JP7207115B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本開示は、ハイブリッド車両に関する。

特開２０１５－５８９２４号公報（特許文献１）には、内燃機関の排気通路に、排気を浄化する触媒を備えたハイブリッド車両が開示されている。

特開２０１５－５８９２４号公報

たとえば、内燃機関の始動時等に代表されるような、触媒の温度が低い状態（たとえば常温付近）では、早期に触媒を暖機して活性化させることが望ましい。そこで、内燃機関を一定時間作動させて、内燃機関の排気によって触媒を暖機することがある。

内燃機関を作動させると、内燃機関の各気筒から排出された排気は、エキゾーストマニホールドから排気通路に流入し、排気通路に設けられた触媒の上流側の端面から触媒に流入する。この際に、各気筒から排出された排気は、触媒の上流側の端面の全領域に一様に流入するとは限らない。内燃機関の各気筒とエキゾーストマニホールドとの位置関係や、排気通路の形状等によって、触媒の上流側の端面には、流入する排気流量が相対的に多くなる領域と、流入する排気流量が相対的に少なくなる領域とが存在し得る。そのため、触媒の上流側の端面において、触媒が活性化されない領域ができる可能性がある。

触媒の暖機を終了した時点で触媒が活性化されていない領域があると、その後に増加し得るエンジンの排気の一部を適切に浄化できない期間が生じ、排気の浄化性能が低下してしまう可能性がある。

本開示は、上記問題を解決するためになされたものであり、その目的は、排気を浄化する触媒の活性化のばらつきを抑制することである。

（１）この開示に係るハイブリッド車両は、ターボチャージャを有する内燃機関と、ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路に設けられ、排気を浄化する触媒と、タービンよりも上流の排気通路から分岐し、タービンをバイパスして触媒よりも上流の排気通路に合流するバイパス通路と、バイパス通路を流れる排気の流量を調整可能に構成されたウェイストゲートバルブと、内燃機関の始動時に、触媒を暖機する暖機制御を実行するように構成された制御装置とを備える。暖機制御は、内燃機関をアイドル状態にしつつ、ウェイストゲートバルブを第１開度以上に制御する第１処理と、第１処理の実行後に、内燃機関の回転速度を上昇させるとともに、ウェイストゲートバルブを第１開度よりも小さい第２開度以下に制御してタービンを回転させる第２処理とを含む。

第１処理では、内燃機関がアイドル状態、すなわち排気流量が少ない状態で、ウェイストゲートバルブが第１開度以上に制御される。ウェイストゲートバルブが第１開度以上に制御されることで、排気は、バイパス通路を通って触媒に流入する。排気がタービンをバイパスすることによって、触媒に流入する排気の熱量を大きく保つことができる。そして、排気流量が少ないので、バイパス通路を通って触媒に流入する排気の流速は小さいものとなる。流速が大きいと、直進性が大きいことから、触媒の上流側の端面から排気が局所的に流入し得るが、流速が小さいと、排気は一定の広がりをもって、触媒の上流側の端面から流入する。そのため、触媒の上流側の領域を比較的均一に活性化させることができる。

第２処理では、アイドル状態よりも内燃機関の回転速度を上昇させる。第２処理において排気流量が増加したとしても、第１処理によって、触媒の上流側の領域が比較的均一に活性化されているため、第２処理の開始時の排気を適切に浄化することができる。当初から排気流量が大きくなる第２処理を実行すると、第２処理の開始時において、触媒が活性化される前に通過してしまう排気が多くなることから排気の浄化性能の低下が懸念されるが、まず第１処理を実行して、第２処理の開始時の排気を適切に浄化できる量の触媒を活性化させておくことで、排気の浄化性能を高く保つことができる。

さらに、第２処理では、ウェイストゲートバルブを第２開度（＜第１開度）以下に制御してタービンを回転させる。タービンが回転することによって、排気が旋回流となって触媒に流入する。排気が旋回流となることによって、排気の流速を大きくしても、局所的な流入になることなく、排気を触媒に流入させることができる。これによって、触媒の活性化のばらつきを抑制することが可能となる。

また、第１処理の実行中において、たとえば、ユーザのアクセル操作等の駆動力の要求があった場合でも、ハイブリッド車両であれば、他の駆動源（たとえば蓄電装置の電力）により駆動力を確保できる。すなわち、排気流量を絞って第１処理を継続しつつも、ユーザのアクセル操作等に応答することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

（２）ある実施の形態においては、ハイブリッド車両は、回転電機と、内燃機関と回転電機と出力軸とが接続される遊星歯車機構とをさらに含む。第２処理において、制御装置は、回転電機を制御することにより内燃機関の回転速度を上昇させる。

上記構成であれば、回転電機を制御して内燃機関の回転速度を上昇させることができる。

（３）ある実施の形態においては、第１処理が所定時間実行された後に第２処理が実行される。所定時間は、第１処理によって触媒に投入される熱量に基づいて設定される。

所定時間は、たとえば第１処理によって、第２処理の開始時における排気を浄化できる量の触媒を暖機するために要する熱量を触媒に投入できる時間に設定される。たとえば、第１処理の実行時間と排気温度とから、第１処理によって触媒に投入される熱量を算出することができる。第１処理によって触媒に投入される熱量を定めておけば、第１処理の実行時間となる所定時間を設定することができる。第２処理の開始時における排気を浄化できる量の触媒を暖機するために要する熱量が第１処理によって投入されたときに、処理が第１処理から第２処理に切り替えられることにより、適切なタイミングで排気流量が大きい第２処理に切り替えることができる。そのため、触媒全体を暖機するために要する時間を短縮させることができる。すなわち、浄化性能を担保しつつ、暖機制御の効率化を図ることができる。

（４）ある実施の形態においては、ハイブリッド車両は、触媒における上流側の温度を検出するように構成された温度センサをさらに備える。第１処理の実行時において、制御装置は、温度センサの検出値が閾温度を超えた場合に、第２処理を実行する。

