JP2008189299A - ピストンエンジンをスタートさせるための方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電気走行状態からピストンエンジンをソフトにスタートさせる方法を提供する。
【解決手段】ハイブリッド駆動機構１が、少なくとも、ピストンエンジン２と、電気モータ３と、トランスミッション４と、ピストンエンジンと電気モータの間に配設されたクラッチ６と、コンバータロックアップクラッチ７とを有し、コンバータロックアップクラッチが、スリップ状態に切替え可能である、電気走行状態でハイブリッド駆動機構のピストンエンジンをスタートさせる方法において、コンバータロックアップクラッチでスリップを調整し、コンバータロックアップクラッチの出力側で回転数とトルクが全く変化しないか所定の範囲内でしか変化しないように、電気モータの回転数を上昇させ、トルクパルスをピストンエンジンに伝達するために、ピストンエンジンのピストンの最初の上死点を克服することができるように、クラッチを閉鎖し、クラッチを所定のスリップに調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、電気走行状態でハイブリッド駆動機構のピストンエンジンをスタートさせるための方法に関する。加えて、本発明は、この方法を実施するための自動車用のハイブリッド駆動機構と、このようなハイブリッド駆動機構を備えた自動車に関する。

ハイブリッド駆動機構は、自動車の最近の形態であり、排出物を低減させた走行を可能にする。純粋に電気で走行するための可能性を有するハイブリッド車では、即ち、いわゆるフルハイブリッド車では、電気モータを上回る出力要求をカバーする必要がある限り、電気走行中にピストンエンジンをスタートさせることができなければならない。ピストンエンジンと電気モータの間にクラッチを有するパラレルハイブリッド駆動機構では、ピストンエンジンのスタートがクラッチを閉鎖することによるピストンエンジンの牽引によって行なわれる。この場合、ピストンエンジンをスタートさせるために、安全にピストンエンジンのピストンの最初の上死点を克服するために十分なクラッチトルクが一定に調整される。この場合、電気モータは、被動回転数の降下や、これによる走行特性の急変の回避ができるように、生じているクラッチトルクを持続する必要がある。特に、スタート工程時にこのような急変を回避し、トルクピークを正常化するため、電気モータと被動系の間に配設されたコンバータロックアップクラッチに極僅かなスリップが許される。しかしながら、その場合、ピストンエンジンの牽引をするために必要なスタートトルクは、電気モータによって提供されなければならず、従って、自動車の駆動のために提供されないことが問題である。

但し、ピストンエンジンの理想的なスタート工程は、騒音レベル、振動レベル及び加速レベルを考慮して現在支配する走行状態を変えることなく行なわれるべきである。

本発明の課題は、特にピストンエンジンのソフトなスタートを可能にする、電気走行状態でハイブリッド駆動機構のピストンエンジンをスタートさせるための方法を提供することにある。

この課題は、本発明によれば、独立請求項１の特徴を有する方法によって解決される。有利な実施形は、従属請求項に記載されている。

本発明は、ピストンエンジンのピストンの圧縮行程の最初の上死点を克服するために、単にクラッチの短いトルクパルスを上方制御及び下方制御をするという一般思想に基づく。このパルスは、部品慣性、即ち被動側では（分離）クラッチの摩擦面の被動側構成要素の、駆動側ではコンバータロックアップクラッチの摩擦面の駆動側構成要素の、電気モータのロータを含めた質量慣性によって供給され、この場合、電気モータは、被動トルクが一定の場合、スタート前に高い回転数に加速される。一方では電気モータと他方ではトランスミッションの間の回転数差は、電気モータとトランスミッションの間に配設されたコンバータロックアップクラッチのスリップによって得られるので、コンバータの被動側では要求される被動トルクが提供されるが、コンバータの駆動側では、電気モータが前記慣性質量を加速するための僅かな補助トルクを発生させる。これにより、ピストンエンジンをスタートさせるために必要なトルクの一部しか電気モータによって提供する必要がなく、特にピストンエンジンをスタートさせるためのトルクパルスを利用することが可能である。

従って、本発明による方法で特に有利であるのは、最初の上死点を克服するために必要なトルクが、主に電気モータの回転するロータの質量慣性によって調達されることであり、電気モータから後から調達すべきトルクが、ピストンエンジンの最初の点火後に明らかに少なくなり、従って、僅かなトルク提供しか必要としないことである。

