JP6756303B2 - 車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は車両の制御装置に関する。

従来の車両の制御装置として、ハイブリッド車両に搭載された内燃機関の一時停止制御中に、例えばモータジェネレータなどの回転電機によってクランクシャフトを回転させ、ＥＧＲ通路に残留する残留ＥＧＲガスを筒内を経由させて排気通路に排出するように構成されてものが開示されている。

特開２０１５−１０７７４８号公報

近年、燃費及び排気エミッションの向上を目的として、予混合圧縮自着火燃焼を行う内燃機関の開発が進められており、高負荷側の運転領域でＥＧＲガスを導入することで、予混合圧縮自着火燃焼を行うことのできる運転領域の拡大が図られている。

内燃機関の一時停止時及び再始動時には、トルク変動に起因するショックの発生を抑制するために、例えば燃料噴射量を連続的に変化させて、内燃機関の出力トルクを連続的に変化させていくことが望ましい。しかしながら、予混合圧縮自着火燃焼は、基本的に機関負荷が低負荷になるほど、すなわち燃料噴射量が少なくなるほど成立しにくくなる。そのため前述した従来の車両の制御装置では、高負荷側の運転領域でＥＧＲガスを導入しながら予混合圧縮自着火燃焼を行っている状態から内燃機関の一時停止を実施したときに、筒内に流入する残留ＥＧＲガスの影響を受けて燃料噴射量を減少させていく間に失火し、トルク変動によるショックが発生したり、排気エミッションが悪化したりするおそれがある。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、ＥＧＲガスを導入して予混合圧縮自着火燃焼を行っている状態から内燃機関を停止し、再始動するときのトルク変動によるショックの発生、及び排気エミッションの悪化を抑制することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、燃料噴射弁から噴射された燃料の燃料噴射経路内又は燃料噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、燃焼室から排出された排気を、排気還流通路を介して吸気通路に還流させる排気還流を実施することができるように構成された吸気装置と、内燃機関のクランクシャフトを回転させることが可能な回転電機と、を備える車両を制御するための車両の制御装置が、排気還流を実施して予混合圧縮自着火燃焼を行っている状態から内燃機関を停止するときは、燃料噴射経路上の燃料を点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させるスプレーガイド成層燃焼を実施して燃料噴射量を連続的にゼロまで減少させると共に、回転電機によってクランクシャフトを回転させて排気還流通路に残留した排気を排出する機関停止制御を実施し、機関停止制御によって内燃機関を停止した後に内燃機関を再始動するときは、回転電機によってクランクシャフトを回転させて機関回転速度を高くしてから、スプレーガイド成層燃焼を実施して燃料噴射量を連続的にゼロから増加させる機関再始動制御を実施し、機関停止制御中に実施されるスプレーガイド成層燃焼の点火時期を、機関再始動制御中に実施されるスプレーガイド成層燃焼の点火時期よりも進角側に設定するように構成されている。

本発明のこの態様によれば、ＥＧＲガスを導入して予混合圧縮自着火燃焼を行っている状態から内燃機関を停止し、再始動するときのトルク変動によるショックの発生、及び排気エミッションの悪化を抑制することができる。

図１は、車両に搭載された本発明の一実施形態による車両及び車両１を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。 図２は、内燃機関の概略構成図である。 図３は、内燃機関の機関本体の断面図である。 図４は、内燃機関の運転領域を示す図である。 図５は、内燃機関の一時停止制御、及び再始動制御について説明するタイムチャートである。 図６は、内燃機関を一時停止させるときの点火時期と、内燃機関を再始動させるときの点火時期とを、機関負荷に応じて示した図である。 図７は、点火時期と吸気中の二酸化炭素濃度とに応じた内燃機関の運転可能領域を示した図である。 図８は、内燃機関の一時停止制御、及び再始動制御制御について説明するフローチャートである。 図９は、本発明の変形例による内燃機関の一時停止制御、及び再始動制御について説明するタイムチャートである。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。

図１は、車両に搭載された本発明の一実施形態による車両１及び車両１を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。

車両１は、内燃機関１０と、動力分割機構２０と、第１回転電機３０と、第２回転電機４０と、バッテリ５０と、昇圧コンバータ６０と、第１インバータ７０と、第２インバータ８０と、を備える。車両１は、内燃機関１０及び第２回転電機４０の一方又は双方の動力を最終減速装置２を介して車輪駆動軸３に伝達することができるように構成されたいわゆるハイブリッド車両である。

内燃機関１０は、機関本体１１に形成された各気筒１２内で燃料を燃焼させて、クランクシャフトに連結された出力軸１３を回転させるための動力を発生させる。内燃機関１０の詳細な構成については、図２及び図３を参照して説明する。

