JP2004232518A - 電動機を利用しながら圧縮比の切り換えを行う内燃機関、および内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の圧縮比の切り換えを適切に行う。
【解決手段】出力するトルクに応じて圧縮比を切り換え可能な内燃機関の出力軸に、該出力軸とトルクをやり取り可能に電動機を設ける。該内燃機関に要求されるトルクたる要求トルクを検出する。そして、該要求トルクが圧縮比を切り換えるための閾値トルクを超える場合には、前記電動機から前記出力軸に対してトルクを出力することにより、前記内燃機関が出力するトルクを該閾値トルク以下に抑制する。こうすれば、内燃機関の圧縮比が頻繁に切り換わることを回避することができる。このため、圧縮比の切り換えに大きなエネルギを消費して内燃機関全体としての効率が低下したり、あるいは内燃機関の操作者に違和感を与えるおそれを回避することができる。更に、電動機はトルクを速やかに増加させることができるので、要求トルクの増加に迅速に対応することも可能となる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮比を変更可能な内燃機関において、圧縮比を適切に切り換える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、小型でありながら比較的大きな動力を出力可能であるという優れた特性を備えることから、自動車や船舶、飛行機など各種の輸送機械の動力源として、あるいは定置式の各種機械の動力源として広く使用されている。これら内燃機関は、燃焼室内で圧縮した混合気を燃焼させ、このときに発生する燃焼圧力を機械的な仕事に変換して、動力を取り出すことを動作原理としている。
【０００３】
こうした内燃機関では、理論的には、混合気の圧縮割合を表す指標である圧縮比が高くなるほど熱効率が向上することが知られている。しかし、実際には、圧縮比が高くなるほど、ノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生し易くなる傾向にある。ノッキングが発生した状態で内燃機関を運転していると内燃機関にダメージを与えることがある。そこで、圧縮比が高い値に設定されている内燃機関では、特にノッキングが生じ易い高負荷の運転領域では、ノッキングの発生を回避するため点火時期を適正な時期から遅らせた時期に設定しておくことが行われる。点火時期を遅らせておけば、ノッキングの発生を確実に回避することが可能であるが、その一方で、内燃機関の出力低下は避けられない。
【０００４】
こうした点に鑑みて、内燃機関の圧縮比を変更可能とする技術が提案されている（特許文献１、特許文献２など）。これら技術では、内燃機関の運転条件に応じて圧縮比を変更可能として、ノッキングが発生し難い中低負荷の運転条件では圧縮比を高く設定し、逆に、ノッキングが発生し易い高負荷条件では圧縮比を低く設定する。こうすれば、中低負荷領域では、内燃機関を高圧縮比で運転することでことで高い熱効率を達成し、高負荷領域では低圧縮比で運転することでノッキングの発生を回避して大きな出力を発生させることが可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２５８１５３号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１５９６４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、内燃機関の圧縮比を変更可能とすれば、熱効率と最大出力とを同時に向上させることが可能となるものの、その一方で次のような課題も存在しており、効果的な解決手法の開発が要請されている。すなわち、内燃機関の圧縮比を切り換えるためには、ある程度のエネルギが必要となるので、圧縮比の切り換えを頻繁に行うと大きなエネルギを消費してしまい、内燃機関全体として見たときの熱効率が却って低下してしまうことが起こり得る。また、圧縮比の切り換えにはある程度の時間が掛かるので、圧縮比の切り換えを頻繁に行うと内燃機関の操作者に違和感を与えてしまうおそれもある。更には、単純に圧縮比を切り換えただけでは内燃機関の出力が変化して、操作者に違和感を与えるおそれがあるので、これを回避するために特別な制御が必要となるといった問題もある。
【０００７】
この発明は、従来の技術における上述した課題を解決するためになされたものであり、圧縮比を変更可能な内燃機関の優れた特性を損なうことなく、上記の課題を解決することが可能な技術の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第１の内燃機関は次の構成を採用した。すなわち、
出力するトルクに応じて圧縮比を切り換えながら運転される内燃機関であって、
前記内燃機関に要求されるトルクたる要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機と、
前記電動機の動作を制御する電動機制御手段と
を備え、
前記電動機制御手段は、前記要求トルクが圧縮比を切り換えるための閾値トルクを超える場合には、前記電動機から前記出力軸に対してトルクを出力することにより、前記内燃機関が出力するトルクを該閾値トルク以下に抑制する手段であることを要旨とする。
【０００９】
また、上記の内燃機関に対応する本発明の第１の制御方法は、
出力するトルクに応じて圧縮比を切り換えながら運転される内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関に要求されるトルクたる要求トルクを検出する第１の工程と、
前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機の動作を制御する第２の工程と
を備え、
前記第２の工程は、前記要求トルクが圧縮比を切り換えるための閾値トルクを超える場合には、前記電動機から前記出力軸に対してトルクを出力することにより、前記内燃機関が出力するトルクを該閾値トルク以下に抑制する工程であることを要旨とする。
【００１０】
かかる第１の内燃機関および制御方法においては、要求トルクが、内燃機関の圧縮比を切り換えるための閾値トルクを超える場合には、電動機から出力軸に対してトルクを出力することで、該内燃機関が実際に出力するトルクを該閾値トルク以下に抑制する。
【００１１】
こうすれば、要求トルクが閾値トルクを多少、上回る程度であれば、内燃機関の圧縮比を切り換えることなく運転することができる。すなわち、圧縮比の切り換え頻度が抑制されることになる。この結果、圧縮比の切り換えに大きなエネルギを消費して内燃機関全体としての効率が低下してしまうことを回避することが可能となる。加えて、圧縮比の切り換え頻度を抑制することができれば、内燃機関の操作者に違和感を与えるおそれも軽減することが可能となる。
【００１２】
更に、圧縮比を切り換えて内燃機関の出力トルクを増加させた場合、圧縮比の切り換えにはある程度の時間が掛かってしまうので、要求トルクの増加に速やかに対応することは困難であるが、圧縮比を切り換えることなく、電動機の出力トルクを増加させてやれば、要求トルクの増加に速やかに対応することが可能になるという利点も得られる。
【００１３】
上述した第１の内燃機関および制御方法においては、該内燃機関の圧縮比と、前記電動機から前記出力軸に出力するトルクの有無とを、前記要求トルクに対応付けて設定した制御領域を記憶しておき、かかる制御領域に基づいて該電動機の動作を制御することとしても良い。このとき、かかる制御領域には、少なくとも、前記閾値トルクよりも低トルク側に、前記内燃機関が所定の圧縮比で且つ前記電動機から前記出力軸にトルクを出力せずに運転する旨が設定された第１の制御領域と、前記閾値トルクよりも高トルク側に、前記内燃機関の圧縮比が前記所定の圧縮比で且つ前記電動機から前記出力軸にトルクを出力しながら運転する旨が設定された第２の制御領域とを設けておく。
【００１４】
こうした制御領域に従って前記電動機を制御してやれば、要求トルクが閾値トルクを超えた場合でも、該電動機からトルクを出力することで、前記内燃機関が出力するトルクを該閾値トルク以下に抑制して、圧縮比の切り換えを抑制することが可能となる。
【００１５】
更には、前記第２の制御領域よりも高トルク側に、前記内燃機関の圧縮比を前記所定の圧縮比よりも低くして運転する旨が設定された第３の制御領域を設けておき、前記電動機に供給される電力の蓄電量に応じて、次のような制御を行っても良い。すなわち、該蓄電量が所定の閾値以下である場合には、要求トルクが前記第２の制御領域にある場合でも、該第３の制御量の設定に基づいて、該内燃機関の圧縮比と該電動機の動作とを制御することとしても良い。
【００１６】
こうすれば、蓄電量が充分でない場合には、内燃機関の圧縮比を低くして出力を増加させることができるので、電動機の出力トルクを抑制して電力の消費を抑えることが可能となって好ましい。
【００１７】
あるいは、上述した第１の内燃機関および制御方法においては、前記要求トルクが前記閾値トルクを超えてから所定時間の経過を検出することとして、該要求トルクが該閾値トルクを超える状態が、該所定時間に亘って継続している場合には、該内燃機関が出力するトルクが該閾値トルクを超えるまで、前記電動機から前記出力軸に出力しているトルクを減少させることとしても良い。
【００１８】
こうすれば、例え要求トルクが閾値トルクを超えた場合でも、超えた時間が所定時間以下の短時間であれば、内燃機関の圧縮比を切り換えることなく電動機の出力トルクを増加させて対応することになる。このため、圧縮比が頻繁に切り換わることを効果的に回避することが可能となる。一方、要求トルクが閾値トルクを超える時間が所定時間以上続く場合には、内燃機関の圧縮比を切り換えて出力トルクを増加させ、電動機の出力トルクを減少させることで、電力の消費を抑制することが可能となって好ましい。
【００１９】
このとき、電動機に供給する電力の蓄電量が所定の閾値以下である場合には、前記所定時間の経過を待つことなく、すなわち該所定時間より短時間の経過後に、あるいは要求トルクが閾値トルクを超えたら直ぐに、前記内燃機関の圧縮比を切り換えて出力トルクを増加させ、該電動機の出力トルクを減少させることとしてもよい。もちろん、蓄電量に応じて、経過時間を調整することとしても良い。
