JP5286720B2

JP5286720B2 - ハイブリッド電気自動車のパワートレインの制御方法

Info

Publication number: JP5286720B2
Application number: JP2007234983A
Authority: JP
Inventors: 宣英瀬尾; 卓二川田
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2006-10-03
Filing date: 2007-09-11
Publication date: 2013-09-11
Anticipated expiration: 2027-09-11
Also published as: JP2008087758A; US20070233332A1; US7440827B2

Description

本発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレインの制御方法に関し、特にシリーズハイブリッド電気自動車のパワートレインの運転効率を改善するための制御の技術分野に属する。

従来よりハイブリッド電気自動車（HybridElectric Vehicle：以下、ＨＥＶと略称する）は、シリーズとパラレルの２つのタイプに大別され、例えば特許文献１にはシリーズＨＥＶのパワートレインが示されている。このパワートレインには、エンジン（内燃機関）、第１の回転電機及び第２の回転電機が含まれており、エンジンは、燃料を燃焼させてその化学的エネルギを機械的エネルギに変換する。また、エンジンは直接、第１回転電機を駆動し、この第１回転電機は機械的エネルギを電気的エネルギ源に変換する（つまり、発電する）。第２回転電機は機械的に自動車の駆動輪に連繋され、前記エンジンや第１回転電機とは機械的には連繋されていない。

一方で電気的には、前記第１及び第２回転電機は直接的に、又はバッテリを経由して互いに連繋されており、第１回転電機が発生した電力は直接、第２回転電機に供給することもできるし、この第２回転電機による後の使用のためにバッテリに蓄えることもできる。また、第２回転電機は自動車の減速時に発電（動力回生）させることもでき、この電力も後の使用のためにバッテリに蓄えることができる。
米国特許第６，３２６，７０２号明細書

ところで、エネルギの変換という観点から、上述したシリーズＨＥＶにおいては燃料の化学的エネルギが複数回の変換を経て、最終的に駆動輪における機械的エネルギに変わるということができる。そこで、より良く燃料を節約するためには、燃料の化学的エネルギが最終的に駆動輪の機械的エネルギに変換されるまでのＨＥＶパワートレイン全体のエネルギ変換効率（以下、オーバーオール効率ともいう）を改善することが求められる。

この点につき本発明の発明者は、第１回転電機から第２回転電機に直接、電力が供給されるときには、バッテリの充電（電気的エネルギから化学的エネルギへの変換）及び放電（化学的エネルギから電気的エネルギへの変換）の２回のエネルギ変換が省略され、その分、オーバーオール効率が改善されることに気がついた。

また、シリーズＨＥＶには一般的なことであるが、第２回転電機における電気的エネルギから機械的エネルギへの変換効率は、単に固定ギヤ比を有する動力伝達機構の負荷及び速度から決定されるので、より良好なオーバオール効率を得るために改善し得るのは、エンジン及び第１回転電機の効率だけとなる。

この点につき、上述した特許文献１には、エンジンを最も効率の良い状態で運転しながら所望の出力を得る方法が示されているが、この方法においてはエンジンの運転効率しか考慮されていないので、エンジンにより駆動される第１回転電機の作動効率があまり高くならないことがあり、オーバオール効率を改善する余地が残されている。

さらに、前記特許文献１のものではエンジン出力の制御にスロットル弁を用いており、第１回転電機に求められる発電量に合わせてスロットル開度を制御し、吸気を絞るようにしているから、ポンピングロスが大きくなりやすく、エンジンの燃費についても改善の余地が残されている。

斯かる諸点に鑑みて本発明の目的は、シリーズＨＥＶにおけるパワートレインのオーバオール効率を従来より一層、改善するとともに、エンジンのポンピングロスも減らして、燃費のさらなる低減を図ることにある。

前記の目的を達成するために、本願の請求項１の発明は、ハイブリッド電気自動車のパワートレインの制御方法であって、そのパワートレインが、その回転数がエンジン回転数に一致するようにエンジンに機械的に連結されて発電作動を行う第１の回転電機と、この第１回転電機からの電力供給を受けて作動し、駆動輪側に回転力を出力する第２の回転電機と、少なくともエンジンのトルク及び回転数を制御する制御手段と、を備えている場合に、前記第１回転電機へ要求される発電量の変化に応じて、前記制御手段により前記エンジンの運転効率と前記第１回転電機の作動効率とを組み合わせた組み合わせ効率が最高となるように、エンジンのトルク及び回転数を制御するとともに、そのエンジンの吸気マニホールド圧力は実質的に変化しないよう維持し、エンジントルクの制御は、エンジンの吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のリフト量を変更することによって行うものである。

この方法によれば、エンジンのトルク乃至回転数を制御するときに、吸気マニホールド圧力を実質的に変化しないよう維持することで、ポンピングロスを減らすことが可能になって、より高いエンジン効率が得られるようになる。また、エンジン回転数は、要求される分量の電力を発生しながら、より高い効率の得られる第１回転電機の回転数に対応して制御すればよい。或いは、エンジンの運転効率と第１回転電機の作動効率とを組み合わせた組み合わせ効率が最高となるように、エンジン回転数を制御してもよい。

いずれにしても、エンジン及び第１回転電機は、それぞれ、従来より高い作動効率を実現でき、これによりシリーズＨＥＶのパワートレインのオーバオール効率が改善される。

好ましいのは、パワートレインに求められる出力の変化に応じて第２回転電機に供給する電力量を調整することである。また、好ましいのは、パワートレインに求められる出力の変化に応じてエンジンのトルク及び回転数を制御するとともに、そのエンジンの吸気マニホールド圧力は実質的に変化しないよう維持することである。

こうすれば、パワートレインに求められる出力の変化に応じて、エンジンのトルク及び回転数が制御され、必要な電力量が第２回転電機に供給されることになるので、エネルギの変換を最小限に留めることが可能になり、パワートレインのオーバオール効率がさらに改善される。

エンジン回転数は、エンジントルクの補正、或いは第１回転電機による発電量の補正によって調整することができる。実際のエンジン回転数の目標値からのずれ（偏差）が大きいときには、エンジントルクの補正と第１回転電機の発電量の補正とを行う一方、ずれがあまり大きくないときには発電量の補正は行わず、エンジントルクの補正のみを行うことであり、こうすれば、第１回転電機の発電量の変動に起因する走行状態の変化等の不具合を未然に防止できる。

また、前記エンジン回転数のずれが所定値以下で非常に小さく、実質的に目標値になっているとみなせるときには、前記エンジントルクの補正も行わないのが燃費の低減には好ましい。

以上、説明したように、本発明に係るハイブリッド電気自動車のパワートレインの制御方法によると、エンジンにより駆動する第１回転電機への要求発電量の変化に応じて、前記エンジンの運転効率と前記第１回転電機の作動効率とを組み合わせた組み合わせ効率が最高となるように、エンジンのトルク及び回転数を制御するとともに、そのエンジンの吸気マニホールド圧力は実質的に変化しないよう維持することで、ポンピングロスを減らすことができる。また、エンジンのみならず、第１回転電機の作動効率も考慮した制御を行うことで、シリーズＨＥＶのパワートレインのオーバオール効率を従来より一層、改善でき、燃費のさらなる低減が図られる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係るシリーズＨＥＶのパワートレイン１のシステムブロック線図を例示する。図示のパワートレイン１には、エンジン２（内燃機関）、第１の回転電機３及び第２の回転電機４が設けられている。エンジン２のクランクシャフト２１は、第１の回転電機３の入力軸に直接、連結されており、この第１回転電機３はエンジン２と同一速度で回転する。

一方、第１及び第２の回転電機３，４同士は機械的には連結されていない。第２回転電機４の出力軸は、例えばプロペラシャフト６、遊星歯車セット７及び駆動軸８を含む周知のファイナルドライブトレインによって駆動輪５に機械的に連結されている。図示の実施形態では、駆動輪５は後輪駆動車の後車輪であるが、それは前輪駆動車の前車輪であってもよい。

第１及び第２の回転電機３，４は、公知技術の三相誘導電動機であり、モータ作動及び発電作動をするモータ・ジェネレータ（MG）である。それらは、それぞれ第１及び第２のインバータ１２，１３を介して高圧バッテリ１１に電気的に接続されている。第１回転電機３は交流電流（AC）を発生することができ、それは３つのＡＣ送電線によって第１のインバータ１２に出力され、そこで直流（DC）に変換されてＤＣ送電線に出力される。一方で例えばエンジン始動の際には電流が反対向きに流れて第１回転電機３に供給され、この第１回転電機３のモータ作動によってエンジン２が駆動される。

