JP2019167009A

JP2019167009A - ハイブリッド車両の制御装置

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Publication number: JP2019167009A
Application number: JP2018056907A
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Inventors: 郁大塚; Iku Otsuka
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Current assignee: Toyota Motor Corp
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Filing date: 2018-03-23
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Abstract

【課題】ハイブリッド車両においてエンジンの過渡運転時にエンジンの燃焼状態を安定させること。【解決手段】エンジンと、走行用動力源のモータと、モータに供給するための電力を充電するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、エンジンの過渡運転時に、バッテリの出力可能電力、及び、充電可能電力の絶対値が小さい場合には、エンジンの動作点を定常運転時よりも熱効率の低い位置かつ低出力から高出力の広い範囲で制御するとともに、定常運転時よりも燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態にエンジンを制御する過渡運転を実施する過渡運転制御手段を備える。【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド車両の制御装置に関する。

特許文献１には、シリーズハイブリッド車両に適用される制御装置について、走行用モータに接続されたバッテリの電圧が所定値以下となる場合には、エンジンの回転数を通常運転時よりも低い回転数に変更することが開示されている。

特開平１１−２５２７０９号公報

上述した車両に搭載されるバッテリでは、図１６に示すように、出力可能電力Ｗoutおよび充電可能電力Ｗin（バッテリ使用可能範囲）の大きさがバッテリ温度に応じて変化することが知られている。そのため、特許文献１に記載の構成では、バッテリの出力可能電力及び、充電可能電力の絶対値が小さい場合にエンジンの過渡運転が要求されることになり、過渡運転時にエンジンの燃焼効率が最大となることを狙った燃焼制御を実施すると、エンジンの燃焼が不安定になる虞がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、エンジンの過渡運転時にエンジンの燃焼状態を安定させることが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。

本発明は、エンジンと、走行用動力源の電動機と、電動機に供給するための電力を充電するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、エンジンの過渡運転時に、バッテリの出力可能電力、及び、充電可能電力の絶対値が小さい場合には、エンジンの動作点を定常運転時よりも熱効率の低い位置かつ低出力から高出力の広い範囲で制御するとともに、定常運転時よりも燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態にエンジンを制御する過渡運転を実施する過渡運転制御手段を備えることを特徴とする。

また、ハイブリッド車両は、シリーズハイブリッド車両であり、定常運転時に、エンジンの動作点を熱効率が良い動作点に固定した定点運転を実施する定点運転制御手段と、車両要求パワーが、所定値以上である場合には、エンジンの動作点を過渡運転時よりも高出力側の位置に制御するとともに、過渡運転時よりも燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態にエンジンを制御する出力運転を実施する出力運転制御手段と、をさらに備えてもよい。

この構成によれば、定常運転時には燃費の良い状態でエンジンを運転でき、過渡運転時には燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態に制御されるため、エンジンの燃焼状態が安定する。これにより、燃費とドライバビリティとの両立を図ることができる。

また、定点運転制御手段は、エンジンの熱効率が最良となる第１動作点にて定点運転を実施する第１定点運転を実施する第１定点運転制御手段と、第１動作点よりも熱効率の低い位置かつ高出力側の第２動作点にて定点運転を実施する第２定点運転を実施する第２定点運転制御手段と、を有し、第１定点運転制御手段は、車両要求パワーが、定点運転状態でのエンジン出力とバッテリの出力可能電力との和よりも小さい場合に、第１定点運転を実施し、車両要求パワーが、定点運転状態でのエンジン出力とバッテリの出力可能電力との和以上である場合、第２定点運転を実施してもよい。

この構成によれば、シリーズハイブリッド車両について、熱効率が最良となる第１動作点での第１定点運転と、高出力側の第２動作点での第２定点運転とを実施することができる。バッテリの出力可能電力が小さい場合には、高出力側の第２動作点で定点運転を実施することにより、エンジンの燃焼状態が安定するため、燃焼効率の良い燃焼状態に制御することができる。

また、エンジンは、リーンバーン運転を実施可能に構成されており、過渡運転制御手段は、過渡運転時の空燃比を、定常運転時に安定した燃焼が得られる空燃比の範囲におけるリーン側の限界値よりもリッチ側の空燃比に制御してもよい。

この構成によれば、リーンバーン運転が可能なエンジンについて、過渡運転時に燃焼限界となる空燃比までの余裕代が大きい空燃比に制御するため、燃費を確保しつつエンジンの燃焼状態を安定させることができる。

また、エンジンは、排気の一部をＥＧＲガスとして排気通路からＥＧＲ弁を通じて吸気通路に戻すように構成された排気ガス再循環装置を備え、過渡運転制御手段は、過渡運転時のＥＧＲ率を、定常運転時に安定した燃焼が得られるＥＧＲ率の範囲におけるＥＧＲガス多量側の限界値よりもＥＧＲガス少量側のＥＧＲ率に制御してもよい。

この構成によれば、排気ガス再循環装置を備えるエンジンについて、過渡運転時に燃焼限界となるＥＧＲ率までの余裕代が大きいＥＧＲ率に制御するため、燃費を確保しつつエンジンの燃焼状態を安定させることができる。

また、エンジンは、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を変更可能な可変バルブタイミング機構を備え、過渡運転制御手段は、過渡運転時のバルブオーバーラップ量を、定常運転時に安定した燃焼が得られるバルブオーバーラップ量の範囲におけるラップ量が大きい側の限界値よりもラップ量が小さい側のバルブオーバーラップ量に制御してもよい。

