ハイブリッド自動車
【課題】ハイブリッド自動車におけるエンジン冷機時のシステム全体の効率を向上させる。
【解決手段】ハイブリッド自動車１００は、車輪駆動軸６３ａにトルクを伝えるエンジン１と、車輪駆動軸６３ａにトルクを伝える及びモータ・ジェネレータ５と、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５を制御するコントローラとを備えている。コントローラは、エンジン１が冷機時であって且つ車両要求トルクがエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａよりも低いトルクであるときには、車両要求トルクに余剰トルクを加えることによってエンジン１を９５％燃費率の運転領域Ａ内に含まれる運転状態で運転し、余剰トルクでモータ・ジェネレータを駆動して発電を行う。
【解決手段】ハイブリッド自動車１００は、車輪駆動軸６３ａにトルクを伝えるエンジン１と、車輪駆動軸６３ａにトルクを伝える及びモータ・ジェネレータ５と、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５を制御するコントローラとを備えている。コントローラは、エンジン１が冷機時であって且つ車両要求トルクがエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａよりも低いトルクであるときには、車両要求トルクに余剰トルクを加えることによってエンジン１を９５％燃費率の運転領域Ａ内に含まれる運転状態で運転し、余剰トルクでモータ・ジェネレータを駆動して発電を行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンとモータ・ジェネレータとを備えたパラレル式ハイブリッド自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンとモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド自動車が知られている。このようなハイブリッド自動車の１つに、パラレル式ハイブリッド自動車がある（例えば、特許文献１）。エンジンは、低負荷の運転領域では効率が悪く且つパワーも出にくいため、パラレル式ハイブリッド自動車では、比較的低負荷の運転領域ではモータ・ジェネレータで走行し、中負荷及び高負荷の運転領域ではエンジンで走行する。こうして、エンジンにとって効率の悪い運転領域では、モータ・ジェネレータを使用することで、ハイブリッド自動車のシステム全体としての効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、どのようなエンジンであっても冷機時には、やはり燃費率が悪化してしまい、ハイブリッド自動車のシステム全体としての効率を低下させてしまう。
【０００５】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド自動車におけるエンジン冷機時のシステム全体の効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された技術は、パラレル式のハイブリッド自動車である。このハイブリッド自動車は、車輪駆動軸にトルクを伝えるエンジンと、車輪駆動軸にトルクを伝える及びモータ・ジェネレータと、前記エンジン及びモータ・ジェネレータを制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記エンジンの冷機時であって且つ車両要求トルクが該エンジンの所定の燃費率の運転領域のトルク下限値よりも低いときには、該車両要求トルクに余剰トルクを加えることによって該エンジンを該所定の燃費率の運転領域内に含まれる運転状態で運転し、該余剰トルクで前記モータ・ジェネレータを駆動して発電を行うものとする。
【０００７】
一般的に、エンジンの冷機時には、低負荷側の運転領域における燃焼安定性が悪化する。そのため、エンジンの冷機時には、低負荷側の運転領域で燃費率が悪化する。換言すると、所定の燃費率となる運転領域が存在する場合、その所定の燃費率の運転領域は、エンジンの冷機状態（即ち、暖機状態）に応じて変化する。具体的には、エンジンの温度が低いほど、該所定の燃費率の運転領域のトルク（負荷）の下限値が高負荷側へ移動して、該運転領域が狭くなる。そのため、或る車両要求トルクに対応する運転状態が、暖機状態においては所定の燃費率の運転領域に含まれる場合であっても、冷機時には該所定の燃費率の運転領域から外れてしまう場合もある。
【０００８】
それに対し、前記の構成によれば、エンジンが冷機時であって且つ車両要求トルクが該エンジンの所定の燃費率の運転領域のトルク下限値よりも低いときには、該車両要求トルクに余剰トルクを加えることによって該エンジンを該所定の燃費率の運転領域内に含まれる運転状態で運転する。これにより、エンジンの燃費率が向上する。それに加えて、このとき発生する余剰トルクは、モータ・ジェネレータによる発電に用いられるため、エンジンの出力トルクを無駄にすることがない。その結果、ハイブリッド自動車のシステム全体の効率を向上させることができる。さらに、エンジンは車両要求トルクよりも高いトルクで運転されるため、エンジンが車両要求トルクで運転される場合に比べて、発熱量が上昇し、暖機が促進される。
【０００９】
前記エンジンは、低負荷の運転領域にあるときにリーン運転を行うように構成されており、前記モータ・ジェネレータの発電効率が最高となる回転数は、前記エンジンの燃費率が最高燃費率に対して９５％以上となる運転領域のうち低回転側部分の回転数範囲内に入るように構成されていることが好ましい。
【００１０】
ここで、「低負荷」とは、エンジンの運転領域を低負荷領域及び高負荷領域の２つに分けたときの低負荷領域に相当するとしてもよい。
【００１１】
前記ハイブリッド自動車においては、エンジンとモータ・ジェネレータとの両方が同時に作動する場合がある。例えば、エンジンを車両要求トルク以上の負荷で運転して、余剰トルクでモータ・ジェネレータを作動させることによって、駆動輪を駆動しつつ、発電を行う場合がある。この場合、モータ・ジェネレータは、エンジンの回転数に近い回転数で回転することがよくある。そのため、モータ・ジェネレータの最高発電効率点の回転数をエンジンの燃費率の高い運転領域の回転数範囲内に設定することによって、エンジンを燃費率の高い運転領域で運転しつつ、同時に、モータ・ジェネレータも発電効率が高い回転数で運転することができる。ここで、前記の構成によれば、エンジンは、低負荷の運転領域でリーン運転を行うため、低負荷の運転領域における燃費率が改善されている。その結果、エンジンの燃費率の高い運転領域は、低負荷側に、さらには、低回転側に拡大される。エンジンの燃費率の高い運転領域が回転数方向に拡大されると、モータ・ジェネレータの最高発電効率点の回転数をエンジンの燃費率の高い運転領域の回転数範囲内に設定する際に、設定の自由度が広がる。ここで、トランスミッションの抵抗は回転数が高くなるにつれて大きくなる。つまり、モータ・ジェネレータの最高発電効率の回転数をエンジンの燃費率の高い運転領域の低回転側部分の回転数範囲内に設定することによって、エンジンとモータ・ジェネレータを高効率で運転する際のトランスミッションの抵抗を低減することができる。こうして、エンジン、モータ・ジェネレータ及びトランスミッションを同時に高効率で運転することができる。
【００１２】
そして、このような仕様の場合、エンジン及びモータ・ジェネレータは低回転側で効率が良いため、エンジンは比較的低回転で運転される傾向にある。また、冷機時には、車両の要求パワーが小さい場合も多く、このことからも、エンジンは比較的低回転で運転されることが多い。その一方で、エンジンは、高回転側に比べて低回転側の運転領域では、冷機時の燃焼安定性が悪くなる傾向にある。そのため、エンジン冷機時には、低回転数及び低負荷の運転領域の燃費率が悪化する。換言すると、所定の燃費率の運転領域は、冷機時には、特に低回転側のトルク下限値が高トルク側へ移動する。つまり、前記の仕様の場合、エンジンは、冷機時に燃費率が悪化しやすい運転領域で運転される場合が多い。したがって、前記の仕様のエンジンにおいては、余剰トルクを加えた出力トルクで運転することが非常に効果的である。
【００１３】
また、前記制御器は、前記エンジンの暖機が進行するにつれて、前記余剰トルクを減少させるようにしてもよい。
【００１４】
こうすることで、暖機状態に応じて変化する所定の燃費率の運転領域に応じて、エンジンの出力トルクを制御することができる。余剰トルクによる発電は常に必要なわけではないため、エンジンを所定の燃費率の運転領域内で運転できる限りは、余剰トルクを減少させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
前記ハイブリッド自動車によれば、エンジンの冷機時であっても、エンジンを高い燃費率で運転し、余剰トルクで発電することもできる。その結果、ハイブリッド自動車におけるエンジン冷機時のシステム全体の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ハイブリッド自動車の動力伝達系の概略構成図である。
【図２】エンジン・システムの構成の概略図である。
【図３】エンジン及びモータ・ジェネレータの効率特性を示す図であって、（Ａ）は、エンジンの燃費率特性マップであり、（Ｂ）は、モータ・ジェネレータの発電効率マップである。
【図４】トランスミッションの入力回転に対するロスパワーの関係を示すグラフである。
【図５】エンジン冷機時のエンジンの燃費率特性マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に、ハイブリッド自動車の動力伝達系の概略構成図を示す。
【００１８】
ハイブリッド自動車１００は、ガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」という）１と、クラッチ６１と、モータ・ジェネレータ５と、トランスミッション６２と、駆動輪６３，６３と、バッテリ６４とを備えており、いわゆるパラレル式のハイブリッド自動車である。エンジン１は、詳しくは後述するが、火花点火式内燃機関であって、少なくとも部分負荷の運転領域において混合気をリーン化する、いわゆるリーンバーンエンジンである。クラッチ６１は、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との連結と切断とを切り替えるものである。モータ・ジェネレータ５は、駆動輪６３，６３を駆動する一方で、減速時に回生動作を行ってバッテリ６４を充電する。トランスミッション６２は、トルクコンバータを有するオートマチックトランスミッションである。トランスミッション６２は、駆動輪６３，６３の車輪駆動軸６３ａに、ギヤを介して動力伝達可能に連結されている。トランスミッション６２は、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の駆動力を駆動輪６３，６３へ伝達する。
【００１９】
ハイブリッド自動車１００においては、エンジン１、モータ・ジェネレータ５及びトランスミッション６２がこの順で直列に連結されている。ただし、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との間には、クラッチ６１が介設されている。クラッチ６１を連結することによって、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とが連結される。この場合には、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１の動力だけで走行したり、エンジン１の動力にモータ・ジェネレータ５の動力を付加して走行したりする。さらには、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１の動力だけで走行する場合には、エンジン１の動力の一部をモータ・ジェネレータ５の駆動に用い、走行しながらバッテリの充電を行う場合もある。一方、クラッチ６１を開放することにより、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との連結が切断される。ハイブリッド自動車１００がモータ・ジェネレータ５の動力のみで走行する場合には、この状態となる。
【００２０】
以下に、ハイブリッド自動車１００のエンジン・システムの詳細について説明する。図２に、エンジン・システムの構成の概略図を示す。エンジン・システムは、エンジン（エンジン本体）１、エンジン１に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及びセンサからの信号に基づきアクチュエータを制御するコントローラ４を有する。エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１（図２では一つのみ図示）が形成されている。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。
【００２１】
ピストン１５は、各シリンダ１１内に摺動自在に嵌挿されており、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。この実施形態では、ピストン１５の冠面に凹部が形成されている。図２には一つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室１７の上面を区画する天井面）に開口することで燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の天井面に開口することで燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、シリンダ１１内に導入される新気が流れる吸気通路（図示省略）に接続されている。吸気通路には、吸気流量を調整するスロットル弁２０が介設されており、コントローラ４からの制御信号を受けて、スロットル弁２０の開度が調整される。一方、排気ポート１９は、各シリンダ１１からの既燃ガス（排気ガス）が流れる排気通路６５（図１参照）に接続されている。排気通路６５には、図１に示すように、一つ以上の触媒コンバータを有する排気浄化装置６６が配置される。
