JP5929884B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

この発明は、ハイブリッド車両に関し、特に、吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を含む内燃機関を備えるハイブリッド車両に関する。

内燃機関の排気を浄化するために、触媒を含む排気浄化装置が用いられる。触媒に浄化機能を十分に発揮させるためには、触媒の温度を上昇させることが必要である。

たとえば、特開２０１２−４０９１５号公報（特許文献１）は、排気浄化装置の触媒の暖機を行なう触媒暖機制御が実行されるハイブリッド車両を開示する。このハイブリッド車両においては、触媒の暖機が要求されると、まず、内燃機関の点火時期を遅角側にした第１運転ポイントで内燃機関を運転させ、触媒端部の温度が上昇したら点火時期を戻し、内燃機関に対する要求出力を固定した第２運転ポイントで内燃機関を運転させる。そして、触媒の暖機が完了したら、内燃機関に対する要求出力を車両全体に対する要求出力に基づいて変化させる通常運転に移行させる（特許文献１参照）。

また、吸気バルブの作動特性を変更可能な可変動弁装置を有する内燃機関が公知である。さらに、そのような可変動弁装置として、吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方を変更可能な可変動弁装置が知られている（特許文献２〜７等参照）。

たとえば、特開２００９−１０８７２０号公報（特許文献２）は、吸気バルブのリフト量を変更可能な可変動弁機構を備える内燃機関を開示する。この可変動弁機構においては、触媒暖機が必要であるときには、吸気バルブの開弁時期を遅角側にするとともに、吸気バルブのリフト量を縮小させる。これにより、触媒暖機中の内燃機関の燃焼を安定させることができる（特許文献２参照）。

特開２０１２−４０９１５号公報 特開２００９−１０８７２０号公報 特開２００４−１８３６１０号公報 特開２０１３−５３６１０号公報 特開２００８−２５５５０号公報 特開２０１２−１１７３７６号公報 特開平９−２４２５１９号公報

特許文献１に記載のハイブリッド車両においては、第１運転ポイント、および点火時期の復帰後に内燃機関に対する要求出力（Ｐｅ）を固定した第２運転ポイントでは、暖機中の触媒の浄化能力を超えないように、走行に要求される走行パワーに拘わらずＰｅは小さい値に設定される。このため、燃費および排気ガス中のエミッションは、触媒暖機完了後の通常運転時に比べて悪化する傾向にある。

特許文献２に記載の内燃機関は、触媒暖機中に吸気バルブの開弁時期を遅角側にするとともに吸気バルブのリフト量を小さくすることによって、触媒暖機中の内燃機関の燃焼を安定させてエミッションを改善するものであるが、燃費の改善については特に検討されていない。特にハイブリッド車両において実施され得る、特許文献１に記載のような触媒暖機制御中に、排気ガス中のエミッションとともに燃費も改善することが課題である。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、その目的は、触媒暖機制御中の燃費およびエミッションを改善可能なハイブリッド車両を提供することである。

この発明によれば、ハイブリッド車両は、電動機と、内燃機関と、排気浄化装置と、制御装置とを備える。電動機は、車両駆動力を発生する。内燃機関は、吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する。排気浄化装置は、触媒を用いて内燃機関の排気を浄化する。制御装置は、排気浄化装置の触媒の暖機を行なう触媒暖機制御を実行する。触媒暖機制御は、第１および第２の制御を含む。第１の制御では、第２の制御の実行中よりも内燃機関の点火時期を遅角側にして内燃機関が運転され、内燃機関が第１の運転ポイントで運転される。第２の制御では、第１の制御の実行後、走行に要求される駆動力に拘わらず、第１の運転ポイントよりも内燃機関の出力が大きい第２の運転ポイントで内燃機関が運転される。可変動弁装置は、吸気バルブの作動特性を、第１の特性と、作動特性が第１の特性であるときよりも吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が大きい第２の特性とに変更可能に構成される。そして、制御装置は、さらに、上記第１の制御の実行中は、吸気バルブの作動特性が第１の特性となるように可変動弁装置を制御し、上記第２の制御の実行中に、作動特性を第２の特性に切替えるように可変動弁装置を制御し、第２の制御の実行後、走行に要求される駆動力に基づいて内燃機関を運転するとともに、内燃機関の回転数とトルクとに基づいて可変動弁装置を制御する。

吸気バルブの作動特性が第１の特性であるときは、吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が相対的に小さいので、筒内の吸気乱れが促進されることにより燃焼が改善され、排気ガス中のエミッションが抑制される。このハイブリッド車両においては、第１の制御の実行中は、吸気バルブの作動特性が第１の特性となるので、排気ガス中のエミッションの改善が図られる。吸気バルブの作動特性が第２の特性であるときは、吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が相対的に大きいので、アトキンソンサイクルにて内燃機関が運転されることにより燃費が改善される。このハイブリッド車両においては、第２の制御の実行中に作動特性を第２の特性に切替えることによって、燃費の改善が図られる。したがって、このハイブリッド車両によれば、触媒暖機制御中の燃費およびエミッションを改善することができる。

なお、上記における「内燃機関の出力」は、内燃機関のパワーであってもよいし、内燃機関のトルクであってもよい。また、上記における「走行に要求される駆動力」は、走行パワーであってもよいし、走行トルクであってもよい。

好ましくは、内燃機関は、内燃機関の排気を吸気側に還流するための還流装置をさらに含む。制御装置は、さらに、第２の制御の実行中に還流装置を作動させる。

還流装置を作動させると燃焼が緩慢になる。このハイブリッド車両においては、第２の制御の実行中は、走行パワーに応じて内燃機関を運転する必要がなく、還流装置の作動に伴なう燃焼の緩慢は許容されるので、還流装置を作動可能な状況にある。そこで、このハイブリッド車両によれば、第２の制御の実行中に還流装置を作動させるので、さらに燃費を改善することができる。

さらに好ましくは、制御装置は、第２の制御の実行中に還流装置を作動させる場合に吸気バルブの作動特性が第２の特性であるとき、吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方が縮小するように可変動弁装置を制御する。

還流装置の作動時に吸気バルブの作動特性が第２の特性であると、燃焼状態が悪化してエミッションが悪化し得る。このハイブリッド車両によれば、このような場合に吸気バルブのリフト量および作用角の少なくとも一方を小さくするので、還流装置の作動による燃費改善効果を得つつ、エミッションの悪化を抑制することができる。

さらに好ましくは、可変動弁装置は、第１の特性と、第２の特性と、吸気バルブの作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角の少なくとも一方が大きく、かつ、作動特性が第２の特性であるときよりもリフト量および作用角の少なくとも一方が小さい第３の特性とのうちのいずれかに選択的に切替可能に構成される。制御装置は、第２の制御の実行が開始されると、吸気バルブの作動特性を第３の特性に切替えるように可変動弁装置を制御し、第２の制御の実行中に、吸気バルブの作動特性を第２の特性に切替えるように可変動弁装置を制御し、還流装置を作動させる場合に吸気バルブの作動特性が第２の特性であるとき、吸気バルブの作動特性を第３の特性に切替えるように可変動弁装置を制御するとともに還流装置を作動させる。

このハイブリッド車両によれば、吸気バルブの作動特性を第３の特性に切替えて還流装置を作動させるので、還流装置の作動による燃費改善効果を得つつ、エミッションの悪化を抑制することができる。

好ましくは、可変動弁装置は、第１の特性と、第２の特性と、吸気バルブの作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角の少なくとも一方が大きく、かつ、作動特性が第２の特性であるときよりもリフト量および作用角の少なくとも一方が小さい第３の特性とのうちのいずれかに選択的に切替可能に構成される。制御装置は、第２の制御の実行が開始されると、吸気バルブの作動特性を第３の特性に切替えるように可変動弁装置を制御し、第２の制御の実行中に、吸気バルブの作動特性を第２の特性に切替えるように可変動弁装置を制御する。

このハイブリッド車両によれば、吸気バルブの作動特性を第１から第３の特性に切替可能としたので、作動特性を２段階に切替可能な場合に比べて作動特性の設定を細分化することができ、より適切に燃費およびエミッションを改善することができる。

また、好ましくは、可変動弁装置は、第１の特性と、第２の特性とのうちのいずれかに選択的に切替可能に構成される。制御装置は、第２の制御の実行が終了するまでに、吸気バルブの作動特性を第２の特性に切替えるように可変動弁装置を制御する。

