(57)【要約】【課題】予め設定された設定期間内に内燃機関を始動することのできる内燃機関始動装置を提供する。【解決手段】スタータモータ１５の起動後、所定時間ｔが経過したら、ＥＣＵ１３は、エンジン１の回転数Ｎｅが、ＥＣＵ１３に予め設定されている基準の回転数Ｎ以上か否かを判定する。Ｎｅ≧Ｎの場合には、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動すると判断する。一方、Ｎｅ＜Ｎの場合には、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動しないと判断し、所定時間ｔにおける差（Ｎ−Ｎｅ）及びエンジン１の冷却水の温度から、ＥＣＵ１３に組み込まれたマップに基づいて、発電電動機２のトルクを決定する。ＥＣＵ１３は、決定されたトルクを発電電動機２が生じるように、発電電動機２を電動機として起動する。発電電動機２から生じたトルクは、ベルト５を介してエンジン１の始動をアシストする。【選択図】図４
2013217225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載された内燃機関と、
該内燃機関を始動させるためのスタータモータと、
前記内燃機関の出力軸と動力伝達可能に連結された回転軸を有する発電電動機と、
該発電電動機によって発電された電力を充電すると共に充電された電力を該発電電動機に供給するバッテリと、
制御手段と
を備え、
該制御手段には、
前記スタータモータが起動してから前記内燃機関が始動するまでの間の設定期間と、
該設定期間内に前記内燃機関が始動するために要する前記内燃機関の回転数の基準と
が予め設定されており、
前記スタータモータを起動後、前記制御手段は、前記内燃機関の稼働状態が前記基準よりも低い場合に、前記内燃機関の稼働状態が前記基準以上となるのに必要なトルクを前記内燃機関に伝達するように前記発電電動機を駆動する内燃機関始動装置。
【請求項２】
前記基準及び前記稼働状態はそれぞれ、前記設定期間中の任意の時間である所定時間における前記内燃機関の回転数であり、
前記所定時間において、前記内燃機関の回転数が、前記基準として前記制御手段に設定された回転数よりも低い場合に、前記内燃機関の回転数が前記基準以上となるのに必要なトルクを前記内燃機関に伝達するように前記発電電動機を駆動する、請求項１に記載の内燃機関始動装置。
【請求項３】
前記基準及び前記稼働状態はそれぞれ、前記設定期間中の前記内燃機関の回転数の上昇率であり、
前記内燃機関の回転数の上昇率が、前記基準として前記制御手段に設定された回転数の上昇率よりも低い場合に、前記内燃機関の回転数の上昇率が前記基準以上となるのに必要なトルクを前記内燃機関に伝達するように前記発電電動機を駆動する、請求項１に記載の内燃機関始動装置。
【請求項４】
前記出力軸と前記回転軸とはベルトによって連結されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関始動装置に係り、特に、内燃機関の出力軸と発電電動機とが動力伝達可能に連結されたハイブリッド自動車用の内燃機関始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関であるエンジン及び発電電動機（モータジェネレータ）を動力源として備え、エンジンの出力軸と発電電動機の回転軸とが動力伝達可能に連結される構成のハイブリッド自動車が知られている。このようなハイブリッド自動車においては、専用のスタータモータによってエンジンを始動するだけでなく、発電電動機を利用してエンジンを始動することも可能である。特許文献１に記載のハイブリッド自動車では、発電電動機でエンジンを始動する際に、発電電動機用のバッテリの充電不足等を理由にエンジンが始動しない場合に、スタータモータによってエンジンを始動したり、その逆に、スタータモータでエンジンを始動する際に、必要に応じて電動発電機によりエンジンの始動をアシストしたりしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１３６５０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら特許文献１に記載の技術では、エンジンが始動しない、あるいは始動しにくいことの判定を所定時間経過後に判定しているので、最終的にはエンジンを始動することはできるものの、予め設定された設定期間内にエンジンを始動することはできない。すなわち、エンジンの始動に時間がかかる場合があるといった問題点があった。
