JP3963125B2 - 内燃機関の制御装置及びハイブリッド車両 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、動力源として内燃機関（エンジン）と電動機とを備えるハイブリッド車両に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガソリンなどを燃料とするエンジンと、電気エネルギーで動作する電動機とを動力源とする動力出力装置を搭載したハイブリッド車両が知られている。そのようなハイブリッド車両には、シリーズ型ハイブリッド車両、パラレル型ハイブリッド車両、及び、両者を組み合わせたタイプのハイブリッド車両がある。シリーズ型ハイブリッド車両は、エンジンによって発電機を駆動し、この発電機によって得られた電力をバッテリに充電し、バッテリに充電された電力をインバータを介して電動機に供給して電動機を駆動する。また、パラレル型ハイブリッド車両は、エンジンと電動機をクラッチを介して連結し、発進時には電動機を駆動させ、車両速度が所定速度になるとクラッチを連結してエンジン走行する。また、車両の加速時には、バッテリに充電されている電力を使用して電動機を駆動し、電動機による駆動力をエンジンによる駆動力に追加することもできる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなハイブリッド車両では、バッテリの充電量が目標以上となった場合にはエンジンを停止させ電動機のみによる走行に切り換えたり、あるいは、車両が停止した場合にエンジンを停止させたりする、いわゆる間欠運転が頻繁に行われる。しかしながら、このエンジン停止時にトルクが急激に変化すると運転者はこれを振動、ショックとして感じることになる。これは、ハイブリッド車両以外にも、車両停止時にアイドルストップを行うアイドルストップ車両でも同様のことである。
【０００４】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、間欠運転において動力源の切換がなされた場合のトルク差をなくして、ショック、振動などを防止し、運転快適性を向上させることが可能なハイブリッド車両を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点では、成層燃焼モード及び均質燃焼モードにおける動作が可能な内燃機関と、電動機とを備えるハイブリッド車両は、前記内燃機関の動作を停止させるための機関停止指示を出力する指示出力手段と、前記機関停止指示が入力されたときに、前記内燃機関の燃焼モードを強制的に成層燃焼モードに設定する燃焼モード設定手段と、前記成層燃焼モードへの燃焼モードの設定の前後における前記内燃機関の出力トルクが同一となるように前記燃焼モード設定時の燃料噴射量を決定し、前記燃焼モードの設定後、燃料噴射器による前記燃料噴射量を所定の変化量で低下させた後、燃料噴射を停止する噴射制御手段と、前記電動機を駆動するためのバッテリと、前記バッテリの充電量に基づいて前記電動機により発生可能な最大トルク値を算出する手段と、を備え、前記噴射制御手段は、前記内燃機関の出力トルク値が前記最大トルク値と一致したときに、燃焼噴射を停止する。
【０００９】
上記のハイブリッド車両によれば、内燃機関の動作を停止させるための機関停止指示が出力されると、内燃機関の燃焼モードが成層燃焼モードに設定される。この際、成層燃焼モードへの燃焼モードの設定の前後における内燃機関の出力トルクが同一となるように、燃焼モード設定時の燃料噴射量を決定する。成層燃焼モードでは、燃料の噴射量により細かなトルク制御が可能であり、噴射制御手段は、燃料噴射器による、決定された燃料噴射量を所定の変化量で低下させて内燃機関の出力トルクを徐々に減少させた後、燃料噴射を停止して内燃機関を停止させる。これにより、成層燃焼モードへの設定時、及び内燃機関の停止時に、内燃機関の出力トルクが急激に減少してショックや振動が生じることが防止できる。
また、電動機を駆動するためのバッテリの充電量に基づいて、駆動力を電動機に切り換えた場合に得られる最大トルク値が計算される。そして、その最大トルク値となるまで前記燃料噴射量を低下させ、前記内燃機関のトルクが最大トルク値と等しくなったときに燃料噴射を停止して、内燃機関を停止する。よって、内燃機関から電動機に駆動力が切り換えられるときにトルク段差が生じないので、ショックや振動などの発生を防止することができる。
【００１２】
上記のハイブリッド車両の他の一態様は、走行のための動力源を前記内燃機関と前記電動機との間で切り換える動力切換手段をさらに備え、前記動力切換手段は、前記噴射制御手段が燃料噴射を停止したときに前記動力源を前記内燃機関から前記電動機へ切り換える。よって、ショックや振動を生じることなく内燃機関から電動機へと駆動力を切り換えることができる。
【００１４】
上記のハイブリッド車両のさらに他の一態様では、前記内燃機関は複数のシリンダを有し、前記燃料噴射器は前記シリンダ毎に設けられており、前記噴射制御手段は、前記複数の燃料噴射器を独立に制御して前記燃料噴射量を低下させる。この態様では、燃料噴射器は、シリンダ毎に設けられた燃料噴射器の単位で燃料噴射量を制御できるので、細かなレベルでトルクを制御して、円滑な動力切換を行うことができる。
