JP2009062907A - 内燃機関装置およびこれを搭載する車両、内燃機関装置の制御方法 - Google Patents

内燃機関装置およびこれを搭載する車両、内燃機関装置の制御方法 Download PDF

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Abstract

【課題】必要に応じた排気供給を伴う内燃機関の運転状態が不安定になるのを抑制する。
【解決手段】エンジンの冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１以上でＥＧＲが実行されたときにＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆからＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎに切り替えて実行用ラインＬｘを設定し（Ｓ１２０，Ｓ１８０，Ｓ１９０）、冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１より低い第２温度Ｔｗ２未満に至ったときにＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎからＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆに実行用動作ラインＬｘを切り替えて設定し（Ｓ１２０，Ｓ１３０）、エンジンを制御する。これにより、実行用動作ラインＬｘが頻繁に切り替えられるのを抑制することができ、この結果、必要に応じたＥＧＲの実行を伴うエンジンの運転状態が不安定になるのを抑制することができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関装置およびこれを搭載する車両、内燃機関装置の制御方法に関する。
従来、この種の内燃機関装置としては、エンジンとエンジンの排気をその吸気系に供給する排気供給（ＥＧＲ）を行なうＥＧＲ装置とを備え、エンジンの回転数とトルクとの関係を定める複数の動作ラインのうちの１つを実行用動作ラインとして設定し、設定した実行用動作ラインとエンジンに要求される要求パワーとに基づいてエンジンを制御するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この内燃機関装置では、エンジンに要求される要求パワーなどに基づいて、ＥＧＲを伴わずにエンジンを運転する際の燃費優先動作ラインや、ＥＧＲを伴ってエンジンを運転する際の燃費優先動作ラインより小さいトルクを出力するための高ＥＧＲ動作ライン，低ＥＧＲ動作ラインなどを実行用動作ラインに設定してエンジンを制御している。
特開２００４−３６０６７２号公報
上述の内燃機関装置や、ＥＧＲのオンオフに応じてエンジンの動作ラインを切り替える内燃機関装置では、ＥＧＲのオンオフが短時間で頻繁に行なわれると、エンジンの吸気系への排気供給量が頻繁に変更されるため、エンジンの運転状態が不安定になる場合が生じる。また、この場合、ＥＧＲのオンオフに応じて動作ラインも頻繁に切り替えられるため、エンジンの回転数などが変更されてエンジンの運転状態が更に不安定になる場合がある。
本発明の内燃機関装置およびこれを搭載する車両、内燃機関装置の制御方法は、必要に応じた排気供給を伴う内燃機関の運転状態が不安定になるのを抑制することを主目的とする。
本発明の内燃機関装置およびこれを搭載する車両、内燃機関装置の制御方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。
本発明の内燃機関装置は、
内燃機関を備える内燃機関装置であって、
前記内燃機関の排気を該内燃機関の吸気系に供給する排気供給を行なう排気供給手段と、
前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定する目標パワー設定手段と、
前記内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度以上で前記排気供給手段による排気供給が実行されたときには前記第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、前記第２の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには前記第１の関係を実行用関係として設定する実行用関係設定手段と、
必要に応じた前記排気供給手段による排気供給を伴って前記設定された実行用関係により前記内燃機関から前記設定された目標パワーが出力されるよう該内燃機関と前記排気供給手段とを制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。
この本発明の内燃機関装置では、内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに内燃機関の冷却水の温度が第１の温度以上で排気供給手段による排気供給が実行されたときには第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、第２の関係が実行用関係として設定されているときに内燃機関の冷却水の温度が第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには第１の関係を実行用関係として設定し、必要に応じた排気供給手段による排気供給を伴って設定された実行用関係により内燃機関から出力すべき目標パワーが内燃機関から出力されるよう内燃機関と排気供給手段とを制御する。したがって、少なくとも内燃機関の冷却水の温度が変化しないと実行用関係は変更されないから、実行用関係が頻繁に変更されるのを抑制することができる。この結果、必要に応じた排気供給を伴う内燃機関の運転状態が不安定になるのを抑制することができる。ここで、「第１の関係」としては、排気供給手段による排気供給を行なっていないときに内燃機関を効率よく運転する回転数とトルクとの関係などが含まれ、「第２の関係」としては、排気供給手段による排気供給を行なっているときに内燃機関を効率よく運転する回転数とトルクとの関係などが含まれる。
こうした本発明の内燃機関装置において、前記制御手段は、前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度以上となる条件を含む排気供給実行条件が成立しているときに前記排気供給が実行されるよう前記排気供給手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、排気供給実行条件の成立によって実行用関係として第１の関係よりトルクが小さい第２の関係が設定されるから、排気供給を伴う内燃機関の運転状態をより適正なものにすることができる。
