動力出力装置およびその制御方法
【課題】 エンジンとモータを備えた動力出力装置においてエネルギの再循環が生じないようにエンジンの運転ポイントを高回転数・低トルクの側に変更することによりエンジンの効率が低下する場合であっても、装置全体の効率の低下を防止する。
【解決手段】 エンジン１５０のクランクシャフト１５６にプラネタリギヤによる動力分配機構を設け、モータＭＧ１とＭＧ２を設けた動力出力装置１１０において、エネルギの再循環が生じないようエンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクの側に変更した際、スロットルバルブ開度ＴＡを絞らないように制御することで、エンジン１５０のポンピングロスの増加を抑制し、装置全体の効率の低下を改善する。
【解決手段】 エンジン１５０のクランクシャフト１５６にプラネタリギヤによる動力分配機構を設け、モータＭＧ１とＭＧ２を設けた動力出力装置１１０において、エネルギの再循環が生じないようエンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクの側に変更した際、スロットルバルブ開度ＴＡを絞らないように制御することで、エンジン１５０のポンピングロスの増加を抑制し、装置全体の効率の低下を改善する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機とを備え、該原動機および該電動機と駆動軸との間で動力を分配あるいは合成する動力出力装置およびその制御方法に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、動力源を二つ持ち両者を利用する動力出力装置を搭載した車両は、ハイブリッド車両と呼ばれる。こうしたハイブリッド車両の構成は、種々考えられるが、原動機、例えばガソリンエンジンの動力（回転数×出力トルク）をそのまま駆動軸に出力するのではなく、エンジンから駆動軸までの経路に動力の調整を行なう手段を設け、動力の大きさ自体は変更せず、出力トルクを増減するトルクコンバータの機能を持たせた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、この例では動力の分配・合成に、プラネタリギアを用いており、いわゆる機械分配タイプの構成を採用しているが、相対的に回転可能な二つのロータを備えた対ロータモータを用い、ロータ間の滑り回転を利用してエネルギをやりとりするタイプ（いわゆる電気分配タイプ）の構成を採用することも可能である。
【０００３】
かかる動力出力装置では、任意の運転ポイントで運転されている原動機から出力される動力はプラネタリギヤにより発電機に伝達される動力と駆動軸に伝達される動力とに分配される。原動機から出力された動力を回転数を低減しつつトルクアップして駆動軸に出力する場合には、発電機に伝達された動力を電力として回生し、この電力を用いて駆動軸に結合された電動機を駆動して駆動軸にトルクを付加する。逆に、原動機から出力される動力をトルクを低減しつつ回転数を増して駆動軸に出力する、いわゆるオーバードライブモードの場合には、電動機に伝達された動力を電力として回生し、この電力を用いて発電機を電動機として駆動する。電動機が駆動軸に結合していることを考えると、オーバードライブモードにおいては、電動機で回生された電力が発電機に供給されるものの、該発電機を駆動して得られる動力の一部はプラネタリギヤを介して駆動軸に出力される際に、再び電動機により電力として回生されることになり、エネルギの一部が電動機，発電機，プラネタリギヤ，電動機の順に循環する循環路を形成してしまう。こうしたエネルギの循環は、循環するエネルギの量が大きくなると、それに伴って原動機からプラネタリギヤを介して直接駆動軸に出力される損失の小さなエネルギが小さくなるから、装置全体のエネルギ効率を低下させる。
【０００４】
そこで、エネルギの循環が生じないように、原動機である内燃機関の運転ポイントを変更し、装置全体としての効率を高く保とうとする構成を出願人は既に提案している（特許文献２参照）。この場合、例えばオーバードライブ状態となることを避けるために、エンジンの回転数を高めており、エンジンから出力される動力自体は大きく変更しないことから、その分、出力トルクを低減する制御を行なっている。具体的には、エンジンのスロットルバルブを絞って、エンジンの出力トルクを低減し、他方、電動機の回転数を高めているのである。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２９４２０５号公報
【特許文献２】特開平１０−３２６１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハイブリッド車両に用いられるこうした動力出力装置は、内燃機関などの原動機を、限られた回転数領域、限られた出力トルク領域で運転することができるため、その効率はきわめて高い。ところが、装置全体としてのエネルギ効率を追求したところ、更なる改善の余地が存在することが見いだされた。すなわち、エネルギの循環が生じるのを避けようとして、エンジンの運転ポイント（回転数×出力トルク）を変更する際、スロットルバルブを閉じて、エンジンの出力トルクを低減すると、スロットルバルブが閉じたことにより、エンジンのポンピングロスが増加し、装置全体として見たときの効率が必ずしも最善にならない場合が見いだされたのである。
【０００７】
本発明は、こうした課題を解決し、原動機から駆動軸にエネルギが出力される過程においてエネルギの循環路が形成されないように制御する場合の装置全体のエネルギ効率の低下を防止することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。即ち、本発明の動力出力装置は、
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機とを備え、該原動機および該電動機と駆動軸との間で動力を分配あるいは合成する動力出力装置であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合され、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整する動力調整手段と、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定する運転ポイント設定手段と、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構と、
該原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御する原動機制御手段と、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御する電動機制御手段と
を備えることを要旨としている。
【０００９】
ここでいう「動力」は、軸に作用するトルクとその軸の回転数との積の形態で表わされ、単位時間当たりに出力されるエネルギの大きさをいう。これに対し、「動力状態」とは、ある動力を与えるトルクおよび回転数の組み合わせによって定まる運転状態をいうものと定義する。従って、ある「動力」を与える「動力状態」は、トルクおよび回転数の組み合わせにより無数に存在することになる。こうした「動力」および「動力状態」の意味は、後述する本発明の動力出力装置の制御方法においても同様である。なお、動力出力装置は、各瞬間ごとにおけるエネルギのやりとり、言い換えれば単位時間当たりのエネルギ収支を基準として制御されるため、以下、「エネルギ」という用語は単位時間当たりのエネルギ、即ち「動力」と同義の用語として用いる。同様に、単位時間当たりの電気エネルギを意味する「電力」と「電気エネルギ」も同義の用語として用いる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置に対応した動力出力方法の発明は、
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と、電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機と、動力が出力される駆動軸との間で、動力を分配あるいは合成することで、最終的に動力を前記駆動軸に出力する動力出力方法であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合された動力調整手段を用いて、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整し、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定し、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御し、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御すること
を要旨としている。
【００１１】
かかる動力出力装置および動力出力方法によれば、原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定しておき、原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構を駆動して、原動機の運転ポイントを目標運転ポイントに制御する。その上で、運転ポイントが変更された後の原動機の運転状態に基づいて、駆動軸に目標動力が出力されるよう、電動機および動力調整手段を制御する。従って、原動機および電動機の総合的な効率の観点から設定された目標運転ポイントに向けて、ポンピングロスの増大を抑制しつつ、運転状態は変更されることになり、装置全体の運転効率は高く維持される。
【００１２】
ここで、電動機を、駆動軸との間で動力のやり取りを行なう位置に設けておき、総合的な効率の観点として、原動機から駆動軸に到る動力の経路において、エネルギの循環が生じる状態を生じさせないように、目標運転ポイントの設定を行なうものとすることができる。こうすれば、エネルギの循環による効率の低下を生じることがない。
【００１３】
原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構としては、種々の構成を考えることができる。例えば、原動機における排気循環量を可変するＥＧＲ装置を考えることができる。この場合、目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、ＥＧＲ装置を駆動して、原動機への排気循環量を増大するものとすればよい。こうすれば、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
また、原動機運転ポイント変更機構として、原動機に設けられた吸気弁および／または排気弁の当該原動機の出力トルクに影響を与える特性を可変する吸排気弁特性可変装置を用いる場合には、目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、この吸排気弁特性可変装置を駆動して、原動機への吸気弁および／または排気弁の特性を、低出力トルク側に変更すれば良い。この場合も、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１５】
ここで、排気弁の特性としては、吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開弁および閉弁の少なくとも一方について、開閉弁タイミングおよびリフト量の少なくとも一方を想定することができる。これらの特性を変更することにより、原動機の運転ポイントを変更することができるからである。
【００１６】
また、原動機運転ポイント変更機構として、原動機における空気と燃料の混合の比率である空燃比を可変する空燃比可変装置を採用することも可能である。この場合には、目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクが設定されたとき、空燃比可変装置を駆動して、原動機の空燃比をリーン側に制御すればよい。この場合も、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１７】
更に、原動機運転ポイント変更機構としては、原動機における過給量を可変する過給量可変装置を採用することも可能である。この場合には、目標運転ポイントとして、従前の過給量を減らす側に制御すればよい。この場合も、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１８】
上記動力出力装置および動力出力方法において、原動機の出力トルクの変動量を検出するものとし、検出された出力トルクの変動量が所定以上とならないように、原動機運転ポイント変更機構の制御量を制限し、制御量の制限により生じた出力トルクの目標運転ポイントからのズレを補償するものとしても良い。こうすれば、原動機の出力トルクの変動を抑制することができる。
【００１９】
このとき、出力トルクの補償は、原動機の吸気通路の開口面積を調整するスロットルバルブの開度を調整することにより行なうことができる。もとより、他の制御、例えば点火時期制御や空燃比制御により実現しても差し支えない。
【００２０】
目標運転ポイントに向けて原動機の運転ポイントを制御している間に、駆動軸に要求される動力の目標値が変更される場合がある。こうした場合には、原動機が目標運転ポイントに至るまで、原動機の運転状態を連続的に制御することも好適である。目標運転ポイントが大きく変化した場合でも、運転状態を直ちに最適化するのではなく、連続的に徐々に変更後の目標運転ポイントに向けて制御するので、原動機の出力が不連続に変動することがなく、原動機に振動などを生じることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
（１）第１実施例の構成：吸気弁の開閉タイミング可変機構を用いた構成：
［１］ハードウェア構成：
［２］動力分配の仕組み：
［３］エネルギ循環の発生について：
［４］トルク制御：
［５］バルブタイミングなどのエンジン制御：
［６］変形例：
（２）第２実施例：ＥＧＲ装置を用いた構成：
［１］基本構成：
［２］変形例１：
［３］変形例２：
［４］変形例３：
（３）第３実施例：
［１］排気再循環量による運転ポイントの補正：
［２］変形例：
（４）第４実施例：
［１］基本構成：
［２］過給器の制御：
（５）その他の変形例：
【００２２】
図１は本発明の一実施例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す構成図、図２は実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図、図３は実施例の動力出力装置１１０を組み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。説明の都合上、まず図３を用いて、車両全体の構成から説明する。
【００２３】
（１）第１実施例構成：吸気弁の開閉タイミング可変機構を用いた構成：
［１］ハードウェア構成：
図３に示すように、この車両は、ガソリンを燃料として動力を出力するエンジン１５０を備える。このエンジン１５０は、吸気系からスロットルバルブ１６６を介して吸入した空気と燃料噴射弁１５１から噴射されたガソリンとの混合気を吸気弁１５２を介して燃焼室１５４に吸入し、この混合気の爆発により押し下げられるピストン１５５の運動をクランクシャフト１５６の回転運動に変換する。ここで、スロットルバルブ１６６はアクチュエータ１６８により開閉駆動される。点火プラグ１６２は、イグナイタ１５８からディストリビュータ１６０を介して導かれた高電圧によって電気火花を形成し、混合気はその電気火花によって点火されて爆発燃焼する。
【００２４】
このエンジン１５０は、吸気弁１５２の開閉タイミングＢＴおよび吸気弁１５２のリフト量ＬＴを変更する開閉特性変更機構１５３を備える。この開閉特性変更機構１５３は、吸気弁１５２を開閉駆動する図示しない吸気カムシャフトのクランク角に対する位相を進角または遅角することにより吸気弁１５２の開閉タイミングＢＴを調整する。また、クランクシャフトから吸気カムシャフトまでの間に設けられた図示しない偏心カム機構を利用して、吸気弁１５２のリフト量ＬＴも可変することができる。なお、吸気弁１５２の開閉タイミングＢＴ、即ち吸気カムシャフトの位相の進角および遅角と、吸気弁１５２のリフト量ＬＴ、即ち偏心カム機構の位相とは、吸気カムシャフトおよび偏心カム機構のポジションを検出するカムポジションセンサ１７３により検出された信号に基づいて、後述する電子制御ユニット１７０によるフィードバック制御によって制御される。
【００２５】
このエンジン１５０の運転は、電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと呼ぶ）１７０により制御されている。エンジンＥＣＵ１７０には、エンジン１５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。例えば、スロットルバルブ１６６の開度（ポジション）ＴＶＰを検出するスロットルバルブポジションセンサ１６７、エンジン１５０の負荷を検出する吸気管負圧センサ１７２、吸気カムシャフトのポジションを検出するカムシャフトポジションセンサ１７３、エンジン１５０の水温を検出する水温センサ１７４、ディストリビュータ１６０に設けられクランクシャフト１５６の回転数と回転角度を検出する回転数センサ１７６及び回転角度センサ１７８などである。なお、エンジンＥＣＵ１７０には、この他、例えばイグニッションキーの状態ＳＴを検出するスタータスイッチ１７９なども接続されているが、その他のセンサ，スイッチなどの図示は省略した。
【００２６】
エンジン１５０のクランクシャフト１５６は、後述するプラネタリギヤ１２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２に結合されており、更に駆動軸１１２を回転軸とする動力伝達ギヤ１１１を介してディファレンシャルギヤ１１４に結合されている。したがって、動力出力装置１１０から出力された動力は、最終的に左右の駆動輪１１６，１１８に伝達される。モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、制御装置１８０に電気的に接続されており、この制御装置１８０によって制御される。制御装置１８０の構成は後で詳述するが、内部には制御ＣＰＵが備えられており、シフトレバー１８２に設けられたシフトポジションセンサ１８４やアクセルペダル１６４に設けられたアクセルペダルポジションセンサ１６４ａ，ブレーキペダル１６５に設けられたブレーキペダルポジションセンサ１６５ａなども接続されている。また、制御装置１８０は、上述したエンジンＥＣＵ１７０と通信により、種々の情報をやり取りしている。これらの情報のやり取りを含む制御については、後述する。
【００２７】
図１に示すように、実施例の動力出力装置１１０は、大きくは、エンジン１５０、エンジン１５０のクランクシャフト１５６にプラネタリキャリア１２４が機械的に結合されたプラネタリギヤ１２０、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたモータＭＧ１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたモータＭＧ２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御装置１８０から構成されている。
【００２８】
プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１，ＭＧ２の構成について、図２により説明する。プラネタリギヤ１２０は、クランクシャフト１５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸１２５に結合されたサンギヤ１２１と、クランクシャフト１５６と同軸のリングギヤ軸１２６に結合されたリングギヤ１２２と、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト１５６の端部に結合され各プラネタリピニオンギヤ１２３の回転軸を軸支するプラネタリキャリア１２４とから構成されている。このプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４にそれぞれ結合されたサンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびクランクシャフト１５６の３軸が動力の入出力軸とされ、３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力は決定された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。なお、このプラネタリギヤ１２０の３軸への動力の入出力についての詳細は後述する。
【００２９】
リングギヤ１２２には、動力の取り出し用の動力取出ギヤ１２８が結合されている。この動力取出ギヤ１２８は、チェーンベルト１２９により動力伝達ギヤ１１１に接続されており、動力取出ギヤ１２８と動力伝達ギヤ１１１との間で動力の伝達がなされる。
【００３０】
モータＭＧ１は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石１３５を有するロータ１３２と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻回されたステータ１３３とを備える。ロータ１３２は、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたサンギヤ軸１２５に結合されている。ステータ１３３は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケース１１９に固定されている。このモータＭＧ１は、永久磁石１３５による磁界と三相コイル１３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆動する電動機として動作し、永久磁石１３５による磁界とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１３４の両端に起電力を生じさせる発電機として動作する。なお、サンギヤ軸１２５には、その回転角度θｓを検出するレゾルバ１３９が設けられている。
【００３１】
モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石１４５を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する三相コイル１４４が巻回されたステータ１４３とを備える。ロータ１４２は、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたリングギヤ軸１２６に結合されており、ステータ１４３はケース１１９に固定されている。モータＭＧ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されている。このモータＭＧ２もモータＭＧ１と同様に、電動機あるいは発電機として動作する。なお、リングギヤ軸１２６には、その回転角度θｒを検出するレゾルバ１４９が設けられている。
【００３２】
次に、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御装置１８０について説明する。図１に示すように、制御装置１８０は、モータＭＧ１を駆動する第１の駆動回路１９１、モータＭＧ２を駆動する第２の駆動回路１９２、両駆動回路１９１，１９２を制御する制御ＣＰＵ１９０、二次電池であるバッテリ１９４から構成されている。制御ＣＰＵ１９０は、１チップマイクロプロセッサであり、内部に、ワーク用のＲＡＭ１９０ａ、処理プログラムを記憶したＲＯＭ１９０ｂ、入出力ポート（図示せず）およびエンジンＥＣＵ１７０と通信を行なうシリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御ＣＰＵ１９０には、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５の回転角度θｓ、レゾルバ１４９からのリングギヤ軸１２６の回転角度θｒ、アクセルペダルポジションセンサ１６４ａからのアクセルペダルポジション（アクセルペダルの踏込量）ＡＰ、ブレーキペダルポジションセンサ１６５ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキペダルの踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ１８４からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路１９１に設けられた２つの電流検出器１９５，１９６からの電流値Ｉｕ１，Ｉｖ２、第２の駆動回路１９２に設けられた２つの電流検出器１９７，１９８からの電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２、バッテリ１９４の残容量を検出する残容量検出器１９９からの残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して入力されている。なお、残容量検出器１９９は、バッテリ１９４の電解液の比重またはバッテリ１９４の全体の重量を測定して残容量を検出するものや、充電・放電の電流値と時間を演算して残容量を検出するものや、バッテリの端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることにより残容量を検出するものなどが知られている。
【００３３】
また、制御ＣＰＵ１９０からは、第１の駆動回路１９１に設けられたスイッチング素子である６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号ＳＷ１と、第２の駆動回路１９２に設けられたスイッチング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。第１の駆動回路１９１内の６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６は、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点に、モータＭＧ１の三相コイル（ＵＶＷ）３４の各々が接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２は、バッテリ１９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接続されているから、制御ＣＰＵ１９０により対をなすトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間の割合を制御信号ＳＷ１により順次制御し、三相コイル１３４の各コイルに流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル１３４により、回転磁界が形成される。
【００３４】
他方、第２の駆動回路１９２の６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６も、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、第１の駆動回路１９１と同様に配置されていて、対をなすトランジスタの接続点は、モータＭＧ２の三相コイル１４４の各々に接続されている。したがって、制御ＣＰＵ１９０により対をなすトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間を制御信号ＳＷ２により順次制御し、各コイル１４４に流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル１４４により、回転磁界が形成される。
【００３５】
以上構成を説明した実施例の動力出力装置１１０の動作について説明する。実施例の動力出力装置１１０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通りである。エンジン１５０を回転数Ｎｅ，トルクＴｅの運転ポイントＰ１で運転し、このエンジン１５０から出力されるエネルギＰｅと同一のエネルギであるが異なる回転数Ｎｒ，トルクＴｒの運転ポイントＰ２でリングギヤ軸１２６を運転する場合、すなわち、エンジン１５０から出力される動力をトルク変換してリングギヤ軸１２６に作用させる場合について考える。この時のエンジン１５０とリングギヤ軸１２６の回転数およびトルクの関係を図４に示す。