【００２２】
図に示すように、吸気弁２１及び排気弁２２はそれぞれ、吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により、排気弁２２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、両駆動機構のうち少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）２３を含んで構成されている。ＶＶＴ２３と共に、弁リフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構（ＣＶＶＬ：Continuous Variable Valve Lift）を備えるようにしてもよい。
【００２３】
点火プラグ２４は、例えば、ねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２４は、この実施形態では、シリンダ１１の中心軸に対し、排気側に傾斜した状態で取り付けられており、その先端部（電極）は燃焼室１７の天井部に臨んでいる。尚、点火プラグ２４の配置はこれに限定されるものではない。点火システム２５は、コントローラ４からの制御信号を受けて、点火プラグ２４が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。一例として、点火システム２５はプラズマ発生回路を備え、点火プラグ２４はプラズマ点火式のプラグとしてもよい。
【００２４】
燃料噴射弁２６は、この実施形態ではシリンダ１１の中心軸に沿って配置され、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取り付けられている。燃料噴射弁２６の先端は、燃焼室１７の天井部の中心に臨んでいる。尚、燃料噴射弁２６の配置はこれに限定されるものではない。燃料噴射弁２６はまた、例えば多噴口型の燃料噴射弁であるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
燃料供給システム２７は、燃料噴射弁２６に燃料を供給する燃料供給系と、燃料噴射弁２６を駆動する電気回路と、を備えている。電気回路は、コントローラ４からの制御信号を受けて燃料噴射弁２６を作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室１７内に噴射させる。ここで、このエンジン１の燃料は、この実施形態ではガソリンであるが、これに限定されるものではなく、軽油やバイオエタノール等を含む各種の液化燃料、及び、天然ガス等を含む各種の気体燃料を適宜採用し得る。
【００２６】
コントローラ４は、メイン制御器４Ａと、エンジン１を制御するエンジン制御器４Ｂと、モータ・ジェネレータ５を制御するモータ制御器４Ｃとを含む。コントローラ４は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。尚、メイン制御器４Ａと、エンジン制御器４Ｂと、モータ制御器４Ｃとは、それぞれ別々のコントローラとして構成されていてもよく、１つのコントローラとして構成されていてもよい。
【００２７】
コントローラ４は、少なくとも、エアフローセンサ４１からの吸気流量に関する信号、クランク角センサ４２からのクランク角パルス信号、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ４３からのアクセル開度信号、車速センサ４４からの車速信号、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ４５からの水温信号をそれぞれ受ける。コントローラ４、特に、メイン制御器４Ａは、これらの入力信号に基づいて、車両の要求パワーを計算し、その要求パワーに基づいて、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の制御内容を決定する。例えば、メイン制御器４Ａは、要求パワーに基づいて、エンジン１を作動させるのか、モータ・ジェネレータ５を作動させるのか、モータ・ジェネレータ５を作動させる場合には、発電機として作動させるのか、モータとして作動させるのかを決定する。また、メイン制御器４Ａは、エンジン１又は／及びモータ・ジェネレータ５をそれぞれの目標出力パワーを決定する。エンジン制御器４Ｂ及びモータ制御器４Ｃは、メイン制御器４Ａからの指令に応じて、それぞれエンジン１及びモータ・ジェネレータ５を制御する。エンジン制御器４Ｂは、目標出力パワーに基づいて、例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等のパラメータを計算する。エンジン制御器４Ｂは、それらの信号を、スロットル弁２０（スロットル弁２０を動かすスロットルアクチュエータ）、燃料供給システム２７、点火システム２５及びＶＶＴ２３等に出力する。モータ制御器４Ｃは、メイン制御器４Ａからの指令に応じて、モータ・ジェネレータ５を発電機として機能させるか、又は、モータ・ジェネレータ５をモータとして機能させる。また、モータ制御器４Ｃは、モータ・ジェネレータ５をモータとして機能させる場合には、目標出力パワーに応じて、バッテリ６４からモータ・ジェネレータ５へ供給する電力を制御する。エンジン１とモータ・ジェネレータ５との詳しい制御内容については、後述する。
【００２８】
ここで、本実施形態のエンジン１は、幾何学的圧縮比εが１３以上４０以下の高圧縮比に設定されている。また、エンジン１は、少なくとも部分負荷の運転領域（換言すれば、中負荷乃至低負荷の運転領域）においては、リーン運転を行う運転領域を有する。この運転領域では、空気過剰率λを２以上（好ましくは、２．５以上）８以下に、又は、Ｇ／Ｆ（ＥＧＲガス及び新気量に対する燃料量の比を示す空燃比）を３０以上１２０以下に設定して、混合気をリーン化している。
【００２９】
また、エンジン１は、低負荷乃至中負荷領域の運転領域では、吸気弁閉時期を下死点より所定量遅く設定することによって、エンジン１の有効圧縮比よりも有効膨張比が高くなるようにしている。尚、吸気弁閉時期を下死点より所定量早く設定することによって、エンジン１の有効圧縮比よりも有効膨張比が高くなるようにしている。一方、エンジン１は、高負荷の運転領域においては、そのような吸気弁制御を行っておらず、有効圧縮比と有効膨張比が概ね一致している。つまり、エンジン１は、有効圧縮比に対する有効膨張比の比率が、高負荷の運転領域に比べて、低負荷乃至中負荷の運転領域の方が高くなっている。尚、エンジン１は、低負荷乃至中負荷の運転領域において、有効圧縮比に対する有効膨張比の比率が低負荷になるほど大きくなるように、当該比率を負荷に応じて変化させてもよい。
【００３０】
また、このエンジン１では、その温間時に、全負荷を含む高負荷の運転領域において空気過剰率をλ＝１にする場合は、点火プラグ２４の駆動によって燃焼室１７内の混合気に点火する火花点火モードとし、空気過剰率λを２〜８（又はＧ／Ｆを３０〜１２０）に設定するような、それ以外の運転領域（言い換えると中負荷乃至低負荷の運転領域）では、燃焼室１７内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火モードとする。尚、エンジン１の運転領域の全域で圧縮着火モードとしてもよい。また、圧縮着火モードであっても、圧縮自己着火が起こり難い運転領域においては、圧縮上死点前で且つ圧縮上死点近傍で点火（着火アシスト）を行って、圧縮自己着火を促進させてもよい。
【００３１】
それに加えて、エンジン１は、燃焼室１７に断熱構造を設けている。すなわち、エンジン１は、高圧縮比及びリーン化に、燃焼室１７の断熱化を組み合わせている。こうすることによって、エンジン１は、エンジンの図示熱効率を高めて、燃費性能を従来に比べて大幅に向上させている。
【００３２】
詳しくは、このエンジン１では、前述の通り幾何学的圧縮比εを１３≦ε≦４０に設定している。理論サイクルであるオットーサイクルにおける理論熱効率ηｔｈは、ηｔｈ＝１−１／（εκ−１）であり、圧縮比εを高くすればするほど、理論熱効率ηｔｈは高くなる。また、ガスの比熱比κを高めれば高めるほど、言い換えると、空気過剰率λを高めれば高めるほど、理論熱効率ηｔｈは高くなる。
【００３３】
しかしながら、エンジン（正確には、燃焼室の断熱構造を有しないエンジン）の図示熱効率は、所定の幾何学的圧縮比ε（例えば１５程度）でピークになり、幾何学的圧縮比εをそれ以上に高めても図示熱効率は高くならず、逆に、図示熱効率は低下することになる。これは、燃料量及び吸気量を一定のままで幾何学的圧縮比を高くした場合、圧縮比が高くなればなるほど、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることに起因している。つまり、燃焼室１７を区画する面を通じて熱が放出することに伴う冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定され、燃焼ガスの圧力及び温度が高くなるほど熱伝達率は高くなるから、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることは、その分、冷却損失を増大させることになる。その結果、エンジンは、幾何学的圧縮比が高くなればなるほど、図示熱効率が低下してしまうのである。このように、混合気をリーン化しつつ、幾何学的圧縮比を高めることによってエンジンの図示熱効率を高めようとしても、冷却損失が増大することにより、理論熱効率よりも大幅に低い図示熱効率で頭打ちなってしまう。
【００３４】
これに対し、このエンジン１では、高い幾何学的圧縮比εにおいて図示熱効率が高まるように、燃焼室１７の断熱構造を組み合わせている。つまり、燃焼室１７の断熱化により冷却損失を低減させ、それによって図示熱効率を高める。
【００３５】
一方で、燃焼室１７を断熱化して冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン１では、前述したように、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、このエンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。
【００３６】
ここで、空気過剰率λについて検討する。空気過剰率λが２よりも低くなると燃焼室１７内の最高燃焼温度が高くなって、燃焼室１７からＲａｗＮＯｘが排出され得る。前述したように、このエンジン１は、冷却損失と共に排気損失の低減をも図っているため、排気温度が比較的低く触媒の活性化には不利である。そのため、燃焼室１７からのＲａｗＮＯｘの排出を回避乃至抑制することが望ましく、そのためには、空気過剰率λを２以上に設定することが好ましい。言い換えると、燃焼室１７内の最高燃焼温度が所定温度（例えば、ＲａｗＮＯｘが生成し得る温度としての１８００Ｋ（ケルビン））以下となる範囲で、空気過剰率λを設定することが望ましい。エンジン制御器４Ｂは、例えばエンジン１の部分負荷における運転領域内で、負荷の上昇に伴い（言い換えると、燃料噴射量の増量により空気過剰率λが上がることに伴い）、最高燃焼温度が所定温度を超えるようなときには、空気過剰率λを下げてエンジン１を運転することが望ましい。
【００３７】
一方、本願発明者らの検討によると、空気過剰率λ＝８で図示熱効率がピークになることから、空気過剰率λの範囲としては、２≦λ≦８が好ましい。尚、エンジン１の全負荷を含む高負荷の運転領域においては、トルク優先により、空気過剰率λをさらに下げて例えばλ＝１又はλ≧１としてもよい。前記の空気過剰率λの数値範囲は、エンジン１の、中負荷及び低負荷の運転領域における好ましい範囲である。
【００３８】
尚、混合気のリーン化は、スロットル弁２０を開き側に設定することになるから、ガス交換損失（ポンピングロス）の低減による図示熱効率の向上にも寄与し得る。
【００３９】
以下に、燃焼室１７の断熱構造について詳しく説明する。燃焼室１７は、図２にも示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１５の冠面と、シリンダヘッド１３の下面（天井面）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。これらの各面に後述する構成を有する断熱層３１，３２，３３，３４，３５が設けられることによって、燃焼室１７が断熱化されている。尚、以下において、これらの断熱層３１〜３５を総称する場合は、断熱層に符号「３」を付す場合がある。断熱層３は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、図例では、シリンダ壁面の断熱層３１は、ピストン１５が上死点に位置した状態で、そのピストンリング１４よりも上側の位置に設けられており、これにより断熱層３１上をピストンリング１４が摺動しない構成としている。但し、シリンダ壁面の断熱層３１はこの構成に限らず、断熱層３１を下向きに延長することによって、ピストン１５のストロークの全域、又は、その一部に断熱層３１を設けてもよい。また、燃焼室１７を直接区画する壁面ではないが、吸気ポート１８や排気ポート１９における、燃焼室１７の天井面側の開口近傍のポート壁面に断熱層を設けてもよい。尚、図２に図示する各断熱層３１〜３５の厚みは実際の厚みを示すものではなく単なる例示であると共に、各面における断熱層の厚みの大小関係を示すものでもない。
【００４０】
