JP2010014071A - ハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッドシステムにおけるエンジン始動時において、回転数のオーバーシュートや振動の増大を好適に抑制し、円滑なエンジン始動を可能にする技術を提供する。
【解決手段】停止状態のエンジン１を始動させる要求が発生した場合、まず、インジェクタ２９による燃料噴射を行わずに、ＭＧ１によってエンジン１をモータリングすることによって、エンジン１の回転数を上昇させるモータリング始動制御を行う。そして、エンジン１の回転数が所定の基準回転数ＮＥ１に達した時点で、ＭＧ１によるエンジンモータリングを停止するとともに、インジェクタ２９による燃料噴射を開始し、燃料の燃焼エネルギーによってエンジン１の回転数を上昇させる燃料噴射始動制御を行う。そして、エンジン１の始動が完了したと判定可能な目標回転数ＮＥ２までエンジン１の回転数が上昇した時点で、エンジン１の始動制御を終了する。
【選択図】図３

Description

本発明は、ハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置に関する。

ハイブリッドシステムのエンジン始動時において、所定回転数までモータによりクランキングし、所定回転数以上で燃料噴射を開始し、エンジン完爆を判定したらモータによるクランキングを停止することにより、エンジン始動を円滑化することを図った技術が特許文献１に記載されている。
特開平１０−３３１７４９号公報 特開平１１−２００９１１号公報 特開２００５−２５６７３２号公報 特開２００６−２３３８４１号公報

このように、ハイブリッドシステムにおけるエンジン始動時に、モータによるクランキングと同時に燃料噴射が行われると、モータリングによる回転上昇と燃料の燃焼エネルギーによる回転上昇とが相乗的に作用して、エンジン回転数がオーバーシュートしたり振動が増大したりする可能性があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、ハイブリッドシステムにおけるエンジン始動時において、回転数のオーバーシュートや振動の増大を好適に抑制し、円滑なエンジン始動を可能にする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、
内燃機関と、
前記内燃機関以外の動力源である第１の動力源と、
前記内燃機関以外の動力源であって、燃料の燃焼エネルギーによらずに前記内燃機関を動作させる駆動力を出力する第２の動力源と、
を有し、少なくとも前記第１の動力源によって駆動系に駆動力を出力するハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置であって、
前記内燃機関に燃料噴射を行う燃料噴射装置と、
前記内燃機関を始動させる場合に、
前記燃料噴射装置による燃料噴射を行わずに前記第２の動力源によって前記内燃機関を駆動して該内燃機関の回転数を上昇させるモータリング始動制御と、
前記第２の動力源による前記内燃機関の駆動を行わずに前記燃料噴射装置による燃料噴射を行って該内燃機関の回転数を上昇させる燃料噴射始動制御と、
を切り替えて実行する始動制御手段と、
を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、内燃機関を始動させる際に、第２の動力源による内燃機関の駆動と、燃料の燃焼エネルギーによる内燃機関の駆動と、が同時に行われることが抑制される。これにより、内燃機関の始動時に、内燃機関に過剰な駆動エネルギーが供給されて振動が増大することや、内燃機関の回転数が過剰に上昇して始動完了時の目標回転数をオーバーシュートしてしまうことを抑制できる。

本発明において、始動制御手段は、内燃機関の回転数に基づいて、モータリング始動制御と燃料噴射始動制御とを切り替えるようにしても良い。すなわち、始動制御手段は、内燃機関の始動を開始してから、内燃機関の回転数が所定の回転数に達するまでの期間は、モータリング始動制御を行い、内燃機関の回転数が当該所定の回転数に達してから始動完了時の目標回転数に達するまでの期間は、燃料噴射始動制御を行うようにしても良い。

ここで、所定の回転数は、第２の動力源のみによって到達可能な回転数の上限値以下の回転数であれば、目的に応じて任意に設定することができる。

例えば、低回転状態の内燃機関の回転数を燃料の燃焼エネルギーによって上昇させる場合の燃料消費量は多い。従って、低回転領域においては、燃料の燃焼エネルギーではなくなるべく第２の動力源によって内燃機関の回転数を上昇させるようにすれば、内燃機関の始動時の燃費特性を向上させることができる。この場合、第２の動力源のみによって到達可能な回転数の上限値を、上記構成における「所定の回転数」に設定することができる。

また、内燃機関の低回転領域には、内燃機関と駆動系との共振の大きさが大きくなる回転数領域が存在する。共振が大きくなる回転数領域は、内燃機関や駆動系の構造や重量等の諸元によって決まる固有の回転数の範囲である。このような共振が大きい回転数領域（以下「共振領域」という）において燃料噴射が行われると、共振に起因して発生する振動が大きくなり易い。従って、内燃機関の回転数が共振領域に含まれるときには、燃料の燃焼エネルギーではなくなるべく第２の動力源によって内燃機関の回転数を上昇させるようにすれば、内燃機関の始動時の振動を抑制できる。この場合、共振領域を予め実験等により求めておき、当該共振領域の上限値を、上記構成における「所定の回転数」に設定することができる。

