(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を電動機にてクランキングして始動する内燃機関始動方法にして、前記電動機の出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方を大小可変に制御し、前記電動機出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方の大小可変制御に応じて前記電動機出力トルクを下げる時期を早遅可変に制御することを特徴とする内燃機関始動方法。
【請求項２】
前記電動機出力トルクを下げ始める時点は、前記電動機出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方が大きくされたとき、内燃機関の自爆開始前とされることがあることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関始動方法。
【請求項３】
前記電動機は電動発電機が電動機として作動するものであり、内燃機関の自爆が進行するにつれて前記電動発電機の作動は電動機としての作動から発電機としての作動に転換されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関始動方法。
【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、特に車輌用内燃機関に係り、更に詳細には、内燃機関を電動機にてクランキングして始動する内燃機関始動方法に係る。
【０００２】
【従来の技術】
自動車等の車輌の原動機を構成する往復動ピストン型の内燃機関は、そのクランク軸を電動機にて回転駆動するクランキングにより始動される。かかる従来のクランキングに於いて、電動機出力トルクＴcと内燃機関回転数Ｎeとが時間と共に変化する態様は、一般に図１に示されている如きものである。
【０００３】
即ち、内燃機関を始動すべくリレースイッチを経てバッテリ等の蓄電装置からの電流が電動機へ供給されると、電動機出力トルクは比較的急速に最大トルクＴcsまで上昇し、それに伴って内燃機関回転数Ｎeは次第に上昇していく。その後、最大電動機出力トルクＴcsの下に内燃機関回転数は上昇を続け、時点ｔ1にて内燃機関回転数が或る所定の機関自爆回転数Ｎeoに達すると、ここで燃料の噴射が開始される。燃料噴射が開始されると、機関には自爆トルクが生じてくるので、これより機関回転数はより大きな上昇度にて増大する。
【０００４】
機関に作用する電動機出力トルクは、その電流が特に制御されなくても、機関自爆の進行につれて次第に低下し、時点ｔ2にて零となり、以後、電動機は空転状態となる。尚、クランキング用電動機が電動発電機（モータ・ジェネレータ）として構成され、電動発電機が時点ｔ2以後は内燃機関により駆動される発電機として作動するようになっていると、電動発電機出力トルクは、その後、図中破線にて示されている如く負の値を呈して変化し、内燃機関回転数は、もし燃料噴射量が同じに保たれていれば、かかる発電エネルギの割譲により、時点ｔ2以後、図中破線にて示されている如く変化する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来、一般の車輌に於いては、内燃機関のクランキングによる始動は、車輌運行開始時にのみ行われるものであり、また通常、車輌の運行は機関始動後間髪をいれずに開始されるものではないので、機関のクランキング始動に対し、特にその都度、始動の緩急性、始動直後の出力トルクの大小等について、異なる始動態様が求められることはなかった。しかし、近年、燃料資源の節約と環境保全の観点から重視されてきている所謂エコラン車やハイブリッド車に於いては、機関のクランキング始動は、車輌運行開始時だけでなく、車輌の運行中にも頻繁に行なわれる。機関の始動が車輌運行途中の機関再始動であるときには、機関には、その始動に際し、車輌の運行状態に応じて、その都度異なる最適始動態様がある筈である。即ち、或るときには、機関は可及的迅速に始動されることが望ましく、また或るときには、機関は始動直後から、高い出力トルクを出せることが望まれる。また、場合によっては、機関は迅速に始動され且つ始動直後から高い出力トルクを出せることが望まれるであろう。しかしまた、車輌運行途中の機関再始動であっても、蓄電装置の充電のためのみの場合には、始動の迅速性や始動直後から高い出力トルクは特に要求されない。
【０００６】
本発明は、エコラン車やハイブリッド車に於いて生ずる上記の如き機関のクランキング始動に対する新たな多様的態様の要求に鑑み、これに対処した内燃機関のクランキング始動方法を提供することを主たる課題としている。
【０００７】
