JP2001159384A

JP2001159384A - エンジン始動装置

Info

Publication number: JP2001159384A
Application number: JP34333399A
Authority: JP
Inventors: Kosuke Suzui; 康介鈴井; Katsunori Yagi; 克典八木; Takanori Moriya; 孝紀守屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1999-12-02
Filing date: 1999-12-02
Publication date: 2001-06-12
Anticipated expiration: 2019-12-02
Also published as: JP3826258B2

Abstract

(57)【要約】【課題】運転開始後にエンジンの停止および始動を頻
繁に繰り返し行う車両において、エンジン始動装置の小
型化を図りつつ、エンジンが低温状態、高温状態のいず
れにある場合でも、円滑かつ安定した始動を確保する。【解決手段】エンジン１０にワンウェイクラッチ１５
を介して補機駆動モータ１４を結合する。またプラネタ
リギヤ３０を介して動力源ともなるモータ２０を結合す
る。補機駆動モータ１４は比較的低トルクを出力するモ
ータであり、暖機後の始動トルクが小さい状態で頻繁に
繰り返してエンジンを始動するのに適したモータであ
る。エンジンの暖機後は補機駆動モータ１４で暖機を行
うが、始動トルクが大きい暖機前は大トルクを出力可能
なモータ２０で始動を行う。こうすることにより、補機
駆動モータ１４の小型化を図りつつ、それぞれの運転状
態で円滑、安定した始動を行うことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、運転中にエンジン
の始動および停止を繰り返し実行する可能性があるシス
テムにおいて、エンジンを始動するためのエンジン始動
装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、エンジンと電動機とを動力源とす
るハイブリッド車両が提案されている。ハイブリッド車
両では、停車中にエンジンを停止する他、エンジンを停
止したまま電動機を動力源として走行することもでき
る。また、エンジンのみを動力源とする通常の車両にお
いては、燃費を向上しエミッションを低減するために、
停車中にエンジンを停止する制御が提案されている。こ
のように近年では、車両の運転中に頻繁にエンジンの停
止および始動が行われる技術が種々提案されている。

【０００３】空調器機、パワーステアリング用オイルポ
ンプなどの補機は、通常、エンジンで駆動されているか
ら、車両の運転中にエンジンを停止させる場合、エンジ
ン停止中は別の手段でこれらの補機を駆動する必要があ
る。この駆動を実現する方法として、例えば補機を駆動
するための補機駆動モータを備える技術が提案されてい
る（例えば、特開平１０ー３３９１８５記載の技術）。
この技術では、ベルト伝動機構を介して補機を駆動可能
なモータをエンジンのクランクシャフトにクラッチを介
して結合する。エンジン停止中は、クラッチを解放状態
にして、モータを力行し、補機を駆動する。クラッチを
係合させると、モータの動力によってエンジンをクラン
キングして、エンジンを始動することができる。かかる
機構では、静粛性を確保するため、ゴム製のベルトが使
用される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記構成の車両によれ
ば、補機を駆動するためのモータを活用して、エンジン
を始動することができる。しかし、一般にエンジンは、
潤滑油の粘性の変化などに起因して、温度状態によって
始動時に要するトルクが大きく変動する。また、補機駆
動用のモータをゴム製のベルトを用いた伝動機構を介し
て結合した場合、エンジンが低温時には、ベルトが硬化
しており、伝達トルクに損失が生じるため、通常よりも
大きな始動トルクをモータから出力する必要が生じる。
これらの要因により、種々の運転状況下でエンジンを円
滑かつ安定して始動しようとすれば、エンジン始動に用
いられるモータは大型化する。車両のように限られたス
ペースにエンジンを搭載する場合には、こうした装置の
大型化は特に看過し得ない。

【０００５】上述の課題は、ハイブリッド車両であるか
否かに関わらず、運転中に頻繁にエンジンの停止および
始動が行われる車両に共通の課題であった。また、車両
以外のシステムにおいても同様であった。本発明は、か
かる課題を解決するためになされたものであり、運転開
始後にエンジンの始動および停止を繰り返し実行するシ
ステムにおいて、装置の小型化を図りつつ、幅広い運転
状況下でエンジンの始動を安定かつ円滑に始動する技術
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およびその作用・効果】上
記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では
以下の構成を採用した。本発明は、エンジンの出力軸を
回転させて、該エンジンの始動を行うエンジン始動装置
において、該出力軸に結合され、高温状態にある該エン
ジンを円滑に始動可能な範囲の低トルクを出力する第１
電動機と、前記出力軸に結合され、低温状態にある該エ
ンジンを始動するのに十分な高トルクを出力する第２電
動機とを備えることを要旨とする。

【０００７】本発明のエンジン始動装置では、エンジン
が低温状態にある場合と、高温状態にある場合とで２つ
の電動機を使い分けてエンジンを始動する点に特徴があ
る。既に説明した通り、エンジンを始動するために要す
る始動トルクは、潤滑油の粘性などに起因して温度状態
に応じて大きく相違し、低温状態では非常に大きなトル
クが要求される。一方、運転開始後にエンジンの始動お
よび停止を繰り返し行うシステムを考えた場合、低温状
態でのエンジンの始動は運転開始当初に限られ、その後
は高温状態、即ちエンジンの暖機が完了した状態での始
動を繰り返し実行することになる。これらを総合的に分
析すると、低温状態での始動は大トルクが要求されるも
のの繰り返し数は比較的少ない特徴があることが分か
る。高温状態での始動は逆に、要求されるトルクは比較
的小さいものの繰り返し数が多い特徴があることが分か
る。両者の特性を単一の電動機で満足しようとすれば、
電動機のサイズが大型化し、装置の大型化を招くことに
なる。