【００２０】
こうすれば、蓄電量が充分でない場合に、電力の消費を抑制することが可能となるので好ましい。
【００２１】
従来技術における上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の第２の内燃機関は、次の構成を採用した。すなわち、
圧縮比を切り換え可能な内燃機関であって、
前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機と、
前記電動機の動作を制御する電動機制御手段と
を備え、
前記電動機制御手段は、前記内燃機関の圧縮比の切り換え中に該内燃機関が出力するトルクの変動を、前記電動機が前記出力軸とやり取りするトルクを制御することで吸収するべく、該電動機の動作を制御する手段であることを要旨とする。
【００２２】
また、上記の内燃機関に対応する本発明の第２の制御方法は、
圧縮比を切り換え可能な内燃機関の制御方法であって、
前記内燃機関の圧縮比を切り換える第１の工程と、
前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機の動作を制御する第２の工程と
を備え、
前記第２の工程は、前記内燃機関の圧縮比の切り換え中に該内燃機関が出力するトルクの変動を、前記電動機が前記出力軸とやり取りするトルクを制御することで吸収するべく、該電動機の動作を制御する工程であることを要旨とする。
【００２３】
かかる第２の内燃機関および制御方法においては、該内燃機関の圧縮比の切り換え中に該内燃機関が出力するトルクの変動を、前記電動機が前記出力軸とやり取りするトルクを制御することで吸収するべく、該電動機の動作を制御する。こうすれば、内燃機関の操作者に違和感を与えることなく圧縮比を切り換えることが可能となる。
【００２４】
こうした第２の内燃機関および制御方法においては、圧縮比を切り換えるに際して、該内燃機関の運転状態を制御するための制御量を、該切り換え前あるいは該切り換え後の中の、いずれか圧縮比の高い方に対応する制御量に保ったまま、該内燃機関を制御することとしてもよい。
【００２５】
一般に内燃機関は、圧縮比が高くなるほどノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生し易くなる傾向にある。従って、圧縮比の切り換え中は、内燃機関の制御量を、該切り換えの前後で圧縮比のいずれか高い方に対応する制御量に保ったまま、圧縮比を切り換えてやれば、切り換え中にノッキングが発生することを確実に回避することが可能となるので好適である。
【００２６】
こうした内燃機関および制御方法においては、特に、高圧縮比から低圧縮比に切り換える際に、内燃機関の制御量を該高圧縮比に対応した値に保ったまま、圧縮比を切り換えることとしても良い。
【００２７】
こうすれば、圧縮比の切り換え中も、単に切り換え前の制御量を保持しておくだけでよいので、制御内容を簡素なものにすることができるという利点がある。
【００２８】
【発明の実施の形態】
本発明の作用・効果をより明確に説明するために、次のような順序に従って、本発明の実施例を説明する。
Ａ．装置構成：
Ａ−１．ハイブリッド車両の構成：
Ａ−２．ハイブリッド車両の動作の概要：
Ａ−３．可変圧縮比エンジンの構成：
Ｂ．第１実施例の運転制御：
Ｃ．第２実施例の運転制御：
Ｄ．第３実施例の運転制御：
【００２９】
Ａ．装置構成：
Ａ−１．ハイブリッド車両の構成：
図１は、本実施例のハイブリッド車両１００の概略構成を示す説明図である。図示するように、このハイブリッド車両１００は、モータ・ジェネレータ（ＭＧ１）１２０と、モータ・ジェネレータ（ＭＧ２）１３０と、エンジン２００を有し、エンジン２００と２つのモータ・ジェネレータＭＧ１，ＭＧ２とはプラネタリギア１４０で互いに結合されている。詳細には後述するが、エンジン２００は、運転条件に応じて圧縮比を変更可能ないわゆる可変圧縮比エンジンである。ハイブリッド車両１００においては、エンジン２００はもっぱら動力源として使用される。ＭＧ１およびＭＧ２はいずれも、電気エネルギを用いて駆動力を発生する動力源としても、あるいは外力によって駆動されて電気エネルギを発生する発電機としても機能し得るが、ＭＧ１は主に発電機として、ＭＧ２は主に動力源として使用される。プラネタリギア１４０は、エンジン２００およびＭＧ２からの出力を、チェーンベルト１７４と車軸１７０とを介して駆動輪１７２に伝達する役割や、エンジン２００からの出力を、ＭＧ１と駆動輪１７２とに振り分ける動力分割機構としての役割、更には、ＭＧ２やエンジン２００の回転速度を減速あるいは増速して駆動輪１７２に伝達する変速機としての役割を有している。
【００３０】
エンジン２００は、４つの燃焼室を備えており、各燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を発生させる。エンジン２００は、燃焼室内に混合気を吸い込んで圧縮した後、燃焼させ、このときに発生する燃焼圧力を動力に変換して外部に出力する。エンジン２００の動作は、エンジン制御用の電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵ）２６０によって制御されている。また、エンジン２００は、混合気の圧縮比率を表す指標の圧縮比を、運転条件に応じて変更することが可能である。エンジン２００の詳細な構造については、後述する。
【００３１】
プラネタリギア１４０は、中心部に設けられたサンギア１４２と、サンギア１４２の外側に同心円状に設けられたリングギア１４８と、サンギア１４２とリングギア１４８との間に配置されてサンギア１４２の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギア１４４と、エンジンのクランクシャフト１１４の端部に結合されて各プラネタリピニオンギア１４４の回転軸を軸支するプラネタリキャリア１４６とから構成されている。サンギア１４２は、サンギア軸１４１を介してＭＧ１のロータ１２３に結合され、リングギア１４８は、リングギア軸１４７を介してＭＧ２のロータ１３３に結合されている。プラネタリキャリア１４６は、エンジンのクランクシャフト１１４に結合されている。
【００３２】
このような構成のプラネタリギア１４０は、サンギア軸１４１、リングギア軸１４７、クランクシャフト１１４の３軸が動力の入出力軸とされ、３軸の中のいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力が決定される。リングギア１４８にはチェーンベルト１７４が接続されており、動力はチェーンベルト１７４および車軸１７０を介して駆動輪１７２に伝達されて、ハイブリッド車両１００を駆動する。
【００３３】
ＭＧ１は、交流同期電動機であり、外周面に複数の永久磁石１２２を有するロータ１２３と、回転磁界を形成する三相コイル１２４が巻回されたステータ１２５などから構成されている。ステータ１２５はケース１３８に固定されており、ロータ１２３は、前述したように、プラネタリギア１４０のサンギア軸１４１に結合されている。また、サンギア軸１４１には、ロータ１２３の回転角度を検出するレゾルバ１２６が設けられている。ＭＧ１は、インバータ１５２を介してモータＥＣＵ１５６に接続されている。モータＥＣＵ１５６はインバータ１５２を制御することによって、バッテリ１５０から三相コイル１２４に適切な周波数で適切な電流値の交流電流を供給し、これによってＭＧ１の動作を制御している。
【００３４】
ＭＧ２も、ＭＧ１と同様の交流同期電動機であり、外周面に複数の永久磁石１３２を有するロータ１３３と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻回されたステータ１３５などから構成されている。ＭＧ２のロータ１３３はプラネタリギア１４０のリングギア軸１４７に結合され、ステータ１３５はケース１３８に固定されている。また、リングギア軸１４７にはロータ１３３の回転角度を検出するレゾルバ１３６が設けられている。ＭＧ２は、インバータ１５４を介してモータＥＣＵ１５６に接続され、モータＥＣＵ１５６は、インバータ１５４を制御することによってＭＧ２の動作を制御している。
【００３５】
ハイブリッド車両１００には、車両全体の制御を司るハイブリッドＥＣＵ１６０が搭載されている。ハイブリッドＥＣＵ１６０は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、タイマなどがバスを介して相互にデータをやり取り可能に接続された周知のマイクロコンピュータである。ハイブリッドＥＣＵ１６０は、アクセルポジションセンサ１６２や、ブレーキスイッチ１６４、あるいはバッテリ１５０などの種々の情報を検出して車両全体としての運転条件を決定し、これに基づいてエンジンＥＣＵ２６０およびモータＥＣＵ１５６が、それぞれエンジン２００およびＭＧ１，ＭＧ２の動作を制御している。
【００３６】
Ａ−２．ハイブリッド車両の動作の概要：
以上のような構成を有するハイブリッド車両１００の動作原理、特にプラネタリギア１４０の機能について説明する。プラネタリギア１４０は、サンギア軸１４１，リングギア軸１４７，クランクシャフト１１４の３軸の中のいずれか２軸へ入出力される動力（すなわち、回転速度およびトルク）が決定されると、残余の１軸に入出力される動力（回転速度およびトルク）が決定される構造となっている。これら３軸間に入出力される回転速度およびトルクの関係は、共線図を用いて容易に求めることができる。
【００３７】
図２（ａ）は、プラネタリギア１４０の３軸に接続された各ギアの回転速度および回転方向の関係を示す共線図である。ここで、縦軸は各ギア（サンギア１４２，リングギア１４８，プラネタリキャリア１４６）の回転速度、すなわち、エンジン２００，ＭＧ２，ＭＧ１の回転速度を表している。一方、横軸は各ギアのギア比を表している。リングギア１４８の歯数に対するサンギア１４２の歯数をρとすると、プラネタリキャリア１４６に対応する縦軸は、サンギア１４２とリングギア１４８との間を１：ρに内分する座標位置にくる。
【００３８】