図２は、内燃機関１０の概略構成図である。図３は、内燃機関１０の機関本体１１の断面図である。

内燃機関１０は、機関本体１１と、燃料供給装置９０と、吸気装置１００と、排気装置１１０と、吸気動弁装置１２０と、排気動弁装置１３０と、を備える。

機関本体１１には、気筒毎に１つの点火プラグ１４が、各気筒１２の燃焼室１５（図３参照）に臨むように設けられる。また機関本体１１には、気筒毎に一対の吸気弁１２１と一対の排気弁１３１とが設けられる。図３に示すように、各気筒１２の内部には、燃焼圧力を受けて各気筒１２の内部を往復運動するピストン１６が収められる。ピストン１６は、コンロッドを介してクランクシャフトと連結されており、クランクシャフトによってピストン１６の往復運動が回転運動に変換される。

燃料供給装置９０は、電子制御式の燃料噴射弁９１と、デリバリパイプ９２と、サプライポンプ９３と、燃料タンク９４と、圧送パイプ９５と、を備える。

燃料噴射弁９１は、燃焼室１５の中央頂部に配置され、各気筒１２の燃焼室１５に臨むように各気筒１２に１つ設けられる。また図３に示すように、本実施形態では後述するスプレーガイド成層燃焼を実施することができるように、点火プラグ１４の電極部１４ａが、燃料噴射弁９１の燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍に位置するように、点火プラグ１４に隣接して燃料噴射弁９１が配置される。燃料噴射弁９１の開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、燃料噴射弁９１が開弁されると燃料噴射弁９１から燃焼室１５内に直接燃料が噴射される。

デリバリパイプ９２は、圧送パイプ９５を介して燃料タンク９４に接続される。圧送パイプ９５の途中には、燃料タンク９４に貯蔵された燃料を加圧してデリバリパイプ９２に供給するためのサプライポンプ９３が設けられる。デリバリパイプ９２は、サプライポンプ９３から圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。燃料噴射弁９１が開弁されると、デリバリパイプ９２に貯蔵された高圧燃料が燃料噴射弁９１から燃焼室１５内に直接噴射される。

サプライポンプ９３は、吐出量を変更することができるように構成されており、サプライポンプ９３の吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。サプライポンプ９３の吐出量を制御することで、デリバリパイプ９２内の燃料圧力、すなわち燃料噴射弁９１の噴射圧が制御される。

吸気装置１００は、燃焼室１５内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１５内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、外部ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置１００は、吸気通路１０１と、吸気マニホールド１０２と、ＥＧＲ通路１０３と、を備える。

吸気通路１０１は、一端がエアクリーナ１０４に接続され、他端が吸気マニホールド１０２の吸気コレクタ１０２ａに接続される。吸気通路１０１には、上流から順にエアフローメータ２１１、排気ターボチャージャ１４０のコンプレッサ１４１、インタクーラ１０５及びスロットル弁１０６が設けられる。

エアフローメータ２１１は、吸気通路１０１内を流れて最終的に各気筒１２内に吸入される空気の流量（以下「吸気量」という。）を検出する。

コンプレッサ１４１は、コンプレッサハウジング１４１ａと、コンプレッサハウジング１４１ａ内に配置されたコンプレッサホイール１４１ｂと、を備える。コンプレッサホイール１４１ｂは、同軸上に取り付けられた排気ターボチャージャ１４０のタービンホイール１４２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング１４１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。

インタクーラ１０５は、コンプレッサ１４１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

スロットル弁１０６は、吸気通路１０１の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド１０２に導入する吸気量を調整する。スロットル弁１０６は、スロットルアクチュエータ１０６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１２によってその開度（スロットル開度）が検出される。

吸気マニホールド１０２は、機関本体１１に形成された吸気ポート１７に接続されており、吸気通路１０１から流入してきた吸気を、吸気ポート１７を介して各気筒１２に均等に分配する。吸気マニホールド１０２の吸気コレクタ１０２ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１３と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１４と、が設けられる。

ＥＧＲ通路１０３は、排気マニホールド１１１と吸気マニホールド１０２の吸気コレクタ１０２ａとを連通し、各気筒１２から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ１０２ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路１０３に流入した排気のことを「外部ＥＧＲガス」という。外部ＥＧＲガスを吸気コレクタ１０２ａ、ひいては各気筒１２に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路１０３には、上流から順にＥＧＲクーラ１０７と、ＥＧＲ弁１０８と、が設けられる。

ＥＧＲクーラ１０７は、外部ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。

ＥＧＲ弁１０８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁１０８の開度を制御することで、吸気コレクタ１０２ａに還流させる外部ＥＧＲガスの流量が調節される。

排気装置１１０は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド１１１と、排気通路１１２と、排気後処理装置１１３と、排気バイパス通路１１４と、を備える。

排気マニホールド１１１は、機関本体１１に形成された排気ポート１８に接続されており、各気筒１２から排出された排気を纏めて排気通路１１２に導入する。

排気通路１１２には、上流から順に排気ターボチャージャ１４０のタービン１４２と、排気後処理装置１１３と、が設けられる。

タービン１４２は、タービンハウジング１４２ａと、タービンハウジング１４２ａ内に配置されたタービンホイール１４２ｂと、を備える。タービンホイール１４２ｂは、タービンハウジング１４２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール１４１ｂを駆動する。

