JP3933170B2 - 内燃機関の出力状態検出装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の出力状態を検出する内燃機関の出力状態検出装置に関する。

近年、エンジンとモータージェネレーター（電動機又は発電機として機能する）とを備えた車輌、例えば、いわゆるハイブリッド車が実用化されている。こうしたハイブリッド車においては、エンジンを効率の良い機関回転領域で運転を行なうために、エンジンとモータージェネレーターとを遊星歯車を介して接続し、モータージェネレーターを制御することによりエンジン回転数を効率の良い機関回転数に維持している。
特許２７１２３３２号公報 特開平９−２５６８９８号公報

エンジンとモータージェネレーターとを有する車輌おいてはモータージェネレーターがエンジンの出力軸の回転角速度をほぼ一定となるよう制御するので、回転角速度に基づいて内燃機関の出力状態を検出することは困難であることを、発明者らは見出した。

従って、本発明は、内燃機関と電動機とを有している車輌等において、内燃機関の出力状態を検出することのできる出力状態検出装置を提供することを目的とする。

例えば、燃料弁や点火装置の不具合による内燃機関の気筒内での失火（内燃機関の出力状態）を検出する装置として、日本国特許2712332号に開示されている技術がある。この技術は、内燃機関の出力軸の回転角速度を検出し、回転角速度の異常に基づいて失火が起こった異常気筒を判別するものである。しかし、上述したように、エンジンとモータージェネレーターとを有する車輌においては、モータージェネレーターによってエンジンの回転数を制御しているので、この技術のようにエンジンの回転数に基づいて燃焼状態（出力状態）を検出を行なうことは困難である。

あるいは、内燃機関を安定して運転させたり、排出される排気ガス内の有害成分を低減させるために、燃料性状を検出することが行われている。燃料性状の変化によって内燃機関の出力は変わり得るので、燃料性状は内燃機関の出力状態のうちの一つとしてとらえることができる。燃料性状を検出する燃料性状検出装置としては、日本国特開平9-256898号公報に記載のものなどが知られている。日本国特開平9-256898号公報に記載の燃料性状検出装置は、補機駆動時における機関回転数の変化によって、燃料性状を検出するものである。

燃料性状が重質であると、冷間始動時などに燃料が吸気管（吸気ポート）内壁などに付着した場合に、付着した燃料は揮発しにくくなる。燃料性状を検出してその検出結果に基づいて燃料噴射量を補正しなければ、空燃比がリーン寄りになる場合がある。このため、内燃機関の出力や運転状態が不安定になったり、排気ガス中に有害物質が多く含まれるようになってしまう。

しかし、エンジンとモータージェネレーター（車輪駆動用及び発電用）とを有する車輌においては、モータージェネレーターによってエンジンの回転数を制御しているので、機関回転数の変化は非常に小さく、機関回転数の変化から燃料性状を判定することは非常に困難である。

本発明の内燃機関の出力状態検出装置は、内燃機関と、内燃機関により駆動されて電力を生成する発電機と、発電機のトルク反力を検出するトルク検出手段と、内燃機関の出力状態を検出する出力状態検出手段と、発電機を制御することで内燃機関の回転数を制御する回転制御手段とを備えており、内燃機関と発電機とが動力分割手段によって接続されており、動力分割手段により、内燃機関の回転数と発電機の回転数と内燃機関の出力トルクと発電機のトルク反力とが所定の関係を満たしており、出力状態検出手段が、回転制御手段による内燃機関の回転数制御中に、定常状態の場合には動力分割手段による所定の関係に基づいて内燃機関に対する要求トルクから閾値を算出し、過度状態の場合には動力分割手段による所定の関係に基づいて内燃機関の回転角速度と慣性モーメント、発電機の回転角速度と慣性モーメント及び内燃機関に対する要求トルクから閾値を算出し、当該算出された閾値とトルク検出手段によって検出された発電機のトルク反力との比較により内燃機関の出力状態を検出することを特徴としている。

電動機は内燃機関の出力を受けて発電するので、電動機のトルク反力には内燃機関の出力が反映される。このため、本発明によれば、電動機のトルク反力に基づいて内燃機関の出力状態を検出することができる。

本発明をより詳細に説明するために、添付の図面に従ってこれを説明する。本発明の出力状態検出装置を有する車輌の構成を第１図に示す。

この車輌は、その駆動源として、内燃機関であるエンジン１とモータージェネレーター（ＭＧ）２とを有している、いわゆるハイブリッド車である。また、この車輌は、エンジン１の出力を受けて発電を行うモータージェネレーター（ＭＧ）３も有している。これらのエンジン１、ＭＧ２及びＭＧ３は、動力分割機構４によって接続されている。動力分割機構４は、エンジン１の出力をＭＧ３と駆動輪５とに振り分けている。また、動力分割機構４は、ＭＧ２からの出力を駆動輪５に伝達させる役割や、減速機７及び駆動軸６を介して駆動輪５に伝達される駆動力の変速機としての役割も備えている。動力分割機構４については、追って詳しく説明する。

ＭＧ２は、交流同期電動機であり、交流電力によって駆動される。インバータ９は、バッテリ８に蓄えられた電力を直流から交流に変換して、ＭＧ２に供給すると共に、ＭＧ３によって発電される電力を交流から直流に変換して、バッテリ８に蓄えるためのものである。ＭＧ３も、基本的には上述したＭＧ２とほぼ等しい構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。ＭＧ２が主として駆動力を出力するのに対して、ＭＧ３は、主としてエンジン１の出力を受けて発電する。

なお、ＭＧ２は、主として駆動力を発生させるが、駆動輪５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機としても機能し得る。このとき、駆動輪５にはブレーキ（回生ブレーキ）がかかるので、これをフットブレーキ（オイルブレーキ）やエンジンブレーキと併用することにより、車輌を制動させることができる。一方、ＭＧ３は、主としてエンジン１の出力を受けて発電をするが、インバータ９を介してバッテリ８の電力を受けて駆動する電動機としても機能し得る。

そして、エンジン１のクランクシャフト１５には、ピストン位置及びエンジン１の回転数を検出するクランクポジションセンサ２１が取り付けられている。クランクポジションセンサ２１は、エンジンＥＣＵ１１に接続されている。また、ＭＧ２及びＭＧ３の各駆動軸には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転センサ（レゾルバ）２２，２３が取り付けられている。回転センサ２２，２３は、それぞれモータＥＣＵ１２に接続されている。

上述した動力分割機構４を、エンジン１、ＭＧ２及びＭＧ３と共に第２図に示す。ここでは、動力分割機構４がプラネタリギヤユニットにより構成されているため、以下、動力分割機構４をプラネタリギヤユニット４とも言うこととする。プラネタリギヤユニット４は、サンギヤ４ａと、このサンギヤ４ａの周囲に配置されたプラネタリギヤ４ｂと、このプラネタリギヤ４ｂのさらに外周に配置されたリングギヤ４ｃと、プラネタリギヤ４ｂを保持するギヤキャリア４ｄとからなる。

ここで、エンジン１のクランクシャフト１５がダンパ１６を介して中心軸１７と結合されており、この中心軸１７がギヤキャリア４ｄと結合されている。即ち、エンジン１の出力は、プラネタリギヤユニット４のギヤキャリア４ｄに入力される。また、ＭＧ２は、内部にステータ２ａとロータ２ｂとを有しており、このロータ２ｂがリングギヤ４ｃと結合され、ロータ２ｂ及びリングギヤ４ｃはさらに減速機７の第一ギヤ７ａと結合されている。

減速機７は、第一ギヤ７ａ、トルク伝達チェーン７ｂ、第二ギヤ７ｃ、第三ギヤ７ｄ、ファイナルギヤ７ｅからなる。即ち、モータ２の出力は、プラネタリギヤユニット４のリングギヤ４ｃに入力され、減速機７及びデファレンシャルギヤ１８を介して、駆動軸６に伝達される。この結果、ＭＧ２は車軸６と常時接続されている形になっている。

ＭＧ３は、ＭＧ２と同様に、内部にステータ３ａとロータ３ｂとを有しており、このロータ３ｂがサンギヤ４ａと結合されている。即ち、エンジン１の出力が、このプラネタリギヤユニット４で分割され、サンギヤ４ａを介してＭＧ３のロータ３ｂに入力される。また、エンジン１の出力は、このプラネタリギヤユニット４で分割され、リングギヤ４ｃなどを介して駆動軸６にも伝達され得る。

