JP3775355B2 - ハイブリッド型の動力出力装置及びその制御方法、並びにハイブリッド車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンとモータジェネレータ装置とを組み合わせてなり、例えばハイブリッド車両等に好適に用いられるハイブリッド型の動力出力装置及びその制御方法の技術分野に属し、更に、このような動力出力装置が搭載されたハイブリッド車両の技術分野に属する。本発明は特に、このようなエンジンとして、火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切替可能な燃焼形態切替機能を有するものを用いるハイブリッド型の動力出力装置等の技術分野に属する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の動力出力装置は、例えば特開平９-４７０９４号公報、特開２０００−３２４６１５号公報等に開示されているように、要求される動作状態に応じて適宜、モータジェネレータ装置をエンジンの駆動力で回転されるジェネレータ（発電機）として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のジェネレータを利用して、バッテリに充電する。また、モータジェネレータ装置をバッテリから電源供給を受けて回転するモータ（電動機）として利用して或いはモータジェネレータ装置に含まれる専用のモータを利用して、駆動軸を単独で或いはエンジンと共に回転させる。これにより、エンジンを運転効率が高い状態で運転させ続けることができ、燃費や排気浄化性が向上するものとされている。
【０００３】
そして、この種の動作出力装置は、パラレルハイブリッド方式とシリアルハイブリッド方式とに大別される。前者では、駆動軸をエンジンの出力の一部により回転させると共にモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。後者では、エンジン出力はモータジェネレータ装置による充電に専ら用いられ、駆動軸をモータジェネレータ装置の駆動力により回転させる。
【０００４】
尚、本願明細書では、このようにパラレル又はシリアルハイブリッド方式の動力出力装置を構成しており、モータジェネレータを一又は複数含む若しくは、ジェネレータ及びモータを一又は複数ずつ含む重電機全体を、それらの接続配線等を含めて「モータジェネレータ装置」と呼ぶことにする。更に、本願明細書では、いずれの形式のハイブリッド型の場合にも、エンジンの出力をモータジェネレータ装置の駆動力で補うことを「アシストする」といい、この際のモータジェネレータ装置の駆動力を「アシスト力」と呼ぶ。
【０００５】
他方で、例えば特開２０００−２６５９１０号公報、特開平１０−２３６０６号公報等に開示されているように、ディーゼルエンジンの如き圧縮自着火燃焼或いは自己着火燃焼を行うガソリンエンジンとモータジェネレータとを組み合わせてなるハイブリッド車両も提案されている。
【０００６】
更に、例えば特開２００１−３８００号公報等に開示されているように、火花点火燃焼を行う燃焼形態と圧縮自着火燃焼を行う燃焼形態とを切替可能な燃焼形態切替機能を有するエンジンが開発されている。このエンジンでは、その回転数及びトルクが特定範囲に入っている場合に、圧縮自着火燃焼が可能となり、よって、このような場合に、圧着圧縮自着火燃焼が行われるように切替制御が実行される。そして、この特開２００１−３８００号公報には、当該燃焼形態切替機能を有するエンジンのハイブリッド車両への応用についても提案されている。
【０００７】
尚、本願明細書では、上記圧縮自着火燃焼を行うエンジン或いは上記燃焼形態切替機能を有するエンジンについて、エンジンの回転数とトルクとの相互関係を２次元座標上にプロットした特性図上において、このように圧縮自着火燃焼する領域を、「自着火燃焼可能領域」と呼ぶことにする。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した特開２０００−２６５９１０号公報等に開示された圧縮自着火燃焼を行うエンジンは、圧縮自着火燃焼領域が小さいため、実用化は困難である。更に、排気損失が低減される代わりに排気温度が低くなるので、排気側における触媒温度が低下する結果、排気ガス浄化性能が低下してしまう。従って、このような専ら圧縮自着火燃焼を行うガソリンエンジンをハイブリッド型の動力出力装置に組み込んでも、動力性能や排気ガス浄化性能等の各種性能に優れた装置を構築することは基本的に困難であるという問題点がある。
【０００９】
更に、上述した特開２００１−３８００号公報等に開示された燃焼形態切替機能を有するエンジンのハイブリッド車両への応用については、技術的に見て以下の如き問題点が生じるものと考察される。
【００１０】
即ち、先ず圧縮自着火燃焼は、基本的に高負荷燃焼が困難である。従って、パラレルハイブリッド方式であれシリアルハイブリッド方式であれ、バッテリにおける蓄電量が少ない時点で圧縮自着火燃焼に切り替えてしまうと、例えば、加速時など大きな駆動力が要求されているような環境では、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足する場合がある。即ち、加速要求に対する加速性能が悪化する。更に、駆動力を確保するために圧縮自着火燃焼から火花点火燃焼に移行するにしても、バッテリにおける蓄電量が少ない時点で当該移行を行うと、移行時における“トルク段差”或いは“駆動力段差”を吸収可能な程度のアシスト力をモータジェネレータ装置によって得ることも困難である。即ち、燃焼切替時に、アシスト力不足により、トルク段差が発生する場合があるという技術的問題点が有る。これは、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等の低下や、更に乗り心地の悪化、エンジンの故障・短命化に繋がる。
【００１１】
特に、高負荷時には圧力が上がりすぎて、圧縮自着火燃焼における着火時期制御ができない。即ち、ピストンが上死点に至る前に圧縮自着火が開始してしまい、ピストンを押し戻す力が働いて、エンジン動作が適切に行われなくなる。従って、実際には、低負荷時にしか圧縮自着火燃焼を行えないという技術的問題点がある。
【００１２】
加えて、圧縮自着火燃焼を継続していると、エンジン排気側における触媒温度が下がり、排気ガス浄化性能が低下してしまうという技術的問題点もある。
【００１３】
本発明は上述した問題点に鑑みなされたものであり、エンジンにおける燃焼形態切替機能を有しつつ、安定した動力性能を有しており、その燃焼形態の切替えの際に、例えばモータジェネレータ装置によるアシスト力が不足する事態を効率的に回避可能なハイブリッド型の動力出力装置及びその制御方法、並びにそのような動力出力装置を具備してなるハイブリッド車両を提供することを課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第１条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御手段とを備える。