断熱層３１〜３５は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。ここで、シリンダ１１の壁面に設けた断熱層３１については、シリンダブロック１２が母材であり、ピストン１５の冠面に設けた断熱層３２についてはピストン１５が母材であり、シリンダヘッド１３の天井面に設けた断熱層３３については、シリンダヘッド１３が母材であり、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッド面に設けた断熱層３４，３５については、吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ母材である。従って、母材の材質は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３及びピストン１５については、アルミニウム合金や鋳鉄となり、吸気弁２１及び排気弁２２については、耐熱鋼や鋳鉄等となる。但し、前述したように、このエンジン１は排気損失を低減していることから、排気ガス温度が大幅に低下しているため、特に排気弁２２については耐熱鋼でなくても、従来は使用することができなかった、又は、使用することが困難であった材料（例えばアルミニウム合金等）を使用することも可能である。
【００４１】
また、断熱層３は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室１７内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室１７を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、前述したように、燃焼室１７の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。そこで、前記の断熱層３は熱容量を小さくし、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。
【００４２】
また、断熱層３の熱容量を小さくすることは、排気損失の低減にも有利になる。つまり、仮に断熱層の熱容量が大きいときは、燃焼室１７内の温度が低下したときでも、区画面の温度が下がらない一方で、燃焼室１７が断熱構造を有しているため、燃焼室１７内の温度を高温のままに維持してしまう。このことは、結果として排気損失を増大させることになり、エンジン１の熱効率の向上を阻害する。これに対し、断熱層３の熱容量を小さくすることは、燃焼室１７内の温度が低下したときに、それに追従して区画面の温度が低下する。従って、燃焼室１７内の温度を高温に維持してしまうことを回避し得るから、前述した、温度追従性に伴う冷却損失の抑制のほか、排気損失の抑制にも有利になり得る。
【００４３】
断熱層３は、シリンダ１１の壁面、ピストン１５の冠面、シリンダヘッド１３の天井面、並びに、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッド面、つまり、燃焼室１７を区画する区画面に、例えばプラズマ溶射により形成した、ジルコニア（ＺｒＯ２）、又は、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）の皮膜によって構成してもよい。ジルコニア又は部分安定化ジルコニアは、熱伝導率が比較的低くかつ、容積比熱も比較的小さいため、母材によりも熱伝導率が低くかつ、容積比熱が母材と同じか、それよりも小さい断熱層３が構成される。
【００４４】
次に、このように構成されたエンジン１の燃費率について説明する。図３（Ａ）に、エンジン１の燃費率特性マップを示す。図３（Ａ）における実線は、等燃費率線であり、燃費率が等しい領域の境界線を示している。破線は、等パワー線であり、パワー（馬力）が等しい領域の境界線を示している。この燃費率特性マップは、エンジン単体の燃費率特性を示している。エンジン単体の燃費率は、例えば、エンジン単体をベンチ試験機を用いて評価することにより求められる。
【００４５】
エンジン１の燃費率は、回転数については、回転数が低すぎても、高すぎても悪く、また、負荷（トルク）については、負荷が低すぎても、高すぎても悪い。詳しくは、エンジン１の最高燃費率の運転領域は、マップの中央付近に位置し、そこから、回転数が低く、若しくは高くなるにつれて、又は、負荷が低く、若しくは高くなるにつれて、燃費率は悪化していく。図３（Ａ）における領域Ａは、最高燃費率に対して９５％燃費率の運転領域（以下、単に「９５％燃費率の運転領域」という）である。エンジン１は、前述の如く、燃費性能が大きく向上しており、燃費率の高い運転領域が広くなっている。詳しくは、９５％燃費率の運転領域Ａは、回転数方向にも、負荷方向にも広くなっている。一例として、本実施形態におけるエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの最低回転数は、定格回転数の１／３よりも低く、具体的には約１０００ｒｐｍである。一方、９５％燃費率の運転領域Ａの最高回転数は約３０００ｒｐｍである。また、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの最低負荷は、全開負荷の半分の負荷よりも低いところまで広がっている。
【００４６】
次に、モータ・ジェネレータ５の効率について説明する。図３（Ｂ）に、モータ・ジェネレータ５の発電効率マップを示す。図３（Ｂ）における実線は、等効率線であり、発電効率が等しい領域の境界線を示している。
【００４７】
本実施形態に係るモータ・ジェネレータ５の発電効率の最高効率は、９５％である。この最高発電効率点Ｐは、比較的、低負荷側に位置する。モータ・ジェネレータ５の発電効率は、最高発電効率点Ｐをピークに、回転数が低く、若しくは高くなるにつれて、又は、負荷が低く、若しくは高くなるにつれて悪化していく。より詳細には、モータ・ジェネレータ５の発電効率は、回転数が低くなると、回転数が高くなる場合に比べて、効率が急激に低下していく。
【００４８】
ここで、このモータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数（即ち、発電効率が最高となる回転数）は、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分（即ち、該運転領域Ａを回転数に関して２つに分けたときの低回転側の部分）ａの回転数範囲Ｘａの内に含まれている。前述の例では、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲Ｘａとは、１０００〜２５００ｒｐｍであり、モータ・ジェネレータ５の、最高発電効率点Ｐの回転数は、この範囲内に含まれる。より好ましくは、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低負荷側の２０％の領域ｂの回転数範囲Ｘｂ（前述の例では、１０００〜１６００ｒｐｍ）内に入っている。または、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の定格回転数の１／３よりも低くなっている。
【００４９】
コントローラ４は、このように構成されたエンジン１及びモータ・ジェネレータ５を以下のようにして制御する。
【００５０】
詳しくは、コントローラ４は、極めて低負荷の運転領域では、モータ・ジェネレータ５による動力のみで駆動輪６３，６３を駆動し（この運転領域を、「モータ運転領域」ともいう）、この運転領域よりも高負荷側の運転領域では、少なくともエンジン１による動力で駆動輪６３，６３を駆動する（この運転領域を、「エンジン運転領域」ともいう）。
【００５１】
モータ運転領域は、エンジン１の燃費率が悪い運転領域である。モータ運転領域は、例えば、９５％燃費率の運転領域Ａよりも低負荷の運転領域である。この運転領域では、クラッチ６１が開放され、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との連結が遮断される。そして、モータ・ジェネレータ５は、バッテリ６４からの電力により作動し、駆動輪６３，６３を駆動する。こうして、モータ運転領域においては、ハイブリッド自動車１００は、モータ・ジェネレータ５による動力のみで走行する。
【００５２】
エンジン運転領域は、モータ運転領域よりも高負荷側の運転領域である。この運転領域には、エンジン１による動力の一部で充電を行いながら、残りの動力で走行を行う第１運転領域と、エンジン１による動力を全て走行に用いる第２運転領域とが含まれる。
【００５３】
詳しくは、第１運転領域は、車両要求トルクがエンジン１を良好な燃費率で運転できるトルクよりも低い運転領域である。第１運転領域では、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、エンジン１を良好な燃費率で運転できる負荷まで増大させて、エンジン１が運転される。そうして出力された出力トルクのうち、余剰トルクがモータ・ジェネレータ５の駆動に用いられ、残りのトルクである車両要求トルクが駆動輪６３，６３の駆動に用いられる。つまり、第１運転領域では、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１による出力トルクの一部で充電を行いながら、残りのトルクで走行する。
【００５４】
例えば、第１運転領域は、９５％燃費率の運転領域Ａよりも低負荷側であって、モータ運転領域よりも高負荷側の運転領域である。すなわち、９５％燃費率の運転領域Ａの低負荷側には、モータ運転領域が低負荷側に、エンジン運転領域の第１運転領域が高負荷側に存在する。第１運転領域では、車両要求トルクは、９５％燃費率の運転領域Ａのトルクに満たないので、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、出力トルクが９５％燃費率の運転領域Ａのトルクに達する状態でエンジン１が運転される。つまり、車両要求トルクは第１運転領域に相当するが、実際には、エンジン１は９５％燃費率の運転領域Ａにおける運転状態で運転される。
【００５５】
第２運転領域は、第１運転領域よりも高負荷側の運転領域である。第２運転領域には、エンジン１を良好な燃費率で運転できる運転領域とそれよりも高負荷側の運転領域とが含まれる。第２運転領域では、車両要求トルクに相当する負荷でエンジン１が運転される。そして、エンジン１の出力トルクは全て駆動輪６３，６３の駆動に用いられる。このとき、通常は、モータ・ジェネレータ５は、動力の出力も充電も行っていない。つまり、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１の動力のみで走行する。ただし、エンジン１の出力トルクだけでは不十分な場合には、モータ・ジェネレータ５がバッテリ６４からの電力で駆動され、エンジン１の動力とモータ・ジェネレータ５の動力とで駆動輪６３，６３を駆動する。また、エンジン１の出力トルクだけで十分な場合であっても、バッテリ６４の充電量が不足している場合には、エンジン１は、車両要求トルクに余剰トルクを加えたトルクを出力する状態で運転される。そして、余剰トルクが発電、即ち、モータ・ジェネレータ５の駆動に用いられ、残りのトルクである車両要求トルクで駆動輪６３，６３が駆動される。モータ・ジェネレータ５により発電された電力は、通常、バッテリ６４の充電に用いられる。
【００５６】
このように、本実施形態に係るハイブリッド自動車１００は、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とが共に作動する運転領域がある。ハイブリッド自動車１００では、エンジン１とトランスミッション６２との間にモータ・ジェネレータ５が直列で連結されているため、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とが共に作動する際には、モータ・ジェネレータ５はエンジン１と同じ回転数で回転する。ここで、前述の如く、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの回転数範囲内に含まれている。そのため、エンジン１を効率の高い運転領域で運転すると、必然的に、モータ・ジェネレータ５も発電効率の高い回転数で運転することになる。逆に、モータ・ジェネレータ５の発電効率を優先して、エンジン１をモータ・ジェネレータ５の発電効率が高い回転数で運転したとしても、それは必然的に、エンジン１を効率の高い運転領域で運転することになる。
【００５７】
ここで、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の効率の高い運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲内に含まれるので、エンジン１の効率及びモータ・ジェネレータ５の発電効率の両方が高い回転数で該エンジン１及びモータ・ジェネレータ５を運転すると、トランスミッション６２の抵抗も低減することができる。つまり、トランスミッション６２は、入力回転が高くなるにつれて、ロスパワーが増大する。図４に、トランスミッションの入力回転に対するロスパワーの関係を示す。図４には、トランスミッションの入力回転に対するロスパワーの関係を、変速段ごとに示している。トランスミッション６２の攪拌抵抗や引きずり抵抗は、回転数が高くなるにつれて増大していくため、トランスミッション６２のロスパワーも回転数が高くなるにつれて増加する。つまり、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐとエンジン１の効率の高い運転領域Ａとをできる限り低回転側で合わせておくことによって、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とを高効率で運転する際に、トランスミッション６２の抵抗も低減することができる。こうして、エンジン１、モータ・ジェネレータ５及びトランスミッション６２を同時に、効率の高い条件で運転することができる。
【００５８】
ただし、エンジン１の冷機時には、以下のような制御を行う。
【００５９】
コントローラ４は、エンジン１の冷機時には、車両要求トルクが所定の燃費率の運転領域のトルク下限値に満たない場合であっても、該車両要求トルクに余剰トルクを加えて、エンジン１を該所定の燃費率の運転領域で運転する。つまり、コントローラ４は、車両要求トルクに相当する燃費率よりも高い燃費率でエンジン１を運転する。そして、コントローラ４は、このとき発生する余剰トルクでモータ・ジェネレータ５を駆動して発電を行う。ここで、「車両要求トルク」とは、車両側からエンジン１に要求されるトルクであって、車両停止時には、停止暖機運転を行うために必要なトルクであり、車両走行時には、走行するために必要なトルク（例えば、アクセル開度に応じた要求トルク）である。
