JP2008068802A

JP2008068802A - ハイブリッド車両

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Publication number: JP2008068802A
Application number: JP2006250914A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Miyashita; 茂樹宮下; Hiroyuki Hokutou; 宏之北東
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-09-15
Filing date: 2006-09-15
Publication date: 2008-03-27
Anticipated expiration: 2026-09-15
Also published as: WO2008032195A2; WO2008032195A3; JP4197025B2; US8209968B2; CN101516705A; CN101516705B; US20100162686A1; EP2061686A2; EP2061686B1

Abstract

【課題】ハイブリッド車両において、運転モードの変更時におけるトルク変動のショックを軽減してドライバビリティの向上を図る。
【解決手段】エンジン１１と、エンジン１１により発電可能な発電機１３と、発電機１３からの電力供給を受けて回転可能な電気モータ１２と、エンジン１１の出力を駆動輪１５及び発電機１３に動力伝達すると共に電気モータ１２の出力を駆動輪１５に動力伝達する動力分割機構１４と、走行状態に応じて動力分割機構１４によりエンジン１１の出力割合と電気モータ１２の出力割合を制御するメインＥＣＵとを設けて構成し、エンジン１１の運転モードをリーン燃焼運転モードとストイキ燃焼運転モードとの間で切換えるとき、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力割合を増減する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンと電気モータとを動力源として走行可能なハイブリッド車両に関するものである。

近年、燃料の燃焼によりトルクを出力するエンジンと、電力の供給によりトルクを出力する電気モータとを搭載し、このエンジンと電気モータのトルクを車輪に伝達することで走行可能とするハイブリッド車両が採用されている。このようなハイブリッド車両では、走行状態に応じてエンジンと電気モータの駆動及び停止を制御することにより、エンジンのトルクだけで車輪を駆動したり、電気モータのトルクだけで車輪を駆動したり、または、エンジンと電気モータの両者のトルクにより車輪を駆動するようにしている。そして、電気モータはバッテリに蓄積された電力により駆動することができ、このバッテリのエネルギが低下したときには、エンジンにより発電機を駆動してバッテリの充電を行うようにしている。

そして、このようなハイブリッド車両に適用された筒内噴射式エンジンでは、圧縮行程中に燃焼室に燃料を噴射してリーン空燃比で成層燃焼を実現可能であると共に、吸気行程中に燃焼室に燃料を噴射して均一な混合気を形成して理論（ストイキ）空燃比で均質燃焼を実現可能となっている。例えば、内燃機関の低負荷運転領域にて、ピストンの吸気行程における吸気弁の開放時に、吸気ポートの空気を燃焼室に吸入し、この吸入空気を圧縮行程時に圧縮し、この高圧空気に対して燃料を噴射して混合し、この混合気が点火プラグに導かれて着火して燃焼する成層燃焼を行う。一方、内燃機関の中・高負荷運転領域では、ピストンの吸気行程における吸気弁の開放時に、吸気ポートの空気を燃焼室に吸入すると共に、この吸入空気に対して燃料噴射を行って燃焼室全体に分散した混合気を形成し、この分散した混合気に対して点火プラグにより着火され、この着火混合気が火種となって燃焼室全体に分散した混合気が燃焼する均質燃焼を行う。

このようなハイブリッド車両としては、例えば、下記特許文献１に記載されたものがある。また、筒内噴射式エンジンとしては、例えば、下記特許文献２に記載されたものがある。

特開２００５−０６９０２９号公報特開２０００−１３０２１３号公報

上述した従来のエンジンにて、運転状態に応じてリーン空燃比で成層燃焼を実現する運転モードと理論空燃比で均質燃焼を実現する運転モードとの間で変更されるとき、ドライバの要求トルクに対して実際の出力トルクが変動しないように、空燃比の変更に応じて吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更して補償している。ところが、空燃比の変更時におけるエンジントルクの調整が過渡的にずれてしまい、このとき、ショックが発生してドライバビリティが悪化してしまうおそれがある。

上述した特許文献２のリーンエンジンの制御装置では、リーンバーン実施条件が成立または不成立となったときに、スロットルアクチュエータに対して出力する開度指令値を段階的に増加または減少させても、スロットルアクチュエータにはむだ時間分の遅れが生じるため、また、空気の応答遅れ（スロットル〜燃焼空間の距離、慣性）があるため、目標空燃比、点火時期、噴射時期の移行作動をむだ時間や空気の応答遅れに同期させて移行作動させるようにしている。しかし、空燃比の変更時におけるエンジントルクの調整のずれは、電子式スロットル装置などの応答遅れなどだけではなく、これらの装置の経年変化や吸気温度のずれ、残留ガス温度差による燃焼速度の相違などによりずれることが多く、このずれを適正に補償することができず、ショックの発生によりドライバビリティが悪化してしまう。

本発明は、このような問題を解決するためのものであって、運転モードの変更時におけるトルク変動のショックを軽減してドライバビリティの向上を図ったハイブリッド車両を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、電気モータと、前記エンジンの出力を駆動輪に動力伝達すると共に前記電気モータの出力を前記駆動輪に動力伝達する動力伝達手段と、走行状態に応じて前記動力伝達手段により前記エンジンの出力割合と前記電気モータの出力割合を制御する出力制御手段とを具えたハイブリッド車両において、前記エンジンの空燃比がリーンとなるリーン燃焼運転モードと空燃比がストイキ近傍となるストイキ燃焼運転モードに切換可能な運転モード切換手段を設け、該運転モード切換手段により前記エンジンの運転モードが切換えられるときに、前記出力制御手段は、前記エンジンの出力と前記電気モータの出力とを合わせたトータル出力が一定となるように前記電気モータの出力割合を増減することを特徴とするものである。

