JP2007315221A - 車両用動力装置およびその制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】フライホールに蓄えられた回転エネルギにより、エンジンの再始動を行う車両用の動力装置において、フライホイールをエンジンの出力軸に接続・切断するクラッチの負担を低減する。
【解決手段】エンジン１２を始動する際に、まず第１モータ１４の出力によりエンジン１２の回転速度を上昇させる。回転速度が所定速度に達したら、クラッチ４４の係合を開始して、蓄エネフライホイール４２によりエンジン１２の回転速度を高める。所定の速度に達したら、エンジン１２に燃料を供給し、点火を行って始動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転エネルギを蓄積し、このエネルギをエンジンの始動時に用いる車両用動力装置に関し、特にそのエンジン始動時の制御に関する。

フライホイールを回転させてエネルギを蓄え、この蓄えられたエネルギを利用して、エンジンの始動を行うエンジンの再始動装置が知られている。例えば、下記特許文献１には、エンジンを再始動する前に、モータによりフライホイールを回転させておき、このフライホイールに蓄えられた回転エネルギと、モータの出力によりエンジンをクランキングして始動する技術が開示されている。また、下記特許文献２には、車両走行中に、エンジンの出力によりフライホイールを回転させ、車両が停車し、エンジンを停止させたときにも、これを回転させ続け、再始動時にこの回転を利用する技術が開示されている。

特開２００２−４８０３６号公報（段落００６９−００７０等） 実願昭５６−１４２５３４号のマイクロフィルム

前記特許文献に記載の技術においては、エンジンの再始動時において、回転するフライホイールに蓄えられたエネルギと、モータの出力をどのようなタイミングで用いるかについて、何ら示唆がなされていない。エンジンが停止している状態から、高速で回転するフライホイールを接続してクランキングを行うと、フライホイールとエンジンの回転速度の差が大きく、フライホイールをエンジン出力軸に接続するクラッチの負担が大きくなる。また、このクラッチの接続時に振動やショックが発生する。

本発明は、フライホイールに蓄えられたエネルギを用いてエンジンの再始動を行う際に、エンジン出力軸に接続するクラッチの負担を低減し、振動やショックの発生を抑制することを目的とする。

前述の課題を解決するために、本発明の車両用動力装置は、車両を駆動するエンジンと、エンジンの始動に用いられるモータと、回転することによりエネルギを蓄積するフライホイールと、フライホイールを、エンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチと、エンジン、モータの運転およびクラッチの接続・切断動作を制御する制御部と、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサと、を有し、エンジン始動時において、モータによるクランキングと、フライホイールに蓄積されたエネルギによるクランキングを行い、前記制御部は、エンジン始動時に、まずモータによりクランキングを行い、検出されたエンジン回転速度が所定速度に達した時点で、クラッチを接続してフライホイールによるクランキングを追加することを特徴とする。

さらに、フライホイールの回転速度を検出するフライホイール回転速度センサを有するようにでき、前記制御部が、検出されたフライホイール回転速度とエンジン回転速度との差に基づき、クラッチの係合圧を制御するようにできる。

さらに、前記制御部が、フライホイールによるクランキングが開始された際に、モータによるクランキングを減少させるように制御するようにできる。

さらに、当該動力装置は、ハイブリッド車両の動力装置であり、前記モータは当該車両の駆動に利用されるモータとすることができる。

また、本発明の他の態様である車両用動力装置の制御装置は、車両を駆動するエンジンと、エンジンの始動に用いられるモータと、回転することによりエネルギを蓄積するフライホイールと、フライホイールをエンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチと、を有する動力装置を制御し、エンジン始動時において、モータと、フライホイールを用いてクランキングを行い、さらに、エンジンの回転速度を取得するエンジン回転速度取得手段と、取得されたエンジン回転速度が所定値に達すると、クラッチを接続制御するクラッチ制御手段と、を有する。

以下、本発明の実施形態を、図面に従って説明する。図１は、本実施形態に係るハイブリッド車両の動力装置１０の概略構成を示す図である。動力装置１０は、車両を駆動する原動機としてエンジン１２、発電が可能な第１および第２モータ１４，１６を有する。これらの原動機は、動力分配統合機構１８を構成する遊星歯車機構の三要素にそれぞれ接続されている。すなわち、遊星歯車機構のプラネタリキャリア２０にエンジン１２が、サンギア２２に第１モータ１４が、リングギア２４に第２モータ１６が接続されている。またリングギア２４には、出力ギア２６が接続され、この出力ギア２６から各原動機の出力が統合された動力が、減速歯車列２８、差動装置３０およびドライブシャフト３２を介して駆動輪３４に伝達される。

