JP2013163436A - モータによるエンジン変動抑制装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータによるエンジン変動抑制装置に関し、トルクセンサが不要で状態の急変にも制御の遅れが生じ難く、エンジンの有負荷運転時にも適用可能にする。
【解決手段】エンジン１と、エンジン１の回転軸に直結したモータ２と、エンジン１の運転状態情報を取得する運転状態取得手段２２と、エンジン１の運転状態情報及びエンジン１の機関諸元に基づいて、エンジン１のトルクを推定するエンジントルク推定手段２３と、エンジントルク推定手段２３により推定したエンジントルクの変動を抑制するようにモータ２のトルクを制御するモータ制御手段３０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車に用いて好適の、モータによるエンジン変動抑制装置関するものである。

エンジン（内燃機関）は、爆発及び燃焼（以下、単に爆発という）によって回転トルクを発生するので、各気筒の爆発時に瞬間的に大きなトルクが発生し、この爆発と爆発との間はさまざまな抵抗による負のトルク状態となる。したがって、エンジンは、この不連続なトルク発生現象によって、この爆発の周期に応じたトルク変動が生じ、回転速度（単位時間当たりの回転数）の変動を招く。このトルク変動や回転速度の変動を抑えるために、通常は、エンジンの回転軸にフライホイールを装着して、このフライホイールによる慣性重量で変動を緩和している。

一方、エンジンとモータ（電動機）とを走行駆動源とするハイブリッド電気自動車において、エンジンの回転軸に直結されたモータをフライホイールとして利用する技術が開発されている。この技術では、モータは、通常のハイブリッドシステムとして作動する際には、減速エネルギの回生や走行駆動力の補助を行ない、フライホイールとして作動する際には、エンジンの回転等の変動を打ち消すようにトルクを発生し変動抑制制御を行なうことができる。

このように、ハイブリッド電気自動車において、モータをフライホイールとして利用することにより、フライホイールを廃止することができるので、重量低減効果が得られるほか、通常のフライホイールでは抑制しきれないレベルの変動を抑制することができるため、様々な技術に適用することができる。

例えば、特許文献１には、休筒運転状態でのエンジンの振動をモータの制振トルクにより抑制し、エンジン及びモータからなるパワープラントのエネルギ効率を向上させる技術が記載されている。この技術は、休筒運転状態のエンジンから出力されるエンジントルクの変動に対して、モータから出力される制振トルクがエンジントルクのトルク変動を打ち消すように設定して、モータによる制振トルクをフィードバック制御する。

また、特許文献２には、ハイブリッド電気自動車において、始動時と停止時におけるエンジンの振動を抑制する技術が記載されている。この技術は、エンジン停止時に、クランク角度と、クランク角加速度と、目標停止クランク角度とに基づいて、エンジンのトルク指令値を算出してエンジンを制御し、エンジンのトルク指令値と推定トルクとに基づいてモータのトルク指令値を算出してモータを制御する。

これにより、モータトルクでエンジントルク変動をキャンセルして、エンジン停止時のエンジンロール振動を低減しつつ、目標停止クランク角度に停止させて始動時のエンジンロール振動も低減する。エンジンの推定トルクは、エンジン停止時に、クランク角加速度と、１ステップ前のモータトルクとに基づいて推定する。

特開２００７−３１３９７０号公報 特開２００９−２０８７４６号公報

上述のように、ハイブリッド電気自動車の場合に、エンジンの回転軸に直結されたモータをフライホイールとして利用することによって、特許文献１，２に記載されるように様々な技術を開発することができる。

しかし、特許文献１の技術では、エンジントルクのトルク変動を知るためにエンジンの実トルクを検出するトルクセンサが必要になるものと考えられる。また、この技術では、フィードバック制御であるため、急激な状態変化に対しては遅れが生じやすい。

特許文献２の技術では、エンジントルクを、クランク角加速度（クランク角速度の変化量）から推定するため、トルクセンサは必要でないが、この技術もフィードバック制御であるため、急激な状態変化に対しては遅れが生じやすい。また、エンジン停止時における制御であり、エンジンの有負荷運転時には適用できない。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、トルクセンサを必要としないで、急激な状態変化に対しても制御の遅れが生じ難く、エンジンの有負荷運転時にも適用できるようにした、モータによるエンジン変動抑制装置を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明のモータによるエンジン変動抑制装置は、エンジンと、前記エンジンの回転軸に直結したモータと、前記エンジンの機関回転数情報を含む運転状態情報を取得する運転状態取得手段と、前記エンジンの運転状態情報及び前記エンジンの機関諸元に基づいて、前記エンジンのトルクを推定するエンジントルク推定手段と、前記エンジントルク推定手段により推定したエンジントルクの変動を抑制するように前記モータのトルクを制御するモータ制御手段と、を備えている。