本発明の車両は、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置、即ち、基本的には、内燃機関と、前記内燃機関の排気を該内燃機関の吸気系に供給する排気供給を行なう排気供給手段と、前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定する目標パワー設定手段と、前記内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度以上で前記排気供給手段による排気供給が実行されたときには前記第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、前記第２の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには前記第１の関係を実行用関係として設定する実行用関係設定手段と、必要に応じた前記排気供給手段による排気供給を伴って前記設定された実行用関係により前記内燃機関から前記設定された目標パワーが出力されるよう該内燃機関と前記排気供給手段とを制御する制御手段と、を備える内燃機関装置を搭載する車両であって、前記目標パワー設定手段は、走行に要求される要求駆動力に基づいて前記目標パワーを設定する手段であることを要旨とする。
この本発明の車両では、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置を搭載するから、本発明の内燃機関装置が奏する効果、例えば、内燃機関の運転状態が不安定になるのを抑制することができる効果や、排気供給を伴う内燃機関の運転状態をより適正なものにすることができる効果などのうち少なくとも一部と同様の効果を奏することができる。
また、本発明の車両において、車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と、前記駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、前記電動機および前記電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備えるものとすることもできる。
本発明の内燃機関装置の制御方法は、
内燃機関と、前記内燃機関の排気を該内燃機関の吸気系に供給する排気供給を行なう排気供給手段と、を備える内燃機関装置の制御方法であって、
前記内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに前記内燃機関の冷却水の温度が前記第１の温度以上で前記排気供給手段による排気供給が実行されたときには前記第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、前記第２の関係が実行用関係として設定されているときに前記内燃機関の冷却水の温度が前記第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには前記第１の関係を実行用関係として設定し、
必要に応じた前記排気供給手段による排気供給を伴って前記設定した実行用関係により前記内燃機関から出力すべき目標パワーが該内燃機関から出力されるよう該内燃機関と前記排気供給手段とを制御する、
ことを特徴とする。
この本発明の内燃機関装置の制御方法では、内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに内燃機関の冷却水の温度が第１の温度以上で排気供給手段による排気供給が実行されたときには第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、第２の関係が実行用関係として設定されているときに内燃機関の冷却水の温度が第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには第１の関係を実行用関係として設定し、必要に応じた排気供給手段による排気供給を伴って設定した実行用関係により内燃機関から出力すべき目標パワーが内燃機関から出力されるよう内燃機関と排気供給手段とを制御する。したがって、少なくとも内燃機関の冷却水の温度が変化しないと実行用関係は変更されないから、実行用関係が頻繁に変更されるのを抑制することができる。この結果、必要に応じた排気供給を伴う内燃機関の運転状態が不安定になるのを抑制することができる。
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
図１は、本発明の一実施例としての内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。ここで、実施例の内燃機関装置としては、主としてエンジン２２とこのエンジン２２を運転制御するエンジン用電子制御ユニット２４とハイブリッド用電子制御ユニット７０とが該当する。
エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。この浄化装置１３４の後段には、排気を吸気側に供給するＥＧＲ管１５２が取り付けられており、エンジン２２は、不燃焼ガスとしての排気を吸気側に供給して空気と排気とガソリンの混合気を燃焼室に吸引することができるようになっている。
エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４に
より制御されている。エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗ，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度，吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａ，同じく吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温，空燃比センサ１３５ａからの空燃比，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号，ＥＧＲ管１５２内のＥＧＲガスの温度を検出する温度センサ１５６からのＥＧＲガス温度などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号、例えば、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号，吸気側に供給する排気の供給量を調節するＥＧＲバルブ１５４への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