触媒における上流側の温度を検出するように構成された温度センサを備えることによって、第１処理の実行時に、触媒における上流側の暖機状況を把握することができる。温度センサの検出値が閾温度を超えた場合、すなわち触媒における上流側の暖機が完了した時点で第２処理を実行することで、第２処理の開始時の排気を適切に浄化できる。触媒における上流側の暖機の完了とは、たとえば、第２処理の開始時における排気を浄化可能な量の触媒を活性化させることをいう。上記のようにして第１処理と第２処理とを切り替えれば、適切なタイミングで排気流量が大きい第２処理に切り替えることができる。そのため、触媒全体を暖機するために要する時間を短縮させることができる。すなわち、浄化性能を担保しつつ、暖機制御の効率化を図ることができる。

本開示によれば、排気を浄化する触媒の活性化のばらつきを抑制することができる。

実施の形態１に係るハイブリッド車両の一例を示す全体構成図である。 エンジンの構成例を示す図である。 図１に示すハイブリッド車両のＥＣＵの一例を示す図である。 触媒コンバータに含まれる触媒の温度と浄化率との関係を示す特性図である。 触媒コンバータの暖機にばらつきが生じた一例を説明するための図である。 第１処理における排気の流れを説明するための図である。 第２処理における排気の流れを説明するための図である。 ＥＣＵで実行される処理の手順を示すフローチャートである。 変形例に係るエンジンの構成例を示す図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

＜全体構成＞
図１は、実施の形態１に係るハイブリッド車両の一例を示す全体構成図である。図１を参照して、このハイブリッド車両（以下、単に「車両」とも称する）１０は、エンジン１３と、第１モータジェネレータ（以下「第１ＭＧ（Motor Generator）」とも称する）１４と、第２モータジェネレータ（以下「第２ＭＧ」とも称する）１５と、遊星歯車機構２０とを備える。

第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５は、いずれも駆動電力が供給されることによりトルクを出力するモータとしての機能と、トルクが与えられることにより発電電力を発生する発電機としての機能とを備える。第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５としては、交流回転電機が用いられる。交流回転電機は、たとえば、永久磁石が埋設されたロータを備える永久磁石型同期電動機を含む。

第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５は、いずれもＰＣＵ（Power Control Unit）８１を介して蓄電装置１８に電気的に接続されている。ＰＣＵ８１は、第１ＭＧ１４と電力を授受する第１インバータ１６と、第２ＭＧ１５と電力を授受する第２インバータ１７と、コンバータ８３とを含む。

コンバータ８３は、蓄電装置１８と、第１インバータ１６および第２インバータ１７との間で電力を授受する。コンバータ８３は、たとえば、蓄電装置１８の電力を昇圧して第１インバータ１６または第２インバータ１７に供給可能に構成される。あるいは、コンバータ８３は、第１インバータ１６または第２インバータ１７から供給される電力を降圧して蓄電装置１８に供給可能に構成される。

第１インバータ１６は、コンバータ８３からの直流電力を交流電力に変換して第１ＭＧ１４に供給可能に構成される。あるいは、第１インバータ１６は、第１ＭＧ１４からの交流電力を直流電力に変換してコンバータ８３に供給可能に構成される。

第２インバータ１７は、コンバータ８３からの直流電力を交流電力に変換して第２ＭＧ１５に供給可能に構成される。あるいは、第２インバータ１７は、第２ＭＧ１５からの交流電力を直流電力に変換してコンバータ８３に供給可能に構成される。

すなわち、ＰＣＵ８１は、第１ＭＧ１４あるいは第２ＭＧ１５において発電された電力を用いて蓄電装置１８を充電したり、蓄電装置１８の電力を用いて第１ＭＧ１４あるいは第２ＭＧ１５を駆動したりする。

蓄電装置１８は、車両１０の駆動電源（すなわち動力源）として車両１０に搭載される。蓄電装置１８は、積層された複数の電池を含んで構成される。電池は、たとえば、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池等の二次電池である。また、電池は、正極と負極との間に液体電解質を有する電池であってもよいし、固体電解質を有する電池（全固体電池）であってもよい。なお、蓄電装置１８は、再充電可能な直流電源であればよく、大容量のキャパシタも採用可能である。

エンジン１３および第１ＭＧ１４は、遊星歯車機構２０に連結されている。遊星歯車機構２０は、エンジン１３の出力トルクを第１ＭＧ１４と出力ギヤ２１とに分割して伝達するものである。遊星歯車機構２０は、たとえばシングルピニオン型の遊星歯車機構を有し、エンジン１３の出力軸２２と同一の軸線Ｃｎｔ上に配置されている。

遊星歯車機構２０は、サンギヤＳと、サンギヤＳと同軸に配置されたリングギヤＲと、サンギヤＳおよびリングギヤＲに噛み合うピニオンギヤＰと、ピニオンギヤＰを自転および公転可能に保持するキャリヤＣとを含む。エンジン１３の出力軸２２は、キャリヤＣに連結されている。第１ＭＧ１４のロータ軸２３は、サンギヤＳに連結されている。リングギヤＲは、出力ギヤ２１に連結されている。

エンジン１３の出力トルクが伝達されるキャリヤＣが入力要素に、出力ギヤ２１にトルクを出力するリングギヤＲが出力要素に、第１ＭＧ１４のロータ軸２３が連結されるサンギヤＳが反力要素として機能する。すなわち、遊星歯車機構２０は、エンジン１３の出力を第１ＭＧ１４側と出力ギヤ２１側とに分割する。第１ＭＧ１４は、エンジン１３の出力トルクに応じたトルクを出力するように制御される。

