JP5525317B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼モードを予混合圧縮着火燃焼モードと火花点火燃焼モードとで切り換える内燃機関を供えた車両の制御装置に関する。

燃料と空気とを混合して希薄かつ均一な混合気を生成し、この混合気を圧縮し自着火させる予混合圧縮着火燃焼が可能な内燃機関が提案されている。予混合圧縮着火燃焼は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出量が少なく、また圧縮比を高めて高効率な運転が可能であることなどから注目されている。しかしながら、この予混合圧縮着火燃焼は、例えば高負荷の運転領域や、アイドリング時などの極低負荷の運転領域では、適切なタイミングで混合気を燃焼させることが困難でありノッキングや失火などが生じやすい。そこで近年では、予混合圧縮着火燃焼が困難な運転領域を補うべく、点火プラグにより混合気を燃焼させる火花点火燃焼モードと上記予混合圧縮着火燃焼モードとで、燃焼モードを運転領域に応じて切り換えることが可能な内燃機関が開発されている。

このように火花点火燃焼モードと予混合圧縮着火燃焼モードとで運転モードを切換可能な内燃機関を備えたハイブリッド車両について、例えば特許文献１には、内燃機関の始動時において、内燃機関の冷却水温度が所定の温度（予混合圧縮着火燃焼モードで運転可能な温度）よりも高い場合には、内燃機関の回転数をモータで所定の回転数まで高くした後、予混合圧縮着火燃焼モードで内燃機関の運転を開始する技術が示されている。

特開２００４−５２６９３号公報

特許文献１の技術によれば、内燃機関を予混合圧縮着火燃焼モードで始動する場合、実際の燃焼に先立って、内燃機関の回転数を予混合圧縮着火燃焼モードで運転可能な回転数まで高くするので、予め何も行わずに燃焼を開始する場合と比較すれば始動直後から安定した燃焼を行うことができる。しかしながら、内燃機関で初めて燃焼を開始する場合、前サイクル時には燃焼を行っていないため、シリンダ内の温度が低く着火時期が安定せず、最悪の場合には失火するおそれがある。このため、ドライバビリティおよびエミッションが悪化するおそれがある。

本発明は、内燃機関の始動開始直後から、安定して予混合圧縮着火燃焼モードで内燃機関を運転することができる車両の制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため本発明は、内燃機関（例えば、後述のエンジン２）の燃焼室（例えば、後述の燃焼室２ａ）内の混合気を圧縮着火燃焼させる予混合圧縮着火燃焼モードと、前記燃焼室内の混合気を当該燃焼室に設けられた点火手段（例えば、後述の点火プラグ２８）により燃焼させる火花点火燃焼モードとで前記内燃機関の運転を所定の条件に応じて切り換える車両の制御装置を提供する。前記車両の制御装置は、前記燃焼室内に燃料を直接噴射する直接燃料噴射装置（例えば、後述の第２インジェクタ２７）と、前記内燃機関の排気バルブおよび吸気バルブのうち少なくとも排気バルブのバルブタイミングを変更可能な可変バルブ機構（例えば、後述の吸気側バルブ機構２９ａ、および排気側バルブ機構２９ｂ）と、前記内燃機関を前記予混合圧縮着火燃焼モードで始動する場合、その始動時（例えば、エンジン始動開始から所定数Ｍ燃焼サイクル経過するまでの間、）には、前記内燃機関の圧縮工程中に前記直接燃料噴射装置で噴射した燃料を前記点火手段で着火するとともに、前記排気バルブの閉止タイミングを前記火花点火燃焼モード時における前記排気バルブの閉止タイミングよりも早め、排気の一部を前記内燃機関のシリンダ内に残留させる内燃機関制御手段（例えば、後述のＥＣＵ９、および図１３および図１４に示す処理の実行にかかる手段）と、を備える。

本発明によれば、予混合圧縮着火燃焼モードで内燃機関を始動する場合、その始動時には、圧縮工程中に燃焼室内に直接噴射し、これを点火手段で着火するとともに、排気バルブの閉止タイミングを火花点火燃焼モード時における閉止タイミングよりも早め、上記燃焼による排気の一部をシリンダ内に残留させる。このように、予混合圧縮着火燃焼モードで内燃機関を始動する場合であっても、その始動時には、予混合圧縮着火燃焼モードとは異なる条件で燃焼することにより、前サイクル時に燃焼していない場合であっても失火することなく安定して燃焼することができる。さらにこの燃焼による排気の一部をシリンダ内に残留させることにより、シリンダ内の温度を上昇させることができるので、例えば次サイクル以降から安定して予混合圧縮着火燃焼モードで内燃機関を運転することができる。

この場合、前記車両の制御装置は、バッテリ（例えば、後述の高圧バッテリ８）と、前記バッテリに蓄えられた電力により前記内燃機関の駆動力を補う駆動力を発生、又は、前記内燃機関の駆動力の一部を回生し前記バッテリを充電する電動機（例えば、後述のモータ５）と、前記内燃機関および前記電動機を含むパワープラント（例えば、後述のパワープラント）で発生するパワープラントトルクに対する要求値（例えば、後述のパワープラント要求トルク）を取得する要求トルク取得手段と、前記パワープラントトルクに対する要求値に基づいて、前記内燃機関で発生する内燃機関トルク（例えば、後述のエンジントルク）に対する要求値（例えば、後述のエンジン要求トルク）、並びに、前記電動機で回生又は発生する電動機トルク（例えば、後述のモータトルク）に対する要求値（例えば、後述のモータ要求トルク）を設定するトルク配分手段（例えば、後述のＥＣＵ９、並びに図９および図１０の処理の実行にかかる手段）と、を備え、当該トルク配分手段は、前記内燃機関を前記予混合圧縮着火燃焼モードで始動する場合、その始動時（例えば、エンジン始動開始から所定数Ｎ燃焼サイクル経過するまでの間）には、前記内燃機関トルクに対する要求値を、予混合圧縮着火燃焼モードにおける所定の中央値（例えば、後述のＨＣＣＩ中央トルク）に設定するとともに、前記パワープラントトルクの要求値に対する前記中央値の過不足分に応じて前記電動機トルクに対する要求値を設定することが好ましい。