次に、こうして構成された実施例の内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２を運転して走行する際の動作について説明する。図３はハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば数ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。
駆動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の冷却水温Ｔｗ，ＥＧＲ実行フラグＦ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２など制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、冷却水温Ｔｗは、水温センサ１４２により検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、ＥＧＲ実行フラグＦは、エンジン２２の排気を吸気側に供給する排気供給（ＥＧＲ）が行なわれていないときには値０が設定され、ＥＧＲが行なわれているときには値１が設定されるフラグであり、エンジンＥＣＵ２４により設定されたものを通信により入力するものとした。なお、実施例では、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが暖機完了を示す第１温度Ｔｗ１（例えば、６５℃や７０℃など）以上であってエンジン２２の回転数Ｎｅと吸入空気量ＱａとがＥＧＲを実行可能な所定領域内にあるＥＧＲ実行条件が成立しているときに、ＥＧＲ実行フラグＦに値１が設定され、エンジンＥＣＵ２４によりＥＧＲが実行されるものとした。さらに、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されたモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。
こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊とエンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊とを設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図４に要求トルク設定用マップの一例を示す。要求パワーＰｅ＊は、設定した要求トルクＴｒ＊にリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒを乗じたものとバッテリ５０が要求する充放電要求パワーＰｂ＊とロスＬｏｓｓとの和として計算することができる。なお、リングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒは、車速Ｖに換算係数ｋを乗じること（Ｎｒ＝ｋ・Ｖ）によって求めたり、モータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで割ること（Ｎｒ＝Ｎｍ２／Ｇｒ）によって求めることができる。
続いて、入力したエンジン２２の冷却水温Ｔｗと上述の第１温度Ｔｗ１およびこの第１温度より低い第２温度Ｔｗ２（例えば、５０℃や５５℃，６０℃など）とを比較し（ステップＳ１２０）、冷却水温Ｔｗが第２温度Ｔｗ２未満のときには、ＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆをエンジン２２の実行用動作ラインＬｘに設定し（ステップＳ１３０）、設定した実行用ラインＬｘとエンジン２２の要求パワーＰｅ＊とに基づいてエンジン２２を運転すべき運転ポイントとしての目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する（ステップＳ１４０）。ここで、ＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆは、ＥＧＲが実行されていないときにエンジン２２を効率よく動作させる動作ラインである。図５に、ＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆの一例とＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆを実行用動作ラインＬｘとして用いて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を示す。図示するように、目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊は、動作ラインと目標パワーＰｅ＊（Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）が一定の曲線との交点により求めることができる。また、図５には、ＥＧＲが実行されているときにエンジン２２を効率よく動作させる動作ラインであるＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎも、比較のために示してある。図示するように、ＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎがＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆよりトルクが小さくなるよう定められているのは、熱容量の大きい二酸化炭素を多く含む排気が吸気側に供給されると燃焼温度が低下して出力トルクが低下する傾向にあるためである。なお、エンジン２２の冷却水温Ｔｗを第１温度Ｔｗ１と比較するのは、ＥＧＲ実行条件が成立していない状態を、まず冷却水温Ｔｗにより判断するためであるが、第２温度Ｔｗ２と比較する理由については、後述する。
次に、設定した目標回転数Ｎｅ＊とリングギヤ軸３２ａの回転数Ｎｒ（Ｎｍ２／Ｇｒ）と動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて次式（１）によりモータＭＧ１の目標回転数Ｎｍ１＊を計算すると共に計算した目標回転数Ｎｍ１＊と現在の回転数Ｎｍ１とに基づいて式（２）によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を計算し（ステップＳ１５０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を式（３）により計算する（ステップＳ１６０）。ここで、式（１）は、動力分配統合機構３０の回転要素に対する力学的な関係式である。動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図６に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。なお、Ｒ軸上の２つの太線矢印は、モータＭＧ１から出力されたトルクＴｍ１がリングギヤ軸３２ａに作用するトルクと、モータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２が減速ギヤ３５を介してリングギヤ軸３２ａに作用するトルクとを示す。式（１）および式（３）は、この共線図を用いれば容易に導くことができる。また、式（２）は、モータＭＧ１を目標回転数Ｎｍ１＊で回転させるためのフィードバック制御における関係式であり、式（２）中、右辺第２項の「ｋ１」は比例項のゲインであり、右辺第３項の「ｋ２」は積分項のゲインである。
