JP2011179386A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際における排気の浄化性能の低下を防止できる車両の制御装置を提供すること。
【解決手段】ハイブリッド車両は、運転領域に応じて燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とで切り換えるエンジンと、排気を浄化する三元触媒を内蔵した触媒コンバータと、を備える。このハイブリッド車両の制御装置は、三元触媒の酸素吸蔵量を取得し、エンジンの燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ切り換える切換期間内における排気空燃比の目標排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の上記取得した酸素吸蔵量に応じた値に設定する。そして、上記設定した目標排気空燃比になるように排気空燃比、点火時期、およびモータを制御する。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とで切り換える内燃機関を備えた車両の制御装置に関する。

燃料と空気とを混合して希薄かつ均一な混合気を生成し、この混合気を圧縮し自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能な内燃機関が提案されている。予混合圧縮着火燃焼は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が少なく、また圧縮比を高めて高効率な運転が可能であることなどから注目されている。しかしながら、この予混合圧縮着火燃焼は、例えば高負荷の運転領域では、適切なタイミングで混合気を燃焼させることが困難でありノッキングや失火などが生じやすい。そこで近年では、予混合圧縮着火燃焼が困難な運転領域を補うべく、点火プラグにより混合気を燃焼させる火花点火燃焼と予混合圧縮着火燃焼とを、運転領域に応じて切り換えることが可能な内燃機関が開発されている。

ところで、予混合圧縮着火燃焼と火花着火燃焼とでは、最適な筒内圧や温度が異なるため、燃焼形態を切り換える際に、内燃機関の燃焼状態が不安定になる場合がある。このため、運転領域に応じて燃焼形態を切り換える内燃機関では、燃焼形態を如何にして円滑に移行するかが課題となっている。

例えば特許文献１では、内燃機関の燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際には、燃料の供給を一時的に停止することにより、火花点火燃焼に適した筒内圧および筒内温度まで低下させた後に、火花点火燃焼を開始する技術が示されている。この技術によれば、燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ切り換えている間に、内燃機関が失火したりノッキングしたりするのを防止できる。

また、例えば特許文献２では、内燃機関の燃焼形態を切り換えている間に、内燃機関の燃焼状態が一時的に不安定になることで変動する出力を、モータの出力で補償する技術が示されている。

特許３７１４３００号公報 特許３９３１７４４号公報

ところで、内燃機関の排気通路には、排気を浄化するために三元触媒など酸素吸蔵能力がある排気浄化触媒が設けられる。しかしながら、上記特許文献１の技術のように、内燃機関の燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際に燃料の供給を一時的に停止すると、排気の酸素濃度が急激に上昇し、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が排気を浄化するのに適した量を超えてしまい、火花点火燃焼を開始したときにおける排気浄化触媒による排気の浄化性能が著しく低下してしまうおそれがある。また、上記特許文献２の技術では、燃焼形態を切り換えている間であっても、トルク段差なく安定した走行が可能となるものの、排気の浄化性能の低下については十分に検討されていない。

本発明は、燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とで切り換える内燃機関を供えた車両の制御装置であって、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える際における排気の浄化性能の低下を防止できる車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、運転領域に応じて燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とで切り換える内燃機関（例えば、後述のエンジン２）を備えた車両（例えば、後述のハイブリッド車両１）の制御装置を提供する。前記車両の制御装置は、前記内燃機関の排気通路（例えば、後述の排気管３２）に設けられ、当該内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒（例えば、後述の触媒コンバータ３５の三元触媒）と、前記排気浄化触媒に流入する排気の排気空燃比を取得する排気空燃比取得手段（例えば、後述の空燃比センサ４２およびＥＣＵ９）と、前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を取得する酸素吸蔵量取得手段（例えば、後述の空燃比センサ４２およびＥＣＵ９、並びに図４のステップＳ１の実行に係る手段）と、前記内燃機関の燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ切り換える切換期間内における前記排気空燃比の目標排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の前記酸素吸蔵量取得手段により取得された酸素吸蔵量に応じた値に設定する設定手段（例えば、後述のＥＣＵ９、並びに図４のステップＳ２の実行に係る手段）と、前記目標排気空燃比になるように前記排気空燃比を制御する制御手段（例えば、後述のＥＣＵ９、並びに図４のステップＳ５、Ｓ６、Ｓ８、Ｓ９の実行に係る手段）と、を備える。