カウンタシャフト２５は、軸線Ｃｎｔと平行に配置されている。カウンタシャフト２５には、出力ギヤ２１に噛み合うドリブンギヤ２６が設けられている。また、カウンタシャフト２５には、ドライブギヤ２７がさらに設けられており、ドライブギヤ２７は、デファレンシャルギヤ２８におけるリングギヤ２９に噛み合っている。ドリブンギヤ２６は、第２ＭＧ１５のロータ軸３０に設けられたドライブギヤ３１が噛み合っている。したがって、第２ＭＧ１５の出力トルクが、ドリブンギヤ２６において、出力ギヤ２１から出力されるトルクに加えられる。このようにして合成されたトルクは、デファレンシャルギヤ２８から左右に延びたドライブシャフト３２，３３を介して駆動輪２４に伝達される。駆動輪２４に駆動トルクが伝達されることにより、車両１０に駆動力が発生する。

エンジン１３の出力軸２２と同軸には、機械式のオイルポンプ（以下、「ＭＯＰ（Mechanical Oil Pomp）」とも称する）３６が設けられている。ＭＯＰ３６は、たとえば、遊星歯車機構２０、第１ＭＧ１４、第２ＭＧ１５およびデファレンシャルギヤ２８に冷却機能を有する潤滑油を送る。

＜エンジンの構成＞
図２は、エンジン１３の構成例を示す図である。図２を参照して、エンジン１３は、たとえば、ターボチャージャ４７を有する直列４気筒型の火花点火型の内燃機関である。図２に示すようにエンジン１３は、たとえば、４つの気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄが一方向に並べられて形成されるエンジン本体４０を含む。

気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄには、エンジン本体４０に形成される吸気ポートの一方端および排気ポートの一方端がそれぞれ接続されている。吸気ポートの一方端は、気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの各々に２つずつ設けられた吸気バルブ４３にて開閉される。また排気ポートの一方端は、気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの各々に２つずつ設けられた排気バルブ４４にて開閉される。気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの各々の吸気ポートの他方端は、インテークマニホールド４６に接続されている。気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの各々の排気ポートの他方端は、エキゾーストマニホールド５２に接続されている。

実施の形態１に係るエンジン１３は、たとえば、直噴エンジンであって、各気筒の頂部に設けられる燃料噴射装置（図示せず）によって燃料が気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの各々の内部に噴射される。気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ内における燃料と吸気との混合気は、気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄの各々に設けられた点火プラグ４５にて着火される。

なお、図２においては、気筒４０ａに設けられた吸気バルブ４３、排気バルブ４４および点火プラグ４５を示しており、他の気筒４０ｂ，４０ｃ，４０ｄに設けられた吸気バルブ４３、排気バルブ４４および点火プラグ４５については省略している。

エンジン１３には、排気エネルギーを利用して吸入空気を過給するターボチャージャ４７が設けられている。ターボチャージャ４７は、コンプレッサ４８と、タービン５３とを含む。

インテークマニホールド４６には、吸気通路４１の一方端が接続されている。吸気通路４１の他方端は吸気口に接続されている。吸気通路４１の所定の位置には、コンプレッサ４８が設けられている。吸気通路４１の他方端（吸気口）とコンプレッサ４８との間には、吸気通路４１内を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ５０が設けられている。コンプレッサ４８よりも下流側に設けられた吸気通路４１には、コンプレッサ４８で加圧された吸気を冷却するためのインタークーラ５１が配設されている。インタークーラ５１とインテークマニホールド４６との間には、吸気通路４１内を流れる吸気の流量を調整できるスロットルバルブ４９が設けられている。

エキゾーストマニホールド５２には、排気通路４２の一方端が接続されている。排気通路４２の他方端はマフラー（図示せず）に接続されている。排気通路４２の所定の位置には、タービン５３が設けられている。また、排気通路４２には、タービン５３より上流の排気をタービン５３よりも下流にバイパスするバイパス通路５４と、バイパス通路に設けられ、タービン５３に導かれる排気の流量を調整可能なウェイストゲートバルブ５５とが設けられている。そのため、ウェイストゲートバルブ５５の開度を制御することによりタービン５３に流入する排気流量、つまり吸入空気の過給圧が調整される。

タービン５３またはウェイストゲートバルブ５５を通る排気は、排気通路４２の所定の位置に設けられる触媒コンバータ５６および後処理装置５７に流入し、触媒コンバータ５６および後処理装置５７により浄化されてから大気に放出される。

触媒コンバータ５６は、たとえば、三元触媒を含む。三元触媒は、エンジン本体４０から排気通路４２に流入する排気に含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）、一酸化炭素（ＣＯ）、および、未燃焼炭化水素（ＨＣ）を浄化する触媒である。三元触媒は、還元性ガス（Ｈ２、ＣＯまたは炭化水素）の存在下でＮＯｘを窒素および酸素に還元する。また、三元触媒は、酸化性ガスの存在下で一酸化炭素を二酸化炭素に酸化する。また、三元触媒は、酸化性ガスの存在下で未燃焼炭化水素（ＨＣ）を二酸化炭素および水に酸化する。三元触媒が効率良く酸化または還元するためには、エンジン本体４０において、燃料が完全燃焼し、かつ、酸素の余らない理論空燃比（stoichiometry）で燃焼（ストイキ燃焼）することが望ましい。

後処理装置５７は、排気に含まれるＰＭを捕集するフィルタであるＧＰＦに、三元触媒の機能を付加したものである。後処理装置５７は、触媒コンバータ５６で浄化することのできなかったＨＣ，ＣＯおよびＮＯｘを浄化するとともに、排気に含まれるＰＭを捕集する。ＧＰＦに堆積したＰＭは、ＰＭが燃焼する温度以上の排気を流入させることによって、ＰＭが燃焼して二酸化炭素等の気体となり、除去される。なお、触媒コンバータ５６をＧＰＦに三元触媒の機能を付加したものとすることも可能である。

エンジン１３には、吸気通路４１に排気を流入させるためのＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)装置５８が設けられている。ＥＧＲ装置５８は、ＥＧＲ通路５９、ＥＧＲ弁６０、およびＥＧＲクーラ６１を備える。ＥＧＲ通路５９は、排気通路４２から排気の一部をＥＧＲガスとして取り出して吸気通路４１に導く。ＥＧＲ弁６０は、ＥＧＲ通路５９を流れるＥＧＲガスの流量を調整する。ＥＧＲクーラ６１は、ＥＧＲ通路５９を流れるＥＧＲガスを冷却する。ＥＧＲ通路５９は、触媒コンバータ５６と後処理装置５７との間の排気通路４２の部分と、コンプレッサ４８とエアフローメータ５０との間の吸気通路４１の部分との間を接続している。

