JP2007138808A - 内燃機関の始動装置およびこれを搭載する自動車並びに内燃機関の始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを迅速に始動すると共にエンジンとスタータモータとを連結するベルトにエンジンをモータリングする際に過大な負荷が掛かるのを抑制する。
【解決手段】所定時間ｔｒｅｆが経過するまでは比較的小さい所定値ｔｃ１を時定数ｔｃとして用いて目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより比較的大きな変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定し（Ｓ１３０，Ｓ１５０）、所定時間ｔｒｅｆが経過した後は所定値ｔｃ１より大きい所定値ｔｃ２を時定数ｔｃとして用いて目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより比較的小さな変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定し（Ｓ１４０，Ｓ１５０）、調整モータリングトルクＴｍ＊をスタータモータから出力してエンジンをモータリングする（Ｓ１６０）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の始動装置およびこれを搭載する自動車並びに内燃機関の始動方法に関する。

従来、この種の内燃機関の始動装置としては、内燃機関をクランキングする電動機を備え、立ち上げ速度と最大値とのうち少なくとも一方を可変にしたトルクを電動機から出力して内燃機関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、電動機からの出力トルクの立ち上げ速度と最大値とのうち少なくとも一方を可変にすることにより、内燃機関のクランキングに対する多様的態様の要求に対処している。
特開２００３−４２０４７号公報

ところで、こうした内燃機関の始動装置では、内燃機関をモータリングする際に電動機からの動力を内燃機関の出力軸に伝達する部材に過大な負荷が掛かるのを抑制することが重要な課題の一つとされている。この課題を解決するために電動機からの出力トルクの最大値を小さくすることが考えられるが、この場合、電動機からの出力トルクの立ち上げ速度によっては内燃機関の気筒が上死点を越えるだけの動力を電動機から充分に出力することができず、内燃機関を迅速に始動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これを搭載する自動車並びに内燃機関の始動方法は、内燃機関を迅速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これを搭載する自動車並びに内燃機関の始動方法は、内燃機関をモータリングする際に、内燃機関の出力軸と内燃機関をモータリングするモータリング手段との間に介在する動力伝達部材に過大な負荷が掛かるの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これを搭載する自動車並びに内燃機関の始動方法は、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、
内燃機関の始動装置であって、
動力伝達部材を介して前記内燃機関の出力軸に接続され、該内燃機関をモータリング可能なモータリング手段と、
前記内燃機関の始動が指示されたとき、所定の条件が成立するまでは前記モータリング手段から出力すべき目標モータリングトルクに対して第１のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、前記所定の条件が成立した後は前記目標モータリングトルクに対して第２のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより前記第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、該設定した調整モータリングトルクが前記モータリング手段から出力されて前記内燃機関がモータリングされるよう該モータリング手段を制御し、該モータリングに伴って該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する始動制御手段と、
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、内燃機関の始動が指示されたときには、所定の条件が成立するまではモータリング手段から出力すべき目標モータリングトルクに対して第１のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、所定の条件が成立した後は目標モータリングトルクに対して第２のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、設定した調整モータリングトルクがモータリング手段から出力されて内燃機関がモータリングされるようモータリング手段を制御し、モータリングに伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関を制御する。即ち、内燃機関の始動が指示されたときには、所定の条件が成立するまでは比較的大きい第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力して内燃機関をモータリングし、所定の条件が成立した後は比較的小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力して内燃機関をモータリングし、モータリングに伴って内燃機関を始動するのである。したがって、所定の条件が成立するまでは比較的大きい第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力するから、内燃機関の気筒が上死点を越えるだけのエネルギをモータリング手段から速やかに出力することができ、内燃機関の気筒が上死点を速やかに越えることができる。この結果、内燃機関の回転数を迅速に上昇させることができ、内燃機関を迅速に始動することができる。また、所定の条件が成立した後は比較的小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力するから、調整モータリングトルクの最大値を抑制することができる。この結果、内燃機関をモータリングする際に動力伝達部材に過大な負荷が掛かるのを抑制することができる。ここで、第１のなまし程度はモータリング手段の特性などに基づいて第１の変化程度ができるだけ大きくなるようできるだけ小さななまし程度を用いるものとしてもよいし、第２のなまし程度は第２の変化程度ができるだけ小さくなるようできるだけ大きななまし程度を用いるものとしてもよい。なお、目標モータリングトルクは、所定の条件の成立に拘わらず固定値を用いるものとしてもよいし、所定の条件が成立するまでと成立した後とで異なる値を用いるものとしてもよい。後者の場合、所定の条件が成立するまで第１のトルクを目標モータリングトルクとして設定すると共に所定の条件が成立した後は第１のトルクより小さい第２のトルクを目標モータリングトルクとして設定する場合には第２のなまし程度は第１のなまし程度と同一のなまし程度を用いるものとしてもよい。

