JP2004278315A

JP2004278315A - エンジン始動制御装置

Info

Publication number: JP2004278315A
Application number: JP2003066956A
Authority: JP
Inventors: Yoshinori Sugita; 喜徳杉田
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2003-03-12
Filing date: 2003-03-12
Publication date: 2004-10-07

Abstract

【課題】振動を抑制しながら円滑にエンジンを始動するエンジン始動制御装置を提供する。
【解決手段】車両を走行駆動するエンジンに連結され、エンジンの始動と発電を行うモータージェレーターを備えたエンジン始動制御装置において、エンジンの始動時の回転速度オーバーシュートを抑制するために、モータージェネレーターの巻線を短絡する。
【選択図】図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動を制御する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
モーターによりエンジンを始動する際に、所定のエンジン回転速度まではモーターをトルク制御し、それ以後はモーターを回転速度制御することによって、振動を抑制しながら円滑にエンジンを始動するようにしたエンジン始動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
この出願の発明に関連する先行技術文献としては次のものがある。
【特許文献１】
特開２０００−１１５９１１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上述した従来の装置では、エンジン始動時のエンジントルクの変動の内、オーバーシュート分をモーターで回生発電して吸収しているので、モーターの発電電力をバッテリーへ供給して充電するか、あるいは車載電気機器へ供給して消費しなければならない。
ところが、バッテリーが満充電状態にあり、かつ発電電力を消費する車載電気機器もない場合には、エンジントルクのオーバーシュート分を吸収できなくなり、エンジン始動時の振動を十分に抑制できないという問題がある。
【０００５】
本発明は、振動を抑制しながら円滑にエンジンを始動するエンジン始動制御装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、車両を走行駆動するエンジンに連結され、エンジンの始動と発電を行うモータージェレーターを備えたエンジン始動制御装置において、エンジンの始動時の回転速度オーバーシュートを抑制するために、モータージェネレーターの巻線を短絡する。
【０００７】
【発明の効果】
本発明によれば、振動を抑制しながら円滑にエンジンを始動することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本願発明を、エンジンとモーターの両方またはいずれか一方の駆動力により車両を走行させるハイブリッド車両のアイドルストップ装置に適用した一実施の形態を説明する。
【０００９】
図１に一実施の形態の構成を示す。一実施の形態のハイブリッド車両は、走行駆動源としてエンジン１とモータージェネレーター（以下、ＭＧと呼ぶ）２を備えており、エンジン１とＭＧ２の両方またはいずれか一方の駆動力により車両を走行させる。この一実施の形態ではＭＧ２に３相交流モーターを用いた例を示す。エンジン１およびＭＧ２の駆動力は、変速機３および減速機４を介して駆動輪５ａ、５ｂに伝達される。
【００１０】
エンジン１には、その回転速度Ｎｅ［ｒｐｍ］を検出する回転速度センサー１ａと、エンジン冷却水の温度Ｔｗ［℃］を検出する水温センサー１ｂが取り付けられている。また、ＭＧ２には、ＭＧ２の回転速度Ｎｍ［ｒｐｍ］を検出する回転速度センサー２ａと、ＭＧ２の温度Ｔｍ［℃］を検出する温度センサー２ｂが取り付けられている。