【００１５】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置によれば、例えばマイコン等からなる制御手段による制御下で、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合には、例えばエンジンの点火プラグ、並びにターボ過給装置及びＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation：排気再循環）装置などの筒内温度の調整機構、筒内圧力の調整機構等の燃焼形態切替手段によってエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。より具体的には、点火プラグによる点火を停止し、筒内温度や筒内圧力を高めることにより、圧縮自着火燃焼を行わせる。他方、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされない場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに火花点火燃焼を行わせる。より具体的には、筒内温度や筒内圧力を低めることで圧縮自着火燃焼を防止しつつ点火プラグによる点火を行う。ここで特に、制御手段による制御下で、蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には、これが大きい場合と比べて、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件を厳しくする。具体的には例えば、蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には、エンジンの回転数とトルクとの特性図上における所定条件に対応する条件領域を「自着火燃焼可能領域」よりも小さく設定し、この小さく設定された条件領域に入る回転数とトルクの組合せの場合にのみ圧縮自着火燃焼に行わせる或いは圧縮自着火燃焼に切り替えるようにする。尚、本発明に係る蓄電装置としては、例えばバッテリ、大容量コンデンサ等がある。
【００１６】
以上によって、高負荷時にモータジェネレータ装置によるアシスト力が不足するような時点で、圧縮自着火燃焼に切り替えてしまう事態を回避でき、よって例えば加速要求に対する加速性能が悪化する事態を効率的に回避できる。特に、高負荷時にはエンジンにおける筒内圧力が上がりすぎて、圧縮自着火燃焼における着火時期制御ができない事態を回避できる。これにより、エンジン動作を適切に行える。更に、燃焼形態の切替えの際に、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足してトルク段差が発生する事態を効率的に回避できる。これらの結果、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化にも繋がる。
【００１７】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の一態様では、前記蓄電量を監視する監視手段を更に備え、前記制御手段は、前記監視された蓄電量が前記蓄電量閾値より小さいか否かを判定し、その判定結果に応じて前記燃焼形態切替手段を制御する。
【００１８】
この態様によれば、エンジン動作中、電圧センサ、蓄電量センサ、マイコン等の監視手段によって定期的に或いは不定期に蓄電装置の蓄電量を監視する。そして、制御手段は、この監視された蓄電量が蓄電量閾値より小さいか否かを定期的に或いは不定期に判定する。更に制御手段は、その判定結果に応じて燃焼形態切替手段を制御する。よって、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足するような時点で圧縮自着火燃焼に切り替えてしまう事態や、燃焼形態の切替えの際にアシスト力不足でトルク段差が発生する事態を効率的に回避できる。
【００１９】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記制御手段は、前記回転数及び前記トルクに基づいて前記第１条件が満たされるか否かを判定し、前記第１条件が満たされないと判定した場合には、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御し、前記第１条件が満たされると判定した場合には、更に前記蓄電量が前記蓄電量閾値以上であり且つ前記エンジンの排気側における触媒温度が所定の温度閾値以上であることを第２条件としてこれが満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御する。
【００２０】
この態様によれば、制御手段は先ず、回転数及び前記トルクに基づいて、第１条件が満たされるか否かを判定する。続いて、第１条件が満たされないと判定した場合には、制御手段による制御を受けて、燃焼形態切替手段は、エンジンに火花点火燃焼を行わせる。即ち、圧縮自着火燃焼は行わせない。他方、第１条件が満たされると判定した場合には更に、第１条件に加えて上述の所定条件を構成すると共に蓄電量及び触媒温度に関する第２条件が満たされる場合に、制御手段による制御を受けて、燃焼形態切替手段によりエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。よって、触媒温度が低いために排気ガス浄化性能が低下した状態では、当該触媒温度を相対的に低下させやすい圧縮自着火燃焼を行わせることを避け且つ当該触媒温度を相対的に上昇させやすい火花点火燃焼を行わせることが可能となる。
【００２１】
この態様では、前記触媒温度を検出又は推定する温度特定手段を更に備えており、前記制御手段は、前記第１条件が満たされると判定した場合には、前記蓄電量に加えて前記検出又は推定された触媒温度に基づいて前記第２条件が満たされるか否かを更に判定する用に構成してもよい。
【００２２】
このように構成すれば、温度特定手段によって定期又は不定期に検出又は推定された触媒温度に基づいて、制御手段は第２条件が満たされるか否かの判定を行うので、当該判定を迅速且つ確実に行うことが可能となる。
【００２３】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定手段と、前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御手段とを備える。
【００２４】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置によれば、その動作中には、例えば温度センサ、マイコン等の温度特定手段によって定期又は不定期に触媒温度が検出又は推定される。そして特に、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、例えばマイコン等からなる制御手段による制御を受けて、例えばエンジンの点火プラグ、筒内温度や筒内圧力の調整機構等の燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止する。即ち、火花点火燃焼を行わせる。他方、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、制御手段による制御を受けて、燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止しない。更に、このように検出又は推定された触媒温度が温度閾値より低い場合には、制御手段による制御受けて、エンジンは、要求されている出力より大きい出力を出す。これにより、排気ガス温度を上昇させ、早期に触媒温度を上昇させることができる。
【００２５】
以上によって、圧縮自着火燃焼を行いつつ、これを長時間続けることによる触媒温度が低下してしまう事態、即ち、排気ガス浄化性能が低下する事態を効率的に回避できる。或いは、触媒温度が低い場合には、早期にこれを上昇させ、排気ガス浄化性能を早期に回復させることが可能となる。他方、触媒温度が高ければ、排気ガス浄化性能を維持しつつ、圧縮自着火燃焼を行うことによって排気損失を低減でき、燃費性能等を向上させられる。
【００２６】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の他の態様では、前記モータジェネレータ装置は、複数のモータジェネレータを含み、該複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電して前記蓄電装置を充電し、前記複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記蓄電装置により電源供給されて前記駆動力を出力する。
