JP7131479B2 - ハイブリッド車両および、その制御方法 - Google Patents

Description

本開示は、ハイブリッド車両および、その制御方法に関し、より特定的には、過給機を備えたハイブリッド車両および、その制御方法に関する。

近年、過給機付き内燃機関の導入が進んでいる。過給機により低回転域でのトルクを高めることで、同等のパワーを維持しながら排気量を下げ、車両の燃費を向上させることができる。たとえば特開２０１５－５８９２４号公報（特許文献１）に開示されたハイブリッド車両は、ターボ式過給機付きの内燃機関と、モータジェネレータとを備える。

特開２０１５－５８９２４号公報

ハイブリッド車両の中には、シリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射装置が内燃機関に設けられたものある。このような筒内噴射式の燃料噴射装置と過給機とを含む内燃機関を備えたハイブリッド車両において内燃機関の負荷が高負荷から低負荷へと急減した場合（車両の急減速時など）には、シリンダへの吸気量が急減するとともに目標燃圧が急減する。しかし、目標燃圧が急減しても、実際の燃圧は燃料を噴射しなければ下がらない。

燃料噴射量には、その精度を確保可能な最小噴射量が存在する。実際の燃圧が目標燃料へと低下するまでの期間中は、燃料の要求噴射量を最小噴射量に設定した状態で燃料が噴射される。つまり、この期間中は、最適な噴射量（理想空燃比となる噴射量）に対して燃料噴射量が過剰となり、空燃比がオーバーリッチとなってしまう。その結果、エミッションの悪化または失火を引き起こす可能性がある。

過給機を含む内燃機関を備えたハイブリッド車両では、過給機を含まない内燃機関を備えたハイブリッド車両と比べて、内燃機関が高負荷で運転される期間が長かったりその頻度が高かったりするため、この課題が特に顕著になり得る。

本開示は、かかる課題を解決するためになされたものであり、本開示の目的は、過給機を備えたハイブリッド車両において、空燃比のオーバーリッチを抑制することである。

（１）本開示のある局面に従うハイブリッド車両は、筒内噴射式の燃料噴射装置と過給機とを含む内燃機関と、内燃機関の出力トルクを用いて発電可能に構成された回転電機と、内燃機関および回転電機を制御するように構成された制御装置とを備える。制御装置は、過給機の過給時に内燃機関の吸気量が減少し、かつ燃料噴射装置の燃圧が低下する場合に、燃料噴射装置の噴射量が最小噴射量である期間中の吸気量の減少を抑制し、吸気量の減少抑制に伴い内燃機関の出力トルクに余剰が生じたときには当該余剰トルクを回転電機の発電動作によって吸収する。

（２）制御装置は、吸気量の減少速度の上限である上限減少速度を設定することによって、期間中の前記吸気量の減少を抑制する。

（３）制御装置は、吸気量の下限である下限吸気量を設定することによって、上記期間を所定期間よりも短くする。

（４）制御装置は、過給機の制御により、吸気量の減少を抑制する。
（５）内燃機関は、内燃機関の吸気通路から導入される空気の流量を調整可能に構成されたスロットル弁をさらに含む。制御装置は、スロットル弁の制御により、吸気量の減少を抑制する。

（６）内燃機関は、内燃機関のバルブタイミングを調整するように構成された可変バルブタイミング装置をさらに含む。制御装置は、可変バルブタイミング装置の制御により、吸気量の減少を抑制する。

（７）内燃機関は、内燃機関のバルブタイミングを調整するように構成された可変バルブタイミング装置をさらに含む。制御装置は、余剰トルクが発生する場合、内燃機関の点火時期がＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）よりも進角または遅角するように可変バルブタイミング装置を制御することにより、余剰トルクを減少させる。

上記（１）～（７）においては、過給機の過給時にハイブリッド車両が急減速するなどして吸気量が急減する場合に、吸気量の減少が抑制される。これにより、吸気量減少に伴う燃料噴射装置の目標燃圧の低下幅が小さくなり、燃圧が目標燃料まで早期に低下するようになる（詳細は後述）。その結果、燃料噴射量が過剰となって空燃比がオーバーリッチとなる期間を短縮可能である。よって、上記（１）～（７）によれば、空燃比のオーバーリッチを抑制することができる。

（８）本開示の他の局面に従うハイブリッド車両の制御方法において、ハイブリッド車両は、筒内噴射式の燃料噴射装置と過給機とを含む内燃機関と、内燃機関の出力トルクを用いて発電可能に構成された回転電機とを備える。ハイブリッド車両の制御方法は、過給機の過給時に内燃機関の吸気量が減少し、かつ燃料噴射装置の燃圧が低下する場合に、燃料噴射装置の噴射量が最小噴射量である期間中の吸気量の減少を抑制するステップと、吸気量の減少抑制に伴い内燃機関の出力トルクに余剰が生じた場合には、当該余剰トルクを回転電機の発電動作により吸収するステップとを含む。

上記（８）の方法によれば、上記（１）の構成と同様に、空燃比のオーバーリッチを抑制することができる。

本開示によれば、過給機を備えたハイブリッド車両において、空燃比のオーバーリッチを抑制することができる。

本開示の実施の形態に従うハイブリッド車両の全体構成図である。 本実施の形態におけるエンジンの吸排気系の構成例を示す図である。 本実施の形態におけるハイブリッド車両の制御系の構成例を示す図である。 燃圧と最小噴射量との間の関係を説明するための図である。 比較例における目標吸気量および燃圧の変化の一例を示すタイムチャートである。 本実施の形態における目標吸気量制御を説明するためのタイムチャートである。 本実施の形態における目標吸気量制御を説明するためのフローチャートである。

