WO2023007531A1 - 車両の制御方法及び車両の制御装置 - Google Patents

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WO2023007531A1
WO2023007531A1 PCT/JP2021/027470 JP2021027470W WO2023007531A1 WO 2023007531 A1 WO2023007531 A1 WO 2023007531A1 JP 2021027470 W JP2021027470 W JP 2021027470W WO 2023007531 A1 WO2023007531 A1 WO 2023007531A1
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WO
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combustion
internal combustion
air amount
combustion engine
stoichiometric
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PCT/JP2021/027470
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English (en)
French (fr)
Inventor
亮 越後
Original Assignee
日産自動車株式会社
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60W—CONJOINT CONTROL OF VEHICLE SUB-UNITS OF DIFFERENT TYPE OR DIFFERENT FUNCTION; CONTROL SYSTEMS SPECIALLY ADAPTED FOR HYBRID VEHICLES; ROAD VEHICLE DRIVE CONTROL SYSTEMS FOR PURPOSES NOT RELATED TO THE CONTROL OF A PARTICULAR SUB-UNIT
    • B60W20/00—Control systems specially adapted for hybrid vehicles
    • B60W20/10—Controlling the power contribution of each of the prime movers to meet required power demand
    • B60W20/15—Control strategies specially adapted for achieving a particular effect
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions

Definitions

  • the present invention relates to a vehicle control method and a vehicle control device.
  • Patent Document 1 when the combustion mode defined by the air-fuel ratio is switched from one combustion mode to another combustion mode, the target torque of the internal combustion engine is the torque estimated for the other combustion mode.
  • a technique is disclosed for controlling the ignition timing of an internal combustion engine so as to mitigate torque shock according to the deviation of .
  • the torque shock is alleviated by advancing the ignition timing of the internal combustion engine.
  • the ignition timing of an internal combustion engine has MBT (Minimum advance for the Best Torque), which is the ignition timing at which torque is maximized. Therefore, when the ignition timing of the internal combustion engine is advanced in order to alleviate the torque shock, there is a limit to the amount of advancement of the ignition timing, and there is a possibility that the torque shock may not be sufficiently alleviated depending on the situation.
  • MBT Minimum advance for the Best Torque
  • the vehicle of the present invention has an internal combustion engine that can be used by switching between stoichiometric combustion in which the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio and lean combustion in which the target air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the combustion form from stoichiometric combustion to lean combustion if the air amount of the internal combustion engine is equal to or greater than a predetermined first air amount threshold, the fuel injection setting of the internal combustion engine and the ignition setting of the internal combustion engine are changed. Stepwise switching from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • the vehicle of the present invention can improve combustion stability when switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion, and can improve driving performance.
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an outline of a vehicle drive system to which the present invention is applied;
  • FIG. 4 is a timing chart showing the behavior of ignition timing and the like when the combustion mode is switched;
  • 4 is a flowchart showing the flow of vehicle control;
  • 4 is a timing chart showing the behavior of ignition timing and the like when the intake air amount is less than the first air amount threshold when switching the combustion mode;
  • 4 is a timing chart showing the behavior of the intake air amount and the like when the intake air amount is equal to or greater than the second air amount threshold when switching the combustion mode;
  • 4 is a timing chart showing the behavior of ignition timing and the like when the intake air amount is equal to or greater than the third air amount threshold when switching the combustion mode;
  • 9 is a timing chart showing the behavior of the intake air amount and the like when the intake air amount is equal to or greater than the fourth air amount threshold when switching the combustion mode;
  • FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing an outline of a drive system of a vehicle 1 to which the present invention is applied.
  • the vehicle 1 has a drive unit 3 that drives the drive wheels 2 and a power generation unit 4 that generates electric power for driving the drive wheels 2 .
  • the drive unit 3 includes a drive motor 5 as an electric motor that rotationally drives the drive wheels 2 , and a first gear train 6 and a differential gear 7 that transmit the driving force of the drive motor 5 to the drive wheels 2 . .
  • Electric power is supplied to the drive motor 5 from a battery 8 charged with electric power generated by the power generation unit 4 or the like.
  • the power generation unit 4 includes a power generator 9 as a motor generator that generates power to be supplied to the drive motor 5 , an internal combustion engine 10 that can drive the power generator 9 , and a power generator that transmits the rotation of the internal combustion engine 10 to the power generator 9 . 2 gear train 11 and.
  • the vehicle 1 is a so-called series hybrid vehicle that does not use the internal combustion engine 10 as power. That is, the vehicle 1 runs with the internal combustion engine 10 dedicated to power generation and the drive motor 5 driving the drive wheels 2 .
  • the vehicle 1 drives the internal combustion engine 10 to charge the battery 8 and generates electricity with the generator 9, for example, when the remaining battery power of the battery 8 becomes low.
  • the vehicle 1 has a running mode in which it runs only with the driving force of the driving motor 5 .
  • the drive motor 5 is a direct drive source for the vehicle 1, and is driven by AC power from the battery 8, for example.
  • the driving motor 5 is, for example, a synchronous motor using a permanent magnet for its rotor.
  • the drive motor 5 functions as a generator when the vehicle 1 is decelerated.
  • the driving motor 5 is a generator-motor capable of charging the battery 8 by using regenerated energy when the vehicle decelerates as electric power.
  • the first gear train 6 slows down the rotation of the drive motor 5 and increases the motor torque to ensure a running drive torque.
  • the first gear train 6 is, for example, a two-stage reduction gear train, and includes a motor shaft 14 having a drive unit first gear 13 and a first idler shaft 17 having a drive unit second gear 15 and a drive unit third gear 16. and have A motor shaft 14 is a rotating shaft of the drive motor 5 .
  • the drive unit first gear 13 is meshed with the drive unit second gear 15 .
  • the drive unit third gear 16 is meshed with an input side gear 18 provided on the input side of the differential gear 7 .
  • the differential gear 7 transmits drive torque input from the first gear train 6 via the input side gear 18 to the left and right driving wheels 2, 2 via the left and right drive shafts 19, 19.
  • the differential gear 7 can transmit the same drive torque to the left and right drive wheels 2, 2 while allowing a difference in rotational speed between the left and right drive wheels 2, 2.
  • the generator 9 is, for example, a synchronous motor using a permanent magnet for the rotor.
  • the generator 9 converts rotational energy generated in the internal combustion engine 10 into electrical energy to charge the battery 8, for example.
  • the generator 9 also functions as an electric motor that drives the internal combustion engine 10, and functions as a starter motor when the internal combustion engine 10 is started.
  • the generator 9 is a generator-motor, can supply generated power to the battery 8 , and can be rotationally driven by the power from the battery 8 .
  • the electric power generated by the generator 9 may be directly supplied to the driving motor 5 instead of charging the battery 8, for example, depending on the operating state. Further, the internal combustion engine 10 may be started by a dedicated starter motor different from the generator 9, for example.
  • the second gear train 11 is a gear train that connects the internal combustion engine 10 and the generator 9 .
  • the second gear train 11 includes an engine shaft 24 with a power generation unit first gear 23, a second idler shaft 26 with a power generation unit second gear 25, and a generator input shaft 28 with a power generation unit third gear 27. and have
  • the second gear train 11 increases the rotational speed of the internal combustion engine 10 and transmits necessary engine torque to the generator 9 during power generation operation.
  • the second gear train 11 reduces the rotation speed of the generator 9 and transmits necessary motor torque to the internal combustion engine 10 when the generator 9 functions as a starter.
  • the engine shaft 24 rotates synchronously with the crankshaft (not shown) of the internal combustion engine 10 .
  • a generator input shaft 28 rotates synchronously with a rotor (not shown) of the generator 9 .
  • the power generation unit first gear 23 is meshed with the power generation unit second gear 25 .
  • the power generation unit third gear 27 is meshed with the power generation unit second gear 25 . That is, the power generation unit first gear 23 and the power generation unit third gear 27 are meshed with the power generation unit second gear 25 .
  • the internal combustion engine 10 is capable of transmitting the rotation of the crankshaft to the rotor of the generator 9 .