今、プラネタリキャリア１４６すなわちエンジン２００の回転速度をＮｅ とし、リングギア１４８すなわちＭＧ２の回転速度をＮｒ とする。図２（ａ）に示した共線図上で、プラネタリキャリアを表す座標軸Ｃに回転速度Ｎｅ をプロットし、リングギアを表す座標軸Ｒに回転速度Ｎｒ をプロットして、両プロット点を直線で結ぶ。このような直線を考えると、サンギア１４２すなわちＭＧ１の回転速度Ｎｓ は、得られた直線とサンギアを表す座標軸Ｓとの交点の座標として求めることができる。このような直線は動作共線と呼ばれる。このように、プラネタリキャリア１４６，リングギア１４８，サンギア１４２の中のいずれか２つの回転速度が決定されれば、共線図上に２つの座標点をプロットして両プロット点を結ぶ動作共線を考えることにより、他の１つの回転速度を求めることができる。これは、次のようなことを意味している。今、車軸に接続されたリングギア１４８をある回転速度で回転させようとするとき、ＭＧ１に接続されたサンギア１４２の回転速度の選び方によって、プラネタリキャリア１４６の回転速度（すなわちエンジン２００の回転速度）を任意に選択することが可能である。
【００３９】
次に、プラネタリギア１４０の３軸間に入出力されるトルクの関係について説明する。共線図上でトルクの関係を求めるには、動作共線をあたかも剛体のように扱って、トルクを剛体に作用する力のように扱う。例えば、エンジン２００がトルクＴｅ を発生し、駆動輪１７２からトルクＴｒ を出力する場合を考える。駆動輪１７２から出力するトルクは、動作共線上では座標軸Ｒ上にかかる反力トルクＴｒ として表れる。
【００４０】
今、座標軸Ｃの位置で動作共線に下からトルクＴｅ を作用させる。そして、図２（ａ）に示すように、このトルクＴｅ が、座標軸Ｓ上と座標軸Ｒ上とに分配されて作用していると考える。ここで、座標軸Ｓ上にかかるトルクをトルクＴｅｓとすると、トルクＴｅｓは、
Ｔｅｓ＝Ｔｅ・ρ／（１＋ρ） …（１）
となり、また座標軸Ｒ上にかかるトルクをトルクＴｅｒとすると、トルクＴｅｒは、
Ｔｅｒ＝Ｔｅ／（１＋ρ） …（２）
として表される。
【００４１】
今、駆動輪１７２からトルクＴｒ を出力しようとする場合、エンジン２００からはトルクＴｅｒが分配されるから、不足分のトルクＴｒ −ＴｅｒをＭＧ２から出力してやればよい。これを、動作共線上でトルクの釣り合いを考えることにより、次のように求めることもできる。先ず、駆動輪１７２からトルクＴｒ を出力する場合、動作共線上では、座標軸Ｒの位置に反力トルクＴｒ がかかる。そこで、座標軸Ｒ上で、エンジン２００から分配されたトルクＴｅｒと、反力トルクＴｒ と、ＭＧ２の出力トルクとを釣り合わせるために、ＭＧ２が出力すべきトルクＴｍ２は、Ｔｍ２＝Ｔｒ −Ｔｅｒと求めることができる。
【００４２】
また、座標軸Ｓ上での釣り合いを考えれば、ＭＧ１が出力すべきトルクＴｍ１を求めることができる。すなわち、座標軸Ｓには、エンジン２００から分配されるトルクＴｅｓしかかかっていないから、ＭＧ１からは、これと同じ値のトルクを逆方向に出力してやればよい。図２では、ＭＧ１、ＭＧ２がそれぞれ発生するトルクは、白抜きの矢印で表されている。
【００４３】
ここで、図２（ａ）の共線図の座標軸Ｓに示されているように、ＭＧ１の回転方向とトルクＴｍ１の向きとは逆方向となっている。これは、ＭＧ１が発電機として動作していることを表している。また、座標軸Ｒに示されているように、ＭＧ２の回転方向とトルクＴｍ２の向きとは同じ向きとなっている。これは、ＭＧ２が電動機として動作していることを表している。すなわち、図２（ａ）の共線図で表された動作状態は、ＭＧ１で発電しつつ、ＭＧ２で電力を消費している状態となっている。図２（ａ）の場合に限らず、ＭＧ１、ＭＧ２の回転速度と発生トルクとは、動作共線によって定まる所定の関係が成り立っており、通常の運転状態では、ＭＧ１で発電した分だけＭＧ２で消費される関係が成り立つ。これを換言すれば、プラネタリギア１４０とＭＧ１およびＭＧ２は、次のようなトルク変換の機能を有していると考えることもできる。すなわち、リングギア１４８から、回転速度Ｎｒ でトルクＴｒ を出力しなければならないとき、このときの仕事率（＝回転速度×トルク）と等しい仕事率となるような回転速度およびトルクでエンジン２００を運転しておきさえすれば、プラネタリギア１４０とＭＧ１およびＭＧ２の機能によって、回転速度とトルクをそれぞれＮｒ およびＴｒ に変換してリングギア１４８から出力することが可能と考えることもできる。ここで仕事率とは、単位時間あたりにする仕事あるいは出力するエネルギである。
【００４４】
次に、ＭＧ２の有するアシスト機能について説明する。先ず、リングギア１４８から出力するべきトルクＴｒ がｄＴｒ だけ増加した場合を考える。このとき、座標軸Ｒに加わる反力トルクも増加するから、エンジンの出力トルクＴｅ を、この反力トルクと釣り合うまで増加させればよい。しかし、エンジンが最大トルクで運転されているなど、トルクを増加させる余裕が残っていない場合は、ＭＧ２から出力するトルクを増加させることによって、座標軸Ｒ上でのトルクの釣り合いを取ることになる。図２（ｂ）は、このように、エンジンの出力トルクＴｅ はそのままに、ＭＧ２の出力トルクを増加させて、座標軸Ｒ上でのトルクを釣り合わせている様子を概念的に表している。図示した例では、反力トルクがｄＴｒ だけ増加していることに対応して、ＭＧ２の出力トルクをＴａｓだけ増加させて、トルクの釣り合いを取っている。ＭＧ２の出力トルクを増加分は、ＭＧ１での発電によって賄うことはできないから、増加分の電力はバッテリ１５０に蓄えられた電力から供給されることになる。本明細書中では、このように、バッテリ１５０に蓄えられた電力を用いてＭＧ２からトルクを出力することにより、エンジン２００が出力している以上の動力を駆動軸に伝える機能を、「ＭＧ２のアシスト機能」と呼ぶ。エンジンが出力可能なトルクには限界があるから、アシスト機能を用いれば、駆動軸に対して更に大きな動力を出力することが可能となる。
【００４５】
Ａ−３．可変圧縮比エンジンの構成：
次に、圧縮比を変更可能なエンジン２００の構成について説明する。図３は、本実施例のエンジン２００の構成を概念的に示した説明図である。図示されているように、エンジン２００は、大きくはシリンダヘッド２２０と、シリンダブロックＡＳＳＹ２３０と、メインムービングＡＳＳＹ２４０と、吸気通路２５０と、排気通路２５８と、前述したエンジンＥＣＵ２６０などから構成されている。
【００４６】
シリンダブロックＡＳＳＹ２３０は、シリンダヘッド２２０が取り付けられるアッパーブロック２３１と、メインムービングＡＳＳＹ２４０が収納されているロアブロック２３２とから構成されている。また、アッパーブロック２３１とロアブロック２３２との間にはアクチュエータ２３３が設けられており、アクチュエータ２３３を駆動することで、アッパーブロック２３１をロアブロック２３２に対して上下方向に移動させることが可能となっている。また、アッパーブロック２３１の内部には円筒形のシリンダ２３４が形成されている。
【００４７】
メインムービングＡＳＳＹ２４０は、シリンダ２３４の内部に設けられたピストン２４１と、ロアブロック２３２の内部で回転するクランクシャフト２４３と、ピストン２４１をクランクシャフト２４３に接続するコネクティングロッド２４２などから構成されている。これらピストン２４１、コネクティングロッド２４２、クランクシャフト２４３はいわゆるクランク機構を構成しており、クランクシャフト２４３が回転するとそれにつれてピストン２４１がシリンダ２３４内で上下方向に摺動し、逆に、ピストン２４１が上下に摺動すればクランクシャフト２４３がロアブロック２３２内で回転するようになっている。シリンダブロックＡＳＳＹ２３０にシリンダヘッド２２０を取り付けると、シリンダヘッド２２０の下面側（アッパーブロック２３１に接する側）とシリンダ２３４とピストン２４１とで囲まれた部分に燃焼室が形成される。従って、アクチュエータ２３３を用いてアッパーブロック２３１を上方に移動させれば、これに伴ってシリンダヘッド２２０も上方に移動して燃焼室内の容積が増加するので、圧縮比を小さくすることができる。逆に、アッパーブロック２３１とともにシリンダヘッド２２０を下方に動かせば、燃焼室内の容積が減少して圧縮比を大きくすることができる。
【００４８】
シリンダヘッド２２０には、燃焼室内に空気を取り入れるための吸気ポート２２３と、燃焼室内から排気ガスを排出するための排気ポート２２４とが形成されており、吸気ポート２２３が燃焼室に開口する部分には吸気バルブ２２１が、また、排気ポート２２４が燃焼室に開口する部分には排気バルブ２２２が設けられている。吸気バルブ２２１および排気バルブ２２２は、ピストン２４１の上下動に合わせて、それぞれカム機構によって駆動される。こうしてピストンの動きに同期させて吸気バルブ２２１および排気バルブ２２２を、それぞれ適切なタイミングで開閉すれば、燃焼室内に空気を吸入したり、あるいは燃焼室内から排気ガスを排出することができる。また、シリンダヘッド２２０には、燃焼室内に形成された混合気に火花を飛ばして点火するための点火プラグ２２７も設けられている。
【００４９】
シリンダヘッド２２０の吸気ポート２２３には、外気をシリンダヘッド２２０まで導くための吸気通路２５０が接続されており、吸気通路２５０の上流側端部にはエアクリーナ２５１が設けられている。燃焼室内に吸入される空気は、エアクリーナ２５１でゴミなどの異物を取り除かれた後、吸気通路２５０、吸気ポート２２３を経由して燃焼室に流入する。吸気通路２５０には、スロットルバルブ２５２や燃料噴射弁２５５などが設けられており、電動アクチュエータ２５３でスロットルバルブ２５２の開度を制御すれば、燃焼室内に流入する空気量を制御することができる。燃料は、燃料噴射弁２５５から吸気ポート２２３に向かって噴射される。噴射された燃料噴霧は、一部が吸気ポート２２３内で気化した状態で、残りは燃料噴霧あるいは燃料液膜の状態で燃焼室内に流入した後、燃焼室内で気化しつつ空気と混合して混合気を形成する。また、吸気通路２５０には吸気圧センサ２５６が設けられており、吸気通路内の圧力を検出することが可能となっている。
【００５０】
シリンダヘッド２２０の排気ポート２２４には排気通路２５８が接続されており、燃焼室から排出された排気ガスは、排気通路２５８によって外部に導かれて放出される。
【００５１】