【０００５】
この発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、予め設定された設定期間内に内燃機関を始動することのできる内燃機関始動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る内燃機関始動装置は、車両に搭載された内燃機関と、内燃機関を始動させるためのスタータモータと、内燃機関の出力軸と動力伝達可能に連結された回転軸を有する発電電動機と、発電電動機によって発電された電力を充電すると共に充電された電力を発電電動機に供給するバッテリと、制御手段とを備え、制御手段には、スタータモータが起動してから内燃機関が始動するまでの間の設定期間と、設定期間内に内燃機関が始動するために要する内燃機関の回転数の基準とが予め設定されており、スタータモータを起動後、制御手段は、内燃機関の稼働状態が基準よりも低い場合に、内燃機関の稼働状態が基準以上となるのに必要なトルクを内燃機関に伝達するように発電電動機を駆動する。
基準及び稼働状態はそれぞれ、設定期間中の任意の時間である所定時間における内燃機関の回転数であり、所定時間において、内燃機関の回転数が、基準として制御手段に設定された回転数よりも低い場合に、内燃機関の回転数が基準以上となるのに必要なトルクを内燃機関に伝達するように発電電動機を駆動してもよい。
基準及び稼働状態はそれぞれ、設定期間中の内燃機関の回転数の上昇率であり、内燃機関の回転数の上昇率が、基準として制御手段に設定された回転数の上昇率よりも低い場合に、内燃機関の回転数の上昇率が基準以上となるのに必要なトルクを内燃機関に伝達するように発電電動機を駆動してもよい。
出力軸と回転軸とはベルトによって連結されてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、スタータモータを起動後、内燃機関の稼働状態が基準よりも低い場合に、内燃機関の稼働状態が基準以上となるのに必要なトルクを内燃機関に伝達するように発電電動機を駆動するので、予め設定された設定期間内に内燃機関を始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関始動装置を備えたハイブリッド自動車の構成を示す図である。
【図２】実施の形態１に係る内燃機関始動装置を備えたハイブリッド自動車のエンジンが、設定期間内に始動する場合の回転数の変化を示す模式的なグラフである。
【図３】実施の形態１に係る内燃機関始動装置の制御手段に組み込まれたマップの概念図である。
【図４】実施の形態１に係る内燃機関始動装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【図５】実施の形態２に係る内燃機関始動装置を備えたハイブリッド自動車のエンジンが、設定期間内に始動する場合の回転数の変化を示す模式的なグラフである。
【図６】実施の形態２に係る内燃機関始動装置の動作を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１に示されるように、ハイブリッド自動車１００は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン１と、エンジン１を始動させるスタータモータ１５と、電動機および発電機として動作可能な発電電動機（ＭＧ）２とを備えている。エンジン１の出力軸３の一端は、ベルト５およびプーリ６，７を介して発電電動機２の回転軸４に連結されている。また、エンジン１の出力軸３の他端は、トランスミッション８およびディファレンシャル９を介して車軸１０に連結されている。また、出力軸３の回転からエンジン１の回転数を検出する回転数センサ１６が設けられている。発電電動機２と、スタータモータ１５と、回転数センサ１６とはそれぞれ、制御手段であるコントロールユニット（ＥＣＵ）１３に電気的に接続されている。
【００１０】
また、ハイブリッド自動車１００は、電力コンバータ１１とバッテリ１２とを備えている。エンジン１の始動時等にバッテリ１２から出力される直流電力が電力コンバータ１１によって交流電力に変換されて発電電動機２に供給される際には、発電電動機２は電動機として動作して回転軸４を駆動させ、これにより発生する動力はベルト５およびプーリ６，７を介してエンジン１に伝達される。一方、ハイブリッド自動車１００の減速時等にエンジン１からの回生動力によって発電電動機２の回転軸４が駆動される際には、発電電動機２は発電機として動作して交流電力を発電し、この交流電力は電力コンバータ１１によって直流電力に変換されてバッテリ１２に充電される。