このハイブリッド車両によれば、吸気バルブの作動特性の切替を２段階としたので、内燃機関の運転状態を制御するための制御パラメータの適合に要する時間を低減することができる。また、吸気バルブの作動特性を変更するためのアクチュエータに必要とされるトルクを低減することができ、アクチュエータを小型化して軽量化することができる。さらに、アクチュエータの製造コストも低減し得る。

好ましくは、第１の制御は、触媒の排気上流側の暖機を行なうものである。第２の制御は、触媒全体の暖機を行なうものである。

好ましくは、制御装置は、第１から第５の実行条件のいずれかが成立している場合に、吸気バルブの作動特性を第２の特性に切替えるように可変動弁装置を制御する。第１の実行条件は、第２の制御の実行開始後に成立する。第２の実行条件は、第１の制御から第２の制御への切替に伴なう点火時期の復帰完了後に成立する。第３の実行条件は、第１の運転ポイントから第２の運転ポイントへの変更完了後に成立する。第４の実行条件は、排気浄化装置の温度が予め定められた温度まで上昇した後に成立する。第５の実行条件は、内燃機関の燃焼状態が安定したものと判定された後に成立する。

好ましくは、制御装置は、第１および第２の制御の実行中、走行に要求される駆動力を電動機が出力するように電動機を制御する。

このハイブリッド車両においては、触媒暖機制御の実行中は電動機によって走行するので、走行駆動力に応答することなく第１の制御および第２の制御によって排気浄化装置の触媒の暖機が適切に行なわれる。そして、このハイブリッド車両によれば、第１の制御および第２の制御に合わせて吸気バルブの作動特性を調整することにより、触媒暖機制御中の燃費およびエミッションを改善することができる。

この発明によれば、触媒暖機制御中の燃費およびエミッションを改善可能なハイブリッド車両を提供することができる。

この発明の実施の形態１によるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。 図１に示すエンジンの構成図である。 ＶＶＬ装置において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。 ＶＶＬ装置の正面図である。 図４に示すＶＶＬ装置を部分的に示した斜視図である。 吸気バルブの作動特性を３段階に切替可能なＶＶＬ装置において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。 吸気バルブの作動特性が大カム特性であるときのピストン上昇時の動作を説明する図である。 吸気バルブの作動特性が小カム特性であるときのピストン上昇時の動作を説明する図である。 吸気バルブの作動特性が小カム特性であるときのピストン下降時の動作を説明する図である。 触媒暖機制御およびその後の通常制御におけるエンジンの制御状態を説明するための波形図である。 通常制御における吸気バルブの作動特性の設定例を示した図である。 実施の形態１によるハイブリッド車両における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。 吸気バルブの作動特性を２段階に切替可能なＶＶＬ装置において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。 変形例１におけるエンジンの制御状態を説明するための波形図である。 変形例１によるハイブリッド車両における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。 実施の形態２におけるエンジンの構成図である。 実施の形態２における触媒暖機制御およびその後の通常制御におけるエンジンの制御状態を説明するための波形図である。 実施の形態２によるハイブリッド車両における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。 変形例２におけるエンジンの制御状態を説明するための波形図である。 変形例２によるハイブリッド車両における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。 エンジンの他の構成図である。

以下、本発明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。以下では、複数の実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組合わせることは出願当初から予定されている。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返さない。

［実施の形態１］
（ハイブリッド車両の全体構成）
図１は、この発明の実施の形態１によるハイブリッド車両の全体構成を示すブロック図である。図１を参照して、ハイブリッド車両１は、エンジン１００と、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２と、動力分割装置４と、減速機５と、駆動輪６とを備える。また、ハイブリッド車両１は、蓄電装置１０と、ＰＣＵ（Power Control Unit）２０と、制御装置２００とをさらに備える。

ハイブリッド車両１は、エンジン１００およびモータジェネレータＭＧ２の少なくとも一方から出力される駆動力によって走行可能である。エンジン１００は、たとえば、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等の内燃機関により構成され、車両の駆動力を発生する。また、エンジン１００は、発電機として作動可能なモータジェネレータＭＧ１を駆動するための駆動力を発生する。

エンジン１００は、モータジェネレータＭＧ１によりクランキングされて始動し得る。このエンジン１００は、吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する。車両の走行状況やエンジン１００の始動性に応じて、制御装置２００により可変動弁装置が制御される。エンジン１００の排気通路には、触媒を用いてエンジン１００の排気を浄化する排気浄化装置が設けられている。エンジン１００、可変動弁装置、および排気浄化装置については、後ほど詳しく説明する。

動力分割装置４は、エンジン１００が発生する駆動力を、減速機５を介して駆動輪６を駆動するための駆動力と、モータジェネレータＭＧ１を駆動するための駆動力とに分割可能に構成される。動力分割装置４は、たとえば遊星歯車によって構成される。

モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２は、交流回転電機であり、たとえば、三相交流同期電動発電機である。モータジェネレータＭＧ１は、動力分割装置４を介して受けるエンジン１００の駆動力を用いて発電し得る。たとえば、蓄電装置１０のＳＯＣが所定の下限に達すると、エンジン１００が始動してモータジェネレータＭＧ１により発電が行なわれる。モータジェネレータＭＧ１によって発電された電力は、ＰＣＵ２０により電圧変換され、蓄電装置１０に一時的に蓄えられたり、モータジェネレータＭＧ２に直接供給されたりする。

モータジェネレータＭＧ２は、蓄電装置１０に蓄えられた電力、およびモータジェネレータＭＧ１によって発電された電力の少なくとも一方を用いて駆動力を発生する。モータジェネレータＭＧ２の駆動力は、減速機５を介して駆動輪６に伝達される。なお、図１では、駆動輪６は前輪として示されているが、前輪に代えて、または前輪とともに、モータジェネレータＭＧ２によって後輪を駆動してもよい。

なお、車両の制動時には、減速機５を介して駆動輪６によりモータジェネレータＭＧ２が駆動され、モータジェネレータＭＧ２が発電機として作動する。これにより、モータジェネレータＭＧ２は、制動エネルギーを電力に変換する回生ブレーキとして作動する。モータジェネレータＭＧ２により発電された電力は、蓄電装置１０に蓄えられる。

ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するための駆動装置である。ＰＣＵ２０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２を駆動するためのインバータを含み、さらに、インバータと蓄電装置１０との間で電圧変換するためのコンバータを含み得る。

蓄電装置１０は、再充電可能な直流電源であり、たとえば、ニッケル水素やリチウムイオン等の二次電池を含んで構成される。蓄電装置１０の電圧は、たとえば２００Ｖ程度である。蓄電装置１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２によって発電された電力を蓄える。なお、蓄電装置１０として、大容量のキャパシタも採用可能であり、蓄電装置１０は、モータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２による発電電力を一時的に蓄え、その蓄えた電力をモータジェネレータＭＧ２へ供給可能な電力バッファであれば如何なるものでもよい。また、蓄電装置１０には、蓄電装置１０の温度Ｔｂ、電圧Ｖｂおよび電流Ｉｂを検出するためのセンサが設けられ、センサによる検出値が制御装置２００へ出力される。

制御装置２００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）や、記憶装置、入出力バッファ等（いずれも図示せず）を含むＥＣＵ（Electronic Control Unit）を含んで構成される。制御装置２００は、各種センサからの信号（アクセル開度ＡＣＣや車速ＶＳＳ等）の入力や各機器への制御信号の出力を行なうとともに、ハイブリッド車両１における各機器の制御を行なう。主要なものとして、制御装置２００は、ハイブリッド車両１の走行制御や、排気浄化装置の触媒の暖機を行なうための触媒暖機制御、走行制御および触媒暖機制御に応じた可変動弁装置の制御等を実行する。制御装置２００の動作については、後ほど説明する。

（エンジン１００の構成）
図２は、図１に示したエンジン１００の構成図である。図２を参照して、エンジン１００には、エアクリーナ１０２から空気が吸入される。吸入空気量は、スロットルバルブ１０４により調整される。スロットルバルブ１０４は、スロットルモータ３１２により駆動される。

吸入された空気は、シリンダ１０６（燃焼室）において燃料と混合される。シリンダ１０６には、インジェクタ１０８から燃料が噴射される。なお、この実施の形態においては、インジェクタ１０８の噴射孔が吸気ポート内に設けられたポート噴射式としてエンジン１００を説明するが、ポート噴射用のインジェクタ１０８に加えて、シリンダ１０６内へ燃料を直接噴射する直噴用のインジェクタを設けてもよい。さらに、直噴用のインジェクタのみを設けるようにしてもよい。