【００１１】
インバーター６はバッテリー７の直流電力を交流電力に変換してＭＧ２へ供給し、ＭＧ２から走行駆動力を発生させる。インバーター６はまた、ＭＧ２の交流発電電力を直流電力に変換してバッテリー７を充電し、ＭＧ２から回生制動力を発生させる。インバーター６には、電力変換素子の冷却器温度Ｔｉ［℃］を検出する温度センサー６ａが取り付けられている。なお、この一実施の形態ではバッテリー７にニッケル水素電池を用いた例を示す。
【００１２】
モーターコントローラー８はマイクロコンピューターとメモリなど（不図示）を備え、ＭＧ２の運転モード、すなわち力行モード、回生制動モードおよび発電モードの切り換えと、ＭＧ２の回転速度と出力トルクを制御する。モーターコントローラー８には、ＭＧ回転速度センサー２ａ、ＭＧ温度センサー２ｂおよびインバーター温度センサー６ａが接続されている。
【００１３】
バッテリーコントローラー９はマイクロコンピューターとメモリなど（不図示）を備え、電圧センサー７ａにより検出したバッテリー７の端子電圧Ｖｂと、電流センサー７ｂにより検出したバッテリー７の充放電電流Ｉｂとに基づいてバッテリー７のＳＯＣ（ＳｔａｔｅＯｆＣｈａｒｇｅ）［％］を検出し、バッテリー７の充放電を管理する。
【００１４】
エンジンコントローラー１０はマイクロコンピューターとメモリなど（不図示）を備え、回転速度センサー１ａにより検出したエンジン１の回転速度と、水温センサー１ｂにより検出したエンジン冷却水温度などに基づいて、燃料供給制御、点火制御などを行う。
【００１５】
車両コントローラー１１はＣＰＵ１１ａ、メモリ１１ｂ、Ａ／Ｄコンバーター１１ｃなどを備え、モーターコントローラー８、バッテリーコントローラー９およびエンジンコントローラー１０を制御して車両の走行を制御するとともに、アイドルストップ制御とエンジン始動制御を行う。車両コントローラー１１は、車載通信線１１ｄ、１１ｅ、１１ｆを介してモーターコントローラー８、バッテリーコントローラー９およびエンジンコントローラー１０と情報の授受を行う。
【００１６】
車両コントローラー１１にはまた、イグニッションキー（不図示）がＯＮ位置に設定されると閉路（オン）するイグニッションスイッチ１２、イグニッションキーがＳＴＡＲＴ位置に設定されると閉路するスタートスイッチ１３、車載空調装置（エアコン）を作動させるためのエアコンスイッチ１４、車速Ｖｓｐ［ｋｍ／ｈ］を検出する車速センサー１５、アクセルペダルの操作量θを検出するアクセルセンサー１６、ブレーキ装置（不図示）のマスターバック負圧Ｐｂを検出するブレーキセンサー１７などが接続されている。
【００１７】
この一実施の形態では、エンジン始動時のエンジン回転速度Ｎｅを監視し、エンジン回転速度がアイドリング時の回転速度を超えて車体に振動を発生する許容限界の回転速度に達した場合に、インバーター６によりＭＧ２の３相巻線を短絡し、ＭＧ２の短絡運転を行うことによってエンジン始動直後の回転速度のオーバーシュート、いわゆるエンジン始動時の“吹き上がり”を抑制する。
【００１８】
ＭＧ２の３相巻線を短絡して運転すると、ＭＧ２の回転にともなって３相巻線に誘起した電圧により３相巻線に電流（短絡電流）が流れ、ＭＧ２の回転速度を低下させる制動力が発生する。その結果、ＭＧ２に連結されるエンジン１の回転速度オーバーシュートが抑制される。
【００１９】
バッテリー７のＳＯＣが高く、充電電力の受け入れ能力がない場合、あるいはＭＧ２の発電電力を消費させる作動中の車載電気機器がない場合には、エンジン始動時の回転速度オーバーシュートを抑制するためにＭＧ２を発電運転することができないが、一実施の形態のＭＧ２の短絡運転方法によれば、バッテリー７の充電電力受け入れ能力と作動中の車載電気機器の有無には無関係に、エンジン１の回転速度オーバーシュートを抑制するためにＭＧ２に制動力を発生させることができる。
【００２０】