この発明によれば、内燃機関を予混合圧縮着火燃焼モードで始動する場合、内燃機関トルクに対する要求値を、予混合圧縮着火燃焼モードにおける所定の中央値、すなわち予混合圧縮着火燃焼モードで安定して内燃機関を運転したときに発生する内燃機関トルクの値に設定する。また、上記中央値に設定した内燃機関トルクに対する要求値が、パワープラントトルクに対する要求値に対し過不足する場合、この過不足分に応じて電動機で回生又は発生する発電機トルクに対する要求値を設定する。これにより、例えば、内燃機関トルクに対する要求値がパワープラントトルクに対する要求値よりも大きい場合には、この過分を電動機で回生しバッテリを充電したり、内燃機関トルクに対する要求値がパワープラントトルクに対する要求値よりも小さい場合、この不足分を電動機で発生したりすることができる。これにより、始動直後から内燃機関を予混合圧縮着火燃焼モードで安定して運転しながら、パワープラントトルクに対する要求値に応じた適切な配分で電動機を制御することができる。

この場合、前記内燃機関制御手段は、前記パワープラントトルクに対する要求値が前記中央値より大きくかつ前記バッテリが過放電状態である場合、又は前記パワープラントトルクに対する要求値が前記中央値より小さくかつ前記バッテリが過充電状態である場合、前記火花点火燃焼モードで前記内燃機関を運転することが好ましい。

パワープラントトルクが上記中央値よりも大きい場合、内燃機関を予混合圧縮着火燃焼モードで運転しながらその不足分を電動機で発生するのが好ましいものの、このときバッテリが過放電状態であると、電動機で上記不足分を発生するのが困難となる。また、パワープラントトルクに対する要求値が上記中央値よりも小さい場合、内燃機関を予混合圧縮着火燃焼モードで運転しながらその過分を電動機で回生するのが好ましいものの、このときバッテリが過充電状態であると、電動機で上記過分を回生するのが困難となる。この発明によれば、バッテリに以上のような事態が発生した場合、火花点火燃焼モードで内燃機関を運転するので、パワープラントトルクに対する要求値に相当するトルクを内燃機関のみで発生することができる。したがって、パワープラントトルクに対する要求値に応じたトルクを発生することができずに、ドライバビリティが悪化するのを防止することができる。

本発明の一実施形態にかかるハイブリッド車両の構成を示す模式図である。 上記実施形態にかかるエンジンと、その吸気系および排気系との構成を示す模式図である。 ＳＩ燃焼モードにおける排気バルブおよび吸気バルブの動作例を示す図である。 ＨＣＣＩ燃焼モードにおける排気バルブおよび吸気バルブの動作例を示す図である。 上記実施形態にかかるエンジンにおいてＨＣＣＩ燃焼を行う運転領域とＳＩ燃焼を行う運転領域とを示す図である。 上記実施形態にかかるハイブリッド車両における走行モードとその運転領域を示す図である。 上記実施形態にかかるハイブリッド車両の走行モード、トルク配分およびエンジンの燃焼モードの設定にかかる処理のメインフローチャートである。 上記実施形態にかかるハイブリッド車両の走行モードを設定する手順を示すフローチャートである。 上記実施形態にかかるエンジンとモータのトルク配分を設定する手順を示すフローチャートである。 上記実施形態にかかるエンジンとモータのトルク配分を設定する手順を示すフローチャートである。 上記実施形態にかかるエンジン始動開始直後において、ＨＣＣＩ燃焼モードでエンジンを運転する領域を示す図である。 上記実施形態にかかるエンジンの燃焼モードを設定する手順を示すフローチャートである。 上記実施形態にかかる吸気、排気バルブの制御の手順を示すフローチャートである。 上記実施形態にかかる第１、第２インジェクタおよび点火プラグの制御の手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本実施形態にかかるハイブリッド車両１の構成を示す模式図である。
ハイブリッド車両１は、エンジン２とモータ５との２つの駆動力発生源から成るパワープラントを備えた車両である。このハイブリッド車両１は、燃料タンク７に蓄えられた燃料を燃焼させることによりエンジン２で発生した駆動力と、高圧バッテリ８に蓄えられた電力によりモータ５で発生した駆動力との両方又は何れかで駆動輪１１，１２を駆動し、走行することが可能となっている。

エンジン２のクランクシャフトは、クラッチＣＬを介してモータ５の出力軸に連結されている。また、このモータ５の出力軸は、トランスミッションＴＭを介して駆動輪１１，１２に連結されている。したがって、クラッチＣＬを接続することにより、エンジン２で発生したトルクのみ、又は、エンジン２およびモータ５で発生したトルクにより駆動輪１１，１２を駆動し、走行することが可能となる。また、クラッチＣＬを切断することにより、モータ５で発生したトルクのみで駆動輪１１，１２を駆動し、走行することが可能となる。クラッチＣＬは、電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）９からの制御信号に基づいて動作し、エンジン２のクランクシャフトとモータ５の出力軸とを断続する。なお、このエンジン２の詳細な構成については、後に図２を参照して説明する。

