JP5897885B2 - ハイブリッド車両 - Google Patents

Description

本発明は、排ガス浄化用の触媒を排気通路に有する内燃機関、電動機、発電機及び蓄電装置を備えるハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両は、車両を走行させる駆動力を発生する駆動源として、内燃機関（以下、単に「機関」と称呼する。）と電動機とを搭載している。即ち、ハイブリッド車両は、機関及び電動機の少なくとも一方が発生するトルクを車両の駆動輪に接続された駆動軸に伝達することによって走行する。

一方、ハイブリッド車両においても、通常の機関のみを駆動源として搭載した車両と同様、機関の排気通路に排気浄化用の触媒が配設される。排気浄化用の触媒は、例えば、三元触媒であり、以下において単に「触媒」と称呼される。一般に、触媒は、その温度（触媒床温）が所定の活性温度以上であるときに高い排気浄化性能を発揮する。従って、ハイブリッド車両の運転開始時（即ち、システム起動時）等において触媒の温度が低い場合には、機関を始動するとともに点火時期を「通常の点火時期」よりも遅角することにより排気温度を上昇させ、以て、触媒の温度を早期に上昇させる「触媒暖機運転」が実行される。なお、「通常の点火時期」は「基準点火時期、最適点火時期及び基本点火時期等」と称呼される点火時期であり、燃焼状態が良好であって機関の効率が高くなるような点火時期に設定されている。

一方、ハイブリッド車両が備える蓄電装置はハイブリッド車両の運転中に回生エネルギー及び機関の出力により適宜充電される。従って、蓄電装置の残容量は適切な値に維持される。蓄電装置の残容量は、例えば、ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）と称呼される充電状態を示すパラメータにより示される。

ところが、例えば、ハイブリッド車両が長期間に亘って運転されず、それにより蓄電装置が自己放電した場合、或いは、車両がシステム起動後においてニュートラルポジションにて長時間放置された場合等において、蓄電装置の残容量が著しく低下することがある。係る場合、ハイブリッド車両は機関を始動して発電機を駆動し、それにより蓄電装置を充電する。このような充電を行う運転は「強制充電運転」とも称呼される（例えば、特許文献１を参照。）。

特開２００８−２３８９６５号公報

ところで、強制充電運転においては、蓄電装置の残容量が小さいほど迅速に充電を行う必要があることなどから、残容量が小さいほど機関の動力を増大させることにより発電機による発電量を増大することが望ましい。この結果、強制充電運転中においては、蓄電装置の残容量が小さいほど機関の負荷が増大する。

一方、触媒温度が低く且つ蓄電装置の残容量が非常に小さい場合にシステム起動がなされた場合、触媒暖機運転と強制充電運転との双方が実行されることが望ましい。しかしながら、これら二つの運転を単に同時に実行すると、特に強制充電運転によって機関の負荷が増大した場合に機関の点火時期が遅角されていることに起因して機関のトルク変動が大きくなり、そのトルク変動によって動力伝達系にねじり共振が発生して機関回転速度がハンチングし、動力伝達機構内の歯車同士が衝突し合うことによって大きな音（歯打ち音）が発生する場合があることが判明した。

本発明のハイブリッド車両は上述の問題を解決するためになされたものであり、その目的は、強制充電運転中に触媒暖機運転を行う場合において、大きな歯打ち音が発生することのないハイブリッド車両を提供することにある。

本発明のハイブリッド車両は、
排ガス浄化用の触媒を排気通路に備える内燃機関と、
電動機と、
前記電動機を駆動する電力を同電動機に供給可能な蓄電装置と、
前記蓄電装置を充電する電力を前記内燃機関の動力を用いて発生可能な発電機と、
車両の駆動軸と前記内燃機関とをトルク伝達可能に連結するとともに同駆動軸と前記電動機とをトルク伝達可能に連結する動力伝達機構と、
前記駆動軸に要求されるトルクを少なくとも前記内燃機関と前記電動機とのそれぞれが発生するトルクを制御することにより発生するとともに、前記発電機の発生する電力を前記内燃機関の発生する動力を制御することにより変更する制御装置と、
を含むシステムを有する。

前記動力伝達機構は、前記車両の駆動軸、前記内燃機関、前記電動機及び前記発電機を互いにトルク伝達可能に連結する機構であってもよく、前記制御装置は、前記駆動軸に要求されるトルク及び前記発電機の発生する電力を、前記内燃機関と前記電動機と前記発電機とのそれぞれが発生するトルクを制御することにより制御する装置であってもよい。

更に、本発明において、前記制御手段は、触媒暖機運転実行手段と強制充電運転実行手段とを含む。

前記触媒暖機運転実行手段は、「前記触媒の温度に相関を有するパラメータである触媒温度パラメータ」が所定温度相関閾値以下である場合に「前記内燃機関を始動させるとともに同内燃機関の点火時期を基準点火時期よりも所定の遅角量だけ遅角させる触媒暖機運転」を実行する。例えば、前記触媒暖機運転実行手段は、前記システムの起動時に前記触媒温度パラメータの一つである機関の冷却水温が前記所定温度相関閾値以下である場合に前記触媒暖機運転を開始するように構成され得る。

前記強制充電運転実行手段は、「前記蓄電装置の残容量に相関を有するパラメータである残容量パラメータ」が所定残容量相関閾値以下である場合に「前記内燃機関を始動させることにより前記発電機に発電させて前記蓄電装置を充電する強制充電運転」を実行する。例えば、前記強制充電運転実行手段は、前記システムの起動時に前記残容量パラメータが前記所定残容量相関閾値以下である場合に前記強制充電運転を開始するように構成され得る。

加えて、
前記強制充電運転実行手段は、
前記残容量パラメータに応じて前記内燃機関に要求する負荷を変更して前記内燃機関を運転するように構成され、
前記触媒暖機運転実行手段は、
前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合には前記遅角量を前記内燃機関の負荷が大きくなるほど減少させるように構成されている。

これによれば、蓄電装置の残容量が小さい場合、その残容量に応じて発電機による発電量を変更するように、機関に要求される負荷（実際には機関要求出力）が変更される。即ち、強制充電運転が実行される。このとき、触媒の暖機が必要であれば、強制充電実行運転が実行されていない場合と同様、点火時期が基準点火時期から遅角させられる。但し、このときの遅角量は内燃機関の負荷が大きいほど減少させられる。従って、強制充電運転によって内燃機関の負荷が大きくなったとしても、触媒暖機のための点火時期の遅角に起因する機関の出力トルク変動が大きくならないようにすることができる。その結果、大きな歯打ち音が発生することを回避しながら、蓄電装置の充電と触媒の暖機促進とを両立することができる。

本発明の一態様において、前記触媒暖機運転実行手段は、
前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合の前記遅角量を、前記強制充電運転が行われず前記触媒暖機運転が行われる場合の前記遅角量の最大値以下の値にするように構成される。

これによれば、前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合の前記遅角量が「歯打ち音を引き起こすエンジンの大きなトルク変動を招くことのない値」に設定される。その結果、大きな歯打ち音が発生することを回避しながら、蓄電装置の充電と触媒の暖機促進とを両立することができる。

更に、本発明の一態様において、前記触媒暖機運転実行手段は、
前記内燃機関の負荷と前記触媒温度パラメータとに基づいて基準遅角量を決定するとともに、
（１）前記強制充電運転が行われず前記触媒暖機運転が行われる場合には前記決定された基準遅角量を前記所定の遅角量として用い、
（２）前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合には前記決定された基準遅角量を前記内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなる遅角制限値により制限することにより得られる制限後遅角量を前記所定の遅角量として用いる、
ように構成される。

これによれば、前記強制充電運転が行われず前記触媒暖機運転が行われる通常の触媒暖機運転実行時において触媒の暖機を効果的に行うことができる。更に、前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合には、歯打ち音を招かない範囲で遅角量を大きくすることができるので触媒の暖機を促進することができる。

本発明の一態様において、前記動力伝達機構は、前記内燃機関と前記駆動軸とを複数の歯車のみを介して連結してなる。このような動力伝達機構は、内燃機関の出力トルクの変動を吸収する部分を持たないので、歯打ち音が発生する可能性が高い。よって、本発明は、係る動力伝達機構を有するハイブリッド車両において特に有効に作用する。

本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。

図１は、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両の概略図である。 図２は、触媒暖機運転中における機関の出力トルクの変動の様子を示した図である。 図３は、図１に示したエンジンＥＣＵのＣＰＵがシステム起動時に実行するルーチンを示したフローチャートである。 図４は、図１に示したエンジンＥＣＵのＣＰＵがシステム起動時に実行するルーチンを示したフローチャートである。 図５の（Ａ）は触媒暖機運転中における遊星歯車装置の共線図であり、図５の（Ｂ）は強制充電運転中における遊星歯車装置の共線図である。 図６は、図１に示したエンジンＥＣＵのＣＰＵが実行する点火時期制御ルーチンを示したフローチャートである。 図７は、図１に示したエンジンＥＣＵのＣＰＵが参照する遅角量制限値のルックアップテーブルである。 図８は、最適機関動作ラインを示したグラフである。 図９は、通常走行中における遊星歯車装置の共線図である。