図２はエンジン始動停止制御プログラムを示すフローチャート、図３はエンジン始動時の（ａ）ＭＧ運転モード、（ｂ）電力収支および（ｃ）エンジン回転速度Ｎｅの変化を示すタイムチャートである。これらの図により、一実施の形態の動作を説明する。車両コントローラー１１のＣＰＵ１１ａは、イグニッションスイッチ１２がオンするとこの制御プログラムの実行を開始する。ステップ１において、スタートスイッチ１３がオンしたか、すなわちエンジン１の始動操作がなされたかどうかを確認する。エンジン１の始動操作がなされたらステップ２へ進む。
【００２１】
ステップ２で、モーターコントローラー８によりバッテリー７の電力をインバーター６を介してＭＧ２へ供給させ、ＭＧ２の力行運転を開始させてエンジン１を回転駆動する（図３の時刻ｔ０）。続くステップ３では、エンジンコントローラー１０によりエンジン１の燃料供給制御と点火制御を開始させ、エンジン１を始動する。
【００２２】
エンジン始動後のステップ４で、エンジン回転速度Ｎｅが所定の回転速度Ｎ１以上になったかどうかを確認する。ここで、所定回転速度Ｎ１はエンジン１のアイドリング時の回転速度もしくはその近傍値とし、ＭＧ２の運転モードを力行運転から短絡モードへ切り換えるための判定基準速度である。エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎ１未満のときはステップ２へ戻り、エンジン１が完爆していないと判断してＭＧ２の力行運転を続ける。
【００２３】
エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎ１以上のときはステップ５へ進み、モーターコントローラー８によりＭＧ２の短絡運転を開始させる（図３の時刻ｔ１）とともに、短絡運転時間を計時するタイマーをスタートさせる。
【００２４】
ここで、図４により、モータージェネレーター２の短絡運転モードについて説明する。インバーター６は３相インバーターであり、６個の電力変換素子ＵＵ、ＶＵ、ＷＵ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを備えている。なお、この一実施の形態では電力変換素子にＦＥＴを用いた例を示す。
【００２５】
３相交流モーターの３相短絡を行う方法には、２通りの方法がある。第１の方法は、図中の３相短絡動作［その１］の表に示すように、６個の電力変換素子の内のＤＣリンクＮ側（図の下側）の３個ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを同時に導通（ＯＮ）させ、ＤＣリンクＰ側（図の上側）の３個ＵＵ、ＶＵ、ＷＵを同時に非導通（ＯＦＦ）にする方法である。第２の方法は、図中の３相短絡動作［その２］の表に示すように、６個の電力変換素子の内のＤＣリンクＰ側（上側）の３個ＵＵ、ＶＵ、ＷＵを同時に導通させ、ＤＣリンクＮ側（下側）の３個ＵＬ、ＶＬ、ＷＬを同時に非導通にする方法である。
【００２６】
上述した第１または第２の３相短絡動作を実行すると、ＭＧ２の３相巻線Ｕ、Ｖ、ＷがＤＣリンクＮ側の電力変換素子ＵＬ、ＶＬ、ＷＬまたはＤＣリンクＰ側の電力変換素子ＵＵ、ＶＵ、ＷＵを介して短絡される。このとき、３相巻線Ｕ、Ｖ、Ｗに誘起した電圧により電力変換素子を介して短絡電流が流れ、ＭＧ２に制動力が発生してエンジン１の回転速度のオーバーシュートを抑制する。図３（ｃ）に示すように、ＭＧ２の短絡動作を開始した時刻ｔ１以降はエンジン１の回転速度Ｎｅの上昇率が低くなっている。
【００２７】
ＭＧ２の短絡運転を開始した後のステップ６において、タイマーによりＭＧ２の短絡運転時間が所定時間を経過したか否かを確認する。ここで、所定時間はＭＧ２の短絡運転の許容時間であり、この許容時間を超えると上述した短絡電流によりインバーター６の電力変換素子ＵＵ、ＶＵ、ＷＵ、ＵＬ、ＶＬ、ＷＬの温度が許容温度を超えるおそれがある。したがって、ＭＧ２の短絡運転時間は所定時間以内としなければならない。
【００２８】
ＭＧ２の短絡運転時間が所定時間を超えた場合はステップ１０へ進み、短絡運転時間が所定時間以下の場合はステップ７へ進む。ステップ７では、エンジン回転速度Ｎｅが所定の回転速度Ｎ２以上か否かを判定する。所定回転速度Ｎ２については後述する。エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎ２未満のときはステップ６へ戻り、ＭＧ２の短絡運転を続ける。