先ず、予混合圧縮着火燃焼では、内燃機関の混合気の空燃比（燃焼空燃比）を基本的には理論空燃比よりもリーン側にするため、燃焼空燃比を基本的には理論空燃比の近傍にする火花点火燃焼と比較して排気の酸素濃度が高い。したがって、予混合圧縮着火燃焼を行っている間に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量が、火花点火燃焼時に適した量を超えてしまい、火花点火燃焼を行ったときにおける浄化性能が低下してしまう場合がある。
これに対し、この発明によれば、設定手段は、内燃機関の燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼に切り換える切換期間内における目標排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の排気浄化触媒の酸素吸蔵量に応じた値に設定する。そして制御手段は、燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ切り換える際には、排気浄化触媒に流入する排気の排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比になるように制御する。これにより、予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ切り換える切換期間内に、排気浄化触媒の酸素吸蔵量を火花点火燃焼時に適した量まで減少させることができるので、火花点火燃焼を開始したときにおける排気の浄化性能の低下を防止することができる。

この場合、前記設定手段は、前記酸素吸蔵量が多くなるに従い前記目標排気空燃比をリッチ側に設定することが好ましい。

この発明によれば、酸素吸蔵量が多くなるに従い目標排気空燃比をリッチ側にし、排気浄化触媒に流入する排気の酸素濃度を低くできるので、火花点火燃焼を開始したときにおける排気浄化触媒の酸素吸蔵量を、常に火花点火燃焼時に適した量にすることができる。したがって、排気の浄化性能の低下をさらに防止することができる。

この場合、前記車両の制御装置は、前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生、又は、前記内燃機関の出力を回生する電動機（例えば、後述のモータ５）と、前記排気浄化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段（例えば、後述の排気温度センサ４３およびＥＣＵ９）と、前記電動機で駆動力を発生し前記内燃機関の出力を補うことができる状態であるか否か、および、前記電動機で前記内燃機関の出力を回生することができる状態であるか否かを判定する判定手段（例えば、後述のＥＣＵ９、並びに図４のステップＳ４、Ｓ７の実行に係る手段）と、をさらに備え、前記制御手段は、前記触媒温度取得手段により取得された温度および前記判定手段による判定結果に応じて、前記排気空燃比および前記内燃機関の点火時期を制御することが好ましい。

この発明によれば、制御手段は、排気浄化触媒の温度に加えて、電動機で駆動力を発生し内燃機関の出力を補うことができる状態であるか否か、および、電動機で内燃機関の出力を回生することができる状態であるか否かの判定結果に応じて、排気空燃比および点火時期を制御する。これにより、上述のように、切換期間内において排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側にするために供された燃料のエネルギーの一部を、排気浄化触媒の昇温に寄与させるか、あるいは内燃機関の出力に寄与させるかなどを、排気浄化触媒および電動機の状態に応じて適切に選択することができる。

この場合、前記触媒温度取得手段により取得された温度が所定の閾値以上であり、かつ、前記判定手段により前記電動機で前記内燃機関の出力を回生できる状態であると判定された場合には、前記制御手段は、前記排気空燃比が前記目標排気空燃比に一致するように前記内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するとともに、前記内燃機関の出力が最大となるように前記点火時期を制御し、さらに前記電動機で前記内燃機関の出力の一部を回生させることが好ましい。

この発明によれば、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することにより、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比に制御することができるので、排気の浄化性能の低下を防止できる。また、このとき、内燃機関の点火時期を出力が最大となるように制御しながら、その出力の一部を電動機で回生する。すなわち、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側にするために供された燃料のエネルギーの一部を電気エネルギーとして回収することにより、切換期間中とこの切換期間に入る前との間の内燃機関と電動機とを合わせた出力の変動を抑制し、車両の走行を安定化させながら、車両全体のエネルギー効率を向上することができる。

この場合、前記触媒温度取得手段により取得された温度が所定の閾値より小さく、かつ、前記判定手段により前記電動機で前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生できる状態であると判定された場合には、前記制御手段は、前記排気空燃比が前記目標排気空燃比に一致するように前記内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するとともに前記内燃機関の膨張行程中に付加噴射を行い、さらに前記電動機で前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生させることが好ましい。