以下、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両について図面を参照しながら説明する。

（構成）
図１に示したように、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両１０は、発電電動機ＭＧ１、発電電動機ＭＧ２、内燃機関２０、動力分配機構３０、駆動力伝達機構５０、第１インバータ６１、第２インバータ６２、バッテリ６３、パワーマネジメントＥＣＵ７０、バッテリＥＣＵ７１、モータＥＣＵ７２及びエンジンＥＣＵ７３を備えている。なお、ＥＣＵは、エレクトリックコントロールユニットの略称であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェース等を含むマイクロコンピュータを主要構成部品として有する電子制御回路である。

発電電動機（モータジェネレータ）ＭＧ１は、発電機及び電動機の何れとしても機能することができる同期発電電動機である。発電電動機ＭＧ１は、便宜上、第１発電電動機ＭＧ１とも称呼される。第１発電電動機ＭＧ１は本例において主として発電機としての機能を発揮する。第１発電電動機ＭＧ１は、出力軸（以下、「第１シャフト」とも称呼する。）４１を備えている。

発電電動機（モータジェネレータ）ＭＧ２は、第１発電電動機ＭＧ１と同様、発電機及び電動機の何れとしても機能することができる同期発電電動機である。発電電動機ＭＧ２は、便宜上、第２発電電動機ＭＧ２とも称呼される。第２発電電動機ＭＧ２は本例において主として電動機としての機能を発揮する。第２発電電動機ＭＧ２は、出力軸（以下、「第２シャフト」とも称呼する。）４２を備えている。

機関２０は、４サイクル・火花点火式・多気筒・内燃機関である。機関２０は、吸気管及びインテークマニホールドを含む吸気通路部２１、スロットル弁２２、スロットル弁アクチュエータ２２ａ、複数の燃料噴射弁２３、点火プラグを含む複数の点火装置２４、機関２０の出力軸であるクランクシャフト２５、エキゾーストマニホールド及び排気管を含む排気通路部２６、及び、三元触媒２７を含んでいる。

スロットル弁２２は吸気通路部２１に回転可能に支持されている。
スロットル弁アクチュエータ２２ａはエンジンＥＣＵ７３からの指示信号に応答してスロットル弁２２を回転し、吸気通路部２１の通路断面積を変更できるようになっている。
燃料噴射弁２３のそれぞれは、各気筒に対応するように各気筒のインテークポートに配設され、エンジンＥＣＵ７３からの指示信号に応答して燃料噴射量を変更できるようになっている。

点火プラグを含む点火装置２４のそれぞれは、エンジンＥＣＵ７３からの指示信号に応答して点火用火花を各気筒の燃焼室内において所定のタイミングにて発生するようになっている。
三元触媒（触媒）２７は、排気浄化用触媒であり、エキゾーストマニホールドの排気集合部に配設されている。即ち、触媒２７は機関２０の排気通路部２６に設けられ、機関２０から排出される未燃物（ＨＣ，ＣＯ等）及びＮＯｘを浄化するようになっている。
なお、機関２０は図示しない可変吸気弁制御装置（ＶＶＴ）を備えていてもよい。

機関２０は、燃料噴射量を変更すること、及び、スロットル弁アクチュエータ２２ａによりスロットル弁２２の開度を変更することによって吸入空気量を変更すること等により、機関２０の発生するトルク及び機関回転速度（従って、機関出力）を変更することができる。更に、機関２０は、点火時期を基準点火時期に対して遅角することにより、機関２０から排出される排気温度を上昇することができる。

動力分配機構３０は周知の遊星歯車装置３１を備えている。遊星歯車装置３１はサンギア３２と、複数のプラネタリギア３３と、リングギア３４と、を含んでいる。

サンギア３２は第１発電電動機ＭＧ１の第１シャフト４１に接続されている。従って、第１発電電動機ＭＧ１はサンギア３２にトルクを出力することができる。更に、第１発電電動機ＭＧ１は、サンギア３２から第１発電電動機ＭＧ１（第１シャフト４１）に入力されるトルクによって回転駆動され得る。第１発電電動機ＭＧ１は、サンギア３２から第１発電電動機ＭＧ１に入力されるトルクによって回転駆動されることにより発電することができる。

複数のプラネタリギア３３のそれぞれは、サンギア３２と噛合するとともにリングギア３４と噛合している。プラネタリギア３３の回転軸（自転軸）はプラネタリキャリア３５に設けられている。プラネタリキャリア３５はサンギア３２と同軸に回転可能となるように保持されている。従って、プラネタリギア３３は、サンギア３２の外周を自転しながら公転することができる。プラネタリキャリア３５は機関２０のクランクシャフト２５に接続されている。よって、プラネタリギア３３は、クランクシャフト２５からプラネタリキャリア３５に入力されるトルクによって回転駆動され得る。

リングギア３４は、サンギア３２と同軸に回転可能となるように保持されている。

上述したように、プラネタリギア３３はサンギア３２及びリングギア３４と噛合している。従って、プラネタリギア３３からサンギア３２にトルクが入力されたときには、そのトルクによってサンギア３２が回転駆動される。プラネタリギア３３からリングギア３４にトルクが入力されたときには、そのトルクによってリングギア３４が回転駆動される。逆に、サンギア３２からプラネタリギア３３にトルクが入力されたときには、そのトルクによってプラネタリギア３３が回転駆動される。リングギア３４からプラネタリギア３３にトルクが入力されたときには、そのトルクによってプラネタリギア３３が回転駆動される。

リングギア３４はリングギアキャリア３６を介して第２発電電動機ＭＧ２の第２シャフト４２に接続されている。従って、第２発電電動機ＭＧ２はリングギア３４にトルクを出力することができる。更に、第２発電電動機ＭＧ２は、リングギア３４から第２発電電動機ＭＧ２（第２シャフト４２）に入力されるトルクによって回転駆動され得る。第２発電電動機ＭＧ２は、リングギア３４から第２発電電動機ＭＧ２に入力されるトルクによって回転駆動されることにより、発電することができる。

更に、リングギア３４はリングギアキャリア３６を介して出力ギア３７に接続されている。従って、出力ギア３７は、リングギア３４から出力ギア３７に入力されるトルクによって回転駆動され得る。リングギア３４は、出力ギア３７からリングギア３４に入力されるトルクによって回転駆動され得る。

駆動力伝達機構５０は、ギア列５１、ディファレンシャルギア５２及び駆動軸（ドライブシャフト）５３を含んでいる。

ギア列５１は、出力ギア３７とディファレンシャルギア５２とを動力伝達可能に歯車機構により接続している。ディファレンシャルギア５２は駆動軸５３に取り付けられている。駆動軸５３の両端には駆動輪５４が取り付けられている。従って、出力ギア３７からのトルクはギア列５１、ディファレンシャルギア５２、及び、駆動軸５３を介して駆動輪５４に伝達される。この駆動輪５４に伝達されたトルクによりハイブリッド車両１０は走行することができる。

第１インバータ６１は、第１発電電動機ＭＧ１及びバッテリ６３に電気的に接続されている。従って、第１発電電動機ＭＧ１が発電しているとき、第１発電電動機ＭＧ１が発生した電力は第１インバータ６１を介してバッテリ６３に供給される。逆に、第１発電電動機ＭＧ１は第１インバータ６１を介してバッテリ６３から供給される電力によって回転駆動させられる。

第２インバータ６２は、第２発電電動機ＭＧ２及びバッテリ６３に電気的に接続されている。従って、第２発電電動機ＭＧ２は第２インバータ６２を介してバッテリ６３から供給される電力によって回転駆動させられる。逆に、第２発電電動機ＭＧ２が発電しているとき、第２発電電動機ＭＧ２が発生した電力は第２インバータ６２を介してバッテリ６３に供給される。

なお、第１発電電動機ＭＧ１の発生する電力は第２発電電動機ＭＧ２に直接供給可能であり、且つ、第２発電電動機ＭＧ２の発生する電力は第１発電電動機ＭＧ１に直接供給可能である。

バッテリ６３は、本例においてニッケル水素バッテリである。但し、バッテリ６３は放電及び充電が可能な蓄電装置であればよく、リチウムイオン電池及び他の二次電池であってもよい。

パワーマネジメントＥＣＵ７０（以下、「ＰＭＥＣＵ７０」と表記する。）は、バッテリＥＣＵ７１、モータＥＣＵ７２及びエンジンＥＣＵ７３と通信により情報交換可能に接続されている。

ＰＭＥＣＵ７０は、パワースイッチ８１、シフトポジションセンサ８２、アクセル操作量センサ８３、ブレーキスイッチ８４及び車速センサ８５等と接続され、これらのセンサ類が発生する出力信号を入力するようになっている。

