(57)【要約】【課題】始動した内燃機関の回転の加速性と回転の安定化という背反する要素の両立を図る。【解決手段】内燃機関と、内燃機関の回転軸にイナーシャを付与するフライホイールと、内燃機関の回転軸とフライホイールとの間に介在し、停止していた内燃機関を始動するに際して、当初内燃機関の回転軸とフライホイールとを連結し、内燃機関の回転速度がある程度以上上昇したら内燃機関の回転軸からフライホイールを切り離し、さらに内燃機関の回転速度が上昇した後に内燃機関の回転軸とフライホイールとを再度連結するクラッチ機構とを具備する内燃機関の制御システムを構成した。【選択図】図３
2020101157.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関と、
内燃機関の回転軸にイナーシャを付与するフライホイールと、
内燃機関の回転軸とフライホイールとの間に介在し、停止していた内燃機関を始動するに際して、当初内燃機関の回転軸とフライホイールとを連結し、内燃機関の回転速度がある程度以上上昇したら内燃機関の回転軸からフライホイールを切り離し、さらに内燃機関の回転速度が上昇した後に内燃機関の回転軸とフライホイールとを再度連結するクラッチ機構と
を具備する内燃機関の制御システム。
【請求項２】
前記クラッチ機構が、内燃機関の回転軸とフライホイールとを連結するかこれら両者を切り離すかを制御装置により制御できる自動クラッチと、内燃機関の回転軸とともに回転するクラッチシューが遠心力により変位して内燃機関の回転軸とフライホイールとを連結する遠心クラッチとを包含しており、
停止していた内燃機関を始動するに際して、当初内燃機関の回転軸とフライホイールとを自動クラッチにより連結し、内燃機関の回転速度がある程度以上上昇したら自動クラッチによる連結を解除し、さらに内燃機関の回転速度が上昇した後に内燃機関の回転軸とフライホイールとを遠心クラッチにより連結する請求項１記載の内燃機関の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の始動時の制御を司るシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近時、電動機及び内燃機関の二種の動力源を備えるハイブリッド車両が一定の普及を見ている。シリーズ方式のハイブリッド車両（例えば、下記特許文献を参照）は、内燃機関により発電用モータジェネレータを駆動して発電を行い、発電した電力を蓄電装置（バッテリ及び／またはキャパシタ）に蓄えるとともに走行用モータジェネレータに供給する。そして、走行用モータジェネレータによって車両の駆動輪を回転させて走行する。
【０００３】
発電用モータジェネレータのみならず、走行用モータジェネレータもまた、回生制動により発電を行い、発電した電力を蓄電装置に蓄えることができる。蓄電装置の容量一杯まで既に電荷が蓄えられている場合には、回生制動により得られる電力を敢えて発電用モータジェネレータに供給し、これを電動機として作動させて内燃機関を回転駆動することで、余剰の電力を消費する。
【０００４】
ハイブリッド車両では、内燃機関が燃料を燃焼させて回転駆動力を発生させなくとも、走行用モータジェネレータが出力する回転駆動力により車両を走行させることが可能である。故に、車両の運用中であっても、内燃機関の運転を停止している状態が継続することがある。
【０００５】
蓄電装置が現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータに対する要求出力が大きい場合には、内燃機関を始動し気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関の出力する回転駆動力を以て発電用モータジェネレータを駆動し、発電を実施して蓄電装置を充電、または走行用モータジェネレータに供給する電力を増強する。
【０００６】
シリーズ方式のハイブリッド車両にあって、発電用モータジェネレータは、停止した内燃機関を始動する準備として内燃機関をモータリング（または、クランキング）する役割を兼ねる。モータリング時には、蓄電装置から必要な電力の供給を受ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１６−０６４７３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