【００２９】
エンジン回転速Ｎｅが所定回転速度Ｎ２以上のときはステップ８へ進み、エンジン回転速度Ｎｅの単位時間当たりの変化量ΔＮｅを演算する。なお、単位時間当たりの変化量ΔＮｅの代わりに、単位時間当たりの変化率ｄＮｅ／ｄｔを用いてもよい。ステップ９で変化量ΔＮｅが所定の変化量ΔＮより小さいかどうかを判定する。単位時間当たりの回転速度変化量ΔＮｅが所定変化量ΔＮ以上の場合は、まだエンジン１の回転速度の上昇率が十分に高いのでしばらくＭＧ２の短絡運転を継続する必要があると判断し、ステップ６へ戻ってＭＧ２の短絡運転を続ける。
【００３０】
単位時間当たりのエンジン回転速度変化量ΔＮｅが所定変化量ΔＮより小さい場合は、エンジン始動時の回転速度オーバーシュートが十分に抑制されていると判断し、ステップ１０へ進む。
【００３１】
ステップ１０では、現在のエンジン回転速度Ｎｅが所定の回転速度Ｎ３以上か否かを判定する。ここで、所定回転速度Ｎ３は、ＭＧ２を短絡運転モードから発電運転モードへ切り換えるための判定基準速度である。上述した所定回転速度Ｎ２は、この回転速度Ｎ３と同一速度としてもよいし、回転速度Ｎ３よりもわずかに低い速度としてもよい。
【００３２】
エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎ３以上の場合は、エンジン始動直後の回転速度のオーバーシュートは十分に抑制されたが、まだエンジン回転速度が高いのでＭＧ２を発電運転モードに切り換えて引き続きオーバーシュート抑制を続ける。この場合はステップ１１へ進み、モーターコントローラー８によりＭＧ２の短絡運転を終了して発電運転に切り換える。すなわち、ＭＧ２の発電電力をインバーター６を介してバッテリー７もしくは作動中の車載電気機器へ供給する。
【００３３】
なお、所定回転速度Ｎ３＝Ｎ２とした場合には、ＭＧ２の短絡運転によりエンジン１のオーバーシュートが十分に抑制されるから、ＭＧ２が短絡運転モードから発電運転モードへ切り換わることはない。
【００３４】
一方、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎ３未満の場合は、エンジン始動直後の回転速度オーバーシュートは十分に抑制されており、エンジン回転速度も低下しているので、オーバーシュートを抑制するためにＭＧ２を発電モードに切り換える必要はないと判断する。この場合はステップ１２へ進み、モーターコントローラー８によりＭＧ２の短絡運転を終了し、ＭＧ２がエンジン１に連れ回るようにする（図の時刻ｔ３）。
【００３５】
ステップ１３において、アイドルストップ条件が成立しているかどうかを確認する。アイドルストップ条件は、（１）エンジン冷却水温度Ｔｗが所定範囲内でエンジン１が暖機状態にあってかつ高温状態でない、（２）車速Ｖｓｐが所定値未満で停車状態にある、（３）アクセルペダル操作量θが所定値未満でアクセルペダルが解放状態にある、（４）エアコンスイッチ１４がオフ状態で車室内の空調要求がない、（５）バッテリー７のＳＯＣが所定値以上で充電の必要がない、（６）マスターバック負圧Ｐｂが所定値以上でブレーキペダルが踏み込まれている、という（１）〜（６）の条件をすべて満たす場合に、アイドルストップを許可する。
【００３６】
アイドルストップ条件を満たしている場合にはステップ１４へ進み、エンジンコントローラー１０によりエンジン１への燃料供給を停止してエンジン１を停止させる。
【００３７】
エンジン１のアイドルストップ後のステップ１５で、アイドルストップ解除条件が成立しているかどうかを確認する。アイドルストップ解除条件は、（１１）エンジン冷却水温度Ｔｗが所定範囲外でエンジン１が冷機状態または高温状態にある、（１２）車速Ｖｓｐが所定値以上で走行状態である、（１３）アクセルペダル操作量θが所定値以上でアクセルペダルが踏み込み状態にある、（１４）エアコンスイッチ１４がオン状態で車室内の空調要求がある、（１５）バッテリーＳＯＣが所定値未満で充電の必要がある、（１６）マスターバック負圧Ｐｂが所定値未満でブレーキペダルが解放されている、（１７）インバーター６の電力変換素子の冷却器温度Ｔｉが所定値以上で冷却の必要がある、（１８）ＭＧ２の温度Ｔｍが所定値以上で冷却の必要がある、という（１１）〜（１８）のいずれか一つでも満たす場合に、アイドルストップを解除する。
