JP2010084659A - 自動車の制御方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン１８を自動停止させた後に、ジェネレータ２０のモータ作動によりクランキングして再始動させるハイブリッド自動車１０において、エンジン１８と共に停止するジェネレータ２０の停止位置も考慮し、よりスムーズなエンジン再始動を可能とする。
【解決手段】自動停止の際にエンジン１８を、その後の再始動時にクランキングを開始するときに必要なトルクが最小となるようなクランク角位置で停止させるとともに、ジェネレータ２０は、そのロータ２０ａ及びステータ２０ｂの相対位置関係が最大トルクを発生するような位置で停止させる。エンジン１８のクランキングトルクが最小となる位置とジェネレータ２０の最大トルク発生位置とが対応するように、両者を組み付ける。
【選択図】 図９

Description

本発明は、エンジンを自動で停止させ、また再始動するようにした自動車の制御に関連し、特に、スムーズな再始動を実現するための自動停止時の制御手順に係る。

従来より、自動車のエンジンを所定の条件下で自動停止させ、その後、所定の条件下でモータによりクランキングして再始動させる、という制御方法は公知であり、例えば車両の一時停止中にエンジンを自動停止させたり（アイドルストップ）、車両がハイブリッド自動車である場合はモータのみでの走行が可能であるときにエンジンを自動停止させたりする。こうすることで、燃料の消費が抑制されるのみならず、排気ガスの排出量を減らすこともできる。

但し、そうしてエンジンを自動停止させた後に再始動する場合は、できるだけスムーズ且つ迅速に始動したいという要求があり、このため特許文献１に記載のエンジンの始動装置では、次回の再始動に必要なトルクが小さくなるように、エンジンの停止するクランク角位置を始動用モータによって調整するようにしている。
特開２００４−３０８５９３号公報

そうしてエンジンの始動に必要なトルクが小さくなるようなクランク角位置で停止させるようにしていても、前記従来例のエンジン始動装置の発明では、モータの停止位置については何ら考慮されておらず、この点で改良の余地が残されている。

すなわち一般に電動モータには、ロータ及びステータの相互作用が回転方向に不均一であること等によって、それが１回転する間にトルクが変動する（トルクリップル）という特性があり、仮にモータがトルクの谷間で停止していると、回転を開始する瞬間に最大トルクを発生することができず、エンジンの始動性が幾分、低下することになるのである。

斯かる点に鑑みて本発明の目的は、エンジンと共に停止するモータの位置も考慮することによって、可及的速やかなエンジン再始動を可能ならしめることにある。

前記の目的を達成するために、本発明では、自動停止の際にエンジンを、その後の再始動時にクランキングを開始するときに必要なトルクが最小となるようなクランク角位置で停止させるとともに、モータは、そのロータ及びステータの相対位置関係が最大トルクを発生するような位置で停止させるようにした。

具体的に請求項１の発明は、自動車のエンジンを所定の停止条件が成立すれば自動停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればモータによりクランキングして再始動させる制御方法が対象である。

そして、前記再始動時のクランキング開始トルクが最小となるように、自動停止の際のエンジンのクランク角位置を調整する第１工程と、その自動停止の際に、エンジンと連動するモータのロータ及びステータの相対的な位置関係を検出する第２工程と、この第２工程により検出したロータ及びステータの相対位置関係に基づいてモータを、最大トルクを発生する位置で停止させる第３工程と、を有することを特徴とする。

前記の方法により、自動車のエンジンを自動停止させるときには、その後の再始動時におけるクランキング開始に必要なトルクが最小となるように、クランク角位置を調整する（第１工程）のみならず、エンジンと連動するモータのロータ及びステータの相対的な位置関係を検出し（第２工程）、この相対位置関係に基づいてモータを制御することにより、それが最大トルクを発生可能な位置で停止させることができる（第３工程）。こうすれば、その後の再始動時にクランキングを開始するときには、エンジンの要求するトルクが最小になる一方でモータは最大のトルクを発生し、可及的速やかに再始動が行われる。

尚、一般にモータには、それが１回転する間に最大トルクを発生する位置が複数あり、そのうちの少なくとも１つの位置においてエンジンのクランキング開始トルクが最小となるように、エンジン及びモータを連結すれば、前記の第１工程と第３工程とは実質、同じ工程になって、エンジンを自動停止させるときにモータの作動制御によって、両者をいずれも再始動に最適な位置に停止させることができる。

ここで、エンジンの再始動時に通常は、モータによるクランキングを開始した後に気筒の燃焼を開始する（第４工程）ものなので、第１工程では、前記気筒が上死点又は下死点のいずれかで停止するようにエンジンのクランク角位置を調整し、クランキングの開始に伴うポンプ仕事を最小化するのがよい（請求項２）。

また、より迅速な始動のために、モータによるクランキングを開始するのと同時若しくはそれ以前に、少なくとも膨張行程で停止している気筒の燃焼を開始するようにしてもよく（第５工程）、この場合には第１工程において、前記気筒が膨張行程中盤の所定範囲で停止するようにエンジンのクランク角位置を調整するのが好ましい（請求項３）。膨張行程の中盤で停止している気筒には比較的多くの空気が残存しており、この気筒に供給した燃料の燃焼力が比較的大きくなるとともに、ピストンのストロークも十分に得られるからである。

さらに、前記通常始動（第４工程）とより迅速な始動（第５工程）とを使い分けることもできる。この場合、前記モータは、最大トルクを発生可能な複数の位置のうちの少なくとも１つである第１位置が、前記気筒の上死点又は下死点のいずれかに対応するとともに、これとは別の少なくとも１つの第２位置が前記気筒の膨張行程中盤の位置に対応するようにエンジンに連結する。

