JP2004044426A - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】同じ運転領域では両立しない二つの燃焼方式を有する内燃機関をハイブリッド車両に適用した場合において、内燃機関の燃焼状態の切り替え手順を提供する。
【解決手段】運転領域の異なる圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替え可能な内燃機関１をハイブリッド車両に適用し、内燃機関１の燃焼状態を切り替えるときに、燃料噴射装置１２を停止することで内燃機関１への燃料供給を停止し、バッテリ４からの放電によって第１電動発電機２を駆動して内燃機関１の運転領域を切り替えて、その後に燃料供給を再開するようにする。なお、内燃機関１への燃料供給を停止している間は、バッテリ４からの放電によって第２電動発電機６を駆動して走行する。これにより、二つの燃焼状態を適切に切り替えて、幅広い車両負荷に対応させつつ、低燃費・低エミッションを実現できるハイブリッド車両とすることができる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関し、詳しくは、運転領域の異なる圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替え可能な内燃機関を適用したハイブリッド車両の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関と電動機とを組み合わせた、いわゆるハイブリッド車両においては、内燃機関、発電機、電動機及び蓄電装置を組み合わせることで、内燃機関をその最大熱効率付近でのみ運転することが可能となるため、車両の熱効率が大きく改善できることが知られている。そして、ハイブリッド車両の熱効率を更に改善するようにしたものとして、特開２０００−１８６５９０号公報に記載されたものがある。このものは、内燃機関を、燃料消費量が最低となる目標回転速度に制御して発電機を駆動し、車両を駆動するために電動機が必要とする電力を供給するようにすることで車両全体としての燃費低減を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃費低減の要求がさらに高まりつつある中にあって、上記従来のものでは十分とは言えず、更なる改良の余地がある。
ここで、ディーゼルエンジン等の圧縮自己着火式内燃機関は、非常に熱効率に優れており、これをハイブリッド車両に適用することで、更なる燃費向上を図れる可能性がある。
【０００４】
しかしながら、圧縮自己着火燃焼式内燃機関は、通常、その運転可能領域が低回転側の一部に限定され、これにより機関出力も限られるという問題がある。これは、圧縮自己着火燃焼は、その燃焼の進行を主に化学反応の速度のみに依存しており、機関の回転に対する実時間が短くなる高回転側においては、燃焼反応を完結させることが困難となるからである。
【０００５】
このため、圧縮自己着火式内燃機関をハイブリッド車両に適用した場合に、車両としての最大出力を賄うためには、機関排出量を大きくせざるを得ないが、内燃機関の他にも電動機、発電機、蓄電装置等の多くのシステム構成要素を必要とするハイブリッド車両において、搭載する内燃機関の大型化（排出量の増大）は、スペース面、重量面からみても好ましくない。
【０００６】
ここで、火花点火燃焼を行うようにすれば、機関の回転速度の上昇に伴って燃焼室内の乱流場が強化されるため、高回転側において高い機関出力を得ることが可能となるが、圧縮自己着火燃焼を行うために高圧縮化された内燃機関では、機関のある運転領域において、両燃焼方式を切り替え可能にすることは容易ではない。ピストンによる圧縮のみによって着火可能な状態において、火花点火燃焼を行うとノッキングが発生してしまうからである。
【０００７】
但し、異なる運転領域、例えば低回転側と高回転側とで二つの燃焼方式を切り替えて運転することは可能である。上記したように、高回転側においては、化学反応の速度相対的に小さくなり、乱流場によって加速された火炎伝播がノッキング発生前に燃焼を完結可能とするからである。そして、このように異なる運転領域で燃焼方式を切り替えるようにすれば、運転領域に応じて適切な燃焼方式を選択して燃費低減を図ることができるが、それぞれの燃焼方式を行う領域の間には、必然的にいずれの燃焼方式による運転も不可能な部分が存在してしまうという問題が残る。
【０００８】
以上のように、圧縮自己着火燃焼を行う内燃機関では、低回転側に、高効率な圧縮自己着火燃焼が可能な領域が存在し、高回転側に、高出力な火花点火燃焼可能が可能な領域が存在し、その中間には、いずれの燃焼方式でもノッキング又は失火が発生して運転が困難な領域が存在する。
このような内燃機関は、単独で車両に搭載して走行することは困難であるが、ハイブリッド車両においては、電動機による車両走行が可能であるので、内燃機関の運転領域が限定される場合でも、幅広い車両出力に対応することができる。そして、かかる内燃機関をハイブリッド車両に適用した場合には、車両出力に応じて内燃機関１を圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替えて運転することになるが、内燃機関を運転したまま切り替えることは、上記のように、ノッキングの発生や失火の発生に繋がるため困難である。