本発明のハイブリッド車両では、前記運転モード切換手段により前記リーン燃焼運転モードから前記ストイキ燃焼運転モードに切換えられるときに、前記出力制御手段は、前記電気モータの出力割合を増加することを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記運転モード切換手段により前記ストイキ燃焼運転モードから前記リーン燃焼運転モードに切換えられるときに、前記出力制御手段は、前記電気モータの出力割合を減少することを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記運転モード切換手段により前記エンジンの運転モードが切換えられ、前記出力制御手段が前記電気モータの出力を増減するとき、前記エンジンの運転モードの切換タイミングに対して、前記電気モータの出力の増減タイミングを、走行状態に応じて予め設定された所定時間だけずらすことを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記エンジンに排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられ、前記運転モード切換手段は、前記エンジンの空燃比がリッチとなるリッチ燃焼運転モードに切換可能であり、前記運転モード切換手段が前記リッチ燃焼運転モードに切換えることで、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元して再生するリッチスパイク制御を実行するとき、前記出力制御手段は、前記電気モータの出力割合を増加することを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記エンジンに排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも排気流動方向の上流側に三元触媒が設けられ、前記運転モード切換手段が前記リッチ燃焼運転モードに切換えて前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチスパイク制御を実行するとき、運転モードの切換タイミングに対して、前記電気モータの出力の増加タイミングを、予め設定された所定時間だけ遅らせることを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記エンジンに排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも排気流動方向の上流側に三元触媒が設けられ、前記運転モード切換手段が前記リッチ燃焼運転モードから前記リーン燃焼運転モードまたは前記ストイキ燃焼運転モードに切換えて前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチスパイク制御を解除するとき、運転モードの切換タイミングに対して、前記電気モータの出力の増加タイミングを、予め設定された所定時間だけ早くすることを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記運転モード切換手段により前記エンジンの運転モードが切換えられるとき、前記出力制御手段は、前記エンジンの回転数を予め設定された所定時間だけ一定回転数とし、前記電気モータの出力を増減することを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記運転モード切換手段により前記リーン燃焼運転モードから前記ストイキ燃焼運転モードに切換えられるとき、前記出力制御手段は、前記エンジンの回転数を一定回転数としている間、前記電気モータの出力を増加することを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両では、前記運転モード切換手段により前記ストイキ燃焼運転モードから前記リーン燃焼運転モードに切換えられるとき、前記出力制御手段は、前記エンジンの回転数を一定回転数としている間、前記電気モータの出力を減少することを特徴としている。

本発明のハイブリッド車両によれば、エンジンと、電気モータと、エンジンの出力を駆動輪に動力伝達すると共に電気モータの出力を駆動輪に動力伝達する動力伝達手段と、走行状態に応じて前記動力伝達手段によりエンジンの出力割合と電気モータの出力割合を制御する出力制御手段とを設けて構成し、エンジンの空燃比がリーンとなるリーン燃焼運転モードと空燃比がストイキ近傍となるストイキ燃焼運転モードに切換可能な運転モード切換手段を設け、この運転モード切換手段によりエンジンの運転モードが切換えられるときに、出力制御手段は、エンジンの出力と電気モータの出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータの出力割合を増減するので、エンジンの運転モードが切換えられるときに、電気モータの出力割合を増減することで、エンジンの出力が変動しても、トータル出力を常時一定として運転モードの変更時における出力変動のショックが軽減されることとなり、ドライバビリティを向上することができる。

以下に、本発明に係るハイブリッド車両の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例により本発明が限定されるものではない。

図１は、本発明の実施例１に係るハイブリッド車両に適用されたエンジンの概略構成図、図２は、エンジンの運転モードを表すグラフ、図３は、実施例１のハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャート、図４は、実施例１のハイブリッド車両の概略構成図である。

まず、実施例１のハイブリッド車両の全体構成について詳細に説明する。実施例１のハイブリッド車両において、図４に示すように、車両には、動力源として、エンジン１１と電気モータ（モータジェネレータ）１２が搭載されており、また、この車両には、エンジン１１の出力を受けて発電を行う発電機（モータジェネレータ）１３も搭載されている。これらのエンジン１１と電気モータ１２と発電機１３は、動力分割機構（動力伝達手段）１４によって接続されている。この動力分割機構１４は、エンジン１１の出力を発電機１３と駆動輪１５とに振り分けると共に、電気モータ１２からの出力を駆動輪１５に伝達したり、減速機１６及び駆動軸１７を介して駆動輪１５に伝達される駆動力に関する変速機として機能する。

電気モータ１２は交流同期電動機であり、交流電力によって駆動する。インバータ１８は、バッテリ１９に蓄えられた電力を直流から交流に変換して電気モータ１２に供給すると共に、発電機１３によって発電される電力を交流から直流に変換してバッテリ１９に蓄えるためのものである。発電機１３も、基本的には上述した電気モータ１２とほぼ同様の構成を有しており、交流同期電動機としての構成を有している。この場合、電気モータ１２が主として駆動力を出力するのに対し、発電機１３は主としてエンジン１１の出力を受けて発電するものである。

また、電気モータ１２は主として駆動力を発生させるが、駆動輪１５の回転を利用して発電（回生発電）することもでき、発電機として機能することも可能である。このとき、駆動輪１５にはブレーキ（回生ブレーキ）が作用するので、これをフットブレーキやエンジンブレーキと併用することにより、車両を制動させることができる。一方、発電機１３は主としてエンジン１１の出力を受けて発電をするが、インバータ１８を介してバッテリ１９の電力を受けて駆動する電動機としても機能することができる。

エンジン１１のクランクシャフト２０には、クランク角度を検出するクランクポジションセンサ２１が設けられている。このクランクポジションセンサ２１は、エンジンＥＣＵ２２に接続され、このエンジンＥＣＵ２２は、検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気の各行程を判別すると共に、エンジン回転数を算出している。また、電気モータ１２及び発電機１３の各駆動軸２３，２４には、それぞれの回転位置及び回転数を検出する回転数センサ２５，２６が設けられている。この各回転数センサ２５，２６は、それぞれモータＥＣＵ２７に接続され、検出した各駆動軸２３，２４の回転位置及び回転数をモータＥＣＵ２７に出力している。

上述した動力分割機構１４は、プラネタリギヤユニットにより構成されている。即ち、この動力分割機構（プラネタリギヤユニット）１４は、サンギヤ４１と、このサンギヤ４１の周囲に配置された複数のプラネタリギヤ４２と、この各プラネタリギヤ４２を保持するギヤキャリア４３と、プラネタリギヤ４２のさらに外周に配置されたリングギヤ４４とから構成されている。そして、エンジン１１のクランクシャフト２０が中心軸４５を介してギヤキャリア４３に結合されており、エンジン１１の出力はプラネタリギヤユニット１４のギヤキャリア４３に入力される。また、電気モータ１２は内部にステータ４６とロータ４７を有しており、このロータ４７が駆動軸２３を介してリングギヤ４４に結合され、ロータ４７及びリングギヤ４４は図示しないギヤユニットを介して減速機１６に結合されている。この減速機１６は、電気モータ１２からプラネタリギヤユニット１４のリングギヤに入力された出力を駆動軸１７に伝達するものであり、電気モータ１２は駆動軸１７と常時接続された状態となっている。

また、発電機１３は、上述した電気モータ１２と同様に、内部にステータ４８とロータ４９を有しており、このロータ４９が駆動軸２４及び図示しないギヤユニットを介してサンギヤ４１に結合されている。つまり、エンジン１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、サンギヤ４１を介して発電機１３のロータ４９に入力される。また、エンジン１１の出力は、プラネタリギヤユニット１４で分割され、リングギヤ４４などを介して駆動軸１７にも伝達可能となっている。