そして、エンジンの自動停止前に予め、再始動時に前記通常始動（第４工程）及び迅速始動（第５工程）のいずれを行うか選択して（第６工程）、通常始動を選択した場合は、モータを前記第１位置に停止するように制御して、前記気筒を上死点又は下死点のいずれかで停止させる一方、第５工程を選択した場合は、モータを前記第２位置に停止するように制御して、前記気筒を膨張行程中盤の所定範囲に停止させる（第１、第３工程：請求項４）。

こうすれば、エンジンの再始動時に通常始動であっても迅速始動であっても本発明の作用効果が得られる。尚、迅速始動は通常始動よりも時間短縮が図れる一方で、排気ガス中の有害成分が僅かながら増えるきらいがあるので、始動時間を特に短縮したいという要求があるときにのみ、行うようにするのがよい。

別の観点から、本発明は、自動車のエンジンを所定の停止条件が成立すれば自動停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すれば、モータによりクランキングして再始動させるようにした制御装置を対象として、前記再始動時のクランキング開始トルクが最小となるように、前記自動停止の際のエンジンのクランク角位置を調整するエンジン停止位置制御手段と、その自動停止の際に、エンジンと連動するモータのロータ及びステータの相対的な位置関係を検出する検出手段と、この検出手段により検出されたロータ及びステータの相対位置関係に基づいてモータを、最大トルクを発生する位置で停止させるモータ停止位置制御手段と、を備えるものである（請求項５）。

斯かる構成の制御装置によれば、上述した請求項１の発明に係る制御方法が容易に実行可能であり、その発明の作用が容易且つ確実に得られる。

そして、モータによるクランキングを開始した後に気筒の燃焼を開始して、エンジンを通常の仕方で再始動する再始動制御手段を備える場合には、前記エンジン停止位置制御手段は、エンジンの自動停止時に、前記気筒が上死点又は下死点のいずれかで停止するように、エンジンのクランク角位置を調整するものとすればよく（請求項６）、こうすれば、上述した請求項２に係る発明の作用が得られる。

また、モータによるクランキングを開始するのと同時若しくはそれ以前に、少なくとも膨張行程で停止している気筒の燃焼を開始して、エンジンをより迅速に再始動する再始動制御手段を備える場合には、前記エンジン停止位置制御手段は、エンジンの自動停止時に前記気筒が膨張行程中盤の所定範囲で停止するように、エンジンのクランク角位置を調整するものとすればよく（請求項７）、こうすれば上述した請求項３に係る発明の作用が得られる。

さらに、前記通常の始動と迅速な始動とを選択的に行う再始動制御手段を備える場合には、前記モータは、最大トルクを発生可能な複数の位置のうちの少なくとも１つである第１位置が、前記気筒の上死点又は下死点のいずれかに対応するとともに、これとは別の少なくとも１つの第２位置が前記気筒の膨張行程中盤の位置に対応するようにエンジンに連結する。

そして、エンジンの自動停止前に予め、再始動時に前記再始動制御手段により前記通常始動及び迅速始動のいずれを行わせるか選択する始動態様選択手段をさらに備えるとともに、前記エンジン停止位置制御手段をモータ停止位置制御手段によって構成し、これを、前記始動態様決定手段により通常始動が選択された場合は、モータを前記第１位置に停止するように制御して、前記気筒を上死点又は下死点のいずれかで停止させる一方、迅速始動が選択された場合は、モータを前記第２位置に停止するように制御して、前記気筒を膨張行程中盤の所定範囲に停止させるものとすればよい（請求項８）。

以上、説明したように、本発明に係る自動車の制御方法等によると、エンジンを所定の条件下で自動停止させ、その後、モータによりクランキングして再始動させる自動車において、その再始動時のクランキング開始に必要なトルクが最小となるよう、予め自動停止の際にエンジンのクランク角位置を調整するのみならず、エンジンと連動するモータの停止位置を、最大トルクを発生する位置とすることにより、再始動時にクランキングを開始するとき、エンジンの要求するトルクが最小になる一方でモータは最大のトルクを発生し、可及的速やかな再始動が実現する。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（制御システムの概要）
図１は、本発明に係る制御システムを搭載したハイブリッド自動車１０（ＨＥＶ）の動力系統を概略的に示している。図において、太い実線は動力の伝達経路を示し、細い実線は電力の伝達経路を示している。また、一点鎖線は信号の伝達経路を示している。

図示のハイブリッド自動車１０は所謂シリーズ方式のものであって、車輪１２を直接駆動するモータ１４と、このモータ１４に電力を供給するバッテリ１６と、エンジン１８に駆動連結されて電力を発生するジェネレータ２０と、モータ１４及びバッテリ１６を接続するインバータ２２と、ジェネレータ２０及びバッテリ１６を接続するインバータ２４と、空調等の電気負荷２６と、を備えている。

より具体的に、モータ１４は、インバータ２２を介してバッテリ１６に接続されるとともに、インバータ２２、２４を介してジェネレータ２０に接続されており、それにより、バッテリ１６が蓄える電力ないしジェネレータ２０が発電した電力の供給を受けて作動する。また、そのモータ１４の出力（車輪１２の駆動力）は、インバータ２２を制御してモータ１４に該インバータ２２を介して供給される電力を調節することにより制御される。さらに、モータ１４は発電作動も可能で、自動車１０の制動時に車輪１２に駆動されて電力を発生する。この発電電力はインバータ２２を介してバッテリ１６に充電される。

