JP4120412B2 - 圧縮比を変更可能な内燃機関と変速機とを備える動力出力装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮比を変更可能な内燃機関と変速機とを備える動力出力装置において、圧縮比を切り換える技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関は、小型でありながら比較的大きな動力を出力可能であるという優れた特性を備えることから、自動車や船舶、飛行機など各種の輸送機械の動力源として、あるいは定置式の各種機械の動力源として広く使用されている。これら内燃機関は、燃焼室内で圧縮した混合気を燃焼させ、このときに発生する燃焼圧力を機械的な仕事に変換して、動力を取り出すことを動作原理としている。また、内燃機関が出力する動力は、駆動しようとする対象（すなわち負荷）に対して、回転速度が高いことが多いので、適切な回転速度まで減速するべく、変速機と組み合わせて用いられることが一般的である。
【０００３】
こうした内燃機関では、理論的には、混合気の圧縮割合を表す指標である圧縮比が高くなるほど、熱効率が向上することが知られている。しかし、実際には、圧縮比が高くなるほど、ノッキングと呼ばれる異常燃焼が発生し易くなる傾向にあり、ノッキングが発生した状態で内燃機関を運転していると内燃機関にダメージを与えることがある。このため、圧縮比が高い値に設定されている内燃機関では、特にノッキングが生じ易い高負荷の運転領域において、ノッキングの発生を回避するため点火時期を適正な時期から遅らせた時期に設定しておくことが行われる。点火時期を遅らせておけば、ノッキングの発生を確実に回避することが可能であるが、その一方で、内燃機関の出力や熱効率の低下を招くことになる。
【０００４】
こうした点に鑑みて、内燃機関の圧縮比を変更可能とする技術が提案されている（特許文献１、特許文献２など）。これら技術では、内燃機関の運転条件に応じて圧縮比を変更可能として、ノッキングが発生し難い中低負荷の運転条件では圧縮比を高く設定し、逆に、ノッキングが発生し易い高負荷条件では圧縮比を低く設定する。こうすれば、中低負荷領域では、内燃機関を高圧縮比で運転することでことで高い熱効率を達成し、高負荷領域では低圧縮比で運転することでノッキングの発生を回避して大きな出力を発生させることが可能である。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６２−２５８１５３号公報
【特許文献２】
特開昭６３−１５９６４２号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように、内燃機関の圧縮比を変更可能とすれば、熱効率と最大出力とを同時に向上させることが可能となるものの、その一方で次のような課題も存在しており、効果的な解決手法の開発が要請されている。すなわち、内燃機関の圧縮比を切り換えるためには、ある程度のエネルギが必要となるので、圧縮比の切り換えを頻繁に行うと大きなエネルギを消費してしまい、内燃機関全体として見たときの熱効率が却って低下してしまうことが起こり得る。更に、圧縮比を頻繁に切り換えた場合には、切り換えのための機構が故障する確率も増加するという弊害も発生する。
【０００７】
この発明は、従来の技術における上述した課題を解決するためになされたものであり、圧縮比を変更可能な内燃機関の優れた特性を損なうことなく、上記の課題を解決することが可能な技術の提供を目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上述の課題の少なくとも一部を解決するため、本発明の動力出力装置は次の構成を採用した。すなわち、
圧縮した混合気を燃焼させて動力を発生させる内燃機関と、該内燃機関の出力軸からトルクを受け取って回転速度を変更した後、駆動軸から出力する変速機と、該内燃機関および該変速機の動作を制御する制御手段とを備える動力出力装置において、
前記内燃機関は、前記混合気の圧縮割合を示す圧縮比を変更可能な内燃機関であり、
前記変速機は、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率によって示される減速比を変更可能な変速機であり、
前記制御手段は、
前記圧縮比を変更するための閾値となる閾値トルクを記憶しておく閾値トルク記憶手段と、
前記駆動軸から出力するべく要求された要求トルクを検出する要求トルク検出手段と
を備えるとともに、
前記要求トルクと前記減速比とに応じて定められ前記内燃機関が出力すべきトルクたる機関要求トルクが前記閾値トルクを超える場合には、該減速比の設定を大きな値に変更することによって、該機関要求トルクを該閾値トルク以下に抑制する手段であることを特徴とする。
【０００９】
また、上記の動力出力装置に対応する本発明の制御方法は、
圧縮比を変更可能な内燃機関と、該内燃機関の出力軸からトルクを受け取って回転速度を変更した後に駆動軸から出力する変速機と、該内燃機関および該変速機の動作を制御する制御手段とを備える動力出力装置の制御方法において、
前記内燃機関の圧縮比を変更するための閾値となる閾値トルクを記憶しておく第１の工程と、
前記駆動軸から出力するべく要求された要求トルクを検出する第２の工程と、前記要求トルクと前記変速機の減速比とに応じて定められ前記内燃機関が出力すべきトルクたる機関要求トルクが前記閾値トルクを超える場合に、該変速機を制御して該減速比の設定を大きな値に変更することにより、該機関要求トルクを該閾値トルク以下に抑制する第３の工程と
を備えることを特徴とする。
【００１０】
かかる動力出力装置および制御方法においては、前記機関要求トルクが前記閾値トルクを超えた場合には、前記減速比の設定を大きな値に変更する。減速比を大きくすれば、前記要求トルクを前記駆動軸から出力するために、内燃機関が出力しなければならない機関要求トルクは小さくなる。このことから、減速比を適切な値に変更することによって、機関要求トルクを閾値トルク以下の値に抑制することができる。その結果、圧縮比の切り換えが抑制され、延いては、圧縮比を頻繁に切り換えた場合に生じ得る種々の弊害の発生を、効果的に回避することが可能となる。
【００１１】
こうした動力出力装置あるいは制御方法においては、減速比を連続的に変更可能な変速機を採用することが望ましい。
【００１２】
減速比を連続的に変更することができれば、要求トルクに対して内燃機関の出すトルクも連続的に変更することができる。従って、機関要求トルクの設定の自由度が向上するので、内燃機関をより適切に運転することが可能となって好ましい。
【００１３】
こうした動力出力装置においては、機関要求トルクが閾値トルクを越えている場合には、次のようにしても良い。前記内燃機関が出力するトルクを該閾値トルク以下の所定トルクに設定するとともに、前記駆動軸から出力するトルクが前記要求トルクに達するまで、前記変速機の減速比を増加させることとしてもよい。
【００１４】
上述した動力出力装置においては、前記内燃機関の回転速度を検出し、該検出した回転速度が所定の閾値回転速度よりも大きく、且つ、前記機関要求トルクが前記閾値トルクを越える場合には、前記内燃機関の圧縮比を変更することとしてもよい。あるいは、前記検出した回転速度と前記機関要求トルクとを乗算した値が所定の許容値を超える場合には、前記内燃機関の圧縮比を変更することとしてもよい。
【００１５】
内燃機関の回転速度が高くなり、出力するトルクが大きくなるほど、内燃機関が発生する騒音は大きくなる傾向がある。このことから、機関要求トルクが閾値トルクを超えた時の回転速度が所定の閾値回転速度よりも大きい場合には、減速比を大きくすると、騒音が増加することが懸念される。同様に、回転速度と出力トルクとを乗算することによって求められる出力馬力があまりに大きな値となる場合にも、騒音の増加が懸念される。従って、このような場合には、圧縮比を変更することで、大きな騒音が発生するおそれを回避することが可能である。
【００１６】
また、内燃機関の回転速度を検出可能な動力出力装置においては、前記機関要求トルクが前記閾値トルクを越える場合に、該内燃機関の回転速度が所定の許容回転速度を超えない範囲で、前記減速比を大きな値に変更することとしてもよい。
【００１７】
こうすれば、減速比をあまりに大きな値に変更したために、内燃機関の回転速度が許容された回転速度を超えて高くなるおそれを回避することが可能となるので好ましい。
【００１８】
また、上述の動力出力装置あるいは制御方法においては、前記出力軸または前記駆動軸のいずれかに対してトルクを出力可能な電動機を設けておき、前記駆動軸から出力されるトルクが前記要求トルクに対して不足する場合に、不足分のトルクを該電動機から補うこととしても良い。