そして、発電機１３の発電量を制御してサンギヤ４１の回転を制御することにより、プラネタリギヤユニット１４全体を無段変速機として用いることができる。即ち、エンジン１１または電気モータ１２の出力は、プラネタリギヤユニット１４によって変速された後に駆動軸１７に出力される。また、発電機１３の発電量（電気モータとして機能する場合は電力消費量）を制御してエンジン１１の回転数を制御することもできる。なお、電気モータ１２、発電機１３の回転数を制御する場合は、回転センサ２５，２６の出力を参照してモータＥＣＵ２７がインバータ１８を制御することにより行われることとなり、これによりエンジン１１の回転数も制御可能である。

上述した各種制御は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）によって制御される。ハイブリッド車両として特徴的なエンジン１１による駆動と電気モータ１２及び発電機１３による駆動とは、メインＥＣＵ２８によって総合的に制御される。即ち、ドライバの要求出力に対して、車両の走行状態に応じてメインＥＣＵ２８によりエンジン１１の出力と電気モータ１２及び発電機１３による出力の配分が決定され、エンジン１１、電気モータ１２及び発電機１３を制御すべく、各制御指令がエンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７に出力される。

また、エンジンＥＣＵ２２及びモータＥＣＵ２７は、エンジン１１、電気モータ１２及び発電機１３の情報をメインＥＣＵ２８にも出力している。このメインＥＣＵ２８には、バッテリ１９を制御するバッテリＥＣＵ２９やブレーキを制御するブレーキＥＣＵ３０にも接続されている。このバッテリＥＣＵ２９はバッテリ１９の充電状態を監視し、充電量が不足した場合には、メインＥＣＵ２８に対して充電要求指令を出力する。充電要求を受けたメインＥＣＵ２８はバッテリ１９に充電をするように発電機１３を発電させる制御を行う。ブレーキＥＣＵ３０は車両の制動を司っており、メインＥＣＵ２８と共に電気モータ１２による回生ブレーキを制御する。

本実施例のハイブリッド車両は、上述したように構成されているので、ハイブリッド車両を運行している間に車両全体で要求される必要出力をエンジン１１と電気モータ１２（発電機１３）とに配分することにより、エンジン１１の運転状態を所望の運転状態に制御しつつ、車両全体で要求される出力をも満たすことが可能となっている。

次に、上述した実施例１のハイブリッド車両におけるエンジン１１の構成について詳細に説明する。実施例１のハイブリッド車両におけるエンジンにおいて、図１に示すように、エンジン１１は、図示しないが、シリンダブロック上にシリンダヘッドが締結され、複数のシリンダボアにピストンがそれぞれ上下移動自在に嵌合し、シリンダブロックの下部にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストンはコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されて構成されている。

シリンダブロックとシリンダヘッドとピストンにより燃焼室５１が構成されており、この燃焼室５１には、吸気ポート５２と排気ポート５３が対向するように連通して設けられており、この吸気ポート５２及び排気ポート５３に対して吸気弁５４及び排気弁５５の下端部がそれぞれ位置している。この吸気弁５４及び排気弁５５は、シリンダヘッドに軸方向に沿って移動自在に支持されると共に、吸気ポート５２及び排気ポート５３を閉止する方向に付勢支持されている。また、シリンダヘッドには、吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転自在に支持されており、吸気カム及び排気カムが吸気弁５４及び排気弁５５の上端部に接触している。

従って、エンジン１１に同期して吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転すると、吸気カム及び排気カムが吸気弁５４及び排気弁５５を所定のタイミングで上下移動させることで、吸気ポート５２及び排気ポート５３を開閉し、吸気ポート５２と燃焼室５１、燃焼室５１と排気ポート５３とをそれぞれ連通することができる。

吸気ポート５２には、インテークマニホールド５６を介してサージタンク５７が連結され、このサージタンク５７に吸気管５８が連結されており、この吸気管５８の空気取入口にエアクリーナ５９が取付けられている。そして、このエアクリーナ５９の下流側にスロットルバルブ６０を有する電子スロットル装置６１が設けられている。

また、シリンダヘッドには、各燃焼室５１に直接燃料（ガソリン）を高圧で噴射するインジェクタ６２が装着されており、各インジェクタ６２にはデリバリパイプ６３が連結され、このデリバリパイプ６３には、高圧燃料ポンプ６４から所定圧の燃料を供給可能となっている。また、シリンダヘッドには、燃焼室５１の上方に位置して混合気に着火する点火プラグ６５が装着されている。

一方、排気ポート５３には、エギゾーストマニホールド６６を介して排気管６７が連結されている。そして、この排気管（排気通路）６７には、三元触媒６８とＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９が装着されている。この三元触媒６８は、排気空燃比がストイキのときに排気ガス中に含まれるＨＣ、ＣＯ、ＮＯｘを酸化還元反応により同時に浄化処理するものである。ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９は、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したストイキ燃焼領域またはリッチ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものである。

そして、このエンジン１１には、ターボ過給機７０が設けられている。このターボ過給機７０は、吸気管５８側に設けられたコンプレッサ７１と排気管６７側に設けられたタービン７２とが連結軸７３により一体に連結されて構成されている。そして、このターボ過給機７０におけるコンプレッサ７１の下流側であって、電子スロットル装置６１（スロットル弁６０）の上流側の吸気管５８には、このコンプレッサ７１により圧縮されて温度上昇した吸入空気を冷却するインタークーラ７４が設けられている。

ところで、本実施例のハイブリッド車両において、図１及び図４に示すように、メインＥＣＵ２８は、ドライバの要求に応じて、エンジンＥＣＵ２２を介してエンジン１１を制御すると共に、モータＥＣＵ２７を介して電気モータ１２及び発電機１３を制御する。即ち、メインＥＣＵ２８には、アクセル角度を検出するアクセルポジションセンサ７５が接続されており、検出したアクセル開度がメインＥＣＵ２８に入力されている。メインＥＣＵ２８は、このアクセル開度から要求出力を設定し、車両の走行停止状態に応じて最大効率となるようにエンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の配分が決定され、エンジンＥＣＵ２２はエンジン１１を制御し、モータＥＣＵ２７は電気モータ１２を制御する。

例えば、車両の発進時や低中速走行時には、エンジン効率が悪くなる領域では燃料をカットまたはエンジン１１を停止し、電気モータ１２のみにより駆動輪１５を駆動して走行する。通常走行時には、エンジン１１の出力を動力分割機構１４により１系路に分割し、一方を発電機１３に送って発電し、その電力により電気モータ１２を駆動して駆動輪１５を駆動し、他方により駆動輪１５を直接駆動し、エンジン１１及び電気モータ１２により走行する。急加速時（高負荷時）には、通常走行時における制御に加えて、電気モータ１２がバッテリ１９から電力を受けて駆動輪１５を駆動して走行する。減速時や制動時には、駆動輪１５により電気モータ１２を駆動し、この電気モータ１２を発電機として作動させると共に、回生ブレーキとして作用させ、回収した電力をバッテリ１９に充電する。バッテリ充電時は、エンジン１１の出力を動力分割機構１４を介して発電機１３に送って発電し、電力をバッテリ１９に蓄電する。