本発明の他の観点では、成層燃焼モード及び均質燃焼モードにおける動作が可能な内燃機関と、電動機とを備えるハイブリッド車両は、前記内燃機関の動作を停止させるための機関停止指示を出力する指示出力手段と、前記機関停止指示が入力されたときに、前記内燃機関の燃焼モードを成層燃焼モードに設定する燃焼モード設定手段と、前記燃焼モードの設定後、燃料噴射器による燃料噴射量を所定の変化量で低下させた後、燃料噴射を停止する噴射制御手段と、前記電動機を駆動するためのバッテリと、前記バッテリの充電量に基づいて前記電動機により発生可能な最大トルク値を算出する手段と、を備え、前記噴射制御手段は、前記内燃機関の出力トルク値が前記最大トルク値と一致したときに、燃焼噴射を停止する。上記のハイブリッド車両によっても、内燃機関から電動機に駆動力が切り換えられるときにトルク段差が生じないので、ショックや振動などの発生を防止することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明では、いわゆる直噴式エンジンを備えるハイブリッド車両において、動力源の切換時にエンジンを成層燃焼状態とし、燃料噴射量によりトルクを制御してトルク差をなくすことにより、動力源の切換を円滑に行うものである。以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１６】
［ハイブリッド車両］
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。はじめに、本発明の内燃機関制御装置を適用した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。このハイブリッド車両の動力系統は、次の構成から成っている。動力系統に備えられた原動機としてのエンジン１５０はいわゆる直噴式ガソリンエンジンであり、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。
【００１７】
動力系統には、他にモータＭＧ１，ＭＧ２が備えられている。モータＭＧ１，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１３２，１４２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１３３，１４３とを備える。ステータ１３３，１４３はケース１１９に固定されている。モータＭＧ１，ＭＧ２のステータ１３３，１４３に巻回された三相コイルは、それぞれ駆動回路１９１，１９２を介してバッテリ１９４に接続されている。駆動回路１９１，１９２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１９１，１９２は制御ユニット（ＥＣＵ）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１９１，１９２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ＭＧ１，ＭＧ２との間に電流が流れる。モータＭＧ１，ＭＧ２はバッテリ１９４からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし（以下、この運転状態を「力行」と呼ぶ）、ロータ１３２，１４２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、この運転状態を「回生」と呼ぶ）。
【００１８】
エンジン１５０とモータＭＧ１，ＭＧ２はそれぞれプラネタリギヤ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、以下に示すそれぞれ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、さらに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。本実施例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ＭＧ１のロータ１３２は、サンギヤ軸１２５に結合されている。モータ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および車輪１１６Ｒ，１１６Ｌに伝達される。
【００１９】
かかるハイブリッド車両の基本的な動作を説明するために、まずプラネタリギヤ１２０の動作について説明する。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およびトルク（以下、両者をまとめて「回転状態」とよぶ）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。
【００２０】
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，Ｒにそれぞれのギヤの回転軸の回転数Ｎｓ，Ｎｃ，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。
