(57)【要約】【課題】エンジン始動時において、モータの出力トルクを抑制して蓄電装置の負担を低減しつつ、エンジンを短時間に始動することができるエンジン始動制御装置を提供する。【解決手段】エンジン２をモータ３により始動するエンジン始動制御装置において、クランク軸２６の回転数を検出する回転数センサＮｅＳと、始動からの経過時間を検出するタイマーＴＭと、クランク軸２６の回転数が始動開始からの経過時間に対して等角加速度で増加する設定パターンを決定するモータＥＣＵ２２とを備え、前記モータＥＣＵ２２にて決定された設定パターンの等角加速度でクランク軸２６の回転数が増加するようにモータトルクを印加するモータＥＣＵ２２を備えた。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンをモータにより始動するエンジン始動制御装置において、クランク軸の回転数を検出する回転数検出手段と、始動からの経過時間を検出する経過時間検出手段と、クランク軸の回転数が始動開始からの経過時間に対して等角加速度で増加する設定パターンを決定する決定手段とを備え、前記決定手段にて決定された設定パターンの等角加速度でクランク軸の回転数が増加するようにモータトルクを印加する始動制御手段を備えたことを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項２】
前記モータに電力を供給する蓄電装置の温度や機関温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記決定手段は、前記温度検出手段にて検出した温度に応じて前記設定パターンの等角加速度の値を決定することを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項３】
前記エンジンの圧縮工程の圧縮作用を無効にするデコンプ手段と、該デコンプ手段の状態を検知する状態検知手段とをさらに備え、該状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常をクランキング時に検知したときには、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまで印加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項４】
前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまでは、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを印加することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項５】
前記クランク軸と前記モータ駆動軸とを、プーリと該プーリに掛け渡されるベルトからなる動力伝達手段により連結してなることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
【請求項６】
前記目標トルクをＴＢ、前記エンジンの慣性モーメントをＩ、前記エンジンのフリクショントルクをＴｆ、前記クランク軸の回転数をＮｅ、ポンピングロスをＰｐ、所定係数をＫｔ、始動開始からの経過時間ｔＡ、ｔＢごとの角速度をωＡ、ωＢとして、前記目標トルクＴＢを下式により算出することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
ＴＢ＝Ｉ×（ωＢ−ωＡ）／（ｔＢ−ｔＡ）＋Ｔｆ＋Ｐｐ×Ｋｔ／Ｎｅ
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源であるエンジンをモータにより始動する車両におけるエンジン始動制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジンとモータとを駆動源として備えるハイブリッド車両において、エンジンとモータの出力トルクを制御するものが知られている。例えば、特許文献１には、車両停止時においてエンジンを始動する際に、エンジン回転数を徐々に増加させるとともに、モータの出力トルクを徐々に低下させる技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１８６５８５号公報（段落番号００２８、図８）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンを始動する際に、モータの出力トルクをエンジンに伝達して、エンジンの回転数を早期に上昇させてエンジンの始動時間を短縮することが考えられる。
