(57)【要約】【課題】  蓄電装置の状態に応じて内燃機関の始動をより適切に行なう。【解決手段】  バッテリの端子間電圧Ｖｂが低く電池温度Ｔｂが適正温度から大きく外れるほど大きな値に時定数τを設定し（Ｓ１９０）、設定した時定数τに基づいてなまし処理によりモータトルクが立ち上がりいずれ目標始動トルクＴｓが出力されるようモータの実行トルクＴ＊を設定して（Ｓ２００）、エンジンをモータリングする。バッテリが良好な状態のときにはモータのトルクの立ち上がりを速くしてエンジンを迅速に始動でき、バッテリが良好な状態でないときにはモータのトルクの立ち上がりを緩やかにしてモータの出力が急増するのを抑制しエンジンを始動する際にバッテリやインバータに不具合が生じるのを抑制できる。【選択図】        図２
2006070716.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動装置であって、
充放電可能な蓄電手段と、
該蓄電手段からの出力を用いて前記内燃機関の出力軸に動力を出力可能な電動機と、
前記蓄電手段の状態に関係する状態関係情報を検出する状態関係情報検出手段と、
前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて前記電動機から出力する駆動力の立ち上がりの勾配を設定し、該設定した立ち上がりの勾配をもって前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を制御すると共に該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する始動制御手段と
を備える内燃機関の始動装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の始動装置であって、
前記状態関係情報検出手段は、前記状態関係情報として前記蓄電手段の温度を検出する手段であり、
前記始動制御手段は、前記検出された蓄電手段の温度が適正温度から大きく外れるほど緩やかになる傾向に前記立ち上がりの勾配を設定する手段である
内燃機関の始動装置。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関の始動装置であって、
前記状態関係情報検出手段は、前記状態関係情報として前記蓄電手段の電圧を検出する手段であり、
前記始動制御手段は、前記検出された蓄電手段の電圧が小さいほど緩やかになる傾向に前記立ち上がりの勾配を設定する手段である
内燃機関の始動装置。
【請求項４】
前記始動制御手段は、なまし処理またはレート処理により前記立ち上がりの勾配を設定する手段である請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の始動装置であって、
前記内燃機関の状態を検出する機関状態検出手段を備え、
前記始動制御手段は、前記検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて該蓄電手段の上限出力を設定すると共に該設定した上限出力の範囲内で前記検出された内燃機関の状態に基づいて前記電動機の目標駆動力を設定し、前記立ち上がりの勾配による駆動力の立ち上がりを経て該設定した目標駆動力で前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を制御する手段である
内燃機関の始動装置。
【請求項６】
前記始動制御手段は、前記蓄電手段の上限出力の範囲内で前記内燃機関を始動可能な前記電動機の目標駆動力を設定できないときには前記内燃機関の始動の要求に拘わらず該内燃機関の始動を禁止する手段である請求項５記載の内燃機関の始動装置。
【請求項７】
内燃機関と、
請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関の始動装置と
を備える自動車。
【請求項８】
充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段からの出力を用いて内燃機関の出力軸に動力を出力可能な電動機と、を備える内燃機関の始動装置に用いられる制御方法であって、
（ａ）前記蓄電手段の状態に関係する状態関係情報を検出し、
（ｂ）前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて前記電動機から出力する駆動力の立ち上がりの勾配を設定し、
（ｃ）該設定した立ち上がりの勾配をもって前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を制御すると共に該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する
制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の始動装置および自動車並びに内燃機関の始動装置に用いられる制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の内燃機関の始動装置としては、エンジンを始動するモータの駆動トルクの目標値をバッテリの温度に基づく駆動トルクの最大値で制限するものが提案されている（特許文献１参照）。この装置では、エンジンを始動する際、シフトポジションに基づくトルクの増加量を前回のモータの駆動トルクの目標値に加えて新たな目標値を設定すると共にバッテリの温度に基づいて駆動トルクの最大値を設定し、目標値を最大値で制限してモータを制御することによりエンジンをモータリングして始動している。