ここで、ＭＧ３の発電量を制御してサンギヤ４ａの回転を制御することによって、プラネタリギヤユニット４全体を無断変速機として用いることができる。即ち、エンジン１又は（及び）ＭＧ２の出力は、プラネタリギヤユニット４によって変速された後に駆動軸６に出力される。また、ＭＧ３の発電量（モータとして機能する場合は電力消費量）を制御して、エンジン１の機関回転数を制御することもできる。ここでは、エンジン１の回転数をエネルギー効率の良い領域に維持するように制御している。

第３図は、プラネタリギヤユニット４の各ギヤの回転数及び回転方向（即ち、各ギヤに接続されたエンジン１、ＭＧ２、ＭＧ３の回転数及び回転方向）の釣り合いを示す共線図である。ここで、縦軸は各ギヤ（サンギヤ４ａ、リングギヤ４ｃ、ギヤキャリア４ｄ）の回転数、即ち、エンジン１、ＭＧ２、ＭＧ３の回転数を表している。一方、横軸は各ギヤのギヤ比を表したものであり、リングギヤ４ｃの歯数に対するサンギヤ４ａの歯数をρとすると、第３図中ギヤキャリア４ｄに対応する軸は、サンギヤ４ａとリングギヤ４ｃの軸を１：ρに内分する座標位置に位置する。そして、エンジン１及びギヤキャリア４ｄの回転数Neと、ＭＧ２及びリングギヤ４ｃの回転数Nmと、ＭＧ３及びサンギヤ４ａの回転数Ngは以下の関係を満たす。

停車時でエンジン１が停止している時にはＭＧ２、ＭＧ３も停止しているので第３図で線Ａに示されるような状態にある。発進時や低速走行時には、低回転状態で高トルクを発生できるＭＧ２の特性を利用して、エンジン１を停止させ、ＭＧ２のみをバッテリ８からの電力で駆動させて走行する（線Ｂ）。ハイブリッド車では、始動キーがオンとされた直後に触媒暖機などのために停車状態でもエンジン１が一定時間運転される。このような停車状態でのエンジン始動時はＭＧ２を停止させ、ＭＧ３をスターターとして用いてエンジン１を回転させることで機関始動を行なう（線Ｃ）。

定常走行時は主にエンジン１の力を利用して走行し、ＭＧ３をほとんど回転させないで発電を行なわない一方で、ＭＧ２は必要に応じて駆動力をアシストする（線Ｄ）。定常走行からの加速時などの高負荷走行時には、エンジン１の回転数を上げるとともにＭＧ３により発電を行い、ＭＧ２のアシスト力を増加させてエンジン１とＭＧ２の駆動力を利用して運転を行なう（線Ｅ）。制動時、減速時にはＭＧ２で発電を行い、運動エネルギーを電力として回収する回生発電を行なう。また、バッテリ８の充電量が低下したような場合は、軽負荷時であってもエンジン１を駆動し、エンジン１の出力を利用してＭＧ３で発電を行い、インバータ９を介してバッテリ８を充電する。

ＭＧ２，ＭＧ３の回転数制御は、回転センサ２２，２３の出力を参照してモータＥＣＵ１２がインバータ９を制御することにより行われる。これによりエンジン１の回転数も制御可能である。

これらの制御は、いくつかの電子制御ユニット(ECU)によって制御される(第１図参照)。ハイブリッド車として特徴的な、エンジン１による駆動とＭＧ２及びＭＧ３の電気的駆動とは、メインECU１０によって総合的に制御される。メインECU１０によって、エネルギー効率が最適となるように、エンジン１による駆動とＭＧ２及びＭＧ３の電気的駆動とがバランスされ、エンジン１、ＭＧ２及びＭＧ３を制御すべく、各制御指令がエンジンECU１１及びモータECU１２に出力される。

また、エンジンECU１１及びモータECU１２は、エンジン１、ＭＧ２及びＭＧ３の情報をメインECU１０に伝えてもいる。メインECU１０には、バッテリ８を制御するバッテリECU１３や、ブレーキを制御するブレーキECU１４も接続されている。バッテリECU１３は、バッテリ８の充電状態を監視し、充電量が不足した場合は、メインECU１０に対して、充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインECU１０は、バッテリ８に対して充電をすべく、発電機３発電させる制御を行う。ブレーキECU１４は、車輌の制動を司っており、メインECU１０と共にＭＧ２による回生ブレーキを制御する。

エンジン１の出力トルクTeとＭＧ２の出力トルクＴｍとＭＧ３の発電によるトルク反力Tgとがいずれも０でなく釣り合っている時（定常状態時）には、以下の関係を満たす。

なお、上述したトルク反力は、発電時にＭＧ３によって発生される反力である。また、Tgは、通常Te、Ｔｍと逆方向に作用するため、マイナスの値をとる。

一方、三者が釣り合っていない時には、釣り合い時のトルクとの差に応じて各構成要素の回転数が変化する。このとき、エンジン１の回転角速度をωｅ、ＭＧ３の回転角速度をωｇ、ギヤを含めた慣性モーメントをそれぞれＩｅ、Ｉｇとすると、次式が成立する。

なお、慣性モーメントＩｅ，Ｉｇは実験により予め求めておいた数値をメインECU１０内のROMに記憶させておき、この値を取り出して用いる。また、エンジン１の回転角速度ωｅは、クランクポジションセンサ２１によって検出される。ＭＧ３の回転角速度ωｇは、回転センサ２３によって検出される。

以上述べたような構成のハイブリッド車におけるエンジン１の出力状態検出動作について以下、説明する。まず、内燃機関の出力状態として燃焼状態を検出する場合について説明する。第４図は、この燃焼状態検出動作のフローチャートである。このフローチャートに基づく処理は、エンジン１の動作時にのみ処理が行われる。

まずステップＳ１１において、エンジン起動直後であるかを判定する。起動から所定時間内であればステップＳ１２に移行し、エンジン回転数Neが上昇してから一定時間経過しているかを判定する。これは、エンジン回転数Neが十分に上昇していない場合や、上昇してから間がない場合は、暖機中あるいはＭＧ３がスターターとしてエンジン１を回転させている状態であってエンジン１内の燃焼が安定していない状態にあるため失火判定が不要であるからである。したがって、一定時間経過していない場合にはその後の処理をスキップして終了する。

一定時間経過している場合にはステップＳ１３に移行し、検出されたＭＧ３の
トルク反力Tgと、釣合トルク反力Tgreqとを比較する。釣合トルク反力Tgreqとは、エンジン１に対して要求されるエンジン要求トルクTereqを出力するようにエンジン１が運転された状態で、この要求トルクTereqに対して釣り合う状態にあるＭＧ３が発生するトルク反力である。以下、これについて詳述する。

メインＥＣＵ１０は、運転者のアクセル操作に基づいて、その時点での車速、バッテリ容量、補機出力などを参照してエンジン１とＭＧ２のそれぞれに要求する要求トルクTereq、Tmreqを算出する。さらに、これらの要求トルクTereq、Tmreqを満たすエンジン１とＭＧ２それぞれの回転数Ne、Nmを決定する。このとき式（１）からＭＧ３の回転数Ngも決定する。そしてモータＥＣＵ１２を制御してインバータ９を介してＭＧ２、ＭＧ３へ流れる電流、周波数を制御することでＭＧ２、ＭＧ３の回転数Nm、Ngを調整する。これによりエンジン１の回転数も所定の回転数に調整することができる。

このとき、エンジン１の燃焼状態が安定していれば、エンジン１の実際の出力トルクTeは要求トルクTereqに一致する。しかし、エンジン１の燃焼状態が不安定になり、失火等が発生すると実際の出力トルクTeは要求トルクTereqを下回ることになる。この時、ＭＧ３のトルク反力Tgの絶対値は、エンジン１の要求トルクTereqと釣り合う時の値Tgreqの絶対値より小さくなる。

したがって両者を比較することで失火を判定することが可能となる。トルク反力Tgは、回転センサ２３で測定したＭＧ３の回転数とＭＧ３の発電量とから算出することができる。なお、ＭＧ３にトルクセンサを設けてもよい。ＭＧ３の回転数と発電量とから算出したトルク反力Tgが、エンジン１の要求トルクTereqと釣り合う釣合トルク反力Tgreqより絶対値で小さい時は、ステップＳ１９に移行して失火と判定する。そうでない場合はその後の処理をスキップして終了する。

