JP6897275B2

JP6897275B2 - 車両の制御装置

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Publication number: JP6897275B2
Application number: JP2017085432A
Authority: JP
Inventors: 晋橋本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-04-24
Filing date: 2017-04-24
Publication date: 2021-06-30
Anticipated expiration: 2037-04-24
Also published as: JP2018184033A

Description

本発明は車両の制御装置に関する。

車軸にトルク伝達可能に連結された内燃機関であって、燃焼モードを、リーン空燃比のもとで燃焼を行うリーン燃焼モードと、ほぼ理論空燃比のもとで燃焼を行うストイキ燃焼モードとの間で切り換え可能な内燃機関と、車軸にトルク伝達可能に連結された電気モータと、を備えた、いわゆるハイブリッド車両において、内燃機関の燃焼モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り換えるべきときには、内燃機関の出力と電気モータの出力との合計を一定に維持しつつ内燃機関の出力を一時的に低下させるとともに電気モータの出力を一時的に増大させた状態で、空燃比をリーン空燃比からほぼ理論空燃比にステップ状に切り換える、ハイブリッド車両が公知である（例えば、特許文献１参照）。特許文献１によれば、このようにすると、燃焼モードの切り換え時に生ずる内燃機関のトルク変動が小さくなる。

また、内燃機関の燃焼モードを、比較的多量のＥＧＲガス及びリーン空燃比のもとで圧縮自着火燃焼を行う第１の燃焼モードと、比較的少量のＥＧＲガス及びほぼ理論空燃比のもとで火花点火燃焼を行う第２の燃焼モードとの間で切り換え可能な車両も知られている（例えば、特許文献２参照）。第１の燃焼モードでは、燃料消費量の低減、ＮＯｘ発生量の低減などが期待できる。

特開２００８−０６８８０２号公報特開２０１４−１７３５３２号公報

特許文献１において、リーン燃焼モードとして上述の第１の燃焼モードを行い、ストイキ燃焼モードとして上述の第２の燃焼モードを行えば、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへの切り換え時に生ずるトルク変動を低減しつつ、第１の燃焼モードによる利点を享受できるかもしれない。しかしながら、第１の燃焼モードから第２の燃焼モードへの切り換え時には、新気量及びＥＧＲガス量を大幅に減少させる必要がある。ところが、スロットル開度及びＥＧＲ制御弁の開度をステップ状に小さくしても、新気量は直ちにステップ状に減少しないおそれがある。また、ＥＧＲ制御弁の開度をステップ状に小さくしても、ＥＧＲガス量又は吸気二酸化炭素濃度は直ちにステップ状に低下しないおそれがある。このため、新気量及び吸気二酸化炭素濃度が目標とする量から逸脱した状態で燃焼が行われるおそれがある。その結果、良好な燃焼が得られないおそれがある。

本発明によれば、車軸にトルク伝達可能に連結された内燃機関であって、スロットル弁下流の機関吸気通路と機関排気通路とを互いに連結するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路内に配置されＥＧＲガス量を変更することにより吸気二酸化炭素濃度を変更可能に構成されているＥＧＲ制御弁と、を備え、燃焼モードを、リーン空燃比のもとで圧縮自着火燃焼を行う第１の燃焼モードと、ほぼ理論空燃比のもとで火花点火燃焼を行う第２の燃焼モードとの間で切り換え可能に構成されている内燃機関と、前記車軸にトルク伝達可能に連結されたモータジェネレータであって、前記車軸のトルクを増大する力行運転と、前記車軸のトルクから電気エネルギを回生する回生運転とを実行可能に構成されているモータジェネレータと、前記モータジェネレータが前記力行運転を実行するときに前記モータジェネレータに電気エネルギを供給し、前記モータジェネレータが前記回生運転を実行するときに前記モータジェネレータが回生した電気エネルギを蓄えるように構成されているバッテリと、前記内燃機関の燃焼モードを機関運転状態に応じて前記第１の燃焼モードと前記第２の燃焼モードとの間で切り換えるように構成されている電子制御ユニットと、を備え、前記燃焼モードを前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り換えるべき機関運転状態において、前記第２の燃焼モードでの新気量の目標値は前記第１の燃焼モードにおける新気量の目標値よりも少なく、かつ、前記第２の燃焼モードにおける吸気二酸化炭素濃度の目標値は前記第１の燃焼モードにおける吸気二酸化炭素濃度の目標値よりも低くなっており、前記電子制御ユニットは更に、前記バッテリの充電量があらかじめ定められた設定量よりも多いときに前記燃焼モードを前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り換えるべきときには、空燃比を維持し、新気量を減少し、吸気二酸化炭素濃度を低下し、それにより前記内燃機関の出力が機関要求出力に対し一時的に不足するようにし、その後、空燃比をほぼ理論空燃比にステップ状に変化させるとともに火花点火燃焼を開始することにより前記第２の燃焼モードを開始し、このときの前記内燃機関の出力の一時的な不足分を前記モータジェネレータの力行運転により補い、前記バッテリの充電量が前記設定量よりも少ないときに前記燃焼モードを前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り換えるべきときには、空燃比をリーン空燃比の範囲内で小さくし、新気量を減少し、吸気二酸化炭素濃度をほぼ維持し、それにより前記内燃機関の出力が機関要求出力に対し一時的に過剰となるようにし、その後、空燃比をほぼ理論空燃比にステップ状に変化させるとともに火花点火燃焼を開始することにより前記第２の燃焼モードを開始し、このときの前記内燃機関の出力の一時的な過剰分を前記モータジェネレータの回生運転により吸収する、ように構成されている、車両の制御装置が提供される。