そして、エンジンＥＣＵ２２は、インジェクタ６２の燃料噴射タイミングや点火プラグ６５の点火時期などを制御可能となっており、検出した吸入空気量、吸気温度、スロットル開度、アクセル開度（エンジン要求出力）、エンジン回転数、冷却水温などのエンジン運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定している。即ち、図１に示すように、吸気管５８の上流側にはエアフローセンサ７６及び吸気温センサ７７が装着され、計測した吸入空気量及び吸気温度をエンジンＥＣＵ２２に出力している。また、電子スロットル装置６１にはスロットルポジションセンサ７８が設けられており、現在のスロットル開度をエンジンＥＣＵ２２に出力している。また、シリンダブロックには水温センサ７９が設けられており、検出したエンジン冷却水温をエンジンＥＣＵ２２に出力している。

また、本実施例では、運転モード切換手段としてのエンジンＥＣＵ２２は、エンジン１１の圧縮行程中に燃焼室５１に燃料を噴射し、リーン空燃比で成層燃焼を実行するリーン燃焼運転モードと、吸気行程中に燃焼室５１に燃料を噴射して均一な混合気を形成し、理論（ストイキ）空燃比で均質燃焼を実現するストイキ燃焼運転モードとを、エンジン１１の運転状態に応じて切換可能となっている。

即ち、エンジンＥＣＵ２２は、図２に示すように、エンジン回転数の増加に応じてエンジン負荷が増加する最適ライン（実線ライン）が設定されると共に、リーン燃焼運転モード（一点鎖線で囲まれた領域）及びストイキ燃焼運転モード（その他の領域）が設定されている。このようなエンジン運転モードマップにて、リーン燃焼運転モードでは、吸気行程における吸気弁５４の開放時に、吸気ポート５２の空気を燃焼室５１に吸入し、この吸入空気を圧縮行程時に圧縮し、この高圧空気に対してインジェクタ６２から燃料を噴射して混合し、この混合気が点火プラグ６５に導かれて着火して燃焼する成層燃焼を行う。一方、ストイキ燃焼運転モードでは、吸気行程における吸気弁５４の開放時に、吸気ポート５２の空気を燃焼室５１に吸入すると共に、この吸入空気に対してインジェクタ６２から燃料噴射を行って燃焼室５１全体に分散した混合気を形成し、この分散した混合気に対して点火プラグ６５により着火され、この着火混合気が火種となって燃焼室５１全体に分散した混合気が燃焼する均質燃焼を行う。

ところで、このようなエンジン１１では、リーン燃焼運転モードとストイキ燃焼運転モードとの間で運転モードが変更されるとき、メインＥＣＵ２８により設定されたエンジン要求出力に対して実際のエンジン出力が変動しないように、空燃比の変更に応じて吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更して補償している。ところが、空燃比の変更時におけるエンジントルクの調整が、電子式スロットル装置６１などの応答遅れに加えて、これらの装置の経年変化や吸気温度のずれ、残留ガス温度差による燃焼速度の相違などにより過渡的にずれてしまい、このとき、ショックが発生してドライバビリティが悪化してしまうおそれがある。

そこで、実施例１のハイブリッド車両では、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、出力制御手段としてのメインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力割合を増減するようにしている。具体的には、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を増加するように制御している。また、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を減少するように制御している。

この運転モードの切換時における電気モータ１２の制御を詳細に説明すると、下記表１に表すものとなる。

図２及び表１に示すように、車両が定常運転から加速するとき、エンジン１１は、回転数に対して負荷が大きくなり、運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換わる運転パターンＡとなる。一方、車両が減速して定常運転に戻るとき、エンジン１１は、回転数に対して負荷が小さくなり、運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換わる運転パターンＢとなる。また、車両がアイドル運転から発進して定常運転に移行するとき、エンジン１１は、回転数に対して負荷が大きくなり、運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換わる運転パターンＤとなる。一方、車両が定常運転から停止してアイドル運転に戻るとき、エンジン１１は、回転数に対して負荷が小さくなり、運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換わる運転パターンＥとなる。そして、定常運転にて、エンジン１１は、回転数に拘らず負荷がほとんど変化ないとき、運転モードをリーン燃焼運転モードに維持する運転パターンＣ，Ｆとなる。

上述した各運転パターンにおいて、車両の加速時における運転パターンＡでは、排気ガス量が多くなるため、ドライバビリティの要求（ドラビリ要求）よりも排気浄化効率（エミッション）を優先するため、電気モータ１２の出力割合を増加する。一方、車両の減速時における運転パターンＢでは、排気ガス量が少なくなるため、ドライバビリティの要求が排気浄化効率よりも優先するため、電気モータ１２の出力割合を減少する。また、車両が定常運転へ移行する運転パターンＤでは、排気ガス中に含まれる有害物質量が少なくなるため、ドライバビリティの要求及び排気浄化効率も低くなり、電気モータ１２の出力割合を減少する。一方、車両がアイドル運転に戻る運転パターンＥでは、ドライバビリティの要求及び排気浄化効率の両方を必要とするため、電気モータ１２の出力割合を増加する。そして、定常運転が維持される運転パターンＣ，Ｆでは、ドライバビリティの要求よりも排気浄化効率（エミッション）を優先するため、電気モータ１２の出力割合を増加する。

即ち、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えられる運転パターンＡ，Ｅでは、排気ガス量が増加すると共に排気ガス中の有害物質量が増加するため、電気モータ１２の出力割合を増加し、エンジン１１の出力割合を減少することで、排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上するようにしている。一方、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられる運転パターンＢ，Ｄでは、排気ガス量が減少すると共に排気ガス中の有害物質量が減少するため、電気モータ１２の出力割合を減少し、エンジン１１の出力割合を増加することで、ドライバビリティを向上するようにしている。また、定常運転が維持される運転パターンＣ，Ｆでは、電気モータ１２の出力割合を増加し、エンジン１１の出力割合を減少することで、排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上するようにしている。

ここで、本実施例のハイブリッド車両におけるエンジン１１の運転モード切換時の制御について、図３のタイムチャートに基づいて具体的に説明する。

本実施例のハイブリッド車両のおけるエンジン１１の運転モード切換制御において、図１、図３及び図４に示すように、時間ｔ₁にて、ハイブリッド車両の走行状態（ドライバからの要求出力）の変化によりエンジン１１の運転モードを切換える指令が出力されると、ハイブリッド車両のトータル出力を一定に維持したままで、電気モータ１２の出力割合を増減する。ここでは、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えるため、電気モータ１２の出力割合を増加することで、電気モータ１２の出力を増加する一方、エンジン１１の出力を減少する。