【０００９】
そこで、本発明は、同じ運転領域では両立しない圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替え可能な内燃機関をハイブリッド車両に適用するに際し、燃焼方式を適切に切り替えることができるようにしたハイブリッド車両の制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明に係るハイブリッド車両の制御装置は、内燃機関の燃焼状態を切り替えるときに、燃料供給を停止し、蓄電装置からの放電によって第１の回転電機を駆動して内燃機関の運転領域を切り替えて、その後に燃料供給を再開すると共に、内燃機関への燃料供給を停止している間は、蓄電装置からの放電によって第２の回転電機を駆動して車両走行を行うようにした。
【００１１】
【発明の効果】
本発明に係るハイブリッド車両の制御装置によれば、圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼とを切り替えるときに、まず、内燃機関への燃料供給を停止するので、ノッキングの発生や失火による未燃燃料の排出を防止できる。そして、蓄電装置からの放電により第１の回転電機を駆動して内燃機関の運転領域（回転速度）を制御し、運転領域が切り替わってから燃料供給を再開するので、切り替え完了後に圧縮自己着火燃焼又火花点火燃焼を確実に開始できる。なお、燃料供給の停止中は、蓄電装置からの放電により第２の回転電機を駆動して車両走行の維持が可能である。これにより、高効率であるが、運転領域が限定される圧縮自己着火式内燃機関をハイブリッド車両に適用しつつ、幅広い車両出力要求に対応することができ、全体として低燃費なハイブリッド車両を実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るシリーズ式ハイブリッド車両のシステム構成図である。図１に示すように、本実施形態に係るハイブリッド車両は、内燃機関１と、この内燃機関１と機械的に接続する第１電動発電機２と、この第１電動発電機２と電気的に接続する第１インバータ３と、バッテリ（蓄電装置）４と、第２インバータ５と、この第２インバータ５と電気的に接続する第２電動発電機６と、この第２電動発電機６と機械的に接続する変速機７と、電子制御装置（ＥＣＵ）１０と、を含んで構成される。なお、車両の駆動輪８は前記変速機７の出力軸にて駆動されるようになっており、また、前記第１インバータ３及び第２インバータ５は、それぞれ電気的に接続する前記バッテリ４の充放電を行うことができると共に、相互に電気的に接続されている。
【００１３】
前記ＥＣＵ１０は、車両の運転要求を検出する手段としてのアクセルペダルセンサ２１、内燃機関の回転速度を検出する回転センサ２２、バッテリ電圧センサ２３及び車速センサ２４等から情報を得て総合的に状況を判断し、前記内燃機関１のスロットル１１、燃料噴射装置１２及び点火装置（図示省略）や、前記第１電動発電機２、第２電動発電機６、第１インバータ３、第２インバータ５をそれぞれ制御可能である。
【００１４】
なお、本実施形態は、前記第２電動発電機６にて車軸を駆動する方式であるので、前記変速機７は所定の減速を行うのみでよく、変速比が可変である必要はない。よって、前記車速センサ２４は、前記第２電動発電機６の回転速度を検出する回転センサとしての機能も兼ねることができる。また、同様に、前記回転センサ２２から第１電動発電機２の回転速度を検出することも可能である。
【００１５】
ここで、上記ハイブリッド車両の基本的な運転モードについて説明する。まず、内燃機関１が運転中であれば、この内燃機関１が第１電動発電機２を駆動して発電を行う。発電された電力は、第１インバータ３及び第２インバータ５を介して第２電動発電機６を駆動するために使用される。このとき、車両の要求出力に対して発電した電力量に余剰があれば、第１インバータ３からバッテリ４へと充電を行い、逆に発電した電力量が不足していれば、バッテリ４から第１インバータ３へと放電を行い、その不足分を補う。一方、内燃機関１が停止中（回転が停止している状態をいう。以下同じ）又は休止中（回転はしているが、燃料噴射が停止されて空転している状態をいう。以下同じ）であれば、バッテリ４からの放電のみで第２電動発電機６を駆動する。この間、第１電動発電機２は、停止若しくは空転状態にあるか、又は、バッテリ４からの放電により駆動されて内燃機関１の回転速度制御を実行となる。
【００１６】
図２は、前記内燃機関１の運転マップを示すものである。この内燃機関１は、通常の火花点火機関の圧縮比を高めて予混合圧縮自己着火燃焼を可能としたもので、図２に示すように、比較的低回転側の所定の運転領域内で予混合圧縮自己着火燃焼が可能である。
この予混合圧縮自己着火燃焼は、低負荷において熱効率が優れるものの、混合気の不均質に起因する排気物質が増加するというディーゼルエンジン等の圧縮着火式内燃機関の有する問題を解決するものとして注目されている燃焼方式で、燃料と空気とをほぼ均質に混合した混合気を燃焼室内に形成し、主にピストン圧縮によって着火・燃焼させるものである。この燃焼方式によれば、希薄燃焼による高熱効率化と予混合燃焼による低エミッション化が図れ、特に、ＮＯｘやスモークの排出を大幅に低減できるものである。
【００１７】