【００２７】
この態様によれば、パラレルハイブリッド方式であってもシリアルハイブリッド方式であっても、本発明のハイブリッド型の動力出力装置は、エンジンにおける燃焼形態の切替えの際に、アシスト力が不足する事態を効率的に回避可能である。
【００２８】
本発明のハイブリッド車両は上記課題を解決するために、上述した本発明の動力出力装置（但し、その各種態様を含む）と、該動力出力装置が搭載される車両本体と、該車両本体に取り付けられると共に前記駆動軸を介して出力される前記駆動力により駆動される車輪とを備える。
【００２９】
本発明のハイブリッド車両によれば、上述した本発明の動力出力装置を備えるので、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等に優れる。更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化も図られている。
【００３０】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、前記蓄電装置の蓄電量を監視する監視工程と、前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第１条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記監視された蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御工程とを備える。
【００３１】
本発明のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法によれば、エンジン動作中、電圧センサ、蓄電量センサ、マイコン等を用いての監視工程によって定期的に或いは不定期に蓄電装置の蓄電量を監視する。そして、例えばマイコン等を用いた制御工程により、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに圧縮自着火燃焼を行わせる。他方、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされない場合には、燃焼形態切替手段によってエンジンに火花点火燃焼を行わせる。ここで特に、制御工程により、蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には、これが大きい場合と比べて、圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件を厳しくする。
【００３２】
以上によって、動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能等を向上させることが可能となり、更に乗り心地の向上、エンジンの長寿命化にも繋がる。
【００３３】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法は上記課題を解決するために、エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定工程と、前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御する制御工程と、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御工程とを備える。
【００３４】
本発明の他のハイブリッド型の動力出力装置の制御方法によれば、その動作中には、例えば温度センサ、マイコン等を用いた温度特定工程によって定期又は不定期に触媒温度が検出又は推定される。そして特に、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、例えばマイコン等を用いた制御工程により、燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止する。即ち、火花点火燃焼を行わせる。他方、このように検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、制御工程により、燃焼形態切替手段は、エンジンにおける圧縮自着火燃焼を禁止しない。更に、このように検出又は推定された触媒温度が温度閾値より低い場合には、制御工程により、エンジンは、要求されている出力より大きい出力を出す。これにより、排気ガス温度を上昇させ、早期に触媒温度を上昇させることができる。
【００３５】
以上によって、排気ガス浄化性能が低下する事態を効率的に回避でき、排気ガス浄化性能を早期に回復させることが可能となる。
【００３６】
本発明のこのような作用及び他の利得は次に説明する実施の形態から明らかにされよう。
【００３７】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。以下の実施形態では、本発明に係るハイブリッド型の動力出力装置を、パラレルハイブリッド方式のハイブリッド車両に適用したものであり、更に、本発明に係る動力出力装置の制御方法は、当該ハイブリッド車両において実行されるものである。
【００３８】
（ハイブリッド車両の基本構成及び動作）
先ず、本実施形態のハイブリッド車両の構成について図１を用いて説明する。ここに図１は、本実施形態のハイブリッド車両における動力系統のブロック図である。
【００３９】
図１において、本実施形態のハイブリッド車両の動力系統は、エンジン１５０、モータジェネレータ装置の一例を構成するモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、これらのモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２を夫々駆動する駆動回路１９１及び１９２、これらの駆動回路１９１及び１９２を制御する制御ユニット１９０、並びにエンジン１５０を制御するＥＦＩＥＣＵ（Electrical Fuel Injection Engine Control Unit）１７０を備えて構成されている。
【００４０】
本実施形態では特に、エンジン１５０は、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼を切替可能な燃焼形態切替機能を有するガソリンエンジンである。この燃焼形態の切替え動作に付いては後に詳述する。
【００４１】
エンジン１５０は、クランクシャフト１５６を回転させる。エンジン１５０の運転は、ＥＦＩＥＣＵ１７０により制御されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０は、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、ＣＰＵがＲＯＭに記録されたプログラムに従い、エンジン１５０の燃料噴射量や回転速度その他の制御を実行する。図示を省略したが、これらの制御を可能とするために、ＥＦＩＥＣＵ１７０にはエンジン１５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。
【００４２】
モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ１３２及び１４２と、回転磁界を形成する三相コイルが巻回されたステータ１３３及び１４３とを備える。ステータ１３３及び１４３は、ケース１１９に固定されている。モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２のステータ１３３及び１４３に巻回された三相コイルは、夫々駆動回路１９１及び１９２を介してバッテリ１９４に接続されている。
【００４３】