【特許文献１】特開平１１−１５３０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
このように、エンジンを始動する際にバッテリの状態を考慮してモータを制御することは、バッテリの過剰な電力の消費を抑制したりバッテリの過電流を抑制することによりバッテリの劣化やモータを駆動するインバータ素子の破損などの不具合を防止するために、重要な問題として考えられている。このため、バッテリやインバータ素子に不具合を生じさせることなくエンジンがスムーズに始動されるようにさらに適切にモータを制御することが望まれている。
【０００４】
本発明の内燃機関の始動装置および自動車並びに内燃機関の始動装置に用いられる制御方法は、蓄電装置の状態に応じて内燃機関の始動をより適切に行なうことを目的の一つとする。また、本発明の内燃機関の始動装置および自動車並びに内燃機関の始動装置に用いられる制御方法は、蓄電装置や電動機，電動機を駆動する駆動回路などを保護しながら内燃機関を始動することを目的の一つとする。さらに、本発明の内燃機関の始動装置および自動車並びに内燃機関の始動装置に用いられる制御方法は、内燃機関の始動をスムーズに行なうことを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の内燃機関の始動装置および自動車並びに内燃機関の始動装置に用いられる制御方法は、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。
【０００６】
本発明の内燃機関の始動装置は、
内燃機関の始動装置であって、
充放電可能な蓄電手段と、
該蓄電手段からの出力を用いて前記内燃機関の出力軸に動力を出力可能な電動機と、
前記蓄電手段の状態に関係する状態関係情報を検出する状態関係情報検出手段と、
前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて前記電動機から出力する駆動力の立ち上がりの勾配を設定し、該設定した立ち上がりの勾配をもって前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を制御すると共に該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する始動制御手段と
を備えることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の内燃機関の始動装置では、蓄電手段の状態に関係する状態関係情報を検出し、内燃機関の始動が要求されたとき、検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて電動機から出力する駆動力の立ち上がりの勾配を設定し、設定した立ち上がりの勾配をもって内燃機関がモータリングされるよう電動機を制御すると共に内燃機関が始動されるよう内燃機関を制御する。蓄電手段の状態関係情報に基づいて内燃機関をモータリングする際の駆動力の立ち上がりの勾配を設定するから、蓄電手段の状態に応じて内燃機関の始動をより適切に行なうことができる。
【０００８】
こうした本発明の内燃機関の始動装置において、前記状態関係情報検出手段は、前記状態関係情報として前記蓄電手段の温度を検出する手段であり、前記始動制御手段は、前記検出された蓄電手段の温度が適正温度から大きく外れるほど緩やかになる傾向に前記立ち上がりの勾配を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段や電動機，電動機を駆動する駆動手段などを保護しながら内燃機関を始動することができる。もとより、蓄電手段の温度が適正温度にあるときには内燃機関を迅速に始動することができる。
【０００９】
また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記状態関係情報検出手段は、前記状態関係情報として前記蓄電手段の電圧を検出する手段であり、前記始動制御手段は、前記検出された蓄電手段の電圧が小さいほど緩やかになる傾向に前記立ち上がりの勾配を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段や電動機，電動機を駆動する駆動手段などを保護しながら内燃機関を始動することができる。もとより、蓄電手段の温度が適正温度にあるときには内燃機関を迅速に始動することができる。
【００１０】
さらに、本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、なまし処理またはレート処理により前記立ち上がりの勾配を設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の始動をスムーズに行なうことができる。