しかしながら、エンジンの回転数を早期に上昇させるためには印加するモータの出力トルクを増大させることが好ましいが、この場合にはモータでの消費電力が増大してしまい、モータに給電する蓄電装置の負担が大きくなるという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エンジン始動時において、モータの出力トルクを抑制して蓄電装置の負担を低減しつつ、エンジンを短時間に始動することができるエンジン始動制御装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１に記載した発明は、エンジン（例えば、実施の形態におけるエンジン２）をモータ（例えば、実施の形態におけるモータ３）により始動するエンジン始動制御装置において、クランク軸（例えば、実施の形態におけるクランク軸２６）の回転数を検出する回転数検出手段（例えば、実施の形態における回転数センサＮｅＳ）と、始動からの経過時間を検出する経過時間検出手段（例えば、実施の形態におけるタイマーＴＭ）と、クランク軸の回転数が始動開始からの経過時間に対して等角加速度で増加する設定パターンを決定する決定手段（例えば、実施の形態におけるモータＥＣＵ２２）とを備え、前記決定手段にて決定された設定パターンの等角加速度でクランク軸の回転数が増加するようにモータトルクを印加する始動制御手段（例えば、実施の形態におけるモータＥＣＵ２２）を備えたことを特徴とする。
【０００７】
この発明によれば、前記決定手段にて決定された設定パターンに基づいて、回転数検出手段によって検出された回転数と、前記経過時間検出手段によって検出された始動からの経過時間とから、前記クランク軸の回転数が等角加速度で増加するように前記始動制御手段によってモータトルクを印加する。前記設定パターンは、前記モータの出力可能なトルクの範囲内で、前記回転数を等角加速度で増加できるように設定される。これにより、エンジン始動時においてモータの出力トルクを最大限エンジンに印加した場合と略同等の時間で、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで増加させることができる。従って、前記モータや前記モータに電力を供給する蓄電装置に過度な負担を与えることなく、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで速やかに増加させることができる。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、請求項１に記載のものであって、前記モータに電力を供給する蓄電装置の温度や機関温度を検出する温度検出手段（例えば、実施の形態におけるバッテリ温度センサＴｂＳ、エンジン水温センサＴｗＳ）をさらに備え、前記決定手段は、前記温度検出手段にて検出した温度に応じて前記設定パターンの等角加速度の値を決定することを特徴とする。
【０００９】
この発明によれば、前記温度検出手段によって検出された前記蓄電装置の温度や前記機関温度に応じて前記等角加速度の値を前記決定手段により決定することで、前記クランク軸の回転数増加に伴う前記蓄電装置の温度や前記機関温度の温度変化を抑制でき、前記回転数増加に伴う前記蓄電装置への要求出力を低く抑えることができるため、前記エンジンや前記蓄電装置に対する保護をより高めてエンジン始動を行うことができる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記エンジンの圧縮工程の圧縮作用を無効にするデコンプ手段（例えば、実施の形態におけるデコンプ手段２８）と、該デコンプ手段の状態を検知する状態検知手段（例えば、実施の形態におけるエンジンＥＣＵ２１）とをさらに備え、該状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常をクランキング時に検知したときには、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまで印加することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常が検知されなければ、前記エンジンのクランキング時から点火時に移行する際に前記デコンプ手段を作動させて前記移行時におけるトルク変動を吸収することができるとともに、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常が検知された場合にも、前記クランキング時に前記必要なトルク分を印加することで、クランキング時から点火時への移行がスムースになり、始動性が向上する。
【００１２】
請求項４に記載した発明は、請求項１または請求項２に記載のものであって、前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまでは、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを印加することを特徴とする。
この発明によれば、前記必要なトルク分を印加することで、クランキング時から点火時への移行をスムースに行うことが可能となり、始動性が向上する。
【００１３】