特に、前記エンジントルク推定手段は、前記エンジンの着火モデルに基づいて前記エンジンへの燃料噴射に対する着火タイミングを推定する着火タイミング推定部と、前記エンジンの燃焼経過モデルに基づいて前記エンジンの筒内圧力の変化を推定する圧力変化推定部と、前記着火タイミング推定部により推定された前記着火タイミングと前記圧力変化推定部により推定された前記筒内圧力変化と前記運転状態取得手段により取得された前記エンジンのクランク角度とから前記エンジンの筒内圧力トルクを、前記クランク角度及び前記運転状態取得手段により取得された前記機関回転数に基づくクランク角速度から前記エンジンの慣性トルクを、それぞれ制御周期毎に算出し、前記筒内圧力トルクと前記慣性トルクとから前記エンジンの総出力トルクを前記制御周期毎に算出するエンジントルク算出部と、を備えている。

また、前記モータ制御手段は、前記エンジントルク算出部により算出された前記エンジンの総出力トルクの変動量を算出するトルク変動量算出部と、前記トルク変動量算出部により算出された前記変動量に応じて前記変動量を相殺又は減少させるように前記モータに変動抑制トルクを付与するモータ制御部と、を備えている。

前記着火タイミング推定部は、下式（１）のアレニウス型表示式により示される着火遅れ時間τを求め着火タイミングを推定することが好ましい。

前記圧力変化推定部は、前記燃焼経過モデルとして、すでに燃焼した燃料の割合ｘ_Bと燃焼経過時間ｔ，燃焼継続時間ｔ_ｚ，燃焼特性指数ｍとの関係を示す下式（２）のWiebe関数を用いて前記筒内圧力の変化を推定することが好ましい。

さらに、前記エンジンは複数の気筒を備え、前記着火タイミング推定部は前記エンジンの各気筒の着火タイミングを推定し、前記圧力変化推定部は前記エンジンの各気筒の筒内圧力変化を推定し、前記エンジントルク算出部は、前記着火タイミング推定部により推定した各気筒の着火タイミングと前記圧力変化推定部により推定した各気筒の筒内圧力変化とから下式（３）により前記筒内圧力トルクＴｐを前記制御周期毎に算出する筒内圧力トルク算出部と、前記クランク角度及び前記クランク角速度から下式（４）により前記エンジンの往復運動部の慣性トルクＴｍを前記制御周期毎に算出する往復運動部慣性トルク算出部と、前記筒内圧力トルク算出部により算出された前記筒内圧力トルクと、前記往復運動部慣性トルク算出部により算出された前記往復運動部慣性トルクと、を下式（６）により加算して前記総出力トルクを前記制御周期毎に算出するエンジン総トルク算出部と、を備え、前記トルク変動量算出部は、前記エンジンの総出力トルクの直近のトルク平均値を算出するトルク平均値算出部と、前記トルク平均値算出部により算出された前記トルク平均値と、各クランク角度における前記総出力トルクとのトルク差をトルク変動量として算出するトルク差算出部と、を備えていることが好ましい。

また、前記エンジン及び前記モータは、走行用駆動源としてハイブリッド電気自動車に装備されていることが好ましい。

本発明のモータによるエンジン変動抑制装置によれば、一般に、実験結果を検証する予測のために用いられるエンジンの着火モデルや燃焼経過モデルをエンジンの運転中における着火タイミングやエンジンの筒内圧力の変化に利用して、フィードフォワード制御によってエンジンの筒内圧力トルクを推定するので、比較的高い精度で推定することができ、この筒内圧力トルクに基づいてエンジンの総出力トルクを推定して、推定したエンジントルクの変動を抑制するように前記モータのトルクを制御するため、エンジントルクの変動を確実に抑制することができる。

特に、トルクセンサを必要としないためハードウェアの追加なしで実施することができ、急激な状態変化に対しても制御の遅れが生じ難く、また、エンジンの有負荷運転時にも適用できる。