  • the internal combustion engine 10 can change the air-fuel ratio, and can be used by switching between stoichiometric combustion, which is combustion in the first combustion mode, and lean combustion, which is combustion in the second combustion mode. It is.
  • Stoichiometric combustion is combustion in which the target air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio.
  • Lean combustion is lean combustion in which the target air-fuel ratio is leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
  • the internal combustion engine 10 is, for example, a gasoline engine arranged in an engine room located on the front side of the vehicle 1 .
  • the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is controlled by the control unit 31. That is, switching between stoichiometric combustion and lean combustion in the internal combustion engine is controlled by the control unit 31 .
  • the combustion mode of the internal combustion engine 10 is determined according to the engine speed of the internal combustion engine 10 and the torque (for example, target torque) of the internal combustion engine 10 .
  • the control unit 31 is a well-known digital computer equipped with a CPU, ROM, RAM, and an input/output interface.
  • the control unit 31 optimally controls the ignition timing of the internal combustion engine 10, the amount of intake air as the amount of air, etc., and also controls the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 based on the detection signals of various sensors.
  • the control unit 31 corresponds to a control section that controls the operation of the internal combustion engine 10 .
  • the control unit 31 includes an air flow meter 32 that detects the amount of intake air, a crank angle sensor 33 that detects the crank angle of the crankshaft of the internal combustion engine 10, an accelerator opening sensor 34 that detects the amount of depression of the accelerator pedal, the internal combustion engine 10
  • a water temperature sensor 35 that detects the temperature of the cooling water
  • an outside air temperature sensor 36 that detects the temperature of the outside air
  • a temperature sensor 37 that detects the wall temperature of the internal combustion engine 10
  • an intake collector not shown temperature of the internal combustion engine 10 is detected.
  • Detection signals from various sensors such as a collector temperature sensor 38 that detects the humidity of the outside air (atmosphere) and a humidity sensor 39 that detects the humidity of the atmosphere are input.
  • the crank angle sensor 33 can detect the engine speed of the internal combustion engine 10 .
  • the control unit 31 controls the intake air amount of the internal combustion engine 10 to be equal to or greater than a predetermined first air amount threshold, as shown in FIG.
  • the fuel injection setting of the internal combustion engine 10 and the ignition setting of the internal combustion engine 10 are switched stepwise from stoichiometric combustion to lean combustion (lean combustion).
  • the first air amount threshold is, for example, an intake air amount (air amount) that achieves torque that can ensure combustion stability and exhaust performance in lean combustion.
  • the intake air amount is smaller than the predetermined first air amount threshold, the load after switching will be low, the combustion stability will be impaired, and there is a risk of misfiring in some cases.
  • the vehicle 1 can improve combustion stability when the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion, and can improve driving performance.
  • the intake air amount it is also possible to use, for example, the charging efficiency, the in-cylinder air mass, etc. as the air amount.
  • the first air amount threshold is converted according to the charging efficiency and the in-cylinder air mass.
  • the fuel injection settings include, for example, the number of injections, the injection timing, the fuel pressure (the pressure of the fuel discharged from the fuel pump), and the presence or absence of lift control of the fuel injection valve (control of the lift amount of the valve body of the fuel injection valve).
  • the fuel injection setting is determined, for example, by referring to a fuel injection setting map (not shown) using the air-fuel ratio (target air-fuel ratio) required for the internal combustion engine 10, the intake air amount of the internal combustion engine 10, and the engine speed. be done.
  • the fuel injection setting map is a map set by adaptation in advance.
  • a plurality of fuel injection setting maps may be prepared for each air-fuel ratio.
  • the fuel injection setting may be determined by interpolation.
  • correction may be made according to the air-fuel ratio required for the internal combustion engine 10 .
  • the air-fuel ratio required for the internal combustion engine 10 is determined according to the intake air amount of the internal combustion engine 10 and the engine speed of the internal combustion engine 10 .
  • the fuel injection amount decreases as the required air-fuel ratio increases.
  • the ignition settings include, for example, the ignition timing of the internal combustion engine 10, the number of ignitions of the internal combustion engine 10, the discharge time of the spark plug (not shown) of each cylinder of the internal combustion engine 10, and the spark plug (not shown) of each cylinder of the internal combustion engine 10. ) and the magnitude of the discharge energy.
  • the ignition setting is determined, for example, by referring to an ignition setting map (not shown) using the air-fuel ratio (target air-fuel ratio) required for the internal combustion engine 10, the intake air amount of the internal combustion engine 10, and the engine speed. .
  • the ignition setting map is a map set by adaptation in advance.
  • a plurality of ignition setting maps may be prepared for each air-fuel ratio.
  • the ignition setting may be determined by interpolation.
  • correction may be made according to the air-fuel ratio required for the internal combustion engine 10 .
  • the combustion speed becomes slower as the air-fuel ratio increases. Therefore, the ignition timing advances as the required air-fuel ratio increases.
  • the fuel injection setting and ignition setting are switched in synchronization with the switching of the combustion mode by determining which cylinder has switched the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • the ignition setting of the cylinder maintains the stoichiometric combustion setting and fuel injection Switch the ignition setting to the lean-burn setting from the next combustion cylinder that can be set to lean-burn.
  • the switching of the fuel injection setting and the ignition setting is not synchronized with the switching of the combustion mode, it may lead to abnormal combustion such as knocking and misfiring.
  • the fuel injection setting and ignition setting may be corrected according to various environmental conditions around the internal combustion engine 10.
  • the environmental conditions include, for example, the outside air temperature, the temperature of the intake collector (collector temperature), the wall temperature of the internal combustion engine 10, the cooling water temperature (water temperature) of the internal combustion engine 10, the humidity of the outside air (atmosphere), and the like.
  • correction may be made so that the ignition timing advances toward the MBT as the humidity increases. This is because knocking is less likely to occur when the humidity is high.
  • correction may be made so that the ignition timing advances toward the MBT as the water temperature and wall temperature decrease. This is because knocking is less likely to occur when the water temperature or wall temperature is low.
  • the fuel injection setting may be corrected so that the lower the water temperature and wall temperature, the richer the air-fuel ratio. This is because when the water temperature or wall temperature is low, the combustion limit air-fuel ratio moves to the rich side.
  • the ignition timing may be corrected to be retarded as the outside air temperature and the collector temperature rise. This is because knocking is more likely to occur when the outside air temperature or collector temperature is high.
  • the fuel injection setting and ignition setting are corrected according to the environmental conditions, and combustion stability and exhaust performance can be further improved when the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • FIG. 2 is a timing chart showing behavior such as ignition timing when switching the internal combustion engine 10 from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the ignition timing setting is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
  • the torque (actual torque) of the internal combustion engine 10 decreases stepwise from the torque corresponding to stoichiometric combustion to the torque corresponding to lean combustion at the timing of time t1 in FIG.
  • FIG. 2 shows a short period of time before and after switching the air-fuel ratio, and since the intake air amount does not change abruptly, the intake air amount remains constant.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the control flow of the vehicle 1 described above.
  • step S1 it is determined whether or not an instruction to switch the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion has been issued. If an instruction to switch the combustion mode has been issued, the process proceeds to step S2. If no instruction to switch the combustion mode has been issued, the current routine is terminated.
  • step S2 the fuel injection setting of the internal combustion engine 10 is switched to lean combustion.
  • step S3 it is determined whether fuel injection has been performed after the fuel injection setting of the internal combustion engine 10 has been switched to lean combustion. If fuel injection is performed after the fuel injection setting is switched to lean combustion, the process proceeds to step S4.
  • step S4 the ignition setting of the internal combustion engine 10 is set from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • step S5 it is determined whether or not switching of the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion in all cylinders of the internal combustion engine 10 has been completed. If the switching of the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion has been completed in all cylinders, the current routine ends. If the switching of the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion has not been completed in all cylinders, the process proceeds to step S2.