本発明の有利な発展形では、ハイブリッド駆動機構の必要トルクが、電気モータで調達可能なトルクがもはや必要トルクに相当しない閾値を超過することによって、スタート工程が開始される。内燃機関の起動は、電気モータの出力がもはや要求される出力レベルに相当しない場合に必要となり得るが、これは、例えばバッテリが弱い場合や電気モータの要求される回転数が非常に高い場合に生じ得る。このようなモードに入った場合、電気モータを支援するために、ピストンエンジンをスタートさせることが必要であるが、ピストンエンジンは、その場合は、パワーアップ後、同様にトルクを駆動系に供給し、これにより電気モータを支援するか、その負担を軽減することができる。しかしながら、これに対してコントロールされない電気モータのスタートは、生態学的又は経済学的見地から望ましくないので排除されるべきである。従って、前記閾値の導入は、ピストンエンジンのスタート時点を正確に規定する簡単かつ効果的な可能性である。この場合、閾値は、ピストンエンジンもしくは電気モータの設定に応じて異なったレベルに規定することができる。

本発明の別の重要な特徴及び利点は、従属請求項、図面及び図面を基にした付属の図の説明から分かる。

前記及び以下で更に説明すべき特徴が、本発明の枠から外れることがなければ、それぞれ記載された組み合わせだけでなく、他の組み合わせでも、単独でも使用可能であることは自明のことである。

図面に図示した本発明の好ましい実施例を、以下で詳細に説明する。

図１によれば、その他は図示してない自動車用の本発明によるハイブリッド駆動機構１は、本質的に内燃機関２とも呼ぶことができるピストンエンジン２と、電気モータ３と、トランスミッション４と、コンバータ５とを備える。この場合、ピストンエンジン２と電気モータ３の間には、クラッチ６、特に分離クラッチが配設されており、このクラッチは、閉鎖状態で内燃機関２を電気モータ３と駆動結合し、開放状態で内燃機関２の被動側に配置された駆動系を内燃機関２から切り離す。電気モータ３とトランスミッション４の間には、前記コンバータ５が配設されており、コンバータ５は、駆動側にコンバータロックアップクラッチ７を備える。この場合、コンバータロックアップクラッチ７と電気モータ３のロータ９の間には、例えば板材ディスクの形態のもう１つの軸方向歪要素８が配設されていてもよいが、この軸方向拡張要素は、特にコンバータ５の軸方向歪を吸収することができ、これにより、駆動系の応力負荷を低減する。この場合、クラッチ６の被動側の部分と電気モータ３とコンバータロックアップクラッチ７は、まとめてハイブリッドモジュール１０と呼ぶことができる。

この場合、図１によって示したハイブリッド駆動機構１は、いわゆるパラレルハイブリッド駆動機構１として形成されているので、ピストンエンジン２と電気モータ３は、選択的であるばかりでなく、漸増的にもトルクをトランスミッション４に導入することができる。この場合、トルクの漸増的な導入は、特に、内燃機関２もしくは電気モータ３の個々の出力が要求される必要出力に適合されないブーストモードで望ましい。

更に、図１によるハイブリッド駆動機構１は、好ましくは、純粋な内燃機関走行モード以外に純粋な電気走行モードも可能ないわゆるフルハイブリッド駆動機構である。

この場合、純粋な電気走行では、内燃機関２が停止されており、出力を増加させる時にだけ、もしくはそれ以降は純粋な電気走行がもはや可能でないバッテリの出力の下限値に達した時にだけ、起動される。できるだけソフトに、即ち好ましくはショック、騒音及び振動なしで内燃機関２のこの起動の実施を可能にするため、少なくとも内燃機関２、クラッチ及び電気モータ３もしくはコンバータ５及び特にコンバータロックアップクラッチ７と接続された制御装置１１が設けられている。

この場合、クラッチ６もコンバータロックアップクラッチ７も、低減させてトルクを伝達するか全くトルクを伝達しないスリップ状態に切替え可能である。

以下で、制御装置１１により制御可能もしくは始動可能な、電気走行状態でハイブリッド駆動機構１のピストンエンジン２をスタートさせるための方法を説明する。

この場合、内燃機関２のスタート工程の開始は、運転者の必要トルクが、電気モータ３だけで調達可能なトルクをもはや要求される必要トルクに相当しない所定の閾値を超過することによって行なわれる。この状態に入った場合、コンバータロックアップクラッチ７のスリップが調整され、コンバータロックアップクラッチ７の出力側で回転数と伝達したトルクが全く変化しないか所定の範囲内でしか変化しないように、電気モータ３の回転数が初期回転数からスタート回転数に上昇させられる。これにより、コンバータ５の出力側でトランスミッション４に内燃機関２のスタート工程中でも一定の回転数もしくは一定の駆動トルクを提供することができる。