【００６０】
詳しくは、コントローラ４は、水温センサ４５からの水温信号に基づいて、エンジン１が冷機状態か否かを判定する。例えば、コントローラ４は、水温が所定値未満の場合には、エンジン１が冷機状態であると判定する一方、水温が所定値以上の場合には、エンジン１の暖機完了状態と判定する。
【００６１】
そして、コントローラ４は、エンジン１が冷機状態の場合には、車両要求トルクが所定の燃費率の運転領域のトルク下限値未満か否かを判定する。ここで、所定の燃費率の運転領域とは、本実施形態では、９５％燃費率の運転領域Ａである。ここで、コントローラ４は、図３（Ａ）に示すようなエンジンの燃費率特性マップを有している。そして、コントローラ４は、該燃費率特性マップにおける各燃費率の運転領域をエンジン１の暖機状態に応じて変更する。具体的には、コントローラ４は、図５に示すように、エンジン水温が低いほど、各燃費率の運転領域のトルク下限値を高負荷側（高トルク側）へ移動させる。そして、コントローラ４は、このようにエンジン１の暖機状態に応じて変化するトルク下限値と車両要求トルクとを比較する。
【００６２】
コントローラ４は、車両要求トルクが該トルク下限値未満の場合には、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、出力トルクが該トルク下限値以上となる運転状態でエンジン１を運転する。その結果、エンジン１は、９５％燃費率の運転領域Ａ内の運転状態で運転される。尚、各燃費率の運転領域のトルク下限値は、前述の如く、エンジン水温が低いほど高負荷側へ移動するため、余剰トルクは、エンジン水温が低いほど大きくなる。
【００６３】
このとき、エンジン１は、車両要求トルク以上の出力トルクを出力することになり、余剰トルクの分だけ余る。コントローラ４は、この余剰トルクを用いてモータ・ジェネレータ５を駆動し、モータ・ジェネレータ５に発電させる。そして、コントローラ４は、発電した電力でバッテリ６４を充電する。こうして、余った余剰トルクを無駄にすることなく、電力に変換して、必要なときのために蓄えておく。
【００６４】
コントローラ４は、車両要求トルクが該トルク下限値以上の場合には、出力トルクが車両要求トルクとなる運転状態でエンジン１を運転する。
【００６５】
さらに、コントローラ４は、水温センサ４５からの水温信号に基づいて、暖機運転の進行度合いを監視している。そして、コントローラ４は、エンジン１の暖機運転の進行度合いに応じて、余剰トルクを調整する。
【００６６】
詳しくは、コントローラ４は、前述の如く、燃費率特性マップにおける各燃費率の運転領域のトルク下限値をエンジン１の暖機運転が進むにつれて、即ち、エンジン水温が上昇するにつれて、低トルク側（低負荷側）へ移動させる。つまり、暖機運転が進むにつれて、該トルク下限値と車両要求トルクとの差が小さくなる。その結果、エンジン１の出力トルクを該トルク下限値以上とするための余剰トルクも小さくなる。そして、暖機運転が完了したときには、余剰トルクは零となる。
【００６７】
したがって、本実施形態によれば、車両要求トルクが９５％燃費率の運転領域Ａのトルク下限値未満であっても、エンジン１が９５％燃費率の運転領域Ａ内の運転状態で運転されるので、エンジン１の燃費率を向上させることができる。その上、そのとき発生した余剰トルクは、モータ・ジェネレータ５による発電に使用され、その電力はバッテリ６４に蓄えられるため、余剰トルクを有効活用することができる。その結果、ハイブリッド自動車１００のシステム全体の効率を向上させることができる。それに加えて、エンジン冷機時に、車両要求トルク以上のトルクでエンジン１が運転されるので、発熱量が増加し、暖機を促進することができる。
【００６８】
また、余剰トルクの量をエンジン１の暖機が進行するにつれて小さくすることによって、出力トルクの増加分をエンジン１の燃費率を向上させるのに必要な量だけに抑制することができる。つまり、ハイブリッド自動車１００にとって最低限必要なのは車両要求トルクであり、余剰トルクはその意味では余分なトルクである。そのため、余剰トルクは、エンジン１の高燃費率での運転を維持できる最低限の量に抑制することが好ましい。ここで、エンジン１の所定の燃費率の運転領域は、エンジン１の暖機が進行するにつれて、低負荷側に拡大する。つまり、エンジン１の高燃費率での運転を維持できる最低限の余剰トルクの量は、エンジン１の暖機が進行するにつれて減少する。そこで、余剰トルクの量をエンジン１の暖機が進行するにつれて小さくすることによって、余剰トルクを必要な量だけに抑制することができる。
【００６９】
また、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲内に含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定することによって、ハイブリッド自動車１００のシステム全体としての効率を向上させることができる。
【００７０】
すなわち、本実施形態に係るハイブリッド自動車１００は、モータ・ジェネレータ５がエンジン１とトランスミッション６２との間に連結されているため、エンジン１の動力の一部でモータ・ジェネレータ５を作動させて発電を行いつつ、残りの動力で駆動輪６３，６３を駆動する場合には、モータ・ジェネレータ５はエンジン１の回転数と同じ回転数で回転する。ここで、モータ・ジェネレータ５の発電効率の高い運転領域の回転数とエンジンの９５％燃費率の運転領域Ａの回転数とが重複していると、エンジン１を９５％燃費率の運転領域Ａで運転させつつ、モータ・ジェネレータ５を発電効率の高い回転数で作動させることができる。
【００７１】
ところが、従来のエンジンの燃費率の高い運転領域は、比較的、高負荷側及び高回転側に位置している。それに対して、本実施形態のエンジン１は、前述のように、エンジン１に断熱層３を設けたり、エンジン１の幾何学的圧縮比を１３以上に設定したり、部分負荷の運転領域においてエンジン１の有効圧縮比よりも有効膨張比の方が高くなるようにしたり、エンジン１に圧縮自己着火を行わせたりすることによって、燃費率の高い運転領域、例えば、９５％燃費率の運転領域Ａを低負荷側及び低回転側へ拡大している。その結果、モータ・ジェネレータ５の発電効率の高い運転領域の回転数をエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの回転数範囲内に設定する上で、設定の自由度が拡大している。
【００７２】
そこで、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低負荷側部分ａの回転数範囲Ｘａ内に含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定する。こうすることによって、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とを高効率で運転する際の回転数を低減することができる。回転数を低減することによって、トランスミッション６２の抵抗を低減することができる。その結果、ハイブリッド自動車１００のシステム全体の効率を向上させることができる。
【００７３】
このような仕様のハイブリッド自動車１００においては、エンジン１が低回転で使用される機会が多くなる。また、エンジン冷機時には、車両の要求パワーが小さい場合も多く、このことからも、エンジンは比較的低回転で運転されることが多い。そのため、このエンジン１は、冷機時における燃費悪化の影響を受け易い。したがって、エンジン１は、冷機時に車両要求トルクに余剰トルクを加えることが、非常に効果的となる。つまり、エンジン１、モータ・ジェネレータ５及びトランスミッション６２を高効率で運転しつつ、冷機時のシステム全体の効率も向上させることができる。
【００７４】
また、エンジン１は、幾何学的圧縮比が１３以上であって、少なくとも部分負荷の運転領域において有効圧縮比に対する有効膨張比の比率が高負荷側の運転領域よりも低負荷側の運転領域の方が高くなるように制御される。さらに、エンジン１は、断熱層３が設けられ、少なくとも部分負荷の運転領域における空気過剰率λが２以上８以下であるか又はＧ／Ｆが３０以上１２０以下であって圧縮自己着火による燃焼を行わせている。そのため、エンジン１は、燃費率の高い運転領域、例えば、９５％燃費率の運転領域Ａを低負荷及び低回転側まで拡大することができる。その結果、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数をできる限り低く設定することができるので、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の作動時のトランスミッション６２の抵抗もできる限り低減することができる。
【００７５】
尚、エンジン１は、断熱層３が設けられていたり、幾何学的圧縮比が１３以上に設定されていたり、少なくとも部分負荷領域において有効圧縮比よりも有効膨張比の方が高く設定されていたり、少なくとも部分負荷領域において空気過剰率λが２以上８以下であるか又はＧ／Ｆが３０以上１２０以下に設定されていたり、圧縮自己着火による燃焼を行わせたりするが、これらに限られるものではなく、任意のエンジンを採用することができる。
【００７６】
また、前記実施形態では、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲Ｘａ内に含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定している。しかし、発電効率ではなく、モータ・ジェネレータ５の最高駆動効率点（駆動効率（モータ・ジェネレータ５がモータ・ジェネレータ５として機能するときの効率）が最高となる点）の回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲Ｘａ内に、好ましくは、低負荷側の２０％の領域ｂの回転数範囲Ｘｂに含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定してもよい。こうすることによって、エンジン１による動力とモータ・ジェネレータ５による動力とで走行を行う場合に、ハイブリッド自動車１００のシステム全体としての効率を向上させることができる。すなわち、エンジン１が運転されると同時にモータ・ジェネレータ５がバッテリ６４からの電力により駆動されるので、モータ・ジェネレータ５の駆動効率の高い運転領域の回転数とエンジンの９５％燃費率の運転領域Ａの回転数とを重複させることによって、エンジン１を高効率で運転しつつ、モータ・ジェネレータ５をモータとして高効率で運転することができる。さらに、その際のトランスミッション６２の抵抗を低減することができる。尚、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率の回転数および最高駆動効率の回転数の両方が、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲内に含まれことが好ましい。そうすることで、モータ・ジェネレータ５が発電機として機能する場合であっても、モータとして機能する場合であっても、ハイブリッド自動車１００のシステム全体としての効率を向上させることができる。
【００７７】
また、前記実施形態では、エンジン冷機時に、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、エンジン１を高い燃費率で運転する際の所定の燃費率の運転領域を９５％燃費率の運転領域Ａとしている。しかし、所定の燃費率の運転領域は、９５％燃費率の運転領域Ａに限られるものではない。例えば、所定の燃費率の運転領域は、９０％燃費率の運転領域であってもよいし、９８％燃費率の運転領域であってもよい。また、所定の燃費率の運転領域は、何れの回転数でも一定である必要はなく、回転数に応じて異なっていてもよい。例えば、低回転側では、出力トルクを９５％燃費率の運転領域まで上昇させ、高回転側では、出力トルクを９０％燃費率の運転領域まで上昇させるような構成であってもよい。
【００７８】
また、前記実施形態では、モータ・ジェネレータ５がエンジン１とトランスミッション６２との間に配設されているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン１、トランスミッション６２、モータ・ジェネレータ５の順に配設されていてもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、エンジンの冷機状態（暖機状態）をエンジン水温で検出しているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン１のオイルの温度を検出することによってエンジン１の冷機状態を検出してもよいし、エンジン１の壁面の温度を検出することによってエンジン１の冷機状態を検出してもよいし、エンジン１の運転状態からエンジン１の冷機状態を推定してもよい。
【００８０】
以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上説明したように、本発明は、エンジンとモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド自動車について有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１００ ハイブリッド自動車
１ エンジン
４ コントローラ
５ モータ・ジェネレータ５
６３ａ 車輪駆動軸
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンとモータ・ジェネレータとを備えたパラレル式ハイブリッド自動車に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、エンジンとモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド自動車が知られている。このようなハイブリッド自動車の１つに、パラレル式ハイブリッド自動車がある（例えば、特許文献１）。エンジンは、低負荷の運転領域では効率が悪く且つパワーも出にくいため、パラレル式ハイブリッド自動車では、比較的低負荷の運転領域ではモータ・ジェネレータで走行し、中負荷及び高負荷の運転領域ではエンジンで走行する。こうして、エンジンにとって効率の悪い運転領域では、モータ・ジェネレータを使用することで、ハイブリッド自動車のシステム全体としての効率を向上させている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、どのようなエンジンであっても冷機時には、やはり燃費率が悪化してしまい、ハイブリッド自動車のシステム全体としての効率を低下させてしまう。
