JP2009035121A

JP2009035121A - ハイブリッド車両の内燃機関の始動制御装置

Info

Publication number: JP2009035121A
Application number: JP2007200958A
Authority: JP
Inventors: Shunichi Shiino; 俊一椎野
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2007-08-01
Filing date: 2007-08-01
Publication date: 2009-02-19

Abstract

【課題】エンジン始動時における加速性能と制振性能とを両立させたパラレル式ハイブリッド車両の内燃機関の始動制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンとモータとを原動機とし、エンジン停止モードを有するハイブリッド車両において、エンジン始動時、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔを、エンジンの目標トルクＴＴＥＮＧに応じて変更する構成とした。
【選択図】図５

Description

本発明は、ハイブリッド車両の内燃機関の始動制御装置に関し、特に、エンジンの出力とモータの出力とを直接走行駆動力として用いるパラレル式車両において、エンジン始動時における加速性能と制振性能とを両立させる技術に関する。

特許文献１に記載のハイブリッド車両では、エンジンの始動時、エンジン（マウント系を含む）の共振点よりも高い回転速度において燃焼室への燃料噴射を開始することで、燃焼開始時のトルク変動が起振力となって共振点付近で大きな振動が発生するのを抑制している。
特許第３４６８８８１号

特許文献１に記載のハイブリッド車両は、エンジンが発電機の駆動専用とされたシリーズ式であり、走行はすべてモータのトルクによって行われる。

一方、パラレル式のハイブリッド車両では、加速要求時に、モータのトルク不足を補うためエンジンを始動することがある。このとき、上述のようにエンジン回転速度が共振点よりも高い領域に達するまで燃料噴射を停止させると、エンジン始動要求から燃焼開始によるトルク増大までに長い時間を要し、加速が遅れてしまう。

本発明は、以上のような従来の問題点に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時における加速性能と制振性能とを両立させたハイブリッド車両の内燃機関の始動制御装置を提供することを目的とする。

このため本発明は、エンジンとモータとを原動機とし、エンジン停止モードを有するハイブリッド車両において、エンジン始動時、燃料噴射を開始するエンジン回転速度を、エンジンの目標トルクに応じて変更する構成とした。

以上の構成によって、エンジン始動時、燃料噴射を開始するエンジン回転速度を、エンジンの目標トルクに応じて適切に変更制御すれば、エンジン始動要求があってから燃料噴射開始及び燃焼開始までの期間を適切に調整できる。

燃料噴射を開始するエンジン回転速度を低く設定するほど、エンジン始動要求があってから早期に燃料噴射及び燃焼が開始して、加速性能が向上する。また、燃料噴射を開始するエンジン回転速度をエンジン共振域よりも高く設定すれば、燃焼開始時のトルク変動が起振力となって共振点付近で大きな振動が発生するのを抑制できる。

このように、加速性能と制振性能とを両立させることができる。

図１は、本発明が適用されるハイブリッド車用のパワートレイン（パラレル式）の一例を示す。

エンジン１の出力軸が、第１のクラッチ２を介してモータ・ジェネレータ３に連結され、モータ・ジェネレータ３の出力軸が第２のクラッチ４を介してトランスミッション５に連結されている。

エンジン１は、エンジンコントローラ（ＥＣＭ）６、モータ・ジェネレータ３は、モータコントローラ（ＭＣ）７らの指令を受けてそれぞれ制御され、ＥＣＭ６、ＭＣ７は、ハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）８からの指令によって統合的に制御される。

バッテリ９は、前記各コントローラ６〜８に電力を供給する。

また、インバータ１０は、バッテリ９からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ３に出力し、モータ・ジェネレータ３をモータとして駆動すると共に、モータ・ジェネレータ３がジェネレータとして機能するときには、モータ・ジェネレータ３からの発電電力を直流電力に変換してバッテリ９を充電する。