【００１９】
減速比を変更している間は、駆動軸から出力されるトルクが不足する事態が生じ得るが、こうして不足するトルクを電動機によって補ってやれば、動力出力装置をより適切に運転することが可能となる。
【００２０】
本発明の動力出力装置は、車両の動力源として好適に組み合わせることができ、従って本発明は、次のような車両の形態として把握することも可能である。すなわち、車両としての本発明は、
圧縮した混合気を燃焼させて動力を発生させる内燃機関と、該内燃機関の出力軸からトルクを受け取って回転速度を変更した後、車軸に向けて出力する変速機と、該内燃機関および該変速機の動作を制御する制御手段とを備える車両において、
前記内燃機関は、前記混合気の圧縮割合を示す圧縮比を変更可能な内燃機関であり、
前記変速機は、前記出力軸の前記車軸に対する回転速度の比率によって示される減速比を変更可能な変速機であり、
前記制御手段は、
前記圧縮比を変更するための閾値となる閾値トルクを記憶しておく閾値トルク記憶手段と、
前記車軸から出力すべく要求された要求トルクを検出する要求トルク検出手段と
を備えるとともに、
前記要求トルクと前記減速比とに応じて定められ前記内燃機関が出力すべきトルクたる機関要求トルクが前記閾値トルクを超える場合には、該減速比の設定を大きな値に変更することによって、該機関要求トルクを該閾値トルク以下に抑制する手段であることを特徴とする。
【００２１】
かかる車両においても、機関要求トルクが閾値トルクを超えた場合には、減速比の設定を大きな値に変更することで、機関要求トルクを閾値トルク以下の値に抑制することができる。このため、圧縮比の切り換えが抑制され、延いては、圧縮比を頻繁に切り換えた場合に生じ得る種々の弊害の発生を、効果的に回避することが可能となる。
【００２２】
こうした車両においては、出力軸または車軸のいずれかに対してトルクを出力可能な電動機を設けておき、車軸から出力されるトルクが要求トルクに対して不足する場合には、該電動機を用いて不足するトルクを補うこととしても良い。
【００２３】
こうすれば、車両運転者の要求に応じて、車両を速やかに加速させることが可能となるので好適である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
本発明の作用・効果をより明確に説明するために、本発明の動力出力装置を車両に搭載した実施例を例にとって、次のような順序に従って説明する。
Ａ．装置構成：
Ａ−１．ハイブリッド車両の構成：
Ａ−２．ハイブリッド車両の動作の概要：
Ａ−３．可変圧縮比エンジンの構成：
Ｂ．運転制御の概要：
Ｃ．圧縮比切り換え制御：
Ｄ．変形例：
【００２５】
Ａ．装置構成：
Ａ−１．ハイブリッド車両の構成：
図１は、本実施例の動力出力装置を搭載したハイブリッド車両１００の概略構成を示す説明図である。図示するように、このハイブリッド車両１００は、モータ・ジェネレータ１（ＭＧ１）１２０と、モータ・ジェネレータ２（ＭＧ２）１３０と、エンジン２００を有し、エンジン２００と２つのモータ・ジェネレータ（ＭＧ１，ＭＧ２）とはプラネタリギア１４０で互いに結合されている。詳細には後述するが、エンジン２００は、運転条件に応じて圧縮比を変更可能ないわゆる可変圧縮比エンジンである。ハイブリッド車両１００においては、エンジン２００はもっぱら動力源として使用される。ＭＧ１およびＭＧ２はいずれも、電気エネルギを用いて駆動力を発生する動力源としても、あるいは外力によって駆動されて電気エネルギを発生する発電機としても機能し得るが、ＭＧ１は主に発電機として、ＭＧ２は主に動力源として使用される。プラネタリギア１４０は、エンジン２００およびＭＧ２からの出力を、チェーンベルト１７４と車軸１７０とを介して駆動輪１７２に伝達する役割や、エンジン２００からの出力を、ＭＧ１と駆動輪１７２とに振り分ける動力分割機構としての役割、更には、エンジン２００の回転速度を減速あるいは増速して駆動輪１７２に伝達する変速機としての役割を有している。詳細には後述するが、プラネタリギア１４０での減速割合あるいは増速割合は、ＭＧ１およびＭＧ２の回転速度によって変更可能であり、従って、エンジン２００に加えて、ＭＧ１とＭＧ２とプラネタリギア１４０とを含んだ全体が、本実施例の動力出力装置を構成すると考えることができる。
【００２６】
エンジン２００は、４つの燃焼室を備えており、各燃焼室内で空気と燃料との混合気を燃焼させることによって動力を発生させる。エンジン２００は、燃焼室内に混合気を吸い込んで圧縮した後、燃焼させ、このときに発生する燃焼圧力を動力に変換して外部に出力する。エンジン２００の動作は、エンジン制御用の電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵ）２６０によって制御されている。また、エンジン２００は、混合気の圧縮比率を表す指標の圧縮比を、運転条件に応じて変更することが可能である。エンジン２００の詳細な構造については、後述する。
【００２７】
プラネタリギア１４０は、中心部に設けられたサンギア１４２と、サンギア１４２の外側に同心円状に設けられたリングギア１４８と、サンギア１４２とリングギア１４８との間に配置されてサンギア１４２の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギア１４４と、エンジンのクランクシャフト２４３の端部に結合されて各プラネタリピニオンギア１４４の回転軸を軸支するプラネタリキャリア１４６とから構成されている。サンギア１４２は、サンギア軸１４１を介してＭＧ１のロータ１２３に結合され、リングギア１４８は、リングギア軸１４７を介してＭＧ２のロータ１３３に結合されている。プラネタリキャリア１４６は、エンジンのクランクシャフト２４３に結合されている。
【００２８】
このような構成のプラネタリギア１４０は、サンギア軸１４１、リングギア軸１４７、クランクシャフト２４３の３軸が動力の入出力軸とされ、３軸の中のいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力が決定される。リングギア１４８にはチェーンベルト１７４が接続されており、動力はチェーンベルト１７４および車軸１７０を介して駆動輪１７２に伝達されて、ハイブリッド車両１００を駆動する。
【００２９】
ＭＧ１は、交流同期電動機であり、外周面に複数の永久磁石１２２を有するロータ１２３と、回転磁界を形成する三相コイル１２４が巻回されたステータ１２５などから構成されている。ステータ１２５はケース１３８に固定されており、ロータ１２３は、前述したように、プラネタリギア１４０のサンギア軸１４１に結合されている。また、サンギア軸１４１には、ロータ１２３の回転角度を検出するレゾルバ１２６が設けられている。ＭＧ１は、インバータ１５２を介してモータＥＣＵ１５６に接続されている。モータＥＣＵ１５６はインバータ１５２を制御することによって、バッテリ１５０から三相コイル１２４に適切な周波数で適切な電流値の交流電流を供給し、これによってＭＧ１の動作を制御している。
【００３０】
ＭＧ２も、ＭＧ１と同様の交流同期電動機であり、外周面に複数の永久磁石１３２を有するロータ１３３と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻回されたステータ１３５などから構成されている。ＭＧ２のロータ１３３はプラネタリギア１４０のリングギア軸１４７に結合され、ステータ１３５はケース１３８に固定されている。また、リングギア軸１４７にはロータ１３３の回転角度を検出するレゾルバ１３６が設けられている。ＭＧ２は、インバータ１５４を介してモータＥＣＵ１５６に接続され、モータＥＣＵ１５６は、インバータ１５４を制御することによってＭＧ２の動作を制御している。
【００３１】
ハイブリッド車両１００には、車両全体の制御を司るハイブリッドＥＣＵ１６０が搭載されている。ハイブリッドＥＣＵ１６０は、ＣＰＵや、ＲＡＭ、ＲＯＭ、Ａ／Ｄ変換器、Ｄ／Ａ変換器、タイマなどがバスを介して相互にデータをやり取り可能に接続された周知のマイクロコンピュータである。ハイブリッドＥＣＵ１６０は、アクセルポジションセンサ１６２や、ブレーキスイッチ１６４、あるいはバッテリ１５０などの種々の情報を検出して車両全体としての運転条件を決定し、これに基づいてエンジンＥＣＵ２６０およびモータＥＣＵ１５６が、それぞれエンジン２００およびＭＧ１，ＭＧ２の動作を制御している。
【００３２】
Ａ−２．ハイブリッド車両の動作の概要：
以上のような構成を有するハイブリッド車両１００の動作原理、特にプラネタリギア１４０の機能について説明する。プラネタリギア１４０は、サンギア軸１４１，リングギア軸１４７，クランクシャフト２４３の３軸の中のいずれか２軸へ入出力される動力（すなわち、回転速度およびトルク）が決定されると、残余の１軸に入出力される動力（回転速度およびトルク）が決定される構造となっている。これら３軸間に入出力される回転速度およびトルクの関係は、共線図を用いて容易に求めることができる。