この発明によれば、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するとともに膨張行程中に付加噴射を行うことで、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比に制御することができるので、排気の浄化性能の低下を防止できる。ここで、付加噴射を行うことで排気空燃比を目標排気空燃比に制御することにより、排気浄化触媒を速やかに昇温できるので、この排気浄化触媒による排気の浄化性能を向上することができる。また、このとき、電動機で駆動力を発生することにより、上述のように燃焼空燃比をリーンにすることで低下する内燃機関の出力を補うことができるので、切換期間中とこの切換期間に入る前との間の内燃機関と電動機とを合わせた出力の変動を抑制し、車両の走行を安定化させることができる。

この場合、前記判定手段により、前記電動機で前記内燃機関の出力を回生できる状態でないと判定された場合、又は、前記電動機で前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生できる状態でないと判定された場合には、前記制御手段は、前記排気空燃比が前記目標排気空燃比に一致するように前記内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するともに、前記切換期間中と当該切換期間に入る前の間の前記内燃機関の出力変動を抑制するように前記点火時期を制御することが好ましい。

この発明によれば、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することにより、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比に制御することができるので、排気の浄化性能の低下を防止できる。また、このとき、内燃機関の点火時期を、切換期間中とこの切換期間に入る前との間の内燃機関の出力変動を抑制するように制御することにより、車両の走行を安定化させることができる。

本発明の一実施形態に係るハイブリッド車両の構成を示す模式図である。 上記実施形態に係るエンジンと、その吸気系および排気系との構成を示す模式図である。 上記実施形態に係るエンジンにおいてＨＣＣＩ燃焼を行う運転領域とＳＩ燃焼を行う運転領域とを示す図である。 上記実施形態に係るエンジンの燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える切換期間内におけるエンジンの排気空燃比および点火時期、並びに、モータの制御の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態に係るエンジンの燃焼形態をＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り換える切換期間内におけるエンジンおよびモータの制御の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両１の構成を示す模式図である。
ハイブリッド車両１は、エンジン２とモータ５との２つの駆動力発生源を備えた車両である。このハイブリッド車両１は、燃料タンク７に蓄えられた燃料を燃焼させることによりエンジン２で発生した出力と、高圧バッテリ８に蓄えられた電力によりモータ５で発生した出力との両方又は何れかで駆動輪１１，１２を駆動し、走行することが可能となっている。

エンジン２のクランクシャフトは、クラッチＣＬを介してモータ５の出力軸に連結されている。また、このモータ５の出力軸は、トランスミッションＴＭを介して駆動輪１１，１２に連結されている。したがって、クラッチＣＬを接続することにより、エンジン２で発生した出力のみ、又は、エンジン２およびモータ５で発生した出力により駆動輪１１，１２を駆動し、走行することが可能となる。また、クラッチＣＬを切断することにより、モータ５で発生した出力のみで駆動輪１１，１２を駆動し、走行することが可能となる。クラッチＣＬは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）９から出力された制御信号に基づいて動作し、エンジン２のクランクシャフトとモータ５の出力軸とを断続する。なお、このエンジン２の詳細な構成については、後に図２を参照して説明する。

モータ５は、例えば、三相のＤＣブラシレスモータが用いられ、インバータを備えたパワードライブユニット（以下、「ＰＤＵ」という）６を介して高圧バッテリ８に接続されている。ＰＤＵ６は、ＥＣＵ９からの制御信号に基づいて動作し、高圧バッテリ８の電力によりモータ５で駆動力を発生させたり、エンジン２の出力の一部又は車両１の減速走行時に駆動輪１１，１２から伝達する駆動力を高圧バッテリ８に回生させたりする。より具体的には、モータ５を駆動運転する場合、ＰＤＵ６は、高圧バッテリ８に蓄えられた電力を三相交流電力に変換してモータ５に供給する。また、モータ５を回生運転する場合、モータ５から出力される三相交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリ８を充電する。

高圧バッテリ８は、例えば複数のリチウムイオン型のバッテリで構成されている。また、この高圧バッテリ８には、チャージャー８１が接続されており、このチャージャー８１のプラグ８２を図示しない家庭用コンセントに差し込んで、高圧バッテリ８を充電することが可能となっている。

図２は、エンジン２と、その吸気系および排気系との構成を示す模式図である。
エンジン２は、複数、例えば４つのシリンダ２１ａを備えた４気筒エンジンであり、図２には、このうちの１つを代表的に示す。エンジン２は、シリンダ２１ａが形成されたシリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２とを組み合わせて構成される。このエンジン２には、吸気が流通する吸気管３１と、排気が流通する排気管３２と、排気管３２内の排気の一部を吸気管３１に還流する排気還流通路３３とが設けられている。