動力分配統合機構を設け、エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６の回転速度、出力トルクを制御することにより、エンジン１２と第２モータ１６で車両を駆動する、またエンジン１２により第１モータ１４を駆動して発電を行う、また車両の慣性による駆動輪３４からの回転力により第２モータ１６で回生発電を行うなど、動力装置１０は、様々な態様の運用を行うことが可能となっている。

第１モータ１４とサンギア２２は、第１モータ１４の出力軸を介して直接結合されている。一方、第２モータ１６は、減速機構３６を介してリングギア２４に接続されている。減速機構３６は、遊星歯車機構を採用することができ、サンギアに第２モータ１６の出力軸が接続され、リングギアに、動力分配統合機構のリングギア２４が接続される。プラネタリキャリアは固定され、これにより第２モータ１６の回転は減速して出力ギア２６に伝達される。

エンジン１２とプラネタリキャリア２０は、捩りダンパ３８を介して接続されている。さらに、エンジン出力軸４０の、エンジン１２と捩りダンパ３８の間には、回転エネルギを蓄えるフライホイール４２がクラッチ４４を介して設けられている。このフライホイール４２は、一般的なフライホイール、すなわちエンジンのクランク軸に結合され、これと一体に回転するフライホイールとは異なるものであり、これらを区別するために、以降、フライホイール４２を蓄エネフライホイール４２と記す。なお、蓄エネフライホイール４２は、通常のフライホイールとの間にクラッチを設け、これに接続・切断するように構成して、エンジン出力軸に対して接続・切断できるようにしてもよい。

蓄エネフライホイール４２は、クラッチ４４によりエンジン出力軸４０と接続・切断が可能となっている。エンジン１２が回転しているときにクラッチ４４を接続状態とし、エンジン１２などの原動機、または車両の慣性によって、蓄エネフライホイール４２を回転駆動し、これに回転エネルギを蓄える。エンジンの回転速度が所定値より低くなったら、またはエンジンを停止する状況になったら、クラッチ４４を切断状態として、蓄エネフライホイール４２を回転させたままの状態とする。エンジン１２を再始動する際、蓄エネフライホイール４２に蓄えられたエネルギを利用する。すなわち、エンジン１２の再始動時、クラッチ４４を接続してエンジン出力軸４０を回転させる。このとき、第１モータ１４もエンジン１２を回転させるようにすることもできる。

また、この蓄エネフライホイール４２がエンジン出力軸４０に接続されている状態においては、エンジン１２の回転系の慣性モーメントが増加し、エンジン１２の回転変動を小さくすることができ、振動騒音を低減する効果がある。また、蓄エネフライホイール４２をエンジン出力軸４０から切断した場合、慣性モーメントが減少し、エンジンを加速させる際などの応答性を良好にする効果がある。

第１および第２モータ１４，１６は、それぞれ第１および第２インバータ４６，４８を介してバッテリ５０に接続されている。バッテリ５０に蓄えられた電力は、第１および第２インバータ４６，４８にて交流に変換され、第１および第２モータ１４，１６に供給され、これらを駆動する。また、第１および第２モータ１４，１６により発電された電力は、第１および第２インバータ４６，４８により直流または脈流に変換されてバッテリ５０に送られ、ここに蓄えられる。

エンジン１２、第１および第２モータ１４，１６、蓄エネフライホイール４２の回転速度を検出するためにそれぞれに回転速度センサ５２，５４，５６，５８が設けられている。エンジンの回転速度センサ５２は、回転速度信号をエンジン電子制御装置（エンジンＥＣＵ）６０に送出し、エンジンＥＣＵ６０は、この信号およびエンジン制御にかかる他の信号に基づきエンジンの回転速度、出力トルクを制御する。第１および第２モータ１４，１６の回転速度センサ５４，５６は、回転速度信号をモータＥＣＵ６２に送出し、モータ電子制御装置（モータＥＣＵ）６２は、この信号等に基づきモータの回転速度、出力トルクを制御する。さらに、バッテリ５０の蓄電量等を制御するために、バッテリ電子制御装置（バッテリＥＣＵ）６４が設けられている。これらのＥＣＵ６０，６２，６４は、さらに上位のハイブリッド電子制御装置（ハイブリッドＥＣＵ）６６に接続されている。ハイブリッドＥＣＵには、運転者が操作するイグニッションスイッチ６８、アクセルペダル７０、ブレーキペダル７２、シフトレバー７４などからの、加速したい、減速したいなどの運転者の意図を反映する信号が入力される。また、車両の走行速度を検出する車速センサ７６からの信号も入力される。なお、この車速センサ７６からの信号は、第２モータ１６の回転速度をモータＥＣＵ６２を介して取得し、代用することもできる。