モータ５は、例えば、三相のＤＣブラシレスモータが用いられ、インバータを備えたパワードライブユニット（以下、「ＰＤＵ」という）６を介して高圧バッテリ８に接続されている。高圧バッテリ８は、例えば複数のリチウムイオン型のバッテリで構成されている。また、この高圧バッテリ８には、チャージャー８１が接続されており、このチャージャー８１のプラグ８２を図示しない家庭用コンセントに差し込んで、高圧バッテリ８を充電することが可能となっている。

ＰＤＵ６は、ＥＣＵ９から入力されたトルク指令信号に基づいて動作し、高圧バッテリ８の電力によりモータ５でトルクを発生させたり、エンジン２で発生したトルクの一部又は車両１の減速走行時に駆動輪１１，１２から出力軸に伝達するトルクを高圧バッテリ８に回生させたりする。より具体的には、モータ５を駆動運転する場合、ＰＤＵ６は、高圧バッテリ８に蓄えられた電力を三相交流電力に変換してモータ５に供給する。また、モータ５を回生運転する場合、モータ５から出力される三相交流電力を直流電力に変換し、高圧バッテリ８を充電する。
ＥＣＵ９は、モータで発生するトルク（以下、「モータトルク」という）に対する要求値（以下、「モータ要求トルク」という）を後に図９および図１０を参照して説明する手順により設定し、このモータ要求トルクに応じたトルク指令信号をＰＤＵ６に入力する。

図２は、エンジン２と、その吸気系および排気系との構成を示す模式図である。
エンジン２は、複数、例えば４つのシリンダ２１ａを備えた４気筒エンジンであり、図２には、このうちの１つを代表的に示す。エンジン２は、シリンダ２１ａが形成されたシリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２とを組み合わせて構成される。このエンジン２には、吸気が流通する吸気管３１と、排気が流通する排気管３２と、排気管３２内の排気の一部を吸気管３１に還流する排気還流通路３３とが設けられている。

シリンダ２１ａ内にはピストン２３が摺動可能に設けられており、このピストン２３の頂面とシリンダヘッド２２のシリンダ２１ａ側の面により、エンジン２の燃焼室２ａが形成される。ピストン２３は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２５に連結されている。すなわち、シリンダ２１ａ内におけるピストン２３の往復動に応じてクランクシャフト２５が回転する。

シリンダヘッド２２には、燃焼室２ａと吸気管３１とを接続する吸気ポート２２ａと、燃焼室２ａと排気管３２とを接続する排気ポート２２ｂとが形成されている。吸気ポート２２ａのうち燃焼室２ａに臨む吸気開口は吸気バルブ２２ｃにより開閉され、排気ポート２２ｂのうち燃焼室２ａに臨む排気開口は排気バルブ２２ｄにより開閉されるようになっている。吸気バルブ２２ｃは、吸気側バルブ機構２９ａにより駆動され、排気バルブ２２ｄは、排気側バルブ機構２９ｂにより駆動される。

吸気側バルブ機構２９ａは、吸気バルブ２２ｃのカムシャフトのクランクシャフト２５に対する位相を変更する吸気カム位相可変機構（図示せず）と、吸気バルブ２２ｃのリフト量を変更する吸気リフト可変機構（図示せず）と、を備えており、吸気バルブ２２ｃのバルブリフト量およびバルブタイミングを変更することが可能となっている。また、排気側バルブ機構２９ｂも同様に、排気バルブ２２ｄのカムシャフトのクランクシャフト２５に対する位相を変更する排気カム位相可変機構（図示せず）と、排気バルブ２２ｄのリフト量を変更する排気リフト可変機構（図示せず）と、を備えており、排気バルブ２２ｄのバルブリフト量およびバルブタイミングを変更することが可能となっている。バルブ２２ｃ、２２ｄのバルブリフト量およびバルブタイミングの変更にかかるバルブ機構２９ａ、２９ｂの各種アクチュエータはＥＣＵ９に接続されており、このＥＣＵ９からの制御信号に基づいて動作する。なお、これらバルブ機構２９ａ、２９ｂのリフト可変機構やカム位相可変機構には、既知のものが用いられる。より具体的には、リフト可変機構には、例えば本願出願人による特開２００８−７５６１４号公報に詳細に記載されたものが用いられ、カム位相可変機構には、例えば本願出願人による特開２００９−２２２０２１号公報に記載されたものが用いられる。

吸気ポート２２ａのうち上記吸気開口よりも吸気管３１側には、燃焼室２ａ側へ向って燃料を噴射する第１インジェクタ２６が設けられ、シリンダヘッド２２には、燃焼室２ａ内に臨み、この燃焼室２ａ内に燃料を直接噴射する第２インジェクタ２７が設けられている。第１インジェクタ２６からの噴射燃料量およびその燃料噴射タイミング、並びに、第２インジェクタ２７からの噴射燃料量およびその燃料噴射タイミングは、ＥＣＵ９により制御される。

また、シリンダヘッド２２には、燃焼室２ａ内のうち上記第２インジェクタ２７よりも排気バルブ２２ｄ側に臨む点火プラグ２８が設けられている。この点火プラグ２８による混合気の点火時期は、ＥＣＵ９により制御される。

吸気管３１には、この吸気管３１を流通しエンジン２の燃焼室２ａに供給される空気の吸気量を制御するスロットル弁３４が設けられている。このスロットル弁３４は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ９に接続されており、その開度はＥＣＵ９により制御される。