以下、本実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

［実施の形態］
＜ハイブリッド車両の構成＞
図１は、本開示の実施の形態に従うハイブリッド車両の全体構成図である。図１を参照して、車両１は、ハイブリッド車両であって、エンジン１０と、第１モータジェネレータ２１と、第２モータジェネレータ２２と、遊星歯車機構３０と、駆動装置４０と、駆動輪５０と、電力制御ユニット（ＰＣＵ：Power Control Unit）６０と、バッテリ７０と、電子制御ユニット（ＥＣＵ：Electronic Control Unit）１００とを備える。

エンジン１０は、ガソリンエンジン等の内燃機関である。エンジン１０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、車両１が走行するための動力を発生する。エンジン１０の構成については図２にて詳細に説明する。

第１モータジェネレータ２１および第２モータジェネレータ２２の各々は、永久磁石式同期モータまたは誘導モータである。第１モータジェネレータ２１および第２モータジェネレータ２２は、ロータ軸２１１，２２１をそれぞれ有する。

第１モータジェネレータ２１は、エンジン１０を始動する際にバッテリ７０の電力を用いてエンジン１０のクランクシャフト（図示せず）を回転させる。また、第１モータジェネレータ２１は、エンジン１０の動力を用いて発電することも可能である。第１モータジェネレータ２１によって発電された交流電力は、ＰＣＵ６０により直流電力に変換されてバッテリ７０に充電される。また、第１モータジェネレータ２１によって発電された交流電力は、第２モータジェネレータ２２に供給される場合もある。

第２モータジェネレータ２２は、バッテリ７０からの電力および第１モータジェネレータ２１により発電された電力の少なくとも一方を用いてドライブシャフト４６，４７（後述）を回転させる。また、第２モータジェネレータ２２は、回生制動によって発電することも可能である。第２モータジェネレータ２２によって発電された交流電力は、ＰＣＵ６０により直流電力に変換されてバッテリ７０に充電される。なお、第２モータジェネレータ２２は、本開示に係る「回転電機」に相当する。

遊星歯車機構３０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構であり、エンジン１０の出力軸１０１と同一の軸線Ｃｎｔ上に配置されている。遊星歯車機構３０は、エンジン１０が出力するトルクを第１モータジェネレータ２１と出力ギヤ３１とに分割して伝達する。遊星歯車機構３０は、サンギヤＳと、リングギヤＲと、ピニオンギヤＰと、キャリヤＣとを含む。

リングギヤＲは、サンギヤＳと同軸に配置されている。ピニオンギヤＰは、サンギヤＳおよびリングギヤＲに噛み合う。キャリヤＣは、ピニオンギヤＰを自転および公転可能に保持する。エンジン１０および第１モータジェネレータ２１の各々は遊星歯車機構３０を介して駆動輪５０に機械的に連結されている。エンジン１０の出力軸１０１は、キャリヤＣに連結されている。第１モータジェネレータ２１のロータ軸２１１は、サンギヤＳに連結されている。リングギヤＲは、出力ギヤ３１に連結されている。

遊星歯車機構３０においては、キャリヤＣが入力要素になり、リングギヤＲが出力要素になり、サンギヤＳが反力要素になる。キャリヤＣには、エンジン１０が出力するトルクが入力される。遊星歯車機構３０は、エンジン１０が出力軸１０１に出力するトルクをサンギヤＳ（ひいては第１モータジェネレータ２１）とリングギヤＲ（ひいては出力ギヤ３１）とに分割して伝達するように構成されている。サンギヤＳには、第１モータジェネレータ２１による反力トルクが作用する。リングギヤＲは、出力ギヤ３１にトルクを出力する。

駆動装置４０は、ドリブンギヤ４１と、カウンタシャフト４２と、ドライブギヤ４３と、デファレンシャルギヤ４４とを含む。デファレンシャルギヤ４４は、終減速機に相当し、リングギヤ４５を有する。駆動装置４０は、ドライブシャフト４６，４７と、オイルポンプ４８と、電動オイルポンプ４９とをさらに含む。

ドリブンギヤ４１は、遊星歯車機構３０のリングギヤＲに連結された出力ギヤ３１に噛み合っている。また、ドリブンギヤ４１は、第２モータジェネレータ２２のロータ軸２２１に取り付けられたドライブギヤ２２２にも噛み合っている。カウンタシャフト４２は、ドリブンギヤ４１に取り付けられ、軸線Ｃｎｔと平行に配置されている。ドライブギヤ４３は、カウンタシャフト４２に取り付けられ、デファレンシャルギヤ４４のリングギヤ４５に噛み合っている。このような構成を有する駆動装置４０において、ドリブンギヤ４１は、第２モータジェネレータ２２がロータ軸２２１に出力したトルクと、遊星歯車機構３０に含まれるリングギヤＲから出力ギヤ３１に出力されたトルクとを合成するように作用する。合成された駆動トルクは、デファレンシャルギヤ４４から左右に延びたドライブシャフト４６，４７を介して駆動輪５０に伝達される。

オイルポンプ４８は、たとえば機械式のオイルポンプである。オイルポンプ４８は、エンジン１０の出力軸１０１と同軸に設けられ、エンジン１０によって駆動される。オイルポンプ４８は、エンジン１０が作動しているときに、遊星歯車機構３０、第１モータジェネレータ２１、第２モータジェネレータ２２およびデファレンシャルギヤ４４に潤滑油を送る。