図中のＢ点は、かかる予混合圧縮自己着火燃焼において、熱効率が最良となる点近傍に設定された運転設定点（以下、これを第１運転設定点という）である。また、この内燃機関１において、低回転側で火花点火燃焼を行おうとすれば、ノッキング若しくは失火が生じる可能性があるため、スロットル１１によって吸気を大幅に絞って低負荷運転をせざるを得ない。一方、高回転側においては、化学反応の進行による自着火よりも乱流による火炎伝播の方が支配的となるため、高負荷での火花点火燃焼も可能となる。すなわち、この内燃機関１は、低回転・低負荷側と高回転側の運転領域において火花点火燃焼が可能である。図中のＣ点は、かかる火花点火燃焼において、スロットル１１全開にて運転可能となる回転速度付近に設定されら運転設定点（以下、これを第２運転設定点という）であり、火花点火燃焼にて最大熱効率が得られる点である。この第２運転設定点（Ｃ点）は、前記第１運転設定点（予混合圧縮自己着火燃焼における最大熱効率点、Ｂ点）に比べて、熱効率の面では下回るものの、より大きな出力が得られる。
【００１８】
図中のＤ点は、内燃機関１が最大出力を発揮する運転設定点（以下、これを最大出力点という）である。そして、この内燃機関１は、前記第２運転設定点（Ｃ点）から最大出力点（Ｄ点）にかけては、スロットル１１全開での運転可能が可能であり、このとき機関の出力は増大するのであるが、フリクション等の増加により熱効率は若干低下することになる。なお、図中のＡ点は、内燃機関１が完全に停止している状態である。
【００１９】
図３、４は、本実施形態において、車両駆動に必要な出力（車両出力）に対する内燃機関１の運転モードを示すものである。車両出力が、前記第１運転設定点（Ｂ点）における内燃機関１の出力以下の低出力時は（図３におけるａ〜ｂ）、図４（ａ）に示すように、内燃機関１は、前記第１運転設定点（Ｂ点）での運転と運転停止（Ａ点）のデューティー運転を行う。この場合において、内燃機関１がＡ点にて運転停止中のときは、バッテリ４からの放電のみによって第１電動発電機２を駆動して走行する。一方、内燃機関１が前記第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中のときは、第１電動発電機２によって発電した電力で第２電動発電機６を駆動して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電を行う。なお、運転停止（Ａ点）及び第１運転設定点（Ｂ点）での運転のデューティー比は、車両出力に応じて適切に設定されており、バッテリ４の充放電をバランスさせている。
【００２０】
車両出力が、前記第１運転設定点（Ｂ点）における内燃機関１の出力と前記第２運転設定点（Ｃ点）における内燃機関１の出力との間にある中出力時は（図３におけるｂ〜ｃ）、図４（ｂ）に示すように、内燃機関１は、前記第１運転設定点（Ｂ点）での運転と前記第２運転設定点（Ｃ点）での運転のデューティー運転を行う。この場合において、内燃機関１が前記第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中のときは、第１電動発電機２によって発電した電力のすべてを第２電動発電機６に供給すると共に、不足分をバッテリ４からの放電により補って第２電動発電機６を駆動して走行する。一方、内燃機関１が前記第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中のときは、第１電動発電機２によって発電した電力の一部で第２電動発電機６を駆動して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電する。なお、第１運転設定点（Ｂ点）及び第２運転設定点（Ｃ点）での運転のデューティー比を適切に設定することで、必要な車両出力を内燃機関１の平均出力として得ることができる。
【００２１】
車両出力が、前記第２運転設定点（Ｃ点）における内燃機関１の出力を上回る高出力時は（図３におけるｃ〜ｄ）、図４（ｃ）に示すように、前記第２運転設定点（Ｃ点）と前記最大出力点（Ｄ点）との間で、必要な車両出力と同じ出力を得られる点で内燃機関１の（連続）運転を行う。この場合において、第１電動発電機２によって発電された電力は、すべて第２電動発電機６を駆動するために連続的に供給され、バッテリ４への充電及びバッテリ４からの放電は行われない。
【００２２】
ここで、上記した内燃機関１の運転条件の切り替え手順について説明する。
図５は、車両出力が低出力時のとき、すなわち、機関が運転停止状態にあるＡ点と予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１を機関停止状態（Ａ点）から第１運転設定点（Ｂ点）での運転へと切り替えるときの手順を示すものである。
【００２３】
図５（ａ）は、内燃機関１がＡ点にて停止中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２による発電は行われないので、バッテリ４からの放電のみによって第２電動発電機６を駆動して走行する。
図５（ｂ）は、内燃機関１の運転条件をＡ点の停止中から第１運転設定点（Ｂ点）での運転へと移行する際の状態を示す。この場合、バッテリ４からの放電によって第２電動発電機６を駆動して走行を維持すると共に、バッテリ４からの放電により第１電動発電機２を駆動して内燃機関１を回転させる。このとき、内燃機関１において燃料噴射は行わず（すなわち、燃料供給を停止しており）、内燃機関１としては休止状態にある。そして、内燃機関１の回転速度が第１運転設定点（Ｂ点）に一致するまで上昇した後、燃料噴射手段１２の駆動を開始して内燃機関１を第１運転設定点（Ｂ点）における予混合圧縮自己着火燃焼にて起動する。