こうした本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、前記モータリング手段による前記内燃機関のモータリングが開始されてから所定時間が経過する条件を前記所定の条件として制御する手段であるものとすることもできる。ここで、所定時間は、例えば、内燃機関のモータリングが開始されてから内燃機関の気筒が上死点を越えるのに要するエネルギをモータリング手段から出力することができるまでの時間などに設定することができ、２００ｍｓｅｃや３００ｍｓｅｃなどの時間に設定することができる。この所定時間は、固定値を用いるものとしてもよいし、内燃機関が停止している最中の内燃機関の出力軸の回転位置などに基づいて設定するものとしてもよい。

また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を備え、前記始動制御手段は、前記検出された内燃機関の回転数が所定回転数以上になる条件を前記所定の条件として制御する手段であるものとすることもできる。ここで、所定回転数は、例えば、内燃機関のモータリングが開始されてから内燃機関の気筒が上死点を越えるのに要するエネルギをモータリング手段から出力することができるまでの時間に相当する回転数などに設定することができ、２００ｒｐｍや３００ｒｐｍなどの時間に設定することができる。この所定回転数は、固定値を用いるものとしてもよいし、内燃機関が停止している最中の内燃機関の出力軸の回転位置などに基づいて設定するものとしてもよい。

さらに、本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、前記所定の条件が成立するまでは前記目標モータリングトルクに対して第１の時定数を用いてなまし処理を施すことにより前記調整モータリングトルクを設定し、前記所定の条件が成立した後は前記目標モータリングトルクに対して前記第１の時定数より大きい第２の時定数を用いてなまし処理を施すことにより前記調整モータリングトルクを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、時定数を変更することにより、調整モータリングトルクの変化程度を変更することができる。

本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、前記動力伝達部材の耐久トルク未満の所定トルクを前記目標モータリングトルクとして用いる手段であるものとすることもできる。こうすれば、動力伝達部材の耐久トルク未満のトルクを調整モータリングとして設定することになるから、動力伝達部材を保護することができる。

また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記始動制御手段は、前記内燃機関をモータリングするのに要するモータリングエネルギに基づいて前記調整モータリングトルクを設定する手段であるものとすることもできる。この場合、所定の条件が成立するまで比較的大きい第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力することにより、所定の条件が成立するまでにモータリング手段からある程度のエネルギを出力しておくことができるから、調整モータリングトルクの最大値を抑制することができる。

さらに、本発明の内燃機関の始動装置において、前記動力伝達部材は、前記内燃機関の出力軸と前記モータリング手段の回転軸とに掛けられたベルトであるものとすることもできる。

本発明の自動車は、内燃機関と、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関の始動装置、即ち、基本的には、内燃機関の始動装置であって、動力伝達部材を介して前記内燃機関の出力軸に接続され該内燃機関をモータリング可能なモータリング手段と、前記内燃機関の始動が指示されたとき所定の条件が成立するまでは前記モータリング手段から出力すべき目標モータリングトルクに対して第１のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し前記所定の条件が成立した後は前記目標モータリングトルクに対して第２のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより前記第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し該設定した調整モータリングトルクが前記モータリング手段から出力されて前記内燃機関がモータリングされるよう該モータリング手段を制御し該モータリングに伴って該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する始動制御手段と、を備える内燃機関の始動装置と、を搭載することを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関の始動装置を搭載するから、本発明の内燃機関の始動装置が奏する効果、例えば、内燃機関を迅速に始動することができる効果や内燃機関をモータリングする際に動力伝達部材に過大な負荷が掛かるのを抑制することができる効果などと同様の効果を奏することができる。

