(57)【要約】【課題】この発明は、ハイブリッド車両に関し、排気浄化触媒の暖機中においても低エミッションを実現することを目的とする。【解決手段】ハイブリッド車両１は、ガソリンと水素との双方を燃料として運転可能な内燃機関２と、モータ４とを備える。排気浄化触媒１５の温度を上昇させる必要のある場合には、内燃機関２を、水素のみを燃料とし、空気過剰率λ＞１で運転する触媒暖機水素リーン運転を行うとともに、点火時期を遅角して排気温度を高めて、排気浄化触媒１５の暖機を促進する。この触媒暖機水素リーン運転時には、要求走行出力に対する内燃機関２の出力の不足を補うように、バッテリ２０に蓄えられた電力をモータ４に供給してモータ４を作動させ、車両１の走行をアシストする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を燃料として運転可能な内燃機関と、他の動力源とを備えるハイブリッド車両であって、
前記内燃機関に水素を供給する水素供給手段と、
前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
要求走行出力を算出する要求走行出力算出手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、水素のみを燃料とし、空気過剰率λ＞１で前記内燃機関を運転する触媒暖機水素リーン運転を行う触媒暖機水素リーン運転手段と、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記要求走行出力に対する前記内燃機関の出力の不足を補うように前記他の動力源を作動させるアシスト手段と、
を備えることを特徴とするハイブリッド車両。
【請求項２】
前記触媒暖機水素リーン運転時の空気過剰率λは、前記内燃機関からＮＯｘがほとんど排出されないような値であることを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両。
【請求項３】
前記内燃機関は、液体燃料での運転も可能なものであり、
前記内燃機関に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、前記内燃機関に対し液体燃料を供給せずに水素のみを供給するように前記液体燃料供給手段および前記水素供給手段を作動させる燃料供給切換手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１または２記載のハイブリッド車両。
【請求項４】
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記内燃機関の点火時期を通常時に比して遅角する点火遅角手段を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のハイブリッド車両。
【請求項５】
前記排気浄化触媒を加熱可能な電気ヒータと、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記電気ヒータに通電することによって前記排気浄化触媒を加熱する触媒暖機補助手段と、
を更に備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載のハイブリッド車両。
【請求項６】
前記内燃機関の動力によって発電可能な発電機を更に備え、
前記触媒暖機補助手段は、前記発電機で発電された電力を前記電気ヒータに通電することを特徴とする請求項５記載のハイブリッド車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を燃料として運転可能な内燃機関と、他の動力源とを備えたハイブリッド車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化触媒は、活性温度（例えば３００℃程度）以上の温度にならないと、高い浄化率を得ることができない。このため、今以上に低エミッション化を図るには、内燃機関の始動直後など、触媒が暖まっていない場合に、なるべく早期に触媒を暖機することが重要である。触媒を迅速に暖機するには、点火時期を遅角することによって排気温度を高くすることが有効である。また、低エミッション化のためには、触媒暖機中の内燃機関からのＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘの排出量自体をなるべく少なくすることも重要である。
【０００３】
特開平２００５−４８６３１号公報には、機関始動時に点火時期を遅角して排気昇温を行う内燃機関において、排気昇温時に、主燃料に加えて水素を添加する手段を備えた内燃機関の触媒昇温装置が開示されている。
【０００４】
一般に、点火時期を遅角するほど排気温度を高めることができるので、触媒をより早く暖機する上では、点火時期を大幅に遅角するのが望ましい。しかしながら、点火時期を大幅に遅角すると、燃焼が悪化するためにＨＣの排出量が増加するので、触媒暖機中に大気中に放出されるＨＣの総量が増大してしまうという問題がある。
【０００５】
