(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンおよび電気モータを有しており、エンジン始動の際には、前記電気モータの回転力を前記エンジンに与えるとともに、前記エンジンへの燃料供給用の燃料ポンプを作動させるハイブリッド自動車のためのエンジン始動装置であって、
エンジン始動の要求の発生に応じて、前記電気モータの回転制御を開始した後に、前記燃料ポンプの作動を開始させ、前記電気モータの回転によってエンジン回転数が立ち上がる前に燃料圧力が燃料噴射を行うのに必要な規定値またはそれ近い値に達するように燃料圧力を上昇させることで、前記電気モータの回転制御開始からエンジン回転開始までの間の遅れ時間の間に燃料圧力を上昇させ、エンジン回転数に応じて燃料噴射装置および点火装置を制御し、エンジンを駆動させることを特徴とするハイブリッド自動車のエンジン始動装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置において、
前記エンジン始動の要求は、イグニッションスタートスイッチがオンになったときに発生することを特徴とするハイブリッド自動車のエンジン始動装置。
【請求項３】
請求項２に記載の装置において、
前記燃料ポンプの作動後、通常ポンプ運転中の燃料圧力が確保されるまでは、前記燃料ポンプの作動を継続することを特徴とするハイブリッド自動車のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド自動車のエンジン用燃料ポンプ制御装置に関し、特に、エンジン始動の際の燃料ポンプの作動開始の適切な制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ハイブリッド自動車は、電気自動車の一種であり、推進動力源としてエンジンおよび電気モータを有しており、低公害の要求に応える技術として注目されている。エンジン搭載車では専用のスタータモータによりエンジンを始動するのと異なり、ハイブリッド自動車では、推進用電気モータによりエンジンを始動することができ、スタータモータを廃止できる。
【０００３】
ハイブリッド自動車では、例えば下記の手順でエンジンが始動される；
（１）運転者がイグニッションスタートスイッチをオンにすると、
（２）電気モータが回転し、その回転力がエンジンに伝えられてエンジンが回転し、
（３）エンジン回転検出をトリガーとして、燃料ポンプが作動、燃料噴射および点火が開始する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の手順では、エンジン回転検出をトリガーとして、燃料ポンプが作動し、燃料噴射が開始している。しかし、ハイブリッド自動車が長時間に渡って使用されなかったときなどには、燃料タンクとエンジンをつなぐ燃料ポンプ内の燃料圧力が低下している。そして、燃料ポンプの作動開始から燃料圧力が上昇するまでにはタイムラグがある。従って、燃料噴射の開始時点で燃料圧力が十分に上昇していない事があり得る。
【０００５】
このように、従来は、燃料噴射開始から短い期間ではあるが、燃料圧力が十分に上昇していなことがあり得る。燃料圧力が低いと、空燃比が適切な値とならず、その結果、エミッション値、エンジン始動性およびドライバビリティに悪影響が及ぶ可能性があり、この種の悪影響は極力低減することが望まれる。