ジェネレータ２０は、インバータ２４を介してバッテリ１６に接続されるとともに、インバータ２２、２４を介してモータ１４に接続されており、エンジン１８に駆動されて発電した電力を、モータ１４やバッテリ１６に供給する。また、バッテリ１６からインバータ２４を介して電力の供給を受けて、モータ作動することも可能であり、停止中のエンジン１８をクランキングして始動させるスタータモータとしても機能する。

特にこの実施形態では、詳しくは後述するが、エンジン１８の迅速且つスムーズな始動を実現するために、クランクシャフト１８ａにジェネレータ２０のロータ２０ａ（図８を参照）を回転方向の位置を合わせて組み付けており、このことで、前記のようにスタータモータとして作動するジェネレータ２０が最大トルクを発生するときに、エンジン１８の要求するクランキングトルクが最小になる。

前記２つのインバータ２２、２４は、バッテリ１６からの直流電力を交流電力に変換してモータ１４、ジェネレータ２０に送出したり、反対に、モータ１４やジェネレータ２０からの交流電力を直流電力に変換してバッテリ１６に送出する。そして、以下に述べるコントロールユニット５０により制御されて、モータ１４、バッテリ１６、ジェネレータ２０間を伝達する電力の調整を行う。電気負荷２６は主にバッテリ１６から電力の供給を受けて作動する。

コントロールユニット５０は、前記モータ１４、エンジン１８、ジェネレータ２０及びインバータ２２，２４を制御する。すなわち、コントロールユニット５０は、主にエンジン１８の運転制御を行うエンジンコントローラ５０ａと、主にインバータ２２，２４を制御してモータ１４及びジェネレータ２０の作動を制御するＨＥＶコントローラ５０ｂと、を備えている。

図２に制御系統を示すようにコントロールユニット５０には、バッテリコントローラ４０からの信号が入力される他に、車速を検出する車速センサ５２と、運転者のアクセル操作量（アクセルペダルの踏込み量）を検出するアクセルセンサ５４と、同ブレーキ操作量（ブレーキペダルの踏込み量）を検出するブレーキセンサ５６と、エンジン１８の吸気流量を検出するエアフロセンサ５８と、そのクランクシャフト１８ａの位相（角度）を検出するクランク角センサ６２と、カムシャフト１８ｂの位相（角度）を検出するカム角センサ６４と、からの信号が少なくとも入力される。

図の例ではバッテリコントローラ４０は、コントロールユニット５０とは別体とされ、バッテリ１６の電流を検出するバッテリ電流センサ４２と、バッテリ１６の電圧を検出するバッテリ電圧センサ４４と、バッテリ１６の温度を検出するバッテリ温度センサ４６と、からの信号を入力し、これらの信号に基づいてバッテリ１６のＳＯＣ（充電状態、残容量）や電気負荷２６の大きさを演算して、コントロールユニット５０に出力する。

そして、コントロールユニット５０は、前記の各種信号に基づいてインバータ２２、２４を制御し、これによりモータ１４及びジェネレータ２０を制御するとともに、バッテリ１６の充電状態も制御する。また、コントロールユニット５０は、エンジン１８、具体的には、各気筒１８ｃ毎に設けられた燃料噴射弁１８ｄや点火プラグ１８ｅの作動も制御する。

一例としてコントロールユニット５０は、図３のマップに示すように、車両負荷とバッテリ１６のＳＯＣとに基づいてエンジン１８をＯＮ−ＯＦＦ制御し、運転中のエンジン１８を停止させたり、停止中のエンジン１８を再始動させたりする。車両負荷は、自動車１０の走行状態と電気負荷２６の作動状態から決まる負荷であり、コントロールユニット５０は、この車両負荷のうち、走行状態に関連する負荷を車速センサ５２やアクセルセンサ５４からの信号に基づいて演算し、電気負荷２６の作動による負荷をバッテリ電流センサ４２、バッテリ電圧センサ４４及びバッテリ温度センサ４６からの信号に基づいて演算する。バッテリ１６のＳＯＣは、バッテリ電流センサ４２、バッテリ電圧センサ４４及びバッテリ温度センサ４６からの信号に基づいて演算する。

図３に示すように、車両負荷が大きい場合、例えば高速状態で自動車１０を走行させるためにモータ１４が高出力状態である場合や、走行中に電気負荷２６が大量の電力を消費して作動する場合等には、バッテリ１６に電力供給不足が生じる虞れがあるので、コントロールユニット５０は、エンジン１８を運転させてジェネレータ２０に電力を発生させ、その発生電力をインバータ２２，２４を介してモータ１４やバッテリ１６に供給する。

また、バッテリ１６のＳＯＣが低い場合も、コントロールユニット５０は、バッテリ１６を充電するためにエンジン１８を運転する。すなわち、バッテリ１６の電力のみで十分に走行できる（長時間安定して走行できる）状態であるとき以外はエンジン１８が運転されることになる。従って、図３に示すマップにおいて、エンジン１８を作動状態に維持するＯＮ領域と、停止状態に維持するＯＦＦ領域との境界が、所定の自動停止条件及び所定の再始動条件に該当する。

尚、コントロールユニット５０によるエンジン１８のＯＮ−ＯＦＦ制御、即ち、その自動停止や再始動の条件は、車両負荷やバッテリ１６のＳＯＣ以外に例えばエンジン冷却水の温度等の他の要因に基づいてもよい。例えば、エンジン１８が冷機状態（冷却水温度が５０度以下）のときは、車両負荷やＳＯＣに基づけば（図３のマップに基づけば）エンジン１８を停止状態にするところを、エンジン１８を暖機するために運転するようにしてもよい。