このような問題に対し、上記公報に開示された触媒昇温装置によれば、燃焼促進効果を有する水素を補助燃料として添加することによって燃焼を改善することができるため、触媒暖機中に大幅な点火遅角を行っても、ＨＣの排出量を低く抑えることができる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−４８６３１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年では、地球環境を保全するため、内燃機関の更なる低エミッション化が求められている。このため、内燃機関の始動時などの触媒暖機時において、ＨＣだけでなく、ＮＯｘやＣＯについても、その排出量を更に低減することが望まれている。
【０００８】
この発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、排気浄化触媒の暖機中においても低エミッションを実現することのできるハイブリッド車両を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、水素を燃料として運転可能な内燃機関と、他の動力源とを備えるハイブリッド車両であって、
前記内燃機関に水素を供給する水素供給手段と、
前記内燃機関の排気通路に配置された排気浄化触媒と、
要求走行出力を算出する要求走行出力算出手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、水素のみを燃料とし、空気過剰率λ＞１で前記内燃機関を運転する触媒暖機水素リーン運転を行う触媒暖機水素リーン運転手段と、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記要求走行出力に対する前記内燃機関の出力の不足を補うように前記他の動力源を作動させるアシスト手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記触媒暖機水素リーン運転時の空気過剰率λは、前記内燃機関からＮＯｘがほとんど排出されないような値であることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記内燃機関は、液体燃料での運転も可能なものであり、
前記内燃機関に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
前記排気浄化触媒の温度を上昇させる必要のある場合に、前記内燃機関に対し液体燃料を供給せずに水素のみを供給するように前記液体燃料供給手段および前記水素供給手段を作動させる燃料供給切換手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記内燃機関の点火時期を通常時に比して遅角する点火遅角手段を更に備えることを特徴とする。
【００１３】
また、第５の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
前記排気浄化触媒を加熱可能な電気ヒータと、
前記触媒暖機水素リーン運転時に、前記電気ヒータに通電することによって前記排気浄化触媒を加熱する触媒暖機補助手段と、
を更に備えることを特徴とする。
【００１４】
また、第６の発明は、第５の発明において、
前記内燃機関の動力によって発電可能な発電機を更に備え、
前記触媒暖機補助手段は、前記発電機で発電された電力を前記電気ヒータに通電することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
第１の発明によれば、排気浄化触媒の暖機時に、水素のみを燃料とし、空気過剰率λ＞１で内燃機関を運転する触媒暖機水素リーン運転を行うことができる。これにより、内燃機関からのＨＣ、ＣＯの排出量をゼロとすることができるとともに、ＮＯｘの排出量も低く抑えることができる。よって、内燃機関の始動時や始動直後、あるいは軽負荷運転時などで、排気浄化触媒の温度が活性温度に達していない状態であっても、大気中に放出されるエミッションを低く抑えることができる。また、第１の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時、要求走行出力に対する内燃機関の出力不足を補うように他の動力源を作動させることで、車両の走行をアシストすることができる。このため、ドライバビリティを悪化させることなく、上記の低エミッション化を達成することができる。
【００１６】
第２の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時に、ＨＣ、ＣＯだけでなく、ＮＯｘについても内燃機関からほとんど排出されないようにすることができる。このため、更なる低エミッション化が図れる。
【００１７】
第３の発明によれば、内燃機関が液体燃料でも運転可能なものであるため、通常時は液体燃料を主として使用し、排気浄化触媒の暖機時に、内燃機関に水素のみを供給するように切り換えることができる。これにより、水素の消費量を少なくでき、車両への搭載が容易な液体燃料を主燃料とすることができるため、システムの簡素化や航続距離の延長が図れる。
【００１８】