本発明の一実施形態にかかるモータによるエンジン変動抑制装置をそなえたハイブリッド電気自動車の駆動系の構成図である。 本発明の一実施形態にかかるエンジンの総出力トルク（軸トルク）の変動の推定手法を説明するブロック図である。 本発明の一実施形態にかかるエンジンの着火遅れの推定を説明するグラフである。 本発明の一実施形態にかかるエンジンの各気筒のトルクについて説明するための図である。 本発明の一実施形態にかかるエンジンの総出力トルク（軸トルク）の変動状態を例示するグラフであり、（ａ）は１つの気筒に関し、（ｂ）は全気筒に関する。

以下図面により、本発明の実施の形態について説明する。
図１〜図５は本発明の一実施形態を説明するもので、これらの図に基づいて説明する。

〔構成〕
まず、本実施形態にかかるハイブリッド電気自動車の駆動系の構成を説明する。図１に示すように、このハイブリッド電気自動車は、車両の駆動源として、エンジン（内燃機関）１と、電動機又は発電機として作動するモータ（電動発電機）２とをそなえ、これらの駆動源（エンジン１及びモータ２）の出力回転を変速して伝達する変速機４と、駆動源１，２と変速機４との間に介装されたクラッチ３と、変速機４に接続されたプロペラシャフト６，デファレンシャル７，ドライブシャフト８からなる動力伝達部材５と、動力伝達部材５を介して変速機４に接続された駆動輪９と、をそなえている。なお、エンジン１は複数の気筒（ここでは、６気筒）を備えたディーゼルエンジンとする。

モータ２の回転軸はエンジン１の回転軸（クランクシャフト）に直結されており、インバータ１０を介して電源であるバッテリ１１と接続されている。インバータ１０は、バッテリ１１の電力を用いてモータ２を電動機として作動させたり、モータ２を発電機として作動させてバッテリ１１に充電したりすることができる。また、インバータ１０は、電動機として作動させる場合の出力トルク及び発電機として作動させる場合の発電負荷トルクを微調整することができる。

このようなエンジン１を制御するために、エンジン制御手段としてのエンジンＥＣＵ２０が装備されている。また、インバータ１０を通じてモータ２を制御するために、モータ制御手段としてのモータＥＣＵ３０が装備されている。なお、各ＥＣＵ２０，３０は、メモリ（ＲＯＭ，ＲＡＭ）及びＣＰＵ等で構成されるコンピュータである。

なお、変速機４の変速時（変速段を切り替えるとき）には、クラッチ３を開放するが、ここでは、クラッチ３はクラッチアクチュエータで断接される自動クラッチとし、変速機４はギヤシフトユニットで変速段を切り替える機械式自動変速機としている。クラッチ３や変速機４を制御するＥＣＵも図示しないが装備されている。

ところで、エンジン１は、爆発及び燃焼（以下、単に爆発という）によって回転トルクを発生するので、各気筒の爆発時に瞬間的に大きなトルクが発生し、この爆発と爆発との間はさまざまな抵抗による負のトルク状態となる。したがって、エンジン１は、この不連続なトルク発生現象によって、この爆発の周期に応じたトルク変動が生じ、回転速度（単位時間当たりの回転数）の変動を招く。

本エンジン変動抑制装置は、このようなエンジン１のトルク変動や回転速度の変動を抑えるために、車両の駆動源として装備されたモータ２を利用している。特に、エンジン１の運転状態情報及びエンジン１の機関諸元に基づいて、爆発のタイミングに応じて変動するエンジン１のトルクを推定し、この推定したエンジントルクから、エンジン１のトルク変動を求めて、モータ２がエンジン１のトルク変動を抑制する或いは相殺するトルクを発生するようにモータＥＣＵ３０がモータ２を制御する。なお、エンジン１の運転状態情報は、センサにより直接検出するものと、エンジン１への指令情報として取得するものとがある。

まず、図２，図３を用いて、本エンジン変動抑制制御に必要なエンジン１の総出力トルク（軸トルク）の変動に大きく寄与する筒内圧力に応じたトルク変動の推定手法の概要について説明する。
図２，図３に示すように、エンジン１の筒内圧力に応じたトルク変動は、筒内圧力波形（クランク角に対応した筒内圧力の変化）に対応するが、筒内圧力波形を決めるものは、吸気，排気行程の圧力波形と、圧縮，膨張行程の圧力波形と、燃焼による圧力波形とに大別できる。

このうち、吸気，排気行程の圧力波形は、エンジンに固有の機関諸元（例えば、気筒数，ボア，ストローク，コンロッド長，バルブ開閉時期等）、間接運転条件（過給圧，吸気温度，吸気流量，ＥＧＲ率，排気圧，排気温度等のエンジンの各付帯要素の状態）、直接運転条件（機関回転数，燃料噴射量，燃料噴射時期，燃料噴射期間等のエンジン自体の状態）により決まる。