（再始動時の迅速始動）
さらに、コントロールユニット５０は、所定の条件下で実行するエンジン１８の再始動の際に、ジェネレータ２０のモータ作動によってクランキングを開始した後に気筒１８ｃ内の燃料を燃焼させて、エンジンを再始動するか（以下、「通常始動」という）、クランキングを開始するのと同時若しくはそれ以前に、所定の気筒１８ｃ内の燃料を燃焼させてエンジンを再始動するか（以下、「迅速始動」という）を使い分けるようになっている。

迅速始動においてエンジン１８のクランクシャフト１８ａは、気筒１８ｃの燃焼力により回転されるとともに、スタータモータとして機能するジェネレータ２０のクランキングによっても回転されることから、図４に示すように、クランキングのみにより回転を始める通常始動に比べて迅速にエンジン回転数が立ち上がるようになる。また、迅速始動は、通常始動に比べるとクランクシャフト１８ａを駆動させるジェネレータ２０のトルクが小さくて済み、そのための電力消費が少なくなる。

但し、迅速始動の際の最初の１、２回の燃焼では、混合気の一部において部分的に燃焼状態が悪化しやすく、排気ガス中の有害成分が僅かながら増えるきらいがある。また、迅速始動は、気筒１８ｃ内の混合気を燃焼させてエンジン１８の回転を開始するものであるから、再始動前に気筒１８ｃ内に燃料を供給して準備する必要がある。

この実施形態のようにエンジン１８が、各気筒１８ｃ毎の吸気ポート１８ｆに燃料噴射弁１８ｄから燃料を噴射する構造である場合、前記準備としての気筒１８ｃ内への燃料の供給（噴射）は、所定の自動停止条件が成立した後、各気筒のピストン位置を表す図５に示すように、エンジン１８が停止したときに膨張行程の途中にある気筒（＃１）と圧縮行程の途中にある気筒（＃３）に対して、エンジン１８が完全に停止する直前の排気行程中に実行される。

そうして膨張行程で停止する気筒（＃１）と圧縮行程で停止する気筒（＃３）に対して燃料を供給しておく理由は、エンジン１８の停止中はそれらの気筒内（燃焼室）が密閉状態（吸気バルブと排気バルブが閉じた状態）であって、混合気が気筒外に漏れ出ることがないからである。尚、エンジンが気筒内に燃料を直接噴射する直噴式の場合は、それを再始動する直前に燃料を供給することができるが、一方で、気筒内の流動による空気との混合促進が図れないので、この点からは直噴式であってもエンジンの停止直前に燃料を噴射することのメリットはある。

そのような迅速始動の準備のために、コントロールユニット５０は、各気筒１８ｃがどの行程にあるかを、クランク角センサ６２とカム角センサ６４からの信号（すなわちクランクシャフト１８ａの位相とカムシャフト１８ｂの位相）に基づいて推定するように構成されている。

また、コントロールユニット５０は、本発明の特徴として詳しくは後述するが、前記のように迅速始動の準備をするときには、エンジン１８停止後に膨張行程にある気筒（図５の＃１）のピストンが行程の中央近傍やや下死点寄りに位置し、これに対応して圧縮行程にある気筒（＃３）のピストンは行程の中央近傍やや上死点寄りに位置するように、インバータ２４を介してジェネレータ２０を制御することによりクランクシャフト１８ａを位置決めして、エンジン１８を停止させる（このとき、図５に示すように、ジェネレータ２０は、バッテリ１６から電力の供給を受けて、クランクシャフト１８ａを位置決めするために該シャフト１８ａを駆動する停止位置決めトルクを出力している。）。

このように迅速始動の準備である気筒１８ｃ内への燃料供給がエンジン１８の停止前に行われることから、再始動時に迅速始動又は通常始動のいずれを実行するかは、エンジン１８の自動停止条件が成立した直後に決定しなければならない。

この実施形態ではコントロールユニット５０は、自動停止条件が成立したときにバッテリ１６のＳＯＣが所定のしきいＳＯＣ値より小さい場合は、その後の再始動時にもＳＯＣが小さいものと推定して、エンジン１８の迅速始動を選択し、そうでない場合は通常始動を選択するように構成されている。これは、エンジン１８の停止中にバッテリ１６が充電される可能性が自動車１０の減速時のみに限られるからである。

図４に示すように、迅速始動を実行すると、通常始動に比べてジェネレータ２０のクランクシャフト１８ａを駆動するトルクが小さくて済む（ジェネレータ２０の消費電力が少なくて済む）ので、ＳＯＣが所定のしきいＳＯＣ値より小さいバッテリ１６からでもモータ１４は不足することなく必要な電力の供給を受けることができる。よって、エンジン１８の始動の際にモータ１４への供給電力が不足して駆動力が急減することはなく、それにより車両にショックが発生する心配もない。

また、ＳＯＣが比較的小さくてバッテリ１６からの供給電力が少ない状態であっても、気筒１８ｃの燃焼力によってエンジン回転を、より確実且つ速やかに立ち上げることができる。さらに、この燃焼を伴う迅速始動を常に行うわけではなく、バッテリ１６のＳＯＣが小さい場合等、必要なときに限って行うようにしているので、徒に排気ガス中の有害成分が増大することもない。