第４の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時に、内燃機関の点火時期を遅角することにより、排気温度を高めることができる。このため、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。
【００１９】
第５の発明によれば、触媒暖機水素リーン運転時に、電気ヒータによって排気浄化触媒を加熱することができる。このため、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。
【００２０】
第６の発明によれば、電気ヒータによって排気浄化触媒を加熱する際、内燃機関の動力によって発電機を駆動して発電された電力を電気ヒータに通電することができる。このため、要求走行出力が小さくても、内燃機関の負荷をある程度大きくして、排気浄化触媒に流入する排気エネルギーを大きくすることができる。よって、要求走行出力が小さくても、電気ヒータによる加熱と相まって、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。つまり、停車時や低速走行時など、走行条件によらずに、排気浄化触媒を迅速に暖機することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
実施の形態１．
［システム構成の説明］
図１は、本発明の実施の形態１のハイブリッド車両を説明するための図である。図１に示すように、本実施形態のハイブリッド車両（以下、単に「車両」と称する）１は、内燃機関２と、３軸式の動力分配統合機構３と、モータ４と、ジェネレータ５とを有している。
【００２２】
動力分配統合機構３は、遊星歯車機構で構成されている。動力分配統合機構３のプラネタリーキャリアは、内燃機関２のクランクシャフトと連結されている。動力分配統合機構３のリングギアは、モータ４と連結されているとともに、駆動系６の入力側とも連結されている。動力分配統合機構３のサンギアはジェネレータ５と連結されている。
【００２３】
駆動系６の出力側は、車両１のフロントドライブシャフト７に連結されている。駆動系６により伝達された動力が、フロントドライブシャフト７を介して、駆動輪８を駆動する。本実施形態の車両１は、前輪を駆動輪８とする前輪駆動車であるが、本発明の車両は、後輪９を駆動輪とする後輪駆動車でもよく、また、総輪駆動車でもよい。
【００２４】
動力分配統合機構３は、内燃機関２の動力を二分して、ジェネレータ５と、駆動系６（駆動輪８）とに伝達することができる。また、動力分配統合機構３は、内燃機関２の動力とモータ４の動力とを統合して、駆動系６（駆動輪８）に伝達することができる。
【００２５】
内燃機関２は、ガソリン（液体燃料）および水素（水素ガス）の双方を燃料として運転可能とされている。内燃機関２には、ガソリンを噴射するガソリンインジェクタ１０と、水素ガスを噴射する水素インジェクタ１１とが備えられている。なお、内燃機関２の詳細については、後述する。
【００２６】
車両１には、ガソリンインジェクタ１０に供給するためのガソリンを貯蔵するガソリンタンク１２と、水素インジェクタ１１に供給するための水素ガスを貯蔵する水素タンク１３とが備えられている。
【００２７】
内燃機関２の排気通路１４の途中には、排出ガスを浄化する排気浄化触媒１５が配置されている。排気浄化触媒１５は、例えば、三元触媒、吸蔵還元型ＮＯｘ触媒、選択還元型ＮＯｘ触媒などで構成される。また、それらの機能を組み合わせたものであってもよい。
【００２８】
排気浄化触媒１５には、排気浄化触媒１５の温度を検出する触媒温度センサ１６が取り付けられている。また、排気浄化触媒１５より下流の排気通路１４には、マフラー１７が設置されている。なお、本実施形態では、触媒温度センサ１６によって排気浄化触媒１５の温度を直接に検出するものとするが、本発明では、排気浄化触媒１５の温度は、内燃機関２の運転状態等に基づいて公知の手法により推定するようにしてもよい。
【００２９】
モータ４およびジェネレータ５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いる。車両１では、ジェネレータ５で発電された電力を、インバータ１８および昇圧コンバータ１９を介して、バッテリ２０に充電することができる。また、バッテリ２０に蓄えられた電気エネルギーにより、昇圧コンバータ１９およびインバータ１８を介して、モータ４を駆動することができる。更に、車両１では、ジェネレータ５で発電された電力を、インバータ１８を介してモータ４に印加することによって、モータ４を駆動することもできる。なお、車両１では、バッテリ２０に代えて、キャパシタ等の他の蓄電手段を用いてもよい。
【００３０】
内燃機関２の近傍には、電動エアコンコンプレッサ等の補機２１が配置されている。補機２１は、バッテリ２０からインバータ１８を介して供給される電力によって駆動される。また、車両１には、車速を検出する車速センサ２２と、アクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ２３とが設けられている。
【００３１】