燃焼開始前の圧縮，および燃焼完了後の膨張行程の圧力波形は、断熱変化またはポリトロープ変化を仮定すれば、エンジンに固有の機関諸元、間接運転条件（エンジンの各付帯要素の状態）により決まる（下式を参照）。

燃焼による圧力波形は、本手法では、後述する燃焼モデルを採用して、間接運転条件（エンジンの各付帯要素の状態）、直接運転条件（エンジン自体の状態）をこの燃焼モデルに当て嵌めて、熱発生率波形（クランク角に対応した熱発生率の変化）を求め、この熱発生率波形に起因する圧力変化とピストンの運動による圧縮，膨張に起因する圧力変化との合成から求める。また、熱発生率波形の位置（どのクランク角で熱発生が開始するか）を求めるには、着火タイミング（ここでは、燃料噴射タイミングから着火するまでに遅れである着火遅れ）を用いる。

そして、これらの吸気，排気行程の圧力波形と、圧縮，膨張行程の圧力波形と、燃焼による圧力波形とを総合することにより、筒内圧力波形を求めることができ、エンジン１のトルク変動は筒内圧力と後述する往復運動部の慣性トルクに応じるので、この筒内圧力波形と慣性トルクとから、エンジン１のトルク変動を求める。

このため、本エンジン変動抑制装置は、エンジンＥＣＵ２０内の指令情報設定部（指令情報設定手段）２１により設定されるエンジン１への指令情報（例えば、燃料噴射量，燃料噴射時期，燃料噴射期間）及び各運転状態検出部（運転状態検出手段，センサ類）４０により検出されたエンジン１の運転状態情報（例えば、機関回転数，過給圧，吸気温度，吸気流量，ＥＧＲ率，排気圧，排気温度）を運転状態情報として取得する運転状態取得部（運転状態取得手段）２２と、エンジン１の運転状態情報及びエンジンの機関諸元に基づいて、エンジン１のトルクを推定するエンジントルク推定部（エンジントルク推定手段）２３と、を有している。

なお、本実施形態では、エンジンＥＣＵ２０に、運転状態取得部２２及びエンジントルク推定部２３がいずれも機能要素として備えられているが、モータを用いたエンジン変動抑制制御の観点からは、モータＥＣＵ３０に、運転状態取得部２２及びエンジントルク推定部２３を機能要素として備えてもよい。

エンジントルク推定部２３には、エンジン１の着火モデルに基づいてエンジン１への燃料噴射に対する着火タイミングを推定する着火タイミング推定部２３１と、エンジン１の燃焼経過モデルに基づいてエンジン１の筒内圧力の変化を推定する圧力変化推定部２３２と、着火タイミング推定部２３１により推定された着火タイミングと圧力変化推定部２３２により推定された筒内圧力変化とエンジン１のクランク角度とからエンジンの筒内圧力トルクを、エンジン１のクランク角度及び運転状態取得部２２により取得された機関回転数に基づくクランク角速度からエンジン１の慣性トルクを、それぞれ制御周期毎に算出し、筒内圧力トルクと慣性トルクとからエンジン１の総出力トルク（軸トルク）を制御周期毎に算出するエンジントルク算出部２３３とを、備えている。

なお、エンジントルク推定部２３により推定されたエンジン１のトルク情報は、エンジンＥＣＵ２０からモータＥＣＵ３０に送信されるようになっている。
モータＥＣＵ３０は、エンジントルク算出部２３３により算出されたエンジンの総出力トルクの変動量を算出するトルク変動量算出部３１と、トルク変動量部３１により算出された変動量に応じて変動量を相殺又は減少させるようにモータ２に変動抑制トルクを付与するモータ制御部３２とがいずれも機能要素として備えられている。

エンジン１の総出力トルクを推定する場合、まず、重要になるのが着火タイミングである。例えば、ディーゼルエンジンの場合、燃料噴射を行なうとこれに対応して燃料が着火し、火花点火式エンジンの場合、点火プラグを作動させるとこれに対応して燃料が着火するが、燃料噴射の開始タイミングから或いは点火プラグの作動からどのような遅れをもって燃料が着火するかを実測することは困難である。しかし、この燃料の着火タイミングを特定できなければ、着火後の爆発，燃焼によるエンジン１のトルク変動をクランク角度に対応させて適切に把握することができない。