パワースイッチ８１はハイブリッド車両１０のシステム起動用スイッチである。ＰＭＥＣＵ７０は、何れも図示しない車両キーがキースロットに挿入され且つブレーキペダルが踏み込まれているときにパワースイッチ８１が操作されると、システムを起動する（Ｒｅａｄｙ−Ｏｎ状態となる）ように構成されている。

シフトポジションセンサ８２は、ハイブリッド車両１０の運転席近傍に運転者により操作可能に設けられた図示しないシフトレバーによって選択されているシフトポジションを表す信号を発生するようになっている。シフトポジションは、Ｐ（パーキングポジション）、Ｒ（後進ポジション）、Ｎ（ニュートラルポジション）及びＤ（走行ポジション）を含む。

アクセル操作量センサ８３は、運転者により操作可能に設けられた図示しないアクセルペダルの操作量（アクセル操作量ＡＰ）を表す出力信号を発生するようになっている。
ブレーキスイッチ８４は、運転者により操作可能に設けられた図示しないブレーキペダルが操作されたときに、ブレーキペダルが操作された状態にあることを示す出力信号を発生するようになっている。
車速センサ８５は、車速ＳＰＤを表す出力信号を発生するようになっている。

ＰＭＥＣＵ７０は、バッテリＥＣＵ７１により算出されるバッテリ６３の残容量ＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を入力するようになっている。この残容量ＳＯＣはバッテリ６３の残容量に相関を有するパラメータであるので、残容量パラメータとも称呼される。残容量ＳＯＣは、バッテリ６３に流出入する電流の積算値等に基づいて周知の手法により算出される。

ＰＭＥＣＵ７０は、モータＥＣＵ７２を介して、第１発電電動機ＭＧ１の回転速度（以下、「ＭＧ１回転速度Ｎｍ１」と称呼する。）を表す信号及び第２発電電動機ＭＧ２の回転速度（以下、「ＭＧ２回転速度Ｎｍ２」と称呼する。）を表す信号を入力するようになっている。

なお、ＭＧ１回転速度Ｎｍ１は、モータＥＣＵ７２によって「第１発電電動機ＭＧ１に設けられ且つ第１発電電動機ＭＧ１のロータの回転角度に対応する出力値を出力するレゾルバ９７の出力値」に基づいて算出されている。同様に、ＭＧ２回転速度Ｎｍ２は、モータＥＣＵ７２によって「第２発電電動機ＭＧ２に設けられ且つ第２発電電動機ＭＧ２のロータの回転角度に対応する出力値を出力するレゾルバ９８の出力値」に基づいて算出されている。

ＰＭＥＣＵ７０は、エンジンＥＣＵ７３を介して、エンジン状態を表す種々の出力信号を入力するようになっている。このエンジン状態を表す出力信号には、機関回転速度Ｎｅ、スロットル弁開度ＴＡ及び機関の冷却水温ＴＨＷ等が含まれている。

モータＥＣＵ７２は、第１インバータ６１及び第２インバータ６２に接続され、ＰＭＥＣＵ７０からの指令に基づいて、これらに指示信号を送出するようになっている。これにより、モータＥＣＵ７２は、第１インバータ６１を用いて第１発電電動機ＭＧ１を制御し、且つ、第２インバータ６２を用いて第２発電電動機ＭＧ２を制御するようになっている。

エンジンＥＣＵ７３は、エンジンアクチュエータである「スロットル弁アクチュエータ２２ａ、燃料噴射弁２３及び点火装置２４等」と接続されていて、これらに指示信号を送出するようになっている。更に、エンジンＥＣＵ７３は、エアフローメータ９１、スロットル弁開度センサ９２、冷却水温センサ９３及び機関回転速度センサ９４等と接続されていて、これらの発生する出力信号を取得するようになっている。

エアフローメータ９１は、機関２０に吸入される単位時間あたりの空気量を計測し、その空気量（吸入空気流量）Ｇａを表す信号を出力するようになっている。
スロットル弁開度センサ９２は、スロットル弁２２の開度（スロットル弁開度）を検出し、その検出したスロットル弁開度ＴＡを表す信号を出力するようになっている。
冷却水温センサ９３は、機関２０の冷却水の温度を検出し、その検出した冷却水温ＴＨＷを表す信号を出力するようになっている。この冷却水温ＴＨＷは、触媒２７の温度に強い相関を有するパラメータであり、触媒温度パラメータとも称呼される。
機関回転速度センサ９４は、機関２０のクランクシャフト２５が所定角度だけ回転する毎にパルス信号を発生するようになっている。エンジンＥＣＵ７３は、このパルス信号に基づいて機関回転速度Ｎｅを取得するようになっている。

エンジンＥＣＵ７３は、これらのセンサ等から取得される信号及びＰＭＥＣＵ７０からの指令に基づいて「スロットル弁アクチュエータ２２ａ、燃料噴射弁２３及び点火装置２４（更には、図示しない可変吸気弁制御装置）」に指示信号を送出することにより、機関２０を制御するようになっている。なお、機関２０には図示しないカムポジションセンサが設けられている。エンジンＥＣＵ７３は、機関回転速度センサ９４及びカムポジションセンサからの信号に基いて、特定の気筒の吸気上死点を基準とした機関２０のクランク角度（絶対クランク角）を取得するようになっている。

（作動の概要）
このように構成されたハイブリッド車両１０において、ＰＭＥＣＵ７０は、パワースイッチ８１が操作されることによってシステム起動状態となったとき、触媒暖機運転及び強制充電運転を行う必要があるか否かを判定し、その判定結果に応じて触媒暖機運転及び／又は強制充電運転を実行する。

触媒暖機運転は、触媒温度パラメータである冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈ（例えば、冷却水温７０℃）以下である場合に触媒２７の温度（触媒床温）を速やかに上昇させ、それにより触媒２７を迅速に活性化させるための制御である。より具体的には、ＰＭＥＣＵ７０は機関２０を始動して機関２０を「触媒２７の暖機に適した運転状態」にて運転させるとともに、点火時期を基準点火時期よりも所定遅角量だけ遅角させる。「触媒２７の暖機に適した運転状態」とは、機関２０の目標機関回転速度Ｎｅ＊がアイドル運転時における回転速度よりも僅かに高い回転速度（例えば、１２００〜１３００ｒｐｍ）に設定され、機関２０の目標機関発生トルクＴｅ＊が「実質的に「０」に近しいＴｓｅｔ（例えば、Ｎｅ＝Ｎｅ＊であるときの機関最大トルクの数％）」に設定された場合の運転状態である。

基準点火時期は、機関２０の負荷及び機関回転速度Ｎｅに応じて機関２０が効率よく運転されるように予め定められる点火時期（即ち、最適点火時期）である。触媒暖機運転において点火時期が基準点火時期から遅角されることにより燃焼が緩慢になるので、機関２０から高いエネルギーを有する排ガス（即ち、高温の排ガス）が排出され、それにより触媒２７の温度が速やかに上昇する。

触媒暖機運転時における点火時期の遅角量（触媒暖機遅角量、基準遅角量）は、機関２０の負荷（実際には、負荷率（空気充填率）ＫＬ）と冷却水温ＴＨＷとに基づいて決定される。触媒暖機遅角量は、冷却水温ＴＨＷが所定温度であるときに最大となり、冷却水温ＴＨＷがその所定温度から遠ざかる（即ち、所定温度よりも低い領域において低くなるか、又は、所定温度よりも高い領域において高くなる）ほど小さくなる。更に、触媒暖機遅角量は負荷率ＫＬが所定負荷閾値以上になると実質的に「０」になる。

強制充電運転は、バッテリ６３の残容量ＳＯＣが所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈ（例えば、３０％乃至３５％程度）以下である場合に残容量ＳＯＣを速やかに上昇させるための制御である。より具体的には、ＰＭＥＣＵ７０は機関２０を始動し、機関２０が「残容量ＳＯＣが小さくなるほど大きくなる出力（充電用要求出力）」を発生するように機関２０を運転させる。

この場合、機関２０は充電用要求出力を発生するために最も効率が良い最適機関作動点にて運転される。換言すると、機関２０の目標機関回転速度Ｎｅ＊はその最適機関作動点における機関回転速度Ｎｅに設定され、目標機関発生トルクＴｅ＊はその最適機関作動点における機関発生トルクＴｅに設定される。なお、充電要求出力は最大でも５〜６ｋＷ程度であり、この場合の最適機関作動点における機関回転速度Ｎｅは機関２０の運転が維持できる最低機関回転速度（例えば、１０００ｒｐｍ）程度となる。この結果、機関２０の負荷は残容量ＳＯＣが低いほど大きくなる。また、目標機関発生トルクＴｅ＊は僅かではあるが「０」よりも大きいので、機関２０の発生トルクがリングギア３４にも作用する。従って、第２発電電動機ＭＧ２はその機関２０の発生するトルクを打ち消すトルクを発生するように制御される。