本発明の内燃機関の始動方法は、
動力伝達部材を介して内燃機関の出力軸に接続され該内燃機関をモータリング可能なモータリング手段を備える内燃機関の始動方法であって、
前記内燃機関の始動が指示されたとき、所定の条件が成立するまでは前記モータリング手段から出力すべき目標モータリングトルクに対して第１のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、前記所定の条件が成立した後は前記目標モータリングトルクに対して第２のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより前記第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、該設定した調整モータリングトルクが前記モータリング手段から出力されて前記内燃機関がモータリングされるよう該モータリング手段を制御し、該モータリングに伴って該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する
ことを特徴とする。

この本発明の内燃機関の始動方法によれば、内燃機関の始動が指示されたときには、所定の条件が成立するまではモータリング手段から出力すべき目標モータリングトルクに対して第１のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、所定の条件が成立した後は目標モータリングトルクに対して第２のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、設定した調整モータリングトルクがモータリング手段から出力されて内燃機関がモータリングされるようモータリング手段を制御し、モータリングに伴って内燃機関が始動されるよう内燃機関を制御する。即ち、内燃機関の始動が指示されたときには、所定の条件が成立するまでは比較的大きい第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力して内燃機関をモータリングし、所定の条件が成立した後は比較的小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力して内燃機関をモータリングし、モータリングに伴って内燃機関を始動するのである。したがって、所定の条件が成立するまでは比較的大きい第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力するから、内燃機関の気筒が上死点を越えるだけのエネルギをモータリング手段から速やかに出力することができ、内燃機関の気筒が上死点を速やかに越えることができる。この結果、内燃機関の回転数を迅速に上昇させることができ、内燃機関を迅速に始動することができる。また、所定の条件が成立した後は比較的小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクをモータリング手段から出力するから、調整モータリングトルクの最大値を抑制することができる。この結果、内燃機関をモータリングする際に動力伝達部材に過大な負荷が掛かるのを抑制することができる。ここで、第１のなまし程度はモータリング手段の特性などに基づいて第１の変化程度ができるだけ大きくなるようできるだけ小さななまし程度を用いるものとしてもよいし、第２のなまし程度は第２の変化程度ができるだけ小さくなるようできるだけ大きななまし程度を用いるものとしてもよい。なお、目標モータリングトルクは、所定の条件の成立に拘わらず固定値を用いるものとしてもよいし、所定の条件が成立するまでと成立した後とで異なる値を用いるものとしてもよい。後者の場合、所定の条件が成立するまで第１のトルクを目標モータリングトルクとして設定すると共に所定の条件が成立した後は第１のトルクより小さい第２のトルクを目標モータリングトルクとして設定する場合には第２のなまし程度は第１のなまし程度と同一のなまし程度を用いるものとしてもよい。

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、本発明の一実施例としてのエンジン２２の始動装置４０を搭載す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。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、動力を出力可能なエンジン２２と、インバータ２８を介してバッテリ３０からの電力の供給を受けて動力を出力可能なモータ２６と、図示しない複数のクラッチのオンオフによりエンジン２２からの動力とモータ２６からの動力とのうちの一方または両方を無段変速機としてのＣＶＴ３２を介して駆動輪３４ａ，３４ｂに出力する動力切替機構３６と、エンジン２２のクランクシャフト２４にベルト４２を介して接続されエンジン２２をモータリングするスタータモータ４４と、エンジン２２の始動や車両の駆動系をコントロールする電子制御ユニット５０とを備える。実施例のエンジン２２の始動装置４０は、ベルト４２やスタータモータ４４，電子制御ユニット５０などにより構成されている。

スタータモータ４４は、その回転軸４８に取り付けられたプーリ４７がエンジン２２のクランクシャフト２４に取り付けられたプーリ２５にベルト４２により連結されている。また、スタータモータ４４は、インバータ４６を介してバッテリ３０からの電力の供給を受けてエンジン２２をモータリングする。

