関１０をクランキングさせるためのスタータモータを備えていてもよい。車両システム９０Ａにおいて、第１のモータジェネレータ９１は、駆動時に内燃機関１０に空気が導入されるモータとして機能する。

【0068】

第２のモータジェネレータ９２は、駆動輪６９に伝達する駆動トルクを生成して自動変速機６３へ出力する。クラッチ９４が締結された状態で生成される駆動トルクは、例えばアシストトルクとして内燃機関１０又は第１のモータジェネレータ９１から出力される駆動トルクに付加され、クラッチ９４が開放された状態で生成される駆動トルクは、車両をモータ走行させる駆動トルクとなる。また、第２のモータジェネレータ９２は、車両の減速時に、クラッチ９４が開放された状態で駆動輪６９の回転力を利用して発電を行う発電機としての機能を有する。

【0069】

インバータ９３は、制御装置１００により駆動され、二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換して第１のモータジェネレータ９１又は第２のモータジェネレータ９２にそれぞれ供給し、第１のモータジェネレータ９１又は第２のモータジェネレータ９２をそれぞれ回転駆動する。また、インバータ９３は、内燃機関１０の運転時に第１のモータジェネレータ９１に発電させる制御を行い、発電電力を二次電池５７に充電する。さらに、インバータ９３は、車両の減速時において第２のモータジェネレータ９２を回生駆動し、発電電力を二次電池５７に充電する。

【0070】

上記の１つのモータジェネレータ９１を備えた車両システム９０の構成では、第２のクラッチ９９を開放し、内燃機関１０及びモータジェネレータ９１を駆動輪６９から切り離した状態で内燃機関１０のクランキング動作を行い、触媒装置の暖機制御を実行している。このため、ドライバが強制的に内燃機関１０を始動させない限り触媒装置の暖機制御が終了するまで内燃機関１０の始動が許可されず、車両を走行させることができない。

【0071】

これに対して、車両システム９０Ａは、第１のモータジェネレータ９１とは別に、クラッチ９４よりも駆動輪６９側に接続された第２のモータジェネレータ９２を備えている。このため、制御装置１００は、クラッチ９４を開放して触媒装置の暖機制御を実行している間に第２のモータジェネレータ９２から出力される駆動トルクにより、車両をモータ走行させることができる。したがって、車両を運転しながら触媒装置の暖機制御を実行することができ、速やかに車両の運転を開始することができる。

【0072】

なお、第１のモータジェネレータ９１と第２のモータジェネレータ９２との間にクラッチ９４を設ける代わりに、第１のモータジェネレータ９１と第２のモータジェネレータ９２との間にトルクコンバータ６１を含む自動変速機６３が設けられていてもよい。

【0073】

＜＜３．第３の実施の形態＞＞
次に、本発明の第３の実施の形態に係る車両システムを説明する。
第３の実施の形態では、シリーズパラレル式のハイブリッドシステムに本発明を適用した例を説明する。以下、主として第１の実施の形態に係る車両システム１と異なる点を説明し、第１の実施の形態に係る車両システム１と同一の構成とされ得る点については適宜説明を省略する。

【0074】

図９は、シリーズパラレル式のハイブリッドシステムとして構成された車両システム１３０の構成を示す模式図である。車両システム１３０は、内燃機関１０、動力分割機構１３１、ジェネレータ１３３、モータジェネレータ１３５及び減速機構１３９を備えている。動力分割機構１３１は、例えばプラネタリギヤを含んで構成され、内燃機関１０から出力される駆動トルクをジェネレータ１３３の駆動トルク及び減速機構１３９を介して駆動輪６９へ伝達する駆動トルクに分割する。減速機構１３９は、内燃機関１０から出力される駆動トルク及びモータジェネレータ１３５から出力される駆動トルクによる回転を減速して駆動軸６５に伝達する。

【0075】

ジェネレータ１３３は、インバータ１３７によって駆動される三相交流式の発電用モータであり、内燃機関１０から出力されて動力分割機構１３１により分割された駆動トルクが入力される。ジェネレータ１３３は、内燃機関１０の運転時に動力分割機構１３１を介して入力される駆動トルクを利用して発電を行う発電機としての機能を有する。本実施形態において、ジェネレータ１３３は、駆動時に内燃機関１０に空気が導入されるモータとして機能する。なお、本実施形態では、内燃機関１０の始動時に内燃機関１０をクランキングさせるためのスタータモータ７１を備えている。ジェネレータ１３３に、スタータモータとしての機能を持たせてもよい。