燃焼モードの切り換え時にトルク変動を制限しつつ良好な燃焼を確保することができる。

車両の制御装置の全体図である。内燃機関の部分断面図である。第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２及び第３の領域Ｒ３を示す線図である。設定率ｄＯＰＥＴＸの一例を示す線図である。下限値ＳＯＣＬの一例を示す線図である。第１の切り換え制御を説明するタイムチャートである。第２の燃焼モードにおける、点火時期θ及び吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２により定まる動作点と、種々の限界との関係を示す線図である。第２の切り換え制御を説明するタイムチャートである。第２の燃焼モードにおける、点火時期θ及び吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２により定まる動作点と、種々の限界との関係を示す線図である。本発明による実施例の燃焼モードの切り換え制御を実行するためのフローチャートである。第１の切り換え制御を実行するためのフローチャートである。第２の切り換え制御を実行するためのフローチャートである。

図１は本発明による実施例の車両の制御装置の全体図を示している。図１を参照すると、車両の制御装置は内燃機関１を備える。内燃機関１は、複数の気筒２ａを有する機関本体２を備える。気筒２ａは吸気枝管３を介してサージタンク４に連結され、サージタンク４は吸気ダクト５を介して排気過給器６のコンプレッサ６ｃの出口に連結される。コンプレッサ６ｃの入口は吸気導入管７を介してエアクリーナ８に連結される。吸気導入管７内には吸入空気量を検出するように構成されているエアフローメータ９が配置される。吸気ダクト５には、吸入空気を冷却するように構成されている冷却器１０と、スロットル弁１１とが順次配置される。スロットル弁１１は新気量を変更可能に構成されている。一方、スロットル弁１１の下流、例えばサージタンク４には、吸気中の二酸化炭素濃度を検出するように構成されている二酸化炭素センサ１２が配置される。

また、気筒２ａは排気マニホルド１３を介して排気過給器６のタービン６ｔの入口に連結される。タービン６ｔの出口は排気管１４を介して触媒１５に連結される。排気管１４内には空燃比を検出するように構成されている空燃比センサ１６が配置される。サージタンク４と排気マニホルド１３とは、排気ガス再循環（以下、ＥＧＲという。）通路１７によって互いに連結される。ＥＧＲ通路１７内には、ＥＧＲガス量を制御することにより吸気中の二酸化炭素濃度を変更可能に構成されているＥＧＲ制御弁１８と、ＥＧＲガスを冷却するように構成されている冷却器１９とが配置される。

内燃機関１のクランクシャフト２０とモータジェネレータ２１とは車軸２２にトルク伝達可能に連結される。具体的には、本発明による実施例では、クランクシャフト２０は動力分割機構２３及び減速機２４を介して車軸２２に連結される。一方、本発明による実施例のモータジェネレータ２１は、第１のモータジェネレータ２１ａ及び第２のモータジェネレータ２１ｂを備えている。第１のモータジェネレータ２１ａは減速機２４を介して車軸２２に連結される。第２のモータジェネレータ２１ｂは動力分割機構２３に連結される。したがって、内燃機関１のトルクは、車軸２２及び第２のモータジェネレータ２１ｂのうちの少なくとも一方に伝達可能である。別の実施例（図示しない）ではモータジェネレータ２１は単一のモータジェネレータを備える。

第１のモータジェネレータ２１ａ及び第２のモータジェネレータ２１ｂはインバータ２６を介してバッテリ２７に電気的に接続される。バッテリ２７には、バッテリ２７の充電量を検出するように構成されている充電量センサ２８が取り付けられる。なお、図１において２９は車輪を示している。

本発明による実施例では、モータジェネレータ２１は、電気モータとして機能して車軸２２のトルクを増大する力行運転と、発電機として機能して車軸２２のトルクから電気エネルギを回生する回生運転と、を実行可能に構成されている。一方、バッテリ２７は、モータジェネレータ２１が力行運転を実行するときには、モータジェネレータ２１に電気エネルギを供給し、モータジェネレータ２１が回生運転を実行するときには、モータジェネレータ２１が回生した電気エネルギを蓄えるように構成されている。なお、本発明による実施例では、第１のモータジェネレータ２１ａは主として力行運転を行い、第２のモータジェネレータ２１ｂは主として回生運転を行う。

図２は、本発明による実施例の内燃機関１を詳細に示している。図２を参照すると、３０はシリンダブロック、３１はシリンダヘッド、３２はピストン、３３は燃焼室、３４は吸気ポート、３５は吸気弁、３６は吸気弁３５の動弁機構、３７は排気ポート、３８は排気弁、３９は排気弁３８の動弁機構、４０は燃焼室３３のほぼ中央に配置された燃料噴射弁、４１は燃料噴射弁４０に隣接配置された点火栓、をそれぞれ示す。燃料噴射弁４０は燃料量を変更可能に構成されている。点火栓４１は点火時期を変更可能に構成されている。

