JP2005273490A - 内燃機関の始動装置および始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関をより確実に始動すると共にその始動時に生じ得る共振を抑制する。
【解決手段】 エンジンを始動する際に、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えていないときやバッテリの出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えていないとき、即ち、バッテリの状態によりエンジンを通常通りにモータリングできない可能性があるときには、エンジンの回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超える前に燃料噴射制御を開始して（Ｓ１２０〜Ｓ１４０）、エンジンを始動する。これにより、エンジンをより確実に始動することができる。一方、バッテリがエンジンを通常通りにモータリングできる状態のときには、エンジンの回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超えてから燃料噴射制御を開始して（Ｓ１２０〜Ｓ１４０）、エンジンを始動する。これにより、エンジンの始動時に生じ得る共振を抑制することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、内燃機関の始動装置および始動方法に関する。

従来、この種の内燃機関の始動装置としては、エンジンをモータによりモータリングし、エンジンの回転数が所定回転数に到達した後に燃料噴射と火花点火を開始してエンジンを始動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、エンジンの回転数が所定回転数に到達した後に燃料噴射と火花点火を開始してエンジンを始動すると共にフィードバック制御におけるゲインを調整することにより、始動直後のエンジンを迅速に安定してアイドル回転数で運転している。
特開２０００−３２０３６６号公報

しかしながら、上述の内燃機関の始動装置では、エンジンの回転数を所定回転数まで容易にモータリングできる場合はよいが、モータの性能やモータに電力を供給する電源の状態によってはエンジンの回転数を所定回転数まで容易にモータリングできない場合も生じ、その場合、エンジンを始動できなくなってしまう。また、エンジンを搭載する自動車などでは、エンジンの始動時における共振を抑制するためにエンジンの回転数が共振回転数領域を通過してから燃料噴射制御を開始してエンジンを始動することも行なわれている。この場合にも同様に、モータの性能やモータに電力を供給する電源の状態によってはエンジンの回転数を共振回転数領域を超える回転数まで容易にモータリングできない場合が生じる。

本発明の内燃機関の始動装置および始動方法は、内燃機関をより確実に始動することを目的の一つとする。また、本発明の内燃機関の始動装置および始動方法は、内燃機関の始動時に生じ得る共振を抑制することを目的の一つとする。

本発明の内燃機関の始動装置および始動方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関の始動装置は、
内燃機関を始動する内燃機関の始動装置であって、
前記内燃機関をモータリング可能な電動機と、
該電動機に電力を供給可能な蓄電手段と、
該蓄電手段の状態を検出する状態検出手段と、
所定の始動指示がなされたとき、前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を駆動制御すると共に、前記状態検出手段により検出された前記蓄電手段の状態が通常状態であるときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至った以降に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関が始動されるよう制御し、前記状態検出手段により検出された前記蓄電手段の状態が通常状態でないときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関が始動されるよう制御する制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関の始動装置では、所定の始動指示がなされたときには、内燃機関がモータリングされるよう電動機を駆動制御すると共に、電動機に電力を供給する蓄電手段の状態を検出し、この蓄電手段の状態が通常状態であるときには内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至った以降に内燃機関への燃料噴射制御を開始して内燃機関が始動されるよう制御し、蓄電手段の状態が通常状態ではないときには内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に内燃機関への燃料噴射制御を開始して内燃機関が始動されるよう制御する。この結果、蓄電手段の状態が通常状態ではないときでも内燃機関をより確実に始動することができる。もとより、蓄電手段の状態が通常状態であるときには内燃機関の始動時に生じ得る共振を抑制することができる。

こうした本発明の内燃機関の始動装置において、前記状態検出手段は前記蓄電手段の温度を検出する手段であり、前記制御手段は前記状態検出手段により検出された温度が所定温度以下のときに前記蓄電手段の状態が通常状態でないとして制御する手段であるものとすることもできるし、前記状態検出手段は前記蓄電手段の出力制限を検出する手段であり、前記制御手段は前記状態検出手段により検出された出力制限が所定値以下のときに前記蓄電手段の状態が通常状態でないとして制御する手段であるものとすることもできるし前記状態検出手段は前記蓄電手段の蓄電量を検出する手段であり、前記制御手段は前記状態検出手段により検出された蓄電量が所定量以下のときに前記蓄電手段の状態が通常状態でないとして制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、蓄電手段の温度が所定温度以下となったり、蓄電手段からの出力制限が所定値以下とされたり、蓄電手段の蓄電量が所定量以下となったりして、蓄電手段からの電力供給が通常通りに行なうことができないときでも内燃機関をより確実に始動することができる。

また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出手段を備え、前記制御手段は前記状態検出手段により検出された前記蓄電手段の状態が通常状態であるときでも前記前記冷却媒体温度検出手段により検出された冷却媒体の温度が所定温度以下のときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関が始動されるよう制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の温度が低くて通常通りに始動できないときでも内燃機関をより確実に始動することができる。

