(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互駆動可能に連結された内燃機関と回転電機とを有する動力装置と、前記内燃機関と回転電機とを制御する制御装置と、内燃機関の温度を検出する温度検出装置とを備え、前記制御装置は始動時にはバッテリからの電力を回転電機に供給して内燃機関を始動させると共に機関始動後は回転電機を発電作動させてバッテリを充電する機能を備え、かつ低温条件下での始動後は内燃機関をファストアイドル運転させるように構成された動力装置の始動制御装置において、
内燃機関の始動完爆を検出する始動検出装置を設けると共に、
前記制御装置を、前記低温条件下での始動完爆を検出したときに回転電機により内燃機関のトルク変動を検出し、該トルク変動が大きいときほど前記回転電機によるファストアイドル運転中の発電量が小さくなるように構成した
動力装置の始動制御装置。
【請求項２】
制御装置は、回転電機に電力を供給するバッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置を備え、バッテリが充電可能な状態のときに限り回転電機にファストアイドル運転中の発電作動を行わせる構成とした請求項１に記載の動力装置の始動制御装置。
【請求項３】
制御装置は、機関温度が所定値に達したときは回転電機の発電作動とファストアイドル運転とを終了する構成とした請求項１に記載の動力装置の始動制御装置。
【請求項４】
制御装置は、ファストアイドル運転中の機関温度が上昇するにしたがい所定割合で発電量が増大するように回転電機を制御する構成とした請求項１に記載の動力装置の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関と回転電機とを相互駆動可能に連結した動力装置の始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術と解決すべき課題】
内燃機関と回転電機とを相互駆動可能に連結し、回転電機を内燃機関の始動時にはスタータモータとして作動させると共に、機関始動後は発電機として作動させられるようにした動力装置が知られている。この形式の動力装置は、単なる発電装置としてのみならず、エネルギの有効利用を図るためのハイブリッド車両の動力源等としても用いられる（例えば特開平９−１１７０１２号公報参照）。
【０００３】
ところで、内燃機関は低温状態では燃焼が不安定であるうえにフリクションが大きいのでアイドル運転状態での回転安定度が低下する。そこで通常は、このような冷間始動時には吸入空気量および燃料量を若干増やし、図８に示したようにアイドル回転数を暖機完了後の正規アイドル回転数であるＡ点よりも高いＣ点へと上昇させることによりストールを防止しつつ暖機を促進するファストアイドル運転というものを行うようにしている。このファストアイドル運転での機関出力は無負荷状態でフリクションに抗して機関回転数を上昇させるためにのみ費やされるので、仮にこの回転数上昇分の機関出力を発電のために用いるものとすれば（図のＢ点での運転）、内燃機関の暖機促進と共にエネルギの有効利用が図れる。
【０００４】
しかしながら、ファストアイドル運転中といえども暖機が完了するまでは運転が不安定であることにはかわりなく、どの程度まで負荷を与えられるかは内燃機関の個々の特性や気温、気圧等の雰囲気条件にもよるので、発電のための負荷のかけ方によってはストールを起こすおそれがある。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、冷間始動後のファストアイドル運転時に回転電機による発電量を最適制御することにより暖機中のエンジン出力の有効利用と回転安定性の両立を図ることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、相互駆動可能に連結された内燃機関と回転電機とを有する動力装置と、前記内燃機関と回転電機とを制御する制御装置と、内燃機関の温度を検出する温度検出装置とを備え、前記制御装置は始動時にはバッテリからの電力を回転電機に供給して内燃機関を始動させると共に機関始動後は回転電機を発電作動させてバッテリを充電する機能を備え、かつ低温条件下での始動後は内燃機関をファストアイドル運転させるように構成された動力装置の始動制御装置において、
内燃機関の始動完爆を検出する始動検出装置を設けると共に、前記制御装置を、前記低温条件下での始動完爆を検出したときに回転電機により内燃機関のトルク変動を検出し、該トルク変動が大きいときほど前記回転電機によるファストアイドル運転中の発電量が小さくなるように構成した。
【０００７】
請求項２の発明は、上記請求項１の発明の制御装置を、回転電機に電力を供給するバッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置を備え、バッテリが充電可能な状態のときに限り回転電機にファストアイドル運転中の発電作動を行わせる構成とした。
【０００８】
請求項３の発明は、上記請求項１の発明の制御装置を、機関温度が所定値に達したときは回転電機の発電作動とファストアイドル運転とを終了する構成とした。