【0076】

モータジェネレータ１３５は、インバータ１３７によって駆動される三相交流式のモータである。モータジェネレータ１３５により生成され出力される駆動トルクは、減速機構１３９を介して駆動輪６９に伝達される。また、モータジェネレータ１３５は、車両の減速時に駆動輪６９の回転力を利用して発電を行う発電機としての機能を有する。

【0077】

インバータ１３７は、制御装置１００により駆動され、ジェネレータ１３３により発電される電力を二次電池５７に充電し、あるいは、モータジェネレータ１３５の供給電力として使用する。また、インバータ１３７は、二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換してモータジェネレータ１３５に供給し、モータジェネレータ１３５を回転駆動する。また、インバータ１３７は、車両の減速時においてモータジェネレータ１３５を回生駆動し、発電電力を二次電池５７に充電する。

【0078】

図１０は、本実施形態に係る制御装置１００の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る制御装置１００の基本的な構成は、自動変速機を制御するトランスミッション制御部が設けられないことを除き、図２に示した制御装置１００の構成と同一であってよい。エンジン制御部１１１は、主として内燃機関１０の駆動を制御する。また、エンジン制御部１１１は、バーナ装置５の駆動を制御し、第１の三元触媒３３の上流側で混合気に点火する。また、インバータ制御部１１３は、インバータ１３７の駆動を制御する。

【0079】

本実施形態に係る車両システム１３０において、制御装置１００により実行される触媒装置の暖機制御処理は、ジェネレータ１３３を回転駆動することにより内燃機関１０のクランキング動作を行う以外、図３に示すフローチャートと同様の処理が実行される。具体的に、制御装置１００は、インバータ１３７を駆動して二次電池５７から出力される直流電力を交流電力に変換してジェネレータ１３３に供給する。このとき、動力分割機構１３１を介して接続される減速機構１３９は駆動輪６９に接続され、回転抵抗が大きいことから、ジェネレータ１３３から出力される回転トルクにより内燃機関１０のクランクシャフト１１が回転する。制御装置１００は、ジェネレータ１３３から出力される回転トルクにより減速機構１３９が回転しないように、つまり、駆動輪６９が回転しないようにジェネレータ１３３から出力する回転トルクを制御する。

【0080】

これにより、シリーズパラレル式のハイブリッドシステムとして構成された車両システム１３０によっても、第１の実施の形態に係る車両システム１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態の車両システム１３０では、触媒装置の暖機制御中にモータジェネレータ１３５から出力される駆動トルクにより、車両をモータ走行させることもできる。したがって、車両を運転しながら触媒装置の暖機制御を実行することができ、速やかに車両の運転を開始することができる。

【0081】

＜＜４．第４の実施の形態＞＞
次に、本発明の第４の実施の形態に係る車両システムを説明する。
ここまでに説明した各実施形態に係る車両システムは、内燃機関１０において混合気を形成し、排気通路３１に混合気を排出してバーナ装置５により混合気を燃焼させていた。これに対して、第４の実施の形態に係る車両システムは、内燃機関１０から排気通路３１へ空気を排出し、バーナ装置５において当該空気に燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼させるように構成されている。

【0082】

図１１は、本実施形態に係る車両システム１４０の構成を示す模式図である。図１１に示した車両システム１４０は、基本的に第１の実施の形態に係る車両システム１と同様にマイルドハイブリッドシステムとして構成されているが、バーナ装置５が燃料添加弁１４１を備えるとともに、当該燃料添加弁１４１に燃料を供給するバーナ燃料供給装置１４３を備える点で、第１の実施の形態に係る車両システム１と異なっている。

【0083】

燃料添加弁１４１は、バーナ燃料供給装置１４３から供給される燃料圧力と、燃料供給通路を閉じる方向に弁体を付勢する付勢力とのバランスにより開弁する機械式の燃料添加弁であってよい。この場合、バーナ燃料供給装置１４３は、制御装置１００により駆動制御され、燃料添加弁１４１に供給される燃料の流量を調節し、燃料添加弁１４１から排気通路３１に噴射される燃料添加量を制御する。バーナ燃料供給装置１４３は、例えば制御装置１００により回転駆動されるモータを備え、燃料タンク内の燃料を吸入及び吐出する調量ポンプを含んで構成されてもよい。調量ポンプは、モータの回転速度を調節することにより燃料添加弁１４１に供給される燃料の流量を調節する。

