(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載される内燃機関と、該内燃機関により駆動される駆動軸と、該駆動軸の駆動を補助する電動機と、前記内燃機関の運転を制御する制御手段とを有する車両において、
前記制御手段は、前記内燃機関の理論空燃比での運転中に前記電動機による駆動補助が行われているか否かを判定し、該電動機による駆動補助が行われているときの前記内燃機関の負荷に基づいてリーン運転が可能になったかどうかを判定し、前記電動機による駆動補助が行われることによって前記内燃機関の負荷が低減しておりリーン運転が可能と判定されたとき前記内燃機関の空燃比をリーンに制御することを特徴とする車両用内燃機関の制御装置。
【請求項２】
前記車両は、排気系にリーンNOx触媒を備え、前記制御手段は、該リーンNOx触媒が活性状態にあるとき空燃比をリーンに制御することを特徴とする請求項1に記載の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、原動機として内燃機関および電動機を備えたハイブリッド車両の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
原動機として内燃機関（以下エンジンという）および電動機（以下モータという）を備えたハイブリッド車両は従来より知られており、そのような車両にための制御装置として、特開平５−２２９３５１号公報に記載されるもの、特開平９−２８００８５号公報に記載されるものなどがある。
【０００３】
これらの装置では、車両の走行条件に応じてエンジンの効率が最大となる最適トルクを決定するとともにエンジンの実際の駆動トルクを検出し、最適トルクおよび実トルクに基づいて要求トルクを決定し、この要求トルクに基づいて加速時など適時にモータによる駆動補助が行われる。
【０００４】
特開平９−２８００８５号公報では、ハイブリッド車両においてリーン空燃比での運転を行うことが提案されており、リーン空燃比での運転が許可されているとき、モータによる駆動補助（アシスト）が行われているかどうかを判別し、アシストが行われているときは、アシスト量に応じてリーン空燃比を設定することが記載されている。
【０００５】
ところでエンジンをリーン空燃比で運転すると排気ガスの浄化、特にＮＯxの浄化に問題を生じることが知られており、この問題に対応する触媒としてリーンＮＯx触媒が注目されている。リーンＮＯｘ触媒としては、リーン下でＨＣを還元剤としてＮＯxを浄化する直接分解方式のもの、およびリーン空燃比においてＮＯxを吸蔵し、リッチで吸蔵したＮＯxを還元する吸蔵還元方式のものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
特開平９−２８００８５号公報に記載される制御方法では、先ずリーン運転が可能かどうかが判別され、リーン運転が許されているとき、モータによる駆動補助がなされているかどうかを判別し、駆動補助の有無に応じてリーンの程度を変えている。そして、リーン運転が許されていないときは、理論空燃比での運転がなされる。
【０００７】
このような制御手法によると、エンジン側でストイキ運転をするかリーン運転をするかの判断がされて、リーン運転に入った場合のみモータによる駆動補助を目標空燃比に反映している。この手法は、通常のストイキ運転中にモータによる駆動補助が始まり、エンジンの負荷が低減してもストイキ運転が継続されるという欠点を含んでいる。
【０００８】
また、従来のハイブリッドエンジンのリーン運転制御は、リーンＮＯx触媒を使用する際の触媒の活性領域、すなわちリーンＮＯx触媒がＮＯx浄化性能を発揮することができる触媒の温度範囲、に対する配慮が十分でなく、触媒が活性領域にないときにリーン運転を行い、排気ガスの十分な浄化がなされなくなる可能性を含んでいる。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上に述べた課題は、次のような構成をとることにより解決することができる。
すなわち、請求項１に記載の発明は、車両に搭載される内燃機関と、該内燃機関により駆動される駆動軸と、該駆動軸の駆動を補助する電動機と、前記内燃機関の運転を制御する制御手段とを有する車両において、前記制御手段は、理論空燃比での運転中に前記電動機による駆動補助が開始することに応答して、該駆動補助によって前記内燃機関の負荷が低減することによりリーン運転が可能になったかどうか決定し、該決定に応じて前記内燃機関の空燃比をリーンに制御することを特徴とする。
【００１０】