エンジン１の起動から十分に時間が経過している時はステップＳ１４に移行し、エンジン自立運転中であるかを判定する。ここでエンジン自立運転とは、ＭＧ３によるエンジン１の回転数制御を行なっていない状態であり、エンジン１の回転数は通常の車両の搭載エンジンと同様にエンジンＥＣＵ１１に制御されている。以下のステップＳ１５〜Ｓ１７の処理は、ＭＧ３によるエンジン１の回転数制御が行われている時に特有の処理であるため、エンジン自立運転中のときはこれらの処理をスキップしてステップＳ１８へと移行する。

エンジン１が自立運転中ではない場合はステップＳ１５に移行する。ステップＳ１５においては、ＭＧ３の回転数制御の制御量を判定する。例えば、ＰＩＤ制御を用いている場合はＰ制御量の変化量を判定する。Ｐ制御量が急変している場合は、ＭＧ３の回転数、ひいてはエンジン１の回転数及び出力トルク自体を急変させている状態である。このため、Ｐ制御量が急変している場合は、失火の有無に関らず、ＭＧ３の回転数（エンジン１の回転数及び出力トルク）の変動が大きくなるため、これらの変動を失火判定に用いることはできない。したがって、制御量が急変している場合には、失火判定を行なわず、その後の処理をスキップする。制御量変化が小さい場合には、ステップＳ１６へと移行する。

ステップＳ１６においては、トルク反力Tgを閾値Tgxと比較する。前述したように失火が発生するとエンジン１の出力トルクTeの絶対値が小さくなり、ＭＧ３のトルク反力Tgの絶対値も小さくなる。したがって、トルク反力Tgが所定の閾値Tgxより絶対値で小さい時には失火の可能性が高いと判定してステップＳ１７に移行し、そうでない場合は、燃焼状態は安定していると判定してその後の処理をスキップする。ここで閾値Tgxの算出は、エンジン１及びＭＧ３の回転数が安定している場合（定常状態にある場合）には、式（３）に基づき、エンジン１及びＭＧ３の回転数が変化している場合（過渡状態にある場合）には、式（４）に基づいてそれぞれ行なえばよい。

ステップＳ１６が肯定されて失火の可能性が高いと判定された場合は、さらに精度よく失火の有無を判定すべく、ステップＳ１７及びステップＳ１８でエンジン１の回転数を参照する。ここでは、エンジン１は自立運転ではなく、ＭＧ３によって回転数制御が行われており、エンジン１は失火による回転変動が小さくなる状態にある。このため、ステップＳ１７では、次のステップＳ１８での判定に用いる回転変動の閾値をエンジン自立運転中の閾値より低い閾値に設定する。

次いで、ステップＳ１８での処理であるが、まず、ステップＳ１４が肯定された後のステップＳ１８においては、エンジン１が自立運転されている場合の回転変動閾値に対して大きいか否かを判定する。回転変動が閾値以上であった場合は、ステップＳ１９に移行して失火と判定する。

一方、ステップＳ１６が肯定され、ステップＳ１７で回転変動閾値が変更された後のステップＳ１８においては、エンジン１が自立運転されていない場合の回転変動閾値に対して大きいか否かを判定する。回転変動が閾値以上であった場合は、ステップＳ１９に移行して失火と判定する。エンジン１のサイクル数に比して失火の発生頻度が高い場合にはメインＥＣＵ１０はその旨をメータ表示系に表示して処理を終了する。

ステップＳ１６の判定処理に代えてステップＳ１３と同様の判定処理を行なってもよい。ステップＳ１３の判定処理は、エンジン１への要求トルクTereqをもとに判定を行なっているので、エンジン１の起動直後から安定して判定を行なうことができるという利点がある。

また、ステップＳ１４においてエンジン１が現在自立運転中であるかを判定したが、例えば、所定時間ごと、あるいは、失火が検出された以降のサイクルにおいて、エンジン１を強制的に自立運転に切り替えてもよい。これらの場合は、ＭＧ３によるエンジン１の回転数制御が停止されるので、回転変動のみからエンジン１の失火を検出することができる。

また、ＭＧ３によるエンジン１の回転制御中は、失火判定にエンジン１の回転変動を用いず、ステップＳ１６あるいはステップＳ１３によるトルク変動検出のみを用いてもよい。完全な失火にまで至らない不安定な燃焼が連続して発生した場合は、エンジン１の回転数変動は小さくともトルクの不足は顕著に表れる。トルク変動を検出することでこうした連続した不安定燃焼を検出することが可能である。

定常走行時のエンジン１の回転数NeとＭＧ３の回転数Ngに応じたトルク反力の閾値TgxをマップとしてメインＥＣＵ１０に格納しておき、定常走行時にはこのマップを利用してステップＳ１６の判定処理を行なってもよい。同様に加減速時にはこれらのマップの値を補正することで閾値Tgxを求めて判定処理を行なってもよい。

エンジン１が自立運転中でない場合は、エンジン１の回転数の変動はＭＧ３による制御で緩和されるため、自立運転中と同じ回転変動の閾値では失火が起こっても判定ができない。本発明では、こうした場合にはエンジン１の回転数の変動判定の閾値を小さくすることで緩和された条件でも正確な判定が可能となる。エンジン１の回転数の変動はトルク変動に比べて失火発生に対するレスポンスが速いので、単発的な失火検出の精度が高い。したがって、両者を併用することが好ましいが、失火判定にいずれかのみを用いてもよい。

Tgx、Tgreq、回転変動の閾値等の各種の閾値は、大気圧、内燃機関の冷却水温、吸入空気量、機関回転数、空燃比、点火時期、燃料性状、発電機の発電電力あるいは出力等によって変化する。したがって、これらの一つあるいは組み合わせをパラメータとして閾値を変更することが好ましい。これにより運転状態に関らずに正確な失火判定を行なうことが可能となる。また、上述したようにプラネタリーギヤ４などのような動力分割機構を採用している場合には、上述したパラメーターに動力分割機構の動力分割状態を加えても良い。

大気圧は、大気圧センサ２４によって検出される。冷却水温は、エンジン１に取り付けられた冷却水温センサ２５によって検出される。吸入空気量は、吸気管３０上に設けられた圧力センサ２７によって検出される吸気管圧力から検出される。なお、吸入空気量は、エンジン１の吸気管３０上に設けたエアフロメータによって検出してもよい。機関回転数は、クランクポジションセンサ２１によって検出される。空燃比は、エンジン１の排気管３１上に設けられた空燃比センサ２６によって検出される。

エンジン１の点火プラグ２９の点火は、エンジンECU１１から点火信号をイグニッションコイル２８に送出することによって行うので、点火時期は、クランクポジションセンサ２１の出力に基づいてECU１１によって検出できる。燃料性状の検出は、追って詳述する。ＭＧ３の発電電力や出力は、モータECU１２によって検出される。動力分割状態は、プラネタリギヤユニット４の駆動状態を制御するエンジンECU１１によって検出することができる。

上述したように、エンジン１の出力トルクTeとＭＧ３のトルク反力Tgとの間の式（３），（４）のような所定の関係を利用して、ＭＧ３のトルク反力Tgからエンジン１の出力トルクTeを求めることができる。失火などにより燃焼状態が変化すると、エンジン１の出力トルクTeが変化する。したがって、燃焼状態はエンジン１の出力トルクTeの変化から判定することが可能であり、ＭＧ３のトルク反力Tgから最終的に燃焼状態を判定することが可能となる。

また、燃焼状態の変化はエンジン１の回転数に変化をもたらす。正常な燃焼状態の場合に比べて燃焼状態が変化した場合には、同一の回転数でもエンジン１の出力トルクTeは異なってくる。したがって、燃焼状態の判定にエンジン１の回転数を併用することでさらに精度良く判定を行なうことが可能となる。

また、エンジン１の出力トルクTeはエンジン１の回転数に応じたものであるため、エンジン１の出力トルクTeの制御はエンジン１の回転数を制御することで行なうことが可能となる。このときのエンジン１側の出力トルクTeの目標値（要求トルクTereq）は、制御している回転数から算出可能である。そして、前述のようにＭＧ３のトルク反力Tgからエンジン１の実際の出力トルクTeを算出することができる。正常な燃焼状態では要求トルクTereqと実際の出力トルクTeが一致するが、燃焼異常が発生すると、要求トルクTereqに対して実際の出力トルクTeは小さくなる。このため、両者を比較することで燃焼状態を判定することが可能である。

