JP2014113954A

JP2014113954A - ハイブリッド車両の制御装置

Info

Publication number: JP2014113954A
Application number: JP2012270543A
Authority: JP
Inventors: Yasutake Morita; 泰毅森田; Yoshihito Sugano; 善仁菅野; Takeo Kinoshita; 剛生木下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-12-11
Filing date: 2012-12-11
Publication date: 2014-06-26

Abstract

【課題】リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切り替え時に生じるトルクショックを抑制できるハイブリッド車両の制御装置を提供する。
【解決手段】本発明の制御装置は、加速要求に基づいて内燃機関の動作点がリーン燃焼領域からリーン燃焼領域とストイキ燃焼領域との境界Ｂｄを横切った後にストイキ燃焼モードに切り替わることを予測し（Ｓ１４）、このような切り替わりを予測した場合には（Ｓ１４）、内燃機関の動作点が境界Ｂｄに相当するエンジントルクよりも低いエンジントルクに位置する状態で、エンジン回転数の時間変化率が高い状態から低い状態へ変更された時に（Ｓ１６）、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える（Ｓ１７）。
【選択図】図１２

Description

本発明は、リーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切り替え可能な内燃機関を備えたハイブリッド車両に適用される制御装置に関する。

リーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとを切り替え可能な内燃機関と、第１モータ・ジェネレータと、第２モータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド車両に適用され、燃焼モードの切り替え時に内燃機関の出力と第２モータ・ジェネレータの出力との和が一定となるように、内燃機関の出力の増減に合わせて第２モータ・ジェネレータの出力を増減させる制御装置が知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２００８−６８８０２号公報特開２００５−１６３６６７号公報特開２００８−２８１０８９号公報特許第４３０４３９９号公報

特許文献１の制御装置は、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードに切り替える際には内燃機関の出力変動が生じる。このような場合に、第２モータ・ジェネレータの回生制御によって出力変動を調整しようとしても、例えばバッテリの充電率が高く充電制限がある場合などでは回生制御で出力変動を十分に抑えることができずにトルクショックを生じるおそれがある。

そこで、本発明は、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切り替え時に生じるトルクショックを抑制できる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。

本発明のハイブリッド車両の制御装置は、リーン燃焼を行うリーン燃焼モードとストイキ燃焼を行うストイキ燃焼モードとの間で運転モードを切り替え可能な内燃機関と、モータ・ジェネレータとを走行用動力源として備えたハイブリッド車両に適用され、前記リーン燃焼モードを実施すべきリーン燃焼領域と、前記ストイキ燃焼モードを実施すべきストイキ燃焼領域とが設定されており、前記内燃機関の動作点が前記リーン燃焼領域に属する場合は前記リーン燃焼モードを、前記内燃機関の動作点が前記ストイキ燃焼領域に属する場合は前記ストイキ運転モードを前記内燃機関に対してそれぞれ実行させるハイブリッド車両の制御装置において、加速要求に基づいて前記内燃機関の動作点が前記リーン燃焼領域から前記リーン燃焼領域と前記ストイキ燃焼領域との境界を横切った後に前記ストイキ燃焼モードに切り替わることを予測する予測手段と、前記予測手段が前記ストイキ燃焼モードに切り替わることを予測した場合、前記内燃機関の動作点が前記境界に相当するエンジントルクよりも低いエンジントルクに位置する状態で、前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御する切替制御手段と、を備えるものである（請求項１）。