電動オイルポンプ４９は、バッテリ７０または図示しない他の車載バッテリ（補機バッテリ等）から供給される電力によって駆動される。電動オイルポンプ４９は、エンジン１０が停止しているときに、遊星歯車機構３０、第１モータジェネレータ２１、第２モータジェネレータ２２およびデファレンシャルギヤ４４に潤滑油を送る。

ＰＣＵ６０は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、バッテリ７０に蓄えられた直流電力を交流電力に変換して第１モータジェネレータ２１および第２モータジェネレータ２２に供給する。また、ＰＣＵ６０は、第１モータジェネレータ２１および第２モータジェネレータ２２が発電した交流電力を直流電力に変換してバッテリ７０に供給する。ＰＣＵ６０は、第１インバータ６１と、第２インバータ６２と、コンバータ６３とを含む。

第１インバータ６１は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、直流電圧を交流電圧に変換して第１モータジェネレータ２１を駆動する。第２インバータ６２は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、直流電圧を交流電圧に変換して第２モータジェネレータ２２を駆動する。コンバータ６３は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、バッテリ７０から供給された電圧を昇圧して第１インバータ６１および第２インバータ６２に供給する。また、コンバータ６３は、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じて、第１インバータ６１および第２インバータ６２の一方または両方から供給された直流電圧を降圧してバッテリ７０を充電する。

バッテリ７０は、リチウムイオン二次電池またはニッケル水素電池等の二次電池を含んで構成されている。なお、バッテリに代えて、電気二重層キャパシタ等のキャパシタを採用してもよい。

ＥＣＵ１００は、いずれも図示しないが、中央処理装置（ＣＰＵ：Central Processing Unit）と、メモリと、入出力ポートと、カウンタ等とを含んで構成されている。ＣＰＵは制御プログラムを実行する。メモリは、各種の制御プログラムおよびマップ等を記憶する。入出力ポートは各種信号の送受を制御する。カウンタは時間を計測する。ＥＣＵ１００は、各センサ（後述）からの信号の入力ならびにメモリに記憶された制御プログラムおよびマップに基づいて、制御信号を出力するとともに、車両１が所望の状態となるように各機器を制御する。

＜エンジン構成＞
図２は、本実施の形態におけるエンジン１０の吸排気系の構成例を示す図である。図２を参照して、エンジン１０は、たとえば直列４気筒型の火花点火式内燃機関である。エンジン１０は、エンジン本体１１を含む。エンジン本体１１は、４つのシリンダ（気筒）１１１～１１４を含む。４つのシリンダ１１１～１１４は一方向に並べられている。各シリンダ１１１～１１４の構成は同等であるため、以下ではシリンダ１１１の構成について代表的に説明する。

シリンダ１１１には、２つの吸気バルブ１２１と、２つの排気バルブ１２２と、インジェクタ１２３と、点火プラグ１２４とが設けられている。また、シリンダ１１１には、吸気通路１３および排気通路１４が接続されている。吸気通路１３は吸気バルブ１２１により開閉される。排気通路１４は排気バルブ１２２により開閉される。

燃料（たとえばガソリン）は、高圧デリバリーパイプ（図示せず）内に加圧した状態で貯留されている。筒内噴射弁であるインジェクタ１２３（本開示に係る「燃料噴射装置」に相当）が開弁されると、高圧デリバリーパイプ内の加圧された燃料がシリンダ１１１内で噴射される。また、吸気通路１３を通じてエンジン本体１１に空気が供給される。そして、噴射された燃料と供給された空気とが混合して混合気が生成する。生成した混合気は、点火プラグ１２４により点火されて燃焼する。混合気の燃焼により生じる燃焼エネルギーは、シリンダ１１１内のピストン（図示せず）により運動エネルギーに変換されて出力軸１０１（図１参照）に出力される。

エンジン１０は、ターボ式の過給機１５をさらに備える。本実施の形態において過給機１５は、排気エネルギーを利用して吸入空気を過給するターボチャージャである。過給機１５は、コンプレッサ１５１と、タービン１５２と、シャフト１５３とを含む。

過給機１５は、排気エネルギーを利用してタービン１５２およびコンプレッサ１５１を回転させることによって、吸入空気の過給（すなわち、エンジン本体１１に吸入される空気の密度を高めること）を行なうように構成されている。より詳細には、コンプレッサ１５１は吸気通路１３に配置され、タービン１５２は排気通路１４に配置されている。コンプレッサ１５１とタービン１５２とは、シャフト１５３を介して互いに連結されて一体的に回転するように構成されている。タービン１５２は、エンジン本体１１から排出される排気の流れを受けて回転する。タービン１５２の回転力は、シャフト１５３を介してコンプレッサ１５１に伝達され、コンプレッサ１５１を回転させる。コンプレッサ１５１が回転することによって、エンジン本体１１へ向かう吸気が圧縮され、圧縮された空気がエンジン本体１１に供給される。

吸気通路１３においてコンプレッサ１５１よりも上流側の位置には、エアフローメータ１３１が設けられている。吸気通路１３においてコンプレッサ１５１よりも下流側の位置には、インタークーラ１３２が設けられている。吸気通路１３においてインタークーラ１３２よりも下流側の位置には、スロットル弁（吸気絞り弁）１３３が設けられている。そのため、吸気通路１３に流入する空気は、エアフローメータ１３１、コンプレッサ１５１、インタークーラ１３２およびスロットル弁１３３を、この順に通ってエンジン本体１１の各シリンダ１１１～１１４に供給される。