【0084】

あるいは、バーナ燃料供給装置１４３は、内燃機関１０のクランクシャフト１１に接続されて回転駆動するギヤポンプと、制御装置１００により駆動される流量制御弁を含んで構成されてもよい。ギヤポンプは、内燃機関１０のクランクシャフト１１の回転に伴い回転駆動されて、燃料タンク内の燃料を吸入及び吐出する。ギヤポンプの吐出量は、回転数に応じて変化する。流量制御弁は、ギヤポンプから吐出された燃料が通過する流路の面積を調節することにより燃料添加弁１４１に供給される燃料の流量を調節する。ギヤポンプの代わりに、一定圧力あるいは適宜の圧力で燃料を吐出する電動ポンプが用いられてもよい。

【0085】

さらに、燃料添加弁１４１は、内燃機関１０の燃料噴射弁１５と同様に制御装置１００により駆動される電磁制御弁であってもよい。この場合、バーナ燃料供給装置１４３は、燃料添加弁１４１に対して一定圧力の燃料を供給するように駆動される。

【0086】

バーナ装置５は、燃料添加弁１４１から噴射される燃料を内燃機関１０から排出される空気と混合して混合気を形成し、点火装置７により混合気に点火する。これにより、混合気が燃焼するとともに高温の排気が第１の三元触媒３３に流れ込み、第１の三元触媒３３が加熱される。また、高温の排気はさらに第２の三元触媒３５に流れ込み、第２の三元触媒３５が加熱される。

【0087】

図１２は、本実施形態に係る制御装置１００の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る制御装置１００の基本的な構成は、図２に示した制御装置１００の構成と同一であってよい。エンジン制御部１１１は、主として内燃機関１０の駆動を制御する。また、エンジン制御部１１１は、バーナ装置５及びバーナ燃料供給装置１４３の駆動を制御し、第１の三元触媒３３の上流側で混合気に点火する。また、インバータ制御部１１３は、インバータ９３の駆動を制御する。また、トランスミッション制御部１１５は、自動変速機６３と併せて、第１のクラッチ９８及び第２のクラッチ９９の断接を制御する。

【0088】

第４の実施の形態に係る車両システム１４０における制御装置１００による触媒装置の暖機制御処理の動作は、燃料噴射処理（図３のステップＳ１７）を内燃機関１０の燃料噴射弁１５ではなくバーナ装置５に設けられた燃料添加弁１４１により行う点を除き、第１の実施の形態に係る車両システム１と同様に実行され得る。

【0089】

本実施形態に係る車両システム１４０によっても、第１の実施の形態に係る車両システム１により得られる効果と同様の効果を得ることができる。また、第４の実施の形態に係る車両システム１４０では、バーナ装置５において燃料を供給する燃料添加弁１４１及びバーナ燃料供給装置１４３を備えているため、所望のタイミングで燃料を噴射して混合気を形成することができる。また、触媒装置の暖機制御時に、内燃機関１０の気筒１６や、内燃機関１０からバーナ装置５までの排気通路３１に燃料が付着して残留することを防ぐことができる。

【0090】

なお、内燃機関１０から排気通路３１へ空気を排出し、バーナ装置５において当該空気に燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼させるように構成される車両システムは、マイルドハイブリッドシステムに限定されない。シリーズ式のハイブリッドシステムやパラレル式のハイブリッドシステム、シリーズパラレル式のハイブリッドシステム等、いずれのハイブリッドシステムであっても本実施形態の構成を適用することができる。

【0091】

＜＜第５の実施の形態＞＞
次に、本発明の第５の実施の形態に係る車両システムを説明する。
ここまでに説明した各実施形態の車両システムは、内燃機関１０のクランクシャフト１１に接続されたＩＳＧ、ジェネレータ及びモータジェネレータを駆動して内燃機関１０のクランキング動作を行い、内燃機関１０から排気通路へ混合気を排出していた。本実施形態に係る車両システムは、内燃機関１０の吸気通路に設けられて内燃機関１０へ圧縮空気を供給する電動式コンプレッサを駆動するモータを駆動して内燃機関１０から排気通路３１へ空気を排出するように構成されている。

【0092】

図１３は、本実施形態に係る車両システムを適用したマイルドハイブリッドシステムの構成を示す模式図である。図１３に示した車両システム１５０は、第４の実施の形態で説明した車両システム１４０に、電動式コンプレッサの一態様として電動ターボチャージャ１５１を設けた構成例を示している。電動ターボチャージャ１５１は、回転軸１５４の両端に設けられたタービンホイール１５５及びコンプレッサホイール１５７を備える。タービンホイール１５５は、排気通路３１に設けられて排気の流れを受けて回転する。コンプレッサホイール１５７は、吸気通路２３に設けられ、タービンホイール１５５の回転に伴って回転軸１５４が回転することによって回転し、内燃機関１０の気筒１６に向けて空気を供給する。