【００２１】
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，リングギヤ軸に作用すべきトルクＴｍ２を求めることができる。トルクＴｍ１はトルクＴｅｓと等しくなり、トルクＴｍ２はトルクＴｒとトルクＴｅｒの差分に等しくなる。
【００２２】
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。
【００２３】
また、上述のハイブリッド車両では、モータ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、低速走行時に取り得る状態である。
【００２４】
さらに、上述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。
【００２５】
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ーを消費する（逆転力行の状態）。一方、モータ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ーをリングギヤ軸１２６から回生することになる。
【００２６】
このように、この実施例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。
【００２７】
この実施例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することができる。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回転数センサ１４４などが設けられている。リングギヤ軸１２６と駆動軸１１２は機械的に結合されているため、本実施例では、駆動軸１１２の回転数を知るための回転数センサ１４４をリングギヤ軸１２６に設け、モータＭＧ２の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【００２８】
［直噴式エンジン］
次に、図１に示すエンジン１５０の構成を説明する。エンジン１５０は、燃料室内に燃料を直接噴射する、いわゆる直噴式エンジンであり、その概略構成を図５に示す。図５に示すように、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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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、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。
【００３４】
［エンジン自動停止時のトルク制御］
本例において、エンジン１５０は、その負荷状態に応じて成層燃焼モード又は均質燃焼（ストイキ燃焼）モードの何れかの燃焼モードで作動する。均質燃焼モードとは、アクセル開度等によって演算されたエンジン要求トルクに応じてスロットル開度ＳＣを制御し、スロットル開度に応じた流量の空気を燃焼室２０に供給することにより、燃焼室２０内で均質燃焼を実現する動作モードである。一方、成層燃焼モードとは、スロットル開度ＳＣを全開とし、多量の空気を燃焼室２０に供給すると共に、アクセル開度等によって演算されたエンジン要求トルクに応じた量の燃料を圧縮行程において燃料噴射弁２２から噴射させることにより、燃焼室２０内で成層燃焼を実現する動作モードである。
【００３５】
成層燃焼モードによれば、均質燃焼モード時よりも大きな空燃比で燃焼が行われるのでエンジン１５０の燃費が向上する。更に、成層燃焼モードによれば、スロットル開度ＳＣが全開とされることで、エンジン１５０のポンピングロスが低減されることによっても燃費が向上する。従って、エンジン１５０の燃費を向上される観点から、エンジン１５０を可能な限り成層燃焼モードで作動させることが望ましい。
【００３６】
また、成層燃焼モードでは、均質燃焼モードに比べ、燃料噴射量を制御することにより、トルクの細かな制御ができるという利点がある。均質燃焼モードでは、スロットル開度に応じた空気を燃焼室２０へ供給し、その空気量に対して理論空燃比を実現するように燃料噴射量が決定される。逆に言えば、燃料噴射量は、スロットル開度に応じて燃料室２０へ導入される空気量により間接的に制御されることになるため、エンジン１５０からの出力トルクの微調整が難しい。また、運転者がアクセルペダルを踏み込んでから、それに応じてスロットル開度ＳＣが制御され、アクセル開度等によって演算されたエンジン要求トルクに見合った空気量が燃焼室内に導入されるまでには、一定の時間的遅延が生じるため、その分出力トルクの制御にも時間的遅延が生じることになる。
【００３７】
これに対し、成層燃焼モードでは、アクセル開度によって演算されたエンジン要求トルクに見合った量の燃料を、燃料噴射弁２２により燃料室内２０に直接噴射する。よって、エンジンからの出力トルクを、エンジン要求トルクに応じた燃料噴射量により直接的に制御することができ、燃料噴射量を微調整することにより、きめ細かなトルク調整が可能となる。また、燃料噴射量が直接的に出力トルクを決定することになるので、トルク制御における時間的遅延も生じない。