【００１１】
あるいは、本発明の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の状態を検出する機関状態検出手段を備え、前記始動制御手段は、前記検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて該蓄電手段の上限出力を設定すると共に該設定した上限出力の範囲内で前記検出された内燃機関の状態に基づいて前記電動機の目標駆動力を設定し、前記立ち上がりの勾配による駆動力の立ち上がりを経て該設定した目標駆動力で前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を制御する手段であるものとすることもできる。この態様の本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、前記蓄電手段の上限出力の範囲内で前記内燃機関を始動可能な前記電動機の目標駆動力を設定できないときには前記内燃機関の始動の要求に拘わらず該内燃機関の始動を禁止する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関が始動不能な状態に拘わらず蓄電手段の電力が無駄に消費されるのを抑止できる。
【００１２】
本発明の自動車は、
内燃機関と、上述した各態様のいずれかの内燃機関の始動装置、即ち、基本的には、内燃機関の始動装置であって、充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段からの出力を用いて前記内燃機関の出力軸に動力を出力可能な電動機と、前記蓄電手段の状態に関係する状態関係情報を検出する状態関係情報検出手段と、前記内燃機関の始動が要求されたとき前記検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて前記電動機から出力する駆動力の立ち上がりの勾配を設定し該設定した立ち上がりの勾配をもって前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を制御すると共に該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する始動制御手段とを備える内燃機関の始動装置とを搭載する
ことを要旨とする。
【００１３】
この本発明の自動車では、上述した各態様のいずれかの内燃機関の始動装置を搭載するから、本発明の内燃機関の始動装置が奏する効果と同様の効果、例えば、蓄電手段の状態に応じて内燃機関の始動をより適切に行なうことができる効果や蓄電手段や電動機，電動機を駆動する駆動手段などを保護しながら内燃機関を始動することができる効果、内燃機関の始動をスムーズに行なうことができる効果、内燃機関が始動不能な状態に拘わらず蓄電手段の電力が無駄に消費されるのを抑止できる効果などを奏することができる。
【００１４】
本発明の内燃機関の始動装置に用いられる制御方法は、
充放電可能な蓄電手段と、該蓄電手段からの出力を用いて内燃機関の出力軸に動力を出力可能な電動機と、を備える内燃機関の始動装置に用いられる制御方法であって、
（ａ）前記蓄電手段の状態に関係する状態関係情報を検出し、
（ｂ）前記内燃機関の始動が要求されたとき、前記検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて前記電動機から出力する駆動力の立ち上がりの勾配を設定し、
（ｃ）該設定した立ち上がりの勾配をもって前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を制御すると共に該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する
ことを要旨とする。
【００１５】
この本発明の内燃機関の始動装置に用いられる制御方法によれば、蓄電手段の状態に関係する状態関係情報を検出し、内燃機関の始動が要求されたとき、検出された蓄電手段の状態関係情報に基づいて電動機から出力する駆動力の立ち上がりの勾配を設定し、設定した立ち上がりの勾配をもって内燃機関がモータリングされるよう電動機を制御すると共に内燃機関が始動されるよう内燃機関を制御する。蓄電手段の状態関係情報に基づいて内燃機関をモータリングする際の駆動力の立ち上がりの勾配を設定するから、蓄電手段の状態に応じて内燃機関の始動をより適切に行なうことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。
【実施例】
【００１７】
図１は、本発明の一実施形態としての内燃機関の始動装置が搭載されたハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。
【００１８】
エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２を冷却する冷却水の温度（冷却水温Ｔｅｗ）を検出する温度センサ２３などのエンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００１９】