シリンダ１０６内の混合気は、点火プラグ１１０により着火されて燃焼する。燃焼後の混合気すなわち排気ガスは、排気通路に排出される。排気通路には、触媒を用いて排気ガスを浄化する排気浄化装置が設けられる。排気浄化装置は、触媒１１２Ｓ（以下「Ｓ／Ｃ（スタートキャット）触媒」とも称する。）と、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓよりも下流側に配置される触媒１１２Ｕ（以下「Ｕ／Ｆ（アンダーフロア）触媒」とも称する。）とを含んで構成される。排気ガスは、Ｓ／Ｃ触媒１１２ＳおよびＵ／Ｆ触媒１１２Ｕにより浄化された後、車外に排出される。混合気の燃焼によりピストン１１４が押し下げられ、クランクシャフト１１６が回転する。

シリンダ１０６の頭頂部には、吸気バルブ１１８および排気バルブ１２０が設けられる。シリンダ１０６に導入される空気の量および時期は、吸気バルブ１１８により制御される。シリンダ１０６から排出される排気ガスの量および時期は、排気バルブ１２０により制御される。吸気バルブ１１８はカム１２２により駆動され、排気バルブ１２０はカム１２４により駆動される。

吸気バルブ１１８は、後に詳細に説明するように、ＶＶＬ（Variable Valve Lift）装置４００によってリフト量および作用角が制御される。なお、排気バルブ１２０についても、リフト量および作用角を制御可能としてもよい。また、バルブの開閉タイミングを制御するＶＶＴ（Variable Valve Timing）装置をＶＶＬ装置４００に組み合わせてもよい。

制御装置２００は、車両の走行状況や排気浄化装置の暖機状況に応じてエンジン１００が所望の運転ポイントで運転されるように、スロットル開度θｔｈ、点火時期、燃料噴射時期、燃料噴射量、吸気バルブの作動状態（開閉タイミング、リフト量、作用角等）を制御する。なお、運転ポイントとは、エンジン１００のパワー、トルクおよび回転数が決定されるエンジン１００の動作点であり、エンジン１００が所望のパワーやトルクを出力するようにエンジン１００の運転ポイントが決定される。この実施の形態１では、エンジン１００のパワーが所望の運転パワーとなるように運転ポイントが設定される。制御装置２００には、アクセル開度ＡＣＣや車速ＶＳＳを示す信号のほか、カム角センサ３００、クランク角センサ３０２、ノックセンサ３０４、スロットル開度センサ３０６の各センサから信号が入力される。

カム角センサ３００は、カムの位置を表す信号を出力する。クランク角センサ３０２は、クランクシャフト１１６の回転数（エンジン回転数）およびクランクシャフト１１６の回転角度を表す信号を出力する。ノックセンサ３０４は、エンジン１００の振動の強度を表す信号を出力する。スロットル開度センサ３０６は、スロットル開度θｔｈを表す信号を出力する。そして、制御装置２００は、これらの各センサからの信号に基づいてエンジン１００を制御する。

図３は、ＶＶＬ装置４００において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。図３を参照して、排気行程において排気バルブ１２０（図２）が開いて閉じ、吸気行程において吸気バルブ１１８（図２）が開いて閉じる。波形ＥＸは、排気バルブ１２０のバルブ変位量であり、波形ＩＮ１，ＩＮ２は、吸気バルブ１１８のバルブ変位量である。バルブ変位量とは、バルブが閉じた状態からのバルブの変位量である。なお、以下において、リフト量とは、吸気バルブ１１８の開度がピークに達したときのバルブ変位量であり、作用角とは、吸気バルブ１１８が開いてから閉じるまでのクランク角度である。

吸気バルブ１１８の作動特性は、ＶＶＬ装置４００によって波形ＩＮ１，ＩＮ２の間で変化する。波形ＩＮ１は、リフト量および作用角が最小の場合を示す。波形ＩＮ２は、リフト量および作用角が最大の場合を示す。ＶＶＬ装置４００においては、リフト量が増大するに従って作用角も増大する。なお、この実施の形態１では、ＶＶＬ装置４００は、後に図６に示すように、リフト量および作用角を３段階に切替可能に構成される。

図４は、ＶＶＬ装置４００の正面図である。なお、図４に示される構成は一例であり、ＶＶＬ装置４００はこのような構成のものに限定されるものではない。図４を参照して、ＶＶＬ装置４００は、一方向に延びる駆動軸４１０と、駆動軸４１０の外周面を覆う支持パイプ４２０と、支持パイプ４２０の外周面上で駆動軸４１０の軸方向に並んで配置された入力アーム４３０および揺動カム４４０とを備える。駆動軸４１０の先端には、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータ（図示せず）が接続される。

ＶＶＬ装置４００には、各気筒に設けられた１つのカム１２２に対応して、１つの入力アーム４３０が設けられる。入力アーム４３０の両側には、各気筒に設けられた一対の吸気バルブ１１８のそれぞれに対応して、２つの揺動カム４４０が設けられる。

支持パイプ４２０は、中空円筒状に形成されており、カムシャフト１３０に対して平行に配置される。支持パイプ４２０は、軸方向へ移動したり、回転したりしないようにシリンダヘッドに固定される。

支持パイプ４２０の内部には、その軸方向に摺動可能なように駆動軸４１０が挿入される。支持パイプ４２０の外周面上には、駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動可能で、かつ、その軸方向には移動しないように、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０が設けられる。

入力アーム４３０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出するアーム部４３２と、アーム部４３２の先端に回転可能に接続されたローラ部４３４とを有する。入力アーム４３０は、ローラ部４３４がカム１２２に当接可能な位置に配置されるように設けられる。

揺動カム４４０は、支持パイプ４２０の外周面から離れる方向に突出する略三角形状のノーズ部４４２を有する。ノーズ部４４２の一辺には、凹状に湾曲したカム面４４４が形成される。吸気バルブ１１８に設けられたバルブスプリングの付勢力により、ロッカアーム１２８に回転可能に取り付けられたローラがカム面４４４に押し付けられる。

入力アーム４３０および揺動カム４４０は、一体となって駆動軸４１０の軸芯を中心として揺動する。このため、カムシャフト１３０が回転すると、カム１２２に当接された入力アーム４３０が揺動し、この入力アーム４３０の動きに連動して揺動カム４４０も揺動する。この揺動カム４４０の動きが、ロッカアーム１２８を介して吸気バルブ１１８に伝わり、吸気バルブ１１８が開閉される。

ＶＶＬ装置４００は、さらに、支持パイプ４２０の軸芯周りにおいて、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差を変更する装置を備える。相対位相差を変更する装置によって、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が適宜変更される。

つまり、両者の相対位相差を拡大すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が拡大され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が増大される。

また、両者の相対位相差を縮小すれば、入力アーム４３０および揺動カム４４０の揺動角に対するロッカアーム１２８の揺動角が縮小され、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が小さくされる。

図５は、図４に示したＶＶＬ装置４００を部分的に示した斜視図である。なお、この図５では、内部構造が把握できるように一部が破断されて示されている。図５を参照して、入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０と、支持パイプ４２０の外周面との間に規定された空間には、支持パイプ４２０に対して、回転可能で、かつ軸方向に摺動可能に支持されたスライダギヤ４５０が収容される。スライダギヤ４５０は、支持パイプ４２０上を軸方向に摺動可能に設けられる。

スライダギヤ４５０には、その軸方向の中央部に位置して、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５２が設けられる。また、スライダギヤ４５０には、ヘリカルギヤ４５２の両側に位置し、ヘリカルギヤ４５２とは逆に左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されたヘリカルギヤ４５４が各々に設けられる。

一方、スライダギヤ４５０を収容する空間を規定する入力アーム４３０および２つの揺動カム４４０の内周面には、ヘリカルギヤ４５２および４５４に対応したヘリカルスプラインがそれぞれ形成される。つまり、入力アーム４３０には、右ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５２に噛み合っている。また、揺動カム４４０には、左ねじ螺旋状のヘリカルスプラインが形成されており、そのヘリカルスプラインがヘリカルギヤ４５４に噛み合っている。