本発明の内燃機関の始動方法は、
内燃機関と該内燃機関をモータリング可能な電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置における該内燃機関の始動方法であって、
前記内燃機関をモータリングするよう前記電動機を駆動すると共に前記蓄電手段の状態を検出し、
前記検出した蓄電手段の状態が通常状態であるときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至った以降に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関を始動し、前記検出した蓄電手段の状態が通常状態ではないときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関を始動する
ことを要旨とする。

この本発明の内燃機関の始動方法では、内燃機関がモータリングされるよう電動機を駆動すると共に電動機に電力を供給する蓄電手段の状態を検出し、この蓄電手段の状態が通常状態であるときには内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至った以降に内燃機関への燃料噴射制御を開始して内燃機関を始動し、蓄電手段の状態が通常状態ではないときには内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に内燃機関への燃料噴射制御を開始して内燃機関を始動する。この結果、蓄電手段の状態が通常状態ではないときでも内燃機関をより確実に始動することができる。もとより、蓄電手段の状態が通常状態であるときには内燃機関の始動時に生じ得る共振を抑制することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力可能な内燃機関として構成されており、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入する共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃料室に吸入し、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化装置（三元触媒）１３４を介して外気へ排出される。

エンジン２２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により制御されている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号が図示しない入力ポートを介して入力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４には、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションやエンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温，燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジション，スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットルポジション，エンジン２２の負荷としての吸入空気量を検出するバキュームセンサ１４８からの吸入空気量などが入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が図示しない出力ポートを介して出力されている。例えば、エンジンＥＣＵ２４からは、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号、イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号、吸気バルブ１２８の開閉タイミングの変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号などが出力ポートを介して出力されている。なお、エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からのバッテリ温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２の始動時の動作について説明する。図３は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、所定時間毎（例えば８ｍｓｅｃ毎）に繰り返し実行される。

始動時制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，エンジン２２の回転数Ｎｅ，エンジン２２の冷却水温度Ｔｗ，バッテリ５０の温度Ｔｂ，バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力する処理を実行する（ステップＳ１００）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅはクランクシャフト２６に取り付けられたクランクポジションセンサ２３ａからの信号に基づいて計算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとし、冷却水温度Ｔｗはエンジン２２の冷却水の流路に取り付けられた温度センサ１４２により検出されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて計算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ５０の温度Ｔｂは、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１により検出したものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとし、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、温度センサ５１により検出されたバッテリ５０の温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。ここで、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、バッテリ温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを設定することができる。図４にバッテリ温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図５にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて車両に要求されるトルクとして駆動輪６３ａ，６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。図６に要求トルク設定用マップの一例を示す。

こうして要求トルクＴｒ＊を設定すると、冷却水温度ＴＷが閾値Ｔｗ１を超えているか否か、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えているか否か、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えているか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、閾値Ｔｗ１は、エンジン２２の始動性が悪くなる冷却水の温度として設定されている。また、閾値Ｔｂ１はバッテリ５０から通常に電力供給を行なうことができなくなる温度として設定されており、閾値Ｗ１はモータＭＧ２で反力をとってモータＭＧ１によりエンジン２２を通常にモータリングすることができなくなる可能性がある電力として設定されている。これらの閾値は、エンジン２２やモータＭＧ１やモータＭＧ２，バッテリ５０の特性により定めることができる。したがって、冷却水温度ＴＷが閾値Ｔｗ１を超えており、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えており、且つ、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えているときには、エンジン２２を通常通りモータリングして始動することができることとなり、冷却水温度ＴＷが閾値Ｔｗ１を超えていないときやバッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えていないとき或いはバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えていないときにはエンジン２２を通常通りモータリングして始動することができない可能性があることになる。