更に、第１発電電動機ＭＧ１は機関回転速度Ｎｅを目標機関回転速度Ｎｅ＊に維持するように回転制御させられる。この機関回転速度Ｎｅを目標機関回転速度Ｎｅ＊に抑え込む力により第１発電電動機ＭＧ１は発電を行う。従って、残容量ＳＯＣが低いほど第１発電電動機ＭＧ１の発電量は増加する。この結果、バッテリ６３は速やかに充電されるので、残容量ＳＯＣが適正値に向かって迅速に増大する。

ところで、ハイブリッド車両１０がシステム起動状態となったとき、冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈ以下であり（即ち、触媒暖機運転が必要であり）、且つ、残容量ＳＯＣが所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈ以下である場合（即ち、強制充電運転が必要である場合）、機関２０を強制充電運転に従って制御するとともに触媒２７の暖機を促進するために点火時期を遅角すると、動力分配機構３０及び駆動力伝達機構５０からなる動力伝達機構から異音が発生する場合があることが判明した。

この異音は動力伝達機構の歯車同士が衝突することに起因して発生する「歯打ち音」である。以下、この歯打ち音が発生する理由について説明する。点火時期を基準点火時期から遅角すると燃焼が緩慢になるため機関発生トルクの変動は大きくなる。しかも、例えば、図２の曲線Ｃ１及び曲線Ｃ２に示したように、遅角量が同一であったとしても、機関発生トルクは機関の負荷（即ち、機関発生トルク）が大きくなるほど大きく変動する。更に、機関発生トルクは、曲線Ｃ３に示したように、機関発生トルクが大きく且つ点火時期の遅角量が大きくなると非常に大きく変動する。この機関発生トルクの変動は動力伝達機構の歯車に伝達されるので、互いに噛合している歯車の一方が他方に対して相対的に前後する。この結果、歯打ち音が発生するのである。以上の説明から理解されるように、歯打ち音は機関の負荷が大きくなるほど発生し易く、且つ、点火時期の遅角量が大きいほど発生し易い。

そこで、本実施形態に係るハイブリッド車両１０においては、機関２０の強制充電運転中に触媒暖機運転も合わせて行う場合、その触媒暖機運転における点火時期の遅角量を、強制充電運転を行っていない場合の触媒暖機運転における点火時期の遅角量以下の値に制限するとともに機関２０の負荷が大きいほど減少する値に設定・修正する。より具体的には、通常の触媒暖機運転における点火時期の遅角量である基準遅角量を、機関２０の負荷が大きくなるほど小さくなる遅角量制限値Ａmax以下の値に制限する。この結果、強制充電運転中に大きな歯打ち音を発生させないようにしながら触媒２７の暖機促進を行うことができる。

（実際の作動）
次に、ハイブリッド車両１０の実際の作動について説明する。なお、以下に述べる処理はエンジンＥＣＵ７３のＣＰＵ及びＰＭＥＣＵ７０のＣＰＵにより実行される。但し、以下においては、記載を簡素化するためにエンジンＥＣＵ７３のＣＰＵを「ＥＧ」と表記し、ＰＭＥＣＵ７０のＣＰＵを「ＰＭ」と表記する。

ＥＧは、「システム起動時（Ｒｅａｄｙ Ｏｎ時）」に図３にフローチャートにより示した「システム起動時処理ルーチン」実行するようになっている。従って、パワースイッチ８１が操作されてシステムが起動されると、ＥＧは図３のステップ３００から処理を開始してステップ３０５に進み、冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈ以下であるか否かを判定する。即ち、ＥＧはステップ３０５にて触媒暖機運転が必要であるか否かを判定する。

（ケース１）
いま、冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈ以下であって触媒暖機運転が必要であり、且つ、残容量ＳＯＣが所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈよりも大きいために強制充電運転は必要がないと仮定する。

この場合、ＥＧはステップ３０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３１０に進み、エンジンＥＣＵ７３からＰＭＥＣＵ７０へ「触媒暖機要求信号」を送信する。次いで、ＣＰＵはステップ３１５に進み、触媒暖機促進遅角フラグＸdankiの値を「１」に設定する。触媒暖機促進遅角フラグＸdankiの値はシステム起動直後に実施される図示しないイニシャルルーチンによりＥＧにより「０」に設定されている。次いで、ＥＧはステップ３２０に進み、ＰＭＥＣＵ７０から送信される通常触媒暖機運転許可信号が「１」であるか否かを判定する。

一方、ＰＭは「システム起動時（Ｒｅａｄｙ Ｏｎ時）」に図４にフローチャートにより示した「システム起動時処理ルーチン」実行するようになっている。従って、システムが起動されると、ＰＭは図４のステップ４００から処理を開始してステップ４１０に進み、バッテリ６３の残容量ＳＯＣが所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈ以下であるか否かを判定する。即ち、ＰＭはステップ４１０にて強制充電運転が必要か否かを判定する。

前述した仮定によれば、残容量ＳＯＣは所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈよりも大きいため、強制充電運転は必要がない。従って、ＰＭはステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４２０に進み、強制充電実行フラグＸkyoseiの値を「０」に設定するとともにエンジンＥＣＵ７３に強制充電実行フラグＸkyoseiの値を送信する。なお、強制充電実行フラグＸkyoseiの値はシステム起動直後に実施される図示しないイニシャルルーチンによりＰＭにより「０」に設定されるようになっている。次いで、ＰＭはステップ４３０にて通常触媒暖機運転許可信号の値を「１」としてエンジンＥＣＵ７３に送信する。その後、ＰＭはステップ４９５に進み図４のルーチンを一旦終了する。

ＥＧは、この通常触媒暖機運転許可信号を受け取ると、図３のステップ３２０にてその通常触媒暖機運転許可信号の値が「１」であるか否かを判定する。この場合、通常触媒暖機運転許可信号の値は「１」であるから、ＥＧはステップ３２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３２５に進み、点火遅角量制限フラグＸseigenの値を「０」に設定する。次に、ＥＧはステップ３３０に進み、機関２０を始動させ触媒暖機運転を開始する。このとき、ＰＭも触媒暖機運転に応じて第１発電電動機ＭＧ１及び第２発電電動機ＭＧ２を制御する。

即ち、ＥＧは、目標機関回転速度Ｎｅ＊を触媒暖機運転に適したＮｓｅｔ（例えば、１３００ｒｐｍ）に設定するとともに、目標機関発生トルクＴｅ＊を機関２０が自立運転をする場合の機関発生トルクＴｓｅｔ（即ち、実質的に「０」）に設定する。

ところで、この場合の遊星歯車装置３１における各ギアの回転速度の関係は図５の（Ａ）に示した周知の共線図により表される。共線図に示される直線は動作共線Ｌと称呼される。これによれば、サンギア３２の回転速度Ｎｓは下記の（１）式により求めることができる。（１）式において「ρ」は、リングギア３４の歯数に対するサンギア３２の歯数（ρ＝サンギア３２の歯数／リングギア３４の歯数）である。なお、（１）式は、動作共線Ｌから理解されるように、サンギア３２の回転速度Ｎｓとリングギア３４の回転速度Ｎｒとの差（Ｎｓ−Ｎｒ）に対する機関回転速度Ｎｅとリングギア３４の回転速度Ｎｒとの差（Ｎｅ−Ｎｒ）の比（＝（Ｎｅ−Ｎｒ）／（Ｎｓ−Ｎｒ））は、値（１＋ρ）に対するρの比（＝ρ／（１＋ρ））に等しいという比例関係に基づいて導かれる。

Ｎｓ＝Ｎｒ−（Ｎｒ−Ｎｅ）・（１＋ρ）／ρ …（１）

従って、上記（１）式に実際のリングギア３４の回転速度Ｎｒである「０」と、目標機関回転速度Ｎｅ＊とを代入することにより、サンギア３２の目標回転速度Ｎｓ＊を算出することができる。サンギア３２が目標回転速度Ｎｓ＊にて回転すれば、機関回転速度Ｎｅは目標機関回転速度Ｎｅ＊に一致する。サンギア３２の回転速度Ｎｓは第１発電電動機ＭＧ１の回転速度Ｎｍ１と等しい。そこで、ステップ３３０の触媒暖機運転中において、ＰＭは第１発電電動機ＭＧ１の回転速度Ｎｍ１の目標値であるＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊をＮｅ＊（１＋ρ）／ρに設定し、回転速度Ｎｍ１がＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊＝Ｎｅ＊（１＋ρ）／ρにて回転するように第１発電電動機ＭＧ１を制御する。なお、目標機関発生トルクＴｅ＊が実質的に「０」であるＴｓｅｔであるので、第１発電電動機ＭＧ１及び第２発電電動機ＭＧ２はトルクを発生しなくても動作共線Ｌの力の釣り合いは維持される。そして、ＥＧは機関発生トルクＴｅが値Ｔｓｅｔとなるようにスロットル弁アクチュエータ２２ａを制御するとともに、それに応じて変化する吸入空気量Ｇａに対応した燃料噴射量を燃料噴射弁２３から噴射する。