スライダギヤ４５０には、一方のヘリカルギヤ４５４とヘリカルギヤ４５２との間に位置して、周方向に延びる長穴４５６が形成される。また、図示しないが、支持パイプ４２０には、長穴４５６の一部と重なるように、軸方向に延びる長穴が形成される。支持パイプ４２０の内部に挿通された駆動軸４１０には、これら長穴４５６および図示しない長穴の重なった部分を通じて突出する係止ピン４１２が一体に設けられる。

駆動軸４１０に連結されるアクチュエータ（図示せず）によって、駆動軸４１０がその軸方向に移動すると、スライダギヤ４５０が係止ピン４１２により押され、ヘリカルギヤ４５２および４５４が同時に駆動軸４１０の軸方向に移動する。このようなヘリカルギヤ４５２および４５４の移動に対して、これらにスプライン係合された入力アーム４３０および揺動カム４４０は、軸方向に移動しない。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０は、ヘリカルスプラインの噛み合いを通じて駆動軸４１０の軸芯周りに回動する。

このとき、入力アーム４３０と揺動カム４４０とでは、形成されたヘリカルスプラインの向きが逆である。そのため、入力アーム４３０と揺動カム４４０の回動方向は互いに逆方向となる。これにより、入力アーム４３０と揺動カム４４０との相対位相差が変化し、既に説明したように吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が変更される。

なお、ＶＶＬ装置４００は、このような形式のものに限定されない。たとえば、電気的にバルブを駆動するＶＶＬ装置や、油圧を用いてバルブを駆動するＶＶＬ装置などを用いてもよい。

制御装置２００（図２）は、駆動軸４１０を直線運動させるアクチュエータの操作量を調整することによって、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を制御する。

図６は、吸気バルブ１１８の作動特性を３段階に切替可能なＶＶＬ装置４００において実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。図６を参照して、ＶＶＬ装置４００は、吸気バルブ１１８の作動特性を第１から第３の特性のいずれかに切替可能である。第１の特性は、波形ＩＮ１ａで示される。第２の特性は、波形ＩＮ２ａで示され、作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角が大きい。第３の特性は、波形ＩＮ３ａで示され、作動特性が第１の特性であるときよりもリフト量および作用角が大きく、作動特性が第２の特性であるときよりもリフト量および作用角が小さい。

なお、以下では、３つの作動特性のうちリフト量および作用角が相対的に小さい第１の特性（波形ＩＮ１ａ）を「小カム特性」とも称し、３つの作動特性のうちリフト量および作用角が相対的に大きい第２の特性（波形ＩＮ２ａ）を「大カム特性」とも称する。また、リフト量および作用角が小カム特性のときよりも大きく、かつ、大カム特性のときよりも小さい第３の特性（波形ＩＮ３ａ）を「中カム特性」とも称する。

図７は、吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性であるときのピストン上昇時の動作を説明する図である。図７を参照して、吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性である場合には、ピストン１１４の上昇時に吸気バルブ１１８の閉じるタイミングが遅くなる。これにより、エンジン１００は、アトキンソンサイクルで運転され、燃費の向上が図られる。一方、吸気行程にてシリンダ１０６内に吸入された混合気の一部がシリンダ１０６外へ戻されることにより、シリンダ１０６内における混合気の圧縮比が低減するので、混合気の着火性が悪化する。これにより、混合気の燃焼状態は悪化傾向となり、排気ガス中のエミッションは悪化する。

図８は、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性であるときのピストン上昇時の動作を説明する図である。また、図９は、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性であるときのピストン下降時の動作を説明する図である。図８および図９を参照して、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性である場合には、ピストン１１４の下降時に吸気バルブ１１８の開くタイミングが遅くなるので、シリンダ１０６内に負圧が発生した状態で吸気ポートから混合気が吸気されることとなり、シリンダ１０６内の燃料の混合が促進される。さらに、ピストン１１４の上昇時に吸気バルブ１１８の閉じるタイミングは早くなるので、シリンダ１０６内における混合気の圧縮比が上昇し、混合気の着火性が向上する。これらによって、混合気の燃焼状態は良好となり、排気ガス中のエミッションが改善される。一方、ポンピングロスが大きくなるので、燃費は相対的に悪化する。

再び図１および図２を参照して、このハイブリッド車両１は、エンジン１００を停止してモータジェネレータＭＧ２による走行（ＥＶ走行）が可能である。エンジン停止状態で所定のエンジン始動条件が成立すると、エンジン始動処理が実行され、ハイブリッド車両１は、エンジン停止状態からエンジン作動状態に遷移する。エンジン始動条件は、ハイブリッド車両１に要求される出力（パワーないしトルク）が所定のしきい値を超えたときや、排気通路に設けられるＳ／Ｃ触媒１１２Ｓ（図２）の暖機が必要と判断される場合等に成立する。

制御装置２００は、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの暖機を要求する所定の触媒暖機実施条件が成立すると、エンジン１００を始動させてＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの暖機を行なう触媒暖機制御を実行する。制御装置２００は、触媒暖機制御を、第１暖機制御と第２暖機制御との２段階に分けて実行する。すなわち、第１暖機制御は、エンジン１００の始動直後に実行され、制御装置２００は、エンジン１００を第１の運転パワー（たとえば０〜３ｋＷ程度の低パワー）で運転するとともに、エンジン１００の点火時期を遅角側にしてエンジン１００を運転する。エンジン１００のパワーを抑えて排気ガス量を抑えつつ、点火時期を遅角側にすることにより排気ガスの温度を高めてＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの早期暖機を行なうためである。なお、第１の運転パワーは、走行パワーに応答するものではなく、走行パワーはモータジェネレータＭＧ２から出力される。

第１暖機制御によってＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気上流側の暖機が行なわれ、最低限の排気浄化能力が確保されると、制御装置２００は、第２暖機制御を実行する。すなわち、制御装置２００は、遅角側に制御されていたエンジン１００の点火時期を通常状態に復帰させるとともに、第１の運転パワーよりも大きい第２の運転パワーでエンジン１００を運転する。この第２の運転パワーは、走行パワーに応答するものではなく、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力を超えない所定値に設定される。この所定値は、一定値であってもよいし、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力の上昇（Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度上昇）に伴なって段階的に引き上げてもよい。この間、走行パワーはモータジェネレータＭＧ２から出力される。

そして、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓ全体の暖機が行なわれ、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力が１００％に達すると、制御装置２００は、走行パワーに基づいてエンジン１００を運転する（以下、触媒暖機制御に対して「通常制御」と称する。）。通常制御では、走行パワーに基づいてモータジェネレータＭＧ２およびエンジン１００を駆動する走行（ＨＶ走行）が行なわれる。

上記のような触媒暖機制御において、エンジン始動直後の第１暖機制御の実行中は、エンジン１００の燃焼温度も低く、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの暖機も進行していないので、排気ガス中のエミッションの抑制が強く要求される。一方、第２暖機制御の実行中は、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力の上昇に伴ない排気ガス中のエミッションが改善されてくるので、燃費の向上を図る余地が出てくる。なお、第２暖機制御の開始直後におけるエンジン１００の点火時期の復帰中は、エンジン１００の燃焼状態が不安定になるので、エミッション抑制の優先度は高い。

そこで、このハイブリッド車両１では、上記のような第１暖機制御および第２暖機制御に合わせて吸気バルブ１１８の作動特性が切替えられ、触媒暖機制御中のエミッション抑制および燃費改善の両立が図られる。具体的には、図７から図９で説明したように、吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性である場合には、作動特性が小カム特性である場合よりも燃費を向上させることができる。一方、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性である場合には、作動特性が大カム特性である場合よりも排気ガス中のエミッションを抑制することができる。そこで、第１段階の第１暖機制御の実行中は、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性となるようにＶＶＬ装置４００が制御され、排気ガス中のエミッションの抑制が図られる。一方、第２暖機制御の実行中は、エンジン１００の点火時期の復帰処理が行なわれる初期段階は、吸気バルブ１１８の作動特性を中カム特性にしてエミッションの抑制と燃費の改善との両立を図り、点火時期の復帰後は、吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性にして燃費の向上が図られる。

図１０は、触媒暖機制御およびその後の通常制御におけるエンジン１００の制御状態を説明するための波形図である。図１０を参照して、横軸は時間を示し、縦軸の上から順に、エンジン回転数Ｎｅ、エンジンパワーＰｅ、エンジン１００の点火時期ａｏｐ、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気上流側端部（たとえば端面１０ｍｍ位置）の浄化率、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央での浄化率、エンジン１００の燃焼温度、吸気バルブ１１８の作動特性の設定状態を示す波形が示されている。