【００２４】
図５（ｃ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２により発電された電力を第２電動発電機６に供給して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電して停止時（Ａ点）に消費した分（蓄電量）を回復する。
一方、第１運転設定点（Ｂ点）での運転から機関停止状態（Ａ点）へと切り替えるときは、燃料噴射手段１２を停止して内燃機関１を休止状態とすると同時に、バッテリ４からの放電によって第２電動発電機６を駆動して走行を維持する。
【００２５】
図６は、車両出力が中出力時のとき、すなわち、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点と火花点火燃焼を行うＣ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１の運転条件をＢ点からＣ点へと切り替えるときの手順を示すものである。
図６（ａ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２によって発電された電力は、第２電動発電機６に供給されると共に、その不足分がバッテリ４からの放電により補って第２電動発電機６に駆動して走行する。
【００２６】
図６（ｂ）は、第１運転設定点（Ｂ点）での運転から第２運転設定点（Ｃ点）へと移行する際の状態を示す。この場合、燃料噴射装置１２の駆動を一旦停止して内燃機関１を休止状態とする。その間、バッテリ４からの放電のみによって第２電動発電機６を駆動して走行を維持すると共に、バッテリ４からの放電により第１電動発電機２を駆動する。これにより、休止中の内燃機関１は、空転状態のまま第１電動発電機２により回転速度が制御される。そして、内燃機関１の回転速度が第２運転設定点（Ｃ点）に一致するまで上昇した後、燃料噴射手段１２の駆動を再開すると共に、点火装置（図示省略）による点火を開始して第２運転設定点（Ｃ点）における火花点火燃焼を開始する。
【００２７】
図６（ｃ）は、内燃機関１が第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中の状態を示す。この場合、第１電動発電機２により発電された電力を第２電動発電機６に供給して走行すると共に、余剰電力をバッテリ４に充電してＢ点運転中及びＢ点→Ｃ点移行中に消費した分（蓄電量）を回復する。
図７は、車両出力が中出力時のとき、すなわち、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点と火花点火燃焼を行うＣ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１の運転条件をＣ点からＢ点へと切り替えるときの手順を示すものである。
【００２８】
図７（ａ）は、内燃機関１が第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中の状態を示すものであり、図６（ｃ）と同じである。
図７（ｂ）は、第２運転設定点（Ｃ点）での運転から第１運転設定点（Ｂ点）へと移行する際の状態を示す。この場合、燃料噴射装置１２と点火装置（図示省略）とを停止して内燃機関１を休止状態とすると同時に、バッテリ４からの放電によって第２電動発電機６を駆動して走行を維持すると共に、バッテリ４からの放電によって第１電動発電機２に逆方向の回転トルクを生じさせて内燃機関１の回転速度が第１運転設定点（Ｂ点）に一致するまで低下させる。そして、内燃機関１の回転速度が第１運転設定点（Ｂ点）に一致したら、燃料噴射装置１２の駆動を再開して第１運転設定点（Ｂ点）における予混合圧縮自己着火燃焼を開始する。
【００２９】
図７（ｃ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示すものであり、図６（ａ）と同じである。
図８は、車両出力が高出力時のとき、すなわち、第２運転設定点（Ｃ点）にて運転した内燃機関１の出力よりも大きい場合の内燃機関１の運転状態を示すものである。この場合、内燃機関１は、第２運転設定点（Ｃ点）と最大出力点（Ｄ点）との間で機関出力と車両出力と等しくなる点において連続運転を行い、第１電動発電機２により発電された電力は、すべて第２電動発電機６に供給されて車両走行に供される。
【００３０】
図９は、本実施形態に係る内燃機関１の切り替え運転の制御フローを示したものである。内燃機関１をＡ点及びＢ点で、又は、Ｂ点及びＣ点でデューティー運転するものであるが、これは車両が定常状態にある場合のみである。実際の車両では、運転状況が刻々と変化するため、車両の要求出力に基づいてデューティー比を計算したとしても、次のサイクルには、既にその要求出力が変化している場合もあり得る。
【００３１】