また、内燃機関の始動時の振動又は振動に相関する量を測定し、その測定結果に基づいて共振領域を学習し、学習結果に基づいて、当該共振領域ではモータリング始動制御を行うようにしても良い。例えば、本発明において、内燃機関の回転変動及び／又はトルク変動を測定する測定手段を更に備え、測定された内燃機関の回転変動又はトルク変動に基づいて、内燃機関の回転数が共振領域に含まれるか否かを判定するようにしても良い。そして、モータリング始動制御を実行しながら、回転変動又はトルク変動の測定結果に基づいて、回転数が共振領域を超えたと判定された後の任意のタイミングで、燃料噴射始動制御に切り替えるようにしても良い。

特に、本発明のハイブリッドシステムにおいて、第２の動力源としてモータを備えた場合、該モータによってモータリングされる内燃機関の回転変動やトルク変動を、該モータのモータトルクやモータ回転数の制御に基づいて精度良く測定できるので、上記の構成は特に有効である。

本発明において、内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁を更に備え、始動制御手段は、モータリング始動制御を行う時に、燃料噴射始動制御を行う場合と比較して、吸気絞り弁の開度を閉じ側の開度に設定するようにしても良い。こうすることで、内燃機関における圧縮仕事が低減されるので、モータリング始動制御実行時の内燃機関の振動をより一層低減することができる。モータリング始動制御を行う場合、燃料を燃焼させる必要はないので、内燃機関に空気を供給する必要はない。従って、吸気絞り弁を全閉又は全閉に近い開度まで閉じ側にすることもできる。

本発明において、内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャを更に備え、該ターボチャージャが、該タービンに開度可変のノズルベーンを備え、該ノズルベーンの開度を開き側の開度にすることでそ
の過給効率を低くすることが可能な可変容量型のターボチャージャである場合、始動制御手段は、モータリング始動制御を行う時に、燃料噴射始動制御を行う場合と比較して、ノズルベーンの開度を開き側の開度に設定するようにしても良い。こうすることで、内燃機関における圧縮仕事が低減されるので、モータリング始動制御実行時の内燃機関の振動をより一層低減することができる。

本発明のハイブリッドシステムにおいて、第２の動力源は、第１の動力源の余剰動力によって構成しても良い。すなわち、本発明のハイブリッドシステムを、動力源として内燃機関及び第１の動力源を備え、少なくとも第１の動力源の駆動力によって駆動系に駆動力を出力するハイブリッドシステムとして構成し、第１の動力源の出力可能な駆動力のうち、駆動系の要求駆動力を出力した残りの余剰動力によって、燃料の燃焼エネルギーによらずに内燃機関を動作させるようにしても良い。例えば、車両停止状態における内燃機関の始動時のように、駆動系の要求駆動力がゼロであるような条件下では、第１の動力源の全動力をモータリング始動制御を行うための動力として利用することもできる。こうすることで、本発明に係るハイブリッドシステムを、内燃機関以外の動力源として第１の動力源のみを備えた簡易な構成とすることができる。

本発明により、ハイブリッドシステムにおけるエンジン始動時において、振動の増大や回転数のオーバーシュートを抑制し、円滑なエンジン始動が可能になる。

以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置が適用されたハイブリッドシステムの概略構成を表すブロック図である。

このハイブリッドシステムは、動力源としてエンジン１と、第１モータジェネレータ（以下「ＭＧ１」という）と、第２モータジェネレータ（以下「ＭＧ２」という）と、を有する。エンジン１の動力は動力分割機構３によってＭＧ１及び出力部４に分配出力される。動力分割機構３は、公知の遊星歯車機構によって構成される。ＭＧ２の動力は出力部４に出力される。出力部４に出力されたエンジン１及びＭＧ２の動力は、伝達部８を介して、このハイブリッドシステムが搭載された車両の駆動輪４０を駆動する駆動力として、駆動輪４０に伝達される。伝達部８はドライブシャフトやディファレンシャルギア等の公知の構成を有する。

ＭＧ１は、モータ又は発電機として機能する同期電動発電機である。

ＭＧ１は、バッテリ２５から供給される電力及び／又は発電機として動作した場合のＭＧ２によって発電される電力によって、モータとして動作することができる。モータとして動作した場合のＭＧ１の動力は、動力分割機構３を介してエンジン１をモータリングする駆動力としてエンジン１の出力軸（クランクシャフト）に出力される。

ここで、エンジン１をモータリングする、とは、エンジン１を、燃料の燃焼による内燃エネルギーによらずに外力によって機械的に回転駆動させることを意味する。本実施例のハイブリッドシステムでは、ＭＧ１の動力によってエンジン１モータリングすることができるので、エンジン１において燃料噴射が行われない状態や、エンジン１が自立回転するために必要な噴射量に満たない微少量燃料噴射が行われる状態においても、エンジン１を動作させることができる。