  • the vehicle 1 when the combustion mode of the internal combustion engine 10 is switched from stoichiometric combustion to lean combustion, the vehicle 1, if the amount of intake air in the internal combustion engine 10 is less than the first air amount threshold, intakes air while maintaining stoichiometric combustion. The air amount may be increased to reach the first air amount threshold.
  • the intake air amount of the internal combustion engine 10 is less than the first air amount threshold, as shown in FIG. , the intake air amount is increased while maintaining stoichiometric combustion until the intake air amount reaches a point where lean combustion is possible.
  • FIG. 4 is a timing chart showing behavior such as ignition timing when the intake air amount is less than the first air amount threshold when switching the internal combustion engine 10 from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • an instruction is given to switch the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
  • the intake air amount is less than the first air amount threshold, so prior to switching the air-fuel ratio, the intake air amount is increased so that the intake air amount reaches the first air amount threshold. to start.
  • Time t2 in FIG. 4 is the timing at which the intake air amount is greater than or equal to the first air amount threshold.
  • the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the ignition timing setting is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
  • the torque (actual torque) of the internal combustion engine 10 increases from time t1 to time t2 in FIG. 4, and decreases stepwise to torque corresponding to lean combustion at time t2.
  • the time t2 in FIG. 4 may be the timing at which the intake air amount becomes equal to or greater than the first air amount threshold.
  • the vehicle 1 switches the combustion mode of the internal combustion engine 10 from stoichiometric combustion to lean combustion, if the intake air amount of the internal combustion engine 10 is less than the first air amount threshold, the intake air amount is increased. You may increase the regenerative torque of the generator 9 according to .
  • a vehicle equipped with an internal combustion engine capable of driving a generator when switching the combustion mode of the internal combustion engine from stoichiometric combustion to lean combustion, if the air amount of the internal combustion engine is less than the predetermined first air amount threshold, may increase the regenerative torque of the generator (motor generator) in accordance with the increase in the amount of air.
  • the regenerative torque of the generator 9 may be increased in parallel with increasing the intake air amount so as to reach the first air amount threshold.
  • Vehicles equipped with an internal combustion engine capable of driving a generator include series hybrid vehicles, parallel hybrid vehicles, and series-parallel hybrid vehicles.
  • a motor that doubles as a starter motor and a generator can be strengthened to assist the output of the internal combustion engine.
  • the increased amount of intake air is used to increase the torque of the internal combustion engine 10.
  • the increased torque of the internal combustion engine 10 is absorbed by increasing the regenerative torque of the generator 9 .
  • the vehicle 1 can suppress an excessive increase in the engine speed of the internal combustion engine 10.
  • the vehicle 1 changes the intake air amount of the internal combustion engine 10 to be less than the first air amount threshold value in accordance with the increase of the intake air amount.
  • the ignition timing of the internal combustion engine 10 may be retarded.
  • the retardation of the ignition timing of the internal combustion engine 10 is performed in parallel with increasing the intake air amount so as to reach the first air amount threshold and increasing the regenerative torque of the generator 9 in accordance with the increase in the intake air amount. It may be implemented.
  • the thermal efficiency of the internal combustion engine 10 is lowered due to retardation of the ignition timing, and an increase in torque is suppressed. Therefore, the internal combustion engine 10 suppresses the torque generated in the internal combustion engine 10 by retarding the ignition timing and secures the driving performance of the vehicle 1 even when the crankshaft is connected to the axle and the torque step cannot be allowed.
  • Vehicles that require consideration of torque fluctuations in the internal combustion engine include series hybrid vehicles, parallel hybrid vehicles, series parallel hybrid vehicles, and it is possible to supplement the output of the internal combustion engine by strengthening the starter motor and the motor that also functions as a generator. There are also vehicles that are powered by an internal combustion engine only, and vehicles that are driven only by an internal combustion engine.
  • the vehicle 1 When the intake air amount of the internal combustion engine 10 is less than the first air amount threshold when switching the combustion mode of the internal combustion engine 10 from stoichiometric combustion to lean combustion, the vehicle 1 increases the intake air amount and reduces the regenerative torque of the generator 9.
  • the ignition timing of the internal combustion engine 10 may be retarded according to the increase.
  • the crankshaft of the internal combustion engine is connected to the axle, so if the torque step cannot be suppressed by regeneration by the generator driven by the internal combustion engine, the regenerative torque and the ignition timing of the internal combustion engine will differ. In combination with the retard, the torque of the internal combustion engine and the increase in the engine speed are suppressed.
  • the vehicle 1 performs regeneration by the generator 9 and retarding the ignition timing of the internal combustion engine 10 together (in parallel), thereby suppressing an increase in the engine speed of the internal combustion engine 10 .
  • the combustion mode is switched to After controlling the intake air amount of the internal combustion engine 10 to be less than a second air amount threshold so that the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than a predetermined first torque threshold, stoichiometric combustion is performed.
  • the combustion mode may be switched from low combustion to lean combustion.
  • the second air amount threshold is set so that the torque difference before and after switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion is less than a predetermined first torque threshold.
  • the first torque threshold is determined from the allowable torque difference before and after switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • the intake air amount of the internal combustion engine 10 can be adjusted by controlling the air device.
  • the air device includes, for example, a throttle valve provided in an intake passage of the internal combustion engine 10, a wastegate valve provided in a bypass passage that bypasses the turbine of the supercharger and is connected to the exhaust passage, and a capacity of the supercharger. They are a variable nozzle to be adjusted, a variable valve mechanism of the internal combustion engine 10, and the like.
  • the first torque threshold is set such that the vibration caused by the torque difference is tolerable for the vehicle 1 .
  • the timing for switching the combustion mode may be determined from the decrease in the estimated torque of the internal combustion engine 10 or from the decrease in the intake air amount of the internal combustion engine 10 .
  • the vehicle 1 can reduce the torque difference when the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion. Therefore, the vehicle 1 can avoid problems such as increased input to the engine mount and contact with other parts caused by the vibration of the internal combustion engine 10 caused by the torque difference when the combustion mode is switched.
  • FIG. 5 is a timing chart showing the behavior of the intake air amount and the like when the intake air amount is equal to or greater than the second air amount threshold when switching the internal combustion engine 10 from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • an instruction is given to switch the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
  • the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than the first torque threshold.
  • the reduction of the intake air amount is started so that the intake air amount becomes less than the second air amount threshold.
  • the intake air amount gradually decreases.
  • Time t2 in FIG. 5 is the timing at which the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than the first torque threshold.
  • the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the ignition timing setting is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
  • the torque (actual torque) of the internal combustion engine 10 gradually decreases from time t1 to time t2 in FIG. 5, and decreases stepwise to torque corresponding to lean combustion at time t2.
  • the time t2 in FIG. 5 may be the timing at which the torque difference before and after switching is less than the first torque threshold.
  • the vehicle 1 When switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion, the vehicle 1 switches the combustion mode to stoichiometric combustion when the intake air amount of the internal combustion engine 10 is equal to or greater than a predetermined third air amount threshold larger than the first air amount threshold. Even if the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion after retarding the ignition timing of the internal combustion engine 10 so that the torque difference before and after switching becomes less than a predetermined second torque threshold when switching from stoichiometric combustion to lean combustion. good.
  • the ignition timing of the internal combustion engine 10 is retarded when switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion to reduce the torque during stoichiometric combustion. Reduce torque difference.
  • the timing for switching the combustion mode may be determined from the decrease in the estimated torque of the internal combustion engine 10 or from the retardation amount of the ignition timing.
  • the third air amount threshold is set so that the torque difference when the ignition timing of the internal combustion engine 10 is retarded to the maximum when switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion is less than a predetermined second torque threshold.
  • the second torque threshold is determined from the allowable torque difference before and after switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • FIG. 6 is a timing chart showing behavior such as ignition timing when the intake air amount is equal to or greater than the third air amount threshold when switching the internal combustion engine 10 from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • an instruction is given to switch the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
  • the intake air amount is equal to or greater than the third air amount threshold, so the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than the second torque threshold.