排気管３２には、エンジン２の排気を浄化する三元触媒を担持した触媒コンバータ３５が設けられている。この三元触媒は、例えば、排気浄化能を有する触媒貴金属に加えて排気中の酸素を吸着し貯蔵する酸素吸蔵能を有するＯＳＣ材を含有しており、排気中のＨＣおよびＣＯを酸化するとともに、排気中のＮＯｘを還元する。

排気還流通路３３は、排気管３２のうち上記触媒コンバータ３５の下流側と、吸気管３１のうちスロットル弁３４の下流側とを接続し、エンジン２から排出された排気の一部を還流する。この排気還流通路３３には、還流される排気を冷却するＥＧＲクーラ３６と、還流する排気の流量を制御するＥＧＲ弁３７とが設けられている。ＥＧＲ弁３７は、図示しないアクチュエータを介してＥＣＵ９に接続されており、その開度はＥＣＵ９により電磁的に制御される。

ＥＣＵ９には、エアフローセンサ４１、吸気温度センサ４６、排気温度センサ４３、クランク角度位置センサ４４、アクセル開度センサ４５、および冷却水温度センサ４７などが接続されている。エアフローセンサ４１は、エンジン２に吸入される空気の吸気量を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。吸気温度センサ４６は、エンジン２に吸入される空気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。排気温度センサ４３は、排気管３２のうち触媒コンバータ３５から流出する排気の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。

クランク角度位置センサ４４は、クランクシャフト２５の回転角度を示すパルス信号をＥＣＵ９に送信する。エンジン２の回転数は、このクランク角度位置センサ４４から送信されたクランク角信号に基づいて、ＥＣＵ９により算出される。アクセル開度センサ４５は、車両のアクセルペダルの開度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。冷却水温度センサ４７は、エンジン２の冷却水の温度を検出し、検出値に略比例した信号をＥＣＵ９に送信する。

以上のように構成されたエンジン２は、運転領域に応じてその燃焼モードを、予混合圧縮着火燃焼モード（以下、「ＨＣＣＩ（Homogeneous Charge Compression Ignition）燃焼モード」という）と火花点火燃焼モード（以下、「ＳＩ（Spark Ignition）燃焼モード」という）とで切り換えることが可能となっている。

ＳＩ燃焼モードでは、吸気工程中に第１インジェクタ２６により吸気管３１内に所定量の燃料を噴射し、さらに圧縮工程中に第２インジェクタ２７により特に点火プラグ２８の近傍が理論空燃比よりもリッチになるように所定量の燃料を噴射する。そして、以上のようにして供給された混合気を、所定のタイミングで点火プラグ２８から発せられた火花で着火燃焼させる。ここで、ＳＩ燃焼モードにおいて、２つのインジェクタ２６，２７からの噴射燃料量は、燃焼室２ａ内の混合気の空燃比、すなわち燃焼空燃比が理論空燃比の近傍になるように調整される。

図３は、ＳＩ燃焼モードにおける排気バルブおよび吸気バルブの動作例を示す図である。
ＳＩ燃焼モードでは、ピストンの頂面が下死点から上死点に向う排気工程にわたり、排気バルブを開き、ピストンの頂面が上死点から下死点に向う吸気工程にわたり、吸気バルブを開く。

ＨＣＣＩ燃焼モードでは、吸気工程中に第１インジェクタにより吸気管内に所定量の燃料を噴射し、この噴射により燃焼室に供給された空気との混合気を圧縮し、自己着火させる。ここで、ＨＣＣＩ燃焼モードにおいて、第１インジェクタからの噴射燃料量は、燃焼空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように調整される。

図４は、ＨＣＣＩ燃焼モードにおける排気バルブおよび吸気バルブの動作例を示す図である。なお図４には、比較のため、ＳＩ燃焼モードにおけるこれらバルブの動作例を破線で示す。
ＨＣＣＩ燃焼モードでは、混合気を圧縮自己着火させることから、シリンダ内の温度を、ＳＩ燃焼モード時における温度よりも高くする必要がある。そこで、ＨＣＣＩ燃焼モードでは、燃焼サイクル中に、排気バルブの開弁時期と吸気バルブの開弁時期とに負の重複（ＮＯＬ（Negative OverLap））が生じるように、すなわちこれらバルブが共に閉じた期間が生じるように排気バルブおよび吸気バルブを駆動する。より具体的には、ＨＣＣＩ燃焼モードでは、排気バルブのバルブリフト量をＳＩ燃焼モード時よりも低く変更し、さらにバルブタイミングを進角側に変更することにより、排気バルブの閉止タイミングをＳＩ燃焼モードよりも早める。また、吸気バルブのバルブリフト量をＳＩ燃焼モード時よりも低く変更し、さらにバルブタイミングを遅角側に変更することにより、吸気バルブの開放タイミングをＳＩ燃焼モード時よりも遅らせる。ＨＣＣＩ燃焼モードでは、排気バルブの開弁時期と吸気バルブの開弁時期について以上のような負の重複を設けることにより、排気の一部をシリンダ内に残留させ、シリンダ内の温度をＳＩ燃焼モード時よりも高くする。