【０００５】
ここに開示された技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ハイブリッド自動車におけるエンジン冷機時のシステム全体の効率を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
ここに開示された技術は、パラレル式のハイブリッド自動車である。このハイブリッド自動車は、車輪駆動軸にトルクを伝えるエンジンと、車輪駆動軸にトルクを伝える及びモータ・ジェネレータと、前記エンジン及びモータ・ジェネレータを制御する制御器とを備え、前記制御器は、前記エンジンの冷機時であって且つ車両要求トルクが該エンジンの所定の燃費率の運転領域のトルク下限値よりも低いときには、該車両要求トルクに余剰トルクを加えることによって該エンジンを該所定の燃費率の運転領域内に含まれる運転状態で運転し、該余剰トルクで前記モータ・ジェネレータを駆動して発電を行うものとする。
【０００７】
一般的に、エンジンの冷機時には、低負荷側の運転領域における燃焼安定性が悪化する。そのため、エンジンの冷機時には、低負荷側の運転領域で燃費率が悪化する。換言すると、所定の燃費率となる運転領域が存在する場合、その所定の燃費率の運転領域は、エンジンの冷機状態（即ち、暖機状態）に応じて変化する。具体的には、エンジンの温度が低いほど、該所定の燃費率の運転領域のトルク（負荷）の下限値が高負荷側へ移動して、該運転領域が狭くなる。そのため、或る車両要求トルクに対応する運転状態が、暖機状態においては所定の燃費率の運転領域に含まれる場合であっても、冷機時には該所定の燃費率の運転領域から外れてしまう場合もある。
【０００８】
それに対し、前記の構成によれば、エンジンが冷機時であって且つ車両要求トルクが該エンジンの所定の燃費率の運転領域のトルク下限値よりも低いときには、該車両要求トルクに余剰トルクを加えることによって該エンジンを該所定の燃費率の運転領域内に含まれる運転状態で運転する。これにより、エンジンの燃費率が向上する。それに加えて、このとき発生する余剰トルクは、モータ・ジェネレータによる発電に用いられるため、エンジンの出力トルクを無駄にすることがない。その結果、ハイブリッド自動車のシステム全体の効率を向上させることができる。さらに、エンジンは車両要求トルクよりも高いトルクで運転されるため、エンジンが車両要求トルクで運転される場合に比べて、発熱量が上昇し、暖機が促進される。
【０００９】
前記エンジンは、低負荷の運転領域にあるときにリーン運転を行うように構成されており、前記モータ・ジェネレータの発電効率が最高となる回転数は、前記エンジンの燃費率が最高燃費率に対して９５％以上となる運転領域のうち低回転側部分の回転数範囲内に入るように構成されていることが好ましい。
【００１０】
ここで、「低負荷」とは、エンジンの運転領域を低負荷領域及び高負荷領域の２つに分けたときの低負荷領域に相当するとしてもよい。
【００１１】
前記ハイブリッド自動車においては、エンジンとモータ・ジェネレータとの両方が同時に作動する場合がある。例えば、エンジンを車両要求トルク以上の負荷で運転して、余剰トルクでモータ・ジェネレータを作動させることによって、駆動輪を駆動しつつ、発電を行う場合がある。この場合、モータ・ジェネレータは、エンジンの回転数に近い回転数で回転することがよくある。そのため、モータ・ジェネレータの最高発電効率点の回転数をエンジンの燃費率の高い運転領域の回転数範囲内に設定することによって、エンジンを燃費率の高い運転領域で運転しつつ、同時に、モータ・ジェネレータも発電効率が高い回転数で運転することができる。ここで、前記の構成によれば、エンジンは、低負荷の運転領域でリーン運転を行うため、低負荷の運転領域における燃費率が改善されている。その結果、エンジンの燃費率の高い運転領域は、低負荷側に、さらには、低回転側に拡大される。エンジンの燃費率の高い運転領域が回転数方向に拡大されると、モータ・ジェネレータの最高発電効率点の回転数をエンジンの燃費率の高い運転領域の回転数範囲内に設定する際に、設定の自由度が広がる。ここで、トランスミッションの抵抗は回転数が高くなるにつれて大きくなる。つまり、モータ・ジェネレータの最高発電効率の回転数をエンジンの燃費率の高い運転領域の低回転側部分の回転数範囲内に設定することによって、エンジンとモータ・ジェネレータを高効率で運転する際のトランスミッションの抵抗を低減することができる。こうして、エンジン、モータ・ジェネレータ及びトランスミッションを同時に高効率で運転することができる。
【００１２】
そして、このような仕様の場合、エンジン及びモータ・ジェネレータは低回転側で効率が良いため、エンジンは比較的低回転で運転される傾向にある。また、冷機時には、車両の要求パワーが小さい場合も多く、このことからも、エンジンは比較的低回転で運転されることが多い。その一方で、エンジンは、高回転側に比べて低回転側の運転領域では、冷機時の燃焼安定性が悪くなる傾向にある。そのため、エンジン冷機時には、低回転数及び低負荷の運転領域の燃費率が悪化する。換言すると、所定の燃費率の運転領域は、冷機時には、特に低回転側のトルク下限値が高トルク側へ移動する。つまり、前記の仕様の場合、エンジンは、冷機時に燃費率が悪化しやすい運転領域で運転される場合が多い。したがって、前記の仕様のエンジンにおいては、余剰トルクを加えた出力トルクで運転することが非常に効果的である。
【００１３】
また、前記制御器は、前記エンジンの暖機が進行するにつれて、前記余剰トルクを減少させるようにしてもよい。
【００１４】
こうすることで、暖機状態に応じて変化する所定の燃費率の運転領域に応じて、エンジンの出力トルクを制御することができる。余剰トルクによる発電は常に必要なわけではないため、エンジンを所定の燃費率の運転領域内で運転できる限りは、余剰トルクを減少させることができる。
【発明の効果】
【００１５】
前記ハイブリッド自動車によれば、エンジンの冷機時であっても、エンジンを高い燃費率で運転し、余剰トルクで発電することもできる。その結果、ハイブリッド自動車におけるエンジン冷機時のシステム全体の効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】ハイブリッド自動車の動力伝達系の概略構成図である。
【図２】エンジン・システムの構成の概略図である。
【図３】エンジン及びモータ・ジェネレータの効率特性を示す図であって、（Ａ）は、エンジンの燃費率特性マップであり、（Ｂ）は、モータ・ジェネレータの発電効率マップである。
【図４】トランスミッションの入力回転に対するロスパワーの関係を示すグラフである。
【図５】エンジン冷機時のエンジンの燃費率特性マップである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、例示的な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に、ハイブリッド自動車の動力伝達系の概略構成図を示す。
【００１８】
ハイブリッド自動車１００は、ガソリンエンジン（以下、単に「エンジン」という）１と、クラッチ６１と、モータ・ジェネレータ５と、トランスミッション６２と、駆動輪６３，６３と、バッテリ６４とを備えており、いわゆるパラレル式のハイブリッド自動車である。エンジン１は、詳しくは後述するが、火花点火式内燃機関であって、少なくとも部分負荷の運転領域において混合気をリーン化する、いわゆるリーンバーンエンジンである。クラッチ６１は、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との連結と切断とを切り替えるものである。モータ・ジェネレータ５は、駆動輪６３，６３を駆動する一方で、減速時に回生動作を行ってバッテリ６４を充電する。トランスミッション６２は、トルクコンバータを有するオートマチックトランスミッションである。トランスミッション６２は、駆動輪６３，６３の車輪駆動軸６３ａに、ギヤを介して動力伝達可能に連結されている。トランスミッション６２は、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の駆動力を駆動輪６３，６３へ伝達する。
【００１９】
ハイブリッド自動車１００においては、エンジン１、モータ・ジェネレータ５及びトランスミッション６２がこの順で直列に連結されている。ただし、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との間には、クラッチ６１が介設されている。クラッチ６１を連結することによって、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とが連結される。この場合には、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１の動力だけで走行したり、エンジン１の動力にモータ・ジェネレータ５の動力を付加して走行したりする。さらには、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１の動力だけで走行する場合には、エンジン１の動力の一部をモータ・ジェネレータ５の駆動に用い、走行しながらバッテリの充電を行う場合もある。一方、クラッチ６１を開放することにより、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との連結が切断される。ハイブリッド自動車１００がモータ・ジェネレータ５の動力のみで走行する場合には、この状態となる。
【００２０】
以下に、ハイブリッド自動車１００のエンジン・システムの詳細について説明する。図２に、エンジン・システムの構成の概略図を示す。エンジン・システムは、エンジン（エンジン本体）１、エンジン１に付随する様々なアクチュエータ、様々なセンサ、及びセンサからの信号に基づきアクチュエータを制御するコントローラ４を有する。エンジン１は、シリンダブロック１２と、その上に載置されるシリンダヘッド１３とを備えている。シリンダブロック１２の内部に複数のシリンダ１１（図２では一つのみ図示）が形成されている。シリンダブロック１２及びシリンダヘッド１３の内部には、図示は省略するが冷却水が流れるウォータージャケットが形成されている。
【００２１】
ピストン１５は、各シリンダ１１内に摺動自在に嵌挿されており、シリンダ１１及びシリンダヘッド１３と共に燃焼室１７を区画している。この実施形態では、ピストン１５の冠面に凹部が形成されている。図２には一つのみ示すが、シリンダ１１毎に２つの吸気ポート１８がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の下面（燃焼室１７の上面を区画する天井面）に開口することで燃焼室１７に連通している。同様に、シリンダ１１毎に２つの排気ポート１９がシリンダヘッド１３に形成され、それぞれがシリンダヘッド１３の天井面に開口することで燃焼室１７に連通している。吸気ポート１８は、シリンダ１１内に導入される新気が流れる吸気通路（図示省略）に接続されている。吸気通路には、吸気流量を調整するスロットル弁２０が介設されており、コントローラ４からの制御信号を受けて、スロットル弁２０の開度が調整される。一方、排気ポート１９は、各シリンダ１１からの既燃ガス（排気ガス）が流れる排気通路６５（図１参照）に接続されている。排気通路６５には、図１に示すように、一つ以上の触媒コンバータを有する排気浄化装置６６が配置される。
【００２２】
図に示すように、吸気弁２１及び排気弁２２はそれぞれ、吸気ポート１８及び排気ポート１９を燃焼室１７から遮断（閉）することができるように配設されている。吸気弁２１は吸気弁駆動機構により、排気弁２２は排気弁駆動機構により、それぞれ駆動される。吸気弁２１及び排気弁２２は所定のタイミングで往復動して、吸気ポート１８及び排気ポート１９を開閉し、シリンダ１１内のガス交換を行う。吸気弁駆動機構及び排気弁駆動機構は、図示は省略するが、それぞれ、クランクシャフトに駆動連結された吸気カムシャフト及び排気カムシャフトを有し、これらのカムシャフトはクランクシャフトの回転と同期して回転する。また、両駆動機構のうち少なくとも吸気弁駆動機構は、吸気カムシャフトの位相を所定の角度範囲内で連続的に変更可能な、液圧式又は機械式の位相可変機構（ＶＶＴ：Variable Valve Timing）２３を含んで構成されている。ＶＶＴ２３と共に、弁リフト量を連続的に変更可能なリフト可変機構（ＣＶＶＬ：Continuous Variable Valve Lift）を備えるようにしてもよい。
【００２３】
点火プラグ２４は、例えば、ねじ等の周知の構造によって、シリンダヘッド１３に取り付けられている。点火プラグ２４は、この実施形態では、シリンダ１１の中心軸に対し、排気側に傾斜した状態で取り付けられており、その先端部（電極）は燃焼室１７の天井部に臨んでいる。尚、点火プラグ２４の配置はこれに限定されるものではない。点火システム２５は、コントローラ４からの制御信号を受けて、点火プラグ２４が所望の点火タイミングで火花を発生するよう、それに通電する。一例として、点火システム２５はプラズマ発生回路を備え、点火プラグ２４はプラズマ点火式のプラグとしてもよい。
【００２４】
燃料噴射弁２６は、この実施形態ではシリンダ１１の中心軸に沿って配置され、例えばブラケットを使用する等の周知の構造でシリンダヘッド１３に取り付けられている。燃料噴射弁２６の先端は、燃焼室１７の天井部の中心に臨んでいる。尚、燃料噴射弁２６の配置はこれに限定されるものではない。燃料噴射弁２６はまた、例えば多噴口型の燃料噴射弁であるが、これに限定されるものではない。
【００２５】