この発明によると、理論空燃比での運転中にモータによる駆動補助が開始されると、駆動補助によってリーン運転が可能になったかどうかが決定され、駆動補助によって低減した内燃機関の負荷に応じてリーン運転が開始されるので、燃費を向上させることができる。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の制御装置において、排気系にリーンＮＯx触媒を備え、該リーンＮＯx触媒が活性状態にあるとき空燃比をリーンに制御することを特徴とする。この発明によると、リーンＮＯxが活性状態にあるときに空燃比がリーンに制御されるから、リーン運転固有のＮＯx排出を低減することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施の一形態のハイブリッド車両の駆動系およびその制御装置の構成を模式的に示す図であり、エンジン1によって駆動される駆動軸2は、トランスミッション機構4を介して駆動輪5を駆動できるように構成されている。モータ3は、駆動軸2を直接回転駆動できるようになっており、また駆動軸2の回転による運動エネルギを電気エネルギに変換して出力する回生機能を有する。モータ3は、パワードライブユニット(以下「PDU」という)13を介してバッテリ14と接続されており、PDU13を介して駆動、回生の制御が行われる。
【００１３】
エンジン電子コントロールユニット(以下「エンジンＥＣＵ」という)11は、この発明の制御手段に対応する装置で、エンジン１の運転を制御する。モータ電子コントロールユニット(以下「モータＥＣＵ」という)12は、エンジン１の負荷状態およびバッテリ１４の充電状態に応じてモータ３の運転を制御する。この制御の詳細は、本願の出願人による特許出願に係る前掲の特開平９−２８００８５号公報に記載されている。
【００１４】
バッテリ電子コントロールユニット(以下「バッテリＥＣＵ」という)15は、バッテリ14の積算放電量（DISCH）および積算充電量（CHG）を監視し、これらに基づいてバッテリ１４を使用して（放電して）よいかどうかを判定し、また、モータ３の回生機能を用いてバッテリ１４を充電すべきときを判定する。このようにバッテリＥＣＵ１５は、バッテリ１４の充放電を制御する。
【００１５】
トランスミッション電子コントロールユニット(「トランスミッションＥＣＵ」という)16は、車両の運転状況に応じてトランスミッションを制御する。これらのＥＣＵ１１、１２、１５、１６は、データバス21を介して相互に接続され、データや指令などの情報を相互に伝送する。図１に示す車両は、４つのＥＣＵを備えているが、これらのＥＣＵは、１つに統合して構成することもでき、あるいは２つまたは３つのＥＣＵとして構成することもできる。
【００１６】
図2は、エンジン1,エンジンＥＣＵ11およびその周辺装置の構成を示す図である。エンジン1の吸気管102にはスロットル弁103が配されている。スロットル弁103にはスロットル弁開度(θTH)センサ104が設けられており、このスロットル弁103の開度に応じた電気信号をエンジンＥＣＵ11に送る。
【００１７】
燃料噴射装置（インジェクタ）106がエンジン1の吸気マニホールドに各気筒ごとに設けられている。または、筒内直噴エンジンの場合、燃料噴射装置は、エンジン１の燃焼室内にノズルが位置するように配置される。燃料噴射装置106は燃料タンクから燃料を供給されており、エンジンＥＣＵ11からの信号により開弁時間および開弁時期が制御される。
【００１８】
スロットル弁103の下流のサージタンク10７には吸気圧力（ＰＢＡ）センサ108が設けられており、吸気圧力信号をエンジンＥＣＵ11に送る。エンジン回転数(NE)センサ111は、エンジン1のカム軸またはクランク軸に取り付けられ、エンジンの回転数を示すNE信号をエンジンＥＣＵ11に送る。
【００１９】
エンジン1の各気筒の点火ブラグ113は、エンジンＥＣＵ11により点火時期が制御される。エンジン1の排気管116には、排気ガス中のHC,CO,NOx等の浄化を行う三元触媒特性をも有するリーンＮＯx触媒115が装着されている。このリーンＮＯx触媒は、リーンの時でもＮＯｘを浄化する機能を持つものであれば前述した直接分解型、吸蔵還元型その他の型のいずれでもよい。排気マニホールドに全域空燃比(LAF)センサ117が設けられている。全域空燃比センサ117は、空燃比の全域にわたって排気ガス中の酸秦濃度にほぼ比例する電気信号を出力しエンジンＥＣＵ11に供給する。これにより、広い空燃比領域にわたって空燃比のフィードバック制御が行われる。
【００２０】
リーンＮＯx触媒115には、その温度を検出する触媒温度(TCAT)センサ118が設けられており、その検出信号がエンジンＥＣＵ11に供給される。また、車両の車速VCARを検出する車速センサ121およびアクセルペダルの踏み込み量(以下「アクセル開度」という)θAPを検出するアクセル開度センサ120からの検出信号がエンジンＥＣＵ11に送られる。
【００２１】