Nm1*=Ne*・(1+ρ)/ρ-Nm2/(Gr・ρ) (1)
Tm1*=ρ・Te*/(1+ρ)+k1(Nm1*-Nm1)+k2∫(Nm1*-Nm1)dt (2)
Tm2*=(Tr*+Tm1*/ρ)/Gr (3)
こうしてエンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊や目標トルクＴｅ＊，モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、エンジン２２の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊についてはエンジンＥＣＵ２４に、モータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊についてはモータＥＣＵ４０にそれぞれ送信し（ステップＳ１７０）、駆動制御ルーチンを終了する。目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とによって示される運転ポイントで運転されるようにエンジン２２における吸入空気量制御や燃料噴射制御，点火制御などの制御を行なう。また、トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。こうした制御により、ＥＧＲの実行を伴わずにエンジン２２を効率よく運転して駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力して走行することができる。
ステップＳ１２０でエンジン２２の冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１以上のときには、入力したＥＧＲ実行フラグＦの値を調べ（ステップＳ１８０）、ＥＧＲ実行フラグＦが値１のときには、上述のＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎを実行用動作ラインＬｘに設定し（ステップＳ１９０）、設定した実行用動作ラインＬｘを用いてステップＳ１４０からステップＳ１７０までの処理を実行して、駆動制御ルーチンを終了する。こうした制御により、ＥＧＲの実行を伴ってエンジン２２を効率よく運転し駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに要求トルクＴｒ＊を出力して走行することができる。
ステップＳ１２０でエンジン２２の冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１未満かつ第２温度Ｔｗ２以上のときや、ステップＳ１２０で冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１以上であってもステップＳ１８０でＥＧＲ実行フラグＦが値０のときには、前回このルーチンを実行したときまでに設定した実行用動作ラインＬｘを用いてステップＳ１４０からステップＳ１７０までの処理を実行し、駆動制御ルーチンを終了する。
いま、ＥＧＲの実行を伴ってエンジン２２を運転中に、下り坂などでアクセルペダル８３が踏み戻された状態で走行を継続する場合を考える。まず、ＥＧＲが実行されている最中は、ＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎが実行用動作ラインＬｘに設定されており、アクセル踏み戻しにより要求トルクＴｒ＊と要求パワーＰｅ＊が小さくなった状態でエンジン２２が運転されると、冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１を下回ってＥＧＲの実行が停止されることになる。このとき、冷却水温Ｔｗは第２温度Ｔｗ２を下回ってはおらず、ＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎが実行用動作ラインＬｘとしてそのまま保持されるため、ＥＧＲの実行停止によりエンジン２２の吸入空気量Ｑａと排気供給量とのバランスが急変しても、実行用動作ラインＬｘの切り替えによる回転数低下やトルク急増などは生じない。その後、冷却水温Ｔｗが第２温度Ｔｗ２を下回ると、実行用動作ラインＬｘはＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎからＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆに切り替えられる。このように、ＥＧＲの実行が停止されてもＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎをしばらく保持するため、実行用動作ラインＬｘを設定するのに冷却水温Ｔｗによるヒステリシスを設けるのである。これにより、ＥＧＲの実行が停止されてエンジン２２の運転状態が急変するのと同時に、更に動作ラインが変更されてエンジン２２の運転状態が不安定になるのを抑制することができる。したがって、第２温度Ｔｗ２は、ＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎをＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆに切り替える際に頻繁な動作ラインの変更が行なわれない程度に第１温度Ｔｗ１より低い温度としてエンジン２２の特性や実験などにより予め定めたものを用いることができる。