この構成によれば、可変バルブタイミング機構を備えるエンジンについて、過渡運転時に燃焼限界となるバルブオーバーラップ量までの余裕代が大きいバルブオーバーラップ量に制御するため、燃費を確保しつつエンジンの燃焼状態を安定させることができる。

本発明によれば、エンジンを過渡運転する時にバッテリの出力可能電力が小さい場合に、定常運転時よりもエンジンの熱効率を下げつつ燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態にエンジンを制御するため、エンジンの過渡運転時に燃費を確保しつつ安定した燃焼状態を実現することができる。

図１は、第１実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。図２は、エンジンの動作特性を示すマップである。図３は、定常運転と過渡運転との動作点を説明するための図である。図４は、エンジンの燃焼状態と燃焼変動との関係を説明するための図である。図５は、運転モードを選択する制御フローを示すフローチャートである。図６は、エンジン起動要否を判定する制御フローを示すフローチャートである。図７は、第１実施形態の運転制御フローを示すフローチャートである。図８は、第２実施形態における出力運転の動作点を説明するための図である。図９は、第２実施形態の燃焼状態と燃焼変動との関係を説明するための図である。図１０は、第２実施形態の運転モードを選択する制御フローを示すフローチャートである。図１１は、第２実施形態の運転制御フローを示すフローチャートである。図１２は、第３実施形態の定点運転を説明するための図である。図１３は、第３実施形態の運転モードを選択する制御フローを示すフローチャートである。図１４は、第３実施形態の運転制御フローを示すフローチャートである。図１５は、劣化や故障時のバッテリ使用可能範囲を説明するための説明図である。図１６は、温度変化に対するバッテリの出力可能範囲および充電可能範囲の変化を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態におけるハイブリッド車両の制御装置について具体的に説明する。なお、本発明は以下に説明する実施形態によって限定されるものではない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成を示す説明図である。ハイブリッド車両（以下単に「車両」という）１はシリーズハイブリッドシステムを搭載した車両である。図１に示すように、車両１は、発電用のエンジン２と、発電機３と、インバータ４と、バッテリ５と、走行用のモータ６と、駆動輪７とを備える。また、車両１は、種々の制御を実施する電子制御装置（ＥＣＵ）８を備える。

車両１では、エンジン２から出力された動力によって発電機３を駆動させて発電した電力をバッテリ５に蓄える。加速時（力行時）には、バッテリ５から出力された電力によってモータ６を駆動させることにより、モータ６から出力された動力によって駆動輪７を駆動させる。制動時（回生時）には、駆動輪７からモータ６に伝達される外力によってモータ６を発電機として機能させて、モータ６で発電した電力をバッテリ５に蓄える。

エンジン２は、リーンバーン運転を実施できる内燃機関であること、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）を備えること、可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ機構）を備えること、のいずれかを満たすように構成されている。エンジン２は、理論空燃比よりもリーン側の空燃比で希薄燃焼を行うことが可能である。また、エンジン２が備える排気ガス再循環装置は、排気の一部をＥＧＲガスとして排気通路からＥＧＲ弁を通じて吸気通路に戻すように構成されている（いずれも図示せず）。さらに、エンジン２が備える可変バルブタイミング機構は、吸気弁が開いている期間と排気弁が開いている期間とのオーバーラップ量（バルブオーバーラップ量）を変更可能に構成されている（いずれも図示せず）。なお、この説明では、空燃比を「Ａ／Ｆ」、排気ガス再循環を「ＥＧＲ」、可変バルブタイミングを「ＶＶＴ」と記載する場合がある。

発電機３は、発電機能に加えてモータ機能を有する発電用モータジェネレータである。モータ６は、モータ機能に加えて発電機能を有する駆動用モータジェネレータである。また、発電機３はインバータ４を介してモータ６と電気的に接続されている。さらに、バッテリ５はインバータ４を介して発電機３およびモータ６と電気的に接続されている。そして、バッテリ５にはモータ６を駆動させるための電力が充電される。なお、発電機３で発電した電力はバッテリ５に充電せずに発電機３からインバータ４を介してモータ６に供給されてもよい。

さらに、車両１は、バッテリ５の温度を検出するバッテリ温度センサ（図示せず）等によりバッテリ５の状態を監視するシステム、バッテリ５の劣化や故障を検出できるシステム、バッテリ５の充電状態（以下「ＳＯＣ」という）を監視できるシステム、のいずれかを備える。例えば、バッテリ温度による監視システムの場合、電子制御装置８にはバッテリ温度センサからバッテリ温度の測定値に関する信号が入力され、この入力信号に基づいてバッテリ５の出力可能電力Ｗoutおよび充電可能電力Ｗinを可変に制御する。バッテリ５は、バッテリ温度が極低温時や高温時には出力可能電力Ｗoutと充電可能電力Ｗinとが小さくなる（図１６参照）。また、バッテリ５のＳＯＣを監視するシステムの場合、電子制御装置８はバッテリ５のＳＯＣを用いて出力可能電力Ｗoutおよび充電可能電力Ｗinを算出することができる。出力可能電力Ｗoutは、ＳＯＣで変化する。ＳＯＣが大きい場合には出力可能電力Ｗoutは大きく、ＳＯＣが小さい場合には出力可能電力Ｗoutは小さくなる。なお、ＳＯＣはバッテリ５の充電残量を表す。