内燃機関の始動及び発電用モータジェネレータによる発電の開始の遅延は、運転者がアクセルペダルを踏み込んで車両の加速を要求したときの加速の遅れとなって現れる。運転者の意思に合致した加速レスポンスを実現するべく、発電用モータジェネレータから走行用モータジェネレータに供給する電力を速やかに増大させるためには、内燃機関の回転速度を速やかに加速することが望まれる。
【０００９】
内燃機関の回転の加速度を高めるには、内燃機関の回転軸を含む回転系のイナーシャ（慣性モーメント）を小さくした方がよい。フライホイールを小さくしたり、それこそフライホイールを廃したりすれば、回転系のイナーシャを低減できる。だが、回転系のイナーシャが小さいと、内燃機関の始動直後の低回転域における、回転軸の回転速度が振動するように上下する回転変動が大きくなる。その回転変動が共振となって顕在化する可能性も否定できない。
【００１０】
以上の問題に初めて着目してなされた本発明は、内燃機関の回転の加速性と回転の安定化という背反する要素の両立を図ることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明では、内燃機関と、内燃機関の回転軸にイナーシャを付与するフライホイールと、内燃機関の回転軸とフライホイールとの間に介在し、停止していた内燃機関を始動するに際して、当初内燃機関の回転軸とフライホイールとを連結し、内燃機関の回転速度がある程度以上上昇したら内燃機関の回転軸からフライホイールを切り離し、さらに内燃機関の回転速度が上昇した後に内燃機関の回転軸とフライホイールとを再度連結するクラッチ機構とを具備する内燃機関の制御システムを構成した。
【００１２】
前記クラッチ機構は、例えば、内燃機関の回転軸とフライホイールとを連結するかこれら両者を切り離すかを制御装置により制御できる自動クラッチと、内燃機関の回転軸とともに回転するクラッチシューが遠心力により変位して内燃機関の回転軸とフライホイールとを連結する遠心クラッチとを包含しており、停止していた内燃機関を始動するに際して、当初内燃機関の回転軸とフライホイールとを自動クラッチにより連結し、内燃機関の回転速度がある程度以上上昇したら自動クラッチによる連結を解除し、さらに内燃機関の回転速度が上昇した後に内燃機関の回転軸とフライホイールとを遠心クラッチにより連結するものとする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、始動した内燃機関の回転の加速性と回転の安定化という背反する要素の両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態におけるシリーズ方式のハイブリッド車両の概要を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関の制御システムが具備するクラッチ機構を模式的に示す図。
【図３】同実施形態の内燃機関の制御システムが具現する制御の内容を示すタイミング図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態におけるハイブリッド車両の概略構成を示している。このハイブリッド車両は、内燃機関１と、内燃機関１により駆動されて発電を行う発電用モータジェネレータ２と、発電用モータジェネレータ２が発電した電力を蓄える蓄電装置３と、発電用モータジェネレータ２及び／または蓄電装置３から電力の供給を受けて車両の駆動輪６２を駆動する走行用モータジェネレータ４とを備えている。
【００１６】
本実施形態のハイブリッド車両は、内燃機関１を発電にのみ使用するシリーズハイブリッド方式の電気自動車であり、車両の駆動輪６２には専ら走行用モータジェネレータ４から走行のための駆動力を供給する。内燃機関１と駆動輪６２との間は機械的に切り離されており、元来両者の間で回転駆動力の伝達がなされない。つまり、内燃機関１は、走行用モータジェネレータ４及び駆動輪６２から完全に独立して回転することが可能である。従って、イグニッションスイッチ（パワースイッチ、またはイグニッションキー）がＯＮに操作されている車両の運用中、運転者がアクセルペダルを踏むことで車両が走行可能な状態にあっても、蓄電装置３が充分な電荷を蓄えている状況下では、燃料の燃焼を伴う内燃機関１の運転を実施しないことがある。
【００１７】