動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。
【００２０】
モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。
【００２１】
バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された電圧センサ５１ａからの端子間電圧Ｖｂ，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１ｂからの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。
【００２２】
ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。また、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からは、運転席の前面パネルに設置された警告灯８９への点灯信号が出力ポートを介して出力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。
【００２３】
こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。
【００２４】
次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は、イグニッションスイッチ８０がオンされた後に最初にエンジン２２の始動が要求されたときに実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。なお、実施例の内燃機関の始動装置は、モータＭＧ１や動力分配統合機構３０，バッテリ５０，温度センサ２３，電圧センサ５１ａ，温度センサ５１ｂ，ハイブリッド用電子制御ユニット７０などから構成されている。
【００２５】
始動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２２の冷却水温Ｔｅｗやバッテリ５０の端子間電圧Ｖｂおよび電池温度Ｔｂなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、冷却水温Ｔｅｗは、温度センサ２３により検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂは、電圧センサ５１ａと温度センサ５１ｂにより検出されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。
【００２６】
こうしてデータを入力すると、入力した端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０の上限始動パワーＰｓｍａｘを設定する（ステップＳ１１０）。ここで、上限始動パワーＰｓｍａｘは、エンジン２２を始動するためにバッテリ５０から出力可能なパワーの上限であり、バッテリ５０の性能などにより定められる。上限始動パワーＰｓｍａｘは、実施例では、端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂと上限始動パワーＰｓｍａｘとの関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂとが与えられるとマップから対応する上限始動パワーＰｓｍａｘを導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図３に示す。なお、上限始動パワーＰｓｍａｘは、モータ運転モードによりモータＭＧ２から動力を出力して走行しているときにはバッテリ５０から現在出力可能な最大パワーからモータＭＧ２に供給されているパワーを除いたパワーとして設定されることになる。
【００２７】
続いて、入力した冷却水温Ｔｅｗに基づいて通常目標始動トルクＴｓ１と通常始動回転数Ｎｓ１とを設定すると共に両者を乗じることにより通常目標始動パワーＰｓ１を計算する（ステップＳ１２０）。ここで、通常目標始動トルクＴｓ１は、エンジン２２を始動する際にエンジン２２とモータＭＧ１とに接続された回転系に共振現象を生じさせる回転数領域を迅速に通過させるために必要なトルクであり、モータＭＧ１の定格値の範囲内で比較的高トルクに定められる。通常目標始動トルクＴｓ１は、実施例では、冷却水温Ｔｅｗと通常目標始動トルクＴｓ１との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、冷却水温Ｔｅｗが与えられるとマップから対応する通常目標始動トルクＴｓ１を導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図４に示す。また、通常始動回転数Ｎｓ１は、通常目標始動トルクＴｓ１でエンジン２２をモータリングしたときにエンジン２２がとりうる回転数であり、実施例では、冷却水温Ｔｅｗと通常始動回転数Ｎｓ１との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、冷却水温Ｔｅｗが与えられるとマップから対応する通常始動回転数Ｎｓ１を導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図５に示す。したがって、通常目標始動トルクＴｓ１と通常始動回転数Ｎｓ１とを乗じて得られる通常目標始動パワーＰｓ１は、通常目標始動トルクＴｓ１でエンジン２２をモータリングしたときにバッテリ５０が消費するパワーとして考えることができる。