【０００８】本発明は、かかる分析に基づいてなされた
ものであり、高温状態での始動に適した第１電動機と、
低温状態での始動に適した第２電動機とを備えることに
より、装置の小型化を図りつつ、それぞれの運転状況下
でエンジンを円滑かつ安定して始動することができる。
電動機の数を増やせば装置の大型化につながるという固
定観念を打破し、始動時に要求される特性が大きく相違
する各運転状態に適した電動機をそれぞれ備えることに
より、全体として装置の小型化を図ることができること
を見いだした点に本発明の技術的意義がある。

【０００９】本発明において、第１電動機および第２電
動機は、同じ型の電動機を適用することもできるが、各
特性に応じて交流モータと直流モータなど異なる型の電
動機を適用することも望ましい。上記説明では、第１電
動機は低トルク、第２電動機は高トルクを出力するもの
として説明したが、更に、第１電動機はトルクを出力す
る耐用回数が十分に高いことが望ましい。逆に、第２電
動機は耐用回数が低くても構わないため、かかる電動機
を適用することにより、エンジン始動装置のコスト低減
を図ることも可能である。

【００１０】本発明のエンジン始動装置において、第１
電動機および第２電動機は、ギヤを介して結合する構
成、ベルトを利用した伝動機構を介して結合する構成な
ど種々の態様でエンジンの出力軸に結合可能である。本
発明はこうした種々の態様のうち、第１電動機がゴム製
のベルトなどの弾性ベルトを備える動力伝達機構を介し
て前記出力軸と結合されている構成に特に有効に適用す
ることができる。第１電動機は高温状態でエンジンを頻
繁に始動するために用いられる電動機である。弾性ベル
トを介してこの第１電動機をエンジンに結合する構成で
は、第１電動機の運転時における静粛性を向上すること
ができる。従って、頻繁に行われる始動を静粛に行うこ
とができ、上記エンジンを搭載したシステムを快適に利
用することが可能となる。

【００１１】また、弾性ベルトは、一般に低温時には硬
化して動力の伝達に損失が生じることが多い。従って、
第１電動機が弾性ベルトを介して結合された構成におい
て、仮に第１電動機を用いて低温時までもエンジンの始
動を行おうとすれば、上述の損失をも考慮してより高い
出力トルクが要求されることになり、第１電動機のサイ
ズが非常に大きくなる。本発明のエンジン始動装置で
は、低温状態でエンジンを始動する第２電動機を備える
ため、かかる要因による第１電動機の大型化を招くこと
なく、弾性ベルトを利用した構成を実現することができ
る。

【００１２】また、本発明のエンジン始動装置におい
て、前記出力軸に結合された補機が備えられている場合
には、第２電動機での始動時に、該出力軸と該補機との
結合を切り離す切断機構を備えることが望ましい。こう
すれば、始動時に補機の駆動に要求される分のトルクを
低減することができる。第２電動機は、始動に要求され
るトルクが高い低温状態でエンジンを始動するための電
動機であるから、補機を切り離して始動時の負荷を減ら
すことにより、要求される最大トルクを抑制でき、第２
電動機の小型化を図ることができる。

【００１３】なお、出力軸に補機が備えられている場
合、エンジン停止時に該補機を駆動するために電動機を
備える必要がある。かかる電動機に、本発明のエンジン
始動装置における第１電動機を兼用すれば、装置をより
小型化することが可能となる。また、弾性ベルトを介し
た伝動機構により第１電動機と補機とを結合すれば、静
粛性を確保することもできる点でより好ましい。

【００１４】車両に搭載されたエンジンに対して本発明
のエンジン始動装置を適用する場合、エンジンのみを動
力源とする車両、およびエンジンと電動機とを動力源と
するハイブリッド車両のいずれに適用することも可能で
ある。ハイブリッド車両には、エンジンの出力を直接駆
動軸に出力し得ないシリーズハイブリッド車両と、直接
駆動軸に出力可能なパラレルハイブリッド車両が存在す
るが、いずれに適用することも可能である。シリーズハ
イブリッド車両では、エンジンから出力された動力を電
力に変換する発電機が備えられているため、この発電機
を第２電動機として用いることにより、本発明を適用す
ることができる。

【００１５】パラレルハイブリッド車両では、エンジン
の出力軸に結合されるとともに、駆動軸にも動力を出力
可能な電動機を第２電動機として用いることにより、本
発明を適用することができる。こうすれば、動力源とし
ての電動機とエンジン始動装置を構成する電動機とを兼
用することができるため、装置の小型化を図ることがで
きる。ハイブリッド車両において動力源として使用され
る電動機は、通常、高いトルクを出力可能であるから、
第２電動機に適している。また、かかる構成では、別途
第１電動機が備えられることになるため、第１電動機で
エンジンを始動することにより、第２電動機から駆動軸
に出力されるトルクの低減を招くことなくエンジンを始
動させることができる利点もある。パラレルハイブリッ
ド車両では、第２電動機のみの動力によって走行するこ
ともあるが、上記構成によれば、かかる状態から駆動軸
のトルク変動を招くことなくエンジンを始動させること
ができるため、ハイブリッド車両の乗り心地を向上する
ことができる。

【００１６】本発明のエンジン始動装置において、第１
電動機と第２電動機の使い分けは運転者が手動で行うも
のとしてもよいが、前記エンジンの温度状態を推定する
温度状態推定手段と、低温状態と推定された場合に前記
第２電動機を用いて前記エンジンを始動する始動制御装
置とを備えて自動的に制御することが望ましい。温度状
態は、第１電動機および第２電動機のいずれが始動に適
しているかの判断基準であり、いかなる温度範囲が低温
状態に相当するかは、第２電動機の出力トルク、第１電
動機の出力トルクを考慮して任意に設定することができ
る。また、低温状態の範囲は、必ずしも明確な温度範囲
で設定されている必要はなく、エンジンの暖機前を低温
状態と設定してもよい。なお、始動制御装置は、高温状
態と推定された場合には第１電動機で前記エンジンを始
動する制御を行うことが望ましい。但し、常に第１電動
機を用いる必要はなく、第２電動機を用いて始動する場
合があっても構わない。