このような車両１には、上述したハイブリッドシステムを制御する制御装置としてのECU(Electronic Control Unit)３０が備えられている。ECU３０には、上述した各種のアクチュエータ、センサ、電力変換機器、バッテリ等が接続されている。
【００３２】
図２は、車両１に搭載された内燃機関２を更に説明するための図である。図２には、内燃機関２が備える複数の気筒のうちの一つのみが示されている。本実施形態の内燃機関２は、火花点火式の４サイクル機関である。内燃機関２の各気筒には、ピストン３１と、吸気弁３２と、排気弁３３と、点火プラグ３４とが設けられている。
【００３３】
各気筒の吸気ポート３５には、前述したガソリンインジェクタ１０および水素インジェクタ１１がそれぞれ配置されており、ガソリンおよび水素ガスを吸気ポート３５内に噴射可能になっている。なお、本発明では、ガソリンインジェクタ１０は、ガソリンを気筒内に直接に噴射可能に設置されていてもよい。また、水素インジェクタ１１も、水素ガスを気筒内に直接に噴射可能に設置されていてもよい。
【００３４】
ガソリンタンク１２内のガソリンは、燃料ポンプ３６により加圧され、レギュレータバルブ３７で調圧された上で、ガソリンインジェクタ１０に供給される。水素タンク１３内の圧縮水素ガスは、レギュレータバルブ３８で調圧された上で、水素インジェクタ１１に供給される。
【００３５】
なお、本実施形態では、内燃機関２の液体燃料としてガソリンを用いる場合について説明するが、本発明における内燃機関２の液体燃料は、ガソリンに限定されるものではなく、メタノール、エタノール、有機ハイドライド等の他の炭化水素燃料であってもよい。
【００３６】
また、本実施形態では、インジェクタ１１に供給するための水素ガスを気体のままで水素タンク１３に貯蔵する構成としているが、車両１における水素の貯蔵方法はこれに限定されるものではない。例えば、液体水素としてタンクに貯蔵したり、水素吸蔵合金に吸蔵させた状態で貯蔵したりしてもよい。また、シクロヘキサン、デカリン等の有機ハイドライド燃料を触媒によって脱水素反応させたり、水を電気分解したりすることによって、車両１上で水素を生成するようにしてもよい。
【００３７】
また、本実施形態の内燃機関２は、吸気弁３２の開弁特性（開閉時期、作用角等）を可変とする吸気可変動弁機構３９と、排気弁３３の開弁特性を可変とする排気可変動弁機構４０とを備えている。
【００３８】
更に、本実施形態の内燃機関２は、ターボ過給機４１を備えている。ターボ過給機４１の排気タービンには、内燃機関２の排気通路１４が接続されており、排出ガスのエネルギーによってターボ過給機１４が作動する。
【００３９】
ターボ過給機４１の吸気圧縮機には、内燃機関２の吸気通路４２が接続されている。ターボ過給機４１の吸気圧縮機で圧縮されて温度上昇した吸入空気は、インタークーラ４３で冷却された後、吸気マニホールド（図示せず）により各気筒の吸気ポート３５に分配される。
【００４０】
インタークーラ４３の下流の吸気通路４２には、吸入空気量を調整するためのスロットル弁４４が設置されている。スロットル弁４４は、ECU３０の制御に基づき、スロットルモータ（図示せず）により駆動される電子制御式スロットルである。また、ターボ過給機４１より上流側の吸気通路４２には、吸入空気量を検出するエアフロメータ４５が設置されている。なお、本発明では、内燃機関２は、過給機を備えない自然吸気エンジンであってもよい。
【００４１】
内燃機関２に備えられた上述の各種のアクチュエータ類およびセンサ類は、ECU３０に接続されており、内燃機関２の運転条件はECU３０により制御される。
【００４２】
このような内燃機関２は、通常時は、ガソリンインジェクタ１０から供給されるガソリンを主燃料とし、必要に応じて、水素インジェクタ１１から供給される水素を補助燃料として用いることにより、運転される。
【００４３】
また、内燃機関２は、空気過剰率（以下、単に「λ」と称することもある）を１とする理論空燃比運転や、λ＜１とするリッチ空燃比運転のほかに、λ＞１とするリーン空燃比運転が可能になっている。一般に、空燃比がリーンになるほど、燃焼が不安定化し易い。これに対し、内燃機関２では、燃焼速度の速い水素を補助燃料として添加することにより、燃焼を促進・改善することができる。このため、希薄空燃比であっても、安定して燃焼させることができる。よって、内燃機関２では、水素を補助燃料として添加することにより、可燃範囲を希薄側に拡大させることができ、ガソリンのみの場合よりも更に希薄な空燃比での運転を行うことができる。
【００４４】
［実施の形態１の特徴］
本実施形態の内燃機関２は、ガソリンを主燃料とする運転のほかに、ガソリンを使用せずに、水素インジェクタ１１から供給される水素のみを燃料として用いて運転することもできる。
【００４５】
図３は、内燃機関２からのＮＯｘの排出量と、空気過剰率λとの関係を示す図である。同図中の実線は内燃機関２を水素のみを燃料として運転した場合のグラフであり、破線はガソリンのみを燃料として運転した場合のグラフである。同図に示すように、内燃機関２を水素のみを燃料として運転した場合には、λが大きくなるほどＮＯｘ排出量が少なくなる。具体的には、λ＝２程度でＮＯｘ排出量が極めて少なくなり、λ≧２．４ではＮＯｘ排出量をほぼゼロとすることができる。