第２インバータ１３はＤＣ送電線から直流電流を受け入れて交流に変換し、３つのＡＣ送電線によって第２回転電機４に供給する。これにより第２回転電機４がトルクを発生し（モータ作動）、ファイナルドライブトレインによって駆動輪５に動力を伝達する。一方で、例えば自動車の減速時には駆動輪５の回転慣性によって第２回転電機４を回転させることができ（動力回生）、これにより発生した交流電流（AC）は３つのＡＣ送電線により第２インバータ１３に出力される。

第１及び第２のインバータ１２，１３は、ＤＣ送電線によって互いに接続されている。このＤＣ送電線は、バッテリ１１の正極及び負極端子にそれぞれ接続されており、直流電流は、それら３つの電機機器（バッテリ１１、第１及び第２インバータ１２，１３）の間で各々の端子電圧に応じていずれの向きにも流れることができる。

ＨＥＶコントローラ１４は第１及び第２のインバータ１２，１３を制御し、これにより第１及び第２の回転電機３，４を制御する。この例ではＨＥＶコントローラ１４は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（CPU）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデー
タを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（I/O）バスと、を備えている。

より詳しくは、コントローラ１４は、さまざまな入力に基づいて、第１及び第２の回転電機１２，１３のそれぞれに対する入力/出力の望ましい値を計算する。コントローラ１
４への入力は、少なくとも、車速VSPに対応する第２回転電機４の回転数N_MG2を検出する
ためのセンサ３１と、アクセルペダル３２aの位置α（アクセル開度）を検出するための
アクセル開度センサ３２と、自動車の運転者によるブレーキペダル３３aの操作を検出す
るためのブレーキスイッチ３３と、バッテリの端子電圧Ｖ_Ｂを検出するための電圧センサ３４と、バッテリ１１、第１及び第２インバータ１２，１３の間の電流量をそれぞれ検出するための第１〜第３の電流センサ（図示せず）と、からの信号を含む。尚、ＨＥＶコントローラ１４はエンジンコントローラ１５とも通信するが、それについては後述する。

エンジン２は、この例では第１〜第４の４つのシリンダ２２，２２，…（図１の#1〜#4シリンダ）を有するものであるが、いかなる数のシリンダを有するものであってもよい。より詳細には図２を参照して、エンジン２は、シリンダーブロック２３と、その上に載置されるシリンダヘッド２４とを備えており、それらの内部にシリンダ２２，２２，…が形成されている。周知のように、シリンダーブロック２２には、ジャーナル、ベアリングなどによりクランクシャフト２１が回転自在に支持されており、このクランクシャフト２１がコネクティングロッド２６によって、ピストン２５に連結されている。

前記ピストン２５は、各シリンダ２２内に摺動自在に嵌挿されて燃焼室２７を区画している。図１には１つのみ示すが、各シリンダ２２毎に２つの吸気ポート２８がシリンダーヘッド２４に形成されて、それぞれ燃焼室２７に連通している。同様に、各シリンダ２２毎に２つの排気ポート２９がシリンダーヘッド２３に形成されて、それぞれ燃焼室２７に連通している。図２に示すように、吸気バルブ４１及び排気バルブ４２は、それぞれ、吸気ポート２８及び排気ポート２９を燃焼室２７から遮断（閉）できるように配設されている。動弁機構１０１、１０２は、それぞれ、吸気バルブ４１及び排気バルブ４２を所定のタイミングで往復動作させて、吸気ポート２８及び排気ポート２９を開閉するものであるが、詳細は後述する。

点火プラグ４３は、例えばねじ等、周知の構造によってシリンダーヘッド２４に取り付けられている。イグニションシステム４４（或いはイグニッションサーキット）は、エンジンコントローラ１５からの制御信号SAを受けて、点火プラグ４３が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。

インジェクタ４５は、例えばブラケットを使用する等、周知の構造でシリンダーヘッド２４の一側（図例では吸気側）に取り付けられている。インジェクタ４５の先端は、上下方向については２つの吸気ポート２８の下方に、また、水平方向についてはそれら２つの吸気ポート２８の中間に位置して、燃焼室２７内に臨んでいる。

燃料供給システム４６は、図示は省略するが、インジェクタ４５に燃料を昇圧して供給する高圧ポンプと、この高圧ポンプに燃料タンクから燃料を送給する配管やホース等と、インジェクタ４５を駆動する電気回路と、を備えている。この電気回路は、エンジンコントローラ１５からの制御信号を受けてインジェクタ４５のソレノイドを作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を噴射させる。

吸気ポート２８は、吸気マニホルド４７内の吸気経路４７bによってサージタンク４７aに連通している。図示しないエアクリーナからの吸気流はスロットルボデー４８を通過してサージタンク４７aに供給される。スロットルボデー４８にはスロットルバルブ４９が
配置されており、周知のようにサージタンク４７aに向かう吸気流を絞って、その流量を
調整する。スロットルアクチュエータ４９aが、エンジンコントローラ１５からの制御信
号TVOを受けて、スロットルバルブ４９の開度を調整する。

排気ポート２９は、排気マニホルド５０内の排気経路によって周知のように排気管内の通路に連通している。排気マニホルド５０よりも下流の排気通路には、一つ以上の触媒コンバータ５１を有する排気ガス浄化システムが配置される。触媒コンバータ５１は、周知の三元触媒、リーンＮＯｘ触媒、酸化触媒等とすることができ、それ以外にも、特定の燃料制御手法による排気ガス浄化の目的にかなうものであれば、いかなるタイプの触媒としてもよい。

また、排気ガスの一部を吸気系に循環させる（以下、ＥＧＲともいう）ために、吸気マニホルド４７（スロットルバルブ４９よりも下流側）と排気マニホルド５０との間がＥＧＲパイプ５２によって接続されている。排気側の圧力は吸入側よりも高いので、排気ガスの一部は吸気マニホルド４７に流れ込むようになり（ＥＧＲガスと呼ぶ）、この吸気マニホルド４７から燃焼室２７に吸入される新気と混ざることになる。ＥＧＲパイプ５２にはＥＧＲバルブ５３が配設され、ＥＧＲガスの流量を調整するようになっている。ＥＧＲバルブ・アクチュエータ５３aは、エンジンコントローラ１５からの制御信号EGR_OPENを受けてＥＧＲバルブ５３の開度を調整する。

次に、図３を参照して吸気側の動弁機構１０１について説明する。本実施形態では排気側の動弁機構１０２は吸気側と同様の構造を有するので、その説明は省略する。尚、排気側の動弁機構１０２は一般的なＯＨＣタイプであってもよく、これには、バルブステムを押すためのカムと、このカムが一体に形成されたカムシャフトと、このカムシャフトを駆動するための機構（例えば、周知のように、クランクシャフト２１の回転をカムシャフトに伝えるベルトやチェーン、プーリ、スプロケット）とが備わる。

本実施形態の動弁機構１０１は、可変カム・タイミング（ＶＣＴ）メカニズム１０３を備えており、これはチェーンドライブ機構によってクランクシャフト２１に駆動連結されている。チェーンドライブ機構は、ドリブン・スプロケット１０４の他に、図示しないが、クランクシャフト２１のドライブ・スプロケットと、それら両スプロケットに巻き掛けられたチェーンとを備える。

ＶＣＴ機構１０３は、ドリブン・スプロケット１０４に一体に回転するように固定されたケースと、それに収容されるとともにインナシャフト１０５に一体に回転するように固定されたロータと、を有する。ケースとロータとの間には複数の液圧室が、回転軸Ｘ（図４に示す）の周りに（周方向に）並んで形成される。そして、ポンプにより加圧された液体（例えばエンジンオイル）が各々の液圧室に選択的に供給されて、互いに対向する液圧室の間に圧力差を形成する。

電磁バルブ１０６aを含むＶＣＴ制御システム１０６は、エンジンコントローラ１５か
らの制御信号を受けて、電磁バルブ１０６aが液圧のデューティ制御をすることで、前記
液圧室に供給する液体の流量や圧力等を調整する。これによりスプロケット１０４とインナシャフト１０５との間の実際の位相差が変更され、それによって、周知のようにインナシャフト１０５の所望の回転位相が達成される。

インナシャフト１０５は、図４に示すように各々のシリンダ２２に対応して一体的に設けられたディスク形状のカム１０６を有する。このカム１０６は、インナシャフト１０５の軸心から偏心して設けられ、ＶＣＴ機構１０３により規定される位相で回転する。この偏心カム１０６の外周にはリング状アーム１０７の内周が回転自在に嵌め合わされており、インナシャフト１０５がその軸心Ｘ周りに回転すると、リング状アーム１０７は、同じ軸心Ｘの回りを公転しながら偏心カム１０６の中心の周りを回動する。