また、エンジン１において通常の燃料噴射が行われる状態、すなわちエンジン１が負荷運転する状態においても、ＭＧ１の動力によってエンジン１の動作状態を外部から規定することができる。これにより、例えば負荷運転するエンジン１を、一定の回転数で安定的に動作する状態に維持すること等が可能である。本実施例では、負荷運転するエンジン１の動作状態を、ＭＧ１の動力によって外部から制御することも、エンジン１をモータリングすることに含まれるものとする。

ＭＧ１は、動力分割機構３を介してＭＧ１に分配されるエンジン１の動力によって駆動されて、発電機として動作することができる。発電機として動作した場合のＭＧ１によって発電される電力は、バッテリ２５を充電するための電力及び／又はＭＧ２をモータとして動作させるための電力として消費される。

ＭＧ２も、モータ又は発電機として機能する同期電動発電機である。

ＭＧ２は、バッテリ２５から供給される電力及び／又は発電機として動作した場合のＭＧ１によって発電される電力によって、モータとして動作することができる。モータとして動作した場合のＭＧ２の動力は、出力部４を介して、駆動輪４０を駆動するための駆動力として駆動輪４０に伝達される。

ＭＧ２は、伝達部８及び出力部４を介して伝達される駆動輪４０の運動エネルギーによって駆動されて、発電機として動作することができる。発電機として動作した場合のＭＧ２によって発電される電力は、バッテリ２５を充電するための電力及び／又はＭＧ１をモータとして動作させるための電力として消費される。この場合、駆動輪４０の運動エネルギーによって回生発電が行われ、駆動輪４０に対する制動力となる。

インバータ２４は、バッテリ２５から供給される直流電力を交流電力に変換してＭＧ１及びＭＧ２に供給するとともに、発電機として動作した場合にＭＧ１及びＭＧ２から供給される交流電力を直流電力に変換してバッテリ２５に供給する。

エンジン１はディーゼルエンジンである。図２に、エンジン１の吸排気系及び制御系の概略構成を示す。

エンジン１は４気筒エンジンであり、各シリンダ４９には、エンジン１の燃焼室内に燃料を直接噴射供給するインジェクタ２９が備えられている。エンジン１には、燃焼室内に空気を供給する吸気通路４２と、燃焼室内の既燃ガスを排出するための排気通路４３と、が接続されている。吸気通路４２の途中には、吸気通路４２内の吸気の流量を調節するスロットルバルブ２２が備えられている。スロットルバルブ２２より下流側にはターボチャージャ１３のコンプレッサ１１が備えられている。排気通路４３の途中にはターボチャージャ１３のタービン１２が備えられている。ターボチャージャ１３は、開度可変のノズルベーン５をタービン１２に備え、ノズルベーン５の開度を変更することによって過給効率を変更可能な可変容量型のターボチャージャである。具体的には、ノズルベーン５の開度を開き側にするほど、ターボチャージャ１３の過給効率は低くなる。

図１、図２に基づいて、このハイブリッドシステムの制御系について説明する。

このハイブリッドシステムは、ハイブリッドシステム全体の動作を制御するコンピュータユニットであるＥＣＵ２６を備える。ＥＣＵ２６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の公知の構成を有する電子制御コンピュータである。

ＥＣＵ２６には、エンジン１の冷却水の温度を測定する水温センサ４８、エンジン１の筒内圧を測定する筒内圧センサ５０、エンジン１のクランクシャフトの回転角度を測定するクランク角度センサ３０、アクセルペダル５２の踏み込み量を測定するアクセル開度センサ２７、ハイブリッドシステムが搭載された車両の車速を測定する車速センサ２８、バッテリ２５の充電状態を取得するＳＯＣセンサ５１、ＭＧ１の回転数を測定するＭＧ１回転数センサ３１、ＭＧ２の回転数を測定するＭＧ２回転数センサ３２、その他ハイブリッドシステム及び車両の各種の状態量を測定するセンサ装置が接続されており、各センサによって測定された状態量の情報がＥＣＵ２６に入力される。

また、ＥＣＵ２６には、ノズルベーン５、スロットルバルブ２２、インジェクタ２９、インバータ２４、その他ハイブリッドシステム及び車両の各種の装置を駆動するアクチュエータ等が接続されており、前記各センサから入力される情報に基づいてこれら各機器の動作を駆動制御する制御信号を出力する。

ＥＣＵ２６は、車速センサ２８からの車速情報と、アクセル開度センサ２７からのアクセル開度情報から演算される要求駆動力と、ＳＯＣセンサ５１からのバッテリ充電状態情報と、に基づいて、例えば燃費が最適となる運転モードを選択し、現在選択されている運転モードから当該選択された運転モードへ遷移するよう、エンジン１、ＭＧ１、ＭＧ２の制御を行う。選択された運転モードに応じて、エンジン１の運転／停止（燃料噴射の実行／停止）や、ＭＧ１／ＭＧ２の力行／発電の状態が切り替えられる。