  • the ignition timing of the internal combustion engine 10 is retarded prior to switching the air-fuel ratio. Between times t1 and t2 in FIG. 6, the amount of retardation of the ignition timing gradually increases.
  • Time t2 in FIG. 6 is the timing at which the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than the second torque threshold.
  • the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the setting of the ignition timing is switched stepwise for the lean air-fuel ratio.
  • the torque (actual torque) of the internal combustion engine 10 gradually decreases from time t1 to time t2 in FIG. 6, and at the timing of time t2, it decreases stepwise to torque corresponding to lean combustion.
  • the time t2 in FIG. 6 may be the timing at which the torque difference before and after switching is less than the second torque threshold.
  • the vehicle 1 switches the combustion mode to stoichiometric combustion when the intake air amount of the internal combustion engine 10 is equal to or greater than a predetermined fourth air amount threshold larger than the first air amount threshold.
  • a predetermined fourth air amount threshold larger than the first air amount threshold.
  • the combustion mode is changed to Stoichiometric combustion may be switched to lean combustion.
  • the intake air amount of the internal combustion engine 10 is less than a predetermined fifth air amount threshold that is greater than the first air amount threshold and less than the fourth air amount threshold. controlled to be
  • the fourth air amount threshold and the fifth air amount threshold are set so that the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than a predetermined third torque threshold.
  • the third torque threshold is determined from the allowable torque difference before and after switching the combustion mode from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • the intake air amount cannot be reduced significantly. may be reduced.
  • the vehicle 1 retards the ignition timing while reducing the amount of intake air, as shown in FIG. , it is possible to prevent deterioration of fuel consumption and exhaust temperature.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the behavior of the intake air amount and the like when the intake air amount is equal to or greater than the fourth air amount threshold when switching the internal combustion engine 10 from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • an instruction is issued to switch the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio.
  • the intake air amount is equal to or greater than the fourth air amount threshold, the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than the third torque threshold.
  • the intake air amount starts to decrease so that the intake air amount becomes less than the fifth air amount threshold, and the ignition timing of the internal combustion engine 10 is retarded.
  • the intake air amount gradually decreases and the ignition timing retardation amount gradually increases.
  • Time t2 in FIG. 7 is the timing at which the torque difference before and after switching from stoichiometric combustion to lean combustion is less than the third torque threshold.
  • the air-fuel ratio of the internal combustion engine 10 is switched stepwise from the stoichiometric air-fuel ratio to the lean air-fuel ratio, and the setting of the ignition timing is switched stepwise for the lean air-fuel ratio.
  • the time t2 in FIG. 7 may be the timing at which the torque difference before and after switching is less than the third torque threshold.
  • the torque (actual torque) of the internal combustion engine 10 gradually decreases from time t1 to time t2 in FIG. 7, and further decreases stepwise to torque corresponding to lean combustion at time t2.
  • an internal combustion engine mounted on a vehicle can drive a generator (motor generator) and driving wheels (axle), and the generator can apply (assist) torque to the internal combustion engine and the driving wheels.
  • the power generator may apply to the driving wheels the torque reduction of the internal combustion engine when the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • the reduction in torque of the internal combustion engine when the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion will affect the driving of the vehicle. Performance may be adversely affected.
  • Vehicles that can transmit the torque of the internal combustion engine to the drive wheels through the axle include parallel hybrid vehicles, series parallel hybrid vehicles, and it is possible to supplement the output of the internal combustion engine by strengthening the starter motor and the motor that doubles as a generator.
  • the torque of the generator assists the torque reduction of the internal combustion engine when the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion.