再び図１を参照すると、電子制御ユニット５０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス５１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）５２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）５３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）５４、入力ポート５５及び出力ポート５６を具備する。エアフローメータ９、二酸化炭素センサ１２、空燃比センサ１６、及び、充電量センサ２８の出力電圧はそれぞれ対応するＡ／Ｄ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、アクセルペダル５９にはアクセルペダル５９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ６０が接続され、負荷センサ６０の出力電圧は対応するＡＤ変換器５７を介して入力ポート５５に入力される。更に、クランクシャフト２０が例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ６１が入力ポート５５に接続される。ＣＰＵ５４ではクランク角センサ６１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。一方、出力ポート５６はそれぞれ対応する駆動回路５８を介して、燃料噴射弁４０及び点火栓４１（図２）、スロットル弁１１のアクチュエータ、ＥＧＲ制御弁１８、モータジェネレータ２１、動力分割機構２３、及びインバータ２６にそれぞれ接続される。

本発明による実施例の内燃機関１は、燃焼モードを、リーン空燃比のもとで圧縮自着火燃焼を行う第１の燃焼モードと、ほぼ理論空燃比のもとで火花点火燃焼を行う第２の燃焼モードとの間で切り換え可能に構成されている。第１の燃焼モードでは、例えば、圧縮行程末期に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室３３内の一部に予混合気が形成される。この予混合気は次いで、圧縮自着火燃焼される。この場合の空燃比は理論空燃比よりもリーンなリーン空燃比ＡＦＬ（例えば、３０から４０）である。一方、第２の燃焼モードでは、吸気行程に燃料噴射が行われ、それにより燃焼室３３内にほぼ均質な予混合気が形成される。この予混合気は次いで点火栓４１によって点火され、火炎伝播燃焼される。この場合の空燃比はほぼ理論空燃比である。

第１の燃焼モードを行うと、空燃比を大幅にリーンにすることができるので、燃料消費量を低減することができる。また、圧縮比を高めることができるので、熱効率を高めることができる。更に、第２の燃焼モードに比べて、燃焼温度が低いので、ＮＯｘの発生を低減することができる。更に、燃料の周りに十分な酸素が存在するので、未燃ＨＣの発生も低減することができる。

圧縮自着火燃焼では、火花点火燃焼に比べて、ノッキングが生ずる可能性が高い。そこで本発明による実施例では、第１の燃焼モードは比較的多量のＥＧＲガスのもとで行われ、第２の燃焼モードは比較的少量のＥＧＲガスのもとで行われる。

本発明による実施例では、図３に示されるように、機関トルクＴＱＥ及び機関回転数ＮＥにより定まる機関運転状態領域に第１の領域Ｒ１、第２の領域Ｒ２、及び第３の領域Ｒ３がそれぞれ区画される。第１の領域Ｒ１は、あらかじめ定められた下限しきい回転数ＮＥＬと、あらかじめ定められた上限しきい回転数ＮＥＵと、あらかじめ定められた下限しきいトルクＴＱＥＬと、あらかじめ定められた上限しきいトルクＴＱＥＵとによって画定される。第３の領域Ｒ３は、下限しきい回転数ＮＥＬと、上限しきい回転数ＮＥＵと、第２の下限しきいトルクＴＱＥＬ２と、下限しきいトルクＴＱＥＬと、によって画定される。これに対し、第２の領域Ｒ２は、第１の領域Ｒ１及び第３の領域Ｒ３以外の領域である。図３に示される例では、第２の領域Ｒ２は第１の領域Ｒ１よりも高トルク側、高回転数側に区画される。なお、図３において曲線ＴＱＥＦは全負荷を表している。

図３に示される例では、下限しきい回転数ＮＥＬは第２の下限しきいトルクＴＱＥＬ２から上限しきいトルクＴＱＥＵまでにおいて機関トルクＴＱＥによらない一定値として設定される。また、上限しきい回転数ＮＥＵは第２の下限しきいトルクＴＱＥＬ２から上限しきいトルクＴＱＥＵまでにおいて機関トルクＴＱＥによらない一定値として設定される。一方、下限しきいトルクＴＱＥＬは下限しきい回転数ＮＥＬから上限しきい回転数ＮＥＵまでにおいて機関回転数ＮＥに応じて定まる値として設定される。また、上限しきいトルクＴＱＥＵは下限しきい回転数ＮＥＬから上限しきい回転数ＮＥＵまでにおいて機関回転数ＮＥに応じて定まる値として設定される。更に、第２の下限しきいトルクＴＱＥＬ２は下限しきい回転数ＮＥＬから上限しきい回転数ＮＥＵまでにおいて機関回転数ＮＥによらない一定値、例えばゼロとして設定される。下限しきい回転数ＮＥＬ、上限しきい回転数ＮＥＵ、下限しきいトルクＴＱＥＬ、上限しきいトルクＴＱＥＵ、及び第２の下限しきいトルクＴＱＥＬ２はそれぞれＲＯＭ５２内にあらかじめ記憶されている。