【００３６】
［２］動力分配の仕組み：
プラネタリギヤ１２０の３軸（サンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびプラネタリキャリア１２４（クランクシャフト１５６））における回転数やトルクの関係は、機構学の教えるところによれば、図５および図６に例示する共線図と呼ばれる図として表わすことができ、幾何学的に解くことができる。なお、プラネタリギヤ１２０における３軸の回転数やトルクの関係は、上述の共線図を用いなくても各軸のエネルギを計算することなどにより数式的に解析することもできる。本実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【００３７】
図５における縦軸は３軸の回転数軸であり、横軸は３軸の座標軸の位置の比を表わす。すなわち、サンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６の座標軸Ｓ，Ｒを両端にとったとき、プラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃは、軸Ｓと軸Ｒを１：ρに内分する軸として定められる。ここで、ρは、リングギヤ１２２の歯数に対するサンギヤ１２１の歯数の比であり、次式（１）で表わされる。
【００３８】
ρ＝（サンギヤの歯数）／（リングギヤの歯数） …（１）
【００３９】
いま、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転されており、リングギヤ軸１２６が回転数Ｎｒで運転されている場合を考えているから、エンジン１５０のクランクシャフト１５６が結合されているプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、リングギヤ軸１２６の座標軸Ｒに回転数Ｎｒをプロットすることができる。この両点を通る直線を描けば、この直線と座標軸Ｓとの交点で表わされる回転数としてサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを求めることができる。以下、この直線を動作共線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、回転数Ｎｅと回転数Ｎｒとを用いて比例計算式（次式（２））により求めることができる。このようにプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４のうちいずれか２つの回転を決定すると、残余の１つの回転は、決定した２つの回転に基づいて決定される。
【００４０】
Ｎｓ＝Ｎｒ−（Ｎｒ−Ｎｅ）×（１＋ρ）／ρ …（２）
【００４１】
次に、描かれた動作共線に、エンジン１５０のトルクＴｅをプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃを作用線として図中下から上に作用させる。このとき動作共線は、トルクに対してはベクトルとしての力を作用させたときの剛体として取り扱うことができるから、座標軸Ｃ上に作用させたトルクＴｅは、平行な２つの異なる作用線への力の分離の手法により、座標軸Ｓ上のトルクＴｅｓと座標軸Ｒ上のトルクＴｅｒとに分離することができる。このときトルクＴｅｓおよびＴｅｒの大きさは、次式（３）および式（４）によって表わされる。
【００４２】
Ｔｅｓ＝Ｔｅ×ρ／（１＋ρ） …（３）
Ｔｅｒ＝Ｔｅ×（１／（１＋ρ）） …（４）
【００４３】
動作共線がこの状態で安定であるためには、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、リングギヤ軸１２６に出力するトルクＴｒと同じ大きさで向きが反対のトルクとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させるのである。このトルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴｍ２はモータＭＧ２により作用させることができる。このとき、モータＭＧ１では回転の方向と逆向きにトルクを作用させるから、モータＭＧ１は発電機として動作することになり、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１をサンギヤ軸１２５から回生する。モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの方向とが同じであるから、モータＭＧ２は電動機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２を動力としてリングギヤ軸１２６に出力する。
【００４４】
ここで、電気エネルギＰｍ１と電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ２で消費する電力のすべてをモータＭＧ１により回生して賄うことができる。このためには、入力されたエネルギのすべてを出力するものとすればよいから、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅとリングギヤ軸１２６に出力されるエネルギＰｒとを等しくすればよい。すなわち、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギＰｅと、トルクＴｒと回転数Ｎｒとの積で表わされるエネルギＰｒとを等しくするのである。図４に照らせば、運転ポイントＰ１で運転されているエンジン１５０から出力されるトルクＴｅと回転数Ｎｅとで表わされる動力状態を、トルク変換して、同一のエネルギでトルクＴｒと回転数Ｎｒとで表わされる動力状態としてリングギヤ軸１２６に出力するのである。前述したように、リングギヤ軸１２６に出力された動力は、動力取出ギヤ１２８および動力伝達ギヤ１１１により駆動軸１１２に伝達され、ディファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に伝達される。したがって、リングギヤ軸１２６に出力される動力と駆動輪１１６，１１８に伝達される動力とにはリニアな関係が成立するから、駆動輪１１６，１１８に伝達される動力は、リングギヤ軸１２６に出力される動力を制御することにより制御することができる。
【００４５】
図５の共線図の状態のときのエネルギの流れを図７に模式的に示す。図中の通路の太さは、エネルギの大きさを示す。図示するように、エンジン１５０は、燃料（実施例ではガソリン）が持つ化学エネルギをエンジン１５０の効率を乗じた機械エネルギ（回転動力）としてクランクシャフト１５６に出力する。プラネタリギヤ１２０は、エンジン１５０から出力された機械エネルギをプラネタリキャリア１２４から入力し、この機械エネルギを上述の動作共線の釣り合いの関係に基づいてサンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６とに分配する。サンギヤ軸１２５に取り付けられたモータＭＧ１は、発電機として機能して、プラネタリギヤ１２０によりサンギヤ軸１２５に分配された機械エネルギをモータＭＧ１の効率を乗じた電気エネルギＰｍ１として回生し、この電気エネルギＰｍ１をバッテリ１９４やモータＭＧ２に供給する。リングギヤ軸１２６に取り付けられたモータＭＧ２は、プラネタリギヤ１２０により分配された機械エネルギを保有するリングギヤ軸１２６に、モータＭＧ１から供給される電気エネルギＰｍ１をモータＭＧ１の効率を乗じた機械エネルギを出力する。したがって、バッテリ１９４の充放電は行なわれず、モータＭＧ１により回生された電気エネルギＰｍ１のすべてがモータＭＧ２に供給されるものとすれば、エンジン１５０からクランクシャフト１５６に出力された機械エネルギは、プラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に直接出力される経路と、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより電気エネルギを経由してリングギヤ軸１２６に出力される経路との２つの経路を通ってリングギヤ軸１２６に出力されることになる。実施例の動力出力装置１１０では、図５の共線図の状態においては、こうした２つの経路を通ることにより、エンジン１５０に出力された動力を所望の動力状態にトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力することができるのである。なお、図７の模式図では、モータＭＧ１により回生された電気エネルギＰｍ１の一部を用いてバッテリ１９４を充電するものとしたが、逆に、バッテリ１９４から電気エネルギを取り出してモータＭＧ１により回生される電気エネルギＰｍ１と合わせてモータＭＧ２に供給するものとしてもよい。
【００４６】
図５に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによっては、図６に示す共線図のように負となる場合もある。このときには、モータＭＧ１では、回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、モータＭＧ１は電動機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、モータＭＧ２は発電機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２をリングギヤ軸１２６から回生することになる。この場合、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１とモータＭＧ２で回生する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１をモータＭＧ２で丁度賄うことができる。
【００４７】
［３］エネルギ循環の発生について：
図６の共線図の状態のときのエネルギの流れを図８に模式的に示す。図示するように、図８の模式図では、プラネタリギヤ１２０は、エンジン１５０から出力される機械エネルギをプラネタリキャリア１２４に入力すると共にモータＭＧ１により出力される機械エネルギをサンギヤ軸１２５に入力し、これらの機械エネルギの和を動作共線の釣り合いの関係に基づいてリングギヤ軸１２６に出力する。リングギヤ軸１２６に取り付けられたモータＭＧ２は、発電機として機能して、プラネタリギヤ１２０によりリングギヤ軸１２６に出力された機械エネルギの一部をモータＭＧ２の効率を乗じた電気エネルギＰｍ２として回生し、この電気エネルギＰｍ２をバッテリ１９４やモータＭＧ１に供給する。したがって、バッテリ１９４の充放電は行なわれず、モータＭＧ２により回生された電気エネルギＰｍ２のすべてがモータＭＧ１に供給されるものとすれば、エンジン１５０からクランクシャフト１５６に出力された機械エネルギは、モータＭＧ１，プラネタリギヤ１２０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順に形成される循環路を経由してリングギヤ軸１２６に出力されることになる。実施例の動力出力装置１１０では、図６の共線図の状態においては、こうしたエネルギの循環路を形成することにより、エンジン１５０に出力された動力を所望の動力状態にトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力することができるのである。図６の共線図において、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒが大きくなったときやエンジン１５０のトルクＴｅを大きくしたときなどには、図９の模式図に示すように、上述の循環するエネルギが大きくなってモータＭＧ１およびモータＭＧ２による損失が大きくなり、エンジン１５０から出力される機械エネルギのうちプラネタリギヤ１２０を介して直接リングギヤ軸１２６に出力される損失の小さなエネルギが小さくなるから、動力出力装置１１０のエネルギ効率は低下する。こうした大きなエネルギの循環がエネルギ効率からみて好ましくないのは、上述の「発明が解決しようとする課題」の欄でも記載した。なお、図８や図９の模式図では、モータＭＧ２により回生された電気エネルギＰｍ２の一部を用いてバッテリ１９４を充電するものとしたが、逆に、バッテリ１９４から電気エネルギを取り出してモータＭＧ２により回生される電気エネルギＰｍ２と合わせてモータＭＧ１に供給するものとしてもよい。
【００４８】
［４］トルク制御：
次に、上述の大きなエネルギの循環を回避するトルク制御の実際について図１０に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンは、動力出力装置１１０が起動されたときから所定時間毎（例えば、４８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行されるものである。本ルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒはレゾルバ１４９により検出される回転角度θｒから求めることができる。
【００４９】
続いて、アクセルペダルポジションセンサ１６４ａによって検出されるアクセルペダルポジションＡＰを入力する処理を行なう（ステップＳ１０２）。アクセルペダル１６４は運転者が出力トルクが足りないと感じたときに踏み込まれるものであるから、アクセルペダルポジションＡＰは運転者の欲している出力トルク（すなわち、駆動輪１１６，１１８に出力すべきトルク）に対応するものとなる。アクセルペダルポジションＡＰを読み込むと、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとに基づいてリングギヤ軸１２６に出力すべきトルクの目標値であるトルク指令値Ｔｒ＊を導出する処理を行なう（ステップＳ１０４）。また、こうして導出されたトルク指令値Ｔｒ＊とリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとの積からリングギヤ軸に出力すべきエネルギＰｒを算出する（ステップＳ１０６）。ここで、駆動輪１１６，１１８に出力すべきトルクを導出せずに、リングギヤ軸１２６に出力すべきトルクを導出するのは、リングギヤ軸１２６は動力取出ギヤ１２８，動力伝達ギヤ１１１およびディファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に機械的に結合されているから、リングギヤ軸１２６に出力すべきトルクを導出すれば、駆動輪１１６，１１８に出力すべきトルクを導出する結果となるからである。なお、実施例では、リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を示すマップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰが読み込まれると、読み込まれたアクセルペダルポジションＡＰとリングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとＲＯＭ１９０ｂに記憶したマップとに基づいてトルク指令値Ｔｒ＊の値を導出するものとした。このマップの一例を図１１に示す。
【００５０】
次に、残容量検出器１９９により検出されるバッテリ１９４の残容量ＢRMを読み込み（ステップＳ１０８）、読み込んだバッテリ１９４の残容量ＢRMに基づいてバッテリ１９４を充放電する電力（充放電エネルギＰｂ）を設定する（ステップＳ１１０）。このように、バッテリ１９４の残容量ＢRMに基づいて充放電エネルギＰｂを設定するのは、バッテリ１９４の充電可能な電力や放電可能な電力は残容量ＢRMによって変化し、適正な充電電圧や放電電圧，充電電流や放電電流も残容量ＢRMによって変わるからである。図１２にバッテリ１９４の残容量ＢRMと充電可能な電力との関係の一例を示す。図中、閾値ＢＬと閾値ＢＨは、実施例におけるバッテリ１９４の適正な領域を示すものである。実施例では、バッテリ１９４の残容量ＢRMが閾値ＢＬを下回ったときに残容量ＢRMに基づいて求められる充電エネルギを充放電エネルギＰｂとして設定し、残容量ＢRMが閾値ＢＨを上回ったときに残容量ＢRMに基づいて求められる放電エネルギを充放電エネルギＰｂとして設定する。なお、実施例では、充放電エネルギＰｂは、充電エネルギのときには正の値として、放電エネルギのときには負の値として設定するものとし、バッテリ１９４の各残容量ＢRMに対して実験等により最適な充放電エネルギＰｂを求め、それを予めＲＯＭ１９０ｂにマップ（図示せず）として記憶しておき、バッテリ１９４の残容量ＢRMに対応する充放電エネルギＰｂをＲＯＭ１９０ｂに記憶したマップから導出するものとした。
【００５１】
充放電エネルギＰｂを導出すると、制御ＣＰＵ１９０は、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギとして算出したエネルギＰｒと導出した充放電エネルギＰｂとエンジン１５０から出力される動力により駆動する図示しない補機（例えば、エアコンのコンプレッサや冷却水のポンプなど）の駆動に必要な補機駆動エネルギＰｈとの和として必要エネルギＰｎを算出し（ステップＳ１１２）、この必要エネルギＰｎをプラネタリギヤ１２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２などによるトルク変換の効率ηｔで割ってエンジン１５０から出力すべきエネルギＰｅを算出する（ステップＳ１１４）。そして、求めたエネルギＰｅに基づいてエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定する処理を行なう（ステップＳ１１６）。ここで、エンジン１５０から出力するエネルギＰｅはそのトルクＴｅと回転数Ｎｅとの積に等しいから、エネルギＰｅと目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との関係はＰｅ＝Ｎｅ＊×Ｔｅ＊となる。この関係を満足するエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合せは無数に存在する。そこで、実施例では、実験などにより各エネルギＰｅに対してエンジン１５０ができる限り効率の高い状態で運転され、かつエネルギＰｅの変化に対してエンジン１５０の運転状態が滑らかに変化する運転ポイントを目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合わせとして求め、これを予めＲＯＭ１９０ｂにマップとして記憶しておき、エネルギＰｅに対応する目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合わせをこのマップから導出するものとした。このマップについて、更に説明する。
【００５２】
図１３は、エンジン１５０の運転ポイントとエンジン１５０の効率との関係を示すグラフである。図中曲線Ｂはエンジン１５０の運転可能な領域の境界を示す。エンジン１５０の運転可能な領域には、その特性に応じて効率が同一の運転ポイントを示す曲線α１ないしα６のような等効率線を描くことができる。また、エンジン１５０の運転可能な領域には、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギが一定の曲線、例えば曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３を描くことができる。こうして描いたエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３に沿って各運転ポイントの効率をエンジン１５０の回転数Ｎｅを横軸として表わすと図１４のグラフのようになる。
【００５３】
図示するように、出力するエネルギＰｅが同じでも、どの運転ポイントで運転するかによってエンジン１５０の効率は大きく異なる。例えばエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１上では、エンジン１５０を運転ポイントＡ１（トルクＴｅ１，回転数Ｎｅ１）で運転することにより、その効率を最も高くすることができる。このような効率が最も高い運転ポイントは、出力エネルギ一定の曲線Ｃ２−Ｃ２およびＣ３−Ｃ３ではそれぞれ運転ポイントＡ２およびＡ３が相当するように、各エネルギ一定の曲線上に存在する。図１３中の曲線（動作曲線）Ａは、これらのことに基づき、スロットルバルブ１６６の前後で吸入空気に若干の圧力差が生じるようスロットルバルブ１６６の開度ＴＶＰを調節した状態で、かつ、各エネルギＰｅに対してエンジン１５０の効率ができる限り高くなる運転ポイントを連続する線で結んだものである。スロットルバルブ１６６の前後で吸入空気に若干の圧力差が生じるようスロットルバルブ１６６を調節する理由については後述する。実施例では、こうして得られる動作曲線Ａ上の各運転ポイント（トルクＴｅ，回転数Ｎｅ）とエネルギＰｅとの関係をマップとしたものを用いてエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定した。
【００５４】
ここで、動作曲線Ａを連続する曲線で結ぶのは、エネルギＰｅの変化に対して不連続な曲線によりエンジン１５０の運転ポイントを定めると、エネルギＰｅが不連続な運転ポイントを跨いで変化するときにエンジン１５０の運転状態が急変することになり、その変化の程度によっては、目標の運転状態にスムースに移行できずノッキングを生じたり停止してしまう場合があるからである。したがって、このように動作曲線Ａを連続する曲線で結ぶと、動作曲線Ａ上の各運転ポイントがエネルギ一定の曲線上で最も効率が高い運転ポイントとならない場合もある。なお、図１３中、トルクＴｅｍｉｎと回転数Ｎｅｍｉｎとにより表わされる運転ポイントＡｍｉｎは、エンジン１５０から出力可能な最小エネルギの運転ポイントである。
【００５５】
こうしてエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、設定した目標トルクＴｅ＊とトルク指令値Ｔｒ＊とを用いて次式（５）によりモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１１８）。ここで、式（５）は、エンジン１５０が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との運転ポイントで定常運転されトルク指令値Ｔｒ＊のトルクがリングギヤ軸１２６に定常的に出力されるときにモータＭＧ２に設定されるトルク指令値Ｔｍ２＊を求める式であり、図５や図６の共線図における動作共線の釣り合いから求めることができる。
【００５６】
Ｔｍ２* ←Ｔｒ* −Ｔｃ* ×（１／（１＋ρ）） …（５）
【００５７】
続いて、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒに基づいて閾値Ｔｒｅｆを導出し（ステップＳ１２０）、算出したトルク指令値Ｔｍ２＊と閾値Ｔｒｅｆとを比較する（ステップＳ１２２）。閾値Ｔｒｅｆは、図８や図９の模式図を用いて説明したエネルギの循環の許容範囲の最大値をモータＭＧ２のトルクの最低値として表わすものであり、図５や図６の共線図と共に説明したように、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒに関連つけられて設定される。実施例では、例えば、図１５に例示するリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒと閾値Ｔｒｅｆとの関係を示すマップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、回転数Ｎｒが与えられると、この回転数Ｎｒに対応する閾値Ｔｒｅｆを導出するものとした。なお、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒが小さいときには大きなエネルギによる循環が生じにくいため、実施例では、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒが閾値Ｎｒｅｆ未満のときには閾値ＴｒｅｆにモータＭＧ２から出力可能な最小のトルクＴｍｉｎを設定するものとした。
【００５８】
トルク指令値Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒｅｆより小さいときには、許容範囲外の大きなエネルギによる循環が生じ、動力出力装置１１０のエネルギ効率の低下が顕著になると判断し、閾値ＴｒｅｆがモータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２とみなして次式（６）によりエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊を計算して再設定し（ステップＳ１２４）、この再設定された目標トルクＴｅ＊でエネルギＰｅを除して目標回転数Ｎｅ＊を再設定する（ステップＳ１２６）。
【００５９】
Ｔｅ＊←（Ｔｒ＊−Ｔｒｅｆ）×（１＋ρ） …（６）
【００６０】
図１６に、再設定される前後の目標トルクＴｅ＊や目標回転数Ｎｅ＊の関係を例示する。再設定される前の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とがトルクＴｅ３と回転数Ｎｅ３とにより表わされる動作曲線Ａ上の運転ポイントＰ３となるよう設定されているときを考えると、閾値Ｔｒｅｆは式（５）で求められるトルク指令値Ｔｍ２＊より大きいから、上式（６）により再設定される目標トルクＴｅ＊はトルクＴｅ３より小さなトルクＴｅ４として算出され、この再設定された目標トルクＴｅ＊でエネルギＰｅを除して得られる回転数Ｎｅ４を目標回転数Ｎｅ＊に設定するから、エンジン１５０の目標とする運転ポイントは、運転ポイントＰ３からエネルギが同一の曲線上の運転ポイントＰ４に変更されることになる。なお、このようにエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを閾値Ｔｒｅｆを用いて再設定することにより、エンジン１５０が再設定された目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とで表わされる運転ポイントで定常運転されたときには、モータＭＧ２からは閾値Ｔｒｅｆのトルクが出力されることになり、許容範囲内の大きさのエネルギの循環にすることができる。かかる制御を行なうことによりエンジン１５０は、それまでより高回転数・低トルクで運転されることになる。こうしたエンジンの制御については、後でまとめて説明する。
【００６１】
以上説明したエネルギの大規模な再循環が生じる運転状態であるか否かの判断（ステップＳ１２２）とエンジンの目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊の再設定の処理（ステップＳ１２４，Ｓ１２６）を行なった後、エンジンの目標回転数Ｎｅ＊を用いて上式（２）によりサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を設定する（ステップＳ１２８）。そして、設定した各設定値を用いてモータＭＧ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を行なう（ステップＳ１３０ないしＳ１３４）。実施例では、図示の都合上、モータＭＧ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を別々のステップとして記載したが、実際には、これらの制御は同時に平行的にかつ総合的に行なわれる。例えば、制御ＣＰＵ１９０が割り込み処理を利用して、モータＭＧ１とモータＭＧ２の制御を同時に平行して実行すると共に、通信により指示を受けたエンジンＥＣＵ１７０によりエンジン１５０の制御も同時に行なわせるのである。
【００６２】
［５］バルブタイミングなどのエンジン制御：