電子制御装置８は、バッテリ５の出力可能状態および充電可能状態により、エンジン２の燃焼状態を可変にするエンジン制御を実施する。この場合、電子制御装置８は、エンジン２の動作点（エンジン回転数、エンジントルク）を効率が最良となる動作点に固定した定点運転を実施する定点運転制御と、エンジン２の動作点を燃費ライン上に制御する過渡運転を実施する過渡運転制御とを実施する。定点運転時、動作点が固定されていることにより燃焼が安定するため、エンジン２の燃焼効率が高効率側の燃焼状態に制御する（図２、図４参照）。定常運転時の動作点については図２に示す。一方、過渡運転時には、動作点が燃費ライン上を移動するので、燃焼ロバスト性の高い状態に制御する（図３、図４参照）。過渡運転時の動作点については図３に示す。

図２は、エンジンの動作特性を示すマップである。図３は、定常運転と過渡運転との動作点を説明するための図である。エンジン２の動作点（エンジン動作点）は、エンジン回転数とエンジントルクとに基づいて定義される。燃費等高線Ｌ１は、点線で示すように、エンジン２の熱効率が等しいエンジン動作点を繋げた線である。燃費等高線Ｌ１の中心側が高効率領域となる。特に、燃費等高線Ｌ１の中心は燃費が最良となる動作点である。反対に、複数の燃費等高線Ｌ１のうち、外側に位置する線は熱効率が低い燃費等高線Ｌ１である。燃費ラインＬ２は、実線で示すように、同じエンジン出力を得る場合にエンジン２の燃費が最も良くなるエンジン動作点を繋げた線（最適燃費線）である。等出力ラインＬ３は、二点鎖線で示すように、エンジン出力が等しい動作点を繋げた曲線である。複数本の等出力ラインのうち、図２のマップで右上側に位置する線は高出力側の等出力ラインＬ３である。最大トルク線Ｌ４は、一点鎖線で示すように、エンジン回転数とエンジン２の最大トルクとの関係を示す線である。

図２，３に星形で示す動作点ａは、エンジン２を定点運転する際の動作点であり、エンジン２の熱効率が最良となる動作点である。定点運転とは、熱効率が最良となる動作点に固定した状態でエンジン２を運転することである。過渡運転とは、車両要求パワーを満たすためにエンジン２の動作点が移動可能な運転状態であり、定点運転よりも熱効率を下げても燃費ラインＬ２上でエンジン出力を可変な状態でエンジン２を運転することである。図３に示す黒矢印ｂは、燃費ライン運転を表し、エンジン２を過渡運転する際に燃費ラインＬ２上を動作点が移動することを表している。燃費ライン運転は、過渡運転であり、熱効率最大の動作点ａよりも熱効率の低い位置（領域）に動作点が移動することを許容する運転状態である。また、定点運転時の動作点ａは燃費ラインＬ２上に位置する。

具体的には、バッテリ５の出力可能範囲および充電可能範囲が広い場合には、エンジン２は定点運転を実施する。定点運転時、エンジン２の燃焼状態は燃焼効率最大を目標に制御される（図４参照）。例えば、定点運転時にリーンバーン運転を行う場合には、燃焼が可能な空燃比の範囲におけるリーン側の燃焼限界（システム限界値）までの余裕代を有する空燃比（リーン限界）で運転する。このリーン限界は、定点運転時に安定した燃焼が得られる空燃比の範囲におけるリーン側の限界値（強リーン）である。定点運転時にＥＧＲ装置による燃焼効率向上を実施する場合には、燃焼が可能なＥＧＲ率の範囲におけるＥＧＲガス多量側の燃焼限界（システム限界値）までの余裕代を有するＥＧＲ率（外部ＥＧＲ限界）で運転する。この外部ＥＧＲ限界は、定点運転時に安定した燃焼が得られるＥＧＲ率の範囲におけるＥＧＲガス多量側の限界値（多量ＥＧＲ）である。また、定点運転時にＶＶＴ機構による燃焼効率向上を実施する場合には、燃焼が可能なＶＶＴオーバーラップ量の範囲におけるラップ量が大きい側の限界値（システム限界値）までの余裕代を有するＶＶＴオーバーラップ量最大で運転する。このＶＶＴオーバーラップ量最大とは、定点運転時に安定した燃焼が得られるＶＶＴオーバーラップ量の範囲におけるラップ量が大きい側の限界値（内部ＥＧＲ量）である。なお、図４を参照した詳細な説明は後述する。

一方、車両１の外気温度等により、バッテリ温度が低下してバッテリ５の出力可能範囲および充電可能範囲が狭い場合には、エンジン２は過渡運転を実施する。過渡運転では、動作点を設定可能なエンジン運転領域が燃費ラインＬ２上に拡大するため、燃焼ロバスト性が高い状態で運転する。さらに、過渡運転時の燃焼状態は、空燃比については、リーン限界（強リーン）から余裕を持たせた空燃比（中リーン）で運転する。また、過渡運転時の燃焼状態は、ＥＧＲ率については、外部ＥＧＲ限界（多量ＥＧＲ）から余裕を持たせたＥＧＲ率（中量ＥＧＲ）で運転する。さらに、過渡運転時の燃焼状態は、ＶＶＴオーバーラップ量については、ＶＶＴオーバーラップ量（内部ＥＧＲ量）を低減させて、定常運転時よりも内部ＥＧＲ量を低減させて運転する。

図４は、エンジン２の燃焼状態と燃焼変動との関係を説明するための図である。図４の縦軸は、エンジン２の燃焼変動を表す。この縦軸について、燃焼変動が閾値よりも小さい運転領域は目標領域である。図４の横軸は、空燃比（Ａ／Ｆ）、ＥＧＲ率、ＶＶＴオーバーラップ量のいずれかを表す。この横軸について、各値が限界値（システム限界値）よりも小さい運転領域が目標領域である。