内燃機関１は、例えば複数の気筒を包有する４ストロークエンジンである。内燃機関１の回転軸であるクランクシャフト１１は、発電用モータジェネレータ２の回転軸と歯車機構を介して機械的に接続している。そして、内燃機関１が出力する回転駆動力を発電用モータジェネレータ２に入力することで、発電用モータジェネレータ２が発電する。発電した電力は、蓄電装置３に充電し、及び／または、走行用モータジェネレータ４に供給する。また、発電用モータジェネレータ２は、自らが回転駆動力を発生させて内燃機関１のクランクシャフト１１を回転駆動する電動機としても機能する。例えば、発電用モータジェネレータ２は、停止している内燃機関１を始動する準備としてのモータリング（クランキング）を実行する。
【００１８】
走行用モータジェネレータ４は、車両の走行のための駆動力を発生させ、その駆動力を減速機６１を介して駆動輪６２に入力する。また、走行用モータジェネレータ４は、駆動輪６２に連れ回されて回転することで発電し、車両の運動エネルギを電気エネルギとして回収する。この回生制動により発電した電力は、蓄電装置３に充電する。
【００１９】
但し、既に蓄電装置３の容量一杯まで電荷が蓄えられており、それ以上の充電が困難であるならば、走行用モータジェネレータ４が回生発電した電力を敢えて発電用モータジェネレータ２に供給し、発電用モータジェネレータ２を電動機として稼働させて内燃機関１を回転駆動する。これにより、車両の制動性能を維持しながら、余剰の電力を消尽する。また、このとき、内燃機関１の回転が保たれることから、内燃機関１の気筒への燃料供給を一時的に停止する燃料カットを実行することができる。
【００２０】
発電機インバータ２１は、発電用モータジェネレータ２が発電する交流電力を直流電力に変換する。そして、その直流電力を蓄電装置３または駆動機インバータ４１に入力する。並びに、発電機インバータ２１は、発電用モータジェネレータ２を電動機として作動させる際に、蓄電装置３及び／または駆動機インバータ４１から供給される直流電力を交流電力に変換した上で発電用モータジェネレータ２に入力する。
【００２１】
駆動機インバータ４１は、蓄電装置３及び／または発電機インバータ２１から供給される直流電力を交流電力に変換した上で走行用モータジェネレータ４に入力する。並びに、駆動機インバータ４１は、車両の回生制動を行うときに走行用モータジェネレータ４が発電する交流電力を直流電力に変換した上で蓄電装置３または発電機インバータ２１に入力する。
【００２２】
発電機インバータ２１及び駆動機インバータ４１は、ＰＣＵ（Ｐｏｗｅｒ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）の一部をなす。
【００２３】
蓄電装置３は、バッテリ及び／またはキャパシタ等である。蓄電装置３は、発電用モータジェネレータ２及び走行用モータジェネレータ４の各々が発電する電力を充電して蓄える。並びに、蓄電装置３は、発電用モータジェネレータ２及び走行用モータジェネレータ４の各々を電動機として作動させるための電力を放電し、それらモータジェネレータ２、４に必要な電力を供給する。
【００２４】
内燃機関１、発電用モータジェネレータ２、蓄電装置３、インバータ２１、４１及び走行用モータジェネレータ４の制御を司る制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵ、即ち内燃機関１を制御するエンジンコントローラ０１、発電用モータジェネレータ２及び発電機インバータ２１を制御する発電機コントローラ０２、蓄電装置３を制御するバッテリコントローラ０３、走行用モータジェネレータ４及び駆動機インバータ４１を制御する駆動機コントローラ０４等が、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ  Ａｒｅａ  Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものである。
【００２５】
ＥＣＵ０は、センサを介してセンシングしている、運転者が操作するアクセル開度即ちアクセルペダルの踏込量や、シフトポジション即ちシフトレバー若しくはセレクタレバーの位置またはスイッチのＯＮ／ＯＦＦ、現在の車両の車速、路面の勾配、蓄電装置３の蓄電量、発電用モータジェネレータ２の発電電力等に応じて、走行用モータジェネレータ４が出力する回転駆動力、内燃機関１が出力する回転駆動力、及び発電用モータジェネレータ２が発電する電力の大きさを増減制御する。