【００３３】
図２（ａ）は、プラネタリギア１４０の３軸に接続された各ギアの回転速度および回転方向の関係を示す共線図である。ここで、縦軸は各ギア（サンギア１４２，リングギア１４８，プラネタリキャリア１４６）の回転速度、すなわち、エンジン２００，ＭＧ２，ＭＧ１の回転速度を表している。一方、横軸は各ギアのギア比を表している。リングギア１４８の歯数に対するサンギア１４２の歯数をρとすると、プラネタリキャリア１４６に対応する縦軸は、サンギア１４２とリングギア１４８との間を１：ρに内分する座標位置にくる。
【００３４】
今、プラネタリキャリア１４６すなわちエンジン２００の回転速度をＮe とし、リングギア１４８すなわちＭＧ２の回転速度をＮr とする。図２（ａ）に示した共線図上で、プラネタリキャリアを表す座標軸Ｃに回転速度Ｎe をプロットし、リングギアを表す座標軸Ｒに回転速度Ｎr をプロットして、両プロット点を直線で結ぶ。このような直線を考えると、サンギア１４２すなわちＭＧ１の回転速度Ｎs は、得られた直線とサンギアを表す座標軸Ｓとの交点の座標として求めることができる。このような直線は動作共線と呼ばれる。このように、プラネタリキャリア１４６，リングギア１４８，サンギア１４２の中のいずれか２つの回転速度が決定されれば、共線図上に２つの座標点をプロットして両プロット点を結ぶ動作共線を考えることにより、他の１つの回転速度を求めることができる。これは、次のようなことを意味している。今、車軸に接続されたリングギア１４８をある回転速度で回転させようとするとき、ＭＧ１に接続されたサンギア１４２の回転速度の選び方によって、プラネタリキャリア１４６の回転速度（すなわちエンジン２００の回転速度）を任意に選択することが可能である。
【００３５】
次に、プラネタリギア１４０の３軸間に入出力されるトルクの関係について説明する。共線図上でトルクの関係を求めるには、動作共線をあたかも剛体のように扱って、トルクを剛体に作用する力のように扱う。例えば、エンジン２００がトルクＴe を発生し、駆動輪１７２からトルクＴr を出力する場合を考える。駆動輪１７２から出力するトルクは、動作共線上では座標軸Ｒ上にかかる反力トルクＴr として表れる。
【００３６】
今、座標軸Ｃの位置で動作共線に下からトルクＴe を作用させる。そして、図２（ａ）に示すように、このトルクＴe が、座標軸Ｓ上と座標軸Ｒ上とに分配されて作用していると考える。ここで、座標軸Ｓ上にかかるトルクをトルクＴesとすると、トルクＴesは、
Ｔes＝Ｔｅ・ρ／（１＋ρ） …（１）
となり、また座標軸Ｒ上にかかるトルクをトルクTerとすると、トルクTerは、
Ｔer＝Ｔｅ／（１＋ρ） …（２）
として表される。
【００３７】
今、駆動輪１７２からトルクＴr を出力しようとする場合、エンジン２００からはトルクＴerが分配されるから、不足分のトルクＴr −ＴerをＭＧ２から出力してやればよい。これを、動作共線上でトルクの釣り合いを考えることにより、次のように求めることもできる。先ず、駆動輪１７２からトルクＴr を出力する場合、動作共線上では、座標軸Ｒの位置に反力トルクＴr がかかる。そこで、座標軸Ｒ上で、エンジン２００から分配されたトルクＴerと、反力トルクＴr と、ＭＧ２の出力トルクとを釣り合わせるために、ＭＧ２が出力すべきトルクＴm2は、Ｔm2＝Ｔr −Ｔerと求めることができる。
【００３８】
また、座標軸Ｓ上での釣り合いを考えれば、ＭＧ１が出力すべきトルクＴm1を求めることができる。すなわち、座標軸Ｓには、エンジン２００から分配されるトルクＴesしかかかっていないから、ＭＧ１からは、これと同じ値のトルクを逆方向に出力してやればよい。図２では、ＭＧ１、ＭＧ２がそれぞれ発生するトルクは、白抜きの矢印で表されている。
【００３９】
ここで、図２（ａ）の共線図の座標軸Ｓに示されているように、ＭＧ１の回転方向とトルクＴm1の向きとは逆方向となっている。これは、ＭＧ１が発電機として動作していることを表している。また、座標軸Ｒに示されているように、ＭＧ２の回転方向とトルクＴm2の向きとは同じ向きとなっている。これは、ＭＧ２が電動機として動作していることを表している。すなわち、図２（ａ）の共線図で表された動作状態は、ＭＧ１で発電しつつ、ＭＧ２で電力を消費している状態となっている。図２（ａ）の場合に限らず、ＭＧ１、ＭＧ２の回転速度と発生トルクとは、動作共線によって定まる所定の関係が成り立っており、通常の運転状態では、ＭＧ１で発電した分だけＭＧ２で消費される関係が成り立つ。これを換言すれば、プラネタリギア１４０とＭＧ１およびＭＧ２は、次のようなトルク変換の機能を有していると考えることもできる。すなわち、リングギア１４８から、回転速度Ｎr でトルクＴr を出力しなければならないとき、このときの仕事率（＝回転速度×トルク）と等しい仕事率となるような回転速度およびトルクでエンジン２００を運転しておきさえすれば、プラネタリギア１４０とＭＧ１およびＭＧ２の機能によって、回転速度とトルクをそれぞれＮr およびＴr に変換してリングギア１４８から出力することが可能と考えることもできる。ここで仕事率とは、単位時間あたりにする仕事、あるいは単位時間あたりに出力するエネルギである。
【００４０】
次に、ＭＧ２の有するアシスト機能について説明する。先ず、リングギア１４８から出力するべきトルクＴr がｄＴr だけ増加した場合を考える。このとき、座標軸Ｒに加わる反力トルクも増加するから、エンジンの出力トルクＴe を、この反力トルクと釣り合うまで増加させればよい。しかし、エンジンが最大トルクで運転されているなど、トルクを増加させる余裕が残っていない場合は、ＭＧ２から出力するトルクを増加させることによって、座標軸Ｒ上でのトルクの釣り合いを取ることになる。図２（ｂ）は、このように、エンジンの出力トルクＴe はそのままに、ＭＧ２の出力トルクを増加させて、座標軸Ｒ上でのトルクを釣り合わせている様子を概念的に表している。図示した例では、反力トルクがｄＴr だけ増加していることに対応して、ＭＧ２の出力トルクをＴasだけ増加させて、トルクの釣り合いを取っている。ＭＧ２の出力トルクを増加分は、ＭＧ１での発電によって賄うことはできないから、増加分の電力はバッテリ１５０に蓄えられた電力から供給されることになる。本明細書中では、このように、バッテリ１５０に蓄えられた電力を用いてＭＧ２からトルクを出力することにより、エンジン２００が出力している以上の動力を駆動軸に伝える機能を、「ＭＧ２のアシスト機能」と呼ぶ。エンジンが出力可能なトルクには限界があるから、アシスト機能を用いれば、駆動軸に対して更に大きな動力を出力することが可能となる。
【００４１】
Ａ−３．可変圧縮比エンジンの構成：
次に、圧縮比を変更可能なエンジン２００の構成について説明する。図３は、本実施例のエンジン２００の構成を概念的に示した説明図である。図示されているように、エンジン２００は、大きくは、シリンダヘッド２２０と、シリンダブロックＡＳＳＹ２３０と、メインムービングＡＳＳＹ２４０と、吸気通路２５０と、排気通路２５８と、前述したエンジンＥＣＵ２６０などから構成されている。
【００４２】
シリンダブロックＡＳＳＹ２３０は、シリンダヘッド２２０が取り付けられるアッパーブロック２３１と、メインムービングＡＳＳＹ２４０が収納されているロアブロック２３２とから構成されている。また、アッパーブロック２３１とロアブロック２３２との間にはアクチュエータ２３３が設けられており、アクチュエータ２３３を駆動することで、アッパーブロック２３１をロアブロック２３２に対して上下方向に移動させることが可能となっている。また、アッパーブロック２３１の内部には円筒形のシリンダ２３４が形成されている。
【００４３】
メインムービングＡＳＳＹ２４０は、シリンダ２３４の内部に設けられたピストン２４１と、ロアブロック２３２の内部で回転するクランクシャフト２４３と、ピストン２４１をクランクシャフト２４３に接続するコネクティングロッド２４２などから構成されている。これらピストン２４１、コネクティングロッド２４２、クランクシャフト２４３はいわゆるクランク機構を構成しており、クランクシャフト２４３が回転するとそれにつれてピストン２４１がシリンダ２３４内で上下方向に摺動し、逆に、ピストン２４１が上下に摺動すればクランクシャフト２４３がロアブロック２３２内で回転するようになっている。シリンダブロックＡＳＳＹ２３０にシリンダヘッド２２０を取り付けると、シリンダヘッド２２０の下面側（アッパーブロック２３１に接する側）とシリンダ２３４とピストン２４１とで囲まれた部分に燃焼室が形成される。従って、アクチュエータ２３３を用いてアッパーブロック２３１を上方に移動させれば、これに伴ってシリンダヘッド２２０も上方に移動して燃焼室内の容積が増加するので、圧縮比を小さくすることができる。逆に、アッパーブロック２３１とともにシリンダヘッド２２０を下方に動かせば、燃焼室内の容積が減少して圧縮比を大きくすることができる。