図５は、ＨＣＣＩ燃焼を行うことが可能な運転領域を示す図である。
図５に示すように、エンジンで発生させるトルク（以下、「エンジントルク」という）に対する要求値（以下、「エンジン要求トルク」という）とエンジンの回転数との２つのパラメータに対し、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行うことができる運転領域は、低負荷かつ低回転数の領域に限られている。また、ＨＣＣＩ燃焼は、特定の運転領域（図５においてハッチングで模式的に示す領域）内では特に安定した燃焼が可能となっている。以下では、このような特に安定した燃焼が可能な運転領域内で、エンジンをＨＣＣＩ燃焼モードで運転したときに発生するエンジントルクの中央値をＨＣＣＩ中央トルクという。これに対してＳＩ燃焼は、上述のＨＣＣＩ燃焼が可能な運転領域を含み、基本的にはＨＣＣＩ燃料が可能な領域を含む全運転領域にわたって安定して行うことが可能となっている。

図６は、ハイブリッド車両における走行モードとその運転領域を示す図である。
以上のようなエンジンとモータとの２つの駆動力発生源からなるパワープラントを備えたハイブリッド車両における走行モードは、エンジン、モータおよびクラッチの制御態様に応じて、モータ走行モードと、モータアシストモードと、モータ回生モードとの３種類の走行モードに大別される。

モータ走行モードでは、クラッチを切断し、エンジンを休筒運転し、モータで発生したトルクのみで車両を走行する。
モータアシストモードでは、クラッチを接続するとともに、エンジンで発生したトルク、およびこのエンジンのトルクを補うべくモータで発生したトルクにより車両を走行する。
モータ回生モードでは、クラッチを接続し、エンジンで発生したトルクにより車両を走行するとともに、このエンジンで発生したトルクの一部又は駆動輪から伝達するトルクをモータで回生し、高圧バッテリを充電する。

図６に示すように、モータ走行モードではエンジンを休筒運転することから、車両の走行モードをモータ走行モードにできる運転領域は、エンジンおよびモータからなるパワープラントで発生するトルク（以下、「パワープラントトルク」という）に対する要求値（以下、「パワープラント要求トルク」という）が小さくかつ中低速の運転領域に限られている。なお、以下では、モータアシストモードとモータ回生モードとを合わせて、アシスト／回生モードという。

図７は、ハイブリッド車両の走行モード、トルク配分およびエンジンの燃焼モードの設定にかかる処理のメインフローチャートである。この処理は、ＥＣＵにより所定の周期で繰り返し実行される。
先ず、Ｓ１では、車両の走行モードを、上述のモータ走行モードおよびアシスト／回生モードの何れかに設定する処理を行い、Ｓ２に移る。この走行モードを設定する詳細な手順は、後に図８を参照して詳細に説明する。
Ｓ２では、トルク配分、すなわちパワープラント要求トルクに応じたエンジン要求トルクとモータ要求トルクとを設定する処理を行い、Ｓ３に移る。このトルク配分を設定する詳細な手順は、後に図９〜図１１を参照して詳述する。
Ｓ３では、エンジンの燃焼モードを、上述のＨＣＣＩ燃焼モードおよびＳＩ燃焼モードの何れかに設定する処理を行い、この処理を終了する。この燃焼モードを設定する詳細な手順は、後に図１２を参照して詳述する。

図８は、ハイブリッド車両の走行モードを設定する手順を示すフローチャートである。
Ｓ１１では、パワープラント要求トルクを取得し、Ｓ１２に移る。このパワープラント要求トルクは、運転者による車両の操作および車両の状態に応じて、パワープラントに要求されるトルクに相当する値であり、アクセル開度センサの検出値、エンジン回転数、および車速などのパラメータに基づいて算出される。

Ｓ１２では、車両の運転領域がモータ走行に適したモータ走行領域内にあるか否かを判別する。この判別は、上記Ｓ１１で取得したパワープラント要求トルクおよび車速に基づいて、例えば上述の図６に示すようなマップを検索することにより判別される。このＳ１２の判別がＹＥＳの場合、Ｓ１３に移り、バッテリの残容量（以下、「ＳＯＣ（State Of Charge）という」）を取得し、このＳＯＣがモータ走行を行うのに十分な状態であるか否かを判別する。

Ｓ１３の判別がＹＥＳであり、車両の運転領域がモータ走行領域に含まれかつバッテリのＳＯＣが十分であると判定された場合、Ｓ１４に移り、車両の走行モードをモータ走行モードに設定し、この処理を終了する。
Ｓ１２の判別がＮＯであり車両の運転領域がモータ走行領域に含まれていない場合、又はＳ１３の判別がＹＥＳでありバッテリのＳＯＣが十分でない場合、Ｓ１５に移り、車両の走行モードをアシスト／回生モードに設定し、この処理を終了する。なお、この処理において、車両の走行モードがアシスト／回生モードからモータ走行モードに変更されたことに応じてエンジンは休筒運転され、車両の走行モードがモータ走行モードからアシスト／回生モードに変更されたことに応じてエンジンは始動される。

図９および図１０は、エンジンとモータのトルク配分、すなわちエンジン要求トルク値とモータ要求トルク値とを設定する手順を示すフローチャートである。
Ｓ２１では、車両の走行モードがモータ走行モードであるか否かを判別する。Ｓ２１の判別がＹＥＳである場合、上述のＳ１１で取得したパワープラント要求トルクの全てをモータでまかなうべく、Ｓ２２に移り、エンジン要求トルクをゼロに設定するとともに、モータ要求トルクを上記パワープラント要求トルクと同じ値に設定し、この処理を終了する。

一方、Ｓ２１の判別がＮＯであり走行モードがアシスト／回生モードである場合、Ｓ２３に移り、エンジンの始動開始から所定数Ｎ燃焼サイクル（所定数Ｎは、１以上の値に設定される）経過したか否か、すなわち走行モードがモータ走行モードからアシスト／回生モードに変更されてから上記Ｎ燃焼サイクル経過したか否かを判別する。