エンジン１の始動時には、バッテリ２５の電力によってＭＧ１がモータとして動作し、エンジン１をモータリング（クランキング）することによってエンジン１の始動が開始される。そしてエンジン１の回転数が所定の回転数に達した時点で、インジェクタ２９により燃料噴射が開始されるとともにＭＧ１によるエンジン１のモータリングが停止される。このエンジン始動時の制御に本実施例の特徴点がある。エンジン始動制御の詳細については後述する。

車両の発進時には、エンジン１は暖機のための運転を行い、車両走行のための要求駆動力をＭＧ２によって出力する。バッテリ２５の充電状態が低下している場合には、エンジン１はＭＧ１を発電機として駆動するための運転を行い、ＭＧ１の発電する電力によってバッテリ２５の充電を行う。

低負荷走行時には、エンジン１における燃料噴射が停止され、エンジン１は停止する。車両走行のための要求駆動力をＭＧ２によって出力する。バッテリ２５の充電状態が低下している場合には、エンジン１はＭＧ１を発電機として駆動するための運転を行い、ＭＧ１の発電する電力によってバッテリ２５の充電を行う。

通常走行時には、車両走行のための要求駆動力は主としてエンジン１によって出力する。また、エンジン１の動力のうち動力分割機構３によってＭＧ１を発電機として動作させ、ＭＧ１で発電した電力によりＭＧ２をモータとして動作させ、ＭＧ２の動力によってエンジン１をアシストする。ＭＧ１の発電した電力の一部はバッテリ２５の充電に当てられる。

制動要求時には、駆動輪４０の回転エネルギーをＭＧ２に伝達してＭＧ２を発電機として動作させて回生発電による制動が行われる。バッテリ２５の充電状態が高く、回生発電によって発電された電力を消費することができない場合は、駆動輪４０の回転エネルギーをエンジン１に伝達してエンジンブレーキによる制動が行われる。

ＥＣＵ２６は、アクセル開度センサ２７から入力されるアクセル開度情報とクランク角
度センサ３０から入力されるクランク角度情報とに基づいて、現在のエンジン負荷及びエンジン回転数を把握する。そして、運転状態に応じて求められる車両走行用の要求駆動力や、ＳＯＣセンサ５１からのバッテリ２５の充電状態情報やエアコン等の補機類の要求電力等に応じて求められるＭＧ１の発電用の要求駆動力に基づいて、エンジン１の要求出力を算出する。そして、エンジン１の要求出力に基づいて、スロットルバルブ２２やインジェクタ２９等の機器に対する制御信号を出力する。

ＥＣＵ２６は、運転状態に応じてＭＧ１／ＭＧ２の力行／発電の要求動作状態、ＭＧ１及びＭＧ２の要求出力回転数及び要求出力トルクを求め、ＭＧ１及びＭＧ２をそれぞれ独立に制御する指令をインバータ２４に出力する。インバータ２４は、ＥＣＵ２６からの指令に従い、バッテリ２５から供給される直流電圧からＭＧ１及びＭＧ２へ供給する三相交流電流を生成する。

ここで、本実施例のハイブリッドシステムにおけるエンジン１の始動制御について説明する。

本実施例では、停止状態のエンジン１を始動させる要求が発生した場合、まず、インジェクタ２９による燃料噴射を行わずに、ＭＧ１によってエンジン１をモータリングすることによって、エンジン１の回転数を上昇させるモータリング始動制御を行う。そして、エンジン１の回転数が所定の基準回転数ＮＥ１に達した時点で、ＭＧ１によるエンジンモータリングを停止するとともに、インジェクタ２９による燃料噴射を開始し、燃料の燃焼エネルギーによってエンジン１の回転数を上昇させる燃料噴射始動制御を行う。そして、エンジン１の始動が完了したと判定可能な目標回転数ＮＥ２までエンジン１の回転数が上昇した時点で、エンジン１の始動制御を終了し、後続する負荷運転モードに移行する。

以上説明した本実施例におけるエンジン１の始動制御の実行手順について、図３のフローチャートに基づいて説明する。このフローチャートによって表されるエンジン始動制御ルーチンは、ハイブリッドシステムの稼働中繰り返し実行される。

ステップＳ１０１において、ＥＣＵ２６は、停止状態のエンジン１を始動させる要求が発生したか否かを判定する。例えば、ハイブリッドシステムが、ＭＧ２のみによって車両走行のための要求駆動力を出力する運転モード（ＥＶ走行モード）から、エンジン１を負荷運転させる走行モードに遷移する場合に、停止状態のエンジン１を始動させる要求が発生する。ステップＳ１０１においてエンジン始動要求が発生したと判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２６はステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０１においてエンジン始動要求はないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６は本ルーチンを一旦抜ける。

ステップＳ１０２において、ＥＣＵ２６は、インジェクタ２９による燃料噴射を行わない無噴射状態とするとともに、ＭＧ１によってエンジン１をモータリングすることによって、エンジン１の回転数を上昇させるモータリング始動制御を開始する。この時、更に、スロットルバルブ２２を閉弁するとともに、ノズルベーン５の開度を、後述する燃料噴射始動制御実行時のノズルベーン５の開度ＯＮ２より開き側の開度ＯＮ１に設定する。