【００２８】
こうして上限始動パワーＰｓｍａｘと通常目標始動パワーＰｓ１とを設定すると、通常目標始動パワーＰｓ１と上限始動パワーＰｓｍａｘとを比較する（ステップＳ１３０）。通常目標始動パワーＰｓ１が上限始動パワーＰｓｍａｘ以上のときには、通常目標始動トルクＴｓ１でエンジン２２を始動可能であると判断し、目標始動トルクＴｓに通常目標始動トルクＴｓ１を設定する（ステップＳ１４０）。
【００２９】
一方、通常目標始動パワーＰｓ１が上限始動パワーＰｓｍａｘ未満のときには、通常目標始動トルクＴｓ１でエンジン２２をモータリングするとバッテリ５０が消費するパワーが上限始動パワーＰｓｍａｘを超えると判断し、冷却水温Ｔｅｗに基づいて低電力用目標始動トルクＴｓ２と低電力用始動回転数Ｎｓ２とを設定すると共に両者を乗じることにより低電力用目標始動パワーＰｓ２を計算する（ステップＳ１５０）。ここで、低電力用目標始動トルクＴｓ２は、エンジン２２を始動するために必要なトルクのうち最も小さいトルクまたはそれよりも若干大きなトルクとして定められる。低電力用目標始動トルクＴｓ２は、実施例では、冷却水温Ｔｅｗと低電力用目標始動トルクＴｓ２との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、冷却水温Ｔｅｗが与えられるとマップから対応する低電力用目標始動トルクＴｓ２を導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図６に示す。なお、低電力用目標始動トルクＴｓ２は、前述した通常目標始動トルクＴｓ１よりも小さなトルクとして定められるのは言うまでもない。また、低電力用始動回転数Ｎｓ２は、低電力用目標始動トルクＴｓ２でエンジン２２をモータリングしたときにエンジン２２がとりうる回転数であり、実施例では、冷却水温Ｔｅｗと低電力用始動回転数Ｎｓ２との関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、冷却水温Ｔｅｗが与えられるとマップから対応する低電力用始動回転数Ｎｓ２を導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図７に示す。したがって、低電力用目標始動トルクＴｓ２と低電力用始動回転数Ｎｓ２とを乗じて得られる低電力用目標始動パワーＰｓ２は、エンジン２２を始動するために必要なバッテリ５０の消費パワーのうち最も小さいパワーまたはそれよりもい若干大きいパワーとして考えることができる。
【００３０】
こうして低電力用目標始動パワーＰｓ２が計算されると、計算した低電力用目標始動パワーＰｓ２と上限始動パワーＰｓｍａｘとを比較する（ステップＳ１６０）。低電力用目標始動パワーＰｓ２が上限始動パワーＰｓｍａｘ未満のときには、低電力用目標始動トルクＴｓ２でエンジン２２を始動可能であると判断し、目標始動トルクＴｓに低電力用目標始動トルクＴｓ２を設定する（ステップＳ１７０）。
【００３１】
一方、低電力用目標始動パワーＰｓ２が上限始動パワーＰｓｍａｘ以上のときには、バッテリ５０の上限始動パワーＰｓｍａｘの範囲内ではエンジン２２は始動不能と判断し、エンジン２２を始動することなく警告灯８９を点灯して（ステップＳ１８０）、本ルーチンを終了する。
【００３２】
ステップＳ１４０またはステップＳ１７０で目標始動トルクＴｓが設定されると、端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂとに基づいて時定数τを設定し（ステップＳ１９０）、次式（１）に示すように、設定した時定数τといままでに設定した実行トルクＴ＊とに基づいてモータＭＧ１のトルクが立ち上がっていきいずれ目標始動トルクＴｓとなるようになまし処理により実行トルクＴ＊を設定し（ステップＳ２００）、設定した実行トルクＴ＊に基づいてエンジン２２をモータリングする（ステップＳ２１０）。エンジン２２のモータリングは、具体的には、実行トルクＴ＊がモータＭＧ１から出力されると共にエンジン２２のモータリングの際にリングギヤ軸３２ａ側の反力を受け止めるために必要なトルクがモータＭＧ２から出力されるようにモータＥＣＵ４０がインバータ４１，４２のスイッチング素子をスイッチング制御することにより行なう。時定数τは、値０〜値１の範囲内で定められ、実施例では、端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂと時定数τとの関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂとが与えられるとマップから対応する時定数τを導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図８に示す。図示するように、時定数τは、端子間電圧Ｖｂが小さいほど且つ電池温度Ｔｂが適正温度から大きく外れるほど大きくなるように設定した。この理由については後述する。