【００２６】
蓄電装置３が現在充分な電荷を蓄えており、走行用モータジェネレータ４に対して要求される出力が小さい場合、内燃機関１への燃料の供給を遮断して内燃機関１を運転しない。翻って、蓄電装置３が現在蓄えている電荷の量が所定量を下回っている場合、または走行用モータジェネレータ４に対して要求される出力が大きい場合には、内燃機関１を始動し気筒に燃料を供給してこれを燃焼させ、内燃機関１の出力する回転駆動力を以て発電量モータジェネレータ２を駆動し、発電を実施して蓄電装置３を充電し、または走行用モータジェネレータ４に供給する電力を増強する。
【００２７】
図２に示すように、内燃機関１のクランクシャフト１１を含む回転系には、回転変動を鎮圧するためのダンパ８及びフライホイール７を付設している。ダンパ８は、内燃機関１の出力軸即ちクランクシャフト１１と発電用モータジェネレータ２の入力軸との間に介在する。
【００２８】
フライホイール７は、内燃機関１に設けたベアリング１３により、クランクシャフト１１と同軸に回転可能であるように支持させる。
【００２９】
その上で、内燃機関１のクランクシャフト１１に固定したフランジ１２と、フライホイール７との間に、自動クラッチである電磁クラッチ９１、及び遠心クラッチ９２を包含するクラッチ機構９を介設している。
【００３０】
電磁クラッチ９１は、通電することによりクランクシャフト１１とフライホイール７とを連結し、通電を遮断することによりそれら両者の連結を解除する既知のものである。
【００３１】
遠心クラッチ９２は、クランクシャフト１１とともに回転するクラッチシュー９２１が遠心力により外方に変位しフライホイール７内周のクラッチペル９２２に密着することで、クランクシャフト１１とフライホイール７とを連結する既知のものである。クラッチシュー９２１に作用する遠心力が、クラッチシュー９２１を内方に弾性付勢するスプリング９２３の付勢力を下回るときには、クラッチシュー９２１がクラッチペル９２２から離反し、クランクシャフト１１とフライホイール７との連結を解除する。
【００３２】
停止した内燃機関を始動するに際しては、図３に示すように、その始動の当初、ＥＣＵ０から電磁クラッチ９１に制御信号を入力し、電磁クラッチ９１を締結して内燃機関１のクランクシャフト１１にフライホイール７を連結する。図３中、実線で電磁クラッチ９１の締結／解結を表している。これにより、内燃機関１を始動した直後の、内燃機関１の回転速度が低い時期における回転変動を、フライホイール７及びダンパ８を用いて抑制することができる。
【００３３】
その後、内燃機関１の回転速度が、回転変動に起因した共振が殆どまたは全く起こらないような所定のエンジン回転数Ｎ1まで上昇した時点ｔ1で、ＥＣＵ０から電磁クラッチ９１に制御信号を入力し、電磁クラッチ９１を解結して内燃機関１のクランクシャフト１１からフライホイール７を一旦切り離す。これにより、時点ｔ1以降の回転系のイナーシャを軽減し、始動した内燃機関１の回転速度を速やかに加速することが可能となる。図３中、鎖線はクランクシャフト１１にフライホイール７を連結したまま維持した場合の内燃機関１の回転速度の上昇の推移を表し、実線はクランクシャフト１１からフライホイール７を切り離した場合の内燃機関１の回転速度の上昇の推移を表している。時点ｔ1以降、フライホイール７は惰性で自由回転を続ける。
【００３４】
さらに、内燃機関１の回転速度が、発電用モータジェネレータ２による発電のために充分に高いエンジン回転数Ｎ2まで上昇した時点ｔ2で、遠心力により自動的に遠心クラッチ９２を締結し、内燃機関１のクランクシャフト１１にフライホイール７を再度連結する。図３中、破線で遠心クラッチ９２の締結／解結を表している。これにより、時点ｔ2以降の回転系のイナーシャを増大させ、安定的に発電用モータジェネレータ２を回転駆動して発電を遂行することができる。
【００３５】
内燃機関１の回転速度が減速して上記のエンジン回転数Ｎ2を下回り、遠心力が低減して遠心クラッチ９２が解結される時点ｔ3以後は、ＥＣＵ０から電磁クラッチ９１に制御信号を入力し、電磁クラッチ９１を締結して、内燃機関１のクランクシャフト１１にフライホイール７を連結した状態を維持する。これにより、慣性エネルギを発電用モータジェネレータ２の回転駆動に有効に利用することができる。
【００３６】