図１０ステップＳ１３０およびＳ１３２として示したモータＭＧ１およびモータＭＧ２の制御は、設定した目標トルクＴｍ１＊、Ｔｍ２＊が得られるように各モータに流れる電力を制御する周知のものなので、説明は省略し、エンジン１５０の制御、特にエンジン１５０の吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴの制御について説明する。エンジン１５０は、その目標とする運転ポイントが目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とによって設定されると、設定された運転ポイントで定常運転状態となるようエンジン１５０のトルクＴｅと回転数Ｎｅとが制御される。具体的には、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０から通信によりエンジンＥＣＵ１７０に指示を送信し、燃料噴射弁１５１からの燃料噴射量やスロットルバルブ１６６の開度ＴＡを増減して、エンジン１５０の出力トルクが目標トルクＴｅ＊に、回転数が目標回転数Ｎｅ＊になるように徐々に調整するのである。なお、エンジン１５０の回転数ＮｅはモータＭＧ１によるサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓの制御によって行なわれるから、エンジン１５０の制御は、エンジン１５０から目標トルクＴｅ＊が出力されるように行なえば足りることになる。そこで、エンジンＥＣＵ１７０は、図１７に示したように、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０から、運転領域に関する種々の情報を受け取り（ステップＳ１３６）、次にこの情報に基づいて、エネルギ再循環が生じ得る運転領域になっているか否かの判断を行なう（ステップＳ１３７）。この判断は、図１０におけるステップＳ１２２の判断と同じである。
【００６３】
エネルギの再循環を避ける必要がない運転領域で運転されていると判断された場合には、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ、吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴおよびリフト量ＬＴは、それぞれ通常用の関数ｆＴＡ１、ｆＢＴ１、ｆＬＴ１を用いて、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊から設定する処理を行なう（ステップＳ１３８）。この場合、エンジン１５０は、図１３に示した最も効率の高い運転ポイントの線Ａに沿って運転されることになる。なお、本実施例では、これらのスロットルバルブ開度ＴＡ、開閉タイミングＢＴ、リフト量ＬＴの設定は、関数を用いて行なったが、マップなどを参照して設定するものとしても良い。
【００６４】
他方、エネルギの再循環を避けるべき運転領域で運転されていると判断された場合には、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊、目標回転数Ｎｅ＊の再設定が行なわれたことになる。この場合、図１３に示したエンジン１５０自体での最も運転効率の高い運転ポイントＡ１、Ａ２・・・からはずれ、図１６に示したように、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊が低く、目標回転数Ｎｅ＊が高い運転ポイントに変更される。そこで、こうした運転ポイントでエンジン１５０を運転すべく、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよびリフト量ＬＴを、エンジン１５０の目標トルクおよび回転数の再設定が行なわれた場合専用の関数ｆＴＡ２、ｆＢＴ２、ｆＬＴ２を用いて設定するのである（ステップＳ１３９）。その後、設定したスロットル開度ＴＡなどを用いて、エンジン１５０を運転する（ステップＳ１４０）。
【００６５】
ステップＳ１３９において設定されるスロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよびリフト量ＬＴについて説明する。本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡ、吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ、吸気弁１５２のリフト量ＬＴは、車両の総合的な効率を高くする観点から、動力の出力系において、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じ得る条件下では、次のように設定される。
（Ａ）吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよびリフト量ＬＴ：吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ遅角側に設定すると共に、吸気弁１５２のリフト量を小さく設定する。この結果、エンジン１５０がそれまでより高い目標回転数（例えば図１６Ｎｅ４）で運転されても、出力エネルギは増加しないから、結果的に低トルクの運転ポイントで運転される。
（Ｂ）スロットルバルブ開度ＴＡ：通常運転時と同一かより開いた開度ＴＡとして設定する。従来は、エンジン１５０を高回転数・低トルクの運転ポイントで運転するために、スロットルバルブ１６６の開度を絞っていたが、スロットルバルブ１６６を閉じれば、それだけポンピングロスが大きくなった。これに対して、本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡは、通常運転時より開いた開度に設定している（あるいは少なくともスロットル開度を絞る制御を行なわない）ので、回転数が上昇しても、ポンピングロスの増大は抑制される。
【００６６】
かかる制御を行なうことにより、特に吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴを遅角側に制御しかつバルブリフト量ＬＴを小さくすることにより、エンジン１５０の回転数Ｎｅを増加しつつ、出力するトルクＴｅを低下することができる。しかも、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡを絞ることをしていないので、スロットルバルブ１６６を閉じてエンジン１５０から出力トルクＴｅを低下する場合と比べて、ポンピングロスはほとんど増加しない。この結果、第１実施例では、エネルギの再循環が生じることを回避するために、エンジン１５０の運転ポイントを変更し、エンジン１５０自体の運転効率は、図１３，図１６に示したように、最適の運転ポイントからずれてはいるものの、ポンピングロスが増加が従来より抑制されることにより、動力出力装置全体の運転効率は、従来の制御と比べて高い状態に保たれることになる。
【００６７】
［６］変形例：排気タイミング
次に第１実施例の変形例について説明する。変形例では、エンジントルクを低下するのに、排気量の制御、具体的には使用する気筒数の調整を行なう。この変形例では、エンジン１５０は、４気筒エンジンであり、気筒毎に独立して燃料噴射を行なっていることから、使用する気筒数を、４気筒、３気筒、２気筒、１気筒と変更することができる。制御装置１８０がエンジンＥＣＵ１７０と共に行なうエンジン制御ルーチンを、図１８に示した。この制御ルーチンを開始すると、まず、図９にしめしたようなエネルギの大きな再循環が生じる運転領域に入っているか否かの判断を行なう（ステップＳ２３７）。この判断は、上記実施例の図１０におけるステップＳ１２２の判断と同じである。
【００６８】
エネルギの再循環を避ける必要がない運転領域で運転されていると判断された場合には、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ、吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴおよび排気量に相当する使用気筒数ＥＶを、それぞれ通常用の関数ｆＴＡ１、ｆＢＴ１、ｆＥＶ１を用いて、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊から設定する処理を行なう（ステップＳ２３８）。この場合、エンジン１５０は、図１３に示した最も効率の高い運転ポイントの線Ａに沿って運転されることになる。
【００６９】
他方、エネルギの再循環を避けるべき運転領域で運転されていると判断された場合には、図１６に示したように、エンジン１５０の運転ポイントは、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊が低く、目標回転数Ｎｅ＊が高い運転ポイントに変更されているので、こうした運転ポイントでエンジン１５０を運転すべく、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよび使用気筒数ＥＶを、エンジン１５０の目標トルクおよび回転数の再設定が行なわれた場合専用の関数ｆＴＡ２、ｆＢＴ２、ｆＥＶ２を用いて設定する（ステップＳ２３９）。その後、設定したスロットル開度ＴＡ、バルブタイミングＢＴ、気筒数ＥＶなどを用いて、エンジン１５０を運転する（ステップＳ２４０）。
【００７０】
ステップＳ２３９において設定されるスロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよび使用気筒数ＥＶについて説明する。本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡ、吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ、使用気筒数ＥＶは、車両の総合的な効率を高くする観点から、動力の出力系において、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じ得る条件下では、次のように設定される。
（Ａ）吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよび使用気筒数ＥＶ：吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ遅角側に設定すると共に、気筒数ＥＶを４気筒から２気筒に設定する。この結果、エンジン１５０がそれまでより高い目標回転数（例えば図１６Ｎｅ４）で運転されても、出力エネルギは増加しないから、結果的に低トルクの運転ポイントで運転される。
（Ｂ）スロットルバルブ開度ＴＡ：通常運転時と同一か、より開いた開度ＴＡとして設定する。
【００７１】
図１９は、運転される気筒数ＥＶをパラメータとして示したエンジン１５０の運転特性を示すグラフである。図において、曲線ＷＴ４は、スロットルバルブ１６６を全開にした状態で、４気筒の全てで燃料噴射を行ない運転している場合のエンジン１５０のトルク−回転数の関係を示した特性線であり、ＷＴ２は、同じく２気筒を用いて運転している場合のトルク−回転数の関係を示す特性線である。この特性線ＷＴ２、ＷＴ４と、エンジン１５０の出力エネルギＰｅ一定の特性線Ｐｅとが交わる点で、エンジン１５０は、運転されることになる。図示するように、同一のスロットル開度ＴＡであれば、使用する気筒数、即ち排気量が小さい方が高回転数での運転領域で運転されることになり、ポンピングロスの増大は抑制されることが諒解される。
【００７２】
かかる制御を行なうことにより、特に吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴを遅角側に制御しかつ運転する気筒数ＥＶを小さくすることにより、エンジン１５０の回転数Ｎｅを増加しつつ、出力するトルクＴｅを低下することができる。しかも、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡを絞ることをしていないので、スロットルバルブ１６６を閉じてエンジン１５０から出力トルクＴｅを低下する場合と比べて、ポンピングロスはほとんど増加しない。この結果、この変形例でも、動力出力装置全体の運転効率は、従来の制御と比べて高い状態に保たれることになる。なお、本実施例では、排気量の変更は、運転する気筒数を変更することにより実現したが、ピストンとクランクシャフトを連結するコンロッドが中折れしたタイプのコンロッドを用いてピストンのストローク量を可変することで排気量を調整する機構や、シリンダヘッドとシリンダブロックとを別体に設け両者の離間距離を可変とした排気量調整機構などを採用することも可能である。これらの機構は、圧縮比を可変する機構としても使用することができる。
【００７３】
（２）第２実施例：ＥＧＲ装置を用いた構成：
［１］基本構成：
次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例の動力出力装置２１０の構成を図２０に示した。図２０では、クランクシャフト１５６から先の図示を省略したが、エンジン１５０にＥＧＲ装置２００が設けられている点を除いて、ハードウェア構成は、第１実施例と同一である。ＥＧＲ装置２００は、図示するように、エンジン１５０の排気管２２から吸気管２４までの通路２３を設け、この通路２３を介して吸気管２４に循環する排気の量を制御するＥＧＲ制御弁２５を備える。ＥＧＲ制御弁２５は、エンジンＥＣＵ１７０により制御される。
【００７４】
第２実施例においても、基本的には、アクセルペダル１６４の踏込量や車速から、車両に対して要求されている動力を求め、エンジン１５０およびモータＭＧ１，ＭＧ２により、要求された動力を出力すること、およびそのためにエンジン１５０の燃料噴射量やモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数やトルクを制御することなどは、第１実施例と同一である。第２実施例では、ＥＧＲ装置２００の存在を前提として、第１実施例同様ポンピングロスを抑制してエンジン１５０の運転ポイントを変更することにより、動力出力装置２１０全体として、高い運転効率を維持する点に特徴がある。
【００７５】
具体的な制御について、図２１により説明する。第２実施例の動力出力装置２１０は、図２１に示すエンジン制御を実行する。このエンジン制御は、制御装置１８０がエンジンＥＣＵ１７０と共に実行するものであり、まず第１実施例と同様（図１７参照）、エンジン１５０の運転状態に関する情報を受け取り（ステップＳ２５６）、動力出力装置２１０が、エネルギの大きな再循環を生じる領域で運転されているか否かを判断する（ステップＳ２５７）。この判断は、第１実施例の図１０におけるステップＳ１２２の判断と同じである。
【００７６】
エネルギの再循環を避ける必要がない運転領域で運転されていると判断された場合には、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ、ＥＧＲ装置２００のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを、それぞれ通常用の関数ｆＴＡ１、ｆＥＧＲ１を用いて、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊から設定する処理を行なう（ステップＳ２５８）。この場合、エンジン１５０は、図１３に示した最も効率の高い運転ポイントの線Ａに沿って運転されることになる。
【００７７】
他方、エネルギの再循環を避けるべき運転領域で運転されていると判断された場合には、図１６に示したように、エンジン１５０の運転ポイントは、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊が低く、目標回転数Ｎｅ＊が高い運転ポイントに変更されているので、こうした運転ポイントでエンジン１５０を運転すべく、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，ＥＧＲ装置２００のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを、エンジン１５０の目標トルクおよび回転数の再設定が行なわれた場合専用の関数ｆＴＡ２、ｆＥＧＲ２を用いて設定する（ステップＳ２５９）。その後、設定したスロットル開度ＴＡ、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧなどを用いて、エンジン１５０を運転する（ステップＳ２６０）。
【００７８】
ステップＳ２５９において設定されるスロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，ＥＧＲ装置２００のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧについて説明する。本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡ、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧは、車両の総合的な効率を高くする観点から、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じ得る条件下では、動力の出力系において、次のように設定される。
【００７９】
（Ａ）ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧ：ステップＳ２５９で説明したように、関数ｆＥＧＲ２により開度指令値θＥＧＲは設定されるが、この関数ｆＥＧＲ２は、図２２（Ａ）に示すように、通常時に用いられる関数ｆＥＧＲ１より多量の排気再循環を行なうよう設定されている。通常時に用いられる関数ｆＥＧＲ１の一例を図２２（Ｂ）に示した。図において、ハッチングを施した領域は、その内部で、指定した割合の排気再循環が行なわれることを示している。図２２に示したように、エネルギの大きな再循環を避けるべき運転領域で車両が運転されていると判断された場合には、関数ｆＥＧＲ２を用いて、より多くの排気が吸気側に還流するように、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧは設定される。なお、このとき、エンジン１５０を高回転数・低トルク側に制御するよう、他の制御量を制御してもよい。例えば、吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴを遅角側に設定する制御を併せて行なうことも望ましい。あるいは、エンジン１５０の排気量を低減するといった制御を併せて行なってもよい。
【００８０】
（Ｂ）スロットルバルブ開度ＴＡ：通常運転時と同一か、より開いた開度ＴＡとして設定する。エンジン１５０が同一の動力出力しているという条件下では、ＥＧＲ量が増大すると、各気筒に吸入される吸気における排気の割合が増加するので、スロットルバルブ１６６をほぼ全開にすることができる。従って、エネルギの大きな再循環が生じるような運転領域において、ＥＧＲ量を増大する制御を行なう第２実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡを大きくするか、従来と比べてスロットルバルブ１６６を閉じる絞り量を抑制している。
【００８１】
以上説明した第２実施例によれば、エネルギの再循環が生じた場合には、エンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクの側に制御すると共に、排気再循環量（ＥＧＲ量）を増加し、更にスロットルバルブ１６８を絞らない制御を実施する。図２３は、エンジン１５０が同一の動力出力しているという条件下でのＥＧＲ量とスロットルバルブ１６６の開度ＴＡおよびポンピングロスとの関係を例示するグラフである。図示するように、ＥＧＲ量が増大すると、各気筒に吸入される吸気における排気の割合が増加するので、スロットルバルブ１６６をほぼ全開にすることができる。従って、ポンピングロスの増加が抑制され、動力出力装置２１０全体の効率が運転ポイントの変更により低下するのを改善することができる。また、上記のように排気再循環を行なうことにより、シリンダ内の燃焼温度は低下する。このため、エンジン１５０の冷却損失が低減できるばかりか、エンジン１５０を高負荷領域で運転する際のノッキングが生じにくくなり、点火時期制御を十分に進角させることができるので、このノッキング改善によっても、エンジンの効率を向上することができる、という付随的効果を得ることもできる。
【００８２】
［２］変形例１：
次に、第２実施例の変形例について説明する。変形例では、図２４に示すように、エネルギの再循環が生じる領域であると判断（ステップＳ２５７）された場合、スロットル開度ＴＡやＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧなどを求めた後（ステップＳ２５９）、更に車速（車速に相当するリングギヤの回転角度θｒの変化量）とアクセルペダル１６４の踏込量ＡＰなどに基づいて、車両が高車速・定常走行時で運転されているか否かの判断を行なう（ステップＳ２６２）。車両が高車速・定常走行時であると判断された場合は、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを増量補正する処理を行なう（ステップＳ２６４）。この結果、車両が高車速・定常走行している場合には、第２実施例よりも大量のＥＧＲが実施されることになる。この結果、第２実施例と比べて、更にポンピングロスを低減し、動力出力装置２１０全体の効率を改善することができる。
【００８３】
通常、ＥＧＲ量を増加し過ぎると、エンジン１５０のトルク変動などは増加する。図２５は、ＥＧＲ量と燃費率ｐおよびトルク変動率γとの関係を例示するグラフである。図示するように、燃費率ｐ、即ち車両としての効率が最大となるＥＧＲ量Ｅ１でエンジン１５０を運転すると、エンジン１５０のトルク変動率γは大きくなり、逆にトルク変動率の小さな領域でエンジン１５０を運転すると、燃費率の最適な運転ポイントからはずれることになる。上記の変形例では、排気再循環量を、ＥＧＲ量Ｅ１まで増加するので、燃費率ｐはもっとも高くなる。この状態では、通常トルク変動が大きくなり、車両のドライバビリティなどを低下させることがあり得るが、上記変形例では、高車速・定常走行時、即ちエンジンに対する要求パワーの変化が起きにくく、エンジンが安定した状態で運転される条件に限ってＥＧＲ量を増加補正している（ステップＳ２６４）ので、エンジン１５０のトルク変動などが生じにくく、かつ仮に生じたとしても動力出力装置２１０全体に影響を与えることがない。なお、ＥＧＲ量を燃費率最大の点まで増加していると、エンジン１５０が出力できる動力はかなり小さくなっており、急な加速要求が生じた場合には、エンジン１５０の動力によっては対応することは困難だが、本実施例および変形例では、駆動軸１１２に直結されたリングギヤ１２２にモータＭＧ２が結合されているので、このモータＭＧ２をバッテリ１９４の電力により力行して、走行パワーをアシストしてやればよい。
【００８４】
［３］変形例２：
上記実施例では、モータＭＧ１は、エンジン１５０のトルクＴｅに比例するトルクＴｅｓ＝Ｔｅ×ρ／（１＋ρ）と釣り合ったトルクで運転される（図５参照）。従って、モータＭＧ１に流れる電流Ｉから、エンジン１５０の定常トルクおよびトルク変動を検出することができる。そこで、この変形例では、図２６に示すように、車両が大きなエネルギ再循環を生じる運転領域で運転されているとき（ステップＳ２５７）、スロットル開度ＴＡやＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを求めた後（ステップＳ２５９）、エンジン１５０のトルク変動γを検出し（ステップＳ２７２）、予め設定した下限の閾値γＬおよび上限の閾値γＨに対するトルク変動γの関係について判断する処理を行なう（ステップＳ２７４）。エンジン１５０のトルク変動γが上限の閾値γＨより大きければ、ＥＧＲ量の学習値ＧβをΔβだけ減少する処理を行ない（ステップＳ２７６）、エンジン１５０のトルク変動γが加減の閾値γＬ以下であれば（ステップＳ２７４）、ＥＧＲ量の学習値ＧβをΔβだけ増加する処理を行ない（ステップＳ２７８）、トルク変動γが加減の閾値γＬから上限の閾値γＨまでの間に入っていれば、何も行なわない。その上で、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを学習値Ｇβだけ補正する処理を行なう（ステップＳ２８０）。この結果、ＥＧＲ装置２００を用いた排気再循環量（ＥＧＲ量）は、トルク変動γが下限の閾値γＬから上限の閾値γＨの間収まるように制御されることになる。
【００８５】
かかる制御を行なえば、エンジン１５０のトルク変動を所定範囲に収めつつ、車両の燃費率を最大とするＥＧＲ量を実現することができる。ＥＧＲ量をトルク変動から許容される最大減まで確保しているので、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡを更に全開側に制御することができる。このため、ポンピングロスは一層低減でき、車両全体の効率は更に改善される。
【００８６】
［４］変形例３：
次に、上述した第２実施例およびその変形例１ないし３において、動力出力装置２１０における大きなエネルギの再循環（図９参照）が生じるのを回避するために、エンジン１５０を最高効率の特性線Ａから高回転数・低トルク側にずらした運転ポイントで運転する場合のエンジン１５０の出力エネルギＰｅの設定について説明する。この運転ポイントでエンジン１５０を運転する際には、動力出力装置２１０は、全体の効率を改善するために、大量の排気再循環を実施している。この変形例４では、図１０のステップＳ１１４とステップＳ１１６との間に、図２７に示したように、出力エネルギＰｅをなます処理（）ステップＳ１１５）を実施している。
【００８７】
エンジン１５０の目標エネルギＰｅ＊は、走行中の車両が必要とするエネルギＰｎと効率ηｔとからステップＳ１１４において演算しているので、急加速や急減速の要求によってリングギヤ軸出力エネルギＰｒ（ステップＳ１０６）が急変すれば、エンジン１５０の出力エネルギＰｅも急変する。そこで、この変形例４では、ステップＳ１１４においてエンジン１５０の出力エネルギＰｅを求めた後、これを前回求めたエンジン１５０の出力エネルギの前回値Ｐｅｐｒｅを用いてなます処理を行なう（ステップＳ１１５）。なます処理とは、この変形例では、今回求めた出力エネルギＰｅと前回値Ｐｅｐｒｅとを１対１５の重み付け平均を取る演算、
Ｐｅ←（Ｐｅ＋１５・Ｐｅｐｒｅ）／１６ …（７）
を行なうことを意味している。もとより、なまし処理は、エンジンの出力トルクＰｅの急変を回避し得るものであればよく、例えばいわゆる積分処理として実現しても良いし、前回値からの変化量にリミットを掛けるような処理によっても実現することができる。上記式の重み付けの係数など、なましの程度は、動力出力装置２１０の特性などから適宜定めればよい。
【００８８】
かかる変形例４では、エンジン１５０の出力エネルギＰｅを求める際、必要エネルギＰｎが急変しても出力エネルギＰｅをなます処理を行なっているので、エンジン１５０の出力エネルギＰｅが急変することがない。エンジン１５０の運転状態がいわゆる過渡状態となることがなく、不安定な運転状態の出現が抑制されるのである。このため、エンジンストールが生じやすい大量の排気再循環の実施時であっても、エンジン１５０の出力エネルギＰｅの急変によりエンジン１５０が失火するということがない。
【００８９】
なお、本実施例では、エンジン１５０の出力トルクＰｅを求める際には、常になまし処理（ステップＳ１１５）を行なっているが、エンジン１５０の出力エネルギＰｅが前回値Ｐｅｐｒｅと比べて所定値以上変化した場合にのみなまし処理を行なうものとしても良い。
【００９０】
（３）第３実施例：
［１］排気再循環量による運転ポイントの補正：
次に本発明の第３実施例について説明する。第３実施例は、第２実施例と同一のハードウェア構成（図２０）を備え、以下に示すエンジン制御のみが異なっている。第２実施例では、第１実施例との共通のフローチャートである図１０に示したように、大量のエネルギ再循環が生じる運転領域（図９参照）であると判断した場合（ステップＳ１２２）には、図１６に示したように、エンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルク側に変更している。第３実施例では、この処理に加えて、図２８に示すように、エネルギの大きな再循環が生じていると判断され、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊の設定を行なった後、まず実際に行なわれている排気再循環の再循環量ＱＥＧＲを検出する処理を行なう（ステップＳ３０１）。実際の排気再循環量は、現在のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを読み込むことで代用しても良いし、排気再循環用の通路２３にセンサなどを設けて、実際の排気再循環量を測定してもよい。
【００９１】
次に、この排気再循環量ＱＥＧＲに応じて、補正係数ε１を求める処理を行なう（ステップＳ３０２）。補正係数ε１は、図２９に示すように、実際の排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上であれば、排気再循環量ＱＥＧＲに応じて減少するような関数ｆ４（ＱＥＧＲ）として設定することができる。次に、この補正係数ε１を用いて、既に設定したエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊を補正する処理を行なう（ステップＳ３０３）。その後、エンジン１５０の、目標回転数Ｎｅ＊を求める処理を行なう（ステップＳ１２６）。エンジン１５０は、図１６に示したように、等エネルギ線上で制御されているから、目標トルクＴｅ＊を補正係数ε１だけ低減する補正を行なえば（ステップＳ３０３）、目標回転数Ｎｅ＊は、補正係数ε１だけ増加されることになる。その後の制御は、第２実施例と同一である。