内燃機関の運転モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替える際には吸入空気量と燃料噴射量とをそれぞれ変更することによってリーン燃焼時の空燃比からストイキ燃焼時の空燃比へ変更する。空燃比の変更はエミッションの制限に対応するため可能な限り短時間に実施することが望ましい。吸入空気量の変更には時間的な遅れを生じるため、始めに燃料噴射量の増量を行ってから徐々に燃料噴射量を減少させることにより短時間に空燃比を変更する。空燃比の変更に伴う燃料噴射量の増量により一時的に内燃機関の出力が増加する。内燃機関の出力が増加した場合、その増加分をモータ・ジェネレータの発電により吸収することが可能であるが、モータ・ジェネレータに許容される発電量には限界がある。本発明の制御装置によれば、加速要求に基づいて内燃機関の動作点がリーン燃焼領域からリーン燃焼領域とストイキ燃焼領域との境界を横切った後にストイキ燃焼モードに切り替わることを予測した場合に内燃機関の動作点が境界に相当するエンジントルクよりも低いエンジントルクに位置する状態で内燃機関の運転モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替えられる。これにより、運転モードの切り替えに伴って内燃機関の出力が増加しても、その増加の起点がリーン燃焼領域とストイキ燃焼領域との境界位置よりも低トルク側にあるので、モータ・ジェネレータで吸収すべき出力が減る。そのため、モータ・ジェネレータで吸収可能な限界を超えることを要因としたトルクショックを抑制できる。

本発明の制御装置の一態様においては、前記加速要求に基づいて前記内燃機関のエンジン回転数の目標値を設定するとともに、エンジン回転数が前記目標値に至るまでの過程でエンジン回転数の時間変化率が高い状態から低い状態へ変化するように前記内燃機関を制御するエンジン制御手段を更に備え、前記切替制御手段は、前記エンジン制御手段によって前記時間変化率が変化した時に前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御してもよい（請求項２）。この態様によれば、エンジン回転数が加速要求に基づいて設定された目標値に到達するまでの間に、エンジン回転数の時間変化率が高い状態から低い状態に切り替えられる。そのため、エンジン回転数の時間変化率が高い状態に制御されることで、加速要求に対するレスポンスが高まる。したがって、加速要求に対するレスポンスの向上とトルクショックの抑制とを両立できる。また、エンジン回転数の時間変化率が高い状態から低い状態へ切り替わるタイミングと、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ運転モードが切り替わるタイミングとが一致するので、トルクショックが生じ得る機会が一度で済む。したがって、これらが別々のタイミングに現れてその都度トルクショックが生じ得る場合と比較してドライバビリティが向上する。

上記態様において、前記ハイブリッド車両は、前記内燃機関及び前記モータ・ジェネレータのトルクが伝達される出力部と、前記出力部と駆動輪との間の動力伝達経路に設けられ、前記出力部側と前記駆動輪側との速度比を変更可能な自動変速機と、前記エンジン制御手段は、前記自動変速機の前記速度比を変更することにより前記時間変化率を変更し、前記切替制御手段は、前記自動変速機の前記速度比が変更されたことを検知した時に前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御してもよい（請求項３）。この場合には、自動変速機の速度比の変更と同期するように内燃機関の運転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替えることができる。変速比が変更されるタイミングと、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ運転モードが切り替わるタイミングとが一致するので、トルクショックが生じ得る機会が一度で済む。したがって、これらが別々のタイミングに現れてその都度トルクショックが生じ得る場合と比較してドライバビリティが向上する。

本発明の制御装置の一態様として、前記ハイブリッド車両は、前記モータ・ジェネレータが発電する電力を充電可能な充電装置を更に備え、前記切替制御手段は、前記充電装置の充電量が所定値よりも高い場合に限り、前記内燃機関の動作点が前記境界に相当するエンジントルクよりも低いエンジントルクに位置する状態で、前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御してもよい（請求項４）。この態様によれば、充電装置の充電量が所定値よりも高く、モータ・ジェネレータの発電により吸収できるパワーに余裕のない場合に限って上記運転モードの切り替えを実施できる。早めにリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替えると燃料噴射量の増大に伴って燃費が悪化するおそれがある。この態様によれば、充電装置の充電量が所定値よりも高くてトルク吸収が十分に行えない場合に限って上記運転モードの切り替えが実施されるので、燃費悪化を抑えつつトルクショックも抑えることができる。