駆動回路１９１及び１９２は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを２つ１組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路１９１及び１９２は夫々、制御ユニット１９０に接続されている。制御ユニット１９０からの制御信号によって駆動回路１９１及び１９２のトランジスタがスイッチングされると、バッテリ１９４とモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２との間に電流が流れる。
【００４４】
モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２は夫々、バッテリ１９４からの電力の供給を受けて回転駆動するモータ（電動機）として動作することもできる（以下適宜、この運転状態を“力行”と呼ぶ）。或いは、ロータ１３２及び１４２が外力により回転している場合には三相コイルの両端に起電力を生じさせるジェネレータ（発電機）として機能してバッテリ１９４を充電することもできる（以下適宜、この運転状態を“回生”と呼ぶ）。
【００４５】
エンジン１５０とモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２とは夫々、プラネタリギヤ１２０を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ１２０は、遊星歯車とも呼ばれ、以下に示す夫々のギヤに結合された３つの回転軸を有している。プラネタリギヤ１２０を構成するギヤは、中心で回転するサンギヤ１２１、サンギヤの周辺を自転しながら公転するプラネタリピニオンギヤ１２３、及びその外周で回転するリングギヤ１２２である。プラネタリピニオンギヤ１２３はプラネタリキャリア１２４に軸支されている。本実施形態のハイブリッド車両では、エンジン１５０のクランクシャフト１５６はダンパ１３０を介してプラネタリキャリア軸１２７に結合されている。ダンパ１３０はクランクシャフト１５６に生じる捻り振動を吸収するために設けられている。モータジェネレータＭＧ１のロータ１３２は、サンギヤ軸１２５に結合されている。モータジェネレータＭＧ２のロータ１４２は、リングギヤ軸１２６に結合されている。リングギヤ１２２の回転は、チェーンベルト１２９を介して駆動軸１１２、更に車輪１１６Ｒ及び１１６Ｌに伝達される。
【００４６】
次に以上の如く構成された本実施形態のハイブリッド車両の動力系統における動作について説明する。
【００４７】
先ず、プラネタリギヤ１２０の動作について図２及び図３を参照して説明する。
【００４８】
プラネタリギヤ１２０は、上述した３つの回転軸のうち、２つの回転軸の回転数及びトルク（以下適宜、両者をまとめて“回転状態”と呼ぶ）が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まるという性質を有している。各回転軸の回転状態の関係は、機構学上周知の計算式によって求めることができるが、共線図と呼ばれる図により幾何学的に求めることもできる。
【００４９】
図２に共線図の一例を示す。縦軸が各回転軸の回転数を示している。横軸は、各ギヤのギヤ比を距離的な関係で示している。サンギヤ軸１２５（図中のＳ）とリングギヤ軸１２６（図中のＲ）を両端にとり、位置Ｓと位置Ｒの間を１：ρに内分する位置Ｃをプラネタリキャリア軸１２７の位置とする。ρはリングギヤ１２２の歯数に対するサンギヤ１２１の歯数の比である。こうして定義された位置Ｓ、Ｃ及びＲに、夫々のギヤの回転軸の回転数Ｎｓ、Ｎｃ及びＮｒをプロットする。プラネタリギヤ１２０は、このようにプロットされた３点が必ず一直線に並ぶという性質を有している。この直線を動作共線と呼ぶ。動作共線は２点が決まれば一義的に決まる。従って、動作共線を用いることにより、３つの回転軸のうち２つの回転軸の回転数から残余の回転軸の回転数を求めることができる。
【００５０】
また、プラネタリギヤ１２０では、各回転軸のトルクを動作共線に働く力に置き換えて示したとき、動作共線が剛体として釣り合いが保たれるという性質を有している。具体例として、プラネタリキャリア軸１２７に作用するトルクをＴｅとする。このとき、図２に示す通り、トルクＴｅに相当する大きさの力を位置Ｃで動作共線に鉛直下から上に作用させる。作用させる方向はトルクＴｅの方向に応じて定まる。また、リングギヤ軸１２６から出力されるトルクＴｒを位置Ｒにおいて動作共線に、鉛直上から下に作用させる。図中のＴｅｓ，Ｔｅｒは剛体に作用する力の分配法則に基づいてトルクＴｅを等価な２つの力に分配したものである。「Ｔｅｓ＝ρ／（１＋ρ）×Ｔｅ」「Ｔｅｒ＝１／（１＋ρ）×Ｔｅ」なる関係がある。以上の力が作用した状態で、動作共線図が剛体として釣り合いがとれているという条件を考慮すれば、サンギヤ軸１２５に作用すべきトルクＴｍ１と、リングギヤ軸に作用すべきトルクＴｍ２とを求めることができる。トルクＴｍ１はトルクＴｅｓに等しくなり、トルクＴｍ２はトルクＴｒとトルクＴｅｒとの差分に等しくなる。
【００５１】
プラネタリキャリア軸１２７に結合されたエンジン１５０が回転をしているとき、動作共線に関する上述の条件を満足する条件下で、サンギヤ１２１およびリングギヤ１２２は様々な回転状態で回転することができる。サンギヤ１２１が回転しているときは、その回転動力を利用してモータジェネレータＭＧ１により発電することが可能である。リングギヤ１２２が回転しているときは、エンジン１５０から出力された動力を駆動軸１１２に伝達することが可能である。図１に示した構成を有するハイブリッド車両では、エンジン１５０から出力された動力を駆動軸に機械的に伝達される動力と、電力として回生される動力に分配し、さらに回生された電力を用いてモータジェネレータＭＧ２を力行して動力のアシストを行なうことによって所望の動力を出力しながら走行することができる。こうした動作状態は、ハイブリッド車両の通常走行時に取り得る状態である。なお、全開加速時等の高負荷時には、バッテリ１９４からもモータジェネレータＭＧ２に電力が供給され、駆動軸１１２に伝達する動力を増大している。
【００５２】
また、上述のハイブリッド車両では、モータジェネレータＭＧ１またはＭＧ２の動力を駆動軸１１２から出力することができるため、これらのモータにより出力される動力のみを用いて走行することもできる。従って、車両が走行中であっても、エンジン１５０は停止していたり、いわゆるアイドル運転していたりすることがある。この動作状態は、発進時或いは低速走行時に取り得る状態である。
【００５３】
更に、本実施形態のハイブリッド車両では、エンジン１５０から出力された動力を２経路に分配するのではなく、駆動軸１１２側だけに伝達させることもできる。これは、高速定常走行時に取り得る動作状態であり、モータジェネレータＭＧ２は高速走行による慣性によって連れ回された状態となり、モータジェネレータＭＧ２によるアシストなしにエンジン１５０から出力された動力のみの走行となる。
【００５４】
図３は、この高速定常走行時の共線図を示している。図２に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによって、図３に示す共線図のように負となる。このときには、モータジェネレータＭＧ１では、回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、モータジェネレータＭＧ１は電動機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギを消費する（逆転力行の状態）。一方、モータジェネレータＭＧ２では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、モータジェネレータＭＧ２は発電機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギをリングギヤ軸１２６から回生することになる。