【００４６】
図４は、内燃機関２に生ずるトルク変動の大きさと、空気過剰率λとの関係を示す図である。同図中の実線は内燃機関２を水素のみを燃料として運転した場合のグラフであり、破線はガソリンのみを燃料として運転した場合のグラフである。同図に示すように、ガソリンのみを燃料とする場合には、一般に、λ≧２程度になると燃焼変動に起因するトルク変動が許容値を超えてしまうため、λ≧２での運転は実際上は困難である。これに対し、水素は可燃範囲が広く、希薄化しても燃焼変動が小さいので、トルク変動を小さく抑えることができる。つまり、水素のみを燃料とする場合には、λ≧２の範囲での運転も十分に実現可能であり、λ＝４程度まで運転可能である。
【００４７】
このように、水素のみを燃料とし、空気過剰率λがある程度大きい範囲で内燃機関２を運転すれば、内燃機関２からＮＯｘがほとんど排出されないようにすることができる。そこで、本実施形態では、内燃機関２の始動直後や軽負荷走行時などのように、排気浄化触媒１５の温度が活性温度未満である場合には、水素のみを燃料とするとともに、ＮＯｘがほとんど排出されないような空気過剰率λで内燃機関２を運転して、排気浄化触媒１５を暖機するとした。このような運転を以下「触媒暖機水素リーン運転」と称する。
【００４８】
触媒暖機水素リーン運転時は、水素のみが燃料とされるので、燃料中に炭素原子が含まれない。このため、ＨＣやＣＯの排出量をゼロとすることもできる。つまり、車両１では、大気中にＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの何れをもほとんど放出することなしに、排気浄化触媒１５を活性温度以上に暖機することができる。このため、車両１によれば、内燃機関２の始動時および始動直後や、軽負荷走行時などにおけるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの排出量を大幅に低減することができ、低エミッション化が図れる。
【００４９】
また、本実施形態では、触媒暖機水素リーン運転時に、点火時期を通常運転時よりも遅角することとした。これにより、排気温度を高めることができ、排気浄化触媒１５の暖機を促進することができる。
【００５０】
触媒暖機水素リーン運転時は、上述したように空気過剰率λが大きくされる。気筒内に吸入できる空気量には限界があるため、空気過剰率λを大きくするには、気筒内に供給する燃料量（水素量）を少なくする必要がある。このため、触媒暖機水素リーン運転時に発生可能な出力は、通常運転時よりも小さくなる。
【００５１】
また、点火時期を遅角するほど排気温度を高めることができるので、排気浄化触媒１５の暖機を促進する上では、点火遅角量をなるべく大きくするのが望ましい。しかしながら、点火遅角量を大きくするほど、筒内の燃焼ガスがピストン３１に対してする仕事量が少なくなって機関出力が小さくなるとともに、燃焼も悪化する。
【００５２】
このようなことから、触媒暖機水素リーン運転時は、内燃機関２で発生可能な出力が小さくなり易いため、車両１の要求走行出力に対して、内燃機関２の出力が不足する事態が生じ易い。そこで、本実施形態では、内燃機関２が触媒暖機水素リーン運転を行っているときには、バッテリ２０に蓄えられた電気エネルギーをモータ４を介して出力することにより、そのような不足を補うこととした。これにより、車両１では、ドライバビリティの悪化を招くことなく、上述したような低エミッション化を達成することができる。
【００５３】
また、触媒暖機水素リーン運転時は、モータ４によるアシストを期待できるため、内燃機関２の出力の低下を心配することなく、点火時期を大幅に遅角することができる。このため、排気温度をより高くすることができ、排気浄化触媒１５を迅速に暖機することができる。
【００５４】
［実施の形態１における具体的処理］
図５は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU３０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、本ルーチンは、所定時間毎に繰り返し実行されるものとする。
【００５５】
図５に示すルーチンによれば、まず、車両１の運転者からの要求走行出力が、アクセル開度と車速とに基づいて算出される（ステップ１００）。次いで、その要求走行出力に基づいて、内燃機関２に要求される出力が算出される（ステップ１０２）。このステップ１０２では、バッテリ２０の充電状態（ＳＯＣ）に基づいて、バッテリ２０の充電要求の有無も判断され、充電要求のある場合には、ジェネレータ５を駆動するための出力も含めて、内燃機関２の要求出力が算出される。
【００５６】
続いて、上記ステップ１０２で算出された要求出力を発生するために必要となる機関回転数および負荷が算出される。そして、その機関回転数および負荷に応じて、予め記憶されたマップに基づき、内燃機関２への要求供給熱量（燃料噴射量）、空気過剰率λ、水素添加割合、点火時期等の運転条件が求められる（ステップ１０４）。