なお、一例では、第１の領域Ｒ１を区画する線分（ＮＥＬ，ＮＥＵ，ＴＱＥＬ，ＴＱＥＵ）は第１の領域Ｒ１に属する。別の例では、第１の領域Ｒ１を区画する線分（ＮＥＬ，ＮＥＵ，ＴＱＥＬ，ＴＱＥＵ）は第１の領域Ｒ１に隣接する第２の領域Ｒ２又は第３の領域Ｒ３に属する。また、一例では、第３の領域Ｒ３を区画する線分（ＮＥＬ，ＮＥＵ，ＴＱＥＬ２，ＴＱＥＵ）は第３の領域Ｒ３に属する。別の例では、第３の領域Ｒ３を区画する線分（ＮＥＬ，ＮＥＵ，ＴＱＥＬ２，ＴＱＥＵ）は第３の領域Ｒ３に隣接する第１の領域Ｒ１又は第２の領域Ｒ２に属する。

本発明による実施例では、定常時の機関運転状態が第１の領域Ｒ１内に属するときには内燃機関１の燃焼モードが第１の燃焼モードとされ、機関運転状態が第２の領域Ｒ２内に属するときには内燃機関１の燃焼モードが第２の燃焼モードとされる。また、本発明による実施例では、定常時の機関運転状態が第３の領域Ｒ３内に属するときには、内燃機関１の燃焼モードが、第１の燃焼モード及び第２の燃焼モードとは異なる第３の燃焼モードとされる。第３の燃焼モードでは、一例では、比較的少量のＥＧＲガス及びリーン空燃比のもとで圧縮自着火燃焼が行われる。第３の領域Ｒ３は第１の領域Ｒ１と比べて、機関トルクＴＱＥが低いので、ノッキングが発生しにくい。このため、第３の燃焼モードは比較的少量のＥＧＲガスのもとで実行される。別の例では、リーン空燃比のもとで火花点火燃焼が行われる。

したがって、一般化して言うと、電子制御ユニット５０は、内燃機関１の燃焼モードを機関運転状態に応じて第１の燃焼モード、第２の燃焼モード、及び第３の燃焼モードの間で切り換えるように構成されている、ということになる。また、電子制御ユニット５０は、内燃機関１の燃焼モードを機関運転状態に応じて第１の燃焼モードと第２の燃焼モードとの間で切り換えるように構成されている、ということになる。

さて、燃焼モードが第１の燃焼モードであるときに例えば機関要求トルクが上限しきいトルクＴＱＥＵを越えると、燃焼モードが第２の燃焼モードに切り換えられる。本発明による実施例では、上述したように、第１の燃焼モードはリーン空燃比のもとで行われ、第２の燃焼モードはほぼ理論空燃比のもとで行われる。また、第１の燃焼モードは比較的多量のＥＧＲガスのもとで行われ、第２の燃焼モードは比較的少量のＥＧＲガスのもとで行われる。したがって、燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるべき機関運転状態において、第２の燃焼モードでの新気量の目標値は第１の燃焼モードにおける新気量の目標値よりも少なく、かつ、第２の燃焼モードにおける吸気二酸化炭素濃度の目標値は第１の燃焼モードにおける吸気二酸化炭素濃度の目標値よりも低くなっている。

このため、燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるためには、新気量を大幅に減少させるとともに吸気二酸化炭素濃度を大幅に低下させる必要がある。ところが、スロットル弁１１の開度をステップ状に小さくしても、新気量は直ちにステップ状に減少しないおそれがある。また、ＥＧＲ制御弁１８の開度をステップ状に小さくしても、ＥＧＲガス量又は吸気二酸化炭素濃度は直ちにステップ状に低下しないおそれがある。このため、新気量及び吸気二酸化炭素濃度が目標とする量から逸脱した状態で燃焼が行われるおそれがある。その結果、燃焼変動及びエミッションが悪化するおそれがある。

そこで本発明による実施例では、内燃機関１の燃焼モードが次のようにして第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えられる。すなわち、本発明による実施例では、まず、内燃機関１の燃焼モードが第１の燃焼モードであるときに、燃焼モードを第２の燃焼モードに切り換えるべきか否かが判別される。本発明による実施例では、機関要求出力ＯＰＥＴの増加率ｄＯＰＥＴがあらかじめ定められた設定率ｄＯＰＥＴＸよりも高いときに、燃焼モードを第２の燃焼モードに切り換えるべきと判別され、それ以外は燃焼モードを第１の燃焼モードに維持すべきと判別される。言い換えると、内燃機関１の燃焼モードが第１の燃焼モードであるときに急加速運転が行われると、燃焼モードを第２の燃焼モードに切り換えるべきと判別される。

図４は設定率ｄＯＰＥＴＸの一例を示している。図４に示される例では、設定率ｄＯＰＥＴＸは、下限しきいトルクＴＱＥＬに対応する機関要求出力ＯＰＥＴＬから上限しきいトルクＴＱＥＵに対応する機関要求出力ＯＰＥＴＵまでにおいて、機関要求出力ＯＰＥＴが大きくなるにつれて低くなる。なお、図４において、ｄＯＰＥＭは、内燃機関１がとりうる最大の機関要求出力増加率ｄＯＰＥＴを示している。したがって、言い換えると、機関要求出力ＯＰＥＴ及び機関要求出力増大率ｄＯＰＥＴにより定まる動作点が、設定率ｄＯＰＥＴＸ、機関要求出力増加率最大値ｄＯＰＥＴＭ、機関要求出力ＯＰＥＴＬ，ＯＰＥＴＵにより画定された領域ＲＸ内に属するときに、燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるべきと判別され、動作点が領域ＲＸ内に属さないときに燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるべきでないと判別される。なお、設定率ｄＯＰＥＴＸ、及び機関要求出力ＯＰＥＴＬ，ＯＰＥＴＵはあらかじめＲＯＭ５２内に記憶されている。