【００５５】
このように、本実施形態のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ１２０の作用に基づいて種々の運転状態で走行することができる。
【００５６】
続いて、制御ユニット１９０による制御動作について再び図１を参照して説明する。
【００５７】
図１において、本実施形態の動力出力装置の運転全体は、制御ユニット１９０により制御されている。制御ユニット１９０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０と同様、内部にＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット１９０はＥＦＩＥＣＵ１７０と接続されており、両者は種々の情報を伝達し合うことが可能である。制御ユニット１９０は、エンジン１５０の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をＥＦＩＥＣＵ１７０に送信することにより、エンジン１５０の運転を間接的に制御可能に構成されている。制御ユニット１９０はこうして、動力出力装置全体の運転を制御しているのである。かかる制御を実現するために制御ユニット１９０には、種々のセンサ、例えば、駆動軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４などが設けられている。リングギヤ軸１２６と駆動軸１１２とは機械的に結合されているため、本実施形態では、駆動軸１１２の回転数を知るためのセンサ１４４をリングギヤ軸１２６に設け、モータジェネレータＭＧ２の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【００５８】
（ハイブリッド車両の動力系統における電気回路）
次に図４を参照して、本実施形態のハイブリッド車両の動力系統に備えられる電気回路について更に詳細に説明する。即ちここでは、図１に示した制御ユニット１９０、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２、駆動回路１９１及び１９２、並びにバッテリ１９４の詳細について述べる。
【００５９】
図４に示すように、バッテリ１９４に対して、インバータコンデンサ１９６と、モータジェネレータＭＧ１に接続される駆動回路１９１と、モータジェネレータＭＧ２に接続される駆動回路１９２とが夫々並列に接続されている。
【００６０】
バッテリ１９４は、詳細には、電池モジュール部１９４ａと、ＳＭＲ（システムメインリレー）１９４ｂと、電圧検出回路１９４ｃと、電流センサ１９４ｄ等を備える。ＳＭＲ１９４ｂは、制御ユニット１９０からの指令により高電圧回路の電源の接続・遮断を行なうもので、電池モジュール部１９４ａの＋−両極に配置された２個のリレーＲ１及びＲ２から構成される。バッテリ１９４に２個のリレーＲ１及びＲ２を設けたのは、電源の接続時には、まずリレーＲ２をオンし、続いてリレーＲ１をオンし、電源の遮断時には、まずリレーＲ１をオフし、続いてリレーＲ２をオフすることにより、確実な作動を行なうことを可能とするためである。電圧検出回路１９４ｃは、電池モジュール部１９４ａの総電圧値を検出する。電流センサ１９４ｄは、電池モジュール部１９４ａからの出力電流値を検出する。電圧検出回路１９４ｃ及び電流センサ１９４ｄの出力信号は、制御ユニット１９０に送信される。
【００６１】
駆動回路１９１及び１９２は、バッテリの高電圧直流電流とモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２用の交流電流の変換を行なう電力変換装置であり、詳細には、６個のパワートランジスタで構成される３相ブリッジ回路１９１ａ及び１９２ａを夫々備えており、この３相ブリッジ回路１９１ａ及び１９２ａにより直流電流と３相交流電流との変換を行なっている。
【００６２】
駆動回路１９１及び１９２には、電圧検出回路１９１ｂ及び１９２ｂが夫々設けられている。電圧検出回路１９１ｂ及び１９２ｂは、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の逆起電圧を夫々検出する。３相ブリッジ回路１９１ａ及び１９２ａの各パワートランジスタの駆動は、制御ユニット１９０により制御されると共に、駆動回路１９１及び１９２から制御ユニット１９０に対し、電圧検出回路１９１ｂ及び１９２ｂにて検出された電圧値や、３相ブリッジ回路１９１ａ及び１９２ａとモータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２との間に設けられた図示しない電流センサにて検出された電流値など電流制御に必要な情報を送信している。
【００６３】
（直噴式ガソリンエンジン）
次に図５を参照して、本実施形態のハイブリッド車両に備えられる直噴式エンジンについて更に詳細に説明する。即ちここでは、図１に示すエンジン１５０の詳細に付いて述べる。
【００６４】
図５に示すように、エンジン１５０は、燃料室内に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式ガソリンエンジンである。エンジン１５０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０により制御される。エンジン１５０は、シリンダブロック１４を備えている。シリンダブロック１４の内部には、シリンダ１６が形成されている。なお、エンジン１５０は、複数のシリンダを備えているが、説明の便宜上、図５には複数のシリンダのうち１つのシリンダ１６を示している。
【００６５】
シリンダ１６の内部にはピストン１８が配設されている。ピストン１８は、シリンダ１６の内部を、図５における上下方向に摺動することができる。シリンダ１６の内部において、ピストン１８の上方には燃焼室２０が形成されている。燃焼室２０には、燃料噴射弁２２の噴射口が露出している。エンジン１５０の運転中、燃料噴射弁２２には燃料ポンプ２４から燃料が圧送される。燃料噴射弁２２及び燃料ポンプ２４は、ＥＦＩＥＣＵ１７０に接続されている。燃料ポンプ２４は、ＥＦＩＥＣＵ１７０から供給される制御信号に応じて燃料噴射弁２２側へ燃料を圧送する。また、燃料噴射弁２２は、ＥＦＩＥＣＵ１７０から供給される制御信号に応じて燃焼室２０内へ燃料を噴射する。
【００６６】
また、燃焼室２０には、点火プラグ２６の先端が露出している。点火プラグ２６は、ＥＦＩＥＣＵ１７０から点火信号を供給されることにより、燃焼室２０内の燃料に点火する。燃焼室２０には、排気弁２８を介して排気管３０が連通している。燃焼室２０には、また、吸気弁３２を介して吸気マニホールド３４の各枝管が連通している。吸気マニホールド３４は、その上流側においてサージタンク３６に連通している。サージタンク３６の更に上流側には吸気管３８が連通している。
【００６７】
吸気管３８には、スロットル弁４０が配設されている。スロットル弁４０は、スロットルモータ４２に連結されている。そして、スロットルモータ４２は、ＥＦＩＥＣＵ１７０に接続されている。スロットルモータ４２は、ＥＦＩＥＣＵ１７０から供給される制御信号に応じてスロットル弁４０の開度を変化させる。スロットル弁４０の近傍には、スロットル開度センサ４４が配設されている。スロットル開度センサ４４は、スロットル弁４０の開度（以下適宜、スロットル開度ＳＣと称す）に応じた電気信号をＥＦＩＥＣＵ１７０に向けて出力する。ＥＦＩＥＣＵ１７０は、スロットル開度センサ４４の出力信号に基づいてスロットル開度ＳＣを検出する。
【００６８】
ＥＦＩＥＣＵ１７０には、また、イグニッションスイッチ７６（以下、ＩＧスイッチ７６と称す）が接続されている。ＥＦＩＥＣＵ１７０は、ＩＧスイッチ７６の出力信号に基づき、ＩＧスイッチ７６のオン／オフ状態を検出する。ＩＧスイッチ７６がオン状態からオフ状態とされると、燃料噴射弁２２による燃料噴射、点火プラグ２６による燃料の点火、及び、フューエルポンプ２４による燃料の圧送が停止され、エンジン１５０の運転が停止される。