【００１１】
ＥＣＵ１３には、スタータモータ１５が起動してからエンジン１が始動するまでの間の設定期間ΔＴと、設定期間ΔＴ中の任意の時間である所定時間ｔにおけるエンジン１の回転数Ｎとが予め設定されている。ここで、ＥＣＵ１３に設定されているエンジン１の回転数Ｎは、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動するために要するエンジン１の回転数の基準を構成する。図２には、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動する場合のエンジン１の回転数の変化（実線）を示す模式的なグラフが示されている。後述するように、ＥＣＵ１３は、所定時間ｔにおいて、エンジン１の稼働状態、すなわちエンジン１の実際の回転数Ｎｅと、基準である回転数Ｎとを比較して、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動するかどうかを判定し、必要に応じて発電電動機２のトルクによってエンジン１の始動をアシストするので、所定時間ｔは設定期間ΔＴ中の任意の時間であるものの、エンジン１の回転数がある程度上昇した状態のできる限りスタータモータ１５を起動したときに近いタイミングとすることが好ましい。
【００１２】
また、ＥＣＵ１３には、所定時間ｔにおいてエンジン１の実際の回転数Ｎｅが回転数Ｎよりも低い場合に、発電電動機２からエンジン１に伝達するトルクを決定するためのマップ（図３参照）が組み込まれている。このマップは、所定時間ｔにおける基準である回転数Ｎと実際の回転数Ｎｅとの差（Ｎ−Ｎｅ）を縦方向にとると共にエンジン１を冷却するための冷却水の温度を横方向にとったマトリックスであり、両条件から、発電電動機２のトルクが決定されるようになっている。尚、図３に記載された数字は例示に過ぎず、具体的な条件は適宜設定可能である。また、冷却水の温度の代わりに、排気ガスの温度等を使用してもよい。
【００１３】
次に、この発明の実施の形態１に係る内燃機関始動装置の動作について説明する。
ハイブリッド自動車１００のドライバーがエンジン１の始動操作を行うことによりスタータモータ１５が起動すると、図４のフローチャートに示された制御が開始される。ＥＣＵ１３は、スタータモータ１５が起動したら、経過時間の計測を開始し、予め設定してある所定時間ｔが経過したか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１において所定時間ｔが経過したと判定されたら、ＥＣＵ１３は、回転数センサ１６による検出値、すなわちエンジン１の回転数Ｎｅのデータを受信し（ステップＳ２）、エンジン１の回転数Ｎｅが、予め設定してある基準の回転数Ｎ以上か否かを判定する（ステップＳ３）。ステップＳ３において、Ｎｅ≧Ｎと判定された場合には、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動すると判断し、内燃機関始動装置の動作を終了する。一方、ステップＳ３において、Ｎｅ＜Ｎと判定された場合には、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動しないと判断し、ＥＣＵ１３は、所定時間ｔにおける基準である回転数Ｎと実際の回転数Ｎｅとの差（Ｎ−Ｎｅ）を算定すると共に、エンジン１の冷却水の温度を検出する図示しない温度センサの検出値のデータを受信し、図３のマップに基づいて差（Ｎ−Ｎｅ）及び冷却水の温度から、発電電動機２のトルクを決定する（ステップＳ４）。ＥＣＵ１３は、ステップＳ４において決定されたトルクを発電電動機２が生じるように、発電電動機２を電動機として起動する（ステップＳ５）。発電電動機２が電動機として起動すると、発電電動機２から生じたトルクは、ベルト５を介してエンジン１の始動をアシストするので、エンジン１の回転数が上昇し、結果的に設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動される。
【００１４】
