JP2007302185A - 動力出力装置およびその制御方法並びに車両 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ走行中の触媒の温度の低下を抑制する。
【解決手段】モータ走行中にエンジンの浄化装置が有する三元触媒の温度としての触媒床温Ｔｃが触媒が機能する下限温度より高い第１温度Ｔ１以下となったときには（ステップＳ１００〜Ｓ１２０）、エンジンを始動して（ステップＳ１９０）エンジンを効率よく運転可能な運転ポイントで運転しながら（ステップＳ２００〜Ｓ２２０）要求動力Ｔｒ＊に基づく駆動力が駆動軸に出力される２つのモータを制御する（ステップＳ２３０〜Ｓ２７０）。こうすれば、触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１以下になるのを抑制することができ、次にエンジン２２を始動する際の有害成分の排出を抑制することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、動力出力装置およびその制御方法並びに車両に関する。

従来、この種の動力出力装置としては、エンジンと、エンジンからの排ガスを浄化するための触媒を含む排ガス浄化装置と、エンジンからの動力を用いて発電可能な第１モータと、駆動軸に動力を出力する第２モータと、第１モータおよび第２モータと電力をやり取りするバッテリと、触媒加熱用のヒータとを備えるものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジンを停止して第２モータからの動力を駆動軸に出力しているモータ動力出力時にバッテリの残容量（ＳＯＣ）が低下するとエンジンを始動して第１モータで発電した電力をバッテリに充電するが、エンジンを始動する際に触媒の温度が触媒が機能する下限温度以下であるときには、触媒加熱用のヒータを作動すると共にエンジンを始動することにより触媒が加熱されて排ガス中の一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）などの有害成分の排出を抑制している。
特開平１０−２８８０２８号公報

上述の動力出力装置では、触媒の温度が触媒が機能する下限温度以下であるときに触媒を加熱する制御を実行するが、触媒の温度が触媒が機能する下限温度以下でエンジンを始動すると触媒の温度が下限温度以上に至るまでは触媒が充分に機能しないため一時的に有害成分の排出量が増加する。したがって、有害成分の排出がより抑制される制御を行なうことが望ましい。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、内燃機関の運転を停止した状態で電動機からの動力を駆動軸に出力しているときに内燃機関の排ガスを浄化する浄化装置が有する触媒の温度の低下を抑制することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、次に内燃機関を始動する際の有害成分の排出を抑制することを目的の一つとする。さらに、本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、本制御を実行している際の有害成分の排出を抑制することを目的の一つとする。

本発明の動力出力装置およびその制御方法並びに車両は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の動力出力装置は、
排ガスを浄化するための触媒を含む排ガス浄化装置を有する内燃機関と、駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備え、前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときに前記検出された触媒の温度が該触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときには、前記内燃機関を始動して負荷運転すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の動力出力装置では、内燃機関の運転を停止した状態で電動機からの動力を駆動軸に出力しているときに触媒の温度が触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときには、内燃機関を始動して負荷運転すると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電動機とを制御する。触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときに内燃機関を負荷運転するから、触媒の温度が第１の温度以下に低下するのを抑制することができる。したがって、次に内燃機関を運転する際の有害成分の排出を抑制することができる。ここで、第１の温度は、触媒の温度が触媒が機能する下限温度より高い温度であるから、このような制御を実行しても内燃機関は触媒の温度が触媒が機能する下限温度より高い温度で始動されることになる。したがって、このような制御を実行している際の有害成分の排出を抑制することができる。もとより、要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。ここで、負荷運転には、内燃機関の点火時期を遅角するなど触媒を暖機するための特別な運転としての触媒暖機運転をすることなく駆動軸に動力を出力する運転が含まれる。

こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記内燃機関を始動して負荷運転している最中に前記検出された触媒の温度が前記第１の温度より高く該触媒が機能する上限温度より低い第２の温度以上に至ったときには、前記内燃機関の運転を停止すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。触媒の温度が第２の温度以上に至ったときに内燃機関の運転を停止するから、内燃機関の運転を継続することによる燃費の悪化を抑制することができる。

また、本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記内燃機関を始動してから所定時間が経過したときには該内燃機関の運転を停止するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。所定時間が経過したときに内燃機関の運転を停止するから、内燃機関の運転を継続することによる燃費の悪化を抑制することができる。

そして、本発明の動力出力装置において、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段を備えるものとすることもできる。この場合において、前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力可能な発電機とを備える手段であるものとすることもできる。