圧縮比を切り換えるための制御は、エンジンＥＣＵ２６０が司っている。エンジンＥＣＵ２６０に内蔵されたＲＯＭには、エンジンに要求されるトルクとエンジン回転速度とをパラメータとするマップの形式で、運転条件に応じた圧縮比が設定されている。図４は、こうした圧縮比のマップを概念的に示した説明図である。尚、図４では、圧縮比は高圧縮比および低圧縮比の二段階に切り換えるものとしているが、もちろん、より多くの圧縮比に切り換えることも可能である。エンジンＥＣＵ２６０は、クランクシャフト２４３に設けられたクランク角センサ２６１の出力に基づいて、エンジン回転速度を検出する。また、エンジンが出力すべき要求トルクについては、ハイブリッドＥＣＵ１６０から指示を受ける。エンジンＥＣＵ２６０は、こうして得られた要求トルクとエンジン回転速度とに基づいて、図４に示すマップから設定すべき圧縮比を読み出し、アクチュエータ２３３を駆動することによってエンジン２００の圧縮比を設定する。こうすれば、大きなトルクを出力する必要があるときには、圧縮比を低く設定することによってノッキングの発生を回避しつつ十分なトルクを発生させ、逆に、出力すべきトルクが小さいときには、圧縮比を高くすることでエンジンの熱効率を向上させることが可能である。
【００５２】
こうした圧縮比の切り換えの他にも、エンジンＥＣＵ２６０は、クランクシャフト２４３に設けられたクランク角センサ２６１や、吸気圧センサ２５６などから必要な情報を取り込んで、点火プラグ２２７、燃料噴射弁２５５、電動アクチュエータ２５３などを駆動することにより、エンジン２００全体の動作を制御している。
【００５３】
上述したように、エンジン２００は運転条件に応じて圧縮比を切り換えることが可能であり、これによって、熱効率と最大出力とを共に向上させることが可能である。とはいえ、圧縮比を切り換えるためには、ある程度のエネルギが必要であり、従って、頻繁に切り換えたのでは、このために大きなエネルギを消費して、エンジン全体としての効率が低下してしまう。更に、圧縮比の切り換えには、ある程度の時間が掛かるので、頻繁に圧縮比を切り換えたのでは、エンジンの操作者に違和感を与えることも懸念される。加えて、圧縮比が異なればエンジンの運転条件も異なるから、エンジンの出力も異なっているのが通常である。従って、圧縮比を頻繁に切り換えたのでは、出力の違いが操作者に違和感を与えるおそれがあり、これを回避するために複雑な制御をしなければならないことも考えられる。本実施例のハイブリッド車両１００では、ＭＧ２のアシスト機能を活用することで、エンジン２００の有するこうした課題を効果的に解決することが可能である。以下、これについて説明する。
【００５４】
Ｂ．第１実施例の運転制御：
図５は、上述したハイブリッド車両１００において、エンジン２００、ＭＧ１、ＭＧ２の動作を制御することで、車両の運転状態を制御する処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、主にハイブリッドＥＣＵ１６０によって実行される処理であり、ＭＧ２のアシスト機能を有効に活用することによって、エンジン２００の圧縮比を適切に切り換えることが可能となっている。以下、こうした第１実施例の運転制御について説明する。
【００５５】
第１実施例の運転制御を開始すると、ハイブリッドＥＣＵ１６０は先ず初めに、車両およびエンジンの運転状態を検出する処理を行う（ステップＳ１００）。車両の運転状態としては、アクセルペダルの踏み込み量およびリングギア１４８の回転速度Ｎｒ を使用する。アクセルペダルの踏み込み量は、アクセルペダルに設けられたアクセルポジションセンサ１６２を用いて検出することができ、リングギア１４８の回転速度Ｎｒ は、ＭＧ２に設けられたレゾルバ１３６を用いて検出することができる。また、エンジンの運転状態としては、エンジン回転速度Ｎｅ を検出する。前述したように、エンジン回転速度Ｎｅ は、クランク角センサ２６１の出力から算出することが可能である。
【００５６】
次いで、アクセルペダルの踏み込み量とリングギア１４８の回転速度Ｎｒ とに基づいて、車両要求トルクＴｒｑとエンジン要求トルクＴｒｅとを算出する処理を行う（ステップＳ１０２）。ここで、車両要求トルクＴｒｑとは、車両の運転者の要求に応じて、リングギア１４８から出力すべきトルクである。また、エンジン要求トルクＴｒｅとは、リングギア１４８から車両要求トルクＴｒｑを出力するために、エンジン２００が出力しなければならないトルクである。これら車両要求トルクＴｒｑおよびエンジン要求トルクＴｒｅは、次のようにして算出する。
【００５７】
そもそもアクセルペダルは、車両の運転者が出力トルクが足らないと感じたときに踏み込まれるものであるから、アクセルペダルの踏み込み量（アクセルポジションセンサ１６２の出力）は運転者の欲しているトルク（すなわち車両要求トルクＴｒｑ）を反映したものとなっている。更に、アクセルペダルの操作量は、車両の走行速度（すなわちリングギア１４８の回転速度）によっても少しずつ異なっている。そこで、アクセルペダルの踏み込み量とリングギアの回転速度Ｎｒ とをパラメータとして、車両の運転者が要求するトルクを実験的に求めておき、マップの形式でハイブリッドＥＣＵ１６０のＲＯＭに記憶しておく。ステップＳ１０２では、こうしたマップを参照することによって、車両要求トルクＴｒｑを算出する。
【００５８】
こうして算出した車両要求トルクＴｒｑが求められたら、次のようにしてエンジン要求トルクＴｒｅを算出する。先ず、リングギア１４８の回転速度は現状の回転速度Ｎｒ から急には変わることができないから、車両要求トルクＴｒｑが要求されたと言うことは、とりもなおさず、リングギアから仕事率Ｔｒｑ×Ｎｒ で動力を出力する（換言すれば、単位時間あたりにＴｒｑ×Ｎｒ のエネルギを出力する）べく要求されていることに等しい。ここで、図２を用いて前述したように、プラネタリギア１４０とＭＧ１、ＭＧ２とを用いれば、エンジン２００の出力をトルク変換してリングギア１４８から出力することができるから、エンジン２００からは仕事率Ｔｒｑ×Ｎｒ で動力を出力しておけば足りる。そして、エンジンの回転速度も現在の回転速度Ｎｅ から急には変わることができないから、結局、リングギア１４８から車両要求トルクＴｒｑを出力するためには、エンジン２００からは、（Ｔｒｑ×Ｎｒ ）／Ｎｅ のトルクを出力しておけばよいことになる。このことからエンジン要求トルクＴｒｅは、
Ｔｒｅ＝（Ｔｒｑ×Ｎｒ ）／Ｎｅ
によって算出されることになる。図５のステップＳ１０２では、以上のようにして、車両要求トルクＴｒｑとエンジン要求トルクＴｒｅとを算出する。
【００５９】
次いで、ハイブリッドＥＣＵ１６０は、第１の閾値トルクＴｔｈ１ を検出する処理を行う（ステップＳ１０４）。第１の閾値トルクＴｔｈ１ は、図４に示すように、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比と低圧縮比とのいずれに設定するかの判断基準となるトルクである。エンジンが出力するトルクが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも小さい場合には高圧縮比に設定され、大きい場合には低圧縮比に設定される。ハイブリッドＥＣＵ１６０のＲＯＭには、エンジン回転速度Ｎｅ に対応する第１の閾値トルクＴｔｈ１ がマップの形式で予め記憶されており、ステップＳ１０４ではマップを参照することにより、ステップＳ１００で先に検出したエンジン回転速度Ｎｅ に対応する第１の閾値トルクＴｔｈ１ を検出する。
【００６０】
こうして、エンジン要求トルクＴｒｅと第１の閾値トルクＴｔｈ１ とが求められたら、エンジン要求トルクＴｒｅが、第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも大きいか否かを判断する（ステップＳ１０６）。そして、エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも小さければ（ステップＳ１０６：ｎｏ）、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定する（ステップＳ１１２）。圧縮比の設定は、図３に示したアクチュエータ２３３を駆動することによって行う。すなわち、アクチュエータ２３３を駆動して、アッパーブロック２３１とシリンダヘッド２２０を下げてロアブロック２３２に近づけてやることにより、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定する。
【００６１】
次いで、エンジン２００から出力するトルクをエンジン要求トルクＴｒｅに設定した後（ステップＳ１１４）、エンジン・モータ制御を行う（ステップＳ１２４）。エンジン・モータ制御では、エンジン２００からエンジン要求トルクＴｒｅを出力し、モータＥＣＵ１５６がＭＧ１およびＭＧ２を制御することによって前述したトルク変換を行って、リングギア１４８から車両要求トルクＴｒｑを出力する。ここで、エンジン２００の制御は、エンジンＥＣＵ２６０によって行われる。すなわち、設定されたトルク（ここでは、エンジン要求トルクＴｒｅ）を発生するように、スロットルバルブ２５２の開度、燃料噴射量、点火時期などが制御される。また、ＭＧ１およびＭＧ２の回転速度と発生トルクは、モータＥＣＵ１５６によって制御される。すなわち、モータの回転速度は印加する交流電流の周波数によって、モータの発生トルクは印加する電流値によって制御することが可能であり、モータＥＣＵ１５６は、ハイブリッドＥＣＵ１６０の制御の下で、ＭＧ１およびＭＧ２が、それぞれ適切な回転速度で適切なトルクを発生するように制御を行う。こうして、ハイブリッドＥＣＵ１６０の制御の下で、エンジンＥＣＵ２６０およびモータＥＣＵ１５６が、それぞれエンジン２００とＭＧ１とＭＧ２とを適切に制御することによって、車両の運転者の要求に応じた車両要求トルクＴｒｑがリングギア１４８から出力される。
【００６２】
ステップＳ１０６において、エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも大きいと判断された場合は（ステップＳ１０６：ｙｅｓ）、第２の閾値トルクＴｔｈ２ を算出する（ステップＳ１０８）。ここでは、第２の閾値トルクＴｔｈ２ は、第１の閾値トルクＴｔｈ１ に所定値を加算することによって算出するものとする。もちろん、他の方法によって第２の閾値トルクＴｔｈ２ を求めることも可能である。例えば、第１の閾値トルクＴｔｈ１ と同様に、第２の閾値トルクＴｔｈ２ をマップに設定しておき、このマップを参照することによって第２の閾値トルクＴｔｈ２ を求めることとしても良い。