排気後処理装置１１３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。

排気バイパス通路１１４は、タービン１４２を迂回するように、一端がタービン１４２よりも上流側の排気通路１１２に接続され、他端がタービン１４２よりも下流側の排気通路１１２に接続される通路である。

排気バイパス通路１１４には、ウェストゲートアクチュエータ（図示せず）によって駆動されて、排気バイパス通路１１４の通路断面積を連続的又は段階的に調節することができるウェストゲートバルブ１１５が設けられる。ウェストゲートバルブ１１５が開かれると、タービン１４２よりも上流側の排気通路１１２を流れてきた排気の一部又は全部が排気バイパス通路１１４へと流入し、タービン１４２を迂回して外気へと排出される。そのため、ウェストゲートバルブ１１５の開度（以下「ウェストゲート開度」という。）を調節することで、タービン１４２に流入する排気の流量を調節し、タービン１４２の回転速度を制御することができる。すなわち、ウェストゲート開度を調節することで、コンプレッサ１４１によって圧縮される空気の圧力（過給圧）を制御することができる。

吸気動弁装置１２０は、各気筒１２の吸気弁１２１を開閉駆動するための装置であって、機関本体１１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置１２０は、各気筒１２の吸気弁１２１を吸気行程中に開弁させることができるように構成される。

排気動弁装置１３０は、各気筒１２の排気弁１３１を開閉駆動するための装置であって、機関本体１１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置１３０は、各気筒１２の排気弁１３１を排気行程中に開弁させると共に、必要に応じて吸気行程中にも開弁させることができるように構成される。

図１に戻り、動力分割機構２０は、内燃機関１０の動力を、車輪駆動軸３を回転させるための動力と、第１回転電機３０を回生駆動させるための動力と、の２系統に分割するための遊星歯車であって、サンギヤ２１と、リングギヤ２２と、ピニオンギヤ２３と、プラネタリキャリア２４と、を備える。

サンギヤ２１は外歯歯車であり、動力分割機構２０の中央に配置される。サンギヤ２１は、第１回転電機３０の回転軸３３と連結されている。

リングギヤ２２は内歯歯車であり、サンギヤ２１と同心円上となるように、サンギヤ２１の周囲に配置される。リングギヤ２２は、第２回転電機４０の回転軸３３と連結される。また、リングギヤ２２には、車輪駆動軸３に対して最終減速装置２を介してリングギヤ２２の回転を伝達するためのドライブギヤ４が一体化されて取り付けられている。

ピニオンギヤ２３は外歯歯車であり、サンギヤ２１及びリングギヤ２２と噛み合うように、サンギヤ２１とリングギヤ２２との間に複数個配置される。

プラネタリキャリア２４は、内燃機関１０の出力軸１３に連結されており、出力軸１３を中心にして回転する。またプラネタリキャリア２４は、プラネタリキャリア２４が回転したときに、各ピニオンギヤ２３が個々に回転（自転）しながらサンギヤ２１の周囲を回転（公転）することができるように、各ピニオンギヤ２３にも連結されている。

第１回転電機３０は、例えば三相の交流同期型のモータジュネレータであり、サンギヤ２１に連結された回転軸３３の外周に取り付けられて複数の永久磁石が外周部に埋設されたロータ３１と、回転磁界を発生させる励磁コイルが巻き付けられたステータ３２と、を備える。第１回転電機３０は、バッテリ５０からの電力供給を受けて力行駆動する電動機としての機能と、内燃機関１０の動力を受けて回生駆動する発電機としての機能と、を有する。

本実施形態では、第１回転電機３０は主に発電機として使用される。そして、例えば内燃機関１０の始動時に出力軸１３を回転させてクランキングを行うときなど、必要に応じて電動機として使用される。

第２回転電機４０は、例えば三相の交流同期型のモータジュネレータであり、リングギヤ２２に連結された回転軸４３の外周に取り付けられて複数の永久磁石が外周部に埋設されたロータ４１と、回転磁界を発生させる励磁コイルが巻き付けられたステータ４２と、を備える。第２回転電機４０は、バッテリ５０からの電力供給を受けて力行駆動する電動機としての機能と、車両の減速時などに車輪駆動軸３からの動力を受けて回生駆動する発電機としての機能と、を有する。

バッテリ５０は、例えばニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池などの充放電可能な二次電池である。本実施形態では、バッテリ５０として、定格電圧が２００Ｖ程度のリチウムイオン二次電池を使用している。バッテリ５０は、バッテリ５０の充電電力を第１回転電機３０及び第２回転電機４０に供給してそれらを力行駆動することができるように、また、第１回転電機３０及び第２回転電機４０の発電電力をバッテリ５０に充電できるように、昇圧コンバータ６０等を介して第１回転電機３０及び第２回転電機４０に電気的に接続される。