【００６９】
アクセルペダル７８の近傍には、アクセル開度センサ８０が配設されている。アクセル開度センサ８０は、アクセルペダル７８の踏み込み量（以下適宜、アクセル開度ＡＣと称す）に応じた電気信号をＥＦＩＥＣＵ１７０に向けて出力する。ＥＦＩＥＣＵ１７０は、アクセル開度センサの出力信号に基づいてアクセル開度ＡＣを検出する。
【００７０】
本実施形態では、吸気管３８には、ターボ過給装置３９が設けられており、例えば排気管３０側に設けられたタービンに連動するタービンにより、吸気管３８内に圧縮空気をターボ過給するように構成されている。また、このようなターボ過給装置３９は、ジェネレータモータＭＧ１又はＭＧ２によりアシストされるように構成してもよい。更に、ターボ過給装置３９は、ＥＦＩＥＣＵ１７０による制御を受けて、特定タイミングで筒内圧力を可変に高めるように構成してもよい。
【００７１】
本実施形態では、排気管３０には、三元触媒装置３１が設けられており、これにより排気ガス浄化性能が高められている。尚、三元触媒装置３１は、一定温度以上の高温でないと、その浄化性能が顕著に低下する。そこで、三元触媒装置３１には、温度センサ３１Ｔが取り付けられており、その触媒温度ＴＣＡが検出され、触媒温度情報としてＥＦＩＥＣＵ１７０に入力される。或いは、このような触媒温度ＴＣＡは、エンジン１５０におけるエンジン回転数等の他の検出情報に基づいて間接的に推定してもよい。このように検出又は推定された触媒温度ＴＣＡは、当該触媒温度ＴＣＡが一定温度以下に低下しないようにエンジン制御するのに用いられる。
【００７２】
以上説明したように本実施形態に係るエンジン１５０では、点火プラグ２６並びにターボ過給装置３９、不図示のＥＧＲ装置等の筒内温度や筒内圧力の調整機構などから、燃焼形態切替手段の一例が構成されている。これにより、エンジン１５０は、ＥＦＩＥＣＵ１７０による制御下で、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼を切替え可能であるように、即ち燃焼形態切替機能を有するように構成されている。
【００７３】
（燃焼形態の切替え制御）
次に、本発明に係る制御手段を構成する制御ユニット１９０及びＥＦＩＥＣＵ１７０による、エンジン１５０における火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼間で燃焼形態を切替える制御について、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２における力行及び回生間で動作を適宜切替える制御と共に、図６から図８を参照して説明する。ここに、図６は、当該切替制御の一具体例における動作を示すフローチャートであり、図７は、自着火燃焼可能領域を示すエンジンにおける回転数Ｎｅ及びトルクＴｅの特性図である。図８は、当該切替制御の他の具体例における動作を示すフローチャートである。
【００７４】
図６において先ず、初期状態として、ハイブリッド車両は動作中である。即ち、制御ユニット１９０及びＥＦＩＥＣＵ１７０による制御下で、現在の車速、アクセルの踏み込み量、充電容量ＳＯＣ等に応じて、要求されるエンジンの回転数Ｎｅ及びトルクＴｅ（エンジンパワー）が設定される。これらの回転数Ｎｅ及びトルクＴｅの値は、例えば、火花点火燃焼時には、図７に示した動作曲線Ｃ１上の値として選択される。尚、動作曲線Ｃ１とは、運転効率が良くなる回転数ＮｅとトルクＴｅとの組合せをＮｅ−Ｐｅ特性図上で結んだ曲線である。そして、このように設定された運転ポイントを示す情報等が、制御ユニット１９０から、ＥＦＩＥＣＵ１７０に対して送信され、ＥＦＩＥＣＵ１７０によってエンジン１５０の制御が行われ、エンジン１５０においては、その燃料噴射量或いはスロットルの開度等の動作状態が制御される。これと並行して、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２においては、図２及び図３に示した如き共線図或いは所謂比例積分制御（ＰＩ制御）によって、それらの回転数が制御される。より具体的には、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２の制御は例えば、設定された回転数Ｎｅ及びトルクＴｅに応じて各モータの三相コイルに印加する電圧が設定され、現時点での印加電圧との偏差に応じて、駆動回路１９１及び１９２のトランジスタのスイッチングが行われる。
【００７５】
以上のような初期状態において、圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼間の切替ロジックが、例えば割り込み処理により定期的に或いは不定期に繰り返し開始される（ステップＳ１０）。すると、エンジンに要求されている回転数Ｎｅ及びトルクＴｅに基づいて、これらが第１条件として自着火燃焼可能領域に入っているか否かが判定される（ステップＳ１１）。具体的には、図７に示した要求中の回転数Ｎｅ及び要求中のトルクＴｅの特性図上において、これらの値の組（Ｎｅ，Ｔｅ）が、自着火燃焼可能領域Ａ１に入っているか否かが判定される。尚、図７に示したように、自着火燃焼可能領域Ａ１は、一般に動作曲線Ｃ１の下方且つ左より、即ち低回転数側且つ低トルク側に位置している。
【００７６】
続いて、ステップＳ１１の判定の結果、自着火燃焼可能領域に入っていなければ、即ち、火花点火燃焼を選択すべきであれば（ステップＳ１１：“火花点火燃焼選択”）、点火プラグに対して所定タイミングで電気的パルス信号を送って、エンジン１５０に火花点火燃焼を行わせる（ステップＳ１２）。この際、エンジン１５０においては、その筒内圧力や筒内温度、その噴射燃料の空気混合比率、ターボ過給の度合い、ＥＧＲによる排気循環の度合い、吸気及び排気バルブの開閉タイミングなども、火花点火燃焼用に設定する。即ち、本実施形態では、このような点火プラグ等から、燃焼形態切替手段の一例が構成されている。その後、当該割り込み処理等により実行される切替動作が終了する。
【００７７】
これに対し、ステップＳ１１の判定の結果、自着火燃焼可能領域に入っていれば、即ち、圧縮自着火燃焼を選択すべきであれば（ステップＳ１１：“自着火燃焼選択”）、更にバッテリ１９４の充電容量ＳＯＣが所定充電量Ｓ０より大きな値であるか否かが判定される（ステップＳ１３）。
【００７８】
ステップＳ１３において、バッテリ１９４の充電容量ＳＯＣは例えば、蓄電量を監視する監視手段の一例としての、バッテリ１９４に内蔵される電流センサ１９４ｄの検出信号から求められる充電・放電の電流値の積算によって求められる。或いは、蓄電量を監視する監視手段の一例としての、バッテリ１９４の電解液の比重を測定することにより充電容量ＳＯＣを検出する構成としてもよいし、バッテリの端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることにより充電容量ＳＯＣを検出する構成としてもよい。
【００７９】
ステップＳ１３において、所定蓄電量Ｓ０としては、例えば飽和充電時に対して４５％など、１０〜８０％の範囲内の値が、予め設定される。その設定方法は、当該ハイブリッド車両の仕様、より具体的には要求される動力性能、燃費性能、排気ガス浄化性能、乗り心地の良さ、エンジン寿命等に総合的に鑑み、実験的、経験的、理論的、シミュレーション等により個別具体的に設定される性質のものである。そして、所定充電量Ｓ０が大きい程、ステップＳ１３における条件は厳しくなり圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が減少し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が増加する。これに対して、所定充電量Ｓ０が小さい程、ステップＳ１３における条件は緩くなり、圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が増加し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が減少する。