【０００９】
請求項４の発明は、上記請求項１の発明の制御装置を、ファストアイドル運転中の機関温度が上昇するにしたがい所定割合で発電量が増大するように回転電機を制御する構成とした。
【００１０】
【作用・効果】
一般に内燃機関が始動完爆して自立運転を開始したのちの安定性はそのトルク変動によって判定することが可能であり、すなわち安定性が低いほどトルク変動は大きく、安定性が高いほどトルク変動は小さい。トルク変動が大きいときほど発電による負荷でエンジンストールを起こしやすく、トルク変動が小さいときは比較的大きな発電量としても運転を継続することができる。上記請求項１以下の各発明によれば、このように内燃機関の安定性を代表するトルク変動を内燃機関に連動する回転電機の発電機としての出力から検知し、トルク変動が大きいときほど回転電機によるファストアイドル運転中の発電量が小さくなるように発電制御している。したがって、そのときの内燃機関の安定性を損なわない範囲で回転電機にバッテリ充電をさせてエネルギ利用効率を改善することができる。
【００１１】
請求項２の発明では、回転電機に電力を供給するバッテリの状態を検出するバッテリ状態検出装置を備え、バッテリが充電可能な状態のときに限り回転電機にファストアイドル運転中の発電作動を行わせるようにしている。バッテリによっては過充電により劣化が促されることがあるが、本発明によればバッテリ状態を検知してバッテリが充電可能な状態のときにのみ回転電機に発電を行わせるので、バッテリの劣化を未然に防止することができる。
【００１２】
請求項３の発明では、機関温度が所定値に達したときは回転電機の発電作動とファストアイドル運転とを終了する。バッテリの状態によっては暖機のためのファストアイドル運転が完了した時点でも充電の受入れが可能な場合があるが、ファストアイドル終了後にも回転電機に発電をさせるとその負荷によりストールするおそれがある。本発明ではファストアイドル終了時には回転電機が発電動作中であってもこれを終了させるので、暖機完了後のストールを防止することができる。
【００１３】
請求項４の発明では、ファストアイドル運転中の機関温度が上昇するにしたがい所定割合で発電量が増大するように回転電機を制御する。機関温度が上昇するほど安定性が高くなるので、それだけ発電量を増大することができる。したがって、本発明のように機関温度に応じて発電量を増大してゆく制御とすることにより、ファストアイドル運転中の機関の余力を最大限に引き出してエネルギ効率をより改善することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず図１〜図２に本願発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す。これは走行条件に応じてエンジン（内燃機関）または電動モータの何れか一方または双方の動力を用いて走行するパラレル方式のハイブリッド車両である。
【００１５】
図１において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。この車両のパワートレインは、モータ１（本発明の回転電機）、エンジン２、クラッチ３、モータ４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モータ１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されている。モータ１とエンジン２は本発明の動力装置にあたるもので、これらは所定の回転比を有する減速装置（図示せず）を介して相互駆動可能に連結されている。また、クラッチ３の出力軸、モータ４の出力軸および無段変速機５の入力軸が互いに連結されている。
【００１６】
クラッチ３締結時はエンジン２とモータ４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモータ４のみが車両の推進源となる。エンジン２またはモータ４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（図示せず）はモータ１０により駆動される。
【００１７】
モータ１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モータ４は主として車両の推進（力行）と制動に用いられる。また、モータ１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。また、クラッチ３締結時に、モータ１を車両の推進と制動に用いることもでき、モータ４をエンジン始動や発電に用いることもできる。クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１８】