ステップＳ１０３において、ＥＣＵ２６は、クランク角度センサ３０からのクランク角度情報に基づいて、エンジン１の回転数ＮＥを取得する。

ステップＳ１０４において、ＥＣＵ２６は、ステップＳ１０３で取得したエンジン１の回転数ＮＥが所定の基準回転数ＮＥ１以上になったか否かを判定する。ここでは、基準回転数ＮＥ１は、ＭＧ１によって到達可能なエンジン１の回転数の上限値ＮＥｓｕｐに定められる。ステップＳ１０４においてエンジン回転数ＮＥが基準回転数ＮＥ１以上になった
と判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２６はステップＳ１０５に進む。ステップＳ１０４においてエンジン回転数ＮＥが基準回転数ＮＥ１以上になっていないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６はステップＳ１０３に戻る。

ステップＳ１０５において、ＥＣＵ２６は、ＭＧ１によるエンジン１のモータリングを停止するとともに、インジェクタ２９によりアイドル噴射量の燃料噴射を開始し、燃料の燃焼エネルギーによってエンジン１の回転数を上昇させる燃料噴射始動制御を開始する。この時、燃料を燃焼させるための空気を供給する必要があるため、スロットルバルブ２２を開弁するとともに、ノズルベーン５の開度を、前述のモータリング始動制御実行時のノズルベーン５の開度ＯＮ１より閉じ側の開度ＯＮ２に設定する。

ステップＳ１０６において、ＥＣＵ２６は、クランク角度センサ３０からのクランク角度情報に基づいて、エンジン１の回転数ＮＥを取得する。

ステップＳ１０７において、ＥＣＵ２６は、ステップＳ１０６で取得したエンジン１の回転数ＮＥがエンジン始動時の目標回転数ＮＥ２以上になったか否かを判定する。ステップＳ１０７においてエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ２以上になったと判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２６はステップＳ１０８に進む。ステップＳ１０７においてエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ２以上になっていないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６はステップＳ１０６に戻る。

ステップＳ１０８において、ＥＣＵ２６は、エンジン１の始動が完了したと判断する。

以上説明した本実施例のエンジン始動制御を実行した場合の、ハイブリッドシステムの運転モード、インジェクタ２９による燃料噴射量、ＭＧ１の動作状態、エンジン１の回転数、スロットルバルブ２２の開度、ノズルベーン５の開度の時間変化の一例を、図４に示す。

図４（Ａ）はハイブリッドシステムの運転モードを表す。ここでは、エンジン１の運転を停止させるとともにＭＧ２のみによって車両走行のための要求駆動力を出力する運転モード（ＥＶ走行モード）でハイブリッドシステムが動作している状態から、時刻ｔ１において、エンジン１を始動させる状態にハイブリッドシステムが遷移する場合を例に説明する。

時刻ｔ１においてエンジン１を始動させる要求がＥＣＵ２６にもたらされると、図４（Ｃ）に示すように、ＭＧ１がバッテリ２５の電力によってモータとして動作してエンジン１をモータリングする状態となる。更に、図４（Ｂ）に示すように、インジェクタ２９による燃料噴射が行われないフューエルカット状態となる。すなわち、時刻ｔ１において、燃料の燃焼エネルギーによらずに、ＭＧ１によるモータリングによってエンジン１の回転数を上昇させるモータリング始動制御が開始される。

この時、図４（Ｅ）に示すように、スロットルバルブ２２が閉弁されるとともに、図４（Ｆ）に示すように、ノズルベーン５が大開度ＯＮ１に設定される。こうすることで、エンジン１に吸入される空気量が減少するので、エンジン１における圧縮仕事を低減させることができる。これにより、モータリング始動制御時のエンジン１の振動を好適に抑制することが可能となる。

モータリング始動制御によってエンジン１の回転数が上昇し、基準回転数ＮＥ１に達した時点（時刻ｔ１）で、図４（Ｃ）に示すように、ＭＧ１によるエンジン１のモータリングが停止される。更に、図４（Ｂ）に示すように、インジェクタ２９によりアイドル噴射
量の燃料噴射が行われ、燃料の燃焼エネルギーによってエンジン１の回転数を上昇させる燃料噴射始動制御が開始される。

この時、図４（Ｅ）に示すように、スロットルバルブ２２が開弁されるとともに、図４（Ｆ）に示すように、ノズルベーン５が小開度ＯＮ２に設定される。こうすることにより、エンジン１に噴射供給される燃料が燃焼するために十分な空気が供給されるようになる。

燃料噴射始動制御によりエンジン１の回転数がさらに上昇してエンジン始動時の目標回転数ＮＥ２に達した時点（時刻ｔ２）で、エンジン１の始動が完了したと判断されて、エンジン１の制御モードは通常の負荷運転モードに遷移する。