【００５７】
上記ステップ１０４で決定された内燃機関２の運転条件は、排気浄化触媒１５が既に暖機されている場合、つまり、ガソリンを使用した通常運転が可能である場合に適用される運転条件である。そこで、上記ステップ１０４の処理に続いて、排気浄化触媒１５が暖機済みであるかどうかを判断するべく、排気浄化触媒１５の温度が第１所定値以下であるか否かが判別される（ステップ１０６）。第１所定値は、排気浄化触媒１５が十分な浄化性能を発揮できるような触媒活性温度に基づいて設定されており、例えば３００℃程度とされる。
【００５８】
上記ステップ１０６で、排気浄化触媒１５の温度が第１所定値以下であった場合には、排気浄化触媒１５の温度が触媒活性温度に達しておらず、排気浄化触媒１５の暖機（昇温）が必要であると判断できる。そこで、この場合には、触媒暖機水素リーン運転が、点火時期の遅角を伴って実行される（ステップ１０８）。具体的には、ガソリンインジェクタ１０からのガソリンの噴射が停止され、水素のみが水素インジェクタ１１から噴射されるとともに、ＮＯｘがほとんど排出されなくなるような空気過剰率λとなるように、スロットル弁４４の開度と水素インジェクタ１１からの水素噴射量とが制御される。更に、排気浄化触媒１５を速やかに昇温させることのできる排気温度が得られるように、点火時期が十分に遅角される。
【００５９】
なお、上記ステップ１０８における「ＮＯｘがほとんど排出されなくなるような空気過剰率λ」とは、図３に示すようなＮＯｘ排出特性の内燃機関２の場合には、好ましくはλ≧２、より好ましくはλ≧２．４程度である。ただし、λ＜２であってもよい。また、ＮＯｘ排出特性は内燃機関２の機種によっても異なるため、触媒暖機水素リーン運転時のλの値は上記の値に限定されるものではない。
【００６０】
上記ステップ１０８の処理に続いて、要求走行出力に対する、内燃機関２の出力の不足量が算出される（ステップ１１０）。具体的には、まず、現在実行されている触媒暖機水素リーン運転における空気過剰率λ、水素噴射量、点火時期等の値に基づき、予め記憶されたマップに従って、現在の内燃機関２の出力が算出される。そして、上記ステップ１００で算出された要求走行出力から、現在の機関出力を差し引いた値が、出力不足量として算出される。
【００６１】
そして、上記ステップ１１０での算出結果に基づき、内燃機関２の出力が不足している場合には、モータ４による走行出力アシスト制御が実行される（ステップ１１２）。具体的には、上記ステップ１１０で算出された出力不足量に相当する分の電気エネルギーがバッテリ２０から昇圧コンバータ１９およびインバータ１８を介してモータ４に供給され、モータ４が駆動されて車両１の走行をアシストする。
【００６２】
上記走行出力アシスト制御が実行された場合、あるいは、上記ステップ１０６で排気浄化触媒１５の温度が第１所定値を超えていると判別された場合には、次に、排気浄化触媒１５の温度が第２所定値以上であるか否かが判別される（ステップ１１４）。第２所定値は、第１所定値より高い温度に設定されており、例えば３５０℃程度とされる。
【００６３】
上記ステップ１１４において、排気浄化触媒１５の温度が第２所定値以上であると判別された場合には、排気浄化触媒１５の温度は十分に高く、暖機が完了していると判断できる。そこで、この場合には、内燃機関２は通常運転に移行され、上記ステップ１０４で定められた運転条件で運転される（ステップ１１６）。
【００６４】
一方、上記ステップ１１４において、排気浄化触媒１５の温度が第２所定値未満であると判別された場合には、排気浄化触媒１５は活性温度以上にはなっているものの、暖機は不十分であり、もうしばらく暖機を継続した方がよいと判断できる。そこで、この場合には、上記ステップ１０８以下の処理が再度行われ、内燃機関２の触媒暖機水素リーン運転、および、モータ４による走行出力アシスト制御が継続される。
【００６５】
排気浄化触媒１５の暖機が完了し、内燃機関２が通常運転に移行した後は、通常の走行出力アシスト制御が実行される（ステップ１１８）。ここでの走行出力アシスト制御としては、例えば、車両１の加速時にモータ４によるアシストを加える制御や、低速走行時や降坂時などの機関効率の悪い運転領域の場合に内燃機関２を停止してモータ４によって走行する制御などが行われる。
【００６６】
以上説明した図５に示すルーチンの処理によれば、排気浄化触媒１５の暖機が必要な場合には、水素のみを燃料とし、ＮＯｘがほとんど排出されない空気過剰率λで内燃機関２を運転する触媒暖機水素リーン運転を行うことができる。このため、排気浄化触媒１５が暖機されるまでの間においても、大気中にＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯをほとんど放出しないようにすることができる。よって、内燃機関２の始動時および始動直後や、軽負荷走行時などにおけるＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯの排出量を大幅に低減することができ、低エミッション化が図れる。
【００６７】