なお、浄化率は、入力される排気ガスのエミッション濃度（代表的にはＨＣ濃度）に対する、出力される排気ガスのエミッション濃度の比で定義され、実際には、予め準備されたマップや関係式等を用いて、触媒温度に基づいて推定される。触媒温度は、予め準備されたマップや関係式等を用いて、エンジン１００の吸入空気量と点火遅角量とから推定される。

なお、触媒浄化率（端面１０ｍｍ）は、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気上流側端部の浄化率であって、一例としての排気上流側端面１０ｍｍでの浄化率を示し、以下では「端面浄化率」とも称する。また、触媒浄化率（中央）は、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓ全体での浄化率を示し、以下では「中央浄化率」とも称する。

時刻ｔ１において、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの暖機実施条件が成立し、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの暖機のためにエンジン１００が始動したものとする。時刻ｔ２において、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの端面浄化率が１００％に達するまでは、第１暖機制御が実行される。すなわち、エンジン回転数Ｎｅは一定で、エンジンパワーＰｅは、第１の運転パワーＰ１（たとえば０〜３ｋＷ程度の低パワー）に設定される。ハイブリッド車両１の走行パワーはモータジェネレータＭＧ２から出力される。また、エンジン１００の点火時期ａｏｐは遅角側に制御され、燃焼ガス（排気ガス）の温度が高められる。

第１暖機制御の実行中は、エンジン１００がまだ低温であるとともに点火時期ａｏｐも遅角側に制御されているので、エンジン１００の燃焼状態は不安定であるところ、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性（図６のＩＮ１ａ）に設定される。これにより、図９で説明したように、混合気の燃焼状態を良好にして、排気ガス中のエミッションの抑制が図られる。

時刻ｔ２において、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの端面浄化率が１００％に達すると、第１暖機制御から第２暖機制御に切替わる。すなわち、エンジン１００の点火時期ａｏｐが遅角側から通常状態に復帰され、エンジンパワーＰｅは、第１の運転パワーＰ１よりも大きい第２の運転パワーＰ２に設定される。上述のように、第２の運転パワーＰ２は、走行パワーに応答するものではなく、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力を超えない所定値に設定される。この第２の運転パワーＰ２は、一定値であってもよいし、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力の上昇（Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度上昇）に伴なって引き上げてもよい。走行パワーはモータジェネレータＭＧ２から出力される。走行パワーに拘わらずエンジンパワーＰｅが安定的に制御されることにより、エンジン１００の運転が安定した状態でＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの暖機が継続される。

さらに、時刻ｔ２において第２暖機制御が開始されると、吸気バルブ１１８の作動特性が中カム特性（図６のＩＮ３ａ）に設定される。吸気バルブ１１８のリフト量および作用角を大きくすることで燃費向上を狙ったものであるが、燃焼が不安定になるエンジン点火時期ａｏｐの復帰制御が行なわれ、かつ、燃焼温度もまだ十分に高まっていない初期段階では、作動特性を大カム特性にはせずに中カム特性に設定して、第１暖機制御に比べて燃費改善を図りつつ、作動特性を大カム特性に設定する場合に比べて燃焼改善によるエミッションの抑制が図られる。

そして、時刻ｔ３において、燃焼温度が所定温度に達し、エンジン１００の燃焼状態が安定したところで、吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性（図６のＩＮ２ａ）に設定される。これにより、エンジン１００はアトキンソンサイクルで運転され、燃費の向上が図られる。

時刻ｔ４において、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が１００％に達すると、触媒暖機制御（第２暖機制御）が終了し、通常制御が実行される。この通常制御では、走行パワーに基づいてエンジン１００が運転されるとともに、エンジン回転数Ｎｅとエンジントルク（図示せず）とに基づいてＶＶＬ装置４００の吸気バルブ１１８の作動特性が制御される。

図１１は、通常制御における吸気バルブ１１８の作動特性の設定例を示した図である。図１１を参照して、横軸にはエンジン回転数が示され、縦軸にはエンジントルクが示される。一点鎖線で示されるラインは、第１〜第３の特性（ＩＮ１ａ〜ＩＮ３ａ）に対応するトルク特性を示す。実線で示される円は等燃費ラインを示し、円の中心に近づくほど燃費が向上する。エンジン１００は、基本的には、実線で表わされるエンジン動作線上で運転される。

領域Ｒ１で示される低回転域では、エンジンの振動を抑制することが重要となる。この低回転域では、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガスの導入が停止され、アトキンソンサイクルによる燃費の向上が図られる。よって、領域Ｒ１では、リフト量および作用角が大きくなるように吸気バルブ１１８の作動特性として第２の特性（ＩＮ２ａ）が選択される。領域Ｒ２で示される中回転域では、ＥＧＲガスの導入量の増加による燃費の向上が図られる。よって、領域Ｒ２では、リフト量および作用角が中間となるように吸気バルブ１１８の作動特性として第３の特性（ＩＮ３ａ）が選択される。

すなわち、吸気バルブ１１８のリフト量および作用角が大きい場合（第２の特性）は、ＥＧＲガスの導入による燃費向上よりもアトキンソンサイクルによる燃費向上が優先される。一方、中間のリフト量および作用角が選択された場合（第３の特性）は、アトキンソンサイクルによる燃費向上よりもＥＧＲガスの導入による燃費向上が優先される。

領域Ｒ３で示される高回転域では、吸気慣性によって多量の空気をシリンダ内へ導入し、実圧縮比の上昇による出力性能の向上が図られる。よって、領域Ｒ３では、リフト量および作用角が大きくなるように吸気バルブ１１８の作動特性として第２の特性（ＩＮ２ａ）が選択される。このように、エンジン１００の運転状態に応じてリフト量および作用角が決定される。

図１２は、実施の形態１によるハイブリッド車両１における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。このフローチャートは、制御装置２００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１２を参照して、制御装置２００は、触媒暖機の実施条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ１０）。一例として、エンジン停止状態でＳ／Ｃ触媒１１２Ｓが浄化能力を発揮できないまでにＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が低下した場合に、触媒暖機の実施条件が成立したものと判定される。実施条件が成立していない場合には（ステップＳ１０においてＮＯ）、制御装置２００は、以降の一連の処理を実行することなくステップＳ１２０へ処理を移行する。

ステップＳ１０において触媒暖機の実施条件が成立したものと判定されると（ステップＳ１０においてＹＥＳ）、制御装置２００は、第１暖機制御を開始する。すなわち、制御装置２００は、エンジン１００を始動して点火時期遅角制御を実行する（ステップＳ２０）。この点火時期遅角制御では、エンジン１００の点火時期ａｏｐが遅角側に制御され、エンジンパワーＰｅを第１の運転パワーＰ１とする第１運転ポイントでエンジン１００が運転される。一例として、第１の運転パワーＰ１は、０〜３ｋＷ程度の低パワーに設定され、この第１運転ポイントでは、エンジン１００の回転数は、アイドリング回転数に設定され、エンジントルクは、エンジンパワーＰｅが第１の運転パワーＰ１となるように設定される。

さらに、制御装置２００は、ＶＶＬ装置４００の吸気バルブ１１８の作動特性が第１の特性（ＩＮ１ａ）すなわち小カム特性となるようにＶＶＬ装置４００を制御する（ステップＳ３０）。

次いで、制御装置２００は、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が所定値Ａを超えたか否かを判定する（ステップＳ４０）。所定値Ａは、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの端面浄化率が１００％に達したか否かを判定するためのＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度であり、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度と端面浄化率との関係は、実験等によって予め求められる。なお、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度は、エンジン１００の吸入空気量と点火遅角量とから推定され、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度と吸入空気量および点火遅角量との関係も、実験等によって予め求められる。

ステップＳ４０においてＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が所定値Ａを超えたと判定されると（ステップＳ４０においてＹＥＳ）、制御装置２００は、第２暖機制御を開始する。すなわち、制御装置２００は、エンジンパワーＰｅを第１の運転パワーＰ１よりも高い第２の運転パワーＰ２とする第２運転ポイントでエンジン１００を運転するようにエンジン１００を制御する（ステップＳ５０）。第２の運転パワーは、走行パワーに応答することなく、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力の範囲内で定められ、一定値であってもよいし、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの排気浄化能力の上昇（Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度上昇）に伴なって引き上げてもよい。一例として、この第２運転ポイントでは、エンジン１００の回転数は、アイドリング回転数に設定され、エンジントルクは、第１暖機制御から第２暖機制御に切替わった後、エンジンパワーＰｅが第１の運転パワーＰ１から第２の運転パワーＰ２まで徐々に増加するように設定される。