エアフローメータ１３１は、吸気通路１３内を流れる空気の流量に応じた信号を出力する。インタークーラ１３２は、コンプレッサ１５１により圧縮された吸気を冷却する。スロットル弁１３３は、吸気通路１３内を流れる吸気の流量を調整可能に構成されている。

排気通路１４においてタービン１５２よりも下流側には、スタート触媒コンバータ１４１と、後処理装置１４２とが設けられている。また、排気通路１４にはＷＧＶ装置１６がさらに設けられている。ＷＧＶ装置１６は、エンジン本体１１から排出される排気をタービン１５２を迂回して流すとともに、迂回させる排気の量を調整可能に構成されている。ＷＧＶ装置１６は、バイパス通路１６１と、ウェイストゲートバルブ（ＷＧＶ：Wastegate Valve）１６２と、ＷＧＶアクチュエータ１６３とを含む。

バイパス通路１６１は、排気通路１４に接続され、タービン１５２を迂回して排気を流す。具体的には、バイパス通路１６１は、排気通路１４におけるタービン１５２よりも上流側の部位（たとえば、エンジン本体１１とタービン１５２との間）から分岐し、排気通路１４におけるタービン１５２よりも下流側の部位（たとえば、タービン１５２とスタート触媒コンバータ１４１との間）に合流する。

ＷＧＶ１６２は、バイパス通路１６１に配置されている。ＷＧＶ１６２は、たとえばノーマリークローズのバルブであり、その開度によって、エンジン本体１１からバイパス通路１６１に導かれる排気の流量を調整可能に構成されている。ＷＧＶ１６２が閉じるほど、エンジン本体１１からバイパス通路１６１に導かれる排気流量が少なくなる一方でタービン１５２に流入する排気流量が多くなり、吸入空気の圧力（すなわち過給圧）が高くなる。

ＷＧＶアクチュエータ１６３は、ＥＣＵ１０の制御に従ってＷＧＶ１６２の開度を調整する。ＷＧＶアクチュエータ１６３は、ダイアフラム（図示せず）の片側に負圧を作用させる負圧式のアクチュエータであってもよいし、ＷＧＶ１６２を電気的に駆動する電動式のアクチュエータであってもよい。

エンジン本体１１から排出される排気は、タービン１５２およびＷＧＶ１６２のいずれかを通る。スタート触媒コンバータ１４１および後処理装置１４２の各々は、たとえば三元触媒を含み、排気中の有害物質を除去する。より詳細には、スタート触媒コンバータ１４１は、排気通路１４の上流側（燃焼室に近い部分）に設けられているため、エンジン１０の始動後、短時間のうちに活性温度まで上昇する。また、下流側に位置している後処理装置１４２は、スタート触媒コンバータ１４１で浄化することのできなかったＨＣ、ＣＯおよびＮＯｘを浄化する。

エンジン１０は、可変バルブタイミング（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）機構１７をさらに備える。ＶＶＴ機構１７は、油圧式または電動式の機構であって、吸気バルブ１２１の作動特性（バルブタイミング）を調整することが可能に構成されている。ＶＶＴ機構１７は、図示しないが、カムシャフト（吸気側カムシャフトおよび排気側カムシャフト）と、カムスプロケットとを含む。吸気側カムシャフトが回転すると、各シリンダ１１１～１１４に設けられた吸気バルブ１２１がカムによって開閉される。吸気側カムシャフトとカムスプロケットとの位相がＥＣＵ１００による制御に従って変化すると、吸気バルブ１２１の開弁タイミングと閉弁タイミングとが変化する。これらのタイミングは、互いに独立に変化してもよいし、連動して変化してもよい。

なお、図２ではエンジン１０の燃料供給方式が筒内噴射式である構成を例に示したが、燃料供給方式は、筒内噴射とポート噴射との併用式であってもよい。また、図２では、排気エネルギーを利用して過給するターボ式の過給機の例について説明したが、過給機１５は、エンジン１０の回転を利用してコンプレッサを駆動するタイプの過給機であってもよい。

＜制御システム構成＞
図３は、本実施の形態における車両１の制御系の構成例を示す図である。図３を参照して、車両１は、アクセル開度センサ８０１と、タービン回転速度センサ８０２と、過給圧センサ８０３と、カム角センサ８０４と、クランク角センサ８０５と、空燃比センサ８０６と、燃圧センサ８０７とをさらに備える。

アクセル開度センサ８０１は、ユーザによるアクセルペダル（図示せず）の踏み込み量（アクセル開度Ａｃｃ）を検出する。タービン回転速度センサ８０２は、過給機１５のタービン１５２の回転速度を検出する。過給圧センサ８０３は、インタークーラ１３２の上流側に設けられ、過給機１５による過給圧を検出する。カム角センサ８０４は、吸気側カムシャフトに設けられたカムの位置と、排気側カムシャフトに設けられたカムの位置とを検出する。クランク角センサ８０５は、クランクシャフトの回転速度（すなわちエンジン回転速度Ｎｅ）およびクランクシャフトの回転角度（クランク角）を検出する。空燃比センサ８０６は、エミッション中の酸素濃度（混合気の空燃比）を検出する。燃圧センサ８０７は、高圧デリバリーパイプ内の燃料の圧力（以下「燃圧ｅｐｒ」と記載する）を検出する。各センサは、その検出結果を示す信号をＥＣＵ１００に出力する。