【００３３】
T*＝τ・前回T*＋(1−τ)・Ts    …（１）
【００３４】
こうしてエンジン２２をモータリングすると、クランクシャフト２６に取り付けられた図示しない回転数センサにより検出されたエンジン２２の回転数ＮｅをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力し（ステップＳ２２０）、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅと所定回転数Ｎ１とを比較する（ステップＳ２３０）。ここで、所定回転数Ｎ１は、モータＭＧ１から出力するトルクを小さくしても慣性力により引き続きエンジン２２をモータリング可能な回転数として８００ｒｐｍや９００ｒｐｍなどのように定められている。エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１未満と判定されると、回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１以上と判定されるまでステップＳ２００の処理に戻ってステップＳ２００〜Ｓ２２０の処理を繰り返す。これにより、時定数τをもって徐々にモータＭＧ１から出力されるトルク（実行トルクＴ＊）が立ち上がりその後に目標始動トルクＴｓでエンジン２２がモータリングされることになる。このとき、端子間電圧Ｖｂが小さいときや電池温度Ｔｂが適正温度から外れるときには、時定数τに比較的大きな値が設定されるから、モータＭＧ１のトルクの立ち上がりは緩やかになる。したがって、モータＭＧ１のトルクは急激は増加しないから、例えば極低温時などのバッテリ５０が低電圧状態にあるときに比較的大きな電力が取り出されることによる過電流の発生を抑制することができる。この結果、バッテリ５０やインバータ４１，４２に不具合（破損など）が生じるのを防止しながらエンジン２２をモータリングすることができるのである。時定数τとして端子間電圧Ｖｂが小さいほど且つ電池温度Ｔｂが適正温度から大きく外れるほど大きな値を設定したのは、こうした理由による。
【００３５】
エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数Ｎ１以上と判定されると、冷却水温Ｔｅｗに基づいて燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆと目標回転数Ｎｅ＊とを設定する（ステップＳ２４０）。ここで、燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆは、実施例では、冷却水温Ｔｅｗと燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆとの関係を予め求めてマップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、冷却水温Ｔｅｗが与えられるとマップから対応する燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆを導出することにより設定するものとした。このマップの一例を図９に示す。目標回転数Ｎｅ＊は、例えば、設定した燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆに所定回転数ΔＮ（例えば、５０ｒｐｍや１００ｒｐｍなど）を加えることにより設定することができる。
【００３６】
目標回転数Ｎｅ＊が設定されると、エンジン２２の回転数Ｎｅと目標回転数Ｎｅ＊とに基づいてエンジン２２が目標回転数Ｎｅ＊で回転するよう次式（２）により実行トルクＴ＊を設定し（ステップＳ２５０）、ステップＳ２１０と同様に実行トルクＴ＊に基づいてエンジン２２をモータリングする（ステップＳ２６０）。ここで、式（２）は、フィードバック制御における関係式であり、「ＫＰ」は比例項におけるゲインを示し、「ＫＩ」は積分項におけるゲインを示す。
【００３７】
T*＝前回T*＋KP・(Ne−Nref)＋KI∫(Ne−Nref)dt  …（２）
【００３８】
そして、エンジン２２の回転数Ｎｅを入力し（ステップＳ２７０）、入力したエンジン２２の回転数ＮｅとステップＳ１５０で設定した燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆとを比較する（ステップＳ２８０）。エンジン２２の回転数Ｎｅが燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆ未満と判定されたときには、ステップＳ２５０に戻ってステップＳ２５０〜Ｓ２７０の処理を繰り返す。一方、エンジン２２の回転数Ｎｅが燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆ以上と判定されると、燃料噴射の開始をエンジンＥＣＵ２４に指示し（ステップＳ２９０）、その後、エンジン２２が完爆したか否かを判定する（ステップＳ３００）。未だエンジン２２が完爆していないと判定されると、ステップＳ２５０に戻ってステップＳ２５０〜Ｓ２９０の処理を繰り返し、エンジン２２が完爆したと判定されたときにエンジン２２の始動が完了したと判断し、本ルーチンを終了する。