更に、ＥＧは、機関２０の運転中において図６にフローチャートにより示した点火時期制御ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。従って、所定のタイミングになると、ＥＧは図６のステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、機関２０の負荷ＫＬ及び機関回転速度Ｎｅと、基本点火時期（基準点火時期、最適点火時期）Ａｂと、の関係を規定するテーブルＭａｐＡｂ（ＫＬ、Ｎｅ）に実際の負荷ＫＬ及び機関回転速度Ｎｅを適用することによって基本点火時期Ａｂを算出する。なお、負荷ＫＬは「ＫＬ＝（Ｍｃ／（ρair・Ｌ／４））・１００％）により求められる。Ｍｃは吸入空気量Ｇａ、スロットル弁開度ＴＡ及び機関回転速度Ｎｅ等に基づいて算出される１気筒・１吸気行程あたりの筒内吸入空気量（単位は（ｇ））であり、ρairは空気密度（単位は（ｇ／ｌ））、Ｌは機関２０の排気量（単位は（ｌ））、「４」は機関２０の気筒数である。また、本明細書において、点火時期は圧縮上死点から進角するほど正の値であって絶対値が大きくなるように規定されている。

次に、ＥＧはステップ６１０に進み、触媒暖機促進遅角フラグＸdankiの値が「１」であるか否かを判定する。現時点では、触媒暖機促進遅角フラグＸdankiの値は図３のステップ３１５にて「１」に設定されているので、ＥＧはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１５に進んで負荷ＫＬ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて「触媒暖機遅角量Ａdanki」を算出・決定する。このステップ６１０にて得られる触媒暖機遅角量Ａdankiは、便宜上、「基準遅角量」とも称呼される。

より具体的に述べると、ＥＧは、機関２０の負荷ＫＬ及び冷却水温ＴＨＷと、触媒暖機遅角量Ａdankiと、の関係を規定するテーブルＭａｐＡdanki（ＫＬ、ＴＨＷ）に実際の負荷ＫＬ及び冷却水温ＴＨＷを適用することによって触媒暖機遅角量Ａdankiを算出する。

このテーブルＭａｐＡdanki（ＫＬ、ＴＨＷ）によれば、触媒暖機遅角量Ａdankiは、冷却水温ＴＨＷが所定温度（例えば、冷却水温２５℃）のとき最も大きい値となり、冷却水温ＴＨＷが前記所定温度から遠ざかるにつれて小さくなる値として取得される。更に、テーブルＭａｐＡdanki（ＫＬ、ＴＨＷ）によれば、負荷ＫＬが「車両１０が走行状態であるときに機関２０の運転が必要となり、且つ、その場合に機関２０の負荷が到達する所定負荷以上である」とき「０」に設定される。即ち、車両１０の走行中において機関２０の負荷が所定負荷以上となった場合、触媒暖機を促進するための点火時期の遅角は行われない。

次に、ＥＧはステップ６２０に進み、点火時期の他の遅角量Ａtaを決定する。例えば、他の遅角量Ａtaは吸入空気量Ｇａの増減に伴って変化する補正量である。次いで、ＥＧはステップ６２５に進み、触媒暖機遅角量Ａdankiと他の遅角量Ａtaとを加えることにより点火遅角量Ａrtdを算出する。

次に、ＥＧはステップ６３０に進み、点火遅角量制限フラグＸseigenの値が「１」であるか否かを判定する。この場合、図３のステップ３２５にて点火遅角量制限フラグＸseigenの値は「０」に設定されている。従って、ＥＧはステップ６３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６５０へと直接進み、ステップ６０５にて算出した基本点火時期Ａｂからステップ６２５にて算出した点火遅角量Ａrtdを減じることによって最終的な点火時期Ａopeを算出する。そして、ＥＧはこの最終点火時期Ａopeにて点火を実行する。以上により、点火時期の遅角量が制限されることなく触媒暖機運転が実行される。この場合、機関２０の負荷ＫＬは小さいので（換言すると、機関２０の出力トルクは小さいので）、機関２０のトルク変動も小さい。よって、大きな歯打ち音は発生しない。

（ケース２）
次に、システム起動時において、冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈ以下であって触媒暖機運転が必要であり、且つ、残容量ＳＯＣが所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈよりも小さいために強制充電運転も必要である場合について説明する。

この場合、ＰＭは図４のステップ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４４０に進み、強制充電実行フラグＸkyoseiの値を「１」に設定するとともにエンジンＥＣＵ７３に強制充電実行フラグＸkyoseiの値を送信する。更に、ＰＭはステップ４５０にて通常触媒暖機運転許可信号の値を「０」としてエンジンＥＣＵ７３に送信する。その後、ＰＭはステップ４９５に進み図４のルーチンを一旦終了する。

従って、ＥＧは図３のステップ３０５乃至ステップ３１５を経てステップ３２０に進んだとき、そのステップ３２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３３５に進む。そして、ＥＧはステップ３３５にて点火遅角量制限フラグＸseigenの値を「１」に設定する。次に、ＥＧはステップ３４０に進み、機関２０を始動させ「触媒暖機制御を伴う強制充電運転」を開始する。

この場合、ＰＭは残容量ＳＯＣが低いほど機関要求出力Ｐｅ＊が大きくなるように機関要求出力（充電用要求出力）Ｐｅ＊を設定する。更に、ＰＭは、その機関要求出力Ｐｅ＊が満たされる最適機関動作点を決定し、その最適機関動作点の機関発生トルクＴｅ及び機関回転速度Ｎｅを目標機関発生トルクＴｅ＊及び目標機関回転速度Ｎｅ＊としてそれぞれ設定する。なお、この場合の機関要求出力Ｐｅ＊は最高でも５乃至６ｋｗ程度であるので、一般には、機関最適動作点の機関回転速度は機関２０が運転され得る最低回転数近傍の回転速度（例えば、１０００ｒｍｐ程度）になる。この結果、内燃機関２０に要求される負荷ＫＬは残容量ＳＯＣが低いほど大きくなる。

この場合の遊星歯車装置３１における各ギアの回転速度の関係は図５の（Ｂ）に示した共線図により表される。この場合、目標機関発生トルクＴｅ＊が比較的大きい値となるので、機関発生トルクＴｅがサンギア３２の回転軸に下記（２）式により表されるトルクＴｅｓとなって作用し、リングギア３４の回転軸に下記（３）式により表されるトルクＴｅｒとなって作用する。

Ｔｅｓ＝Ｔｅ＊・（ρ／（１＋ρ）） …（２）

Ｔｅｒ＝Ｔｅ＊・（１／（１＋ρ）） …（３）

このため、ＰＭは、サンギア３２の回転軸に上記（２）式により求められるトルクＴｅｓと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ１を作用させ、且つ、リングギア３４の回転軸には上記（３）式により求められるトルクＴｅｒと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させる。これにより、リングギア３４の回転速度は「０」に維持される。更に、機関回転速度Ｎｅを目標機関回転速度Ｎｅ＊に一致させるため、ＰＭは第１発電電動機ＭＧ１の回転速度Ｎｍ１の目標値であるＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊を「上記（１）式により求められるＮｅ＊（１＋ρ）／ρ」に設定し、そのＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊と第１発電電動機ＭＧ１の回転速度Ｎｍ１との差に応じたフィードバック量ＰＩＤ（Ｎｍ１＊−Ｎｍ１）をトルクＴｍ１に加えたトルクを求め、そのトルクを第１発電電動機ＭＧ１に発生させる。この結果、第１発電電動機ＭＧ１は、機関要求出力（充電用要求出力）Ｐｅ＊（即ち、残容量ＳＯＣ）に応じた発電を行うので、バッテリ６３が迅速に充電される。

更に、ＥＧは、図６のステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、基本点火時期Ａｂを算出する。現時点では、触媒暖機促進遅角フラグＸdankiの値は図３のステップ３１５にて「１」に設定されているので、ＥＧはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１５に進み、負荷ＫＬ及び機関回転速度Ｎｅに基づいて「触媒暖機遅角量（基準遅角量）Ａdanki」を決定する。

次いで、ＥＧはステップ６２０及びステップ６２５によって他の遅角量Ａta及び点火遅角量Ａrtdを算出する。現時点において、図３のステップ３３５にて点火遅角量制限フラグＸseigenの値は「１」に設定されている。よって、ＥＧはステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３５に進む。ＥＧはステップ６３５にて、点火時期の遅角量制限値（遅角上限値）Ａmaxを負荷ＫＬ及び冷却水温ＴＨＷに基づいて算出する。