【００８０】
更に、ステップＳ１３では、触媒温度ＴＣＡが所定温度Ｔ０以上であることが満足されているか否かが判定される。触媒温度ＴＣＡは、前述の如く温度特定手段の一例としての三元触媒装置３１に取り付けられた温度センサ３１Ｔから検出してもよいし、他の回転数Ｎｅ、トルクＴｅ等のパラメータに基づいて算出或いは推定してもよい。
【００８１】
ステップＳ１３において、所定温度Ｔ０としては、例えば摂氏数十度〜百数十度の範囲内の値が、予め設定される。その設定方法は、当該ハイブリッド車両の仕様、より具体的には要求される排気ガス浄化性能を中心として動力性能、燃費性能、乗り心地の良さ、エンジン寿命等に総合的に鑑み、実験的、経験的、理論的、シミュレーション等により個別具体的に設定される性質のものである。そして、所定温度Ｔ０が大きい程、ステップＳ１３における条件は厳しくなり圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が減少し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が増加する。これに対して、所定温度Ｔ０が小さい程、ステップＳ１３における条件は緩くなり、圧縮自着火燃焼を行う期間或いは機会が増加し、火花点火燃焼を行う期間或いは機会が減少する。
【００８２】
以上のように、ステップＳ１３では、本発明に係る第２条件の一例として、充電容量ＳＯＣが所定蓄電量Ｓ０以上であり且つ触媒温度ＴＣＡが所定温度Ｔ０以上であることが満足されているか否かが判定される。
【００８３】
ステップＳ１３における判定の結果、上述の第２条件が満足されていなければ（ステップＳ１３：ＮＯ）、ステップＳ１２に分岐して、前述の如くエンジン１５０に火花点火燃焼を行わせる。
【００８４】
これに対し、ステップＳ１３における判定の結果、上述の第２条件が満足されていれば（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、点火プラグに対して電気的パルス信号を送ることなく、エンジン１５０に圧縮自着火燃焼を行わせる（ステップＳ１４）。この際、エンジン１５０においては、その筒内圧力や筒内温度、その噴射燃料の空気混合比率、ターボ過給の度合い、ＥＧＲによる排気循環の度合い、吸気及び排気バルブの開閉タイミングなども、圧縮自着火燃焼用に設定する。その後、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【００８５】
以上説明したように、ステップＳ１３において、蓄電容量ＳＯＣが所定蓄電量Ｓ０以上で有る場合にのみ、ステップＳ１４における圧縮自着火燃焼が行われるので、当該圧縮自着火燃焼が行われる際には、十分な蓄電量のバッテリ１９４を用いて、モータジェネレータＭＧ１及びＭＧ２によりエンジン１５０のアシストを行って、必要な駆動力が得られる。
【００８６】
尚、本実施形態では、ステップＳ１０の切替ロジックが初期状態として「火花点火燃焼」中に開始された場合には、ステップＳ１１の判定では、車両の加速が必要でないことを条件に加えて、圧縮自着火燃焼を選択するように（即ち、圧縮自着火燃焼に切替えるように）制御してもよい。また、ステップＳ１０の切替ロジックが初期状態として「火花点火燃焼」中に開始された場合には、ステップＳ１１の判定では、仮に燃焼形態を切替えたとするとトルク段差を吸収できないことを条件に加えて、火花点火燃焼を選択するように（即ち、火花点火燃焼を継続するように）制御してもよい。他方、ステップＳ１０の切替ロジックが初期状態として「圧縮自着火燃焼」中に開始された場合には、ステップＳ１１の判定では、車両の加速が必要でないことを条件に加えて、圧縮自着火燃焼を選択するように（即ち、圧縮自着火燃焼を継続するように）制御してもよい。
【００８７】
次に図８を参照して、本実施形態における切替制御の他の具体例について説明を加える。尚、図８において、図６と同様のステップには同様のステップ番号を付し、それらの説明は適宜省略する。
【００８８】
即ち図８において、ステップＳ１０〜Ｓ１３までの処理が、図６の場合と同様に行われる。
【００８９】
続いて、ステップＳ１３の判定の結果、第２条件たる充電容量ＳＯＣが所定蓄電量Ｓ０以上であり且つ触媒温度ＴＣＡが所定温度Ｔ０以上である第２条件が満足されていなければ（ステップＳ１３：ＮＯ）、要求されているエンジンの回転数Ｎｅ及びトルクＴｅよりも大きな出力が得られるように、制御ユニット１９０及びＥＦＩＥＣＵ１７０による制御下で、エンジン出力を増大させる（ステップＳ２１）。この結果、触媒温度ＴＣＡを迅速に上昇させることができる。よって、排気ガス浄化性能を迅速に回復させることができる。同時に、ジェネレータモータＭＧ１及びＭＧ２における回生動作によって、蓄電容量ＳＯＣを迅速に増大させることも可能となる。
【００９０】
その後、ステップＳ１２に分岐して、前述の如くエンジン１５０に火花点火燃焼を行わせる。
【００９１】
これに対し、ステップＳ１３における判定の結果、上述の第２条件が満足されていれば（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、図６の場合と同様にステップＳ１４が行われ、その後、当該割り込み処理等により実行される切替ロジックが終了する。
【００９２】
（その他の変形形態）
本発明を適用するハイブリッド車両の構成としては、図１に示した構成の他、種々の構成が可能である。
【００９３】
上述の実施形態では、図１に示したようにモータジェネレータＭＧ２がリングギヤ軸１２６に結合されているが、モータジェネレータＭＧ２が、エンジン１５０のクランクシャフト１５６に直結したプラネタリキャリア軸１２７に結合された構成をとることもできる。或いは、図１では、エンジン１５０から出力された動力の一部を駆動軸１１２に伝達するための動力調整装置としてプラネタリギヤ１２０等を用いた機械分配型動力調整装置を用いていたのに対し、動力調整装置として、対ロータ電動機等を用いた電気分配型動力調整装置を用いることも可能である。例えば、プラネタリギヤ１２０およびモータジェネレータＭＧ１に代えて、クラッチモータＣＭを備えて構成してもよい。
【００９４】
上述の実施形態では、モータジェネレータ装置が同期電動機からなるモータジェネレータを複数備えてなるが、その少なくとも一部に代えて又は加えて、誘導電動機、バーニアモータ、直流電動機、超伝導モータ、ステップモータ等を用いることも可能である。
【００９５】
上述の実施形態では、エンジン１５０としてガソリンにより運転される直噴型のガソリンエンジンを用いていたが、その他に、伝統的なポート噴射型のガソリンエンジン、ディーゼルエンジン、タービンエンジン、ジェットエンジン等の各種の内燃あるいは外燃機関を用いることができる。
【００９６】
加えて、本発明の動力出力装置は、パラレルハイブリッド方式の車両ではなく、シリアルハイブリッド方式の車両にも適用可能である。更に、ハイブリッド車両用のみならず、その他の各種移動体や重電機器に対して、本発明のハイブリッド型の動力出力装置は適用可能である。
【００９７】