更にまた、エコラン車やハイブリッド車に於いては、車輌運行途中に生ずる機関のクランキング始動は、車輌の快適性を損なわないよう、図１について記載した機関自爆開始前後に於ける機関回転数上昇率の急変や機関自爆開始後の回転数吹き上がりのない、滑らかな態様にて行われるのが望まれる。特にハイブリッド車に於いては、車輌運行途中に於いて一時停止された機関が再始動されるのには、運転者が車輌を加速すべくアクセルペダルを踏み込むことに応答するものもと、蓄電装置の蓄電状態を回復するためのものとがあり、後者の機関再始動は車輌の定常（非加速）走行中にも生じ、その緊急性は数秒を争うものではく、クランキング始動はなるべく目立たない態様にて緩やかに行われるのが望ましい。いずれにしても、エコラン車やハイブリッド車等に於ける車輌運行途中の機関のクランキング始動は、車輌の乗り心地を損なわないように行われることが重要であり、本発明はこれを達成することを更なる課題としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の如き課題を解決すべく、本発明は、内燃機関を電動機にてクランキングして始動する内燃機関始動方法にして、前記電動機の出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方を大小可変に制御し、前記電動機出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方の大小可変制御に応じて前記電動機出力トルクを下げる時期を早遅可変に制御することを特徴とする内燃機関始動方法を提案するものである。
【０００９】
上記の如き内燃機関始動方法に於いて、電動機出力トルクを下げ始める時点は、電動機出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方が大きくされたとき、内燃機関の自爆開始前とされることがあってもよい。
【００１０】
また、電動機は電動発電機が電動機として作動するものであり、内燃機関の自爆が進行するにつれて電動発電機の作動は電動機としての作動から発電機としての作動に転換されるようになっていってよい。
【００１１】
上記の如く内燃機関を電動機にてクランキングして始動するに当って、電動機の出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方を大小可変に制御することにより、エコラン車やハイブリッド車等に於ける如く、機関始動が単に車輌の運行開始時だけでなく、車輌運行途中にも行われ、その都度始動の迅速性や始動直後の出力トルクの大きさ等に関する要求の態様が異なる場合にも、その要求態様に応じて機関始動の迅速性や始動直後の出力トルク大きさ等を変更することができる。
【００１２】
更に、上記の如く始動の迅速性や始動直後の出力トルクの大きさ等に関する機関始動態様の要求に応じるよう電動機の出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方を大小可変に制御することに加えて、かかる電動機出力トルクの立ち上げ速度と最大値の少なくとも一方の大小可変制御に応じて電動機出力トルクを下げる時期を早遅可変に制御すれば、このことによって機関の始動を機関自爆開始前後に於ける機関回転数上昇率の急変や機関自爆開始後の回転数吹き上がりを抑え、滑らかな機関始動を達成することができる。
【００１３】
図２は、そのような本発明による内燃機関始動方法により行われる電動機（特にこの場合、電動発電機）の出力トルク制御と、それによって得られる内燃機関回転数の好ましい立ち上がり態様の例を示す、図１と同様の線図である。図２に於いては、本発明により制御さる電動発電機出力トルクＴｃと、それによって得られる内燃機関回転数Ｎｅの経過が、始動例１および２なる二つの始動例として実線により示されており、また従来技術との対比を明らかにするよう、更に図１に示した従来のクランキング始動に於ける電動機（または電動発電機）出力トルクと内燃機関回転数の時間経過が、同時に二点鎖線にて示されている。
【００１４】
始動例１は、電動機（ここでは電動発電機）出力トルクが急速に且つ大きい値まで立ち上げられる例であり、これは機関に対する始動の迅速性および始動直後からの機関出力トルクの大きさに対する要求度がいずれも高い場合である。尚、図２に於いては、始動例１の電動機出力トルク立ち上がり速度および電動機出力トルク最大値は、いずれも図１による従来例のものと同じにされているが、これは、同じ電動機出力トルク立ち上がり速度および電動機出力トルク最大値であっても、その後の電動機トルク制御により機関の挙動が従来例とは如何に異なってくるかをより明瞭に示す対比の便のためのものであり、本発明による電動機出力トルクの立ち上げ速度およびその最大値は、従来例より離れ、本発明に沿って任意に定められてよいものである。
【００１５】