【００１７】ここで、運転者の操作により前記エンジン
の始動を指示する始動スイッチを備える場合には、前記
温度状態推定手段は、該始動スイッチについて、前記エ
ンジンの運転を開始するための最初の操作がなされた場
合には、該エンジンは低温状態であると推定する手段で
あるものとすることができる。車両に搭載された場合に
は、いわゆるイグニッションスイッチ６２が最初に操作
された場合に、エンジンは低温状態であると推定する態
様に相当する。

【００１８】また、前記エンジンの温度に関与した所定
のパラメータを検出する検出手段を備える場合には、前
記温度状態推定手段は、該検出結果に基づいて前記エン
ジンの温度状態を推定する手段であるものとすることが
できる。

【００１９】第１電動機と第２電動機との使い分けはそ
の他種々の態様で制御することができる。例えば、第１
電動機または第２電動機のいずれか一方でエンジンの始
動を開始し、その後のエンジン回転数の変化や、電動機
の出力トルクの変化に基づいて、必要に応じて始動を行
う電動機を切り替える態様を採ることも可能である。

【００２０】本発明は、エンジン始動装置に限らず種々
の態様で構成することができる。例えば、上述のエンジ
ン始動装置を備えたエンジンを動力源として搭載した車
両として構成してもよい。もちろん、車両以外にも、船
舶その他の移動体や、産業機械として構成することも可
能である。本発明による装置の小型化という利点をより
有効に活用するためには、エンジンの搭載するスペース
が狭いシステムに適用することが望ましい。本発明は、
上述のエンジン始動装置を備えたエンジンを始動するエ
ンジン始動方法として構成することも可能である。

【００２１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、実
施例に基づき以下の順序で説明する。Ａ．第１実施例：Ａ１．装置の構成：Ａ２．一般的動作：Ａ３．エンジン始動処理：Ａ４．変形例：Ｂ．第２実施例：Ｂ１．装置の構成：Ｂ２．エンジン始動処理：

【００２２】Ａ．第１実施例：Ａ１．装置の構成：図１は実施例としてのハイブリッド
車両の動力系統についての概略構成を示す説明図であ
る。実施例のハイブリッド車両は、動力を出力するため
の主な機構として、エンジン１０、プラネタリギヤ３
０、モータ２０、無段変速機（以下、ＣＶＴという）４
０を備える。エンジン１０はガソリンエンジンである。
モータ２０はロータに永久磁石を貼付した三相同期モー
タであり、駆動回路として機能するインバータ２１を介
して供給されるバッテリ２２の電力によって駆動される
（以下、かかる運転状態を力行運転という）。本実施例
では、ソース側、シンク側に一つずつのトランジスタを
組にして三相のそれぞれに設けたトランジスタインバー
タを用いている。モータ２０は外力で回転させられる場
合には、発電機として機能し、得られた電力をバッテリ
２２に充電することもできる（以下、かかる運転状態を
回生運転という）。

【００２３】プラネタリギヤ３０は、中心で回転するサ
ンギヤ３１，その周囲を自転しながら公転するピニオン
ギヤ３２ａ、３２ｂおよびこれらのピニオンギヤ３２、
３３を軸支して回転するプラネタリキャリア３３、ピニ
オンギヤ３２ｂのさらに外周で回転するリングギヤ３６
から構成される、いわゆるダブルピニオン型のプラネタ
リギヤである。プラネタリギヤ３０は、サンギヤ３１、
プラネタリキャリア３３、リングギヤ３６の回転数およ
びトルクが以下の関係式で表されることが知られてい
る。Ｎｓ＝（１＋ρ）／ρ×Ｎｃ−Ｎｒ／ρ；Ｎｃ＝ρ／（１＋ρ）×Ｎｓ＋Ｎｒ／（１＋ρ）；Ｎｒ＝（１＋ρ）Ｎｃ−ρＮｓ；Ｔｓ＝Ｔｃ×ρ／（１＋ρ）＝ρＴｒ；Ｔｒ＝Ｔｃ／（１＋ρ）； ρ＝サンギヤの歯数／リングギヤの歯数；

【００２４】ここで、Ｎｓはサンギヤ３１の回転数；Ｔ
ｓはサンギヤ３１のトルク；Ｎｃはプラネタリキャリア
３３の回転数；Ｔｃはプラネタリキャリア３３のトル
ク；Ｎｒはリングギヤ３６の回転数；Ｔｒはリングギヤ
３６のトルク；である。

【００２５】ＣＶＴ４０は２つのプーリ４１，４２の間
にベルト４３がかけられた構成をしている。プーリ４
１，４２は図示しない油圧機構によってその幅が可変に
構成されている。プーリ４１，４２の幅を連続的に変え
るとベルト４３のプーリ４１，４２への掛かり部分の有
効半径が連続的に変わるため、動力伝達の減速比を無断
階に変更することができる。

【００２６】エンジン１０、プラネタリギヤ３０、モー
タ２０、ＣＶＴ４０の結合状態は次の通りである。クラ
ンクシャフト１１はサンギヤ３１に結合されている。モ
ータ２０はプラネタリキャリア３３に結合されている。
ＣＶＴ４０のプーリ４１には、動力を入力するための回
転板３５、３９が結合されており、プラネタリキャリア
３３は第１のクラッチ３４を介して回転板３５と結合お
よび切り離し可能に構成されている。リングギヤ３６
は、第２のクラッチ３８を介して回転板３９と結合およ
び切り離し可能に構成されている。リングギヤ３６に
は、その回転を制止するためのブレーキ３７も設けられ
ている。ＣＶＴ４０のプーリ４２には、車輪５３が結合
された車軸５２にディファレンシャルギヤ５１を介して
動力を伝達可能な駆動軸５０が結合されている。クラッ
チ３４，３８およびブレーキ３７の係合状態を切り替え
ることにより、本実施例のハイブリッド車両は、エンジ
ン１０、モータ２０からの動力を後述する種々の態様で
ＣＶＴ４０に入力することができ、駆動軸５０に出力す
ることができる。