ハイブリッドＥＣＵ６６は、上述の運転者が操作するアクセルペダル７０等の操作子からの信号に基づき、運転者の要求を判断し、一方で各ＥＣＵ６０，６２，６４および車速センサ７６からの情報に基づき車両の状態を把握して、運転者の要求および車両の状態に適用した運転を行うように、各ＥＣＵに指示を行う。また、ハイブリッドＥＣＵ６６は、運転者の要求、車両の状態に基づき、蓄エネフライホイールに関する制御も行う。

蓄エネフライホイール４２の動作について、さらに詳細に説明する。この動力装置１０においては、信号待ちなどで車両が一時的に停止しているか、また車速が低速であってエンジン１２の効率が低いときなどに、バッテリ５０の充電を行う必要がないなどの条件が満たされると、エンジン１２を一時的に停止する。このような一時的な停止状態から、所定の車速以上になるなど、所定の条件が満たされると、ハイブリッドＥＣＵ６６はエンジンの再始動に係る制御を行う。このときの始動を、イグニッションスイッチ６８が操作されたことに基づく始動と区別するために、以降、再始動と記す。この動力装置１０においては、再始動を、蓄エネフライホイール４２に蓄えられたエネルギと、第１モータ１４の出力とにより行う。

エンジン再始動の条件が満足されたとハイブリッドＥＣＵ６６が判断すると、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２に対して、エンジン１２およびモータ特に第１モータ１４の所定の制御を実行するよう指令がなされる。また、エンジン１２および第１モータ１４の制御と同期してクラッチ４４の接続制御も行う。したがって、ハイブリッドＥＣＵ６６、エンジンＥＣＵ６０およびモータＥＣＵ６２は、エンジン、モータの運転制御および蓄エネフライホイール４２の接続・切断を行うクラッチを制御する制御部として機能する。

再始動時、停止しているエンジン１２に、高速で回転している蓄エネフライホール４２を直接接続すると、エンジン１２と蓄エネフライホイール４２の回転速度の差が大きく、クラッチ４４の負担が大きくなる。また、クラッチ４４を接続する際に振動やショックが発生する。本実施形態の動力装置１０においては、再始動時のクラッチ４４の接続により生じる振動、ショックを軽減するために、まず第１モータ１４によりエンジンのクランキングを行い、所定の回転速度に達したら、クラッチ４４を接続して蓄エネフライホイールによりクランキングを行う。この制御について、以下詳細に説明する。

図２には、エンジン再始動時の蓄エネフライホイール４２の回転速度１００、エンジン回転速度１０２、クラッチ４４の伝達率１０４、第１モータ１４および蓄エネフライホイール４２のエンジン１２を駆動するトルクの関係を示すタイムチャートが示されている。トルクを示すチャートの台形の線１０６が第１モータ１４によるトルクを示し、この線１０６の台形で囲まれた部分１０８が、第１モータ１４がエンジン１２に与えたエネルギになる。また、トルクを示すチャートの線１１０が蓄エネフライホイール４２によるトルクを示し、この線１１０と、線１０６で囲まれた部分１１２が、蓄エネフライホイール４２がエンジン１２に与えたエネルギになる。

ハイブリッドＥＣＵ６６にて、エンジン１２の再始動が必要であると判断されると、回転速度センサ５８に検出された蓄エネフライホイール４２の回転速度が読み込まれ、この回転速度に応じた制御が行われる。まず、第１モータ１４が、エンジンのクランキングを行うように回転駆動する指令がなされ、モータＥＣＵ６２が、この指令に基づき第１および第２モータ１４，１６の制御を行う。第１モータ１４は、徐々に出力トルクを増加させるように制御され、エンジン１２の回転速度が急激に上昇して振動などが発生しないようにする。