エンジン１の自立運転状態では、エンジン１の回転は、機関外部から制御を受けていない。したがって、エンジン１の燃焼状態が変化するとそれがエンジン１の回転数の変動として表れるので、エンジン１の回転数の変動のみから燃焼状態を判定することが可能となる。

大気圧、エンジン１の冷却水温、吸入空気量、機関回転数、空燃比、点火時期、燃料性状、ＭＧ３の発電電力、ＭＧ３の出力など、エンジン１の運転状態に影響を与える各種パラメータが異なると、同一回転数でも得られる出力トルクが異なってくる。また、燃焼安定度の許容性も変化するので、判定時のTgx、Tgreq、回転変動の閾値等の各種の閾値を変えることで運転状態の違いにきめ細かく対応させることが可能となる。

エンジン１の回転数制御の制御量が所定量以上の場合は、ＭＧ３の回転数Ngの目標回転数からのずれが大きい場合であり、こうした場合には、制御に伴ってＭＧ３の回転数Ng、ひいてはエンジン１の回転数Neが急変する。そして、エンジン１の出力トルクTeもこれに伴って急変することになる。したがって、回転数、トルク変化のいずれを用いて燃焼状態の判定を行なっている場合でも、制御に伴う回転数変化、トルク変化が大きいために燃焼状態による変化を正確に検出することが困難であるので、燃焼状態の判定を一時停止することが好ましい。

ＭＧ３の回転数NgをＰＩＤ制御している際のＰ成分変化量が大きい場合には、ＭＧ３の回転数Ngの目標回転数からのずれが大きい場合である。Ｐ成分変化量の検出は比較的容易なので、ＰＩＤ制御している際のＰ成分変化量が大きい場合に、上述したエンジン１の回転数制御の制御量が所定値以上であるとするのがよい。

ＭＧ３の回転を制御することによるエンジン１の回転数制御を一時停止させると、エンジン１の燃焼状態の変動に応じてエンジン１の回転数に変動が現れる。したがって、ＭＧ３によるエンジン１の回転数制御を停止させている場合は、このエンジン１の回転数の変動から燃焼状態の変動を判定することが可能である。

次に、内燃機関の出力状態として各気筒の燃焼状態を検出する場合について説明する。第５図は、この燃焼制御動作のフローチャートである。このフローチャートに基づく処理は、エンジン１の動作時にのみ処理が行われる。

まずステップＳ２１において、トルク反力Tgと燃焼行程にある気筒を検出する。ここで、トルク反力Tgは、上述したように、回転センサ２３で測定したＭＧ３の回転数と、ＭＧ３の発電量とから、モータＥＣＵ１２により算出することができる。なお、ＭＧ３にトルクセンサを設けてもよい。また、燃焼行程にある気筒は、クランクポジションセンサ２１の出力を基にしてエンジンＥＣＵ１１により判定可能である。次に、ステップＳ２２において、トルク反力Tgから定常運転時（定常状態時）は式（３）により、エンジン１の回転数変動時（過渡状態時）は式（４）によりエンジントルクTeを算出する。

続いて、ステップＳ２３において、実際のエンジン１の出力トルクTeとエンジン１への要求トルクTereqとを比較する。このときのエンジン１の回転数制御については、上述した第４図に示される場合のステップＳ１３において説明したとおりである。また、エンジンＥＣＵ１１は、エンジン１の回転数制御と共に、要求トルクTereqとエンジン回転数Neに合わせて所定の空燃比となるように燃料供給量を制御している。しかし、気筒ごとの燃料供給量にばらつきが生じるなど燃焼条件が異なると、これは気筒ごとに発生するトルクの差を生ぜしめ、最終的にエンジントルクの変動となって表れる。

第６図は、四気筒式のエンジン１において定常状態で第一気筒のみがリッチ燃焼を起こしている状態のエンジン１の出力トルクTeの時間変化曲線を示したものである。リッチ燃焼を起こしている気筒で燃焼行程が起こっているときのエンジン１の出力トルクTeは他の気筒で燃焼行程が起こっている時、つまり要求トルクTereqに比べてより大きくなる。一方、リーン燃焼が起こっているような場合は、出力トルクTeは小さくなる。したがって、要求トルクTereqと実際の出力トルクTeを比較することで燃焼状態を判定することが可能である。

ステップＳ２４では、比較結果に基づいて、ある気筒がリッチ燃焼であると判定した場合には、当該気筒に導かれる燃料の量を削減するよう燃料インジェクタの燃料噴射量補正係数を小さくする。一方、ある気筒がリーン燃焼であると判定した場合には、当該気筒に導かれる燃料の量を増大するよう燃料インジェクタの燃料噴射量補正係数を大きくする。補正係数の変更は、トルクの差に比例させてもよいし、ステップ式に変更してもよい。

トルク変動を小さくするように気筒ごとの燃料供給量を制御することによって、気筒ごとの空燃比のばらつきも解消され、全ての気筒をストイキ領域で運転できるので排気エミッションも改善される。

ここでは、ＭＧ３のトルク反力Tgから実際のエンジン１の出力トルクTeを推定し、この出力トルクTeと要求トルクTereqとの比較に基づいて制御を行う場合について説明したが、特に、アクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量に変化のない定常運転時はトルク反力Tgは一定となるはずであるから、燃焼行程時のトルク反力Tgが他の気筒の燃焼行程時の平均からずれている気筒を判定してその気筒について燃料噴射量補正係数を変更してもよい。このときの補正係数の変更量は偏差に応じたものとすればよい。さらに、アクセル開度、エンジン回転数、吸入空気量が変化する場合についても前後に燃焼行程がある気筒の燃焼行程時のトルク反力Tgを参照することで推定可能である。

ここでは、主として燃料噴射量を調整する制御を説明してきたが、吸入空気量を調整したり、両者を組み合わせることで空燃比そのものを調整してもよい。あるいは、燃料噴射時期や点火時期を制御することで気筒ごとの燃焼状態を制御することも可能である。

この他に、制御する燃焼条件の例として、排気の一部を吸気側に戻す排気還流制御装置（ＥＧＲ）を備える場合は、排気還流量を制御してもよく、エンジン１が直噴エンジン等の希薄燃焼内燃機関である場合は、スワールやタンブルなどの吸気流を制御してもよく、可変バルブタイミング機構を備える内燃機関の場合には、バルブタイミングを変更してもよい。

上述したように、エンジン１の出力トルクとＭＧ３のトルク反力Tgとの間の式（３），（４）のような所定の関係を利用して、ＭＧ３のトルク反力Tgからエンジン１の出力トルクTeを求めることができる。失火、リッチ燃焼などにより燃焼状態が変化すると、エンジン１の出力トルクTeが変化する。各気筒の出力トルクTeは燃焼行程においてピーク値をとる。したがって、各気筒の燃焼状態は、燃焼行程における出力トルクTeから判定することが可能である。この出力トルクTeは、ＭＧ３のトルク反力Tgから求められるから、ＭＧ３のトルク反力Tgと燃焼行程にある気筒から最終的に各気筒の燃焼状態を判定することが可能となる。

また、上述した制御によれば、各気筒の燃焼状態を判定した後で、燃焼状態が安定していないと判定された気筒における燃焼条件、例えば、空燃比、燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、吸入空気量を調整することで燃焼状態を安定させる方向に制御することが可能である。これにより、気筒ごとの燃焼状態のばらつきに起因するトルク変動が抑制される。

次に、内燃機関の出力状態として燃料性状を検出する場合について説明する。燃料性状判定処理のフローチャートを第７図に示す。以下に、第７図に沿って燃料性状の判定処理について説明する。

まず、エンジン１が運転中であるか否かを判定する（ステップ１００）。ここに言うエンジン運転中とは、エンジン停止中やクランキング中を除いたエンジン燃焼中のことを指す。エンジン１が運転中であれば、次に、燃料カット中であるか否かを判定する（ステップ１０１）。燃料カット中は、検査対象である燃料が燃焼されていないのであるから、当然、燃料性状を判定することはできない。

燃料カット中でなければ、エンジン回転制御実行条件が成立しているか否かを判定する（ステップ１０２）。回転制御実行条件は、具体的には、ＭＧ３の発電量または放電量を制御していない、エンジン１に対して自立運転要求（例えば、エアコン作動開始要求、機関水温の上昇要求）がない、あるいはハイブリッド車の車速が所定車速以下でないなどである。回転制御実行条件が成立していれば、エンジン１の回転数を所定領域内に維持すべく、エンジン回転制御が実行される（ステップ１０３）。