冷却水温度ＴＷが閾値Ｔｗ１を超えており、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えており、且つ、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えているときには、エンジン２２を通常通りモータリングして始動することができると判断し、エンジン２２の回転数が閾値Ｎｒｅｆより大きいか否かを判定する（ステップＳ１３０）。ここで、閾値Ｎｒｅｆは、エンジン２２の回転により車両や車両に搭載された機器などが共振する共振回転数領域の上限回転数やこの回転数より大きな回転数として設定されるものであり、エンジン２２やこれを搭載する車両を用いて実験などにより定めることができる。なお、実施例では、共振回転数領域の上限回転数より大きな回転数として設定した。エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以下のときには、エンジン２２の回転数Ｎｅに基づいてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定する（ステップＳ１５０）。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例を図７に示す。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊は、図示するように、エンジン２２の始動指示がなされた時間ｔ１の直後からレート処理を用いて比較的大きなトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定し、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に増加させる。エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数領域を通過した時間ｔ２以降にトルク指令Ｔｍ１＊にエンジン２２を安定して回転数Ｎｒｅｆ以上にモータリングできるトルクを設定し、電力消費や駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａにおける反力を小さくする。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆに至った時間ｔ３からレート処理を用いてトルク指令Ｔｍ１＊を値０とし、エンジン２２の完爆が判定された時間ｔ５から発電用のトルクをトルク指令Ｔｍ１＊に設定する。いま、エンジン２２の始動指示がなされた直後を考えれば、トルク指令Ｔｍ１＊には大きなトルクが設定されることになる。このときの動力分配統合機構３０の回転要素における力学的な関係を例示する共線図を図８に示す。図中、左のＳ軸はモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１であるサンギヤ３１の回転数を示し、Ｃ軸はエンジン２２の回転数Ｎｅであるキャリア３４の回転数を示し、Ｒ軸はモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２に減速ギヤ３５のギヤ比Ｇｒを乗じたリングギヤ３２の回転数Ｎｒを示す。

こうしてモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定すると、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔと設定したモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊に現在のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１を乗じて得られるモータＭＧ１の消費電力（発電電力）との偏差をモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２で割ることによりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としてのトルク制限Ｔｍａｘを次式（１）により計算すると共に（ステップＳ１６０）、要求トルクＴｒ＊とトルク指令Ｔｍ１＊と動力分配統合機構３０のギヤ比ρを用いてモータＭＧ２から出力すべきトルクとしての仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを式（２）により計算し（ステップＳ１７０）、計算したトルク制限Ｔｍａｘと仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐとを比較して小さい方をモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊として設定する（ステップＳ１８０）。このようにモータＭＧ２のトルク指令Ｔｍ２＊を設定することにより、駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力する要求トルクＴｒ＊を、バッテリ５０の出力制限の範囲内で制限したトルクとして設定することができる。なお、式（２）は、前述した図８の共線図から容易に導き出すことができる。

Tmax＝(Wout−Tm1*・Nm1)/Nm2 …（１）
Tm2tmp＝(Tr*＋Tm1*/ρ)/Gr …（２）

こうしてモータＭＧ１，ＭＧ２のトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊をモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１９０）、始動時制御ルーチンを終了する。トルク指令Ｔｍ１＊，Ｔｍ２＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されると共にトルク指令Ｔｍ２＊でモータＭＧ２が駆動されるようインバータ４１，４２のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。

こうした始動時制御ルーチンが繰り返し実行されるうちに、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆを超えると（ステップＳ１３０）、ハイブリッド用電子制御ユニット７０はエンジンＥＣＵ２４に燃料噴射制御の開始を指示し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１５０以降の処理を実行する。これにより、エンジンＥＣＵ２４は燃料噴射制御と点火制御を開始し、エンジン２２を始動する。

ステップＳ１２０で冷却水温度ＴＷが閾値Ｔｗ１を超えていないと判定されたり、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えていないと判定されたり、あるいは、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えていないと判定されたときには、エンジン２２を通常通りモータリングして始動することができない可能性があると判断し、エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超える前であっても迅速にエンジン２２を始動するために、エンジンＥＣＵ２４に燃料噴射制御の開始を指示し（ステップＳ１４０）、ステップＳ１５０以降の処理を実行する。これにより、エンジンＥＣＵ２４は直ちに燃料噴射制御と点火制御を開始してエンジン２２を始動する。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２を始動する際に、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えていないときやバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えていないとき、即ち、バッテリ５０の状態によりエンジン２２を通常通りにモータリングできない可能性があるときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超える前にエンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御や点火制御を開始するから、エンジン２２をより確実に始動することができる。また、冷却水温度ＴＷが閾値Ｔｗ１を超えていないことによりエンジン２２の始動性が悪いときにもエンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超える前にエンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御や点火制御を開始することにより、エンジン２２をより確実に始動することができる。もとより、バッテリ５０がエンジン２２を通常通りにモータリングできる状態のときには、エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超えてからエンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御や点火制御を開始するから、エンジン２２の始動時に生じ得る共振を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を始動する際に、バッテリ温度Ｔｂが閾値Ｔｂ１を超えていないときやバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔが閾値Ｗ１を超えていないときにバッテリ５０の状態によりエンジン２２を通常通りにモータリングできない可能性があると判定し、エンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超える前にエンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御や点火制御を開始してエンジン２２を始動するものとしたが、バッテリ５０の状態によりエンジン２２を通常通りにモータリングできない可能性があると判定できる場合には、他の要件によってもエンジン２２の回転数Ｎｅが共振回転数領域より大きな閾値Ｎｒｅｆを超える前にエンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御や点火制御を開始してエンジン２２を始動するものとしてもよい。例えば、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）によりエンジン２２を通常通りモータリングできない可能性があると判定できるときなどが該当する。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を通常通りモータリングできるときには、エンジン２２の回転数が共振回転数領域より大きな回転数（閾値Ｎｒｅｆ）を超えたときにエンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御や点火制御を開始してエンジン２２を始動するものとしたが、エンジン２２の回転数が共振回転数領域の上限回転数に至ったときにエンジンＥＣＵ２４による燃料噴射制御や点火制御を開始してエンジン２２を始動するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２として吸気マニホールドに燃料噴射弁１２６を取り付けて吸気マニホールド内に燃料を噴射して混合気を燃焼室に供給するタイプの内燃機関を用いたが、燃焼室に燃料噴射弁を取り付けて燃焼室に燃料を直接噴射するタイプの内燃機関を用いるものとしてもよい。