しかして、内燃機関１の回転が停止した時点ｔ4で、ＥＣＵ０から電磁クラッチ９１に制御信号を入力し、電磁クラッチ９１を解結して内燃機関１のクランクシャフト１１からフライホイール７を切り離す。
【００３７】
本実施形態では、内燃機関１と、内燃機関１の回転軸１１にイナーシャを付与するフライホイール７と、内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７との間に介在し、停止していた内燃機関１を始動するに際して、当初内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７とを連結し、内燃機関１の回転速度がある程度以上上昇したら内燃機関の回転軸からフライホイール７を切り離し、さらに内燃機関１の回転速度が上昇した後に内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７とを再度連結するクラッチ機構９とを具備する内燃機関の制御システムを構成した。
【００３８】
本実施形態では、内燃機関１の回転速度がある程度以上上昇した後、一時的にフライホイール７を切り離して回転系のイナーシャを軽減することができる。本実施形態によれば、始動した内燃機関１の回転の加速性の向上と、低回転域における回転変動の抑制との両立を図ることが可能となる。
【００３９】
前記クラッチ機構９は、通電することにより内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７とを連結する電磁クラッチ９１と、内燃機関１の回転軸１１とともに回転するクラッチシュー９２１が遠心力により変位して内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７とを連結する遠心クラッチ９２とを包含しており、停止していた内燃機関１を始動するに際して、当初内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７とを電磁クラッチ９１により連結し、内燃機関１の回転速度がある程度以上上昇したら電磁クラッチ９１による連結を解除し、さらに内燃機関１の回転速度が上昇した後に内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７とを遠心クラッチ９２により連結する。このようなものであれば、電磁クラッチ９１に通電している期間を短縮でき、電気エネルギの消費を削減することができる。
【００４０】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、クラッチ機構９が電磁クラッチ９１及び遠心クラッチ９２を両備するものであったが、エネルギ消費に目を瞑るならば、遠心クラッチ９２を廃し、電磁クラッチ９１のみによって内燃機関１の回転軸１１とフライホイール７との連結／解結を制御することも可能である。
【００４１】
また、電磁クラッチ９１に代わる自動クラッチとして、制御装置たるＥＣＵ０により締結／解結を制御することが可能な液圧クラッチ等を採用しても構わない。
【００４２】
上記実施形態における車両はシリーズハイブリッド車両であり、内燃機関１が出力する駆動力を発電機２ではなく駆動輪６２に入力することは想定していなかった。だが、内燃機関が出力する駆動力を車両の走行のために駆動輪に供給し得る態様のハイブリッド車両に、本発明を適用することも可能である。その場合には、内燃機関と駆動輪との間に、両者の間で駆動力を伝達可能な状態と、両者の間で駆動力を伝達せず内燃機関が駆動輪から独立して回転可能な状態とを切換可能な動力伝達機構（断接切換可能なクラッチや、遊星歯車を利用した伝達機構等）を介設しておく。
【００４３】
さらに、本発明の適用の対象は、ハイブリッド車両には限定されない。本発明は、内燃機関の始動制御一般に適用することが可能である。
【００４４】
その他、各部の具体的な構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の始動時の制御に適用することができる。
【符号の説明】
【００４６】
０…制御装置（ＥＣＵ）
１…内燃機関
１１…回転軸（クランクシャフト）
７…フライホイール
９…クラッチ機構
９１…自動クラッチ（電磁クラッチ）
９２…遠心クラッチ
【図１】
2020101157.tif 000003
【図２】
2020101157.tif 000004
【図３】
2020101157.tif 000005