また、前記インナシャフト１０５には、各シリンダ２２毎にロッカーコネクタ１１０が配設されている。このロッカーコネクタ１１０は円筒状で、インナシャフト１０５に外挿されて同軸に軸支され、換言すれば、その軸心Ｘ周りに回動可能に支持されている一方、該ロッカーコネクタ１１０の外周面はベアリング・ジャーナルとされ、シリンダーヘッド２４に配設されたベアリング・キャップ（図示せず）によって回転可能に支持されている。

前記ロッカーコネクタ１１０には、第１及び第２のロッカーカム１１１，１１２が一体的に設けられている。両者の構成は同じなので、図４にはロッカーカム１１１について示すが、このロッカーカム１１１は、カム面１１１aと円周状のベース面１１１bとを有し、それらはいずれもタペット１１５の上面に接触するようになっている。ロッカーカム１１１は、連続的には回転せず、揺動運動することを除いては、一般的な動弁機構のカムと同様にタペット１１５を押圧してバルブを開くものである。タペット１１５はバルブスプリング１１６で支えられている。バルブスプリング１１６は、周知のように保持器１１７，１１８の間に支持されている。

再度、図３を参照すると、インナシャフト１０５及びロッカーカム部品１１０〜１１２の組立体と並んで、その上方にコントロールシャフト１２０が配置されている。このコントロールシャフト１２０は、図示しないベアリングによって回転可能に支持されており、その長手方向の中央付近には、外周面から突出する同軸状のウォームギヤ１２１が一体的に設けられている。

そのウォームギヤ１２１はウォーム１２２と係合し、このウォーム１２２は、可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）のアクチュエータである例えばステッピングモータ１２３の出力軸に固定されている。よって、エンジンコントローラ１５からの制御信号を受けたモータ１２３の作動により、コントロールシャフト１２０を所望の位置に回動させることができる。こうして回動されるコントロールシャフト１２０には各シリンダ２２毎のコントロールアーム１３１が取り付けられており、それらはコントロールシャフト１２０の回動によって一体的に回動される。

また、そうして回動されるコントロールアーム１３１は、コントロールリンク１３２によってリング状アーム１０７に連結されている。すなわち、コントロールリンク１３２の一端部はコントロールピボット１３３によってコントロールアーム１３１の先端部に回転自在に連結され、該コントロールリンク１３２の他端部はコモンピボット１３４によってリング状アーム１０７に回転自在に連結されている。

ここで、コモンピボット１３４は、前記のようにコントロールリンク１３２の他端部をリング状アーム１０７に連結するとともに、このリング状アーム１０７を貫通してそれをロッカーリンク１３５の一端部にも回転自在に連結している。そして、このロッカーリンク１３５の他端部がロッカーピボット１３６によってロッカーカム１１１に回転自在に連結されており、これによりリング状アーム１０７の回転がロッカーカム１１１に伝えられるようになっている。

より具体的に、インナシャフト１０５が回転して、これと一体に偏心カム１０６が回転するとき、図４の左側に示すように偏心カム１０６が下側に位置すれば、リング状アーム１０７も下側に位置するようになり、一方、同図の右側に示すように偏心カム１０６が上側に位置すれば、リング状アーム１０７も上側に位置するようになる。

その際、リング状アーム１０７とコントロールリンク１３２とを連結するコモンピボット１３４の位置は、コントロールピボット１３３の位置と、偏心カム１０６及びリング状
アーム１０７の共通中心位置との、３者相互の位置関係によって規定されるから、図示のようにコントロールピボット１３３の位置が変化しない（コントロールシャフト１２０が回動しない）とすれば、コモンピボット１３４は、偏心カム１０６及びリング状アーム１０７の共通中心周りの回転のみに対応して概略上下に往復動作するようになる。

そのようなコモンピボット１３４の往復動作はロッカーリンク１３５によって第１のロッカーカム１１１に伝えられ、該第１ロッカーカム１１１を、ロッカーコネクタ１１０で連結された第２のロッカーカム１１２と共に軸心Ｘ周りに揺動させる。こうして揺動するロッカーカム１１１は、そのカム面１１１aがタペット１１５の上面に接触する間は、当該タペット１１５をバルブスプリング１１６のばね力に抗して押し下げ、このタペット１１５が吸気バルブ４１を押し下げて、吸気ポート２８を開かせる。

一方で、ロッカーカム１１１のベース面１１１bがタペット１１５の上面に接触すると
き、それは押し下げられない。これは、軸心Ｘを中心とするロッカーカム１１１のベース面１１１bの半径が、その軸心Ｘとタペット１１５の上面との間隔以下に設定されている
からである。

上述の如きコントロールピボット１３３と、コモンピボット１３４と、偏心カム１０６及びリング状アーム１０７の共通中心との相互の位置関係において、コントロールピボット１３３の位置が変化すれば、これにより３者相互の位置関係に変化が生じ、コモンピボット１３４は前記とは異なる軌跡を描いて往復動作するようになる。

よって、モータ１２３の作動によりコントロールシャフト１２０及びコントロールアーム１３１を回転させて、コントロールピボット１３３の位置を変えることにより、ロッカーカム１１１，１１２の揺動範囲を変更することができる。例えば、コントロールアーム１３１を図４において時計回りに回動させて、コントロールピボット１３３を同図に示す位置から左斜め上側にずらすと、ロッカーカム１１１の揺動範囲は、ベース面１１１bがタペット１１５の上面に接触する傾向の相対的に強いものとなる。

そして、さらにコントロールアーム１３１を回動させて、ロッカーカム１１１の揺動範囲をより大きく変化させると、このロッカーカム１１１のベース面１１１bのみがタペッ
ト１１５の上面に接触し、カム面１１１aは接触しないようにすることができる。こうな
るとバルブリフト量はゼロになり、換言すれば、バルブの作動が行われないことになる。

斯くして本実施形態の動弁機構１０１は、ＶＣＴ機構１０３及びこれに関連する構成部品によってバルブタイミングの位相を変化させることができるとともに、可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）のモータ１２３の作動制御によってバルブリフト量をゼロから最大値まで変化させることができる。従って、バルブの開作動タイミング及び閉作動タイミングのいかなる組合せも可能になる。

エンジンコントローラ１５は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（CPU）と、例えばＲＡＭやＲＯＭ
により構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（I/O）バスと、を備えている。本実施形態では、図１に示すようにエンジンコント
ローラ１５とＨＥＶコントローラ１４とを別々のユニットとしているが、２つのコントローラを一体化して一つのユニットとすることができる。

図２に示すように、エンジンコントローラ１５は、エアフローセンサ６１から吸気流量AF、吸気圧センサ６２から吸気マニホルド圧MAP、クランク角センサ６３からクランク角
パルス信号、というように種々の入力を受け入れる。そして、それらに基づいて、エンジ
ン回転数N_ENGが計算される。また、エンジンコントローラ１５は、酸素濃度センサ６４から排気ガスの酸素濃度EGOについての入力も受け入れる。それら従来からの入力に加えて
、この例ではエンジンコントローラ１５は、ＨＥＶコントローラ１４から目標エンジントルクTQ_{ENG_O}の信号を受け入れる。一方でエンジンコントローラ１５は、計算したエンジ
ン回転数N_ENG（現在の実際のエンジン回転数）をＨＥＶコントローラ１４に出力する。

より具体的に、エンジンコントローラ１５は前記のような入力に基づいて、以下のようなエンジン２の制御パラメータを計算する。すなわち、スロットルアクチュエータ４９a
、インジェクタ４５、イグニションシステム４４、動弁機構１０１及びＥＧＲバルブ・アクチュエータ５２a等である。それから、コントローラ１５は制御信号を出力する。例え
ば、所望のスロットル開度信号TVO、燃料噴射パルスFP、バルブ位相角信号θ_VCT、バルブリフト信号θ_VVL、ＥＧＲ開度信号EGR_OPEN等である。

（ＨＥＶコントローラの制御）
ＨＥＶコントローラ１４は、ＨＥＶパワートレイン１の全体を制御する。それは、第１及び第２のインバータ１２，１３を直接的に制御するとともに、エンジンコントローラ１５によって間接的にエンジン２を制御する。図５には、コンピュータプログラムの主制御ルーチンのフローチャートが示されており、このプログラムは、メモリに格納されていてＨＥＶコントローラ１４により処理される。

スタート後のステップＳ１では、自動車が減速中であるかどうか判定する。この判定は例えば、アクセル開度αがゼロであり且つブレーキペダル３３aが踏み込まれているか、
否かによって行うことができる。そして、自動車が減速中である（YES）と判定すればス
テップＳ２へ進んで、動力回生制御ルーチンを実行して、リターンする。この動力回生制御では第２回転電機４が発電作動して、バッテリ１１に電力を供給する。