電子制御ユニット５０は、ＣＰＵ５２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、ＣＰＵ５２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ５４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ５６と、指示に基づいて計時するタイマ５８と、図示しない入出力ポートとを備える。電子制御ユニット５０には、クランクシャフト２４のクランク角を検出するクランクポジションセンサ２３からのクランクポジションθや、イグニッションスイッチ６０からのイグニッション信号，シフトレバー６１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ６２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル６３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６４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル６５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６６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ６８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。電子制御ユニット５０からは、動力切替機構３６への駆動信号や、ＣＶＴ３２への駆動信号，モータ２６を駆動制御するためのインバータ２８のスイッチング素子へのスイッチング制御信号，スタータモータ４４を駆動制御するためのインバータ４６のスイッチング素子へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力される。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０では、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要求トルクを設定し、この要求トルクに基づく動力が出力されるようエンジン２２とモータ２６とが駆動制御される。エンジン２２およびモータ２６の駆動制御としては、エンジン２２からの動力に必要に応じてモータ２６の動力を付加して走行するエンジンモータ走行モードや、モータ２６からの動力だけで走行するモータ走行モードなどがある。

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を始動する際の動作について説明する。図２は、始動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、エンジン２２の始動が指示されたときに実行される。

始動制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット５０のＣＰＵ５２は、まず、このルーチンの実行が開始されてからの時間としての経過時間ｔｉｍｅのタイマをスタートし（ステップＳ１００）、スタータモータ４４から出力すべき目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに所定トルクＴ１を設定する（ステップＳ１１０）。ここで、所定トルクＴ１は、ベルト４２の耐久トルク未満の値として設定するものとした。

こうして目標モータリングトルクＴｍｔｍｐを設定すると、経過時間ｔｉｍｅを所定時間ｔｒｅｆと比較し（ステップＳ１２０）、経過時間ｔｉｍｅが所定時間ｔｒｅｆ未満のときには比較的小さい所定値ｔｃ１をなまし程度を示す時定数ｔｃに設定し（ステップＳ１３０）、経過時間ｔｉｍｅが所定時間ｔｒｅｆ以上のときには所定値ｔｃ１より大きい所定値ｔｃ２をなまし処理の時定数ｔｃに設定し（ステップＳ１４０）、設定した時定数ｔｃを用いて目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより調整モータリングトルクＴｍ＊を設定する（ステップＳ１５０）。ここで、所定時間ｔｒｅｆは、例えば、エンジン２２の気筒が上死点を越えるのに要するエネルギをスタータモータ４４から出力することができるまでの時間などに設定することができ、２００ｍｓｅｃや３００ｍｓｅｃなどに設定することができる。なお、実施例では、所定時間ｔｒｅｆは、予め定められた値を用いるものとしたが、エンジン２２が停止している最中のエンジン２２のクランクシャフト２４のクランクポジションθなどに基づいて設定するものとしてもよい。また、目標モータリングトルクＴｍｔｍｐおよび調整モータリングトルクＴｍ＊の時間変化の様子の一例を図３に示す。調整モータリングトルクＴｍ＊は、図示するように、所定時間ｔｒｅｆが経過するまでは比較的大きい変化程度（単位時間あたりの変化量）をもって大きくなり、所定時間ｔｒｅｆが経過した後は比較的小さい変化程度をもって大きくなる。ここで、実施例では、所定値ｔｃ１はスタータモータ４４の特性などに基づいてできるだけ小さい値を用いるものとし、所定値ｔｃ２はできるだけ大きい値を用いるものとした。

そして、設定した調整モータリングトルクＴｍ＊でスタータモータ４４を駆動制御する（ステップＳ１６０）。スタータモータ４４の駆動制御は、具体的には、調整モータリングトルクＴｍ＊でスタータモータ４４が駆動されるようインバータ４６のスイッチング素子のスイッチング制御を行なうことにより行なわれる。スタータモータ４４の駆動制御により、スタータモータ４４から出力されるトルクによってエンジン２２がモータリングされる。