【００４４】
シリンダヘッド２２０には、燃焼室内に空気を取り入れるための吸気ポート２２３と、燃焼室内から排気ガスを排出するための排気ポート２２４とが形成されており、吸気ポート２２３が燃焼室に開口する部分には吸気バルブ２２１が、また、排気ポート２２４が燃焼室に開口する部分には排気バルブ２２２が設けられている。吸気バルブ２２１および排気バルブ２２２は、ピストン２４１の上下動に合わせて、それぞれカム機構によって駆動される。こうしてピストンの動きに同期させて吸気バルブ２２１および排気バルブ２２２を、それぞれ適切なタイミングで開閉すれば、燃焼室内に空気を吸入したり、あるいは燃焼室内から排気ガスを排出することができる。また、シリンダヘッド２２０には、燃焼室内に形成された混合気に火花を飛ばして点火するための点火プラグ２２７も設けられている。
【００４５】
シリンダヘッド２２０の吸気ポート２２３には、外気をシリンダヘッド２２０まで導くための吸気通路２５０が接続されており、吸気通路２５０の上流側端部にはエアクリーナ２５１が設けられている。燃焼室内に吸入される空気は、エアクリーナ２５１でゴミなどの異物を取り除かれた後、吸気通路２５０、吸気ポート２２３を経由して燃焼室に流入する。吸気通路２５０には、スロットルバルブ２５２や燃料噴射弁２５５などが設けられており、電動アクチュエータ２５３でスロットルバルブ２５２の開度を制御すれば、燃焼室内に流入する空気量を制御することができる。燃料は、燃料噴射弁２５５から吸気ポート２２３に向かって噴射される。噴射された燃料噴霧は、一部が吸気ポート２２３内で気化した状態で、残りは燃料噴霧あるいは燃料液膜の状態で燃焼室内に流入した後、燃焼室内で気化しつつ空気と混合して混合気を形成する。また、吸気通路２５０には吸気圧センサ２５６が設けられており、吸気通路内の圧力を検出することが可能となっている。
【００４６】
シリンダヘッド２２０の排気ポート２２４には排気通路２５８が接続されており、燃焼室から排出された排気ガスは、排気通路２５８によって外部に導かれて放出される。
【００４７】
圧縮比を切り換えるための制御は、エンジンＥＣＵ２６０が司っている。エンジンＥＣＵ２６０に内蔵されたＲＯＭには、エンジンに要求されるトルクとエンジン回転速度とをパラメータとするマップの形式で、運転条件に応じた圧縮比が設定されている。図４は、こうした圧縮比のマップを概念的に示した説明図であり、エンジンに要求されたトルクが閾値となるトルクＴthよりも小さい場合には、エンジンは高圧縮比に設定され、逆に閾値トルクよりも大きい場合には、エンジンは低圧縮比に設定される。尚、図４では、圧縮比は高圧縮比および低圧縮比の二段階に切り換えるものとしているが、もちろん、より多くの圧縮比に切り換えることも可能である。
【００４８】
エンジンＥＣＵ２６０は、クランクシャフト２４３に設けられたクランク角センサ２６１の出力に基づいて、エンジン回転速度を検出する。また、エンジンが出力すべき要求トルクについては、ハイブリッドＥＣＵ１６０から指示を受ける。エンジンＥＣＵ２６０は、こうして得られた要求トルクとエンジン回転速度とに基づいて、図４に示すマップから設定すべき圧縮比を読み出し、アクチュエータ２３３を駆動することによってエンジン２００の圧縮比を設定する。こうすれば、大きなトルクを出力する必要があるときには、圧縮比を低く設定することによってノッキングの発生を回避しつつ十分なトルクを発生させ、逆に、出力すべきトルクが小さいときには、圧縮比を高くすることでエンジンを高い熱効率で運転する。
【００４９】
こうした圧縮比の切り換えの他にも、エンジンＥＣＵ２６０は、クランクシャフト２４３に設けられたクランク角センサ２６１や、吸気圧センサ２５６などから必要な情報を取り込んで、点火プラグ２２７、燃料噴射弁２５５、電動アクチュエータ２５３などを駆動することにより、エンジン２００全体の動作を制御している。
【００５０】
上述したように、エンジン２００は運転条件に応じて圧縮比を切り換えることが可能であり、これによって、熱効率と最大出力とを共に向上させることが可能である。とはいえ、圧縮比を切り換えるためには、ある程度のエネルギが必要であり、従って、頻繁に切り換えたのでは、このために大きなエネルギを消費して、エンジン全体としての効率が低下してしまう。更に、圧縮比の切り換えには、ある程度の時間が掛かるので、頻繁に圧縮比を切り換えたのでは、エンジンの操作者に違和感を与えることも懸念される。加えて、圧縮比が異なればエンジンの運転条件も異なるから、エンジンの出力も異なっているのが通常である。従って、圧縮比を頻繁に切り換えたのでは、出力の違いが操作者に違和感を与えるおそれがあり、これを回避するために複雑な制御をしなければならないことも考えられる。本実施例のハイブリッド車両１００では、プラネタリギア１４０の減速比（リングギア軸１４７の回転速度に対するクランクシャフト２４３の回転速度の比）を適切に設定することで、エンジン２００の有するこうした課題を効果的に解決している。以下、これについて説明する。
【００５１】
Ｂ．運転制御の概要：
図５は、上述したハイブリッド車両１００において、エンジン２００、ＭＧ１、ＭＧ２の動作を制御することで、車両の運転状態を制御する処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、主にハイブリッドＥＣＵ１６０によって実行される。以下、図５のフローチャートに従って説明する。
【００５２】
運転制御を開始すると、ハイブリッドＥＣＵ１６０は先ず初めに、車両およびエンジンの運転状態を検出する処理を行う（ステップＳ１００）。車両の運転状態としては、アクセルペダルの踏み込み量およびリングギア軸１４７の回転速度Ｎr を使用する。アクセルペダルの踏み込み量は、アクセルペダルに設けられたアクセルポジションセンサ１６２を用いて検出することができる。リングギア軸１４７の回転速度Ｎr は、ＭＧ２に設けられたレゾルバ１３６を用いて検出することができる。図１に示したように、リングギア軸１４７と車軸１７０とはチェーンベルト１７４によって接続されており、互いの回転速度は比例関係にあるので、検出したリングギア軸１４７の回転速度から車速を算出することが可能である。また、エンジンの運転状態としては、エンジン回転速度Ｎe を検出する。前述したように、エンジン回転速度Ｎe は、クランク角センサ２６１の出力から算出することが可能である。
【００５３】
次いで、アクセルペダルの踏み込み量とリングギア軸１４７の回転速度Ｎr とに基づいて、車両に対する要求トルクＴrvを算出する処理を行う（ステップＳ１０２）。ここで、車両に対する要求トルクＴrvとは、車両の運転者の要求に応じて、リングギア軸１４７から出力すべきトルクである。車両に対する要求トルクＴrvは、次のようにして算出する。
【００５４】
アクセルペダルは、車両の運転者が出力トルクが足らないと感じたときに踏み込まれるものであるから、アクセルペダルの踏み込み量（アクセルポジションセンサ１６２の出力）は運転者の欲しているトルク（すなわち車両に対する要求トルクＴrv）を反映したものとなっている。更に、アクセルペダルの操作量は、車両の走行速度（すなわちリングギア軸１４７の回転速度）によっても少しずつ異なっている。そこで、アクセルペダルの踏み込み量とリングギア軸の回転速度Ｎr とをパラメータとして、車両の運転者が要求するトルクを予め実験的に求めておき、マップの形式でハイブリッドＥＣＵ１６０のＲＯＭに記憶しておく。ステップＳ１０２では、こうしたマップを参照することによって、車両に対する要求トルクＴrvを算出する。
【００５５】
こうして車両に対する要求トルクＴrvが求められたら、エンジンに対する要求トルクＴreを算出する（ステップＳ１０４）。ここで、エンジンに対する要求トルクＴreとは、リングギア軸１４７から要求トルクＴrvを出力するために、エンジン２００が出力しなければならないトルクである。エンジンに対する要求トルクＴreは次のようにして算出する。先ず、リングギア軸１４７の回転速度は現状の回転速度Ｎr から急には変わることができないから、車両に対して要求トルクＴrvが要求されたと言うことは、とりもなおさず、リングギア軸から仕事率Ｔrv×Ｎr で動力を出力するべく（換言すれば、単位時間あたりにＴrv×Ｎr のエネルギを出力するべく）要求されていることに等しい。ここで、図２を用いて前述したように、プラネタリギア１４０とＭＧ１、ＭＧ２とを用いれば、エンジン２００の出力をトルク変換してリングギア軸１４７から出力することができるから、エンジン２００からは仕事率Ｔrv×Ｎr で動力を出力しておけば足りる。そして、エンジンの回転速度も現在の回転速度Ｎe から急には変わることができないから、結局、リングギア軸１４７から要求トルクＴrvを出力するためには、エンジン２００からは、（Ｔrv×Ｎr ）／Ｎe のトルクを出力しておけばよいことになる。このことからエンジン要求トルクＴreは、