以上説明したように、本実施例におけるエンジン１の始動制御では、エンジン１の回転数を上昇させるエネルギー源として、ＭＧ１の駆動力及びインジェクタ２９により噴射供給される燃料の燃焼エネルギーが用いられるが、これらが両方同時に用いられることはない。すなわち、エンジン１の始動開始から基準回転数ＮＥ１までの低回転領域では、ＭＧ１によるモータリングのみによってエンジン１の回転数を上昇させ、この時燃料噴射は行われない。一方、エンジン１の回転数が基準回転数ＮＥ１以上の、それ以上ＭＧ１のモータリング駆動力によっては到達できない高回転領域では、アイドル噴射量の燃料噴射が行われて燃料の燃焼エネルギーによってエンジン１の回転数を上昇させ、この時ＭＧ１によるモータリングは行われない。

これにより、ＭＧ１の駆動力と燃料の燃焼エネルギーとが相乗的に作用してエンジン１の振動が増大したり回転数が目標回転数を超えてオーバーシュートしたりすることを抑制できる。

また、本実施例では、モータリング始動制御時にはスロットルバルブ２２の閉弁及びノズルベーン５の大開度設定により、エンジン１に吸入される吸気量が低減されるので、圧縮仕事による振動の発生をも好適に抑制することが可能である。

また、一般に、停止状態や低回転状態のエンジンの回転数を燃料の燃焼エネルギーによって上昇させる場合の燃料消費量は多い。従って、エンジン始動開始直後は、なるべく燃料の燃焼エネルギーではなくＭＧ１によるモータリングによってエンジン１の回転数を上昇させるようにすれば、エンジン始動時の燃料消費量を低減することができる。

この点、本実施例では、モータリング始動制御から燃料噴射始動制御へ切り替える基準回転数ＮＥ１が、ＭＧ１のみによって到達可能なエンジン回転数の上限値ＮＥｓｕｐに定められるので、エンジン始動時の燃料消費量を好適に低減することができる。

なお、基準回転数ＮＥ１は、ＭＧ１のみによって到達可能なエンジン回転数の上限値ＮＥｓｕｐより低回転側の回転数であれば、目的に応じて任意に設定することができる。例えば、エンジン１の低回転領域には、エンジン１と伝達部８、駆動輪４０等の駆動系との共振の大きさが大きくなる回転数領域が存在する。共振が大きくなる回転数領域は、エンジン１や駆動系の構造や重量等の諸元によって決まる固有の回転数の範囲である。このような共振が大きい回転数領域（以下、「共振領域」という）において燃料噴射が行われると、共振に起因して発生する振動が大きくなり易い。従って、エンジン１の回転数が共振領域に含まれる時は、なるべく燃料の燃焼エネルギーではなくＭＧ１によるモータリングによってエンジン１の回転数を上昇させるようにすれば、エンジン始動時の振動を低減することができる。

このような目的で基準回転数ＮＥ１を決定する場合は、共振領域の上限値より高回転側の回転数であってＭＧ１により到達可能な上限回転数ＮＥｓｕｐより低回転側の回転数を基準回転数ＮＥ１に設定することもできる。こうすることで、エンジン１の回転数が共振領域内に含まれる状況ではモータリング始動制御によって回転数の上昇が行われ、エンジン回転数が共振領域を超えた状態で燃料噴射始動制御へ切り替えられることになる。よって、エンジン回転数が共振領域内に含まれる時に燃料噴射が行われて大きな振動が生じることを好適に抑制することができる。

図４（Ｄ）にこの共振領域の例を示す。図４（Ｄ）において、ＮＥｋ１≦ＮＥ≦ＮＥｋ２を満たす回転数領域が共振領域である。共振領域は、エンジン１の振動が所定の許容レベルを超える回転数範囲として、実験等により求められる。上記実施例１の場合、エンジン回転数ＮＥが基準回転数ＮＥ１（実施例１の場合、ＮＥｓｕｐ）に達した時点ｔ２でモータリング始動制御から燃料噴射始動制御への切り替えが行われているが、基準回転数ＮＥ１を共振領域の上限値ＮＥｋ２に設定した場合、エンジン回転数ＮＥが共振領域の上限値ＮＥｋ２に達する時点ｔ２’においてモータリング始動制御から燃料噴射始動制御への切り替えが行われることになる。

上記実施例で説明したように、エンジン始動時の振動を低減するために、車両やエンジンの構造等に基づいて予め共振領域を求め、求められた共振領域において燃料噴射始動制御が実行されないように基準回転数ＮＥ１を設定することもできる。一方、予め共振領域を求めなくても、エンジン始動時における振動や振動に相関する状態量をモニタし、共振が大きくなる回転数領域や運転条件を学習し、その学習結果に基づいてエンジン始動時のモータリング始動制御と燃料噴射始動制御の切り替えを行うこともできる。

例えば、上記実施例のように、エンジン１を燃料の燃焼エネルギーによらずに動作させる動力源としてモータ（ＭＧ１）を用いる場合、ＭＧ１のモータトルクやモータ回転数制御に基づいて、ＭＧ１がモータリングするエンジン１のエンジントルクやエンジン回転数の変動を正確にモニタすることができる。エンジントルクやエンジン回転数の変動は、エンジン１の振動に相関すると考えられるので、エンジントルクやエンジン回転数の変動に基づいて、エンジン回転数が共振領域に入っているか否か推定することができる。