エンジンＥＣＵ11は、ディジタル・コンピュータで構成され、各種センサからの信号を受け取る入力ポート130、中央演算処理装置(以下「CPU」という)134、実行するプログラムおよびデータを格納するＲＯＭ（読み取り専用メモリ）132、および実行時の作業領域を提供し演算結果などを記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）133を備えている。エンジンＥＣＵ11は、出力ポート136から燃料噴射装置106、点火プラグ113などに駆動信号を送る。他のＥＣＵも基本的な構成は、エンジンＥＣＵ11と同様であり、コンピュータで構成されている。
【００２２】
図３は、エンジン１をリーン空燃比で運転する際の目標空燃比を示す空燃比マップで、エンジンＥＣＵは、回転数センサ111から得られるエンジンの回転数と吸気圧力センサ108から得られる吸気管圧力に基づいて、この空燃比マップから目標空燃比を求め、燃料噴射装置106の燃料噴射時間を制御する。エンジンＥＣＵ１１は、全域空燃比センサ117からの入力に基づいて排気ガスの空燃比を検出し、これに基づいて目標空燃比のフィードバック制御を行う。すなわち、検出された空燃比と目標空燃比との差に応じて、燃料噴射装置113の噴射時間を修正する。
【００２３】
図４は、モータ3、パワードライブユニット（PDU）13、バッテリ14,モータＥＣＵ12およびバッテリＥＣＵ15の接続状態を示す。モータ3には、その回転数を検出するモータ回転数センサ202が設けられており、その検出信号がモータＥＣＵ12に送られる。PDU13とモータ3との間にはモータ3から出力される電圧および電流を検出する電流電圧センサ201が設けられている。また、ＰＤＵ13にはその温度を検出する温度センサ203が設けられており、これらのセンサ201、203の検出信号はモータＥＣＵ12に送られる。
【００２４】
バッテリ14とPDU13とを接続する接続線には、バッテリ14の出力端子間の電圧、およびバッテリ14から出カされる又はバッテリ14へ供給される電流を検出する電圧電流センサ204が設けられており、その検出信号がバッテリＥＣＵ15に送られる。
【００２５】
図５は、この発明の実施形態における空燃比制御の流れを示すフローチャートである。この例では目標空燃比を設定するのに空燃比の逆数に比例する空燃比係数KCOMを用いる。KCOMは、理論空燃比のときにその値が1.0になる。便宜上、空燃比係数を用いるが、直接的に空燃比を用いて制御してもよい。ステップS171でリーン運転が許可されていることを示すリーンフラッグFLEANが「1」であるか否かを判別する。リーンフラグFLEANは、エンジンＥＣＵが空燃比マップ（図３）を参照して車両がリーン運転領域に入っている時、エンジンＥＣＵ11によって１にセットされる。
【００２６】
FLEAN=1の場合、モータ3による駆動補助が開始されるときにモータＥＣＵ12によって１にセットされるアシスト実行フラグFASSISTONを点検し(ステップS173)、FASSISTON=1であるときは、図６に示すチャートを参照してモータ出力に応じて目標空燃比係数KCOML2（＜1.O）を算出する(ステップS174)。KCOML2チャートはテーブルの型式でもよく、図６に示すように、モータ出力が増加するほど、空燃比がリーンとなるように設定されている。続くステップS175では目標空燃比係数KCOMをステップS174で算出したKCOML2値に設定する。
【００２７】
ステップS173でFASSISTON=1でなくモータによる駆動補助中でないときは、車両がアイドル運転中であることを示すアイドルフラグFIDLEが「1」か否かを判別し(ステップS176)、FIDLE=1でなくアイドル状態でないときは、エンジン回転数NEおよび吸気圧力PBAに応じて図３の空燃比マップからリーン目標空燃比係数KCOML1（＜1.O）を算出し(ステップS177)、目標空燃比係数KCOMをKCOML1値に設定する(ステップS178)。
【００２８】
FIDLE=1であってアイドル状態のときは、モータが回生状態にあることを示すアイドル回生フラグFIDLEREGが「1」か否かを判別し(ステップS179)、FIDLEREG=1でなく回生実行中でないときは、目標空燃比係数KCOMを予め定められたアイドリング中の目標空燃比係数KCOMIDLに設定する(ステップS182)。また、FIDLEREG=1であってアイドル回生実行中は、アイドル回生中のリーン運転用に予め定められた目標空燃比係数KCOMIDLREG（例えば空燃比A/F=22.0程度に柏当する値とする）を求め(ステップS180)、目標空燃比係数KCOMをKCOMIDLREG値に設定する(ステップS181)。
アイドル回生用リーン目標空燃比係数KCOMIDLREGは、回生量の関数として設定するようにしてもよい。
【００２９】