なお、本発明の制御装置において、ストイキ燃焼とは、理論空燃比と厳密に一致する空燃比を目標とした燃焼のみならず、理論空燃比の近辺の空燃比を目標とした燃焼も含む。また、リーン燃焼とはストイキ燃焼で目標とする空燃比よりも大きな値、つまりリーン側の空燃比を目標とする燃焼である。

以上説明したように、本発明の制御装置によれば、運転モードの切り替えに伴って内燃機関の出力が増加しても、その増加の起点がリーン燃焼領域とストイキ燃焼領域との境界位置よりも低トルク側にあるので、モータ・ジェネレータで吸収すべき出力が減る。そのため、モータ・ジェネレータで吸収可能な限界を超えることを要因としたトルクショックを抑制できる。

本発明の一形態に係る制御装置が適用されたハイブリッド車両の全体構成を示した図。リーン燃焼領域とストイキ燃焼領域とを示した説明図。加速要求があった場合のエンジンパワーの時間的変化を示した図。加速要求があった場合のエンジン回転数の時間的変化を示した図。加速要求があった場合のエンジントルクの時間的変化を示した図。加速要求があった場合の内燃機関の動作点の変化を示した図。リーン燃焼領域とストイキ燃焼領域との境界でリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替えた場合の内燃機関の動作点の変化を示した図。リーン燃焼領域とストイキ燃焼領域との境界でリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替えた場合のバッテリパワーの時間的変化を示した図。エンジン回転数の時間変化率が変わった時にリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替えた場合の内燃機関の動作点の変化を示した図。エンジン回転数の時間変化率が変わった時にリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替えた場合のバッテリパワーの時間的変化を示した図。加速要求時に実施するエンジン制御の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。本発明の一形態に係る制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１に示すように、車両１は複数の動力源を組み合わせたハイブリッド車両として構成されている。車両１は、内燃機関３と、２つのモータ・ジェネレータ４、５とを走行用の動力源として備えている。内燃機関３は４つの気筒１０を備えた直列４気筒型の内燃機関として構成されている。内燃機関３は、理論空燃比又はその近辺の空燃比を目標とするストイキ燃焼と、ストイキ燃焼の空燃比の目標よりもリーン側に設定された空燃比を目標とするリーン燃焼との間で運転モードを切り替えることができる。

内燃機関３と第１モータ・ジェネレータ４とは動力分割機構６に連結されている。第１モータ・ジェネレータ４はステータ４ａとロータ４ｂとを有する。第１モータ・ジェネレータ４は動力分割機構６にて分配された内燃機関３の動力を受けて発電する発電機として機能するとともに、交流電力にて駆動される電動機としても機能する。同様に、第２モータ・ジェネレータ５はステータ５ａとロータ５ｂとを有し、電動機及び発電機としてそれぞれ機能する。各モータ・ジェネレータ４、５はモータ用制御装置１５を介してバッテリ１６に接続される。モータ用制御装置１５は各モータ・ジェネレータ４、５が発電した電力を直流変換してバッテリ１６に蓄電するとともにバッテリ１６の電力を交流変換して各モータ・ジェネレータ４、５に供給する。第２モータ・ジェネレータ５は本発明に係るモータ・ジェネレータに相当する。なお、バッテリ１６とともに、又はその代わりにキャパシタ（不図示）を設け、バッテリ１６やキャパシタを充電装置として機能させることもできる。

動力分割機構６はシングルピニオン型の遊星歯車機構として構成されている。動力分割機構６は、外歯歯車のサンギアＳと、サンギアＳと同軸に配置された内歯歯車のリングギアＲと、これらのギアＳ、Ｒに噛み合うピニオンＰを自転及び公転可能に保持するプラネタリキャリアＣとを有している。内燃機関３が出力するエンジントルクは動力分割機構６のプラネタリキャリアＣに伝達される。第１モータ・ジェネレータ４のロータ４ｂは動力分割機構６のサンギアＳに連結されている。動力分割機構６からリングギアＲを介して出力されたトルクは出力部としての出力ギア列２０に伝達される。出力ギア列２０は動力分割機構６のリングギアＲと一体回転する出力ドライブギア２１と、出力ドライブギア２１に噛み合う出力ドリブンギア２２とを含む。出力ドリブンギア２２には、第２モータ・ジェネレータ５がギア２３を介して連結されている。ギア２３は第２モータ・ジェネレータ５のロータ５ｂと一体回転する。

