JP2006226181A - 動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 - Google Patents

動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】筒内用燃料噴射弁とポート用燃料噴射弁とを有する内燃機関と電動機とを備える動力出力装置において筒内用燃料噴射弁への燃料の圧力が十分でなく使用不可状態にあるときでも駆動軸に要求動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の過熱を抑制する。
【解決手段】筒内用燃料噴射バルブへの燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満のときには駆動軸に要求される要求トルクＴｒ＊に基づいて得られる車両要求パワーＰｖ＊とパワー制限Ｐｅｌｉｍとのうち小さい方をエンジン要求パワーＰｅ＊に設定し（Ｓ１２０，Ｓ１３０）、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊がエンジンから出力されると共にバッテリの放電を伴って要求トルクＴｒ＊が駆動軸に出力されるようエンジンと二つのモータとを制御する。これにより、駆動軸に要求トルクＴｒ＊を出力しながらエンジンを高負荷運転することによる筒内用燃料噴射バルブの先端温度の上昇を抑制できる。
【選択図】図３

Description

本発明は、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびこれを搭載し前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車並びに動力出力装置の制御方法に関する。
従来、この種の動力出力装置としては、筒内に直接燃料噴射する直接燃料噴射式のエンジンにおいて、燃料噴射弁から燃料噴射するために加圧燃料を貯留するコモンレールと吸気管とをベーパ排出管により接続すると共にこのベーパ排出管にベーパパージバルブを取り付けたものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジンを始動する際にコモンレール内の加圧燃料の圧力や温度からベーパの存在が判断されるときには、ベーパパージバルブを開弁してベーパを排出することにより、ベーパの存在により燃料噴射弁から燃料噴射できなくなるのを防止し、エンジンをより確実に始動することができる、としている。
特開平１０−８９１８５号公報
上述の動力出力装置では、コモンレール内のベーパを排出するために時間を要するからエンジンを迅速に始動することができない場合が生じる。これに対して、前述した直接燃料噴射式と吸気ポートに燃料噴射するポート燃料噴射式とを兼ね備えるエンジンでは、ベーパの発生等により直接噴射方式用のコモンレール内の燃料の圧力が低く筒内用燃料噴射弁を使用できないときでもポート用燃料噴射弁を使用して吸気ポートに燃料噴射することにより、エンジンを始動して運転することができる。しかし、筒内用燃料噴射弁を使用できない状態でポート用燃料噴射弁を使用してエンジンの運転を継続すると、筒内用燃料噴射弁からの燃料噴射による自身の冷却は行なえないから、エンジンから出力する動力の大きさ（負荷）によっては筒内の温度上昇に伴って筒内用燃料噴射弁の温度（先端温度）が大きく上昇してしまう。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、筒内用燃料噴射弁とポート用燃料噴射弁とを有する内燃機関と原動機とを備える動力出力装置において、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することを目的の一つとする。また、本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、筒内用燃料噴射弁とポート用燃料噴射弁とを有する内燃機関と原動機とを備える動力出力装置において、駆動軸への要求動力に対応しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することを目的の一つとする。
本発明の動力出力装置およびこれを搭載する自動車並びに動力出力装置の制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。
本発明の動力出力装置は、
駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、
前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段と
を備えることを要旨とする。
この本発明の動力出力装置では、筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、内燃機関に優先して原動機から動力が出力されるよう内燃機関と原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なうから、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる。
こうした本発明の動力出力装置において、前記制御手段は、前記温度上昇抑制条件として前記筒内用燃料噴射弁が使用不可状態にあるときに該使用不可状態が解消されるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段であるものとすることもできる。こうすれば、筒内用燃料噴射弁が使用できないときでも駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる。この場合、前記制御手段は、前記使用不可状態として前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときに該所定圧力以上となるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段であるものとすることもできる。