【0093】

回転軸１５４は、モータ１５３の回転軸として構成されている。モータ１５３は、例えばインバータ１５９によって駆動される三相交流式のモータである。モータ１５３は、電流を供給することにより駆動される単相のモータであってもよい。インバータ１５９は、制御装置１００により駆動され、補機用バッテリ１５８から出力される直流電力を交流電力に変換してモータ１５３に供給し、モータ１５３を回転駆動する。電動ターボチャージャは、例えば内燃機関１０の低回転時等、タービンホイール１５５が排気の流れを受け入れる前であってもコンプレッサホイール１５７を回転駆動し、速やかに空気の流れを形成することができる。

【0094】

また、本実施形態に係る車両システム１５０は、吸気弁１７及び排気弁１９をそれぞれ開弁状態で保持させる吸気弁保持機構１６１及び排気弁保持機構１６３を備えている。吸気弁保持機構１６１及び排気弁保持機構１６３は、それぞれ吸気弁１７及び排気弁１９の後端部に設けられてカムの力を受けるロッカーアームを、吸気弁１７及び排気弁１９を押し下げた状態で保持可能な機構として構成される。例えば吸気弁保持機構１６１及び排気弁保持機構１６３は、油圧を供給することにより移動するピストンによってロッカーアームを所定状態で保持する機構とすることができるが、具体的な構成は特に限定されない。

【0095】

図１４は、本実施形態に係る制御装置１００の構成例を示すブロック図である。
本実施形態に係る制御装置１００の基本的な構成は、図２に示した制御装置１００の構成と同一であってよい。エンジン制御部１１１は、主として内燃機関１０の駆動を制御する。また、エンジン制御部１１１は、吸気弁保持機構１６１、排気弁保持機構１６３及び電動ターボチャージャ１５１の駆動を制御する。また、エンジン制御部１１１は、バーナ装置５及びバーナ燃料供給装置１４３の駆動を制御し、第１の三元触媒３３の上流側で混合気に点火する。また、インバータ制御部１１３は、インバータ９３の駆動を制御する。また、トランスミッション制御部１１５は、自動変速機６３と併せて、第１のクラッチ９８及び第２のクラッチ９９の断接を制御する。

【0096】

図１５は、本実施形態に係る車両システム１５０における触媒装置の暖機制御処理の動作を示すフローチャートである。本実施形態において、制御装置１００により実行される触媒装置の暖機制御処理は、内燃機関１０のクランキング動作を行うステップＳ１５の代わりに、吸気弁１７及び排気弁１９を開弁状態で保持し（ステップＳ３１）、電動ターボチャージャ１５１のモータ１５３を駆動し（ステップＳ３３）、内燃機関１０を経由して排気通路３１に設けられたバーナ装置５へ空気を供給する点、及び、燃料噴射処理（図３のステップＳ１７）を内燃機関１０の燃料噴射弁１５ではなくバーナ装置５に設けられた燃料添加弁１４１により行う点を除き、第１の実施の形態に係る車両システムと同様の処理が実行される。

【0097】

本実施形態に係る車両システム１５０によっても、第１の実施の形態に係る車両システム１及び第４の実施の形態に係る車両システム１４０により得られる効果と同様の効果を得ることができる。また、第５の実施の形態に係る車両システム１５０では、吸気弁１７及び排気弁１９を開弁状態に保持して電動ターボチャージャ１５１のモータ１５３を駆動することによって内燃機関１０から排気通路３１へ空気が排出される。したがって、排気通路３１へ排出される空気の脈動が生じないため、バーナ装置５の燃料添加弁１４１からの燃料噴射タイミングが制限されず、燃料添加制御を容易にすることができる。

【0098】

なお、電動式コンプレッサは、電動ターボチャージャ１５１に限られるものではなく、排気タービンを利用せずにモータを駆動することにより内燃機関１０へ吸気を供給する電動スーパーチャージャであってもよい。電動スーパーチャージャを備えた車両システムであっても本実施形態の車両システム１５０により得られる効果と同様の効果を得ることができる。