【００２７】実施例のハイブリッド車両では、動力を出
力する系統の他、エンジン１０を始動するための機構、
および補機１２を駆動するための機構が備えられてい
る。補機１２には、空調機器、オイルポンプなどが含ま
れる。補機１２は、ゴムベルト１３を用いた伝動機構に
よりエンジン１０および補機駆動モータ１４と連結され
ている。補機駆動モータ１４はロータに永久磁石が貼付
された三相同期モータであり、該モータ側からゴムベル
ト１３方向にのみ動力を伝達するワンウェイクラッチ１
５を介して連結されている。補機１２は、エンジン１０
が運転されている場合にはその動力が伝動機構により伝
達されて駆動される。エンジン１０の運転が停止されて
いる場合において、補機１２を駆動する必要があるとき
は、インバータ１６をスイッチングすることによりバッ
テリ２２を電源として補機駆動モータ１４を力行すれ
ば、その動力によって補機１２を駆動することができ
る。インバータ１６もインバータ２１と同じく、トラン
ジスタインバータである。補機駆動モータ１４を力行す
るとき、エンジン１０は空転させられる。この状態で燃
料の噴射および点火を行えば、補機駆動モータ１４をス
タータとして活用して、エンジン１０を始動することも
できる。補機駆動モータ１４は同期モータであり、回転
数を精度良く制御可能であるから、エンジン１０の回転
数を滑らかに上昇させることができ、円滑な始動を実現
することができる。

【００２８】本実施例のハイブリッド車両では、制御ユ
ニット６０が、エンジン１０、インバータ１６，２１、
ＣＶＴ４０，クラッチ３４，３８およびブレーキ３７な
どの動作状態を包括的に制御している。制御ユニット６
０は、内部にＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭを備えるマイクロ
コンピュータとして構成されている。図１中に制御ユニ
ット６０との間でやりとりされる信号を破線で示した。
これらの制御を実現するために、制御ユニット６０に
は、種々のセンサからの信号が入力されている。図１で
は、後述する制御に関連深いエンジン水温センサ６１、
イグニッションスイッチ６２からの信号のみを図示し、
その他のセンサ入力については、図示を省略した。

【００２９】Ａ２．一般的動作：次に、本実施例のハイ
ブリッド車両における動力の出力に関する一般的動作に
ついて説明する。図２は各運転モードにおけるクラッチ
３４，３８およびブレーキ３７の係合状態を示す説明図
である。これらの係合状態は、運転者によるシフトレバ
ーの操作および車速やバッテリ２２の充電状態などに応
じて切り替えられる。シフトレバーがＢレンジまたはＤ
レンジと呼ばれる前進用のシフトポジションにある場合
には、電気トルコン（ＥＴＣ）モード、直結モード、モ
ータ走行モードの３種類の運転モードが選択可能であ
る。ＥＴＣモードでは、第１のクラッチ３４およびブレ
ーキ３７を非係合とし、第２のクラッチ３８を係合とす
る。このときリングギヤ３６の回転数およびトルクは、
先に示した関係式から明らかな通り、サンギヤ３１に結
合されたエンジン１０、プラネタリキャリア３３に結合
されたモータ２０の回転数およびトルクに応じて決定さ
れる。従って、エンジン１０を一定の回転数およびトル
クで運転しつつ、モータ２０の回転数を制御すれば、リ
ングギヤ３６の回転数を滑らかに変化させることがで
き、車両の滑らかな加速を実現することができる。な
お、ＥＴＣモードにおけるモータ２０の運転状態は回生
運転となる。

【００３０】直結モードでは、クラッチ３４、３８が係
合され、ブレーキ３７は非係合となる。このときは、先
の関係式から明らかな通り、プラネタリギヤ３０は一体
的に回転するようになるから、エンジン１０の動力が直
接、ＣＶＴ４０に伝達される。また、これに併せてモー
タ２０を力行してエンジン１０の動力をアシストした
り、モータ２０でエンジン１０の動力の一部を回生する
こともできる。

【００３１】モータ走行モードでは、第１のクラッチ３
４のみが係合され、第２のクラッチ３８、ブレーキ３７
は非係合となる。このときはモータ２０がＣＶＴ４０に
結合された状態となる。第２のクラッチ３８とブレーキ
３７が解放された状態では、リングギヤ３６の回転状態
が決まらず、プラネタリギヤ３０の回転状態は決定され
ないから、エンジン１０は実質的に切り離されたのと同
等となる。

【００３２】シフトレバーがＮレンジまたはＰレンジに
ある場合は、ニュートラルモードまたは充電、エンジン
始動モードが選択可能である。ニュートラルモードで
は、クラッチ３４，３８およびブレーキ３７の全てが非
係合となる。このとき、ＣＶＴ４０へは一切、動力を伝
達することができない。充電、エンジン始動モードでは
ブレーキ３７のみが係合され、クラッチ３４，３８は非
係合となる。クラッチ３４，３８が非係合であるため、
ＣＶＴ４０に動力は伝達されないが、ブレーキ３７が係
合されることによって、プラネタリギヤ３０の回転状態
は決定可能となる。従って、エンジン１０の動力をモー
タ２０で回生したり、逆にモータ２０を力行してエンジ
ン１０をクランキングして始動したりすることが可能と
なる。先に説明した通り、本実施例のハイブリッド車両
では、補機駆動モータ１４を用いてエンジン１０を始動
することも可能であるから、エンジン１０のスタータモ
ータとして補機駆動モータ１４とモータ２０の２種類を
備えていることになる。