モータ１，４，１０はそれぞれ、インバータ１１，１２，１３により駆動される。なお、モータ１，４，１０に直流電動モータを用いる場合には、インバータの代わりにＤＣ／ＤＣコンバータを用いる。インバータ１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリ１５に接続されており、メインバッテリ１５の直流充電電力を交流電力に変換してモータ１，４，１０へ供給するとともに、モータ１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリ１５を充電する。なお、インバータ１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモータにより発電された電力をメインバッテリ１５を介さずに直接、力行運転中のモータへ供給することができる。メインバッテリ１５には、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池、鉛電池などの各種電池や、電気二重層キャパシターいわゆるパワーキャパシターが適用される。
【００１９】
１６は本発明の制御装置の機能を備えたコントローラであり、マイクロコンピュータとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、クラッチ３の伝達トルク、モータ１，４，１０の回転数や出力トルク、無段変速機５の変速比、エンジン２の燃料噴射量・噴射時期、点火時期などを制御する。
【００２０】
コントローラ１６には、図２に示すように、キースイッチ２０、セレクトレバースイッチ２１、アクセルペダルセンサ２２、ブレーキスイッチ２３、車速センサ２４、バッテリ温度センサ２５、バッテリＳＯＣ検出装置２６、エンジン回転数センサ２７、スロットル開度センサ２８、水温センサ２９が接続される。キースイッチ２０は、車両のキーが０Ｎ位置またはＳＴＡＲＴ位置に設定されると閉路する（以下、スイッチの閉路をオンまたは０Ｎ、開路をオフまたはＯＦＦと呼ぷ）。セレクトレバースイッチ２１は、パーキングＰ、ニュートラルＮ、リバースＲおよびドライブＤの何れかのレンジに切り換えるセレクトレバー（図示せず）の設定位置に応じて、Ｐ，Ｎ，Ｒ，Ｄのいずれかのスイッチがオンする。
【００２１】
アクセルペダルセンサ２２はアクセルペダルの踏み込み量を検出し、ブレーキスイッチ２３はブレーキペダルの踏み込み状態を検出する。車速センサ２４は車両の走行速度を検出し、バッテリ温度センサ２５はメインバッテリ１５の温度を検出する。バッテリＳＯＣ検出装置２６は本発明のバッテリ状態検出装置にあたるもので、メインバッテリ１５の実容量の代表値であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  Ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）を検出する。また、エンジン回転数センサ２７はエンジン２の回転数を検出し、スロットル開度センサ２８はエンジン２のスロットルバルブ開度を検出する。さらに、水温センサ２９は本発明の温度検出装置にあたるもので、エンジン２の冷却水温を検出する。
【００２２】
コントローラ１６にはまた、エンジン２の燃料噴射装置３０、点火装置３１、可変動弁装置３２などが接続される。コントローラ１６は、燃料噴射装置３０を制御してエンジン２への燃料の供給と停止および燃料噴射量・噴射時期を調節するとともに、点火装置３１を駆動してエンジン２の点火時期制御を行う。また、コントローラ１６は可変動弁装置３２を制御してエンジン２の吸・排気弁の作動状態を調節する。なお、コントローラ１６には低圧の補助バッテリ３３から電源が供給される。
【００２３】
以上は本発明が適用可能な動力装置を搭載したハイブリッド車両の基本的な構成例を示したものであり、本発明ではこうした動力装置において冷間始動後のファストアイドル運転時にモータ１による発電量を最適制御することにより暖機中のエンジン出力の有効利用と回転安定性の両立を図ることを目的としている。以下にこのためのコントローラ１６の制御内容の実施形態につき図３以下の各図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図３と図４はそれぞれコントローラ１６の制御の概要を示す流れ図であり、これらの流れ図によって表される処理はコントローラ１６によるハイブリッド車両の総合的な制御の一部を構成するものとして割り込み処理等により周期的に実行される。
【００２５】
図３はエンジンが始動完爆するまでの制御の流れを示し、スタータスイッチの閉成を検出したときには始動完爆するまでモータ１によりエンジン２をクランキングし、この間は水温センサ２９からの信号により検出した冷却水温Ｔｗ等に基づいて定めた所定の始動時燃料量、空気量、点火時期となるように図示しないエンジンの燃料系、吸気系、点火系を制御する（ステップ３０１〜３０４）。始動完爆の判定について、これは例えばエンジン回転数センサ２７からの信号により検出した回転数が予め定めた自立回転判定基準値よりも大きくなったときに完爆したものと判定し、この始動完爆を判定したときはクランキングを終了して（ステップ３０５）、図４の暖機制御に移行する。
【００２６】