さらに、制御装置２００は、ＶＶＬ装置４００の吸気バルブ１１８の作動特性が第３の特性（ＩＮ３ａ）すなわち中カム特性となるようにＶＶＬ装置４００を制御する（ステップＳ６０）。

さらに、制御装置２００は、ステップＳ２０において遅角側に制御していたエンジン１００の点火時期ａｏｐを通常状態に復帰させる点火時期遅角復帰制御を実行する（ステップＳ７０）。なお、点火時期ａｏｐの復帰レートについては、高いレートで早期に復帰させた方が燃費は向上する一方、燃焼不安定によりエミッションは悪化するので、燃費向上とエミッション悪化とのバランスを勘案して決定される。

次いで、制御装置２００は、エンジン１００の燃焼状態が安定したか否かを判定する（ステップＳ８０）。一例として、エンジン１００の燃焼温度が所定温度を超えると、燃焼状態が安定したものと判定される。なお、燃焼温度は、エンジン冷却水温や油温、積算空気量等に基づいて、予め準備されたマップや関係式等を用いて推定される。そして、エンジン１００の燃焼状態が安定したものと判定されると（ステップＳ８０においてＹＥＳ）、制御装置２００は、吸気バルブ１１８の作動特性が第２の特性（ＩＮ２ａ）すなわち大カム特性となるようにＶＶＬ装置４００を制御する（ステップＳ９０）。

続いて、制御装置２００は、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が所定値Ｃ（＞所定値Ａ）を超えたか否かを判定する（ステップＳ１００）。所定値Ｃは、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が１００％に達したか否かを判定するためのＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度である。

そして、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が所定値Ｃを超えたものと判定されると（ステップＳ１００においてＹＥＳ）、制御装置２００は、触媒暖機制御（第２暖機制御）を終了して通常制御に移行する。すなわち、制御装置２００は、走行パワーに基づいてエンジン１００を制御するとともに、エンジン回転数ＮｅおよびエンジントルクＴｅに基づいて、図１１に示される動作線に従ってＶＶＬ装置４００の吸気バルブ１１８の作動特性を制御する（ステップＳ１１０）。

以上のように、この実施の形態１においては、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの暖機が要求されると、モータジェネレータＭＧ２により走行しつつ、第１暖機制御および第２暖機制御から成る触媒暖機制御が実行される。そして、第１暖機制御の実行中は、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性に設定され、第２暖機制御に切替わると、作動特性が中カム特性に切替えられ、エンジン１００の燃焼状態が安定すると、作動特性が大カム特性に切替えられる。このような構成とすることにより、触媒暖機制御中の燃費およびエミッションを改善することができる。

［変形例１］
上記の実施の形態１では、ＶＶＬ装置４００は、吸気バルブ１１８の作動特性を３段階に切替可能としたが、この変形例１では、吸気バルブ１１８の作動特性が２段階に切替可能とされる。

図１３は、吸気バルブ１１８の作動特性を２段階に切替可能なＶＶＬ装置４００Ａにおいて実現されるバルブ変位量とクランク角の関係を示す図である。図１３を参照して、ＶＶＬ装置４００Ａは、吸気バルブ１１８の作動特性を、波形ＩＮ１ａで示される第１の特性（小カム特性）と、波形ＩＮ２ａで示される第２の特性（大カム特性）とのいずれかに切替可能である。

図１４は、この変形例１におけるエンジン１００の制御状態を説明するための波形図である。なお、この図１４は、図１０に対応させて記載したものである。図１４を参照して、吸気バルブ１１８の作動特性を２段階に切替可能なこの変形例１では、時刻ｔ２において第２暖機制御が開始されても、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性に維持される。そして、時刻ｔ３において、エンジン１００の燃焼状態が安定すると、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性から大カム特性に切替えられる。すなわち、燃焼状態が安定するまでは、燃費向上よりもエミッション抑制を優先させて、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性に設定される。

図１５は、この変形例１によるハイブリッド車両１における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。図１５を参照して、このフローチャートは、図１２に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６０を含まない構成から成る。すなわち、ステップＳ４０においてＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が所定値Ａを超えることにより第２暖機制御が開始され、ステップＳ５０においてエンジン１００の運転ポイントが第２運転ポイントに切替えられても、吸気バルブ１１８の作動特性は第１の特性（ＩＮ１ａ）すなわち小カム特性に維持される。

そして、ステップＳ８０において、エンジン１００の燃焼状態が安定したものと判定されると、ステップＳ９０において、吸気バルブ１１８の作動特性が第２の特性（ＩＮ２ａ）に設定される。すなわち、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性から大カム特性に切替えられる。なお、その他の処理については、図１２に示したフローチャートと同じである。

以上のように、この変形例１によれば、吸気バルブ１１８の作動特性の切替を２段階としたので、エンジン１００の運転状態を制御するための制御パラメータの適合に要する時間を低減することができる。また、吸気バルブ１１８の作動特性を変更するためのアクチュエータに必要とされるトルクを低減することができ、アクチュエータを小型化して軽量化することができる。さらに、アクチュエータの製造コストも低減し得る。

［実施の形態２］
図１６は、実施の形態２におけるエンジンの構成図である。図１６を参照して、このエンジン１００Ａは、図２に示したエンジン１００の構成において、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置をさらに含む。

ＥＧＲ装置は、ＥＧＲ通路１４０と、ＥＧＲバルブ１４２とを含む。ＥＧＲ通路１４０は、エンジン１００Ａの排気を吸気側（たとえば吸気マニホールド）へ還流するための管路である。ＥＧＲバルブ１４２は、ＥＧＲ通路１４０に設けられ、制御装置２００によって開閉が制御される。ＥＧＲバルブ１４２が開かれると、ＥＧＲ通路１４０によって排気路と吸気路とが連通され、ＥＧＲバルブ１４２が閉じられると、ＥＧＲ通路１４０は遮断される。ＥＧＲバルブ１４２を開いて排気を吸気路に還流することによってスロットル損失を低減させ、ポンピングロスを低減することができる。したがって、ＥＧＲ装置を作動させる（ＥＧＲバルブ１４２開）ことによって燃費を向上させることができる。

なお、エンジン１００Ａのその他の構成は、図２に示したエンジン１００と同じである。また、実施の形態２によるハイブリッド車両の全体構成は、図１に示したハイブリッド車両１と同じである。

この実施の形態２では、触媒暖機制御中のさらなる燃費向上を狙って、第２暖機制御中にＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの浄化率がある程度上昇するとＥＧＲ装置を作動させる。第２暖機制御中は、エンジン１００Ａは、第２運転ポイントで運転され、走行パワーに応答する必要はないので、ＥＧＲ装置の作動による多少の緩慢燃焼は許容される。この点で、第２暖機制御中は、ＥＧＲ装置の作動を許容し易い状況であるところ、エンジン１００Ａの燃焼温度が十分に高まっていない状態でＥＧＲ装置を作動させると、燃焼状態が悪化してエミッションが悪化する。そこで、この実施の形態２では、ＥＧＲ装置の作動に伴なうエミッションの悪化を抑制するために、ＥＧＲ装置の作動時にＶＶＬ装置４００の吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性である場合には、作動特性を中カム特性に切替えて燃焼状態の改善が図られる。これにより、ＥＧＲ装置の作動による燃費向上を実現しつつ、ＥＧＲ装置の作動に伴ないエミッションが悪化するのを抑制することができる。

図１７は、実施の形態２におけるエンジン１００Ａの制御状態を説明するための波形図である。なお、この図１７は、図１０に対応させて記載したものである。図１７を参照して、時刻ｔ３までは、図１０に示した波形と同じである。なお、この時点では、ＥＧＲ装置は停止状態である（ＥＧＲバルブ１４２閉）。

第２暖機制御中の時刻ｔ３において、吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性に設定された後、時刻ｔ５において、触媒温度が所定温度に達することによりＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が所定レベルまで上昇したものと判定されると、ＥＧＲ装置（図１６）が作動状態となる（ＥＧＲバルブ１４２開）。そして、ＥＧＲ装置の作動に伴ない、吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性から中カム特性に切替えられる。なお、時刻ｔ４において、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が１００％に達した後の通常制御については、実施の形態１と同じである。