また、本発明の動力出力装置において、前記内燃機関からの動力を用いずに発電可能な発電手段を備え、前記蓄電手段は、該発電手段で発電された電力を蓄電可能な手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転を停止した状態で電動機からの動力を駆動軸に出力している状態をより長く継続することができる。この場合において、前記発電手段は、太陽電池であるものとすることもできる。

本発明の車両は、上述したいずれかの態様の本発明の動力出力装置、すなわち、基本的には、排ガスを浄化するための触媒を含む排ガス浄化装置を有する内燃機関と、駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備え、前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときに前記検出された触媒の温度が該触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときには、前記内燃機関を始動して負荷運転すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する制御手段と、を備える動力出力装置が搭載され、前記駆動軸が車軸に接続されてなることを要旨とする。

この本発明の車両では、上述したいずれかの態様の本発明の動力出力装置を備えているから、本発明の動力出力装置が奏する効果、例えば、触媒の温度が第１の温度以下に低下するのを抑制することができる効果や次に内燃機関を始動する際の有害成分の排出を抑制できる効果，本制御を実行している際に有害成分の排出を抑制することができる効果などと同様の効果を奏することができる。

本発明の動力出力装置の制御方法は、
排ガスを浄化するための触媒を含む排ガス浄化装置を有する内燃機関と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段とを備え前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力可能な動力出力装置の制御方法であって、
前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、
前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときに前記触媒の温度が該触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときには、前記内燃機関を始動して負荷運転すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する
ことを要旨とする。

この本発明の動力出力制御方法では、内燃機関の運転を停止した状態で電動機からの動力を駆動軸に出力しているときに触媒の温度が触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときには、内燃機関を始動して負荷運転すると共に設定された要求駆動力に基づく駆動力が駆動軸に出力されるよう内燃機関と電動機とを制御する。触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときに内燃機関を負荷運転するから、触媒の温度が第１の温度以下に低下するのを抑制することができる。したがって、次に内燃機関を運転する際の有害成分の排出を抑制することができる。ここで、第１の温度は、触媒の温度が触媒が機能する下限温度より高い温度であるから、このような制御を実行しても内燃機関は触媒の温度が触媒が機能する下限温度より高い温度で始動されることになる。したがって、このような制御を実行している際の有害成分の排出を抑制することができる。もとより、要求駆動力に基づく駆動力を駆動軸に出力することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されており、空気とガソリンとの混合気を爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられる図示しないピストンの往復運動をクランクシャフト２３の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する三元触媒を有する浄化装置２３を介して外気へ排出される。エンジン２２は、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じて浄化装置２３の三元触媒の温度を検出する触媒温度検出センサ２３ａからの触媒床温Ｔｃなどエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやり取りを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。また、電力ライン５４には、太陽電池５５が接続されており、太陽電池５５で発電した電力をバッテリ５０に充電したりモータＭＧ１，ＭＧ２で消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力，太陽電池５５で発電した電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやり取りを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２を停止してモータＭＧ２からの動力を用いて走行するモータ運転モードで走行している最中に浄化装置２３の三元触媒の温度が低下したときの動作について説明する。図２は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、ハイブリッド自動車２０がモータ走行を開始してから所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔ，触媒温度検出センサ２３ａからの触媒床温Ｔｃなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。また、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。さらに、触媒床温Ｔｃは、触媒温度検出センサ２３ａにより検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。

続いて、触媒床温Ｔｃが浄化装置２３の三元触媒が機能する下限温度（例えば、４００℃）より高い第１温度Ｔ１（例えば、４５０℃）以下に至っているか否かを判定する（Ｓ１２０）。触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１より高いときには、さらに、エンジン２２が運転中か否かと触媒床温Ｔｃが三元触媒が機能する上限温度（例えば、９５０℃）より低い温度であり、且つ、第１温度Ｔ１より高い第２温度Ｔ２（例えば、５５０℃）以上に至っているか否かを判定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２が運転中でないときには、モータ運転モードで走行中であって触媒床温Ｔｃが充分に高いためモータによる走行を継続しても差し支えないと判断して、トルク指令Ｔｍ１＊に値０を設定して（ステップＳ１４０）、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔをモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（１）により計算すると共に（ステップＳ１５０）要求トルクＴｒ＊をギヤ比Ｇｒで割ることによりモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（２）により計算し（ステップＳ１６０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘで計算した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ１７０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。

Tmax=Wout/Nm2 (1)
Tm2tmp=Tr*/Gr (2)

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２７０）、駆動制御ルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。このように、触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１より高く、モータ運転モードで走行しているときには、モータ運転モードでの走行を継続することになる。