暖機制御では、その当初にそれぞれ水温センサ２９、バッテリＳＯＣ検出装置２６からの信号に基づいて検出した冷却水温Ｔｗとバッテリ受入量Ｂｒとに応じて、前記冷却水温Ｔｗに基づいて定めた所定の暖機時燃料量、空気量、点火時期となるようにエンジンの燃料系、吸気系、点火系を制御する（ステップ４０１〜４０３）。前記のバッテリ受入量Ｂｒとはバッテリ１５のＳＯＣから判定される充電可能量である。この制御では、当初にもしＢｒ＝０すなわちバッテリが充電を受け入れる余地がない状態であるときには、冷却水温Ｔｗが予め定めた暖機完了判定基準値Ｔｏに達するまでは前記燃料、空気量等による暖機（ファストアイドル）運転を行い、Ｔｗ≧Ｔｏとなったところでこの暖機制御を終了する（ステップ４０１、４１１）。
【００２７】
始動時のバッテリ状態やエンジンないし雰囲気の温度等にもよるが、通常は始動クランキングのためのモータ１の駆動により電力が消費されてバッテリ１５は充電を受け入れ可能な状態になる。このときには、上記ステップ４０３の判断にてＢｒ＞０となるので、次にモータ１の出力からエンジン２のトルク変動Ｔを検出する（ステップ４０４）。エンジン２に連動回転するモータ１はエンジン始動後は発電作動が可能であり、始動後のエンジン２のトルク変動Ｔはこの発電作動時のモータ１の出力に現れるので、これを監視することによりエンジントルク変動Ｔを検出することができる。図５と図６はこのときのトルク変動Ｔの現れ方を簡略的に示したもので、トルク変動は、エンジン始動後の安定性が低いときは図５に示したように比較的大きな幅で発生し、安定性が高いときには図６に示したように比較的小さな幅で発生する。このようにしてトルク変動Ｔを検出したのち、次にこのトルク変動Ｔに応じた発電量を設定する（ステップ４０５）。これは、図７に例示したようにトルク変動Ｔが大であるほど小となるような特性で発電量を付与し、これにより既述したように始動後のエンジン安定性が低いときほど発電量を抑えてストールを回避し、あるいはエンジン安定性が高いときほど発電量を増してエネルギ効率を高めるようにしている。
【００２８】
発電量を決定した後の制御としては、基本的にはＴｗ＜ＴｏかつＢｒ＞０、すなわちエンジン温度が暖機完了温度に至らずかつバッテリが充電受入可能な状態のときには、そのときの冷却水温Ｔｗに応じた燃料量、空気量、点火時期によりファストアイドル運転を行いながら前記発電量となるようにモータ１に発電作動を行わせる（ステップ４０６〜４０９）。なおこのとき、制御としてはファストアイドルであるが、回転上昇分のトルクを発電に充てているので、実際のエンジン回転数は例えば図８のＢ点付近となる。
【００２９】
上記発電運転の過程で、充電受入量Ｂｒがゼロとなったときには発電作動を終了して暖機運転を継続する（ステップ４０８、４１０）。一方、冷却水温Ｔｗが暖機判定基準値Ｔｏに達したときは発電の有無にかかわらず上記暖機制御は終了する（ステップ４０６、４１１）。Ｂｒ＞０の発電作動の途中であってもＴｗ≧Ｔｏとなった時点で発電作動は終了するのであり、これによりエンジン２は無負荷の通常のアイドル運転状態へと円滑に移行することになる。
【００３０】
なお、図には示していないがステップ４０６〜４０９の発電運転の過程で冷却水温Ｔｗが上昇するほど発電量を増大方向に補正するようにしてもよく、これにより温度上昇に伴うエンジン安定性の向上分に見合っただけ発電量を増してエネルギ効率をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】、
【図２】本発明が適用可能なハイブリッド車両の構成例を示す概略構成図。
【図３】本発明の制御装置による制御の実施形態の概要を示す第１の流れ図。
【図４】本発明の制御装置による制御の実施形態の概要を示す第２の流れ図。
【図５】エンジンの始動後の安定性が比較的低いときのトルク特性を示す特性線図。
【図６】エンジンの始動後の安定性が比較的高いときのトルク特性を示す特性線図。
【図７】トルク変動の検出結果と発電量との関係を示す特性線図。
【図８】通常アイドル時（Ａ点）とファストアイドル時（Ｂ，Ｃ点）の運転点を例示した説明図。
【符号の説明】
１      モータ（回転電機）
２      エンジン（内燃機関）
３      クラッチ
４      モータ
５      無段変速機
９      油圧装置
１０      油圧発生用モータ
１５      バッテリ
１６      コントローラ
２０      キースイッチ
２１      セレクトレバースイッチ
２２      アクセルペダルセンサ
２３      ブレーキスイッチ
２４      車速センサ
２５      バッテリ温度センサ
２６      バッテリＳＯＣ検出装置（バッテリ状態検出装置）
２７      エンジン回転数センサ
２８      スロットル開度センサ
２９      水温センサ（機関温度検出装置）
【図１】
0003572443.tif 000002
【図２】
0003572443.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0003572443.tif 000007
【図７】
0003572443.tif 000008
【図８】
0003572443.tif 000009