実施例では、エンジン２２と動力分配統合機構３０と二つのモータＭＧ１，ＭＧ２とバッテリ５０とを備えるハイブリッド自動車２０のエンジン２２の始動に本発明を適用したが、エンジンとエンジンを共振回転数領域を超える回転数となるまでモータリング可能なモータとモータに電力を供給するバッテリを備える構成であれば如何なる構成の装置としても差し支えない。この場合、この装置を車両に搭載する場合、いわゆるアイドルストップ制御におけるエンジンの自動始動やエンジンの間欠運転における自動始動に適用するものとしてもよい。また、こうしたエンジンの自動始動以外の始動に適用するものとしてもよい。さらに、エンジンとエンジンを共振回転数領域を超える回転数となるまでモータリング可能なモータとモータに電力を供給するバッテリを備える構成の装置を、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載するものとしてもよいし、建設機械などの移動体以外の設備に組み込むものとしても構わない。また、内燃機関の始動装置としての形態の他、内燃機関の始動方法の形態としてもよい。

以上、本発明を実施するための最良の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明の一実施例であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 実施例のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 バッテリ５０における電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 要求トルク設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２を始動する際のモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの関係の一例を示す説明図である。 エンジン２２の始動時における動力分配統合機構３０の回転要素の力学的な関係を示す共線図を例示する説明図である。

符号の説明

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ 温度センサ、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５，減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 用燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３６，スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (6)

1. 内燃機関を始動する内燃機関の始動装置であって、
   前記内燃機関をモータリング可能な電動機と、
   該電動機に電力を供給可能な蓄電手段と、
   該蓄電手段の状態を検出する状態検出手段と、
   所定の始動指示がなされたとき、前記内燃機関がモータリングされるよう前記電動機を駆動制御すると共に、前記状態検出手段により検出された前記蓄電手段の状態が通常状態であるときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至った以降に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関が始動されるよう制御し、前記状態検出手段により検出された前記蓄電手段の状態が通常状態ではないときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関が始動されるよう制御する制御手段と、
   を備える内燃機関の始動装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の始動装置であって、
   前記状態検出手段は、前記蓄電手段の温度を検出する手段であり、
   前記制御手段は、前記状態検出手段により検出された温度が所定温度以下のときに前記蓄電手段の状態が通常状態でないとして制御する手段である
   内燃機関の始動装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関の始動装置であって、
   前記状態検出手段は、前記蓄電手段の出力制限を検出する手段であり、
   前記制御手段は、前記状態検出手段により検出された出力制限が所定値以下のときに前記蓄電手段の状態が通常状態でないとして制御する手段である
   内燃機関の始動装置。
4. 請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の始動装置であって、
   前記状態検出手段は、前記蓄電手段の蓄電量を検出する手段であり、
   前記制御手段は、前記状態検出手段により検出された蓄電量が所定量以下のときに前記蓄電手段の状態が通常状態でないとして制御する手段である
   内燃機関の始動装置。
5. 請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の始動装置であって、
   前記内燃機関を冷却する冷却媒体の温度を検出する冷却媒体温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記状態検出手段により検出された前記蓄電手段の状態が通常状態であるときでも前記前記冷却媒体温度検出手段により検出された冷却媒体の温度が所定温度以下のときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関が始動されるよう制御する手段である
   内燃機関の始動装置。
6. 内燃機関と該内燃機関をモータリング可能な電動機と該電動機に電力を供給可能な蓄電手段とを備える駆動装置における該内燃機関の始動方法であって、
   前記内燃機関をモータリングするよう前記電動機を駆動すると共に前記蓄電手段の状態を検出し、
   前記検出した蓄電手段の状態が通常状態であるときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至った以降に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関を始動し、前記検出した蓄電手段の状態が通常状態ではないときには前記内燃機関が共振回転数領域の上限回転数に至る前に該内燃機関への燃料噴射制御を開始して該内燃機関を始動する
   内燃機関の始動方法。

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