一方、触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１以下に至っているときには（ステップＳ１２０）触媒の温度を高くするためにエンジン２２を運転する必要があると判断して、続いて、エンジン２２が始動済みであるか否かを判定する（ステップＳ１８０）。エンジン２２が始動済みでないならばエンジン２２が始動されるようエンジン始動制御を実行し（ステップＳ１９０）、本ルーチンを終了する。エンジン始動制御は、所定のトルクでエンジン２２をモータリングするようモータＭＧ１を駆動して、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定の回転数以上になったときにエンジン２２を始動するよう燃料噴射制御や点火制御などの制御を開始することにより行なわれる。

エンジン２２を始動しても触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１以下であるときには（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）、触媒の温度をさらに高くするためにエンジン２２の運転を継続する必要があると判断して、要求トルクＴｒ＊に基づいてエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊を設定する（ステップＳ２００）。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることによって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることによって求めることができる。

そして、設定した要求パワーＰｅ＊に基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ２１０）。この設定は、エンジン２２を効率よく動作させる動作ラインと要求パワーＰｅ＊とに基づいて行なわれる。エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を図４に示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと要求パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に送信する（ステップＳ２２０）。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。

次に、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（３）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（４）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算する（ステップＳ２３０）。ここで、式（３）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図５に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（３）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。また、式（４）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（４）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。

Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (3)
Tm1*=前回Tm1*+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (4)

こうしてモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを計算すると、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔと計算したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上下限としてのトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘを次式（５）および次式（６）により計算すると共に（ステップＳ２４０）要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（７）により計算し（ステップＳ２５０）、計算したトルク制限Ｔｍｉｎ，Ｔｍａｘで仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを制限した値としてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定する（ステップＳ２６０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（７）は、前述した図５の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmin=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 (5)
Tmax=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 (6)
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (7)

こうしてトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊が設定されると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２７０）、本ルーチンを終了する。このように、モータ運転モードで走行をしている際中に触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１以下に至ったときには、エンジン２２の運転を開始するから、三元触媒の温度の低下を抑制することができ、次にエンジン２２を始動する際の有害成分の排出を抑制することができる。また、触媒床温Ｔｃが三元触媒が機能する下限温度に至る前にエンジン２２を始動するから、始動の際の有害成分の排出を抑制することができる。さらに、エンジン２２を効率よく運転可能な運転ポイントで負荷運転するから燃費の悪化を抑制することができる。

こうしてエンジン２２を運転して触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１を超えても触媒床温Ｔｃが第２温度Ｔ２より低いときには（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）、さらに、エンジン２２の運転を継続して触媒の温度を上昇させることが望ましいと判断して、エンジン２２から出力すべき要求パワーＰｅ＊を設定すると共にエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定して目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とをエンジンＥＣＵ２４に送信し（ステップＳ２００〜Ｓ２２０）、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２を設定すると共に設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信して（ステップＳ２３０〜Ｓ２７０）、本ルーチンを終了する。このように、触媒床温Ｔｃが第２温度Ｔ２未満であるときには、さらにエンジン２２の運転を継続するから三元触媒の温度をさらに上昇させることができる。

こうしてエンジン２２を運転することにより三元触媒の温度が上昇して触媒床温Ｔｃが第２温度Ｔ２以上に至ったときには（ステップＳ１２０，Ｓ１３０）、エンジン２２の運転を停止してモータ走行を開始してもよいと判断して、エンジン２２を停止するエンジン停止制御を実行して（ステップＳ２８０）、本ルーチンを終了する。エンジン停止制御は、エンジン２２の回転数が所定の回転数に至るようモータＭＧ１を駆動してエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を停止することにより行なわれる。このように、触媒床温Ｔｃが第２温度Ｔ２以上に至ったときには、エンジン２２の運転を停止するからエンジン２２の運転を継続することによる燃費の悪化を抑制することができる。また、第２温度Ｔ２（５５０℃）は、三元触媒が機能する上限温度（９５０℃）より４００℃程度低い温度であるから、触媒床温Ｔｃが上限温度近傍になってからエンジン２２の運転を停止するものに比して、エンジン２２の運転時間を比較的短時間にすることができ、エンジン２２を運転することによる燃費の悪化を抑制することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータ運転モードで走行をしている際中に触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１以下に至ったときには、エンジン２２の運転を開始するから、三元触媒の温度の低下を抑制することができ、次にエンジン２２を始動する際の有害成分の排出を抑制することができる。また、触媒床温Ｔｃが三元触媒が機能する下限温度に至る前にエンジン２２を始動するから、始動の際の有害成分の排出を抑制することができる。また、触媒床温Ｔｃが触媒が機能する上限温度（９５０℃）より４００℃程度低い第２温度Ｔ２（５５０℃）に至ったときにエンジン２２の運転を停止するから、エンジン２２を運転する時間が比較的短時間となり、エンジン２２の運転を継続することによる燃費の低下を抑制することができる。そして、エンジン２２を効率の良い運転ポイントで負荷運転するから、燃費の悪化をさらに抑制することができる。もとより、要求駆動力Ｔｒ＊に基づく駆動力を駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力することができる。なお、実施例のハイブリッド自動車２０では、電力ライン５４に発電可能な太陽電池５５を備えているためモータ運転モードで走行している時間が比較的長くなり触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１以下に至る頻度が高いが、本制御は、このような構成のものに特に有効である。