一方、前記ステップＳ１で自動車が減速中でない（NO）と判定すれば、ステップＳ３へ進んで第２回転電機４へ供給する電力量P_{MG2_D}（要求電力）を決定する。これについて詳細は図６のフローチャートのルーチンＲ１に関連して後述する。それからステップＳ４へ進んで、第１回転電機３へ要求する発電量（要求電力）P_{MG1_D}を決定する。これについて詳細は、図７のフローチャートのルーチンＲ２に関連して後述する。

前記ステップＳ４に続いてステップＳ５に進んで、少なくともステップＳ４で決定した第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}に基づいて、エンジン２及び第１回転電機３の作動のための制御パラメータを決定する。これについて詳細は、図８のフローチャートのルーチンＲ３に関連して後述する。その後、ステップＳ６へ進んで、前記ステップＳ３〜Ｓ５において決定した制御パラメータに基づき、ＨＥＶコントローラ１４は、第１、第２のインバータ１２，１３を制御し、これにより第１、第２回転電機３，４を制御して、リターンする。

図６には、前記主制御ルーチンのステップＳ３で実行するルーチンＲ１を示す。これは第２回転電機４の要求電力P_{MG2_D}を決定するためのものであり、スタート後のステップＳ１０１では、アクセルペダル・センサ３２からのアクセル開度αの信号と、回転数センサ３１からの第２回転電機３の回転数N_MG2の信号とを読み込む。ステップＳ１０２では、ＨＥＶコントローラ１４のメモリに格納されているP_{W_D}マップ（又はテーブル）を参照して、車輪５における要求動力P_{W_D}を決定する。

前記P_{W_D}マップは、アクセル開度αと車速VSPとによって要求動力P_{W_D}を決めるもので
あり、上述の如くドライブトレインの歯数比が固定であるため、車速VSPは、回転数セン
サ３１により検出される第２回転電機３の回転数N_MG2に対応して求められる。要求動力P_W
_{_D}は、通常、アクセル開度αの変化に応じて変化するが、以下のような特定の状況を考慮して車速VSPに従って修正される。すなわち、車速VSPが低く且つアクセル開度αも小さいときには、同じアクセル開度αであっても車速VSPの高いときに比べて、要求動力P_{W_D}は
小さな値とされる。これは、例えば駐車場での自動車の操縦性を高めるためである。

また、巡航時の加速性能及び快適性の向上のために、要求動力P_{W_D}をアクセル開度αの変化に応じて修正することもできる。さらに、図外のクルーズコントロール装置が作動しているときには、それからの信号をＨＥＶコントローラ１４に入力して、アクセル開度αの代わりに用いることもできる。

前記のステップＳ１０２に続くステップＳ１０３では、ＨＥＶコントローラ１４のメモリに格納されているP_{MG2_D}マップ（又はテーブル）を参照して、第２回転電機４の要求電力P_{MG2_D}を決定する。この要求電力P_{MG2_D}と車輪５の要求動力P_{W_D}との関係は、以下の方程式により表される：
P_{W_D} = P_{MG2_D} ×η_MG2 ×η_MECH
或いは
P_{MG2_D} = P_{W_D} /（η_MG2 ×η_MECH）
ここで、η_MG2は、第２回転電機４における電気的出力の機械的出力への変換効率を表
す係数であり、それは当該第２回転電機４の負荷と回転数N_MG2関数になる。また、η_MECHは、第２回転電機４と駆動輪５との間の動力伝達効率を表す係数であって、伝達されるトルク（又は荷重）と車速VSPとの関数になり、ドライブトレインにおける摩擦損失によっ
て低下するものである。

上述したように、第２回転電機４の回転数N_MG2と車速VSPとは対応しており、伝達トル
クは出力及び回転数の関数であるから（出力を回転数で除算して得られる）、要求電力P_{MG2_D}は、車輪５の要求動力P_{W_D}と第２回転電機４の回転数N_MG2との関数になる。

そして、前記のステップＳ１０３に続くステップＳ１０４では、主制御ルーチンのステップＳ３にて使用すべく、前記のように求めた要求電力P_{MG2_D}をメモリに格納して、リターンする。

図７には、前記主制御ルーチンのステップＳ４で実行するルーチンＲ２を示す。これは第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}を決定するためのものであり、スタート後のステップＳ２０１では、電圧センサ３４からのバッテリ端子電圧Ｖ_Ｂの信号を読み込むとともに、前記ルーチンＲ１のステップＳ１０４にて格納した第２回転電機４の要求電力P_{MG2_D}をメモリから読み込む。

それからステップＳ２０２へ進んで、ＨＥＶコントローラ１４のメモリに格納されているP_{B_D}マップ（又はテーブル）を参照し、バッテリ１１の充電のための要求電力P_{B_D}を決定する。この要求電力P_{B_D}はバッテリ電圧Ｖ_Bの関数であり、それ（Ｖ_B）を予め設定した要求電圧V_{B_D}（例えば満充電の７５％）に維持するように決定される。また、要求電力P_{B_D}は、第２回転電機４の要求電力P_{MG2_D}の関数でもある。第２回転電機４がより大きな電力を要求し、バッテリ１１を充電できないこともあるからである。よって、前記P_{B_D}マップにおいてバッテリ１１の要求電力P_{B_D}は、バッテリ電圧Ｖ_Bと第２回転電機４の要求電
力P_{MG2_D}とに対応づけて設定されている。

前記ステップＳ２０２においてバッテリ１１の要求電力P_{B_D}を決定した後、ステップＳ２０３に進んで、ＨＥＶコントローラ１４のメモリに格納されているP_{MG1_D}マップ（又はテーブル）を参照して、第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}を決定する。この要求電力P_{MG1_D}は、バッテリ１１の要求電力P_{B_D}及び第２回転電機４の要求電力P_{MG2_D}の合計にほぼ
等しい。本実施形態において電気機器の間の電力の伝達効率が概ね電力量に応じて変化することを考慮すれば、P_{MG1_D}マップにおいて第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}は、バッテリ１１の要求電力P_{B_D}と第２回転電機４の要求電力P_{MG2_D}とに対応づけて設定される。

そして、前記のステップＳ２０３に続くステップＳ２０４では、主制御ルーチンのステップＳ４にて使用すべく、前記のように求めた第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}とバッテリ１１の要求電力P_{B_D}とをメモリに格納して、リターンする。

図８には、前記主制御ルーチンのステップＳ５で実行するルーチンＲ３を示す。これはエンジン２及び第１回転電機３の目標とする運転状態（動作点）を決定するためのものであり、スタート後のステップＳ３０１では、エンジンコントローラ１５を介してクランク角信号に基づくエンジン回転数N_ENGを読み込むとともに、前記ルーチンＲ２のステップＳ２０４にて格納した第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}をＨＥＶコントローラ１４のメモリから読み込む。

それからステップＳ３０２へ進み、ＨＥＶコントローラ１４のメモリに格納されているN_{ENG_D}テーブルを参照して目標エンジン回転数N_{ENG_D}を決定する。N_{ENG_D}テーブルは、第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}に対応付けて目標エンジン回転数N_{ENG_D}を設定したデータセットを格納しており、詳しくは後述するが、エンジン２及び第１回転電機３は、目標エンジン回転数N_{ENG_D}にあるときに、協働して目標電力P_{MG1_D}を得るための最も効率的な作動を行うようになる。

それからステップＳ３０３へ進んで、ＨＥＶコントローラ１４のメモリに格納されているTQ_{ENG_D}マップ（又はテーブル）を参照し、要求エンジントルクTQ_{ENG_D}を決定する。この要求エンジントルクTQ_{ENG_D}と第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}と、目標エンジン回
転数N_{ENG_D}との関係は、以下の方程式により表される：
P_{MG1_D} = P_{ENG_D} ×η_MG1 = N_{ENG_D} × TQ_{ENG_D} ×η_MG1
或いは、
TQ_{ENG_D} = P_{MG1_D}／（N_{ENG_D} ×η_MG1）
ここで、P_{ENG_D}は、目標エンジン回転数N_{ENG_D}と要求エンジントルクTQ_{ENG_D}とを掛け
合わせたものであり、η_MG1は、第１回転電機３における機械的出力の電機的出力への変
換効率を表す係数である。この係数η_MG1は、第１回転電機３の回転数及び負荷の関数で
あり、エンジン回転数N_{ENG_D}と第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}とに対応する。よって、要求エンジントルクTQ_{ENG_D}は目標エンジン回転数N_{ENG_D}と第１回転電機３への要求電
力P_{MG1_D}との関数になり（このことは上記の方程式から理解される）、従って、TQ_{ENG_D}
マップにおいて要求エンジントルクTQ_{ENG_D}は、目標エンジン回転数N_{ENG_D}及び第１回転
電機３への要求電力P_{MG1_D}に対応付けて設定される。