また、図５に示すルーチンの処理によれば、点火時期の遅角を伴って触媒暖機水素リーン運転を行う。このため、排気温度を高くすることができ、排気浄化触媒１５を迅速に暖機することができる。また、触媒暖機水素リーン運転時は、モータ４による走行出力アシスト制御を行うため、内燃機関２の出力が小さくなっても、要求走行出力を満足させることができる。このため、ドライバビリティを悪化させることなく、排気浄化触媒１５を暖機することができる。
【００６８】
また、触媒暖機水素リーン運転時は、空気過剰率λが大きくされるので、内燃機関２を熱効率の高い領域で運転することができる。このため、排気浄化触媒１５の暖機中の燃料消費量（水素消費量）を節約することもできる。
【００６９】
なお、上述した実施の形態１では、内燃機関２が液体燃料で運転する場合にも火花点火運転を行うものとして説明したが、本発明では、内燃機関２は、軽油等を液体燃料として使用し、液体燃料で運転する場合に圧縮着火運転を行うものであってもよい。
【００７０】
また、上述した実施の形態１では、内燃機関２が水素と液体燃料との両方で運転可能なものであり、排気浄化触媒１５の暖機時のみ水素だけを燃料として運転するものとして説明したが、本発明のハイブリッド車両は、内燃機関２を常に水素のみで運転するものであってもよい。
【００７１】
また、上述した実施の形態１では、内燃機関２以外の動力源として電動機（モータ４）を備えたハイブリッド車両を例に説明したが、本発明におけるハイブリッド車両は、電気式ハイブリッドに限定されるものではなく、例えば蓄圧式ハイブリッドなどの機械式ハイブリッドであってもよい。
【００７２】
また、上述した実施の形態１では、通常運転時にもモータ４による走行出力アシスト制御を行うものとしているが、本発明では、排気浄化触媒１５の暖機中のみ走行出力アシスト制御を行い、通常運転時には内燃機関２の出力のみで走行するようにしてもよい。
【００７３】
また、上述した実施の形態１においては、モータ４が前記第１の発明における「他の動力源」に、水素インジェクタ１１および水素タンク１３が前記第１の発明における「水素供給手段」に、それぞれ相当している。また、ECU３０が、上記ステップ１００の処理を実行することにより前記第１の発明における「要求走行出力算出手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第１の発明における「触媒暖機水素リーン運転手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより前記第１の発明における「アシスト手段」が、それぞれ実現されている。
【００７４】
また、上述した実施の形態１においては、ガソリンインジェクタ１０およびガソリンタンク１２が前記第３の発明における「液体燃料供給手段」に相当している。また、ECU３０が、触媒暖機水素リーン運転時にガソリンの供給を停止して水素のみを供給することにより前記第３の発明における「燃料供給切換手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより前記第４の発明における「点火遅角手段」が、それぞれ実現されている。
【００７５】
実施の形態２．
次に、図６および図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を省略または簡略する。
【００７６】
［システム構成の説明］
図６は、本発明の実施の形態２のハイブリッド車両を説明するための図である。なお、図６において、図１に示す構成要素と同様の構成要素には、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図６に示すように、実施の形態２の車両１には、排気浄化触媒１５を加熱可能な電気ヒータ４８が設けられている。電気ヒータ４８には、ジェネレータ５で発電された電気を、インバータ１８を介して通電可能になっている。
【００７７】
［実施の形態２の特徴］
本実施形態では、排気浄化触媒１５の暖機時に触媒暖機水素リーン運転を行うとき、内燃機関２の動力の一部をジェネレータ５に振り分けて発電を行い、その発電された電気を電気ヒータ４８に通電することとした。これにより、排気浄化触媒１５を排出ガスと電気ヒータ４８との双方で加熱することができるので、排気浄化触媒１５をより迅速に暖機することができる。
【００７８】
［実施の形態２における具体的処理］
図７は、上記の機能を実現するために本実施形態においてECU３０が実行するルーチンのフローチャートである。なお、図７において、図５に示すステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略または簡略する。図７に示すルーチンによれば、ステップ１００〜１０６は、上記実施の形態１と同様の処理が行われる。
【００７９】
そして、上記ステップ１０６で、排気浄化触媒１５の温度が第１所定値以下であると判別された場合には、水素のみを燃料とし、ＮＯｘがほとんど排出されなくなるような空気過剰率λとする触媒暖機水素リーン運転が実行される（ステップ１２０）。本実施形態の触媒暖機水素リーン運転では、点火遅角は行わないものとするが、実施の形態１と同様に点火遅角を行うようにしてもよい。