Ｔre＝（Ｔrv×Ｎr ）／Ｎe
によって算出するできることが分かる。尚、上式中に含まれるＮr ／Ｎe は、プラネタリギア１４０の減速比の逆数を表している。従って、回転速度Ｎe およびＮr から減速比を求めるのではなく、例えば機械的な接点などを用いて減速比の設定を検出し、エンジン要求トルクＴreを算出することも可能である。図５のステップＳ１０４では、以上のようにしてエンジン要求トルクＴreを算出する。
【００５６】
こうして算出したエンジンに対する要求トルクＴreに基づいて、実際にエンジン２００からを出力するトルクを設定し（ステップＳ１０６）、エンジンの出力トルクの設定に合わせて、ＭＧ１およびＭＧ２の運転状態（すなわち、それぞれのモータでの回転速度と発生トルク）を設定する処理を行う（ステップＳ１０８）。詳細には後述するが、本実施例のハイブリッド車両１００は、こうして、エンジンに対する要求トルクＴreに基づいて、エンジン２００が出力するトルクを設定するとともに、ＭＧ１およびＭＧ２の運転状態を設定することにより、エンジン２００の圧縮比を適切に切り換えることが可能となっている。
【００５７】
次いで、エンジン２００を制御することにより、設定したトルクを出力するとともに、ＭＧ１およびＭＧ２をそれぞれ設定された運転状態で運転する処理を行う（ステップＳ１１０）。前述したように、エンジン２００の具体的な制御はエンジンＥＣＵ２６０が司っている。エンジンＥＣＵ２６０は、エンジン２００が現在の回転速度で、設定されたトルクを出力するように、スロットルバルブ２５２の開度や、燃料噴射弁２５５、点火プラグ２２７の駆動タイミング、更には圧縮比などの制御を行う。また、ＭＧ１およびＭＧ２の具体的な制御はモータＥＣＵ１５６によって行われる。これらモータの回転速度は印加する交流電流の周波数によって、また、モータが発生するトルクは印加する電流値によって制御することが可能であり、モータＥＣＵ１５６は、ＭＧ１およびＭＧ２に供給される交流電流の周波数と電流値とが適切な値となるよう、インバータ１５２、１５４を制御することにより、ＭＧ１とＭＧ２とを設定された運転状態で運転する。こうして、ハイブリッドＥＣＵ１６０の制御の下で、エンジンＥＣＵ２６０およびモータＥＣＵ１５６が、それぞれエンジン２００とＭＧ１とＭＧ２とを適切に制御することによって、車両の運転者の要求に応じた要求トルクＴrvがリングギア軸１４７から出力される。
【００５８】
以上のようにして、エンジン２００とＭＧ１およびＭＧ２を適切に制御し、運転者が車両に対した要求した要求トルクＴrvをリングギア軸１４７から出力したら、運転者によって車両の停止が指示されたか否かを判断する（ステップＳ１１２）。停止する旨の指示がされていない場合は、ステップＳ１００に戻り、車両の停止が指示されるまで上述した一連の処理を繰り返す。
【００５９】
Ｃ．圧縮比切り換え制御：
次に、上述した運転制御ルーチン中で、エンジン２００の圧縮比を適切に切り換えるために行うエンジン出力トルク設定処理（図５のステップＳ１０６）およびモータ運転条件設定処理（図５中のステップＳ１０８）について説明する。図６は、エンジン出力トルク設定処理の流れを示したフローチャートである。かかる処理は、主にハイブリッドＥＣＵ１６０によって実施される。以下、フローチャートに従って説明する。
【００６０】
エンジン出力設定処理を開始すると、先ず初めに閾値トルクＴthを取得する処理を行う（ステップＳ２００）。図４に示したように、本実施例では、閾値トルクＴthはエンジン回転速度に応じて設定されている。そこでステップＳ２００では、図４に示すような、エンジンＥＣＵ２６０内のＲＯＭに記憶されたマップを参照することにより、図５に示した運転制御ルーチン中で検出されたエンジン回転速度に対応する閾値トルクＴthを取得する。
【００６１】
次いで、こうして取得した閾値トルクＴthと、運転制御ルーチン中で算出されたエンジンに対する要求トルクＴreとの大小関係を比較する（ステップＳ２０２）。エンジンに対する要求トルクＴreが閾値トルクより小さい場合は（ステップＳ２０２：ｙｅｓ）、要求されているトルクはそれほど大きなものではいことから、エンジンを高圧縮比に設定してもノッキングが発生することはないと考えることができる。そこで、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定するよう、エンジンＥＣＵ２６０に対して指示を出した後（ステップＳ２０４）、エンジン２００の出力トルクを、要求トルクＴreと同じ値に設定する（ステップＳ２１８）。
【００６２】
一方、ステップＳ２０２において、エンジンに対する要求トルクＴreが閾値トルクＴthよりも大きいと判断された場合は（ステップＳ２０２：ｎｏ）、エンジン２００を高圧縮比のまま運転したのではノッキングが発生してしまう懸念がある。かと言って、単に圧縮比を低圧縮比に切り換えることとしたのでは、圧縮比の切り換えが頻繁に行われ、その結果、前述した種々の弊害を招いてしまうおそれがある。本実施例では、こうした点に鑑みて、ステップＳ２０２で「ｎｏ」と判断された場合は、次のような処理を行う。
【００６３】
先ず、エンジンに対して要求されている馬力ＰＳrqを算出する（ステップＳ２０６）。馬力はトルクと回転速度とを乗算することで求めることができるから、現在のエンジン回転速度Ｎe とエンジンに対する要求トルクＴreとを乗算することで、エンジンに要求されている馬力ＰＳrqを算出することができる。
【００６４】
次いで、エンジン２００が、要求馬力ＰＳrqを高圧縮比のまま出力可能か否かを判断する（ステップＳ２０８）。かかる処理の内容について、図７を参照しながら説明する。図７は、エンジン回転速度を横軸に、要求トルクを縦軸にとって、エンジン２００の圧縮比が高圧縮比で運転される領域（高圧縮比領域）と低圧縮比で運転される領域（低圧縮比領域）とを概念的に示した説明図である。図７中で破線で示した４つの曲線ａ，ｂ，ｃ，ｄは、それぞれ馬力一定、すなわちエンジン回転速度と要求トルクとの乗算値が一定値となる曲線を例示したものである。例えば、エンジンに要求されている馬力ＰＳrqが、図７中の曲線ｂで表される値であるとする。この場合、エンジン回転速度を高めてやると、出力すべきトルクは曲線ｂに沿って次第に低くなるから、エンジン回転速度を所定回転速度以上に高めてやれば、エンジンを高圧縮比に保ったまま要求馬力ＰＳrqを出力することが可能である。一方、より高い馬力が要求され、例えば、図７中の曲線ｄで表されるような馬力が要求されている場合は、曲線ｄは高圧縮比領域をよぎらないので、エンジンの回転速度を如何に高めても、高圧縮比のままでは要求された馬力を出力することはできない。従って、この場合は、エンジンの圧縮比を低圧縮比に切り換えてやる必要がある。
【００６５】
また、エンジンに要求された馬力が、図７中の曲線ｃで表されるような値である場合は、図中に斜線を付して示したような高回転で且つ高トルクの領域でエンジンを運転してやれば、圧縮比を高圧縮比に設定したままでも、要求された馬力を出力することができる。しかし、エンジンをこのように高回転且つ高トルクで運転すると、大きな騒音が発生してしまう。そこで本実施例では、こうしたことを避けるため、減速比を大きくしてエンジン回転速度を高めた結果、エンジンの運転条件が図７中で斜線を付した領域内に入ってしまう場合には、減速比を変更せずに、エンジンの圧縮比を低圧縮比に切り換えてやる。こうすれば、エンジンを比較的低い回転速度で運転することができるので、大きな騒音が発生することを回避することが可能となる。あるいは簡便に、エンジンに要求されたトルクＴreが閾値トルクＴthを超えたときのエンジン回転速度が、所定の回転数より高い場合には、圧縮比を低圧縮比に切り換えることとしても良い。
【００６６】
尚、本実施例では、図７中に斜線で示されているように、要求トルクの値に関わらずエンジン回転速度が所定値以上とならないように、減速比の値が制限されている。こうすることで、エンジン２００が許容された回転速度以上に高回転となることが回避されている。
【００６７】