また、タービン５３およびウェイストゲートバルブ５５を通る排気が合流する箇所よりも下流、かつ、触媒コンバータ５６よりも上流の排気通路４２には、排気の温度を検出する排気温度センサ７４が設けられている。排気温度センサ７４は、触媒コンバータ５６に流入する排気の温度を検出する。排気温度センサ７４は、検出結果を示す信号をＥＣＵ１１に出力する。

＜制御装置の構成＞
図３は、図１に示すハイブリッド車両１０の制御装置（以下「ＥＣＵ（Electronic Control Unit）」とも称する）１１の一例を示す図である。ＥＣＵ１１は、各種センサや各機器との信号の授受をする入出力装置、各種の制御プログラムやマップ等を記憶する記憶装置（ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等を含む）１１ａ、制御プログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ（Central Processing Unit））１１ｂ、および計時するためのカウンタ１１ｃ等を含む。なお、記憶装置１１ａは、ＥＣＵ１１の外部に別途設けることも可能である。

ＥＣＵ１１は、エンジン１３の動作を制御する。また、ＥＣＵ１１は、ＰＣＵ８１の動作を制御することにより、第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５を制御する。なお、本実施の形態に係るＥＣＵ１１は、一つの装置として構成される例について説明するが、たとえば、ＥＣＵ１１は複数の制御装置から構成されてもよい。たとえば、ＥＣＵ１１は、エンジン１３、第１ＭＧ１４および第２ＭＧ１５を協調制御するためのＨＶ－ＥＣＵと、ＰＣＵ８１の動作を制御するためのＭＧ－ＥＣＵと、エンジン１３の動作を制御するためのエンジンＥＣＵとを含んで構成されてもよい。

ＥＣＵ１１には、車速センサ６６と、アクセル開度センサ６７と、第１ＭＧ回転速度センサ６８と、第２ＭＧ回転速度センサ６９と、エンジン回転速度センサ７０と、タービン回転速度センサ７１と、過給圧センサ７２と、バッテリ監視ユニット７３と、上述の排気温度センサ７４と、タービン温度センサ７５と、クーラント温度センサ７６とがそれぞれ接続されている。

車速センサ６６は、車両１０の速度（車速）を検出する。アクセル開度センサ６７は、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出する。第１ＭＧ回転速度センサ６８は、第１ＭＧ１４の回転速度を検出する。第２ＭＧ回転速度センサ６９は、第２ＭＧ１５の回転速度を検出する。エンジン回転速度センサ７０は、エンジン１３の出力軸２２の回転速度（エンジン回転速度）を検出する。タービン回転速度センサ７１は、ターボチャージャ４７のタービン５３の回転速度を検出する。過給圧センサ７２は、エンジン１３の過給圧を検出する。タービン温度センサ７５は、タービン５３の温度を検出する。クーラント温度センサ７６は、エンジン１３のクーラントの温度を検出する。各種センサは、検出結果を示す信号をＥＣＵ１１に出力する。

バッテリ監視ユニット７３は、蓄電装置１８の満充電容量に対する残存充電量の比率である充電率(ＳＯＣ：State of Charge)を取得し、取得したＳＯＣを示す信号をＥＣＵ１１に出力する。バッテリ監視ユニット７３は、たとえば、蓄電装置１８の電流、電圧および温度を検出するセンサを含む。バッテリ監視ユニット７３は、検出された蓄電装置１８の電流、電圧および温度を用いてＳＯＣを算出することによってＳＯＣを取得する。なお、ＳＯＣの算出方法としては、たとえば、電流値積算（クーロンカウント）による手法、または、開放電圧（ＯＣＶ：Open Circuit Voltage）の推定による手法など、種々の公知の手法を採用できる。

＜車両の走行制御＞
車両１０は、エンジン１３および第２ＭＧ１５を動力源としたＨＶ走行モードと、エンジン１３を停止状態にするとともに第２ＭＧ１５を蓄電装置１８の電力で駆動して走行するＥＶ走行モードとに設定または切替が可能である。モードの設定や切替は、ＥＣＵ１１により実行される。ＥＶ走行モードは、たとえば低車速かつ要求駆動力が小さい低負荷の運転領域の際に選択されるモードであり、エンジン１３を停止して第２ＭＧ１５の出力トルクを走行用駆動源とする。ＨＶ走行モードは、高車速かつ要求駆動力が大きい高負荷の運転領域の際に選択されるモードであり、エンジン１３の出力トルクと第２ＭＧ１５の出力トルクとを合算したトルクを走行用駆動源とする。

ＨＶ走行モードでは、エンジン１３から出力されるトルクを駆動輪２４に伝達する際に、第１ＭＧ１４により反力を遊星歯車機構２０に作用させる。そのため、サンギヤＳが反力要素として機能する。すなわち、エンジン１３の出力トルクを駆動輪２４に作用させるために、エンジン１３の出力トルクに対する反力トルクを第１ＭＧ１４に出力させるように制御する。この場合には、第１ＭＧ１４を発電機として機能させる回生制御を実行することができる。

具体的には、ＥＣＵ１１は、アクセルペダルの踏み込み量によって決まるアクセル開度や車速等に応じて要求駆動力を決定し、その要求駆動力からエンジン１３の要求パワーを算出する。ＥＣＵ１１は、算出した要求パワーに基づき、スロットルバルブ４９、点火プラグ４５、ウェイストゲートバルブ５５およびＥＧＲ弁６０等、エンジン１３の各部に対して各種の制御を行なう。