【００６３】
次いで、エンジン要求トルクＴｒｅと第２の閾値トルクＴｔｈ２ との大小関係を判断する（ステップＳ１１０）。そして、エンジン要求トルクＴｒｅの方が小さければ（ステップＳ１１０：ｎｏ）、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定した後（ステップＳ１１６）、エンジン２００が出力するトルクを第１の閾値トルクＴｔｈ１ に設定して（ステップＳ１１８）、エンジン・モータ制御を行う（ステップＳ１２４）。この場合は、リングギア１４８から出力すべき車両要求トルクＴｒｑに対して、エンジン２００からは第１の閾値トルクＴｔｈ１ しか出力していないから、足らない分のトルクはＭＧ２のアシスト機能によって補われることになる。
【００６４】
一方、ステップＳ１１０において、第２の閾値トルクＴｔｈ２ よりもエンジン要求トルクＴｒｅの方が大きいと判断された場合は（ステップＳ１１０：ｙｅｓ）、エンジン２００の圧縮比を低圧縮比に設定した後（ステップＳ１２０）、エンジン２００が出力するトルクをエンジンの最大トルクＴｍａｘ に設定して、エンジン・モータ制御を行う（ステップＳ１２４）。この場合は、エンジン２００からは最大トルクＴｍａｘ を出力し、それでも足らない分のトルクは、ＭＧ２のアシスト機能によって補われながら運転されることになる。
【００６５】
以上のようにして、車両の運転者が要求する車両要求トルクＴｒｑに応じて、エンジン２００とＭＧ１とＭＧ２の制御を行った後、運転者によって車両の停止が指示されたか否かを判断する（ステップＳ２２８）。停止する旨の指示がされていない場合は、ステップＳ１００に戻り、車両の停止が指示されるまで上述した一連の処理を繰り返す。
【００６６】
以上に説明したように、上述した第１実施例の運転制御においては、エンジン要求トルクＴｒｅと第１の閾値トルクＴｔｈ１ および第２の閾値トルクＴｔｈ２ との大小関係に応じて、エンジン２００の圧縮比とＭＧ２によるアシストの有無とが切り換えられることになる。この結果、エンジン２００の圧縮比を適切に切り換えることで、高い熱効率を維持したまま、運転者の操作性を大幅に改善することが可能となる。以下、この理由について、図６を参照しながら説明する。
【００６７】
図６は、エンジン要求トルクＴｒｅに応じて、エンジン２００の圧縮比と、ＭＧ２によるアシスト状態とが切り換わる様子を概念的に示した説明図である。図示されているように、第１の閾値トルクＴｔｈ１ および第２の閾値トルクＴｔｈ２ は、それぞれ、エンジン回転速度に対して予め定められている。尚、エンジン２００が出力可能な最大トルクＴｍａｘ は、図６中では破線で示されている。図中で斜線が付された領域は、ＭＧ２によってアシストを行う領域を示している。斜線が付された領域が、破線で示した最大トルクＴｍａｘ よりも高トルクの領域にまで及んでいることからも明らかなように、ＭＧ２のアシスト機能を活用すれば、エンジン２００の最大トルクＴｍａｘ を超えるトルクも出力することが可能である。
【００６８】
エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも小さい領域では、エンジン２００は高圧縮比で且つＭＧ２でアシストすることなく運転される。例えば、エンジン要求トルクＴｒｅが、図６中に白抜きの星印で示したトルクであるような場合である。このようなエンジンの負荷が低い領域では、ノッキングが発生するおそれがないので高圧縮比に設定することが可能であり、従って、高い熱効率でエンジン２００を運転することが可能である。
【００６９】
エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも大きく、第２の閾値トルクＴｔｈ２ よりも小さい領域では、エンジン２００とＭＧ２とでトルクを分担して出力する。例えば、エンジン要求トルクＴｒｅとして図６中に黒い星印で表したトルクが要求された場合、第１の閾値トルクＴｔｈ１ に相当するトルクＴｅをエンジン２００で分担し、足らないトルクＴｍをＭＧ２で分担して出力するのである。こうすれば要求されたトルクが第１の閾値トルクＴｔｈ１ を超えた場合でも、エンジン２００の出力するトルクは依然として第１の閾値トルクＴｔｈ１ に抑えておくことが可能であり、従ってエンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定して熱効率を向上させることが可能となる。
【００７０】
また、この様にすることで、車両の操作性を大幅に改善することも可能となる。すなわち、例えばエンジン要求トルクＴｒｅが、図６中に白抜きの星印で示したトルクから黒い星印で示したトルクに増加した場合を想定する。この場合、エンジンに要求されているトルクＴｒｅは、エンジン２００が高圧縮比のまま出力可能なトルクＴｔｈ１ を超えているにもかかわらず、エンジン２００の発生トルクはＴｔｈ１ に抑えられており、不足するトルクをＭＧ２からアシストして賄うこととしている。このため、エンジン２００の圧縮比を切り換える操作が不要となるので、切り換えに伴う違和感を車両の運転者に与えるおそれがない。加えて、ＭＧ２は速やかにトルクを増加させることができるから、車両の運転者の要求に応じて直ちにトルクを増加させることができ、操作性を大きく向上させることも可能となる。
【００７１】
もちろん、ＭＧ２でアシスト可能なトルクにも限界があるが、図６に示した例では、ＭＧ２は比較的大きなトルクをアシスト可能なモータが使用されており、エンジン２００を高圧縮比のままトルクをアシストすることで、エンジン２００の最大トルクＴｍａｘ 以上のトルクまで賄うことが可能となっている。このように、第２の閾値トルクＴｔｈ２ は、エンジン２００を高圧縮比のままで、ＭＧ２からトルクをアシストして賄うことのできるトルクを表している。
【００７２】
尚、前述の説明では、第２の閾値トルクＴｔｈ２ は、エンジン２００が高圧縮比状態で出力可能な最大トルクと、ＭＧ２がアシスト可能な最大トルクとを加えた値であるものとしたが、もちろん、エンジンのトルクもＭＧ２のトルクも若干の余裕を見越して第２の閾値トルクＴｔｈ２ を設定しておくこととしても良い。こうすれば、第２の閾値トルクＴｔｈ２ を超えるトルクを速やかに発生させなければならなくなったときに、多少のトルクであれば、エンジンあるいはＭＧ２のトルクを増加させて対応することが可能であるという利点が得られる。
【００７３】
そして、エンジン要求トルクＴｒｅが第２の閾値トルクＴｔｈ２ より大きい領域では、エンジン２００を低圧縮比に切り換えて最大トルクＴｍａｘ を出力し、不足するトルクはＭＧ２からアシストしてやる。上述したように、第２の閾値トルクＴｔｈ２ はエンジン２００の最大トルクＴｍａｘ よりも大きな値に設定されているので、エンジン２００を低圧縮比に切り換えて出力を増加しただけでは足らず、ＭＧ２のアシスト機能も使用するのである。こうしてエンジンを低圧縮比に設定し、更に、ＭＧ２からもトルクをアシストしてやれば、充分に大きなトルクを出力することが可能となる。
【００７４】
尚、第２の閾値トルクＴｔｈ２ が、ＭＧ２の出力トルクに対して若干の余裕を見越して設定されている場合は、次のような利点も得られる。すなわち、圧縮比の切り換えに伴ってエンジンの出力トルクが低下した場合でも、ＭＧ２の出力トルクを増加させることでトルクの低下を補うことができるので、車両の運転者に違和感を与えることを回避することが可能となる。
【００７５】
以上に説明したように、本実施例のハイブリッド車両１００は、エンジン２００の圧縮比と、ＭＧ２によるアシストの有無とを、要求されるトルクに応じて、図６に示すようにして切り換えながら運転する。このため広い運転領域で、エンジン２００を高圧縮比状態で運転することが可能となり、高い熱効率を維持することができる。また、圧縮比の切り換えは、要求されるトルクが第２の閾値トルクＴｔｈ２ 以上になった場合に初めて発生するので、圧縮比を頻繁に切り換える必要がない。このため、圧縮比の切り換えに大きなエネルギを消費して、エンジン全体として熱効率が低下するといった事態を招くおそれがない。加えて、要求されるトルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ を超えた場合、エンジンの圧縮比は切り換えることなく、ＭＧ２からトルクをアシストすることとしているので、速やかにトルクを増加させることができ、車両の操作性を大きく向上させることも可能となる。もちろん、エンジンの圧縮比を切り換えるための制御を行う必要がなくなるので、車両全体の制御を簡素なものとすることが可能である。更に、大きなトルクが要求された場合には、エンジン２００を低圧縮比に切り換えて、ＭＧ２からもトルクをアシストしてやれば、充分に大きなトルクを出力することが可能であり、車両を快適に運転することが可能となる。
【００７６】
尚、上述した実施例では、ＭＧ２は比較的大きなトルクをアシスト可能なモータであり、第２の閾値トルクＴｔｈ２ は、エンジンの最大トルクＴｍａｘ よりも大きくなるものとして説明した。もちろんＭＧ２は、このように大きなトルクを出力可能なモータに限定されるものではなく、図７に例示するように、第２の閾値トルクＴｔｈ２ がエンジンの最大トルクＴｍａｘ よりも小さな値となっても構わない。この場合は、要求されるトルクＴｒｅに応じて、エンジン２００の圧縮比とＭＧ２によるアシスト有無の組合せを次のように切り換えながら運転すればよい。先ず、エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ より小さい領域では、「高圧縮比＋アシストなし」の組み合わせで運転する。エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ より大きくなると、エンジンを高圧縮比に保ったまま、ＭＧ２でアシストしながら運転する。エンジン要求トルクＴｒｅが第２の閾値トルクＴｔｈ１ よりも大きくなると、今度はエンジンを低圧縮比に切り換えて発生トルクを増加させる。圧縮比を低くしてやれば、ノッキングに対する余裕ができるので、適切な点火時期とすることで発生トルクを増加させることができる。こうしてエンジンの出力トルクを増加させたことに伴って、ＭＧ２によるトルクのアシストは中止する。そして、エンジン要求トルクＴｒｅが最大トルクＴｍａｘ より大きくなったら、再びＭＧ２でトルクをアシストしながら運転してやればよい。