【００３９】
図１０に、エンジン２２を始動する際におけるモータＭＧ１の目標始動トルクＴｓとエンジン２２の回転数Ｎｅと燃料噴射の状態とバッテリ５０の充放電電流の時間変化の様子を説明する説明図を示す。図中実線Ａは、通常始動時の時間変化を示し、図中破線Ｂは、低温始動時の時間変化を示す。通常始動時では、時刻ｔ０にイグニッションスイッチ８０がオンされてから最初にエンジン２２の始動が要求されると、ステップＳ１４０で目標始動トルクＴｓに通常目標始動トルクＴｓ１が設定されると共にステップＳ２００で時定数τに比較的小さな値が設定されるから、モータＭＧ１から出力されるトルクは比較的急激に立ち上がると共に比較的高いトルクでエンジン２２がモータリングされる。したがって、エンジン２２の回転数Ｎｅは迅速に上昇し、共振現象を生じさせる回転数の領域を迅速に通過するから、共振現象に基づく振動の発生が抑制される。その後、時刻ｔ１にエンジン２２の回転数Ｎｅが燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆに達すると、燃料噴射が開始されることになる。一方、低温始動時では、時刻ｔ０にイグニッションスイッチ８０がオンされてから最初にエンジン２２の始動が要求されると、ステップＳ１７０で目標始動トルクＴｓに通常目標始動トルクＴｓ１よりも低トルクの低電力用目標始動トルクＴｓ２が設定されると共にステップＳ２００で時定数τに比較的大きな値が設定されるから、モータＭＧ１から出力されるトルクは通常始動時に比して緩やかに立ち上がると共に低いトルクでエンジン２２がモータリングされる。したがって、バッテリ５０の過電流の発生が抑制され、バッテリ５０やインバータ４１が保護される。なお、低温始動時では、通常始動時に比してエンジン２２の回転数Ｎｅの上昇が遅くなるから、時刻ｔ２よりも遅い時刻ｔ３に燃料開始回転数Ｎｒｅｆに達し、燃料噴射が開始されることになる。
【００４０】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、イグニッションスイッチ８０がオンされて最初にエンジン２２の始動が要求されたときに、バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂが小さく電池温度Ｔｂが低いほどモータＭＧ１のトルクの立ち上がりが緩やかになるようにエンジン２２をモータリングするから、バッテリ５０が良好な状態のときにはモータＭＧ１のトルクを比較的急激に立ち上げてエンジン２２を迅速に始動でき、バッテリ５０が良好な状態でないときにはモータＭＧ１のトルクが急増することによるバッテリ５０の過電流を抑制することができる。この結果、バッテリ５０やインバータ４１の不具合の発生を抑制しながらエンジン２２をより適切に始動することができる。また、低電力用目標始動トルクＴｓ２が上限始動パワーＰｓｍａｘ以上のときには、エンジン２２の始動を禁止するから、エンジン２２の始動が不能な状態でバッテリ５０の電力が無駄に消費されてしまうのを抑制することができる。
【００４１】
実施例のハイブリッド自動車２０では、バッテリ５０の端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂとに基づいて時定数τを設定するものとしたが、端子間電圧Ｖｂのみに基づいて時定数τを設定するものとしてもよいし、電池温度Ｔｂのみに基づいて時定数τを設定するものとしてもよいし、バッテリ５０からの出力に影響を与える如何なる情報を用いて時定数τを設定するものとしてもよい。例えば、低温時ではバッテリ５０の温度とエンジン２２の温度はほぼ同一と考えることができるから、冷却水温Ｔｅｗが低温のときには、冷却水温Ｔｅｗに基づいて時定数τを設定するものとしてもよい。
【００４２】
実施例のハイブリッド自動車２０では、なまし処理を用いてモータＭＧ１のトルクを立ち上げてエンジン２２をモータリングするものとしたが、その他の緩変化処理、例えばなまし処理に代えてレート処理を用いてモータＭＧ１のトルクを立ち上げてエンジン２２をモータリングするものとしてもよい。この場合、図２の始動制御ルーチンのステップＳ１９０，Ｓ２００の処理に代えて、端子間電圧Ｖｂや電池温度Ｔｂに基づいてモータＭＧ１のトルクの増加幅ΔＴを設定し、設定した増加幅ΔＴと実行トルクＴ＊の前回値とを足したものと目標始動トルクＴｓとのうち小さい方を実行トルクＴ＊に設定すればよい。
【００４３】