燃焼モード第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるべきと判別されたときには、次いで、バッテリ２７の充電量があらかじめ定められた設定量よりも多いか否かが判別される。本発明による実施例では、バッテリ２７のＳＯＣ（例えば、バッテリの満充電容量に対するバッテリの充電残量）があらかじめ定められた下限値ＳＯＣＬよりも大きいときにバッテリ２７の充電量がモータジェネレータ２１の力行運転のために十分であると判別され、ＳＯＣが下限値ＳＯＣＬ以下のときにバッテリ２７の充電量がモータジェネレータ２１の力行運転のために不十分であると判別される。図５には下限値ＳＯＣＬの一例が示される。下限値ＳＯＣＬは、下限しきいトルクＴＱＥＬに対応する機関要求出力ＯＰＥＴＬから上限しきいトルクＴＱＥＵに対応する機関要求出力ＯＰＥＴＵまでにおいて、機関要求出力ＯＰＥＴが大きくなるにつれて大きくなる。なお、下限値ＳＯＣＬはあらかじめＲＯＭ５２内に記憶されている。

バッテリ２７の充電量がモータジェネレータ２１の力行運転のために十分であると判別されたときには、内燃機関１の燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるために第１の切り換え制御が行われる。次に、図６を参照しながら第１の切り換え制御を説明する。

図６には、第１の切り換え制御における機関出力ＯＰＥ、空燃比ＡＦ、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び点火時期θがそれぞれ実線でもって示される。なお、図６において、破線は、時間ｔａ１において第２の燃焼モードが開始されかつ機関運転が定常状態にあると仮定したときの、空燃比ＡＦ、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び点火時期θの目標値をそれぞれ示している。また、点線は、時間ｔａ１において第２の燃焼モードが開始されたと仮定したときに、トルク段差をなくすのに必要な点火時期θＴＳを示している。

図６を参照すると、時間ｔａ１は、第１の切り換え制御を開始すべき時期を示している。第１の切り換え制御では、燃焼モードを切り換えるべきと判別されても直ちに第２の燃焼モードが開始されず、第１の燃焼モードが継続される。この場合、空燃比ＡＦは比較的大きなリーン空燃比ＡＦＬに維持される。一方、時間ｔａ１において、スロットル開度が小さくされる。その結果、新気量ＱＡＥは徐々に減少する。また、時間ｔａ１において、ＥＧＲ制御弁１８の開度が小さくされる。その結果、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２は遅れをもって低下する。なお、第１の燃焼モード、すなわち圧縮自着火燃焼が継続されるので、点火栓４１の点火作用は行われない。

次いで、時間ｔａ２において、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２があらかじめ定められた設定値ＣＣＯ２Ｘよりも低くなると、燃焼モードが第２の燃焼モードに切り換えられる。すなわち、空燃比ＡＦがステップ状に理論空燃比ＡＦＳまで小さくされる。また、点火栓４１の点火作用が開始される。この場合、点火時期θは目標値（破線）よりも遅角側に設定される。

その後、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び、点火時期θをそれぞれの目標（破線）に近づける過渡制御が行われる。次いで、時間ｔａ３において、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び点火時期θがそれぞれの目標値に一致すると、過渡制御が終了され、すなわち第１の切り換え制御が終了される。その後は、通常の第２の燃焼モードが行われる。

一方、図６に示されるように、上述のように空燃比ＡＦ、新気量ＱＡＥ、及び吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が制御されると、内燃機関１の出力ＯＰＥが機関要求出力ＯＰＥＴに対し一時的に不足する。このときの不足分が図６においてＳＨでもって示される。第１の切り換え制御では、この不足分ＳＨは、モータジェネレータ２１の力行運転により補われる。したがって、機関要求出力ＯＰＥＴが維持され、良好なドライバビリティが確保される。なお、上述の下限値ＳＯＣＬは、このときの力行運転が可能であるように設定される。

図７は、第２の燃焼モードにおける、点火時期θ及び吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２により定まる動作点と、種々の限界との関係を示している。図７においてＫＮはノッキング限界を示している。すなわち、点火時期θがノッキング限界ＫＮよりも進角側であると、又は、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２がノッキング限界ＫＮよりも低いと、ノッキングが生ずる。また、図７においてＣＦは燃焼変動限界を示している。すなわち、点火時期θが燃焼変動限界ＣＦよりも遅角側であると、又は、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が燃焼変動限界ＣＦよりも高いと、燃焼変動が許容レベルを越えて悪化する。更に、図７においてＭＦは失火限界を示している。すなわち、点火時期θが失火限界ＭＦよりも遅角側であると、又は、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が失火限界ＭＦよりも高いと、失火が生ずる。したがって、図７において、ドットが付された領域ＲＤ２は、第２の燃焼モードが行われたときに良好な燃焼が得られる領域を表している。