Ｓ２３の判別がＹＥＳでありエンジンの始動を開始してから既にＮ燃焼サイクル経過している場合には、エンジンではＨＣＣＩ燃焼モードおよびＳＩ燃焼モードともに安定した運転が可能であると判断し、Ｓ２４に移る。Ｓ２４では、エンジン要求トルクとモータ要求トルクの和がパワープラント要求トルクに一致するように、所定の通常制御アルゴリズムに基づいて、エンジン要求トルクおよびモータ要求トルクを設定し、この処理を終了する。

一方、Ｓ２３の判別がＮＯでありエンジンの始動を開始してからまだ上記Ｎ燃焼サイクル経過していない場合、すなわちエンジン始動開始直後である場合には、上記Ｓ２４の通常制御アルゴリズムとは別のアルゴリズムに基づいてエンジン要求トルクおよびモータ要求トルクを設定するべく、Ｓ２５に移る。

Ｓ２５以降の処理について、具体的な手順を説明する前に、図１１を参照してその概要を説明する。
後に詳述するように、本実施形態では、エンジン始動開始直後から安定してＨＣＣＩ燃焼モードでエンジンを運転することができる。そこで、エンジン始動開始直後である場合には、エンジンの燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モードに優先的に設定するとともに、エンジン要求トルクを、ＨＣＣＩ燃焼を安定して行うことができる上述のＨＣＣＩ中央トルクに設定する。そして、パワープラント要求トルクに対しＨＣＣＩ中央トルクに過不足が生じた場合には、この過不足分をモータで補うようにモータ要求トルクを設定する。

例えばパワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルクを大きく下回る場合、より具体的にはパワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルクよりもやや小さな値に設定されたＨＣＣＩ中央トルク幅下限より小さい場合には、このエンジントルクの過分をモータで回生しバッテリを充電する。
また、例えばパワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルクを大きく上回る場合、より具体的にはパワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルクよりもやや大きな値に設定されたＨＣＣＩ中央トルク幅上限以上である場合には、このエンジントルクの不足分をバッテリの電力によりモータで発生する。

以上のように、エンジン始動開始直後からパワープラントトルクを大きく変動させることなくＨＣＣＩ燃焼モードでエンジンを運転できるものの、ＳＯＣが小さくバッテリが過放電状態である場合や、ＳＯＣが大きくバッテリが過充電状態である場合などには、モータを補助的に用いることは好ましくない。したがってこのような場合、すなわち図１１中ハッチングで示す領域にある場合には、エンジンの燃焼モードとしては、モータを補助的に用いることなくパワープラント要求トルクに応じたエンジントルクを安定して発生することができるＳＩ燃焼モードを要求する。

図９および図１０に戻って、Ｓ２５以降の処理の具体的な手順について説明する。
Ｓ２５では、パワープラント要求トルクが上述のＨＣＣＩ中央トルク幅上限よりも小さいか否かを判別する。Ｓ２５判別がＹＥＳの場合、Ｓ２６に移り、バッテリのＳＯＣが過充電状態であるか否かを判別する。
Ｓ２５の判別がＮＯの場合、Ｓ２７に移り、パワープラント要求トルクが上述のＨＣＣＩ中央トルク幅下限以上であるか否かを判別する。Ｓ２７の判別がＹＥＳの場合、Ｓ２８に移り、バッテリのＳＯＣが過放電状態であるか否かを判別する。
Ｓ２７の判別がＮＯの場合、Ｓ２９に移り、バッテリのＳＯＣが過充電状態又は過放電状態であるか否かを判別する。

Ｓ２６、Ｓ２８およびＳ２９の判別がＹＥＳの場合、すなわち、パワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅下限より小さくかつバッテリが過充電状態である場合、パワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅上限以上かつバッテリが過放電状態である場合およびパワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅内にありかつバッテリが過充電状態又は過放電状態である場合には、Ｓ３０に移り、エンジンの燃焼モードとしてＳＩ燃焼モードを要求した後、上述のＳ２４に移る。

一方、Ｓ２６、Ｓ２８およびＳ２９の判別がＮＯの場合、すなわち、パワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅下限より小さくかつバッテリが過充電状態でない場合、パワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅上限以上かつバッテリが過放電状態でない場合およびパワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅内にありかつバッテリが過充電状態又は過放電状態でもない場合には、Ｓ３１に移る。

Ｓ３１では、エンジン要求トルクをＨＣＣＩ中央トルクに設定するとともに、モータ要求トルクを、パワープラント要求トルクからエンジン要求トルクを減算した値に設定する。なお、エンジン要求トルクがパワープラント要求トルクよりも大きい場合、これはパワープラント要求トルクを上回るエンジントルクが発生することを意味する。したがって、Ｓ３１においてモータ要求トルクが負となった場合、エンジン要求トルクのパワープラント要求トルクに対する過分をモータで回生しバッテリを充電するように、モータを回生運転する。