昇圧コンバータ６０は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて一次側端子の端子間電圧を昇圧して二次側端子から出力し、逆に電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて二次側端子の端子間電圧を降圧して一次側端子から出力することが可能な電気回路を備える。昇圧コンバータ６０の一次側端子はバッテリ５０の出力端子に接続され、二次側端子は第１インバータ７０及び第２インバータ８０の直流側端子に接続される。

第１インバータ７０及び第２インバータ８０は、電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて直流側端子から入力された直流電流を交流電流（本実施形態では三相交流電流）に変換して交流側端子から出力し、逆に電子制御ユニット２００からの制御信号に基づいて交流側端子から入力された交流電流を直流電流に変換して直流側端子から出力することが可能な電気回路をそれぞれ備える。第１インバータ７０の直流側端子は昇圧コンバータ６０の二次側端子に接続され、第１インバータ７０の交流側端子は第１回転電機３０の入出力端子に接続される。第２インバータ８０の直流側端子は昇圧コンバータ６０の二次側端子に接続され、第２インバータ８０の交流側端子は第２回転電機４０の入出力端子に接続される。

電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。

入力ポート２０５には、前述したエアフローメータ２１１などの出力信号の他、バッテリ充電量を検出するためのＳＯＣセンサ２１５、機関本体１１を冷却するための冷却水の温度（以下「冷却水温」という。）を検出するための水温センサ２１６などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、アクセルペダル２２０の踏み込み量Ｌに比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度Ｎなどを算出するための信号として、機関本体１１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、車両１を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。

出力ポート２０６には、対応する駆動回路２０８を介して点火プラグ１４や燃料噴射弁９１などの各制御部品が電気的に接続される。

電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を駆動して車両１を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力する。以下、電子制御ユニット２００が実施する車両１の制御について説明する。

電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量に基づいて、車両１の走行モードを設定する。具体的には、電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量が所定のモード切替充電量（例えば満充電量の２５％）よりも大きいときは、車両１の走行モードをＥＶ（Electric Vehicle）モードに設定する。ＥＶモードは、ＣＤ（Charge Depleting；充電消耗）モードと称される場合もある。

車両１の走行モードがＥＶモードに設定されているときは、電子制御ユニット２００は、基本的に内燃機関１０を停止させた状態でバッテリ５０の充電電力を使用して第２回転電機４０を力行駆動させ、第２回転電機４０の動力のみにより車輪駆動軸３を回転させる。そして電子制御ユニット２００は、所定の機関始動条件が成立しているときには例外的に内燃機関１０を運転させ、内燃機関１０及び第２回転電機４０の双方の動力で車輪駆動軸３を回転させる。

ＥＶモード中における機関始動条件は、車両１の走行性能確保や部品保護の観点から設定されるもので、例えば車速が所定車速以上になっているときや、アクセル踏込量が増大してアクセル踏込量及び車速に基づいて設定される車両要求出力が所定出力以上になっているとき（急加速要求時）、バッテリ温度が所定温度（例えば−１０℃）以下になっているときなどが挙げられる。

このようにＥＶモードは、バッテリ５０の充電電力を優先的に利用して第２回転電機４０を力行駆動させ、少なくとも第２回転電機４０の動力を車輪駆動軸３に伝達して車両１を走行させるモードである。そして、このＥＶモード中においては、車両の走行状態に応じて内燃機関１０の再始動や一時停止が繰り返されることになる。

一方で電子制御ユニット２００は、バッテリ充電量がモード切替充電量以下のときは、車両１の走行モードをＨＶ（Hybrid Vehicle）モードに設定する。ＨＶモードは、ＣＳ（Charge Sustaining；充電維持）モードと称される場合もある。

車両１の走行モードがＨＶモードに設定されているときは、電子制御ユニット２００は、内燃機関１０の動力を動力分割機構２０によって２系統に分割し、分割した内燃機関１０の一方の動力を車輪駆動軸３に伝達すると共に、他方の動力によって第１回転電機３０を回生駆動する。そして、基本的に第１回転電機３０の発電電力によって第２回転電機４０を力行駆動し、内燃機関１０の一方の動力に加えて第２回転電機４０の動力を車輪駆動軸３に伝達する。例外的に、例えばアクセル踏込量が増大して車両要求出力が所定出力以上になっているときなどは、車両１の走行性能確保のために第１回転電機３０の発電電力とバッテリ５０の充電電力によって第２回転電機４０を力行駆動し、内燃機関１０及び第２回転電機４０の双方の動力を車輪駆動軸３に伝達する。

このようにＨＶモードは、内燃機関１０を運転させると共に第１回転電機３０の発電電力を優先的に利用して第２回転電機４０を力行駆動させ、内燃機関１０及び第２回転電機４０の双方の動力を車輪駆動軸３に伝達して車両１を走行させるモードである。