【００７７】
要求されるトルクに応じて、エンジンの圧縮比とアシストの有無をこのようにして切り換えてやれば、ＭＧ２として、それほど大きなトルクを発生させる必要がないので、比較的小さなモータを用いることができる。また、図６と図７とを比較すれば明らかなように、ＭＧ２でアシストする頻度が低下するので、バッテリ１５０（図１参照）を小さな容量のバッテリとすることが可能となる。
【００７８】
これに対して、図６に示した場合は、図７に示す場合に比べて、ＭＧ２によるアシスト有無の切り換えが頻繁に発生しないので、制御が複雑となってしまうおそれがない。また、アシスト有無の切り換えに伴って、車両の運転者に違和感を与えるおそれも回避することができるという利点がある。
【００７９】
Ｃ．第２実施例の運転制御：
上述した第１実施例の運転制御においては、エンジンに要求されるトルクＴｒｅに基づいて、圧縮比の切り換えとアシストの有無とを切り換えたが、エンジン要求トルクＴｒｅに加えて、バッテリ１５０の充電量も考慮することとしても良い。以下では、こうした第２実施例の運転制御について説明する。
【００８０】
図８は、第２実施例の運転制御の流れを示したフローチャートである。図５に示した第１実施例の運転制御に対して、バッテリの充電量が充分か否かを判断している点が大きく異なっており、他の部分はほぼ同じである。以下では、第１実施例との相違点に焦点を当てながら、第２実施例の運転制御について簡単に説明する。
【００８１】
第２実施例においても第１実施例と同様に、ハイブリッドＥＣＵ１６０は、運転制御を開始すると、先ず初めに、車両およびエンジンの運転状態として、アクセルペダルの踏み込み量とリングギア１４８の回転速度Ｎｒ とを検出する（ステップＳ２００）。次いで、検出した運転条件に基づいて、車両要求トルクＴｒｑとエンジン要求トルクＴｒｅとを算出する（ステップＳ２０２）。車両要求トルクＴｒｑおよびエンジン要求トルクＴｒｅの算出方法については、第１実施例と同様であり、ここでは説明を省略する。
【００８２】
続いて、第１の閾値トルクＴｔｈ１ を検出し（ステップＳ２０４）、検出した第１の閾値トルクＴｔｈ１ と、先に算出したエンジン要求トルクＴｒｅとの大小関係を判断する（ステップＳ２０６）。そして、エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも小さい場合は（ステップＳ２０６：ｎｏ）、第１実施例と同様に、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定した後（ステップＳ２０８）、エンジン２００の出力トルクをＴｒｅに設定して（ステップＳ２１０）、エンジン・モータ制御を行う（ステップＳ２３２）。
【００８３】
ステップＳ２０６においてエンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも大きいと判断された場合は（ステップＳ２０６：ｙｅｓ）、第２実施例の運転制御においては、バッテリ１５０に充分な電力が充電されているか否かを判断する（ステップＳ２１２）。ハイブリッドＥＣＵ１６０は、バッテリ１５０の放電量と充電量とを絶えず監視しており、バッテリ１５０にどの程度の電力が蓄えられているかを常に把握している。そして、バッテリ１５０の充電量が充分でない場合は（ステップＳ２１２：ｎｏ）、エンジン２００の圧縮比を低圧縮比に切り換えた後（ステップＳ２１４）、エンジン２００の出力トルクをエンジン要求トルクＴｒｅに設定する（ステップＳ２１６）。すなわち、バッテリ１５０の充電量が充分でない場合は、ＭＧ２によるトルクのアシストは行わず、エンジン２００の圧縮比を低くすることで、要求されているトルクを全てエンジン２００から出力するのである。尚、バッテリ１５０の充電量が充分か否かは、ここでは、充電量と所定の閾値とを比較することによって判断している。
【００８４】
一方、バッテリ１５０に充分な電力が蓄えられている場合は（ステップＳ２１２：ｙｅｓ）、第２の閾値トルクＴｔｈ２ を算出する処理を行う（ステップＳ２１８）。第２実施例の運転制御においても、第１実施例と同様に、第２の閾値トルクＴｔｈ２ は、第１の閾値トルクＴｔｈ１ に所定値を加算することによって算出する。もちろん、他の方法によって第２の閾値トルクＴｔｈ２ を求めることとしても良い。
【００８５】
次いで、エンジン要求トルクＴｒｅと第２の閾値トルクＴｔｈ２ とを比較し（ステップＳ２２０）、エンジン要求トルクＴｒｅの方が小さければ（ステップＳ２２０：ｎｏ）、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定した後（ステップＳ２２４）、エンジン２００が出力するトルクを第１の閾値トルクＴｔｈ１ に設定する（ステップＳ２２６）。エンジン２００から出力すべく運転者から要求されているトルクはエンジン要求トルクＴｒｅであるのに対して、エンジン２００の出力トルクは第１の閾値トルクＴｔｈ１ に設定されている。従って、この状態でエンジン・モータ制御を開始すれば、エンジン２００は高圧縮比の状態でトルクＴｔｈ１ を出力し、足らないトルクをＭＧ２で補いながら運転されることになる。
【００８６】
一方、エンジン要求トルクＴｒｅの方が、第２の閾値トルクＴｔｈ２ よりも大きいと判断された場合は（ステップＳ２２０：ｙｅｓ）、エンジン２００の圧縮比を低圧縮比に設定した後（ステップＳ２２８）、エンジン２００が出力するトルクをエンジンの最大トルクＴｍａｘ に設定して（ステップＳ２３０）、エンジン・モータ制御を行う（ステップＳ２３２）。この場合は、エンジン２００からは最大トルクＴｍａｘ を出力し、それでも足らない分のトルクは、ＭＧ２のアシスト機能によって補われながら運転されることになる。
【００８７】
以上のようにして、車両の運転者が要求する車両要求トルクＴｒｑに応じて、エンジン２００とＭＧ１とＭＧ２の制御を行った後、運転者によって車両の停止が指示されたか否かを判断する（ステップＳ２３４）。停止する旨の指示がされていない場合は、ステップＳ２００に戻り、車両の停止が指示されるまで上述した一連の処理を繰り返す。
【００８８】
以上に説明した第２実施例の運転制御においては、エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ を超えた場合でも、バッテリ１５０の充電量が充分でない場合は、エンジン２００を低圧縮比に切り換えて、要求されたすべてのトルクＴｒｅをエンジンから出力することで、ＭＧ２からトルクをアシストすることなく賄うことができる。その結果、バッテリ１５０の充電量に応じて、ＭＧ２によるアシストの有無を適切に使い分けることができ、バッテリ１５０を効率よく活用することが可能となる。
【００８９】
Ｄ．第３実施例の運転制御：
以上に説明した各種実施例では、圧縮比やアシスト有無の切り換えに時間の経過が考慮されることはなく、従って、運転条件が変わらない限りは、圧縮比やアシスト状態が切り換わることはなかった。しかし、時間の経過を考慮することとして、例えば、エンジンに対する要求トルクが増加した場合でも短時間であればＭＧ２でアシストすることにより、圧縮比の切り換えを抑制することとしても良い。以下では、こうした第３実施例の運転制御について説明する。
【００９０】
図９は、第３実施例の運転制御の流れを示したフローチャートである。図５に示した第１実施例の運転制御に対して、エンジンに対する要求トルクＴｒｅが第２の閾値トルクＴｔｈ２ を超えた場合の処理が大きく異なっており、他はほぼ同一である。以下では、第１実施例との相違点に焦点を当てながら、第３実施例の運転制御について簡単に説明する。
【００９１】
第３実施例においても第１実施例と同様に、先ず初めに、車両およびエンジンの運転状態（すなわち、アクセルペダルの踏み込み量とリングギア１４８の回転速度Ｎｒ ）とを検出し（ステップＳ３００）、検出した運転条件に基づいて、車両要求トルクＴｒｑとエンジン要求トルクＴｒｅとを算出する（ステップＳ３０２）。次いで、第１の閾値トルクＴｔｈ１ を検出し（ステップＳ３０４）、エンジン要求トルクＴｒｅと第１の閾値トルクＴｔｈ１ との大小関係を判断する（ステップＳ３０６）。エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも小さい場合は（ステップＳ３０６：ｎｏ）、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に、エンジンの出力トルクをＴｒｅに設定して（ステップＳ３１２、Ｓ３１４）、エンジン・モータ制御を行う（ステップＳ３２０）。
【００９２】
一方、エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも大きいと判断された場合は（ステップＳ３０６：ｙｅｓ）、第２の閾値トルクＴｔｈ２ を算出して（ステップＳ３０８）、エンジン要求トルクＴｒｅと第２の閾値トルクＴｔｈ２ とを比較する（ステップＳ３１０）。ここでは、第２の閾値トルクＴｔｈ２ は、第１の閾値トルクＴｔｈ１ に所定値を加算することによって算出する。そして、エンジン要求トルクＴｒｅの方が小さい場合は（ステップＳ３１０：ｎｏ）、前述した第１実施例と同様に、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定した後（ステップＳ３１６）、エンジン２００が出力するトルクを第１の閾値トルクＴｔｈ１ に設定して（ステップＳ３１８）、エンジン・モータ制御を行う（ステップＳ３２０）。これに対して、エンジン要求トルクＴｒｅの方が第２の閾値トルクＴｔｈ２ よりも大きい場合は、圧縮比の切り換えを伴ったエンジン・モータ制御を行う（ステップＳ３２２）。圧縮比の切り換えを伴ったエンジン・モータ制御の詳細については後述する。