図１８は、実施の形態２によるハイブリッド車両１における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。なお、このフローチャートも、制御装置２００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１８を参照して、このフローチャートは、図１２に示したフローチャートにおいて、ステップＳ９２，Ｓ９４，Ｓ９６をさらに含む。すなわち、ステップＳ９０において、吸気バルブ１１８の作動特性が第２の特性（ＩＮ２ａ）すなわち大カム特性に設定されると、制御装置２００は、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が所定値Ｂ（＞所定値Ａ）を超えたか否かを判定する（ステップＳ９２）。所定値Ｂは、ＥＧＲ装置を作動させても排気ガスを浄化可能なまでにＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が上昇したことを判定するためのＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度であり、実験等によって予め求められる。

そして、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が所定値Ｂを超えたものと判定されると（ステップＳ９２においてＹＥＳ）、制御装置２００は、ＥＧＲバルブ１４２を開にすることによってＥＧＲ装置を作動させる（ステップＳ９４）。さらに、制御装置２００は、吸気バルブ１１８の作動特性を第３の特性（ＩＮ３ａ）すなわち中カム特性に設定する（ステップＳ９６）。これにより、ＥＧＲ装置の作動による燃費向上を実現しつつ、ＥＧＲ装置の作動に伴ないエミッションが悪化するのを抑制することができる。なお、その他の処理については、図１２に示したフローチャートと同じである。

なお、上記においては、ＥＧＲ装置を作動させると、吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性から中カム特性に切替えるものとしたが、ＥＧＲ率に応じて吸気バルブ１１８の作動特性を切替えるようにしてもよい。たとえば、ＥＧＲ率が低い場合には上記のように中カム特性とし、ＥＧＲ率が高い場合には、燃焼が不安定になり得るので小カム特性とするようにしてもよい。なお、ＥＧＲ率とは、筒内に流入するガス量における排気ガス量の比であり、実際には、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量、ＥＧＲバルブ１４２の開度等から算出される。

また、吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性から中カム特性に切替えてから、ＥＧＲ装置を作動させるようにしてもよい。これは、吸気バルブ１１８の作動特性を、ＥＧＲ装置を作動可能な状態にしてから、ＥＧＲ装置を作動させるものである。

以上のように、この実施の形態２によれば、第２暖機制御の実行中にＥＧＲ装置を作動させるようにしたので、触媒暖機制御中の燃費をさらに改善することができる。さらに、ＥＧＲ装置の作動時に吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性である場合には、エンジン１００の燃焼状態が悪化してエミッションが悪化し得るところ、この実施の形態２によれば、このような場合に吸気バルブ１１８の作動特性を中カム特性（または小カム特性）に切替えるので、ＥＧＲ装置の作動による燃費改善効果を得つつ、エミッションの悪化を抑制することができる。

［変形例２］
上記の実施の形態２についても、上記の変形例１と同様に、吸気バルブ１１８の作動特性を２段階に切替可能としてもよい。なお、吸気バルブ１１８の作動特性を２段階に切替可能なＶＶＬ装置４００Ａにおいて実現されるバルブ変位量とクランク角の関係は、図１３で説明したとおりである。

図１９は、この変形例２におけるエンジン１００の制御状態を説明するための波形図である。なお、この図１９は、図１７に対応させて記載したものである。図１９を参照して、この変形例２では、時刻ｔ２において第２暖機制御が開始されても、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性（図６のＩＮ１ａ）に維持される。そして、時刻ｔ３において、エンジン１００の燃焼状態が安定すると、吸気バルブ１１８の作動特性が小カム特性から大カム特性（図６のＩＮ２ａ）に切替えられる。

時刻ｔ５において、触媒温度が所定温度に達することによりＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が所定レベルまで上昇したものと判定されると、ＥＧＲ装置（図１６）が作動状態となる（ＥＧＲバルブ１４２開）。そして、ＥＧＲ装置の作動に伴ない、吸気バルブ１１８の作動特性が大カム特性から小カム特性に切替えられる。これにより、ＥＧＲ装置の作動による燃費向上を実現しつつ、ＥＧＲ装置の作動に伴ないエミッションが悪化するのを抑制することができる。なお、時刻ｔ４において、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が１００％に達した後の通常制御については、実施の形態２と同じである。

図２０は、この変形例２によるハイブリッド車両１における触媒暖機制御および吸気バルブ制御の制御構造を説明するフローチャートである。図２０を参照して、このフローチャートは、図１８に示したフローチャートにおいて、ステップＳ６０を含まない構成から成る。ステップＳ６０を含まない場合の制御の説明については、図１５に示した変形例１の説明と重複するので、説明を繰り返さない。

以上のように、この変形例２によれば、吸気バルブ１１８の作動特性の切替を２段階としたので、上記の変形例１と同様の効果が得られる。

なお、上記の各実施の形態および各変形例においては、第２暖機制御中において、エンジン１００の燃焼状態が安定したものと判定された後に、吸気バルブ１１８の作動特性を第２の特性（ＩＮ２ａ）すなわち大カム特性に設定するものとしたが、第２暖機制御中に吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性に設定可能な条件には、エンジン１００の燃焼状態に代えて種々の条件を採用し得る。

たとえば、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの温度が予め定められた温度まで上昇した後に、吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性に設定するものとしてもよい。あるいは、第１暖機制御から第２暖機制御への切替えに伴ない、エンジンパワーＰｅが第１の運転パワーＰ１から第２の運転パワーＰ２へ変更されて一定値となった後に、吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性に設定するものとしてもよい。あるいは、第１暖機制御から第２暖機制御への切替えに伴なうエンジン１００の点火時期ａｏｐの復帰完了後に、吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性に設定するものとしてもよい。あるいは、第１暖機制御から第２暖機制御への切替後に、吸気バルブ１１８の作動特性を大カム特性に設定するものとしてもよい。

また、上記においては、排気浄化装置を、前段のＳ／Ｃ触媒１１２Ｓと、後段のＵ／Ｆ触媒１１２Ｕとによって構成し（図２，図１６）、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓについて、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの端面浄化率が１００％に達すると、第１暖機制御から第２暖機制御に切替わるものとし、Ｓ／Ｃ触媒１１２Ｓの中央浄化率が１００％に達すると、触媒暖機制御（第２暖機制御）から通常制御に切替わるものとした。

このような構成に代えて、前段のＳ／Ｃ触媒１１２Ｓの浄化率（中央浄化率）が１００％に達すると、第１暖機制御から第２暖機制御に切替わるものとし、後段のＵ／Ｆ触媒１１２Ｕの浄化率（中央浄化率）が１００％に達すると、触媒暖機制御（第２暖機制御）から通常制御に切替わるようにしてもよい。

あるいは、図２１に示すように、排気浄化装置をＳ／Ｃ触媒１１２ＳとＵ／Ｆ触媒１１２Ｕとに分けることなく１つの触媒１１２Ｖによって構成し、触媒１１２Ｖの端面浄化率が１００％に達すると、第１暖機制御から第２暖機制御に切替わるものとし、触媒１１２Ｖの中央浄化率が１００％に達すると、触媒暖機制御（第２暖機制御）から通常制御に切替わるようにしてもよい。

なお、特に図示しないが、吸気バルブ１１８の作動特性を連続的に（無段階に）変更可能とし、たとえば、第２暖機制御中の吸気バルブ１１８の作動特性を、小カム特性から大カム特性へ連続的に変更するようにしてもよい。

また、上記の各実施の形態においては、制御装置２００は、エンジン１００の出力について、エンジン１００のパワーを制御（第１または第２の運転パワーに制御）するものとしたが、エンジン１００のトルクを制御してもよい（トルクデマンド制御）。すなわち、制御装置２００は、第１暖機制御では、エンジン１００が第１のトルクを出力するようにエンジン１００を運転し、第２暖機制御では、エンジン１００が第２のトルク（第２のトルク＞第１のトルク）を出力するようにエンジン１００を運転するようにしてもよい。この場合、第１暖機制御では、エンジン１００のトルクが第１のトルクとなるように第１運転ポイントが設定され、第２暖機制御では、エンジン１００のトルクが第２のトルクとなるように第２運転ポイントが設定される。