従って、ここでは、より現実的な内燃機関のデューティー運転の方法として、バッテリ残量によって内燃機関１の運転条件の切り替えを判断する構成とする。すなわち、バッテリ残量があらかじめ設定した所定値以下となった場合は、高出力側の運転設定点への切り替えを行い、発電量に余剰を生み出してバッテリ充電を行うようにし、逆に、バッテリ残量が別の所定値以上である場合は、低出力側の運転設定点への切り替えを行い、バッテリから放電される電力にて走行するように制御する。以下、かかる制御（図９）を説明する。
【００３２】
図９において、ステップ１（図では、Ｓ１と記す。以下同じ）では、アクセルペダルセンサ２１、回転センサ２２及び車速センサ２４等から入力された情報に基づいて車両の要求出力を演算し、決定する。
ステップ２では、バッテリ電圧センサ３から入力された情報に基づいてバッテリ残量ＶＲを検出する。
【００３３】
ステップ３では、車両の要求出力に基づいて、内燃機関１の運転モードを判断し分岐する。具体的には、Ａ点−Ｂ点のデューティー運転を行う場合にはステップ１１に進み、Ｂ点−Ｃ点のデューティー運転を行う場合にはステップ２１に進み、Ｃ点−Ｄ点間で連続運転を行う場合にはステップ３１に進む。
Ａ点−Ｂ点のデューティー運転を行う場合において、ステップ１１では、バッテリ残量ＶＲと低残量側設定値Ｖ１とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１よりも小さい場合は、バッテリ残量が不足して走行に支障をきたすおそれがあるので、ステップ１２に進んで内燃機関１の運転をＡ点（停止）からＢ点へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共にバッテリ充電を行う（図５（ｃ）参照）。
【００３４】
一方、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１以上であった場合には、ステップ１３に進んでバッテリ残量ＶＲと高残量側設定値Ｖ２とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２よりも大きい場合は、バッテリ４が過充電となるおそれがあるので、ステップ１４に進んで内燃機関１の運転をＡ点へと切り替えて（停止して）、バッテリ４の電力のみで走行する（図５（ａ）参照）。なお、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２以下の場合は現在の運転状態を継続する。
【００３５】
Ｂ点−Ｃ点のデューティー運転を行う場合において、ステップ２１では、バッテリ残量ＶＲと低残量側設定値Ｖ１とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１よりも小さい場合は、バッテリ残量が不足して走行に支障をきたすおそれがあるので、ステップ２２に進んで内燃機関１の運転をＢ点からＣ点へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共にバッテリ充電を行う（図６（ｃ）参照）。
【００３６】
一方、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１以上であった場合には、ステップ２３に進んでバッテリ残量ＶＲと高残量側設定値Ｖ２とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２よりも大きい場合は、バッテリ４が過充電となるおそれがあるので、ステップ２４に進んで内燃機関１の運転をＣ点からＢ点へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共に、その不足分をバッテリ４からの電力により補って走行する（図６（ａ）参照）。なお、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２以下の場合は現在の運転状態を継続する。
【００３７】
Ｃ点−Ｄ点間で連続運転を行う場合において、ステップ３１では、バッテリ残量ＶＲと低残量側設定値Ｖ１とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１よりも小さい場合は、バッテリ４を充電する余剰電力を発生するため、ステップ３２に進んで内燃機関１の運転をＣ点からＤ点側へとずらす。
一方、バッテリ残量ＶＲが低残量側設定値Ｖ１以上であった場合には、ステップ３３に進んでバッテリ残量ＶＲと高残量側設定値Ｖ２とを比較する。そして、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２よりも大きい場合は、バッテリ４が過充電となるおそれがあるので、ステップ３４に進んで内燃機関１の運転をＤ点からＣ点側へと切り替えて、車両駆動用の電力源とすると共に、その不足分をバッテリ４からの電力により補って走行する。なお、バッテリ残量ＶＲが高残量側設定値Ｖ２以下の場合は現在の運転状態を継続する。
【００３８】
なお、以上の説明では、内燃機関１の回転速度を低下させる場合に、第１電動発電機２に対してバッテリ電力を利用して逆方向の回転トルクを生じさせるようにしているが、このような積極的な回転速度低下制御を実行せず、内燃機関１自身のフリクションにより回転速度を低下させるようにしてもよい。