モータ・ジェネレータ３は、走行駆動用とエンジン１の始動用との機能を兼ね備え、走行時には、第２のクラッチ４を接続し、エンジン１の駆動力を用いる（単独またはモータ・ジェネレータ３の駆動力との併用で）際には、第１のクラッチ２も接続する。また、エンジン１を始動する際には、第２のクラッチ４を切り離し、第１のクラッチ２を接続してクランキングを行う。

そして、前記エンジン１には、吸気ポート又は燃焼室へ燃料を噴射する燃料噴射弁（図示せず）と、暖機用の加熱手段１１と、が設けられている。

図２は、パワートレインの別の例を示す。

図１と相違するのは、走行用の第１のモータ・ジェネレータ３とは別に、ベルト１２を介してエンジン１と連動するエンジン始動用の第２のモータ・ジェネレータ１３を備え、さらに該第２のモータ・ジェネレータ１３とバッテリ９との間の第２のインバータ１４、第２のモータ・ジェネレータ１３に指令を与える第２のモータコントローラ１５を備え、前記第２のクラッチ４が省略される点である。

図３は、前記ＨＣＭ８の入出力状態を示す。

イグニッションキースイッチ信号ＩＧＮＳＷ、ブレーキスイッチ信号ＢＲＳＷ、エンジン回転速度信号ＮＥ、コモンレールの燃料圧力信号ＰＲａｉｌ、アクセル開度信号ＡＰＳ、車速信号ＶＳＰ、バッテリ充電状態信号ＳＯＣ、吸入空気温度信号ＴＡ、エンジン冷却水温度信号ＴＷ、エンジン排気浄化用の触媒温度信号ＴＣを入力し、ＥＣＭ６にエンジン目標トルク、始動許可信号を出力し、ＭＣ７にモータ・ジェネレータへのトルク制御／回転速度制御との制御切換信号、モータ目標トルク信号、目標回転速度信号を出力し、各クラッチ２、４にクラッチ制御信号を出力する。

図４は、上記エンジン目標トルク及びモータ目標トルクの計算フローを示す。

ステップＳ１０１では、運転状態、即ち、車速ＶＳＰ、アクセル開度ＡＰＳ、バッテリ充電状態ＳＯＣ、エンジン冷却水温度ＴＷ、触媒温度ＴＣ等を読み込む。

ステップＳ１０２では、アクセル開度ＡＰＳ又はこれの単位時間あたりの変化量に基づいて、車両の目標総トルク（要求トルク）を算出する。

ステップＳ１０３では、エンジン目標トルク、即ち車両の目標総トルクのうちエンジンの目標負担分を算出する。

次いでステップＳ１０４では、モータ目標トルク、即ち車両の目標総トルクのうちモータの目標負担分を算出し、リターンとなる。

なお、上記エンジン目標トルク及びモータ目標トルクの分担割合は、車速ＶＳＰ、トルク又はその変化量、バッテリ充電状態ＳＯＣ、エンジン冷却水温度ＴＷ、触媒温度ＴＣ等に基づいて算出される。

図５は、本実施形態における燃料噴射開始制御のフローを示し、図６は、図５の制御時における時間とエンジン回転速度及び燃料噴射量との関係を示す。

図５のフローが実行されるのは、エンジンの停止時からの始動要求時、即ち、エンジン回転速度＝０の状態において図４のステップＳ１０３でエンジン目標トルク＞０となったときである。例えば、エンジンの停止時において、大きな加速力要求があったとき、バッテリの充電要求があったとき、排気浄化触媒やエンジン本体等の暖機要求があったとき、などである。

図５において、まずステップＳ２０１では、エンジン目標トルクＴＴＥＮＧ（図４のステップＳ１０３で算出）、エンジン回転速度ＮＥ、燃料圧力ＰＲａｉｌを読み込む。

次に、ステップＳ２０２では、燃料噴射が停止中であるかを判定する。エンジンの停止中は、燃料噴射の開始前であるので、判定がＹＥＳとなってステップＳ２０３に進む。燃料噴射が既に開始されていれば、ステップＳ２０２の判定がＮＯとなり、リターンとなる。