電気モータ３がそのスタート回転数に達した場合、内燃機関２と電気モータ３の間に配設されたクラッチ６で迅速に上方制御及び下方制御が行なわれ、ピストンエンジン２のピストンの最初の点火上死点を克服するために十分なトルクパルスがピストンエンジン２に伝達される。この場合、このトルクパルスは、電気モータ３の回転するロータ９の質量慣性により発生される。これにより、本発明の主目的が、即ち内燃機関２をスタートするために電気モータ３の必要なトルクの持続を低減し、大きい電気走行領域を提供することが得られる。従って、ピストンエンジン２は、最初の点火上死点を克服する際又はその近傍でスタートされる。前記上死点を克服した後では、その初期回転数に達した際に、電気モータ３が一方でピストンエンジン２のパワーアップを支援し、他方でコンバータロックアップクラッチ７に正のトルクを伝達するように、クラッチ６が所定のスリップに調整され、これによりクラッチ６が所定の低いトルクに調整される。この場合、コンバータロックアップクラッチ７の出力側で回転数とトルクが全く変化しないか所定の範囲でしか変化しない場合に限って、コンバータロックアップクラッチ７のスリップが低減される。

内燃機関２の点火工程が最初の上死点の克服後にスタートされることに基づいて、内燃機関２は、単にスタートトルクと比べて低い別の牽引トルクの更なるパワーアップしか必要としないが、この牽引トルクは、問題なく電気モータ３によって提供することができる。ピストンエンジン２と電気モータ３が同期回転数に達した場合、クラッチ６は、完全に閉鎖することができる。この場合、クラッチ６が完全に閉鎖される前に電気モータ３の回転数を低減し、これによりオーバシュートを防止することが考えられる。クラッチ６を完全に閉鎖した後に、コンバータロックアップクラッチ７のスリップを増加させ、これにより、内燃機関２と電気モータ３により漸増的に発生されたトルクを駆動系に供給することができる。

この場合、スタート工程の開始前、即ちコンバータロックアップクラッチ７のスリップの調整前に、詳細には示してないシフトチェンジロックが起動され、このシフトチェンジロックは、特にオートマチックトランスミッションとして形成されたトランスミッション４でシフト工程を防止し、これは、内燃機関２のスタート工程を妨害する。内燃機関２がスタートされ、パワーアップされ、クラッチ６もコンバータロックアップクラッチ７も閉鎖された場合、シフトチェンジロックは、再び停止することができる。

有利なことに、本発明による方法では、トルクパルスを伝達する前にピストンエンジン２のピストンが最初の上死点に向かって回転される。このような回転は、例えば制御装置１１により、スタート工程の直前に少ないクラッチトルクを予め与えることにより生じさせることができる。

進行がピストンエンジン２のスタート段階中に非常に時間に臨界的であるので、信号を伝送する際の無駄時間は無条件に回避すべきである。このような無駄時間は、例えばＣＡＮ到達時間、計算時間並びにセンサの走査周波数等によって生じ得る。従って、理想的には、関与する全ての構成要素の制御部や、全てのセンサ信号のためのインターフェースが本発明による制御装置１１にまとめられている。

本発明によるハイブリッド駆動機構の概略図を示す。

符号の説明

１ ハイブリッド駆動機構
２ ピストンエンジン（内燃機関）
３ 電気モータ
４ トランスミッション
５ コンバータ
６ クラッチ
７ コンバータロックアップクラッチ
８ 軸方向歪要素
９ ロータ
１０ ハイブリッドモジュール
１１ 制御装置

Claims (11)