次にステップS171でFLEAN=1でないときの流れを説明する。従来の技術では、この場合、目標空燃比係数KCOMを1.Oに設定し、理論空燃比での運転が行われた。この発明の実施形態では、FLEAN=1でないときは、モータによるアシストが実行中であることを示すフラッグFASSISTONが１にセットされているか否かを判別し（ST01）、セットされていない（モータアシストが行われていない）ときは、理論空燃比での運転（ストイキ運転）を継続しつつ、ステップST01にループしてFASSISTONが１にセットされたかどうかを見る。こうして、FASSISTONがセットされるまでこの動作を続ける。すなわち、モータ3による駆動補助（アシスト）が開始され、モータＥＣＵ12によってFASSITONが１にセットされるのを監視する。
【００３０】
ここでは、ソフトウェアによってモータによる駆動補助の開始を監視するようにしているが、モータによる駆動補助が開始されるときモータＥＣＵ12がアシスト開始信号をエンジンＥＣＵ11に送り、この信号に応答してエンジンＥＣＵ11がステップST03からのプロセスを実行してもよい。
【００３１】
ステップST01でFASSISTON=1でアシストが実行中であることが示されると、リーンバーン運転可能領域にあるかどうかがサブルーチンST03で判断される。すなわち、リーン空燃比での運転が許可されていなかった（FLEAN=1でない）ときでも、モータアシスト（FASSITON=1で示される）によりエンジンの負荷が低減されてリーン空燃比での運転が可能になることがあるので、これをステップST03で判断する。
【００３２】
モータによる駆動補助が行われると、エンジンの負荷が軽減される。図３の空燃比マップを参照すると、エンジンの回転数NEおよび吸気管圧力によって、目標空燃比が求められる。したがって、たとえば、吸気管圧力400mmHg、理論空燃比14.7の目標空燃比近傍で運転しているときにモータ3による駆動補助が開始すると、エンジンの負荷が低減し、例えば図３で空燃比20近傍になると、空燃比20でのリーン運転が可能になる。このようにステップST03では、エンジンＥＣＵ11が空燃比マップを参照してリーン運転が可能かどうかを決定する。
【００３３】
ステップST03でリーン運転が不可とされると、プロセスはステップST01にループする。ステップST03でリーン運転が可能と判定されると、ステップST04に進み、図２に示した温度センサ118で検出されるリーンＮＯx触媒の温度を読み取り（ST04）、この温度が300℃超500℃未満の範囲にあるかどうかが判定される（ST05）。この温度範囲は、リーンＮＯx触媒がＮＯxの浄化性能を発揮することができる活性領域である。触媒の温度がこの温度範囲にあればステップST06に進み、目標空燃比係数がセットされる（ST07）。ここでの目標空燃比係数は、前述したステップS174と同様に図６のチャートを参照してアシスト量に応じた空燃比係数KCOML2を算出する。または、図３の空燃比マップから得られる空燃比に相当する係数を使ってもよい。
【００３４】
触媒の温度が上記の温度範囲にないときには、プロセスは、ステップST03にループし、触媒の温度が上記の温度範囲内になるのを待つ。
【００３５】
この実施の形態では、リーン運転中の目標空燃比係数KCOML2はアシスト量に応じて設定されるので、アシストによるサージ抑制効果を加味したリーン目標空燃比の設定が可能となり、リーン限界を高めることができ、よりリーン側での運転が可能となる。
【００３６】
以上にこの発明の実施の形態を図面を参照して説明したが、この発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。
【００３７】
【発明の効果】
請求項１の発明によると、理論空燃比での運転中にモータによる駆動補助が開始されると、駆動補助によってリーン運転が可能になったかどうかが判定され、駆動補助によって低減した内燃機関の負荷に応じてリーン運転が開始されるので、燃費を向上させることができる。
【００３８】
また、請求項２の発明によると、リーンＮＯxが活性状態にあるときに空燃比がリーンに制御されるから、リーン運転固有のＮＯx排出を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態のハイブリッド車両の全体的な構成を示すブロック図。
【図２】エンジンＥＣＵとエンジン周辺との関係を示すブロック図。
【図３】エンジンの空燃比マップの一例を示す図。
【図４】モータとモータＥＣＵとの接続関係を示すブロック図。
【図５】この発明の一実施形態における目標空燃比を求める流れ図。
【図６】モータによる駆動補助があるときモータ出力から目標空燃比係数を求めるためのチャート図。
【符号の説明】
１            エンジン（内燃機関）
２            駆動軸
３            モータ（電動機）
１１          エンジンＥＣＵ（制御手段）
１１５        リーンＮＯx触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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