そして、ＥＣＵ１１は、算出した要求パワーを用いてエンジン１３の回転速度とエンジン１３の出力トルクとによって規定される座標系におけるエンジン１３の動作点（回転速度および出力トルク）を決定する。ＥＣＵ１１は、たとえば、当該座標系において要求パワーと等出力の等パワー線と、予め定められた動作ラインとの交点をエンジン１３の動作点として設定する。予め定められた動作ラインは、当該座標系における、エンジン１３の回転速度の変化に対するエンジントルクの変化軌跡を示す。動作ラインは、たとえば、燃費効率のよいエンジン１３の出力トルクの変化軌跡が実験等によって適合されて設定される。

ＥＣＵ１１は、上記の動作点に基づいて、第１ＭＧ１４のトルクおよび回転速度を制御する。第１ＭＧ１４は、通電される電流値やその周波数に応じてトルクおよび回転速度を任意に制御することができる。ＥＣＵ１１は、ＨＶ走行モード時、アクセル開度や車速等に応じて決定された要求駆動力が出力ギヤ２１（駆動輪２４）に出力されるように、第２ＭＧ１５も制御する。

また、ＥＣＵ１１は、アクセルペダルが踏み込まれる等してエンジン１３のトルクが所定レベル（過給ライン）を超えると、ターボチャージャ４７による過給を開始し、トルクが上昇するに従って過給圧を上昇させる。過給の開始および過給圧上昇は、ウェイストゲートバルブ５５を閉方向に制御することによって実現される。なお、過給の要求がない場合は、ウェイストゲートバルブ５５は全開とされる。

＜触媒の暖機制御＞
エンジン１３の始動時等に代表されるような、触媒コンバータ５６の温度（すなわち三元触媒（以下、単に「触媒」とも称する）の温度）が低い状態（たとえば常温付近）では、早期に触媒を暖機して活性化させることが望ましい。触媒コンバータ５６に含まれる触媒は、その温度によって排気の浄化性能が変化する特性を有するためである。

図４は、触媒コンバータ５６に含まれる触媒の温度（℃）と浄化率（％）との関係を示す特性図である。図４に示されるように、触媒は、温度が閾温度Ｔｔｈを超えると高い浄化率となり、閾温度Ｔｔｈよりも温度が低いと、浄化率が低下する特性を有する。すなわち、触媒は、その温度が閾温度Ｔｔｈを超えると活性化される。

早期に触媒を暖機して活性化させるために、エンジン１３を作動させて、エンジン１３の排気によって触媒を暖機することが考えられるが、以下のような問題がある。

たとえば、エンジン１３を作動させた場合において、エンジン本体４０の各気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄから排出された排気は、エキゾーストマニホールド５２から排気通路４２に流入し、排気通路４２に設けられた触媒コンバータ５６の上流側の端面から触媒コンバータ５６の内部に流入する。この際に、各気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄから排出された排気は、触媒コンバータ５６の上流側の端面の全領域に一様に流入するとは限らない。エンジン１３の各気筒４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄとエキゾーストマニホールド５２との位置関係や、排気通路４２の形状等によって、流入する排気流量が相対的に多くなる領域と、流入する排気流量が相対的に少なくなる領域とが存在し得る。そのため、触媒コンバータ５６の上流側の端面において、触媒が活性化されない領域ができる可能性がある。すなわち、触媒コンバータ５６の暖機にばらつきが生じ得る。

図５は、触媒コンバータ５６の暖機にばらつきが生じた一例を説明するための図である。図５では、図２の触媒コンバータ５６とその周辺がフォーカスされている。図５には、エンジン１３の始動時等において、排気によって触媒コンバータ５６が暖機されている例が示されている。図５に示す例においては、ウェイストゲートバルブ５５が全開とされている。

流入する排気流量が相対的に多くなる領域と、流入する排気流量が相対的に少なくなる領域とが存在すると、流入する排気流量が相対的に多くなる領域の触媒が主として活性化されていく。そのため、たとえば図５に示されるように触媒コンバータ５６の暖機にばらつきが生じると、触媒が活性化されている領域と触媒が活性化されていない領域が生じる。この状態において、たとえば、エンジン１３の回転速度や排気流量が変化した場合に、破線矢印Ｂ１で示されるように、触媒が活性化されていない領域を排気が通過する可能性がある。あるいは、破線矢印Ｂ２で示されるように、活性化された触媒が少ない領域を排気が通過する可能性がある。これらの場合には、通過する排気が適切に浄化されず、排気の浄化性能の低下を招いてしまう。また、当初からエンジン本体４０から排気される排気流量を大きくして、触媒コンバータ５６に投入される熱量を大きくすることで、触媒コンバータ５６の暖機を早めることも考えられるが、この場合には、当初においては、活性化される前の触媒を多くの排気が通過することになり、排気の浄化性能の低下を招いてしまう。

そこで、本実施の形態に係る車両１０は、第１処理および第２処理を含む、触媒コンバータ５６を暖機するための暖機制御が実行可能に構成される。暖機制御は、ＥＣＵ１１により実行される。ＥＣＵ１１は、第１処理および第２処理を順に実行する。

第１処理では、排気流量を絞って、活性化していない触媒を通過する排気を減らしながら、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒を比較的均一に活性化させる。そして、第２処理の開始時の排気を適切に浄化できる量の触媒を活性化させた時点で、処理を第１処理から第２処理に切り替える。第２処理では、排気流量を上昇させつつ、タービン５３を利用して、触媒コンバータ５６の全体の触媒を活性化させる。以下、第１処理および第２処理について具体的に説明する。

なお、暖機制御は、エンジン１３の始動時、かつ、触媒コンバータ５６の温度（触媒の温度）が閾温度Ｔｔｈ未満であると推定される場合に実行される。触媒の温度が閾温度Ｔｔｈ未満であると推定される場合とは、たとえば、エンジン１３の前回の停止から今回の始動までにある一定時間経過している場合やエンジン１３のクーラントの温度が所定温度未満である場合等である。