前記ステップＳ３０３で要求エンジントルクTQ_{ENG_D}を決定した後にステップＳ３０４
へ進んで、目標エンジン回転数N_{ENG_D}と実際のエンジン回転数N_ENGとの偏差が予め設定した第１設定値D1（所定値）よりも大きいかどうか判定する（N_{ENG_D}−N_ENG＞D1？）。そして、判定がＮＯで偏差が（即ち偏差の絶対値が）が非常に小さいのであれば、実際のエンジン回転数N_ENGが目標エンジン回転数N_{ENG_D}と概ね同じとみなしてよいので、ステップＳ３０５へ進んで前記ステップＳ３０３で決定した要求エンジントルクTQ_{ENG_D}を、エンジ
ン制御の目標値である目標エンジントルクTQ_{ENG_O}に設定する。

それからステップＳ３０６へ進んで、第１回転電機３により発生する電力の制御目標値である目標電力P_{MG1_O}の値を、前記ステップＳ３０１で読み込んだ要求電力P_{MG1_D}と等しい値に設定する。つまり、主に第１回転電機３への出力要求から決定される目標エンジン回転数N_{ENG_D}が、実際のエンジン回転数N_ENGと概ね同じ（偏差が所定値D1以下）になって
いれば、エンジントルクも発電量も補正しない。

一方、前記ステップＳ３０４において目標エンジン回転数N_{ENG_D}と実際のエンジン回転数N_ENGとの偏差が第１設定値D1よりも大きい（N_{ENG_D}−N_ENG＞D1）ＹＥＳと判定された場合は、ステップＳ３０７へ進んで、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}を以下の方程式に従って
計算する： TQ_{ENG_O} = TQ_{ENG_D} + G_{P_ENG}×（N_{ENG_D} ― N_ENG ）+ G_{I_ENG}
ここで、G_{P_ENG}は、エンジン回転数の所謂ＰＩフィードバック制御における比例ゲインであり、G_{I_ENG}は積分ゲインである。それらのゲインの値は、いずれもゼロよりも大きな値であって予め設定した値としてもよいし、必要に応じて変更するようにしてもよい。

そうしてＰＩフィードバック制御で要求エンジントルクTQ_{ENG_D}を補正して、目標エン
ジントルクTQ_{ENG_O}を決定することによって、実際のエンジン回転数N_ENGを速やかに目標
エンジン回転数N_{ENG_D}に収束させることができる。これは、実際のエンジン回転数N_ENGが目標エンジン回転数N_{ENG_D}との偏差の大きさに応じて、即ち偏差が大きいほど大きく変化するように、エンジントルクがフィードバック補正されるからである。

前記のようにステップＳ３０７において目標エンジントルクTQ_{ENG_O}を決定した後に、
ステップＳ３０８に進んで、今度は、目標エンジン回転数N_{ENG_D}と実際のエンジン回転数N_ENGとの偏差が予め設定された第２設定値D2よりも大きいかどうか判定する（N_{ENG_D}−N_ENG＞D2？）。この第２設定値D２は第１設定値D１よりも大きな値に設定されており、N_{ENG_D}−N_ENG≦D2で判定がＮＯであれば前記ステップＳ３０６へ進んで、第１回転電機３の目標電力P_{MG1_O}の値を、前記ステップＳ３０１で読み込んだ要求電力P_{MG1_D}と等しい値に設定する。

つまり、目標エンジン回転数N_{ENG_D}が実際のエンジン回転数N_ENGと異なっていても、その偏差があまり大きくなければ（偏差の絶対値が第２設定値D2以下であれば）、エンジントルクのフィードバック補正のみによってエンジン回転数N_ENGを目標エンジン回転数N_{ENG_D}に収束させるようにし、発電量の補正は行わない。こうすることで、第１回転電機３の発電量の変動に起因する自動車の走行状態の変化等の不具合を未然に防止することができる。

一方で、前記ステップＳ３０８において目標エンジン回転数N_{ENG_D}と実際のエンジン回転数N_ENGとの偏差が第２設定値D2よりも大きい（N_{ENG_D}−N_ENG＞D2）ＹＥＳと判定された場合は、エンジン回転数の偏差がかなり大きくて、前記エンジントルクのフィードバック補正だけでは速やかに目標値に収束させることができないと考えられる。そこで、ステップＳ３０９へ進み、第１回転電機３の目標電力P_{MG1_O}を以下の方程式に従って計算する：P_{MG1_O} = P_{MG1_D}−G_{P_MG1} ×（N_{ENG_D} − N_ENG ）−G_{I_MG1}
ここで、G_{P_MG1}、G_{I_MG1}は、それぞれ前記G_{P_ENG}、G_{I_ENG}と同様、ＰＩフィードバック制御の比例ゲイン、積分ゲインであり、それらの値は、いずれもゼロよりも大きな値であって、予め設定した値としてもよいし、必要に応じて変更するようにしてもよい。そして、前記のように目標電力P_{MG1_O}を調整することで第１回転電機３の発電量を変更し、エンジン２にかかる負荷を変更して、その回転数N_ENGを目標エンジン回転数N_{ENG_D}に収束するように制御することができる。

つまり、目標エンジン回転数N_{ENG_D}と実際のエンジン回転数N_ENGとの偏差が或る程度以上、大きいときには、前記ステップＳ３０６のエンジントルクの補正に加えて、エンジン２に直接、連結されている第１回転電機３の発電量も補正することにより、実際のエンジン回転数N_ENG を急速に変化させることができるから、偏差が大きくても速やかにエンジ
ン回転数を目標値に収束させることができる。

そして、前記のステップＳ３０９に続くステップＳ３１０でＨＥＶコントローラ１４は、前記ステップＳ３０５又はＳ３０７で決定した目標エンジントルクTQ_{ENG_O}をエンジン
コントローラ１５に出力し、続くステップＳ３１１では、前記ステップＳ３０６又はＳ３０８で決定した第１回転電機３の目標電力P_{MG1_O}をメモリに格納して、しかる後にリターンする。

図９には、前記主制御ルーチンのステップＳ６で実行するルーチンＲ４を示す。これは第１及び第２のインバータ１２，１３を制御するためのものであり、スタート後のステップＳ４０１では、前記ルーチンＲ３のステップＳ３１１にて格納した第１回転電機３の目標電力P_{MG1_O}と、前記ルーチンＲ１のステップＳ１０４にて格納した第２回転電機４の要求電力P_{MG2_D}と、電圧センサ３４により検出されるバッテリ端子電圧Ｖ_Ｂと、バッテリ１１の要求電力P_{B_D}とを、それぞれＨＥＶコントローラ１４のメモリから読み込む。

それからステップＳ４０２へ進んで、ＨＥＶコントローラ１４は第１インバータ１２により第１回転電機３の界磁電流を調整し、この第１回転電機３の発電量が目標電力P_{MG1_O}になるように制御する。続くステップＳ４０３では、バッテリ１１を充電するために、その要求電力P_{B_D}に従って第１のインバータ１２から出力される直流電圧V_DC1を決定する。具体的には、ＨＥＶコントローラ１４は、バッテリ要求電力P_{B_D}と実際のバッテリ電圧Ｖ_Ｂとに基づいて第１のインバータ１２からの出力電圧V_DC1を決定する。

例えば、バッテリ１１を充電する必要がないとき、換言すればバッテリ要求電力P_{B_D}がゼロのときに直流電圧V_DC1は実際のバッテリ電圧Ｖ_Ｂと同じに設定される。その結果、第１のインバータ１２から出力される直流電流は、全て第２回転電機４を駆動するために第２のインバータ１３へと流れる。一方、直流電圧V_DC1がバッテリ電圧Ｖ_Ｂよりも高ければ、バッテリ１１は、第１回転電機３から出力される電力の一部（V_DC1及びＶ_Ｂの電位差に相当する部分）により充電され、残りの電力は第２のインバータ１３に供給されるようになる。

前記ステップ４０３に続くステップＳ４０４でＨＥＶコントローラ１４は、第１回転電機３から出力された交流電流を直流に変換し、前記ステップＳ４０３にて決定された電圧V_DC1で出力するように、第１のインバータ１２を制御する。そして、ステップＳ４０５では第２回転電機４の界磁電流を調整して、その要求電力P_{MG2_D}を供給するように第２のインバータ１３を制御し、しかる後にリターンする。そして、図５に示した主制御ルーチンもまたリターンする。