【０００６】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン始動の際に燃料圧力を早期に上昇させることができる燃料ポンプ制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、エンジンおよび電気モータを有しており、エンジン始動の際には、前記電気モータの回転力を前記エンジンに与えるとともに、前記エンジンへの燃料供給用の燃料ポンプを作動させるハイブリッド自動車のためのエンジン始動装置であって、エンジン始動の要求の発生に応じて、前記電気モータの回転制御を開始した後に、前記燃料ポンプの作動を開始させ、前記電気モータの回転によってエンジン回転数が立ち上がる前に燃料圧力が燃料噴射を行うのに必要な規定値またはそれ近い値に達するように燃料圧力を上昇させることで、前記電気モータの回転制御開始からエンジン回転開始までの間の遅れ時間の間に燃料圧力を上昇させ、エンジン回転数に応じて燃料噴射装置および点火装置を制御し、エンジンを駆動させることを特徴とする。
【０００８】
本発明によれば、エンジン回転の検出を待たずに、エンジン始動要求の発生に応じて燃料ポンプを始動させるので、早期に燃料圧力を上昇させることができる。その結果、早期より適切な量の燃料をエンジンに供給することができ、排気特性、エンジン始動性、ドライバビリティの改善を図ることが可能となる。
【０００９】
前記エンジン始動の要求は、例えば、イグニッションスタートスイッチがオンになったときに発生する。好ましくは、前記燃料ポンプの作動後、通常ポンプ運転中の燃料圧力が確保されるまでは、前記燃料ポンプの作動を継続する。例えばポンプ作動直後にエンジン停止要求が発生したような場合でも、燃料圧力が十分な大きさに引き上げられるまではポンプを止めない。従って、次回のエンジン始動要求生成時には、燃料圧力が高い状態を起点として圧力上昇を開始でき、より早い燃料圧力上昇が期待できる。なお、必要な燃料圧力が確保されたか否かは、例えば、ポンプ作動開始から所定時間が経過したか否かによって判断される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態（以下、実施形態という）について、図面を参照し説明する。図１は、本発明の燃料ポンプ制御装置が適用されたハイブリッド自動車の駆動システムを示している。このシステムは、動力源として、エンジン１０、および、第１、第２モータジェネレータ１２、１４を有する。各モータジェネレータは、必要に応じてモータまたは発電機として機能する。エンジン１０は、遊星ギア機構１６のプラネタリギアキャリア１８に連結されており、第１、第２モータジェネレータ１２、１４のロータは、それぞれ、サンギア２０およびリングギア２２に連結されている。そして、リングギア２２は、動力伝達機構を介して車輪２４に連結されている。
【００１１】
遊星ギア機構１６において、サンギアの回転数Ｎｓ、プラネタリキャリアの回転数Ｎｃおよびリングギアの回転数Ｎｒは、サンギアとリングギアのギア比ρとすれば、
【数１】
Ｎｓ＝Ｎｒ−（Ｎｒ−Ｎｃ）（１＋ρ）／ρ  ・・・（１）
で示される関係をもつ。すなわち、三つの回転数Ｎｓ，Ｎｃ，Ｎｒの二つが定まれば、もう一つの回転数が決定する。リングギアの回転数Ｎｒは、車両の速度で決まるので、プラネタリキャリアの回転数Ｎｃ（エンジン回転数）と、サンギアの回転数Ｎｓ（第１モータジェネレータ回転数）の一方が決定されれば、他方が決定される。
【００１２】
本ハイブリッドシステムでは、上記式（１）の関係を利用してエンジンおよび２つのモータジェネレータが制御される。エンジン出力は、遊星ギア機構で分配され、車輪の駆動およびモータジェネレータの発電に利用される。モータジェネレータは、車輪を回転させるためのモータとして機能したり、メインバッテリ２６を充電するための発電機として機能する。
【００１３】