図１２は、エンジンの燃焼モードを設定する手順を示すフローチャートである。
先ず、Ｓ４１では、エンジンの始動開始から上記Ｎ燃焼サイクル経過したか否かを判別する。
Ｓ４１の判別がＹＥＳである場合、Ｓ４２に移り、エンジンの冷却水温度がＨＣＣＩ燃焼可能な温度ＴＷＨＣＣＩより高いか否かを判別する。Ｓ４２の判別がＹＥＳである場合、Ｓ４３に移り、吸気温度がＨＣＣＩ燃焼可能な温度ＴＡＨＣＣＩより高いか否かを判別する。Ｓ４３の判別がＹＥＳである場合、Ｓ４４に移り、排気温度がＨＣＣＩ燃焼可能な温度ＴＥＸＨＣＣＩより高いか否かを判別する。Ｓ４４の判別がＹＥＳである場合、Ｓ４５に移り、ＨＣＣＩ燃焼可能な運転領域であるか否かを判別する。より具体的には、例えば、上記Ｓ２において設定したエンジン要求トルクおよびエンジン回転数に基づいて、上述の図５に示すマップを検索することで判別される。

上記Ｓ４２、Ｓ４３、Ｓ４４、およびＳ４５の判別の何れかがＮＯである場合、Ｓ４６に移り、エンジンの燃焼モードをＳＩ燃焼モードに設定し、この処理を終了する。
また、Ｓ４５の判別がＹＥＳである場合、Ｓ４７に移り、エンジンの燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モードに設定し、この処理を終了する。

一方、Ｓ４１の判別がＮＯでありエンジン始動を開始してからまだ上記Ｎ燃焼サイクル経過していない場合、すなわちエンジン始動開始直後である場合には、Ｓ４８に移り、エンジンの燃焼モードとしてＳＩ燃焼モードが要求された状態であるか否かを判別する。このＳ４８の判別がＹＥＳの場合、Ｓ４６に移り、エンジンの燃焼モードをＳＩ燃焼モードに設定し、Ｓ４８の判別がＮＯの場合、Ｓ４７に移り、エンジンの燃焼モードをＨＣＣＩ燃焼モードに設定し、この処理を終了する。

以下、図１３および図１４を参照して、エンジンの制御の手順について説明する。
図１３は、吸気、排気バルブの制御の手順を示すフローチャートであり、エンジンの燃焼サイクルごとにＥＣＵにより実行される。
Ｓ５１では、車両の走行モードがモータ走行モードであるか否かを判別する。Ｓ５１の判別がＹＥＳであり車両の走行モードがモータ走行モードである場合には、Ｓ５２に移り、吸気、排気バルブのバルブタイミングおよびバルブリフト量の設定を所定の休筒運転時用にし、当該設定の下で吸気、排気バルブを制御する。

Ｓ５１の判別がＮＯであり車両の走行モードがモータ走行モードでない場合には、Ｓ５３に移り、エンジンの燃焼モードがＨＣＣＩ燃焼モードであるか否かを判別する。Ｓ５３の判別がＮＯでありエンジンの燃焼モードがＨＣＣＩ燃焼モードでない場合には、Ｓ５５に移り、吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングおよびバルブリフト量の設定をＳＩ運転時用（上述の図３参照）にし、当該ＳＩ燃焼時用の設定の下で吸気、排気バルブを制御する。
一方、Ｓ５３の判別がＹＥＳの場合には、Ｓ５４に移り、吸気バルブおよび排気バルブのバルブタイミングおよびバルブリフト量の設定をＨＣＣＩ燃焼時用（上述の図４参照）にし、当該ＨＣＣＩ燃焼時用の設定の下で吸気、排気バルブを制御する。

図１４は、第１、第２インジェクタおよび点火プラグの制御の手順を示すフローチャートであり、エンジンの燃焼サイクルごとにＥＣＵにより実行される。
Ｓ６１では、車両の走行モードがモータ走行モードであるか否かを判別する。Ｓ６１の判別がＹＥＳであり走行モードがモータ走行モードである場合、Ｓ６２に移り休筒制御、すなわち噴射燃料量をゼロにする。

Ｓ６１の判別がＮＯでありモータ走行モードでない場合、Ｓ６３に移り、エンジンの燃焼モードがＨＣＣＩ燃焼モードであるか否かを判別する。Ｓ６３の判別がＮＯの場合、Ｓ６６に移り、噴射燃料量および噴射タイミングを、エンジン要求トルクや車速などの複数のパラメータに基づいて、ＳＩ燃焼時用の条件下で設定し、当該設定の下で燃料を噴射し、点火プラグで着火燃焼する。すなわちこの場合、上述のように、第１インジェクタから吸気工程中に燃料を噴射し、第２インジェクタから圧縮工程中に燃料を噴射し、これを添加プラグで着火する。また、このときの第１、第２インジェクタによる噴射燃料量は、燃焼空燃比が理論空燃比の近傍になるように調整される。

Ｓ６３の判別がＹＥＳであり燃焼モードがＨＣＣＩ燃焼モードである場合、Ｓ６４に移り、エンジンの始動開始から所定数Ｍ燃焼サイクル（所定数Ｍは、上述の所定数Ｎ以下の値、例えば１に設定される）経過したか否かを判別する。Ｓ６４の判別がＹＥＳの場合、Ｓ６５に移り、噴射燃料量および噴射タイミングを、エンジン要求トルクや車速などの複数のパラメータに基づいて、ＨＣＣＩ燃焼時用の条件下で設定し、当該設定の下で燃料を噴射し、圧縮着火燃焼する。すなわちこの場合、上述のように、第１インジェクタから吸気工程中に燃料を噴射し、これを圧縮自着火させる。また、このときの第１インジェクタによる噴射燃料量は、燃焼空燃比が理論空燃比よりもリーンになるように調整される。