尚、上述の如く本実施形態では、前記ルーチンＲ１〜Ｒ４を、図５の主制御ルーチンのステップＳ３〜Ｓ６の順に処理するものとしているが、これに限らず、ルーチンＲ１〜Ｒ４はいかなる順序で処理してもよいし、いずれかを並列処理することもできる。

（エンジンコントローラの制御）
次に、エンジンコントローラ１５によるエンジン２の運転制御について説明する。エンジンコントローラ１５は、上述したルーチンＲ３のステップＳ３１０でＨＥＶコントローラ１４から出力される目標エンジントルクTQ_{ENG_O}を受け入れ、これに基づいて決定した
種々の制御パラメータにより、エンジン２を制御する。

図１０には、エンジンコントローラ１５により実行される制御ルーチンＲ５のフローチャートを示し、スタート後のステップＳ５０１では、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}、エン
ジン回転数N_ENGを読み込むとともに、上述したセンサからの信号を読み込む。それからステップＳ５０２へ進み、θ_VCTマップ（又はテーブル）を参照して吸気側の動弁機構１０
１の制御ために位相角θ_VCTの目標値を決定する。θ_VCTマップ（又はテーブル）において
位相角θ_VCTは、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}及びエンジン回転数N_ENGに対応付けて、例えば目標エンジントルクTQ_{ENG_O}が小さいほど、位相角θ_VCTが進角するように設定されている。

続いてステップＳ５０３では、θ_VVLマップ（又はテーブル）を参照して前記動弁機構
１０１の制御ためにバルブリフト量θ_VVLの目標値を決定する。θ_VVLマップ（又はテーブル）においてバルブリフト量θ_VVLは、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}及びエンジン回転数N_ENGに対応付けて、例えば目標エンジントルクTQ_{ENG_O}が小さいほどバルブリフト量θ_VVLが小さくなるように設定されている。

ステップＳ５０４へ進んで、エンジンコントローラ１５は、吸気側動弁機構１０１のＶＣＴ機構１０３を制御して、インナシャフト１０５のクランクシャフト２１からの位相差を前記ステップＳ５０２で決定された位相角θ_VCTになるように調整するとともに、可変
バルブリフト機構（ＶＶＬ）のモータ１２３の制御によりコントロールシャフト１２０の位置を、前記ステップＳ５０３で決定されたバルブリフト量θ_VVLに対応する位置に調整
する。

続くステップＳ５０５では、吸気マニホルド４７の圧力を低下させる何らかの特別な要求がない限り、スロットルバルブ４９が完全に開かれるようにその目標値TVOを決定する
。前記の特別な要求には、例えば、吸気マニホルド４７の圧力を低下させることによって、より積極的にＥＧＲガスを排気マニホルド５０から還流させることが含まれる。それからステップＳ５０６へ進んでエンジンコントローラ１５は、スロットルバルブ４９の開度が前記ステップＳ５０５で決定した目標スロットル開度TVOになるように、スロットルアクチュエータ４９aを制御する。

続いてステップＳ５０７では、インジェクタ４５による燃料噴射量FPを決定する。これは、エアフローセンサ６１により検出される吸気流量AF乃至吸気圧センサ６２により検出される吸気マニホルド圧MAPと、エンジン回転数N_ENGとに基づいて、混合気の空燃比が実
質的に理論空燃比になるように決定される。また、その燃料噴射量FPの決定に際して、酸素濃度センサ６４からの排気ガスの酸素濃度EGOと、ＥＧＲバルブ・アクチュエータ５２aへの制御信号EGRから求められる排気ガス還流率とが考慮される
そうして種々の補正がなされるにもかかわらず、燃料噴射量FPは、基本的には目標エンジントルクTQ_{ENG_O}に比例するようになる。これは、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}に基づいて動弁機構１０１が制御される結果として吸気流量AFが決まり、そして、目標空燃比が理論空燃比に実質的に保たれるからである。

そして、ステップＳ５０８でエンジンコントローラ１５は、前記のように決定した分量の燃料をインジェクタ４５からエンジン２に供給できるように、燃料供給システム４６を制御し、ステップＳ５０９では、燃料噴射タイミング、点火タイミング及び他のエンジン制御パラメータを決定して、それぞれのアクチュエータを制御し、しかる後にリターンする。

図１１には、前記したルーチンＲ５（特にステップＳ５０２〜５０４）によって制御される吸気バルブ４１の位相角やリフト量の変化について例示する。図示のように、吸気バルブ４１のリフトピークのクランク角は、動弁機構１０１による位相角θ_VCTの変更に対
応して変化する。また、そのピークのバルブリフト量は、可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）の制御量θ_VVLの変更に対応して変化する。

また、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}が小さくてピークのバルブリフト量が小さいときほ
ど、吸気バルブ４１の閉じるタイミングは吸気行程の下死点（ＢＤＣ）よりも進角するこ
とが分かる。その一方で、吸気バルブ４１の開くタイミングは吸気行程の上死点（ＴＤＣ）の直前にあって、実質的に一定に保たれる。それ故に、エンジン２へのトルク要求が小さいほど吸気バルブ４２の閉タイミングが進角し、ピストン２５の下降途中で閉じられるようになる。そして、気筒２２内に充填される吸気の量は、吸気バルブ４２の閉タイミングにおけるピストン２５の位置又はクランク角によって決まるようになる。

その一方で、エンジン２のスロットルバルブ４９は、前記ステップＳ５０５，Ｓ５０６にて説明したように実質的に全開とされており、これにより吸気が絞られることはない。よって、吸気マニホルド４７の圧力を維持して、エンジン２の吸気損失を実質的になくすことができる。

（エンジン及び第１回転電機の効率）
以下、エンジン２の運転効率及び第１回転電機３の作動効率について説明する。まず、図１２には、動弁機構１０１を一定のタイミング及びリフトで作動させるとともに、混合気の空燃比を略理論空燃比に維持しながら、スロットルバルブ４９によって吸気を絞り、その流量を制御してエンジン２のトルクTQ_ENG及び回転数N_ENGを制御するようにした場合
の、即ち、従来型の制御によるエンジン２の運転効率を示している。

ここで、周知のようにエンジンには、そのトルクTQ_ENG及び回転数N_ENGによって規定さ
れる平面上において、求められる出力に対し運転効率μ_ENGが最高になる点（最高効率点
）が存在する。この最高効率点よりもエンジン出力P_{ENG_D}が低いときには通常、スロットルバルブが閉じられ、吸気を絞るようになるので、吸気損失が大きくなり、効率μ_ENGが
低下することになる。よって、図に一点鎖線で示すように、最大効率ラインME_ENGは、実
線で示す最大トルクラインの下方近くにおいてエンジン回転数N_ENGの方向に延びるように描かれる。

一方、本実施形態においては、上述したルーチンＲ５のステップＳ５０５，Ｓ５０６のようにスロットルバルブ４９は基本的に全開とされ、吸気マニホルド４７の圧力が実質的に大気圧に維持されるので、吸気損失は略なくなる。気筒２２内への吸気流量は、上述したルーチンＲ５のステップＳ５０２，Ｓ５０４のように、エンジントルクTQ_{ENG_D}に比例
して動弁機構１０１により調整される。

そうして動弁機構１０１によって吸気量を調整する場合、最大効率ラインは、図１３に一例を示すものME_ENGのように変化し、これに連れて最高効率点も低トルク側へ移動する
。図１３に示す本実施形態の最大効率ラインME_ENGは、エンジン２の種々の出力に対応し
て、それぞれ求めた最高効率点を繋ぐように描画したものである。従って、その最大効率ラインME_ENG上をなぞるようにエンジン２の運転状態を変更すれば、エンジン出力P_{ENG_D}
が図１２の最高効率点よりも低いときでも、エンジン効率μ_ENGは実質的に最高に保たれ
ることになる。

また、その際に空燃比は、上述したルーチンＲ５のステップＳ５０７，Ｓ５０８のように理論空燃比になるように制御される。このことで、触媒コンバータ５１は、それが従来一般的な三元触媒であれば、最も能率的に排気を浄化することができる。

次に、図１４には第１回転電機３の運転効率を示す。第１回転電機３はエンジン２に駆動連結され、それらの回転数比は固定されているので、第１回転電機３の最大出力及び最高回転数は、いずれもエンジン２のそれに対応するように設定されている。図示の如く、第１回転電機３の作動効率μ_MG1が最高になる点（最高効率点）は、図１２に示すエンジ
ン２の最高効率点よりも高速側にある。