  • the torque of the internal combustion engine is increased by increasing the amount of air, and the torque of the generator is decreased according to the increase in the torque of the internal combustion engine, thereby switching the combustion mode. You can achieve flat torque front and rear.
  • the vehicle can suppress the deterioration of driving performance by assisting the reduction in torque of the internal combustion engine when the combustion mode is switched from stoichiometric combustion to lean combustion with the torque of the generator.
  • the internal combustion engine 10 of the embodiment described above may be a cylinder direct injection internal combustion engine or a port injection internal combustion engine.
  • the above-described embodiments relate to a vehicle control method and a vehicle control device.

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Abstract

車両（１）は、ストイキ燃焼とリーン燃焼とを切り替えて使用可能な内燃機関（１０）を有する。車両（１）は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、内燃機関（１０）の吸入空気量が所定の第１空気量閾値以上の場合には、内燃機関の燃料噴射設定及び内燃機関の点火設定をストイキ燃焼用からリーン燃焼用にステップ的に切り替える。これにより、車両（１）は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替えた際の燃焼安定性を向上させることができ、運転性能を向上させることができる。

Description

車両の制御方法及び車両の制御装置
　本発明は、車両の制御方法及び車両の制御装置に関する。
　例えば、特許文献１には、空燃比により規定される燃焼モードが一の燃焼モードから他の燃焼モードへ切り替えられた場合に、内燃機関の目標トルクが上記他の燃焼モードについて推定されたトルクとの偏差に応じて、トルクショックが緩和されるように内燃機関の点火時期を制御する技術が開示されている。
　ここで、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼モードを切り替える場合には、内燃機関の点火時期を進角させることでトルクショックが緩和されることになる。
　しかしながら、内燃機関の点火時期には、トルクが最大となる点火時期であるＭＢＴ（Minimum advance for the Best Torque）が存在する。従って、トルクショックを緩和するために内燃機関の点火時期を進角させる場合、点火時期の進角量には限界があり、状況によりトルクショックの緩和が不十分となる虞がある。
　また、内燃機関の燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えるにあたっては、切り替え後の希薄燃焼の燃焼安定を確保する必要もある。
特開２００９－２４５８０号公報
　本発明の車両は、目標空燃比を理論空燃比とするストイキ燃焼と、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンとする希薄燃焼と、を切り替えて使用可能な内燃機関を有する。そして、ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、上記内燃機関の空気量が所定の第１空気量閾値以上の場合には、上記内燃機関の燃料噴射設定及び上記内燃機関の点火設定をストイキ燃焼用から希薄燃焼用にステップ的に切り替える。
　本発明の車両は、ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替えた際の燃焼安定性を向上させることができ、運転性能を向上させることができる。
本発明が適用される車両の駆動システムの概略を模式的に示した説明図。 燃焼形態を切り替えた際の点火時期等の挙動を示すタイミングチャート。 車両の制御の流れを示すフローチャート。 燃焼形態を切り替える際に吸入空気量が第１空気量閾値未満の場合の点火時期等の挙動を示すタイミングチャート。 燃焼形態を切り替える際に吸入空気量が第２空気量閾値以上の場合の吸入空気量等の挙動を示すタイミングチャート。 燃焼形態を切り替える際に吸入空気量が第３空気量閾値以上の場合の点火時期等の挙動を示すタイミングチャート。 燃焼形態を切り替える際に吸入空気量が第４空気量閾値以上の場合の吸入空気量等の挙動を示すタイミングチャート。
　以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。
　図１は、本発明が適用される車両１の駆動システムの概略を模式的に示した説明図である。
　車両１は、駆動輪２を駆動する駆動ユニット３と、駆動輪２を駆動するための電力を発電する発電ユニット４と、を有している。
　駆動ユニット３は、駆動輪２を回転駆動する電動機としての駆動用モータ５と、駆動用モータ５の駆動力を駆動輪２に伝達する第１ギヤトレーン６及びディファレンシャルギヤ７と、を有している。駆動用モータ５には、発電ユニット４で発電された電力等が充電されたバッテリ８から電力が供給される。
　発電ユニット４は、駆動用モータ５に供給する電力を発電するモータジェネレータとしての発電機９と、発電機９を駆動可能な内燃機関１０と、内燃機関１０の回転を発電機９に伝達する第２ギヤトレーン１１と、を有している。
　車両１は、内燃機関１０を動力としては使用しないいわゆるシリーズハイブリッド車両である。すなわち、車両１は、内燃機関１０が発電専用であり、駆動用モータ５が駆動輪２を駆動して走行する。車両１は、例えば、バッテリ８のバッテリ残量が少なくなると、バッテリ８を充電するために内燃機関１０を駆動して発電機９で発電する。つまり、車両１は、駆動用モータ５の駆動力のみで走行する走行モードを有するものである。
　駆動用モータ５は、車両１の直接的な駆動源であり、例えばバッテリ８からの交流電力により駆動する。駆動用モータ５は、例えば、ロータに永久磁石を用いた同期型モータからなっている。
　また、駆動用モータ５は、車両１の減速時に発電機として機能する。すなわち、駆動用モータ５は、車両減速時の回生エネルギーを電力としてバッテリ８に充電可能な発電電動機である。
　第１ギヤトレーン６は、駆動用モータ５の回転を減速し、モータトルクを増大して走行駆動トルクを確保するものである。
　第１ギヤトレーン６は、例えば２段減速によるギヤトレーンであり、駆動ユニット第１ギヤ１３を備えたモータ軸１４と、駆動ユニット第２ギヤ１５及び駆動ユニット第３ギヤ１６を備えた第１アイドラー軸１７と、を有している。モータ軸１４は、駆動用モータ５の回転軸である。
　駆動ユニット第１ギヤ１３は、駆動ユニット第２ギヤ１５と噛み合わされている。駆動ユニット第３ギヤ１６は、ディファレンシャルギヤ７の入力側に設けられた入力側ギヤ１８と噛み合わされている。
　ディファレンシャルギヤ７は、第１ギヤトレーン６から入力側ギヤ１８を介して入力された駆動トルクを、左右のドライブシャフト１９、１９を介して左右の駆動輪２、２に伝達する。ディファレンシャルギヤ７は、左右の駆動輪２、２の回転数差を許容しつつ、左右の駆動輪２、２に同じ駆動トルクを伝達することができる。
　発電機９は、例えば、ロータに永久磁石を用いた同期型モータからなっている。発電機９は、内燃機関１０に発生した回転エネルギーを電気エネルギーに変換し、例えばバッテリ８を充電する。また、発電機９は、内燃機関１０を駆動する電動機としての機能も有しており、内燃機関１０の始動時にスタータモータとして機能する。つまり、発電機９は、発電電動機であり、発電した電力をバッテリ８に供給可能で、かつバッテリ８からの電力により回転駆動可能である。
　なお、発電機９で発電した電力は、運転状態に応じて、例えばバッテリ８に充電するのではなく駆動用モータ５に直接供給するようにしてよい。また、内燃機関１０は、例えば、発電機９とは異なる専用のスタータモータにより始動するようにしてもよい。
　第２ギヤトレーン１１は、内燃機関１０と発電機９とを連結するギヤトレーンである。第２ギヤトレーン１１は、発電ユニット第１ギヤ２３を備えたエンジン軸２４と、発電ユニット第２ギヤ２５を備えた第２アイドラー軸２６と、発電ユニット第３ギヤ２７を備えた発電機入力軸２８と、を有している。
　第２ギヤトレーン１１は、発電運転時には、内燃機関１０の回転数を増速して発電機９に必要なエンジントルクを伝達する。第２ギヤトレーン１１は、発電機９がスタータとして機能するときには、発電機９の回転数を減速して内燃機関１０に必要なモータトルクを伝達する。
　エンジン軸２４は、内燃機関１０のクランクシャフト（図示せず）と同期回転する。発電機入力軸２８は、発電機９のロータ（図示せず）と同期回転する。
　発電ユニット第１ギヤ２３は、発電ユニット第２ギヤ２５と噛み合わされている。発電ユニット第３ギヤ２７は、発電ユニット第２ギヤ２５と噛み合わされている。つまり、発電ユニット第２ギヤ２５には、発電ユニット第１ギヤ２３及び発電ユニット第３ギヤ２７が噛み合わされている。
　内燃機関１０は、クランクシャフトの回転が発電機９のロータに伝達可能なものである。内燃機関１０は、空燃比を変更可能なものであって、第１の燃焼形態での燃焼であるストイキ燃焼と、第２の燃焼形態での燃焼であるリーン燃焼と、を切り替えて使用可能なものである。ストイキ燃焼は、目標空燃比を理論空燃比とする燃焼である。リーン燃焼は、目標空燃比を理論空燃比よりも大きいリーン空燃比とする希薄燃焼である。内燃機関１０は、例えば、車両１のフロント側に位置するエンジンルーム内に配置されるガソリンエンジンである。
　内燃機関１０の空燃比は、コントロールユニット３１によって制御される。つまり、内燃機関におけるストイキ燃焼とリーン燃焼との切り替えは、コントロールユニット３１よって制御される。内燃機関１０の燃焼形態は、内燃機関１０の機関回転数と内燃機関１０のトルク（例えば目標トルク）に応じて決定される。
　コントロールユニット３１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のデジタルコンピュータである。
　コントロールユニット３１は、各種センサ類の検出信号に基づいて、内燃機関１０の点火時期、空気量としての吸入空気量等を最適に制御するとともに、内燃機関１０の空燃比を制御している。つまり、コントロールユニット３１は、内燃機関１０の運転を制御する制御部に相当する。