【００３３】シフトレバーがＲレンジにある場合は、モ
ータ走行モードおよびフリクション走行モードが選択可
能である。モータ走行モードでは、第１のクラッチ３４
のみが係合され、第２のクラッチ３８、ブレーキ３７は
非係合となる。このときはモータ２０がＣＶＴ４０に結
合された状態となる。フリクション走行モードでは、第
１のクラッチ３４が係合され、第２のクラッチ３８が非
係合となるとともに、ブレーキ３７とがスリップ係合さ
れる。これによりモータ２０とエンジン１０の動力を利
用して後進することが可能となる。

【００３４】本実施例のハイブリッド車両は、これらの
運転モードを使い分けて走行する。前進時を例にとって
説明する。まず、停車中は信号待ちなどの一時的な停車
時も含めて、エンジン１０の運転は停止している。既に
説明した通り、この間、補機駆動モータ１４を力行して
補機１２が駆動されている。運転者がアクセルペダルを
踏み込んで加速操作を行うと、補機駆動モータ１４また
はモータ２０によってクランキングされているエンジン
１０に燃料が供給され、エンジン１０は運転を開始す
る。そして、ＥＴＣモードでモータ２０の回生電力を調
整することで、エンジン１０の回転数を滑らかに変化さ
せつつ出力して発進および加速する。なお、モータ走行
モードでモータ２０の動力のみを利用して発進する場合
もある。モータ走行モードで発進した場合も、エンジン
１０は補機駆動モータ１４によりクランキングされてい
るから、所定の速度に達した時点で燃料が供給されエン
ジン１０の始動が行われる。その後、エンジン１０の動
力を、ＣＶＴ４０のみによって変速すれば足りる走行状
態にある場合には、直結モードが選択され、ＣＶＴ４０
による変速範囲を超えて変速が必要になる場合には、Ｅ
ＴＣモードが選択されて走行する。

【００３５】Ａ３．エンジン始動処理：先に説明した通
り、本実施例のハイブリッド車両では、エンジン１０の
スタータモータとして補機駆動モータ１４とモータ２０
の２種類を備えている。本実施例では、エンジン１０の
状態に応じて両者を使い分けて始動を行う。これらの使
い分けを実現する制御処理について以下説明する。

【００３６】上述した２種類のスタータモータの使い分
けは、エンジン１０の始動が要求された際に、エンジン
１０の温度状態、ここではエンジン１０の暖機が完了し
ているか否かによって行われる。エンジン１０の暖機が
完了している場合には、補機駆動モータ１４により始動
される。暖機が完了していない場合には、モータ２０に
より始動される。補機駆動モータ１４は、補機１２を駆
動するために必要な範囲の出力定格のモータであり、暖
機完了前の始動トルクが大きい状態でエンジン１０をク
ランキングするのに適していないからである。これに対
し、モータ２０は大きな始動トルクを十分に出力できる
定格を有しているから、暖機前はモータ２０を用いてエ
ンジン１０を始動する。

【００３７】エンジン１０の暖機が完了した後は、補機
駆動モータ１４で十分に始動を行うことができる。ま
た、モータ２０はプラネタリギヤ３０を介してエンジン
１０に結合されているのに対し、補機駆動モータ１４は
ゴムベルト１３を用いた伝動機構でエンジン１０に結合
されているため、始動時の静粛性に優れる利点がある。
更に、モータ２０はプラネタリギヤ３０、ＣＶＴ４０を
介して駆動軸５０に結合されているため、モータ２０で
エンジン１０を始動した場合、クラッチ３４，３８およ
びブレーキ３７の動作状態によっては、そのトルク変動
が駆動軸５０に出力される可能性があるが、補機駆動モ
ータ１４はかかるトルク変動を招くことなくエンジン１
０を始動できる利点がある。このように、エンジン１０
の暖機前はモータ２０がスタータモータに適しており、
エンジン１０の暖機後は補機駆動モータ１４がスタータ
モータに適している。

【００３８】本実施例では、イグニッションスイッチ６
２が最初に操作された場合は、その時点でハイブリッド
車両の運転が開始されたことを意味するため、エンジン
１０の暖機は完了していないものと判断する。従って、
かかる場合には、モータ２０を用いてエンジン１０を始
動する。その他の場合にエンジン１０の始動要求がなさ
れた場合には、エンジン１０の暖機は完了しているもの
と判断する。従って、かかる場合には、補機駆動モータ
１４を用いてエンジン１０を始動する。この制御処理
は、以下のフローチャートによって実現される。

【００３９】図３はエンジン始動制御処理ルーチンのフ
ローチャートである。エンジン１０の始動要求が出され
た場合に、制御ユニット６０内のＣＰＵが実行する処理
である。エンジン１０の始動要求は、第１に運転者がイ
グニッションスイッチ６２を操作したことが検出された
場合に出される。イグニッションスイッチ６２の操作位
置には、車両の運転を停止するポジション「ＯＦＦ］、
ファンや照明機器などの電装品のみを使用可能にするポ
ジション「ＡＣＣ」、車両の運転を行うポジション「Ｏ
Ｎ」、車両の運転を開始するためのポジション「ＳＴＡ
ＲＴ」の４つのポジションがある。運転者がイグニッシ
ョンスイッチ６２を「ＳＴＡＲＴ」ポジションに操作す
ると、エンジン１０の始動要求が出されてエンジン１０
が始動し、ハイブリッド車両の運転が開始される。その
後、イグニッションスイッチ６２は弾力によって「Ｏ
Ｎ」ポジションに移動し、車両の運転中はこのポジショ
ンを維持する。

【００４０】本実施例のハイブリッド車両は、燃費を向
上し、いわゆるエミッションを低減するため、停車中に
エンジン１０を停止する。従って、エンジン１０の始動
要求が出される第２の場合としては、停車状態から再度
走行を開始する場合が挙げられる。運転者がアクセルを
操作して車両の加速を指示したことが検出されると、そ
れに応じて制御ユニット６０がエンジン１０の始動要求
を出す。従って、イグニッションスイッチ６２は「Ｏ
Ｎ」ポジションにある場合でも、エンジン１０の始動要
求が出されることがある。