第１回転電機３においても、その種々の出力（即ち発電量P_MG1）に対応して、それぞれ作動効率が最高になる動作点が１つずつ存在し、これらの動作点を繋ぐことによって、図示の最大効率ラインME_MG1が描かれる。従って、この最大効率ラインME_MG1をなぞるように第１回転電機３の作動状態を変更すれば、その作動効率μ_MG1は、要求電力P_{MG1_D}毎に最
高の状態に維持されることになる。

そして、図１５に示すように、前記図１３，１４の２つの最大効率ラインME_ENG、最大
効率ラインME_MG1を組み合わせた最大効率ラインME_COMを描くことができる。この最大効率ラインME_COMは、第１回転電機３への種々の要求電力P_{MG1_D}毎にそれぞれ当該第１回転電
機３とエンジン２とを組み合わせたユニットの効率が最大になる、即ち、エンジン２の運転効率μ_ENGと第１回転電機３の作動効率μ_MG1とを掛け合わせた複合効率μ_COM（=μ_ENG ×μ_MG1）が最大になる、動作点を繋いで描かれる。

また、前記図１３，１４の２つの最大効率ラインME_ENG、最大効率ラインME_MG1を比較すると理解できるが、エンジン２及び第１回転電機３の負荷（トルク）及び回転数はそれぞれ互いに対応している。従って、第１回転電機３の要求電力P_{MG1_D}が決定されるならば、この第１回転電機３への要求回転数N_{MG1_D}（要求エンジン回転数N_{ENG_D}に同じ）は前記最大効率ラインME_COMを参照して決定することができる。

換言すれば、第１回転電機３への要求電力P_{MG1_D}は、それへの要求回転数N_{ENG_D}と１対１に対応しており、本実施形態においてはＨＥＶコントローラ１４が、図８に示したルーチンＲ３のステップＳ３０２においてそれを決定する。また、本実施形態においては、エンジン２及び第１回転電機３の複合効率μ_COMの最大効率ラインME_COMは予め設定されて、例えばマップ等の態様でＨＥＶコントローラ１４のメモリに格納されており、前記ルーチン５のステップＳ３０３においては、前記のように特定した要求出力（P_{MG1_D}、N_{ENG_D}）に対応する動作点が最大効率ラインME_COMから読み出されるようになっている。

しかしながら、更なる精度のためには、例えば吸気気温、雰囲気温、大気圧等、エンジン２や第１回転電機３の効率に影響を及ぼし得る種々のパラメータに応じて随時、最大効率ラインME_COMを修正することができ、こうすることで、パワートレイン１のオーバーオ
ール効率をさらに改善できる可能性がある。一方で、複合効率の最大効率ラインME_COMと
第１回転電機３の最大効率ラインME_MG1との差が所定以下で、非常に小さいときには、動
作点を簡略に第１回転電機３の最大効率ラインME_MG1のみから決定することもできる。

（エンジン制御の変形例）
上述した実施形態においてはエンジントルクを調整するために、図１１に示すように、吸気バルブ４１を下死点（ＢＤＣ）前に閉じるようにしているが（所謂早閉じ）、これは所謂遅閉じとすることもできる。すなわち図１６に示すように、吸気バルブ４１をＢＤＣ後に閉じるようにすれば、一旦、気筒２２内に取り入れられた吸気の一部が、ＢＤＣ後のピストン２５の上昇に伴い吸気ポート２８へ吹き返されるようになるから、スロットルバルブ４９を閉じて吸気損失の増大を招くことなく、気筒２２への吸気充填効率を低下させることができる。

また、排気側の動弁機構１０２が少なくともＶＣＴ機構１０３を備える場合、図１７に示すように排気バルブ４２の作動タイミングをＴＤＣ後まで遅角させることで、気筒２２内に残留する既燃ガス（内部ＥＧＲガス）の量を調整することができる。すなわち、既燃ガスは、ＴＤＣ前に一旦、気筒２２外（排気マニホルド５０）へ流出し、ＴＤＣ後に再び気筒２２内に流入するので、排気バルブ４２の閉じタイミングによって、気筒２２内へ戻る既燃ガス量を調整することができる。

また、吸気バルブ４１の開くタイミングをＴＤＣ前まで進角させれば、既燃ガスは、ＴＤＣ前に吸気マニホルド４７へと流出し、ＴＤＣ後に再び気筒２２内に流入するようになり、その既燃ガス量を調整すれば、吸気マニホルド４７から気筒２２内に流入する新気（燃焼に寄与する新しい空気）の量を調整することができる。つまり、スロットルバルブ４９は全開として吸気マニホルド４７の圧力を維持したまま、内部ＥＧＲ量の調整によって気筒２２への吸気量を調整することができる。

上述した実施形態においては図３に示すように、可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）のモータ１２３は、１本のコントロールシャフト１２０を介して全ての吸気バルブ４２のリフト量を調整するようになっているが、これに限らず、複数のモータ１２３やコントロールシャフト１２０を設けることができる。こうすれば、バルブリフトを特定の１つの気筒２２、若しくは複数の気筒２２群毎に他とは独立して調整することができる。

その場合に、上述した実施形態の動弁機構１０１は、バルブリフト量をゼロにして吸気ポート２８を閉じたままにすることができるから、気筒２２，２２，…を第１、第３、第４、第２（#1−#3−#4−#2）の順に点火させる一般的な直列４気筒エンジンにおいて、例えば第２、第３気筒（#2，#3）のバルブリフト量をゼロにして、その稼働を休止させることができる。

こうすれば、吸気を絞らずに、その流量を十分に減らすことができ、吸気マニホールド圧力を維持することが、言い換えると吸気損失をなくすことが可能になる。よって、低トルク運転時のエンジン効率η_ENGを改善することができる。そうして気筒２２の稼働を休
止させるときには、勿論、その休止気筒２２への燃料供給を停止する。

また、吸気気筒２２の排気側の動弁機構１０２を、前記吸気側の動弁機構１０１の代わりに、或いは、それに加えて用いることもできる。すなわち、吸気バルブ４１が開閉しても、排気バルブ４２を閉じておけば、空気は気筒２２内で圧縮されたり（燃焼はしない）、吸気ポート２８との間を行き来するだけで、排気系には排出されない。よって、排気系の触媒コンバータ５１付近の空燃比は理論空燃比付近に保たれ、三元触媒による高い排気浄化効率が維持される。

ここで、１つの気筒２２の効率はそこへの吸気充填効率に応じて変化するが、エンジン２全体の機械的な摩擦損失はエンジン回転数に依存するから、或る運転状態におけるエンジン効率η_ENGを前記のような気筒休止制御の有無で対比すれば、その運転状態において
気筒休止制御を行うべきか否か、決定することができる。

本発明に係るエンジンにおいて動弁機構１０１，１０２は、上述した可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）を含むものに限られず、例えば、電磁バルブ・アクチュエータを使用することもできる。例えば米国特許出願１１/３９３,４１６に開示されているように、電気バルブ・アクチュエータは、バルブステムに固定されたアーマチュアと、バルブの作動方向においてそのアーマチュアの両側に配置された電磁コイルとを備えている。

そのような電磁バルブ・アクチュエータは、前記の動弁機構１０１と同様にバルブのリフト量を変更したり、気筒２２の稼働を休止させたりする機能を有するのみならず、弁揚程（リフトプロファイル）をクランク角とは無関係に変更することもできる。

例えば、電磁バルブ・アクチュエータを用いれば、各気筒２２それぞれの１回の燃焼サイクルにおける行程（ストローク）数を変更することができ、図１８に一例を示すように４ストローク、６ストローク、８ストローク等、いかなる偶数ストロークも可能である。このような行程数の変更は、吸気マニホールド圧力を維持しながらエンジントルクを調整
するためのさらなる手法となり得る。

さらにまた、エンジン２の動弁機構１０１，１０２は、カムシャフトを例えばチェーンを介してクランクシャフト２１により駆動し、バルブタイミングやバルブリフトは調整できない、従来一般的な動弁機構であってもよい。この場合、図１０に示した制御ルーチンＲ５に代えて、エンジンコントローラ１５は、例えば図１９に示す別の制御ルーチンＲ６に従って、エンジン２を制御する。

図示の如く、スタート後のステップＳ６０１では、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}、エン
ジン回転数N_ENGの他、酸素濃度センサ６４からの酸素濃度信号EGOを読み込むとともに、
上述したセンサからの信号を読み込む。それからステップＳ６０２へ進み、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}に基づいて１つの気筒２２の１回の燃焼サイクルのための基本燃料量FP_BASEを決定する。基本的に燃焼する燃料の量に比例してエネルギが発生することから、基本
燃料量FP_BASEは概ねエンジントルクTQ_{ENG_O}に比例するものとなる。