いま、エンジン２２をモータリングするときを考えている。このときには、エンジン２２の気筒が上死点を越える際に大きなエネルギを要する。したがって、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に上昇させるためには、エンジン２２の気筒が上死点を越えるまでの間にできるだけ大きなエネルギをスタータモータ４４から出力しておくことが望ましい。一方、エンジン２２をモータリングする際には、エンジン２２のクランクシャフト２４とスタータモータ４４の回転軸４８とを連結するベルト４２に大きな負荷が掛かるのを抑制するため、調整モータリングトルクＴｍ＊の最大値はできるだけ小さくすることが望ましい。以上の点を考慮して、実施例では、所定時間ｔｒｅｆが経過するまでは目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してできるだけ小さい所定値ｔｃ１を時定数ｔｃとして用いてなまし処理を施すことによりできるだけ大きな変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定し、所定時間ｔｒｅｆが経過した後は目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してできるだけ大きい所定値ｔｃ２を時定数ｔｃとして用いてなまし処理を施すことによりできるだけ小さな変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定するものとした。このように、所定時間ｔｒｅｆが経過するまではできるだけ大きな変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定することにより、エンジン２２の気筒が上死点を越える際のエネルギをスタータモータ４４から速やかに出力することができ、エンジン２２の気筒が上死点を速やかに越えることができる。この結果、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に上昇させることができる。また、所定時間ｔｒｅｆが経過した後はできるだけ小さな変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定することにより、モータリングトルクＴｍ＊の最大値を抑制することができ、エンジン２２をモータリングする際にベルト４２に過大な負荷が掛かるのを抑制することができる。しかも、ベルト４２の耐久トルク未満の所定トルクＴ１を目標モータリングＴｍｔｍｐとして用いるから、調整モータリングＴｍ＊がベルト４２の耐久トルクを超えるのを抑制することができ、ベルト４２を保護することができる。さらに、エンジン２２をモータリングするのに要するモータリングエネルギを考慮して調整モータリングトルクＴｍ＊を設定するときを考えると、所定時間ｔｒｅｆが経過するまではできるだけ大きな変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定することにより、所定時間ｔｒｅｆが経過するまでにスタータモータ４４からできるだけ多くのエネルギを出力しておくことができ、調整モータリングトルクＴｍ＊の最大値をより抑制することができる。この結果、エンジン２２をモータリングする際にベルト４２に掛かる負荷をより抑制することができる。

そして、エンジン２２の回転数Ｎｅを入力すると共に（ステップＳ１７０）、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅを閾値Ｎｒｅｆと比較する（ステップＳ１８０）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、クランクポジションセンサ２３からのクランクポジションθに基づいて計算されてＲＡＭ５６の所定アドレスに書き込まれたものを読み込むことにより入力するものとした。また、閾値Ｎｒｅｆは、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始してもよい回転数を定めるものであり、例えば７００ｒｐｍや８００ｒｐｍなどに定めることができる。いま、エンジン２２のモータリングが開始された直後を考えれば、エンジン２２の回転数Ｎｅは閾値Ｎｒｅｆ未満であるから、ステップＳ１１０に戻る。

こうしてステップＳ１１０〜Ｓ１８０の処理を繰り返し実行している最中にエンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上になると、燃料噴射制御や点火制御などエンジン２２の運転制御が開始されていないときにはこれを開始し（ステップＳ１９０，Ｓ２００）、エンジン２２が完爆したか否かを判定し（ステップＳ２１０）、エンジン２２が完爆していないと判定されたときには、ステップＳ１１０に戻る。その後、ステップＳ１１０〜Ｓ２１０の処理を繰り返し実行し、エンジン２２が完爆したと判定されたときに、始動制御ルーチンを終了する。