【００４１】本実施例のハイブリッド車両は、先に説明
した通り、モータ２０のみを動力源として走行すること
もできる。エンジン１０の始動要求が出される第３の場
合としては、モータ２０を動力源として走行している状
態からエンジン１０を動力源として利用する走行に切り
替える場合が挙げられる。モータ２０のみを動力源とし
て走行中に車速、要求トルク、バッテリ２２の充電状態
が予めマップで設定された所定の状態に至ると、制御ユ
ニット６０がエンジン１０を始動すべきと判断して、始
動要求を出す。

【００４２】これらの始動要求に応じて図３に示すエン
ジン始動制御処理ルーチンが開始されると、制御ユニッ
ト６０のＣＰＵは、まず初期始動フラグＦＥが値０であ
るか否か、イグニッションスイッチ６２のポジションが
「ＳＴＡＲＴ」であるか否かを判断する（ステップＳ１
０，Ｓ１２）。初期始動フラグＦＥは、従前にイグニッ
ションスイッチ６２が操作されたことがあるか否かを示
すフラグである。運転者がエンジンキーをイグニッショ
ンスイッチ６２に挿入した時点で値０に初期化される。
イグニッションスイッチ６２を「ＯＦＦ」ポジションに
操作した時点で初期化するものとしてもよい。

【００４３】ステップＳ１０，Ｓ１２の条件をいずれか
一方でも満足しない場合には、エンジン１０の暖機が完
了しているものと判断し、スタータモータとして補機駆
動モータ１４を設定する（ステップＳ１８）。ステップ
Ｓ１０，Ｓ１２の条件を双方ともに満たす場合には、初
めてエンジン１０の始動要求が出されたものと判断さ
れ、暖機前であると判断されるため、ＣＰＵは、初期始
動フラグＦＥに値１を代入するとともに（ステップＳ１
４）、エンジン１０の始動に使用するスタータモータと
してモータ２０を設定する（ステップＳ１６）。ステッ
プＳ１４において、初期始動フラグＦＥに「１」を代入
することにより、その後にイグニッションスイッチ６２
が「ＳＴＡＲＴ」ポジションに操作された場合でも、暖
機前であると判断されないことになる。

【００４４】こうしてスタータモータが設定されると、
ＣＰＵは設定されたスタータモータを制御して、エンジ
ン１０が完爆して自立運転を開始するまで、クランキン
グを行う（ステップＳ２０、Ｓ２２）。モータ２０に対
してはインバータ２１，補機駆動モータ１４に対しては
インバータ１６のスイッチングをそれぞれ制御すること
により、バッテリ２２を電源として各モータを力行する
のである。同期電動機の運転を制御する技術は周知であ
るため、詳細な説明を省略する。

【００４５】以上で説明した本実施例のハイブリッド車
両によれば、エンジン１０が初めて始動された場合に
は、モータ２０をスタータモータとして使用し、その他
の場合は、補機駆動モータ１４をスタータモータとして
使用することができる。エンジン１０が低温状態にある
のは、初期の始動時のみであるのが通常であるため、か
かる処理によれば、エンジン１０の暖機状態に応じて２
種類のスタータモータを使い分けることができる。先に
説明した通り、モータ２０は暖機前の始動に適した特性
を有しており、補機駆動モータ１４は暖機後の始動に適
した特性を有しているから、本実施例のハイブリッド車
両によれば、エンジン１０の暖機状態に応じて円滑かつ
安定した始動を実現することができる。また、エンジン
１０の暖機前後にそれぞれ適したスタータモータを用意
することにより、補機駆動モータ１４またはモータ２０
のいずれか一方のみでエンジン１０を始動する場合に比
較して装置の小型化を図ることができる。

【００４６】Ａ４．変形例：エンジン１０の温度に応じ
てスタータモータを使い分ける制御処理は、実施例の他
にも種々の変形例を構成することができる。図４は変形
例としてのエンジン始動制御処理ルーチンのフローチャ
ートである。実施例では、エンジン１０を初めて始動す
る場合以外には暖機が完了しているのが通常であること
を前提としてスタータモータの使い分けを行う場合を例
示したが、変形例ではエンジン１０の水温に基づいて両
者の使い分けを行う点で相違する。

【００４７】即ち、変形例のエンジン始動制御処理ルー
チンでは、ＣＰＵは、まずエンジン水温Ｔｅを入力し、
所定の温度Ｔｈ未満か否かを判定する（ステップＳ１
１，Ｓ１３）。エンジン水温Ｔｅは、エンジン水温セン
サ６１によって検出される。その後の処理は、実施例と
同様である。即ち、エンジン水温Ｔｅが所定の温度Ｔｈ
未満の場合には、低温状態と判断されるため、スタータ
モータとしてモータ２０を用い、その他の場合には、ス
タータモータとして補機駆動モータ１４を用いて完爆す
るまでエンジン１０をクランキングする（ステップＳ１
６〜Ｓ２２）。但し、変形例では、初期始動フラグＦＥ
を使用しないため、フラグＦＥへの値の代入は行わな
い。

【００４８】判定に使用される温度Ｔｈは、スタータモ
ータの使い分けの判断基準となる温度であり、任意の値
を設定することができる。モータ２０および補機駆動モ
ータ１４の出力定格などを考慮して、所望の使い分けが
実現される値を選択すればよい。かかる変形例の処理に
よれば、エンジン水温Ｔｅに基づいてより確実にスター
タモータを使い分けることが可能となる。

【００４９】Ｂ．第２実施例：次に、本発明の第２実施
例について説明する。第１実施例では、ハイブリッド車
両に本発明を適用した場合を例示した。第２実施例で
は、エンジンのみを動力源として走行する通常の車両へ
の適用例を示す。