図４の横軸が空燃比を表す場合、左側がリッチ側であり、右側がリーン側である。図４に示す曲線は、燃焼変動と空燃比との関係を表している。この曲線が示すように、空燃比がリッチ側では燃焼変動が小さく、空燃比がリーン側では燃焼変動が大きくなる。そして、その曲線は、リーン側では、燃焼変動を許容できる範囲の上限値である閾値に到達する。曲線が閾値に到達する際のリーン側の空燃比がシステム限界値となる。ここで、図４に示す「α」はシステム限界値（燃焼限界）としての燃焼限界Ａ／Ｆであり、「Ａ」は定点運転時の制御目標値としての制御目標Ａ／Ｆであり、「Ｂ」は過渡運転時の制御目標値としての制御目標Ａ／Ｆである。この制御目標値Ａは、定点運転時に安定した燃焼が得られる空燃比の範囲におけるリーン側の限界値である。そして、Ａ／Ｆについて、定点運転時の制御目標値Ａは、システム限界値αよりもリッチ側の空燃比に設定されており、システム限界値αまでの余裕代を有する。また、Ａ／Ｆについて、過渡運転時の制御目標値Ｂは、定点運転時の制御目標値Ａよりもリッチ側の空燃比に制御される。つまり、Ａ／Ｆについて、過渡運転時の制御目標値Ｂからシステム限界値α（燃焼限界）までの余裕代は、定点運転時の制御目標値Ａからシステム限界値α（燃焼限界）までの余裕代よりも大きい。

図４の横軸がＥＧＲ率を表す場合、左側がＥＧＲ率少量側であり、右側がＥＧＲ率多量側である。図４に示す曲線は、燃焼変動とＥＧＲ率との関係を表している。この曲線が示すように、ＥＧＲ率が少量側では燃焼変動が小さく、ＥＧＲ率が多量側では燃焼変動が大きくなる。曲線が閾値に到達する際の多量側のＥＧＲ率がシステム限界値となる。ここで、図４に示す「α」はシステム限界値としての燃焼限界ＥＧＲ率であり、「Ａ」は定点運転時の制御目標値としての制御目標ＥＧＲ率であり、「Ｂ」は過渡運転時の制御目標値としての制御目標ＥＧＲ率である。この制御目標値Ａは、定点運転時に安定した燃焼が得られるＥＧＲ率の範囲におけるＥＧＲガス多量側の限界値である。そして、ＥＧＲ率について、定点運転時の制御目標値Ａは、システム限界値αよりもＥＧＲガス多量側に設定されており、システム限界値αまでの余裕代を有する。また、ＥＧＲ率について、過渡運転時の制御目標値Ｂは、定点運転時の制御目標値ＡよりもＥＧＲガス多量側に制御される。つまり、ＥＧＲ率について、過渡運転時の制御目標値Ｂからシステム限界値α（燃焼限界）までの余裕代は、定点運転時の制御目標値Ａからシステム限界値α（燃焼限界）までの余裕代よりも大きい。

図４の横軸がＶＶＴオーバーラップ量を表す場合、左側は吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量が小さいこと、右側は吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量が大きいことを表す。図４に示す曲線は、燃焼変動とＶＶＴオーバーラップ量との関係を表している。この曲線が示すように、ＶＶＴオーバーラップ量が小さい側では燃焼変動が小さく、ＶＶＴオーバーラップ量が大きい量側では燃焼変動が大きくなる。曲線が閾値に到達する際の大きい側のＶＶＴオーバーラップ量がシステム限界値となる。ここで、図４に示す「α」はシステム限界値としてのＶＶＴオーバーラップ量であり、「Ａ」は定点運転時の制御目標値としてのＶＶＴオーバーラップ量であり、「Ｂ」は過渡運転時の制御目標値としてのＶＶＴオーバーラップ量である。この制御目標値Ａは、定点運転時に安定した燃焼が得られるＶＶＴオーバーラップ量の範囲におけるラップ量が大きい側の限界値である。そして、ＶＶＴオーバーラップ量について、定点運転時の制御目標値Ａは、システム限界値αよりもラップ量が小さい側に設定されており、システム限界値αまでの余裕代を有する。また、ＶＶＴオーバーラップ量について、過渡運転時の制御目標値Ｂは、定点運転時の制御目標値Ａよりもラップ量が小さい側のＶＶＴオーバーラップ量に制御される。つまり、ＶＶＴオーバーラップ量について、過渡運転時の制御目標値Ｂからシステム限界値α（燃焼限界）までの余裕代は、定点運転時の制御目標値Ａからシステム限界値α（燃焼限界）までの余裕代よりも大きい。

図５は、運転モードを選択する制御フローを示すフローチャート図である。図５に示す制御は電子制御装置８によって実施される。

図５に示すように、電子制御装置８は、バッテリ温度やＳＯＣ等に基づいて、現在のバッテリ５の状態における充電可能電力Ｗinおよび出力可能電力Ｗoutを算出する（ステップＳ１）。ステップＳ１で算出される出力可能電力Ｗoutは正の値であり、充電可能電力Ｗinは負の値である。

電子制御装置８は、充電可能電力Ｗinが適合値γよりも小さい、かつ出力可能電力Ｗoutが適合値η以上であるか否かを判定する（ステップＳ２）。適合値γおよび適合値ηは、車両１に期待される動力特性から決まる適合値である。ステップ２における充電可能電力Ｗinが小さいとは、負の値の絶対値が大きいことを表し、充電可能な電力量が多いことを表す。

充電可能電力Ｗinが適合値γよりも小さく、かつ出力可能電力Ｗoutが適合値η以上であることによりステップＳ２で肯定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、定点運転モードを選択する（ステップＳ３）。ステップＳ３が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

