(57)【要約】【課題】  エンジンのモータリングにより消費される電力を抑制する。【解決手段】  エンジンと、エンジンをモータリング可能なモータＭＧ１とを備える自動車において、エンジンを始動する際、エンジンのモータリングにより消費されるモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐｍに至った以降には、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１となるようモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（Ｓ１４０，Ｓ１５０）。これにより、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以下の範囲内でエンジンをモータリングして始動するから、エンジンのモータリングにより消費される電力を抑制することができる。【選択図】        図２
2006112395.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関をモータリング可能な電動機と、
前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記内燃機関のモータリングにより消費されるモータリング消費電力を推定するモータリング消費電力推定手段と、
前記内燃機関の始動要求がなされたとき、前記モータリング消費電力推定手段により推定されるモータリング消費電力が所定電力以下の範囲内で前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と前記電動機と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】
前記始動制御手段は、所定の条件が成立するまでの第１の所定トルクと所定の条件が成立した後の該第１の所定トルクより小さな第２の所定トルクとが前記電動機から順に出力されるよう該電動機を制御する手段である請求項１記載の内燃機関の始動装置。
【請求項３】
前記始動制御手段は、前記内燃機関のモータリング開始時から所定時間が経過する条件を所定の条件として制御する手段である請求項２記載の内燃機関の始動装置。
【請求項４】
前記始動制御手段は、前記モータリング消費電力が前記所定電力に至った以降に該モータリング消費電力が該所定電力で一定となるよう前記電動機を制御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】
前記始動制御手段は、前記モータリング消費電力が前記所定電力に至った以降に前記電動機の回転数が大きくなるほど該電動機から出力されるトルクが小さくなるよう該電動機を制御する手段である請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の始動装置。
【請求項６】
前記始動制御手段は、前記モータリング消費電力が前記所定電力に至った以降に前記内燃機関の燃料噴射と点火とが開始されるよう該内燃機関を制御する手段である請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関の始動装置。
【請求項７】
前記モータリング消費電力推定手段は、前記内燃機関の回転数と前記電動機のトルクとの積に基づいて前記モータリング消費電力を推定する手段である請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関の始動装置。
【請求項８】
内燃機関と、
請求項１ないし７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９】
車軸に動力を出力可能な第２の電動機を備える請求項８記載の自動車。
【請求項１０】
内燃機関をモータリング可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、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）前記内燃機関のモータリングにより消費されるモータリング消費電力を推定し、
（ｂ）前記内燃機関の始動要求がなされたとき、前記推定されたモータリング消費電力が所定電力以下の範囲内で前記内燃機関がモータリングされて該内燃機関が始動されるよう該内燃機関と前記電動機とを制御する
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これを搭載する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、内燃機関の出力軸に接続された電動機により内燃機関をモータリングして始動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、モータリング開始時から徐々に大きくなるトルクを電動機から出力すると共にそのトルクが所定トルクに至った以降は所定トルクを電動機から出力することにより内燃機関をモータリングし、内燃機関の回転数が所定回転数に至ったときに燃料噴射制御と点火制御とを開始して内燃機関を始動している。
【特許文献１】特開平１１−１１７８４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上述の内燃機関の始動装置では、内燃機関をモータリングする際、内燃機関の回転数が大きくなるのに伴ってモータリングによる電力消費も大きくなり、自動車に搭載した場合などには不都合が生じる場合がある。例えば、モータリングの際には、この電力消費が大きいことより蓄電装置から他の電力機器（特に走行用のモータ）への電力供給が損なわれる場合がある。モータリングによる電力消費を抑制する方法としては、燃料噴射制御や点火制御を開始するときの内燃機関の回転数を小さくすることも考えられるが、この場合、内燃機関を始動する際の振動が大きくなってしまう。
【０００４】
本発明の内燃機関の始動装置およびこれを搭載する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、内燃機関のモータリングにより消費される電力を抑制する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これを搭載する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、内燃機関を始動する際の振動を抑制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】
【０００５】
本発明の内燃機関の始動装置およびこれを搭載する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、
内燃機関をモータリング可能な電動機と、
前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、
前記内燃機関のモータリングにより消費されるモータリング消費電力を推定するモータリング消費電力推定手段と、
前記内燃機関の始動要求がなされたとき、前記モータリング消費電力推定手段により推定されるモータリング消費電力が所定電力以下の範囲内で前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と前記電動機と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、内燃機関の始動要求がなされたときには、内燃機関のモータリングにより消費されるモータリング消費電力が所定電力以下の範囲内で内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と電動機とを制御する。この結果、内燃機関のモータリングにより消費される電力を抑制することができる。
【０００８】