また、請求項５に記載した発明は、請求項１から請求項４のいずれかに記載のものであって、前記クランク軸と前記モータ駆動軸とを、プーリ（例えば、実施の形態におけるプーリ３１、３２）と該プーリに掛け渡されるベルト（例えば、実施の形態におけるベルト３３）からなる動力伝達手段（例えば、実施の形態における動力伝達手段３０）により連結してなることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、前記モータが前記エンジンに印加するトルクが抑制されているため、前記ベルトの滑りやベルトでの発生音を自ずと抑制することができ、これにより、前記発生音の抑制のために過度な張力をベルトに付与する必要がなくなり、前記ベルトの低コスト化や高寿命化、燃費の向上を図ることができる。
【００１５】
また、請求項６に記載した発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載のものであって、前記目標トルクをＴＢ、前記エンジンの慣性モーメントをＩ、前記エンジンのフリクショントルクをＴｆ、前記クランク軸の回転数をＮｅ、ポンピングロスをＰｐ、所定係数をＫｔ、始動開始からの経過時間ｔＡ、ｔＢごとの角速度をωＡ、ωＢとして、前記目標トルクＴＢを下式により算出することを特徴とする。
ＴＢ＝Ｉ×（ωＢ−ωＡ）／（ｔＢ−ｔＡ）＋Ｔｆ＋Ｐｐ×Ｋｔ／Ｎｅ
【００１６】
この発明によれば、ポンピングロスやフリクショントルクを加味して前記目標トルクを算出するため、前記エンジンに付与する目標トルクＴＢの精度を高めることができ、前記エンジンの回転数をより効率的に上昇させることができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるエンジン始動制御装置を図面と共に説明する。図１は本発明の実施の形態におけるエンジン始動制御装置を備えるハイブリッド車両１を示すブロック図である。
【００１８】
このハイブリッド車両１は、エンジン２とモータ３とを駆動源とし、これらの駆動源からの動力を自動変速機１３を介して駆動輪１４に伝達できるようにしたものである。
【００１９】
エンジン２には、各気筒毎に一対の吸気バルブ８と一対の排気バルブ１７とがそれぞれ設けられ、これら吸気バルブ８及び排気バルブ１７は、吸気バルブアクチュエータ９及び排気バルブアクチュエータ１８により開閉する。
エンジン２の吸気バルブ８には吸気管７が接続され、吸気管７の途中にはスロットルバルブ４が配されている。スロットルバルブ４にはスロットルアクチュエータ５が連結されており、このスロットルアクチュエータ５は、後述するエンジンＥＣＵ２１からの制御信号によりスロットルバルブ４の開度θＴＨを制御する。
【００２０】
吸気管７のスロットルバルブ４下流側には、エンジン２に燃料を噴射する燃料噴射弁６が設けられている。燃料噴射弁６には高圧ポンプ（図示せず）が接続され、この高圧ポンプにより燃料であるガソリンが高圧に加圧されて燃料噴射弁６から噴射される。これにより、スロットルバルブ４を介して供給される新鮮な空気に燃料が混合されて、前記吸気バルブ８を介してエンジン２の図示しない燃焼室に流入する。
【００２１】
一方、排気バルブ１７の下流側には、エキゾーストマニホルドなどから構成される排気管１９が接続されている。排気管１９には排気ガスを浄化する三元触媒２０が設けられている。
また、排気バルブ１７には、デコンプ手段２８が接続され、該デコンプ手段２８の作動によりデコンプが行われる。
【００２２】
本実施の形態においては、エンジン２とモータ３とが、エンジン２のクランク軸２６と、モータ３の駆動軸２７にそれぞれ直結されたプーリ３１、３２と、該プーリ３１、３２に掛け渡されるベルト３３からなる動力伝達手段３０により連結されている。
【００２３】
モータ３は、例えば三相交流モータにて構成され、ＰＤＵ（パワードライブユニット）１５を介してバッテリ１６に接続されている。
モータ３は電動機と発電機の機能を有しており、電動機として作用させるときにはバッテリ１６の電力がＰＤＵ１５を介して供給されて駆動され、発電機として作用させるときにはモータ３での発電電力がＰＤＵ１５を介してバッテリ１６を充電する。
バッテリ１６は、例えば、複数のニッケル−水素電池を直列に接続したモジュールを１単位として更に複数個のモジュールを直列に接続したものを用いることができる。
【００２４】
本実施の形態においては、エンジン２、モータ３、バッテリ１６、変速機１３を制御するエンジンＥＣＵ２１、モータＥＣＵ２２、バッテリＥＣＵ２３、変速機ＥＣＵ２４がそれぞれ設けられている。
エンジンＥＣＵ２１は、図示しないイグニッションスイッチからのイグニッション信号Ｉｇ、図示しないスロットルペダルに備えられたスロットル開度センサからのスロットル開度信号θｔｈ、クランク軸２６の回転数センサＮｅＳからの回転数Ｎｅ、エンジン２の水温センサＴｗＳからのエンジン水温Ｔｗ、気筒判別センサＣｙｌＳからの気筒の所定クランク角度位置での信号パルスＣＹＬをそれぞれ入力するとともに、他のＥＣＵ２２〜２４と通信して、燃料噴射弁６の噴射量、スロットルバルブ４の開度、排気バルブ１７の開度、点火タイミングなどを設定し、燃料噴射弁６等に送信する。
【００２５】