また、本発明の動力出力装置において、所定の停止条件が成立したときには前記内燃機関を自動停止し、所定の始動条件が成立したときには該内燃機関を自動始動する自動始動停止手段を備え、前記温度上昇抑制制御は、前記自動始動停止手段により使用不可状態にある前記筒内用燃料噴射弁に代えて前記ポート用燃料噴射弁を使用して前記内燃機関を自動始動した以降に行なわれる制御であるものとすることもできる。
さらに、本発明の動力出力装置において、操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段を備え、前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記原動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、要求動力に対応することができる。
本発明の動力出力装置において、前記原動機は、電動機であり、前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段を備え、前記制御手段は、前記蓄電手段の出力制限の範囲で前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の過放電を抑制しながら要求動力に対応することができる。
本発明の自動車は、
上述した各態様のいずれかの本発明の動力出力装置、即ち、基本的には、駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段とを備える動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する
ことを要旨とする。
この本発明の自動車では、上述した本発明の動力出力装置を搭載するから、本発明の動力出力装置が奏する効果と同様の効果、例えば、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる効果や要求動力に対応することができる効果、蓄電手段の過放電を抑制しながら要求動力に対応することができる効果などを奏することができる。
本発明の動力出力装置の制御方法は、
筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときには該所定圧力以上となるまで前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する
ことを要旨とする。
この本発明の動力出力装置の制御方法によれば、筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、内燃機関に優先して原動機から動力が出力されるよう内燃機関と原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なうから、駆動軸に動力を出力しながら内燃機関の運転に伴う筒内用燃料噴射弁の温度上昇を抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して複数のピニオンギヤ３３を連結するキャリア３４が接続されると共にギヤ機構３７とデファレンシャルギヤ３８を介して駆動輪３９ａ、３９ｂにリングギヤ３２が連結されたリングギヤ軸３２ａが接続された動力分配統合機構３０と、この動力分配統合機構３０のサンギヤ３１に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０のリングギヤ３２にリングギヤ軸３２ａと減速ギヤ３５とを介して接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
エンジン２２は、図２に示すように、筒内に直接ガソリンや軽油などの炭化水素系の燃料を噴射する筒内用燃料噴射バルブ１２５（図１には１２５ａ〜１２５ｄと表示）と、吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射バルブ１２６（図１には１２６ａ〜１２６ｄと表示）とを備える内燃機関として構成されている。エンジン２２は、こうした二種類の燃料噴射バルブ１２５，１２６を備えることにより、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共にポート用燃料噴射バルブ１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換するポート噴射駆動モードと、同様にして空気を燃焼室に吸入し、吸気行程の途中あるいは圧縮行程に至ってから筒内用燃料噴射バルブ１２５から燃料を噴射し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させてクランクシャフト２６の回転運動を得る筒内噴射駆動モードと、空気を燃焼室に燃焼する際にポート用燃料噴射バルブ１２６から燃料噴射すると共に吸気行程や圧縮行程で筒内用燃料噴射バルブ１２５から燃料噴射してクランクシャフト２６の回転運動を得る共用噴射駆動モードと、のいずれかの駆動モードにより運転制御される。これらの駆動モードは、エンジン２２の運転状態やエンジン２２に要求される運転状態などに基づいて切り替えられる。なお、エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。
図１に示すように、ポート用燃料噴射バルブ１２６ａ〜１２６ｄには、燃料ポンプ６２により燃料タンク６０の燃料が供給されている。筒内用燃料噴射バルブ１２５ａ〜１２５ｄには、燃料タンク６０から燃料ポンプ６２により供給され高圧燃料ポンプ６４により加圧された燃料がデリバリパイプ６６によって供給されている。なお、燃料ポンプ６２や高圧燃料ポンプ６４のアクチュエータとしての電動機６２ａ，６４ａには、ＤＣ／ＤＣコンバータ９０を介してバッテリ５０からの電力が供給されている。また、図示しないが、高圧燃料ポンプ６４の吐出側には燃料の逆流を防止すると共にデリバリパイプ６６内の燃料圧力（燃圧）を保持するチェックバルブが取り付けられている。デリバリパイプ６６は、燃圧が過剰となるのを防止するリリーフバルブ６７を介して燃料を燃料タンク６０に戻すリリーフパイプ６８が取り付けられている。なお、エンジン２２の停止中における筒内用燃料噴射弁１２５ａ〜１２５ｄに供給される燃料の燃圧は、筒内用燃料噴射弁１２５ａ〜１２５ｄからの燃料漏れを防止するために所定圧力まで降下するようになっている。
エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態などを検出する種々のセンサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するバキュームセンサ１４８からの吸入空気量，筒内用燃料噴射バルブ１２５ａ〜１２５ｄに燃料を供給するデリバリパイプ６６に取り付けられた燃圧センサ６９からの燃圧Ｐｆなどが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４からは、筒内用燃料噴射バルブ１２５ａ〜１２５ｄやポート用燃料噴射バルブ１２６ａ〜１２６ｄへの駆動信号やスロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号，イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号，吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号，燃料ポンプ６２や高圧燃料ポンプ６４の電動機６２ａ，６４ａへの駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介して電力ライン５４により接続されたバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。ここで、トルク変換運転モードは、充放電運転モードにおいてバッテリ５０の充放電電力が値０のときであるから、充放電運転モードの一態様として考えることができる。したがって、実施例のハイブリッド自動車２０は、モータ運転モードと充放電運転モードとを切り替えて走行することになる。実施例のハイブリッド自動車２０では、充放電運転モードで動作している最中に、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が管理領域内にあり、運転者のアクセルペダル８３の踏み込みに応じて設定される車両要求パワーが第１の所定値（例えば、２ｋＷや３ｋＷ，５ｋＷ，７ｋＷ，１０ｋＷなど）未満となったときにエンジン２２の自動停止の条件が成立したとして、エンジン２２を自動停止してモータ運転モードに切り替え、モータ運転モードで動作している最中に運転者のアクセルペダル８３の踏み込みに応じて設定される車両要求パワーが第１の所定値より大きな第２の所定値（例えば、４ｋＷや５ｋＷ，８ｋＷ，１０ｋＷ，１５ｋＷなど）以上となったときやバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）が管理領域を下回ったときにエンジン２２の自動始動の条件が成立したとして、自動停止したエンジン２２を自動始動して充放電運転モードに切り替える。モータ運転モードから充放電運転モードに切り替える際のエンジン２２の始動や充放電運転モードにおけるエンジン２２の運転は、実施例では、燃圧センサ６９からのデリバリパイプ６６の燃料の圧力（燃圧Ｐｆ）が基準圧力Ｐｒｅｆ以上のときには前述したポート噴射駆動モードと筒内噴射駆動モードと共用噴射駆動モードとを切り替えて行なわれ、燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満のときには筒内用燃料噴射バルブ１２５が使用不可状態にあるとしてポート噴射駆動モードにより行なわれる。
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作について説明する。図３は、実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、モータ運転モードで動作している最中にエンジン２２の自動始動の条件が成立したときに自動停止したエンジン２２を自動始動してモータ運転モードから充放電運転モードに切り替えられたときに所定時間毎（例えば、８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，燃圧センサ６９からの燃圧Ｐｆ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の残容量ＳＯＣ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなどのデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。残容量ＳＯＣは、電流センサにより検出されたバッテリ５０の充放電電流に基づいて演算されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、残容量ＳＯＣや電池温度などに基づいて設定されたものを入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動輪３９ａ，３９ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊と車両全体に要求される車両要求パワーＰｖ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め求めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶しているマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出することにより設定するものとした。この要求トルク設定用マップの一例を図４に示す。また、車両要求パワーＰｖ＊は、導出した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊と損失Ｌｏｓｓとの和により演算されたものを設定するものとした。ここで、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ることにより求めたり、車速Ｖに換算係数ｋを乗じることにより求めたりすることができる。また、充放電要求パワーＰｂ＊は、残容量ＳＯＣやアクセル開度Ａｃｃに基づいて設定することができる。