【００３８】
そこで、本発明では、ハイブリッド車両の間欠運転に伴うエンジン停止時に、エンジンの燃焼モードを均質燃焼モードから成層燃焼モードに切り換え、燃料噴射量により出力トルクを直接的に細かく調整することで、トルク差に起因するショックや振動を防止する。
【００３９】
図６に、エンジン停止時のトルク制御のタイムチャートを示す。図６において、時刻ｔ１においてエンジン停止指示がなされたとする。すると、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、波形２０１に示すように、エンジン１５０の燃焼モードを、それまでの均質燃焼モードから、成層燃焼モードへ切り換える。また、燃焼モードの切り換えに伴い、波形２０２に示すように、ＥＦＩＥＣＵ１７０は燃料噴射弁２２からの燃料噴射量の制御を行う。前述のように、エンジン１５０は複数のシリンダを有するが、波形２０２はそのうちの１つのシリンダにおいて燃料噴射弁２２から噴射される燃焼噴射量を示している。ここで、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、均質燃焼モードから成層燃焼モード２０１への切り換えに伴い、時刻ｔ１の前後でエンジンからの出力トルクが同一となるように、燃焼モード切り換え直後（即ち、時刻ｔ１直後）の燃料噴射量を決定する。より具体的には、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、エンジン停止指示が発行された時点の均質燃焼モードにおけるエンジン出力トルクを記憶しておき、その出力トルクと同一となるように成層燃焼モード移行後の各シリンダにおける燃料噴射量を決定する。波形２０２においては、エンジン停止指示がなされた時刻ｔ１に、各気筒の燃料噴射量が減少しているが、これは成層燃焼モードの方が少ない燃料噴射量で大きなトルクを得ることができるためである。成層燃焼モードへの切り換えにより、時刻ｔ１で各気筒の燃料噴射量が減少しているが、発生トルクの波形２０５に示されるように、時刻ｔ１時点で発生トルクは同一のレベルに維持されている。
【００４０】
こうして、成層燃焼モードへの切り換えが完了すると、波形２０２に示すように、ＥＦＩＥＣＵ１７０は各気筒の燃料噴射量を徐々に減少させる。これにより、波形２０５に示すように、エンジン１５０からの出力トルクは徐々に減少することになる。なお、成層燃焼モードでは前述のように燃料噴射量により直接的にトルク制御ができるので、時間的遅延などの問題はなく、出力トルクを予定通りに正確に減少させていくことができる。
【００４１】
ここで、ＥＦＩＥＣＵ１７０がトルクを減少させていく場合の目標値は、モータ駆動により得られる最大トルク値ＭＧmaxとなる。間欠運転においては、エンジン停止後は、車両の走行のための駆動力はモータから得ることになる。その際、エンジン駆動からモータ駆動への切り換え前後でトルク差を生じないようにするためには、エンジン駆動中に出力トルクをモータの最大トルク値まで徐々に低下させた上で動力を切り換えることが必要となる。このため、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、成層燃焼モードへの切り換え後は、燃料噴射量を徐々に減らして、モータによる最大トルク値まで出力トルクを減少させる。
【００４２】
そうして、成層燃焼モードによる出力トルクを減少させる過程では、ＥＦＩＥＣＵ１７０は最初はエンジンの複数の気筒全てについて同量ずつ燃料噴射量を減少させる。しかし、各気筒には最小噴射量が予め設定されているので、最小噴射量を超えて燃料噴射量を低下させることはできない。そこで、全ての気筒について燃料噴射量を最小噴射量まで減少させた状態でも、未だエンジンの出力トルクが目標であるモータの最大トルク値ＭＧmaxより大きい場合には減筒を行う。即ち、複数個の気筒のうちの１つについて燃料噴射を停止し、残りの気筒のみで燃料噴射を行う。
【００４３】
仮にエンジン１５０が６気筒であると過程する。図６においては、時刻ｔ２において、波形２０３に示すように減筒指示が出力されている。これに応答して、ＥＦＩＥＣＵ１７０は１つの気筒の燃料噴射を停止し、その時点でのトルクと等しいトルクが得られるように、残りの５つの気筒の燃料噴射量を決定する。よって、燃料噴射を停止しない５つの各気筒の燃料噴射量は、波形２０３に示すように、減筒時（時刻ｔ２）に増加することになる。
【００４４】
その後、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、５つの各気筒で燃料噴射量を徐々に減少させ、再度燃料噴射量が最小噴射量になると、さらに１つの気筒を減筒する（時刻ｔ３）。こうして、成層燃焼モードで動作中のエンジンの出力トルクが、モータの最大トルク値ＭＧmaxと等しくなるまで、必要に応じて減筒を行いつつ燃料噴射量を減少させていく。これにより、波形２０５に示すように、エンジンの出力トルクは滑らかに減少していく。
【００４５】