具体的には、Ｃ点からＢ点への移行中、内燃機関１への燃料供給を停止し、その間、第１インバータ３、バッテリ４及び第２インバータ５の電気的接続を行わないようにする。そして、内燃機関１は、自己のフリクションにより回転速度を低下していくので、回転速度がＢ点に達した時点で燃料供給を再開して予混合圧縮自己着火燃料を行い、第１インバータ３の電気的接続を回復し、第１電動発電機２にて発電された電力をバッテリ４又は第２電動発電機６へと供給する。かかる構成とすれば、機関回転速度の低下を内燃機関１自身のフリクションを利用して行うので、制御システムを簡略化することができると共に、電力消費を節約できる。更に、この場合において、内燃機関１のスロットル１１を閉状態とすることで、内燃機関１の回転抵抗を大きくし、より早く機関回転速度を低下させるようにしてもよい。かかる構成とすれば、運転条件の切り替え時間、すなわち、バッテリ４の放電のみにより走行する時間を短縮できるので、バッテリ４の負荷を軽減できる。
【００３９】
また、内燃機関１の回転エネルギーを第１電動発電機２において回生することで回転速度を低下させるようにしてもよい。具体的には、燃料供給を停止して空転している内燃機関１の回転エネルギーを、第１電動発電機２において発電することで回収することができ、これを第２電動発電機６へ供給して走行の一助としたり、バッテリ４へ供給してバッテリ充電に利用したりする。かかる構成とすれば、車両全体としてのエネルギー効率を高めることができる。
【００４０】
この実施形態（第１実施形態）では、以下に記すような効果を有する。
（１）前記第１運転設定点（Ｂ点）にて圧縮自己着火燃焼を実現し、前記第２運転設定点（Ｃ点）にて火花点火燃焼を実現するので、それぞれの燃焼方式においてより効率的な運転が可能となる。そして、燃焼方式を切り替えるときは、内燃機関１への燃料供給を停止し、バッテリ４からの放電により第１電動発電機２を駆動して内燃機関１の回転速度制御を行い、第１運転設定点から第２運転設定点へと、又は、第２運転設定点から第１運転設定点へと切り替えてから燃料供給を再開するので、ノッキングの発生や失火による未燃燃焼の排出を防止しつつ、確実に燃焼方式の切り替えを実行できる。
（２）第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）へと運転条件を切り替えるときは、第１電動発電機２により内燃機関１の回転速度制御を実行し、Ｃ点からＢ点へと運転条件を切り替えるときは、内燃機関１への燃料供給を停止してそのフリクションによって回転速度を低下させるようにするので、制御システムを簡略化できると共に、回転速度制御に伴う電力消費を最小限に抑制できる。（３）また、Ｃ点からＢ点へと運転条件を切り替えるときに、内燃機関１のスロットル１１を閉状態とすることで、内燃機関１の回転抵抗を増大させて回転速度の低下をより早くすることができる。これにより、バッテリ４からの放電のみによって車両の走行を行う期間を短縮化できるので、バッテリ４の負担を軽減することができ、また、バッテリ４の蓄電容量を小さくすることができる。
（４）また、Ｃ点からＢ点へと運転条件を切り替えるときに、第１電動発電機２によって内燃機関１の回転エネルギーを回生することで、回転速度制御を行うようにすれば、内燃機関１の回転速度制御に伴う電力消費を抑制すると共に、内燃機関１の回転エネルギーを電力として回収することができるので、車両全体として燃費の低減が可能となる。
【００４１】
なお、上記実施形態は、シリーズ式のハイブリッド車両について説明しているが、これに限られるものではなく、図１０に示すように、内燃機関１と電動発電機３０の双方により車軸の駆動が可能なパラレル式ハイブリッド車両に適用するようにしてもよい。この場合、電動発電機３０は、前記シリーズ式ハイブリッド車両における第１電動発電機２と第２電動発電機６とを合わせたものと同等ものであり、次のようにして内燃機関１の運転条件をＢ点からＣ点へと切り替える。まず、内燃機関１を休止状態とする。その間、インバータ３１を介してバッテリ４からの放電のみによって電動発電機３０を駆動すると共に、無段変速機３２を制御して走行を維持し、同じく電動発電機３０によって内燃機関１の回転速度を制御する。そして、内燃機関１の回転速度がＣ点に一致するまで上昇した後、燃料噴射、点火を開始してＣ点における火花点火燃焼を開始する
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
【００４２】
本実施形態は、前記第１実施形態と共通する部分も多いので、共通する部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明することとする。
図１１は、本実施形態における内燃機関１の運転マップを示すものである。図に示すように、基本的には、前記第１実施形態における内燃機関１の運転マップと同一であるが（図２参照）、火花点火燃焼を行う第２運転設定点（Ｃ点）よりも低回転側に、同じく火花点火燃焼を行う第３運転設定点（Ｃ’点）が設定されている点が異なる。この第３運転設定点（Ｃ’点）は、スロットル全開で火花点火燃焼が行えない領域にあるので、熱効率が第２運転設定点（Ｃ点）よりも若干劣るものの、第２運転設定点（Ｃ点）よりも低回転側で火花点火燃焼が可能である。
【００４３】
すなわち、本実施形態は、内燃機関１の運転条件を、第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）へと移行させる際に、前記第１実施形態のように直接Ｃ点へと切り替えるのではなく、第３運転設定点（Ｃ’点）を経由させるようにしたものである。