【００９２】
上述した第３実施例によれば、車両の走行状態が、図９に示したエネルギの大きな再循環を生じる状態となったときには、まずエンジン１５０の運転ポイントを最も効率が高い運転ポイントから高回転数・低トルクの運転ポイントに変更すると共に、この変更をエンジン１５０における排気再循環量の増加により行なうことで、いわゆるポンピングロスを低減することにより、車両全体のエネルギを効率の低下を抑制し、動力出力装置としての効率を改善する。加えて、この第３実施例では、排ガス再循環を行なう場合には、排ガス再循環量ＱＥＧＲが所定値以上の場合には、更にエンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクの運転ポイントに変更している。この結果、全体の効率は更に改善される。
【００９３】
これは、図３０に示したように、排気再循環を行なっている場合と、行なっていない場合では、エンジン１５０の効率が異なり、排気再循環を行なっている場合には、エンジン１５０の回転数を高くしても、効率の低下は僅かなものに抑制されるからである。従って、排気再循環量が大きい場合には、補正係数εを用いて、エンジン１５０の運転ポイントを更に高回転数・低トルク側に変更することで、動力出力装置２１０としての効率の低下は却って改善されることになる。この様子を示したのが、図３１である。図３１は、排気再循環量に応じてエンジンの運転ポイントを更に高回転数側に変更した場合の動力出力装置２１０の伝達効率を測定したグラフである。図示するように、排気再循環を伴いながら、エンジン１５０の回転数を設定する場合、エンジン１５０の回転数が高くなれば、動力出力装置２１０の伝達効率は却って改善されている。この点を更に、車両全体の効率として示したのが図３２である。車両全体の効率は、エンジン１５０単体の効率と動力出力装置２１０の伝達効率の積として捉えることができる。図示するように、排気再循環を行なっていない場合（破線Ｎｏｅ）と所定以上の排気再循環量での排気再循環を行なっている場合（実線Ｍｏｅ）とでは、車両全体の効率が最も高くなる点が、エンジン回転数の高い側に移動することが理解される。従って、排気再循環を行なっている場合には、エンジン１５０の運転ポイントを更に高回転・低トルク側に変更する第３実施例の動力出力装置２１０は、車両全体としての効率を高くすることができる。
【００９４】
上述した本実施例では、排気再循環量ＱＥＧＲによりエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊の補正係数ε１を求めたが、図１０ステップＳ１２０で求める閾値Ｔｒｅｆを修正する係数を、排気再循環量ＱＥＧＲにより求め、ステップＳ１２４の計算を通して、エンジン１５０の運転ポイントをより高回転・低トルク側に設定して、車両全体の効率を高めるものとしても良い。
【００９５】
［２］変形例：
次に、第３実施例の変形例について説明する。第３実施例の変形例では、第３実施例と同様に、排気再循環量ＱＥＧＲが大きいほどエンジン１５０を高回転数・低トルク側の運転ポイントで運転するよう制御しているが、変形例では、排気再循環量に応じて回転数の補正量ΔＮを修正して、同様の制御を実現している。この制御の一例を図３３に示した。図３３に示した処理は、図１０におけるステップＳ１１６ないしＳ１２８を変更したものであり、トルク制御の他の処理は、第１実施例として説明した処理と同一である。なお、エネルギの再循環が生じていると判断されれば、排気再循環量（ＥＧＲ制御弁２５の開度θＥＧＲ）を大きくする処理が行なわれことは、第２実施例（図２１）と同一である。
【００９６】
この変形例では、図１０に示したトルク制御ルーチンにおいて、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊を、等エネルギ線（Ｐｅ＝Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）上で設定（ステップＳ１１６）すると、次に図３３に示したように、現在の動力出力の状態が、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じる状態か否かの判断を行なう（ステップＳ３１２）。エネルギの大きな再循環か乗じていると判断された場合には、第２実施例で現在の車速Ｖとエンジン１５０が出力するエネルギＰｅとから、エンジン１５０の回転数の調整分ΔＮを求める処理を行なう（ステップＳ３１５）。このエンジン１５０の回転数の調整分ΔＮは、エネルギの再循環の発生による効率の低下を防止するために、エンジン１５０の運転ポイントをより高回転側に修正するための調整分であり、予めマップの形で記憶している。既に説明したように、車両が高速走行をしているほど、またエンジン１５０の出力するエネルギＰｅが大きいほど、運転ポイントを高回転側に調整する調整分ΔＮは大きく設定することができる。
【００９７】
こうして調整分ΔＮを演算する一方で、図２１に示したエンジン制御処理も実施されているから、エンジン１５０における排気再循環量は増加される。そこで、次に、実際の排気再循環量ＱＥＧＲを検出する処理を行ない（ステップＳ３２１）、検出した排気再循環量ＱＥＧＲに基づいて、マップを参照し、補正係数ε２を求める処理を行なう（ステップＳ３２３）。補正係数ε２を求める関数ｆ５（ＱＥＧＲ）の一例を、図３４に示した。図示するように、補正係数ε２は、排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上になると、値１以上に増加するよう設定されている。
【００９８】
次に、求めた補正係数ε２を用いて、回転数の調整分ΔＮを補正する処理を行なう（ステップＳ３２５）。この結果、排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上の場合には、回転数の調整分ΔＮは大きく補正されることになる。こうして補正係数ε２により補正された後の調整分ΔＮを加えて、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を修正し（Ｎｅ＊←Ｎｅ＊＋ΔＮ）、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊も再度演算（Ｔｅ＊←Ｐｅ／Ｎｅ＊）する処理を行なう（ステップＳ３２６）。
【００９９】
以上説明した処理により、エンジン１５０の運転ポイントは、実施例の動力出力装置２１０において大きなエネルギの再循環（図９参照）が生じている場合には、高回転数・低トルクの側に修正され、しかも同時に排気再循環量を増加する処理を行なって、ポンピングロスの増加を抑制した状態でエンジン１５０を運転し、動力出力装置２１０全体としての効率を高く維持している。更に、この変形例では、排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上であれば、運転ポイントを更に高回転数側に調整している。このため、動力出力装置２１０全体の効率は、一層高い状態に維持されることになる。
【０１００】
なお、上述した実施例および変形例において、排気再循環量ＱＥＧＲに代えて、シリンダに吸入される吸気全体に占める排気再循環量の割合を示すＥＧＲ率を用い、ＥＧＲ率が所定値以上の場合に、補正係数ε１を小さくするものとしても良い。
【０１０１】
（４）第４実施例：
［１］基本構成：
次に本発明の第４実施例について説明する。第４実施例の動力出力装置４１０は、図３５に示すように、第１実施例の構成に加えて、過給器４００が設けられている。この実施例では、過給器４００は、吸気通路に設けられたコンプレッサ４２１、このコンプレッサ４２１を駆動するために排気通路に設けられたタービン４２２、タービン４２２が設けられた排気通路に併設されたバイパス４２３、バイパス４２３に設けられたウェイスティングゲートバルブ４２５、およびウェイスティングゲートバルブ４２５を駆動するアクチュエータ４２０から構成されている。アクチュエータ４２０はエンジンＥＣＵ１７０により制御されており、アクチュエータ４２０によってウェイスティングゲートバルブ４２５が開くと、タービン４２２を流れる排気量は低減し、タービン４２２により駆動されるコンプレッサ４２１の回転数も低下するから、過給量も低減される。アクチュエータ４２０によりウェイスティングゲートバルブ４２５が閉じられると過給量は増加する。
【０１０２】
［２］過給器の制御：
かかる構成を有する動力出力装置４１０では、エンジンＥＣＵ１７０が、アクセルペダルの１６４の踏込量や車速Ｖなどに応じて、アクチュエータ４２０を制御し、タービン４２２を排気により駆動して、コンプレッサ４２１を回転し、過給を行なっている。この状態で、制御装置１８０は、図３６に示したように、車両の運転状態を示す情報を読み込み（ステップＳ４４１）、動力出力装置４１０が、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じている状態にあるか否かの判断を行なう（ステップＳ４４３）。エネルギの再循環が生じているか否かは、図６を用いて説明したように、プラネタリギヤを用いて動力の分配を行なっている実施例の構成では、モータＭＧ１の回転の方向をチェックすることにより容易に検出することができる。モータＭＧ１がエンジン１５０のクランクシャフト１５６と同方向に回転している場合には、エネルギの再循環が生じていないことになる。
【０１０３】
エネルギの再循環か生じていない場合には、アクチュエータ４２０を駆動してウェイスティングゲートバルブ４２５を閉じ、あるいは閉じたままに維持する（ステップＳ４４５）。この結果、タービン４２２は排気により駆動されて、コンプレッサ４２１を回転し、過給が行なわれるから、エンジン１５０を希薄混合気で燃焼させるリーンバーン制御が行なわれ、あるいは継続される（ステップＳ４４７）。この状態を図３７に動作線ＴＬＮとして示した。この動作線ＴＬＮは、エンジン１５０に対して過給が行なわれ、混合気はリーンとなっている過給リーンバーンの場合の望ましい動作線である。
【０１０４】
他方、エネルギの再循環が生じていると判断される場合が存在する。車速があがり、モータＭＧ２の回転数が増加し、走行に必要なトルクが小さい高速定常走行時には、エネルギの再循環が生じる。この場合、モータＭＧ１はエンジン１５０のクランクシャフト１５６とは逆方向に回転することになる（図８、図９参照）。過給が行なわれており、かつ混合気がストイキの状態でエネルギの再循環が生じた場合の動作線を、図３７に動作線ＴＳＡとして示した。比較のために、過給が行なわれていないエンジンにおける動作線ＳＢ、ＬＢとして図３８に示した。過給が行なわれていないエンジンでは、混合気をストイキで燃焼させている状態（動作線ＳＢ）で、エネルギの再循環が生じると、混合気をリーンにする制御を行なうと（動作線ＬＢ）、エンジンを高回転数・低トルクで運転でき、エネルギの再循環を解消し、かつエンジンのポンピングロスを抑制して、動力出力装置４１０全体の効率を高く保持することができることが、図３８から理解される。
【０１０５】
これに対して、図３７に示したように、過給が行なわれており、混合気がストイキの状態でエネルギの再循環が生じると（動作線ＴＳＡ）、過給が行なわれていない場合のエンジンの回転数より元々低い回転数でエンジンは駆動されているから、リーンバーンを行なってエンジンの回転数を増加しても、エネルギの再循環は解消されない。この場合の動作線を、図３７に、動作線ＴＬＡとして示した。この動作線ＴＬＡは、エンジン１５０に対して過給が行なわれ、混合気はリーンとなっている過給リーンバーンの場合の動作線である。
【０１０６】
本実施例の動力出力装置４１０では、図３６において、過給を行ないつつエンジン１５０を運転していて、大きなエネルギの再循環（図９）が生じると（ステップＳ４４３）、アクチュエータ４２０を駆動してウェイスティングゲートバルブ４２５を開く（ステップＳ４５５）。この結果、排気はバイパス通路を介して排出されるからタービン４２２は駆動されず、コンプレッサ４２１による過給も行なわれない。そこで、混合気をリーンにし、かつ過給が行なわれていない状態（非過給リーンバーン状態）でエンジン１５０を運転する（ステップＳ４５７）。この場合の動作線ＮＬＢは、図３８に示した非過給のリーンバーン実施時の動作線ＬＢと、実質的に同じものとなる。この結果、過給リーンバーンで運転されていたエンジン１５０は、エネルギの再循環が生じた場合には、非過給リーンバーンで運転されることになる。
【０１０７】
以上説明した第４実施例によれば、過給を行なうエンジン１５０を用いた動力出力装置４１０において、過給時にエネルギの大きな再循環が生じると、過給を停止し、エンジンの運転ポイントを高回転数・低トルクに変更し、かつエンジン１５０をリーンバーンで運転する。この結果、エネルギの再循環は解消し、かつエンジンはリーンバーンで運転されるので、ポンピングロスは抑制され、エンジン１５０がそれ自体最も高効率の運転ポイントからはずれて運転されても、動力出力装置４１０全体の効率は、十分に高く維持されることになる。
【０１０８】
第４実施例では、過給を排気ターボにより行なう構成としたが、スーパーチャージャでも、電動ターボあるいは電動コンプレッサの何れの構成でも、同様に適用することができる。スーパーチャージャであれば、エネルギの再循環が生じた場合には、駆動プーリーとロータとの間に設けられた電磁クラッチを、電動コンプレッサの場合には駆動用モータへの電力線を遮断するリレーを、それぞれ駆動して、過給を停止するものとすればよい。なお、モータＭＧ２に減速機を備えた構成であっても同様に適用し得ることは勿論である。
【０１０９】
なお、上記の実施例では、過給を行ないつつリーンバーンで運転する制御を併せて行なっているが、エネルギの大きな再循環が生じるような場合に、過給を行なっていないエンジンに対して、空燃比をリーンにすることで、動力出力装置としての効率を低下させないという処理を行なうことも可能である。即ち、エンジン１５０をストイキの空燃比で運転している場合に、図９に示した大きくエネルギの再循環が生じたと判断すると、エンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクに制御すると共に、吸入空気量に対する燃料噴射量を減らして空燃比をリーンに制御する。この結果、同じエンジン出力に対して、その運転ポイントをより高回転数・低トルクの側に制御することができ、しかも吸入空気量を増加していることからポンピングロスの増加を抑制することができ、動力出力装置としての効率を改善することができる。また直噴タイプのエンジンに適用することも可能である。
【０１１０】
（５）その他の変形例：
以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々なる態様で実施することができる。例えば、上述した各実施例の動力出力装置では、リングギヤ軸１２６に出力された動力をリングギヤ１２２に結合された動力取出ギヤ１２８を介してモータＭＧ１とモータＭＧ２との間から取り出したが、動力の取り出し方は、これ以外の構成によっても良い。また、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配置してもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空でなくてもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とすればよい。こうすれば、リングギヤ軸１２６Ｂに出力された動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から取り出すことができる。
【０１１１】
また、各実施例では、３軸式動力入出力手段としてプラネタリギヤ１２０を用いたが、一方はサンギヤと他方はリングギヤとギヤ結合すると共に互いにギヤ結合しサンギヤの外周を自転しながら公転する２つ１組の複数組みのプラネタリピニオンギヤを備えるダブルピニオンプラネタリギヤを用いるものとしてもよい。この他、３軸式動力入出力手段として３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力を決定すれば、この決定した動力に基づいて残余の１軸に入出力される動力を決定されるものであれば如何なる装置やギヤユニット等、例えば、ディファレンシャルギヤ等を用いることもできる。また、３軸式動力入出力手段と発電機とからなる動力調整手段に代えていわゆるクラッチモータを用いた、電気分配式の動力出力装置に適用するものとしてもよい。電気分配式の動力出力装置としては、例えば特開平９−４７０１１に示す構成が挙げられる。
【０１１２】
また、上述した各実施例では、エンジン１５０としてガソリンエンジンを用いたが、その他に、ディーゼルエンジンや、タービンエンジンや、ジェットエンジンなど各種の内燃あるいは外燃機関を用いることもできる。
【０１１３】
さらに、各実施例では、モータＭＧ１およびモータＭＧ２にＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作および力行動作の双方が可能なものであれば、その他にも、ＶＲ形（可変リラクタンス形；Variable Reluctance type）同期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電動機や、超電導モータや、ステップモータなどを用いることもできる。
【０１１４】
あるいは、各実施例では、第１および第２の駆動回路１９１，１９２としてトランジスタインバータを用いたが、その他に、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ；Insulated Gate Bipolar mode Transistor）インバータや、サイリスタインバータや、電圧ＰＷＭ（パルス幅変調；Pulse Width Modulation）インバータや、方形波インバータ（電圧形インバータ，電流形インバータ）や、共振インバータなどを用いることもできる。
【０１１５】
また、バッテリ１９４としては、Ｐｂバッテリ，ＮｉＭＨバッテリ，Ｌｉバッテリなどを用いることができるが、バッテリ１９４に代えてキャパシタを用いることもできる。
【０１１６】
以上の実施例では、動力出力装置を車両に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、船舶，航空機などの交通手段や、その他各種産業機械などに搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の一実施例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す構成図である。
【図２】実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図である。
【図３】実施例の動力出力装置１１０を組み込んだ車両の概略の構成を例示する構成図である。
【図４】実施例の動力出力装置１１０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図５】実施例におけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図６】実施例におけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図７】実施例の動力出力装置１１０が図５の共線図の運転状態にあるときのエネルギの流れを模式的に例示する模式図である。
【図８】実施例の動力出力装置１１０が図６の共線図の運転状態にあるときのエネルギの流れを模式的に例示する模式図である。
【図９】大きなエネルギの循環が生じているときのエネルギの流れを模式的に例示する模式図である。
【図１０】実施例の制御装置１８０により実行されるトルク制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図１１】リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を例示する説明図である。
【図１２】バッテリ１９４の残容量ＢRMと充電可能な電力との関係の一例を示すグラフである。
【図１３】エンジン１５０の運転ポイントと効率の関係を例示するグラフである。
【図１４】エネルギが一定の曲線に沿ったエンジン１５０の運転ポイントの効率とエンジン１５０の回転数Ｎｅとの関係を例示するグラフである。
【図１５】閾値Ｔｒｅｆとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとの関係を例示するマップである。
【図１６】再設定される前後の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との関係を例示する説明図である。
【図１７】エンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】変形例としてのエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】気筒数が異なる場合のエンジン回転数とエンジントルクとの関係を例示するグラフである。
【図２０】第２実施例の動力出力装置２１０の概略構成を示す構成図である。
【図２１】第２実施例におけるエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】エンジンにおける排気再循環量の設定を示すグラフである。
【図２３】ＥＧＲ量とスロットル開度ＴＡおよびポンピングロスＰＰＬとの関係を例示するグラフである。
【図２４】第２実施例の変形例におけるエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図２５】ＥＧＲ量と燃費率Ｐおよびトルク変動γとの関係を示すグラフである。
【図２６】第２実施例の第２の変形例におけるエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】第２実施例の第３の変形例における処理の要部を示すフローチャートである。
【図２８】第３実施例におけるエンジン制御の要部を示すフローチャートである。
【図２９】排気再循環量ＱＥＧＲに基づく補正係数ε１を求める関数ｆ４（ＱＥＧＲ）を例示するグラフである。
【図３０】第３実施例におけるエンジン回転数Ｎｅとエンジンの効率との関係を例示するグラフである。
【図３１】エンジン回転数Ｎｅと動力出力装置の伝達効率との関係を例示するグラフである。
【図３２】エンジンの回転数Ｎｅと車両全体の効率との関係を例示するグラフである。
【図３３】第３実施例の変形例における処理の要部を示すフローチャートである。
【図３４】排気再循環量ＱＥＧＲに基づく補正係数ε２を求める関数ｆ５（ＱＥＧＲ）を例示するグラフである。
【図３５】第４実施例の動力出力装置の概略構成を示す構成図である。
【図３６】第４実施例における過給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３７】第４実施例における動作線を例示する説明図である。
【図３８】非過給状態での動作線を例示する説明図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１１０…動力出力装置
１１１…動力伝達ギヤ
１１２…駆動軸
１１４…ディファレンシャルギヤ
１１６，１１８…駆動輪
１１７，１１９…駆動輪
１１９…ケース
１２０…プラネタリギヤ
１２１…サンギヤ
１２２…リングギヤ
１２３…プラネタリピニオンギヤ
１２４…プラネタリキャリア
１２５…サンギヤ軸
１２６…リングギヤ軸
１２８…動力取出ギヤ
１２９…チェーンベルト
１３２…ロータ
１３３…ステータ
１３４…三相コイル
１３５…永久磁石
１３９…レゾルバ
１４２…ロータ
１４３…ステータ
１４４…三相コイル
１４５…永久磁石
１４９…レゾルバ
１５０…エンジン
１５１…燃料噴射弁
１５２…吸気弁
１５３…開閉特性変更機構
１５４…燃焼室
１５５…ピストン
１５６…クランクシャフト
１５７…レゾルバ
１５８…イグナイタ
１６０…ディストリビュータ
１６２…点火プラグ
１６４…アクセルペダル
１６４ａ…アクセルペダルポジションセンサ
１６５…ブレーキペダル
１６５ａ…ブレーキペダルポジションセンサ
１６６…スロットルバルブ
１６７…スロットルバルブポジションセンサ
１６８…アクチュエータ
１７０…エンジンＥＣＵ
１７２…吸気管負圧センサ
１７３…カムシャフトポジションセンサ
１７４…水温センサ
１７６…回転数センサ
１７８…回転角度センサ
１７９…スタータスイッチ
１８０…制御装置
１８２…シフトレバー
１８４…シフトポジションセンサ
１９０…制御ＣＰＵ
１９０ａ…ＲＡＭ
１９０ｂ…ＲＯＭ
１９１…第１の駆動回路
１９２…第２の駆動回路
１９４…バッテリ
１９５，１９６…電流検出器
１９７，１９８…電流検出器
１９９…残容量検出器
２００…ＥＧＲ装置
２１０、４１０…動力出力装置
４００…過給器
Ｌ１，Ｌ２…電源ライン
ＭＧ１…モータ
ＭＧ２…モータ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタ
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６…トランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機とを備え、該原動機および該電動機と駆動軸との間で動力を分配あるいは合成する動力出力装置およびその制御方法に関し、詳しくは、駆動軸に動力を出力する動力出力装置およびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、動力源を二つ持ち両者を利用する動力出力装置を搭載した車両は、ハイブリッド車両と呼ばれる。こうしたハイブリッド車両の構成は、種々考えられるが、原動機、例えばガソリンエンジンの動力（回転数×出力トルク）をそのまま駆動軸に出力するのではなく、エンジンから駆動軸までの経路に動力の調整を行なう手段を設け、動力の大きさ自体は変更せず、出力トルクを増減するトルクコンバータの機能を持たせた構成が知られている（例えば、特許文献１参照）。なお、この例では動力の分配・合成に、プラネタリギアを用いており、いわゆる機械分配タイプの構成を採用しているが、相対的に回転可能な二つのロータを備えた対ロータモータを用い、ロータ間の滑り回転を利用してエネルギをやりとりするタイプ（いわゆる電気分配タイプ）の構成を採用することも可能である。
【０００３】
かかる動力出力装置では、任意の運転ポイントで運転されている原動機から出力される動力はプラネタリギヤにより発電機に伝達される動力と駆動軸に伝達される動力とに分配される。原動機から出力された動力を回転数を低減しつつトルクアップして駆動軸に出力する場合には、発電機に伝達された動力を電力として回生し、この電力を用いて駆動軸に結合された電動機を駆動して駆動軸にトルクを付加する。逆に、原動機から出力される動力をトルクを低減しつつ回転数を増して駆動軸に出力する、いわゆるオーバードライブモードの場合には、電動機に伝達された動力を電力として回生し、この電力を用いて発電機を電動機として駆動する。電動機が駆動軸に結合していることを考えると、オーバードライブモードにおいては、電動機で回生された電力が発電機に供給されるものの、該発電機を駆動して得られる動力の一部はプラネタリギヤを介して駆動軸に出力される際に、再び電動機により電力として回生されることになり、エネルギの一部が電動機，発電機，プラネタリギヤ，電動機の順に循環する循環路を形成してしまう。こうしたエネルギの循環は、循環するエネルギの量が大きくなると、それに伴って原動機からプラネタリギヤを介して直接駆動軸に出力される損失の小さなエネルギが小さくなるから、装置全体のエネルギ効率を低下させる。
【０００４】
そこで、エネルギの循環が生じないように、原動機である内燃機関の運転ポイントを変更し、装置全体としての効率を高く保とうとする構成を出願人は既に提案している（特許文献２参照）。この場合、例えばオーバードライブ状態となることを避けるために、エンジンの回転数を高めており、エンジンから出力される動力自体は大きく変更しないことから、その分、出力トルクを低減する制御を行なっている。具体的には、エンジンのスロットルバルブを絞って、エンジンの出力トルクを低減し、他方、電動機の回転数を高めているのである。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−２９４２０５号公報