また電子制御ユニット２００は、各走行モードにおいて内燃機関１０を運転させるときは、機関運転状態（機関回転速度及び機関負荷）に基づいて、内燃機関１０の運転モードを火花点火運転モード（以下「ＳＩ運転モード」という。）、又は圧縮自着火運転モード（以下「ＣＩ運転モード」という。）のいずれかに切り替える。

具体的には電子制御ユニット２００は、機関運転状態が図４に実線で囲まれた圧縮自着火運転領域（以下「ＣＩ運転領域」という。）内にあれば、運転モードをＣＩ運転モードに切り替え、ＣＩ運転領域以外の火花点火運転領域（以下「ＳＩ運転領域」という。）内にあれば、運転モードをＳＩ運転モードに切り替える。そして電子制御ユニット２００は、各運転モードに応じた内燃機関１０の制御を実施する。

電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、基本的に吸気行程に燃料を噴射することで燃焼室１５内に理論空燃比又は理論空燃比近傍の均質な予混合気を形成して点火プラグ１４による点火を行い、その予混合気を火炎伝播燃焼させて内燃機関１０の運転を行う。すなわち電子制御ユニット２００は、運転モードがＳＩ運転モードのときには、燃焼室１５内に均一に拡散された燃料を点火プラグ１４によって点火して火炎伝播燃焼させる均質燃焼を実施する。

また電子制御ユニット２００は、運転モードがＣＩ運転モードのときには、基本的に圧縮行程に燃料を噴射して燃焼室１５内に理論空燃比よりもリーンな空燃比（例えば３０〜４０程度）の予混合気を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させて内燃機関１０の運転を行う。

予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて空燃比をリーンにしても実施でき、また圧縮比を高くしても実施できる。そのため、予混合圧縮自着火燃焼を実施することで、燃費を向上させることができると共に、熱効率を向上させることができる。また、予混合圧縮自着火燃焼は、火炎伝播燃焼と比べて燃焼温度が低くなるため、ＮＯｘの発生を抑制することができる。さらに燃料の周りには十分な酸素が存在するため、未燃ＨＣの発生も抑制することができる。

なお本実施形態では、図４に示すように、ＣＩ運転領域内の高負荷側の運転領域（外部ＥＧＲ導入領域）では、筒内温度が高くなり過ぎて自着火時期が目標自着火時期よりも進角してしまうのを抑制するために、ＥＧＲクーラ１０７で冷却された外部ＥＧＲガスを導入するようにしている。

ここで本実施形態のようなハイブリッド車両においては、ＥＶモード中に外部ＥＧＲ導入領域で予混合気を圧縮自着火燃焼させて内燃機関１０の運転を行っている状態（以下「外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態」という。）から内燃機関１０が一時的に停止され、その後に内燃機関１０が再始動される場合がある。

この内燃機関１０の一時停止時、及び再始動時において、内燃機関１０の出力トルク（以下「機関出力トルク」という。）をステップ的に変化させるとトルク変動に起因するショックが発生するため、連続的に変化させることが望ましい。すなわち、内燃機関１０の一時停止時には連続的に機関出力トルクを低下させ、再始動時には連続的に機関出力トルクを増加させることが望ましい。予混合圧縮自着火燃焼を実施しつつ、機関出力トルクを連続的に増減させる方法としては、例えば燃料噴射量を徐々に増加又は減少させる方法が考えられる。しかしながら予混合圧縮自着火燃焼は、基本的に機関負荷が低負荷になるほど、すなわち燃料噴射量が少なくなるほど成立しにくくなる。

特に外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態から内燃機関１０を一時的に停止させる場合には、仮に内燃機関１０の一時停止要求あったときにＥＧＲ弁を全閉にしたとしても、ＥＧＲ弁１０８よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側のＥＧＲ通路１０３や吸気マニホールド１０２に残留している外部ＥＧＲガス（以下「残留ＥＧＲガス」という。）が、内燃機関１０の一時停止時に各気筒１２に導入されることになる。また、再始動時においても、残留ＥＧＲガスがＥＧＲ通路１０３に残っている可能性があり、残留ＥＧＲガスが各気筒１２に導入されるおそれがある。

そのため、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止時、及び再始動時において、予混合圧縮自着火燃焼を実施して機関出力トルクを連続的に増減させようとすると、特に燃焼が不安定になって失火するおそれがある。その結果、トルク変動によるショックが発生したり、排気エミッションが悪化したりするおそれがある。

そこでこのような失火を回避するために、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止時、及び再始動時において、運転モードを比較的燃焼安定性の高いＳＩ運転モードに切り替えることも考えられる。しかしながら、運転モードをＳＩ運転モードに切り替えたとしても、内燃機関１０の一時停止時や再始動時に残留ＥＧＲガスが各気筒１２に導入されると、残留ＥＧＲガスによって予混合気の均質化が図れずに、例えば火炎伝播が途切れたりして失火するおそれがある。