図１２は、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＢ点から火花点火燃焼を行うＣ点との間でデューティー運転を行う場合において、内燃機関１の運転をＣ点からＢ点へと切り替えるときの手順を示すものであり、第１実施形態の図６に対応するものである。
【００４４】
図１２（ａ）は、内燃機関１が第１運転設定点（Ｂ点）にて運転中の状態を示し、図６（ａ）と同じである。
図１２（ｂ）は、第１運転設定点（Ｂ点）での運転から第３運転設定点（Ｃ’点）へと移行する際の状態を示す。この場合、図６（ｂ）と同様にして、すなわち、空転状態にある内燃機関１の回転速度を、第１電動発電機２によって制御し、内燃機関１の回転速度が第３運転設定点（Ｃ’点）に一致するまで上昇した後、燃料噴射手段１２の駆動を再開すると共に、点火装置（図示省略）による点火を開始して第３運転設定点（Ｃ’点）における火花点火燃焼を開始する。
【００４５】
図１２（ｃ）は、第３運転設定点（Ｃ’点）での運転から第２運転設定点（Ｂ点）へと移行する際の状態を示す。この場合、内燃機関１は自らの発生する力で移行することができ、また、第１電動発電機２でも発電を開始できることから、発電した電力を第２電動発電機６に供給して走行電力の一部とすることで、バッテリ４からの放電量を抑えることができる。
【００４６】
図１２（ｄ）は、内燃機関１が第２運転設定点（Ｃ点）にて運転中の状態を示し、図６（ｃ）と同じであるが、Ｂ点での運転からＣ点へ運転へと移行する際に、Ｃ’点を経由するので、運転モードは図１３のようになる。
なお、本実施形態においても、前記第１実施形態と同様に、実際のデューティー運転の方法としては、バッテリ残量によって内燃機関１の運転条件の切り替えを判断する構成とするものとすればよい。かかる構成によれば、Ｂ点からＣ点への切り替えに際し、Ｃ’点を経由するので、バッテリ４の負担を軽減できると共に、運転条件切り替え中にバッテリ残量が０になるような事態を回避できる。
【００４７】
また、前記「バッテリ残量」に代えて、「車両の加速状態」によって内燃機関１の運転条件の切り替えを判断するようにしてもよい。この場合は、例えば、アクセルペダルセンサ２１等からの入力に基づいて車両の加速状態を検出し、この加速状態（加速の程度）が所定値以上であるときに、Ｂ点での運転からＣ点での運転への移行に際して、Ｃ’点を経由するようにする。かかる構成とすれば、「バッテリ残量」によって判断した場合と同様に、バッテリ４の負担を軽減できると共に、内燃機関１がＣ点に到達する前から出力を発揮するようになるので、すばやい加速が可能となる。
【００４８】
更に、前記Ｃ’点から前記Ｃ点へと移行する経路を、Ｃ’点からＣ点への移動経路のうち最も燃料消費率の小さい点をトレースするように規定してもよい。すなわち、Ｃ点は内燃機関１が火花点火燃焼にて最大熱効率を発揮する運転点であり、図１４に示すように、マップ上に燃料消費率の等高線を描くことができる。そして、この燃費消費率の等高線の谷間を通る経路を機関回転速度Ｎｅとスロットル開度ＴＶＯとで規定して記憶しておけば、Ｃ’点からＣ点への移行に際し、常に、機関出力に対して燃費最良となる経路を経由することが可能となる。かかる構成とすれば、Ｂ点からＣ点への移行の際にＣ’点を経由したことによる熱効率の損失を最小限に抑制でき、車両全体としての燃費を低減できることになる。
【００４９】
なお、本実施形態においても、内燃機関１のフリクションにより回転速度を低下させるようにすること、この場合にスロットルを閉状態とすること、内燃機関１の回転エネルギーを回生することで回転速度制御を行うこと、及びパラレル式のハイブリッド車両にも適用可能なこと、については前記第１実施形態と同様である。
【００５０】
この実施形態（第２実施形態）では、前記第１実施形態が有する効果に加えて、更に以下に記す効果を有する。
（１）第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）へと運転条件を切り替えるときに、バッテリ残量が所定量以下の場合には、第２運転設定点（Ｃ点）よりも低回転側の第３運転設定点（Ｃ’点）を経由することで、バッテリ４の負荷を軽減し、バッテリ４の蓄電容量が小さい場合でも燃焼方式を確実に切り替えることができる。
（２）Ｂ点からＣ点へと運転条件を切り替えるときに、車両の加速状態が所定値以上である場合には、Ｃ’点を経由することで、内燃機関１の運転を早めに開始して内燃機関１自身の出力により回転速度を上昇させるので、バッテリ４の負荷を軽減すると共に、要求された車両負荷に対してすばやい対応が可能となる。
（３）更に、Ｃ’点からＣ点への移行において、機関出力に対して燃費最良となる経路を通って移行するようにすることで、Ｃ’点を経由することによる熱効率の損失を最小限に抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るシリーズ式ハイブリッド車両のシステム構成図である。
【図２】内燃機関１の運転マップを示す図である。
【図３】車両出力と機関出力との関係を説明する図である。
【図４】車両出力が（ａ）低出力時、（ｂ）中出力時、（ｃ）高出力時、のそれぞれにおける内燃機関の運転状態（デューティー運転の状態）を説明する図である。