【特許文献２】特開平１０−３２６１１５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ハイブリッド車両に用いられるこうした動力出力装置は、内燃機関などの原動機を、限られた回転数領域、限られた出力トルク領域で運転することができるため、その効率はきわめて高い。ところが、装置全体としてのエネルギ効率を追求したところ、更なる改善の余地が存在することが見いだされた。すなわち、エネルギの循環が生じるのを避けようとして、エンジンの運転ポイント（回転数×出力トルク）を変更する際、スロットルバルブを閉じて、エンジンの出力トルクを低減すると、スロットルバルブが閉じたことにより、エンジンのポンピングロスが増加し、装置全体として見たときの効率が必ずしも最善にならない場合が見いだされたのである。
【０００７】
本発明は、こうした課題を解決し、原動機から駆動軸にエネルギが出力される過程においてエネルギの循環路が形成されないように制御する場合の装置全体のエネルギ効率の低下を防止することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の動力出力装置およびその制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。即ち、本発明の動力出力装置は、
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機とを備え、該原動機および該電動機と駆動軸との間で動力を分配あるいは合成する動力出力装置であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合され、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整する動力調整手段と、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定する運転ポイント設定手段と、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構と、
該原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御する原動機制御手段と、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御する電動機制御手段と
を備えることを要旨としている。
【０００９】
ここでいう「動力」は、軸に作用するトルクとその軸の回転数との積の形態で表わされ、単位時間当たりに出力されるエネルギの大きさをいう。これに対し、「動力状態」とは、ある動力を与えるトルクおよび回転数の組み合わせによって定まる運転状態をいうものと定義する。従って、ある「動力」を与える「動力状態」は、トルクおよび回転数の組み合わせにより無数に存在することになる。こうした「動力」および「動力状態」の意味は、後述する本発明の動力出力装置の制御方法においても同様である。なお、動力出力装置は、各瞬間ごとにおけるエネルギのやりとり、言い換えれば単位時間当たりのエネルギ収支を基準として制御されるため、以下、「エネルギ」という用語は単位時間当たりのエネルギ、即ち「動力」と同義の用語として用いる。同様に、単位時間当たりの電気エネルギを意味する「電力」と「電気エネルギ」も同義の用語として用いる。
【００１０】
また、本発明の動力出力装置に対応した動力出力方法の発明は、
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と、電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機と、動力が出力される駆動軸との間で、動力を分配あるいは合成することで、最終的に動力を前記駆動軸に出力する動力出力方法であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合された動力調整手段を用いて、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整し、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定し、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御し、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御すること
を要旨としている。
【００１１】
かかる動力出力装置および動力出力方法によれば、原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定しておき、原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構を駆動して、原動機の運転ポイントを目標運転ポイントに制御する。その上で、運転ポイントが変更された後の原動機の運転状態に基づいて、駆動軸に目標動力が出力されるよう、電動機および動力調整手段を制御する。従って、原動機および電動機の総合的な効率の観点から設定された目標運転ポイントに向けて、ポンピングロスの増大を抑制しつつ、運転状態は変更されることになり、装置全体の運転効率は高く維持される。
【００１２】
ここで、電動機を、駆動軸との間で動力のやり取りを行なう位置に設けておき、総合的な効率の観点として、原動機から駆動軸に到る動力の経路において、エネルギの循環が生じる状態を生じさせないように、目標運転ポイントの設定を行なうものとすることができる。こうすれば、エネルギの循環による効率の低下を生じることがない。
【００１３】
原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構としては、種々の構成を考えることができる。例えば、原動機における排気循環量を可変するＥＧＲ装置を考えることができる。この場合、目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、ＥＧＲ装置を駆動して、原動機への排気循環量を増大するものとすればよい。こうすれば、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１４】
また、原動機運転ポイント変更機構として、原動機に設けられた吸気弁および／または排気弁の当該原動機の出力トルクに影響を与える特性を可変する吸排気弁特性可変装置を用いる場合には、目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、この吸排気弁特性可変装置を駆動して、原動機への吸気弁および／または排気弁の特性を、低出力トルク側に変更すれば良い。この場合も、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１５】
ここで、排気弁の特性としては、吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開弁および閉弁の少なくとも一方について、開閉弁タイミングおよびリフト量の少なくとも一方を想定することができる。これらの特性を変更することにより、原動機の運転ポイントを変更することができるからである。
【００１６】
また、原動機運転ポイント変更機構として、原動機における空気と燃料の混合の比率である空燃比を可変する空燃比可変装置を採用することも可能である。この場合には、目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクが設定されたとき、空燃比可変装置を駆動して、原動機の空燃比をリーン側に制御すればよい。この場合も、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１７】
更に、原動機運転ポイント変更機構としては、原動機における過給量を可変する過給量可変装置を採用することも可能である。この場合には、目標運転ポイントとして、従前の過給量を減らす側に制御すればよい。この場合も、ポンピングロスを増加することなく原動機の出力トルクを低下することができ、動力出力装置の総合的な効率の低下を抑制することができる。
【００１８】
上記動力出力装置および動力出力方法において、原動機の出力トルクの変動量を検出するものとし、検出された出力トルクの変動量が所定以上とならないように、原動機運転ポイント変更機構の制御量を制限し、制御量の制限により生じた出力トルクの目標運転ポイントからのズレを補償するものとしても良い。こうすれば、原動機の出力トルクの変動を抑制することができる。
【００１９】
このとき、出力トルクの補償は、原動機の吸気通路の開口面積を調整するスロットルバルブの開度を調整することにより行なうことができる。もとより、他の制御、例えば点火時期制御や空燃比制御により実現しても差し支えない。
【００２０】
目標運転ポイントに向けて原動機の運転ポイントを制御している間に、駆動軸に要求される動力の目標値が変更される場合がある。こうした場合には、原動機が目標運転ポイントに至るまで、原動機の運転状態を連続的に制御することも好適である。目標運転ポイントが大きく変化した場合でも、運転状態を直ちに最適化するのではなく、連続的に徐々に変更後の目標運転ポイントに向けて制御するので、原動機の出力が不連続に変動することがなく、原動機に振動などを生じることもない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
（１）第１実施例の構成：吸気弁の開閉タイミング可変機構を用いた構成：
［１］ハードウェア構成：
［２］動力分配の仕組み：
［３］エネルギ循環の発生について：
［４］トルク制御：
［５］バルブタイミングなどのエンジン制御：
［６］変形例：
（２）第２実施例：ＥＧＲ装置を用いた構成：
［１］基本構成：
［２］変形例１：
［３］変形例２：
［４］変形例３：
（３）第３実施例：
［１］排気再循環量による運転ポイントの補正：
［２］変形例：
（４）第４実施例：
［１］基本構成：
［２］過給器の制御：
（５）その他の変形例：
【００２２】
図１は本発明の一実施例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す構成図、図２は実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図、図３は実施例の動力出力装置１１０を組み込んだ車両の概略構成を示す構成図である。説明の都合上、まず図３を用いて、車両全体の構成から説明する。
【００２３】
（１）第１実施例構成：吸気弁の開閉タイミング可変機構を用いた構成：
［１］ハードウェア構成：
図３に示すように、この車両は、ガソリンを燃料として動力を出力するエンジン１５０を備える。このエンジン１５０は、吸気系からスロットルバルブ１６６を介して吸入した空気と燃料噴射弁１５１から噴射されたガソリンとの混合気を吸気弁１５２を介して燃焼室１５４に吸入し、この混合気の爆発により押し下げられるピストン１５５の運動をクランクシャフト１５６の回転運動に変換する。ここで、スロットルバルブ１６６はアクチュエータ１６８により開閉駆動される。点火プラグ１６２は、イグナイタ１５８からディストリビュータ１６０を介して導かれた高電圧によって電気火花を形成し、混合気はその電気火花によって点火されて爆発燃焼する。
【００２４】
このエンジン１５０は、吸気弁１５２の開閉タイミングＢＴおよび吸気弁１５２のリフト量ＬＴを変更する開閉特性変更機構１５３を備える。この開閉特性変更機構１５３は、吸気弁１５２を開閉駆動する図示しない吸気カムシャフトのクランク角に対する位相を進角または遅角することにより吸気弁１５２の開閉タイミングＢＴを調整する。また、クランクシャフトから吸気カムシャフトまでの間に設けられた図示しない偏心カム機構を利用して、吸気弁１５２のリフト量ＬＴも可変することができる。なお、吸気弁１５２の開閉タイミングＢＴ、即ち吸気カムシャフトの位相の進角および遅角と、吸気弁１５２のリフト量ＬＴ、即ち偏心カム機構の位相とは、吸気カムシャフトおよび偏心カム機構のポジションを検出するカムポジションセンサ１７３により検出された信号に基づいて、後述する電子制御ユニット１７０によるフィードバック制御によって制御される。
【００２５】
このエンジン１５０の運転は、電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵと呼ぶ）１７０により制御されている。エンジンＥＣＵ１７０には、エンジン１５０の運転状態を示す種々のセンサが接続されている。例えば、スロットルバルブ１６６の開度（ポジション）ＴＶＰを検出するスロットルバルブポジションセンサ１６７、エンジン１５０の負荷を検出する吸気管負圧センサ１７２、吸気カムシャフトのポジションを検出するカムシャフトポジションセンサ１７３、エンジン１５０の水温を検出する水温センサ１７４、ディストリビュータ１６０に設けられクランクシャフト１５６の回転数と回転角度を検出する回転数センサ１７６及び回転角度センサ１７８などである。なお、エンジンＥＣＵ１７０には、この他、例えばイグニッションキーの状態ＳＴを検出するスタータスイッチ１７９なども接続されているが、その他のセンサ，スイッチなどの図示は省略した。
【００２６】
エンジン１５０のクランクシャフト１５６は、後述するプラネタリギヤ１２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２に結合されており、更に駆動軸１１２を回転軸とする動力伝達ギヤ１１１を介してディファレンシャルギヤ１１４に結合されている。したがって、動力出力装置１１０から出力された動力は、最終的に左右の駆動輪１１６，１１８に伝達される。モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、制御装置１８０に電気的に接続されており、この制御装置１８０によって制御される。制御装置１８０の構成は後で詳述するが、内部には制御ＣＰＵが備えられており、シフトレバー１８２に設けられたシフトポジションセンサ１８４やアクセルペダル１６４に設けられたアクセルペダルポジションセンサ１６４ａ，ブレーキペダル１６５に設けられたブレーキペダルポジションセンサ１６５ａなども接続されている。また、制御装置１８０は、上述したエンジンＥＣＵ１７０と通信により、種々の情報をやり取りしている。これらの情報のやり取りを含む制御については、後述する。
【００２７】
図１に示すように、実施例の動力出力装置１１０は、大きくは、エンジン１５０、エンジン１５０のクランクシャフト１５６にプラネタリキャリア１２４が機械的に結合されたプラネタリギヤ１２０、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたモータＭＧ１、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたモータＭＧ２およびモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御装置１８０から構成されている。
【００２８】
プラネタリギヤ１２０およびモータＭＧ１，ＭＧ２の構成について、図２により説明する。プラネタリギヤ１２０は、クランクシャフト１５６に軸中心を貫通された中空のサンギヤ軸１２５に結合されたサンギヤ１２１と、クランクシャフト１５６と同軸のリングギヤ軸１２６に結合されたリングギヤ１２２と、サンギヤ１２１とリングギヤ１２２との間に配置されサンギヤ１２１の外周を自転しながら公転する複数のプラネタリピニオンギヤ１２３と、クランクシャフト１５６の端部に結合され各プラネタリピニオンギヤ１２３の回転軸を軸支するプラネタリキャリア１２４とから構成されている。このプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４にそれぞれ結合されたサンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびクランクシャフト１５６の３軸が動力の入出力軸とされ、３軸のうちいずれか２軸へ入出力される動力が決定されると、残余の１軸に入出力される動力は決定された２軸へ入出力される動力に基づいて定まる。なお、このプラネタリギヤ１２０の３軸への動力の入出力についての詳細は後述する。
【００２９】
リングギヤ１２２には、動力の取り出し用の動力取出ギヤ１２８が結合されている。この動力取出ギヤ１２８は、チェーンベルト１２９により動力伝達ギヤ１１１に接続されており、動力取出ギヤ１２８と動力伝達ギヤ１１１との間で動力の伝達がなされる。
【００３０】
モータＭＧ１は、同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石１３５を有するロータ１３２と、回転磁界を形成する三相コイル１３４が巻回されたステータ１３３とを備える。ロータ１３２は、プラネタリギヤ１２０のサンギヤ１２１に結合されたサンギヤ軸１２５に結合されている。ステータ１３３は、無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されており、ケース１１９に固定されている。このモータＭＧ１は、永久磁石１３５による磁界と三相コイル１３４によって形成される磁界との相互作用によりロータ１３２を回転駆動する電動機として動作し、永久磁石１３５による磁界とロータ１３２の回転との相互作用により三相コイル１３４の両端に起電力を生じさせる発電機として動作する。なお、サンギヤ軸１２５には、その回転角度θｓを検出するレゾルバ１３９が設けられている。
【００３１】
モータＭＧ２も、モータＭＧ１と同様に同期電動発電機として構成され、外周面に複数個の永久磁石１４５を有するロータ１４２と、回転磁界を形成する三相コイル１４４が巻回されたステータ１４３とを備える。ロータ１４２は、プラネタリギヤ１２０のリングギヤ１２２に結合されたリングギヤ軸１２６に結合されており、ステータ１４３はケース１１９に固定されている。モータＭＧ２のステータ１４３も無方向性電磁鋼板の薄板を積層して形成されている。このモータＭＧ２もモータＭＧ１と同様に、電動機あるいは発電機として動作する。なお、リングギヤ軸１２６には、その回転角度θｒを検出するレゾルバ１４９が設けられている。
【００３２】
次に、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御する制御装置１８０について説明する。図１に示すように、制御装置１８０は、モータＭＧ１を駆動する第１の駆動回路１９１、モータＭＧ２を駆動する第２の駆動回路１９２、両駆動回路１９１，１９２を制御する制御ＣＰＵ１９０、二次電池であるバッテリ１９４から構成されている。制御ＣＰＵ１９０は、１チップマイクロプロセッサであり、内部に、ワーク用のＲＡＭ１９０ａ、処理プログラムを記憶したＲＯＭ１９０ｂ、入出力ポート（図示せず）およびエンジンＥＣＵ１７０と通信を行なうシリアル通信ポート（図示せず）を備える。この制御ＣＰＵ１９０には、レゾルバ１３９からのサンギヤ軸１２５の回転角度θｓ、レゾルバ１４９からのリングギヤ軸１２６の回転角度θｒ、アクセルペダルポジションセンサ１６４ａからのアクセルペダルポジション（アクセルペダルの踏込量）ＡＰ、ブレーキペダルポジションセンサ１６５ａからのブレーキペダルポジション（ブレーキペダルの踏込量）ＢＰ、シフトポジションセンサ１８４からのシフトポジションＳＰ、第１の駆動回路１９１に設けられた２つの電流検出器１９５，１９６からの電流値Ｉｕ１，Ｉｖ２、第２の駆動回路１９２に設けられた２つの電流検出器１９７，１９８からの電流値Ｉｕ２，Ｉｖ２、バッテリ１９４の残容量を検出する残容量検出器１９９からの残容量ＢRMなどが、入力ポートを介して入力されている。なお、残容量検出器１９９は、バッテリ１９４の電解液の比重またはバッテリ１９４の全体の重量を測定して残容量を検出するものや、充電・放電の電流値と時間を演算して残容量を検出するものや、バッテリの端子間を瞬間的にショートさせて電流を流し内部抵抗を測ることにより残容量を検出するものなどが知られている。
【００３３】
また、制御ＣＰＵ１９０からは、第１の駆動回路１９１に設けられたスイッチング素子である６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６を駆動する制御信号ＳＷ１と、第２の駆動回路１９２に設けられたスイッチング素子としての６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６を駆動する制御信号ＳＷ２とが出力されている。第１の駆動回路１９１内の６個のトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６は、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、一対の電源ラインＬ１，Ｌ２に対してソース側とシンク側となるよう２個ずつペアで配置され、その接続点に、モータＭＧ１の三相コイル（ＵＶＷ）３４の各々が接続されている。電源ラインＬ１，Ｌ２は、バッテリ１９４のプラス側とマイナス側に、それぞれ接続されているから、制御ＣＰＵ１９０により対をなすトランジスタＴｒ１ないしＴｒ６のオン時間の割合を制御信号ＳＷ１により順次制御し、三相コイル１３４の各コイルに流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル１３４により、回転磁界が形成される。
【００３４】
他方、第２の駆動回路１９２の６個のトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６も、トランジスタインバータを構成しており、それぞれ、第１の駆動回路１９１と同様に配置されていて、対をなすトランジスタの接続点は、モータＭＧ２の三相コイル１４４の各々に接続されている。したがって、制御ＣＰＵ１９０により対をなすトランジスタＴｒ１１ないしＴｒ１６のオン時間を制御信号ＳＷ２により順次制御し、各コイル１４４に流れる電流を、ＰＷＭ制御によって擬似的な正弦波にすると、三相コイル１４４により、回転磁界が形成される。
【００３５】
以上構成を説明した実施例の動力出力装置１１０の動作について説明する。実施例の動力出力装置１１０の動作原理、特にトルク変換の原理は以下の通りである。エンジン１５０を回転数Ｎｅ，トルクＴｅの運転ポイントＰ１で運転し、このエンジン１５０から出力されるエネルギＰｅと同一のエネルギであるが異なる回転数Ｎｒ，トルクＴｒの運転ポイントＰ２でリングギヤ軸１２６を運転する場合、すなわち、エンジン１５０から出力される動力をトルク変換してリングギヤ軸１２６に作用させる場合について考える。この時のエンジン１５０とリングギヤ軸１２６の回転数およびトルクの関係を図４に示す。
【００３６】
［２］動力分配の仕組み：
プラネタリギヤ１２０の３軸（サンギヤ軸１２５，リングギヤ軸１２６およびプラネタリキャリア１２４（クランクシャフト１５６））における回転数やトルクの関係は、機構学の教えるところによれば、図５および図６に例示する共線図と呼ばれる図として表わすことができ、幾何学的に解くことができる。なお、プラネタリギヤ１２０における３軸の回転数やトルクの関係は、上述の共線図を用いなくても各軸のエネルギを計算することなどにより数式的に解析することもできる。本実施例では説明の容易のため共線図を用いて説明する。
【００３７】
図５における縦軸は３軸の回転数軸であり、横軸は３軸の座標軸の位置の比を表わす。すなわち、サンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６の座標軸Ｓ，Ｒを両端にとったとき、プラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃは、軸Ｓと軸Ｒを１：ρに内分する軸として定められる。ここで、ρは、リングギヤ１２２の歯数に対するサンギヤ１２１の歯数の比であり、次式（１）で表わされる。
【００３８】
ρ＝（サンギヤの歯数）／（リングギヤの歯数） …（１）
【００３９】
いま、エンジン１５０が回転数Ｎｅで運転されており、リングギヤ軸１２６が回転数Ｎｒで運転されている場合を考えているから、エンジン１５０のクランクシャフト１５６が結合されているプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃにエンジン１５０の回転数Ｎｅを、リングギヤ軸１２６の座標軸Ｒに回転数Ｎｒをプロットすることができる。この両点を通る直線を描けば、この直線と座標軸Ｓとの交点で表わされる回転数としてサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓを求めることができる。以下、この直線を動作共線と呼ぶ。なお、回転数Ｎｓは、回転数Ｎｅと回転数Ｎｒとを用いて比例計算式（次式（２））により求めることができる。このようにプラネタリギヤ１２０では、サンギヤ１２１，リングギヤ１２２およびプラネタリキャリア１２４のうちいずれか２つの回転を決定すると、残余の１つの回転は、決定した２つの回転に基づいて決定される。
【００４０】
Ｎｓ＝Ｎｒ−（Ｎｒ−Ｎｅ）×（１＋ρ）／ρ …（２）
【００４１】
次に、描かれた動作共線に、エンジン１５０のトルクＴｅをプラネタリキャリア１２４の座標軸Ｃを作用線として図中下から上に作用させる。このとき動作共線は、トルクに対してはベクトルとしての力を作用させたときの剛体として取り扱うことができるから、座標軸Ｃ上に作用させたトルクＴｅは、平行な２つの異なる作用線への力の分離の手法により、座標軸Ｓ上のトルクＴｅｓと座標軸Ｒ上のトルクＴｅｒとに分離することができる。このときトルクＴｅｓおよびＴｅｒの大きさは、次式（３）および式（４）によって表わされる。
【００４２】
Ｔｅｓ＝Ｔｅ×ρ／（１＋ρ） …（３）
Ｔｅｒ＝Ｔｅ×（１／（１＋ρ）） …（４）
【００４３】
動作共線がこの状態で安定であるためには、動作共線の力の釣り合いをとればよい。すなわち、座標軸Ｓ上には、トルクＴｅｓと大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ１を作用させ、座標軸Ｒ上には、リングギヤ軸１２６に出力するトルクＴｒと同じ大きさで向きが反対のトルクとトルクＴｅｒとの合力に対し大きさが同じで向きが反対のトルクＴｍ２を作用させるのである。このトルクＴｍ１はモータＭＧ１により、トルクＴｍ２はモータＭＧ２により作用させることができる。このとき、モータＭＧ１では回転の方向と逆向きにトルクを作用させるから、モータＭＧ１は発電機として動作することになり、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１をサンギヤ軸１２５から回生する。モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの方向とが同じであるから、モータＭＧ２は電動機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２を動力としてリングギヤ軸１２６に出力する。
【００４４】
ここで、電気エネルギＰｍ１と電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ２で消費する電力のすべてをモータＭＧ１により回生して賄うことができる。このためには、入力されたエネルギのすべてを出力するものとすればよいから、エンジン１５０から出力されるエネルギＰｅとリングギヤ軸１２６に出力されるエネルギＰｒとを等しくすればよい。すなわち、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギＰｅと、トルクＴｒと回転数Ｎｒとの積で表わされるエネルギＰｒとを等しくするのである。図４に照らせば、運転ポイントＰ１で運転されているエンジン１５０から出力されるトルクＴｅと回転数Ｎｅとで表わされる動力状態を、トルク変換して、同一のエネルギでトルクＴｒと回転数Ｎｒとで表わされる動力状態としてリングギヤ軸１２６に出力するのである。前述したように、リングギヤ軸１２６に出力された動力は、動力取出ギヤ１２８および動力伝達ギヤ１１１により駆動軸１１２に伝達され、ディファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に伝達される。したがって、リングギヤ軸１２６に出力される動力と駆動輪１１６，１１８に伝達される動力とにはリニアな関係が成立するから、駆動輪１１６，１１８に伝達される動力は、リングギヤ軸１２６に出力される動力を制御することにより制御することができる。
【００４５】