1. ハイブリッド駆動機構（１）が、少なくとも、ピストンエンジン（２）と、電気モータ（３）と、トランスミッション（４）と、ピストンエンジン（２）と電気モータ（３）の間に配設されたクラッチ（６）と、コンバータロックアップクラッチ（７）とを有し、コンバータロックアップクラッチ（７）が、電気モータ（３）とトランスミッション（４）の間に配設され、電気モータ（３）からトランスミッション（４）に、低減させてトルクを伝達するか全くトルクを伝達しないスリップ状態に切替え可能である、電気走行状態でハイブリッド駆動機構（１）のピストンエンジン（２）をスタートさせるための方法において、
   −コンバータロックアップクラッチ（７）のスリップが調整され、
   −コンバータロックアップクラッチ（７）の出力側で回転数とトルクが全く変化しないか所定の範囲内でしか変化しないように、電気モータ（３）の回転数が初期回転数からスタート回転数に上昇及び調整され、
   −ピストンエンジン（２）のピストンの最初の上死点を克服するために十分なトルクパルスがピストンエンジン（２）に伝達されるように、ピストンエンジン（２）と電気モータ（３）の間に配設されたクラッチ（６）のトルクが迅速に上方制御及び下方制御され、
   −最初の上死点を克服する際又は克服した後にピストンエンジン（２）のスタート工程が開始され、
   −その初期回転数に達した際に、電気モータ（３）が、一方でピストンエンジン（２）のパワーアップを支援し、他方でコンバータロックアップクラッチ（７）に正トルクを伝達し、その際、コンバータロックアップクラッチ（７）の出力側で回転数とトルクが全く変化しないか所定の範囲内でしか変化しない場合に限って、コンバータロックアップクラッチ（７）のスリップが低減されるように、クラッチ（６）を所定のスリップに調整し、これによりクラッチ（６）を所定のトルクに調整する
   ことを特徴とする方法。
2. ハイブリッド駆動機構（１）の必要トルクが、電気モータ（３）単独で調達可能なトルクがもはや必要トルクに相当しない閾値を超過することによって、スタート工程が開始されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. コンバータロックアップクラッチ（７）のスリップを調整する前に、シフトチェンジロックが起動されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. ピストンエンジン（２）と電気モータ（３）の同期回転数に達した際にクラッチ（６）が完全に閉鎖されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の方法。
5. クラッチ（６）を完全に閉鎖する前に電気モータ（３）の回転数が低減され、これによりピストンエンジン（２）の回転数のオーバシュートが防止されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の方法。
6. −クラッチ（６）を完全に閉鎖した後にコンバータロックアップクラッチ（７）のスリップが増加されること、及び／又は
   −クラッチ（６）を完全に閉鎖した後にシフトチェンジロックが停止されること
   を特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の方法。
7. ブーストモードを達成するためにクラッチ（６）を完全に閉鎖した後に電気モータ（３）が同様にトルクを発生させ得ることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の方法。
8. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の方法を実施するための自動車用のハイブリッド駆動機構（１）において、
   −少なくともピストンエンジン（２）と電気モータ（３）とクラッチ（６）とコンバータロックアップクラッチ（７）と結合された制御装置（１１）が設けられていること、
   制御装置（１１）が
   −コンバータロックアップクラッチ（７）のスリップを調整し、
   −コンバータロックアップクラッチ（７）の出力側で回転数とトルクが全く変化しないか所定の範囲内でしか変化しないように、電気モータ（３）の回転数を初期回転数からスタート回転数に上昇及び調整し、
   −ピストンエンジン（２）のピストンの最初の上死点を克服するために十分なトルクパルスがピストンエンジン（２）に伝達されるように、ピストンエンジン（２）と電気モータ（３）の間に配設されたクラッチ（６）のトルクを迅速に上方制御及び下方制御し、
   −最初の上死点を克服する際又は克服した後にピストンエンジン（２）のスタート工程を開始し、
   −その初期回転数に達した際に、電気モータ（３）が、一方でピストンエンジン（２）のパワーアップを支援し、他方でコンバータロックアップクラッチ（７）に正トルクを伝達し、その際、コンバータロックアップクラッチ（７）の出力側で回転数とトルクが全く変化しないか所定の範囲内でしか変化しない場合に限って、コンバータロックアップクラッチ（７）のスリップが低減されるように、クラッチ（６）を所定のスリップに調整し、これによりクラッチ（６）を所定のトルクに調整する
   ように形成されていることを特徴とするハイブリッド駆動機構。
9. 制御装置（１１）が、トルクパルスを伝達する前にピストンエンジン（２）のピストンを最初の上死点に向かって回転させるように、制御装置（１１）が形成されていることを特徴とする請求項８に記載のハイブリッド駆動機構。
10. ピストンエンジン（２）のスタート工程の際にコンバータロックアップクラッチ（７）の駆動側の回転数が、コンバータロックアップクラッチ（７）の被動側の回転数よりも常に大きいことを特徴とする請求項８又は９に記載のハイブリッド駆動機構。
11. 請求項８〜１０のいずれか１つに記載のハイブリッド駆動機構（１）を有する自動車。

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