ステップＳ２で否定的に判定された場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、電子制御装置８は、過渡運転モードを選択する（ステップＳ４）。ステップＳ４が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

図６は、エンジン起動要否を判定する制御フローを示すフローチャートである。図６に示す制御は電子制御装置８によって実施される。

図６に示すように、電子制御装置８は、ユーザー要求等により車両要求パワーＰvを算出する（ステップＳ１１）。ユーザー要求とは、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれたことを検出した場合を含む。ステップＳ１１では、アクセルペダルの踏み込み量に応じたアクセル開度と、車速センサにより検出した現在の車速とに基づいて、車両要求パワーＰvを算出する。

電子制御装置８は、ステップＳ１１で算出した車両要求パワーＰvが適合値θ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１２）。適合値θは、現在のＳＯＣや燃費最良を考慮して決定される適合値である。

車両要求パワーＰvが適合値θ以上であることによりステップＳ１２で肯定的に判定された場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、エンジン起動要求を出力する（ステップＳ１３）。ステップＳ１３が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

車両要求パワーＰvが適合値θ未満であることによりステップＳ１２で否定的に判定された場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、電子制御装置８は、車両要求パワーＰvが、適合値θからヒス値ｋを引いた値よりも小さいか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４で否定的に判定された場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。

ステップＳ１４で肯定的に判定された場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、エンジン停止要求を出力する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

図７は、第１実施形態の運転制御フローを示すフローチャート図である。図７に示す制御は電子制御装置８によって実施される。

図７に示すように、電子制御装置８は、エンジン起動要求があるか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１では、図６のステップＳ１３が実施されたことによるエンジン起動要求が出力されたか否かが判定される。

エンジン起動要求がないことによりステップＳ２１で否定的に判定された場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、電子制御装置８は、エンジン２を停止する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

エンジン起動要求があることによりステップＳ２１で肯定的に判定された場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、運転モードが定点運転モードであるか否かを判定する（ステップＳ２３）。ステップＳ２３では、図５のステップＳ３が実施されたことにより定点運転モードが選択されたか否かが判定される。

運転モードが定点運転モードであることによりステップＳ２３で肯定的に判定された場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、エンジン２の定点運転を実施する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４では、上述した定点運転が実施される。電子制御装置８は、定点運転を実施する定点運転制御部を有する。そして、ステップＳ２４が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

運転モードが定点運転モードでないことによりステップＳ２３で否定的に判定された場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、電子制御装置８は、エンジン２の過渡運転を実施する（ステップＳ２５）。ステップＳ２５では、上述した燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態での過渡運転が実施される。電子制御装置８は、過渡運転を実施する過渡運転制御部を有する。そして、ステップＳ２５が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

以上説明した通り、第１実施形態によれば、エンジン２の過渡運転要求により、エンジン２の燃焼状態を燃焼効率優先と燃焼変動優先とに可変とする。これにより、車両要求によらず、燃費向上と燃焼変動の低減（ドラビリ）との両立を図ることができる。そして、バッテリ５の出力可能電力Ｗoutが小さい状態でエンジン２を過渡運転する時に、定常運転時よりもエンジン２の熱効率を下げつつ燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態にエンジン２を制御するため、エンジンの過渡運転時に燃費を確保しつつ安定した燃焼状態を実現することができる。

［第２実施形態］
第２実施形態では、車両要求パワーＰvを満たすために、過渡運転時よりもエンジン２の運転領域を拡大した出力運転を実施するように構成されている。第２実施形態の電子制御装置８は、車両要求パワーＰvが、定点運転時のエンジン出力Ｐecとバッテリ５の出力可能電力Ｗoutとの和よりも大きい時には、エンジン２の運転領域を拡大するエンジン制御を実施する。なお、第２実施形態の説明では、第１実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

図８は、第２実施形態における出力運転の動作点を説明するための図である。図８に示す黒矢印ｃは、出力運転を表し、動作点が燃費ラインＬ２上から外れて高出力側に移動することを表している。出力運転は、定点運転時よりも高出力側の領域で、動作点が燃費ラインＬ２上から外れて最大トルク線Ｌ４に向けて移動することを許容する運転状態である。そして、第２実施形態におけるエンジン２の運転領域は、定点運転時の動作点ａから過渡運転時の燃費ライン運転に拡大した後、燃費ライン運転から出力運転に拡大する。

図９は、第２実施形態の燃焼状態と燃焼変動との関係を説明するための図である。図９に示すように、第２実施形態の燃焼状態は、過渡性能をさらに向上するために、燃焼ロバスト性の高い状態（図９のＢ）から高出力状態（図９のＣ）へ移行することができる。出力運転では、過渡運転時よりも高出力の燃焼状態でエンジン２を運転する。空燃比について、出力運転時の燃焼状態は、過渡運転時の制御目標値Ｂよりもリッチ側の制御目標値Ｃ（制御目標Ａ／Ｆ）に制御される。ＥＧＲ率については、出力運転時の燃焼状態は、過渡運転時の制御目標値Ｂよりも少量側の制御目標値Ｃ（制御目標ＥＧＲ率）に制御される。ＶＶＴオーバーラップ量について、出力運転時の燃焼状態は、過渡運転時の制御目標値Ｂよりも小さい側の制御目標値Ｃに制御される。また、制御目標値Ｃである高出力状態では、制御目標値Ｂである過渡運転時よりも燃焼変動が小さい燃焼状態となる。