燃料が着火した後の爆発，燃焼によるエンジン１のトルク変動も実機においてリアルタイミングで実測することは困難である。
そこで、本装置は、エンジンの研究開発に関するエンジンの燃焼シミュレーション等に利用される燃焼モデルに着目して、かかる燃焼モデルを利用して、燃料が着火するタイミングと、その後の爆発，燃焼によるエンジン１のトルク変動（筒内圧力トルクの変動）とを、エンジン１のクランク角度に対応させて推定している。

本実施形態では、燃料が着火するタイミングに関する燃焼モデル、即ち、着火モデルに、Livengood - Wu積分を利用している。Livengood-Wu積分は実験結果を検証する予測のために用いられるが、比較的簡便であり、しかも、実際の現象と必ずしも同じではないものの、これを用いた着火タイミングの予測と実験結果とは比較的よく一致することが知られている。このLivengood-Wu積分は、下式（１）のアレニウス型表示式により表し、圧縮行程における筒内への燃料噴射率に応じた燃料濃度がある臨界値に達したら着火するとした極めてシンプルなものである。

また、本実施形態では、燃焼経過を示す燃焼モデルに、Wiebe関数を利用している。Wiebe関数は、通常は実験で得られた熱発生率の形を近似曲線に当て嵌めて特性を表現する、即ち、実験結果を検証する予測のために用いられる実験式である。Wiebe関数に用いられるパラメータは燃焼過程における物理，化学現象とは直接関係がなく、エンジンの運転状態から直接リアルタイムで燃焼経過を推定するものではない。しかし、下式（２）に示すように、パラメータがｍのみであるため取り扱いが非常に簡単である。

そこで、本実施形態では、想定される各境界条件に対して、予め実験によりパラメータｍをそれぞれ設定し、これをマップとして用意して、エンジンＥＣＵ２０に記憶させている。これにより、実際の運転状況に応じた境界条件における燃焼経過を示す波形を瞬時に得ることができる。

ここで、エンジンＥＣＵ２０のエンジントルク推定部２３に備えられる、着火タイミング推定部２３１，圧力変化推定部２３２，エンジントルク算出部２３３について更に説明する。

まず、着火タイミング推定部２３１は、前記のように着火モデルとしてLivengood-Wu積分を用いて下式（１）のアレニウス型表示式により示される着火遅れ時間τを求め着火タイミングを推定する。エンジン１は複数の気筒を有しているので、着火タイミング推定部２３１は、各気筒の着火タイミングを推定する。

式（１）に示すように、反応速度W_reactionは、着火誘導期間τに温度Ｔ，圧力Ｐの元で物質Ｘが生成される平均反応速度（1/τ）_P,Tに相当する。式（１）において、反応次数ｎ，活性化エネルギＥはエンジン固有の値として決めることができる。振動数因子Ａはエンジンの運転状態に応じて決まる。そこで、予め実験を行なってエンジンの運転状態毎に振動数因子Ａを設定しておけば、取得されるエンジンの運転状態から振動数因子Ａを決定することができる。

また、圧力変化推定部２３２は、燃焼経過モデルとして、すでに燃焼した燃料の割合ｘ_Ｂと燃焼経過時間ｔ，燃焼継続時間ｔ_ｚ，燃焼特性指数ｍとの関係を示す下式（２）のWiebe関数を用いて筒内圧力の変化を推定する。エンジン１は複数の気筒を有しているので、圧力変化推定部２３２は、各気筒の筒内圧力変化を推定する。

つまり、すでに燃焼した燃料の割合ｘ_Ｂに対応して熱発生率（熱発生速度或いは燃焼速度）が求まり、筒内圧力は熱発生率の応じて求めることができる。
Wiebe関数では、燃焼特性指数ｍが決まれば割合ｘ_Ｂが決まる。そこで、予め実験を行なってエンジンの運転状態毎に燃焼特性指数ｍを設定しておけば、取得されるエンジンの運転状態から燃焼特性指数ｍを決定することができる。

エンジントルク算出部２３３は、着火タイミング推定部２３１により推定した各気筒の着火タイミングと圧力変化推定部２３２により推定した各気筒の筒内圧力変化とから下式（３）により筒内圧力トルクＴｐを制御周期毎に算出する筒内圧力トルク算出部２３３ａと、クランク角度及びクランク角速度から下式（４）によりエンジン１の往復運動部の慣性トルクＴｍを制御周期毎に算出する慣性トルク算出部（往復運動部慣性トルク算出部）２３３ｂと、筒内圧力トルク算出部２３３ａにより算出された筒内圧力トルクＴｐと、往復運動部慣性トルク算出部２３３ｂにより算出された往復運動部慣性トルクＴｍとを、下式（６）に示すように加算して総出力トルク（軸トルク）Ｔｒｑを制御周期毎に算出するエンジン総トルク算出部２３３ｃと、を備えている。