燃料供給システム２７は、燃料噴射弁２６に燃料を供給する燃料供給系と、燃料噴射弁２６を駆動する電気回路と、を備えている。電気回路は、コントローラ４からの制御信号を受けて燃料噴射弁２６を作動させ、所定のタイミングで所望量の燃料を、燃焼室１７内に噴射させる。ここで、このエンジン１の燃料は、この実施形態ではガソリンであるが、これに限定されるものではなく、軽油やバイオエタノール等を含む各種の液化燃料、及び、天然ガス等を含む各種の気体燃料を適宜採用し得る。
【００２６】
コントローラ４は、メイン制御器４Ａと、エンジン１を制御するエンジン制御器４Ｂと、モータ・ジェネレータ５を制御するモータ制御器４Ｃとを含む。コントローラ４は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。尚、メイン制御器４Ａと、エンジン制御器４Ｂと、モータ制御器４Ｃとは、それぞれ別々のコントローラとして構成されていてもよく、１つのコントローラとして構成されていてもよい。
【００２７】
コントローラ４は、少なくとも、エアフローセンサ４１からの吸気流量に関する信号、クランク角センサ４２からのクランク角パルス信号、アクセル・ペダルの踏み込み量を検出するアクセル開度センサ４３からのアクセル開度信号、車速センサ４４からの車速信号、エンジン冷却水の水温を検出する水温センサ４５からの水温信号をそれぞれ受ける。コントローラ４、特に、メイン制御器４Ａは、これらの入力信号に基づいて、車両の要求パワーを計算し、その要求パワーに基づいて、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の制御内容を決定する。例えば、メイン制御器４Ａは、要求パワーに基づいて、エンジン１を作動させるのか、モータ・ジェネレータ５を作動させるのか、モータ・ジェネレータ５を作動させる場合には、発電機として作動させるのか、モータとして作動させるのかを決定する。また、メイン制御器４Ａは、エンジン１又は／及びモータ・ジェネレータ５をそれぞれの目標出力パワーを決定する。エンジン制御器４Ｂ及びモータ制御器４Ｃは、メイン制御器４Ａからの指令に応じて、それぞれエンジン１及びモータ・ジェネレータ５を制御する。エンジン制御器４Ｂは、目標出力パワーに基づいて、例えば、所望のスロットル開度信号、燃料噴射パルス、点火信号、バルブ位相角信号等のパラメータを計算する。エンジン制御器４Ｂは、それらの信号を、スロットル弁２０（スロットル弁２０を動かすスロットルアクチュエータ）、燃料供給システム２７、点火システム２５及びＶＶＴ２３等に出力する。モータ制御器４Ｃは、メイン制御器４Ａからの指令に応じて、モータ・ジェネレータ５を発電機として機能させるか、又は、モータ・ジェネレータ５をモータとして機能させる。また、モータ制御器４Ｃは、モータ・ジェネレータ５をモータとして機能させる場合には、目標出力パワーに応じて、バッテリ６４からモータ・ジェネレータ５へ供給する電力を制御する。エンジン１とモータ・ジェネレータ５との詳しい制御内容については、後述する。
【００２８】
ここで、本実施形態のエンジン１は、幾何学的圧縮比εが１３以上４０以下の高圧縮比に設定されている。また、エンジン１は、少なくとも部分負荷の運転領域（換言すれば、中負荷乃至低負荷の運転領域）においては、リーン運転を行う運転領域を有する。この運転領域では、空気過剰率λを２以上（好ましくは、２．５以上）８以下に、又は、Ｇ／Ｆ（ＥＧＲガス及び新気量に対する燃料量の比を示す空燃比）を３０以上１２０以下に設定して、混合気をリーン化している。
【００２９】
また、エンジン１は、低負荷乃至中負荷領域の運転領域では、吸気弁閉時期を下死点より所定量遅く設定することによって、エンジン１の有効圧縮比よりも有効膨張比が高くなるようにしている。尚、吸気弁閉時期を下死点より所定量早く設定することによって、エンジン１の有効圧縮比よりも有効膨張比が高くなるようにしている。一方、エンジン１は、高負荷の運転領域においては、そのような吸気弁制御を行っておらず、有効圧縮比と有効膨張比が概ね一致している。つまり、エンジン１は、有効圧縮比に対する有効膨張比の比率が、高負荷の運転領域に比べて、低負荷乃至中負荷の運転領域の方が高くなっている。尚、エンジン１は、低負荷乃至中負荷の運転領域において、有効圧縮比に対する有効膨張比の比率が低負荷になるほど大きくなるように、当該比率を負荷に応じて変化させてもよい。
【００３０】
また、このエンジン１では、その温間時に、全負荷を含む高負荷の運転領域において空気過剰率をλ＝１にする場合は、点火プラグ２４の駆動によって燃焼室１７内の混合気に点火する火花点火モードとし、空気過剰率λを２〜８（又はＧ／Ｆを３０〜１２０）に設定するような、それ以外の運転領域（言い換えると中負荷乃至低負荷の運転領域）では、燃焼室１７内の混合気を圧縮着火させる圧縮着火モードとする。尚、エンジン１の運転領域の全域で圧縮着火モードとしてもよい。また、圧縮着火モードであっても、圧縮自己着火が起こり難い運転領域においては、圧縮上死点前で且つ圧縮上死点近傍で点火（着火アシスト）を行って、圧縮自己着火を促進させてもよい。
【００３１】
それに加えて、エンジン１は、燃焼室１７に断熱構造を設けている。すなわち、エンジン１は、高圧縮比及びリーン化に、燃焼室１７の断熱化を組み合わせている。こうすることによって、エンジン１は、エンジンの図示熱効率を高めて、燃費性能を従来に比べて大幅に向上させている。
【００３２】
詳しくは、このエンジン１では、前述の通り幾何学的圧縮比εを１３≦ε≦４０に設定している。理論サイクルであるオットーサイクルにおける理論熱効率ηｔｈは、ηｔｈ＝１−１／（εκ−１）であり、圧縮比εを高くすればするほど、理論熱効率ηｔｈは高くなる。また、ガスの比熱比κを高めれば高めるほど、言い換えると、空気過剰率λを高めれば高めるほど、理論熱効率ηｔｈは高くなる。
【００３３】
しかしながら、エンジン（正確には、燃焼室の断熱構造を有しないエンジン）の図示熱効率は、所定の幾何学的圧縮比ε（例えば１５程度）でピークになり、幾何学的圧縮比εをそれ以上に高めても図示熱効率は高くならず、逆に、図示熱効率は低下することになる。これは、燃料量及び吸気量を一定のままで幾何学的圧縮比を高くした場合、圧縮比が高くなればなるほど、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることに起因している。つまり、燃焼室１７を区画する面を通じて熱が放出することに伴う冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定され、燃焼ガスの圧力及び温度が高くなるほど熱伝達率は高くなるから、燃焼圧力及び燃焼温度が高くなることは、その分、冷却損失を増大させることになる。その結果、エンジンは、幾何学的圧縮比が高くなればなるほど、図示熱効率が低下してしまうのである。このように、混合気をリーン化しつつ、幾何学的圧縮比を高めることによってエンジンの図示熱効率を高めようとしても、冷却損失が増大することにより、理論熱効率よりも大幅に低い図示熱効率で頭打ちなってしまう。
【００３４】
これに対し、このエンジン１では、高い幾何学的圧縮比εにおいて図示熱効率が高まるように、燃焼室１７の断熱構造を組み合わせている。つまり、燃焼室１７の断熱化により冷却損失を低減させ、それによって図示熱効率を高める。
【００３５】
一方で、燃焼室１７を断熱化して冷却損失を低減させるだけでは、その冷却損失の低減分が排気損失に転換されて図示熱効率の向上にはあまり寄与しないところ、このエンジン１では、前述したように、高圧縮比化に伴う高膨張比化によって、冷却損失の低減分に相当する燃焼ガスのエネルギを、機械仕事に効率よく変換している。すなわち、このエンジン１は、冷却損失及び排気損失を共に低減させる構成を採用することによって、図示熱効率を大幅に向上させているということができる。
【００３６】
ここで、空気過剰率λについて検討する。空気過剰率λが２よりも低くなると燃焼室１７内の最高燃焼温度が高くなって、燃焼室１７からＲａｗＮＯｘが排出され得る。前述したように、このエンジン１は、冷却損失と共に排気損失の低減をも図っているため、排気温度が比較的低く触媒の活性化には不利である。そのため、燃焼室１７からのＲａｗＮＯｘの排出を回避乃至抑制することが望ましく、そのためには、空気過剰率λを２以上に設定することが好ましい。言い換えると、燃焼室１７内の最高燃焼温度が所定温度（例えば、ＲａｗＮＯｘが生成し得る温度としての１８００Ｋ（ケルビン））以下となる範囲で、空気過剰率λを設定することが望ましい。エンジン制御器４Ｂは、例えばエンジン１の部分負荷における運転領域内で、負荷の上昇に伴い（言い換えると、燃料噴射量の増量により空気過剰率λが上がることに伴い）、最高燃焼温度が所定温度を超えるようなときには、空気過剰率λを下げてエンジン１を運転することが望ましい。
【００３７】
一方、本願発明者らの検討によると、空気過剰率λ＝８で図示熱効率がピークになることから、空気過剰率λの範囲としては、２≦λ≦８が好ましい。尚、エンジン１の全負荷を含む高負荷の運転領域においては、トルク優先により、空気過剰率λをさらに下げて例えばλ＝１又はλ≧１としてもよい。前記の空気過剰率λの数値範囲は、エンジン１の、中負荷及び低負荷の運転領域における好ましい範囲である。
【００３８】
尚、混合気のリーン化は、スロットル弁２０を開き側に設定することになるから、ガス交換損失（ポンピングロス）の低減による図示熱効率の向上にも寄与し得る。
【００３９】
以下に、燃焼室１７の断熱構造について詳しく説明する。燃焼室１７は、図２にも示すように、シリンダ１１の壁面と、ピストン１５の冠面と、シリンダヘッド１３の下面（天井面）と、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッドの面と、によって区画形成されている。これらの各面に後述する構成を有する断熱層３１，３２，３３，３４，３５が設けられることによって、燃焼室１７が断熱化されている。尚、以下において、これらの断熱層３１〜３５を総称する場合は、断熱層に符号「３」を付す場合がある。断熱層３は、これらの区画面の全てに設けてもよいし、これらの区画面の一部に設けてもよい。また、図例では、シリンダ壁面の断熱層３１は、ピストン１５が上死点に位置した状態で、そのピストンリング１４よりも上側の位置に設けられており、これにより断熱層３１上をピストンリング１４が摺動しない構成としている。但し、シリンダ壁面の断熱層３１はこの構成に限らず、断熱層３１を下向きに延長することによって、ピストン１５のストロークの全域、又は、その一部に断熱層３１を設けてもよい。また、燃焼室１７を直接区画する壁面ではないが、吸気ポート１８や排気ポート１９における、燃焼室１７の天井面側の開口近傍のポート壁面に断熱層を設けてもよい。尚、図２に図示する各断熱層３１〜３５の厚みは実際の厚みを示すものではなく単なる例示であると共に、各面における断熱層の厚みの大小関係を示すものでもない。
【００４０】
断熱層３１〜３５は、燃焼室１７内の燃焼ガスの熱が、区画面を通じて放出されることを抑制するため、燃焼室１７を構成する金属製の母材よりも熱伝導率が低く設定される。ここで、シリンダ１１の壁面に設けた断熱層３１については、シリンダブロック１２が母材であり、ピストン１５の冠面に設けた断熱層３２についてはピストン１５が母材であり、シリンダヘッド１３の天井面に設けた断熱層３３については、シリンダヘッド１３が母材であり、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッド面に設けた断熱層３４，３５については、吸気弁２１及び排気弁２２がそれぞれ母材である。従って、母材の材質は、シリンダブロック１２、シリンダヘッド１３及びピストン１５については、アルミニウム合金や鋳鉄となり、吸気弁２１及び排気弁２２については、耐熱鋼や鋳鉄等となる。但し、前述したように、このエンジン１は排気損失を低減していることから、排気ガス温度が大幅に低下しているため、特に排気弁２２については耐熱鋼でなくても、従来は使用することができなかった、又は、使用することが困難であった材料（例えばアルミニウム合金等）を使用することも可能である。
【００４１】
また、断熱層３は、冷却損失を低減する上で、母材よりも容積比熱が小さいことが好ましい。つまり、燃焼室１７内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動するが、燃焼室の断熱構造を有しない従来のエンジンは、シリンダヘッドやシリンダブロック内に形成したウォータージャケット内を冷却水が流れることにより、燃焼室１７を区画する面の温度は、燃焼サイクルの進行にかかわらず、概略一定に維持される。一方で、冷却損失は、冷却損失＝熱伝達率×伝熱面積×（ガス温度−区画面の温度）によって決定されることから、ガス温度と壁面の温度との差温が大きくなればなるほど冷却損失は大きくなってしまう。冷却損失を抑制するためには、ガス温度と区画面の温度との差温は小さくすることが望ましいが、前述したように、燃焼室１７の区画面の温度を概略一定に維持した場合、ガス温度の変動に伴い差温が大きくなることは避けられない。そこで、前記の断熱層３は熱容量を小さくし、燃焼室１７の区画面の温度が、燃焼室１７内のガス温度の変動に追従して変化することが好ましい。
【００４２】
また、断熱層３の熱容量を小さくすることは、排気損失の低減にも有利になる。つまり、仮に断熱層の熱容量が大きいときは、燃焼室１７内の温度が低下したときでも、区画面の温度が下がらない一方で、燃焼室１７が断熱構造を有しているため、燃焼室１７内の温度を高温のままに維持してしまう。このことは、結果として排気損失を増大させることになり、エンジン１の熱効率の向上を阻害する。これに対し、断熱層３の熱容量を小さくすることは、燃焼室１７内の温度が低下したときに、それに追従して区画面の温度が低下する。従って、燃焼室１７内の温度を高温に維持してしまうことを回避し得るから、前述した、温度追従性に伴う冷却損失の抑制のほか、排気損失の抑制にも有利になり得る。
【００４３】