図５の共線図の状態のときのエネルギの流れを図７に模式的に示す。図中の通路の太さは、エネルギの大きさを示す。図示するように、エンジン１５０は、燃料（実施例ではガソリン）が持つ化学エネルギをエンジン１５０の効率を乗じた機械エネルギ（回転動力）としてクランクシャフト１５６に出力する。プラネタリギヤ１２０は、エンジン１５０から出力された機械エネルギをプラネタリキャリア１２４から入力し、この機械エネルギを上述の動作共線の釣り合いの関係に基づいてサンギヤ軸１２５とリングギヤ軸１２６とに分配する。サンギヤ軸１２５に取り付けられたモータＭＧ１は、発電機として機能して、プラネタリギヤ１２０によりサンギヤ軸１２５に分配された機械エネルギをモータＭＧ１の効率を乗じた電気エネルギＰｍ１として回生し、この電気エネルギＰｍ１をバッテリ１９４やモータＭＧ２に供給する。リングギヤ軸１２６に取り付けられたモータＭＧ２は、プラネタリギヤ１２０により分配された機械エネルギを保有するリングギヤ軸１２６に、モータＭＧ１から供給される電気エネルギＰｍ１をモータＭＧ１の効率を乗じた機械エネルギを出力する。したがって、バッテリ１９４の充放電は行なわれず、モータＭＧ１により回生された電気エネルギＰｍ１のすべてがモータＭＧ２に供給されるものとすれば、エンジン１５０からクランクシャフト１５６に出力された機械エネルギは、プラネタリギヤ１２０を介してリングギヤ軸１２６に直接出力される経路と、モータＭＧ１とモータＭＧ２とにより電気エネルギを経由してリングギヤ軸１２６に出力される経路との２つの経路を通ってリングギヤ軸１２６に出力されることになる。実施例の動力出力装置１１０では、図５の共線図の状態においては、こうした２つの経路を通ることにより、エンジン１５０に出力された動力を所望の動力状態にトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力することができるのである。なお、図７の模式図では、モータＭＧ１により回生された電気エネルギＰｍ１の一部を用いてバッテリ１９４を充電するものとしたが、逆に、バッテリ１９４から電気エネルギを取り出してモータＭＧ１により回生される電気エネルギＰｍ１と合わせてモータＭＧ２に供給するものとしてもよい。
【００４６】
図５に示す共線図ではサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓは正であったが、エンジン１５０の回転数Ｎｅとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとによっては、図６に示す共線図のように負となる場合もある。このときには、モータＭＧ１では、回転の方向とトルクの作用する方向とが同じになるから、モータＭＧ１は電動機として動作し、トルクＴｍ１と回転数Ｎｓとの積で表わされる電気エネルギＰｍ１を消費する。一方、モータＭＧ２では、回転の方向とトルクの作用する方向とが逆になるから、モータＭＧ２は発電機として動作し、トルクＴｍ２と回転数Ｎｒとの積で表わされる電気エネルギＰｍ２をリングギヤ軸１２６から回生することになる。この場合、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１とモータＭＧ２で回生する電気エネルギＰｍ２とを等しくすれば、モータＭＧ１で消費する電気エネルギＰｍ１をモータＭＧ２で丁度賄うことができる。
【００４７】
［３］エネルギ循環の発生について：
図６の共線図の状態のときのエネルギの流れを図８に模式的に示す。図示するように、図８の模式図では、プラネタリギヤ１２０は、エンジン１５０から出力される機械エネルギをプラネタリキャリア１２４に入力すると共にモータＭＧ１により出力される機械エネルギをサンギヤ軸１２５に入力し、これらの機械エネルギの和を動作共線の釣り合いの関係に基づいてリングギヤ軸１２６に出力する。リングギヤ軸１２６に取り付けられたモータＭＧ２は、発電機として機能して、プラネタリギヤ１２０によりリングギヤ軸１２６に出力された機械エネルギの一部をモータＭＧ２の効率を乗じた電気エネルギＰｍ２として回生し、この電気エネルギＰｍ２をバッテリ１９４やモータＭＧ１に供給する。したがって、バッテリ１９４の充放電は行なわれず、モータＭＧ２により回生された電気エネルギＰｍ２のすべてがモータＭＧ１に供給されるものとすれば、エンジン１５０からクランクシャフト１５６に出力された機械エネルギは、モータＭＧ１，プラネタリギヤ１２０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順に形成される循環路を経由してリングギヤ軸１２６に出力されることになる。実施例の動力出力装置１１０では、図６の共線図の状態においては、こうしたエネルギの循環路を形成することにより、エンジン１５０に出力された動力を所望の動力状態にトルク変換してリングギヤ軸１２６に出力することができるのである。図６の共線図において、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒが大きくなったときやエンジン１５０のトルクＴｅを大きくしたときなどには、図９の模式図に示すように、上述の循環するエネルギが大きくなってモータＭＧ１およびモータＭＧ２による損失が大きくなり、エンジン１５０から出力される機械エネルギのうちプラネタリギヤ１２０を介して直接リングギヤ軸１２６に出力される損失の小さなエネルギが小さくなるから、動力出力装置１１０のエネルギ効率は低下する。こうした大きなエネルギの循環がエネルギ効率からみて好ましくないのは、上述の「発明が解決しようとする課題」の欄でも記載した。なお、図８や図９の模式図では、モータＭＧ２により回生された電気エネルギＰｍ２の一部を用いてバッテリ１９４を充電するものとしたが、逆に、バッテリ１９４から電気エネルギを取り出してモータＭＧ２により回生される電気エネルギＰｍ２と合わせてモータＭＧ１に供給するものとしてもよい。
【００４８】
［４］トルク制御：
次に、上述の大きなエネルギの循環を回避するトルク制御の実際について図１０に例示するトルク制御ルーチンに基づき説明する。本ルーチンは、動力出力装置１１０が起動されたときから所定時間毎（例えば、４８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行されるものである。本ルーチンが実行されると、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０は、まず、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒを読み込む処理を実行する（ステップＳ１００）。リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒはレゾルバ１４９により検出される回転角度θｒから求めることができる。
【００４９】
続いて、アクセルペダルポジションセンサ１６４ａによって検出されるアクセルペダルポジションＡＰを入力する処理を行なう（ステップＳ１０２）。アクセルペダル１６４は運転者が出力トルクが足りないと感じたときに踏み込まれるものであるから、アクセルペダルポジションＡＰは運転者の欲している出力トルク（すなわち、駆動輪１１６，１１８に出力すべきトルク）に対応するものとなる。アクセルペダルポジションＡＰを読み込むと、読み込んだアクセルペダルポジションＡＰとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとに基づいてリングギヤ軸１２６に出力すべきトルクの目標値であるトルク指令値Ｔｒ＊を導出する処理を行なう（ステップＳ１０４）。また、こうして導出されたトルク指令値Ｔｒ＊とリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとの積からリングギヤ軸に出力すべきエネルギＰｒを算出する（ステップＳ１０６）。ここで、駆動輪１１６，１１８に出力すべきトルクを導出せずに、リングギヤ軸１２６に出力すべきトルクを導出するのは、リングギヤ軸１２６は動力取出ギヤ１２８，動力伝達ギヤ１１１およびディファレンシャルギヤ１１４を介して駆動輪１１６，１１８に機械的に結合されているから、リングギヤ軸１２６に出力すべきトルクを導出すれば、駆動輪１１６，１１８に出力すべきトルクを導出する結果となるからである。なお、実施例では、リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を示すマップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、アクセルペダルポジションＡＰが読み込まれると、読み込まれたアクセルペダルポジションＡＰとリングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとＲＯＭ１９０ｂに記憶したマップとに基づいてトルク指令値Ｔｒ＊の値を導出するものとした。このマップの一例を図１１に示す。
【００５０】
次に、残容量検出器１９９により検出されるバッテリ１９４の残容量ＢRMを読み込み（ステップＳ１０８）、読み込んだバッテリ１９４の残容量ＢRMに基づいてバッテリ１９４を充放電する電力（充放電エネルギＰｂ）を設定する（ステップＳ１１０）。このように、バッテリ１９４の残容量ＢRMに基づいて充放電エネルギＰｂを設定するのは、バッテリ１９４の充電可能な電力や放電可能な電力は残容量ＢRMによって変化し、適正な充電電圧や放電電圧，充電電流や放電電流も残容量ＢRMによって変わるからである。図１２にバッテリ１９４の残容量ＢRMと充電可能な電力との関係の一例を示す。図中、閾値ＢＬと閾値ＢＨは、実施例におけるバッテリ１９４の適正な領域を示すものである。実施例では、バッテリ１９４の残容量ＢRMが閾値ＢＬを下回ったときに残容量ＢRMに基づいて求められる充電エネルギを充放電エネルギＰｂとして設定し、残容量ＢRMが閾値ＢＨを上回ったときに残容量ＢRMに基づいて求められる放電エネルギを充放電エネルギＰｂとして設定する。なお、実施例では、充放電エネルギＰｂは、充電エネルギのときには正の値として、放電エネルギのときには負の値として設定するものとし、バッテリ１９４の各残容量ＢRMに対して実験等により最適な充放電エネルギＰｂを求め、それを予めＲＯＭ１９０ｂにマップ（図示せず）として記憶しておき、バッテリ１９４の残容量ＢRMに対応する充放電エネルギＰｂをＲＯＭ１９０ｂに記憶したマップから導出するものとした。
【００５１】
充放電エネルギＰｂを導出すると、制御ＣＰＵ１９０は、リングギヤ軸１２６に出力すべきエネルギとして算出したエネルギＰｒと導出した充放電エネルギＰｂとエンジン１５０から出力される動力により駆動する図示しない補機（例えば、エアコンのコンプレッサや冷却水のポンプなど）の駆動に必要な補機駆動エネルギＰｈとの和として必要エネルギＰｎを算出し（ステップＳ１１２）、この必要エネルギＰｎをプラネタリギヤ１２０やモータＭＧ１，モータＭＧ２などによるトルク変換の効率ηｔで割ってエンジン１５０から出力すべきエネルギＰｅを算出する（ステップＳ１１４）。そして、求めたエネルギＰｅに基づいてエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定する処理を行なう（ステップＳ１１６）。ここで、エンジン１５０から出力するエネルギＰｅはそのトルクＴｅと回転数Ｎｅとの積に等しいから、エネルギＰｅと目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との関係はＰｅ＝Ｎｅ＊×Ｔｅ＊となる。この関係を満足するエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合せは無数に存在する。そこで、実施例では、実験などにより各エネルギＰｅに対してエンジン１５０ができる限り効率の高い状態で運転され、かつエネルギＰｅの変化に対してエンジン１５０の運転状態が滑らかに変化する運転ポイントを目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合わせとして求め、これを予めＲＯＭ１９０ｂにマップとして記憶しておき、エネルギＰｅに対応する目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との組み合わせをこのマップから導出するものとした。このマップについて、更に説明する。
【００５２】
図１３は、エンジン１５０の運転ポイントとエンジン１５０の効率との関係を示すグラフである。図中曲線Ｂはエンジン１５０の運転可能な領域の境界を示す。エンジン１５０の運転可能な領域には、その特性に応じて効率が同一の運転ポイントを示す曲線α１ないしα６のような等効率線を描くことができる。また、エンジン１５０の運転可能な領域には、トルクＴｅと回転数Ｎｅとの積で表わされるエネルギが一定の曲線、例えば曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３を描くことができる。こうして描いたエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１ないしＣ３−Ｃ３に沿って各運転ポイントの効率をエンジン１５０の回転数Ｎｅを横軸として表わすと図１４のグラフのようになる。
【００５３】
図示するように、出力するエネルギＰｅが同じでも、どの運転ポイントで運転するかによってエンジン１５０の効率は大きく異なる。例えばエネルギ一定の曲線Ｃ１−Ｃ１上では、エンジン１５０を運転ポイントＡ１（トルクＴｅ１，回転数Ｎｅ１）で運転することにより、その効率を最も高くすることができる。このような効率が最も高い運転ポイントは、出力エネルギ一定の曲線Ｃ２−Ｃ２およびＣ３−Ｃ３ではそれぞれ運転ポイントＡ２およびＡ３が相当するように、各エネルギ一定の曲線上に存在する。図１３中の曲線（動作曲線）Ａは、これらのことに基づき、スロットルバルブ１６６の前後で吸入空気に若干の圧力差が生じるようスロットルバルブ１６６の開度ＴＶＰを調節した状態で、かつ、各エネルギＰｅに対してエンジン１５０の効率ができる限り高くなる運転ポイントを連続する線で結んだものである。スロットルバルブ１６６の前後で吸入空気に若干の圧力差が生じるようスロットルバルブ１６６を調節する理由については後述する。実施例では、こうして得られる動作曲線Ａ上の各運転ポイント（トルクＴｅ，回転数Ｎｅ）とエネルギＰｅとの関係をマップとしたものを用いてエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを設定した。
【００５４】
ここで、動作曲線Ａを連続する曲線で結ぶのは、エネルギＰｅの変化に対して不連続な曲線によりエンジン１５０の運転ポイントを定めると、エネルギＰｅが不連続な運転ポイントを跨いで変化するときにエンジン１５０の運転状態が急変することになり、その変化の程度によっては、目標の運転状態にスムースに移行できずノッキングを生じたり停止してしまう場合があるからである。したがって、このように動作曲線Ａを連続する曲線で結ぶと、動作曲線Ａ上の各運転ポイントがエネルギ一定の曲線上で最も効率が高い運転ポイントとならない場合もある。なお、図１３中、トルクＴｅｍｉｎと回転数Ｎｅｍｉｎとにより表わされる運転ポイントＡｍｉｎは、エンジン１５０から出力可能な最小エネルギの運転ポイントである。
【００５５】
こうしてエンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とを設定すると、設定した目標トルクＴｅ＊とトルク指令値Ｔｒ＊とを用いて次式（５）によりモータＭＧ２のトルク指令値Ｔｍ２＊を計算する（ステップＳ１１８）。ここで、式（５）は、エンジン１５０が目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊との運転ポイントで定常運転されトルク指令値Ｔｒ＊のトルクがリングギヤ軸１２６に定常的に出力されるときにモータＭＧ２に設定されるトルク指令値Ｔｍ２＊を求める式であり、図５や図６の共線図における動作共線の釣り合いから求めることができる。
【００５６】
Ｔｍ２* ←Ｔｒ* −Ｔｃ* ×（１／（１＋ρ）） …（５）
【００５７】
続いて、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒに基づいて閾値Ｔｒｅｆを導出し（ステップＳ１２０）、算出したトルク指令値Ｔｍ２＊と閾値Ｔｒｅｆとを比較する（ステップＳ１２２）。閾値Ｔｒｅｆは、図８や図９の模式図を用いて説明したエネルギの循環の許容範囲の最大値をモータＭＧ２のトルクの最低値として表わすものであり、図５や図６の共線図と共に説明したように、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒに関連つけられて設定される。実施例では、例えば、図１５に例示するリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒと閾値Ｔｒｅｆとの関係を示すマップを予めＲＯＭ１９０ｂに記憶しておき、回転数Ｎｒが与えられると、この回転数Ｎｒに対応する閾値Ｔｒｅｆを導出するものとした。なお、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒが小さいときには大きなエネルギによる循環が生じにくいため、実施例では、リングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒが閾値Ｎｒｅｆ未満のときには閾値ＴｒｅｆにモータＭＧ２から出力可能な最小のトルクＴｍｉｎを設定するものとした。
【００５８】
トルク指令値Ｔｍ２＊が閾値Ｔｒｅｆより小さいときには、許容範囲外の大きなエネルギによる循環が生じ、動力出力装置１１０のエネルギ効率の低下が顕著になると判断し、閾値ＴｒｅｆがモータＭＧ２から出力されるトルクＴｍ２とみなして次式（６）によりエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊を計算して再設定し（ステップＳ１２４）、この再設定された目標トルクＴｅ＊でエネルギＰｅを除して目標回転数Ｎｅ＊を再設定する（ステップＳ１２６）。
【００５９】
Ｔｅ＊←（Ｔｒ＊−Ｔｒｅｆ）×（１＋ρ） …（６）
【００６０】
図１６に、再設定される前後の目標トルクＴｅ＊や目標回転数Ｎｅ＊の関係を例示する。再設定される前の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とがトルクＴｅ３と回転数Ｎｅ３とにより表わされる動作曲線Ａ上の運転ポイントＰ３となるよう設定されているときを考えると、閾値Ｔｒｅｆは式（５）で求められるトルク指令値Ｔｍ２＊より大きいから、上式（６）により再設定される目標トルクＴｅ＊はトルクＴｅ３より小さなトルクＴｅ４として算出され、この再設定された目標トルクＴｅ＊でエネルギＰｅを除して得られる回転数Ｎｅ４を目標回転数Ｎｅ＊に設定するから、エンジン１５０の目標とする運転ポイントは、運転ポイントＰ３からエネルギが同一の曲線上の運転ポイントＰ４に変更されることになる。なお、このようにエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とを閾値Ｔｒｅｆを用いて再設定することにより、エンジン１５０が再設定された目標回転数Ｎｅ＊と目標トルクＴｅ＊とで表わされる運転ポイントで定常運転されたときには、モータＭＧ２からは閾値Ｔｒｅｆのトルクが出力されることになり、許容範囲内の大きさのエネルギの循環にすることができる。かかる制御を行なうことによりエンジン１５０は、それまでより高回転数・低トルクで運転されることになる。こうしたエンジンの制御については、後でまとめて説明する。
【００６１】
以上説明したエネルギの大規模な再循環が生じる運転状態であるか否かの判断（ステップＳ１２２）とエンジンの目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊の再設定の処理（ステップＳ１２４，Ｓ１２６）を行なった後、エンジンの目標回転数Ｎｅ＊を用いて上式（２）によりサンギヤ軸１２５の目標回転数Ｎｓ＊を設定する（ステップＳ１２８）。そして、設定した各設定値を用いてモータＭＧ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を行なう（ステップＳ１３０ないしＳ１３４）。実施例では、図示の都合上、モータＭＧ１，モータＭＧ２およびエンジン１５０の各制御を別々のステップとして記載したが、実際には、これらの制御は同時に平行的にかつ総合的に行なわれる。例えば、制御ＣＰＵ１９０が割り込み処理を利用して、モータＭＧ１とモータＭＧ２の制御を同時に平行して実行すると共に、通信により指示を受けたエンジンＥＣＵ１７０によりエンジン１５０の制御も同時に行なわせるのである。
【００６２】
［５］バルブタイミングなどのエンジン制御：
図１０ステップＳ１３０およびＳ１３２として示したモータＭＧ１およびモータＭＧ２の制御は、設定した目標トルクＴｍ１＊、Ｔｍ２＊が得られるように各モータに流れる電力を制御する周知のものなので、説明は省略し、エンジン１５０の制御、特にエンジン１５０の吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴの制御について説明する。エンジン１５０は、その目標とする運転ポイントが目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊とによって設定されると、設定された運転ポイントで定常運転状態となるようエンジン１５０のトルクＴｅと回転数Ｎｅとが制御される。具体的には、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０から通信によりエンジンＥＣＵ１７０に指示を送信し、燃料噴射弁１５１からの燃料噴射量やスロットルバルブ１６６の開度ＴＡを増減して、エンジン１５０の出力トルクが目標トルクＴｅ＊に、回転数が目標回転数Ｎｅ＊になるように徐々に調整するのである。なお、エンジン１５０の回転数ＮｅはモータＭＧ１によるサンギヤ軸１２５の回転数Ｎｓの制御によって行なわれるから、エンジン１５０の制御は、エンジン１５０から目標トルクＴｅ＊が出力されるように行なえば足りることになる。そこで、エンジンＥＣＵ１７０は、図１７に示したように、制御装置１８０の制御ＣＰＵ１９０から、運転領域に関する種々の情報を受け取り（ステップＳ１３６）、次にこの情報に基づいて、エネルギ再循環が生じ得る運転領域になっているか否かの判断を行なう（ステップＳ１３７）。この判断は、図１０におけるステップＳ１２２の判断と同じである。
【００６３】
エネルギの再循環を避ける必要がない運転領域で運転されていると判断された場合には、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ、吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴおよびリフト量ＬＴは、それぞれ通常用の関数ｆＴＡ１、ｆＢＴ１、ｆＬＴ１を用いて、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊から設定する処理を行なう（ステップＳ１３８）。この場合、エンジン１５０は、図１３に示した最も効率の高い運転ポイントの線Ａに沿って運転されることになる。なお、本実施例では、これらのスロットルバルブ開度ＴＡ、開閉タイミングＢＴ、リフト量ＬＴの設定は、関数を用いて行なったが、マップなどを参照して設定するものとしても良い。
【００６４】
他方、エネルギの再循環を避けるべき運転領域で運転されていると判断された場合には、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊、目標回転数Ｎｅ＊の再設定が行なわれたことになる。この場合、図１３に示したエンジン１５０自体での最も運転効率の高い運転ポイントＡ１、Ａ２・・・からはずれ、図１６に示したように、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊が低く、目標回転数Ｎｅ＊が高い運転ポイントに変更される。そこで、こうした運転ポイントでエンジン１５０を運転すべく、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよびリフト量ＬＴを、エンジン１５０の目標トルクおよび回転数の再設定が行なわれた場合専用の関数ｆＴＡ２、ｆＢＴ２、ｆＬＴ２を用いて設定するのである（ステップＳ１３９）。その後、設定したスロットル開度ＴＡなどを用いて、エンジン１５０を運転する（ステップＳ１４０）。
【００６５】
ステップＳ１３９において設定されるスロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよびリフト量ＬＴについて説明する。本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡ、吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ、吸気弁１５２のリフト量ＬＴは、車両の総合的な効率を高くする観点から、動力の出力系において、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じ得る条件下では、次のように設定される。
（Ａ）吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよびリフト量ＬＴ：吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ遅角側に設定すると共に、吸気弁１５２のリフト量を小さく設定する。この結果、エンジン１５０がそれまでより高い目標回転数（例えば図１６Ｎｅ４）で運転されても、出力エネルギは増加しないから、結果的に低トルクの運転ポイントで運転される。
（Ｂ）スロットルバルブ開度ＴＡ：通常運転時と同一かより開いた開度ＴＡとして設定する。従来は、エンジン１５０を高回転数・低トルクの運転ポイントで運転するために、スロットルバルブ１６６の開度を絞っていたが、スロットルバルブ１６６を閉じれば、それだけポンピングロスが大きくなった。これに対して、本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡは、通常運転時より開いた開度に設定している（あるいは少なくともスロットル開度を絞る制御を行なわない）ので、回転数が上昇しても、ポンピングロスの増大は抑制される。
【００６６】
かかる制御を行なうことにより、特に吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴを遅角側に制御しかつバルブリフト量ＬＴを小さくすることにより、エンジン１５０の回転数Ｎｅを増加しつつ、出力するトルクＴｅを低下することができる。しかも、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡを絞ることをしていないので、スロットルバルブ１６６を閉じてエンジン１５０から出力トルクＴｅを低下する場合と比べて、ポンピングロスはほとんど増加しない。この結果、第１実施例では、エネルギの再循環が生じることを回避するために、エンジン１５０の運転ポイントを変更し、エンジン１５０自体の運転効率は、図１３，図１６に示したように、最適の運転ポイントからずれてはいるものの、ポンピングロスが増加が従来より抑制されることにより、動力出力装置全体の運転効率は、従来の制御と比べて高い状態に保たれることになる。
【００６７】
［６］変形例：排気タイミング
次に第１実施例の変形例について説明する。変形例では、エンジントルクを低下するのに、排気量の制御、具体的には使用する気筒数の調整を行なう。この変形例では、エンジン１５０は、４気筒エンジンであり、気筒毎に独立して燃料噴射を行なっていることから、使用する気筒数を、４気筒、３気筒、２気筒、１気筒と変更することができる。制御装置１８０がエンジンＥＣＵ１７０と共に行なうエンジン制御ルーチンを、図１８に示した。この制御ルーチンを開始すると、まず、図９にしめしたようなエネルギの大きな再循環が生じる運転領域に入っているか否かの判断を行なう（ステップＳ２３７）。この判断は、上記実施例の図１０におけるステップＳ１２２の判断と同じである。
【００６８】
エネルギの再循環を避ける必要がない運転領域で運転されていると判断された場合には、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ、吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴおよび排気量に相当する使用気筒数ＥＶを、それぞれ通常用の関数ｆＴＡ１、ｆＢＴ１、ｆＥＶ１を用いて、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊から設定する処理を行なう（ステップＳ２３８）。この場合、エンジン１５０は、図１３に示した最も効率の高い運転ポイントの線Ａに沿って運転されることになる。
【００６９】