なお、エンジン１の慣性トルクには、下式（５）により算出できる回転運動部慣性トルクＴｒがあるが、回転運動部慣性トルクＴｒは、爆発に応じたエンジン１のトルク変動への影響は少ないので、エンジン総トルク算出部２３３ｃでは、回転運動部慣性トルクＴｒまでは考慮しない。なお、図４は、各クランク角における筒内圧力ｐ，シリンダ直径Ｄ，クランク半径ｒ，コンロッド長さＬ，クランク位置角度θ，往復運動部慣性質量Ｍ_w，回転運動部慣性質量Ｍ_R，回転角速度ωの各パラメータについて図示している。

トルク変動量算出部３１は、エンジン１の総出力トルクＴｒｑの直近のトルク平均値（移動平均）を算出するトルク平均値算出部３１ａと、トルク平均値算出部３１ａにより算出されたトルク平均値と、各クランク角度における総出力トルクとのトルク差をトルク変動量として算出するトルク差算出部３１ｂと、を備えている。

トルク変動を求めるには、基準となるトルク値が必要であり、トルク平均値算出部３１ａでは、この基準となるトルク値として直近のトルク平均値を求めている。直近のとは、現時点から例えばクランク角３６０度前の時点までとすることができるが、制御周期が短ければより短いクランク角期間をベースにトルク平均値を求めてもよく、また、制御周期が長ければより長いクランク角期間をベースにトルク平均値を求めてればよい。

〔作用及び効果〕
本発明の一実施形態にかかるモータによるエンジン変動抑制装置は、上述のように構成されるので、エンジン１が作動すると、指令情報設定部２１により設定されたエンジン１への指令情報（燃料噴射量，燃料噴射時期，燃料噴射期間等）と、運転状態取得部２２により取得されたエンジン１の運転状態情報（機関回転数，過給圧，吸気温度，吸気流量，ＥＧＲ率，排気圧，排気温度等）と、エンジン１の機関諸元に基づいて、エンジントルク推定部２３がエンジン１の総出力トルク（軸トルク）Ｔｒｑを推定する。

つまり、まず、着火タイミング推定部２３１が、Livengood-Wu積分を用いて式（１）のアレニウス型表示式により示される着火遅れ時間τを求め各気筒の着火タイミングを推定する。
これにより、エンジン１の着火タイミングを比較的高い精度で推定することができ、この着火タイミングに基づけば、筒内圧力トルクをクランク角度に対応して適正に推定することができる。

そして、圧力変化推定部２３２が、式（２）のWiebe関数を用いて各気筒の筒内圧力ｐの変化を推定する。
これにより、比較的シンプルに、エンジン１の筒内圧力の変化を高い精度で推定することができ、この筒内圧力の変化に基づけば、筒内圧力トルク変化を適正に推定することができる。

そして、エンジントルク算出部２３３が、筒内圧力トルク算出部２３３ａにおいて、着火タイミング推定部２３１により推定した各気筒の着火タイミングと圧力変化推定部２３２により推定した各気筒の筒内圧力変化とから式（３）により筒内圧力トルクＴｐを制御周期毎に算出し、慣性トルク算出部２３３ｂにおいて、クランク角度及びクランク角速度から式（４）によりエンジン１の往復運動部の慣性トルクＴｍを制御周期毎に算出する。これにより、エンジンの筒内圧力トルクＴｐ，往復運動部の慣性トルクＴｍを容易にかつ高い精度で算出することができる。

そして、エンジン総トルク算出部２３３ｃにおいて、算出された筒内圧力トルクＴｐと、往復運動部慣性トルクＴｍとを、式（６）により加算して総出力トルク（軸トルク）Ｔｒｑを制御周期毎に算出する。
これにより、総出力トルクＴｒｑを容易にかつ高い精度で算出することができる。

各気筒の筒内圧力ｐ，筒内圧力トルクＴｐ，往復運動部慣性トルクＴｍ，及びこれら筒内圧力トルクＴｐ，往復運動部慣性トルクＴｍの合成トルク（Ｔｐ＋Ｔｍ）は、例えば図５（ａ）に示すように変化する。
エンジン総トルク算出部２３３ｃにより、算出される各気筒の合成トルク（Ｔｐ＋Ｔｍ）は、例えば図５（ｂ）に一点鎖線の太線，破線の太線，二点鎖線の太線，一点鎖線の細線，破線の細線，二点鎖線の細線でそれぞれ示すように変化し、これらを加算した総出力トルク（軸トルク）Ｔｒｑは実線で示すように変化する。