そして、時間ｔ₂にて、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の変更が完了すると、時間ｔ₃にて、エンジン１１の運転モードをリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えることから、空燃比を変更するために吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更する。ここで、空燃比の変更時におけるエンジン１１の出力調整が過渡的にずれてショックが発生するが、事前に電気モータ１２の出力割合を増加し、エンジン１１の出力割合を減少しているため、ショックの大きさが低減される。従来のように、運転モード（空燃比）の変更時に、電気モータ１２とエンジン１１の出力割合を変更しないと、図３に二点鎖線で示すように、大きなショックが発生してしまう。

その後、時間ｔ₄にて、ハイブリッド車両の走行状態（ドライバからの要求出力）の変化によりエンジン１１の運転モードを切換える指令が出力されると、すぐに、エンジン１１の運転モードをストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えることから、空燃比を変更するために吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更する。ここで、空燃比の変更時におけるエンジン１１の出力調整が過渡的にずれてショックが発生するが、すでに電気モータ１２の出力割合を増加し、エンジン１１の出力割合を減少しているため、ショックの大きさが低減される。

そして、時間ｔ₅にて、ハイブリッド車両のトータル出力を一定に維持したままで、電気モータ１２の出力割合を増減する。ここでは、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えるため、電気モータ１２の出力割合を減少することで、電気モータ１２の出力を減少する一方、エンジン１１の出力を増加する。すると、時間ｔ₆にて、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の変更が完了する。

このように実施例１のハイブリッド車両にあっては、エンジン１１と、このエンジン１１の出力の少なくとも一部を用いて発電可能な発電機１３と、この発電機１３からの電力供給を受けて回転可能な電気モータ１２と、エンジン１１の出力を駆動輪１５及び発電機１３に動力伝達すると共に電気モータ１２の出力を駆動輪１５に動力伝達する動力分割機構１４と、走行状態に応じて動力分割機構１４によりエンジン１１の出力割合と電気モータ１２の出力割合を制御するメインＥＣＵ２８とを設けて構成し、エンジンＥＣＵ２２が、エンジン１１の空燃比がリーンとなるリーン燃焼運転モードと空燃比がストイキ近傍となるストイキ燃焼運転モードに切換可能とし、このエンジン１１の運転モードが切換えられるときに、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力を増減するようにしている。

従って、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、電気モータの出力割合を増加することで、エンジン１１の出力が変動しても、その出力変動のショックが軽減されることとなり、ドライバビリティを向上することができ、また、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、電気モータの出力割合を増加することで、排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上することができる。

また、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えられるとき、電気モータ１２の出力割合を増加するように制御する一方、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられるとき、電気モータ１２の出力割合を減少するように制御している。

従って、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えられるとき、排気ガス量が増加すると共に排気ガス中の有害物質量が増加するため、電気モータ１２の出力割合を増加し、エンジン１１の出力割合を減少することで、排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上することができる。一方、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられるとき、排気ガス量が減少すると共に排気ガス中の有害物質量が減少するため、電気モータ１２の出力割合を減少し、エンジン１１の出力割合を増加することで、ドライバビリティを向上することができる。

また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９は、排気空燃比がリーンのときに排気ガス中に含まれるＮＯｘを一旦吸蔵し、排気ガス中の酸素濃度が低下したストイキ燃焼領域またはリッチ燃焼領域にあるときに、吸蔵したＮＯｘを放出し、添加した還元剤としての燃料によりＮＯｘを還元するものであるが、吸蔵したＮＯｘを放出して燃料により還元するときは、排気ガス量が少ない方がその浄化効率が高い。そのため、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行するとき、電気モータ１２の出力割合を増加し、エンジン１１の出力割合を減少することで、排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上することができる。

図５は、本発明の実施例２に係るハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャートである。なお、本実施例のハイブリッド車両における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例２のハイブリッド車両において、図１及び図４に示すように、メインＥＣＵ２８は、エンジンＥＣＵ２２を介してエンジン１１を制御すると共に、モータＥＣＵ２７を介して電気モータ１２及び発電機１３を制御する。即ち、メインＥＣＵ２８は、アクセル開度や車両の走行状態に応じて最大効率となるようにエンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の配分が決定され、エンジンＥＣＵ２２はエンジン１１を制御し、モータＥＣＵ２７は電気モータ１２を制御して走行する。また、本実施例のエンジン１１において、エンジンＥＣＵ２２は、リーン空燃比で成層燃焼を実行するリーン燃焼運転モードと、理論（ストイキ）空燃比で均質燃焼を実現するストイキ燃焼運転モードとをエンジン１１の運転状態に応じて切換可能となっている。

そして、実施例２のハイブリッド車両では、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力割合を増減するようにしている。具体的には、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を減少してから、エンジン１１におけるショックの発生に合わせて電気モータ１２の出力を増減するように制御している。また、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力をエンジン１１におけるショックの発生に合わせて増減してから、電気モータ１２の出力割合を増加するように制御している。

即ち、本実施例のハイブリッド車両のおけるエンジン１１の運転モード切換制御において、図１、図４及び図５に示すように、時間ｔ₁にて、ハイブリッド車両の走行状態の変化によりエンジン１１の運転モードを切換える指令が出力されると、ハイブリッド車両のトータル出力を一定に維持したままで、電気モータ１２の出力割合を増減する。ここでは、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えるため、電気モータ１２の出力割合を減少することで、電気モータ１２の出力を減少する一方、エンジン１１の出力を増加する。

そして、時間ｔ₂にて、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の変更が完了すると、時間ｔ₃にて、エンジン１１の運転モードをリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えることから、空燃比を変更するために吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更する。このとき、空燃比の変更時におけるエンジン１１の出力調整が過渡的にずれてショックが発生するが、このショックの発生に合わせて電気モータ１２の出力を増減することでこのショックが打ち消され、トータル出力におけるショックがなくなる。この場合、リーン燃焼運転モードでの電気モータ１２の出力がその上限値近傍にあると、電気モータ１２は、エンジン１１の出力調整に発生したショックに対して十分な大きさの出力を増減させることができないため、事前に電気モータ１２の出力割合を減少しておくことが必要である。

その後、時間ｔ₄にて、ハイブリッド車両の走行状態の変化によりエンジン１１の運転モードを切換える指令が出力されると、すぐに、エンジン１１の運転モードをストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えることから、空燃比を変更するために吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更する。このとき、空燃比の変更時におけるエンジン１１の出力調整が過渡的にずれてショックが発生するが、このショックの発生に合わせて電気モータ１２の出力を増減することでこのショックが打ち消され、トータル出力におけるショックがなくなる。

そして、時間ｔ₅にて、ハイブリッド車両のトータル出力を一定に維持したままで、電気モータ１２の出力割合を増減する。ここでは、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えるため、電気モータ１２の出力割合を増加することで、電気モータ１２の出力を増加する一方、エンジン１１の出力を減少する。すると、時間ｔ₆にて、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の変更が完了する。