このように、エンジンに対して要求されている馬力ＰＳrqが、図７の曲線ａあるいは曲線ｂで表されるような馬力である場合は、エンジンの回転速度を高めてやることで、エンジンを高圧縮比に設定したまま、要求馬力ＰＳrqを出力することができる。これに対して、要求されている馬力ＰＳrqが、図７の曲線ｃあるいは曲線ｄで表されるような馬力である場合は、エンジンを低圧縮比に切り換えない限り、要求馬力ＰＳrqを出力することはできない。以上の説明から明らかなように、エンジンを高圧縮比に設定したままで対応可能か否かは、要求馬力ＰＳrqの値に応じて予め決定しておくことが可能である。図６に示したエンジン出力トルク設定処理中のステップＳ２０８では、要求馬力ＰＳrqと所定の閾値とを比較して、要求馬力ＰＳrqの方が小さければ、高圧縮比のまま対応可能と判断し、そうでなければ、高圧縮比のままでは対応不可能と判断する。
【００６８】
そして、ステップＳ２０８において、高圧縮比では対応不可能と判断された場合は（ステップＳ２０８：ｎｏ）、エンジン２００の圧縮比を低圧縮比に設定した後（ステップＳ２１６）、エンジンの出力トルクを要求トルクＴreと同じ値に設定する（ステップＳ２１８）。具体的には、エンジンＥＣＵ２６０に対して、エンジン２００の圧縮比を低圧縮比に設定するとともにトルクＴreを出力するよう、ハイブリッドＥＣＵ１６０から指示を出す。
【００６９】
一方、ステップＳ２０８において、高圧縮比で対応可能と判断された場合は（ステップＳ２０８：ｙｅｓ）、エンジンに要求された馬力ＰＳrqを高圧縮比のままで出力するための、エンジンの出力トルクとエンジン回転速度とを算出する（ステップＳ２１０）。かかる処理の内容について、再び図７を参照しながら説明する。
【００７０】
今、エンジン２００が、図７中に白抜きの星印で示した条件で運転されているときに、図中に破線の星印で示した条件まで、エンジンに対する要求トルクが増加したものとする。増加後の要求トルクは閾値トルクＴthより大きいので（図６のステップＳ２０２：ｎｏ）、エンジンに対する要求馬力ＰＳrqを算出する（図６のステップＳ２０６）。ここでは、算出した要求馬力ＰＳrqに対応する等馬力線が、図７中の曲線ｂであったものとする。前述したように、曲線ｂは高圧縮比で対応可能な曲線であり、エンジン回転速度を高めてやることで高圧縮比に設定したまま、要求馬力ＰＳrqを出力可能である（図６のステップＳ２０８：ｙｅｓ）。そこで、エンジンの運転条件を曲線ｂに沿って移動させ、要求トルクが閾値トルクＴthと等しくなるまでエンジン回転速度を上昇させる。こうして得られた新たな運転条件で運転してやれば、要求された馬力ＰＳrqをエンジン２００から出力することができる。あるいは、要求トルクが閾値トルクＴthよりも所定トルクだけ小さな値となるように、曲線ｂに沿ってエンジン回転速度をより高い値に設定することとしても良い。図７中に示した黒い星印は、こうして定めた新たな運転条件を示している。図６中のステップＳ２１０では、以上のようにして、エンジンの目標トルクＴteおよび目標回転速度Ｎteを決定する処理を行う。
【００７１】
こうして、高圧縮比の状態で要求馬力ＰＳrqを出力可能な新たな運転条件が決定されたら、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比とした後（ステップＳ２１２）、エンジン２００の出力トルクを目標トルクＴteに設定する（ステップＳ２１４）。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ１６０からエンジンＥＣＵ２６０に対して、エンジン２００の圧縮比を高圧縮比に設定するとともに、トルクＴteを出力するよう指示を出す。
【００７２】
以上のようにして、エンジン２００の圧縮比と出力トルクとを設定したら、図６に示したエンジン出力トルク設定処理を抜けて、図５の運転制御ルーチンに復帰する。
【００７３】
運転制御ルーチンでは、エンジン出力トルク設定処理から復帰すると、続いて、２つのモータの運転条件を設定する処理を開始する（図５のステップＳ１０８）。図８は、かかるモータ運転条件設定処理の流れを示すフローチャートであり、前述のエンジン出力トルク設定処理と同様に、主にハイブリッドＥＣＵ１６０によって実施される。以下、フローチャートに従って説明する。
【００７４】
モータ運転条件設定処理を開始すると、先ず初めに、要求トルクＴreと出力トルクＴteとが一致しているか、すなわち、図５に示した運転制御ルーチン中でエンジンに対して要求されたトルクＴreと、図６に示したエンジン出力トルク設定処理中で設定されたエンジンの目標トルクＴteとが一致しているか否かを判断する（ステップＳ３００）。エンジンの目標とする出力トルクＴteが、エンジンに対する要求トルクＴreと異なっているということは、図７を用いて前述したように、減速比が変更されて、エンジンの運転条件が等馬力線に沿って変更されていることを意味している。逆に、目標の出力トルクＴteが、エンジンに対する要求トルクＴreと一致しているということは、こうした操作が行われていないことを意味している。そこで、要求トルクＴreと目標トルクＴteとが一致する場合は（ステップＳ３００）、ＭＧ１およびＭＧ２の回転速度を、それぞれ現状の回転速度Ｎm1、Ｎm2に設定し（ステップＳ３０２）、次いで、それぞれのモータでの出力トルクＴm1、Ｔm2を設定する（ステップＳ３１０）。具体的には、前述した（１）式および（２）に従って出力トルクＴm1、Ｔm2を算出した後、ハイブリッドＥＣＵ１６０からモータＥＣＵ１５６に対して、ＭＧ１およびＭＧ２に印加すべき交流電流の周波数と電流値とを設定する。
【００７５】
一方、ステップＳ３００において、エンジンの目標トルクＴteが要求トルクＴreと一致していないと判断された場合は（ステップＳ３００：ｎｏ）、図７を用いて説明したように、エンジンの運転条件が等馬力線に沿って変更され、図中に黒い星印で示されるような新たな運転条件が設定されているものと考えられる。そこで、こうした新たな運転条件に対応するエンジンの目標回転速度Ｎteを取得する（ステップＳ３０４）。具体的には、新たな運転条件に対応する目標トルクＴteおよび目標回転速度Ｎteは、図６に示したエンジン出力トルク設定処理中のステップＳ２１０において既に求められているので、目標回転速度Ｎteをメモリに記憶しておき、この値をメモリから読み出してやればよい。
【００７６】
次いで、ＭＧ１の回転速度の目標値Ｎtsを算出する処理を行う（ステップＳ３０６）。ＭＧ１の目標の回転速度Ｎtsは、次のようにして算出する。前述したように、プラネタリギア１４０では、サンギア１４２、リングギア１４８、プラネタリキャリア１４６の中の、いずれか２つの回転速度が決定されると残余の回転速度が決定される。このうち、リングギア１４８は車軸１７０に接続されているので、リングギア１４８の回転速度は、現在の車速によって自ずから決まってしまう。また、プラネタリキャリア１４６はエンジンのクランクシャフト２４３に接続されているので、エンジンを目標回転速度Ｎteで運転しようとすると、プラネタリキャリア１４６の回転速度も自ずから決まってしまう。こうしてリングギア１４８およびプラネタリキャリア１４６の回転速度が決定されれば、残るサンギア１４２の回転速度も決定される。この関係を逆から見れば、ＭＧ１を駆動してサンギア１４２を適切な回転速度で回転してやれば、エンジンの回転速度を目標回転速度Ｎteに設定可能なことが了解される。
【００７７】
こうしたＭＧ１の回転速度の目標値Ｎtsは、前述した共線図を考えることにより、容易に求めることができる。図９は、共線図を用いてＭＧ１の目標の回転速度Ｎtsを算出する様子を示した説明図である。図９（ａ）に示すように、初めはリングギア１４８、プラネタリキャリア１４６、サンギア１４２がそれぞれ回転速度Ｎm2 、Ｎe 、Ｎm1 で回転している。この状態から、エンジンの回転速度（すなわちプラネタリキャリア１４６の回転速度）を目標回転速度Ｎteに変更するためには、図９（ｂ）に示すように、ＭＧ１の回転速度（すなわちサンギア１４２の回転速度）を回転速度Ｎtsに設定すればよい。リングギア１４８の回転速度は、現在の回転速度Ｎm2から急には変化することができないから、ＭＧ１を回転速度Ｎtsで回転させれば、エンジン２００は目標回転速度Ｎteで運転されることになる。これを逆から見れば、次のように考えることもできる。すなわち、初めはエンジンの回転速度Ｎe がプラネタリギア１４０によって減速されて、回転速度Ｎr でリングギア軸１４７から出力されていたところを、プラネタリギア１４０での減速比を大きな値に変更することにより、リングギア軸１４７を回転速度Ｎr に保ったまま、エンジンの回転速度をＮteまで高めたと考えることも可能である。
【００７８】
図８のステップＳ３０６では、以上に説明したようにして、現在のリングギア１４８の回転速度（＝ＭＧ２の回転速度Ｎm2）とエンジンの目標回転速度Ｎteとに基づいて、ＭＧ１の目標の回転速度Ｎtsを算出する処理を行う。
【００７９】