次いで、燃料性状判定条件が成立しているか否かを判定する（ステップ１０４）。燃料性状判定条件とは、ここでは、冷間始動直後の暖機モード中であるかどうかである。燃料性状判定条件が成立していれば、ＭＧ３のトルク反力Tgが検出される（ステップ１０５）。ＭＧ３のトルク反力Tgは、ＭＧ３の発電量（モータとして機能しているときは消費電力）をインバータ９を介してモータECU１２経由でメインECU１０内に取り込んだ発電量と、回転センサ２３によって検出されたＭＧ３の回転数とから算出される。

次に、ＭＧ３のトルク反力Tgから、上述した式（３）を用いてエンジン１の出力トルクTeを算出する（ステップ１０６）。さらに、冷却水水温，吸入空気量，機関回転数，空燃比，点火時期のうちの少なくとも一つの値（あるいはこれらの値の組み合わせ）に基づいてエンジン１の運転状態を判断し、この運転状態からもエンジン１の出力トルクTe-calを算出する（ステップ１０７）。

なお、ここでは、出力トルクTe-calをエンジン１の運転状態から算出したが、出力トルクTe-calに相当する一定の値をトルク判定値として用いる制御を行うことも可能である。

次いで、エンジン１の運転状態に基づいて算出した出力トルクTe-calとＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて算出したエンジン１の出力トルクTeとの差を求め、その差が予め設定した設定基準値よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０８）。

出力トルクTe-calと出力トルクTeとの差が設定基準値より大きい場合は、燃料性状が重質であるために、エンジン１の運転状態から推定された出力トルクTe-calよりも、ＭＧ３のトルク反力Tgから算出された実際の出力トルクTeが落ち込んでいると判断できる。燃料が重質であると判断されると、燃料性状指示値FQINDが１にされてメインECU１０内のバックアップRAM内に格納される（ステップ１０９）。

一方、エンジン１の運転状態に基づいて算出した出力トルクTe-calとＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて算出したエンジン１の出力トルクTeとの差が設定基準値より小さい場合は、燃料が重質でないと考えられるため、燃料性状指示値FQINDが０にされてメインECU１０内のバックアップRAM内に格納される（ステップ１１０）。このように判定された燃料性状は、その後のエンジン１の運転に反映される。

なお、上述したECU１０〜１２は、燃料性状を判定する際に、他の各種センサや各種装置と共に、トルク検出手段や燃料性状判定手段（第一トルク検出手段及び第二トルク検出手段）としても機能している。トルク検出手段は、ＭＧ３のトルク反力Tgを、その発電量（ＭＧ３が電動機として機能するときはその消費電力量）と回転数とから検出する手段である。燃料性状判定手段は、検出されたＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて、燃料性状（燃料が重質か否か）を判定する手段である。また、燃料性状判定手段は、第一トルク検出手段と第二トルク検出手段とを有している。第一トルク検出手段は、検出されたＭＧ３のトルク反力Tgに基づいてエンジン１の出力トルクTeを算出する手段であり、第二トルク検出手段は、エンジン１の運転状態からエンジン１の出力トルクTe-calを算出する手段である。

燃料性状によってエンジン１の出力トルクTeが変化するので、ＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて燃料性状（燃料が重質か否か）を判定することができる。ここでは、冷間始動直後に燃料性状を検出している。冷間始動直後には、燃料性状によって、吸気管内壁への付着量や燃料の揮発量の差が顕著になるので、燃料性状の違いによってエンジン１の出力トルクの変化幅が大きくなり、出力トルクの変化をより検出し易くなるからである。エンジン１の出力トルクの変化を検出しやすければ、燃料性状をより確実に検出することができる。また、エンジン１が十分に暖まった後は、エンジン１の温度も十分に高いので、燃料の揮発量にも大きな差が生じなくなる。このため、冷間始動直後の方が燃料性状の検出を行い易い。

また、ここでは上述したように、エンジン１の回転数を積極的に所定領域に維持させる制御を行っている。このときも、ＭＧ３のトルク反力Tgを介してエンジン１の出力トルクの変化を知ることができ、燃料性状を確実に検出することができる。

なお、エンジン１の回転数を所定領域に維持するために、エンジン１への吸入空気量を制御するスロットルの開度制御も併用され得る。しかし、エンジン１の回転数を所定領域に維持するためにＭＧ３のトルク反力Tgが用いられていれば、燃料性状の違いがＭＧ３のトルク反力Tgに反映されるので、燃料性状をより確実に判定することができる。エンジン１の回転数のみから燃料性状を判定しようとする場合は、回転数を所定領域に維持するような制御が行われると、回転数の変化がなくなる（あるいは非常に小さなものとなる）ので、燃料性状の判定は非常に困難なものとなってしまう。

上述したように、ここではまず、冷間始動直後の定常状態時に燃料性状を判定している。ハイブリッド車を最初にイグニッションオンとしたときに、エンジン１や排気浄化触媒などの暖機を行うために一定時間エンジン１を運転する暖機モードを行うようにし、この暖機モード中に定常状態が形成されるようにすれば、このときに燃料性状の判定を行うことができる。排気浄化触媒の暖機を行うのは、一般に排気浄化触媒は、活性温度以上とならないと浄化機能が働かないため、暖機を行うことによってこの活性温度にまで昇温させるためである。

あるいは、冷間始動直後にバッテリ８への充電要求があるような場合は、エンジン１を駆動させて発電機３によって発電を行うので、このような場合に定常状態を形成されるようにして燃料性状を判定することができる。あるいは、冷間始動直後に、燃料性状を判定するために定常状態を積極的に形成させる燃料性状判定モードを行うようにしても良い。

また、燃料性状は燃料が給油されない限りは変わらないので、イグニッションオンの度に一回行われるようにすれば充分である。イグニッションオンの何回かに一回のような割合で行っても良い。あるいは、燃料残量を検出するセンサの出力を取り込み、燃料残量が増加した（即ち給油が行われた）ときに燃料性状判定を行うようにしても良い。何れも、冷間始動直後に行うのが好ましいのは、上述したとおりである。

なお、ここでは上述したように、エンジン１の出力トルクを、ＭＧ３のトルク反力Tgから算出するだけでなく、エンジン１の運転状態からも算出している。このように、エンジン１の出力トルクを、ＭＧ３のトルク反力Tgとエンジン１の運転状態とから別々に算出し、これらを比較することによって、より精度の高い燃料性状判定を行うことができる。

即ち、エンジン１の運転状態に基づいて算出される出力トルクTe-calは、本来その運転状態で出力されていると考えられる出力トルクの推定値である。これに対して、ＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて算出される出力トルクTeは、実際にエンジン１が出力している出力トルクであると言うことができる。この両者を比較したときにズレがあるということは、燃料性状によってズレが生じていると考えられる。このようにすれば、単にＭＧ３のトルク反力Tgに基づいてのみ燃料性状を判定するよりもさらに精度の高い判定を行うことができる。

次に、上述した燃料性状の判定を、どのように機関の運転に反映させるかについて説明する。

ハイブリッド車の場合、エンジン１とＭＧ２の出力を組み合わせて（何れか一方のみが用いられる場合もある）車輌を駆動する。このため、メインECU１０によって、車輌を駆動するために必要な駆動力が総合的に算出された後に、この必要駆動力がエンジン１への要求分とＭＧ２への要求分とに配分される。その後、メインECU１０から、エンジンECU１１とモータECU１２とバッテリECU１３とにそれぞれ駆動指示が出力される。以下には、この駆動指示に基づくエンジン１の運転について説明する。

判定された燃料性状は、エンジン１の燃料噴射量に反映される。通常、燃料噴射量TAUは、基本噴射量を各種補正係数によって補正することによって得られる。以下には、内燃機関が始動される際の始動時燃料噴射量TAUの算出と、内燃機関が一旦始動された後の始動後燃料噴射量TAUの算出について順に説明する。