（エンジンの制御フロー）
以下に、コントロールユニット５０によるエンジン１８の自動停止、始動制御の概要を図６に示すフローに沿って説明する。まず、スタート後のステップＳ１で各センサからの信号を読込み、これに基づいて車両負荷とバッテリ１６のＳＯＣとを算出する（ステップＳ２）。続いてステップＳ３ではエンジン１８の運転中か否かを判定し、運転中であればステップＳ４に進む一方、運転中でない、即ち停止している場合は後述のステップＳ９に進む。

そうしてエンジン１８が運転中と判定して進んだステップＳ４では、前記ステップＳ２で算出した車両負荷とバッテリ１６のＳＯＣが、図３に示すマップのエンジン停止領域（エンジン１８のＯＦＦ領域）内であるか否かを判定し、エンジン運転領域内の場合はリターンする一方、エンジン停止領域内にあれば所定の自動停止条件が成立したとして、ステップＳ５に進む。

このステップＳ５では、再始動時の始動態様（迅速始動か通常始動か）を選択するためのしきい値であるしきいＳＯＣ値Ｃ₀を算出する。これは、予め設定されているベース値Ｃbaseに補正係数を乗算して Ｃ₀＝Ｃbase×ｋ1×ｋ2×ｋ3 として求めることができる。例えば補正係数ｋ1は、バッテリ１６の温度が低いほど、しきいＳＯＣ値Ｃ₀を小さな値に補正するものであり、同様にｋ2、ｋ3は、再始動時のアクセル操作量が大きいほど、また車速が高いほど、しきいＳＯＣ値Ｃ₀を小さな値に補正するものとすればよい。

続いてステップＳ６において、前記ステップＳ２で算出したＳＯＣが、しきいＳＯＣ値Ｃ₀に比べて小さいか否かを判定する。小さい場合はステップＳ７に進み、迅速始動の準備をしつつ（すなわち、燃料カット後にエンジン回転が低下して完全に停止する直前に、所定気筒に燃料を供給して）エンジン１８を停止させてリターンする。そうでない場合はステップＳ８に進み、迅速始動の準備はせずにエンジン１８を停止して、リターンする。

一方、ステップＳ３でエンジン１８の運転中でないと判定した場合、即ちエンジン１８が停止中であればステップＳ９に進んで、前記ステップＳ２で算出した車両負荷とバッテリ１６のＳＯＣが、図３に示すマップのエンジン運転領域（ＯＮ領域）内であるか否かを判定する。そして、エンジン停止領域内の場合はリターンする一方、エンジン運転領域内にあれば再始動条件が成立したとして、ステップＳ１０に進む。

このステップＳ１０では、前記した迅速始動の準備が行われているか否かを判定する。迅速始動の準備がされている場合はステップＳ１１に進み、迅速始動を行ってリターンする一方、準備がされていない場合はステップＳ１２に進み、通常始動を行ってリターンする。そうして、バッテリ１６のＳＯＣ等に応じて迅速始動と通常始動とを適切に使い分けることにより、再始動時にショックが発生したりエミッションの悪化を招いたりすることを抑制しながら、必要に応じて迅速な始動が可能になる。

尚、前記した図６のフローは、エンジン１８を所定の停止条件が成立すれば自動停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すれば、ジェネレータ２０のモータ作動によりクランキングして再始動させる、という本発明の前提となる制御方法を表している。

特に、ステップＳ１１の迅速始動は、クランキングの開始と同時若しくはそれ以前に、少なくとも膨張行程で停止している気筒１８ｃの燃焼を開始して、エンジン１８を再始動する第５工程に、また、ステップＳ１２の通常始動は、クランキングを開始した後に気筒１８ｃの燃焼を開始して、エンジン１８を再始動する第４工程に、それぞれ対応している。また、ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ６は、エンジン１８の自動停止前に予め、再始動時に前記第４工程（通常始動）及び第５工程（迅速始動）のいずれを行うか選択する第６工程に対応している。

−エンジン自動停止時の位置決め制御−
上述したようにこの実施形態ではエンジン１８を自動停止させた後に再始動する際に、通常の始動態様とより迅速な始動態様を使い分けるようにしているが、迅速始動をすると僅かながらエミッションが悪化するきらいがあり、常に行うことは好ましくない。この点、一般的にエンジンにおいては図７に模式的に示すように、気筒のポンプ仕事等によってクランキングトルクの大きさが１回転中において変化するものであり、それが最も小さなクランク角位置でエンジン１８を停止させておけば、その後の再始動を迅速に行う上で有利になる。

より具体的に、前記の通常始動であれば、同図(a)に示すように、気筒１８ｃの上死点又は下死点においてクランキングトルクが最も小さくなり、一方、気筒１８ｃの燃焼を伴う迅速始動の場合は、最初に燃焼する気筒１８ｃ（膨張行程で停止している気筒１８ｃ）の膨張行程において燃焼力によりエンジン回転が効果的に助勢されることから、同図(b)に示すように当該気筒１８ｃの膨張行程においてクランキングトルクが最も小さくなる。

よって、前記の如くエンジン１８の自動停止時に迅速始動の準備をしない場合は（ステップＳ８）、気筒１８ｃの上死点又は下死点においてエンジン１８を停止させる一方、迅速始動の準備をした場合は（ステップＳ７）、膨張行程で停止する気筒１８ｃのピストンが、この行程の中央付近からそれよりもやや下死点寄り（本例ではＡＴＤＣ１２０°ＣＡ）に位置するように、言い換えると当該気筒１８ｃが膨張行程中盤の所定範囲で停止するように、エンジン１８を停止させるのがよい。