図１０は、第２実施形態の運転モードを選択する制御フローを示すフローチャート図である。図１０に示す制御は電子制御装置８によって実施される。

図１０に示すように、電子制御装置８は、バッテリ温度やＳＯＣ等に基づいて、現在のバッテリ５における充電可能電力Ｗinおよび出力可能電力Ｗoutを算出する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１は図５のステップＳ１と同様の処理である。

電子制御装置８は、ユーザー要求等により車両要求パワーＰvを算出する（ステップＳ３２）。ステップＳ３２は図６のステップＳ１１と同様の処理である。

電子制御装置８は、充電可能電力Ｗinが適合値γよりも小さい、かつ出力可能電力Ｗoutが適合値η以上であるか否かを判定する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３で肯定的に判定された場合（ステップＳ３３：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、定点運転モードを選択する（ステップＳ３４）。ステップＳ３４が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

一方、ステップＳ３３で否定的に判定された場合（ステップＳ３３：Ｎｏ）、電子制御装置８は、車両要求パワーＰvが適合値Ｋp以上であるか否かを判定する（ステップＳ３５）。

車両要求パワーＰvが適合値Ｋp未満であることによりステップＳ３５で否定的に判定された場合（ステップＳ３５：Ｎｏ）、電子制御装置８は、過渡運転モードを選択する（ステップＳ３６）。ステップＳ３６が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

車両要求パワーＰvが適合値Ｋp以上であることによりステップＳ３５で肯定的に判定された場合（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、出力運転モードを選択する（ステップＳ３７）。ステップＳ３７が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

図１１は、第２実施形態の運転制御フローを示すフローチャート図である。図１１に示す制御は電子制御装置８によって実施される。

図１１に示すように、電子制御装置８は、エンジン起動要求があるか否かを判定する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１は図７のステップＳ２１と同様の処理である。

エンジン起動要求がないことによりステップＳ４１で否定的に判定された場合（ステップＳ４１：Ｎｏ）、電子制御装置８は、エンジン２を停止する（ステップＳ４２）。ステップＳ４２が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

エンジン起動要求があることによりステップＳ４１で肯定的に判定された場合（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、運転モードが定点運転モードであるか否かを判定する（ステップＳ４３）。ステップＳ４３は、図７のステップＳ２３と同様の処理である。ステップＳ４３では、図５のステップＳ３が実施されたことにより定点運転モードが選択されたか否かが判定される。つまり、第２実施形態の電子制御装置８は、上述した図５に示す制御フローを実施するように構成されている。

運転モードが定点運転モードであることによりステップＳ４３で肯定的に判定された場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、エンジン２の定点運転を実施する（ステップＳ４４）。ステップＳ４４は、図７のステップＳ２４と同様の処理である。ステップＳ４４が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

運転モードが定点運転モードでないことによりステップＳ４３で否定的に判定された場合（ステップＳ４３：Ｎｏ）、電子制御装置８は、運転モードが出力運転モードであるか否かを判定する（ステップＳ４５）。ステップＳ４５では、図１０のステップＳ３７が実施されたことにより出力運転モードが選択されたか否かが判定される。

運転モードが出力運転モードでないことによりステップＳ４５で否定的に判定された場合（ステップＳ４５：Ｎｏ）、電子制御装置８は、エンジン２の過渡運転を実施する（ステップＳ４６）。ステップＳ４６は、図７のステップＳ２５と同様の処理である。ステップＳ４６が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

運転モードが出力運転モードであることによりステップＳ４５で肯定的に判定された場合（ステップＳ４５：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、エンジン２の出力運転を実施する（ステップＳ４７）。ステップＳ４７では、上述した出力運転が実施される。電子制御装置８は、出力運転を実施する出力運転制御部を有する。そして、ステップＳ４７が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

以上説明した通り、第２実施形態によれば、エンジン２の過渡運転要求により、エンジン２の燃焼状態を燃焼効率優先と燃焼変動優先とに可変とする。これにより、車両要求によらず、燃費向上と燃焼変動の低減（ドラビリ）との両立を図ることができる。そして、定点運転時のエンジン出力Ｐecとバッテリ５の出力可能電力Ｗoutとの和が車両要求パワーＰveよりも小さい状態でエンジン２を過渡運転する時に、定常運転時よりもエンジン２の熱効率を下げつつ燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態にエンジン２を制御する。そのため、エンジンの過渡運転時に燃費を確保しつつ安定した燃焼状態を実現することができる。

［第３実施形態］
第３実施形態では、複数の動作点にてエンジン２の定点運転を実施するように構成されている。なお、第３実施形態の説明では、上述した第１実施形態および第２実施形態と同様の構成については説明を省略し、その参照符号を引用する。

第３実施形態の電子制御装置８は、熱効率最大の動作点である第１動作点で定点運転を実施する第１定点運転と、第１動作点よりも高出力側の動作点である第２動作点で定点運転を実施する第２定点運転と実施するように構成されている。具体的には、電子制御装置８は、車両要求パワーＰvが、定点運転時のエンジン出力Ｐecと出力可能電力Ｗoutとの和よりも大きいときには、高出力側の第２動作点での第２定点運転を実施することが可能である。第３実施形態では、バッテリ５のＳＯＣが小さく、バッテリ５で充電可能な電力量が大きくなっているため、定点運転領域をより高出力側に設定することが可能になる。