まず、始動時燃料噴射量TAUの算出について説明する。

なお、燃料性状は、エンジン１が運転されている状態で検出されるので、始動時燃料噴射量TAUの算出時には、前回の燃料性状の検出結果が用いられる。

始動時燃料噴射量TAUは、下記式（５）によって算出される。
TAU=TAUST×KNEST×KBST×KPA …（５）
ここで、始動時基本燃料噴射量TAUSTは、内燃機関の冷却水温THWと燃料性状とに応じて決定されるもので、この始動時基本燃料噴射量TAUSTを以下に説明する各種補正係数で補正して、最終的に始動時燃料噴射量TAUを得る。始動時基本燃料噴射量TAUSTは、マップとしてエンジンECU１１内のROMに格納されている。

回転数補正係数KNESTは、エンジン１の回転数NEに応じて決定されるもので、始動時燃料噴射量TAUを回転数NEに応じて変化させるための補正係数である。バッテリ電圧補正係数KBSTは、バッテリ電圧VBに応じて決定されるものである。バッテリ電圧VBが低下すると、燃料ポンプの性能が低下するので、この能力低下による燃料の不足分を、バッテリ電圧補正係数KBSTによって補正する。大気圧補正係数KPAは、大気圧PAに応じて決定されるものである。大気圧PAによって空気密度（吸入空気量）が変化するので、この空気密度の変化による必要燃料の変化を、大気圧補正係数KPAによって補正する。

始動時燃料噴射量TAUの算出についてのフローチャートを第８図に示す。

まず、冷却水温THW，回転数NE，バッテリ電圧VB，大気圧PAを各種センサから読み込む（ステップ２００）。また、燃料性状を示す燃料性状指示値FQINDをエンジンECU１１のバックアップRAMから読み込む（ステップ２０１）。読み込んだ冷却水温THWと燃料性状指示値FQINDとから、エンジンECU１１内のマップを検索して始動時基本燃料噴射量TAUSTを読み込む（ステップ２０２）。次いで、回転数NEから回転数補正係数KNESTを計算し（ステップ２０３）、バッテリ電圧VBからバッテリ電圧補正係数KBSTを計算し（ステップ２０４）、大気圧PAから大気圧補正係数KPAを計算する（ステップ２０５）。

マップから読み込んだ始動時基本燃料噴射量TAUSTと、計算した回転数補正係数KNEST，バッテリ電圧補正係数KBST，大気圧補正係数KPAとを用いて、上記式（５）から、始動時燃料噴射量TAUを算出する（ステップ２０６）。算出された始動時燃料噴射量TAUに基づいて、エンジンECU１１から燃料噴射を行うインジェクタに対して制御信号が出力される（ステップ２０７）。このように、始動時燃料噴射量TAUには、判定された燃料性状（燃料性状指示値FQIND）が、始動時基本燃料噴射量TAUSTを介して反映されている。

次に、始動後燃料噴射量TAUの算出について説明する。

上述した始動時燃料噴射量TAUによってエンジン１が始動された直後に新たに燃料性状の検出が行われるはずである。始動後燃料噴射量TAUは、エンジン１の始動直後に新たに検出された燃料性状に基づいて算出される。

エンジン１が始動して、回転数NEが所定値を超えると、始動後燃料噴射量TAUが、下記式によって算出される。
TAU=TP×(1+FWLOTP)×FAF+FMW …（６）
ここで、基本燃料噴射量TPは、内燃機関の吸入空気量Qと回転数NEとに応じて決定されるもので、この基本燃料噴射量TPを以下に説明する各種補正係数で補正して、最終的に始動後燃料噴射量TAUを得る。基本燃料噴射量TPは、マップとしてエンジンECU１１内のROMに格納されている。

暖機・高負荷補正係数FWLOTPは、暖機や高負荷時における燃料噴射量を補正するためのものである。空燃比フィードバック補正係数FAFは、排気管３１上に設けられた空燃比センサ２６の出力に基づいてエンジン１の空燃比を所定の目標空燃比とするためのものである。壁面付着燃料補正係数FMWは、吸気管圧力PMと燃料性状とに応じて決定されるもので、吸気管や気筒内の壁面への燃料の付着量と吸気管や気筒内の壁面からの燃料の剥離量とのバランスを考慮して燃料噴射量を補正するものである。エンジン１の運転が過渡状態にある場合は、吸気管や気筒内の壁面への燃料の付着量と吸気管や気筒内の壁面からの燃料の剥離量とのバランスが崩れるので、壁面付着燃料補正係数FMWによって燃料噴射量を補正する。

暖機・高負荷補正係数FWLOTPは、暖機時には燃料の霧化が悪くなるため燃料噴射量を増量して安定した燃焼を行わせ、また、高負荷時には排気温度が高くなるので噴射量を増量して燃料の霧化によって排気温度を下げるためのものであり、下記式（７）によって算出される。
FWLOTP=(FLWB+FLWD)×KWL+FASE …（７）
暖機増量補正係数FWLBは、冷却水温THWと燃料性状とに応じて決定されるもので、マップとしてエンジンECU１１内のROMに格納されている。暖機増量減衰係数FLWDは、暖機・高負荷補正係数FWLOTPによる増量分を徐々に減衰させるためのもので、燃料性状の影響を受けない係数である。

暖機増量回転数補正係数KWLは、回転数NEに応じて決定され、暖機・高負荷補正係数FWLOTPによる増量分をエンジン１の回転数に応じて補正するためのものである。暖機増量回転数補正係数KWLも、燃料性状の影響を受けない係数である。始動後増量補正係数FASEは、冷却水温THWと燃料性状とに応じて決定されるもので、エンジン１の始動直後に乾いている吸気管や気筒内の壁面に燃料が付着することによって不足する分を増量させるための補正係数で、マップとしてエンジンECU１１内のROMに格納されている。始動後増量補正係数FASEは、徐々に減衰される。

始動後燃料噴射量TAUの算出についてのフローチャートを第９図に示す。

まず、吸入空気量Qと回転数NEとを各種センサから読み込み（ステップ３００）、読み込んだ吸入空気量Qと回転数NEとから、エンジンECU１１内のマップを検索して基本燃料噴射量TPを読み込む（ステップ３０１）。なお、吸気管圧力PMと回転数NEとから基本燃料噴射量TPを決定する場合もある。次いで、暖機・高負荷補正係数FWLOTP、空燃比フィードバック補正係数FAF及び壁面付着燃料補正係数FMWを順次計算する（ステップ３０２〜３０４）。暖機・高負荷補正係数FWLOTP、空燃比フィードバック補正係数FAF及び壁面付着燃料補正係数FMWの計算については後述する。

マップから読み込んだ基本燃料噴射量TPと、計算した暖機・高負荷補正係数FWLOTP、空燃比フィードバック補正係数FAF及び壁面付着燃料補正係数FMWを用いて、上記式（６）から、始動後燃料噴射量TAUを算出する（ステップ３０５）。算出された始動後燃料噴射量TAUに基づいて、エンジンECU１１から燃料噴射を行うインジェクタに対して制御信号が出力される（ステップ３０６）。

上述したステップ３０２における暖機・高負荷補正係数FWLOTPの算出についてのフローチャートを第１０図に示す。

まず、冷却水温THWと回転数NEとを各種センサから読み込む（ステップ４００）。また、燃料性状を示す燃料性状指示値FQINDをエンジンECU１１のバックアップRAMから読み込む（ステップ４０１）。読み込んだ冷却水温THWと燃料性状指示値FQINDとから、エンジンECU１１内のマップを検索して暖機増量補正係数FWLBを読み込む（ステップ４０２）。次いで、回転数NEから暖機増量回転数補正係数KWLを計算し（ステップ４０３）、始動後増量補正係数FASEを計算する（ステップ４０４）。始動後増量補正係数FASEの算出については後述する。

マップから読み込んだ暖機増量補正係数FWLBと、予め決定された暖機増量減衰係数FLWDと、計算した暖機増量回転数補正係数KWL及び始動後増量補正係数FASEとを用いて、上記式（７）から暖機・高負荷補正係数FWLOTPを算出する（ステップ４０５）。

上述したステップ４０４における始動後増量補正係数FASEの算出についてのフローチャートを第１１図に示す。

まず、冷却水温THWをセンサから読み込み（ステップ５００）、燃料性状を示す燃料性状指示値FQINDをエンジンECU１１のバックアップRAMから読み込む（ステップ５０１）。読み込んだ冷却水温THWと燃料性状指示値FQINDとから、エンジンECU１１内のマップを検索して始動後増量補正係数FASEを読み込む（ステップ５０２）。マップから読み込んだ始動後増量補正係数FASEは、予め決定された始動後増量減衰係数KASEを用いて徐々に減衰される（ステップ５０３，５０４）。ステップ５０４において、減衰された始動後増量補正係数FASEが負となるような場合は、始動後増量補正係数FASEを０にする（ステップ５０５）。