他方、エネルギの再循環を避けるべき運転領域で運転されていると判断された場合には、図１６に示したように、エンジン１５０の運転ポイントは、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊が低く、目標回転数Ｎｅ＊が高い運転ポイントに変更されているので、こうした運転ポイントでエンジン１５０を運転すべく、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよび使用気筒数ＥＶを、エンジン１５０の目標トルクおよび回転数の再設定が行なわれた場合専用の関数ｆＴＡ２、ｆＢＴ２、ｆＥＶ２を用いて設定する（ステップＳ２３９）。その後、設定したスロットル開度ＴＡ、バルブタイミングＢＴ、気筒数ＥＶなどを用いて、エンジン１５０を運転する（ステップＳ２４０）。
【００７０】
ステップＳ２３９において設定されるスロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよび使用気筒数ＥＶについて説明する。本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡ、吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ、使用気筒数ＥＶは、車両の総合的な効率を高くする観点から、動力の出力系において、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じ得る条件下では、次のように設定される。
（Ａ）吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴおよび使用気筒数ＥＶ：吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴ遅角側に設定すると共に、気筒数ＥＶを４気筒から２気筒に設定する。この結果、エンジン１５０がそれまでより高い目標回転数（例えば図１６Ｎｅ４）で運転されても、出力エネルギは増加しないから、結果的に低トルクの運転ポイントで運転される。
（Ｂ）スロットルバルブ開度ＴＡ：通常運転時と同一か、より開いた開度ＴＡとして設定する。
【００７１】
図１９は、運転される気筒数ＥＶをパラメータとして示したエンジン１５０の運転特性を示すグラフである。図において、曲線ＷＴ４は、スロットルバルブ１６６を全開にした状態で、４気筒の全てで燃料噴射を行ない運転している場合のエンジン１５０のトルク−回転数の関係を示した特性線であり、ＷＴ２は、同じく２気筒を用いて運転している場合のトルク−回転数の関係を示す特性線である。この特性線ＷＴ２、ＷＴ４と、エンジン１５０の出力エネルギＰｅ一定の特性線Ｐｅとが交わる点で、エンジン１５０は、運転されることになる。図示するように、同一のスロットル開度ＴＡであれば、使用する気筒数、即ち排気量が小さい方が高回転数での運転領域で運転されることになり、ポンピングロスの増大は抑制されることが諒解される。
【００７２】
かかる制御を行なうことにより、特に吸気弁１５２の開閉弁タイミングＢＴを遅角側に制御しかつ運転する気筒数ＥＶを小さくすることにより、エンジン１５０の回転数Ｎｅを増加しつつ、出力するトルクＴｅを低下することができる。しかも、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡを絞ることをしていないので、スロットルバルブ１６６を閉じてエンジン１５０から出力トルクＴｅを低下する場合と比べて、ポンピングロスはほとんど増加しない。この結果、この変形例でも、動力出力装置全体の運転効率は、従来の制御と比べて高い状態に保たれることになる。なお、本実施例では、排気量の変更は、運転する気筒数を変更することにより実現したが、ピストンとクランクシャフトを連結するコンロッドが中折れしたタイプのコンロッドを用いてピストンのストローク量を可変することで排気量を調整する機構や、シリンダヘッドとシリンダブロックとを別体に設け両者の離間距離を可変とした排気量調整機構などを採用することも可能である。これらの機構は、圧縮比を可変する機構としても使用することができる。
【００７３】
（２）第２実施例：ＥＧＲ装置を用いた構成：
［１］基本構成：
次に、本発明の第２実施例について説明する。第２実施例の動力出力装置２１０の構成を図２０に示した。図２０では、クランクシャフト１５６から先の図示を省略したが、エンジン１５０にＥＧＲ装置２００が設けられている点を除いて、ハードウェア構成は、第１実施例と同一である。ＥＧＲ装置２００は、図示するように、エンジン１５０の排気管２２から吸気管２４までの通路２３を設け、この通路２３を介して吸気管２４に循環する排気の量を制御するＥＧＲ制御弁２５を備える。ＥＧＲ制御弁２５は、エンジンＥＣＵ１７０により制御される。
【００７４】
第２実施例においても、基本的には、アクセルペダル１６４の踏込量や車速から、車両に対して要求されている動力を求め、エンジン１５０およびモータＭＧ１，ＭＧ２により、要求された動力を出力すること、およびそのためにエンジン１５０の燃料噴射量やモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数やトルクを制御することなどは、第１実施例と同一である。第２実施例では、ＥＧＲ装置２００の存在を前提として、第１実施例同様ポンピングロスを抑制してエンジン１５０の運転ポイントを変更することにより、動力出力装置２１０全体として、高い運転効率を維持する点に特徴がある。
【００７５】
具体的な制御について、図２１により説明する。第２実施例の動力出力装置２１０は、図２１に示すエンジン制御を実行する。このエンジン制御は、制御装置１８０がエンジンＥＣＵ１７０と共に実行するものであり、まず第１実施例と同様（図１７参照）、エンジン１５０の運転状態に関する情報を受け取り（ステップＳ２５６）、動力出力装置２１０が、エネルギの大きな再循環を生じる領域で運転されているか否かを判断する（ステップＳ２５７）。この判断は、第１実施例の図１０におけるステップＳ１２２の判断と同じである。
【００７６】
エネルギの再循環を避ける必要がない運転領域で運転されていると判断された場合には、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ、ＥＧＲ装置２００のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを、それぞれ通常用の関数ｆＴＡ１、ｆＥＧＲ１を用いて、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊および目標回転数Ｎｅ＊から設定する処理を行なう（ステップＳ２５８）。この場合、エンジン１５０は、図１３に示した最も効率の高い運転ポイントの線Ａに沿って運転されることになる。
【００７７】
他方、エネルギの再循環を避けるべき運転領域で運転されていると判断された場合には、図１６に示したように、エンジン１５０の運転ポイントは、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊が低く、目標回転数Ｎｅ＊が高い運転ポイントに変更されているので、こうした運転ポイントでエンジン１５０を運転すべく、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，ＥＧＲ装置２００のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを、エンジン１５０の目標トルクおよび回転数の再設定が行なわれた場合専用の関数ｆＴＡ２、ｆＥＧＲ２を用いて設定する（ステップＳ２５９）。その後、設定したスロットル開度ＴＡ、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧなどを用いて、エンジン１５０を運転する（ステップＳ２６０）。
【００７８】
ステップＳ２５９において設定されるスロットルバルブ１６６の開度ＴＡ，ＥＧＲ装置２００のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧについて説明する。本実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡ、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧは、車両の総合的な効率を高くする観点から、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じ得る条件下では、動力の出力系において、次のように設定される。
【００７９】
（Ａ）ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧ：ステップＳ２５９で説明したように、関数ｆＥＧＲ２により開度指令値θＥＧＲは設定されるが、この関数ｆＥＧＲ２は、図２２（Ａ）に示すように、通常時に用いられる関数ｆＥＧＲ１より多量の排気再循環を行なうよう設定されている。通常時に用いられる関数ｆＥＧＲ１の一例を図２２（Ｂ）に示した。図において、ハッチングを施した領域は、その内部で、指定した割合の排気再循環が行なわれることを示している。図２２に示したように、エネルギの大きな再循環を避けるべき運転領域で車両が運転されていると判断された場合には、関数ｆＥＧＲ２を用いて、より多くの排気が吸気側に還流するように、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧは設定される。なお、このとき、エンジン１５０を高回転数・低トルク側に制御するよう、他の制御量を制御してもよい。例えば、吸気弁１５２のバルブタイミングＢＴを遅角側に設定する制御を併せて行なうことも望ましい。あるいは、エンジン１５０の排気量を低減するといった制御を併せて行なってもよい。
【００８０】
（Ｂ）スロットルバルブ開度ＴＡ：通常運転時と同一か、より開いた開度ＴＡとして設定する。エンジン１５０が同一の動力出力しているという条件下では、ＥＧＲ量が増大すると、各気筒に吸入される吸気における排気の割合が増加するので、スロットルバルブ１６６をほぼ全開にすることができる。従って、エネルギの大きな再循環が生じるような運転領域において、ＥＧＲ量を増大する制御を行なう第２実施例では、スロットルバルブ開度ＴＡを大きくするか、従来と比べてスロットルバルブ１６６を閉じる絞り量を抑制している。
【００８１】
以上説明した第２実施例によれば、エネルギの再循環が生じた場合には、エンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクの側に制御すると共に、排気再循環量（ＥＧＲ量）を増加し、更にスロットルバルブ１６８を絞らない制御を実施する。図２３は、エンジン１５０が同一の動力出力しているという条件下でのＥＧＲ量とスロットルバルブ１６６の開度ＴＡおよびポンピングロスとの関係を例示するグラフである。図示するように、ＥＧＲ量が増大すると、各気筒に吸入される吸気における排気の割合が増加するので、スロットルバルブ１６６をほぼ全開にすることができる。従って、ポンピングロスの増加が抑制され、動力出力装置２１０全体の効率が運転ポイントの変更により低下するのを改善することができる。また、上記のように排気再循環を行なうことにより、シリンダ内の燃焼温度は低下する。このため、エンジン１５０の冷却損失が低減できるばかりか、エンジン１５０を高負荷領域で運転する際のノッキングが生じにくくなり、点火時期制御を十分に進角させることができるので、このノッキング改善によっても、エンジンの効率を向上することができる、という付随的効果を得ることもできる。
【００８２】
［２］変形例１：
次に、第２実施例の変形例について説明する。変形例では、図２４に示すように、エネルギの再循環が生じる領域であると判断（ステップＳ２５７）された場合、スロットル開度ＴＡやＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧなどを求めた後（ステップＳ２５９）、更に車速（車速に相当するリングギヤの回転角度θｒの変化量）とアクセルペダル１６４の踏込量ＡＰなどに基づいて、車両が高車速・定常走行時で運転されているか否かの判断を行なう（ステップＳ２６２）。車両が高車速・定常走行時であると判断された場合は、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを増量補正する処理を行なう（ステップＳ２６４）。この結果、車両が高車速・定常走行している場合には、第２実施例よりも大量のＥＧＲが実施されることになる。この結果、第２実施例と比べて、更にポンピングロスを低減し、動力出力装置２１０全体の効率を改善することができる。
【００８３】
通常、ＥＧＲ量を増加し過ぎると、エンジン１５０のトルク変動などは増加する。図２５は、ＥＧＲ量と燃費率ｐおよびトルク変動率γとの関係を例示するグラフである。図示するように、燃費率ｐ、即ち車両としての効率が最大となるＥＧＲ量Ｅ１でエンジン１５０を運転すると、エンジン１５０のトルク変動率γは大きくなり、逆にトルク変動率の小さな領域でエンジン１５０を運転すると、燃費率の最適な運転ポイントからはずれることになる。上記の変形例では、排気再循環量を、ＥＧＲ量Ｅ１まで増加するので、燃費率ｐはもっとも高くなる。この状態では、通常トルク変動が大きくなり、車両のドライバビリティなどを低下させることがあり得るが、上記変形例では、高車速・定常走行時、即ちエンジンに対する要求パワーの変化が起きにくく、エンジンが安定した状態で運転される条件に限ってＥＧＲ量を増加補正している（ステップＳ２６４）ので、エンジン１５０のトルク変動などが生じにくく、かつ仮に生じたとしても動力出力装置２１０全体に影響を与えることがない。なお、ＥＧＲ量を燃費率最大の点まで増加していると、エンジン１５０が出力できる動力はかなり小さくなっており、急な加速要求が生じた場合には、エンジン１５０の動力によっては対応することは困難だが、本実施例および変形例では、駆動軸１１２に直結されたリングギヤ１２２にモータＭＧ２が結合されているので、このモータＭＧ２をバッテリ１９４の電力により力行して、走行パワーをアシストしてやればよい。
【００８４】
［３］変形例２：
上記実施例では、モータＭＧ１は、エンジン１５０のトルクＴｅに比例するトルクＴｅｓ＝Ｔｅ×ρ／（１＋ρ）と釣り合ったトルクで運転される（図５参照）。従って、モータＭＧ１に流れる電流Ｉから、エンジン１５０の定常トルクおよびトルク変動を検出することができる。そこで、この変形例では、図２６に示すように、車両が大きなエネルギ再循環を生じる運転領域で運転されているとき（ステップＳ２５７）、スロットル開度ＴＡやＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを求めた後（ステップＳ２５９）、エンジン１５０のトルク変動γを検出し（ステップＳ２７２）、予め設定した下限の閾値γＬおよび上限の閾値γＨに対するトルク変動γの関係について判断する処理を行なう（ステップＳ２７４）。エンジン１５０のトルク変動γが上限の閾値γＨより大きければ、ＥＧＲ量の学習値ＧβをΔβだけ減少する処理を行ない（ステップＳ２７６）、エンジン１５０のトルク変動γが加減の閾値γＬ以下であれば（ステップＳ２７４）、ＥＧＲ量の学習値ＧβをΔβだけ増加する処理を行ない（ステップＳ２７８）、トルク変動γが加減の閾値γＬから上限の閾値γＨまでの間に入っていれば、何も行なわない。その上で、ＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを学習値Ｇβだけ補正する処理を行なう（ステップＳ２８０）。この結果、ＥＧＲ装置２００を用いた排気再循環量（ＥＧＲ量）は、トルク変動γが下限の閾値γＬから上限の閾値γＨの間収まるように制御されることになる。
【００８５】
かかる制御を行なえば、エンジン１５０のトルク変動を所定範囲に収めつつ、車両の燃費率を最大とするＥＧＲ量を実現することができる。ＥＧＲ量をトルク変動から許容される最大減まで確保しているので、スロットルバルブ１６６の開度ＴＡを更に全開側に制御することができる。このため、ポンピングロスは一層低減でき、車両全体の効率は更に改善される。
【００８６】
［４］変形例３：
次に、上述した第２実施例およびその変形例１ないし３において、動力出力装置２１０における大きなエネルギの再循環（図９参照）が生じるのを回避するために、エンジン１５０を最高効率の特性線Ａから高回転数・低トルク側にずらした運転ポイントで運転する場合のエンジン１５０の出力エネルギＰｅの設定について説明する。この運転ポイントでエンジン１５０を運転する際には、動力出力装置２１０は、全体の効率を改善するために、大量の排気再循環を実施している。この変形例４では、図１０のステップＳ１１４とステップＳ１１６との間に、図２７に示したように、出力エネルギＰｅをなます処理（）ステップＳ１１５）を実施している。
【００８７】
エンジン１５０の目標エネルギＰｅ＊は、走行中の車両が必要とするエネルギＰｎと効率ηｔとからステップＳ１１４において演算しているので、急加速や急減速の要求によってリングギヤ軸出力エネルギＰｒ（ステップＳ１０６）が急変すれば、エンジン１５０の出力エネルギＰｅも急変する。そこで、この変形例４では、ステップＳ１１４においてエンジン１５０の出力エネルギＰｅを求めた後、これを前回求めたエンジン１５０の出力エネルギの前回値Ｐｅｐｒｅを用いてなます処理を行なう（ステップＳ１１５）。なます処理とは、この変形例では、今回求めた出力エネルギＰｅと前回値Ｐｅｐｒｅとを１対１５の重み付け平均を取る演算、
Ｐｅ←（Ｐｅ＋１５・Ｐｅｐｒｅ）／１６ …（７）
を行なうことを意味している。もとより、なまし処理は、エンジンの出力トルクＰｅの急変を回避し得るものであればよく、例えばいわゆる積分処理として実現しても良いし、前回値からの変化量にリミットを掛けるような処理によっても実現することができる。上記式の重み付けの係数など、なましの程度は、動力出力装置２１０の特性などから適宜定めればよい。
【００８８】
かかる変形例４では、エンジン１５０の出力エネルギＰｅを求める際、必要エネルギＰｎが急変しても出力エネルギＰｅをなます処理を行なっているので、エンジン１５０の出力エネルギＰｅが急変することがない。エンジン１５０の運転状態がいわゆる過渡状態となることがなく、不安定な運転状態の出現が抑制されるのである。このため、エンジンストールが生じやすい大量の排気再循環の実施時であっても、エンジン１５０の出力エネルギＰｅの急変によりエンジン１５０が失火するということがない。
【００８９】
なお、本実施例では、エンジン１５０の出力トルクＰｅを求める際には、常になまし処理（ステップＳ１１５）を行なっているが、エンジン１５０の出力エネルギＰｅが前回値Ｐｅｐｒｅと比べて所定値以上変化した場合にのみなまし処理を行なうものとしても良い。
【００９０】
（３）第３実施例：
［１］排気再循環量による運転ポイントの補正：
次に本発明の第３実施例について説明する。第３実施例は、第２実施例と同一のハードウェア構成（図２０）を備え、以下に示すエンジン制御のみが異なっている。第２実施例では、第１実施例との共通のフローチャートである図１０に示したように、大量のエネルギ再循環が生じる運転領域（図９参照）であると判断した場合（ステップＳ１２２）には、図１６に示したように、エンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルク側に変更している。第３実施例では、この処理に加えて、図２８に示すように、エネルギの大きな再循環が生じていると判断され、エンジン１５０の目標トルクＴｅ＊の設定を行なった後、まず実際に行なわれている排気再循環の再循環量ＱＥＧＲを検出する処理を行なう（ステップＳ３０１）。実際の排気再循環量は、現在のＥＧＲ制御弁２５の開度指令値θＥＧを読み込むことで代用しても良いし、排気再循環用の通路２３にセンサなどを設けて、実際の排気再循環量を測定してもよい。
【００９１】
次に、この排気再循環量ＱＥＧＲに応じて、補正係数ε１を求める処理を行なう（ステップＳ３０２）。補正係数ε１は、図２９に示すように、実際の排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上であれば、排気再循環量ＱＥＧＲに応じて減少するような関数ｆ４（ＱＥＧＲ）として設定することができる。次に、この補正係数ε１を用いて、既に設定したエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊を補正する処理を行なう（ステップＳ３０３）。その後、エンジン１５０の、目標回転数Ｎｅ＊を求める処理を行なう（ステップＳ１２６）。エンジン１５０は、図１６に示したように、等エネルギ線上で制御されているから、目標トルクＴｅ＊を補正係数ε１だけ低減する補正を行なえば（ステップＳ３０３）、目標回転数Ｎｅ＊は、補正係数ε１だけ増加されることになる。その後の制御は、第２実施例と同一である。
【００９２】
上述した第３実施例によれば、車両の走行状態が、図９に示したエネルギの大きな再循環を生じる状態となったときには、まずエンジン１５０の運転ポイントを最も効率が高い運転ポイントから高回転数・低トルクの運転ポイントに変更すると共に、この変更をエンジン１５０における排気再循環量の増加により行なうことで、いわゆるポンピングロスを低減することにより、車両全体のエネルギを効率の低下を抑制し、動力出力装置としての効率を改善する。加えて、この第３実施例では、排ガス再循環を行なう場合には、排ガス再循環量ＱＥＧＲが所定値以上の場合には、更にエンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクの運転ポイントに変更している。この結果、全体の効率は更に改善される。
【００９３】
これは、図３０に示したように、排気再循環を行なっている場合と、行なっていない場合では、エンジン１５０の効率が異なり、排気再循環を行なっている場合には、エンジン１５０の回転数を高くしても、効率の低下は僅かなものに抑制されるからである。従って、排気再循環量が大きい場合には、補正係数εを用いて、エンジン１５０の運転ポイントを更に高回転数・低トルク側に変更することで、動力出力装置２１０としての効率の低下は却って改善されることになる。この様子を示したのが、図３１である。図３１は、排気再循環量に応じてエンジンの運転ポイントを更に高回転数側に変更した場合の動力出力装置２１０の伝達効率を測定したグラフである。図示するように、排気再循環を伴いながら、エンジン１５０の回転数を設定する場合、エンジン１５０の回転数が高くなれば、動力出力装置２１０の伝達効率は却って改善されている。この点を更に、車両全体の効率として示したのが図３２である。車両全体の効率は、エンジン１５０単体の効率と動力出力装置２１０の伝達効率の積として捉えることができる。図示するように、排気再循環を行なっていない場合（破線Ｎｏｅ）と所定以上の排気再循環量での排気再循環を行なっている場合（実線Ｍｏｅ）とでは、車両全体の効率が最も高くなる点が、エンジン回転数の高い側に移動することが理解される。従って、排気再循環を行なっている場合には、エンジン１５０の運転ポイントを更に高回転・低トルク側に変更する第３実施例の動力出力装置２１０は、車両全体としての効率を高くすることができる。
【００９４】
上述した本実施例では、排気再循環量ＱＥＧＲによりエンジン１５０の目標トルクＴｅ＊の補正係数ε１を求めたが、図１０ステップＳ１２０で求める閾値Ｔｒｅｆを修正する係数を、排気再循環量ＱＥＧＲにより求め、ステップＳ１２４の計算を通して、エンジン１５０の運転ポイントをより高回転・低トルク側に設定して、車両全体の効率を高めるものとしても良い。
【００９５】
［２］変形例：
次に、第３実施例の変形例について説明する。第３実施例の変形例では、第３実施例と同様に、排気再循環量ＱＥＧＲが大きいほどエンジン１５０を高回転数・低トルク側の運転ポイントで運転するよう制御しているが、変形例では、排気再循環量に応じて回転数の補正量ΔＮを修正して、同様の制御を実現している。この制御の一例を図３３に示した。図３３に示した処理は、図１０におけるステップＳ１１６ないしＳ１２８を変更したものであり、トルク制御の他の処理は、第１実施例として説明した処理と同一である。なお、エネルギの再循環が生じていると判断されれば、排気再循環量（ＥＧＲ制御弁２５の開度θＥＧＲ）を大きくする処理が行なわれことは、第２実施例（図２１）と同一である。
【００９６】
この変形例では、図１０に示したトルク制御ルーチンにおいて、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊、目標トルクＴｅ＊を、等エネルギ線（Ｐｅ＝Ｎｅ＊×Ｔｅ＊）上で設定（ステップＳ１１６）すると、次に図３３に示したように、現在の動力出力の状態が、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じる状態か否かの判断を行なう（ステップＳ３１２）。エネルギの大きな再循環か乗じていると判断された場合には、第２実施例で現在の車速Ｖとエンジン１５０が出力するエネルギＰｅとから、エンジン１５０の回転数の調整分ΔＮを求める処理を行なう（ステップＳ３１５）。このエンジン１５０の回転数の調整分ΔＮは、エネルギの再循環の発生による効率の低下を防止するために、エンジン１５０の運転ポイントをより高回転側に修正するための調整分であり、予めマップの形で記憶している。既に説明したように、車両が高速走行をしているほど、またエンジン１５０の出力するエネルギＰｅが大きいほど、運転ポイントを高回転側に調整する調整分ΔＮは大きく設定することができる。
【００９７】
こうして調整分ΔＮを演算する一方で、図２１に示したエンジン制御処理も実施されているから、エンジン１５０における排気再循環量は増加される。そこで、次に、実際の排気再循環量ＱＥＧＲを検出する処理を行ない（ステップＳ３２１）、検出した排気再循環量ＱＥＧＲに基づいて、マップを参照し、補正係数ε２を求める処理を行なう（ステップＳ３２３）。補正係数ε２を求める関数ｆ５（ＱＥＧＲ）の一例を、図３４に示した。図示するように、補正係数ε２は、排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上になると、値１以上に増加するよう設定されている。
【００９８】
次に、求めた補正係数ε２を用いて、回転数の調整分ΔＮを補正する処理を行なう（ステップＳ３２５）。この結果、排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上の場合には、回転数の調整分ΔＮは大きく補正されることになる。こうして補正係数ε２により補正された後の調整分ΔＮを加えて、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊を修正し（Ｎｅ＊←Ｎｅ＊＋ΔＮ）、エンジン１５０の目標回転数Ｎｅ＊も再度演算（Ｔｅ＊←Ｐｅ／Ｎｅ＊）する処理を行なう（ステップＳ３２６）。
【００９９】
以上説明した処理により、エンジン１５０の運転ポイントは、実施例の動力出力装置２１０において大きなエネルギの再循環（図９参照）が生じている場合には、高回転数・低トルクの側に修正され、しかも同時に排気再循環量を増加する処理を行なって、ポンピングロスの増加を抑制した状態でエンジン１５０を運転し、動力出力装置２１０全体としての効率を高く維持している。更に、この変形例では、排気再循環量ＱＥＧＲが所定値以上であれば、運転ポイントを更に高回転数側に調整している。このため、動力出力装置２１０全体の効率は、一層高い状態に維持されることになる。
【０１００】
なお、上述した実施例および変形例において、排気再循環量ＱＥＧＲに代えて、シリンダに吸入される吸気全体に占める排気再循環量の割合を示すＥＧＲ率を用い、ＥＧＲ率が所定値以上の場合に、補正係数ε１を小さくするものとしても良い。
【０１０１】
（４）第４実施例：
［１］基本構成：
次に本発明の第４実施例について説明する。第４実施例の動力出力装置４１０は、図３５に示すように、第１実施例の構成に加えて、過給器４００が設けられている。この実施例では、過給器４００は、吸気通路に設けられたコンプレッサ４２１、このコンプレッサ４２１を駆動するために排気通路に設けられたタービン４２２、タービン４２２が設けられた排気通路に併設されたバイパス４２３、バイパス４２３に設けられたウェイスティングゲートバルブ４２５、およびウェイスティングゲートバルブ４２５を駆動するアクチュエータ４２０から構成されている。アクチュエータ４２０はエンジンＥＣＵ１７０により制御されており、アクチュエータ４２０によってウェイスティングゲートバルブ４２５が開くと、タービン４２２を流れる排気量は低減し、タービン４２２により駆動されるコンプレッサ４２１の回転数も低下するから、過給量も低減される。アクチュエータ４２０によりウェイスティングゲートバルブ４２５が閉じられると過給量は増加する。