実施例のハイブリッド自動車２０では、触媒床温Ｔｃが第１温度Ｔ１より高い第２温度Ｔ２に至ったときにエンジン２２の運転を停止するものとしたが、触媒床温Ｔｃが第２温度に至るのを待たなくてもよく、第１温度Ｔ１を超えると直ぐにエンジン２２の運転を停止するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を運転している際中に触媒床温Ｔｃが第２温度に至ったときにはエンジン２２の運転を停止するものとしたが、エンジン２２を始動してから触媒床温Ｔｃが第２温度に至るのに充分な程度の時間が経過したときにエンジン２２の運転を停止するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を効率よく運転可能な運転ポイントで運転するものとしたが、燃費の悪化を許容するならこのような運転ポイントで運転しないものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、電力ライン５４に発電可能な太陽電池５５を備えるものとしたが、発電可能なものなら如何なるものでもよいし、このような太陽電池５５を備えないものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載される動力出力装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた動力出力装置の形態としても構わない。さらに、こうした動力出力装置の制御方法の形態としてもよい。

以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、車両の製造業などに利用可能である。

本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例と目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊を設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の回転要素を力学的に説明するための共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ 浄化装置、２３ａ 触媒温度検出センサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、５５ 太陽電池、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (9)

1. 排ガスを浄化するための触媒を含む排ガス浄化装置を有する内燃機関と、駆動軸に動力を出力可能な電動機とを備え、前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力可能な動力出力装置であって、
   前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
   前記触媒の温度を検出する触媒温度検出手段と、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定する要求駆動力設定手段と、
   前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときに前記検出された触媒の温度が該触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときには、前記内燃機関を始動して負荷運転すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する制御手段と、
   を備える動力出力装置。
2. 前記制御手段は、前記内燃機関を始動して負荷運転している最中に前記検出された触媒の温度が前記第１の温度より高く該触媒が機能する上限温度より低い第２の温度以上に至ったときには、前記内燃機関の運転を停止すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段である請求項１記載の動力出力装置。
3. 前記制御手段は、前記内燃機関を始動してから所定時間が経過したときには該内燃機関の運転を停止するよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段である請求項１または２記載の動力出力装置。
4. 前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸とに接続され、電力と動力の入出力を伴って前記内燃機関からの動力の少なくとも一部を前記駆動軸に出力可能な電力動力入出力手段を備える請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置。
5. 前記電力動力入出力手段は、前記内燃機関の出力軸と前記駆動軸と第３の軸との３軸に接続され該３軸のうちいずれか２軸に入出力した動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、前記第３の軸に動力を入出力可能な発電機とを備える手段である請求項４記載の動力出力装置。
6. 請求項１ないし５いずれか記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関からの動力を用いずに発電可能な発電手段を備え、
   前記蓄電手段は、該発電手段で発電された電力を蓄電可能な手段である
   動力出力装置。
7. 前記発電手段は、太陽電池である請求項６記載の動力出力装置。
8. 請求項１ないし７いずれか記載の動力出力装置が搭載され、前記駆動軸が車軸に接続されてなる車両。
9. 排ガスを浄化するための触媒を含む排ガス浄化装置を有する内燃機関と、駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段とを備え前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力可能な動力出力装置の制御方法であって、
   前記駆動軸に要求される要求駆動力を設定し、
   前記内燃機関の運転を停止した状態で前記電動機からの動力を前記駆動軸に出力しているときに前記触媒の温度が該触媒が機能する下限温度より高い第１の温度以下に至ったときには、前記内燃機関を始動して負荷運転すると共に前記設定された要求駆動力に基づく駆動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する
   動力出力装置の制御方法。
   
   

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