＜＜第１処理＞＞
第１処理は、排気流量を絞りつつ、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒を比較的均一に活性化させることを目的とする。

具体的には、ＥＣＵ１１は、エンジン１３をアイドル状態、すなわち排気流量が少ない状態にしつつ、ウェイストゲートバルブ５５を全開に制御する。つまり、第１処理では、ウェイストゲートバルブ５５を全開にして、タービン５３より上流の排気をタービン５３よりも下流にバイパスするので、タービン５３が回転しない。これによって、タービン５３の回転によって、排気の熱エネルギーが奪われることを抑制することができる。

エンジン１３をアイドル状態にして排気流量が少ない状態にするのは、以下の理由による。なお、アイドル状態においては、エンジン１３の目標回転速度（以下「アイドル回転速度」とも称する）が予め定められている。

まず、（１）排気流量を少なくすることによって、活性化していない触媒を通過する排気を減らし、排気の浄化性能の低下を抑制することができる。そして、（２）エンジン本体４０からの排気流量が少ないと、バイパス通路５４を通って触媒コンバータ５６に流入する排気の流速は小さいものとなる。排気の流速が大きいと、直進性が大きいことから、たとえば図５に示したように、触媒コンバータ５６の上流側の端面に排気が局所的に流入し得る。排気の流速が小さいと、排気は一定の広がりをもって、触媒コンバータ５６の上流側の端面から流入する。そのため、触媒コンバータ５６の上流側の領域を比較的均一に暖機させることができる。

図６は、第１処理における排気の流れを説明するための図である。図６における矢印ＡＲ２の太さは、排気流量を示している。図６における矢印ＡＲ２は、図５における矢印ＡＲ１よりも小さいことがわかる。すなわち、第１処理においては、エンジン１３がアイドル状態に制御されるため、エンジン本体４０からの排気流量は少なくなっている。そのため、上述したように、バイパス通路５４から触媒コンバータ５６に流入する排気は、一定の広がりをもって、触媒コンバータ５６の上流側の端面に流入する。

これによって、たとえば図６に実線Ｌ１で囲われた領域、実線Ｌ２で囲われた領域、実線Ｌ３で囲われた領域の順に触媒が活性化された領域が広がる。第１処理では、上記のようにして触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒を活性化させる。

なお、第１処理において、必ずしもウェイストゲートバルブ５５を全開にすることに限られるものではない。排気の熱エネルギーの観点からは全開にすることが望ましいが、エキゾーストマニホールド５２から排気通路４２に流入した排気を、一定量以上バイパス通路５４に流入させることができればよい。たとえば、ウェイストゲートバルブ５５の開度を８０％や９０％などの開度にしてもよい。

＜＜第２処理＞＞
ＥＣＵ１１は、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒を活性化させるために要する第１設定時間（後述）に渡って第１処理を実行した後に、第２処理を実行する。第２処理では、触媒コンバータ５６の全体の触媒を活性化させることを目的とする。

具体的には、ＥＣＵ１１は、エンジン１３の回転速度を所定の回転速度に上昇させるとともに、ウェイストゲートバルブ５５を全閉に制御する。所定の回転速度とは、タービン５３を回転さることが可能な流量の排気を排出させることができる回転速度である。これによって、タービン５３が回転する。タービン５３が回転すると、排気が旋回流となって触媒コンバータ５６に流入する。排気が旋回流となることによって、排気の流速を大きくしても、局所的な流入にならずに、排気を触媒コンバータ５６に流入させることができる。つまり、触媒コンバータ５６を上流側から端面において比較的均一に暖機していくことが可能となり、触媒コンバータ５６の全体の触媒を活性化させることができる。

エンジン１３の回転速度を上昇させるために、ＥＣＵ１１は、第１ＭＧ１４を制御する。具体的には、たとえば、車両１０が停車中であれば、第１ＭＧ１４の回転速度を引き上げることによって、エンジン１３の回転速度を上昇させる。

第２処理において、エンジン１３の回転速度を上昇させると、排気流量が上昇して、触媒コンバータ５６の暖機を早期に行なえる。第１処理によって、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒が活性化されているので、第２処理の開始時の排気を適切に浄化することができる。当初から排気流量が大きい第２処理を実行すると、触媒が活性化される前に通過してしまう排気が多くなることから排気の浄化性能の低下が懸念されるが、まず第１処理を実行して、第２処理の開始時の排気を適切に浄化できる量の触媒を活性化しておくことで、排気の浄化性能を高く保つことができる。

図７は、第２処理における排気の流れを説明するための図である。図７には、タービン５３の回転によって生成された排気の旋回流が触媒コンバータ５６に流入していることが示されている。排気の旋回流を触媒コンバータ５６に流入させることによって、局所的な流入にならずに、触媒コンバータ５６の上流側の端面に排気が流入する。

これによって、たとえば図７に実線Ｌ４で囲われた領域、実線Ｌ５で囲われた領域、実線Ｌ６で囲われた領域の順に触媒が活性化された領域が広がる。そして、このようにばらつきを抑えて触媒が活性化していくことによって、触媒コンバータ５６の全体の触媒を活性化することができる。

なお、第２処理において、必ずしもウェイストゲートバルブ５５を全閉にすることに限られるものではない。タービン５３を回転させて旋回流を生成できればよく、たとえば、ウェイストゲートバルブ５５の開度を１０％や２０％などの開度にしてもよい。

＜＜第１処理の実行時間（第１設定時間）＞＞
第１処理の実行時間である第１設定時間は、たとえば、第１処理の実行によって、第２処理の開始時の排気を適切に浄化できる量の触媒を活性化するのに要する時間に設定される。第２処理の開始後は、第２処理によって触媒コンバータ５６に流入する排気によって触媒が適宜活性化されていくので、第２処理の開始時の排気を適切に浄化させることが目的とされる。

第２処理における排気流量は、第２処理におけるエンジン１３の狙いの回転速度等から予め導くことができる。第２処理の開始時の排気流量から、活性化すべき触媒の量を計算することで、第１処理において活性化しておくべき触媒コンバータ５６の上流側の領域を導くことができる。