次にステップＳ６０３へ進んで、EGRマップ（又はテーブル）を参照することにより、
ＥＧＲバルブ５３の目標開度EGR_OPENを決定する。そのEGRマップ（又はテーブル）において目標開度EGR_OPENは、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}及びエンジン回転数N_ENGに対応付けて、例えば目標エンジントルクTQ_{ENG_O}が小さいほど、開度が大きくなるように設定されて
いる。

それからステップＳ６０４に進んで、TVOマップ（又はテーブル）を参照することによ
り、スロットルバルブ４９の目標開度TVOを決定する。そのTVOマップ（又はテーブル）において目標開度TVOは、目標エンジントルクTQ_{ENG_O}及びエンジン回転数N_ENGに対応付けて、例えば概ね目標エンジントルクTQ_{ENG_O}に比例するように設定されている。

それらＥＧＲバルブ５３及びスロットルバルブ４９のそれぞれの目標開度EGR_OPEN，TVOは、吸気マニホルド４７の圧力を維持しながら気筒２２内に流入する新気の量を調整して、この気筒２２内で形成される混合気（新気、ＥＧＲガス及び、基本燃料量FP_BASEの燃料の混合気）の空燃比が略理論空燃比になるように設定される。

続いてステップＳ６０５では、前記ステップＳ６０２で決定した基本燃料量FP_BASEをベースとして、これを前記ステップＳ６０１で読み込んだ酸素濃度信号EGOに応じて補正することで、燃料噴射量FPを決定する。これにより、排気マニホルド５０内の空燃比は略理論空燃比になるようにフィードバック補正される。それから、ステップＳ６０６へ進んで、エンジンコントローラ１５は、前記のように決定した分量の燃料をインジェクタ４５からエンジン２に供給できるように、燃料供給システム４６を制御する。

それからステップＳ６０７，Ｓ６０８へ進んで、エンジンコントローラ１５は、前記ステップＳ６０３で決定した目標開度EGR_OPENになるように、ＥＧＲアクチュエータ５３aを制御し、前記ステップＳ６０４で決定した目標開度TVOになるように、スロットルアクチ
ュエータ４９aを制御する。最後にステップＳ６０９では、燃料噴射タイミング、点火タ
イミング及び他のエンジン制御パラメータを決定して、それぞれのアクチュエータを制御し、しかる後にリターンする。

上述したルーチンＲ６の制御手順によれば、従来一般的な動弁機構を用る場合でも、エンジン２の運転中に求められるエンジントルクTQ_{ENG_O}の範囲において、吸気マニホール
ド圧力を維持しながら空燃比を略理論空燃比近傍に制御することができ、触媒コンバータ５１には従来一般的な三元触媒を使用されることができる。

とはいえ、触媒コンバータ５１を含む排気ガス浄化システムが、理論空燃比よりもリーンな空燃比状態で排気ガスを浄化できるものであれば、前記ステップＳ６０３で決定される目標開度EGR_OPENを小さくして、ＥＧＲガス量を少なくすることもでき、或いは排気ガ
スの還流を省略することも可能である。そのような排気ガス浄化システムにはＮＯｘ吸蔵材を含むものがあり、理論空燃比よりもリーンな空燃比でＮＯｘ吸蔵材により排気ガス中のＮＯｘを捕捉する一方、エンジン２を理論空燃比乃至それよりもリッチな空燃比で運転して、ＮＯｘ吸蔵材からＮＯｘを除去する。

また、排気ガスの還流を行わないとすれば、気筒２２内の混合気の空燃比は目標エンジントルクTQ_{ENG_O}の低下に伴い、さらにリーンになるが、このときに空燃比は気筒２２毎
に別々に設定することもできる。例えば、従来一般的な#1−#3−#4−#2の点火順の直列４気筒エンジンにおいて、第２、第３気筒（#2，#3）の空燃比をリーンに設定し、第１、第４気筒（#1，#4）の空燃比は略理論空燃比に設定してもよいし、第２、第３気筒（#2，#3）等、幾つかの気筒２２への燃料供給は停止し、残りの気筒を略理論空燃比の状態で運転するようにしてもよい。

言うまでもなく本発明の構成は上述した実施形態に限定されず、請求の範囲に記載された本発明の要旨から逸脱しない範囲において、種々の改良や設計変更が可能である。

本発明の実施形態に係るシリーズＨＥＶシステムを例示したブロック線図。ＨＥＶシステムに含まれるエンジンシステムを例示した説明図。エンジンの動弁機構の斜視図。動弁機構の一部を示す側面図。ＨＥＶコントローラの主制御ルーチンを示すフローチャート図。主制御ルーチンのステップＳ３で実行される制御ルーチンＲ１を示すフローチャート図。同ステップＳ４で実行される制御ルーチンＲ２のフローチャート図。同ステップＳ５で実行される制御ルーチンＲ３のフローチャート図。同ステップＳ６で実行される制御ルーチンＲ４のフローチャート図。エンジンコントローラにより実行される制御ルーチンＲ５を示すフローチャート図。実施形態における吸気バルブの弁揚程曲線の一例を示す図。従来型のスロットル制御によるエンジンの性能及び運転効率を示す図。実施形態の制御によるエンジンの性能及び運転効率を示す図。実施形態の回転電機の性能及び運転効率を示す図。実施形態に係るエンジン及び回転電機の性能及び組合せ効率を示す図。吸気バルブの作動を進角させる他の実施形態に係る図１１相当図。排気バルブの作動を遅角させる他の実施形態に係る図１６相当図。１サイクル当たりの行程数を変更する他の実施形態に関して吸気及び排気バルブの作動を示す図。従来一般的な動弁機構を用いる他の実施形態において、エンジンコントローラにより実行される制御ルーチンＲ６のフローチャート図。

１パワートレイン
２エンジン
３第１回転電機
４第２回転電機
５車輪
１４ＨＥＶコントローラ（制御手段）
１５エンジンコントローラ（制御手段）
２２エンジンの気筒
２７同燃焼室
４１同吸気バルブ
４２同排気バルブ
４７同吸気マニホルド

Claims

ハイブリッド電気自動車のパワートレインの制御方法であって、
前記パワートレインは、
その回転数がエンジン回転数に一致するようにエンジンに機械的に連結されて発電作動を行う第１の回転電機と、
前記第１の回転電機からの電力供給を受けて作動し、駆動輪側に回転力を出力する第２の回転電機と、
少なくともエンジンのトルク及び回転数を制御する制御手段と、を備えており、
前記第１回転電機へ要求される発電量の変化に応じて、前記制御手段により前記エンジンの運転効率と前記第１回転電機の作動効率とを組み合わせた組み合わせ効率が最高となるように、エンジンのトルク及び回転数を制御するとともに、そのエンジンの吸気マニホールド圧力は実質的に変化しないよう維持し、
エンジントルクの制御は、エンジンの吸気バルブ及び排気バルブの少なくとも一方のリフト量を変更することによって行い、
ハイブリッド電気自動車は、シリーズ・ハイブリッド電気自動車であり、
制御手段は、
前記ハイブリッド電気自動車の運転状態に基づいて第２回転電機へ供給する電力量を決定する手段と、
少なくとも前記第２回転電機への供給電力量に基づいて第１回転電機の発電量の制御目標値を決定する手段と、
少なくとも前記第１回転電機の発電量に基づいて、エンジンのトルク及び回転数の制御目標値を決定する手段と、
エンジン回転数の制御目標値と実際のエンジン回転数との偏差に応じて、この回転数偏差が小さくなるように、少なくとも前記エンジントルクの制御目標値を補正する手段と、を備え、
前記回転数偏差が設定値よりも大きいときには、前記エンジントルク制御目標値の補正に加えて、前記第１回転電機の発電量制御目標値を補正することにより、前記回転数偏差が小さくなるようにエンジンへの負荷を調整する一方、
前記回転数偏差が前記設定値以下であれば、前記発電量制御目標値の補正は行わない
ことを特徴とするハイブリッド電気自動車のパワートレインの制御方法。
請求項１において、
バルブリフト量の変更と共に当該バルブの開閉タイミングも変更することを特徴とする制御方法。
請求項２において、
吸気バルブの閉タイミング及び排気バルブの閉タイミングの少なくとも一方を変更して、燃焼室に残留する既燃ガス量を調整することを特徴とする制御方法。
請求項１において、
第２回転電機は、第１回転電機から供給される電力のみによって作動させることを特徴とする制御方法。
請求項１において、
エンジン回転数偏差が設定値よりも小さな所定値以下のときは、この偏差に応じたエンジントルク制御目標値の補正を禁止することを特徴とする制御方法。