そこで本実施形態では、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止時、及び再始動時においては、残留ＥＧＲガスの排出を行いつつ、運転モードをスプレーガイド火花点火運転モード（以下「ＳＧＳＩ運転モード」という。）に切り替えることとした。

ＳＧＳＩ運転モードは、いわゆるスプレーガイドによって点火プラグ１４の電極部１４ａの近傍に成層混合気を形成し、その成層混合気を火炎伝播燃焼させる成層燃焼（以下「スプレーガイド成層燃焼」という。）を実施して、内燃機関１０の運転を行う運転モードである。

スプレーガイドとは、キャビティや吸気のガス流動を利用せずに、点火プラグ１４の電極部１４ａが燃料噴射弁９１の燃料噴射領域Ｒ内又は燃料噴射領域Ｒの近傍に位置するように点火プラグ１４を配置して、点火プラグ１４の電極部１４ａの近傍の空間に向けて直接燃料を噴射することで、燃料が燃焼室１５全体に拡散する前に一時的に点火プラグ１４の電極部１４ａの近傍に形成される可燃層によって成層混合気を形成する方法である。

このようにスプレーガイド成層燃焼は、燃料が燃焼室１５全体に拡散する前に一時的に点火プラグ１４の電極部１４ａの近傍に形成されている可燃層（成層混合気）に対して点火することで成層燃焼を行うものである。

したがってスプレーガイド成層燃焼を実施することで、各気筒１２内に多量の外部ＥＧＲガスが導入されて、予混合気の均質化が図れずに火炎伝播燃焼が不安定となる状況下においても、点火プラグ１４の電極部１４ａの近傍に部分的に形成される可燃層に対して点火が行われるため、燃焼の安定性を図ることができる。そのため、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止時、及び再始動時において、仮に残留ＥＧＲガスが各気筒１２内に導入されたとしても、失火の発生を抑制することができる。

またスプレーガイドによって、燃焼室１５内の中央部に可燃層を有し、気筒１２の内壁面の周りに空気層を有する成層混合気を形成することができる。そのため、気筒１２の内壁面の周りには、基本的に未燃混合気が存在していないので、点火プラグ１４による点火後の火炎伝播中に、気筒１２の内壁面の周りに存在する未燃混合気（エンドガス）がピストン１６や気筒１２の内壁面に押し付けられて、そのエンドガスが自着火を起こすノッキング発生も抑制することができる。

以下、この外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止制御、及び再始動制御について、図５のタイムチャートを参照して説明する。

時刻ｔ１で内燃機関１０の一時停止要求が生じて、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態から内燃機関１０の一時停止を行うときは、運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えた上で燃料噴射量を徐々にゼロまで減少させて内燃機関１０を停止させる。またＥＧＲ弁１０８を全閉にすると共に、機関回転速度を所定の回転速度に維持して残留ＥＧＲガスの排出を行ってから機関回転速度をゼロまで低下させる。

なお時刻ｔ１で運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えた後は、燃料噴射量が徐々にゼロまで減少させられるため、それに伴って機関出力トルクも低下し、通常であれば機関回転速度も低下していくことになる。そこで本実施形態では、時刻ｔ１以降は、機関出力トルクの低下を第１回転電機３０を力行駆動することによって補って機関回転速度を所定の回転速度に維持して残留ＥＧＲガスを排出しつつ、時刻ｔ２で機関回転速度をゼロまで低下させている。

次に時刻ｔ３で内燃機関１０の再始動要求が生じると、まず第１回転電機３０を力行駆動することによって機関回転速度を所定の回転速度まで上昇させる。

そして時刻ｔ４で機関回転速度が所定の回転速度まで上昇したら、ＳＧＳＩ運転モードで内燃機関１０の運転を開始して、燃料噴射量を徐々にゼロから増加させていく。これに伴って時刻ｔ３以降は機関出力トルクが徐々に増加していくため、時刻ｔ４以降は機関回転速度が所定の回転速度に維持されるように、第１回転電機の回転速度を徐々に低下させ、時刻ｔ５で第１回転電機の回転速度をゼロまで低下させている。

なお図５に示すように本実施形態では、内燃機関１０の一時停止要求があった後の時刻ｔ１から時刻ｔ２までの期間Ｌ１と、内燃機関１０の再始動要求があった後の時刻ｔ３から時刻ｔ４までの期間Ｌ２と、を合計した期間を残留ＥＧＲガスの排出期間Ｌとしている。

内燃機関１０は、クランクシャフトが２回転すると排気量（気筒数Ｎｃｙｌ×気筒あたりの行程容積Ｖｃｙｌ）分の排気が排気通路１１２に排出されることになる。そこで本実施形態では、ＥＧＲ弁１０８よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側のＥＧＲ通路１０３及び吸気マニホールド１０２の容積をＶｉｎとし、期間Ｌ１の間の機関総回転回数をＮＬ１とし、期間Ｌ２の間の機関総回転回数をＮＬ２とすると、以下の（１）式が成立するように、期間Ｌ１及び期間Ｌ２を設定するようにしている。