ステップＳ５の動作を図２に基づいて説明する。図２には、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動する場合のエンジン１の回転数の変化が実線で表わされていると共に、ステップＳ５において発電電動機２のトルクによってエンジン１の始動がアシストされる場合のエンジン１の回転数の変化が破線で表わされている。スタータモータ１５の起動後、破線で表わされたエンジン１の回転数の変化は、実線で表わされたエンジン１の回転数の変化よりも小さい。所定時間ｔ以降、発電電動機２のトルクがエンジン１の始動をアシストすることにより、エンジン１の回転数が急上昇し、エンジン１の回転数Ｎｅが、実線で表わされたエンジン１の回転数の変化に達するようになる。その結果、エンジン１は、設定期間ΔＴ内に始動する。
【００１５】
このように、スタータモータ１５を起動後、所定時間ｔにおいて、エンジン１の回転数Ｎｅが、基準としてＥＣＵ１３に設定された回転数Ｎよりも低い場合に、エンジン１の回転数Ｎｅが基準の回転数Ｎ以上となるのに必要なトルクをエンジン１に伝達するように発電電動機２を駆動するので、予め設定された設定期間ΔＴ内にエンジン１を始動することができる。また、エンジン１の始動時のような必要時にのみ、発電電動機２のトルクをエンジン１に伝達するので、ベルト５の寿命を長くすることができる。さらに、スタータモータ１５だけでなく、必要に応じて発電電動機２のトルクをエンジン１に伝達することができるので、スタータモータ１５の定格を小さくすることができる。
【００１６】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２に係る内燃機関始動装置について説明する。尚、実施の形態２において、図１の参照符号と同一の符号は、同一又は同様な構成要素であるので、その詳細な説明は省略する。
この発明の実施の形態２に係る内燃機関始動装置は、実施の形態１に対して、エンジン１の回転数の基準及びエンジン１の稼働状態を、エンジン１の回転数の上昇率に変更したものである。
【００１７】
実施の形態２に係る内燃機関始動装置の構成は、図１に示された実施の形態１に係る内燃機関始動装置の構成と同じである。ただし、ＥＣＵ１３には、スタータモータ１５が起動してからエンジン１が始動するまでの間の設定期間ΔＴと、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動する場合のエンジン１の回転数の変化、すなわちエンジン１の回転数の上昇率Ｒｎとが予め設定されている。ここで、ＥＣＵ１３に設定されているエンジン１の回転数の上昇率Ｒｎは、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動するために要するエンジン１の回転数の基準を構成する。図５には、ＥＣＵ１３に予め設定されているエンジン１の回転数の上昇率Ｒｎ（実線）を示す模式的なグラフが示されている。後述するように、実施の形態２では、ＥＣＵ１３は、スタータモータ１５が起動してからエンジン１が始動するまでの間、エンジン１の稼働状態、すなわちエンジン１の回転数の実際の上昇率Ｒｎｅと、基準である回転数の上昇率Ｒｎとを比較して、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動するかどうかを随時判定し、必要に応じて発電電動機２のトルクによってエンジン１の始動をアシストする。
【００１８】
次に、この発明の実施の形態２に係る内燃機関始動装置の動作について説明する。
ハイブリッド自動車１００のドライバーがエンジン１の始動操作を行うことによりスタータモータ１５が起動すると、図６のフローチャートに示された制御が開始される。ＥＣＵ１３は、スタータモータ１５が起動したら、経過時間の計測を開始し（ステップＳ１１）、回転数センサ１６による検出値、すなわちエンジン１の回転数Ｎｅのデータの受信を開始する（ステップＳ１２）。ＥＣＵ１３は、経過時間とエンジン１の回転数Ｎｅとから、エンジン１の回転数の上昇率Ｒｎｅを算出する（ステップＳ１３)。エンジン１の回転数の上昇率Ｒｎｅは、図５に示されるグラフのように表わされ、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動する場合には、エンジン１の回転数の上昇率Ｒｎｅは、図５に示されたＥＣＵ１３に予め設定されているエンジン１の回転数の上昇率Ｒｎ（実線）と一致するか、またはそれよりも上方に位置する曲線となる。一方、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動しない場合には、エンジン１の回転数の上昇率Ｒｎｅは、図５に示された破線のように、ＥＣＵ１３に予め設定されているエンジン１の回転数の上昇率Ｒｎ（実線）よりも下方に位置する曲線となる。