図１２は、第３実施形態の定点運転を説明するための図である。図１２に示すように、第１定点運転の動作点ａ（以下「第１動作点ａ」という）は最も熱効率が良い動作点である。第２定点運転の動作点ａ´（以下「第２動作点ａ´」という）は第１動作点ａよりも高出力側に位置して比較的効率が良い領域内に位置する動作点である。第１および第２動作点ａ，ａ´は燃費ラインＬ２上に位置する。第２動作点ａ´は第１動作点ａよりも熱効率が低い側かつ高出力側に位置する。また、第１定点運転の燃焼状態および第２定点運転の燃焼状態は、図４や図９に示す定点運転の燃焼状態と同様に、制御目標値Ａに制御された燃焼状態となる。

例えば、第１定点運転状態から過渡運転状態に移行する場合、第１動作点ａから燃費ラインＬ２上を動作点が移動する運転状態に移行する。第２定点運転状態から過渡運転状態に移行する場合、第２動作点ａ´から燃費ラインＬ２上を動作点は移動する運転状態に移行する。そして、第３実施形態でも第２実施形態と同様に、過渡運転状態から出力運転状態へ移行することができる。

図１３は、第３実施形態の運転モードを選択する制御フローを示すフローチャート図である。図１３に示す制御は電子制御装置８によって実施される。

図１３に示すように、電子制御装置８は、バッテリ温度やＳＯＣ等に基づいて、現在のバッテリ５における充電可能電力Ｗinおよび出力可能電力Ｗoutを算出する（ステップＳ５１）。ステップＳ５１は図５のステップＳ１と同様の処理である。

電子制御装置８は、ユーザー要求等により車両要求パワーＰvを算出する（ステップＳ５２）。ステップＳ５２は図６のステップＳ１１と同様の処理である。

電子制御装置８は、充電可能電力Ｗinが適合値γよりも小さい、かつ出力可能電力Ｗoutが適合値η以上であるか否かを判定する（ステップＳ５３）。

ステップＳ５３で肯定的に判定された場合（ステップＳ５３：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、車両要求パワーＰvが、定点運転でのエンジン出力Ｐecと現在の出力可能電力Ｗoutとの和以上であるか否かを判定する（ステップＳ５４）。定点運転時のエンジン出力Ｐecは、電子制御装置８により算出される。ステップＳ５４では、ステップＳ５２で算出した車両要求パワーＰvが、定点運転でのエンジン出力ＰecとステップＳ５１で算出した出力可能電力Ｗoutとの和以上であるか否かが判定される。

ステップＳ５４で否定的に判定された場合（ステップＳ５４：Ｎｏ）、電子制御装置８は、第１定点運転モードを選択する（ステップＳ５５）。ステップＳ５５が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

ステップＳ５４で肯定的に判定された場合（ステップＳ５４：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、第２定点運転モードを選択する（ステップＳ５６）。ステップＳ５６が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

ステップＳ５３で否定的に判定された場合（ステップＳ５３：Ｎｏ）、電子制御装置８は、車両要求パワーＰvが適合値Ｋp以上であるか否かを判定する（ステップＳ５７）。

車両要求パワーＰvが適合値Ｋp未満であることによりステップＳ５７で否定的に判定された場合（ステップＳ５７：Ｎｏ）、電子制御装置８は、過渡運転モードを選択する（ステップＳ５８）。ステップＳ５８が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

車両要求パワーＰvが適合値Ｋp以上であることによりステップＳ５７で肯定的に判定された場合（ステップＳ５７：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、出力運転モードを選択する（ステップＳ５９）。ステップＳ５９が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

図１４は、第３実施形態の運転制御フローを示すフローチャート図である。図１４に示す制御は電子制御装置８によって実施される。

図１４に示すように、電子制御装置８は、エンジン起動要求があるか否かを判定する（ステップＳ６１）。ステップＳ６１は図７のステップＳ２１と同様の処理である。

エンジン起動要求がないことによりステップＳ６１で否定的に判定された場合（ステップＳ６１：Ｎｏ）、電子制御装置８は、エンジン２を停止する（ステップＳ６２）。ステップＳ６２が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

エンジン起動要求があることによりステップＳ６１で肯定的に判定された場合（ステップＳ６１：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、運転モードが第１定点運転モードまたは第２定点運転モードであるか否かを判定する（ステップＳ６３）。ステップＳ６３では、図１３のステップＳ５５またはステップＳ５６が実施されたことにより定点運転モードが選択されたか否かが判定される。

運転モードが第１定点運転モードまたは第２定点運転モードであることによりステップＳ６３で肯定的に判定された場合（ステップＳ６３：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、エンジン２の定点運転を実施する（ステップＳ６４）。ステップＳ６４では、第１定点運転モードが選択されている場合には第１定点運転を実施し、第２定点運転モードが選択されている場合には第２定点運転を実施する。ステップＳ６４が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

運転モードが第１定点運転モードでも第２定点運転モードでもないことによりステップＳ６３で否定的に判定された場合（ステップＳ６３：Ｎｏ）、電子制御装置８は、運転モードが出力運転モードであるか否かを判定する（ステップＳ６５）。ステップＳ６５では、図１３のステップＳ５９が実施されたことにより出力運転モードが選択されたか否かが判定される。

運転モードが出力運転モードでないことによりステップＳ６５で否定的に判定された場合（ステップＳ６５：Ｎｏ）、電子制御装置８は、エンジン２の過渡運転を実施する（ステップＳ６６）。ステップＳ６６が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

運転モードが出力運転モードであることによりステップＳ６５で肯定的に判定された場合（ステップＳ６５：Ｙｅｓ）、電子制御装置８は、エンジン２の出力運転を実施する（ステップＳ６７）。ステップＳ６７が実施されると、この制御ルーチンは終了する。