上記の２つのモータジェネレータはハイブリッドＥＣＵ２８により制御される。具体的には、ハイブリッドＥＣＵ２８は、各モータジェネレータのインバータ（図示せず）にスイッチング制御信号を送る。ハイブリッドＥＣＵ２８が両モータジェネレータを制御することで、式（１）に従ってエンジン回転数が決まる。言い換えれば、ハイブリッドＥＣＵ２８がエンジン回転数を制御している。
【００１４】
エンジンＥＣＵ３０は、エンジン回転センサ３２を用いて現在のエンジン回転数Ｎｅを検出し、回転数Ｎｅに応じてエンジン１０、特に燃料噴射装置３４および点火装置３６を制御する。回転数センサ３２としては、エンジン出力部（プラネタリキャリア部）にレゾルバを設けることが好適である。
【００１５】
燃料タンク３８内に設置された燃料ポンプ４０もエンジンＥＣＵ３０により制御される。エンジンＥＣＵ３０は、燃料ポンプ４０のポンプ作動スイッチ４１をオン／オフする。ポンプ作動スイッチ４１が閉じられると（オン）、補機バッテリ４２の電力が燃料ポンプ４０に供給され、燃料ポンプ４０が作動し、燃料パイプ４３を介してエンジン１０に燃料を供給する。エンジン１０の運転中は、燃料ポンプ４０が常時作動しており、燃料パイプ４３内にほぼ一定の燃料圧力（以下、規定圧力Ｐ０という）が生じる。燃料噴射装置３４が適切な燃料噴射を行うのに必要な規定圧力Ｐ０が得られるように、燃料ポンプ４０の仕様、および、その他の構成が設定されている。
【００１６】
次に、図１のシステムのエンジン始動、特に、運転者がキー操作によりイグニッションスタートスイッチ４４をオンにしたときのエンジン始動について説明する。
【００１７】
概略的には、ハイブリッドＥＣＵ２８がモータジェネレータ１２を回転させることによりエンジン回転数Ｎｅを立ち上げる一方で、エンジンＥＣＵ１０が燃料ポンプ４０、燃料噴射装置３４および点火装置３６の駆動を開始する。従来は、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン回転センサ３２の検出信号を基にエンジン回転開始を知り、それから燃料ポンプ４０を作動させていたので、燃料圧力の上昇が遅くなってしまう。そこで、本実施形態では、燃料圧力を早期に上昇させるため、下記の燃料ポンプ制御を行う。
【００１８】
図２を参照すると、イグニッションスタートスイッチ４４がオンになると、イグニッションスタート信号ＳｓｔがハイブリッドＥＣＵ２８に入力される（Ｓ１０）。ハイブリッドＥＣＵ２８は、エンジン起動要求Ｒｓｔを生成し、エンジンＥＣＵ３０に送信する（Ｓ１２）。この時点でエンジンＥＣＵ３０側は、エンジン始動の必要性を早期に知ることができる。Ｓ１２とほぼ同時に、ハイブリッドＥＣＵ２８は、エンジンを回転させるための処理を開始する（Ｓ１４）。ここでは、ハイブリッドＥＣＵ２８がモータジェネレータ１２をモータとして回転させると、回転力が遊星ギア機構１６を介してエンジン１０に伝えられ、エンジン１０が回転する。エンジン起動要求Ｒｓｔの生成からモータおよびエンジンの実際の回転開始までには、比較的短いながらも、ハイブリッドシステムの各種制御処理等のためのタイムラグがある。
【００１９】
一方、Ｓ１２でハイブリッドＥＣＵ２８からエンジン起動要求Ｒｓｔを受信したエンジンＥＣＵ３０は、以下のように、直ちに燃料ポンプ４０を作動させる。まず、Ｒｓｔオン、かつ、Ｆｓｔオフであるか否かが判断される（Ｓ２０）。Ｆｓｔはエンジン始動記憶フラグであり、最初のエンジン始動か否かについての判定に用いられる。
【００２０】
Ｒｓｔ受信の段階ではＳ２０がＹＥＳである。エンジンＥＣＵ３０は、燃料圧力上昇カウンタＴｆｐをクリアし（Ｓ２２）、エンジン始動記憶フラグＦｓｔをオンにする（Ｓ２４）。燃料圧力上昇カウンタＴｆｐは、所定周期毎に自動的にインクリメントされるもので、燃料ポンプ４０の作動開始からの経過時間を計測するタイマとして用いられる。
【００２１】