ＥＣＵ１００は、エンジン１０、第１モータジェネレータ２１および第２モータジェネレータ２２を協調的に制御する（協調制御）。まず、ＥＣＵ１００は、アクセル開度および車速等に応じて要求駆動力を決定し、その要求駆動力からエンジン１０の要求パワーを算出する。ＥＣＵ１００は、エンジン１０の要求パワーに対するシステム効率が最適となるように、エンジン１０の要求パワーから、たとえばエンジン１０の燃料消費量が最小となるエンジン動作点（エンジン回転速度ＮｅとエンジントルクＴｅとの組合せ）を決定する。そして、ＥＣＵ１００は、エンジン１０が上記エンジン動作点で作動するように、第１モータジェネレータ２１および第２モータジェネレータ２２を駆動するための信号を生成してＰＣＵ６０に制御するとともに、エンジン１０の各部（インジェクタ１２３、点火プラグ１２４、スロットル弁１３３、ＷＧＶアクチュエータ１６３、過給機１５、ＶＶＴ機構１７等）を制御する。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態（たとえばエンジン回転速度Ｎｅおよび負荷等）に応じて目標燃圧をマップ等により算出し、燃圧センサ８０７により検出した高圧デリバリーパイプ内の燃圧ｅｐｒを目標燃圧に一致させるように、高圧ポンプ（図示せず）の吐出量をフィードバック制御する。さらに、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態に応じて燃料の要求噴射量Ｑを算出し、要求噴射量Ｑと燃圧ｅｐｒとに応じてインジェクタ１２３の噴射時間を算出する。そして、ＥＣＵ１００は、算出された噴射時間だけインジェクタ１２３を開弁して要求噴射量Ｑ分の燃料を噴射する。

また、ＥＣＵ１００は、エンジン運転状態に応じてエンジン１０の目標トルクを算出し、さらに、目標トルクＴＱから目標吸気量ＫＬを算出する。そして、ＥＣＵ１００は、エンジン１０の吸気量が目標吸気量ＫＬに一致するように、スロットル弁１３３の開度（吸気圧Ｐｍ）と、過給機１５の過給圧と、ＶＶＴ機構１７の位相とをフィードバック制御する。

なお、ＥＣＵ１００は、たとえば２つまたは３つのＥＣＵ（エンジンを制御するＥＣＵ、ＰＣＵ６０を制御するＥＣＵなど）に機能毎に分割して構成されていてもよい。

＜燃圧、最小噴射量および目標吸気量＞
図４は、燃圧ｅｐｒと最小噴射量Ｑｍｉｎとの間の関係を説明するための図である。図４において、横軸は、高圧デリバリーパイプ内の燃圧ｅｐｒを表す。縦軸は、インジェクタ１２３からの最小噴射量Ｑｍｉｎを表す。最小噴射量Ｑｍｉｎとは、インジェクタ１２３における噴射時間と噴射量との関係にリニアリティが保証される最小の噴射量である。図４に示すように、燃圧ｅｐｒが高いほど最小噴射量Ｑｍｉｎも大きくなる。以下では本実施の形態における目標吸気量ＫＬの制御の理解を容易にするため、比較例における目標吸気量ＫＬの制御について、まず説明する。

図５は、比較例における目標吸気量ＫＬおよび燃圧ｅｐｒの変化の一例を示すタイムチャートである。図５および後述する図６において、横軸は経過時間を表す。縦軸は、上から順に、アクセル開度Ａｃｃ、エンジン１０の目標吸気量ＫＬ、および、高圧デリバリーパイプ内の燃圧ｅｐｒを表す。なお、後述するように、目標吸気量ＫＬは目標トルクＴＱから算出されるので、縦軸の目標吸気量ＫＬを目標トルクＴＱと読み替えてもよい。

図５を参照して、初期時刻ｔ１０において、エンジン１０は、過給機１５を動作させて高負荷で動作しているものとする。このときの目標吸気量ＫＬはＫ０である。時刻ｔ１１において車両１が急減速し、車両１の負荷（目標トルクＴＱであってもよい）が高負荷から低負荷へと急減する。そうすると、目標吸気量ＫＬがＫ０からＫ１へと減少する。急減速前に過給機１５が動作している場合には、目標吸気量Ｋ０が大きいため、目標吸気量の減少幅ΔＫ（＝Ｋ０－Ｋ１）も大きい。

車両１の急減速に伴い、目標吸気量ＫＬの急減とともに、目標燃圧もＥ０からＥ１へと低下する。しかし、高圧デリバリーパイプ内に貯蔵された燃料が実際に噴射されない限り、実際の燃圧（実燃圧）ｅｐｒの低下は起こらない。つまり、燃圧ｅｐｒの低下には時間を要する。目標燃圧は、燃圧ｅｐｒの低下速度に併せて設定される。

図４にて説明したように、燃料噴射量には、その精度を確保可能な最小噴射量Ｑｍｉｎが存在する。燃圧ｅｐｒがＥ０からＥ１へと低下するまでの期間中（時刻ｔ１１から時刻ｔ１２までの期間中）は、要求噴射量Ｑを最小噴射量Ｑｍｉｎに設定した状態でインジェクタ１２３から燃料が噴射される。この期間中は、最適な噴射量（理想空燃比となる噴射量）に対して燃料噴射量が過剰となり、空燃比がオーバーリッチとなってしまう。その結果、エミッションの悪化または失火を引き起こす可能性がある。