また、上記においては、動力分割装置４によりエンジン１００の動力を駆動輪６とモータジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とに分割して伝達可能なシリーズ／パラレル型のハイブリッド車両について説明したが、この発明は、その他の形式のハイブリッド車両にも適用可能である。すなわち、たとえば、モータジェネレータＭＧ１を駆動するためにのみエンジン１００を用い、モータジェネレータＭＧ２でのみ車両の駆動力を発生する、いわゆるシリーズ型のハイブリッド車両や、エンジン１００が生成した運動エネルギーのうち回生エネルギーのみが電気エネルギーとして回収されるハイブリッド車両、エンジンを主動力として必要に応じてモータがアシストするモータアシスト型のハイブリッド車両などにもこの発明は適用可能である。また、モータを切り離してエンジンのみの動力によって走行するハイブリッド車両にもこの発明は適用可能である。

なお、上記において、モータジェネレータＭＧ２は、この発明における「電動機」の一実施例に対応し、エンジン１００，１００Ａは、この発明における「内燃機関」の一実施例に対応する。また、ＶＶＬ装置４００は、この発明における「可変動弁装置」の一実施例に対応し、ＥＧＲ装置は、この発明における「還流装置」の一実施例に対応する。

今回開示された各実施の形態は、適宜組合わせて実施することも予定されている。そして、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。本発明の範囲は、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。

１ ハイブリッド車両、４ 動力分割装置、５ 減速機、６ 駆動輪、１０ 蓄電装置、２０ ＰＣＵ、１００，１００Ａ，１００Ｂ エンジン、１０２ エアクリーナ、１０４ スロットルバルブ、１０６ シリンダ、１０８ インジェクタ、１１０ 点火プラグ、１１２Ｓ Ｓ／Ｃ触媒、１１２Ｕ Ｕ／Ｆ触媒、１１２Ｖ 触媒、１１４ ピストン、１１６ クランクシャフト、１１８ 吸気バルブ、１２０ 排気バルブ、１２２，１２４ カム、１２８ ロッカアーム、１３０ カムシャフト、１４０ ＥＧＲ通路、１４２ ＥＧＲバルブ、２００ 制御装置、３００ カム角センサ、３０２ クランク角センサ、３０４ ノックセンサ、３０６ スロットル開度センサ、３１２ スロットルモータ、４００ ＶＶＬ装置、４１０ 駆動軸、４１２ 係止ピン、４２０ 支持パイプ、４３０ 入力アーム、４３２ アーム部、４３４ ローラ部、４４０ 揺動カム、４４２ ノーズ部、４４４ カム面、４５０ スライダギヤ、４５２，４５４ ヘリカルギヤ、４５６ 長穴、ＭＧ１，ＭＧ２ モータジェネレータ。

Claims (7)

1. 車両駆動力を発生する電動機と、
   吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する内燃機関と、
   触媒を用いて前記内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置の触媒の暖機を行なう触媒暖機制御を実行する制御装置とを備え、
   前記触媒暖機制御は、
   前記内燃機関を第１の運転ポイントで運転する第１の制御と、
   前記第１の制御の実行後、走行に要求される駆動力に拘わらず、前記第１の運転ポイントよりも前記内燃機関の出力が大きい第２の運転ポイントで前記内燃機関を運転する第２の制御とを含み、
   前記制御装置は、前記第１の制御の実行中は、前記第２の制御の実行中よりも前記内燃機関の点火時期を遅角側にして前記内燃機関を運転し、
   前記可変動弁装置は、前記作動特性を、第１の特性と、前記作動特性が前記第１の特性であるときよりも前記吸気バルブのリフト量および前記吸気バルブの作用角が大きい第２の特性とに変更可能に構成され、
   前記制御装置は、さらに、
   前記第１の制御の実行中は、前記作動特性が前記第１の特性となるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記第２の制御の実行中に、前記作動特性を前記第２の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記第２の制御の実行後、走行に要求される駆動力に基づいて前記内燃機関を運転するとともに、前記内燃機関の回転数とトルクとに基づいて前記可変動弁装置を制御し、
   前記可変動弁装置は、前記第１の特性と、前記第２の特性と、前記作動特性が前記第１の特性であるときよりも前記リフト量および前記作用角が大きく、かつ、前記作動特性が前記第２の特性であるときよりも前記リフト量および前記作用角が小さい第３の特性とのうちのいずれかに選択的に切替可能に構成され、
   前記制御装置は、
   前記第２の制御の実行が開始されると、前記作動特性を前記第３の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記第２の制御の実行中に、前記作動特性を前記第２の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御する、ハイブリッド車両。
2. 前記内燃機関は、前記内燃機関の排気を吸気側に還流するための還流装置をさらに含み、
   前記制御装置は、さらに、前記第２の制御の実行中に前記還流装置を作動させる、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置は、前記第２の制御の実行中に前記還流装置を作動させる場合に前記作動特性が前記第２の特性であるとき、前記リフト量および前記作用角が縮小するように前記可変動弁装置を制御する、請求項２に記載のハイブリッド車両。
4. 車両駆動力を発生する電動機と、
   吸気バルブの作動特性を変更するための可変動弁装置を有する内燃機関と、
   触媒を用いて前記内燃機関の排気を浄化する排気浄化装置と、
   前記排気浄化装置の触媒の暖機を行なう触媒暖機制御を実行する制御装置とを備え、
   前記触媒暖機制御は、
   前記内燃機関を第１の運転ポイントで運転する第１の制御と、
   前記第１の制御の実行後、走行に要求される駆動力に拘わらず、前記第１の運転ポイントよりも前記内燃機関の出力が大きい第２の運転ポイントで前記内燃機関を運転する第２の制御とを含み、
   前記制御装置は、前記第１の制御の実行中は、前記第２の制御の実行中よりも前記内燃機関の点火時期を遅角側にして前記内燃機関を運転し、
   前記可変動弁装置は、前記作動特性を、第１の特性と、前記作動特性が前記第１の特性であるときよりも前記吸気バルブのリフト量および前記吸気バルブの作用角が大きい第２の特性とに変更可能に構成され、
   前記制御装置は、さらに、
   前記第１の制御の実行中は、前記作動特性が前記第１の特性となるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記第２の制御の実行中に、前記作動特性を前記第２の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記第２の制御の実行後、走行に要求される駆動力に基づいて前記内燃機関を運転するとともに、前記内燃機関の回転数とトルクとに基づいて前記可変動弁装置を制御し、
   前記内燃機関は、前記内燃機関の排気を吸気側に還流するための還流装置をさらに含み、
   前記制御装置は、さらに、前記第２の制御の実行中に前記還流装置を作動させ、
   前記制御装置は、前記第２の制御の実行中に前記還流装置を作動させる場合に前記作動特性が前記第２の特性であるとき、前記リフト量および前記作用角が縮小するように前記可変動弁装置を制御し、
   前記可変動弁装置は、前記第１の特性と、前記第２の特性と、前記作動特性が前記第１の特性であるときよりも前記リフト量および前記作用角が大きく、かつ、前記作動特性が前記第２の特性であるときよりも前記リフト量および前記作用角が小さい第３の特性とのうちのいずれかに選択的に切替可能に構成され、
   前記制御装置は、
   前記第２の制御の実行が開始されると、前記作動特性を前記第３の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記第２の制御の実行中に、前記作動特性を前記第２の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記還流装置を作動させる場合に前記作動特性が前記第２の特性であるとき、前記作動特性を前記第３の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御するとともに前記還流装置を作動させる、ハイブリッド車両。
5. 前記第１の制御は、前記触媒の排気上流側の暖機を行なうものであり、
   前記第２の制御は、前記触媒全体の暖機を行なうものである、請求項１から４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
6. 前記制御装置は、第１から第５の実行条件のいずれかが成立している場合に、前記作動特性を前記第２の特性に切替えるように前記可変動弁装置を制御し、
   前記第１の実行条件は、前記第２の制御の実行開始後に成立し、
   前記第２の実行条件は、前記第１の制御から前記第２の制御への切替に伴なう前記点火時期の復帰完了後に成立し、
   前記第３の実行条件は、前記第１の運転ポイントから前記第２の運転ポイントへの変更完了後に成立し、
   前記第４の実行条件は、前記排気浄化装置の温度が予め定められた温度まで上昇した後に成立し、
   前記第５の実行条件は、前記内燃機関の燃焼状態が安定したものと判定された後に成立する、請求項１から５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
7. 前記制御装置は、前記第１および第２の制御の実行中、走行に要求される駆動力を前記電動機が出力するように前記電動機を制御する、請求項１から６のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。

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