図４は、エンジン２２をモータリングするのに要するエネルギを考慮してスタータモータ４４の調整モータリングトルクＴｍ＊を設定してエンジン２２を始動する際の目標モータリングトルクＴｍｔｍｐと調整モータリングトルクＴｍ＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの時間変化の様子の一例を示す説明図である。図中、実線は所定値ｔｃ１または所定値ｔｃ２を時定数ｔｃとして用いて目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより調整モータリングトルクＴｍ＊を設定する場合（実施例の場合）の時間変化の様子を示し、破線は参考のために所定値ｔｃ１より大きく所定値ｔｃ２より小さい所定値ｔｃ３を経過時間ｔｉｍｅに拘わらず時定数ｔｃとして用いて目標モータリングトルクＴｍ２ｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより調整モータリングトルクＴｍ２＊を設定する場合の時間変化の様子を示す。ここで、所定値ｔｃ３を時定数ｔｃとして用いる場合、エンジン２２をモータリングするのに要するエネルギを考慮して調整モータリングトルクＴｍ２＊を設定するために、目標モータリングトルクＴｍ２ｔｍｐは実施例の場合の目標モータリングトルクＴｍｔｍｐよりも大きい値を用いるものとした。図中実線に示すように、実施例の場合、調整モータリングトルクＴｍ＊は、エンジン２２の始動が指示された時刻ｔ１以降にできるだけ大きな変化程度をもって大きくなり、所定時間ｔｒｅｆが経過した時刻ｔ２以降はできるだけ小さな変化程度をもって大きくなる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上となる時刻ｔ３でエンジン２２の運転制御を開始する。一方、破線に示すように、所定値ｔｃ３を時定数ｔｃとして用いる場合、エンジン２２の始動が指示された時刻ｔ１以降にエンジン２２の気筒が上死点を越える際のエネルギが未だスタータモータ４４から充分に出力されていないことによって気筒が上死点を越える時刻ｔ２近傍でエンジン２２の回転数Ｎｅが一旦低下し、その後エンジン２２の回転数Ｎｅが上昇して回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上となる時刻ｔ４（ｔ３＜ｔ４）でエンジン２２の運転制御を開始する。このように、実施例の場合、所定値ｔｃ３を時定数ｔｃとして用いるもの（図中破線）に比してエンジン２２の気筒が上死点を越える際のエネルギをスタータモータ４４から速やかに出力することができ、エンジン２２の気筒が上死点を越える際のエンジン２２の回転数Ｎｅの低下を抑制することができる。この結果、エンジン２２の回転数Ｎｅを速やかに上昇させることができ、エンジン２２を迅速に始動することができる。また、実施例の場合、所定値ｔｃ３を時定数ｔｃとして用いるものに比して調整モータリングトルクＴｍ＊の最大値を抑制することができ、エンジン２２をモータリングする際にベルト４２に掛かる負荷を抑制することができる。

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を始動する際には、所定時間ｔｒｅｆが経過するまではできるだけ小さい所定値ｔｃ１を時定数ｔｃとして用いて目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより調整モータリングトルクＴｍ＊を設定し、所定時間ｔｒｅｆが経過した後は所定値ｔｃ１より大きい所定値ｔｃ２を時定数ｔｃとして用いて目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより調整モータリングトルクＴｍ＊を設定し、設定した調整モータリングトルクＴｍ＊をスタータモータ４４から出力してエンジン２２をモータリングし、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ以上になったときにエンジン２２の運転制御を開始するから、エンジン２２の気筒が上死点を越える際のエネルギをスタータモータ４４から速やかに出力することができ、エンジン２２の気筒が上死点を速やかに越えることができる。この結果、エンジン２２の回転数Ｎｅを迅速に上昇させることができ、エンジン２２の始動を迅速に行なうことができる。しかも、調整モータリングトルクＴｍ＊の最大値を抑制することもでき、エンジン２２のモータリングの際にベルト４２に掛かる負荷を抑制することもできる。