過給機１５の過給時には、過給機１５の非過給時と比べて、目標吸気量ＫＬが高い状態でエンジン１０が運転されやすい。そして、目標吸気量ＫＬが高いと、その分だけ車両１の急減速に伴う目標吸気量の減少幅ΔＫが大きくなりやすい。車両１は過給機１５を含むエンジン１０を備えているため、過給機を含まないエンジンを備えたハイブリッド車両と比べて、空燃比がオーバーリッチとなる上記課題が特に顕著になり得る。

そこで、本実施の形態においては、目標吸気量ＫＬの下限である「下限吸気量ＫＬ０」を設定した上で、車両１の急減速等に伴い過給機１５の過給時に目標吸気量ＫＬが減少するとともに燃圧ｅｐｒが低下する場合には、要求噴射量Ｑが最小噴射量Ｑｍｉｎである期間が所定期間よりも短くなるように下限吸気量ＫＬｍｉｎを大きく設定する。この制御を「目標吸気量制御」と称し、以下で詳細に説明する。

＜目標吸気量制御＞
図６は、本実施の形態における目標吸気量制御を説明するためのタイムチャートである。図６を参照して、本実施の形態では、下限吸気量ＬＬが設定され、目標吸気量ＫＬは下限吸気量ＬＬまでしか低下しない。図６に示す例では、時刻ｔ２１において車両１の急減速に伴い目標吸気量ＫＬがＫ０からＫ２に減少するが、下限吸気量ＬＬを下回る目標吸気量ＫＬの減少は禁止されているため、このときの目標吸気量ＫＬ＝Ｋ２は下限吸気量ＬＬとなる。下限吸気量ＬＬは、比較例におけるＫ１（図６にも破線で示す）よりも高い。下限吸気量ＬＬは、要求噴射量Ｑが最小噴射量Ｑｍｉｎである期間が所定期間よりも短くなるように定められる。

図６に示す例では、目標燃圧がＥ０からＥ２へと低下する。目標吸気量ＫＬの減少幅ΔＫ（＝Ｋ０－Ｋ２）は、比較例における目標吸気量ＫＬの減少幅ΔＫ（＝Ｋ０－Ｋ１）と比べて小さいので、目標燃圧の低下幅（＝Ｅ０－Ｅ２）も小さくなる。そうすると、燃圧ｅｐｒがＥ０からＥ２へと低下するまでの期間（時刻ｔ２１から時刻ｔ２２までの期間）も短くなる。したがって、最適な噴射量に対して燃料噴射量が過剰となり、空燃比がオーバーリッチとなる期間も短くなる。よって、空燃比のオーバーリッチを抑制し、エミッションの悪化または失火の可能性を低減することができる。

さらに、本実施の形態では、目標吸気量ＫＬの減少速度（単位時間当たりの減少量）に上限が設けられる。これにより、燃圧ｅｐｒがＥ０からＥ２へと低下する期間中、目標吸気量ＫＬは、上限減少速度で緩やかに減少することとなる。上限減少速度は、たとえば、燃圧ｅｐｒがＥ０からＥ２へと低下するまでの期間、目標吸気量ＫＬがＫ０からＫ２まで一定速度で減少するように定められる。目標吸気量ＫＬの減少を緩やかにすることで、燃圧ｅｐｒがＥ０からＥ２へと減少する間にも、できるだけ多くの空気がシリンダ１１１～１１４に供給されるようになる。これによっても、空燃比のオーバーリッチを抑制し、エミッションの悪化または失火の可能性を低減することができる。

＜制御フロー＞
図７は、本実施の形態における目標吸気量制御を説明するためのフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、過給機１５の過給時にＥＣＵ１００において所定の制御周期毎に繰り返し実行される。各ステップ（以下「Ｓ」と略す）は、基本的にはＥＣＵ１００によるソフトウェア処理によって実現されるが、ＥＣＵ１００内に作製された電子回路によるハードウェア処理によって実現されてもよい。

図７を参照して、Ｓ１において、ＥＣＵ１００は、アクセル開度センサ８０１により検出されるアクセル開度Ａｃｃに基づいて、車両１の目標トルクＴＱを算出する。さらに、ＥＣＵ１００は、目標トルクＴＱと目標吸気量ＫＬとの間の関係が予め規定されたマップ（図示せず）を参照することによって、目標トルクＴＱから目標吸気量ＫＬを算出する。

Ｓ２において、ＥＣＵ１００は、たとえば、目標吸気量ＫＬならびに各種変換係数および補正係数を用いて、インジェクタ１２３の要求噴射量Ｑを算出する。上記変換係数および補正係数は、エアフローメータ１３１により検出された流量、過給圧センサ８０３により検出された過給圧、または、空燃比センサ８０６により検出された空燃比などに応じて適宜算出される。ＥＣＵ１００は、インジェクタ１２３の無効噴射量およびパージ補正量等を考慮して、要求噴射量Ｑを算出してもよい。さらに、ＥＣＵ１００は、インジェクタ１２３の最小噴射量Ｑｍｉｎを算出する。図４に示したような燃圧ｅｐｒと最小噴射量Ｑｍｉｎとの間の関係が規定された関係式を用いることによって、燃圧センサ８０７により検出された燃圧ｅｐｒから最小噴射量Ｑｍｉｎを算出することができる。