次に、入力した燃圧Ｐｆと基準燃圧Ｐｒｅｆとを比較する（ステップＳ１２０）。ここで、基準燃圧Ｐｒｅｆは、筒内用燃料噴射バルブ１２５から燃料噴射が可能な十分な燃圧として設定されている。したがって、自動停止したエンジン２２の自動始動の条件が成立したときに燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満であるときには、筒内用燃料噴射バルブ１２５は使用不可状態としてポート用燃料噴射バルブ１２６の使用によりエンジン２２が始動され運転されることになる。このとき、通常では高圧燃料ポンプ６４の駆動によりデリバリパイプ６６の燃圧Ｐｆは迅速に上昇するから、筒内用燃料噴射バルブ１２５を迅速に使用可能な状態とすることができるが、デリバリパイプ６６内のベーパの発生等により高圧燃料ポンプ６４の駆動によっても燃圧Ｐｆがなかなか上昇せずに筒内用燃料噴射バルブ１２５の使用不可状態が比較的長時間に亘って継続する場合がある。実施例では、こうした状態を検出するために燃圧Ｐｆと基準燃圧Ｐｒｅｆとを比較しているのである。燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満と判定されたときには、筒内用燃料噴射バルブ１２５が使用不可状態にあると判断し、車両要求パワーＰｖ＊とパワー制限Ｐｅｌｉｍとのうち小さい方をエンジン２２から出力すべきエンジン要求パワーＰｅ＊に設定し（ステップＳ１３０）、燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満でない（基準燃圧Ｐｒｅｆ以上）と判定されたときには、筒内用燃料噴射バルブ１２５は使用可能と判断し、車両要求パワーＰｖ＊をそのままエンジン要求パワーＰｅ＊に設定する（ステップＳ１４０）。ここで、パワー制限Ｐｅｌｉｍは、筒内用燃料噴射バルブ１２５の先端温度の上昇を抑制するためにエンジン２２から出力してもよいパワーの上限として設定されるものであり、筒内用燃料噴射バルブ１２５の性能などにより定められる。
エンジン要求パワーＰｅ＊を設定すると、設定したエンジン要求パワーＰｅ＊とエンジン２２が効率よく運転できる動作ラインとに基づいてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１５０）。エンジン２２の動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊を設定する様子を図５に示す。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、図示するように、動作ラインとエンジン要求パワーＰｅ＊（＝Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。
エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊を設定すると、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（＝Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を設定すると共に設定した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１６０）。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はリングギヤ３２（リングギヤ軸３２ａ）の回転数Ｎｒを示す。前述したように、サンギヤ３１の回転数はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１でありキャリア３４の回転数はエンジン２２の回転数Ｎｅであるから、モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊はリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒとエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとに基づいて式（１）により計算することができる。したがって、モータＭＧ１が目標回転数Ｎｍ１＊で回転するようトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動制御することにより、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊で回転させることができる。ここで、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ＫＰ」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ＫＩ」は積分項のゲインである。なお、図６におけるＲ軸上の２つの太線矢印は、エンジン２２を目標回転数Ｎｅ＊および目標トルクＴｅ＊の運転ポイントで定常運転したときにエンジン２２から出力されるトルクＴｅ＊がリングギヤ軸３２ａに伝達されるトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２＊がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。
Nm1*=(Ne*・(1+ρ)-Nm2/Gr)/ρ …（１）
Tm1*=前回Tm1*＋KP（Nm1*-Nm1)＋KI∫(Nm1*-Nm1)dt …（２）
モータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊とトルク指令Ｔｍ１＊とを設定すると、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとに基づいて要求トルクＴｒ＊をリングギヤ軸３２ａに作用させるためにモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを図６の共線図のトルクの釣り合いから定まる次式（３）により計算すると共に（ステップＳ１７０）、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，ＷｏｕｔとモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいて次式（４）および次式（５）によりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの下限，上限としてのトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎ，Ｔｍ２ｍａｘを計算し（ステップＳ１８０）、計算した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐと計算したトルク制限Ｔｍ２ｍａｘとのうち小さい方と計算したトルク制限Ｔｍ２ｍｉｎとを比較して大きい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ１９０）。これにより、モータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの範囲内で制限したトルクとして設定することができる。
Tm2tmp=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr …（３）
Tm2min=(Win-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（４）
Tm2max=(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 …（５）
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信して（ステップＳ２００）、本ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における燃料噴射制御や点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。
このように、デリバリパイプ６６の燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満にあり筒内用燃料噴射バルブ１２５が使用不可状態にあるときにはパワー制限Ｐｅｌｉｍをもってエンジン２２から出力する動力（パワー）を制限して運転するのは、エンジン２２の負荷を低減して筒内の温度上昇を抑制することにより、筒内用燃料噴射バルブ１２５の先端温度の上昇を抑制するためである。これは、通常は、筒内用燃料噴射バルブ１２５が使用可能な状態であればその燃料噴射により自身の先端温度の上昇を抑制できるが、筒内用燃料噴射バルブ１２５が使用不可状態にあるために燃料噴射により自身を冷却できないことに基づく。エンジン２２から出力する動力（パワー）を制限することにより車両要求パワーＰｖ＊に対して不足するパワーはバッテリ５０からの放電パワーによって補われてモータＭＧ２から出力されるから、リングギヤ軸３２ａには要求トルクＴｒ＊を出力することができる。
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満であり筒内用燃料噴射バルブ１２５が使用不可状態にあるときには、車両要求パワーＰｖ＊とパワー制限Ｐｅｌｉｍとのうち小さい方をエンジン要求パワーＰｅ＊に設定すると共にエンジン要求パワーＰｅ＊では車両要求パワーＰｖ＊に対して不足するパワーはバッテリ５０からの放電パワーにより補われてモータＭＧ２から出力するから、リングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力しながらエンジン２２の筒内の温度上昇を抑制して筒内用燃料噴射バルブ１２５の先端温度の上昇を抑制することができる。この結果、筒内用燃料噴射バルブ１２５から燃料噴射が行なえないときでもリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力しながら筒内用燃料噴射バルブ１２５の不具合の発生を抑止することができる。しかも、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲でモータＭＧ２から動力を出力するから、バッテリ５０の過放電を抑制しながら要求トルクＴｒ＊に対応することができる。
実施例のハイブリッド自動車２０では、燃圧Ｐｆが基準燃圧Ｐｒｅｆ未満のときにエンジン２２から出力する動力（パワー）を制限すると共に要求トルクＴｒ＊がリングギヤ軸３２ａに出力されるようエンジン２２とモータＭＧ１，ＭＧ２とを制御するものとしたが、デリバリパイプ６６内の燃料の圧力（燃圧Ｐｆ）や燃料の温度等からベーパの発生を推定し、ベーパの発生が推定されているときにエンジン２２から出力する動力を制限するものとしてもよい。更に、筒内用燃料噴射バルブ１２５の温度（先端温度）を推定し、推定した温度が所定温度以上のときにエンジン２２から出力する動力を制限するものとしても構わない。