【００５０】Ｂ１．装置の構成：図５は第２実施例とし
ての車両の概略構成を示す説明図である。第２実施例の
車両は動力源としてエンジン１０Ａを備える。エンジン
１０Ａのクランクシャフト１１は、流体式のトルクコン
バータ７４およびトランスミッション７５を介して駆動
軸５０に結合されている。クランクシャフト１１には、
ギヤ７１，７２を介してモータ７３が結合されている。
モータ７３は、いわゆるセルモータであり、バッテリ２
２を電源として駆動する直流モータである。直流モータ
であるため、駆動回路としてのインバータは不要であ
る。もちろん、インバータを備え、モータ７３に同期モ
ータを用いるものとしてもよい。

【００５１】エンジン１０Ａには、第１実施例と同様、
ベルト１３を用いた伝動機構を介して補機１２および補
機駆動モータ１４が結合されている。但し、第２実施例
では、エンジン１０Ａと伝動機構との間に電磁クラッチ
７０が介設されている。電磁クラッチ７０を解放した場
合には、エンジン１０Ａと伝動機構との間の動力の伝達
は切断される。エンジン１０Ａによる補機１２の駆動、
および補機駆動モータ１４によるエンジン１０Ａの始動
は、電磁クラッチ７０を係合した場合に可能となる。

【００５２】第２実施例の車両は、エンジン１０Ａのみ
が動力源となるため、走行中にエンジン１０Ａが停止す
ることはない。但し、燃費を向上し、エミッションを低
減するため、停車中はエンジン１０Ａの運転を停止す
る。従って、第２実施例の車両も、第１実施例と同様、
エンジン１０Ａの始動および停止は頻繁に繰り返して行
われる。

【００５３】第２実施例の車両も、エンジン１０Ａのス
タータモータとして、モータ７３と補機駆動モータ１４
の２種類を備えている。補機駆動モータ１４は、エンジ
ン１０Ａが高温状態にある場合における始動に適してい
る点は第１実施例の場合と同様である。これに対し、モ
ータ７３は従来からエンジン１０Ａの始動に適用されて
いるセルモータであるため、エンジン１０Ａが低温状態
にある場合における始動に適している。つまり、比較的
小型でありながら、エンジン１０Ａの始動に十分なトル
クを出力することができる。逆に、耐用回数が低いた
め、頻繁に繰り返し始動を行うのには適していない。ま
た、回転数を精度良く制御できない簡易な構成の直流モ
ータであるため、頻繁に繰り返し行われる始動に適用す
ると、車両の乗り心地を損ねる可能性がある。これらの
点で、高温状態での始動には適していないモータである
とも言える。従って、第２実施例においては、エンジン
１０Ａが高温状態にある場合には補機駆動モータ１４が
スタータモータに適しており、エンジン１０Ａが低温状
態にある場合にはモータ７３がスタータモータに適して
いる。

【００５４】Ｂ２．エンジン始動処理：第２実施例にお
いても、第１実施例と同様、２種類のスタータモータを
エンジン１０Ａの運転状態に応じて使い分けている。低
温状態にある場合にはモータ７３を用い、高温状態にあ
る場合には、補機駆動モータ１４を用いてエンジン１０
Ａを始動する。なお、第２実施例では、モータ７３でエ
ンジン１０Ａを始動する際には、電磁クラッチ７０を解
放し、モータ７３の負荷を低減する。これらの制御は、
次のフローチャートによって実現される。

【００５５】図６は第２実施例におけるエンジン始動制
御処理ルーチンのフローチャートである。制御ユニット
６０ＡのＣＰＵがエンジン始動要求に応じて実行する処
理である。エンジン始動要求が出されるタイミングにつ
いては、第１実施例とほぼ同様である。第１にイグニッ
ションスイッチ６２が「ＳＴＡＲＴ」位置に操作された
場合、第２に停車中にエンジン１０Ａが停止されている
状態から、再び走行を開始する場合である。

【００５６】エンジン始動制御処理ルーチンが開始され
ると、第１実施例と同様、初期始動フラグＦＥの値、お
よびイグニッションスイッチ６２が「ＳＴＡＲＴ」ポジ
ションであるか否かに基づいてエンジン１０Ａが暖機前
か否かを判断する（ステップＳ１０，Ｓ１２）。これら
の条件をいずれか一方でも満足しない場合には、エンジ
ン１０Ａの暖機が完了しているものと判断して、補機駆
動モータ１４をスタータモータとしてエンジン１０のク
ランキングを行う（ステップＳ３０，Ｓ３２）。

【００５７】一方、上記ステップＳ１０，Ｓ１２の条件
をともに満足する場合には、エンジン１０Ａが暖機前と
判断されるため、初期始動フラグＦＥに値１を代入した
後（ステップＳ１４）、モータ７３を用いた始動処理を
行う。この始動処理としては、エンジン１０Ａと補機１
２とを切り離して、モータ７３の負荷を軽減するため、
電磁クラッチ７０を解放する（ステップＳ３４）。次
に、モータ７３に通電して完爆するまでエンジン１０Ａ
をクランキングする（ステップＳ３６，Ｓ３８）。エン
ジン１０Ａが完爆したところで、電磁クラッチ７０を係
合する（ステップＳ４０）。エンジン１０Ａが完爆する
までは、補機１２は駆動されないことになる。

【００５８】以上で説明した第２実施例の車両によれ
ば、第１実施例と同様、２種類のスタータモータをエン
ジン１０Ａの運転状態に応じて使い分けることができ
る。従って、エンジン１０Ａの運転状態に応じて円滑か
つ安定した始動を行うことができる。また、低温状態と
高温状態で始動に適したスタータモータをそれぞれ個別
に備えることにより、装置の小型化を図ることもでき
る。また、第２実施例では、低温状態でエンジン１０Ａ
を始動する際に、電磁クラッチ７０を解放することによ
って、モータ７３の負荷を軽減することができるから、
モータ７３を更に小型化することが可能である。