実施例では、エンジン２２のクランクシャフト２６をモータＭＧ１やモータＭＧ２が接続された動力分配統合機構３０に接続したハイブリッド自動車に適用するものとしたが、エンジンとモータとを備え、エンジンの始動が要求されたときにバッテリなどの蓄電装置からの出力によりモータからトルクを出力してエンジンをモータリングする始動装置を搭載する自動車であれば、如何なる構成の自動車にも適用可能である。例えば、図１１の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図１１における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよいし、図１２の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有しエンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよいし、図１３のハイブリッド自動車３２０に例示するように、駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された車軸に変速機３４０を介して接続されたモータ３３０の回転軸にクラッチＣＬによりエンジン２２を接続するものとしてもよい。さらに、こうしたモータからの動力により走行可能なハイブリッド自動車に限られず、エンジンからの動力だけで走行するタイプの自動車であってもよい。
【００４４】
実施例では、ハイブリッド自動車に搭載されたエンジンの始動時の処理として説明したが、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載された内燃機関の始動に適用したり、移動体以外の装置例えば発電装置に組み込まれた内燃機関の始動に適用するものとしてもよい。
【００４５】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施例である内燃機関の始動装置が搭載されたハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂと上限始動パワーＰｓｍａｘとの関係の一例を示すマップである。
【図４】冷却水温Ｔｅｗと通常目標始動トルクＴｓ１との関係の一例を示すマップである。
【図５】冷却水温Ｔｅｗと通常始動回転数Ｎｓ１との関係の一例を示すマップである。
【図６】冷却水温Ｔｅｗと低電力用目標始動トルクＴｓ２との関係の一例を示すマップである。
【図７】冷却水温Ｔｅｗと低電力用始動回転数Ｎｓ２との関係の一例を示すマップである。
【図８】端子間電圧Ｖｂと電池温度Ｔｂと時定数τとの関係の一例を示すマップである。
【図９】冷却水温Ｔｅｗと燃料噴射開始回転数Ｎｒｅｆとの関係の一例を示すマップである。
【図１０】エンジン２２を始動する際におけるモータＭＧ１の目標始動トルクＴｓとエンジン２２の回転数Ｎｅと燃料噴射とバッテリ５０の充放電電流の時間変化の様子を説明する説明図である。
【図１１】変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。
【図１２】変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。
【図１３】変形例のハイブリッド自動車３２０の構成の概略を示す構成図である。
【符号の説明】
【００４７】
２０，１２０，２２０，３２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２３  温度センサ、２４  エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６  クランクシャフト、２８  ダンパ、３０  動力分配統合機構、３１  サンギヤ、３２  リングギヤ、３２ａ  リングギヤ軸、３３  ピニオンギヤ、３４  キャリア、３５  減速ギヤ、４０  モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２  インバータ、４３，４４  回転位置検出センサ、５０  バッテリ、５１ａ  電圧センサ、５１ｂ  温度センサ、５２  バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４  電力ライン、６０  ギヤ機構、６２  デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ  駆動輪、６４ａ，６４ｂ  車輪、７０  ハイブリッド用電子制御ユニット、７２  ＣＰＵ、７４  ＲＯＭ、７６  ＲＡＭ、８０  イグニッションスイッチ、８１  シフトレバー、８２  シフトポジションセンサ、８３  アクセルペダル、８４  アクセルペダルポジションセンサ、８５  ブレーキペダル、８６  ブレーキペダルポジションセンサ、８８  車速センサ、８９  警告灯、２３０  対ロータ電動機、２３２  インナーロータ  ２３４  アウターロータ、３３０  モータ、３４０  変速機、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ、ＣＬ  クラッチ。
【図１】
2006070716.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2006070716.tif 000009
【図８】
2006070716.tif 000010
【図９】
2006070716.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2006070716.tif 000014
【図１３】
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