次に、上述したステップ３０３における空燃比フィードバック補正係数FAFの算出についてのフローチャートを第１２図に示す。

第１２図に示されるルーチンは、所定時間（例えば数ミリ秒）毎に繰り返し行われている。エンジン１の排気管３１上には、エンジン１の空燃比を排気ガス中の酸素濃度等から検出するための空燃比センサ２６が配設されている。この空燃比センサ２６の出力に基づいて、空燃比フィードバック補正係数FAFが生成され、生成された空燃比フィードバック補正係数FAFに基づいて、始動後燃料噴射量TAUが補正される。空燃比センサとして一般的なのは酸素センサであり、酸素センサは、排気ガス中の酸素濃度からエンジン１の空燃比が理論空燃比よりもリッチであるかリーンであるかを検出することができる。

空燃比が理論空燃比よりリーン（リーン空燃比）であるときは、空燃比フィードバック補正係数FAFを増加（即ち、徐々にリッチに）させ、空燃比が理論空燃比よりリッチ（リッチ空燃比）であるときは、空燃比フィードバック補正係数FAFを減少（即ち、徐々にリーンに）させる。このように、始動後燃料噴射量TAUが空燃比センサ２６の検出結果による空燃比フィードバック補正係数FAFに基づいてフィードバック制御されるので、吸入空気量Qを検出するエアフローメータなどに多少の誤差が生じていても、空燃比を目標空燃比（通常は理論空燃比）近傍に維持させることができる。

まず、空燃比フィードバック補正係数FAFによるフィードバック(F/B)制御実行条件下であるか否かを判定する（ステップ６００）。F/B制御実行条件とは、空燃比センサ２６が活性化（空燃比センサである酸素センサなどは、その機能を発揮するのに所定の活性温度に達していなくてはならない）していること、暖機運転が終了していること、などである。F/B制御実行条件が成立していない場合、即ち、ステップ６００が否定されたときは、空燃比フィードバック補正係数FAFを1.0として（ステップ６２８）、このルーチンを終了する。

F/B制御実行条件が成立している場合、即ち、ステップ６００が肯定されたときは、空燃比フィードバック補正係数FAFによるF/B制御を行うべく、空燃比センサ２６の出力が読み込まれ（ステップ６０１）、まず、センサ出力信号がリーン空燃比であるかリッチ空燃比であるかが判定される（ステップ６０２）。次いで、ステップ６０３〜６０８及びステップ６０９〜６１４で、空燃比フィードバック補正係数FAFを切り替えるための空燃比フラグF1を生成している。

空燃比フラグF1は、空燃比センサ２６の出力値からのリッチ信号が所定のディレイ時間TDR経過したときにリーン(F1=0)からリッチ(F1=1)に切り替えられ、空燃比センサ２６の出力値からのリーン信号が所定のディレイ時間TDL経過したときに、リッチ(F1=1)からリーン(F1=0)に切り替えられる（ステップ６０３〜６１４）。これらのディレイ時間TDR,TDLをカウントするために、ディレイカウンタCDLYを用いている。

そして、この空燃比フラグF1がリーン(F1=0)であるかリッチ(F1=1)であるか、空燃比フラグF1が反転(F1=0→1又はF1=1→0)した直後であるか否かに基づいて、ステップ６１５〜６２７で空燃比フィードバック補正係数FAFが生成されている。

このとき、空燃比フラグF1が反転したと判定（ステップ６１５）された直後は、そのときの空燃比フィードバック補正係数FAFR,FAFLを一旦FAFとした後（ステップ６１７，６１８）、空燃比フィードバック補正係数FAFをスキップ的に変化させる（ステップ６１９，６２０）。スキップ量RSLは、空燃比フラグF1がリーンからリッチ(F1=0→1)に反転した場合のもので、スキップ量RSRは、空燃比フラグF1がリッチからリーン(F1=1→0)に反転した場合のものである。このように、空燃比フラグF1が反転した直後に空燃比フィードバック補正係数FAFをスキップ的に変化させるのは、空燃比制御の応答性を向上させるためである。

また、空燃比フラグF1がリーン(F=0)又はリッチ(F=1)何れかの値を維持している場合は、上述したように、空燃比フィードバック補正係数FAFを変化量KIR,KILずつ徐々に増減させる（ステップ６２１〜６２３）。変化量KIRは、空燃比フラグF1がリーン(F1=0)ときの増加単位量で、変化量KILは、空燃比フラグF1がリッチ(F1=1)のときの減少単位量である。なお、空燃比フィードバック補正係数FAFは、ステップ６２４，６２５において、その下限がガードされ、ステップ６２６，６２７において、その上限がガードされている。

上述した空燃比フィードバック制御における、空燃比センサ２６の出力値(A/D変換後)A/F，ディレイカウンタCDLY，空燃比フラグF1，空燃比フィードバック補正係数FAFの変化を、第１３図に例示する。

なお、空燃比センサ２６の出力値に基づいて空燃比フィードバック補正係数FAFを直接生成せず、空燃比フラグF1を介して生成させるのは、空燃比センサ２６の応答性を考慮して所定時間TDR,-TDLを形成させたり、空燃比センサ２６の出力が短時間でリーン-リッチ間で切り替わる場合（第１３図右方部分参照）に空燃比が荒れるのを防止するためである。

さらに、ステップ３０４における壁面付着燃料補正係数FMWの算出についてのフローチャートを第１４図に示す。

まず、吸気弁を閉じたときの吸気管圧力PMと回転数NEとを各センサから読み込み（ステップ７００）、この吸気管圧力PMでエンジン１が定常状態で運転された場合の燃料付着量QMWをエンジンECU１１内のマップから読み込む（ステップ７０１）。また、燃料性状を示す燃料性状指示値FQINDをエンジンECU１１のバックアップRAMから読み込み（ステップ７０２）、読み込んだ燃料性状指示値FQINDから、エンジンECU１１内のマップを検索して燃料性状補正係数FQLTYを読み込む（ステップ７０３）。

次いで、算出された燃料付着量QMWに基づいて、燃料付着変化量DLQMWを下記式（８）より求める（ステップ７０４）。
DLQMW=(QMW-QMW_−７２０)×KNE …（８）
ここで、QMW_−７２０とは、720°CA以前の燃料付着量である。また、回転数補正係数KNEは、回転数NEに応じて決定される補正係数である。

計算された燃料付着変化量DLQMWは、壁面に付着した燃料の変化量であるが、この変化量は何回かの噴射における変化量であるため、これを何回かの噴射に分けて補正する。燃料付着変化量DLQMWを一噴射あたりに換算した換算量fDLQMWとして算出する（ステップ７０５）。ここでは、燃料付着変化量DLQMWから換算量fDLQMWを算出する方法についての詳しい説明は省略する。換算量fDLQMWと燃料性状補正係数FQLTYとから、壁面付着燃料補正係数FMWを算出する（ステップ７０６）。このように、始動後燃料噴射量TAUには、判定された燃料性状（燃料性状指示値FQIND）が、暖機・高負荷補正係数FWLOTP及び壁面付着燃料補正係数FMWを介して反映されている。

上述した燃料性状判定は、定常状態で行われるものであった。以下に、過渡状態にあるときの燃料性状判定について説明する。

即ち、以下の例では、エンジン１が停止中やクランキング中、燃料カット中などの非燃焼時を除いて、エンジン１が燃焼中であれば、定常状態でなくても燃料性状の検出が可能である。

過渡状態下での燃料性状判定処理のフローチャートを第１５図に示す。以下に、第１５図に沿って過渡状態下での燃料性状の判定処理について説明する。

まず、エンジン１が運転中であるか否かを判定し（ステップ８００）、エンジン１が運転中であれば、燃料カット中であるか否かを判定する（ステップ８０１）。燃料カット中でなければ、エンジン１の回転角速度ωｅとＭＧ３の回転角速度ωｇとを読み込む（ステップ８０２）。

次いで、ＭＧ３のトルク反力Tgが検出され（ステップ８０３）、ＭＧ３のトルク反力Tgと、エンジン１の回転角速度ωｅ及びＭＧ３の回転角速度ωｇとから、上述した式（４）を用いてエンジン１の出力トルクTeを算出する（ステップ８０４）。次に、暖機運転中か否かを判定する（ステップ８０５）。上述したように、冷間始動直後の暖機運転中が、燃料性状をより確実に判定できるため、ここでは、暖機運転中か否かを判定し、暖機暖機運転中であれば燃料性状の検出を行う。