断熱層３は、シリンダ１１の壁面、ピストン１５の冠面、シリンダヘッド１３の天井面、並びに、吸気弁２１及び排気弁２２それぞれのバルブヘッド面、つまり、燃焼室１７を区画する区画面に、例えばプラズマ溶射により形成した、ジルコニア（ＺｒＯ２）、又は、部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）の皮膜によって構成してもよい。ジルコニア又は部分安定化ジルコニアは、熱伝導率が比較的低くかつ、容積比熱も比較的小さいため、母材によりも熱伝導率が低くかつ、容積比熱が母材と同じか、それよりも小さい断熱層３が構成される。
【００４４】
次に、このように構成されたエンジン１の燃費率について説明する。図３（Ａ）に、エンジン１の燃費率特性マップを示す。図３（Ａ）における実線は、等燃費率線であり、燃費率が等しい領域の境界線を示している。破線は、等パワー線であり、パワー（馬力）が等しい領域の境界線を示している。この燃費率特性マップは、エンジン単体の燃費率特性を示している。エンジン単体の燃費率は、例えば、エンジン単体をベンチ試験機を用いて評価することにより求められる。
【００４５】
エンジン１の燃費率は、回転数については、回転数が低すぎても、高すぎても悪く、また、負荷（トルク）については、負荷が低すぎても、高すぎても悪い。詳しくは、エンジン１の最高燃費率の運転領域は、マップの中央付近に位置し、そこから、回転数が低く、若しくは高くなるにつれて、又は、負荷が低く、若しくは高くなるにつれて、燃費率は悪化していく。図３（Ａ）における領域Ａは、最高燃費率に対して９５％燃費率の運転領域（以下、単に「９５％燃費率の運転領域」という）である。エンジン１は、前述の如く、燃費性能が大きく向上しており、燃費率の高い運転領域が広くなっている。詳しくは、９５％燃費率の運転領域Ａは、回転数方向にも、負荷方向にも広くなっている。一例として、本実施形態におけるエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの最低回転数は、定格回転数の１／３よりも低く、具体的には約１０００ｒｐｍである。一方、９５％燃費率の運転領域Ａの最高回転数は約３０００ｒｐｍである。また、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの最低負荷は、全開負荷の半分の負荷よりも低いところまで広がっている。
【００４６】
次に、モータ・ジェネレータ５の効率について説明する。図３（Ｂ）に、モータ・ジェネレータ５の発電効率マップを示す。図３（Ｂ）における実線は、等効率線であり、発電効率が等しい領域の境界線を示している。
【００４７】
本実施形態に係るモータ・ジェネレータ５の発電効率の最高効率は、９５％である。この最高発電効率点Ｐは、比較的、低負荷側に位置する。モータ・ジェネレータ５の発電効率は、最高発電効率点Ｐをピークに、回転数が低く、若しくは高くなるにつれて、又は、負荷が低く、若しくは高くなるにつれて悪化していく。より詳細には、モータ・ジェネレータ５の発電効率は、回転数が低くなると、回転数が高くなる場合に比べて、効率が急激に低下していく。
【００４８】
ここで、このモータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数（即ち、発電効率が最高となる回転数）は、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分（即ち、該運転領域Ａを回転数に関して２つに分けたときの低回転側の部分）ａの回転数範囲Ｘａの内に含まれている。前述の例では、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲Ｘａとは、１０００〜２５００ｒｐｍであり、モータ・ジェネレータ５の、最高発電効率点Ｐの回転数は、この範囲内に含まれる。より好ましくは、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低負荷側の２０％の領域ｂの回転数範囲Ｘｂ（前述の例では、１０００〜１６００ｒｐｍ）内に入っている。または、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の定格回転数の１／３よりも低くなっている。
【００４９】
コントローラ４は、このように構成されたエンジン１及びモータ・ジェネレータ５を以下のようにして制御する。
【００５０】
詳しくは、コントローラ４は、極めて低負荷の運転領域では、モータ・ジェネレータ５による動力のみで駆動輪６３，６３を駆動し（この運転領域を、「モータ運転領域」ともいう）、この運転領域よりも高負荷側の運転領域では、少なくともエンジン１による動力で駆動輪６３，６３を駆動する（この運転領域を、「エンジン運転領域」ともいう）。
【００５１】
モータ運転領域は、エンジン１の燃費率が悪い運転領域である。モータ運転領域は、例えば、９５％燃費率の運転領域Ａよりも低負荷の運転領域である。この運転領域では、クラッチ６１が開放され、エンジン１とモータ・ジェネレータ５との連結が遮断される。そして、モータ・ジェネレータ５は、バッテリ６４からの電力により作動し、駆動輪６３，６３を駆動する。こうして、モータ運転領域においては、ハイブリッド自動車１００は、モータ・ジェネレータ５による動力のみで走行する。
【００５２】
エンジン運転領域は、モータ運転領域よりも高負荷側の運転領域である。この運転領域には、エンジン１による動力の一部で充電を行いながら、残りの動力で走行を行う第１運転領域と、エンジン１による動力を全て走行に用いる第２運転領域とが含まれる。
【００５３】
詳しくは、第１運転領域は、車両要求トルクがエンジン１を良好な燃費率で運転できるトルクよりも低い運転領域である。第１運転領域では、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、エンジン１を良好な燃費率で運転できる負荷まで増大させて、エンジン１が運転される。そうして出力された出力トルクのうち、余剰トルクがモータ・ジェネレータ５の駆動に用いられ、残りのトルクである車両要求トルクが駆動輪６３，６３の駆動に用いられる。つまり、第１運転領域では、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１による出力トルクの一部で充電を行いながら、残りのトルクで走行する。
【００５４】
例えば、第１運転領域は、９５％燃費率の運転領域Ａよりも低負荷側であって、モータ運転領域よりも高負荷側の運転領域である。すなわち、９５％燃費率の運転領域Ａの低負荷側には、モータ運転領域が低負荷側に、エンジン運転領域の第１運転領域が高負荷側に存在する。第１運転領域では、車両要求トルクは、９５％燃費率の運転領域Ａのトルクに満たないので、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、出力トルクが９５％燃費率の運転領域Ａのトルクに達する状態でエンジン１が運転される。つまり、車両要求トルクは第１運転領域に相当するが、実際には、エンジン１は９５％燃費率の運転領域Ａにおける運転状態で運転される。
【００５５】
第２運転領域は、第１運転領域よりも高負荷側の運転領域である。第２運転領域には、エンジン１を良好な燃費率で運転できる運転領域とそれよりも高負荷側の運転領域とが含まれる。第２運転領域では、車両要求トルクに相当する負荷でエンジン１が運転される。そして、エンジン１の出力トルクは全て駆動輪６３，６３の駆動に用いられる。このとき、通常は、モータ・ジェネレータ５は、動力の出力も充電も行っていない。つまり、ハイブリッド自動車１００は、エンジン１の動力のみで走行する。ただし、エンジン１の出力トルクだけでは不十分な場合には、モータ・ジェネレータ５がバッテリ６４からの電力で駆動され、エンジン１の動力とモータ・ジェネレータ５の動力とで駆動輪６３，６３を駆動する。また、エンジン１の出力トルクだけで十分な場合であっても、バッテリ６４の充電量が不足している場合には、エンジン１は、車両要求トルクに余剰トルクを加えたトルクを出力する状態で運転される。そして、余剰トルクが発電、即ち、モータ・ジェネレータ５の駆動に用いられ、残りのトルクである車両要求トルクで駆動輪６３，６３が駆動される。モータ・ジェネレータ５により発電された電力は、通常、バッテリ６４の充電に用いられる。
【００５６】
このように、本実施形態に係るハイブリッド自動車１００は、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とが共に作動する運転領域がある。ハイブリッド自動車１００では、エンジン１とトランスミッション６２との間にモータ・ジェネレータ５が直列で連結されているため、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とが共に作動する際には、モータ・ジェネレータ５はエンジン１と同じ回転数で回転する。ここで、前述の如く、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの回転数範囲内に含まれている。そのため、エンジン１を効率の高い運転領域で運転すると、必然的に、モータ・ジェネレータ５も発電効率の高い回転数で運転することになる。逆に、モータ・ジェネレータ５の発電効率を優先して、エンジン１をモータ・ジェネレータ５の発電効率が高い回転数で運転したとしても、それは必然的に、エンジン１を効率の高い運転領域で運転することになる。
【００５７】
ここで、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数は、エンジン１の効率の高い運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲内に含まれるので、エンジン１の効率及びモータ・ジェネレータ５の発電効率の両方が高い回転数で該エンジン１及びモータ・ジェネレータ５を運転すると、トランスミッション６２の抵抗も低減することができる。つまり、トランスミッション６２は、入力回転が高くなるにつれて、ロスパワーが増大する。図４に、トランスミッションの入力回転に対するロスパワーの関係を示す。図４には、トランスミッションの入力回転に対するロスパワーの関係を、変速段ごとに示している。トランスミッション６２の攪拌抵抗や引きずり抵抗は、回転数が高くなるにつれて増大していくため、トランスミッション６２のロスパワーも回転数が高くなるにつれて増加する。つまり、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐとエンジン１の効率の高い運転領域Ａとをできる限り低回転側で合わせておくことによって、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とを高効率で運転する際に、トランスミッション６２の抵抗も低減することができる。こうして、エンジン１、モータ・ジェネレータ５及びトランスミッション６２を同時に、効率の高い条件で運転することができる。
【００５８】
ただし、エンジン１の冷機時には、以下のような制御を行う。
【００５９】
コントローラ４は、エンジン１の冷機時には、車両要求トルクが所定の燃費率の運転領域のトルク下限値に満たない場合であっても、該車両要求トルクに余剰トルクを加えて、エンジン１を該所定の燃費率の運転領域で運転する。つまり、コントローラ４は、車両要求トルクに相当する燃費率よりも高い燃費率でエンジン１を運転する。そして、コントローラ４は、このとき発生する余剰トルクでモータ・ジェネレータ５を駆動して発電を行う。ここで、「車両要求トルク」とは、車両側からエンジン１に要求されるトルクであって、車両停止時には、停止暖機運転を行うために必要なトルクであり、車両走行時には、走行するために必要なトルク（例えば、アクセル開度に応じた要求トルク）である。
【００６０】
詳しくは、コントローラ４は、水温センサ４５からの水温信号に基づいて、エンジン１が冷機状態か否かを判定する。例えば、コントローラ４は、水温が所定値未満の場合には、エンジン１が冷機状態であると判定する一方、水温が所定値以上の場合には、エンジン１の暖機完了状態と判定する。
【００６１】
そして、コントローラ４は、エンジン１が冷機状態の場合には、車両要求トルクが所定の燃費率の運転領域のトルク下限値未満か否かを判定する。ここで、所定の燃費率の運転領域とは、本実施形態では、９５％燃費率の運転領域Ａである。ここで、コントローラ４は、図３（Ａ）に示すようなエンジンの燃費率特性マップを有している。そして、コントローラ４は、該燃費率特性マップにおける各燃費率の運転領域をエンジン１の暖機状態に応じて変更する。具体的には、コントローラ４は、図５に示すように、エンジン水温が低いほど、各燃費率の運転領域のトルク下限値を高負荷側（高トルク側）へ移動させる。そして、コントローラ４は、このようにエンジン１の暖機状態に応じて変化するトルク下限値と車両要求トルクとを比較する。
【００６２】
コントローラ４は、車両要求トルクが該トルク下限値未満の場合には、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、出力トルクが該トルク下限値以上となる運転状態でエンジン１を運転する。その結果、エンジン１は、９５％燃費率の運転領域Ａ内の運転状態で運転される。尚、各燃費率の運転領域のトルク下限値は、前述の如く、エンジン水温が低いほど高負荷側へ移動するため、余剰トルクは、エンジン水温が低いほど大きくなる。
【００６３】
このとき、エンジン１は、車両要求トルク以上の出力トルクを出力することになり、余剰トルクの分だけ余る。コントローラ４は、この余剰トルクを用いてモータ・ジェネレータ５を駆動し、モータ・ジェネレータ５に発電させる。そして、コントローラ４は、発電した電力でバッテリ６４を充電する。こうして、余った余剰トルクを無駄にすることなく、電力に変換して、必要なときのために蓄えておく。
【００６４】
コントローラ４は、車両要求トルクが該トルク下限値以上の場合には、出力トルクが車両要求トルクとなる運転状態でエンジン１を運転する。
【００６５】
さらに、コントローラ４は、水温センサ４５からの水温信号に基づいて、暖機運転の進行度合いを監視している。そして、コントローラ４は、エンジン１の暖機運転の進行度合いに応じて、余剰トルクを調整する。
【００６６】