以上説明した実施例の内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１以上でＥＧＲが実行されたときにＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆからＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎに切り替えて実行用ラインＬｘを設定し、冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１より低い第２温度Ｔｗ２未満に至ったときにＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎからＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆに実行用動作ラインＬｘを切り替えて設定するから、実行用動作ラインＬｘが頻繁に切り替えられるのを抑制することができる。この結果、必要に応じたＥＧＲの実行を伴うエンジン２２の運転状態が不安定になるのを抑制することができる。また、ＥＧＲ実行条件の成立によってＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆよりトルクが小さいＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎを実行用関係Ｌｘとして設定するから、ＥＧＲの実行を伴うエンジン２２の運転状態をより適正なものにすることができる。
実施例の内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０では、ＥＧＲ実行条件が成立しているときには値１が設定されるＥＧＲ実行フラグＦを用いるものとしたが、排気供給量や排気供給率が閾値以上などのＥＧＲの実行を判定するＥＧＲ判定条件が成立しているときには値１が設定されるＥＧＲ判定フラグを用いるものとしてもよい。
実施例の内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０では、ＥＧＲ実行条件として、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１以上となる条件が含まれるものとしたが、エンジン２２の冷却水温Ｔｗが第１温度Ｔｗ１以上となる条件が含まれないものとしてもよい。
実施例の内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０では、ＥＧＲが実行されていないときにエンジン２２を効率よく動作させるＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆとＥＧＲが実行されているときにエンジン２２を効率よく動作させるＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎとを切り替えて実行用動作ラインＬｘとして用いるものとしたが、エンジン２２を効率よく動作させるか否かにかかわらず、ＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆに代わる第１の動作ラインとＥＧＲオン用動作ラインに代わる第１の動作ラインよりトルクが小さい第２の動作ラインとを切り替えて実行用動作ラインＬｘとして用いるものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図７における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図８の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。
実施例では、ハイブリッド自動車に搭載された内燃機関装置として説明したが、エンジンからの動力のみを駆動輪に伝達して走行する自動車や自動車以外の列車などの車両に搭載された内燃機関装置の形態としたり、車両に搭載されていない内燃機関装置の形態としたり、内燃機関装置の制御方法の形態としてもよい。
ここで、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、ＥＧＲ管１５２やＥＧＲバルブ１５４が「排気供給手段」に相当し、冷却水温Ｔｗを検出する水温センサ１４２が「温度検出手段」に相当し、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊を設定する図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１１０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「目標パワー設定手段」に相当し、冷却水温ＴｗとＥＧＲ実行フラグＦとにより実行用動作ラインＬｘを設定する図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１８０，Ｓ１９０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０が「実行用関係設定手段」に相当し、要求パワーＰｅ＊と実行用動作ラインＬｘとに基づく目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定し送信する図３の駆動制御ルーチンのステップＳ１４０，Ｓ１７０の処理を実行するハイブリッド用電子制御ユニット７０とＥＧＲ実行フラグＦが値１のときにはＥＧＲを実行し受信した目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とでエンジン２２を制御するエンジンＥＣＵ２４とが「制御手段」に相当する。また、モータＭＧ２が「電動機」に相当し、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とが「電力動力入出力手段」に相当し、バッテリ５０が「蓄電手段」に相当し、対ロータ電動機２３０も「電力動力入出力手段」に相当する。ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「排気供給手段」としては、ＥＧＲ管１５２やＥＧＲバルブ１５４に限定されるものではなく、前記内燃機関の排気を該内燃機関の吸気系に供給する排気供給を行なうものであれば如何なるものとしても構わない。「実行用関係設定手段」としては、冷却水温ＴｗとＥＧＲ実行フラグＦとにより実行用動作ラインＬｘを設定するハイブリッド用電子制御ユニット７０に限定されるものではなく、前記内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度以上で前記排気供給手段による排気供給が実行されたときには前記第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、前記第２の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには前記第１の関係を実行用関係として設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４との組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「制御手段」としては、ＥＧＲ実行フラグＦが値１のときにはＥＧＲを実行し要求パワーＰｅ＊と実行用動作ラインＬｘとに基づく目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とでエンジン２２を制御するものに限定されるものではなく、必要に応じた前記排気供給手段による排気供給を伴って前記設定された実行用関係により前記内燃機関から前記設定された目標パワーが出力されるよう該内燃機関と前記排気供給手段とを制御するものであれば如何なるものとしても構わない。