暖機運転中であれば燃料性状を検出すべく、冷却水温，吸入空気量，機関回転数，空燃比，点火時期のうちの少なくとも一つの値に基づいてエンジン１の運転状態を判断し、この運転状態からもエンジン１の出力トルクTe-calを算出する（ステップ８０６）。運転状態に基づいて算出した出力トルクTe-calとＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて算出したエンジン１の出力トルクTeとの差を求め、その差が予め設定した設定基準値よりも大きいか否かを判定する（ステップ８０７）。

エンジン１の運転状態に基づいて算出した出力トルクTe-calとＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて算出したエンジン１の出力トルクTeとの差が設定基準値より大きい場合は、燃料が重質であると判断して、燃料性状指示値FQINDを１にしてメインECU１０内のバックアップRAM内に格納する（ステップ８０８）。一方、エンジン１の運転状態に基づいて算出した出力トルクTe-calとＭＧ３のトルク反力Tgに基づいて算出したエンジン１の出力トルクTeとの差が設定基準値より小さい場合は、燃料が重質でないと考えられるため、燃料性状指示値FQINDを０にしてメインECU１０内のバックアップRAM内に格納する（ステップ８０９）。

このように判定された燃料性状は、その後のエンジン１の運転に反映される。上述した燃料性状の判定を、どのように機関の運転に反映させるかについては、既に説明したため、ここでの説明を省略する。

なお、上述した車輌は、いわゆるシリーズ方式とパラレル方式とを融合させたハイブリッド車であったが、シリーズ方式のハイブリッド車やパラレル方式のハイブリッド車などにも適用可能である。また、ハイブリッド車でなくても内燃機関の出力を受けて発電する発電機を備えていれば、本発明を適用することが可能である。さらに、上述した燃料噴射量TAUの算出においては、説明しない他の補正係数による補正が行われても良い。

エンジン１の出力トルクTeとＭＧ３のトルク反力Tgとの間の式（３），（４）のような所定の関係を利用して、ＭＧ３のトルク反力Tgからエンジン１の出力トルクTeを求めることができ、ＭＧ３のトルク反力Tgを介して、燃料性状を確実に検出することができる。

また、回転制御によってエンジン１の回転数を所定領域に維持させて、エンジン１をエネルギー効率の良い所定領域に維持して運転しているときであっても、ＭＧ３のトルク反力Tgから燃料性状を確実に検出することができる。このように、回転制御が行われて燃料性状の違いによって回転数にほとんど変化が現れないような場合でも、燃料性状を確実に検出することができる。

また、燃料判定手段が上述した第一トルク算出手段と第二トルク算出手段を有しており、各トルク検出手段によって検出されたエンジン１の出力トルクを比較して燃料性状を判定するので、より精度の高い検出を行うことができる。

本発明の内燃機関の出力状態検出装置によれば、電動機のトルク反力から内燃機関の出力状態を検出することができ、内燃機関と電動機とを備えた車輌等において、内燃機関の出力状態を検出するのに適している。

本発明に係る内燃機関の出力状態検出装置を搭載したハイブリッド車の主要部分の概略構成図である。 第１図の装置の動力分割機構の概略構成図である。 第２図の動力分割機構の構成部分の回転数の関係を示す共線図である。 本発明に係る内燃機関の出力状態検出装置の燃焼状態検出動作を示すフローチャートである。 本発明に係る内燃機関の出力状態検出装置の燃焼状態検出動作を示すフローチャートである。 エンジントルクの時間変動を示すグラフである。 本発明に係る内燃機関の出力状態検出装置の燃料性状検出動作（機関定常状態時）を示すフローチャートである。 始動時燃料噴射量TAUの計算処理を示すフローチャートである。 始動後燃料噴射量TAUの計算処理を示すフローチャートである。 暖機・高負荷補正係数FWLOTP算出ルーチンを示すフローチャートである。 始動後増量補正係数FASE算出ルーチンを示すフローチャートである。 空燃比フィードバック補正係数FAF算出ルーチンを示すフローチャートである。 空燃比フィードバック制御における、空燃比センサの出力値A/F，ディレイカウンタCDLY，空燃比フラグF1，空燃比フィードバック補正係数FAFの変化を示すタイミングチャートである。 壁面付着燃料補正係数FMW算出ルーチンを示すフローチャートである。 本発明に係る内燃機関の出力状態検出装置の燃料性状検出動作（機関過渡状態時）を示すフローチャートである。

符号の説明

１…エンジン、２…モータ（電動機：ＭＧ）、３…発電機（ＭＧ）、４…プラネタリギヤユニット（動力分割機構）、５…駆動輪、６…駆動軸、７…減速機、８…バッテリ、９…インバータ、１０…メインＥＣＵ、１１…エンジンＥＣＵ、１２…モータＥＣＵ、１３…バッテリＥＣＵ、１４…ブレーキＥＣＵ、１５…クランクシャフト、１６…ダンパ、１７…中心軸、１８…デファレンシャルギヤ、２１…クランクポジションセンサ、２２，２３…回転センサ、２４…大気圧センサ、２５…冷却水温センサ、２６…空燃比センサ、２７…圧力センサ、２８…イグニッションコイル、２９…点火プラグ、３０…吸気管、３１…排気管。

Claims (8)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関により駆動されて電力を生成する発電機と、
   前記発電機のトルク反力を検出するトルク検出手段と、
   前記内燃機関の出力状態を検出する出力状態検出手段と、
   前記発電機を制御することで前記内燃機関の回転数を制御する回転制御手段とを備えており、
   前記内燃機関と前記発電機とが動力分割手段によって接続されており、
   前記動力分割手段により、前記内燃機関の回転数と前記発電機の回転数と前記内燃機関の出力トルクと前記発電機のトルク反力とが所定の関係を満たしており、
   前記出力状態検出手段が、前記回転制御手段による前記内燃機関の回転数制御中に、定常状態の場合には前記動力分割手段による所定の関係に基づいて前記内燃機関に対する要求トルクから閾値を算出し、過度状態の場合には前記動力分割手段による所定の関係に基づいて前記内燃機関の回転角速度と慣性モーメント、前記発電機の回転角速度と慣性モーメント及び前記内燃機関に対する要求トルクから閾値を算出し、当該算出された閾値と前記トルク検出手段によって検出された前記発電機のトルク反力との比較により前記内燃機関の出力状態を検出することを特徴とする内燃機関の出力状態検出装置。
2. 前記出力状態検出手段が、前記内燃機関の燃焼状態を判定する燃焼状態判定手段であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
3. 前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えており、前記燃焼状態判定手段は、前記内燃機関の燃焼状態の判定に際して前記機関回転数を参照することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
4. 前記内燃機関の機関回転数を検出する回転数検出手段をさらに備えており、
   前記回転制御手段は、前記発電機を制御して前記内燃機関の回転数を所定領域に維持し、
   前記回転制御手段が前記内燃機関の回転数制御を行なっていない前記内燃機関の自立運転状態の場合は、前記燃焼状態検出手段が、前記回転数検出手段によって検出された機関回転数を基にして前記内燃機関の燃焼状態を判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
5. 前記内燃機関の運転状態に影響を与える各種情報を検出する運転状態検出手段をさらに備えており、
   前記燃焼状態判定手段は、前記運転状態検出手段によって検出された各種情報に応じて燃焼状態判定の際に用いる閾値を変更することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
6. 前記運転状態検出手段によって検出された各種情報が、大気圧、前記内燃機関の冷却水温、吸入空気量、機関回転数、空燃比、点火時期、燃料性状、前記発電機の発電電力、前記発電機を電動機として用いたときの出力のうちいずれか若しくはそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
7. 前記回転制御手段は、前記発電機を制御して前記内燃機関の回転数を所定領域に維持し、
   前記燃焼状態判定手段は、前記回転制御手段の制御量が所定量以上の場合には燃焼状態の判定を一時停止することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の出力状態検出装置。
8. 前記回転制御手段は、前記発電機の回転数をＰＩＤ制御により制御しており、
   前記燃焼状態判定手段は、前記ＰＩＤ制御のＰ成分の変化量が所定量以上の場合に前記回転制御手段の制御量が所定量以上であると判定することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の出力状態検出装置。

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