【００９３】
こうして、エンジン要求トルクＴｒｅに応じて圧縮比とアシストの有無とを切り換えながら、エンジン、ＭＧ１、ＭＧ２を制御することによって車両を走行させる。次いで、運転者によって車両の停止が指示されたか否かを判断し（ステップＳ３２４）、停止する旨の指示がされていない場合は、ステップＳ３００に戻って、車両の停止が指示されるまで上述した一連の処理を繰り返す。
【００９４】
次に、第３実施例の運転制御中で実施される圧縮比の切り換えを伴ったエンジン・モータ制御について説明する。図１０は、かかる制御の流れを示したフローチャートである。また図１１は、図１０に示した制御を行いながら、エンジン２００を高圧縮比から低圧縮比に切り換える様子を概念的に示した説明図である。図では、高圧縮比でアシストなしの状態から、低圧縮比でアシストありの状態に切り換わる場合を想定している。以下では、図１１を参照しながら、図１０のフローチャートに従って説明する。
【００９５】
図１０のエンジン・モータ制御を開始すると、先ず初めに、タイマーを所定時間ｄＴにセットした後（ステップＳ４００）、直ちにＭＧ２のアシストトルクを増加させて、エンジンに要求された全トルクをリングギア１４８から出力する（ステップＳ４０２）。
【００９６】
図１１に示した例では、時刻Ｔａ において、運転者が要求するエンジン要求トルクＴｒｅが、第１の閾値トルクＴｔｈ１ 以下の値から第２の閾値トルクＴｔｈ２ を超える値に、ステップ的に増加した場合を表している。図６を用いて前述したように、エンジン要求トルクＴｒｅが第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも小さい場合は、高圧縮比で且つアシストなしの状態で運転され、これに対応して図１１では、時刻Ｔａ までは、ＭＧ２はトルクをアシストすることなく運転されている。図１１では、エンジン２００の発生するトルクを破線で示し、ＭＧ２の発生するアシストトルクを実線で表している。そして、時刻Ｔａ でエンジン要求トルクＴｒｅが第２の閾値トルクＴｔｈ２ に増加すると、エンジン２００の出力トルクを第１の閾値トルクＴｔｈ１ まで増加させ、残りのトルク（＝Ｔｒｅ−Ｔｔｈ１ ）をＭＧ２からアシストする。
【００９７】
エンジン要求トルクＴｒｅがステップ的に増加してから所定時間ｄＴが経過するまでは、こうして、エンジン２００からは第１の閾値トルクＴｔｈ１ を、残りのトルクはＭＧ２からアシストした状態を、そのまま保持しておく。かかる処理は、図１０のフローチャートでは、ステップＳ４０４の処理に対応する。そして、所定時間ｄＴが経過しても未だエンジン要求トルクＴｒｅが第２の閾値トルクＴｔｈ２ よりも大きいことを確認して、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り換える（ステップＳ４０６）。圧縮比の切り換えに際しては、エンジン２００の点火時期を固定したまま、ＭＧ２でトルクを補償しながら圧縮比を切り換える。この様子を、図１１を参照することにより説明する。
【００９８】
図１１では、時刻Ｔａ でタイマーをセットしてから所定時間ｄＴが経過すると、時刻Ｔｂ となっている。そこで、時刻Ｔｂ からエンジン２００の圧縮比の切り換えを開始する。前述したように、圧縮比の切り換えにはシリンダヘッド２２０とアッパーブロック２３１とをロアブロック２３２に対して動かす必要があるので、切り換えには、どうしてもある程度の時間が必要となる。図１１では、時刻Ｔｂ から時刻Ｔｃ に亘って、徐々に圧縮比が切り変わっている様子を表している。
【００９９】
本実施例では、この様に圧縮比が切り換わっている間の点火時期は、高圧縮比状態の点火時期に固定されている。通常は、圧縮比が異なれば、最適な点火時期も異なっているから、圧縮比が徐々に変化すれば最適な点火時期も徐々に変化する。本実施例では、点火時期を固定したまま圧縮比を変更しているので、圧縮比が変化するに従って、点火時期が最適な点火時期から隔たっていくことになり、この結果、エンジン２００の発生するトルクは減少していく。このトルクの減少を、ＭＧ２のアシストトルクを増加することによって補償する。図１１中の時刻Ｔｂ から時刻Ｔｃ にかけては、破線で示したエンジンの発生トルクが徐々に減少し、実線で示したアシストトルクを増加させて、これを補償している様子が表されている。
【０１００】
こうして、エンジン２００を低圧縮比に切り換えたら、時刻Ｔｃ から時刻Ｔｄ にかけて、点火時期を低圧縮比時の最適な値に変更する。すなわち、圧縮比の変更時には、点火時期を高圧縮比時の最適値に固定されていたので、低圧縮比への切り換え完了後に、低圧縮比時の最適点火時期に変更するのである。こうして点火時期を最適化することによってエンジン２００の発生するトルクは増加するので、その分だけＭＧ２のアシストトルクを減少させる。図１１中の時刻Ｔｃ から時刻Ｔｄ にかけては、破線で示したエンジンの発生トルクが徐々に増加し、これを補償するために、実線で示したアシストトルクを減少させている様子が表されている。
【０１０１】
図１０中のステップＳ４０８では、この様にして、圧縮比の切り換え前の値に固定されていた点火時期を、切り換え後の最適な点火時期に変更し、これに伴うエンジン２００の発生トルクの増加を、ＭＧ２のアシストトルクを減少させることによって補償する処理を行う。
【０１０２】
こうして点火時期を切り換えたら、今度は、エンジン２００の発生トルクを最大トルクＴｍａｘ まで増加させ、これに合わせて、ＭＧ２のアシストトルクを減少させる処理を行う（図１０のステップＳ４１０）。エンジン２００の発生トルクは、スロットルバルブ２５２を開いてやれば増加させることができる。図１１中の時刻Ｔｄ から時刻Ｔｅ にかけては、エンジン２００の発生トルクを最大トルクＴｍａｘ まで増加させ、これに応じてＭＧ２でアシストするトルクを減少させている様子が示されている。
【０１０３】
第３実施例の運転制御中で行われるエンジン・モータ制御では、以上のような処理を行うことで、エンジンの圧縮比およびアシスト有無の切り換えを行う。こうした第３実施例においては、エンジン要求トルクＴｒｅが増加した場合でも、直ちにエンジン２００の圧縮比を変更するのではなく、ＭＧ２からトルクをアシストすることによってトルクを増加させ、その状態を所定時間ｄＴだけ保持してやる。そして、図１１中に一点鎖線で示したように、所定時間ｄＴ経過する間にエンジン要求トルクＴｒｅが減少した場合には、エンジン２００の圧縮比の変更は行わない。このため、エンジン要求トルクＴｒｅが頻繁に変更された場合でも、エンジン２００の圧縮比が切り換わる頻度を抑制することができるので、圧縮比の切り換えに大きなエネルギを消費してエンジン全体としての効率を低下させる事態を回避することが可能となる。
【０１０４】
尚、以上の説明においては、エンジン要求トルクＴｒｅが増加する場合を例にとって説明したが、エンジン要求トルクＴｒｅが減少する場合、例えば、第２の閾値トルクＴｔｈ２ より大きな値から第１の閾値トルクＴｔｈ１ よりも小さな値に減少する場合にも効果的に適用することができる。すなわち、エンジン要求トルクＴｒｅが減少した場合でも、直ちにエンジン２００の圧縮比を変更するのではなく、ＭＧ２でトルクを吸収しておき、所定時間経過しても依然としてエンジン要求トルクＴｒｅが小さい場合に、エンジン２００の圧縮比を変更することとしても良い。こうすれば、運転者がエンジンに対して要求するトルクＴｒｅが短時間だけ減少した場合に、エンジン２００の圧縮比を切り換えずに済むので、切り換え頻度を抑制することができ、延いては圧縮比を切り換えに要するエネルギを節約してエンジン全体としての効率を向上させることが可能となる。
【０１０５】
また、第３実施例においては、図１１に示されているように、点火時期を高圧縮比時の点火時期に固定したまま圧縮比の切り換えを行う。圧縮比の切り換えに併せて点火時期も切り換えた場合には、何らかの理由で圧縮比の切り換えに対して点火時期の切り換えが速すぎるとノッキングが発生することがある。これに対して、上述したように、点火時期を高圧縮比の状態に固定したまま圧縮比を切り換えることとすれば、ノッキングの発生を確実に回避しながら圧縮比を切り換えることができる。もちろん、点火時期を固定したまま圧縮比を切り換えることとすれば、切り換え中の点火時期は最適な点火時期とはずれてしまうので、エンジンの発生トルクが減少するが、減少分はＭＧ２でアシストしてやれば、車両の運転者に違和感を与えることはない。
【０１０６】
尚、上記の第３実施例においても前述した第２実施例と同様に、バッテリ１５０の充電量を考慮することも可能である。例えば、バッテリ１５０の充電量が充分でないと判断された場合は、図１０中のステップＳ４０４をスキップして、直ちに圧縮比を切り換えることとしても良い。あるいは、ステップＳ４００でタイマーに設定する時間を、所定時間ｄＴよりも短い時間に設定することとしてもよい。こうしたことを行えば、バッテリ１５０の充電量が充分でない場合に、電力の消費を抑制することが可能となる。
【０１０７】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。例えば、上述した実施例では、ハイブリッド車両は、プラネタリギアを用いたいわゆる機械分配式のハイブリッド車両であるものとしたが、電気分配式のハイブリッド車両にも同様に適用することができる。
【０１０８】
また、上述した各種実施例では、本発明の内燃機関をハイブリッド車両に適用した場合について説明したが、必ずしもハイブリッド車両に適用する場合に限定されるものではない。例えば、図１２に示すように、本発明の内燃機関の出力を用いて、何らかの負荷を駆動する場合にも、効果的に適用可能であることは言うまでもない。
【０１０９】
更に、内燃機関の圧縮比を変更する機構としては、図３に示したように、ロアブロック２３２に対して、シリンダヘッド２２０とアッパーブロック２３１とを移動させるものに限らず、周知な種々の機構を適用することができる。例えば、吸気バルブ２２１あるいは排気バルブ２２２の開閉時期を変更することによって、内燃機関の圧縮比を実質的に変更するものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施例の内燃機関を搭載したハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図２】エンジンが出力する動力と２つのモータ・ジェネレータで発生する動力との関係を示す共線図である。