より具体的に述べると、ＥＧは図７に例示した「負荷ＫＬ及び冷却水温ＴＨＷと、遅角量制限値Ａmaxと、の関係を規定するテーブルＭａｐＡmax（ＫＬ，ＴＨＷ）」をＲＯＭ内に記憶している。ＥＧは、このテーブルＭａｐＡmax（ＫＬ，ＴＨＷ）に実際の負荷ＫＬ及び冷却水温ＴＨＷを適用することにより遅角量制限値Ａmaxを取得する。この遅角量制限値Ａmaxは、前述したステップ６１５にて決定される「基準遅角量としての触媒暖機遅角量Ａdanki」の最大値以下の値である。換言すると、この遅角量制限値Ａmaxは、負荷ＫＬ及び冷却水温ＴＨＷが同じである場合に前述したステップ６１５にて決定される「基準遅角量としての触媒暖機遅角量Ａdanki」以下の値である。

このテーブルＭａｐＡmax（ＫＬ，ＴＨＷ）によれば、負荷ＫＬが大きいほど遅角量制限値Ａmax（遅角量制限値Ａmaxの絶対値）が小さくなるように遅角量制限値Ａmaxが取得される。更に、このテーブルＭａｐＡmax（ＫＬ，ＴＨＷ）によれば、冷却水温ＴＨＷが所定範囲（例えば２０℃〜３５℃）において遅角量制限値Ａmaxは最も大きくなり、冷却水温ＴＨＷが前記所定範囲を超えて大きくなるほど遅角量制限値Ａmaxは次第に小さくなるように遅角量制限値Ａmaxが取得される。更に、このテーブルＭａｐＡmax（ＫＬ，ＴＨＷ）によれば、冷却水温ＴＨＷが前記所定範囲の下限値以下の範囲において小さくなるほど遅角量制限値Ａmaxは急激に小さくなり、且つ、冷却水温ＴＨＷが所定冷却水温ＴＨＷＬｏ以下になると遅角量制限値Ａmaxは最小値（この場合「０」）となるように遅角量制限値Ａmaxが取得される。

次に、ＥＧはステップ６４０に進み、ステップ６２５にて求めた点火遅角量Ａrtdがステップ６３５にて求めた遅角量制限値Ａmax以上であるか否かを判定する。そして、点火遅角量Ａrtdが遅角量制限値Ａmax以上である場合、ＥＧはステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６４５に進み、点火遅角量Ａrtdに遅角量制限値Ａmaxを格納する。その後、ＥＧはステップ６５０に進む。これに対し、点火遅角量Ａrtdが遅角量制限値Ａmax未満である場合、ＥＧはステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６５０に直接進む。

即ち、ステップ６４０及びステップ６４５の処理により、点火遅角量Ａrtdが遅角量制限値Ａmaxによって制限される。換言すると、点火遅角量Ａrtdが遅角量制限値Ａmax以下となるように修正される。上述したように、遅角量制限値Ａmaxは機関２０の負荷ＫＬが大きいほど小さくなる。よって、触媒暖機運転中の点火時期の遅角量は負荷ＫＬが大きいほど小さくなるように修正される（制限される）と言うこともできる。これにより、強制充電運転中に点火時期を遅角して触媒２７の暖機を促進する場合に、機関要求出力（充電用要求出力）が大きくなって機関２０の負荷が大きくなったとしても機関発生トルクの変動を小さくすることができるので、大きな歯打ち音が発生する事態を回避することができる。

（ケース３）
次に、システム起動時において、冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈよりも高く触媒暖機運転は不要であるが、残容量ＳＯＣが所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈよりも小さいために強制充電運転は必要である場合について説明する。

この場合、図４のステップ４４０にて強制充電実行フラグＸkyoseiの値が「１」に設定されてエンジンＥＣＵ７３に送信され、ステップ４５０にて「０」に設定された通常触媒暖機運転許可信号がエンジンＥＣＵ７３に送信される。

一方、ＥＧは図３のステップ３０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３４５にて触媒暖機促進遅角フラグＸdankiの値を「０」に設定し、ステップ３５０にて強制充電実行フラグＸkyoseiを取得し、ステップ３５５にて点火遅角量制限フラグＸseigenの値を「０」に設定する。次いで、ＥＧはステップ３６０にて強制充電実行フラグＸkyoseiの値が「１」であるか否かを判定する。この場合、強制充電実行フラグＸkyoseiの値は「１」である。従って、ＥＧはステップ３６０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ３６５に進み、機関２０を始動させ「強制充電運転」を開始する。この強制充電運転は、点火時期が触媒暖機遅角量Ａdankiによって遅角されない点を除き、基本的にステップ３４０にて行われる運転と同様である。その後、ＣＰＵはステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。

この場合においてもＥＧは、図６のステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、基本点火時期Ａｂを算出する。現時点では、触媒暖機促進遅角フラグＸdankiの値は図３のステップ３４５にて「０」に設定されているので、ＥＧはステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６６０に進み、触媒暖機遅角量Ａdankiを「０」に設定する。

次いで、ＥＧはステップ６２０及びステップ６２５によって他の遅角量Ａta及び点火遅角量Ａrtdを算出する。この時点において、点火遅角量制限フラグＸseigenの値は先のステップ３５５にて「０」に設定されている。従って、ＥＧはステップ６３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６５０に直接進む。この結果、触媒暖機遅角量Ａdankiは「０」であるが、他の遅角量Ａtaが「０」でなければ、点火時期は基本点火時期Ａｂから他の遅角量Ａtaだけ遅角される。この場合、他の遅角量Ａtaは触媒暖機遅角量Ａdankiに比べて大きくないので、大きな歯打ち音は発生しない。

（ケース４）
最後に、システム起動時において、冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈよりも高く触媒暖機運転が不要であり、且つ、残容量ＳＯＣが所定残容量相関閾値ＳＯＣｔｈよりも大きく強制充電運転も不要である場合について説明する。

この場合、図４のステップ４２０にて強制充電実行フラグＸkyoseiの値は「０」に設定されてエンジンＥＣＵ７３に送信され、ステップ４３０にて「１」に設定された通常触媒暖機運転許可信号がエンジンＥＣＵ７３に送信される。

一方、ＥＧは図３のステップ３０５にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ３４５乃至ステップ３５５の処理を行ってからステップ３６０に進む。この場合、強制充電実行フラグＸkyoseiの値は「０」に設定されている。従って、ＥＧはステップ３６０にて「Ｎｏ」と判定してステップ３９５に直接進む。この結果、機関２０は始動されない。

次に、ハイブリッド車両１０の通常の走行時における「第１発電電動機ＭＧ１、第２発電電動機ＭＧ２及び機関２０」の駆動制御について図８及び図９を参照しながら簡単に説明する。なお、これらの駆動制御の詳細は、例えば、特開２００９−１２６４５０号公報（米国公開特許番号 ＵＳ２０１０／０２４１２９７）、及び、特開平９−３０８０１２号公報（米国出願日１９９７年３月１０日の米国特許第６，１３１，６８０号）等に詳細に記載されている。これらは、参照することにより本願明細書に組み込まれる。

ＰＭは、シフトポジションが走行ポジション等にある場合、アクセル操作量ＡＰと車速ＳＰＤとに基づいて「車両１０の駆動軸５３に要求されるトルクであるユーザ要求トルクＴｒｅｑ」に対応する「リングギア３４の回転軸に発生するべきトルク（以下、単に「リングギア要求トルクＴｒ＊」と称呼する。）」を決定する。リングギア要求トルクＴｒ＊はアクセル操作量ＡＰが大きいほど大きくなるように、車速ＳＰＤが高いほど小さくなるように、設定される。

駆動軸５３に要求されている出力（パワー）は、ユーザ要求トルクＴｒｅｑと実際の車速ＳＰＤとの積（Ｔｒｅｑ・ＳＰＤ）に比例する値であり、この値はリングギア要求トルクＴｒ＊とリングギア３４の回転速度Ｎｒとの積（Ｔｒ＊・Ｎｒ）と等しい。以下、この積Ｔｒ＊・Ｎｒを「ユーザ要求出力（要求パワー）Ｐｒ＊」と称呼する。なお、本例においては、リングギア３４は減速機を介することなく第２発電電動機ＭＧ２の第２シャフト４２に接続されている。従って、リングギア３４の回転速度ＮｒはＭＧ２回転速度Ｎｍ２と等しい。仮に、リングギア３４が減速ギアを介して第２シャフト４２に接続されているならば、リングギア３４の回転速度ＮｒはＭＧ２回転速度Ｎｍ２をその減速ギアのギア比Ｇｒにて除した値（Ｎｍ２／Ｇｒ）と等しい。

ＰＭは、下記（４）式に示したように、ユーザ要求出力Ｐｒ＊とバッテリ６３を充電するために必要とされる出力（バッテリ充電用出力）Ｐｂ＊との和（更に、実際には損失Ｐlossを加えた値）を機関２０に要求する出力（機関要求出力）Ｐｅ＊として決定する。バッテリ充電用出力Ｐｂ＊は残容量ＳＯＣが小さいほど大きくなり、残容量が所定値（例えば、６０％）以上になると「０」になる。