出力ギア列２０と駆動輪１８との間の動力伝達経路には自動変速機２５が設けられている。構造の詳細について説明を省略するが、自動変速機２５は周知の遊星歯車機構と油圧で操作される各種のブレーキやクラッチ等の係合要素とを含んでいる。自動変速機２５は出力ギア列２０側と駆動輪１８側との速度比を二段階で変更できる。自動変速機２５には現在の変速比に対応した信号を出力するセンサ２６が設けられている。自動変速機２５から出力されたトルクは差動装置２７を介して左右の駆動輪１８に分配される。

車両１の各部の制御は電子制御装置（ＥＣＵ）３０にて制御される。ＥＣＵ３０は内燃機関３、各モータ・ジェネレータ４、５及び自動変速機２５等に対して各種の制御を行う。ＥＣＵ３０には車両１の各種の情報が入力される。例えば、ＥＣＵ３０には、各モータ・ジェネレータ４、５の回転数及びトルクがモータ用制御装置１５を介して入力される。また、ＥＣＵ３０には、アクセルペダル３１の踏み込み量に対応する信号を出力するアクセル開度センサ３２の出力信号と、車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ３３の出力信号とがそれぞれ入力される。ＥＣＵ３０は、アクセル開度センサ３２の出力信号と車速センサ３３の出力信号とを参照して運転者が要求する要求駆動力を計算し、その要求駆動力に対するシステム効率が最適となるように各種のモードを切り替えながら車両１を制御する。例えば、内燃機関３の熱効率が低下する低負荷領域では内燃機関３の燃焼を停止して第２モータ・ジェネレータ５を駆動するＥＶモードが選択される。また、内燃機関３だけではトルクが不足する場合は、内燃機関３とともに第２モータ・ジェネレータ５を走行用駆動源とするハイブリッドモードが選択される。ハイブリッドモードを選択した場合、ＥＣＵ３０は要求駆動力に応じて運転モードをリーン燃焼モードとストイキ燃焼モードとの間で切り替える。

図２に示したように、横軸がエンジン回転数として、縦軸がエンジントルクとして定義された平面にはリーン燃焼領域ＡＬとストイキ燃焼領域ＡＳとがそれぞれ設定されている。リーン燃焼領域ＡＬは内燃機関３がリーン燃焼モードを実行すべき領域として、ストイキ燃焼領域ＡＳは内燃機関３がストイキ燃焼モードを実行すべき領域としてそれぞれ設定されている。リーン燃焼領域ＡＬは低回転低トルク側に形成され、ストイキ燃焼領域ＡＳは、リーン燃焼領域ＡＬの外側に形成されている。これらの領域ＡＬ、ＡＳは内燃機関３の熱効率を考慮し実機を用いた試験結果に基づいて設定されている。

車両１がハイブリッドモードで定常運転している場合、ＥＣＵ３０は内燃機関３の熱効率ができるだけ高く維持されるように内燃機関３の動作点を移動させる。車両１に対する要求駆動力（要求パワー）を内燃機関３の出力だけでは賄えない場合、要求駆動力の不足分は第２モータ・ジェネレータ５の出力で補われる。図２に示すように、車両１の定常運転時に内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＬ内のａ点からストイキ燃焼領域ＡＳ内のｂ点に等パワーラインＬに沿って移動した場合、ＥＣＵ３０は内燃機関３の動作点がこれらの領域ＡＬ、ＡＳの境界Ｂｄを横切るｃ点で内燃機関３の運転モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替える。