　コントロールユニット３１には、吸入空気量を検出するエアフローメータ３２、内燃機関１０のクランクシャフトのクランク角を検出するクランク角センサ３３、アクセルペダルの踏込量を検出するアクセル開度センサ３４、内燃機関１０の冷却水温度を検出する水温センサ３５、外気の温度を検出する外気温センサ３６、内燃機関１０の壁温を検出する温度センサ３７、内燃機関１０に吸気コレクタ（図示せず）の温度を検出するコレクタ温度センサ３８、外気（大気）の湿度を検出する湿度センサ３９等の各種センサ類の検出信号が入力されている。クランク角センサ３３は、内燃機関１０の機関回転数を検出可能なものである。
　そして、コントロールユニット３１は、内燃機関１０の燃焼をストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、図２に示すように、内燃機関１０の吸入空気量が所定の第１空気量閾値以上の場合には、内燃機関１０の燃料噴射設定及び内燃機関１０の点火設定をストイキ燃焼用からリーン燃焼用（希薄燃焼用）にステップ的に切り替える。
　第１空気量閾値は、例えば、リーン燃焼での燃焼安定性及び排気性能が担保できるトルクを実現する吸入空気量（空気量）である。
　吸入空気量が所定の第１空気量閾値よりも小さいと、切り替え後の負荷が低くなり、燃焼安定性が損なわれ、場合によって失火に至る虞がある。
　これにより、車両１は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替えた際の燃焼安定性を向上させることができ、運転性能を向上させることができる。
　なお、吸入空気量に代えて、例えば、充填効率、筒内空気質量等を空気量として用いることも可能である。この場合、第１空気量閾値は、充填効率や筒内空気質量に対応して換算される。
　燃料噴射設定は、例えば、噴射回数、噴射時期、燃圧（燃料ポンプから吐き出される燃料の圧力）、燃料噴射弁のリフト制御（燃料噴射弁の弁体のリフト量の制御）の有無等である。
　燃料噴射設定は、例えば、内燃機関１０に要求される空燃比（目標空燃比）、内燃機関１０の吸入空気量及び機関回転数を用いた燃料噴射設定マップ（図示せず）を参照して決定される。
　燃料噴射設定マップは、予め適合によって設定されたマップである。燃料噴射設定マップは、空燃比毎に複数枚用意してもよい。燃料噴射設定マップが用意されていない空燃比のときは、補間により燃料噴射設定を決定するようにしてもよい。燃料噴射設定マップを１枚用意する場合は、内燃機関１０に要求される空燃比に応じて補正すればよい。内燃機関１０に要求される空燃比は、内燃機関１０の吸入空気量と内燃機関１０の機関回転数に応じて決定される。燃料噴射量は、要求される空燃比が大きくなるほど減少する。
　点火設定は、例えば、内燃機関１０の点火時期、内燃機関１０の点火回数、内燃機関１０の各気筒の点火プラグ（図示せず）の放電時間、内燃機関１０の各気筒の点火プラグ（図示せず）の放電エネルギーの大きさ等である。
　点火設定は、例えば、内燃機関１０に要求される空燃比（目標空燃比）、内燃機関１０の吸入空気量及び機関回転数を用いた点火設定マップ（図示せず）を参照して決定される。
　点火設定マップは、予め適合によって設定されたマップである。点火設定マップは、空燃比毎に複数枚用意してもよい。点火設定マップが用意されていない空燃比のときは、補間により点火設定を決定するようにしてもよい。点火設定マップを１枚用意する場合は、内燃機関１０に要求される空燃比に応じて補正すればよい。燃焼速度は、空燃比が大きくなるほど遅くなる。そのため、点火時期は、要求される空燃比が大きくなるほど進角する。
　燃料噴射設定及び点火設定は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替えた気筒を判別し、燃焼形態の切り替えに同期させて切り替える。
　例えば、燃料噴射の最中等で燃料噴射設定が変えられない状態で燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える指示が発生した場合は、当該気筒の点火設定はストイキ燃焼の設定を維持し、燃料噴射設定をリーンに設定できる次の燃焼気筒から点火設定をリーン燃焼の設定に切り替える。
　燃料噴射設定及び点火設定の切り替えが燃焼形態の切り替えと同期しない場合は、ノッキングや失火等の異常燃焼につながる虞がある。
　燃料噴射設定及び点火設定は、内燃機関１０の周囲の各種の環境条件に応じて補正するようにしてもよい。
　環境条件としては、例えば、外気温、吸気コレクタの温度（コレクタ温度）、内燃機関１０の壁温、内燃機関１０の冷却水温度（水温）、外気（大気）の湿度等がある。
　ノッキングが発生する点火時期、内燃機関１０の排気性能、燃焼限界となる空燃比等は、環境条件によって変化する。そのため、適切な設定がなされていない場合には、燃焼形態を切り替えた直後にノッキングや失火等の異常燃焼や、排気性能の悪化を引き起こす虞がある。
　そこで、点火時期がＭＢＴよりも遅角しているような場合には、湿度が高くなるほどＭＢＴに向けて点火時期が進角するように補正してもよい。これは、湿度が高い場合、ノッキングが発生しにくくなるからである。
　点火時期がＭＢＴよりも遅角しているような場合には、水温や壁温が低くなるほどＭＢＴに向けて点火時期が進角するように補正してもよい。これは、水温や壁温が低い場合は、ノッキングが発生しにくくなるからである。
　燃料噴射設定は、水温や壁温が低くなるほど空燃比がリッチ側になるよう補正してもよい。これは、水温や壁温が低い場合は、燃焼限界の空燃比がリッチ側に移動するからである。
　また、点火時期は、外気温やコレクタ温度が高くなるほど遅角するよう補正してもよい。これは、外気温やコレクタ温度が高い場合は、ノッキングが発生しやすくなるためである。
　これにより、燃料噴射設定及び点火設定は、環境条件に応じて補正され、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替えた際の燃焼安定性や排気性能を一層向上させることができる。
　図２は、内燃機関１０をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える際の点火時期等の挙動を示すタイミングチャートである。
　図２の時刻ｔ１においては、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比からリーン空燃比にステップ的に切り替わり、点火時期の設定が理論空燃比用からリーン空燃比用にステップ的に切り替わる。これにより、内燃機関１０のトルク（実トルク）は、図２の時刻ｔ１のタイミングでストイキ燃焼に対応したトルクからリーン燃焼に対応したトルクにステップ的に減少する。なお、図２は、空燃比の切り替え前後の短時間を示したものであり、吸入空気量は急に変わらないので、吸入空気量が一定となっている。
　図３は、上述した車両１の制御の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１では、ストイキ燃焼からリーン燃焼に燃焼形態の切り替え指示が出ているか否かを判定する。燃焼形態の切り替え指示が出ている場合は、ステップＳ２へ進む。燃焼形態の切り替え指示が出ていない場合は、今回のルーチンを終了する。ステップＳ２では、内燃機関１０の燃料噴射設定をリーン燃焼用に切り替える。ステップＳ３では、内燃機関１０の燃料噴射設定がリーン燃焼用に切り替わってから燃料噴射が行われたか否かを判定する。燃料噴射設定がリーン燃焼用に切り替わってから燃料噴射が行われた場合は、ステップＳ４へ進む。燃料噴射設定がリーン燃焼用に切り替わる前に燃料噴射が行われた場合は、ステップＳ２へ進む。ステップＳ４では、内燃機関１０の点火設定をストイキ燃焼用からリーン燃焼用に設定する。ステップＳ５では、内燃機関１０の全気筒でストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼形態の切り替えが完了したか否かを判定する。全気筒でストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼形態の切り替え完了している場合は、今回のルーチンを終了する。全気筒でストイキ燃焼からリーン燃焼への燃焼形態の切り替え完了していない場合は、ステップＳ２へ進む。
　また、車両１は、内燃機関１０の燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える際に、内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値未満の場合には、ストイキ燃焼を維持した状態で吸入空気量を第１空気量閾値となるよう増加させるようにしてもよい。
　内燃機関１０の負荷が低すぎる場合は、燃焼形態を切り替えた後のトルクが、リーン燃焼領域から外れる、燃焼安定のために設定空燃比をややリッチ側に設定すべきだった等の問題が発生する虞がある。
　このような問題が発生しないようにするため、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値未満の場合には、図４に示すように、リーン燃焼が可能な吸入空気量となるまでストイキ燃焼のまま吸入空気量を増加させる。
　図４は、内燃機関１０をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える際に吸入空気量が第１空気量閾値未満の場合の点火時期等の挙動を示すタイミングチャートである。
　図４の時刻ｔ１においては、内燃機関１０の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ切り替える指示が出る。但し、図４の時刻ｔ１では、吸入空気量が第１空気量閾値未満となっているので、空燃比の切り替えに先立って吸入空気量が第１空気量閾値となるように吸入空気量の増量を開始する。
　図４の時刻ｔ２は、吸入空気量が第１空気量閾値以上になっているタイミングである。図４の時刻ｔ２においては、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比からリーン空燃比にステップ的に切り替わり、点火時期の設定が理論空燃比用からリーン空燃比用にステップ的に切り替わる。
　内燃機関１０のトルク（実トルク）は、図４の時刻ｔ１から時刻ｔ２まで増加し、時刻ｔ２のタイミングでリーン燃焼に対応したトルクにステップ的に減少する。なお、図４の時刻ｔ２は、吸入空気量が第１空気量閾値以上となるタイミングでもよい。
　また、車両１は、内燃機関１０の燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値未満の場合には、吸入空気量の増加に合わせて発電機９の回生トルクを増加させてもよい。
　つまり、発電機を駆動可能な内燃機関が搭載される車両は、内燃機関の燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える際に、内燃機関の空気量が所定の第１空気量閾値未満の場合には、空気量の増加に合わせて発電機（モータジェネレータ）の回生トルクを増加させてもよい。発電機９の回生トルクの増加は、第１空気量閾値となるように吸入空気量を増加させることと並行して実施するようにしてもよい。
　発電機を駆動可能な内燃機関が搭載される車両としては、シリーズハイブリッド車両、パラレルハイブリッド車両、シリーズパラレルハイブリッド車両、スタータモータと発電機を兼ねるモータを強化して内燃機関の出力を補助することが可能な車両等がある。