Ｐｅ＊＝Ｐｒ＊＋Ｐｂ＊＋Ｐloss …（４）

そして、ＰＭは、その機関要求出力Ｐｅ＊と等しい出力が機関２０から出力され、且つ、機関２０の運転効率が最良となるように機関２０を運転する。より具体的に述べると、ある出力をクランクシャフト２５から出力させたとき機関の運転効率（燃費）が最良となる機関動作点が各出力毎に最適機関動作点として実験等により予め求められている。これらの最適機関動作点を、機関発生トルクＴｅと機関回転速度Ｎｅとによって規定されるグラフ上にプロットし、更に、これらのプロットを結ぶことによって形成されるラインが最適機関動作ラインとして求められる。このようにして求められる最適機関動作ラインが図８に実線Ｌoptにより示されている。なお、図８において、破線により示されている複数のラインＣ１〜Ｃ５のそれぞれは、同じ出力をクランクシャフト２５から出力させることができる機関動作点を結んだライン（等出力ライン）である。

ＰＭは、機関要求出力Ｐｅ＊と等しい出力が得られる最適機関動作点を検索し、その検索された最適動作点に対応する「機関発生トルクＴｅ及び機関回転速度Ｎｅ」を「目標機関発生トルクＴｅ＊及び目標機関回転速度Ｎｅ＊」のそれぞれとして決定する。例えば、機関要求出力Ｐｅ＊が図８のラインＣ２に対応する出力と等しい場合、ラインＣ２と実線Ｌoptとの交点Ｐ１に対する機関発生トルクＴｅ１が目標機関発生トルクＴｅ＊として決定され、交点Ｐ１に対する機関回転速度Ｎｅが目標機関回転速度Ｎｅ＊として決定される。

そこで、ＰＭは、上記（１）式に、実際のリングギア３４の回転速度Ｎｒと等しいＭＧ２回転速度Ｎｍ２と、目標機関回転速度Ｎｅ＊と、を代入することにより、サンギア３２の目標回転速度Ｎｓ＊、即ち、ＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊を決定する。サンギア３２が目標回転速度Ｎｓ＊＝Ｎｍ１＊にて回転すれば、機関回転速度Ｎｅは目標機関回転速度Ｎｅ＊に一致する。

更に、クランクシャフト２５に目標機関発生トルクＴｅ＊と等しいトルクが発生させられている場合（即ち、機関発生トルクがＴｅ＊である場合）、この機関発生トルクＴｅ＊は遊星歯車装置３１によりトルク変換され、サンギア３２の回転軸に上記（２）式により表されるトルクＴｅｓとなって作用し、リングギア３４の回転軸に上記（３）式により表されるトルクＴｅｒとなって作用する。

動作共線が安定であるためには動作共線の力の釣り合いをとればよいので、サンギア３２の回転軸には上記（２）式により求められるトルクＴｅｓと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ１を作用させ、且つ、リングギア３４の回転軸にはリングギア要求トルクＴｒ＊に対する上記（３）式により求められるトルクＴｅｒの不足分に相当するトルクＴｍ２（下記（５）式により表されるトルクＴｍ２）を作用させればよい。

Ｔｍ２＝Ｔｒ＊−Ｔｅｒ …（５）

ＰＭは、上記トルクＴｍ１を第１発電電動機ＭＧ１のＭＧ１指令トルクＴｍ１＊として採用し、上記トルクＴｍ２を第２発電電動機ＭＧ２の指令トルクであるＭＧ２指令トルクＴｍ２＊として採用する。更に、ＰＭは、「ＭＧ１目標回転速度Ｎｍ１＊＝サンギア３２の目標回転速度Ｎｓ＊」と「サンギア３２の実際の回転速度Ｎｓ＝第１発電電動機ＭＧ１の回転速度Ｎｍ１」との差に応じたフィードバック量ＰＩＤ（Ｎｍ１＊−Ｎｍ１）を上記ＭＧ１指令トルクＴｍ１＊に加え、その値を第１発電電動機ＭＧ１の最終的な指令トルクであるＭＧ１指令トルクＴｍ１＊として用いる。そして、ＰＭはこれらの指令値に基づいて第１インバータ６１及び第２インバータ６２を制御して第１発電電動機ＭＧ１及び第２発電電動機ＭＧ２を制御し、且つ、機関２０の機関発生トルクが目標機関発生トルクＴｅ＊に一致するように機関２０を制御する。

なお、バッテリ充電用出力Ｐｂ＊が正の値である場合、トルクＴｅｒはバッテリ充電用出力Ｐｂ＊に応じて相対的に大きくなる。従って、上記（５）式から理解されるように、トルクＴｍ２は小さくてよいのでＭＧ２指令トルクＴｍ２＊も小さくなる。この結果、第１発電電動機ＭＧ１にて発電される電力のうち第２発電電動機ＭＧ２に供給する必要がある電力の量が小さくなるので、その分だけバッテリ６３が充電される。

なお、ＰＭは、例えば、車両の発進時、比較的低速での定常運転時及び比較的低速からの緩やかな加速時等のように、要求出力Ｐｒ＊が所定出力Ｐｒｔｈよりも小さく、そのために機関２０を最適機関動作点にて運転できない場合、触媒暖機運転中を除き機関２０の運転を行わず、ユーザ要求出力Ｐｒ＊の総てを第２発電電動機ＭＧ２から発生させるように第２発電電動機ＭＧ２を制御する。加えて、機関２０が最適機関動作点にて運転できる場合であっても、リングギア要求トルクＴｒ＊の変化に伴って目標機関発生トルクＴｅ＊が変化した際には、機関２０の運転状態は直ちには変化しないので、機関発生トルクは目標機関発生トルクＴｅ＊よりも小さくなる場合がある。このような場合、ＰＭＥＣＵ８０は、機関２０が最適動作点にて運転されるまで、リングギア要求トルクＴｒ＊に対して不足するトルク分を補償するように第２発電電動機ＭＧ２を制御する。

このように、ハイブリッド車両１０は、駆動軸５３に要求されるトルクを、内燃機関２０と、電動機でもある第２発電電動機ＭＧ２と、発電機でもある第１発電電動機ＭＧ１と、のそれぞれが発生するトルクを制御することにより発生する。更に、ハイブリッド車両１０は、発電機でもある第１発電電動機ＭＧ１が発電する電力を内燃機関２０の発生する動力（機関２０の出力、上記トルクＴｅｓを参照。）を調整・制御することによりにより制御する。

なお、システム起動時において触媒暖機運転のために機関２０が始動された場合、ハイブリッド車両１０の走行中も機関の運転が継続され、冷却水温ＴＨＷが所定温度相関閾値ＴＨＷｔｈ又はそれ以上の所定値に到達した時点で触媒暖機運転のための機関２０の運転は停止される。また、システム起動時において強制充電制御が開始された場合、ハイブリッド車両１０の走行中は上記バッテリ充電用出力Ｐｂ＊に基づいてバッテリ６３の充電が行われ、その後、シフトポジションがパーキングポジション（及び／又はニュートラルポジション）変更された時点で残容量ＳＯＣが残容量相関閾値ＳＯＣｔｈ以下であれば上述した強制充電制御が継続される。

以上、説明したように、本発明の実施形態に係るハイブリッド車両１０は、触媒暖機運転実行手段と、強制充電運転実行手段と、を備える制御装置を有する（ＰＭＥＣＵ７０、バッテリＥＣＵ７１、モータＥＣＵ７２及びエンジンＥＣＵ７３を参照。）。

触媒暖機運転実行手段は、触媒２７の温度に相関を有するパラメータである触媒温度パラメータ（冷却水温ＴＨＷ）が所定温度相関閾値（ＴＨＷｔｈ）以下である場合に前記内燃機関２０を始動させるとともに、内燃機関２０の点火時期を基準点火時期（Ａｂ）よりも所定の遅角量（Ａdanki又はＡrtd）だけ遅角させる触媒暖機運転を実行する（図３のステップ３３０、ステップ３４０、図６のステップ６１５乃至ステップ６２５、及び、ステップ６５０等を参照。）。

強制充電運転実行手段は、蓄電装置（バッテリ６３）の残容量に相関を有するパラメータである残容量パラメータ（残容量ＳＯＣ）が所定残容量相関閾値（ＳＯＣｔｈ）以下である場合に前記内燃機関２０を始動させることにより発電機（第１発電電動機ＭＧ１）に発電させて前記蓄電装置を充電する強制充電運転を実行する（図３のステップ３４０及びステップ３６５等を参照。）。

更に、前記強制充電運転実行手段は、
前記残容量パラメータ（残容量ＳＯＣ）に応じて内燃機関２０に要求する負荷を変更して前記内燃機関を運転するように構成され（図３のステップ３４０及びステップ３６５を参照。）、
前記触媒暖機運転実行手段は、
前記強制充電運転と前記触媒暖機運転の両方が同時に実行される場合（図３のステップ３０５での「Ｙｅｓ」との判定及びステップ３２０での「Ｎｏ」との判定、図４のステップ４１０での「Ｙｅｓ」との判定、及び、ステップ４５０を参照。）、点火時期の遅角量を、前記強制充電運転が行われず前記触媒暖機運転が行われる場合の遅角量（Ａrtd, Ａta＝０の場合にはＡdanki）の最大値以下であって前記内燃機関の負荷（ＫＬ）が大きくなるほど小さくなる遅角量に設定（制限）するように構成されている（図３のステップ３３５、図６のステップ６３０乃至ステップ６４５、及び、図７を参照。）。