実施例のハイブリッド自動車２０やその変形例では、電動駆動する高圧燃料ポンプ６４を用いてデリバリパイプ６６に加圧して燃料を供給するものとしたが、エンジン２２のクランクシャフト２６の回転により駆動する機械式の高圧燃料ポンプを用いてデリバリパイプ６６に加圧して燃料を供給するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０やその変形例では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪３９ａ，３９ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪３９ｃ，３９ｄに接続された車軸）に接続するものとしたり、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪３９ａ，３９ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしたりしてもよい。このように、筒内用燃料噴射バルブ１２５とポート用燃料噴射バルブ１２６とを有するエンジン２２を搭載するハイブリッド自動車であれば如何なる構成のハイブリッド自動車としてもよい。更に、こうした筒内用燃料噴射バルブ１２５とポート用燃料噴射バルブ１２６とを備えるエンジン２２とモータ等の原動機とを自動車以外の列車などの車両や船舶，航空機などの移動体に搭載するものとしてもよく、移動体以外の設備に組み込まれるものとしても構わない。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、自動車産業に利用可能である。
本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の動作ラインの一例および目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を示す説明図である。 動力分配統合機構３０の各回転要素における回転数とトルクの力学的に関係を示す共線図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、３７ ギヤ機構、３８ デファレンシャルギヤ、３９ａ，３９ｂ 駆動輪、３９ｃ，３９ｄ 車輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ 燃料タンク、６２ 燃料ポンプ、６２ａ，６４ａ 電動機、６４ 高圧燃料ポンプ、６６ デリバリパイプ、６７ リリーフバルブ、６８ リリーフパイプ、６９ 燃圧センサ、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、９０ ＤＣ／ＤＣコンバータ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２５，１２５ａ〜１２５ｄ 筒内用燃料噴射バルブ、１２６，１２６ａ〜１２６ｄ ポート用燃料噴射バルブ、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ バキュームセンサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、２３０ 対ロータ電動機、２３２ インナーロータ ２３４ アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (8)

  1. 駆動軸に動力を出力する動力出力装置であって、
    筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し、前記駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、
    前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、
    前記筒内用燃料噴射弁の所定の温度上昇抑制条件が成立したとき、前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する温度上昇抑制制御を行なう制御手段と
    を備える動力出力装置。
  2. 前記制御手段は、前記温度上昇抑制条件として前記筒内用燃料噴射弁が使用不可状態にあるときに該使用不可状態が解消されるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段である請求項１記載の動力出力装置。
  3. 前記制御手段は、前記使用不可状態として前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときに該所定圧力以上となるまで前記温度上昇抑制制御を行なう手段である請求項２記載の動力出力装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか記載の動力出力装置であって、
    所定の停止条件が成立したときには前記内燃機関を自動停止し、所定の始動条件が成立したときには該内燃機関を自動始動する自動始動停止手段を備え、
    前記温度上昇抑制制御は、前記自動始動停止手段により使用不可状態にある前記筒内用燃料噴射弁に代えて前記ポート用燃料噴射弁を使用して前記内燃機関を自動始動した以降に行なわれる制御である
    動力出力装置。
  5. 請求項１ないし４いずれか記載の動力出力装置であって、
    操作者の操作に基づいて前記駆動軸に要求される要求動力を設定する要求動力設定手段を備え、
    前記制御手段は、前記設定された要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記原動機とを制御する手段である
    動力出力装置。
  6. 請求項５記載の動力出力装置であって、
    前記原動機は、電動機であり、
    前記電動機と電力をやりとり可能な蓄電手段を備え、
    前記制御手段は、前記蓄電手段の出力制限の範囲で前記要求動力に基づく動力が前記駆動軸に出力されるよう前記内燃機関と前記電動機とを制御する手段である
    動力出力装置。
  7. 請求項１ないし６いずれか記載の動力出力装置を搭載し、前記駆動軸に車軸が接続されて走行する自動車。
  8. 筒内に燃料を噴射する筒内用燃料噴射弁と吸気ポートに燃料を噴射するポート用燃料噴射弁とを有し駆動軸に動力を出力可能な内燃機関と、前記駆動軸に動力を出力可能な原動機と、を備える動力出力装置の制御方法であって、
    前記筒内用燃料噴射弁に供給される燃料の圧力が所定圧力未満のときには該所定圧力以上となるまで前記内燃機関に優先して前記原動機から動力が出力されるよう該内燃機関と該原動機とを制御する
    動力出力装置の制御方法。
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