そして、上記領域の触媒を活性化させるめに必要となる熱量を導いておけば、第１処理によって当該熱量を供給することができる時間を第１設定時間とすることができる。第１処理によって触媒に供給すべき熱量は、排気温度と第１処理の実行時間とから算出することが可能であるから、第１処理の実行時間である第１設定時間は、供給すべき熱量と排気温度とから定めることができる。そのため、たとえば、排気温度毎に第１設定時間を予め設定しておけば、排気温度センサ７４の検出値に応じて第１設定時間を都度決めることができる。また、エンジン１３の始動時の排気温度を概ね一定と見做せる場合には、第１設定時間を一意に定めておくことも可能である。換言すれば、第１設定時間は、第１処理において触媒コンバータ５６に投入される熱量に基づいて設定することができる。なお、第１設定時間は、本開示に係る「所定時間」の一例に相当する。

＜＜第２処理の実行時間（第２設定時間）＞＞
第２処理の実行時間である第２設定時間は、第２処理の実行によって、触媒コンバータ５６全体を暖機できる時間に設定される。第２設定時間は、たとえば、第２処理における排気流量、排気温度および触媒コンバータ５６の仕様（具体的には、触媒コンバータ５６に担持される触媒の種類や量等）によって予め定められる。

＜制御装置で実行される処理＞
図８は、ＥＣＵ１１で実行される処理の手順を示すフローチャートである。このフローチャートは、エンジン１３が始動される毎にＥＣＵ１１により実行される。図８に示す各ステップ（以下ステップを「Ｓ」と略す）は、ＥＣＵ１１によるソフトウェア処理によって実現される場合について説明するが、その一部あるいは全部がＥＣＵ１１内に作製されたハードウェア（電気回路）によって実現されてもよい。

エンジン１３が始動されると、ＥＣＵ１１は、暖機制御の実行が必要か否かを判定する（Ｓ３）。具体的には、ＥＣＵ１１は、エンジン１３の前回の停止から今回の始動までにある一定時間経過しているか否かを判定する。Ｓ３は、換言すれば、触媒の温度が閾温度Ｔｔｈ未満であると推定されるか否かを判定するための処理である。なお、Ｓ３では、たとえばエンジン１３のクーラントの温度が所定温度未満であるか否かによって、触媒の温度が閾温度Ｔｔｈ未満であると推定されるか否かを判定してもよい。

エンジン１３の前回の停止から今回の始動までにある一定時間経過していない場合（Ｓ３においてＮＯ）、ＥＣＵ１１は、暖機制御を実行する必要がないと判定して処理を終了させる。一方、エンジン１３の前回の停止から今回の始動までにある一定時間経過している場合（Ｓ３においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１１は、暖機制御を開始するとともに、内蔵のカウンタ１１ｃにより時計を開始する（Ｓ５）。

暖機制御において、ＥＣＵ１１は、まず第１処理を実行する。具体的には、ＥＣＵ１１は、エンジン１３をアイドル状態にするとともに（Ｓ７）、ウェイストゲートバルブ５５を全開にする（Ｓ９）。これによって、エキゾーストマニホールド５２から排気通路４２に流入した排気が、タービン５３をバイパスしてバイパス通路５４を通って触媒コンバータ５６に流入する。エンジン１３がアイドル状態であるため、排気流量が少なく流速が小さいので、排気は一定の広がりをもって、触媒コンバータ５６の上流側の端面から流入する。

次いで、ＥＣＵ１１は、第１設定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ１１）。第１設定時間が経過していない場合（Ｓ１１においてＮＯ）、第２処理の開始時の排気を浄化できる量の触媒を活性化できていないため、ＥＣＵ１１は、第１処理を継続する。

一方、第１設定時間が経過していれば、第２処理の開始時の排気を浄化できる量の触媒を活性化できているといえる。そのため、第１設定時間が経過した場合（Ｓ１１においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１１は、第２処理を開始する。具体的には、ＥＣＵ１１は、エンジン１３をアイドル回転速度よりも大きい所定の回転速度にするとともに（Ｓ１３）、ウェイストゲートバルブ５５を全閉にする（Ｓ１５）。これにより、タービン５３をバイパスしてバイパス通路５４を流れていた排気が、バイパス通路５４を流れずに排気通路４２を流れるようになり、タービン５３が回転する。タービン５３が回転することによって、排気の旋回流が発生する。そして、排気の旋回流が触媒コンバータ５６に流入することによって、触媒コンバータ５６の全体の触媒を活性化することができる。さらに、第１処理よりも排気流量が多くなっていることで、早期に触媒コンバータ５６の暖機を完了させることができる。

ＥＣＵ１１は、第２処理を開始してから第２設定時間を経過したか否かを判定する（Ｓ１７）。第２処理を開始してから第２設定時間を経過したか否かは、たとえば、暖機制御を開始してから第３設定時間（第１設定時間および第２設定時間の和）が経過したか否かによって判定されればよい。また、第１処理から第２処理に切り替わる際に、新たに時計を開始して、第２処理を開始してから第２設定時間を経過したか否かを判定してもよい。

第２処理を開始してから第２設定時間が経過していない場合（Ｓ１７においてＮＯ）、触媒コンバータ５６全体の暖機が完了していないため、ＥＣＵ１１は、第２処理を継続する。

一方、第２処理を開始してから第２設定時間が経過していれば、触媒コンバータ５６全体が暖機が完了しているといえる。そのため、第２処理を開始してから第２設定時間が経過した場合（Ｓ１７においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１１は、触媒コンバータ５６の暖機が完了したと判定して、暖機制御を終了して、処理を終了する。

以上のように、本実施の形態に係る車両１０においては、触媒コンバータ５６を暖機させるために、第１処理および第２処理を含む暖機制御が実行される。第１処理で、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒を比較的均一に活性化させておく。そして、第２処理で、タービン５３を回転させて、排気の旋回流を生成し、排気の旋回流を触媒コンバータ５６に流入させることによって、触媒コンバータ５６全体の触媒を活性化させることができる。