また、「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「電力動力入出力手段」としては、動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とを組み合わせたものや対ロータ電動機２３０に限定されるされるものではなく、車軸に連結された駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能なものであれば如何なるものとしても構わない。「蓄電手段」としては、二次電池としてのバッテリ５０に限定されるものではなく、キャパシタなど、電力動力入出力手段とや電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための最良の形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。
以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
本発明は、内燃機関装置の製造産業などに利用可能である。
本発明の一実施例である内燃機関装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される駆動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 ＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆおよびＥＧＲオン用動作ラインＬｏｎの一例とＥＧＲオフ用動作ラインＬｏｆｆを実行用動作ラインとして用いて目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定する様子を示す説明図である。 エンジン２２からパワーを出力している状態で走行しているときの動力分配統合機構３０の回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
符号の説明
２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６ スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４３ 圧力センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、１５２ ＥＧＲ管、１５４ ＥＧＲバルブ、１５６ 温度センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (6)

  1. 内燃機関を備える内燃機関装置であって、
    前記内燃機関の排気を該内燃機関の吸気系に供給する排気供給を行なう排気供給手段と、
    前記内燃機関の冷却水の温度を検出する温度検出手段と、
    前記内燃機関から出力すべき目標パワーを設定する目標パワー設定手段と、
    前記内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度以上で前記排気供給手段による排気供給が実行されたときには前記第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、前記第２の関係が実行用関係として設定されているときに前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには前記第１の関係を実行用関係として設定する実行用関係設定手段と、
    必要に応じた前記排気供給手段による排気供給を伴って前記設定された実行用関係により前記内燃機関から前記設定された目標パワーが出力されるよう該内燃機関と前記排気供給手段とを制御する制御手段と、
    を備える内燃機関装置。
  2. 請求項１記載の内燃機関装置であって、
    前記第１の関係は、前記排気供給手段による排気供給を行なっていないときに前記内燃機関を効率よく運転する回転数とトルクとの関係であり、
    前記第２の関係は、前記排気供給手段による排気供給を行なっているときに前記内燃機関を効率よく運転する回転数とトルクとの関係である、
    内燃機関装置。
  3. 前記制御手段は、前記検出された冷却水の温度が前記第１の温度以上となる条件を含む排気供給実行条件が成立しているときに前記排気供給が実行されるよう前記排気供給手段を制御する手段である請求項１または２記載の内燃機関装置。
  4. 請求項１ないし３いずれか１つの請求項に記載の内燃機関装置を搭載する車両であって、
    前記目標パワー設定手段は、走行に要求される要求駆動力に基づいて前記目標パワーを設定する手段である、
    車両。
  5. 請求項４記載の車両であって、
    車軸に連結された駆動軸に動力を出力可能な電動機と、
    前記駆動軸に接続されると共に該駆動軸とは独立に回転可能に前記内燃機関の出力軸に接続され、電力と動力の入出力を伴って前記駆動軸と前記出力軸とに動力を入出力可能な電力動力入出力手段と、
    前記電動機および前記電力動力入出力手段と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、を備える、
    車両。
  6. 内燃機関と、前記内燃機関の排気を該内燃機関の吸気系に供給する排気供給を行なう排気供給手段と、を備える内燃機関装置の制御方法であって、
    前記内燃機関の回転数とトルクとの関係としての第１の関係が実行用関係として設定されているときに前記内燃機関の冷却水の温度が前記第１の温度以上で前記排気供給手段による排気供給が実行されたときには前記第１の関係よりトルクが小さい第２の関係を実行用関係として設定し、前記第２の関係が実行用関係として設定されているときに前記内燃機関の冷却水の温度が前記第１の温度より低い第２の温度未満に至ったときには前記第１の関係を実行用関係として設定し、
    必要に応じた前記排気供給手段による排気供給を伴って前記設定した実行用関係により前記内燃機関から出力すべき目標パワーが該内燃機関から出力されるよう該内燃機関と前記排気供給手段とを制御する、
    ことを特徴とする内燃機関装置の制御方法。
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