【００１９】
次に、ＥＣＵ１３は、エンジン１の回転数の実際の上昇率Ｒｎｅが、ＥＣＵ１３に予め設定されているエンジン１の回転数の上昇率Ｒｎ以上か否かを比較する（ステップＳ１４)。例えば、図５において、エンジン１の回転数の実際の上昇率Ｒｎｅが、エンジン１の回転数の上昇率Ｒｎと一致するか、またはそれよりも上方に位置する曲線となる場合には、Ｒｎｅ≧Ｒｎであるので、この時点では設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動すると判断する。ステップＳ１４においてＲｎｅ≧Ｒｎと判定された場合には、ＥＣＵ１３は、エンジン１の始動が完了したか否かを判定する（ステップＳ１５）。エンジン１の始動が完了したか否かについては、例えば、エンジン１が始動したと判定するための基準の回転数を予め設定しておき、エンジン１の実際の回転数Ｎｅが予め設定した回転数以上となった場合に、エンジン１の始動が完了したと判定してもよい。また、エンジン１は設定期間ΔＴで始動することを目的としているので、スタータモータ１５の起動後、設定期間ΔＴが経過したときに、エンジン１の始動が完了したと判定してもよい。ステップＳ１５において、エンジン１が始動したと判定されない場合には、ステップＳ１１に戻って上記動作を繰り返し、エンジン１が始動したと判定された場合には、内燃機関始動装置の動作を終了する。
【００２０】
一方、ステップＳ１４において、エンジン１の回転数の実際の上昇率Ｒｎｅが、図５に表わされる破線の曲線のように、エンジン１の回転数の上昇率Ｒｎよりも下方に位置する曲線となる場合には、Ｒｎｅ＜Ｒｎであるので、設定期間ΔＴ内にエンジン１が始動しないと判断する。すると、ＥＣＵ１３は、ステップＳ１４の時点でのエンジン１の回転数の上昇率Ｒｎから回転数Ｎを算出し、この回転数ＮとステップＳ１４の時点でのエンジン１の実際の回転数Ｎｅとの差（Ｎ−Ｎｅ）を算定する。ＥＣＵ１３はさらに、エンジン１の冷却水の温度を検出する図示しない温度センサの検出値のデータを受信し、図３のマップに基づいて差（Ｎ−Ｎｅ）及び冷却水の温度から、発電電動機２のトルクを決定する（ステップＳ１６）。ＥＣＵ１３は、ステップＳ１５において決定されたトルクを発電電動機２が生じるように、発電電動機２を電動機として起動する（ステップＳ１７）。発電電動機２が電動機として起動すると、発電電動機２から生じたトルクは、ベルト５を介してエンジン１の始動をアシストするので、エンジン１の回転数が上昇する。ステップＳ１７の終了後、ステップＳ１５に移る。
【００２１】
このように、スタータモータ１５を起動後、エンジン１の回転数の上昇率Ｒｎｅが、基準としてＥＣＵ１３に設定された回転数の上昇率Ｒｎよりも低い場合に、Ｒｎｅ≧Ｒｎとなるのに必要なトルクをエンジン１に伝達するように発電電動機２を駆動するので、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。
【００２２】
実施の形態１及び２では、内燃機関は、ガソリン燃料を内部で燃焼させて動力を発生させるエンジン１であったが、ディーゼルエンジンであってもよい。また、出力軸３と回転軸４とはベルト５によって連結されていたが、この形態に限定するものではなく、クラッチやギア等で連結されていてもよい。
【符号の説明】
【００２３】
１  エンジン（内燃機関）、２  発電電動機、３  出力軸、４  回転軸、５  ベルト、１２  バッテリ、１３  コントロールユニット（制御手段）、１５  スタータモータ、１００  ハイブリッド自動車（車両）、Ｎ  （エンジンの）回転数（基準）、Ｎｅ  （エンジンの）回転数（稼働状態）、Ｒｎ  （エンジンの）回転数の上昇率（基準）、Ｒｎｅ  （エンジンの）回転数の上昇率（稼働状態）、ｔ  所定時間、ΔＴ  設定期間。
【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】
2013217225.tif 000007
【図６】
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