さらに、そうしてエンジン１８をクランキングするジェネレータ２０にも、その１回転中にトルクが変動する（トルクリップル）ことは知られている。この例ではジェネレータ２０は、一例を図８に模式的に示すような三相同期式の電動機であり、ロータ２０ａの磁石（図にＭＧ１〜ＭＧ４と表す）とステータ２０ｂのコイル２０ｃ(1)，２０ｃ(2)，…との相互の位置関係が変化することによって、１回転の間に発生するトルクが変動し、図７(c)に示すようにトルクの山、谷が複数回、繰り返し表れるようになる。

斯かる点に着目してこの実施形態では、本発明の特徴部分として、まず、エンジン１８のクランクシャフト１８ａとジェネレータ２０のロータ２０ａとを回転方向に位置合わせして組み付け、前記図７(c)に示すトルクの山頂が、同図(a)、(b)に示すクランキングトルクの最小となるクランク角位置に対応するように、言い換えると、スタータモータとして作動するジェネレータ２０がクランキングの開始とともに最大トルクを発生するときに、エンジン１８の要求するトルクが最小となるようにする。

すなわち、まず、図８のようなジェネレータ２０のステータ２０ｂのコイル２０ｃ(1)，２０ｃ(2)，…に流す電流を、例えば図示の位置において真上のコイル２０ｃ(1)，には先端（ティース２０ｄの先端）にＮ極の磁界が発生する向きに電流を流すとともに、左上のコイル２０ｃ(2)には同様にＳ極の磁界が発生するよう、前記とは逆向きに電流が流れるように制御する。また、同様に真下のコイル２０ｃ(4)には先端にＮ極の磁界が発生する向きに電流を流すとともに、右下のコイル２０ｃ(5)には同様にＳ極の磁界が発生するよう、前記とは逆向きに電流が流れるように制御する。このように電流を流すと永久磁石ＭＧ１はコイル２０ｃ(1)に発生する磁界に引きつけられるとともに、コイル２０ｃ(2)２に発生する磁界に反発するように動こうとするものであり、永久磁石ＭＧ４でも同様に作用する。これがモータの回転開始時の発生トルクが最大となる位置の１つである。

そして、ジェネレータ２０が１回転する間に最大トルクを発生する位置は、図示の位置とこれから３０°、６０°、９０°、…というように３０°ずつ回転した位置となり、例えば図示の位置をロータ２０ａの回転角で第１回転角θ1とし、そこから３０°ずつ回転した位置をそれぞれ第２回転角θ2、第３回転角θ3、…とすると、図７(c)に示すトルクの山頂が各々第１回転角θ1、第２回転角θ2、…となる。

つまり、ジェネレータ２０が１回転する間に最大トルクを発生する位置が複数、あるので、そのうちの１つ（例えば第１回転角θ1）を、通常始動においてクランキングトルクが最小になる気筒１８ｃの上死点又は下死点に対応させる一方、これとは別の１つ（例えば第５回転角θ5）を、迅速始動においてクランキングトルクが最小になる、気筒１８ｃの膨張行程の中央近傍位置（本例ではＡＴＤＣ１２０°ＣＡ）に対応させる。

そして、その上でエンジン１８の自動停止時には、上述したように迅速始動の準備をしているか否かに基づいて、その準備をしていなければ前記第１回転角θ1においてジェネレータ２０が停止するように、また、迅速始動の準備をしているのであれば前記第５回転角θ5においてジェネレータ２０が停止するように、エンジン１８の停止直前においてジェネレータ２０を作動させるのである。

具体的には、まず、図９のフローのスタート後のステップＴ１において、エンジン１８が完全に停止する直前かどうか判定する。すなわち、エンジン１８を自動で停止させるべく燃料の供給を終えると（燃料カット）、その後、エンジン１８は惰性で数回転する間に７〜９回、気筒１８ｃの圧縮上死点を越えて、その最後の上死点を越えた後に或る気筒１８ｃの圧縮反力に抗して上死点を越えることができなくなって、停止に至る。

そこで、クランク角センサ６２からの信号により求めるエンジン１８の瞬時回転数が所定値以下に低下するまでは、停止直前でない（ＮＯ）と判定してリターンする一方、その所定値以下になって前記の最後のＴＤＣを越えたときに、停止直前になったＹＥＳと判定してステップＴ２に進み、ここでは前記図６のフローのステップＳ６における判定結果を参照して、迅速始動の準備をしているか、そうでないか判定する。

この判定がＮＯで迅速始動の準備をしていない、即ち再始動時には通常始動を行う（第４工程を選択）のであればステップＴ３に進んで、ジェネレータ２０の停止制御の目標値θm（以下、目標回転角）を第１回転角θ1に設定する一方、迅速始動の準備をしている（第５工程を選択）と判定すれば、ステップＴ４に進んで目標回転角θmを第５回転角θ5（に設定する。

そして、前記ステップＴ３，Ｔ４に続くステップＴ５では、クランク角センサ６２からの信号に基づいてエンジン１８のクランク角位置、即ちジェネレータ２０の回転角を検出し、これをフィードバックしてθ＝θmとなるようにジェネレータトルクを調整する（ステップＴ６）。そして、ステップＴ７においてθ＝θmになるまでは（ＮＯ）フィードバック制御を続け、θ＝θmになれば制御終了となる（エンド）。

こうして、再始動時に通常始動を行うのであれば、ジェネレータ２０が第１回転角θ1において停止し、エンジン１８は気筒１８ｃの上死点ないし下死点で停止するようになる。一方、迅速始動を行うのであれば、ジェネレータ２０が第５回転角θ5において停止しエンジン１８は、再始動時に最初に燃焼させる気筒１８ｃが膨張行程中盤の所定範囲（本例ではＡＴＤＣ１２０°ＣＡ）で停止するようになる。