【００３８】
アイドルストップ解除条件を満たしている場合はステップ２へ戻り、エンジン１を始動するための上述した一連の処理を繰り返す。一方、アイドルストップ解除条件を満たしていない場合はそのままアイドルストップを継続する。
【００３９】
このように、車両を走行駆動するエンジン１に連結され、このエンジン１の始動と発電を行うモータージェレーター２を備えたエンジン始動制御装置において、エンジン１の始動時の回転速度オーバーシュートを抑制するために、モータージェネレーター２の巻線を短絡するようにしたので、バッテリー７の充電電力受け入れ能力と作動中の車載電気機器の有無に無関係に、モータージェネレーター２にエンジン１の回転速度オーバーシュートを抑制するための制動力を発生させることができ、振動を抑制しながら円滑にエンジン１を始動することができる。
【００４０】
また、一実施の形態によればエンジン１の回転速度がアイドリング回転速度を超えた場合にモータージェネレーター２の短絡運転を行うようにしたので、始動時のエンジン回転速度のオーバーシュートを抑制してアイドリング回転速度に速やかに収束させることができる。
【００４１】
一実施の形態によれば、モータージェネレーター２の短絡運転中のエンジン１の回転速度の単位時間当たりの変化量または変化率が予め定めた値より低くなったら、モータージェネレーター２の短絡運転を停止するようにした。エンジン始動時に、エンジン回転速度の単位時間当たりの変化量または変化率が予め定めた値より低くなったら、回転速度オーバーシュートが十分に抑制されたと判断でき、短絡運転を無用に継続してモータージェネレーター２とインバーター６の温度を上昇させるのを避けることができる。
【００４２】
一実施の形態によれば、予め定めた所定時間を超えたらモータージェネレーター２の短絡運転を停止するようにしたので、短絡運転を長時間、継続してモータージェネレーター２とインバーター６の温度が許容温度を超えるのを防止できる。
【００４３】
特許請求の範囲の構成要素と一実施の形態の構成要素との対応関係は次の通りである。すなわち、車両コントローラー１１、モーターコントローラー８およびインバーター６が巻線短絡手段を、温度センサー２ｂがモーター温度検出手段を、温度センサー６ａが電力変換器温度検出手段をそれぞれ構成する。なお、本発明の特徴的な機能を損なわない限り、各構成要素は上記構成に限定されるものではない。
【００４４】
上述した一実施の形態では、本願発明を、エンジンとモーターの両方またはいずれか一方の駆動力により車両を走行させるハイブリッド車両のアイドルストップ装置に適用した例を説明したが、本願発明はハイブリッド車両とアイドルストップ装置に限定されず、モーターによりエンジンを始動するすべての車両に適用することができ、上述した一実施の形態と同様な効果が得られる。
【００４５】
また、上述した一実施の形態ではモータージェネレーター２に３相交流モーターを用いた例を示したが、３相交流モーターの種類は特に限定がなく、また、３相交流モーターに代えて直流モーターを用いてもよい。モータージェネレーター２に直流モーターを用いる場合には、インバーター６に代えてＤＣ−ＤＣコンバーターを用いる。上述した一実施の形態ではバッテリー７にニッケル水素電池を用いた例を示したが、バッテリー７の種類は特に限定されない。さらに、上述した一実施の形態ではインバーター６の電力変換素子にＦＥＴを用いた例を示したが、インバーター電力変換素子の種類は特に限定されない。
【００４６】