【図３】可変圧縮機構を搭載した内燃機関の構成を例示した説明図である。
【図４】エンジンの回転速度と要求トルクとに応じてエンジンの圧縮比が切り換わる様子を概念的に示した説明図である。
【図５】第１実施例の運転制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図６】第１実施例の運転制御を行うことにより、エンジンの圧縮比とアシストの有無とが切り換わる様子を例示した説明図である。
【図７】第１実施例の運転制御を行うことにより、エンジンの圧縮比とアシストの有無とが切り換わる他の態様を例示した説明図である。
【図８】第２実施例の運転制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図９】第３実施例の運転制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図１０】第３実施例の運転制御ルーチン中で、圧縮比を切り換えながらエンジン・モータ制御を行う処理の流れを示したフローチャートである。
【図１１】第３実施例の運転制御ルーチン中で、圧縮比を切り換えながらエンジン・モータ制御を行う様子を例示した説明図である。
【図１２】本発明の内燃機関を用いて負荷を駆動している様子を概念的に示した説明図である。
【符号の説明】
１００…ハイブリッド車両
１１４…クランクシャフト
１２２…永久磁石
１２３…ロータ
１２４…三相コイル
１２５…ステータ
１２６…レゾルバ
１３２…永久磁石
１３３…ロータ
１３４…三相コイル
１３５…ステータ
１３６…レゾルバ
１３８…ケース
１４０…プラネタリギア
１４１…サンギア軸
１４２…サンギア
１４４…プラネタリピニオンギア
１４６…プラネタリキャリア
１４７…リングギア軸
１４８…リングギア
１５０…バッテリ
１５２…インバータ
１５４…インバータ
１５６…モータＥＣＵ
１６０…ハイブリッドＥＣＵ
１６２…アクセルポジションセンサ
１６４…ブレーキスイッチ
１７０…車軸
１７２…駆動輪
１７４…チェーンベルト
２００…エンジン
２２０…シリンダヘッド
２２１…吸気バルブ
２２２…排気バルブ
２２３…吸気ポート
２２４…排気ポート
２２７…点火プラグ
２３０…シリンダブロックＡＳＳＹ
２３１…アッパーブロック
２３２…ロアブロック
２３３…アクチュエータ
２３４…シリンダ
２４０…メインムービングＡＳＳＹ
２４１…ピストン
２４２…コネクティングロッド
２４３…クランクシャフト
２５０…吸気通路
２５１…エアクリーナ
２５２…スロットルバルブ
２５３…電動アクチュエータ
２５５…燃料噴射弁
２５６…吸気圧センサ
２５８…排気通路
２６０…エンジンＥＣＵ
２６１…クランク角センサ

Claims (12)

1. 出力するトルクに応じて圧縮比を切り換えながら運転される内燃機関であって、
   前記内燃機関に要求されるトルクたる要求トルクを検出する要求トルク検出手段と、
   前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機と、
   前記電動機の動作を制御する電動機制御手段と
   を備え、
   前記電動機制御手段は、前記要求トルクが圧縮比を切り換えるための閾値トルクを超える場合には、前記電動機から前記出力軸に対してトルクを出力することにより、前記内燃機関が出力するトルクを該閾値トルク以下に抑制する手段である内燃機関。
2. 請求項１記載の内燃機関であって、
   少なくとも前記要求トルクに対応付けて、前記内燃機関の圧縮比と前記電動機から前記出力軸に出力するトルクの有無とが設定された制御領域を記憶している制御領域記憶手段と、
   前記制御領域に従って前記内燃機関の圧縮比の切り換えを行う圧縮比切り換え手段と
   を備え、
   前記制御領域には、少なくとも、
   前記閾値トルクよりも低トルクの領域に対応付けて、前記内燃機関を所定の圧縮比として且つ前記電動機から前記出力軸にトルクを出力せずに運転する旨が設定された第１の制御領域と、
   前記閾値トルクよりも高トルクの領域に対応付けて、前記内燃機関の圧縮比を前記所定の圧縮比として且つ前記電動機から前記出力軸にトルクを出力しながら運転する旨が設定された第２の制御領域と
   が設けられており、
   前記電動機制御手段は、前記制御領域に従って前記電動機の制御を行う手段である内燃機関。
3. 請求項２記載の内燃機関であって、
   前記電動機に供給される電力を蓄える蓄電手段と、
   前記蓄えられている電力の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と
   を備え、
   前記制御領域には、
   前記第２の制御領域よりも高トルクの領域に対応付けて、前記内燃機関の圧縮比を前記所定の圧縮比よりも低くして運転する旨が設定された第３の制御領域が設けられており、
   前記圧縮比切り換え手段および前記電動機制御手段は、前記検出された蓄電量が所定の閾値以下である場合は、前記要求トルクが前記第２の制御領域にある場合でも、前記第３の制御領域の設定に基づいて、圧縮比の切り換えと前記電動機の制御とをそれぞれに行う手段である内燃機関。
4. 請求項１記載の内燃機関であって、
   前記要求トルクが前記閾値トルクを超えてから所定時間の経過を検出する計時手段を備え、
   前記電動機制御手段は、前記所定時間に亘って前記要求トルクが前記閾値トルクを超えていた場合には、前記内燃機関が出力するトルクが該閾値トルクを超えるまで、前記電動機から前記出力軸に出力しているトルクを減少させる手段である内燃機関。
5. 請求項４記載の内燃機関であって、
   前記電動機に供給される電力を蓄える蓄電手段と、
   前記蓄えられている電力の蓄電量を検出する蓄電量検出手段と
   を備え、
   前記電動機制御手段は、前記検出された蓄電量が所定の閾値以下である場合は、前記所定時間の経過を待つことなく、前記電動機から前記出力軸に出力しているトルクを減少させる手段である内燃機関。
6. 圧縮比を切り換え可能な内燃機関であって、
   前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機と、
   前記電動機の動作を制御する電動機制御手段と
   を備え、
   前記電動機制御手段は、前記内燃機関の圧縮比の切り換え中に該内燃機関が出力するトルクの変動を、前記電動機が前記出力軸とやり取りするトルクを制御することで吸収するべく、該電動機の動作を制御する手段である内燃機関。
7. 請求項６記載の内燃機関であって、
   前記内燃機関の圧縮比を切り換える圧縮比切り換え手段と、
   前記圧縮比の切り換え中は、前記内燃機関の運転状態を制御するための制御量を、該切り換え前あるいは該切り換え後の中の圧縮比が高い方に対応する制御量に保ったまま、該内燃機関を制御する内燃機関制御手段と
   を備える内燃機関。
8. 請求項７記載の内燃機関であって、
   前記内燃機関制御手段は、前記内燃機関の圧縮比を高圧縮比から低圧縮比に切り換えるに際して、前記制御量を該高圧縮比に対応する値に保ったまま、該内燃機関を制御する手段であり、
   前記電動機制御手段は、前記内燃機関の圧縮比が高圧縮比から低圧縮比に切り換わる間は、前記電動機から前記出力軸に出力するトルクを制御することで、該内燃機関の出力トルクの低下を吸収する手段である内燃機関。
9. 出力するトルクに応じて圧縮比を切り換えながら運転される内燃機関の制御方法であって、
   前記内燃機関に要求されるトルクたる要求トルクを検出する第１の工程と、
   前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機の動作を制御する第２の工程と
   を備え、
   前記第２の工程は、前記要求トルクが圧縮比を切り換えるための閾値トルクを超える場合には、前記電動機から前記出力軸に対してトルクを出力することにより、前記内燃機関が出力するトルクを該閾値トルク以下に抑制する工程である内燃機関の制御方法。
10. 請求項９記載の制御方法であって、
    少なくとも前記内燃機関の圧縮比と前記電動機から前記出力軸に出力するトルクの有無とが、前記要求トルクに対応付けて設定された制御領域を記憶しておく第３の工程と、
    前記制御領域に従って前記内燃機関の圧縮比の切り換えを行う第４の工程と
    を備え、
    前記制御領域には、少なくとも、
    前記閾値トルクよりも低トルクの領域に対応付けて、前記内燃機関を所定の圧縮比として且つ前記電動機から前記出力軸にトルクを出力せずに運転する旨が設定された第１の制御領域と、
    前記閾値トルクよりも高トルクの領域に対応付けて、前記内燃機関の圧縮比を前記所定の圧縮比として且つ前記電動機から前記出力軸にトルクを出力しながら運転する旨が設定された第２の制御領域と
    が設けられており、
    前記第２の工程は、前記制御領域に従って前記電動機の制御を行う工程である制御方法。
11. 請求項９記載の制御方法であって、
    前記要求トルクが前記閾値トルクを超えてから所定時間の経過を検出する第５の工程を備え、
    前記第２の工程は、前記所定時間に亘って前記要求トルクが前記閾値トルクを超えていた場合には、前記内燃機関が出力するトルクが該閾値トルクを超えるまで、前記電動機から前記出力軸に出力しているトルクを減少させる工程である制御方法。
12. 圧縮比を切り換え可能な内燃機関の制御方法であって、
    前記内燃機関の圧縮比を切り換える第１の工程と、
    前記内燃機関の出力軸に対してトルクをやり取り可能に設けられた電動機の動作を制御する第２の工程と
    を備え、
    前記第２の工程は、前記内燃機関の圧縮比の切り換え中に該内燃機関が出力するトルクの変動を、前記電動機が前記出力軸とやり取りするトルクを制御することで吸収するべく、該電動機の動作を制御する工程である内燃機関の制御方法。

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