Ｓ２６では、燃料圧力上昇カウンタＴｆｐが所定のしきい値Ｔ０と比較される。ここでは、Ｔｆｐをクリアしたばかりなので、ＴｆｐはＴ０未満である。そこで、エンジンＥＣＵ３０は、ポンプ作動スイッチ４１に信号を送り、燃料ポンプ４０を作動させる（Ｓ２８）。
【００２２】
Ｓ２０に戻り、エンジンＥＣＵ３０は、エンジン始動要求Ｒｓｔおよびエンジン始動記憶フラグＦｓｔの状態を再び調べる。今度はＦｓｔがオンなので、Ｓ２６に進み、燃料圧力上昇カウンタＴｆｐがしきい値Ｔ０と再び比較される。カウンタＴｆｐがしきい値Ｔ０未満である間は、燃料ポンプ４０の作動が必ず継続され、すなわち燃料ポンプ４０の停止が禁止される。
【００２３】
カウンタＴｆｐがしきい値Ｔ０以上になると、エンジンＥＣＵ３０は、フューエルカット要求またはエンジン停止要求が生じているか否かを判定する（Ｓ３０）。これらの要求がなければ燃料ポンプ４０が継続して駆動される（Ｓ２８）。一方、Ｓ３０がＹＥＳであれば、燃料ポンプ４０が停止される（Ｓ３２）。
【００２４】
図３は、エンジン始動処理のタイムチャートを示している。イグニッションスタート信号Ｓｓｔがオンになると、ハイブリッドＥＣＵ２８がエンジン始動要求Ｒｓｔを生成し、エンジンＥＣＵ３０に送る。Ｒｓｔ生成と同時にモータ回転制御が開始される。ハイブリッドシステム関連の制御処理等のための遅れ時間Ｔｄが経過した後、実際にモータが回転し、エンジン回転数Ｎｅが立ち上がる。
【００２５】
一方、エンジン側では、エンジン始動要求Ｒｓｔの受信後、直ちに燃料ポンプ４０が作動される。車両が長時間に渡って使用されなかったときには、燃料パイプ４３の燃料圧力は徐々に低下し、小さくなっている。燃料ポンプ４０の作動により燃料圧力が上昇する。そして、エンジン回転が検出されると、燃料噴射装置３４および点火装置３６が駆動され、エンジン１０が始動する。
【００２６】
ここで、従来は、ハイブリッドＥＣＵ２８からエンジンＥＣＵ３０へは、エンジン始動要求Ｒｓｔのようなエンジン始動に関する通知は送られない。エンジンＥＣＵ３０は、エンジン回転センサ３２の入力を基に、自力でエンジン始動の必要性を判断する。そして、エンジン回転検出をトリガーとして燃料ポンプ４０が起動されるが、燃料圧力上昇にはある程度の時間がかかる。そのため、図３に点線で示されるように、燃料噴射の開始後の短時間ではあるが、燃料圧力の低い期間がある。燃料圧力が低いと空燃比が適切な値にならず、エミッション値、エンジン始動性、ドライバビリティに悪影響が及ぶ可能性がある。
【００２７】
しかしながら、本実施形態では、ハイブリッドＥＣＵ２８がエンジンＥＣＵ３０にエンジン始動要求Ｒｓｔを伝える。エンジンＥＣＵ３０は、エンジン回転検出に先立ち、エンジン始動要求Ｒｓｔの生成に応じて直ちに燃料ポンプ４０を作動する。従って、エンジン回転開始までの遅れ時間Ｔｄを利用して、この期間に燃料圧力を上昇させることができる。そして、エンジン回転数Ｎｅの立ち上がり時には、図示の如く、燃料圧力が規定値Ｐ０またはそれに近い値に達していることが期待できる。これにより、早期より適切な燃料供給が行われ、空燃比が適当な値になり、エミッション値、エンジン始動性、ドライバビリティの改善が可能となる。
【００２８】
また、本実施形態では、図２のＳ２６の判断ステップを設けたことにより、以下に説明する利点が得られる。
【００２９】
Ｓ２６のしきい値Ｔ０は、燃料圧力が上昇しきるのに要する時間に基づいて定められている。燃料圧力が最も大幅に低下したとみなせる状態で燃料ポンプ４０を始動した場合に、燃料圧力が上昇を完了して一定になるまで（安定するまで）にかかる時間を上昇時間ｔ０(msec)とする。すなわち、上昇時間ｔ０は、ポンプ作動から燃料圧力が確実に規定圧力Ｐ０に達するまでの時間である。この上昇時間ｔ０に基づき、燃料圧力上昇カウンタＴｆｐ＝Ｔ０のときにポンプ作動から少なくとも時間ｔ０が経過しているように、しきい値Ｔ０が定められている。従って、Ｓ２６の判断により、規定値Ｐ０の燃料圧力（通常ポンプ運転中の燃料圧力）が確保されるまでは、燃料ポンプ４０の作動が継続され、すなわち燃料ポンプ４０の停止が禁止される。