　吸入空気量の増加分は、内燃機関１０のトルクの増加に用いられることになる。内燃機関１０のトルクの増加分は、発電機９の回生トルクを増加させることで吸収される。
　内燃機関１０の負荷が一定であれば、ストイキ燃焼のまま吸入空気量を増加させると、内燃機関１０の機関回転数が上昇してしまう。そこで、ストイキ燃焼のまま吸入空気量を増加させる場合には、発電機９の回生トルクを増加させて機関回転数を一定にしてもよい。
　これにより、車両１は、内燃機関１０の機関回転数の過剰な上昇を抑制することができる。
　また、車両１は、内燃機関１０の燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える際に、内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値未満の場合には、吸入空気量の増加に合わせて内燃機関１０の点火時期を遅角させてもよい。内燃機関１０の点火時期の遅角は、第１空気量閾値となるように吸入空気量を増加させることや吸入空気量の増加に合わせて発電機９の回生トルクを増加させることと並行して実施するようにしてもよい。
　これによって、内燃機関１０は、点火時期の遅角により熱効率が下がり、トルクの増加が抑制される。そのため内燃機関１０は、クランクシャフトが車軸に繋がっていてトルク段差を許容できない場合においても、点火時期を遅角することで内燃機関１０に発生するトルクを抑制し車両１の運転性能を確保できる。
　内燃機関のトルク変動を考慮する必要がある車両としては、シリーズハイブリッド車両、パラレルハイブリッド車両、シリーズパラレルハイブリッド車両、スタータモータと発電機を兼ねるモータを強化して内燃機関の出力を補助することが可能な車両、駆動源が内燃機関のみの車両等がある。
　上述した車両１のようなシリーズハイブリッド車に関しては、内燃機関１０が車軸と直接（機械的に）連結されていないため多少のトルクショックは許容される。しかしながら、トルクショックによる振動が加振力となって他部品に影響を及ぼす可能性があるため、シリーズハイブリッド車についてもトルク段差を抑える必要がある。
　車両１は、内燃機関１０燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼へ切り替える際に、内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値未満の場合、吸入空気量の増加及び発電機９の回生トルクの増加に合わせて内燃機関１０の点火時期を遅角させるようにしてもよい。
　車両がシリーズハイブリッド車以外の場合は、内燃機関のクランクシャフトが車軸に繋がっているので、内燃機関が駆動する発電機による回生でトルク段差が抑えられない場合、回生トルクと内燃機関の点火時期のリタードとを組み合わせて内燃機関のトルク及び機関回転数の上昇を抑制する。
　車両１のようなシリーズハイブリッド車の場合は、トルク段差を抑える必要があれば、回生トルクと内燃機関１０の点火時期のリタードとを組み合わせて内燃機関１０のトルク及び機関回転数の上昇を抑制してもよい。
　つまり、発電機９による回生が不十分な場合には、内燃機関１０の機関回転数が想定以上に上昇する可能性がある。そこで、車両１は、発電機９による回生と内燃機関１０の点火時期を遅角させることとを合わせて（並行して）実施することで、内燃機関１０の機関回転数の上昇を抑制できる。
　また、車両１は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値よりも大きい所定の第２空気量閾値以上の場合には、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第１トルク閾値未満となるよう内燃機関１０の吸入空気量を第２空気量閾値未満となるように制御した後に、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替えるようにしてもよい。
　第２空気量閾値は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第１トルク閾値未満となるように設定される。
　第１トルク閾値は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後の許容トルク差から決定される。
　内燃機関１０の吸入空気量は、空気デバイスを制御することで調整できる。空気デバイスは、例えば、内燃機関１０の吸気通路に設けられたスロットル弁、過給器のタービンを迂回して排気通路に接続されるバイパス通路に設けられたウエストゲート弁、過給器の容量を調整する可変ノズル、内燃機関１０の可変動弁機構等である。
　内燃機関１０の吸入空気量が多い状態で燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えると、切り替え前後でのトルク差の絶対値が大きくなる。そこで、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える際に内燃機関１０の吸入空気量が多く、切り替え前後でのトルク差が所定の第１トルク閾値以上となるような場合には、内燃機関１０の吸入空気量を予め減少させ、切り替え前後でのトルク差が第１トルク閾値未満となるようにする。
　第１トルク閾値は、トルク差に起因して発生する振動が車両１にとって許容できるものとなるように設定される。
　このように内燃機関１０の吸入空気量が第２空気量閾値より大きいところからの切り替えでは、切り替え前後のトルク差が第１トルク閾値以上となるため、図５に示すように、吸入空気量を予め減らしておく。なお、燃焼形態を切り替えるタイミングの判断は、内燃機関１０の推定トルクの減少から判断してもよいし、内燃機関１０の吸入空気量の減少から判断してもよい。
　車両１は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際のトルク差を小さくすることができる。そのため、車両１は、燃焼形態の切り替えた際のトルク差に起因した内燃機関１０の振動が引き起こすエンジンマウントへの入力増大や他部品との接触等の問題を回避することができる。
　図５は、内燃機関１０をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える際に吸入空気量が第２空気量閾値以上の場合の吸入空気量等の挙動を示すタイミングチャートである。
　図５の時刻ｔ１においては、内燃機関１０の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ切り替える指示が出る。但し、図５の時刻ｔ１では、吸入空気量が第２空気量閾値以上となっているので、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が第１トルク閾値未満となるように、空燃比の切り替えに先立って吸入空気量が第２空気量閾値未満となるように吸入空気量の減量を開始する。図５の時刻ｔ１～ｔ２の間、吸入空気量は徐々に減少している。
　図５の時刻ｔ２は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が第１トルク閾値未満になっているタイミングである。図５の時刻ｔ２においては、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比からリーン空燃比にステップ的に切り替わり、点火時期の設定が理論空燃比用からリーン空燃比用にステップ的に切り替わる。
　内燃機関１０のトルク（実トルク）は、図５の時刻ｔ１から時刻ｔ２まで徐々に減少し、時刻ｔ２のタイミングでリーン燃焼に対応したトルクにステップ的に減少する。なお、図５の時刻ｔ２は、切り替え前後のトルク差が第１トルク閾値未満となるタイミングでもよい。
　車両１は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値よりも大きい所定の第３空気量閾値以上の場合には、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第２トルク閾値未満となるよう内燃機関１０の点火時期を遅角した後に、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替えるようにしてもよい。
　諸事情により吸入空気量を減らせない場合は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に内燃機関１０の点火時期を遅角してストイキ燃焼時のトルクを減少させることで、切り替えた際のトルク差を抑え込む。
　なお、燃焼形態を切り替えるタイミングの判断は、内燃機関１０の推定トルクの減少から判断してもよいし、点火時期の遅角量から判断してもよい。
　第３空気量閾値は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に内燃機関１０の点火時期を最大限遅角した場合のトルク差が所定の第２トルク閾値未満となるように設定される。第２トルク閾値は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後の許容トルク差から決定される。
　ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際のトルク差を抑制するために吸入空気量を減らす場合には、切り替え直後の負荷が低くなってしまううえ、等空気量かつトルクが最大となる点火時期（Minimum advance for the Best Torque）等の条件ではトルク差が出てしまう。そこで吸入空気量を一定程度確保しつつ、トルク差も減らすため、図６に示すように、点火時期を遅角して内燃機関１０のトルクを補正する。
　図６は、内燃機関１０をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える際に吸入空気量が第３空気量閾値以上の場合の点火時期等の挙動を示すタイミングチャートである。
　図６の時刻ｔ１においては、内燃機関１０の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ切り替える指示が出る。但し、図６の時刻ｔ１では、吸入空気量が第３空気量閾値以上となっているので、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が第２トルク閾値未満となるように、空燃比の切り替えに先立って内燃機関１０の点火時期を遅角する。図６の時刻ｔ１～ｔ２の間、点火時期の遅角量は徐々に増加している。
　図６の時刻ｔ２は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が第２トルク閾値未満になっているタイミングである。図６の時刻ｔ２においては、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比からリーン空燃比にステップ的に切り替わり、点火時期の設定がリーン空燃比用にステップ的に切り替わる。
　内燃機関１０のトルク（実トルク）は、図６の時刻ｔ１から時刻ｔ２まで徐々に減少し、時刻ｔ２のタイミングでリーン燃焼に対応したトルクにステップ的に減少する。なお、図６の時刻ｔ２は、切り替え前後のトルク差が第２トルク閾値未満となるタイミングでもよい。