こうした本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、所定の条件が成立するまでの第１の所定トルクと所定の条件が成立した後の該第１の所定トルクより小さな第２の所定トルクとが前記電動機から順に出力されるよう該電動機を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、所定の条件が成立するまでは比較的大きな第１の所定トルクで内燃機関をモータリングすることにより内燃機関の回転数を迅速に上昇させることができ、所定の条件が成立した後は比較的小さな第２の所定トルクで内燃機関をモータリングすることによりモータリング消費電力を抑制することができる。この場合、前記始動制御手段は、前記内燃機関のモータリング開始時から所定時間が経過する条件を所定の条件として制御する手段であるものとすることもできる。
【０００９】
また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、前記モータリング消費電力が前記所定電力に至った以降に該モータリング消費電力が該所定電力で一定とな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し、前記モータリング消費電力が前記所定電力に至った以降に前記電動機の回転数が大きくなるほど該電動機から出力されるトルクが小さくなるよう該電動機を制御する手段であるものとすることもできる。
【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、前記モータリング消費電力が前記所定電力に至った以降に前記内燃機関の燃料噴射と点火とが開始されるよう該内燃機関を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、モータリング消費電力が所定電力未満のときに燃料噴射および点火を開始するものに比して内燃機関を始動する際の振動を抑制することができる。ここで、モータリング消費電力が所定電力に至った以降には、モータリング消費電力が所定電力に至ったとき及びそれから若干時間が経過した後が含まれる。
【００１１】
あるいは、本発明の内燃機関の始動装置において、前記モータリング消費電力推定手段は、前記内燃機関の回転数と前記電動機のトルクとの積に基づいて前記モータリング消費電力を推定する手段であるものとすることもできる。
【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、前記内燃機関をモータリング可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、前記内燃機関のモータリングにより消費されるモータリング消費電力を推定するモータリング消費電力推定手段と、前記内燃機関の始動要求がなされたとき前記モータリング消費電力推定手段により推定されるモータリング消費電力が所定電力以下の範囲内で前記内燃機関がモータリングされて始動されるよう該内燃機関と前記電動機と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、を搭載してなることを要旨とする。
【００１３】
この本発明の自動車では、上述したいずれかの態様の本発明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、例えば、内燃機関のモータリングにより消費される電力を抑制することができる効果などと同様の効果を奏することができる。この場合、車軸に動力を出力可能な第２の電動機を備えるものとすることもできる。
【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、
内燃機関をモータリング可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える内燃機関の始動装置の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関のモータリングにより消費されるモータリング消費電力を推定し、
（ｂ）前記内燃機関の始動要求がなされたとき、前記推定されたモータリング消費電力が所定電力以下の範囲内で前記内燃機関がモータリングされて該内燃機関が始動されるよう該内燃機関と前記電動機とを制御する
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、内燃機関の始動要求がなされたときには、内燃機関のモータリングにより消費されるモータリング消費電力が所定電力以下の範囲内で内燃機関がモータリングされて始動されるよう内燃機関と電動機とを制御するから、内燃機関のモータリングにより消費される電力を抑制することができる。
【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、本発明の一実施例としての内燃機関の始動装置を搭載し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、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力のやりとりを行なうバッテリ５０と、車両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。なお、実施例の内燃機関の始動装置は、動力分配統合機構３０やモータＭＧ１，バッテリ５０，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。
【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、クランクシャフト２６のクランク角を検出するクランクポジションセンサ２３などエンジン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，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた電流センサ５１ｂ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５１ｃ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。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、特にシフトレバー８１のシフトポジションＳＰがＤレンジにあって発進時などのように車両が比較的低速で走行しているときにアクセルペダル８３が踏み込まれてエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は、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。このルーチンは、エンジン２２の始動要求がなされたときに実行される。
【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、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や車速センサ８８からの車速Ｖ，エンジン２２の回転数ＮｅやモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，エンジン２２のモータリングが開始されてからの時間ｔ，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３からの信号に基づいて計算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、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。モータリングが開始されてからの時間ｔは、エンジン２２の始動要求がなされたときに計時が開始されるタイマの計時時間を入力するものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、温度センサ５１ｃにより検出されたバッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定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、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求される要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴ＊を導出して設定するものとした。図３に要求トルク設定用マップの一例を示す。