【００３０】
ここで、燃料圧力の上昇完了前にエンジン停止要求またはフューエルカット要求が生じたとする。これらの要求が生じたとしても、上記の制御により、燃料圧力は規定圧力Ｐ０まで引き上げられ、それから、燃料ポンプ４０が停止される。従って、次回にエンジン始動要求が発生したときには、燃料圧力がより高い状態を起点として、燃料圧力の上昇を開始でき、従って、燃料圧力が早期に再び規定圧力Ｐ０まで到達できる。その結果、エンジン始動直後における適切な量の燃料供給をより確実に行うことができる。
【００３１】
以上、本発明の好適な実施形態を説明した。変形例としては、燃料パイプまたは他の適当な場所に、燃料圧力を検出する圧力センサを設けてもよい。エンジン始動の要求が発生し、かつ、燃料圧力が低下しているときには、上述の制御が行われ、燃料ポンプが起動される。燃料圧力が低下していなければ、エンジン回転検出をトリガーとして燃料ポンプが起動される。この形態によれば、更に効率的に燃料ポンプを作動させることができる。なお、燃料圧力低下の判定は、燃料圧力センサの検出値を所定のしきい値と比較することで行われる。判定用のしきい値は、例えば、燃料圧力の規定値Ｐ０と等しいか、あるいはそれより少し低い値に設定される。
【００３２】
また、図２の制御は、イグニッションスタートスイッチがオンなったときだけではなく、他のエンジン始動時にも行われてもよい。ハイブリッド自動車では、バッテリの充電状態および車両の走行条件に応じてエンジンのオン／オフが行われる。走行途中のエンジン始動時にも、エンジン始動要求の発生に応じて早期に燃料ポンプが起動されてもよい。
【００３３】
また、本発明は、図１の構成に限定されず、任意のタイプのハイブリッド自動車に適用可能であることはもちろんである。本発明は、パラレルハイブリッド（エンジンとモータの両方で車両を駆動）およびシリーズハイブリッド（エンジンで発電機を駆動し、発電電力でモータを駆動し、モータの回転力で車両を駆動）のどちらにも適用可能である。
【００３４】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、エンジン始動の際、早期に燃料ポンプを起動して燃料圧力を上昇させることができ、適切な燃料供給によって、排気特性、エンジン始動性、ドライバビリティの改善を図ることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施形態の燃料ポンプ制御装置が適用されるハイブリッドシステムを示すブロック図である。
【図２】  図１のシステムのエンジン始動処理を示すフローチャートである。
【図３】  図２に従ったエンジン始動が行われたときのタイムチャートである。
【符号の説明】
１０  エンジン、１２  第１モータジェネレータ、１４  第２モータジェネレータ、１６  遊星ギア機構、２４  車輪、２８  ハイブリッドＥＣＵ、３０  エンジンＥＣＵ、３２  エンジン回転センサ、４０  燃料ポンプ、４１  ポンプ作動スイッチ、４３  燃料パイプ、４４  イグニッションスタートスイッチ、Ｎｅエンジン回転数、Ｒｓｔ  エンジン始動要求、Ｓｓｔ  イグニッションスタート信号。
【図１】
0003648992.tif 000002
【図２】
0003648992.tif 000003
【図３】
0003648992.tif 000004