ステップＳ２０３では、エンジン目標トルクＴＴＥＮＧが第２の所定値ＴＴＥ２より大きいか、即ち、急加速時等の出力が最優先される状況かを判定する。

ステップＳ２０３で、ＴＴＥＮＧ＞ＴＴＥ２と判定されたときは、ステップＳ２０４に進む。

一方、ステップＳ２０３で、ＴＴＥＮＧ≦ＴＴＥ２と判定されたときは、ステップＳ２０９に進み、エンジン目標トルクＴＴＥＮＧが、第２の所定値ＴＴＥ２より小さい第１の所定値ＴＴＥ１より大きいか、即ち、加速要求がある状況かを判定する。

ステップＳ２０９でＴＴＥＮＧ＞ＴＴＥ１と判定されたときは、ステップＳ２１０に進む。

一方、ステップＳ２０９でＴＴＥＮＧ≦ＴＴＥ１と判定されたとき（加速要求がなく、バッテリ９の充電等のためにエンジン始動要求がされている状況）は、ステップＳ２１３に進む。

ステップＳ２０４では、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔを、図６に示すＮｅＱｓｔ１に設定し、ステップＳ２０５に進む。

ステップＳ２０５では、燃料噴射開始時の燃料噴射量ＱＱｓｔを、図６に示すＱＱｓｔ１に設定し、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２１０では、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔを、図６に示すＮｅＱｓｔ２（ＮｅＱｓｔ２＞ＮｅＱｓｔ１）に設定し、ステップＳ２１１に進む。

ステップＳ２１１では、燃料噴射開始時の燃料噴射量ＱＱｓｔを、図６に示すＱＱｓｔ２（ＱＱｓｔ２＜ＱＱｓｔ１）に設定し、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２１３では、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔを、図６に示すＮｅＱｓｔ３（ＮｅＱｓｔ３＞ＮｅＱｓｔ２）に設定し、ステップＳ２１４に進む。

ステップＳ２１４では、燃料噴射開始時の燃料噴射量ＱＱｓｔを、図６に示すＱＱｓｔ３（ＱＱｓｔ３＜ＱＱｓｔ２）に設定し、ステップＳ２０６に進む。

ステップＳ２０６では、エンジン回転速度ＮＥが、前記ステップＳ２０５，Ｓ２１１，Ｓ２１４のいずれかにおいて設定されたＮｅＱｓｔ以上となったかを判定する。

ステップＳ２０６でＮＥ＜ＮｅＱｓｔと判定されたときは、エンジン回転速度ＮＥが、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔに到達していない状態であるため、ステップＳ２１２に進み、燃料噴射を禁止してリターンとなる。

一方、ステップＳ２０６でＮＥ≧ＮｅＱｓｔと判定されたときは、ステップＳ２０７に進む。

ステップＳ２０７では、燃料圧力ＰＲａｉｌが所定値ＰＬｏｗよりも大きいかを判定する。

ステップＳ２０７でＰＲａｉｌ≦ＰＬｏｗと判定されたときは、コモンレールの燃料圧力ＰＲａｉｌが十分でない状態であるため、ステップＳ２１２に進み、燃料噴射を禁止してリターンとなる。

一方、ステップＳ２０７でＰＲａｉｌ＞ＰＬｏｗと判定されたときは、ステップＳ２０８に進み、燃料噴射を許可してリターンとなる。

ステップＳ２０８で燃料噴射が許可されると、図６に示すように、エンジン目標トルクＴＴＥＮＧが大きいときほど、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔが低く設定され、エンジン始動要求があってから早期に燃料噴射が開始されると共に、燃料噴射開始時の燃料噴射量も多くなる。

本実施形態によれば、エンジン目標トルクが高いとき（アクセル踏込みによる加速要求時など）は、エンジン目標トルクが低いとき（バッテリの充電要求によるエンジン始動時など）と比べて、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔを低く設定している。これにより、エンジン始動要求時、燃料噴射及び燃焼が早期に開始し、加速性能が向上する。