【００２７】
続いて、モータリングが開始されてからの時間ｔに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１２０）。ここで、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、実施例では、モータリングが開始されてからの時間ｔとトルク指令Ｔｍ１＊との関係を予め定めてトルク指令設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、時間ｔが与えられると記憶したマップから対応するトルク指令Ｔｍ１＊を導出して設定するものとした。トルク指令設定用マップの一例を図４に示す。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、図示するように、エンジン２２の始動要求がなされた時間ｔ０（ｔ＝０）の直後から徐々に大きくなって時間ｔ１以降に比較的大きな所定トルクＴ１となるよう設定されると共にその後に所定時間が経過した時間ｔ２から徐々に小さくなって時間ｔ３以降に所定トルクＴ２となるよう設定される。ここで、所定トルクＴ１および所定時間（時間ｔ１〜時間ｔ２）は、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に上昇させることができるトルクおよび時間として設定され、エンジン２２やバッテリ５０の性能などにより定められる。また、所定トルクＴ２は、後述するモータリング消費電力Ｐｍを抑制しながらエンジン２２の回転数Ｎｅをさらに上昇させることができるトルクとして設定され、エンジン２２やバッテリ５０の性能などにより定められる。
【００２８】
モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と現在のエンジン２２の回転数Ｎｅと動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いてエンジン２２のモータリングにより消費されるモータリング消費電力Ｐｍを次式（１）により計算する（ステップＳ１３０）。車両が比較的低速で走行しているときにエンジン２２を始動する際の動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的な関係を示す共線図を図５に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２を減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒで除したリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。式（１）は、図５の共線図を用いて導き出すことができる。即ち、モータリング消費電力Ｐｍは、実施例では、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊をキャリア３４に作用するトルクに換算したもの（Ｔｍ１＊・（１＋ρ）／ρ）にエンジン２２の回転数Ｎｅを乗じることにより計算するものとした。
【００２９】
Pm＝Tm1*・Ne・(1+ρ)/ρ                           …（１）
【００３０】
モータリング消費電力Ｐｍを計算すると、計算したモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４０）。ここで、所定電力Ｐ１は、バッテリ５０からモータＭＧ２への走行用電力の供給などを損なうおそれがあるか否かを判定するための閾値として設定され、バッテリ５０の性能などにより定められる。モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１未満のときには、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で除することによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（２）により計算すると共に（ステップＳ１８０）、要求トルクＴｒ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρと減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒとを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（３）により計算し（ステップＳ１９０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ２００）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、リングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔの範囲内で設定することができる。なお、式（３）は、前述した図５の共線図を用いれば容易に導くことができる。
【００３１】
Tmax＝(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2                        …（２）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr                         …（３）
【００３２】
こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ２１０）。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。そして、エンジン２２が完爆したか否かを判定する（ステップＳ２２０）。エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御が開始されていないときを考えると、エンジン２２は完爆しておらずステップＳ１００に戻る。
【００３３】
こうしてステップＳ１００〜Ｓ１４０，Ｓ１８０〜Ｓ２２０の処理が繰り返し実行されているうちにステップＳ１４０でモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以上であると判定されると、所定電力Ｐ１とエンジン２２の回転数Ｎｅと動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を次式（４）により再設定する処理を行なう（ステップＳ１５０）。この処理は、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１となるようモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定する処理である。続いて、エンジン２２の燃料噴射制御と点火制御とがすでに開始されているか否かを判定し（ステップＳ１６０）、これらの制御がまだ開始されていないときにはエンジンＥＣＵ２４にこれらの制御の開始を指示し（ステップＳ１７０）、ステップＳ１８０以降の処理を実行する。この指示により、エンジンＥＣＵ２４は燃料噴射制御と点火制御とを開始する。そして、ステップＳ１５０でモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１となるよう再設定されるモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊のトルクでエンジン２２をモータリングしている最中にエンジン２２が完爆したと判定されると、ステップＳ２２０で肯定的な判定がなされ、エンジン２２の始動が完了したと判断して始動制御ルーチンを終了する。このように、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以下の範囲内でモータＭＧ１からトルクを出力することによりエンジン２２をモータリングするから、エンジン２２のモータリングにより消費される電力を抑制することができる。また、モータリング消費電力Ｐｍ（＝Ｔｍ１＊・Ｎｅ）が所定電力Ｐ１に至ったときに燃料噴射制御と点火制御とを開始するから、モータリング消費電力Ｐｍを抑制するためにモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に比して小さいとき、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅが比較的小さいときに燃料噴射制御と点火制御とを開始するものに比してエンジン２２を始動する際の振動を抑制することができる。