Ｖｉｎ＜（ＮＬ１＋ＮＬ２）／２×（Ｎｃｙｌ×Ｖｃｙｌ） …（１）

すなわち本実施形態では、残留ＥＧＲガスの排出期間Ｌの間に、少なくともＥＧＲ弁１０８よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側のＥＧＲ通路１０３及び吸気マニホールド１０２の容積Ｖｉｎ分の排気が各気筒１２を経由して排気通路１１２に排出されるように、期間Ｌ１及び期間Ｌ２を設定するようにしている。

また本実施形態では、図６に示すように、内燃機関１０を一時停止させるときのＳＧＳＩ運転モードにおける点火時期に対して、内燃機関１０を再始動させるときのＳＧＳＩ運転モードにおける点火時期を全体的に進角させるようにしている。この点について図７を参照して説明する。

図７は、点火時期と吸気中の二酸化炭素濃度とに応じた内燃機関１０の運転可能領域を示した図である。

図７に示すように、内燃機関１０を一時停止させる場合など、吸気中の二酸化炭素濃度が高いとき、すなわち吸気中に多量の外部ＥＧＲガスが含まれているときは、ノッキングが発生しにくくなるので、点火時期を比較的進角側に設定できる。しかしながら、運転可能領域は狭く、遅角側に設定してしまうと燃焼悪化や失火を招くおそれがある。

一方で内燃機関１０を再始動させる場合など、吸気中の二酸化炭素濃度が低いとき、すなわち吸気中に外部ＥＧＲガスがほとんど含まれていないときは、運転可能領域は拡大するものの、ノッキングが発生しやすくなるので、吸気中の二酸化炭素濃度が高いときよりも点火時期を遅角側に設定する必要がある。

そこで本実施形態では、内燃機関１０を一時停止させるときのＳＧＳＩ運転モードにおける点火時期に関しては、燃焼悪化や失火の発生を抑制するために、進角側の時期に設定している。そして内燃機関１０を再始動させるときのＳＧＳＩ運転モードにおける点火時期に関しては、ノッキングの発生を抑制するために、内燃機関１０を一時停止させるときのＳＧＳＩ運転モードにおける点火時期よりも遅角側の時期に設定している。

図８は、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止制御、及び再始動制御制御について説明するフローチャートである。

ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止要求があるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止要求があればステップＳ２の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、外部ＥＧＲ導入ＣＩ運転状態からの内燃機関１０の一時停止要求がなければ今回の処理を終了する。

ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、ＥＧＲ弁１０８を全閉にする。

ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、運転モードをＳＧＳＩ運転モードに切り替えて燃料噴射量を徐々にゼロまで減少させる。また電子制御ユニット２００は、機関回転速度が所定の回転速度に維持されるように第１回転電機を力行駆動させ、内燃機関１０の一時停止要求があってから期間Ｌ１が経過したときに第１回転電機３０の回転速度がゼロとなるように、また期間Ｌ１の間の機関総回転回数がＮＬ１となるように、第１回転電機を制御する。

ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１０の再始動要求があるか否かを判定する。電子制御ユニット２００は、内燃機関１０の再始動要求があればステップＳ５の処理に進む。一方で電子制御ユニット２００は、内燃機関１０の再始動要求がなければ、所定時間の経過後、再度内燃機関１０の再始動要求があるか否かを判定する。

ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、内燃機関１０の再始動要求があってから期間Ｌ２が経過したときに機関回転速度が所定回転速度となるように、また期間Ｌ２の間の機関総回転回数がＮＬ２となるように、第１回転電機３０を制御する。そして電子制御ユニット２００は、第１回転電機３０によって機関回転速度が所定回転速度まで上昇させた後、ＳＧＳＩ運転モードで内燃機関１０の運転を開始して、燃料噴射量を徐々にゼロから増加させる。このとき電子制御ユニット２００は、機関回転速度が所定の回転速度に維持されるように、機関出力トルクの増加にあわせて第１回転電機３０の回転速度が低下するように、第１回転電機３０を制御する。

以上説明した本実施形態によれば、内燃機関１０の燃焼室１５に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁９１と、燃料噴射弁９１から噴射された燃料の燃料噴射経路Ｒ内又は燃料噴射経路Ｒ近傍に電極部１４ａが配置された点火プラグ１４と、燃焼室１５から排出された排気を、ＥＧＲ通路１０３（排気還流通路）を介して吸気マニホールド１０２に還流させることができるように構成された吸気装置１００と、内燃機関１０のクランクシャフトを回転させることが可能な第１回転電機３０（回転電機）と、を備える車両１を制御する電子制御ユニット２００（制御装置）が、以下のように構成されている。