また、実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２をモータリングするのに要するエネルギを考慮してスタータモータ４４の調整モータリングトルクＴｍ＊を設定してエンジン２２を始動するときに、所定時間ｔｒｅｆが経過するまではできるだけ小さい所定値ｔｃ１を時定数ｔｃとして用いてなまし処理を施すことにより設定される調整モータリングトルクＴｍ＊をスタータモータ４４から出力してエンジン２２をモータリングするから、所定時間ｔｒｅｆが経過する前にできるだけ多くのエネルギをスタータモータ４４から出力しておくことができ、調整モータリングトルクＴｍ＊の最大値を抑制することができる。この結果、エンジン２２のモータリングの際にベルト４２に掛かる負荷をより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、経過時間ｔｉｍｅに拘わらず所定トルクＴ１を目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに設定するものとしたが、所定時間ｔｒｅｆが経過するまで所定トルクＴ１より大きい所定トルクＴ２を目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに設定すると共に所定時間ｔｒｅｆが経過した後は所定トルクＴ１を目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに設定するものとしてもよい。この場合の目標モータリングトルクＴｍｔｍｐおよび調整モータリングトルクＴｍ＊の時間変化の様子の一例を図５に示す。ここで、所定時間ｔｒｅｆは、例えば、エンジン２２の気筒が上死点を越えるのに要するエネルギをスタータモータ４４から出力することができるまでの時間などに設定することができ、調整モータリングトルクＴｍ＊が所定トルクＴ１を越えない範囲で設定すればよい。この場合でも、エンジン２２の気筒が上死点を越える際に要するエネルギをスタータモータ４４から迅速に出力することができ、エンジン２２を迅速に始動することができる。また、エンジン２２をモータリングする際にベルト４２に過大な負荷が掛かるのを抑制することもできる。この変形例の場合、即ち、所定時間ｔｒｅｆが経過するまで所定トルクＴ１より大きい所定トルクＴ２を目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに設定すると共に所定時間ｔｒｅｆが経過した後は所定トルクＴ１を目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに設定する場合、所定時間ｔｒｅｆが経過したか否かに拘わらず固定値（例えば、所定値ｔｃ１など）を時定数ｔｃとして用いて目標モータリングトルクＴｍｔｍｐに対してなまし処理を施すことにより調整モータリングトルクＴｍ＊を設定するものとしてもよい。この場合でも、所定時間ｔｒｅｆが経過するまで比較的大きい第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定すると共に所定時間ｔｒｅｆが経過した後は第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクＴｍ＊を設定することになるから、エンジン２２の気筒が上死点を越える際に要するエネルギを迅速にスタータモータ４４から出力することができ、エンジン２２を迅速に始動することができる。また、エンジン２２をモータリングする際にベルト４２に過大な負荷が掛かるのを抑制することもできる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、経過時間ｔｉｍｅが所定時間を経過したか否かに基づいて時定数ｔｃを設定するものとしたが、これに代えて、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値Ｎｒｅｆ２以上か否かに基づいて時定数ｔｃを設定するものとしてもよい。この場合、閾値Ｎｒｅｆ２は、前述した閾値Ｎｒｅｆよりも小さい回転数、例えば、２００ｒｐｍや３００ｒｐｍなどに設定することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２のクランクシャフト２４に取り付けられたプーリ２５とスタータモータ４４の回転軸４８に取り付けられたプーリ４７とをベルト４２を掛け渡すことにより連結するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に示すように、エンジン２２のクランクシャフト２４とスタータモータ４４の回転軸４８とをギヤ機構１４２を介して連結するものとしてもよい。この場合、エンジン２２を始動する際にギヤ機構１４２に過大な負荷が掛かるのを抑制することができる。

実施例では、エンジン２２のクランクシャフト２４にベルト４２を介して接続されエンジン２２をモータリングするスタータモータ４４を備えるエンジン２２の始動装置４０を搭載するハイブリッド自動車２０について説明したが、図７の変形例のハイブリッド自動車２２０に示すように、遊星歯車機構１２２にエンジン２２のクランクシャフト２４とモータＭＧ１と駆動輪３４ａ，３４ｂに連結された駆動軸とを接続すると共に駆動軸にモータＭＧ２を接続し、モータＭＧ１，ＭＧ２と電力をやりとりするバッテリ３０を備えるハイブリッド自動車２２０に適用するものとしてもよい。ここで、遊星歯車機構１２２や、モータＭＧ１，モータＭＧ１を制御するための図示しない電子制御ユニットなどがエンジン２２の始動装置に相当する。この場合、エンジン２２を始動する際に遊星歯車機構１２２に過大な負荷が掛かるのを抑制することができる。

実施例では、エンジン２２の始動装置４０をハイブリッド自動車２０に搭載するものとしたが、自動車以外の車両や船舶，航空機などに搭載するものとしてもよいし、建設機器など据え置き型の装置に搭載するものとしてもよい。また、エンジンの始動装置の形態やエンジンの始動方法として用いるものとしてもよい。