【００３４】
Tm1*＝P1・ρ/Ne/(1+ρ)                            …（４）
【００３５】
図６は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとモータリング消費電力Ｐｍ（＝Ｔｍ１＊・Ｎｅ）と燃料噴射制御および点火制御の状態との時間変化の様子を示す説明図である。図中実線Ａに示すように、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、時間ｔ０でエンジン２２の始動要求がなされると徐々に大きくなって時間ｔ１以降には所定トルクＴ１が設定され、時間ｔ１から所定時間が経過した時間ｔ２から徐々に小さくなって時間ｔ３以降には所定トルクＴ２が設定される。このとき、設定されたトルク指令Ｔｍ１＊のトルクがモータＭＧ１から出力されることにより、エンジン２２の回転数Ｎｅが上昇してモータリング消費電力Ｐｍも上昇する。そして、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至る時間ｔ４で燃料噴射制御および点火制御が開始され、その後、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊はモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１となるよう、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるほど小さくなるよう設定される。このようにエンジン２２を始動することにより、エンジン２２のモータリングにより消費される電力を抑制することができると共にモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１より小さいとき、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅが比較的低いときに燃料噴射制御および点火制御を開始するものに比してエンジン２２を始動する際の振動を抑制することができる。ところで、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至る時間ｔは、エンジン２２の温度などに依存する。例えば、エンジン２２の温度が高いときには、エンジン２２のフリクションが比較的小さいため、エンジン２２の回転数Ｎｅは早く上昇する。この場合、図中破線Ｂに示すように、時間ｔ４よりも早い時間ｔ３でモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至って燃料噴射制御および点火制御が開始される。一方、エンジン２２の温度が低いときには、フリクションが比較的大きいため、エンジン２２の回転数Ｎｅは緩やかに上昇する。この場合、一点鎖線Ｃに示すように、時間ｔ４よりも遅い時間ｔ５でモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至って燃料噴射制御および点火制御が開始される。
【００３６】
以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２のモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至った以降はモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１となるようトルク指令Ｔｍ１＊を設定するから、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以下の範囲内でエンジン２２をモータリングすることができ、モータリングにより消費される電力を抑制することができる。この結果、バッテリ５０からモータＭＧ２への走行用電力の供給などバッテリ５０から他の電力機器への電力供給を行なうことができる。
【００３７】
また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至ったときにエンジン２２の燃料噴射制御と点火制御とを開始するから、モータリング消費電力Ｐｍを抑制するためにモータリング消費電力Ｐｍが比較的小さいときに燃料噴射制御と点火制御とを開始するものに比してエンジン２２を始動する際の振動を抑制することができる。
【００３８】
実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトレバー８１のシフトポジションＳＰがＤレンジにあって発進時などのように車両が比較的低速で走行しているときにエンジン２２を始動する場合の処理について説明したが、車両が比較的高速で走行しているときにエンジン２２を始動する場合についても同様の処理を行なえばよい。この場合の動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数とトルクとの力学的の関係を示す共線図を図７に示す。また、シフトポジションＳＰがＤレンジにあってもブレーキペダル８５が踏み込まれているときやシフトレバー８１がＰレンジにあるときにエンジン２２を始動する場合には、リングギヤ軸３２ａは回転しないようロックされるので、図２の始動制御ルーチンのステップＳ１８０〜Ｓ２００の処理に代えてモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊に値０を設定すればよい。
【００３９】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の始動要求がなされたときには、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以下の範囲内で所定トルクＴ１と所定トルクＴ１より小さな所定トルクＴ２との２段階のトルクをモータＭＧ１から順に出力してエンジン２２をモータリングするものとしたが、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以下の範囲内で１段階の所定トルク（例えば、所定トルクＴ２など）をモータＭＧ１から出力してエンジン２２をモータリングするものとしてもよい。この場合のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとモータリング消費電力Ｐｍと燃料噴射制御および点火制御の状態との時間変化の様子を図８に示す。図示するように、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、時間ｔ０でエンジン２２の始動要求がなされると徐々に大きくなって時間ｔ６以降には所定トルクＴ２が設定される。このとき、モータＭＧ１からトルク指令Ｔｍ１＊のトルクを出力することにより、エンジン２２の回転数Ｎｅおよびモータリング消費電力Ｐｍは上昇する。そして、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至る時間ｔ７で燃料噴射制御および点火制御が開始され、その後、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊はモータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１となるよう、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅが大きくなるほど小さくなるよう設定される。