このように実施例２のハイブリッド車両にあっては、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力を増減するようにしている。具体的には、エンジン１１の運転モードが切換えられるとき、エンジン１１に発生するショックの発生に合わせて電気モータ１２の出力を増減するようにしている。

従って、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、エンジン１１に発生するショックの発生に合わせて電気モータ１２の出力を増減することでこのショックが打ち消され、トータル出力におけるショックがなくなり、ドライバビリティを向上することができる。

また、このとき、リーン燃焼運転モードでの電気モータ１２の出力がその上限値近傍にあると、電気モータ１２は、エンジン１１の出力調整に発生したショックに対して十分な大きさの出力を増減させることができないことから、事前に電気モータ１２の出力割合を減少しておくことで、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに発生するエンジン１１のショックの大きさに応じて、電気モータ１２の最適な出力を増減することができ、適正にショックをなくすことができる。

図６は、本発明の実施例３に係るハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャートである。なお、本実施例のハイブリッド車両における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例３のハイブリッド車両において、図１及び図４に示すように、メインＥＣＵ２８は、エンジンＥＣＵ２２を介してエンジン１１を制御すると共に、モータＥＣＵ２７を介して電気モータ１２及び発電機１３を制御する。即ち、メインＥＣＵ２８は、アクセル開度や車両の走行状態に応じて最大効率となるようにエンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の配分が決定され、エンジンＥＣＵ２２はエンジン１１を制御し、モータＥＣＵ２７は電気モータ１２を制御して走行する。また、本実施例のエンジン１１において、エンジンＥＣＵ２２は、リーン空燃比で成層燃焼を実行するリーン燃焼運転モードと、理論（ストイキ）空燃比で均質燃焼を実現するストイキ燃焼運転モードと、リッチ空燃比で均質燃焼を実現するリッチ燃焼運転モードをエンジン１１の運転状態に応じて切換可能となっている。このリッチ燃焼運転モードに切換えることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９に吸蔵されたＮＯｘを還元して再生するリッチスパイク制御を実行可能となっている。

そして、実施例３のハイブリッド車両では、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力割合を増減するようにしている。具体的には、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードまたはリッチ燃焼運転モードに切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を増加するように制御している。また、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードまたはリッチ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を減少するように制御している。

このとき、実施例３のハイブリッド車両では、エンジン１１の運転モードを切換えることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９に吸蔵されたＮＯｘを還元して再生するリッチスパイク制御を実行するとき、メインＥＣＵ２８は、運転モードの切換タイミングに対して、電気モータ１２の出力の増加タイミングを、予め設定された所定時間だけ遅らせるように制御している。一方、エンジン１１の運転モードを切換えることで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９に吸蔵されたＮＯｘを還元して再生するリッチスパイク制御を解除するとき、メインＥＣＵ２８は、運転モードの切換タイミングに対して、電気モータ１２の出力の増加タイミングを、予め設定された所定時間だけ早くするように制御している。

この運転モードの切換時における電気モータ１２の制御を詳細に説明すると、下記表２に表すものとなる。なお、各運転パターンＡ〜Ｆは、実施例１で説明したものと同様であり、図２を参照する。

図２及び表２に示すように、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードまたはリッチ燃焼運転モードに切換えられる運転パターンＡ，Ｅでリッチスパイク制御を実行するとき、排気ガス中の還元剤（ＣＯ、ＨＣ）が三元触媒６８に吸蔵されている酸素により酸化してしまい、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９を再生するための十分な量のリッチな排気ガスが早期にＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９に到達せず、ＮＯｘを早期に適正に還元できないおそれがあるため、電気モータ１２の出力の増加タイミングを所定時間だけ遅らせることで、排気ガス量の減少を遅らせて三元触媒６８に吸蔵されている酸素を早期に消費させ、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９によるＮＯｘ浄化効率を向上するようにしている。

一方、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードまたはリッチ燃焼運転モードにからリーン燃焼運転モードに切換えられる運転パターンＢ，Ｄで、リッチスパイク制御を解除するとき、三元触媒６８に酸素を早期に吸蔵させて排気浄化機能を復帰させるため、電気モータ１２の出力の増加タイミングを所定時間だけ早めることで、排気ガス量の増加を早めて三元触媒６８に早期に酸素を吸蔵させ、三元触媒６８及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９による排気浄化効率を向上するようにしている。

なお、エンジン１１が低回転で定常運転する運転パターンＣで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行するときは、排気ガス量が少ないため、電気モータ１２の出力の増加タイミングを所定時間だけ早め、エンジン１１が高回転で定常運転する運転パターンＦで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行するときは、排気ガス量が多いため、電気モータ１２の出力の増加タイミングを所定時間だけ早めるようにしている。

即ち、本実施例のハイブリッド車両のおけるエンジン１１の運転モード切換制御において、図１、図４及び図６に示すように、時間ｔ₁にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行するためにエンジン１１の運転モードを切換える指令が出力されると、空燃比をリーンからリッチに変更することで、エンジン１１の運転モードをリーン燃焼運転モードからリッチ燃焼運転モード（または、ストイキ燃焼運転モード）に切換えることから、空燃比を変更するために吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更する。また、ハイブリッド車両のトータル出力を一定に維持したままで、電気モータ１２の出力割合を増加することで、電気モータ１２の出力を増加する一方、エンジン１１の出力を減少する。

そして、時間ｔ₂にて、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の変更が完了する間、空燃比の変更時におけるエンジン１１の出力調整が過渡的にずれてショックが発生するが、電気モータ１２の出力割合を増加し、エンジン１１の出力割合を減少するため、ショックの大きさが低減される。また、時間ｔ₁にて、空燃比がリーンからリッチに変更されると、排気ガス中の還元剤（ＣＯ、ＨＣ）により三元触媒６８に吸蔵されている酸素が減少し、時間ｔ₃にて、三元触媒６８の酸素吸蔵能力がなくなり、還元剤がＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９に到達してＮＯｘを還元することとなる。即ち、エンジン１１の運転モードをリーン燃焼運転モードからリッチ燃焼運転モードに切換えた後に、電気モータ１２の出力割合を増加することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９を適正に再生することができる。

その後、時間ｔ₄にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を解除するためにエンジン１１の運転モードを切換える指令が出力されると、空燃比をリッチからリーンに変更することで、エンジン１１の運転モードをリッチ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えることから、空燃比を変更するために吸入空気量や点火時期などの運転パラメータを変更する。また、ハイブリッド車両のトータル出力を一定に維持したままで、電気モータ１２の出力割合を減少することで、電気モータ１２の出力を減少する一方、エンジン１１の出力を増加する。