一般に、リーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへの切り替えは吸入空気量の応答遅れを考慮して燃料噴射量の一時的な増量によって短時間に実施される。吸入空気量の応答遅れが生じている期間には、燃料増量によってリーン燃焼の目標空燃比（例：２２．１）から、ストイキ燃焼の目標空燃比（例：１４．７）に切り替える必要がある。したがって、燃料噴射量は空燃比の変更前後で、２２．１／１４．７≒１．５倍となる。つまり、空燃比の変更で約５０％の燃料増量が実施される。それにより、内燃機関３の出力トルクも約５０％増加する。

車両１がリーン燃焼モードで定常運転している状態から所定レベルを超えた加速要求がなされ、その加速要求を満足するために内燃機関３の動作点をリーン燃焼領域ＡＬから境界Ｂｄを横切ってストイキ燃焼領域ＡＳへ変化させること、つまり加速要求に基づいて内燃機関３の動作点が境界Ｂｄを横切った後にストイキ燃焼モードへ切り替わることが予測された場合、ＥＣＵ３０は上述した定常運転時とは異なる方法で内燃機関３の運転モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへと切り替える。本形態はこうした加速要求に伴う加速過渡時に実施する制御に特徴を有している。

例えば、図３〜図５に示したように、時刻ｔａで加速要求があるとその加速要求を満足させる目標に到達する時刻ｔｃまでの間で、エンジンパワー、エンジン回転数及びエンジントルクが図示の通りに変化する。図４に示すように、ＥＣＵ３０は時刻ｔａから時刻ｔｂまでの短時間にＡ点からＢ点までエンジン回転数を上昇させる。エンジン回転数が十分に高くなるまでは内燃機関３の出力の一部はエンジン回転数を上昇させるためのイナーシャトルクとして消費され、車両駆動力として供される分が低下するので、加速要求に対する加速レスポンスが悪化するためである。そこで、図４及び図５に示したようにエンジン回転数が上昇する初期期間ではエンジントルクを大きく増加させることで、内燃機関３の出力の一部がイナーシャトルクに消費されても、車両駆動力が極端に低下しないようにし加速要求に対する加速レスポンスの悪化を抑えることができる。エンジン回転数がある程度上昇するとＥＣＵ３０は時刻ｔｂでエンジン回転数の時間変化率を高い状態から低い状態へ変更する。この時間変化率の変更はＥＣＵ３０が自動変速機２５の変速比を高速側へ変化させることにより実施される。時間変化率の変更により、時刻ｔｂ以降はエンジン回転数及びエンジントルクがＢ点からＣ点まで緩やかに上昇し時刻ｔｃで目標に到達する。

内燃機関３の動作点は図６のように変化し、Ｂ点からＣ点に至る過程で動作点がリーン燃焼領域ＡＬとストイキ燃焼領域ＡＳとの境界Ｂｄを横切る。なお、図６及び図７の各点を通る破線の曲線Ｌａ〜Ｌｃは等パワーラインである。本形態の制御は、定常運転時のように内燃機関３の動作点が境界Ｂｄを横切るＤ点で運転モードを切り替えずに、エンジン回転数の時間変化率が切り替わるＢ点で運転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替える。仮に、図７に示すようにＤ点で運転モードを切り替えると、その切り替え制御に伴う燃料増量により内燃機関３の動作点はＤ点に留まらずにＤ′点まで上昇する。これにより、ハッチングで示した面積相当のパワーが過剰になる。この過剰なパワーは、第２モータ・ジェネレータ５が発電し、その電力をバッテリ１６に充電する回制御により幾らかは吸収できる。しかしながら、図８に示すように、Ｄ′点においてバッテリ１６の充電限界を超えてしまう場合がある。この場合は第２モータ・ジェネレータ５による回生制御で過剰なパワーを全部吸収できない。吸収できなかったパワーは駆動輪１８から出力されてトルクショックが発生するおそれがある。