そして、エンジンの出力トルクがモータの最大トルク値ＭＧmaxと等しくなると（時刻ｔ４）、制御ユニット１９０は動力をモータに切り換える。即ち、波形２０４に示すように燃料噴射を停止し、エンジンを停止する。その後（時刻ｔ４以降）は、車両はモータ駆動により走行する。
【００４６】
図６の波形２０６は、比較例として、均質燃焼モードのまま、動力をエンジンからモータへ切り換えた場合のトルク変化を示している。動力をエンジンからモータへ切り換える時刻ｔ４において、均質燃焼モードの出力トルクからモータの最大トルク値へ急激にトルクが減少するため、運転者は車両のショックや振動を感じることになる。これに対し、本発明のトルク制御では、波形２０５に示すように、トルクは滑らかに変化している。
【００４７】
以上のように、本発明のトルク制御では、間欠運転中のエンジン停止時には、まず燃焼モードを成層燃焼モードに切り換えて、燃料噴射量により直接的に出力トルクを制御しながらモータの最大トルク値まで出力トルクを減少させ、その後、モータ駆動に切り換える。従って、波形２０５に示すように、均質燃焼モードから成層燃焼モードへの移行時（時刻ｔ１）においても、その後にエンジンの出力トルクを減少させる過程においても、さらに動力をエンジンからモータへ切り換える時点（時刻ｔ４）においても、トルクの急激な変動が生じることはなく、運転者がショックや振動を感じることはない。
【００４８】
次に、上記のエンジン自動停止時のトルク制御処理について、図７のフローチャートを参照して説明する。なお、図７に示すトルク制御処理は、図１に示す制御ユニット（ＥＣＵ）１９０及びＥＦＩＥＣＵ１７０が必要な通信を行いつつ、燃料ポンプ２４や燃料噴射弁２２などを制御することにより実行される。
【００４９】
図７を参照すると、まず、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、制御ユニット１９０からのエンジン停止指示を検出する（ステップＳ１）。ハイブリッド車両の間欠運転では、制御ユニット１９０がバッテリ１９４の充電量を監視しており、充電量に応じて、例えばバッテリ１９４が過充電気味である場合などに、エンジン停止指示をＥＦＩＥＣＵ１７０へ出力する。
【００５０】
ＥＦＩＥＣＵ１７０はエンジン停止指示を受け取ると、図６に示すように、燃焼モードを均質モードから成層モードへ切り換える（ステップＳ２）。即ち、ＥＦＩＥＣＵ１７０は燃料噴射量を制御することにより、エンジンからの出力トルクを制御するようになる。次に、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、現在のバッテリ１９４の充電量などに基づいて、モータ駆動による最大トルク値ＭＧmaxを算出し、その値を目標として、各気筒の燃料噴射量を減少させる（ステップＳ３）。即ち、ＥＦＩＥＣＵ１７０は所定量ずつ燃料噴射量を減少させ、エンジンの出力トルクがモータ駆動による最大トルク値ＭＧmaxと等しくなったか否かを判定し（ステップＳ４）、等しくなっていない場合には、各気筒の燃料噴射量が最小噴射量と等しくなったか否かを判定する（ステップＳ５）。各気筒の燃料噴射量が最小噴射量と等しくなっていない場合、現在の気筒数でまだ燃料噴射量を減少させることができるので、処理はステップＳ３へ戻る。一方、各気筒の燃料噴射量が最小噴射量と等しくなった場合は、現在の気筒数のまま燃料噴射量をさらに減少させることはできないので、１気筒減筒し（ステップＳ６）、ステップＳ３へ戻る。
【００５１】
こうして、ステップＳ３〜Ｓ６の処理を繰り返し、エンジンの出力トルクが、モータ駆動による最大トルク値ＭＧmaxと等しくなると（ステップＳ４：Yes）、制御ユニット１９０は動力をエンジン１５０からモータＭＧ１及びＭＧ２に切り換え（ステップＳ７）、処理を終了する。その後は、モータ駆動により車両が走行することになる。
【００５２】
［エンジン自動始動時のトルク制御］
次に、間欠運転において動力をモータからエンジンへ切り換える際、即ちエンジン自動始動時のトルク制御について説明する。上述したトルク制御の方法は、ハイブリッド車両の動力をモータからエンジンへ切り換える際にも適用できる。その場合の処理を図８のフローチャートを参照して説明する。
【００５３】
いま、ハイブリッド車両がモータ駆動により走行しているとする。制御ユニット１９０はバッテリ１９４の充電量を監視しており、例えば充電量が所定値未満になったときに、エンジン始動指示をＥＦＩＥＣＵ１７０へ出力する（ステップＳ１１）。ＥＦＩＥＣＵ１７０は、エンジン始動指示を受け取ると、まず燃焼モードを成層燃焼モードに設定し（ステプＳ１２）、徐々に燃料噴射量を増加させる（ステップＳ１３）。燃料噴射量を増加させる際の目標値は、燃料噴射量に応じて決定されるエンジンの出力トルクが、現在の状態におけるモータの最大出力トルク値ＭＧmaxと等しくなる値である。なお、このときには制御ユニット１９０は未だ動力をモータのまま維持している。
【００５４】
そして、ＥＦＩＥＣＵ１７０は、エンジンの出力トルクが最大出力トルク値ＭＧmaxと等しくなったかを判定し（ステップＳ１４）、等しくなったときに動力切り換え指示を制御ユニット１９０へ送り、制御ユニット１９０は動力をモータからエンジンに切り換える。その後、制御ユニット１９０は、必要なバッテリが必要な充電量に回復するまで、モータによる回生を行うことができる。