前記図９のフロー全体が、エンジン１８の自動停止時にジェネレータ２０の作動を制御して、それが最大トルクを発生する位置で停止させることにより、エンジン１８のクランキング開始トルクが最小となるように、そのクランク角位置を調整する第１工程（第３工程）に対応しており、特にステップＴ５は、エンジン１８と連動するジェネレータ２０のロータ２０ａ及びステータ２０ｂの相対的な位置関係を検出する第２工程に対応している。

そして、前記第１工程（第３工程）では、上述したように、再始動時に通常始動を行うことを選択した場合は、ジェネレータ２０を第１回転角θ1において停止させる一方、迅速始動を選択した場合はジェネレータ２９を第５回転角θ5において停止させる、ものである。

前記図６及び図９のフローに示す制御手順はコントロールユニット５０によって実行されるものであり、この意味でコントロールユニット５０は、ソフトウエアプログラムの態様でもって、特許請求の範囲に記載のエンジン停止位置制御手段（図９のフロー全体）、検出手段（ステップＴ５）、モータ停止位置制御手段（図９のフロー全体）、再始動制御手段（ステップＳ１１，Ｓ１２）、始動態様選択手段（ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ６）を構成する。

したがって、この実施形態に係るハイブリッド自動車の制御装置によると、所定の条件下で自動停止させたエンジン１８を、その後、ジェネレータ２０によりクランキングして再始動させるときに、そのクランキングの開始に必要なトルクが極力、小さくなるように、予め自動停止の際にエンジン１８の停止位置を調整するとともに、このエンジン１８と共に停止するジェネレータ２０の停止位置が最大トルクを発生するものとなるようにしたので、再始動時にクランキングを開始するときにはエンジン１８の要求するトルクが概ね最小になる一方で、ジェネレータ２０は最大のトルクを発生するようになり、可及的速やかな再始動を実現できる。

しかも、必要に応じて気筒１８ｃの燃焼力によるエンジン１８の迅速始動を行うことができるし、これを通常始動と適切に使い分けることで、迅速始動に起因するショックの発生やエミッションの悪化を抑制でき、さらに、そうして通常始動と迅速始動とを使い分ける場合に、その何れの始動態様においても前記のような効果を得ることができる。

尚、本発明に係るハイブリッド自動車の制御装置は、前記した実施形態に限定されず、その他の種々の構成をも包含する。すなわち、前記実施形態において図８に示すジェネレータ２０の構造はあくまでも例示に過ぎない。すなわち、本実施例では膨張行程中盤となるクランク角位置θ5をＡＴＤＣ１２０°ＣＡとしたが、迅速始動においてクランキングトルクが最小になる位置はエンジン１８の仕様や諸元により異なるものであり、膨張行程中盤の所定範囲は、ＡＴＤＣ８０〜１５０°ＣＡの間の値を取り得る。そして、迅速始動に対応するエンジン停止位置が変われば、これに応じてジェネレータ２０の構造、即ち、コイル２０ｃの数や永久磁石ＭＧの数、さらにはそれらのレイアウトを変更すればよい。

また、本発明は、前記実施形態のようにエンジン１８の通常始動と迅速始動とを使い分ける場合に限らず、そのいずれか一方のみの態様で再始動するようにした制御システムにも適用できる。

その場合、エンジン１８を通常の態様で再始動するものにおいては、その気筒１８ｃの上死点又は下死点に、ジェネレータ２０の最大トルク発生位置である第１、第２回転角が対応するように、両者を組み付ければよい。また、エンジン１８を迅速始動するものにおいては、膨張行程で停止する気筒１８ｃのその膨張行程後半にジェネレータ２０の第１、第２回転角を対応させればよく、エンジンが直噴式のものであれば、膨張行程で停止している気筒１８ｃにも限らず、再始動時に燃料を噴射して最初に燃焼させる気筒１８ｃの膨張行程に対応させればよい。

さらに、例えばエンジン１８と変速機とを、両者の回転バランスが相補的に改善されるように組み付けるときには、前記実施形態のようにエンジン１８のクランキングトルクが最小となる位置（クランク角）にジェネレータ２０の最大トルク発生位置（回転角）を合わせることができないことも考えられるので、クランクシャフト１８ａとジェネレータ２０のロータ２０ａとの結合部分に相対回動可能な可変機構を設けて、エンジン１８の停止位置の調整とジェネレータ２０の停止位置の調整とを独立に行えるようにしてもよい。

さらにまた本発明を適用するハイブリッド自動車１０は、前記実施形態のようなシリーズ方式のものに限らず、パラレル方式のものやシリーズ・パラレル方式のものであってもよく、さらにはハイブリッド自動車に限らず、例えばアイドルストップ制御を行うようにした自動車にも本発明は適用可能である。この場合、エンジン１８の停止位置をジェネレータ２０のモータ作動によって調整する構成にも限定されず、それをスタータモータによって調整するようにしてもよい。

以上、説明したように、本発明に係る自動車の制御方法等によると、所定の条件により自動で行われるエンジンの再始動が可及的速やかに実現できるので、ハイブリッド乗用車に特に好適なものである。