【図５】車両出力が低出力時における機関運転停止状態（Ａ点）と第１運転設定点（Ｂ点）との切り替え手順を説明する図である。
【図６】車両出力が中出力時における第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）への切り替え手順を説明する図である。
【図７】車両出力が中出力時における第２運転設定点（Ｃ点）から第１運転設定点（Ｂ点）への切り替え手順を説明する図である。
【図８】車両出力が高出力時における第２運転設定点（Ｃ点）と最大出力点（Ｄ点）との間の運転状態を説明する図である。
【図９】内燃機関の切り替え運転制御を示すフローチャートである。
【図１０】本発明を適用したパラレル式ハイブリッド車両のシステム構成を示す図である。
【図１１】本発明の第２実施形態における内燃機関の運転マップを示す図である。
【図１２】第２実施形態における第１運転設定点（Ｂ点）から第２運転設定点（Ｃ点）への切り替え手順を説明する図である。
【図１３】第２実施形態において、車両出力が中出力時の内燃機関の運転状態（デューティー運転の状態）を説明する図である。
【図１４】第２実施形態において、第３運転設定点（Ｃ’点）から第２運転設定点（Ｃ点）への移行経路を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…第１電動発電機（第１の回転電機）、４…第２電動発電機（第２の回転電機）、７…バッテリ（蓄電装置）、１０…電子制御装置（ＥＣＵ）、１１…スロットル、１２…燃料噴射装置、２１…アクセルペダルセンサ、２２…回転センサ、２３…バッテリ電圧センサ

Claims (8)

1. それぞれ運転領域の異なる圧縮自己着火燃焼と火花点火燃焼との二つの燃焼方式を切り替え可能な内燃機関と、
   前記内燃機関と機械的に接続する第１の回転電機と、
   前記第１の回転電機と電気的に接続する蓄電装置と、
   前記蓄電装置と電気的に接続する第２の回転電機と、
   前記第２の回転電機と機械的に接続する駆動輪と、
   前記内燃機関の燃焼方式を切り替えるときに、内燃機関への燃料供給を停止し、前記蓄電装置からの放電により前記第１の回転電機を駆動して内燃機関の運転領域を切り替えて、その後に燃料供給を再開すると共に、内燃機関への燃料供給を停止している間は、前記蓄電装置からの放電によって前記第２の回転電機を駆動して前記駆動輪を駆動する燃焼状態切替手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 前記内燃機関は、低回転側に設定される第１運転点にて圧縮自己着火燃焼を実現し、前記第１運転点よりも高回転側に設定される第２運転点にて火花点火燃焼を実現するものであって、
   前記燃焼状態切替手段は、前記内燃機関の燃焼状態を切り替えるときに、内燃機関への燃焼供給を停止すると共に、前記蓄電装置からの放電により前記第１の回転電機を駆動して内燃機関の運転条件を前記第１運転点と前記第２運転点とで切り替えて、その後に燃料供給を再開することを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置。
3. 前記蓄電装置の残量を検出する残量検出手段を備え、
   前記燃焼状態切替手段は、前記内燃機関の運転条件を前記第１運転点から前記第２運転点へと切り替えるときに、前記蓄電装置の残量が所定値以下の場合には、前記第２運転点よりも低回転側に設定される第３運転点を経由させることを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車両の制御装置。
4. 車両に要求される加速状態を検出する加速状態検出手段を備え、
   前記燃焼状態切替手段は、前記内燃機関の運転条件を前記第１運転点から第２運転点へと切り替えるときに、前記加速状態が所定値以上である場合には、前記第２運転点よりも低回転側に設定される第３運転点を経由させることを特徴とする請求項２記載のハイブリッド車両の制御装置。
5. 前記燃焼状態切替手段は、機関出力に対して燃費が最良となる経路を通って前記第３運転点から前記第２運転点へと移行させるようにしたことを特徴とする請求項３又は請求項４記載のハイブリッド車両の制御装置。
6. 前記燃焼状態切替手段は、前記内燃機関の運転条件を前記第１運転点から前記第２運転点へと切り替えるときに、前記第１の回転電機により内燃機関の回転速度制御を行う一方、前記第２運転点から前記第１運転点へと切り替えるときは、内燃機関への燃料供給を停止してそのフリクションにより回転速度を低下させることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置。
7. 前記燃焼状態切替手段は、前記内燃機関の運転条件を前記第２運転点から前記第１運転点へと切り替えるときに、内燃機関のスロットルを閉状態とすることを特徴とする請求項６記載のハイブリッド車両の制御装置。
8. 前記燃焼状態切替手段は、前記内燃機関の運転条件を前記第２運転点から前記第１運転点へと切り替えるときに、前記第１の電動発電機により内燃機関の回転エネルギーを再生することで内燃機関の回転速度制御を行うことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置。

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