そこで、エンジン始動時のモータリング始動制御実行時に、ＭＧ１によってエンジン１のエンジントルクやエンジン回転数の変動を測定し、測定結果に基づいて、エンジン１の回転数が共振領域を超えたと判断された時点又はそれ以降のタイミングで、モータリング始動制御から燃料噴射始動制御に切り替えるようにしても良い。

図５は、このようなエンジン始動制御を行う場合のエンジン始動制御ルーチンを表すフローチャートである。ハイブリッドシステムの稼働中、上記実施例で説明した図３のルーチンの代わりに、このエンジン始動制御ルーチンを実行するようにしても良い。

ステップＳ２０１において、ＥＣＵ２６は、停止状態のエンジン１を始動させる要求が発生したか否かを判定する。ステップＳ２０１においてエンジン始動要求が発生したと判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２６はステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０１においてエンジン始動要求はないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６は本ルーチンを一旦抜ける。

ステップＳ２０２において、ＥＣＵ２６は、モータリング始動制御を行う。すなわち、インジェクタ２９による燃料噴射を行わない無噴射状態とするとともに、ＭＧ１によってエンジン１をモータリングすることによって、エンジン１の回転数を上昇させる。更に、スロットルバルブ２２を閉弁するとともに、ノズルベーン５の開度をＯＮ１に設定する。

ステップＳ２０３において、ＥＣＵ２６は、ＭＧ１のモータトルク制御又はモータ回転数制御に基づいて、ＭＧ１がモータリングするエンジン１のエンジントルク又はエンジン回転数の変動を測定する。

ステップＳ２０４において、ＥＣＵ２６は、ステップＳ２０３で測定したエンジン１のエンジントルク又は回転数の変動に基づいて、エンジン１の回転数が共振領域を超えたか否かを判定する。エンジン回転数が共振領域内にある場合、エンジントルクやエンジン回転数の変動が大きくなるが、エンジン回転数が共振領域を超えると、エンジントルクやエンジン回転数の変動は小さくなる。従って、このようなエンジン回転数やエンジントルクの動きをモニタして、エンジン回転数が共振領域を超えたと推定される場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２６はステップＳ２０５に進む。一方、エンジントルクやエンジン回転数の変動が徐々に大きくなっている状況等、未だエンジン回転数が共振領域内にある、又は共振領域を超えていない、と推定される場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６はステップＳ２０３に戻る。

ステップＳ２０５において、ＥＣＵ２６は、ＭＧ１によるエンジン１のモータリングを停止してモータリング始動制御を終了するとともに、インジェクタ２９によりアイドル噴射量の燃料噴射を開始して燃料噴射始動制御を開始する。この時、スロットルバルブ２２を開弁するとともに、ノズルベーン５の開度をＯＮ２に設定する。

ステップＳ２０６において、ＥＣＵ２６は、クランク角度センサ３０からのクランク角度情報に基づいて、エンジン１の回転数ＮＥを取得する。

ステップＳ２０７において、ＥＣＵ２６は、ステップＳ２０６で取得したエンジン１の回転数ＮＥがエンジン始動時の目標回転数ＮＥ２以上になったか否かを判定する。ステップＳ２０７においてエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ２以上になったと判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ２６はステップＳ２０８に進む。ステップＳ２０７においてエンジン回転数ＮＥが目標回転数ＮＥ２以上になっていないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ２６はステップＳ２０６に戻る。

ステップＳ２０８において、ＥＣＵ２６は、エンジン１の始動が完了したと判断する。

なお、上記図５のルーチンでは、ＭＧ１の制御に基づいてエンジン１のトルク又は回転数を測定する例について説明したが、エンジン１のトルクや回転数を測定する方法はこれに限られない。例えば、筒内圧センサ５０によって測定されるエンジン１の筒内圧の変化に基づいてエンジントルクを算出することもできる。

なお、以上述べた実施例は本発明を説明するための一例であって、本発明の本旨を逸脱しない範囲内において上記の実施例には種々の変更を加え得る。例えば、上記実施例では、車両走行用の駆動力を出力するＭＧ２と、エンジン１をモータリングする駆動力を出力するＭＧ１と、を別個の装置として備えたハイブリッドシステムに本発明を適用した例を説明したが、車両走行用の駆動力を出力するＭＧ２が車両走行用の駆動力を出力した残りの余剰動力によってエンジン１のモータリングするように構成し、エンジン１以外の動力源としてＭＧ２のみを備えたハイブリッドシステムに本発明を適用することもできる。

その場合、例えばＥＶ走行状態からのエンジン始動時には、ＭＧ２に供給する電力を増加させて、車両をＥＶ走行させるための駆動力に加えて更にエンジン１をモータリングするための駆動力をＭＧ２に出力させることにより、モータリング始動制御を開始する。そして、エンジン回転数が基準回転数ＮＥ１を超えた時点や、エンジントルクやエンジン回転数の測定からエンジン回転数が共振領域を超えたと判定された時に、ＭＧ２に供給する
電力を元に戻して、ＭＧ２に車両をＥＶ走行させるための駆動力を出力させる状態とするとともに、インジェクタ２９による燃料噴射を開始して燃料噴射始動制御を開始する。