本発明の実施形態に係るハイブリッド自動車の全体構成図である。 同制御系統を示す図である。 エンジンの運転領域を２つに分けた制御マップの一例を示す図である。 迅速始動の効果を通常始動と対比して示す説明図である。 エンジンの自動停止から再始動に至るタイミングチャートである。 エンジンの自動停止、再始動の制御の流れを示すフローチャートである。 エンジンの回転角によるクランキングトルクと、ジェネレータの回転角による発生トルクとの望ましい対応関係を示す説明図である。 ジェネレータの構造の一例を模式的に示す説明図である。 エンジン停止直前のジェネレータ制御の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１０ ハイブリッド自動車
１８ エンジン
１８ｃ 気筒
２０ ジェネレータ（モータ）
５０ コントロールユニット（エンジン停止位置制御手段、検出手段、モータ停止 位置制御手段、再始動制御手段、始動態様選択手段）
θ1 ジェネレータの第１回転角（モータの第１位置）
θ5 ジェネレータの第５回転角（モータの第２位置）

Claims (8)

1. 自動車のエンジンを所定の停止条件が成立すれば自動停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すれば、モータによりクランキングして再始動させる、制御方法であって、
   前記再始動時のクランキング開始トルクが最小となるように、前記自動停止の際のエンジンのクランク角位置を調整する第１工程と、
   前記自動停止の際に、エンジンと連動するモータのロータ及びステータの相対的な位置関係を検出する第２工程と、
   前記第２工程により検出したロータ及びステータの相対位置関係に基づいてモータを、最大トルクを発生する位置で停止させる第３工程と、
   を有することを特徴とする自動車の制御方法。
2. モータによるクランキングを開始した後に気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する第４工程を有し、
   第１工程では、前記気筒が上死点又は下死点のいずれかで停止するように、エンジンのクランク角位置を調整する、請求項１記載の自動車の制御方法。
3. モータによるクランキングを開始するのと同時若しくはそれ以前に、少なくとも膨張行程で停止している気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する第５工程を有し、
   第１工程では、前記気筒が膨張行程中盤の所定範囲で停止するようにエンジンのクランク角位置を調整する、請求項１に記載の自動車の制御方法。
4. モータによるクランキングを開始した後に気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する第４工程と、クランキングの開始と同時若しくはそれ以前に、少なくとも膨張行程で停止している気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する第５工程と、のいずれかを選択可能であり、
   前記モータは、最大トルクを発生する位置が複数あって、そのうちの少なくとも１つの第１位置が前記気筒の上死点又は下死点のいずれかに対応するとともに、これとは別の少なくとも１つの第２位置が前記気筒の膨張行程中盤の所定範囲に対応するように、エンジンに連結されており、
   エンジンの自動停止前に予め、再始動時に前記第４工程及び第５工程のいずれを行うか選択する第６工程を有し、
   第１工程と第３工程とが同じ工程であって、この工程では、前記第６工程にて第４工程を選択した場合は、モータを前記第１位置に停止するように制御して前記気筒を上死点又は下死点のいずれかで停止させる一方、第５工程を選択した場合は、モータを前記第２位置に停止するように制御して前記気筒を膨張行程中盤の所定範囲に停止させる、請求項１に記載の自動車の制御方法。
5. 自動車のエンジンを所定の停止条件が成立すれば自動停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すれば、モータによりクランキングして再始動させるようにした制御装置であって、
   前記再始動時のクランキング開始トルクが最小となるように、前記自動停止の際のエンジンのクランク角位置を調整するエンジン停止位置制御手段と、
   前記自動停止の際に、エンジンと連動するモータのロータ及びステータの相対的な位置関係を検出する検出手段と、
   前記検出手段により検出されたロータ及びステータの相対位置関係に基づいてモータを、最大トルクを発生する位置で停止させるモータ停止位置制御手段と、
   を備えることを特徴とする自動車の制御装置。
6. モータによるクランキングを開始した後に気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する再始動制御手段を備え、
   エンジン停止位置制御手段は、エンジンの自動停止時に、前記気筒が上死点又は下死点のいずれかで停止するように、エンジンのクランク角位置を調整するものである、請求項５記載の自動車の制御装置。
7. モータによるクランキングを開始するのと同時若しくはそれ以前に、少なくとも膨張行程で停止している気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する再始動制御手段を備え、
   エンジン停止位置制御手段は、エンジンの自動停止時に、前記気筒が膨張行程中盤の所定範囲で停止するようにエンジンのクランク角位置を調整するものである、請求項５に記載の自動車の制御装置。
8. モータによるクランキングを開始した後に気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する通常始動と、クランキングの開始と同時若しくはそれ以前に、少なくとも膨張行程で停止している気筒の燃焼を開始して、エンジンを再始動する迅速始動と、のいずれかを選択的に行う再始動制御手段を備え、
   前記モータは、最大トルクを発生する位置が複数あって、そのうちの少なくとも１つの第１位置が前記気筒の上死点又は下死点のいずれかに対応するとともに、これとは別の少なくとも１つの第２位置が前記気筒の膨張行程中盤の所定範囲に対応するように、エンジンに連結されており、
   エンジンの自動停止前に予め、再始動時に前記再始動制御手段により前記通常始動及び迅速始動のいずれを行わせるか選択する始動態様選択手段をさらに備え、
   エンジン停止位置制御手段がモータ停止位置制御手段により構成され、この手段は、前記始動態様決定手段により通常始動が選択された場合は、モータを前記第１位置に停止するように制御して前記気筒を上死点又は下死点のいずれかで停止させる一方、迅速始動が選択された場合は、モータを前記第２位置に停止するように制御して前記気筒を膨張行程中盤の所定範囲で停止させるものである、請求項５に記載の自動車の制御装置。

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