一方、Ｓ６４の判別がＮＯの場合、すなわちエンジンをＨＣＣＩ燃焼モードで始動する場合、Ｓ６７に移り、噴射燃料量および噴射タイミングを上記Ｓ６５におけるＨＣＣＩ燃焼時用の条件とは別の成層燃焼時用の条件下で設定し、当該設定の下で燃料を噴射し、点火プラグで着火燃焼する。より具体的には、特に点火プラグの近傍の空燃比がリッチになるように第２インジェクタから圧縮工程中に燃料を噴射し、これを点火プラグで着火する。また、このときの第２インジェクタによる噴射燃料量は、例えば、燃焼空燃比が上記ＨＣＣＩ燃焼時における燃焼空燃比よりもリーンになるように調整される。

本実施形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）ＨＣＣＩ燃焼モードでエンジンを始動する場合、その始動開始からＭ燃焼サイクルが経過するまでの間は、圧縮工程中に第２インジェクタにより燃焼室内に直接噴射し、これを点火プラグで着火するとともに、ＨＣＣＩ燃焼時用の設定の下で排気バルブを制御する。すなわち、排気バルブの閉止タイミングをＳＩ燃焼モード時における閉止タイミングよりも早め、上記燃焼による排気の一部をシリンダ内に残留させる。このように、ＨＣＣＩ燃焼モードでエンジンを始動する場合であっても、その始動時には、ＨＣＣＩ燃焼モードとは異なる条件で燃焼することにより、前サイクル時に燃焼していない場合であっても失火することなく安定して燃焼することができる。さらにこの燃焼による排気の一部をシリンダ内に残留させることにより、シリンダ内の温度を上昇させることができるので、次サイクル以降から安定してＨＣＣＩ燃焼モードでエンジンを運転することができる。

（２）エンジンをＨＣＣＩ燃焼モードで始動する場合、エンジン要求トルクを、ＨＣＣＩ中央トルクに設定する。また、ＨＣＣＩ中央トルクに設定したエンジン要求トルクが、パワープラント要求トルクに対し過不足する場合、この過不足分に応じてモータ要求トルクを設定する。これにより、例えば、設定したエンジン要求トルクがパワープラント要求トルクよりも大きい場合には、この過分をモータで回生し高圧バッテリを充電したり、設定したエンジン要求トルクがパワープラント要求トルクよりも小さい場合には、この不足分をモータで発生したりすることができる。これにより、エンジン始動直後からエンジンをＨＣＣＩ燃焼モードで安定して運転しながら、パワープラント要求トルクに応じた適切な配分でモータを制御することができる。

（３）パワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅上限より大きくかつバッテリが過放電状態である場合、又はパワープラント要求トルクがＨＣＣＩ中央トルク幅下限以下でありかつバッテリが過充電状態である場合、ＳＩ燃焼モードでエンジンを運転するので、パワープラント要求トルクに相当するトルクをエンジンのみで発生することができる。したがって、ドライバビリティが悪化するのを防止することができる。

１…ハイブリッド車両
２…エンジン（内燃機関）
２７…第２インジェクタ（直接燃料噴射装置）
２８…点火プラグ（点火手段）
２９ｂ…排気側バルブ機構（可変バルブ機構）
４５…アクセル開度センサ（要求トルク取得手段）
５…モータ（電動機）
９…ＥＣＵ（内燃機関制御手段、トルク配分手段、要求トルク取得手段）

Claims (2)

1. 内燃機関の燃焼室内の混合気を圧縮着火燃焼させる予混合圧縮着火燃焼モードと、前記燃焼室内の混合気を当該燃焼室に設けられた点火手段により燃焼させる火花点火燃焼モードとで前記内燃機関の運転を所定の条件に応じて切り換える車両の制御装置であって、
   前記燃焼室内に燃料を直接噴射する直接燃料噴射装置と、
   前記内燃機関の排気バルブおよび吸気バルブのうち少なくとも排気バルブのバルブタイミングを変更可能な可変バルブ機構と、
   バッテリと、
   前記バッテリに蓄えられた電力により前記内燃機関の駆動力を補う駆動力を発生、又は、前記内燃機関の駆動力の一部を回生し前記バッテリを充電する電動機と、
   前記内燃機関および前記電動機を含むパワープラントで発生するパワープラントトルクに対する要求値を取得する要求トルク取得手段と、
   前記パワープラントトルクに対する要求値に基づいて、前記内燃機関で発生する内燃機関トルクに対する要求値、並びに、前記電動機で回生又は発生する電動機トルクに対する要求値を設定するトルク配分手段と、
   前記内燃機関を前記予混合圧縮着火燃焼モードで始動する場合、その始動時には、前記内燃機関の圧縮工程中に前記直接燃料噴射装置で噴射した燃料を前記点火手段で着火するとともに、前記排気バルブの閉止タイミングを前記火花点火燃焼モード時における前記排気バルブの閉止タイミングよりも早め、排気の一部を前記内燃機関のシリンダ内に残留させる内燃機関制御手段と、を備え、
   当該トルク配分手段は、前記内燃機関を前記予混合圧縮着火燃焼モードで始動する場合、その始動時には、前記内燃機関トルクに対する要求値を、予混合圧縮着火燃焼モードにおける所定の中央値に設定するとともに、前記パワープラントトルクの要求値に対する前記中央値の過不足分に応じて前記電動機トルクに対する要求値を設定することを特徴とする車両の制御装置。
2. 前記内燃機関制御手段は、
   前記パワープラントトルクに対する要求値が前記中央値より大きくかつ前記バッテリが過放電状態である場合、又は前記パワープラントトルクに対する要求値が前記中央値より小さくかつ前記バッテリが過充電状態である場合、前記火花点火燃焼モードで前記内燃機関を運転することを特徴とする請求項１に記載の車両の制御装置。

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