シリンダ２１ａ内にはピストン２３が摺動可能に設けられており、このピストン２３の頂面とシリンダヘッド２２のシリンダ２１ａ側の面により、エンジン２の燃焼室２ａが形成される。ピストン２３は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２５に連結されている。すなわち、シリンダ２１ａ内におけるピストン２３の往復動に応じてクランクシャフト２５が回転する。

シリンダヘッド２２には、燃焼室２ａと吸気管３１とを接続する吸気ポート２２ａと、燃焼室２ａと排気管３２とを接続する排気ポート２２ｂとが形成されている。吸気ポート２２ａのうち燃焼室２ａに臨む吸気開口は吸気バルブ２２ｃにより開閉され、排気ポート２２ｂのうち燃焼室２ａに臨む排気開口は排気バルブ２２ｄにより開閉されるようになっている。

吸気ポート２２ａのうち上記吸気開口よりも吸気管３１側には、燃焼室２ａ側へ向って燃料を噴射する第１インジェクタ２６が設けられ、シリンダヘッド２２には、燃焼室２ａ内に臨み、この燃焼室２ａ内に燃料を噴射する第２インジェクタ２７が設けられている。これらインジェクタ２６，２７からの燃料噴射量および燃料噴射時期は、ＥＣＵ９により制御される。また、シリンダヘッド２２には、燃焼室２ａ内のうち上記第２インジェクタ２７よりも排気バルブ２２ｄ側に臨む点火プラグ２８が設けられている。この点火プラグ２８による混合気の点火時期は、ＥＣＵ９により制御される。

吸気管３１には、この吸気管３１を流通しエンジン２の燃焼室２ａに供給される空気の吸気量を制御するスロットル弁３４が設けられている。このスロットル弁３４は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ９に接続されており、その開度はＥＣＵ９により電磁的に制御される。

排気管３２には、エンジン２の排気を浄化する三元触媒を担持した触媒コンバータ３５が設けられている。この三元触媒は、例えば、排気浄化能を有する触媒貴金属に加えて排気中の酸素を吸着し貯蔵する酸素吸蔵能を有するＯＳＣ材を含有しており、排気中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、排気中のＮＯｘを還元する。この三元触媒は、流入する排気の空燃比（以下、「排気空燃比」という）が、理論空燃比の近傍にあり、さらに吸蔵されている酸素の量（以下、「酸素吸蔵量」という）が適切な量であるときに、上記ＨＣ、ＣＯ、およびＮＯｘの３つを効率的に浄化することが可能となっている。三元触媒が含有する触媒貴金属としては、例えばロジウム、パラジウム、および白金などが挙げられる。また、ＯＳＣ材としては、例えばセリウム、およびジルコニウムなどが挙げられる。

排気還流通路３３は、排気管３２のうち上記触媒コンバータ３５の下流側と、吸気管３１のうちスロットル弁３４の下流側とを接続し、エンジン２から排出された排気の一部を還流する。この排気還流通路３３には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ３６と、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁３７とが設けられている。ＥＧＲ弁３７は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ９に接続されており、その開度はＥＣＵ９により電磁的に制御される。

ＥＣＵ９には、エアフローセンサ４１、空燃比センサ４２、排気温度センサ４３、クランク角度位置センサ４４、アクセル開度センサ４５、およびシリンダ内圧センサ（図示せず）などが接続されている。エアフローセンサ４１は、エンジン２に吸入される空気の吸気量を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。空燃比センサ４２は、エンジン２から排出され触媒コンバータ３５に流入する排気の空燃比（以下、「排気空燃比」という）を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。また、上記触媒コンバータ３５の三元触媒の酸素吸蔵量は、この空燃比センサ４２の検出値に基づいて、ＥＣＵ９により逐次算出される。排気温度センサ４３は、排気管３２のうち触媒コンバータ３５から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。触媒コンバータ３５の三元触媒の温度は、この排気温度センサ４３の出力値に基づいてＥＣＵ９により算出される。