モータＥＣＵ３０のトルク変動量算出部３１では、トルク平均値算出部３１ａにおいて、エンジン１の総出力トルクＴｒｑの直近（例えばクランク角３６０度）のトルク平均値（移動平均）Ｔｒｑａｖを算出し、トルク差算出部３１ｂにおいて、算出されたトルク平均値Ｔｒｑａｖと、各クランク角度における総出力トルクＴｒｑとのトルク差をトルク変動量Ｔｃｈ（＝Ｔｒｑ−Ｔｒｑａｖ）として算出する。

モータＥＣＵ３０のモータ制御部３２では、このトルク変動量Ｔｃｈに応じて変動量Ｔｃｈを相殺又は減少させるようにモータ２により変動抑制トルクを付与する。具体的には、変動量Ｔｃｈと逆のトルクである変動抑制トルクＴｒｅ（＝−Ｔｃｈ）をすべてモータ２により付与可能であれば変動抑制トルクＴｒｅを付与させ、変動抑制トルクＴｒｅ（＝−Ｔｃｈ）をすべてモータ２により付与不可能であればこれに最も近いトルクを付与させる。

このようにして、一般に、実験結果を検証する予測のために用いられるエンジン１の着火モデルや燃焼経過モデルの中でも、小さい計算負荷で比較的精度の高いモデルを、エンジン１の運転中における着火タイミングやエンジン１の筒内圧力の変化に利用するフィードフォワード制御によってエンジン１の筒内圧力トルクを推定するので、比較的高い精度で筒内圧力トルクを推定することができ、この筒内圧力トルクに基づいてエンジンの総出力トルクＴｒｑを推定して、推定したエンジントルクＴｒｑの変動を抑制するようにモータ２のトルクを制御するため、エンジントルクの変動を確実に抑制することができる。

特に、トルクセンサを必要としないためハードウェアの追加なしで実施することができ、急激な状態変化に対しても制御の遅れが生じ難く、また、エンジンの有負荷運転時にも適用できる。

また、本装置は、以下の各技術に適用することができる。
・アイドリングストップ等のエンジン停止及び再始動時の振動抑制。
・休筒制御における休筒による振動抑制。
・超低速アイドリング（フライホイールでは実現不可能なレベルの超低速アイドを行なうアイドリング制御。

これらの制御への適用により、アイドリングストップ等のエンジン停止及び再始動時や休筒制御時の車両振動を抑制し静粛性を高めることができ、フライホイールでは通常は抑制が困難である超低速アイドリング時の振動についても抑制することができる。

〔その他〕
以上本発明の実施の形態を説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲でかかる実施形態を適宜変形して実施することができる。
例えば、上記実施形態では６気筒ディーゼルエンジンを例示したが、本発明は火花点火式エンジンにも適用でき、また、気筒数も限定されない。

さらに、上記実施形態では、着火タイミングを推定するに着火モデルとしてLivengood-Wu積分を用いて式（１）のアレニウス型表示式により示される着火遅れ時間τを適用したが、これに限定されるものではなく、他の種々の着火モデルを適用しうる。例えば、マルチゾーン噴霧モデルと素反応計算モデルを組み合われば、計算負荷は高くなるが、より高精度な着火予測が期待できる。

また、上記実施形態では、燃焼経過モデルとしてWiebe関数を用いて筒内圧力の変化を推定する着火タイミングを推定しているが、これに限定されるものではなく、例えば広安の式など他の種々の燃焼経過モデルを適用しうる。

上記実施形態では、エンジン及びモータは、走行用駆動源としてハイブリッド電気自動車に装備されているものを例示したが、本発明はハイブリッド電気自動車のエンジンのみならず、エンジンに広く適用することができ、モータも走行用駆動源のものに限らず適用することができる。