Ｓ３において、ＥＣＵ１００は、目標吸気量ＫＬが急減したかどうかを判定する。より具体的には、目標吸気量ＫＬが所定期間の間に（たとえば過去数回の制御周期の間に）、予め定められた規定量以上減少した場合に、ＥＣＵ１００は、目標吸気量ＫＬが急減したと判定する。目標吸気量ＫＬが急減した場合（Ｓ３においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をＳ４に進め、インジェクタ１２３の要求噴射量Ｑと最小噴射量Ｑｍｉｎとを比較する。要求噴射量Ｑが最小噴射量Ｑｍｉｎよりも小さい場合（Ｓ４においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、処理をＳ５に移し、目標吸気量ＫＬの減少を抑制するための目標吸気量制御を実行する。

なお、目標吸気量ＫＬが急減していない場合（Ｓ３においてＮＯ）または要求噴射量Ｑが最小噴射量Ｑｍｉｎ以上である場合（Ｓ４においてＮＯ）には、ＥＣＵ１００は、以降の処理を実行することなく、処理をメインルーチンに戻す。この場合には、図示しないが、通常通りの目標吸気量ＫＬの制御が実行される。

Ｓ５において、ＥＣＵ１００は、目標吸気量ＫＬを上限減少速度で減少させるとともに、目標吸気量ＫＬの過度の減少を抑制可能な値に下限吸気量ＬＬを設定する。上限減少速度は、たとえば、燃圧ｅｐｒが低下する期間中に目標吸気量ＫＬが一定速度で減少するように定められる（図６参照）。下限吸気量ＬＬは、事前に実施した実験結果に基づき、要求噴射量Ｑが最小噴射量Ｑｍｉｎである期間が所定期間よりも短くなるように設定することが好ましい。つまり、できるだけ早期に要求噴射量Ｑが最小噴射量Ｑｍｉｎ以上となるような目標吸気量ＫＬの値を下限吸気量ＬＬとして設定することが好ましい。また、たとえば、事前実験により求められた燃圧ｅｐｒと下限吸気量ＬＬとの間の関係を、たとえばマップとしてＥＣＵ１００のメモリ（図示せず）に格納しておく。そうすることで、ＥＣＵ１００は、当該マップを参照することで、燃圧ｅｐｒに応じた下限吸気量ＬＬを設定することができる。

なお、目標吸気量ＫＬの過度の減少を抑制するために、目標吸気量ＫＬの上限減少速度の設定と目標吸気量ＫＬの下限吸気量ＬＬの設定との両方を行うことは必須ではなく、いずれか一方のみを設定してもよい。

続くＳ７～Ｓ９において、ＥＣＵ１００は、Ｓ５における下限吸気量ＬＬの設定により過度の減少を抑制した目標吸気量ＫＬが実現されるように、吸気通路１３への吸気量を制御する。より詳細には、Ｓ７において、ＥＣＵ１００は、吸気通路１３への吸気量が増加する方向に目標吸気圧Ｐｍが変化するように、スロットル弁１３３の開度を制御する（スロットル制御）。また、Ｓ８において、ＥＣＵ１００は、吸気通路１３への吸気量が増加する方向にＶＶＴ機構１７のバルブ開閉特性を補正する（ＶＶＴ制御）。さらに、Ｓ９において、ＥＣＵ１００は、吸気通路１３への吸気量が増加する方向に目標過給圧が変化するように、ウェイストゲートバルブ１６２の開度を制御する（過給圧制御）。ただし、ＥＣＵ１００がＳ７～Ｓ９のすべての処理を実行することは必須ではなく、Ｓ７～Ｓ９の処理のうちのいずれか１つまたは２つの処理のみを実行してもよい。

Ｓ５～Ｓ８の処理を実行すると、目標吸気量制御の非実行時（たとえば過給機の非過給時に目標吸気量ＫＬおよび要求噴射量Ｑが同程度減少する場合）と比べて、目標燃圧の低下幅（図６におけるＥ０－Ｅ２）が小さくなる。そうすると、燃圧ｅｐｒが目標燃圧に早期に達するようになるので、空燃比がオーバーリッチとなる期間も短くなる。その一方で、目標吸気量ＫＬの減少抑制に伴ってエンジン１０の出力トルクが増加し得るので、出力トルクに余剰が生じる可能性がある。したがって、ＥＣＵ１００は、余剰トルク（エンジン１０の出力トルクの余剰分）が発生しているかどうかを判定する（Ｓ９）。エンジン回転速度Ｎｅおよび吸気量等から算出される出力トルクがＳ１にて算出された目標トルクＴＱよりも所定量以上大きい場合に、ＥＣＵ１００は、余剰トルクが発生していると判定する。余剰トルクが発生していない場合（Ｓ９においてＮＯ）には以下のＳ１０，Ｓ１１の処理はスキップされる。

余剰トルクが発生している場合（Ｓ９においてＹＥＳ）、ＥＣＵ１００は、Ｓ１０において、余剰トルクにより第２モータジェネレータ２２が発電動作を行うようにＰＣＵ６０を制御することによって、余剰トルクを吸収する。言い換えると、ＥＣＵ１００は、第２モータジェネレータ２２による回生電力を増加させることによって、エンジン１０の出力トルクの増加分を回生電力の増加による負荷トルクの増加分で打ち消す。

Ｓ１１において、ＥＣＵ１００は、たとえば、エンジン１０の点火時期がＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）よりも遅角するようにＶＶＴ機構１７を制御する。点火時期の遅角によりエンジン１０の出力トルクを減少させることで、余剰トルクを減少させることができる。点火時期はＭＢＴに応じて適宜調整され、点火時期をＭＢＴよりも進角させてもよい。