こうして、エンジン２００を目標回転速度Ｎteで運転させるための、ＭＧ１の回転速度Ｎtsが求められたら、求めた回転速度ＮtsをＭＧ１の目標の回転速度として設定するとともに、ＭＧ２の目標の回転速度を、現在の回転速度Ｎm2に設定する（ステップＳ３０８）。
【００８０】
次いで、図２の共線図を用いて説明した方法に従って、ＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクを設定する処理を行う（ステップＳ３１０）。簡単に説明すると、先ず、エンジン２００が出力するトルクＴteを、共線図上で座標軸Ｓと座標軸Ｒとに振り分ける。前述したように、座標軸Ｓには（１）式に従ってトルクＴtes が振り分けられ、座標軸Ｒには（２）式に従ってトルクＴter が振り分けられる。座標軸Ｓ上にかかるトルクを釣り合わせるためには、ＭＧ１を発電機として作動させて、トルクＴtes と同じ大きさの負荷を加えてやればよい。こうしてＭＧ１で発電した電力を用いて、ＭＧ２からトルクＴm2を出力し、座標軸Ｒ上に振り分けられたエンジンのトルクＴter をアシストしてやる。ここで、ＭＧ１で発生した電力を全てＭＧ２に供給されるから、ＭＧ２の出力トルクＴm2は、次式によって与えられる。
Ｔm2＝Ｔm1・Ｎts／Ｎm2
こうして、ＭＧ２からトルクＴm2を出力してやれば、エンジンから振り分けられたトルクＴter と合わせたトルクはリングギア１４８に加わる反力トルクＴr よりも大きくなるので、車両が次第に加速していくことになる。図８のステップＳ３１０では、こうしてＭＧ１およびＭＧ２の出力トルクＴm1、Ｔm2をそれぞれ設定する処理を行う。
【００８１】
以上のようにして求めたＭＧ１およびＭＧ２の回転速度および出力トルクに応じて、それぞれＭＧ１およびＭＧ２に印加すべき交流電流の周波数と電流値とを、ハイブリッドＥＣＵ１６０からモータＥＣＵ１５６に設定したら、図８に示したモータ運転状態設定処理を抜けて、図５に示す運転制御ルーチンに復帰する。
【００８２】
本実施例のハイブリッド車両１００においては、運転者が車両に対して要求している要求トルクＴrvに基づいて、以上に説明したようにして、エンジンおよびＭＧ１、ＭＧ２の運転状態を設定する。こうすることで、エンジン２００の圧縮比を頻繁に切り換えることに伴って発生し得る種々の弊害の発生を回避することが可能となる。以下では、このことについて、図１０を参照しながら説明する。
【００８３】
今、エンジン２００が、図１０中に白抜きの星印で表された条件で運転されているものとして、エンジン２００に対する要求トルクが、破線の星印で示した運転条件まで増加したものとする。破線の星印の運転条件は低圧縮比の領域に存在しているが、図６と図７とを参照しながら前述したエンジン出力設定処理、および、図８と図９を参照しながら前述したモータ運転条件設定処理を行うことにより、エンジン２００は図１０中で黒い星印で表された運転条件で運転される。すなわち、プラネタリギア１４０の減速比を大きな値に変更することにより、エンジン２００は、エンジン回転数が高く且つ負荷が閾値トルクＴthあるいは閾値トルクＴthより少し低い運転条件で運転される。ここで、エンジンの負荷は、スロットルバルブ２５２を開閉するだけで変更することができ、エンジンの回転速度よりも迅速に変更することができるから、エンジン２００の運転条件は、白抜きの星印の条件から黒い星印の条件へと、図１０中に白抜きの矢印で示した経路を通って変化することになる。結局、エンジン２００を、図１０中で粗く右下がりの斜線を付した領域で運転しようとすると、プラネタリギア１４０の減速比が大きな値に変更されるために、実際には、エンジン２００は、この領域ではなく高圧縮比領域で運転されることになる。このため、圧縮比の切り換え頻度を大きく抑制することが可能となる。
【００８４】
尚、エンジンの回転速度を変更するには、負荷を変更する場合より時間がかかるとは言え、減速比を変更することでエンジン回転速度も速やかに変更することができる。従って、実際には、エンジン２００の運転条件は白抜きの星印で示した運転条件から黒い星印の運転条件へと速やかに変更することができ、車両を速やかに加速することが可能である。
【００８５】
また、エンジン２００は、低圧縮比で運転した場合よりも高圧縮比で運転した方が熱効率が高いことから、こうした制御を行うことでエンジンの熱効率を更に向上させることも可能となる。
【００８６】
Ｄ．変形例：
以上に説明した実施例には各種の変形例が存在する。以下では、これら変形例について簡単に説明する。
【００８７】
（１）第１の変形例：
図２を用いて説明したように、本実施例のハイブリッド車両１００では、ＭＧ２を用いてトルクをアシストすることが可能である。従って、エンジン２００に対してトルクアップ要求があって、図１１中で粗い右下がりの斜線を付した領域に入った場合には、エンジン２００を高圧縮比領域で運転したまま、ＭＧ２からトルクをアシストすることとしても良い。モータは電流値を増加させると直ちに出力トルクが増加するので、ＭＧ２のアシスト機能を用いれば、トルクアップ要求に直ちに対応して、車両をより速やかに加速させることが可能となる。
【００８８】
（２）第２の変形例：
上述した実施例では、エンジン２００の出力はプラネタリギア１４０を介して車軸１７０に伝達され、プラネタリギア１４０はＭＧ１およびＭＧ２と組み合わされることで同時に無断変速機としても機能させている。もちろん、こうした構成に限定されることなく、周知の無断変速機を用いることも可能である。図１２は、こうした第２の変形例の構成を例示した説明図である。
【００８９】
図示されているように、第２の変形例では、エンジン２００のクランクシャフト２４３に無断変速機３００が接続され、無断変速機の出力軸１７５を介して負荷１７７が駆動される。上述した実施例のようにエンジン２００を車両に搭載した場合には、出力軸１７５が車軸１７０に接続され、車両自体が負荷１７７となる。無断変速機としては、二組のプーリとベルトとを用いて構成する方式や、一組のディスクとロータとを用いて構成する方式など、種々の方式の無断変速機が知られているが、本変形例の無断変速機３００としては、いずれの方式の変速機も適用することができる。
【００９０】
無断変速機ＥＣＵ３０２は、ハイブリッドＥＣＵ１６０の制御の下で、無断変速機３００の動作を制御している。ハイブリッドＥＣＵ１６０は、負荷に対するトルクアップ要求があった場合には、無断変速機の減速比を大きな値に変更する。この結果、第２の変形例においても前述した実施例と同様に、エンジンの圧縮比が頻繁に切り換わることを効果的に抑制することが可能となる。
【００９１】
（３）第３の変形例：
以上の説明においては、減速比は、連続的に変更可能であるものとして説明した。しかし、減速比は、必ずしも連続的に変更する必要はなく、例えばオートマチックトランスミッションなどのように、段階的にのみ変更可能な場合にも同様に適用することができる。図１３は、減速比を段階的にのみ変更可能な場合に適用する原理を示す説明図である。
【００９２】
今、エンジン２００が、図１３中で白抜きの星印で示した運転条件で運転されているところに、破線の星印の運転条件までトルクアップ要求があったものとする。破線の星印の運転条件は、図示されているように、低圧縮比領域に存在している。そこで、減速比を一段階だけ大きく（すなわち、シフトダウン）して、曲線ｂに沿って運転条件を移動させる。このように一段階だけシフトダウンさせると、エンジンの運転条件は、図中に斜線を付した星印の運転条件に移動することになる。こうして移動した運転条件が高圧縮比領域に入っていれば、新たな運転条件でエンジン２００を運転すればよいが、高圧縮比領域に入っていない場合は、更にもう一段階シフトダウンさせる。図１３に示した例では、斜線を付した星印は低圧縮比領域にあるので、もう一段階のシフトダウンを行うことで、エンジン２００の運転条件を、高圧縮比領域に存在する黒い星印の運転条件まで移動させる。このように、減速比が段階的にのみ変更可能な場合でも、何段階かの変更を行うことにより、運転条件を高圧縮比の領域に移動させることができる。尚、説明の便宜上、ここでは、運転条件が高圧縮比領域に入ったか否かを確認しながら、一段階ずつシフトダウンを繰り返すものとして説明したが、もちろん、必要なシフトダウン量を予め見積もっておき、一度のシフトダウンを行うことによって、運転条件を高圧縮比領域に移動させることとしても構わない。こうしてシフトダウンして運転条件を高圧縮比領域に移動させれば、圧縮比が頻繁に切り換わることを抑制することが可能となる。
【００９３】