図９に示すように、Ｂ点で運転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替えると、燃料増量によるエンジントルクの上昇の起点がＤ点（図７）よりも低トルク側になるため、ハッチングで示した過剰なパワーの量が図７の場合よりも少ない。そのため、図１０に示すように、過剰なパワーの量が少なくなり、第２モータ・ジェネレータ５による発電量も少なくなるので充電限界を超え難くなる。したがって、トルクショックを抑制することが可能となる。また、バッテリ１６への充電量が低下するので充電時の損失低減にも貢献しうる。

以上の制御は、例えば、ＥＣＵ３０が図１１及び図１２の制御ルーチンを実行することにより実現される。図１１の制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ３０が保持しており、適時に読み出されて所定間隔で繰り返し実行される。図１１の制御ルーチンは基準を超えた加速要求に対するレスポンスを向上させるために実施するものである。

ステップＳ１において、ＥＣＵ３０はアクセルペダル３１の操作情報として、アクセル開度センサ３２の出力信号を参照してアクセルペダル３１の踏み込み量と踏み込み時間とを取得する。ステップＳ２において、ＥＣＵ３０は車速センサ３３の出力信号を参照して車両１の車速を取得する。ステップＳ３において、ＥＣＵ３０はステップＳ１及びステップＳ２でそれぞれ取得したアクセルペダル３１の踏み込み量及び踏み込み時間並びに車速に基づいて運転者が要求する加速要求を計算する。そして計算した加速要求が所定の基準を超えたか否かを判定する。加速要求の基準はレスポンスの向上の要否に基づいて設定される。加速要求が基準を超える場合はレスポンスの向上が必要であるから、処理をステップＳ４に進める。加速要求が基準を下回る場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ４において、ＥＣＵ３０は加速要求に基づいてエンジン回転数の目標値を設定する。目標値は加速要求を満足させるために必要な値として計算される。この目標値の設定とともに初期目標値も計算する。初期目標値は加速レスポンス向上に必要な値として計算され目標値よりも小さな値である。そして、内燃機関３がリーン燃焼領域ＡＬ内で運転されている場合、この初期目標値は内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＬとストイキ燃焼領域ＡＳとの境界Ｂｄを越えずに境界Ｂｄよりも低トルク側となる値に設定される。ステップＳ５において、ＥＣＵ３０は内燃機関３のエンジン回転数を所定の時間変化率に従って上昇するように制御する。エンジン回転数の変更は内燃機関３の操作でも第１モータ・ジェネレータ４の操作でも実施できる。ＥＣＵ３０は状況に応じてこれらの操作を使い分ける。初期目標値に達するまでのエンジン回転数の時間変化率は加速要求の程度に応じて設定され、加速要求が高いほど高い値に設定される。

ステップＳ６において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数が初期目標値に到達したか否かを判定する。エンジン回転数が初期目標値に到達した場合はステップＳ７に進み、エンジン回転数が初期目標値に到達しない場合は処理をステップ５に戻し、上述した時間変化率に従ってエンジン回転数の上昇を続ける。ステップＳ７において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数の時間変化率を高い状態から低い状態へと変更する。この変更はＥＣＵ３０が自動変速機２５の変速比を高速側へ変更することにより実施する。ステップＳ８において、ＥＣＵ３０はエンジン回転数が目標値に到達したか否かを判定し、エンジン回転数が目標値に到達した場合は今回のルーチンを終了する。エンジン回転数が目標値に到達しない場合は処理をステップＳ７に戻し、時間変化率が低い状態でエンジン回転数の上昇を続ける。ＥＣＵ３０が図１１の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係るエンジン制御手段として機能する。