モータＥＣＵ２２は、他のＥＣＵ２１、２３、２４と通信して、モータ３を駆動する通常時のトルク指令値ＴＱ及びエンジン２の始動時の始動トルク指令値を設定してＰＤＵ１５に送信する。ここで、前記始動時の始動トルク指令値は、タイマーＴＭからの信号により入力されるエンジン始動開始からの経過時間に対して、クランク軸２６の回転数Ｎｅが等角加速度で増加する設定パターン（図３参照）により決定される。これについては後述する。
【００２６】
バッテリＥＣＵ２３は、バッテリ１６の電流センサＩｂＳ、電圧センサＶｂＳ、バッテリ温度センサＴｂＳからそれぞれバッテリ電流Ｉｂ、端子間電圧Ｖｂ、バッテリ温度Ｔｂを入力すると共に、他のＥＣＵ２１、２２、２４と通信する。変速機ＥＣＵ２４は、図示しないシフトレバーなどから図示しないポジション指令信号、変速機１３の油圧信号などを入力するとともに、他のＥＣＵ２１〜２３と通信して、油圧指令値などを設定して変速機１３に送信する。
【００２７】
上述のように構成されたエンジン始動制御装置の作用について説明する。図２はエンジン始動制御時におけるモータトルク算出処理を示すフローチャートである。まず、ステップＳ１２において、各種温度データを取得する。各種温度データとは、バッテリ温度センサＴｂＳで検出したバッテリ１６の温度Ｔｂや、エンジン水温センサＴｗＳで検出したエンジン２の水温等である。ステップＳ１４では、この取得した温度データにより、エンジン回転数の時間に関する設定パターンの補正を行う。換言すれば、前記取得した温度データに応じて設定パターンの等角加速度の値を決定する。
【００２８】
図３は前記エンジン回転数の時間に関する設定パターンを示すグラフ図である。同図に示した設定パターンＬＥ−１〜３は、クランク軸２６の回転数Ｎｅが始動開始からの経過時間に対して通常駆動時の回転数まで等角加速度で増加するように設定されている。なお、同図には、設定パターンのうち、代表として３つの設定パターンＬＥ−１〜３を示しているが、前記設定パターンはＬＥ−１〜３のみに限られるものではない。
【００２９】
上述したステップＳ１４では、前記設定パターンのうち、各種温度データに応じて、前記等角加速度の値のもの（例えば設定パターンＬＥ−１）を選択する。
そして、ステップＳ１６で、デコンプ機能が正常かどうかを判定し、判定結果がＹＥＳであればステップＳ１８に進み、判定結果がＮＯであればステップＳ２０に進む。
【００３０】
ステップＳ１８では、モータ３の目標トルクを算出する。これについて図４を用いて説明する。図４はクランク軸の回転数とモータトルクの時間に関するグラフ図である。同図に示したように、前記取得した温度データにより補正された設定パターンＬＥ−Ｘ（この場合はＸ＝１）に従って、クランク軸２６の回転数が等角加速度で増加するように、目標トルクを算出する。すなわち、回転数センサＮｅＳで検出されたクランク軸２６の回転数と、タイマーＴＭで検出された始動開始からの経過時間（この場合はｔＡ）とから、所定時間Δｔ後（この場合はｔＢ）のクランク軸２６の回転数を前記設定パターンＬＥ−１から検索して、この回転数の増加に必要なトルク（目標トルク）を下式により算出する。
【００３１】
ＴＢ＝Ｉ×（ωＢ−ωＡ）／（ｔＢ−ｔＡ）＋Ｔｆ＋Ｐｐ×Ｋｔ／Ｎｅ
【００３２】
ここで、前記目標トルクをＴＢ、前記エンジンの慣性モーメントをＩ、前記エンジンのフリクショントルクをＴｆ、前記クランク軸の回転数をＮｅ、ポンピングロスをＰｐ、所定係数をＫｔ、始動開始からの経過時間ｔＡ、ｔＢごとの角速度をωＡ、ωＢとしている。このように、ポンピングロスやフリクショントルクを加味して前記目標トルクを算出するため、前記エンジン２に付与する目標トルクＴＢの精度を高めることができ、前記エンジン２の回転数をより効率的に上昇させることができる。
【００３３】
ここで、前記デコンプ手段２８のデコンプ機能が正常な場合には、クランク軸２６の回転数が後述の規定回転数（エンジン２がクランキング状態か点火状態かを判定するための回転数）以上になった場合にデコンプ手段２８を作動させる。これにより、クランク軸２６の回転数が規定回転数以下の場合には、予め設定された上限のトルクがモータ３から出力され、クランク軸２６の回転数が規定回転数より上になった場合には、前記目標トルクがモータ３から出力する。これにより、エンジン２始動開始直後の必要トルクを確保することができるとともに、クランキング時から点火時に移行する際のトルク変動を吸収することができるため、クランキング時から点火時への移行がスムースになり、始動性が向上する。
【００３４】
一方、ステップＳ２０では、回転数センサＮｅＳで検出する回転数Ｎｅが規定回転数以下かどうかを判定する。この判定結果がＹＥＳの場合には、クランキング時であると判断できるため、ステップＳ２２で、エンジン２の圧縮工程に必要なトルク分が加味された規定トルクを印加して、一連の処理を終了する。ステップＳ２０の判定結果がＮＯの場合には、エンジン２が点火時に移行していると判断できるため、規定トルクの印加をせずにステップＳ１８に進み、上述した目標トルクの算出を行った後に、一連の処理を終了する。
【００３５】
このように、デコンプ手段２８の異常が検知された場合にも、ステップＳ２２のように規定トルクを印加することで、クランキング時から点火時への移行がスムースになり、始動性が向上する。