そして、時間ｔ₅にて、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の変更が完了する間、空燃比の変更時におけるエンジン１１の出力調整が過渡的にずれてショックが発生するが、エンジン１１の出力割合がまだ低いため、ショックの大きさが低減される。また、時間ｔ₄にて、空燃比がリッチからリーンに変更されると、三元触媒６８で酸素が吸蔵され始めるため、時間ｔ₅にて、三元触媒６８の酸素吸蔵能力が一杯となると共に、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９で酸素が吸蔵され始めるため、時間ｔ₆にて、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９の酸素吸蔵能力が一杯となる。即ち、エンジン１１の運転モードをリッチ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えるとき、事前に電気モータ１２の出力割合を減少することで、三元触媒６８及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９の排気浄化機能を適正に復帰することができる。

このように実施例３のハイブリッド車両にあっては、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行または解除するため、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力を増減するようにしている。

従って、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、電気モータの出力割合を増加することで、エンジン１１の出力が変動しても、その出力変動のショックが軽減されることとなり、ドライバビリティを向上することができ、また、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、電気モータの出力割合を増加することで、排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上することができ、また、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行するとき、電気モータ１２の出力割合を増加することで、エンジン１１からの排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上することができる。

また、メインＥＣＵ２８は、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行するため、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからリッチ燃焼運転モードに切換えられるとき、電気モータ１２の出力割合の増加タイミングを遅らせるように制御する一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を解除するため、エンジン１１の運転モードがリッチ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられるとき、電気モータ１２の出力割合の減少タイミングを早めるように制御している。

従って、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行するとき、エンジン１１の運転モードをリーン燃焼運転モードからリッチ燃焼運転モードに切換えた後に、電気モータ１２の出力割合を増加することで、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９を適正に再生することができる一方、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を解除するとき、エンジン１１の運転モードをリッチ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換える前に電気モータ１２の出力割合を減少することで、三元触媒６８及びＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９の排気浄化機能を適正に復帰することができる。

なお、この実施例３では、ＮＯｘ吸蔵還元型触媒６９のリッチスパイク制御を実行または解除するとき、エンジン１１の運転モードの切換タイミングに対して、電気モータ１２の出力割合の増減タイミングを遅らせたり、早めたりしてほぼ同時にしたが、ドライバビリティよりも排気浄化効率を優先するような車両の走行状態であれば、エンジン１１の運転モードの切換タイミングに対して、電気モータ１２の出力割合の増減タイミングを更に遅らせたり、早めたりするように制御してもよい。

図７は、本発明の実施例４に係るハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャートである。なお、本実施例のハイブリッド車両における全体構成は、上述した実施例１とほぼ同様であり、図１及び図４を用いて説明すると共に、この実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。

実施例４のハイブリッド車両において、図１及び図４に示すように、メインＥＣＵ２８は、エンジンＥＣＵ２２を介してエンジン１１を制御すると共に、モータＥＣＵ２７を介して電気モータ１２及び発電機１３を制御する。即ち、メインＥＣＵ２８は、アクセル開度や車両の走行状態に応じて最大効率となるようにエンジン１１の出力と電気モータ１２の出力の配分が決定され、エンジンＥＣＵ２２はエンジン１１を制御し、モータＥＣＵ２７は電気モータ１２を制御して走行する。また、本実施例のエンジン１１において、エンジンＥＣＵ２２は、リーン空燃比で成層燃焼を実行するリーン燃焼運転モードと、理論空燃比で均質燃焼を実現するストイキ燃焼運転モードと、リッチ空燃比で均質燃焼を実行するリッチ燃焼運転モードとをエンジン１１の運転状態に応じて切換可能となっている。

そして、実施例４のハイブリッド車両では、車両の過渡運転時にエンジン１１の運転モードが切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力が一定となるように電気モータ１２の出力割合を増減するようにしている。具体的には、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モード（リッチ燃焼運転モード）に切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の回転数を一定回転数としてから、電気モータ１２の出力割合を増加するように制御している。また、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モード（リッチ燃焼運転モード）からリーン燃焼運転モードに切換えられるとき、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の回転数を一定回転数としてから、電気モータ１２の出力割合を減少するように制御している。

即ち、本実施例のハイブリッド車両のおけるエンジン１１の運転モード切換制御において、図１、図３及び図７に示すように、エンジン１１がリーン燃焼運転モードにあるとき、ドライバがアクセルペダルを踏み込むと、アクセル開度が増加することでスロットル開度が増加して吸入空気量が増え、エンジン回転数が上昇してエンジン出力が増加する。そして、時間ｔ₁にて、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードに切換えられると、空燃比を変更するために点火時期などの運転パラメータを変更することで、スロットル開度が減少して吸入空気量が減る。このとき、エンジンＥＣＵ２２は、推定エンジン出力をリーン燃焼運転モードマップからストイキ燃焼運転モードマップに切換えて推定し、目標エンジン出力に対して推定エンジン出力が近づくようにエンジン回転数を制御するが、空燃比の変更時におけるエンジン１１の出力調整が過渡的にずれてショックが発生しやすい。

そこで、このエンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードに切換えられる時間ｔ₁にて、エンジンＥＣＵ２２は、スロットル開度を一定としてエンジン回転数を予め設定された所定時間だけ一定回転数に維持したままで、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を増加することで電気モータ１２の出力を増加し、電気モータ１２とエンジン１１の出力を合わせたトータル出力をドライバの要求出力（アクセル開度）に合わせて滑らかに変更する。

そして、時間ｔ₂にて、エンジンＥＣＵ２２が推定エンジン出力をストイキ燃焼運転モードマップから正確に推定できると、この推定エンジン出力に基づいてエンジン回転数を制御すると共に、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を減少することで電気モータ１２の出力を減少し、電気モータ１２とエンジン１１の出力を合わせたトータル出力をドライバの要求出力（アクセル開度）に合わせて滑らかに変更する。そして、時間ｔ₃にて、電気モータ１２の出力を一定し、ドライバの要求出力に応じてエンジン回転数を上昇してエンジン出力を増加させる。そのため、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードからストイキ燃焼運転モードに切換えられときのショックが低減される。

その後、ドライバがアクセルペダルを戻すと、アクセル開度が減少することでスロットル開度が減少して吸入空気量が減り、エンジン回転数が低下してエンジン出力が減少する。そして、時間ｔ₄にて、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられると、空燃比を変更するために点火時期などの運転パラメータを変更することで、スロットル開度が増加して吸入空気量が増える。このとき、エンジンＥＣＵ２２は、エンジン１１の運転モードがリーン燃焼運転モードに切換えられる時間ｔ₄にて、スロットル開度を一定としてエンジン回転数を予め設定された所定時間だけ一定回転数に維持したままで、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を減少することで電気モータ１２の出力を減少し、電気モータ１２とエンジン１１の出力を合わせたトータル出力をドライバの要求出力（アクセル開度）に合わせて滑らかに変更する。