エンジン１２の回転速度１０３が所定の回転速度Ｎｅｔに達した時点ｔ１で、クラッチ４４の係合を開始する。エンジンの回転速度は、回転速度センサ５２により検出される。クラッチ４４の伝達率は、入出力の回転速度の比であり、０パーセントであれば、クラッチが完全に切れたときの状態を表し、１００パーセントでクラッチが完全に係合したことを表す。クラッチの伝達率を徐々に高めて、蓄エネフライホイール４２に蓄えられたエネルギを徐々にエンジン４０に伝える。これにより、エンジン回転速度が更に上昇し、所定の時点で、第１モータ１４の駆動を終えて、蓄エネフライホイール４２の駆動によりエンジン回転速度を上昇させる。第１モータ１４の駆動を終了する時点は、初めに蓄エネフライホイール４２に蓄えられているエネルギに応じて変化するようにできる。蓄えられていたエネルギが多ければ、短い時間で第１モータ１４を停止し、逆に蓄えられていたエネルギが少なければ、長い時間、第１モータ１４による駆動を続けるようにできる。エンジン回転速度が所定の値になったら、燃料を供給し、点火を行って、エンジンを始動する。

以上のように、まず第１モータ１４によりエンジン１２の回転速度を上昇させ、所定の回転速度に達してから、クラッチ４４を繋いで蓄エネフライホイール４２によりエンジンの回転速度を上昇させる。これにより、クラッチ４４の負担を軽減させることができる。また、急激な速度変化による振動、ショックなどを低減することができる。

本実施形態においては、エンジンを、走行および発電に用いるモータによりクランキングを行う動力装置について説明したが、始動専用のモータ、発電は行うが、走行には用いられないモータなどと蓄エネフライホイールを組み合わせて再始動を行うようにすることもできる。

本実施形態に係る動力装置の概略構成図である。 エンジン再始動時にける蓄エネフライホイールの回転速度、エンジンの回転速度、クラッチの伝達率および始動トルクの変化を示すタイムチャートである。

符号の説明

１０ 動力装置、１２ エンジン、１４ 第１モータ、１６ 第２モータ、１８ 動力分配統合機構、４０ エンジン出力軸、４２ 蓄エネフライホイール、４４ クラッチ、５２ エンジンの回転速度センサ、５８ 蓄エネフライホイールの回転速度センサ。

Claims (5)

1. 車両を駆動するエンジンと、
   エンジンの始動に用いられるモータと、
   回転することによりエネルギを蓄積するフライホイールと、
   フライホイールを、エンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチと、
   エンジン、モータの運転およびクラッチの接続・切断動作を制御する制御部と、
   エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度センサと、
   を有し、エンジン始動時において、モータによるクランキングと、フライホイールに蓄積されたエネルギによるクランキングを行う車両用動力装置であって、
   前記制御部は、エンジン始動時に、まずモータによりクランキングを行い、検出されたエンジン回転速度が所定速度に達した時点で、クラッチを接続してフライホイールによるクランキングを追加する、
   ことを特徴とする車両用動力装置。
2. 請求項１に記載の車両用動力装置であって、さらにフライホイールの回転速度を検出するフライホイール回転速度センサを有し、
   前記制御部は、検出されたフライホイール回転速度とエンジン回転速度との差に基づき、クラッチの係合圧を制御する、車両用動力装置。
3. 請求項１または２に記載の車両用動力装置であって、前記制御部は、フライホイールによるクランキングが開始された際に、モータによるクランキングを減少させる、車両用動力装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載された車両用動力装置であって、当該動力装置は、ハイブリッド車両の動力装置であり、前記モータは当該車両の駆動に利用されるモータであることを特徴とする車両用動力装置。
5. 車両を駆動するエンジンと、エンジンの始動に用いられるモータと、回転することによりエネルギを蓄積するフライホイールと、フライホイールをエンジンの出力軸に対し接続・切断するクラッチと、を有する動力装置を制御し、エンジン始動時において、モータと、フライホイールを用いてクランキングを行う車両用動力装置の制御装置であって、
   エンジンの回転速度を取得するエンジン回転速度取得手段と、
   取得されたエンジン回転速度が所定値に達すると、クラッチを接続制御するクラッチ制御手段と、
   を有する車両用動力装置の制御装置。

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