【００５５】
エンジン自動始動時には、一般的にエンジンの燃焼室内は大気圧になっているので、動力をモータからエンジンに切り換える際に最初から均質燃焼モードとすると、多量の燃料噴射が急激に行われ、急に大きなトルク出力がなされてショックや振動が生じやすい。この点、上述のように、エンジン自動始動時にも成層燃焼を利用することにより、そのような不具合を防止することができる。
【００５６】
なお、上記の実施形態では、ハイブリッド車両の間欠運転などにおけるエンジン停止時に行われるトルク制御処理について説明したが、本発明の適用はこの場合には限定されない。即ち、アイドルストップ車両におけるエンジン停止時や、通常の車両において単にエンジンを停止する場合にも本発明を同様に適用することができる。
【００５７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ハイブリッド車両の間欠運転におけるエンジン自動停止時において、エンジンを成層燃焼モードにして燃料噴射量により細かなトルク制御を行うことにより、モータ駆動への切り換え時にトルク差が生じないようにする。これにより、運転者がショックや振動を感じることがなくなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したハイブリッド車両の概略構成を示す。
【図２】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】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】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】エンジンの構造の概略構成図である。
【図６】エンジン自動停止時のトルク制御のタイムチャートである。
【図７】エンジン自動停止時のトルク制御処理のフローチャートである。
【図８】エンジン自動始動時のトルク制御処理の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
３８ 吸気管
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 (4)

1. 成層燃焼モード及び均質燃焼モードにおける動作が可能な内燃機関と、電動機とを備えるハイブリッド車両において、
   前記内燃機関の動作を停止させるための機関停止指示を出力する指示出力手段と、
   前記機関停止指示が入力されたときに、前記内燃機関の燃焼モードを強制的に成層燃焼モードに設定する燃焼モード設定手段と、
   前記成層燃焼モードへの燃焼モードの設定の前後における前記内燃機関の出力トルクが同一となるように前記燃焼モード設定時の燃料噴射量を決定し、前記燃焼モードの設定後、燃料噴射器による前記燃料噴射量を所定の変化量で低下させた後、燃料噴射を停止する噴射制御手段と、
   前記電動機を駆動するためのバッテリと、
   前記バッテリの充電量に基づいて前記電動機により発生可能な最大トルク値を算出する手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、前記内燃機関の出力トルク値が前記最大トルク値と一致したときに、燃焼噴射を停止することを特徴とするハイブリッド車両。
2. 走行のための動力源を前記内燃機関と前記電動機との間で切り換える動力切換手段をさらに備え、
   前記動力切換手段は、前記噴射制御手段が燃料噴射を停止したときに前記動力源を前記内燃機関から前記電動機へ切り換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。
3. 前記内燃機関は複数のシリンダを有し、前記燃料噴射器は前記シリンダ毎に設けられており、
   前記噴射制御手段は、前記複数の燃料噴射器を独立に制御して前記燃料噴射量を低下させることを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両。
4. 成層燃焼モード及び均質燃焼モードにおける動作が可能な内燃機関と、電動機とを備えるハイブリッド車両において、
   前記内燃機関の動作を停止させるための機関停止指示を出力する指示出力手段と、
   前記機関停止指示が入力されたときに、前記内燃機関の燃焼モードを成層燃焼モードに設定する燃焼モード設定手段と、
   前記燃焼モードの設定後、燃料噴射器による燃料噴射量を所定の変化量で低下させた後、燃料噴射を停止する噴射制御手段と、
   前記電動機を駆動するためのバッテリと、
   前記バッテリの充電量に基づいて前記電動機により発生可能な最大トルク値を算出する手段と、を備え、
   前記噴射制御手段は、前記内燃機関の出力トルク値が前記最大トルク値と一致したときに、燃焼噴射を停止することを特徴とするハイブリッド車両。

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