以上、各種の実施例について説明してきたが、本発明は上記すべての実施例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様で実施することができる。例えば、上述した実施例では、ハイブリッド車両は、プラネタリギアを用いたいわゆる機械分配式のハイブリッド車両であるものとしたが、電気分配式のハイブリッド車両にも同様に適用することができる。
【００９４】
また、内燃機関の圧縮比を変更する機構としては、図３に示したように、ロアブロック２３２に対して、シリンダヘッド２２０とアッパーブロック２３１とを移動させるものに限らず、周知な種々の機構を適用することができる。例えば、吸気バルブ２２１あるいは排気バルブ２２２の開閉時期を変更することによって、内燃機関の圧縮比を実質的に変更するものであっても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本実施例の動力出力装置を搭載したハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図２】 エンジンが出力する動力と２つのモータ・ジェネレータで発生する動力との関係を示す共線図である。
【図３】 可変圧縮機構を搭載した内燃機関の構成を例示した説明図である。
【図４】 エンジンの回転速度と要求トルクとに応じてエンジンの圧縮比が切り換わる様子を概念的に示した説明図である。
【図５】 本実施例の運転制御ルーチンの流れを示すフローチャートである。
【図６】 運転制御ルーチンにおいてエンジンの出力トルクを設定する処理の流れを示したフローチャートである。
【図７】 エンジンに対する要求馬力に基づいて、エンジンの運転条件を設定する考え方を示した説明図である。
【図８】 運転制御ルーチンにおいてモータ・ジェネレータの運転状態を設定する処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】 共線図を用いてＭＧ１の目標の回転速度Ｎtsを算出する様子を示した説明図である。
【図１０】 減速比を変更することでエンジンの圧縮比が頻繁に切り換わることを抑制することができる原理を示す説明図である。
【図１１】 モータによるアシストを利用する第１の変形例を例示した説明図である。
【図１２】 無断変速機に適用した第２の変形例を例示した説明図である。
【図１３】 減速比を段階的にのみ切り換え可能な変速機に適用した第３の変形例において、圧縮比の切り換えを抑制する原理を示した説明図である。
【符号の説明】
１００…ハイブリッド車両
１２２…永久磁石
１２３…ロータ
１２４…三相コイル
１２５…ステータ
１２６…レゾルバ
１３２…永久磁石
１３３…ロータ
１３４…三相コイル
１３５…ステータ
１３６…レゾルバ
１３８…ケース
１４０…プラネタリギア
１４１…サンギア軸
１４２…サンギア
１４４…プラネタリピニオンギア
１４６…プラネタリキャリア
１４７…リングギア軸
１４８…リングギア
１５０…バッテリ
１５２…インバータ
１５４…インバータ
１５６…モータＥＣＵ
１６０…ハイブリッドＥＣＵ
１６２…アクセルポジションセンサ
１６４…ブレーキスイッチ
１７０…車軸
１７２…駆動輪
１７４…チェーンベルト
１７５…出力軸
１７７…負荷
２００…エンジン
２２０…シリンダヘッド
２２１…吸気バルブ
２２２…排気バルブ
２２３…吸気ポート
２２４…排気ポート
２２７…点火プラグ
２３０…シリンダブロックＡＳＳＹ
２３１…アッパーブロック
２３２…ロアブロック
２３３…アクチュエータ
２３４…シリンダ
２４０…メインムービングＡＳＳＹ
２４１…ピストン
２４２…コネクティングロッド
２４３…クランクシャフト
２５０…吸気通路
２５１…エアクリーナ
２５２…スロットルバルブ
２５３…電動アクチュエータ
２５５…燃料噴射弁
２５６…吸気圧センサ
２５８…排気通路
２６０…エンジンＥＣＵ
２６１…クランク角センサ
３００…無断変速機
３０２…無断変速機ＥＣＵ

Claims (9)

1. 圧縮した混合気を燃焼させて動力を発生させる内燃機関と、該内燃機関の出力軸からトルクを受け取って回転速度を変更した後に駆動軸から出力する変速機と、該内燃機関および該変速機の動作を制御する制御手段とを備える動力出力装置において、
   前記内燃機関は、前記混合気の圧縮割合を示す圧縮比を変更可能な内燃機関であり、
   前記変速機は、前記出力軸の前記駆動軸に対する回転速度の比率によって示される減速比を変更可能な変速機であり、
   前記制御手段は、
   前記圧縮比を変更するための閾値となる閾値トルクを記憶しておく閾値トルク記憶手段と、
   前記駆動軸から出力するべく要求された要求トルクを検出する要求トルク検出手段と
   を備えるとともに、
   前記要求トルクと前記減速比とに応じて定められ前記内燃機関が出力すべきトルクたる機関要求トルクが前記閾値トルクを超える場合には、該減速比の設定を大きな値に変更することによって、該機関要求トルクを該閾値トルク以下に抑制する手段であることを特徴とする動力出力装置。
2. 請求項１記載の動力出力装置であって、
   前記変速機は、前記減速比の値を連続的に変更可能な変速機である動力出力装置。
3. 請求項２記載の動力出力装置であって、
   前記制御手段は、前記機関要求トルクが前記閾値トルクを越える場合には、前記機関要求トルクを該閾値トルク以下の所定トルクに設定するとともに、前記駆動軸から出力するトルクが前記要求トルクに達するまで、前記変速機の減速比を増加させる手段である動力出力装置。
4. 請求項１または請求項２記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記検出した回転速度が所定の閾値回転速度よりも大きく、且つ、前記機関要求トルクが前記閾値トルクを超える場合には、前記内燃機関の圧縮比を変更する手段である動力出力装置。
5. 請求項１または請求項２記載の動力出力装置であって、
   前記内燃機関の回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記機関要求トルクが前記閾値トルクを越える場合には、前記機関要求トルクを該閾値トルク以下の所定トルクに設定するとともに、該内燃機関の回転速度が所定の許容回転速度を超えない範囲で、前記減速比を大きな値に変更する手段である動力出力装置。
6. 請求項１または請求項２記載の動力出力装置であって、
   前記出力軸または前記駆動軸のいずれかに対してトルクを出力可能な電動機を備え、
   前記制御手段は、前記駆動軸から出力されるトルクが前記要求トルクに対して不足するトルクを出力するべく、前記電動機の制御を行う手段である動力出力装置。
7. 圧縮した混合気を燃焼させて動力を発生させる内燃機関と、該内燃機関の出力軸からトルクを受け取って回転速度を変更した後、車軸に向けて出力する変速機と、該内燃機関および該変速機の動作を制御する制御手段とを備える車両において、
   前記内燃機関は、前記混合気の圧縮割合を示す圧縮比を変更可能な内燃機関であり、
   前記変速機は、前記出力軸の前記車軸に対する回転速度の比率によって示される減速比を変更可能な変速機であり、
   前記制御手段は、
   前記圧縮比を変更するための閾値となる閾値トルクを記憶しておく閾値トルク記憶手段と、
   前記車軸から出力するべく要求された要求トルクを検出する要求トルク検出手段と
   を備えるとともに、
   前記要求トルクと前記減速比とに応じて定められ前記内燃機関が出力すべきトルクたる機関要求トルクが前記閾値トルクを超える場合には、該減速比の設定を大きな値に変更することによって、該機関要求トルクを該閾値トルク以下に抑制する手段であることを特徴とする車両。
8. 請求項７記載の車両であって、
   前記出力軸または前記車軸のいずれかに対してトルクを出力可能な電動機を備え、
   前記制御手段は、前記車軸から出力されるトルクが前記要求トルクに対して不足するトルクを出力するべく、前記電動機の制御を行う手段である車両。
9. 圧縮比を変更可能な内燃機関と、該内燃機関の出力軸からトルクを受け取って回転速度を変更した後に駆動軸から出力する変速機と、該内燃機関および該変速機の動作を制御する制御手段とを備える動力出力装置の制御方法において、
   前記内燃機関の圧縮比を変更するための閾値となる閾値トルクを記憶しておく第１の工程と、
   前記駆動軸から出力するべく要求された要求トルクを検出する第２の工程と、前記要求トルクと前記変速機の減速比とに応じて定められ前記内燃機関が出力すべきトルクたる機関要求トルクが前記閾値トルクを超える場合に、該変速機を制御して該減速比の設定を大きな値に変更することにより、該機関要求トルクを該閾値トルク以下に抑制する第３の工程と
   を備えることを特徴とする制御方法。

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