１ 車両の駆動源としてのエンジン（内燃機関）
２ 車両の駆動源としてのモータ（電動発電機）
３ クラッチ
４ 変速機
５ 動力伝達部材
９ 駆動輪
１０ インバータ
１１ バッテリ
２０ エンジン制御手段としてのエンジンＥＣＵ
２１ 指令情報設定部（指令情報設定手段）
２２ 運転状態取得部（運転状態取得手段）
２３ エンジントルク推定部（エンジントルク推定手段）
２３１ 着火タイミング推定部
２３２ 圧力変化推定部
２３３ エンジントルク算出部
２３３ａ 筒内圧力トルク算出部
２３３ｂ 往復運動部慣性トルク算出部
２３３ｃ エンジン総トルク算出部
３０ モータ制御手段としてのモータＥＣＵ
３１ トルク変動量算出部
３１ａ トルク平均値算出部
３１ｂ トルク差算出部
３２ モータ制御部
４０ 運転状態検出部（運転状態検出手段）

Claims (5)

1. エンジンと、
   前記エンジンの回転軸に直結したモータと、
   前記エンジンの機関回転数情報を含む運転状態情報を取得する運転状態取得手段と、
   前記エンジンの運転状態情報及び前記エンジンの機関諸元に基づいて、前記エンジンのトルクを推定するエンジントルク推定手段と、
   前記エンジントルク推定手段により推定したエンジントルクの変動を抑制するように前記モータのトルクを制御するモータ制御手段と、を備え、
   前記エンジントルク推定手段は、
   前記エンジンの着火モデルに基づいて前記エンジンへの燃料噴射に対する着火タイミングを推定する着火タイミング推定部と、
   前記エンジンの燃焼経過モデルに基づいて前記エンジンの筒内圧力の変化を推定する圧力変化推定部と、
   前記着火タイミング推定部により推定された前記着火タイミングと前記圧力変化推定部により推定された前記筒内圧力変化と前記運転状態取得手段により取得された前記エンジンのクランク角度とから前記エンジンの筒内圧力トルクを、前記クランク角度及び前記運転状態取得手段により取得された前記機関回転数に基づくクランク角速度から前記エンジンの慣性トルクを、それぞれ制御周期毎に算出し、前記筒内圧力トルクと前記慣性トルクとから前記エンジンの総出力トルクを前記制御周期毎に算出するエンジントルク算出部と、を備え、
   前記モータ制御手段は、
   前記エンジントルク算出部により算出された前記エンジンの総出力トルクの変動量を算出するトルク変動量算出部と、
   前記トルク変動量算出部により算出された前記変動量に応じて前記変動量を相殺又は減少させるように前記モータに変動抑制トルクを付与するモータ制御部と、を備えている
   ことを特徴とする、モータによるエンジン変動抑制装置。
2. 前記着火タイミング推定部は、下式（１）のアレニウス型表示式により示される着火遅れ時間τを求め着火タイミングを推定する
   ことを特徴とする、請求項１記載のモータによるエンジン変動抑制装置。
   

   
3. 前記圧力変化推定部は、前記燃焼経過モデルとして、すでに燃焼した燃料の割合 x_Bと燃焼経過時間t，燃焼継続時間t_z，燃焼特性指数mとの関係を示す下式（２）のWiebe関数を用いて前記筒内圧力の変化を推定する
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載のモータによるエンジン変動抑制装置。
   

   
4. 前記エンジンは複数の気筒を備え、
   前記着火タイミング推定部は前記エンジンの各気筒の着火タイミングを推定し、
   前記圧力変化推定部は前記エンジンの各気筒の筒内圧力変化を推定し、
   前記エンジントルク算出部は、
   前記着火タイミング推定部により推定した各気筒の着火タイミングと前記圧力変化推定部により推定した各気筒の筒内圧力変化とから下式（３）により前記筒内圧力トルクＴｐを前記制御周期毎に算出する筒内圧力トルク算出部と、
   前記クランク角度及び前記クランク角速度から下式（４）により前記エンジンの往復運動部の慣性トルクＴｍを前記制御周期毎に算出する往復運動部慣性トルク算出部と、
   前記筒内圧力トルク算出部により算出された前記筒内圧力トルクと、前記往復運動部慣性トルク算出部により算出された前記往復運動部慣性トルクと、を下式（６）により加算して前記総出力トルクを前記制御周期毎に算出するエンジン総トルク算出部と、を備え、
   前記トルク変動量算出部は、
   前記エンジンの総出力トルクの直近のトルク平均値を算出するトルク平均値算出部と、
   前記トルク平均値算出部により算出された前記トルク平均値と、各クランク角度における前記総出力トルクとのトルク差をトルク変動量として算出するトルク差算出部と、を備えている
   ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のモータによるエンジン変動抑制装置。
   

   
5. 前記エンジン及び前記モータは、走行用駆動源としてハイブリッド電気自動車に装備されている
   ことを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のモータによるエンジン変動抑制装置。

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