そして、時間ｔ₅にて、エンジンＥＣＵ２２が推定エンジン出力をストイキ燃焼運転モードマップから正確に推定できると、この推定エンジン出力に基づいてエンジン回転数を制御すると共に、メインＥＣＵ２８は、電気モータ１２の出力割合を増加することで電気モータ１２の出力を増加し、電気モータ１２とエンジン１１の出力を合わせたトータル出力をドライバの要求出力（アクセル開度）に合わせて滑らかに変更する。そして、時間ｔ₆にて、電気モータ１２の出力を一定し、ドライバの要求出力に応じてエンジン回転数を低下してエンジン出力を減少させる。そのため、エンジン１１の運転モードがストイキ燃焼運転モードからリーン燃焼運転モードに切換えられときのショックが低減される。

このように実施例４のハイブリッド車両にあっては、車両の過渡運転時に、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、メインＥＣＵ２８は、エンジン１１の回転数を一定回転数に維持したままで、電気モータ１２の出力割合を増加することで、エンジン１１の出力と電気モータ１２の出力とを合わせたトータル出力がドライバの要求出力に一致するようにしている。

従って、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、エンジン１１の出力を一定として電気モータの出力を増減することで、エンジン１１における出力変動の発生が抑制されることとなり、ドライバビリティを向上することができ、また、エンジン１１の運転モードが切換えられるときに、電気モータの出力割合を増加することで、排気ガス量を減少して排気浄化効率を向上することができる。

以上のように、本発明に係るハイブリッド車両は、運転モードの変更時におけるトルク変動のショックを軽減してドライバビリティの向上を図ったものであり、どのような形式のエンジンを有するハイブリッド車両に適用しても有用である。

本発明の実施例１に係るハイブリッド車両に適用されたエンジンの概略構成図である。エンジンの運転モードを表すグラフである。実施例１のハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャートである。実施例１のハイブリッド車両の概略構成図である。本発明の実施例２に係るハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャートである。本発明の実施例３に係るハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャートである。本発明の実施例４に係るハイブリッド車両におけるエンジン及び電気モータの出力割合の変化を表すタイムチャートである。

符号の説明

１１エンジン
１２電気モータ
１３発電機
１４動力分割機構（動力伝達手段）
１９バッテリ
２１クランクポジションセンサ
２２エンジンＥＣＵ（運転モード切換手段）
２７モータＥＣＵ
２８メインＥＣＵ（出力制御手段）
２９バッテリＥＣＵ
５１燃焼室
５２吸気ポート
５３排気ポート
５８吸気管
６０スロットルバルブ
６１電子スロットル装置
６２インジェクタ
６５点火プラグ
６７排気管（排気通路）
６８三元触媒
６９ＮＯｘ吸蔵還元型触媒
７６エアフローセンサ

Claims

エンジンと、電気モータと、前記エンジンの出力を駆動輪に動力伝達すると共に前記電気モータの出力を前記駆動輪に動力伝達する動力伝達手段と、走行状態に応じて前記動力伝達手段により前記エンジンの出力割合と前記電気モータの出力割合を制御する出力制御手段とを具えたハイブリッド車両において、前記エンジンの空燃比がリーンとなるリーン燃焼運転モードと空燃比がストイキ近傍となるストイキ燃焼運転モードに切換可能な運転モード切換手段を設け、該運転モード切換手段により前記エンジンの運転モードが切換えられるときに、前記出力制御手段は、前記エンジンの出力と前記電気モータの出力とを合わせたトータル出力が一定となるように前記電気モータの出力割合を増減することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１に記載のハイブリッド車両において、前記運転モード切換手段により前記リーン燃焼運転モードから前記ストイキ燃焼運転モードに切換えられるときに、前記出力制御手段は、前記電気モータの出力割合を増加することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１に記載のハイブリッド車両において、前記運転モード切換手段により前記ストイキ燃焼運転モードから前記リーン燃焼運転モードに切換えられるときに、前記出力制御手段は、前記電気モータの出力割合を減少することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１から３のいずれか一つに記載のハイブリッド車両において、前記運転モード切換手段により前記エンジンの運転モードが切換えられ、前記出力制御手段が前記電気モータの出力を増減するとき、前記エンジンの運転モードの切換タイミングに対して、前記電気モータの出力の増減タイミングを、走行状態に応じて予め設定された所定時間だけずらすことを特徴とするハイブリッド車両。
請求項４に記載のハイブリッド車両において、前記エンジンに排気通路にＮＯｘ吸蔵還元型触媒が設けられ、前記運転モード切換手段は、前記エンジンの空燃比がリッチとなるリッチ燃焼運転モードに切換可能であり、前記運転モード切換手段が前記リッチ燃焼運転モードに切換えることで、前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒に吸蔵されたＮＯｘを還元して再生するリッチスパイク制御を実行するとき、前記出力制御手段は、前記電気モータの出力割合を増加することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項５に記載のハイブリッド車両において、前記エンジンに排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも排気流動方向の上流側に三元触媒が設けられ、前記運転モード切換手段が前記リッチ燃焼運転モードに切換えて前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチスパイク制御を実行するとき、運転モードの切換タイミングに対して、前記電気モータの出力の増加タイミングを、予め設定された所定時間だけ遅らせることを特徴とするハイブリッド車両。
請求項５に記載のハイブリッド車両において、前記エンジンに排気通路における前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒よりも排気流動方向の上流側に三元触媒が設けられ、前記運転モード切換手段が前記リッチ燃焼運転モードから前記リーン燃焼運転モードまたは前記ストイキ燃焼運転モードに切換えて前記ＮＯｘ吸蔵還元型触媒のリッチスパイク制御を解除するとき、運転モードの切換タイミングに対して、前記電気モータの出力の増加タイミングを、予め設定された所定時間だけ早くすることを特徴とするハイブリッド車両。
請求項１から７のいずれか一つに記載のハイブリッド車両において、前記運転モード切換手段により前記エンジンの運転モードが切換えられるとき、前記出力制御手段は、前記エンジンの回転数を予め設定された所定時間だけ一定回転数とし、前記電気モータの出力を増減することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項８に記載のハイブリッド車両において、前記運転モード切換手段により前記リーン燃焼運転モードから前記ストイキ燃焼運転モードに切換えられるとき、前記出力制御手段は、前記エンジンの回転数を一定回転数としている間、前記電気モータの出力を増加することを特徴とするハイブリッド車両。
請求項８に記載のハイブリッド車両において、前記運転モード切換手段により前記ストイキ燃焼運転モードから前記リーン燃焼運転モードに切換えられるとき、前記出力制御手段は、前記エンジンの回転数を一定回転数としている間、前記電気モータの出力を減少することを特徴とするハイブリッド車両。