本発明は、上述した実施形態に限られるものではなく、請求の範囲及び明細書全体から読み取れる発明の要旨或いは思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴なうハイブリッド型の動力出力装置、その制御方法並びにそのような動力出力装置を備えたハイブリッド車両もまた本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【００９８】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明によれば、例えばハイブリッド車両等に好適に用いられるハイブリッド型の動力出力装置において、エンジンが燃焼形態切替機能を有しつつ、安定した動力性能を実現できる。更に、その燃焼形態の切替えの際に、モータジェネレータ装置によるアシスト力が不足する事態を効率的に回避可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態のハイブリッド車両における動力系統のブロック図である。
【図２】本実施形態に係るハイブリッド車両の基本的動作を説明するための共線図である。
【図３】本実施形態に係るハイブリッド車両が高速定常走行している場合の共線図である。
【図４】本実施形態に係るハイブリッド車両のバッテリ及びモータ駆動回路の構成を示す。
【図５】本実施形態に係るエンジンの構造の概略構成図である。
【図６】本実施形態に係る圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替制御の一具体例における動作を示すフローチャートである。
【図７】本実施形態に係る自着火燃焼可能領域を示すエンジンにおける回転数Ｎｅ及びトルクＴｅの特性図である。
【図８】本実施形態に係る圧縮自着火燃焼及び火花点火燃焼の切替制御の他の具体例における動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２２ 燃料噴射弁
２４ 燃料ポンプ
３１ 三元触媒装置
３８ 吸気管
３９ ターボ過給装置
４０ スロットル弁
４４ スロットル開度センサ
７６ イグニッションスイッチ
７８ アクセルペダル
８０ アクセル開度センサ
１２０ プラネタリギア
１５０ エンジン
１７０ ＥＦＩＥＣＵ
１９０ 制御ユニット（ＥＣＵ）
１９４ バッテリ

Claims (9)

1. エンジンと、
   該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、
   該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、
   前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、
   前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第１条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記蓄電装置の蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御手段と
   を備えたことを特徴とする動力出力装置。
2. 前記蓄電量を監視する監視手段を更に備え、
   前記制御手段は、前記監視された蓄電量が前記蓄電量閾値より小さいか否かを判定し、その判定結果に応じて前記燃焼形態切替手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の動力出力装置。
3. 前記制御手段は、
   前記回転数及び前記トルクに基づいて前記第１条件が満たされるか否かを判定し、
   前記第１条件が満たされないと判定した場合には、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御し、
   前記第１条件が満たされると判定した場合には、更に前記蓄電量が前記蓄電量閾値以上であり且つ前記エンジンの排気側における触媒温度が所定の温度閾値以上であることを第２条件としてこれが満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるように前記燃焼形態切替手段を制御することを特徴とする請求項１又は２に記載の動力出力装置。
4. 前記触媒温度を検出又は推定する温度特定手段を更に備えており、
   前記制御手段は、前記第１条件が満たされると判定した場合には、前記蓄電量に加えて前記検出又は推定された触媒温度に基づいて前記第２条件が満たされるか否かを更に判定することを特徴とする請求項３に記載の動力出力装置。
5. エンジンと、
   該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、
   該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、
   前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段と、
   前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定手段と、
   前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御手段と
   を備えたことを特徴とする動力出力装置。
6. 前記モータジェネレータ装置は、複数のモータジェネレータを含み、
   該複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電して前記蓄電装置を充電し、
   前記複数のモータジェネレータのうち少なくとも一つは、前記蓄電装置により電源供給されて前記駆動力を出力することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の動力出力装置。
7. 請求項１から６のいずれか一項に記載の動力出力装置と、
   該動力出力装置が搭載される車両本体と、
   該車両本体に取り付けられると共に前記駆動軸を介して出力される前記駆動力により駆動される車輪と
   を備えたことを特徴とするハイブリッド車両。
8. エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、
   前記蓄電装置の蓄電量を監視する監視工程と、
   前記エンジンのトルク及び回転数の組合せにより規定される第１条件を含む前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせるための所定条件が満たされる場合に、前記エンジンに前記圧縮自着火燃焼を行わせ、前記所定条件が満たされない場合に、前記エンジンに前記火花点火燃焼を行わせるように、前記燃焼形態切替手段を制御すると共に、前記監視された蓄電量が所定の蓄電量閾値より小さい場合には大きい場合と比べて前記所定条件を厳しくする制御工程と
   を備えたことを特徴とする動力出力装置の制御方法。
9. エンジンと、該エンジンの出力の少なくとも一部を用いて発電可能であると共に駆動軸を介して駆動力を出力可能なモータジェネレータ装置と、該モータジェネレータ装置により充電可能であると共に前記モータジェネレータ装置に電源供給可能な蓄電装置と、前記エンジンにおける火花点火燃焼及び圧縮自着火燃焼を切り替える燃焼形態切替手段とを備えた動力出力装置を制御する制御方法であって、
   前記エンジンの排気側における触媒温度を検出又は推定する温度特定工程と、
   前記検出又は推定された触媒温度が所定の温度閾値より低い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止し、前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より高い場合には、前記エンジンにおける前記圧縮自着火燃焼を禁止しないように前記燃焼形態切替手段を制御する制御工程と、
   前記検出又は推定された触媒温度が前記温度閾値より低い場合には、前記エンジンに要求されている出力より大きい出力を出すように前記エンジンを制御する制御工程と
   を備えたことを特徴とする動力出力装置の制御方法。

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