【００８０】
触媒暖機水素リーン運転が開始されたら、次に、内燃機関１の動力の一部によってジェネレータ５を駆動して発電を行い、その発電された電気がインバータ１８を介して電気ヒータ４８に通電される（ステップ１２２）。これにより、電気ヒータ４８によって排気浄化触媒１５が加熱され、排気浄化触媒１５の暖機を促進することができる。
【００８１】
上記ステップ１２２の処理に続いて、内燃機関２の出力の不足量が算出される（ステップ１２４）。ここでは、まず、現在の機関出力と、ジェネレータ５で消費される動力とが算出される。そして、上記ステップ１００で算出された要求走行出力から、現在の機関出力とジェネレータ５での消費動力とを差し引いた値が、出力不足量として算出される。
【００８２】
次いで、上記ステップ１２４での算出結果に基づき、内燃機関２の出力が不足している場合には、モータ４による走行出力アシスト制御が実行される（ステップ１２６）。具体的には、上記ステップ１２４で算出された出力不足量に相当する分の電気エネルギーがバッテリ２０から昇圧コンバータ１９およびインバータ１８を介してモータ４に供給され、モータ４が駆動されて車両１の走行をアシストする。
【００８３】
図７に示すルーチンは、上記の点以外は、前述した図５に示すルーチンと同様であるので、ここではこれ以上の説明を省略する。
【００８４】
本実施形態では、図７に示すルーチンの処理を行うことにより、前述した実施の形態１と同様の効果が得られる。つまり、排気浄化触媒１５の暖気中も、大気中にＮＯｘ、ＨＣ、ＣＯをほとんど放出しないようにすることができ、低エミッション化が図れる。また、本実施形態によれば、電気ヒータ４８によって排気浄化触媒１５を加熱するので、排気浄化触媒１５をより迅速に暖機することができる。また、触媒暖機水素リーン運転時は、モータ４による走行出力アシスト制御を行うため、内燃機関２の出力が小さくなったり、ジェネレータ５で動力が消費されたりしても、要求走行出力を満足させることができる。このため、ドライバビリティを悪化させることなく、低エミッションでの排気浄化触媒１５の暖機を達成することができる。
【００８５】
更に、本実施形態では、排気浄化触媒１５の暖機時に、内燃機関２の動力で発電を行うので、要求走行出力が小さくても、内燃機関２の負荷をある程度大きくして、排気浄化触媒１５に流入する排気エネルギーを大きくすることができる。このため、要求走行出力が小さくても、電気ヒータ４８による加熱と相まって、排気浄化触媒１５を迅速に暖機することができる。よって、車両１の停車時や低速走行時など、車両１の走行条件によらずに、排気浄化触媒１５を迅速に暖機することができる。
【００８６】
なお、上述した実施の形態２では、内燃機関２の動力によって発電した電気を電気ヒータ４８に通電するようにしているが、バッテリ２０から電気ヒータ４８に通電するようにしてもよい。
【００８７】
なお、上述した実施の形態２においては、ジェネレータ５が前記第５の発明における「発電機」に相当している。また、ECU３０が、上記ステップ１２２の処理を実行することにより前記第５および第６の発明における「触媒暖機補助手段」が実現されている。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１】本発明の実施の形態１のハイブリッド車両のシステム構成を説明するための図である。
【図２】図１のハイブリッド車両に搭載された内燃機関を説明するための図である。
【図３】内燃機関からのＮＯｘの排出量と、空気過剰率λとの関係を示す図である。
【図４】内燃機関に生ずるトルク変動の大きさと、空気過剰率λとの関係を示す図である。
【図５】本発明の実施の形態１において実行されるルーチンのフローチャートである。
【図６】本発明の実施の形態２のハイブリッド車両のシステム構成を説明するための図である。
【図７】本発明の実施の形態２において実行されるルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００８９】
１    ハイブリッド車両
２    内燃機関
３    動力分配統合機構
４    モータ
５    ジェネレータ
６    駆動系
７    フロントドライブシャフト
８    駆動輪
１０  ガソリンインジェクタ
１１  水素インジェクタ
１４  排気通路
１５  排気浄化触媒
１６  触媒温度センサ
１８  インバータ
１９  昇圧コンバータ
２０  バッテリ
２２  車速センサ
２３  アクセル開度センサ
３０  ECU(Electronic Control Unit)
３１  ピストン
３２  吸気弁
３３  排気弁
４１  ターボ過給機
４２  吸気通路
４４  スロットル弁
４５  エアフロメータ
４８  電気ヒータ
【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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【図７】
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