【0099】

また、内燃機関１０から排気通路３１へ空気を排出し、バーナ装置５において当該空気に燃料を混合して混合気を形成し、当該混合気を燃焼させるように構成される車両システムは、マイルドハイブリッドシステムに限定されない。シリーズ式のハイブリッドシステムやパラレル式のハイブリッドシステム、シリーズパラレル式のハイブリッドシステム等、いずれのハイブリッドシステムであっても本実施形態の構成を適用することができる。
＜＜６．第６の実施の形態＞＞
次に、本発明の第６の実施の形態に係る車両システムを説明する。
ここまでに説明した各実施形態に係る車両システムは、ドライバにより内燃機関１０のイグニションスイッチや内燃機関１０を始動させるスイッチが操作された場合に触媒装置の暖機制御を開始するように構成されていた。本実施形態に係る車両システムは、ドライバによる内燃機関１０の始動操作が行われる前に制御装置１００が車両の使用開始を予測し、触媒装置の暖機制御を開始するように構成される。

【0100】

本実施形態に係る車両システムは、マイルドハイブリッドシステム、シリーズ式のハイブリッドシステム、パラレル式のハイブリッドシステム又はシリーズパラレル式のハイブリッドシステム等、いずれのハイブリッドシステムであってもよい。以下、第１の実施の形態で説明したマイルドハイブリッドシステムを例に採って、第１の実施の形態に係る車両システム１と異なる点を説明する。

【0101】

図１６は、本実施形態に係る車両システムに適用される制御装置１００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る制御装置１００の基本的な構成は、図２に示した制御装置１００の構成と同一であってよい。本実施形態において、車両システムは、車両の使用開始を予測する検知手段１６５を備えており、制御装置１００は、検知手段１６５から送信される信号を取得可能に構成される。

【0102】

例えば検知手段１６５は、車両のドアロックの解除を検知するセンサ又はスイッチであってよい。また、検知手段１６５は、運転席にドライバが着座したことを検知する荷重センサ又は車内撮影カメラであってもよい。さらに、検知手段１６５は、内燃機関１０あるいは車両システムを起動させるタイマであってもよい。検知手段１６５は、これらの例に限られるものではなく、内燃機関１０の始動あるいは車両の使用につながる動作を検知する手段であればよい。

【0103】

本実施形態に係る車両システムにおいて制御装置１００により実行される触媒装置の暖機制御処理では、図３に示したフローチャートにおけるステップＳ１１は省略される。制御装置１００は、車両システムが待機状態となるスリープ状態において、検知手段１６５から送信される信号に基づいて触媒装置の暖機制御を実行するか否かを判定する（図３のステップＳ１３）。具体的に、制御装置１００は、内燃機関１０の始動あるいは車両の使用につながる動作を検知したことを示す信号が検知手段１６５から送信されたときに触媒装置の暖機制御を実行すると判定し（Ｓ１３／Ｙｅｓ）、以降の暖機制御処理を実行する。

【0104】

上述した第２の実施の形態～第５の実施の形態に係る車両システムにおいても同様に、本実施形態に係る制御装置１００による触媒装置の暖機制御を実行するか否かの判定処理を適用することができる。

【0105】

本実施形態に係る車両システムは、第１の実施の形態～第５の実施の形態に係る車両システムにより得られる効果と同様の効果を得ることができる。また、第６の実施の形態に係る車両システム１５０では、ドライバにより内燃機関１０を始動させるための操作が行われる前に、制御装置１００が内燃機関１０の始動を予測して触媒装置の暖機制御を開始させる。したがって、ドライバが車両に乗車した後すぐに内燃機関１０を始動させる場合であっても、速やかに第１の三元触媒３３及び第２の三元触媒３５が活性化状態となって、排気エミッション及び燃料消費量を低減することができる。

【0106】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、各実施形態で説明した車両システムを適宜組み合わせた構成例も、当然に本発明の技術的範囲に属する。

【0107】

また、上記各実施形態ではガソリンエンジンを例に採って説明したが、内燃機関がディーゼルエンジンであっても本発明を適用することができる。

【符号の説明】

【0108】

１…車両システム、５…バーナ装置、７…点火装置、１０…内燃機関、１１…クランクシャフト、３１…排気通路、３３…第１の三元触媒、３５…第２の三元触媒、５１…ＩＳＧ（モータ）、５５…インバータ、５７…二次電池、６１…トルクコンバータ、６３…自動変速機、６９…駆動輪、８１…ジェネレータ（モータ）、９１…モータジェネレータ（モータ）、１３３…ジェネレータ（モータ）、１４１…燃料添加弁、１４３…バーナ燃料供給装置、１５１…電動ターボチャージャ（電動式コンプレッサ）、１５３…モータ、１００…制御装置、１１０…プロセッサ、１１１…エンジン制御部、１１３…インバータ制御部、１１５…トランスミッション制御部、８０・９０・９０Ａ・１３０・１４０・１５０…車両システム

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】