　車両１は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に内燃機関１０の吸入空気量が第１空気量閾値よりも大きい所定の第４空気量閾値以上の場合には、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第３トルク閾値未満となるよう内燃機関１０の吸入空気量を減少させるとともに内燃機関１０の点火時期を遅角した後に、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えるようにしてもよい。ここで、内燃機関１０の吸入空気量は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える前に、第１空気量閾値よりも大きく第４空気量閾値未満となる所定の第５空気量閾値未満となるように制御される。
　第４空気量閾値及び第５空気量閾値は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第３トルク閾値未満となるように設定される。
　第３トルク閾値は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後の許容トルク差から決定される。
　例えば、第１空気量閾値が大きい場合は、吸入空気量が大幅に下げられないため、内燃機関１０の点火時期の遅角と組み合わせ、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差を減少させるようにしてもよい。
　燃焼形態を切り替えた際のトルク差を内燃機関１０の点火時期を遅角することのみで抑制しようとする場合には、点火時期の遅角量が増えることで燃費悪化や排気温度の上昇を招くことになる。そこで、車両１は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、図７に示すように、吸入空気量を減らしつつ点火時期を遅角することで、切り替え前後のトルク差を抑制しつつ、燃費や排気温度の悪化を防ぐことができる。
　図７は、内燃機関１０をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える際に吸入空気量が第４空気量閾値以上の場合の吸入空気量等の挙動を示すタイミングチャートである。
　図７の時刻ｔ１においては、内燃機関１０の空燃比を理論空燃比からリーン空燃比へ切り替える指示が出る。但し、図７の時刻ｔ１では、吸入空気量が第４空気量閾値以上となっているので、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が第３トルク閾値未満となるように、空燃比の切り替えに先立って吸入空気量が第５空気量閾値未満となるように吸入空気量の減量を開始するとともに、内燃機関１０の点火時期を遅角する。図７の時刻ｔ１～ｔ２の間、吸入空気量は徐々に減少し、点火時期の遅角量は徐々に増加している。
　図７の時刻ｔ２は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が第３トルク閾値未満になっているタイミングである。図７の時刻ｔ２においては、内燃機関１０の空燃比が理論空燃比からリーン空燃比にステップ的に切り替わり、点火時期の設定がリーン空燃比用にステップ的に切り替わる。なお、図７の時刻ｔ２は、切り替え前後のトルク差が第３トルク閾値未満となるタイミングでもよい。
　内燃機関１０のトルク（実トルク）は、図７の時刻ｔ１から時刻ｔ２まで徐々に減少し、かつ時刻ｔ２のタイミングでリーン燃焼に対応したトルクにステップ的にさらに減少する。
　以上、本発明の具体的な実施例を説明してきたが、本発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
　例えば車両に搭載された内燃機関が発電機（モータジェネレータ）及び駆動輪（車軸）を駆動可能なものであり、この発電機が当該内燃機関及び当該駆動輪にトルクを付与（アシスト）することが可能であれば、当該発電機は、ストイキ燃焼からリーン燃焼へ燃焼形態を切り替えた際の当該内燃機関のトルク減少分を駆動輪に付与してもよい。
　内燃機関が発電機を駆動可能、かつ内燃機関のトルクが車軸を介して駆動輪に伝達可能な車両では、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の内燃機関のトルク減少が車両の運転性能に悪影響を及ぼす虞がある。
　内燃機関のトルクが車軸を介して駆動輪に伝達可能な車両としては、パラレルハイブリッド車両、シリーズパラレルハイブリッド車両、スタータモータと発電機を兼ねるモータを強化して内燃機関の出力を補助することが可能な車両、駆動源が内燃機関のみの車両等がある。
　そこで、このような車両では、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の内燃機関のトルク減少分を発電機のトルクでアシストする。このような車両では、燃焼形態の切り替え後は、空気量を増やすことで内燃機関のトルクを増加させ、内燃機関のトルクの増加に応じて発電機のトルクを減少させることで、燃焼形態の切り替え前後でフラットなトルクを実現できる。
　つまり、車両は、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の内燃機関のトルク減少分を発電機のトルクでアシストすることで、運転性能の悪化を抑制することができる。
　また、上述した実施例の内燃機関１０は、筒内直接噴射式の内燃機関やポート噴射式の内燃機関であってもよい。
　上述した実施例は、車両の制御方法及び車両の制御装置に関するものである。

Claims (14)

  1. 　目標空燃比を理論空燃比とするストイキ燃焼と、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンとする希薄燃焼と、を切り替えて使用可能な内燃機関を有する車両の制御方法において、
    　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、上記内燃機関の空気量が所定の第１空気量閾値以上の場合には、上記内燃機関の燃料噴射設定及び上記内燃機関の点火設定をストイキ燃焼用から希薄燃焼用にステップ的に切り替える車両の制御方法。
  2. 　上記燃料噴射設定は、要求される空燃比、空気量及び機関回転数を用いて決定される請求項１に記載の車両の制御方法。
  3. 　上記点火設定は、要求される空燃比、空気量及び機関回転数を用いて決定される請求項１または２に記載の車両の制御方法。
  4. 　上記燃料噴射設定及び上記点火設定は、上記内燃機関の周囲の環境条件に応じて補正される請求項１～３のいずれかに記載の車両の制御方法。
  5. 　上記燃料噴射設定及び上記点火設定は、ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替えた気筒を判別し、燃焼形態の切り替えに同期させて切り替える請求項１～４のいずれかに記載の車両の制御方法。
  6. 　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、上記内燃機関の空気量が上記第１空気量閾値未満の場合には、空気量を上記第１空気量閾値となるよう増加させる請求項１～５のいずれかに記載の車両の制御方法。
  7. 　上記内燃機関により駆動可能なモータジェネレータを有し、
    　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、上記内燃機関の空気量が上記第１空気量閾値未満の場合には、空気量の増加に合わせて上記モータジェネレータの回生トルクを増加させる請求項６に記載の車両の制御方法。
  8. 　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、上記内燃機関の空気量が上記第１空気量閾値未満の場合には、空気量の増加に合わせて上記内燃機関の点火時期を遅角させる請求項６に記載の車両の制御方法。
  9. 　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、上記内燃機関の空気量が上記第１空気量閾値未満の場合には、空気量の増加及び上記モータジェネレータの回生トルクの増加に合わせて上記内燃機関の点火時期を遅角させる請求項７に記載の車両の制御方法。
  10. 　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に上記内燃機関の空気量が上記第１空気量閾値よりも大きい所定の第２空気量閾値以上の場合には、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第１トルク閾値未満となるよう上記内燃機関の空気量を制御した後に、ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える請求項１に記載の車両の制御方法。
  11. 　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に上記内燃機関の空気量が上記第１空気量閾値よりも大きい所定の第３空気量閾値以上の場合には、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第２トルク閾値未満となるよう上記内燃機関の点火時期を遅角した後に、ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える請求項１に記載の車両の制御方法。
  12. 　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に上記内燃機関の空気量が上記第１空気量閾値よりも大きい所定の第４空気量閾値以上の場合には、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替えた際の切り替え前後のトルク差が所定の第３トルク閾値未満となるよう上記内燃機関の空気量を減少させるとともに上記内燃機関の点火時期を遅角した後に、燃焼形態をストイキ燃焼からリーン燃焼に切り替える請求項１に記載の車両の制御方法。
  13. 　上記内燃機関は、モータジェネレータ及び駆動輪を駆動可能なものであって、
    　上記モータジェネレータは、上記内燃機関及び上記駆動輪にトルクを付与することが可能であり、ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替えた際の上記内燃機関のトルク減少分を上記駆動輪に付与する請求項１～５、１０～１２のいずれかに記載の車両の制御方法。
  14. 　目標空燃比を理論空燃比とするストイキ燃焼と、目標空燃比を理論空燃比よりもリーンとする希薄燃焼と、を切り替えて使用可能な内燃機関を有する車両の制御装置において、
    　ストイキ燃焼から希薄燃焼へ燃焼形態を切り替える際に、上記内燃機関の空気量が所定の第１空気量閾値以上の場合には、上記内燃機関の燃料噴射設定及び上記内燃機関の点火設定をストイキ燃焼用から希薄燃焼用にステップ的に切り替える制御部を有する車両の制御装置。
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