以上説明した通り、第３実施形態によれば、エンジン２の過渡運転要求により、エンジン２の燃焼状態を燃焼効率優先と燃焼変動優先とに可変とする。これにより、車両要求によらず、燃費向上と燃焼変動の低減（ドラビリ）との両立を図ることができる。さらに、定点運転時のエンジン出力Ｐecとバッテリ５の出力可能電力Ｗoutとの和が車両要求パワーＰvよりも大きい場合、第１定常運転時よりも高出力側の第２動作点で第２定点運転を実施できる。

［変形例］
上述した各実施形態の変形例として、電子制御装置８は、バッテリ５の劣化や故障状態を検出し、その検出結果に基づいて、エンジン２の過渡運転を実施するように構成されてもよい。図１５は、劣化や故障時のバッテリ使用可能範囲を説明するための説明図である。図１５に示すように、劣化や故障時には、通常時に比べて、充電可能電力Ｗinおよび出力可能電力Ｗoutの範囲が縮小する。そのため、電子制御装置８は、バッテリ５の劣化や故障を検出した場合には出力可能電力Ｗoutおよび充電可能電力Ｗinを小さくすることで、定常運転、過渡運転モードの選択を実施、最適な燃焼状態で運転できるようになる。例えば、上述した図５のステップＳ１では、劣化や故障を検出した場合に、通常時よりも出力可能電力Ｗoutおよび充電可能電力Ｗinを小さく算出することで、よりロバスト性の高い運転状態が実現できる。

さらに、上述した各実施形態を適用可能なハイブリッド車両は、図１に示すシリーズ式に限らず、パラレル式であってもよい。パラレルハイブリッド車両に適用された場合、エンジン２から出力された動力と、モータジェネレータから出力された動力とが、変速機構を介して駆動輪に伝達される。また、エンジン２からの動力により発電機能を発揮するモータジェネレータが、バッテリ５からの電力によりモータ機能を発揮して、駆動輪に伝達される動力（モータトルク）を出力することが可能である。パラレルハイブリッド車両では、エンジン２の動作点は固定されずに熱効率が良い領域内で移動可能範囲のほぼ定常運転状態に制御される。パラレルハイブリッド車両での定常運転とは、エンジン回転数の変化量は小、かつエンジントルクの変化量が小となる運転領域内で動作点が移動可能な運転状態である。シリーズハイブリッド車両の定点運転時は、パラレルハイブリッド車両の定常運転時よりも、エンジン２の熱効率が良い運転状態となる。なお、ハイブリッド車両であればシリーズ式とパラレル式とを問わず、エンジン２の過渡運転を軽減することが可能であるため、より燃焼効率が良い状態でエンジン２を運転することが可能である。

１ハイブリッド車両
２エンジン
３発電機
５バッテリ
６モータ
８電子制御装置（ＥＣＵ）

Claims

エンジンと、走行用動力源の電動機と、前記電動機に供給するための電力を充電するバッテリとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
前記エンジンの過渡運転時に、前記バッテリの出力可能電力、及び、充電可能電力の絶対値が小さい場合には、前記エンジンの動作点を定常運転時よりも熱効率の低い位置かつ低出力から高出力の広い範囲で制御するとともに、定常運転時よりも燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態に前記エンジンを制御する過渡運転を実施する過渡運転制御手段を備える
ことを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
前記ハイブリッド車両は、シリーズハイブリッド車両であり、
前記定常運転時に、前記エンジンの動作点を熱効率が良い動作点に固定した定点運転を実施する定点運転制御手段と、
車両要求パワーが、所定値以上である場合には、前記エンジンの動作点を過渡運転時よりも高出力側の位置に制御するとともに、過渡運転時よりも燃焼限界までの余裕代が大きい燃焼状態に前記エンジンを制御する出力運転を実施する出力運転制御手段と、をさらに備える
ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記定点運転制御手段は、
前記エンジンの熱効率が最良となる第１動作点にて定点運転を実施する第１定点運転を実施する第１定点運転制御手段と、
前記第１動作点よりも熱効率の低い位置かつ高出力側の第２動作点にて定点運転を実施する第２定点運転を実施する第２定点運転制御手段と、を有し、
前記第１定点運転制御手段は、車両要求パワーが、定点運転状態でのエンジン出力と前記バッテリの出力可能電力との和よりも小さい場合に、前記第１定点運転を実施し、
前記車両要求パワーが、定点運転状態でのエンジン出力と前記バッテリの出力可能電力との和以上である場合、前記第２定点運転を実施する
ことを特徴とする請求項２に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、リーンバーン運転を実施可能に構成されており、
前記過渡運転制御手段は、過渡運転時の空燃比を、定常運転時に安定した燃焼が得られる空燃比の範囲におけるリーン側の限界値よりもリッチ側の空燃比に制御する
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、排気の一部をＥＧＲガスとして排気通路からＥＧＲ弁を通じて吸気通路に戻すように構成された排気ガス再循環装置を備え、
前記過渡運転制御手段は、過渡運転時のＥＧＲ率を、定常運転時に安定した燃焼が得られるＥＧＲ率の範囲におけるＥＧＲガス多量側の限界値よりもＥＧＲガス少量側のＥＧＲ率に制御する
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。
前記エンジンは、吸気弁と排気弁とのバルブオーバーラップ量を変更可能な可変バルブタイミング機構を備え、
前記過渡運転制御手段は、過渡運転時のバルブオーバーラップ量を、定常運転時に安定した燃焼が得られるバルブオーバーラップ量の範囲におけるラップ量が大きい側の限界値よりもラップ量が小さい側のバルブオーバーラップ量に制御する
ことを特徴とする請求項１から３のうちのいずれか一項に記載のハイブリッド車両の制御装置。