【００４０】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータリング消費電力Ｐｍは、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅと動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いて計算するものとしたが、他の手法、例えば、エンジン２２のモータリングのためにモータＭＧ１，ＭＧ２により消費される消費電力Ｐｍ１，Ｐｍ２を用いて計算するものとしてもよい。この場合、モータＭＧ１により消費される消費電力Ｐｍ１は、モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と回転数Ｎｍ１とを用いて計算することができる。また、モータＭＧ２により消費される消費電力Ｐｍ２は、モータＭＧ１からのトルク指令Ｔｍ１＊の出力によりリングギヤ軸３２ａに作用する反力トルク（−Ｔｍ１＊／ρ）をキャンセルするためのキャンセルトルク（Ｔｍ１＊／ρ）とリングギヤ３２の回転数Ｎｒとを用いて計算することができる。
【００４１】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至った以降には、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１となるよう所定電力Ｐ１とエンジン２２の回転数Ｎｅと動力分配統合機構３０のギヤ比ρとを用いてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再設定するものとしたが、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１以下の範囲内であれば、エンジン２２をモータリング可能なトルクとして他の手法によりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を再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、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至ったときに燃料噴射制御と点火制御とを開始するものとしたが、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至った以降であれば、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至ってから若干時間が経過した後に開始するものとしてもよい。
【００４３】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータリング消費電力Ｐｍが所定電力Ｐ１に至った以降に燃料噴射制御と点火制御とを開始するものとしたが、エンジン２２の回転数Ｎｅが所定回転数に至った以降に燃料噴射制御と点火制御とを開始するものとしてもよい。
【００４４】
実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により減速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図９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に接続された車軸）とは異なる車軸（図９における駆動輪６３ｃ，６３ｄに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。
【００４５】
実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪３９ａ，３９ｂに接続されたリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図１０の変形例のハイブリッド自動車２２０に示すように、エンジン２２の動力を、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輪６３ａ，６３ｂ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を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに出力するものとしてもよい。
【００４６】
実施例では、駆動輪に動力を出力可能なエンジンとモータとを備えるいわゆるパラレル型の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、エンジンの出力軸に接続された発電機と、駆動輪に接続された車軸に動力を出力可能な電動機と、発電機からの電力により充電されると共に電動機に電力を供給するバッテリとを備えるいわゆるシリーズ型のハイブリッド自動車に適用するものとしてもよい。この場合、発電機によるエンジンのモータリングにより消費される電力を抑制することにより、駆動輪に動力を出力する電動機への電力供給を行なうことができる。
【００４７】
実施例では、エンジンの始動装置をエンジンからの動力とモータからの動力とにより走行可能なハイブリッド自動車に搭載するものとしたが、エンジンをモータリングするモータを備え、エンジンからの動力だけで走行するタイプの自動車に搭載するものとしてもよい。この場合、モータによるエンジンのモータリングにより消費される電力を抑制することにより、エアコンのコンプレッサなどの他の電力機器への電力供給を行なうことができる。
【００４８】
以上、本発明を実施するための最良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】
【００４９】
【図１】本発明の一実施例としての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】要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。
【図４】トルク指令設定用マップの一例を示す説明図である。
【図５】車両が比較的低速で走行しているときにエンジン２２を始動する際の動力分配統合機構３０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す説明図である。
【図６】モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとモータリング消費電力Ｐｍと燃料噴射制御および点火制御の状態との時間変化の様子を示す説明図である。
【図７】車両が比較的高速で走行しているときにエンジン２２を始動する際の動力分配統合機構３０の各回転要素における回転数とトルクとの力学的な関係を示す説明図である。
【図８】変形例のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとモータリング消費電力Ｐｍと燃料噴射制御および点火制御の状態との時間変化の様子を示す説明図である。
【図９】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１０】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。
【符号の説明】
【００５０】
２０，１２０，２２０  ハイブリッド自動車、２２  エンジン、２３  クランクポジションセンサ、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  電流センサ、５１ｃ  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，６３ｃ，６３ｄ  駆動輪、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、２３０  対ロータ電動機、２３２  インナーロータ  ２３４  アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２  モータ。
【図１】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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