【０１０２】
［２］過給器の制御：
かかる構成を有する動力出力装置４１０では、エンジンＥＣＵ１７０が、アクセルペダルの１６４の踏込量や車速Ｖなどに応じて、アクチュエータ４２０を制御し、タービン４２２を排気により駆動して、コンプレッサ４２１を回転し、過給を行なっている。この状態で、制御装置１８０は、図３６に示したように、車両の運転状態を示す情報を読み込み（ステップＳ４４１）、動力出力装置４１０が、図９に示した大きなエネルギの再循環が生じている状態にあるか否かの判断を行なう（ステップＳ４４３）。エネルギの再循環が生じているか否かは、図６を用いて説明したように、プラネタリギヤを用いて動力の分配を行なっている実施例の構成では、モータＭＧ１の回転の方向をチェックすることにより容易に検出することができる。モータＭＧ１がエンジン１５０のクランクシャフト１５６と同方向に回転している場合には、エネルギの再循環が生じていないことになる。
【０１０３】
エネルギの再循環か生じていない場合には、アクチュエータ４２０を駆動してウェイスティングゲートバルブ４２５を閉じ、あるいは閉じたままに維持する（ステップＳ４４５）。この結果、タービン４２２は排気により駆動されて、コンプレッサ４２１を回転し、過給が行なわれるから、エンジン１５０を希薄混合気で燃焼させるリーンバーン制御が行なわれ、あるいは継続される（ステップＳ４４７）。この状態を図３７に動作線ＴＬＮとして示した。この動作線ＴＬＮは、エンジン１５０に対して過給が行なわれ、混合気はリーンとなっている過給リーンバーンの場合の望ましい動作線である。
【０１０４】
他方、エネルギの再循環が生じていると判断される場合が存在する。車速があがり、モータＭＧ２の回転数が増加し、走行に必要なトルクが小さい高速定常走行時には、エネルギの再循環が生じる。この場合、モータＭＧ１はエンジン１５０のクランクシャフト１５６とは逆方向に回転することになる（図８、図９参照）。過給が行なわれており、かつ混合気がストイキの状態でエネルギの再循環が生じた場合の動作線を、図３７に動作線ＴＳＡとして示した。比較のために、過給が行なわれていないエンジンにおける動作線ＳＢ、ＬＢとして図３８に示した。過給が行なわれていないエンジンでは、混合気をストイキで燃焼させている状態（動作線ＳＢ）で、エネルギの再循環が生じると、混合気をリーンにする制御を行なうと（動作線ＬＢ）、エンジンを高回転数・低トルクで運転でき、エネルギの再循環を解消し、かつエンジンのポンピングロスを抑制して、動力出力装置４１０全体の効率を高く保持することができることが、図３８から理解される。
【０１０５】
これに対して、図３７に示したように、過給が行なわれており、混合気がストイキの状態でエネルギの再循環が生じると（動作線ＴＳＡ）、過給が行なわれていない場合のエンジンの回転数より元々低い回転数でエンジンは駆動されているから、リーンバーンを行なってエンジンの回転数を増加しても、エネルギの再循環は解消されない。この場合の動作線を、図３７に、動作線ＴＬＡとして示した。この動作線ＴＬＡは、エンジン１５０に対して過給が行なわれ、混合気はリーンとなっている過給リーンバーンの場合の動作線である。
【０１０６】
本実施例の動力出力装置４１０では、図３６において、過給を行ないつつエンジン１５０を運転していて、大きなエネルギの再循環（図９）が生じると（ステップＳ４４３）、アクチュエータ４２０を駆動してウェイスティングゲートバルブ４２５を開く（ステップＳ４５５）。この結果、排気はバイパス通路を介して排出されるからタービン４２２は駆動されず、コンプレッサ４２１による過給も行なわれない。そこで、混合気をリーンにし、かつ過給が行なわれていない状態（非過給リーンバーン状態）でエンジン１５０を運転する（ステップＳ４５７）。この場合の動作線ＮＬＢは、図３８に示した非過給のリーンバーン実施時の動作線ＬＢと、実質的に同じものとなる。この結果、過給リーンバーンで運転されていたエンジン１５０は、エネルギの再循環が生じた場合には、非過給リーンバーンで運転されることになる。
【０１０７】
以上説明した第４実施例によれば、過給を行なうエンジン１５０を用いた動力出力装置４１０において、過給時にエネルギの大きな再循環が生じると、過給を停止し、エンジンの運転ポイントを高回転数・低トルクに変更し、かつエンジン１５０をリーンバーンで運転する。この結果、エネルギの再循環は解消し、かつエンジンはリーンバーンで運転されるので、ポンピングロスは抑制され、エンジン１５０がそれ自体最も高効率の運転ポイントからはずれて運転されても、動力出力装置４１０全体の効率は、十分に高く維持されることになる。
【０１０８】
第４実施例では、過給を排気ターボにより行なう構成としたが、スーパーチャージャでも、電動ターボあるいは電動コンプレッサの何れの構成でも、同様に適用することができる。スーパーチャージャであれば、エネルギの再循環が生じた場合には、駆動プーリーとロータとの間に設けられた電磁クラッチを、電動コンプレッサの場合には駆動用モータへの電力線を遮断するリレーを、それぞれ駆動して、過給を停止するものとすればよい。なお、モータＭＧ２に減速機を備えた構成であっても同様に適用し得ることは勿論である。
【０１０９】
なお、上記の実施例では、過給を行ないつつリーンバーンで運転する制御を併せて行なっているが、エネルギの大きな再循環が生じるような場合に、過給を行なっていないエンジンに対して、空燃比をリーンにすることで、動力出力装置としての効率を低下させないという処理を行なうことも可能である。即ち、エンジン１５０をストイキの空燃比で運転している場合に、図９に示した大きくエネルギの再循環が生じたと判断すると、エンジン１５０の運転ポイントを高回転数・低トルクに制御すると共に、吸入空気量に対する燃料噴射量を減らして空燃比をリーンに制御する。この結果、同じエンジン出力に対して、その運転ポイントをより高回転数・低トルクの側に制御することができ、しかも吸入空気量を増加していることからポンピングロスの増加を抑制することができ、動力出力装置としての効率を改善することができる。また直噴タイプのエンジンに適用することも可能である。
【０１１０】
（５）その他の変形例：
以上本発明のいくつかの実施例について説明したが、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々なる態様で実施することができる。例えば、上述した各実施例の動力出力装置では、リングギヤ軸１２６に出力された動力をリングギヤ１２２に結合された動力取出ギヤ１２８を介してモータＭＧ１とモータＭＧ２との間から取り出したが、動力の取り出し方は、これ以外の構成によっても良い。また、エンジン１５０側からプラネタリギヤ１２０，モータＭＧ２，モータＭＧ１の順になるよう配置してもよい。この場合、サンギヤ軸１２５Ｂは中空でなくてもよく、リングギヤ軸１２６Ｂは中空軸とすればよい。こうすれば、リングギヤ軸１２６Ｂに出力された動力をエンジン１５０とモータＭＧ２との間から取り出すことができる。
【０１１１】
また、各実施例では、３軸式動力入出力手段としてプラネタリギヤ１２０を用いたが、一方はサンギヤと他方はリングギヤとギヤ結合すると共に互いにギヤ結合しサンギヤの外周を自転しながら公転する２つ１組の複数組みのプラネタリピニオンギヤを備えるダブルピニオンプラネタリギヤを用いるものとしてもよい。この他、３軸式動力入出力手段として３軸のうちいずれか２軸に入出力される動力を決定すれば、この決定した動力に基づいて残余の１軸に入出力される動力を決定されるものであれば如何なる装置やギヤユニット等、例えば、ディファレンシャルギヤ等を用いることもできる。また、３軸式動力入出力手段と発電機とからなる動力調整手段に代えていわゆるクラッチモータを用いた、電気分配式の動力出力装置に適用するものとしてもよい。電気分配式の動力出力装置としては、例えば特開平９−４７０１１に示す構成が挙げられる。
【０１１２】
また、上述した各実施例では、エンジン１５０としてガソリンエンジンを用いたが、その他に、ディーゼルエンジンや、タービンエンジンや、ジェットエンジンなど各種の内燃あるいは外燃機関を用いることもできる。
【０１１３】
さらに、各実施例では、モータＭＧ１およびモータＭＧ２にＰＭ形（永久磁石形；Permanent Magnet type）同期電動機を用いたが、回生動作および力行動作の双方が可能なものであれば、その他にも、ＶＲ形（可変リラクタンス形；Variable Reluctance type）同期電動機や、バーニアモータや、直流電動機や、誘導電動機や、超電導モータや、ステップモータなどを用いることもできる。
【０１１４】
あるいは、各実施例では、第１および第２の駆動回路１９１，１９２としてトランジスタインバータを用いたが、その他に、ＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラモードトランジスタ；Insulated Gate Bipolar mode Transistor）インバータや、サイリスタインバータや、電圧ＰＷＭ（パルス幅変調；Pulse Width Modulation）インバータや、方形波インバータ（電圧形インバータ，電流形インバータ）や、共振インバータなどを用いることもできる。
【０１１５】
また、バッテリ１９４としては、Ｐｂバッテリ，ＮｉＭＨバッテリ，Ｌｉバッテリなどを用いることができるが、バッテリ１９４に代えてキャパシタを用いることもできる。
【０１１６】
以上の実施例では、動力出力装置を車両に搭載する場合について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、船舶，航空機などの交通手段や、その他各種産業機械などに搭載することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１７】
【図１】本発明の一実施例としての動力出力装置１１０の概略構成を示す構成図である。
【図２】実施例の動力出力装置１１０の部分拡大図である。
【図３】実施例の動力出力装置１１０を組み込んだ車両の概略の構成を例示する構成図である。
【図４】実施例の動力出力装置１１０の動作原理を説明するためのグラフである。
【図５】実施例におけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図６】実施例におけるプラネタリギヤ１２０に結合された３軸の回転数とトルクの関係を示す共線図である。
【図７】実施例の動力出力装置１１０が図５の共線図の運転状態にあるときのエネルギの流れを模式的に例示する模式図である。
【図８】実施例の動力出力装置１１０が図６の共線図の運転状態にあるときのエネルギの流れを模式的に例示する模式図である。
【図９】大きなエネルギの循環が生じているときのエネルギの流れを模式的に例示する模式図である。
【図１０】実施例の制御装置１８０により実行されるトルク制御ルーチンを例示するフローチャートである。
【図１１】リングギヤ軸１２６の回転数ＮｒとアクセルペダルポジションＡＰとトルク指令値Ｔｒ＊との関係を例示する説明図である。
【図１２】バッテリ１９４の残容量ＢRMと充電可能な電力との関係の一例を示すグラフである。
【図１３】エンジン１５０の運転ポイントと効率の関係を例示するグラフである。
【図１４】エネルギが一定の曲線に沿ったエンジン１５０の運転ポイントの効率とエンジン１５０の回転数Ｎｅとの関係を例示するグラフである。
【図１５】閾値Ｔｒｅｆとリングギヤ軸１２６の回転数Ｎｒとの関係を例示するマップである。
【図１６】再設定される前後の目標トルクＴｅ＊と目標回転数Ｎｅ＊との関係を例示する説明図である。
【図１７】エンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１８】変形例としてのエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図１９】気筒数が異なる場合のエンジン回転数とエンジントルクとの関係を例示するグラフである。
【図２０】第２実施例の動力出力装置２１０の概略構成を示す構成図である。
【図２１】第２実施例におけるエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図２２】エンジンにおける排気再循環量の設定を示すグラフである。
【図２３】ＥＧＲ量とスロットル開度ＴＡおよびポンピングロスＰＰＬとの関係を例示するグラフである。
【図２４】第２実施例の変形例におけるエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図２５】ＥＧＲ量と燃費率Ｐおよびトルク変動γとの関係を示すグラフである。
【図２６】第２実施例の第２の変形例におけるエンジン制御処理ルーチンを示すフローチャートである。
【図２７】第２実施例の第３の変形例における処理の要部を示すフローチャートである。
【図２８】第３実施例におけるエンジン制御の要部を示すフローチャートである。
【図２９】排気再循環量ＱＥＧＲに基づく補正係数ε１を求める関数ｆ４（ＱＥＧＲ）を例示するグラフである。
【図３０】第３実施例におけるエンジン回転数Ｎｅとエンジンの効率との関係を例示するグラフである。
【図３１】エンジン回転数Ｎｅと動力出力装置の伝達効率との関係を例示するグラフである。
【図３２】エンジンの回転数Ｎｅと車両全体の効率との関係を例示するグラフである。
【図３３】第３実施例の変形例における処理の要部を示すフローチャートである。
【図３４】排気再循環量ＱＥＧＲに基づく補正係数ε２を求める関数ｆ５（ＱＥＧＲ）を例示するグラフである。
【図３５】第４実施例の動力出力装置の概略構成を示す構成図である。
【図３６】第４実施例における過給制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図３７】第４実施例における動作線を例示する説明図である。
【図３８】非過給状態での動作線を例示する説明図である。
【符号の説明】
【０１１８】
１１０…動力出力装置
１１１…動力伝達ギヤ
１１２…駆動軸
１１４…ディファレンシャルギヤ
１１６，１１８…駆動輪
１１７，１１９…駆動輪
１１９…ケース
１２０…プラネタリギヤ
１２１…サンギヤ
１２２…リングギヤ
１２３…プラネタリピニオンギヤ
１２４…プラネタリキャリア
１２５…サンギヤ軸
１２６…リングギヤ軸
１２８…動力取出ギヤ
１２９…チェーンベルト
１３２…ロータ
１３３…ステータ
１３４…三相コイル
１３５…永久磁石
１３９…レゾルバ
１４２…ロータ
１４３…ステータ
１４４…三相コイル
１４５…永久磁石
１４９…レゾルバ
１５０…エンジン
１５１…燃料噴射弁
１５２…吸気弁
１５３…開閉特性変更機構
１５４…燃焼室
１５５…ピストン
１５６…クランクシャフト
１５７…レゾルバ
１５８…イグナイタ
１６０…ディストリビュータ
１６２…点火プラグ
１６４…アクセルペダル
１６４ａ…アクセルペダルポジションセンサ
１６５…ブレーキペダル
１６５ａ…ブレーキペダルポジションセンサ
１６６…スロットルバルブ
１６７…スロットルバルブポジションセンサ
１６８…アクチュエータ
１７０…エンジンＥＣＵ
１７２…吸気管負圧センサ
１７３…カムシャフトポジションセンサ
１７４…水温センサ
１７６…回転数センサ
１７８…回転角度センサ
１７９…スタータスイッチ
１８０…制御装置
１８２…シフトレバー
１８４…シフトポジションセンサ
１９０…制御ＣＰＵ
１９０ａ…ＲＡＭ
１９０ｂ…ＲＯＭ
１９１…第１の駆動回路
１９２…第２の駆動回路
１９４…バッテリ
１９５，１９６…電流検出器
１９７，１９８…電流検出器
１９９…残容量検出器
２００…ＥＧＲ装置
２１０、４１０…動力出力装置
４００…過給器
Ｌ１，Ｌ２…電源ライン
ＭＧ１…モータ
ＭＧ２…モータ
Ｔｒ１〜Ｔｒ６…トランジスタ
Ｔｒ１１〜Ｔｒ１６…トランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機とを備え、該原動機および該電動機と駆動軸との間で動力を分配あるいは合成する動力出力装置であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合され、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整する動力調整手段と、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定する運転ポイント設定手段と、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構と、
該原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御する原動機制御手段と、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。
【請求項２】
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記電動機は、前記駆動軸との間で動力のやり取りを行なう位置に設けられ、
前記運転ポイント設定手段は、前記総合的な効率の観点として、前記原動機から前記駆動軸に到る動力の経路において、エネルギの循環が生じる状態を生じさせないように、前記目標運転ポイントの設定を行なう手段である
動力出力装置。
【請求項３】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機における排気循環量を可変するＥＧＲ装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記ＥＧＲ装置を駆動して、前記原動機への排気循環量を増大する手段である
動力出力装置。
【請求項４】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機に設けられた吸気弁および／または排気弁の当該原動機の出力トルクに影響を与える特性を可変する吸排気弁特性可変装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記吸排気弁特性可変装置を駆動して、前記原動機への吸気弁および／または排気弁の特性を、低出力トルク側に変更する手段である
動力出力装置。
【請求項５】
請求項４記載の動力出力装置であって、
前記吸排気弁の特性は、吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開弁および閉弁の少なくとも一方について、開閉弁タイミングおよびリフト量の少なくとも一方である
動力出力装置。
【請求項６】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機における空気と燃料の混合の比率である空燃比を可変する空燃比可変装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記空燃比可変装置を駆動して、前記原動機の空燃比をリーン側に制御する手段である
動力出力装置。
【請求項７】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機における過給量を可変する過給量可変装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記過給量可変装置を駆動して、前記原動機の過給量を減らす側に制御する手段である
動力出力装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか記載の動力出力装置であって、
前記原動機の出力トルクの変動量を検出するトルク変動検出手段と、
該検出された出力トルクの変動量が所定以上とならないように、前記原動機運転ポイント変更機構の制御量を制限する制御量制限手段と、
該制御量の制限により生じた前記出力トルクの目標運転ポイントからのズレを補償する出力トルク補償手段と
を備えた動力出力装置。
【請求項９】
前記出力トルク補償手段は、前記原動機の吸気通路の開口面積を調整するスロットルバルブである請求項８記載の動力出力装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか記載の動力出力装置であって、
前記原動機制御手段は、前記目標運転ポイントに向けて前記原動機の運転ポイントを制御している間に、前記駆動軸に要求される動力の目標値が変更された場合、前記原動機が目標運転ポイントに至るまで、前記原動機の運転状態を連続的に制御する手段である
動力出力装置。
【請求項１１】
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と、電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機と、動力が出力される駆動軸との間で、動力を分配あるいは合成することで、最終的に動力を前記駆動軸に出力する動力出力方法であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合された動力調整手段を用いて、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整し、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定し、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御し、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御する
動力出力方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の動力出力方法であって、
前記電動機を、前記駆動軸との間で動力のやり取りを行なう位置に設けると共に、
前記目標運転ポイントの設定は、総合的な効率の観点から、前記原動機から前記駆動軸に到る動力の経路において、エネルギの循環が生じる状態を生じさせないように行なう
動力出力方法。
【請求項１】
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機とを備え、該原動機および該電動機と駆動軸との間で動力を分配あるいは合成する動力出力装置であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合され、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整する動力調整手段と、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定する運転ポイント設定手段と、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構と、
該原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御する原動機制御手段と、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御する電動機制御手段と
を備える動力出力装置。
【請求項２】
請求項１記載の動力出力装置であって、
前記電動機は、前記駆動軸との間で動力のやり取りを行なう位置に設けられ、
前記運転ポイント設定手段は、前記総合的な効率の観点として、前記原動機から前記駆動軸に到る動力の経路において、エネルギの循環が生じる状態を生じさせないように、前記目標運転ポイントの設定を行なう手段である
動力出力装置。
【請求項３】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機における排気循環量を可変するＥＧＲ装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記ＥＧＲ装置を駆動して、前記原動機への排気循環量を増大する手段である
動力出力装置。
【請求項４】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機に設けられた吸気弁および／または排気弁の当該原動機の出力トルクに影響を与える特性を可変する吸排気弁特性可変装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記吸排気弁特性可変装置を駆動して、前記原動機への吸気弁および／または排気弁の特性を、低出力トルク側に変更する手段である
動力出力装置。
【請求項５】
請求項４記載の動力出力装置であって、
前記吸排気弁の特性は、吸気弁および排気弁の少なくとも一方の開弁および閉弁の少なくとも一方について、開閉弁タイミングおよびリフト量の少なくとも一方である
動力出力装置。
【請求項６】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機における空気と燃料の混合の比率である空燃比を可変する空燃比可変装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記空燃比可変装置を駆動して、前記原動機の空燃比をリーン側に制御する手段である
動力出力装置。
【請求項７】
請求項２記載の動力出力装置であって、
前記原動機運転ポイント変更機構は、前記原動機における過給量を可変する過給量可変装置であり、
前記原動機制御手段は、前記運転ポイント設定手段が、前記目標運転ポイントとして、従前の出力トルクより低い出力トルクを設定したとき、前記過給量可変装置を駆動して、前記原動機の過給量を減らす側に制御する手段である
動力出力装置。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれか記載の動力出力装置であって、
前記原動機の出力トルクの変動量を検出するトルク変動検出手段と、
該検出された出力トルクの変動量が所定以上とならないように、前記原動機運転ポイント変更機構の制御量を制限する制御量制限手段と、
該制御量の制限により生じた前記出力トルクの目標運転ポイントからのズレを補償する出力トルク補償手段と
を備えた動力出力装置。
【請求項９】
前記出力トルク補償手段は、前記原動機の吸気通路の開口面積を調整するスロットルバルブである請求項８記載の動力出力装置。
【請求項１０】
請求項１ないし請求項９のいずれか記載の動力出力装置であって、
前記原動機制御手段は、前記目標運転ポイントに向けて前記原動機の運転ポイントを制御している間に、前記駆動軸に要求される動力の目標値が変更された場合、前記原動機が目標運転ポイントに至るまで、前記原動機の運転状態を連続的に制御する手段である
動力出力装置。
【請求項１１】
動力源として、燃料の燃焼により動力を取り出す原動機と、電気エネルギを利用して動力を入出力する電動機と、動力が出力される駆動軸との間で、動力を分配あるいは合成することで、最終的に動力を前記駆動軸に出力する動力出力方法であって、
前記原動機の出力軸および前記駆動軸に結合された動力調整手段を用いて、前記原動機から出力された動力を前記駆動軸に伝達すると共に、該伝達される動力の大きさを電力のやりとりにより調整し、
前記原動機および電動機の運転状態に基づく総合的な効率の観点から、前記原動機を運転する回転数および出力トルクからなる目標運転ポイントを設定し、
前記原動機のポンピングロスの増大を抑制しつつ該原動機の運転ポイントを変更する原動機運転ポイント変更機構を駆動して、前記原動機の運転ポイントを前記目標運転ポイントに制御し、
前記運転ポイントが変更された後の前記原動機の運転状態に基づいて、前記駆動軸に目標動力が出力されるよう、前記電動機および前記動力調整手段を制御する
動力出力方法。
【請求項１２】
請求項１１記載の動力出力方法であって、
前記電動機を、前記駆動軸との間で動力のやり取りを行なう位置に設けると共に、
前記目標運転ポイントの設定は、総合的な効率の観点から、前記原動機から前記駆動軸に到る動力の経路において、エネルギの循環が生じる状態を生じさせないように行なう
動力出力方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【公開番号】特開２００６−９６０１（Ｐ２００６−９６０１Ａ）
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−１８４３８８（Ｐ２００４−１８４３８８）
【出願日】平成１６年６月２３日（２００４．６．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月１２日（２００６．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年６月２３日（２００４．６．２３）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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