上記実施例におけるエンジン１が、本発明の内燃機関に相当する。ＭＧ１が第２の動力源に相当する。ＭＧ２が第１の動力源に相当する。インジェクタ２９が燃料噴射装置に相当する。図３又は図５に示したエンジン始動制御を実行するＥＣＵ２６が、始動制御手段に相当する。ＭＧ１のモータトルク又はモータ回転数の制御に基づいてＭＧ１がモータリングするエンジン１のエンジントルク又はエンジン回転数を推定する場合のＭＧ１が、測定手段に相当する。スロットルバルブ２２が吸気絞り弁に相当する。

実施例におけるハイブリッドシステムの概略構成を示すブロック図である。 実施例におけるエンジンの吸排気系及び制御系の概略構成を示す図である。 実施例におけるエンジン始動制御ルーチンを表すフローチャートである。 実施例におけるエンジン始動制御を実行した場合のハイブリッドシステムの運転モード、インジェクタによる燃料噴射量、ＭＧ１の動作状態、エンジン回転数、スロットルバルブの開度、ノズルベーンの開度の時間変化の一例を示す図である。 実施例におけるエンジン始動制御ルーチンを表すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
３ 動力分割機構
４ 出力部
５ ノズルベーン
８ 伝達部
１１ コンプレッサ
１２ タービン
１３ ターボチャージャ
２２ スロットルバルブ
２４ インバータ
２５ バッテリ
２６ ＥＣＵ
２７ アクセル開度センサ
２８ 車速センサ
２９ インジェクタ
３０ クランク角度センサ
３１ ＭＧ１回転数センサ
３２ ＭＧ２回転数センサ
４０ 駆動輪
４２ 吸気通路
４３ 排気通路
４８ 水温センサ
４９ シリンダ
５０ 筒内圧センサ
５１ ＳＯＣセンサ
５２ アクセルペダル

Claims (7)

1. 内燃機関と、
   前記内燃機関以外の動力源である第１の動力源と、
   前記内燃機関以外の動力源であって、燃料の燃焼エネルギーによらずに前記内燃機関を動作させる駆動力を出力する第２の動力源と、
   を有し、少なくとも前記第１の動力源によって駆動系に駆動力を出力するハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置であって、
   前記内燃機関に燃料噴射を行う燃料噴射装置と、
   前記内燃機関を始動させる場合に、
   前記燃料噴射装置による燃料噴射を行わずに前記第２の動力源によって前記内燃機関を駆動して該内燃機関の回転数を上昇させるモータリング始動制御と、
   前記第２の動力源による前記内燃機関の駆動を行わずに前記燃料噴射装置による燃料噴射を行って該内燃機関の回転数を上昇させる燃料噴射始動制御と、
   を切り替えて実行する始動制御手段と、
   を備えることを特徴とするハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置。
2. 請求項１において、
   前記始動制御手段は、前記内燃機関の回転数が、所定の回転数に達するまでは、前記モータリング始動制御を行い、それ以後は前記燃料噴射始動制御を行うことを特徴とするハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置。
3. 請求項１において、
   前記始動制御手段は、前記内燃機関の回転数が、前記内燃機関と前記駆動系との共振の大きさが所定の基準より大きくなる回転数領域より速い所定の回転数に達するまでは、前記モータリング始動制御を行い、それ以後は前記燃料噴射始動制御を行うことを特徴とするハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置。
4. 請求項３において、
   前記内燃機関の回転変動及び／又はトルク変動を測定する測定手段を更に備え、
   前記始動制御手段は、前記測定手段により測定される前記内燃機関の回転変動又はトルク変動に基づいて、前記内燃機関の回転数が、前記共振の大きさが所定の基準より大きくなる回転数領域に、含まれるか否かを判定することを特徴とするハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられた吸気絞り弁を更に備え、
   前記始動制御手段は、前記モータリング始動制御を行う時に、前記燃料噴射始動制御を行う時と比較して、前記吸気絞り弁を閉じ側の開度にすることを特徴とするハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項において、
   前記内燃機関の吸気通路に設けられたコンプレッサ及び該内燃機関の排気通路に設けられたタービンを有するターボチャージャを更に備え、該ターボチャージャは、該タービンに開度可変のノズルベーンを備え、該ノズルベーンの開度を開き側の開度にすることでその過給効率を低くすることが可能な可変容量型のターボチャージャであり、
   前記始動制御手段は、前記モータリング始動制御を行う時に、前記燃料噴射始動制御を行う時と比較して、前記ノズルベーンの開度を開き側の開度にすることを特徴とするハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置。
7. 請求項１〜６のいずれか１項において、
   前記第２の動力源は、前記第１の動力源の余剰動力であることを特徴とするハイブリッドシステムのエンジン始動制御装置。

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