従って、強制充電運転中において機関２０の負荷が高くなっても、点火時期の遅角量が抑え込まれるので、機関２０の発生トルクの変動が大きくならないようにすることができる。その結果、動力伝達機構において大きな歯打ち音が発生することを防止することができる。

更に、図６のステップ６２０にて求められる他の遅角量Ａtaが「０」である場合、
前記触媒暖機運転実行手段は、
前記内燃機関の負荷（ＫＬ）と前記触媒温度パラメータ（冷却水温ＴＨＷ）とに基づいて基準遅角量を決定するとともに（図６のステップ６１５を参照。）、前記強制充電運転が行われず前記触媒暖機運転が行われる場合に前記決定された基準遅角量を前記所定の遅角量として用い（図６のステップ６２５、ステップ６３０での「Ｎｏ」との判定及びステップ６５０を参照。）、
前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合には前記決定された基準遅角量を前記内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなる遅角制限値（Ａmax）により制限することにより得られる制限後遅角量（Ａmaxにより制限された遅角量）を前記所定の遅角量として用いるように構成されている（図６のステップ６３０乃至ステップ６５０を参照。）と言うこともできる。

本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記実施形態において、強制充電運転中に触媒暖機運転（制御）を実行する際、他の遅角量Ａtaと触媒暖機遅角量Ａdankiとの和Ａrtdが遅角量制限値Ａmax以下に制限されていたが、触媒暖機遅角量Ａdankiのみが遅角量制限値Ａmax以下に制限されてもよい。また、他の遅角量Ａtaは常に「０」でもよい。更に、触媒暖機遅角量Ａdankiは、システム起動時の冷却水温ＴＨＷに基づいて初期値が決定され、その後、時間の経過とともに又は機関２０が回転するとともに所定量ずつ減衰されてもよい。この場合、減衰の結果として触媒暖機遅角量Ａdankiが遅角量制限値Ａmax以下となれば、その触媒暖機遅角量Ａdankiを用いて点火時期を遅角すればよい。

更に、上記実施形態においては、強制充電運転中に触媒暖機制御を実行する際に点火時期の遅角量を遅角量制限値Ａmax以下に制限していたが、強制充電運転中でない場合の触媒暖機遅角量Ａdankiを求めるテーブルＭａｐＡdanki（ＫＬ、ＴＨＷ）（図６のステップ６１５を参照。）と、強制充電運転中である場合の触媒暖機遅角量Ａdankiを求めるテーブルＭａｐＡdankiＪ（ＫＬ、ＴＨＷ）と、を別のテーブルとしてＲＯＭに記憶しておき、強制充電運転中である場合の触媒暖機遅角量ＡdankiをテーブルＭａｐＡdankiＪ（ＫＬ、ＴＨＷ）により求めてもよい。この場合、テーブルＭａｐＡdankiＪ（ＫＬ、ＴＨＷ）は、強制充電運転中である場合の触媒暖機遅角量Ａdankiが「強制充電運転中でない場合の触媒暖機遅角量Ａdanki以下であって且つ負荷ＫＬが大きくなるにつれて小さくなる遅角量」となるように予め定めておけばよい。

また、上記遅角量制限値Ａmaxによる点火時期の遅角量の制限は、ハイブリッド車両１０が実質的に停止していると判断できる車両停止判定閾値車速（例えば、３ｋｍ／ｈ）以下であるときのみ実行されてもよい。これは、ハイブリッド車両１０が走行している場合、それが加速中であるか減速中であるかに依らず、動力伝達機構には一方向に大きいトルクが加わるので歯打ち音が発生し難いからである。

上記実施形態において、触媒温度パラメータとして冷却水温ＴＨＷが使用されていたが、触媒２７が触媒床温センサを備える場合にはその触媒床温センサの検出温度を触媒温度パラメータとして使用してもよい。更に、上記実施形態において、残容量ＳＯＣが残容量パラメータとして使用されていたが、バッテリ６３の瞬時出力可能電力が残容量パラメータとして使用されてもよい。

更に、上記実施形態においては、システム起動時に触媒暖機運転及び／又は強制充電運転が開始されたが、例えば、シフトポジションが、パーキングポジション及び／又はニュートラルポジションにあって、車速ＳＰＤが車両停止判定閾値車速以下であるときにこれらの運転を開始してもよい。

更に、ハイブリッド車両は、機関２０が強制充電運転によって運転されている場合に機関２０の動力を用いて発電機を駆動し得るとともに、それと同時に機関２０の動力が駆動軸に伝達され得る構成（特に、歯車機構を介して伝達される構成）を有すれば、上記実施形態のハイブリッド車両１０に限定されることはない。即ち、本発明は、内燃機関と、蓄電装置に電力を供給するように内燃機関の発生する動力により駆動されて発電する発電機と、電動機と、を備え、内燃機関と車両の駆動軸とをトルク伝達可能に連結するとともに電動機と車両の駆動軸とをトルク伝達可能に連結する動力伝達機構と、を備えるハイブリッド車両に適用することができる。

１０…ハイブリッド車両、２０…内燃機関、２２…スロットル弁、２２ａ…スロットル弁アクチュエータ、２３…燃料噴射弁、２４…点火装置、２５…クランクシャフト、２６…排気通路部、２７…三元触媒、３０…動力分配機構、３１…遊星歯車装置、３２…サンギア、３３…プラネタリギア、３４…リングギア、３７…出力ギア、５０…駆動力伝達機構、５１…ギア列、５２…ディファレンシャルギア、５３…駆動軸、６３…バッテリ（蓄電装置）、８１…パワースイッチ、９３…冷却水温センサ、９４…機関回転速度センサ。

Claims (3)

1. 排ガス浄化用の触媒を排気通路に備える内燃機関と、
   電動機と、
   前記電動機を駆動する電力を同電動機に供給可能な蓄電装置と、
   前記蓄電装置を充電する電力を前記内燃機関の動力を用いて発生可能な発電機と、
   車両の駆動軸と前記内燃機関とを複数の歯車のみを介してトルク伝達可能に連結するとともに同駆動軸と前記電動機とをトルク伝達可能に連結する動力伝達機構と、
   前記駆動軸に要求されるトルクを少なくとも前記内燃機関と前記電動機とのそれぞれが発生するトルクを制御することにより発生するとともに、前記発電機の発生する電力を前記内燃機関の発生する動力を制御することにより変更する制御装置と、
   を含むシステムを有するハイブリッド車両において、
   前記制御装置は、
   前記システムを起動するためのパワースイッチが操作されることによって前記システムが起動状態となったときに前記触媒の温度に相関を有するパラメータである触媒温度パラメータが所定温度相関閾値以下である場合に前記内燃機関を始動させるとともに同内燃機関の点火時期を基準点火時期よりも所定の遅角量だけ遅角させる触媒暖機運転を開始する触媒暖機運転実行手段と、
   前記パワースイッチが操作されることによって前記システムが起動状態となったときに前記蓄電装置の残容量に相関を有するパラメータである残容量パラメータが所定残容量相関閾値以下である場合に前記内燃機関を始動させることにより前記発電機に発電させて前記蓄電装置を充電する強制充電運転を開始する強制充電運転実行手段と、
   を含み、
   前記強制充電運転実行手段は、
   前記残容量パラメータが低いほど前記内燃機関に要求する機関要求出力が大きくなるように同機関要求出力を変更して前記内燃機関を運転するように構成され、
   前記触媒暖機運転実行手段は、
   前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合には前記遅角量を前記機関要求出力が大きくなるほど減少させるように構成された、
   ハイブリッド車両。
2. 請求項１に記載のハイブリッド車両において、
   前記触媒暖機運転実行手段は、
   前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合の前記所定の遅角量を、前記強制充電運転が行われず前記触媒暖機運転が行われる場合の前記所定の遅角量の最大値以下の値にするように構成されたハイブリッド車両。
3. 請求項１又は請求項２に記載のハイブリッド車両において、
   前記触媒暖機運転実行手段は、
   前記内燃機関の負荷と前記触媒温度パラメータとに基づいて基準遅角量を決定するとともに、前記強制充電運転が行われず前記触媒暖機運転が行われる場合には前記決定された基準遅角量を前記所定の遅角量として用い、前記強制充電運転と前記触媒暖機運転との両方が同時に実行される場合には前記決定された基準遅角量を前記内燃機関の負荷が大きくなるほど小さくなる遅角制限値により制限することにより得られる制限後遅角量を前記所定の遅角量として用いるように構成されたハイブリッド車両。
   

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