さらに、エンジン目標トルクが高いときは、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔをエンジン（マウント系及び駆動系を含む）の共振域まで引き下げ、かつ、燃料噴射開始時の燃料噴射量ＱＱｓｔを大きく設定しているため、より大きなエンジントルクを早期に発生させ、加速性能をより向上させることができる（加速を優先）。

また、ＴＴＥＮＧ＞ＴＴＥ２のようにエンジン目標トルクが著しく高いときを除き、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔを、マウント系及び駆動系を含むエンジンの共振域よりも高く設定している。これにより、燃焼開始時のトルク変動が起振力となって共振点付近で大きな振動が発生するのを最小限に抑えている（制振を優先）。

このように、本実施形態によって、エンジン始動時における加速性能と制振性能とを両立させることができる。

また、本実施形態では、燃料圧力ＰＲａｉｌが所定値ＰＬｏｗよりも大きくなってから燃料噴射を許可することで、燃料噴射量を十分に確保し、燃焼を安定させると共に未燃燃料排出量を低減することが可能となる。したがって、燃料圧力ＰＲａｉｌを速やかに上昇させて早期に燃料噴射を開始するために、前回のエンジン運転時の燃圧を保持したり、エンジン始動前に予め燃料に加圧を行ったりするポンプ（図示せず）を設けてもよい。

上記実施形態では、燃料噴射を開始するエンジン回転速度ＮｅＱｓｔ及び燃料噴射開始時の燃料噴射量ＱＱｓｔの切り換え制御のため、エンジン目標トルクの閾値（ＴＴＥ１及びＴＴＥ２）を設けている。しかし、本発明はこれに限られず、エンジン目標トルクの変化に対するハンチングを抑制するため、前記閾値にヒステリシスを与えたり、ＮｅＱｓｔ及びＱＱｓｔをエンジン目標トルクに対してマップで割り付け、エンジン目標トルクに応じて求めたりしてもよい。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車用のパワートレインの一例を示すブロック図。本発明の実施形態に係るハイブリッド車用のパワートレインの別の例を示すブロック図。同上実施形態のハイブリッドコントローラの入出力状態を示す図。同上実施形態に係るエンジン目標トルク及びモータ目標トルクの計算フローを示す図。同上実施形態に係る燃料噴射開始制御のフローを示す図。同上実施形態に係る時間とエンジン回転速度及び燃料噴射量との関係を示す図。

符号の説明

１エンジン、
３モータ・ジェネレータ
６エンジンコントローラ
７モータコントローラ
８ハイブリッドコントローラ
９バッテリ
１３第２のモータ・ジェネレータ
１５第２のモータコントローラ

Claims

エンジンとモータとを原動機とし、エンジン停止モードを有するハイブリッド車両において、
エンジン始動時、燃料噴射を開始するエンジン回転速度を、エンジンの目標トルクに応じて変更することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
エンジンの目標トルクは、アクセル開度、又は、アクセル開度の変化量、の少なくとも一方に基づいて求めることを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
燃料噴射を開始するエンジン回転速度は、エンジンの目標トルクが第１の所定値よりも大きいとき、該第１の所定値以下のときと比べて低く設定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
エンジンが発電機を駆動して発生した電力を充電可能なバッテリを備え、
前記第１の所定値は、バッテリの充電要求時におけるエンジンの目標トルクよりも、大きな値とすることを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
燃料噴射を開始するエンジン回転速度は、エンジンの目標トルクが前記第１の所定値以下のとき、マウント系を含むエンジンの共振点よりも高い第１の所定回転速度に設定することを特徴とする請求項３または請求項４に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
燃料噴射を開始するエンジン回転速度は、
エンジンの目標トルクが前記第１の所定値より大きく、かつ、該第１の所定値と比べて大きい第２の所定値以下のときは、前記第１の所定回転速度と共振点との間の第２の所定回転速度に設定し、
エンジンの目標トルクが前記第２の所定値より大きいときは、前記第２の所定回転速度よりも低く設定することを特徴とする請求項５に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
燃料噴射を開始するエンジン回転速度が低いときほど、燃料噴射開始時の燃料噴射量を多くすることを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１つに記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。