すなわち本実施形態による電子制御ユニット２００は、排気還流を実施して予混合圧縮自着火燃焼を行っている状態から内燃機関１０を停止するときは、燃料噴射経路Ｒ上の燃料を点火プラグ１４によって点火して火炎伝播燃焼させるスプレーガイド成層燃焼を実施して燃料噴射量を連続的にゼロまで減少させると共に、第１回転電機３０によってクランクシャフトを回転させてＥＧＲ通路１０３に残留した排気を排出する機関停止制御を実施するように構成されている。

また電子制御ユニット２００は、機関停止制御部によって内燃機関１０を停止した後に内燃機関１０を再始動するときは、第１回転電機３０によってクランクシャフトを回転させて機関回転速度を高くしてから、スプレーガイド成層燃焼を実施して燃料噴射量を連続的にゼロから増加させる機関再始動制御を実施するように構成されている。

さらに電子制御ユニット２００は、機関停止制御中に実施されるスプレーガイド成層燃焼の点火時期を、機関再始動制御中に実施されるスプレーガイド成層燃焼の点火時期よりも進角側に設定するように構成されている。

このように排気還流を実施して予混合圧縮自着火燃焼を行っている状態から内燃機関１０を停止するときてスプレーガイド成層燃焼を実施することで、ＥＧＲ通路１０３内の残留ＥＧＲガスが各気筒１２内に導入されて予混合気の均質化が図れずに火炎伝播燃焼が不安定となる状況下においても、点火プラグ１４の電極部１４ａの近傍に部分的に形成される可燃層に対して点火が行われるため、燃焼の安定性を図ることができる。そのため、失火の発生を抑制して、トルク変動によるショックの発生、及び排気エミッションの悪化を抑制することができる。

また、機関停止制御中に実施されるスプレーガイド成層燃焼の点火時期を、機関再始動制御中に実施されるスプレーガイド成層燃焼の点火時期よりも進角側に設定することで、機関停止制御中においては、燃焼悪化や失火の発生を抑制することができる。また機関再始動制御中においては、ノッキングの発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。

例えば上記の実施形態では、内燃機関１０の一時停止要求があったときは、ＥＧＲ弁１０８を全閉にしていた。しかしながら、例えば図９のタイムチャートに示すように、内燃機関１０の再始動後に速やかに外部ＥＧＲガスを導入することを目的として、またＥＧＲ率の予測精度向上を目的として、ＥＧＲ弁１０８を開いたままにしておくことも考えられる。

このような場合には、残留ＥＧＲガスが、ＥＧＲ弁１０８よりもＥＧＲガスの流れ方向下流側のＥＧＲ通路１０３及び吸気マニホールド１０２だけでなく、排気マニホールド１１１やＥＧＲ弁１０８よりもＥＧＲガスの流れ方上流側のＥＧＲ通路１０３にも存在している可能性がある。そのため、前述した（１）式でで、全ての残留ＥＧＲガスを排出できないおそれがある。

したがって、このような場合には、排気マニホールド１１１及びＥＧＲ弁１０８よりもＥＧＲガスの流れ方上流側のＥＧＲ通路１０３の容積をＶｅｘとすると、以下の（２）式が成立するように、期間Ｌ１及び期間Ｌ２を設定することで、全ての残留ＥＧＲガスの排出を行うことができる。
Ｖｉｎ＋Ｖｅｘ＜（ＮＬ１＋ＮＬ２）／２×（Ｎｃｙｌ×Ｖｃｙｌ） …（２）

１０ 内燃機関
３０ 第１回転電機（回転電機）
９１ 燃料噴射弁
１００ 吸気装置
１０３ ＥＧＲ通路（排気還流通路）
２００ 電子制御ユニット（制御装置）

Claims (1)

1. 内燃機関の燃焼室に直接燃料を噴射するための燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁から噴射された燃料の燃料噴射経路内又は燃料噴射経路近傍に電極部が配置された点火プラグと、
   前記燃焼室から排出された排気を、排気還流通路を介して前記内燃機関の吸気側に還流させることができるように構成された吸気装置と、
   前記内燃機関のクランクシャフトを回転させることが可能な回転電機と、
   を備える車両を制御するための車両の制御装置であって、
   排気還流を実施して予混合圧縮自着火燃焼を行っている状態から前記内燃機関を停止するときは、前記燃料噴射経路上の燃料を前記点火プラグによって点火して火炎伝播燃焼させるスプレーガイド成層燃焼を実施して燃料噴射量を連続的にゼロまで減少させると共に、前記回転電機によってクランクシャフトを回転させて前記排気還流通路に残留した排気を排出する機関停止制御を実施し、
   前記機関停止制御によって前記内燃機関を停止した後に再始動するときは、前記回転電機によってクランクシャフトを回転させて機関回転速度を高くしてから、スプレーガイド成層燃焼を実施して燃料噴射量を連続的にゼロから増加させる機関再始動制御を実施し、
   前記機関停止制御中に実施される前記スプレーガイド成層燃焼の点火時期を、前記機関再始動制御中に実施される前記スプレーガイド成層燃焼の点火時期よりも進角側に設定するように構成された、
   車両の制御装置。

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