クランク角度位置センサ４４は、クランクシャフト２５の回転角度を示すパルス信号をＥＣＵ９に送信する。エンジン２の回転数は、このクランク角度位置センサ４４から送信されたクランク角信号に基づいて、ＥＣＵ９により算出される。アクセル開度センサ４５は、車両のアクセルペダルの開度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。運転者の要求トルクは、エンジン２の回転数およびこのアクセル開度センサ４５の出力値に基づいて、所定のマップを検索することで算出される。また、シリンダ内圧センサは、エンジン２のシリンダ内圧を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。

以上のように構成されたエンジン２は、運転領域に応じてその燃焼形態を、予混合圧縮着火燃焼（以下、「ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼」という）と火花点火燃焼（以下、「ＳＩ（Spark Ignition）燃焼」という）とで切り換えることが可能となっている。

ＳＩ燃焼では、燃焼サイクル中の所定のタイミングで２つのインジェクタ２６，２７から所定の量の燃料を噴射する。そして、吸気工程で燃焼室２ａ内に供給された空気との混合気を、圧縮工程で圧縮するとともに、圧縮した混合気を燃焼サイクル中の所定のタイミングで点火プラグ２８から発せられた火花で着火燃焼させる。特にこのＳＩ燃焼では、混合気の空燃比、すなわち燃焼空燃比を理論空燃比の近傍になるように、２つのインジェクタ２６，２７からの燃料噴射量が調整される。

ＨＣＣＩ燃焼では、燃焼サイクル中の所定のタイミングで２つのインジェクタ２６，２７から所定の量の燃料を噴射する。そして、吸気工程で燃焼室２ａ内に供給された空気との混合気を、圧縮工程で圧縮することにより高温にし、自己着火させる。特にこのＨＣＣＩ燃焼では、燃焼空燃比が理論空燃比よりもリーン側になるように、２つのインジェクタ２６，２７からの燃料噴射量が調整される。

図３は、ＨＣＣＩ燃焼を行う運転領域とＳＩ燃焼を行う運転領域とを示す図である。
図３に示すように、エンジンの運転状態を示すエンジンの回転数と運転者の要求トルクとの２つのパラメータに応じて、エンジンの燃焼形態はＨＣＣＩ燃焼とＳＩ燃焼とで切り換えられる。ＨＣＣＩ燃焼は、エンジンの運転状態が低回転数および低負荷の運転領域にあるときに行われる。これに対してＳＩ燃焼は、エンジンの運転状態が比較的高回転数および高負荷の運転領域にあるときに行われる。

ところで、ＨＣＣＩ燃焼時には混合気を圧縮自己着火させることから、燃焼室の温度は、ＳＩ燃焼に適した温度よりも高い。そこで、例えば、エンジンの燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える際には、燃焼室の温度をＳＩ燃焼に適した温度まで低下させる制御が行われる。一方、エンジンの燃焼形態をＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り換える際には、燃焼室の温度をＨＣＣＩ燃焼に適した温度まで上昇させる制御が行われる。これは、例えば、排気バルブを閉じるタイミングをＳＩ燃焼時よりも早めて、排気の一部を燃焼室内に残すことにより行われる。

図４は、エンジンの燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える切換期間内におけるエンジンの排気空燃比および点火時期、並びに、モータの制御の手順を示すフローチャートである。この図４に示すフローチャートは、エンジンをＨＣＣＩ燃焼で運転している間において、図示しない処理によりＳＩ燃焼に切り換えることが判断されたことに応じて開始する。

ステップＳ１では、触媒コンバータの三元触媒の酸素吸蔵量を取得し、ステップＳ２に移る。上述のように、この酸素吸蔵量は、空燃比センサの検出値に基づいて逐次算出される。ステップＳ２では、エンジンの燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える切換期間内における排気空燃比の目標排気空燃比を設定し、ステップＳ３に移る。このステップＳ２では、ＨＣＣＩ燃焼を行っていた間に三元触媒に過剰に吸蔵された酸素を減らし、ＳＩ燃焼を開始したときにおける三元触媒の酸素吸蔵量を適切な量にするべく、上記目標排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側でありかつ上記取得した酸素吸蔵量に応じた値に設定する。より具体的には、このステップＳ２では、酸素吸蔵量が多くなるに従い目標排気空燃比をリッチ側に設定する。

ステップＳ３では、排気温度センサの検出値に基づいて、触媒コンバータの三元触媒の温度が所定の閾値以上であるか否かを判別する。このステップＳ３の判別は、三元触媒が活性した状態であるか否かを、三元触媒の温度に基づいて判別するための処理であり、上記閾値は、三元触媒の活性化温度などに基づいて設定される。