なお、第２モータジェネレータ２２による回生電力の増加と点火時期の調整とを両方とも実行することは必須ではなく、吸気量の減少抑制に伴うエンジン１０の出力トルクの増加分を、第２モータジェネレータ２２による回生電力の増加による負荷トルクの増加分のみで解消するようにしてもよい。

以上のように、本実施の形態においては、過給機１５の過給時に車両１が急減速するなどして目標吸気量ＫＬが急減する場合に、相対的に高い値に下限吸気量ＬＬを設定することで、目標吸気量ＫＬの過度の減少を抑制（ガード）する。これにより、目標燃圧の低下幅が小さくなり、実燃圧ｅｐｒが目標燃料まで早期に低下するようになるので、速やかに要求噴射量Ｑが最小噴射量Ｑｍｉｎよりも大きくなる。したがって、本実施の形態によれば、最適な噴射量に対して燃料噴射量が過剰となって空燃比がオーバーリッチとなる期間を短縮可能である。その結果、エミッションの悪化または失火の可能性を低減することができる。

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本開示の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 車両、１０ エンジン、１１ エンジン本体、１１１～１１４ シリンダ、１２１ 吸気バルブ、１２２ 排気バルブ、１２３ インジェクタ、１２４ 点火プラグ、１３ 吸気通路、１３１ エアフローメータ、１３２ インタークーラ、１３３ スロットル弁、１４ 排気通路、１４１ スタート触媒コンバータ、１４２ 後処理装置、１５ 過給機、１５１ コンプレッサ、１５２ タービン、１５３ シャフト、１６ ＷＧＶ装置、１６１ バイパス通路、１６２ ウェイストゲートバルブ、１６３ アクチュエータ、１７ ＶＶＴ機構、２１ 第１モータジェネレータ、２２ 第２モータジェネレータ、３０ 遊星歯車機構、３１ 出力ギヤ、４０ 駆動装置、４１ ドリブンギヤ、４２ カウンタシャフト、４３ ドライブギヤ、４４ デファレンシャルギヤ、４５ リングギヤ、４６，４７ ドライブシャフト、４８ オイルポンプ、４９ 電動オイルポンプ、５０ 駆動輪、６０ ＰＣＵ、６１ 第１インバータ、６２ 第２インバータ、６３ コンバータ、７０ バッテリ、１００ ＥＣＵ、１０１ 出力軸、２１１，２２１ ロータ軸、８０１ アクセル開度センサ、８０２ タービン回転速度センサ、８０３ 過給圧センサ、８０４ カム角センサ、８０５ クランク角センサ、８０６ 空燃比センサ、８０７ 燃圧センサ、Ｃ キャリヤ、Ｐ ピニオンギヤ、Ｓ サンギヤ、Ｒ リングギヤ。

Claims (8)

1. 筒内噴射式の燃料噴射装置と過給機とを含む内燃機関と、
   前記内燃機関の出力トルクを用いて発電可能に構成された回転電機と、
   前記内燃機関および前記回転電機を制御するように構成された制御装置とを備え、
   前記制御装置は、前記過給機の過給時に前記内燃機関の吸気量が減少し、かつ前記燃料噴射装置の燃圧が低下する場合、前記燃料噴射装置の噴射量が最小噴射量である期間中の前記吸気量の減少を抑制し、前記吸気量の減少抑制に伴い前記内燃機関の出力トルクに余剰が生じたときには当該余剰トルクを前記回転電機の発電動作によって吸収する、ハイブリッド車両。
2. 前記制御装置は、前記吸気量の減少速度の上限である上限減少速度を設定することによって、前記期間中の前記吸気量の減少を抑制する、請求項１に記載のハイブリッド車両。
3. 前記制御装置は、前記吸気量の下限である下限吸気量を設定することによって、前記期間を所定期間よりも短くする、請求項１または２に記載のハイブリッド車両。
4. 前記制御装置は、前記過給機の制御により、前記吸気量の減少を抑制する、請求項１～３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
5. 前記内燃機関は、前記内燃機関の吸気通路から導入される空気の流量を調整可能に構成されたスロットル弁をさらに含み、
   前記制御装置は、前記スロットル弁の制御により、前記吸気量の減少を抑制する、請求項１～４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
6. 前記内燃機関は、前記内燃機関のバルブタイミングを調整するように構成された可変バルブタイミング装置をさらに含み、
   前記制御装置は、前記可変バルブタイミング装置の制御により、前記吸気量の減少を抑制する、請求項１～５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
7. 前記内燃機関は、前記内燃機関のバルブタイミングを調整するように構成された可変バルブタイミング装置をさらに含み、
   前記制御装置は、前記余剰トルクが発生する場合、前記内燃機関の点火時期がＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）よりも進角または遅角するように前記可変バルブタイミング装置を制御することにより、前記余剰トルクを減少させる、請求項１～３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両。
8. ハイブリッド車両の制御方法であって、
   前記ハイブリッド車両は、
   筒内噴射式の燃料噴射装置と過給機とを含む内燃機関と、
   前記内燃機関の出力トルクを用いて発電可能に構成された回転電機とを備え、
   前記ハイブリッド車両の制御方法は、
   前記過給機の過給時に前記内燃機関の吸気量が減少し、かつ前記燃料噴射装置の燃圧が低下する場合、前記燃料噴射装置の噴射量が最小噴射量である期間中の前記吸気量の減少を抑制するステップと、
   前記吸気量の減少抑制に伴い前記内燃機関の出力トルクに余剰が生じた場合には、当該余剰トルクを前記回転電機の発電動作により吸収するステップとを含む、ハイブリッド車両の制御方法。

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