上述した一実施の形態では、モータージェネレーターの力行運転によりエンジンを始動した後、モータージェネレーターを短絡運転してエンジン回転速度のオーバーシュートを抑制する例を示したが、バッテリーＳＯＣが低いときは短絡運転を行わなくても発電運転を行ってバッテリーの充電を行うことができるので、力行運転後、バッテリーＳＯＣに基づいて短絡運転を行うか発電運転を行うかを決定してもよい。また、バッテリーＳＯＣが高い場合でも、作動中の車載電気機器があればそれらに発電電力を供給して消費することができるので、力行運転後に短絡運転を行わず、発電運転を行うことができる。これにより、走行エネルギーの回収率が上がり、総合的な燃費を向上させることができる。
【００４７】
また、上述した一実施の形態では、ＭＧ２の温度Ｔｍとインバーター６の電力変換素子冷却器温度Ｔｉに関わらず、エンジン始動時の吹き上がりを防止するためにＭＧ２の３相短絡運転および発電運転を行う例を示したが、ＭＧ２の温度Ｔｍが予め設定された許容温度を超えている場合、または電力変換素子冷却器温度Ｔｉが予め設定された許容温度を超えている場合には、ＭＧ２の３相短絡運転と発電運転をしないようにしてもよい。これにより、ＭＧ２とインバーター６の温度が許容値を超えるのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】一実施の形態のエンジン始動停止制御プログラムを示すフローチャートである。
【図３】一実施の形態のエンジン始動時の動作を示すタイムチャートである。
【図４】３相交流モーターの短絡運転を説明するための図である。
【符号の説明】
１エンジン
１ａ回転速度センサー
１ｂ水温センサー
２モータージェネレーター
２ａ回転速度センサー
２ｂ温度センサー
３変速機
４減速機
５ａ、５ｂ駆動輪
６インバーター
６ａ温度センサー
７バッテリー
７ａ電圧センサー
７ｂ電流センサー
８モーターコントローラー
９バッテリーコントローラー
１０エンジンコントローラー
１１車両コントローラー
１１ａＣＰＵ
１１ｂメモリ
１１ｃＡ／Ｄコンバーター
１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ車載通信線
１２イグニッションスイッチ
１３スタートスイッチ
１４エアコンスイッチ
１５車速センサー
１６アクセルセンサー
１７ブレーキセンサー

Claims

車両を走行駆動するエンジンに連結され、前記エンジンの始動と発電を行うモータージェレーターを備えたエンジン始動制御装置において、
前記エンジンの始動時の回転速度オーバーシュートを抑制するために、前記モータージェネレーターの巻線を短絡する巻線短絡手段を備えることを特徴とするエンジン始動制御装置。
請求項１に記載のエンジン始動制御装置において、
前記巻線短絡手段は、前記エンジンの回転速度がアイドリング回転速度を超えた場合に前記モータージェネレーターの巻線を短絡することを特徴とするエンジン始動制御装置。
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において、
前記巻線短絡手段は、巻線短絡中の前記エンジンの回転速度の単位時間当たりの変化量または変化率が予め定めた値より低くなったら、前記モータージェネレーターの巻線短絡を停止することを特徴とするエンジン始動制御装置。
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において、
前記巻線短絡手段は、予め定めた時間を超えたら前記モータージェネレーターの巻線短絡を停止することを特徴とするエンジン始動制御装置。
請求項１〜４のいずれかの項に記載のエンジン始動制御装置において、
前記モータージェネレーターの温度を検出するモーター温度検出手段を備え、前記巻線短絡手段は、前記モータージェネレーターの温度が予め定めた許容値を超えている場合には、前記モータージェネレーターの短絡運転を行わないことを特徴とするエンジン始動制御装置。
請求項１〜４のいずれかの項に記載のエンジン始動制御装置において、
前記モータージェネレーターを駆動する電力変換器の温度を検出する電力変換器温度検出手段を備え、
前記巻線短絡手段は、前記電力変換器の温度が予め定めた許容温度を超えている場合には、前記モータージェネレーターの短絡運転を行わないことを特徴とするエンジン始動制御装置。