図６に示されるＡ１は、時間ｔａ１において第２の燃焼モードが開始されたと仮定したときの点火時期θ及び吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２により定まる動作点を示している。この動作点Ａ１は図７において、領域ＲＤ２の外にある。そこで第１の切り換え制御では、動作点Ａ１において第２の燃焼モードが行われない。一方、図６に示されるＡ２は、時間ｔａ２における第１の切り換え制御での動作点を示している。動作点Ａ２は図７において、領域ＲＤ２内に属する。更に、図６に示されるＡ３は、時間ｔａ３における第１の切り換え制御での動作点を示している。動作点Ａ３も図７において、領域ＲＤ２内に属する。したがって、動作点Ａ２及びＡ３において、良好な燃焼が得られる。

このように、第１の切り換え制御では、新気量ＱＡＥを減少させた状態で第２の燃焼モードが開始され、このとき点火時期θが遅角されるので、燃焼モードの切り換え時におけるトルク変動が低減される。同時に、ノッキングが回避され、燃焼変動が抑制され、失火が回避される。しかも、空燃比ＡＦがリーン空燃比ＡＦＬと理論空燃比ＡＦＳとの間に変更されないので、ＮＯｘの発生が制限される。したがって、第１の切り換え制御により、燃焼モードの切り換え時にトルク変動を制限しつつ良好な燃焼を確保することができる。

一方、バッテリ２７の充電量がモータジェネレータ２１の力行運転のために不十分であると判別されたときには、内燃機関１の燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるために第２の切り換え制御が行われる。次に、図８を参照しながら第２の切り換え制御を説明する。

図８には、第２の切り換え制御における機関出力ＯＰＥ、空燃比ＡＦ、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び点火時期θがそれぞれ実線でもって示される。なお、図８において、破線は、時間ｔｂ１において第２の燃焼モードが開始されかつ機関運転が定常状態にあると仮定したときの、空燃比ＡＦ、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び点火時期θの目標値をそれぞれ示している。

図８を参照すると、時間ｔｂ１は、第２の切り換え制御を開始すべき時期を示している。第２の切り換え制御では、燃焼モードを切り換えるべきと判別されても直ちに第２の燃焼モードが開始されず、第１の燃焼モードが継続される。この場合、時間ｔｂ１において、空燃比ＡＦはリーン空燃比ＡＦＬから、リーン空燃比の範囲内で、すなわちリーン空燃比ＡＦＬよりも小さく理論空燃比よりも大きい範囲内で、徐々に小さくされる。また、時間ｔｂ１において、スロットル開度が小さくされる。その結果、新気量ＱＡＥは徐々に減少する。また、時間ｔｂ１において、ＥＧＲ制御弁１８の開度が小さくされる。その結果、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２は遅れをもって低下する。すなわち、時間ｔｂ１の後、しばらくは吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２はほぼ維持される。なお、第１の燃焼モード、すなわち圧縮自着火燃焼が継続されるので、点火栓４１の点火作用は行われない。

次いで、時間ｔｂ２において、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が低下し始めると、燃焼モードが第２の燃焼モードに切り換えられる。すなわち、空燃比ＡＦがステップ状に理論空燃比ＡＦＳまで小さくされる。また、点火栓４１の点火作用が開始される。この場合、点火時期θは目標値（破線）よりも進角側に設定される。

その後、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び、点火時期θをそれぞれの目標（破線）に近づける過渡制御が行われる。次いで、時間ｔｂ３において、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び点火時期θがそれぞれの目標値に一致すると、過渡制御が終了され、すなわち第２の切り換え制御が終了される。その後は、通常の第２の燃焼モードが行われる。

一方、図８に示されるように、上述のように空燃比ＡＦ、新気量ＱＡＥ、及び吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が制御されると、内燃機関１の出力ＯＰＥが機関要求出力ＯＰＥＴに対し一時的に過剰になる。このときの過剰分が図８においてＥＸでもって示される。第２の切り換え制御では、この過剰分ＥＸは、モータジェネレータ２１の回生運転により吸収される。したがって、機関要求出力ＯＰＥＴが維持され、良好なドライバビリティが確保される。なお、上述の下限値ＳＯＣＬは、このときの回生運転により回生される電気エネルギをバッテリ２７が蓄えられるように設定される。

図９は、第２の燃焼モードにおける、点火時期θ及び吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２により定まる動作点と、種々の限界との関係を示す、図７と同様の図である。図９においてＫＮはノッキング限界を、ＣＦは燃焼変動限界を、ＭＦは失火限界を、ドットが付された領域ＲＤ２は、第２の燃焼モードが行われたときに良好な燃焼が得られる領域を、それぞれ表している。

図８に示されるＢ１は、時間ｔｂ２における第２の切り換え制御での動作点を示している。動作点Ｂ１は図９において、領域ＲＤ２内に属する。また、図８に示されるＢ２は、時間ｔｂ２における第２の切り換え制御での動作点を示している。動作点Ｂ２も図９において、領域ＲＤ２内に属する。したがって、動作点Ｂ１及びＢ２において、良好な燃焼が得られる。