上記ステップＳ３の判別がＹＥＳの場合には、三元触媒は活性した状態であると判断し、ステップＳ４に移る。ステップＳ４では、モータによりエンジンの出力の一部を高圧バッテリに回生できる状態であるか否かを判別する。

ステップＳ４の判別がＹＥＳの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態であり、かつ、モータによりエンジンの出力の一部を高圧バッテリに回生できる状態であると判定された場合、ステップＳ５に移る。そして、ステップＳ５では、排気空燃比が上記ステップＳ２で設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するとともに、エンジンの出力が最大となるように点火時期を制御する。ところで、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側にしかつ出力が最大となるように点火時期を制御することにより、切換期間中におけるエンジンの出力が、この切換期間に入る前よりも大きくなる。そこで、このステップＳ５では、エンジンで発生した出力のうち切換期間に入る前から増加した分をモータで高圧バッテリに回生する。

ステップＳ４の判別がＮＯの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態であり、かつ、モータによりエンジンの出力の一部を高圧バッテリに回生できる状態でないと判定された場合、ステップＳ６に移る。そして、ステップＳ６では、排気空燃比が上記ステップＳ２で設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するとともに、切換期間中とこの切換期間に入る前との間のエンジンの出力変動を抑制するように点火時期を制御する。

一方、上記ステップＳ３の判別がＮＯである場合には、三元触媒の活性化を優先した制御を行うべく、ステップＳ７に移る。ステップＳ７では、モータによりエンジンの出力をアシストできる状態であるか否か、すなわちモータで駆動力を発生しエンジンの出力を補うことができる状態であるか否かを判別する。より具体的には、例えば、バッテリの電圧、放電電流、および温度などに基づいて算出されたバッテリの残容量が、所定の閾値よりも大きいか否かを判別することにより、モータによるアシストが可能な状態であるか否かを判別する。

ステップＳ７の判別がＹＥＳの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態になく、かつ、モータによりエンジンの出力をアシストできる状態であると判定された場合、ステップＳ８に移る。そして、ステップＳ８では、排気空燃比が上記ステップＳ２で設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するとともに、膨張行程中に付加噴射を行う。ところで、膨張行程中に付加噴射を行うことにより、排気空燃比をリッチ側に制御しながら三元触媒を昇温することができるものの、付加噴射で供された燃料はエンジンにおける燃焼には寄与しない。したがって、切換期間中におけるエンジンの出力が、この切換期間に入る前よりも小さくなる。そこで、このステップＳ８では、エンジンで発生した出力のうち切換期間に入る前から減少した分を補う駆動力をモータで発生させる。

ステップＳ７の判別がＮＯの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態になく、かつ、モータによりエンジンの出力をアシストできる状態でないと判定された場合、ステップＳ９に移る。そしてステップＳ９では、排気空燃比が上記ステップＳ２で設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するとともに、切換期間中とこの切換期間に入る前のエンジンとの間のエンジンの出力変動を抑制するように点火時期を制御する。

図５は、エンジンの燃焼形態をＳＩ燃焼からＨＣＣＩ燃焼へ切り換える切換期間内におけるエンジンおよびモータの制御の手順を示すフローチャートである。この図５に示すフローチャートは、エンジンをＳＩ燃焼で運転している間において、図示しない処理によりＨＣＣＩ燃焼に切り換えることが判断されたことに応じて開始する。

ステップＳ１１では、排気温度センサの検出値に基づいて、触媒コンバータの三元触媒の温度が所定の閾値以上であるか否かを判別する。このステップＳ１１の判別は、上記ステップＳ３の判別と同様に、三元触媒が活性した状態であるか否かを、三元触媒の温度に基づいて判別するための処理である。

上記ステップＳ１１の判別がＹＥＳの場合には、三元触媒は活性した状態であると判断し、ステップＳ１２に移る。ステップＳ１２では、モータによりエンジンの出力の一部を高圧バッテリに回生できる状態であるか否かを判別する。