始動例２は、始動例１に対比して、電動機出力トルクが比較的緩やかに且つさほど大きくない値まで立ち上げられる例であり、これは機関に対する始動の迅速性および始動直後からの機関出力トルクの大きさに対する要求度がいずれもさほど高くない場合である。尚、始動例１および２は、電動機出力トルクの立ち上がり速度および最大値のいずれについても、前者が後者より大きい対比例であるが、電動機出力トルクの立ち上がり速度の大小と電動機出力トルクの最大値の大小との組み合わせは、機関始動に対する要求態様に応じて任意に定められてよいものである。
【００１６】
始動の迅速性および始動直後からの機関出力トルクの大きさに対する要求度がいずれも高い始動例１に於いては、電動機出力トルクは比較的早い時点t3より始まって下げられている。また、この例では、時点t3は電動機出力トルクの立ち上がり速度および最大値が同じである従来例に於ける機関自爆開始時点t1より早い時点である。始動例１に於いても、機関自爆開始回転数、即ち燃料噴射を開始する回転数、はＮeoとされてよく、かかる始動例１と従来例の電動機出力トルクと機関回転数の立ち上がり経過との対比より理解されるとおり、このように電動機出力トルクの立ち上がり速度および最大値が同じであっても、電動機出力トルクを下げ始める時点t3が機関自爆開始時点t1より適度に早められていることにより、機関は自爆開始の前後にて機関回転数上昇率を急変させることなく、また自爆開始後回転数の吹き上がりを生ずることなく、滑らかに始動される。尚、電動機が電動発電機よりなるこの始動例１に於いては、電動機出力トルクが０となる時点t4にて電動発電機が電動機より発電機に切り替えられ、電動機出力トルクはこれ以後図示の如く負の値として増大する。この場合、機関回転数の立ち上がりを図示の如く滑らかにする上で電動機トルクを下げ始める時点ｔ3として選択すべき時点は、電動機が電動機のみの作動を行うものか電動発電機よりなるものかに応じて当然異なってくるであろう。
【００１７】
始動の迅速性および始動直後からの機関出力トルクの大きさに対する要求度がいずれもさほど高くない場合の始動例２に於いては、電動発電機出力トルクは、始動例１の場合に比して図示の如くこれより低い最大値までより緩やかに立ち上がり、電動機出力トルクを下げ始める時点t5は、始動例１に於ける時点t3よりもかなり遅れる。また、この始動例２の如く電動機出力トルクの立ち上がりが緩やかにされただけでなく、その最大値も低くされている場合には、それに対応して機関始動直後の機関回転数も比較的低い値となる。かかる始動例は、車輌が内燃機関を一時停止させた状態にて電動走行中であるとき、蓄電装置の充電のために機関が再始動されるような場合に適している。
【００１８】
図３は、ハイブリッド車の駆動構造の一つの実施例を示す概略図である。図に於いて、１は内燃機関であり、その出力軸であるクランク軸は、遊星歯車機構を備えた駆動連結装置２を介して、電動発電機３と電動発電機４とに駆動連結されている。尚、電動発電機４は単なる電動機とされてもよい。電動発電機４の駆動軸に、変速機５を介して一対の駆動輪６a、６dの車軸７a、７bが差動歯車機構８を経て連結されている。９はバッテリ等の蓄電装置であり、１０はインバータであり、１１はコンピュータを備えた電気式車輌運転制御装置である。車輌運転制御装置１１には、アクセルペダルの踏込み量Ｄpを示す信号、車速Ｓvを示す信号、クランク角θeを示す信号、エンジンの温度Ｔeを示す信号、蓄電装置の蓄電状態Ｖbを示す信号等が入力され、これらの入力信号より、電気式車輌運転制御装置は、運転者の操縦意図と内燃機関および蓄電装置の状態に応じて、内燃機関１、電動発電機３および４、変速装置５、インバータ１０を制御するようになっている。そしてその制御の一環として、内燃機関の始動時、機関に対し要求されている始動の迅速度および始動直後に機関に要求されるトルクの大きさや回転数等の条件に応じて電動発電機、特に図３に示す実施例に於いては電動発電機３の出力トルクを、図２に於いて始動例１および２として例示した如く、種々の態様に制御し、その時の車輌の運転状態に対し最適の始動態様にて機関を始動させる。
【００１９】
以上に於いては本発明を実施例について詳細に説明したが、かかる実施例について本発明の範囲内にて種々の修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の内燃機関クランキング始動に於ける電動機（または電動発電機）出力トルクおよび内燃機関回転数の時間に対する変化を示す線図。
【図２】本発明による内燃機関クランキング始動に於ける電動発電機出力トルクおよび内燃機関回転数の時間に対する変化の実施例を従来技術に対比させて示す線図。
【図３】ハイブリッド車の駆動構造の一つの実施例を示す概略図。
【符号の説明】
１…内燃機関
２…駆動連結装置
３、４…電動発電機
５…変速機
６ａ、６ｂ…車輪
７ａ、７ｂ…車軸
８…差動歯車機構
９…蓄電装置
１０…インバータ
１１…電気式車輌運転制御装置
【図１】
0003785960.tif 000002
【図２】
0003785960.tif 000003
【図３】
0003785960.tif 000004