このように、第２の切り換え制御では、新気量ＱＡＥを減少させた状態で第２の燃焼モードが開始されるので、燃焼モードの切り換え時におけるトルク変動が低減される。しかも、燃焼モードの切り換えの際に機関出力ＯＰＥが一時的に増大されているので、点火時期θの遅角要求が緩和される。また、新気量ＱＡＥが減少されるので、ノッキング及びトルク変動抑制からの点火時期θの遅角要求が緩和される。その結果、ノッキングが回避され、燃焼変動が抑制され、失火が回避される。更に、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が維持されている間は圧縮自着火燃焼が継続されるので、失火が回避される。また、圧縮自着火燃焼が継続されることにより、空燃比ＡＦがリーン空燃比ＡＦＬと理論空燃比ＡＦＳとの間に変更されることによるＮＯｘの発生増大が制限される。したがって、第２の切り換え制御により、燃焼モードの切り換え時にトルク変動を制限しつつ良好な燃焼を確保することができる。

なお、バッテリ２７の充電量が比較的多いときに第２の切り換え制御が行われると、第２の切り換え制御における回生運転によって回生された電気エネルギをバッテリ２７に蓄えることができないおそれがある。この場合、機関出力ＯＰＥの過剰分ＥＸが十分に吸収されないおそれがある。また、バッテリ２７の充電量が比較的少ないときに第１の切り換え制御が行われると、第１の切り換え制御における力行運転を行うのに必要な電気エネルギをバッテリ２７が供給できないおそれがある。この場合、機関出力ＯＰＥの不足分ＳＨが十分に補われないおそれがある。これに対し、本発明による実施例では、バッテリ２７の充電量が比較的多いときに第１の切り換え制御が行われ、バッテリ２７の充電量が比較的少ないときに第２の切り換え制御が行われる。したがって、バッテリ２７の充電量にかかわらず、機関出力ＯＰＥを機関要求出力ＯＰＥＴに確実に維持することができる。

したがって、概念的に表すと、電子制御ユニット５０は、バッテリ２７の充電量があらかじめ定められた設定量よりも多いときに燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるべきときには、空燃比ＡＦを維持し、新気量ＱＡＥを減少し、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２を低下し、それにより内燃機関１の出力ＯＰＥが機関要求出力ＯＰＥＴに対し一時的に不足するようにし、その後、空燃比ＡＦをほぼ理論空燃比ＡＦＳにステップ状に変化させるとともに火花点火燃焼を開始することにより第２の燃焼モードを開始し、このときの内燃機関１の出力ＯＰＥの一時的な不足分ＳＨをモータジェネレータ２１の力行運転により補い、
バッテリ２７の充電量が設定量よりも少ないときに燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるべきときには、空燃比ＡＦをリーン空燃比の範囲内で小さくし、新気量ＱＡＥを減少し、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２をほぼ維持し、それにより内燃機関１の出力ＯＰＥが機関要求出力ＯＰＥＴに対し一時的に過剰となるようにし、その後、空燃比ＡＦをほぼ理論空燃比ＡＦＳにステップ状に変化させるとともに火花点火燃焼を開始することにより第２の燃焼モードを開始し、このときの内燃機関１の出力ＯＰＥの一時的な過剰分ＥＸをモータジェネレータ２１の回生運転により吸収する、ように構成されている。

図１０は本発明による実施例の燃焼モードの切り換え制御を実行するためのルーチンを示している。図１０を参照すると、ステップ１００（図１０）では、機関要求負荷が取得される。機関要求負荷は例えばアクセルペダル５９の踏み込み量に基づいて算出される。続くステップ１０１では、機関要求負荷に基づいて、機関要求出力ＯＰＥＴが算出される。続くステップ１０２では、内燃機関１の燃焼モードを第１の燃焼モードから第２の燃焼モードに切り換えるべきか否かが判別される。すなわち、機関要求出力ＯＰＥＴ及び機関要求出力増大率ｄＯＰＥＴにより定まる動作点が図４に示される領域ＲＸ内に属するか否かが判別される。燃焼モードを切り換えるべきでないときには処理サイクルを終了する。燃焼モードを切り換えるべきときには次いでステップ１０３に進み、バッテリ２７のＳＯＣが取得される。続くステップ１０４では図５のマップを用いて下限値ＳＯＣＬが算出される。続くステップ１０５ではバッテリ２７のＳＯＣが下限値ＳＯＣＬよりも大きいか否かが判別される。ＳＯＣ＞ＳＯＣＬのときには次いでステップ１０６に進み、第１の切り換え制御が実行される。第１の切り換え制御を実行するルーチンは図１１に示されている。これに対し、ＳＯＣ≦ＳＯＣＬのときには次いでステップ１０７に進み、第２の切り換え制御が実行される。第２の切り換え制御を実行するルーチンは図１２に示されている。