図１２の制御ルーチンは、ＥＣＵ３０に保持されており、適時に読み出されて図１１の制御ルーチンと並行して所定間隔で繰り返し実行される。ステップＳ１１において、ＥＣＵ３０は現在の運転モードがリーン燃焼モードであるか否かを判定する。運転モードがリーン燃焼モードの場合はステップＳ１２に進む。運転モードがリーン燃焼モードでない場合、すなわちストイキ燃焼モードの場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ１２において、ＥＣＵ３０はアクセル開度センサ３２の出力信号を参照してアクセルペダル３１の操作情報を取得する。アクセルペダル３１の操作情報としては、踏み込み量と踏み込み時間とをそれぞれ取得する。ステップＳ１３において、ＥＣＵ３０は車速センサ３３の出力信号を参照して車両１の車速を取得する。

ステップＳ１４において、ＥＣＵ３０はアクセルペダル３１の操作情報と車速とから、加速要求に基づいて内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＬから境界Ｂｄを横切ってストイキ燃焼領域ＡＳに変化してストイキ燃焼モードに切り替わるか否かを予測する。この運転モードの切り替わりの予測は独自のロジックで実施してもよいが、本形態では上述した図１１の制御ルーチンで設定されたエンジン回転数の目標値に基づいてこうした切り替わりの有無を予測する。

ステップＳ１５において、ＥＣＵ３０はステップＳ１４の処理の結果、加速要求に基づいて内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＬとストイキ燃焼領域ＡＳとの境界Ｂｄを横切ってストイキ燃焼モードへ切り替わると予測した場合、ステップＳ１６に処理を進める。ストイキ燃焼モードへの切り替わりを予測しない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ１６において、ＥＣＵ３０は自動変速機２５に設けられたセンサ２６の出力信号を参照して変速比が高速側に変化したか否かを判定する。そして、変速比が変化することを検出するまで処理が保留される。変速比が変化したと判定した場合はステップＳ１７に進み、ＥＣＵ３０は内燃機関３の運転モードをリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替える。これにより、自動変速機２５の変速比の変更を検知した時に運転モードが切り替えられる。この運転モードの切り替えは、上述したように吸入空気量の応答遅れを考慮し、一時的に燃料増量を行うことによって空燃比をリーン燃焼モードの目標値からストイキ燃焼の目標値へと短時間に変化させることにより実施される。そして、今回のルーチンを終える。図１２のステップＳ１４を実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係る予測手段として、図１２のステップＳ１７を実行することにより、ＥＣＵ３０は本発明に係る切替制御手段としてそれぞれ機能する。

以上説明した図１１及び図１２の制御ルーチンを実行することにより、加速要求に基づいて内燃機関３の動作点がリーン燃焼領域ＡＬから境界Ｂｄを横切ってストイキ燃焼モードに切り替わることを予測した場合に内燃機関３の動作点が境界Ｂｄに相当するエンジントルクよりも低いエンジントルクに位置する状態で内燃機関３の運転モードがリーン燃焼モードからストイキ燃焼モードへ切り替えられる。これにより、上述したように運転モードの切り替え時の燃料増量によるエンジントルクの上昇の起点が境界Ｂｄを横切る位置よりも低トルク側になるため過剰なパワーの量が減る。そのため、第２モータ・ジェネレータ５による発電量も少なくなるので充電限界を超え難くなる。したがって、トルクショックを抑制することが可能となる。また、バッテリ１６への充電量が低下するので充電時の損失低減にも貢献しうる。

本発明は上述した形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。本発明を実施するに当たり、図１１の制御ルーチンを実施することは必須ではない。つまり、エンジン回転数の時間変化率が変わる初期目標値に到達した時に運転モードを切り替える形態に限らない。例えば、リーン燃焼領域ＡＬとストイキ燃焼領域ＡＳとの境界Ｂｄに相当する位置よりも低トルク側に位置する切替点を加速要求の程度に応じて設定し、内燃機関３の動作点がその切替点に到達した時に運転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替えてもよい。

上記形態では、エンジン回転数の時間変化率を自動変速機の速度比を変えることにより変更しているが、本発明はこのような形態に限定されない。例えば、自動変速機を備えていない車両に本発明を適用し、内燃機関に対する制御又はモータ・ジェネレータに対する制御によってエンジン回転数の時間変化率を変えることも可能である。また、上記形態のように自動変速機の速度比の変更を検出し、その検出と同期して運転モードを切り替えることに限らず、エンジン回転数をモニタリングし、その時間変化率を直接的に検出し、その検出と同期して運転モードを切り替えることもできる。