詳しくは、コントローラ４は、前述の如く、燃費率特性マップにおける各燃費率の運転領域のトルク下限値をエンジン１の暖機運転が進むにつれて、即ち、エンジン水温が上昇するにつれて、低トルク側（低負荷側）へ移動させる。つまり、暖機運転が進むにつれて、該トルク下限値と車両要求トルクとの差が小さくなる。その結果、エンジン１の出力トルクを該トルク下限値以上とするための余剰トルクも小さくなる。そして、暖機運転が完了したときには、余剰トルクは零となる。
【００６７】
したがって、本実施形態によれば、車両要求トルクが９５％燃費率の運転領域Ａのトルク下限値未満であっても、エンジン１が９５％燃費率の運転領域Ａ内の運転状態で運転されるので、エンジン１の燃費率を向上させることができる。その上、そのとき発生した余剰トルクは、モータ・ジェネレータ５による発電に使用され、その電力はバッテリ６４に蓄えられるため、余剰トルクを有効活用することができる。その結果、ハイブリッド自動車１００のシステム全体の効率を向上させることができる。それに加えて、エンジン冷機時に、車両要求トルク以上のトルクでエンジン１が運転されるので、発熱量が増加し、暖機を促進することができる。
【００６８】
また、余剰トルクの量をエンジン１の暖機が進行するにつれて小さくすることによって、出力トルクの増加分をエンジン１の燃費率を向上させるのに必要な量だけに抑制することができる。つまり、ハイブリッド自動車１００にとって最低限必要なのは車両要求トルクであり、余剰トルクはその意味では余分なトルクである。そのため、余剰トルクは、エンジン１の高燃費率での運転を維持できる最低限の量に抑制することが好ましい。ここで、エンジン１の所定の燃費率の運転領域は、エンジン１の暖機が進行するにつれて、低負荷側に拡大する。つまり、エンジン１の高燃費率での運転を維持できる最低限の余剰トルクの量は、エンジン１の暖機が進行するにつれて減少する。そこで、余剰トルクの量をエンジン１の暖機が進行するにつれて小さくすることによって、余剰トルクを必要な量だけに抑制することができる。
【００６９】
また、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲内に含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定することによって、ハイブリッド自動車１００のシステム全体としての効率を向上させることができる。
【００７０】
すなわち、本実施形態に係るハイブリッド自動車１００は、モータ・ジェネレータ５がエンジン１とトランスミッション６２との間に連結されているため、エンジン１の動力の一部でモータ・ジェネレータ５を作動させて発電を行いつつ、残りの動力で駆動輪６３，６３を駆動する場合には、モータ・ジェネレータ５はエンジン１の回転数と同じ回転数で回転する。ここで、モータ・ジェネレータ５の発電効率の高い運転領域の回転数とエンジンの９５％燃費率の運転領域Ａの回転数とが重複していると、エンジン１を９５％燃費率の運転領域Ａで運転させつつ、モータ・ジェネレータ５を発電効率の高い回転数で作動させることができる。
【００７１】
ところが、従来のエンジンの燃費率の高い運転領域は、比較的、高負荷側及び高回転側に位置している。それに対して、本実施形態のエンジン１は、前述のように、エンジン１に断熱層３を設けたり、エンジン１の幾何学的圧縮比を１３以上に設定したり、部分負荷の運転領域においてエンジン１の有効圧縮比よりも有効膨張比の方が高くなるようにしたり、エンジン１に圧縮自己着火を行わせたりすることによって、燃費率の高い運転領域、例えば、９５％燃費率の運転領域Ａを低負荷側及び低回転側へ拡大している。その結果、モータ・ジェネレータ５の発電効率の高い運転領域の回転数をエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａの回転数範囲内に設定する上で、設定の自由度が拡大している。
【００７２】
そこで、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低負荷側部分ａの回転数範囲Ｘａ内に含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定する。こうすることによって、エンジン１とモータ・ジェネレータ５とを高効率で運転する際の回転数を低減することができる。回転数を低減することによって、トランスミッション６２の抵抗を低減することができる。その結果、ハイブリッド自動車１００のシステム全体の効率を向上させることができる。
【００７３】
このような仕様のハイブリッド自動車１００においては、エンジン１が低回転で使用される機会が多くなる。また、エンジン冷機時には、車両の要求パワーが小さい場合も多く、このことからも、エンジンは比較的低回転で運転されることが多い。そのため、このエンジン１は、冷機時における燃費悪化の影響を受け易い。したがって、エンジン１は、冷機時に車両要求トルクに余剰トルクを加えることが、非常に効果的となる。つまり、エンジン１、モータ・ジェネレータ５及びトランスミッション６２を高効率で運転しつつ、冷機時のシステム全体の効率も向上させることができる。
【００７４】
また、エンジン１は、幾何学的圧縮比が１３以上であって、少なくとも部分負荷の運転領域において有効圧縮比に対する有効膨張比の比率が高負荷側の運転領域よりも低負荷側の運転領域の方が高くなるように制御される。さらに、エンジン１は、断熱層３が設けられ、少なくとも部分負荷の運転領域における空気過剰率λが２以上８以下であるか又はＧ／Ｆが３０以上１２０以下であって圧縮自己着火による燃焼を行わせている。そのため、エンジン１は、燃費率の高い運転領域、例えば、９５％燃費率の運転領域Ａを低負荷及び低回転側まで拡大することができる。その結果、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数をできる限り低く設定することができるので、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の作動時のトランスミッション６２の抵抗もできる限り低減することができる。
【００７５】
尚、エンジン１は、断熱層３が設けられていたり、幾何学的圧縮比が１３以上に設定されていたり、少なくとも部分負荷領域において有効圧縮比よりも有効膨張比の方が高く設定されていたり、少なくとも部分負荷領域において空気過剰率λが２以上８以下であるか又はＧ／Ｆが３０以上１２０以下に設定されていたり、圧縮自己着火による燃焼を行わせたりするが、これらに限られるものではなく、任意のエンジンを採用することができる。
【００７６】
また、前記実施形態では、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率点Ｐの回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲Ｘａ内に含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定している。しかし、発電効率ではなく、モータ・ジェネレータ５の最高駆動効率点（駆動効率（モータ・ジェネレータ５がモータ・ジェネレータ５として機能するときの効率）が最高となる点）の回転数がエンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲Ｘａ内に、好ましくは、低負荷側の２０％の領域ｂの回転数範囲Ｘｂに含まれるように、エンジン１及びモータ・ジェネレータ５の仕様を設定してもよい。こうすることによって、エンジン１による動力とモータ・ジェネレータ５による動力とで走行を行う場合に、ハイブリッド自動車１００のシステム全体としての効率を向上させることができる。すなわち、エンジン１が運転されると同時にモータ・ジェネレータ５がバッテリ６４からの電力により駆動されるので、モータ・ジェネレータ５の駆動効率の高い運転領域の回転数とエンジンの９５％燃費率の運転領域Ａの回転数とを重複させることによって、エンジン１を高効率で運転しつつ、モータ・ジェネレータ５をモータとして高効率で運転することができる。さらに、その際のトランスミッション６２の抵抗を低減することができる。尚、モータ・ジェネレータ５の最高発電効率の回転数および最高駆動効率の回転数の両方が、エンジン１の９５％燃費率の運転領域Ａのうち低回転側部分ａの回転数範囲内に含まれことが好ましい。そうすることで、モータ・ジェネレータ５が発電機として機能する場合であっても、モータとして機能する場合であっても、ハイブリッド自動車１００のシステム全体としての効率を向上させることができる。
【００７７】
また、前記実施形態では、エンジン冷機時に、車両要求トルクに余剰トルクを加えて、エンジン１を高い燃費率で運転する際の所定の燃費率の運転領域を９５％燃費率の運転領域Ａとしている。しかし、所定の燃費率の運転領域は、９５％燃費率の運転領域Ａに限られるものではない。例えば、所定の燃費率の運転領域は、９０％燃費率の運転領域であってもよいし、９８％燃費率の運転領域であってもよい。また、所定の燃費率の運転領域は、何れの回転数でも一定である必要はなく、回転数に応じて異なっていてもよい。例えば、低回転側では、出力トルクを９５％燃費率の運転領域まで上昇させ、高回転側では、出力トルクを９０％燃費率の運転領域まで上昇させるような構成であってもよい。
【００７８】
また、前記実施形態では、モータ・ジェネレータ５がエンジン１とトランスミッション６２との間に配設されているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン１、トランスミッション６２、モータ・ジェネレータ５の順に配設されていてもよい。
【００７９】
また、前記実施形態では、エンジンの冷機状態（暖機状態）をエンジン水温で検出しているが、これに限られるものではない。例えば、エンジン１のオイルの温度を検出することによってエンジン１の冷機状態を検出してもよいし、エンジン１の壁面の温度を検出することによってエンジン１の冷機状態を検出してもよいし、エンジン１の運転状態からエンジン１の冷機状態を推定してもよい。
【００８０】
以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
以上説明したように、本発明は、エンジンとモータ・ジェネレータとを備えたハイブリッド自動車について有用である。
【符号の説明】
【００８２】
１００ ハイブリッド自動車
１ エンジン
４ コントローラ
５ モータ・ジェネレータ５
６３ａ 車輪駆動軸
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パラレル式のハイブリッド自動車であって、
車輪駆動軸にトルクを伝えるエンジンと、
車輪駆動軸にトルクを伝える及びモータ・ジェネレータと、
前記エンジン及びモータ・ジェネレータを制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記エンジンの冷機時であって且つ車両要求トルクが該エンジンの所定の燃費率の運転領域よりも低いトルクであるときには、該車両要求トルクに余剰トルクを加えることによって該エンジンを該所定の燃費率の運転領域内に含まれる運転状態で運転し、該余剰トルクで前記モータ・ジェネレータを駆動して発電を行うことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド自動車において、
前記エンジンは、低負荷の運転領域にあるときにリーン運転を行うように構成されており、
前記モータ・ジェネレータの発電効率が最高となる回転数は、前記エンジンの燃費率が最高燃費率に対して９５％以上となる運転領域のうち低回転側部分の回転数範囲内に入るように構成されていることを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のハイブリッド自動車において、
前記制御器は、前記エンジンの暖機が進行するにつれて、前記余剰トルクを減少させることを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項１】
パラレル式のハイブリッド自動車であって、
車輪駆動軸にトルクを伝えるエンジンと、
車輪駆動軸にトルクを伝える及びモータ・ジェネレータと、
前記エンジン及びモータ・ジェネレータを制御する制御器とを備え、
前記制御器は、前記エンジンの冷機時であって且つ車両要求トルクが該エンジンの所定の燃費率の運転領域よりも低いトルクであるときには、該車両要求トルクに余剰トルクを加えることによって該エンジンを該所定の燃費率の運転領域内に含まれる運転状態で運転し、該余剰トルクで前記モータ・ジェネレータを駆動して発電を行うことを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項２】
請求項１に記載のハイブリッド自動車において、
前記エンジンは、低負荷の運転領域にあるときにリーン運転を行うように構成されており、
前記モータ・ジェネレータの発電効率が最高となる回転数は、前記エンジンの燃費率が最高燃費率に対して９５％以上となる運転領域のうち低回転側部分の回転数範囲内に入るように構成されていることを特徴とするハイブリッド自動車。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のハイブリッド自動車において、
前記制御器は、前記エンジンの暖機が進行するにつれて、前記余剰トルクを減少させることを特徴とするハイブリッド自動車。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１３−５６６１９（Ｐ２０１３−５６６１９Ａ）
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９６０２２（Ｐ２０１１−１９６０２２）
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２８日（２０１３．３．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月８日（２０１１．９．８）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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