第１の切り換え制御を実行するルーチンを示す図１１を参照すると、ステップ１１０では新気量ＱＡＥが減少され、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が低下される。続くステップ１１１では吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が設定値ＣＣＯ２Ｘよりも低いか否かが判別される。ＣＣＯ２≧ＣＣＯ２Ｘのときには次いでステップ１１２に進み、機関出力ＯＰＥの不足分ＳＨを補うためにモータジェネレータ２１の力行運転が行われる。続くステップ１１３では、新気量ＱＡＥ、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２、及び点火時期θといった制御パラメータが第２の燃焼モードのそれぞれの目標値に一致しているか否かが判別される。制御パラメータが目標値に一致していないときには次いでステップ１１１に戻る。次いで、ＣＣＯ２＜ＣＣＯ２Ｘになるとステップ１１１からステップ１１４に進み、第２の燃焼モードが開始される。すなわち、空燃比ＡＦがほぼ理論空燃比にされ、火花点火燃焼が行われる。続くステップ１１５では上述の過渡制御が行われる。次いでステップ１１２に進み、モータジェネレータ２１の力行運転が行われる。次いで、ステップ１１３に進み、制御パラメータが目標値に一致していないときにはステップ１１１に戻り、一致しているときには処理サイクルを終了する。すなわち、第１の切り換え制御が終了される。

第２の切り換え制御を実行するルーチンを示す図１２を参照すると、ステップ１２０では空燃比ＡＦが減少され、新気量ＱＡＥが減少され、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が低下される。続くステップ１２１では吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が低下し始めたか否かが判別される。吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２がほぼ維持されているときには次いでステップ１２２に進み、機関出力ＯＰＥの過剰分ＥＸを吸収するためにモータジェネレータ２１の回生運転が行われる。続くステップ１２３では、制御パラメータが第２の燃焼モードのそれぞれの目標値に一致しているか否かが判別される。制御パラメータが目標値に一致していないときには次いでステップ１２１に戻る。次いで、吸気二酸化炭素濃度ＣＣＯ２が低下し始めると、ステップ１２１からステップ１２４に進み、第２の燃焼モードが開始される。すなわち、空燃比ＡＦがほぼ理論空燃比にされ、火花点火燃焼が行われる。続くステップ１２５では上述の過渡制御が行われる。次いでステップ１２２に進み、モータジェネレータ２１の回生運転が行われる。次いで、ステップ１２３に進み、制御パラメータが目標値に一致していないときにはステップ１２１に戻り、一致しているときには処理サイクルを終了する。すなわち、第２の切り換え制御が終了される。

１内燃機関
１１スロットル弁
１７ＥＧＲ通路
１８ＥＧＲ制御弁
２１モータジェネレータ
２２車軸
２７バッテリ
４１点火栓
５０電子制御ユニット

Claims

車軸にトルク伝達可能に連結された内燃機関であって、スロットル弁下流の機関吸気通路と機関排気通路とを互いに連結するＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路内に配置されＥＧＲガス量を変更することにより吸気二酸化炭素濃度を変更可能に構成されているＥＧＲ制御弁と、を備え、燃焼モードを、リーン空燃比のもとで圧縮自着火燃焼を行う第１の燃焼モードと、ほぼ理論空燃比のもとで火花点火燃焼を行う第２の燃焼モードとの間で切り換え可能に構成されている内燃機関と、
前記車軸にトルク伝達可能に連結されたモータジェネレータであって、前記車軸のトルクを増大する力行運転と、前記車軸のトルクから電気エネルギを回生する回生運転とを実行可能に構成されているモータジェネレータと、
前記モータジェネレータが前記力行運転を実行するときに前記モータジェネレータに電気エネルギを供給し、前記モータジェネレータが前記回生運転を実行するときに前記モータジェネレータが回生した電気エネルギを蓄えるように構成されているバッテリと、
前記内燃機関の燃焼モードを機関運転状態に応じて前記第１の燃焼モードと前記第２の燃焼モードとの間で切り換えるように構成されている電子制御ユニットと、
を備え、
前記燃焼モードを前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り換えるべき機関運転状態において、前記第２の燃焼モードでの新気量の目標値は前記第１の燃焼モードにおける新気量の目標値よりも少なく、かつ、前記第２の燃焼モードにおける吸気二酸化炭素濃度の目標値は前記第１の燃焼モードにおける吸気二酸化炭素濃度の目標値よりも低くなっており、
前記電子制御ユニットは更に、
前記バッテリの充電量があらかじめ定められた設定量よりも多いときに前記燃焼モードを前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り換えるべきときには、空燃比を維持し、新気量を減少し、前記ＥＧＲ制御弁を制御して吸気二酸化炭素濃度を低下し、それにより前記内燃機関の出力が機関要求出力に対し一時的に不足するようにし、その後、空燃比をほぼ理論空燃比にステップ状に変化させるとともに火花点火燃焼を開始することにより前記第２の燃焼モードを開始し、このときの前記内燃機関の出力の一時的な不足分を前記モータジェネレータの力行運転により補い、
前記バッテリの充電量が前記設定量よりも少ないときに前記燃焼モードを前記第１の燃焼モードから前記第２の燃焼モードに切り換えるべきときには、空燃比をリーン空燃比の範囲内で小さくし、新気量を減少し、前記ＥＧＲ制御弁を制御して吸気二酸化炭素濃度をほぼ維持し、それにより前記内燃機関の出力が機関要求出力に対し一時的に過剰となるようにし、その後、空燃比をほぼ理論空燃比にステップ状に変化させるとともに火花点火燃焼を開始することにより前記第２の燃焼モードを開始し、このときの前記内燃機関の出力の一時的な過剰分を前記モータジェネレータの回生運転により吸収する、
ように構成されている、車両の制御装置。