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。

本発明の一実施例としての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。 実施例の電子制御ユニット５０により実行される始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 目標モータリングトルクＴｍｔｍｐおよび調整モータリングトルクＴｍ＊の時間変化の様子の一例を示す説明図である。 エンジン２２を始動する際の目標モータリングトルクＴｍｔｍｐと調整モータリングトルクＴｍ＊とエンジン２２の回転数Ｎｅとの時間変化の様子を示す説明図である。 変形例の目標モータリングトルクＴｍｔｍｐおよび調整モータリングトルクＴｍ＊の時間変化の様子の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。 変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２３ クランクポジションセンサ、２４ クランクシャフト、２５，４７ プーリ、２６ モータ、２８，４６ インバータ、３０ バッテリ、３２ ＣＶＴ、３４ａ，３４ｂ 駆動輪、３６ 動力切替機構、４０ 始動装置、４２ ベルト、４４ スタータモータ、４８ 回転軸、５０ 電子制御ユニット、５２ ＣＰＵ、５４ ＲＯＭ、５６ ＲＡＭ、５８ タイマ、６０ イグニッションスイッチ、６１ シフトレバー、６２ シフトポジションセンサ、６３ アクセルペダル、６４ アクセルペダルポジションセンサ、６５ ブレーキペダル、６６ ブレーキペダルポジションセンサ、６８ 車速センサ、１２２ 遊星歯車機構、１４２ ギヤ機構、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (9)

1. 内燃機関の始動装置であって、
   動力伝達部材を介して前記内燃機関の出力軸に接続され、該内燃機関をモータリング可能なモータリング手段と、
   前記内燃機関の始動が指示されたとき、所定の条件が成立するまでは前記モータリング手段から出力すべき目標モータリングトルクに対して第１のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、前記所定の条件が成立した後は前記目標モータリングトルクに対して第２のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより前記第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、該設定した調整モータリングトルクが前記モータリング手段から出力されて前記内燃機関がモータリングされるよう該モータリング手段を制御し、該モータリングに伴って該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する始動制御手段と、
   を備える内燃機関の始動装置。
2. 前記始動制御手段は、前記モータリング手段による前記内燃機関のモータリングが開始されてから所定時間が経過する条件を前記所定の条件として制御する手段である請求項１記載の内燃機関の始動装置。
3. 請求項１記載の内燃機関の始動装置であって、
   前記内燃機関の回転数を検出する回転数検出手段を備え、
   前記始動制御手段は、前記検出された内燃機関の回転数が所定回転数以上になる条件を前記所定の条件として制御する手段である
   内燃機関の始動装置。
4. 前記始動制御手段は、前記所定の条件が成立するまでは前記目標モータリングトルクに対して第１の時定数を用いてなまし処理を施すことにより前記調整モータリングトルクを設定し、前記所定の条件が成立した後は前記目標モータリングトルクに対して前記第１の時定数より大きい第２の時定数を用いてなまし処理を施すことにより前記調整モータリングトルクを設定する手段である請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の始動装置。
5. 前記始動制御手段は、前記動力伝達部材の耐久トルク未満の所定トルクを前記目標モータリングトルクとして用いる手段である請求項１ないし４いずれか記載の内燃機関の始動装置。
6. 前記始動制御手段は、前記内燃機関をモータリングするのに要するモータリングエネルギに基づいて前記調整モータリングトルクを設定する手段である請求項１ないし５いずれか記載の内燃機関の始動装置。
7. 前記動力伝達部材は、前記内燃機関の出力軸と前記モータリング手段の回転軸とに掛けられたベルトである請求項１ないし６いずれか記載の内燃機関の始動装置。
8. 内燃機関と、請求項１ないし７いずれか記載の内燃機関の始動装置と、を備える自動車。
9. 動力伝達部材を介して内燃機関の出力軸に接続され該内燃機関をモータリング可能なモータリング手段を備える内燃機関の始動方法であって、
   前記内燃機関の始動が指示されたとき、所定の条件が成立するまでは前記モータリング手段から出力すべき目標モータリングトルクに対して第１のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより第１の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、前記所定の条件が成立した後は前記目標モータリングトルクに対して第２のなまし程度を用いてなまし処理を施すことにより前記第１の変化程度より小さい第２の変化程度をもって大きくなる調整モータリングトルクを設定し、該設定した調整モータリングトルクが前記モータリング手段から出力されて前記内燃機関がモータリングされるよう該モータリング手段を制御し、該モータリングに伴って該内燃機関が始動されるよう該内燃機関を制御する
   ことを特徴とする内燃機関の始動方法。

Images