本発明を適用可能な車両は自動変速機の有無又はその形式を問わない。自動変速機は上記形態のような機械式の２段以上の固定段を備えた変速機の他、機械式の無段変速機や電気式の変速機でもよい。

上記形態では、バッテリ１６等の充電装置の充電量を問わずに図１２の制御ルーチンを実行するものであるが、図１２の制御ルーチンを実行する条件として、バッテリ１６の充電量（ＳＯＣ）が所定値よりも高いことを設定することもできる。この場合には、バッテリ１６の充電量が所定値よりも高く、第２モータ・ジェネレータ５の発電により吸収できるパワーに余裕のない場合に限って上述した運転モードの切り替えを実施できる。

１車両
３内燃機関
５第２モータ・ジェネレータ（モータ・ジェネレータ）
１６バッテリ（充電装置）
１８駆動輪
２０出力ギア列（出力部）
２５自動変速機
３０ＥＣＵ（予測手段、切替制御手段、エンジン制御手段）
ＡＬリーン燃焼領域
ＡＳストイキ燃焼領域

Claims

リーン燃焼を行うリーン燃焼モードとストイキ燃焼を行うストイキ燃焼モードとの間で運転モードを切り替え可能な内燃機関と、モータ・ジェネレータとを走行用動力源として備えたハイブリッド車両に適用され、
前記リーン燃焼モードを実施すべきリーン燃焼領域と、前記ストイキ燃焼モードを実施すべきストイキ燃焼領域とが設定されており、前記内燃機関の動作点が前記リーン燃焼領域に属する場合は前記リーン燃焼モードを、前記内燃機関の動作点が前記ストイキ燃焼領域に属する場合は前記ストイキ運転モードを前記内燃機関に対してそれぞれ実行させるハイブリッド車両の制御装置において、
加速要求に基づいて前記内燃機関の動作点が前記リーン燃焼領域から前記リーン燃焼領域と前記ストイキ燃焼領域との境界を横切った後に前記ストイキ燃焼モードに切り替わることを予測する予測手段と、
前記予測手段が前記ストイキ燃焼モードに切り替わることを予測した場合、前記内燃機関の動作点が前記境界に相当するエンジントルクよりも低いエンジントルクに位置する状態で、前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御する切替制御手段と、
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。
前記加速要求に基づいて前記内燃機関のエンジン回転数の目標値を設定するとともに、エンジン回転数が前記目標値に至るまでの過程でエンジン回転数の時間変化率が高い状態から低い状態へ変化するように前記内燃機関を制御するエンジン制御手段を更に備え、
前記切替制御手段は、前記エンジン制御手段によって前記時間変化率が変化した時に前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御する請求項１に記載の制御装置。
前記ハイブリッド車両は、前記内燃機関及び前記モータ・ジェネレータのトルクが伝達される出力部と、前記出力部と駆動輪との間の動力伝達経路に設けられ、前記出力部側と前記駆動輪側との速度比を変更可能な自動変速機と、
前記エンジン制御手段は、前記自動変速機の前記速度比を変更することにより前記時間変化率を変更し、
前記切替制御手段は、前記自動変速機の前記速度比が変更されたことを検知した時に前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御する請求項２に記載の制御装置。
前記ハイブリッド車両は、前記モータ・ジェネレータが発電する電力を充電可能な充電装置を更に備え、
前記切替制御手段は、前記充電装置の充電量が所定値よりも高い場合に限り、前記内燃機関の動作点が前記境界に相当するエンジントルクよりも低いエンジントルクに位置する状態で、前記リーン燃焼モードから前記ストイキ燃焼モードに切り替わるように前記内燃機関を制御する請求項１〜３のいずれか一項に記載の制御装置。