ステップＳ１２の判別がＹＥＳの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態であり、かつ、モータによりエンジンの出力の一部を回生できる状態であると判定された場合、ステップＳ１３に移る。そして、ステップＳ１３では、排気空燃比が理論空燃比の近傍に設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比の近傍に制御するとともに、エンジンの出力が最大となるように点火時期を制御する。ところで、燃焼空燃比を理論空燃比の近傍に制御しかつ出力が最大となるように点火時期を制御することにより、切換期間中におけるエンジンの出力が、この切換期間に入る前よりも大きくなる。そこで、このステップＳ１３では、エンジンで発生した出力のうち切換期間に入る前から増加した分をモータで高圧バッテリに回生する。

ステップＳ１２の判別がＮＯの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態であり、かつ、モータによりエンジンの出力の一部を高圧バッテリに回生できる状態でないと判定された場合、ステップＳ１４に移る。そして、ステップＳ１４では、排気空燃比を上記理論空燃比の近傍に設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比の近傍に制御するとともに、切換期間中とこの切換期間に入る前との間のエンジンの出力変動を抑制するように点火時期を制御する。

一方、上記ステップＳ１１の判別がＮＯである場合には、三元触媒の活性化を優先した制御を行うべく、ステップＳ１５に移る。ステップＳ１５では、上記ステップＳ７と同様に、モータによりエンジンの出力をアシストできる状態であるか否かを判別する。

ステップＳ１５の判別がＹＥＳの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態になく、かつ、モータによりエンジンの出力をアシストできる状態であると判定された場合、ステップＳ１６に移る。そして、ステップＳ１６では、排気空燃比が上記理論空燃比の近傍に設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比の近傍に制御するとともに、膨張行程中に付加噴射を行う。また、このとき、上記ステップＳ８と同様に、エンジンで発生した出力のうち切換期間に入る前から減少した分を補う駆動力をモータで発生させる。

ステップＳ１５の判別がＮＯの場合、すなわち、三元触媒は活性した状態になく、かつ、モータによりエンジンの出力をアシストできる状態でないと判定された場合、ステップＳ１７に移る。そしてステップＳ１７では、排気空燃比が上記理論空燃比の近傍に設定された目標排気空燃比に一致するように、燃焼空燃比を理論空燃比の近傍に制御するとともに、切換期間中とこの切換期間に入る前のエンジンとの間のエンジンの出力変動を抑制するように点火時期を制御する。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）本実施形態によれば、エンジンの燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える切換期間内における目標排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の三元触媒の酸素吸蔵量に応じた値に設定する。そして、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える際には、三元触媒に流入する排気の排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比になるように制御する。これにより、ＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼へ切り換える切換期間内に、三元触媒の酸素吸蔵量をＳＩ燃焼時に適した量まで減少させることができるので、ＳＩ燃焼を開始したときにおける排気の浄化性能の低下を防止することができる。

（２）本実施形態によれば、三元触媒の酸素吸蔵量が多くなるに従い目標排気空燃比をリッチ側にし、三元触媒に流入する排気の酸素濃度を低くできるので、ＳＩ燃焼を開始したときにおける三元触媒の酸素吸蔵量を、常にＳＩ燃焼時に適した量にすることができる。したがって、排気の浄化性能の低下をさらに防止することができる。

（３）本実施形態によれば、三元触媒の温度に加えて、モータ５で駆動力を発生しエンジン２の出力を補うことができる状態であるか否か、および、モータ５でエンジン２の出力を回生することができる状態であるか否かの判定結果に応じて、排気空燃比および点火時期を制御する。これにより、上述のように、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える切換期間内において排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側にするために供された燃料のエネルギーの一部を、三元触媒の昇温に寄与させるか、あるいはエンジン２の出力に寄与させるかなどを、三元触媒およびモータ５の状態に応じて適切に選択することができる。

（４）本実施形態によれば、図４のステップＳ５では、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することにより、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比に制御することができるので、排気の浄化性能の低下を防止できる。また、このとき、エンジン２の点火時期を出力が最大となるように制御しながら、その出力の一部をモータ５で回生する。すなわち、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側にするために供された燃料のエネルギーの一部を電気エネルギーとして回収することにより、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える切換期間中とこの切換期間に入る前との間のエンジン２とモータ５とを合わせた出力の変動を抑制し、車両１の走行を安定化させながら、車両１全体のエネルギー効率を向上することができる。