【００５９】なお、第２実施例では、第１実施例と同じ
くイグニッションスイッチ６２の状態に基づいてエンジ
ン１０Ａの運転状態を判定する場合を例示したが、変形
例（図４）と同様、エンジン１０Ａの水温に基づいて運
転状態を判定するものとしても構わない。エンジン１０
Ａの水温に基づいて運転状態を判定する場合には、車両
の運転を開始した後にモータ７３によるクランキングが
再び行われる可能性もある。かかる場合には、補機１２
の駆動を確保しておく必要があるため、電磁クラッチ７
０の解放を省略する、補機駆動モータ１４により補機１
２の駆動を行うなどの対策を施すことが望ましい。

【００６０】電磁クラッチ７０は、第１実施例の構成に
適用することも可能である。逆に、第２実施例の構成に
おいて電磁クラッチ７０を省略しても構わない。本発明
は、この他、種々の構成のシリーズハイブリッド車両、
パラレルハイブリッド車両に適用可能である。また、エ
ンジンの動力を利用して稼働するシステムであれば、車
両以外に船舶、航空機などの移動体および産業機械に適
用することも可能である。

【００６１】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができるこ
とはいうまでもない。例えば、以上の制御処理はソフト
ウェアで実現する他、ハードウェア的に実現するものと
してもよい。また、運転者がスイッチ操作によって手動
でスタータモータを使い分ける構成を採ってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例としてのハイブリッド車両の動力系統に
ついての概略構成を示す説明図である。

【図２】各運転モードにおけるクラッチ３４，３８およ
びブレーキ３７の係合状態を示す説明図である。

【図３】エンジン始動制御処理ルーチンのフローチャー
トである。

【図４】変形例としてのエンジン始動制御処理ルーチン
のフローチャートである。

【図５】第２実施例としての車両の概略構成を示す説明
図である。

【図６】第２実施例におけるエンジン始動制御処理ルー
チンのフローチャートである。

【符号の説明】

１０、１０Ａ…エンジン１１…クランクシャフト１２…補機１３…ゴムベルト１４…補機駆動モータ１５…ワンウェイクラッチ１６，２１…インバータ２０…モータ２２…バッテリ３０…プラネタリギヤ３１…サンギヤ３２ａ、３２ｂ…ピニオンギヤ３３…プラネタリキャリア３４，３８…クラッチ３５、３９板３６…リングギヤ３７…ブレーキ４０…無段変速機（ＣＶＴ）４１，４２…プーリ４３…ベルト５０…駆動軸５１…ディファレンシャルギヤ５２…車軸５３…車輪６０、６０Ａ…制御ユニット６１…エンジン水温センサ６２…イグニッションスイッチ７０…電磁クラッチ７１，７２…ギヤ７３…モータ７４…トルクコンバータ７５…トランスミッション

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 29/02 ３２１Ｂ６０Ｋ 9/00 Ｅ (72)発明者守屋孝紀愛知県豊田市トヨタ町１番地トヨタ自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3G092 AA01 AC02 AC03 CA01 DG08 EA11 EA26 EA27 EC09 FA31 GA01 GA02 GA12 GB01 HE08Z HF12Z HF19Z 3G093 AA01 AA07 AA16 BA00 BA21 BA22 CA01 CA03 CB05 CB06 DA05 DB11 EB02 EC02 5H115 PG04 PI16 PI29 PI30 PO17 PU10 PU25 PV09 PV23 QA01 QI04 QN03 RB08 SE04 SE05 TE08

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】エンジンの出力軸を回転させて、該エン
ジンの始動を行うエンジン始動装置であって、該出力軸に結合され、高温状態にある該エンジンを円滑
に始動可能な範囲の低トルクを出力する第１電動機と、前記出力軸に結合され、低温状態にある該エンジンを始
動するのに十分な高トルクを出力する第２電動機とを備
えるエンジン始動装置。
【請求項２】前記第１電動機は、弾性ベルトを備える
動力伝達機構を介して前記出力軸と結合されている請求
項１記載のエンジン始動装置。
【請求項３】請求項１記載のエンジン始動装置であっ
て、前記出力軸に結合された補機と、前記第２電動機での始動時に、該出力軸と該補機との結
合を切り離す切断機構を備えるエンジン始動装置。
【請求項４】請求項１記載のエンジン始動装置であっ
て、前記エンジンは、駆動軸から動力を出力して走行可能な
車両において、該駆動軸に動力を出力可能なエンジンで
あり、前記第２電動機は、該駆動軸にも動力を出力可能
な電動機であるエンジン始動装置。
【請求項５】請求項１記載のエンジン始動装置であっ
て、前記エンジンの温度状態を推定する温度状態推定手段
と、低温状態と推定された場合に前記第２電動機を用いて前
記エンジンを始動する始動制御装置とを備えるエンジン
始動装置。
【請求項６】請求項５記載のエンジン始動装置であっ
て、運転者の操作により前記エンジンの始動を指示する始動
スイッチを備え、前記温度状態推定手段は、該始動スイッチについて、前
記エンジンの運転を開始するための最初の操作がなされ
た場合には、該エンジンは低温状態であると推定する手
段であるエンジン始動装置。
【請求項７】請求項５記載のエンジン始動装置であっ
て、前記エンジンの温度に関与した所定のパラメータを検出
する検出手段を備え、前記温度状態推定手段は、該検出結果に基づいて前記エ
ンジンの温度状態を推定する手段であるエンジン始動装
置。
【請求項８】動力源としてのエンジンと、請求項１ないし請求項８いずれか記載のエンジン始動装
置とを備えた車両。
【請求項９】エンジンの出力軸に結合され、高温状態
にある該エンジンを円滑に始動可能な範囲の低トルクを
出力する第１電動機と、該出力軸に結合され、低温状態
にある該エンジンを始動するのに十分な高トルクを出力
する第２電動機とを用いて該エンジンを始動するエンジ
ン始動方法であって、（ａ）前記エンジンの温度状態
を推定する工程と、（ｂ）低温状態と推定された場合
に前記第２電動機の運転を制御して前記エンジンを始動
する工程とを備えるエンジン始動方法。