【００３６】
図５は実施例と比較例とにおけるクランク軸２６の回転数とバッテリ１６出力の時間に関するグラフ図である。比較例には、モータ３の出力トルクを最大限エンジン２に印加するように設定した場合を示している。同図において、ＬＥ、ＬＥ’はそれぞれ実施例、比較例におけるクランク軸２６の回転数を、ＬＢ、ＬＢ’はそれぞれ実施例、比較例におけるバッテリ１８の出力を示している。
【００３７】
比較例のように、エンジン２始動時においてモータ３の出力トルクを最大限エンジン２に印加すると、印加した当初はクランク軸２６の回転数が急激に上昇するものの、該回転数が通常駆動時の回転数近くまで上昇するとその上昇度合いが収束してしまう。このため、通常駆動時の回転数に移行する時間は、本実施例のように等角加速度で回転数を上昇させる場合に略等しくなっている。加えて、本実施例の場合においては、比較例の場合に比べて始動開始時のクランク軸２６の回転数の上昇度合いが抑えられているので、バッテリ１６に要求される出力を比較例よりも低く抑えることができる。従って、前記モータ３やこれに電力を供給するバッテリ１６に過度な負担を与えることなく、前記クランク軸２６の回転数を通常駆動時の回転数まで速やかに増加させることができる。
【００３８】
さらに、前記モータ３が前記エンジン２に印加するトルクが抑制されているため、モータ３の出力トルクをベルト２３を介してエンジン２に伝達する際に、ベルト２３の滑りやベルト２３での発生音を自ずと抑制することができる。これにより、前記発生音の抑制のために過度な張力をベルト２３に付与する必要がなくなり、ベルト２３の低コスト化や高寿命化、燃費の向上を図ることができる。
【００３９】
なお、本発明の適用対象は、上述の実施例のみに限られるものではないことはもちろんである。例えば、エンジン２とモータ３とを上述の動力伝達手段３０により連結したものではなく、エンジン２とモータ３とを直結させた構成であってもよい。また、デコンプ手段２８を備えていない場合であっても、ステップＳ１４の後にステップＳ２０の処理を行うことで、本発明を適用することができる。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載した発明によれば、エンジン始動時においてモータの出力トルクを最大限エンジンに印加した場合と略同等の時間で、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで増加させることができる。従って、前記モータや前記モータに電力を供給する蓄電装置に過度な負担を与えることなく、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで速やかに増加させることができる。
【００４１】
請求項２に記載した発明によれば、前記エンジンや前記蓄電装置に対する保護をより高めてエンジン始動を行うことができる。
請求項３に記載した発明によれば、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常を検知しなければ前記移行時におけるトルク変動を吸収することができるとともに、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常を検知した場合にもクランキング時から点火時への移行をスムースに行うことが可能となり、始動性が向上する。
【００４２】
請求項４に記載した発明によれば、クランキング時から点火時にスムースに移行させることが可能となり、始動性が向上する。
請求項５に記載した発明によれば、前記ベルトの滑りやベルトでの発生音を自ずと抑制することができ、前記発生音の抑制のために過度な張力をベルトに付与する必要がなくなり、前記ベルトの低コスト化や高寿命化、燃費の向上を図ることができる。
【００４３】
請求項６に記載した発明によれば、前記エンジンに付与する目標トルクＴＢの精度を高めることができ、前記エンジンの回転数をより効率的に上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態におけるエンジン始動制御装置を備えるハイブリッド車両を示すブロック図である。
【図２】エンジン始動制御時におけるモータトルク算出処理を示すフローチャートである。
【図３】クランク軸の回転数の時間に関する設定パターンを示すグラフ図である。
【図４】クランク軸の回転数とモータトルクの時間に関するグラフ図である。
【図５】実施例と比較例とにおけるクランク軸の回転数とバッテリ出力の時間に関するグラフ図である。
【符号の説明】
１  ハイブリッド車両
２  エンジン
３  モータ
２１  エンジンＥＣＵ
２２  モータＥＣＵ
２６  クランク軸
２８  デコンプ手段
３０  動力伝達手段
【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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