なお、車両１０が停車時に暖機制御を開始した場合、暖機制御の実行中は必ずしも車両１０が停車を継続し続けるとは限らない。たとえば、排気流量を絞っている第１処理の実行中にユーザのアクセル操作等によって駆動力が要求される場合も考えられる。このような場合であっても、このハイブリッド車両であれば、蓄電装置１８の電力により駆動力を確保できる。ゆえに、第１処理を継続して排気流量を絞っていても、ユーザのアクセル操作等に応答することができ、ドライバビリティの悪化を抑制することができる。

（変形例）
実施の形態においては、第１処理を実行する時間である第１設定時間は、排気から触媒コンバータ５６に供給される熱量に基づいて設定された。具体的には、第１処理の実行によって、第２処理の開始時の排気を適切に浄化できる量の触媒を活性化するのに要する時間に設定された。しかしながら、たとえば、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒の温度を検出可能な触媒温度センサを設け、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒の温度が閾温度Ｔｔｈを超えた場合に、第１処理の実行を終了して、第２処理を実行するようにしてもよい。

図９は、変形例に係るエンジン１３の構成例を示す図である。図９は、図２に対して、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒の温度を検出可能な触媒温度センサ７７が追加されたものである。その他の構成については、図２と同様であるため、ここでは繰り返し説明しない。

触媒温度センサ７７は、触媒コンバータ５６の上流側の領域の触媒の温度を検出し、検出結果を示す信号をＥＣＵ１１に出力する。より具体的には、触媒温度センサ７７は、たとえば、第２処理の開始時の排気を浄化するために活性化が必要となる領域と、そうでない領域との境付近の触媒の温度を検出可能に設けられる。

ＥＣＵ１１は、触媒温度センサ７７の検出温度が閾温度Ｔｔｈを超えた場合、第２処理の開始時の排気を適切に浄化できる量の触媒を活性化できたと判定して、第１処理を終了し、第２処理を開始する。

上記のようにして、触媒温度センサ７７の検出温度に基づいて、第１処理と第２処理との実行を切り替える構成としても、実施の形態と同様の効果を奏することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ ハイブリッド車両、１１ 制御装置、１１ａ 記憶装置、１１ｂ ＣＰＵ、１１ｃ カウンタ、１３ エンジン、１４ 第１ＭＧ、１５ 第２ＭＧ、１６ 第１インバータ、１７ 第２インバータ、１８ 蓄電装置、２０ 遊星歯車機構、２１ 出力ギヤ、２２ 出力軸、２３，３０ ロータ軸、２４ 駆動輪、２５ カウンタシャフト、２６ ドリブンギヤ、２７，３１ ドライブギヤ、２８ デファレンシャルギヤ、２９ リングギヤ、３２，３３ ドライブシャフト、４０ エンジン本体、４０ａ，４０ｂ，４０ｃ，４０ｄ 気筒、４１ 吸気通路、４２ 排気通路、４３ 吸気バルブ、４４ 排気バルブ、４５ 点火プラグ、４６ インテークマニホールド、４７ ターボチャージャ、４８ コンプレッサ、４９ スロットルバルブ、５０ エアフローメータ、５１ インタークーラ、５２ エキゾーストマニホールド、５３ タービン、５４ バイパス通路、５５ ウェイストゲートバルブ、５６ 触媒コンバータ、５７ 後処理装置、５８ ＥＧＲ装置、５９ ＥＧＲ通路、６０ ＥＧＲ弁、６１ ＥＧＲクーラ、６６ 車速センサ、６７ アクセル開度センサ、６８ 第１ＭＧ回転速度センサ、６９ 第２ＭＧ回転速度センサ、７０ エンジン回転速度センサ、７１ タービン回転速度センサ、７２ 過給圧センサ、７３ バッテリ監視ユニット、７４ 排気温度センサ、７５ タービン温度センサ、７６ クーラント温度センサ、７７ 触媒温度センサ、８１ ＰＣＵ、８３ コンバータ、Ｃ キャリヤ、Ｐ ピニオンギヤ、Ｒ リングギヤ、Ｓ サンギヤ。

Claims (4)

1. ターボチャージャを有する内燃機関と、
   前記ターボチャージャのタービンよりも下流の排気通路に設けられ、排気を浄化する触媒と、
   前記タービンよりも上流の前記排気通路から分岐し、前記タービンをバイパスして前記触媒よりも上流の前記排気通路に合流するバイパス通路と、
   前記バイパス通路を流れる排気の流量を調整可能に構成されたウェイストゲートバルブと、
   前記内燃機関の始動時に、前記触媒を暖機する暖機制御を実行するように構成された制御装置とを備え、
   前記暖機制御は、
   前記内燃機関をアイドル状態にしつつ、前記ウェイストゲートバルブを第１開度以上に制御する第１処理と、
   前記第１処理の実行後に、前記タービンを回転させることが可能な流量の排気を排出することができる所定の回転速度まで前記内燃機関の回転速度を上昇させるとともに、前記ウェイストゲートバルブを前記第１開度よりも小さい第２開度以下に制御して前記タービンを回転させる第２処理とを含む、ハイブリッド車両。
2. 前記ハイブリッド車両は、回転電機と、前記内燃機関と前記回転電機と出力軸とが接続される遊星歯車機構とをさらに含み、
   前記第２処理において、前記制御装置は、前記回転電機を制御することにより前記内燃機関の回転速度を上昇させる、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記第１処理が所定時間実行された後に前記第２処理が実行され、
   前記所定時間は、前記第１処理によって前記触媒に投入される熱量に基づいて設定される、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記ハイブリッド車両は、前記触媒における上流側の温度を検出するように構成された温度センサをさらに備え、
   前記第１処理の実行時において、前記制御装置は、前記温度センサの検出値が閾温度を超えた場合に、前記第２処理を実行する、請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両。

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