（５）本実施形態によれば、図４のステップＳ８では、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するとともに膨張行程中に付加噴射を行うことで、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比に制御することができるので、排気の浄化性能の低下を防止できる。ここで、付加噴射を行うことで排気空燃比を目標排気空燃比に制御することにより、三元触媒を速やかに昇温できるので、この三元触媒による排気の浄化性能を向上することができる。また、このとき、モータ５で駆動力を発生することにより、上述のように燃焼空燃比をリーンにすることで低下するエンジン２の出力を補うことができるので、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える切換期間中とこの切換期間に入る前との間のエンジン２とモータ５とを合わせた出力の変動を抑制し、車両１の走行を安定化させることができる。

（６）本実施形態によれば、図４のステップＳ６およびステップＳ９では、燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御することにより、排気空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に設定された目標排気空燃比に制御することができるので、排気の浄化性能の低下を防止できる。また、このとき、エンジン２の点火時期を、燃焼形態をＨＣＣＩ燃焼からＳＩ燃焼に切り換える切換期間中とこの切換期間に入る前との間のエンジン２の出力変動を抑制するように制御することにより、車両１の走行を安定化させることができる。

１…ハイブリッド車両（車両）
２…エンジン（内燃機関）
５…モータ（電動機）
９…ＥＣＵ（排気空燃比取得手段、酸素吸蔵量取得手段、設定手段、制御手段、触媒温度取得手段、判定手段）
３２…排気管（排気通路）
３５…触媒コンバータ（排気浄化触媒）
４２…空燃比センサ（排気空燃比取得手段）
４３…排気温度センサ（触媒温度取得手段）

Claims (6)

1. 運転領域に応じて燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼と火花点火燃焼とで切り換える内燃機関を備えた車両の制御装置であって、
   前記内燃機関の排気通路に設けられ、当該内燃機関の排気を浄化する排気浄化触媒と、
   前記排気浄化触媒に流入する排気の排気空燃比を取得する排気空燃比取得手段と、
   前記排気浄化触媒の酸素吸蔵量を取得する酸素吸蔵量取得手段と、
   前記内燃機関の燃焼形態を予混合圧縮着火燃焼から火花点火燃焼へ切り換える切換期間内における前記排気空燃比の目標排気空燃比を、理論空燃比よりもリッチ側の前記酸素吸蔵量取得手段により取得された酸素吸蔵量に応じた値に設定する設定手段と、
   前記目標排気空燃比になるように前記排気空燃比を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記設定手段は、前記酸素吸蔵量が多くなるに従い前記目標排気空燃比をリッチ側に設定することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生、又は、前記内燃機関の出力を回生する電動機と、
   前記排気浄化触媒の温度を取得する触媒温度取得手段と、
   前記電動機で駆動力を発生し前記内燃機関の出力を補うことができる状態であるか否か、および、前記電動機で前記内燃機関の出力を回生することができる状態であるか否かを判定する判定手段と、をさらに備え、
   前記制御手段は、前記触媒温度取得手段により取得された温度および前記判定手段による判定結果に応じて、前記排気空燃比および前記内燃機関の点火時期を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両の制御装置。
4. 前記触媒温度取得手段により取得された温度が所定の閾値以上であり、かつ、前記判定手段により前記電動機で前記内燃機関の出力を回生できる状態であると判定された場合、
   前記制御手段は、前記排気空燃比が前記目標排気空燃比に一致するように前記内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するとともに、前記内燃機関の出力が最大となるように前記点火時期を制御し、さらに前記電動機で前記内燃機関の出力の一部を回生させることを特徴とする請求項３に記載の車両の制御装置。
5. 前記触媒温度取得手段により取得された温度が所定の閾値より小さく、かつ、前記判定手段により前記電動機で前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生できる状態であると判定された場合、
   前記制御手段は、前記排気空燃比が前記目標排気空燃比に一致するように前記内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリーン側に制御するとともに前記内燃機関の膨張行程中に付加噴射を行い、さらに前記電動機で前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生させることを特徴とする請求項３又は４に記載の車両の制御装置。
6. 前記判定手段により、前記電動機で前記内燃機関の出力を回生できる状態でないと判定された場合、又は、前記電動機で前記内燃機関の出力を補う駆動力を発生できる状態でないと判定された場合、
   前記制御手段は、前記排気空燃比が前記目標排気空燃比に一致するように前記内燃機関の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリッチ側に制御するともに、前記切換期間中と当該切換期間に入る前の間の前記内燃機関の出力変動を抑制するように前記点火時期を制御することを特徴とする請求項３から５の何れかに記載の車両の制御装置。

Images