JP2014134130A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンにベルトを介して動力伝達してクランキングするＭＧ（モータジェネレータ）とギヤを介して動力伝達してクランキングするスタータとを備えたシステムにおいて、ベルトの耐久性と始動時の静粛性を向上させることができるようにする。
【解決手段】エンジン１１を始動する際に冷却水温と補機の駆動要求の有無とに応じて要求クランキングトルクを算出し、この要求クランキングトルクに基づいて、ＭＧ１２によるクランキングと、スタータ１３によるクランキングと、ＭＧ１２とスタータ１３の両方によるクランキングのうちのいずれかを選択してエンジン１１のクランキングを開始する。更に、クランキング開始後にベルト１９のスリップ状態を判定し、このベルト１９のスリップ状態に基づいて、ＭＧ１２によるクランキングとスタータ１３によるクランキングのうちの一方を選択してエンジン１１を始動完了（完爆）までクランキングする。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関をクランキングする二つの電動機を備えた内燃機関の始動制御装置に関する発明である。

例えば、特許文献１（特開２００４−２４５１２１号公報）に記載されているように、エンジン（内燃機関）をクランキングするモータとして、エンジン始動用のスタータモータの他に、ベルト・プーリ機構を介してエンジンと動力伝達可能なＭＧ（モータジェネレータ）を備え、エンジンを始動する際に、ＭＧによるエンジン始動の開始から第１基準時間が経過したときのエンジン回転速度が第１基準回転速度未満であるときにスタータモータによる始動を開始し、第１基準時間経過時のエンジン回転速度が第１基準回転速度以上であるときにはＭＧによる始動を継続し、そのＭＧによる始動継続中、第２基準時間が経過するまでの間にエンジンが完爆しなかったときにはスタータモータによる始動を開始するようにしたものがある。

特開２００４−２４５１２１号公報

エンジンを始動する際に、低温時でエンジンのフリクショントルクが大きい場合や、エンジンと一体的に回転駆動される補機の駆動トルクが大きい場合（例えばエアコンコンプレッサの駆動要求がオンの場合等）には、エンジンをクランキングするのに必要なトルク（以下「要求クランキングトルク」という）が大きくなるため、エンジンにベルトを介して動力伝達するＭＧでクランキングすると、ベルトがスリップする可能性がある。

しかし、上記特許文献１の技術では、エンジンを始動する際に、要求クランキングトルクの大小に拘らず、まず最初にＭＧによるエンジン始動を行うため、要求クランキングトルクが大きい場合に、ベルトがスリップする可能性があり、ベルトの摩耗による耐久性の悪化が懸念される。

また、一般に、スタータモータは、エンジンにギヤを介して動力伝達するため、エンジンを始動する際に、いつもスタータモータでクランキングするようにすると、騒音（ギヤ音）が発生して始動時の静粛性が損なわれる可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、内燃機関にベルトを介して動力伝達してクランキングする第１の電動機とギヤを介して動力伝達してクランキングする第２の電動機とを備えたシステムにおいて、ベルトの耐久性と始動時の静粛性を向上させることができる内燃機関の始動制御装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、内燃機関（１１）にベルト（１９）を介して動力伝達してクランキングする第１の電動機（１２）と、内燃機関（１１）にギヤを介して動力伝達してクランキングする第２の電動機（１３）とを備えた内燃機関の始動制御装置において、内燃機関（１１）を始動する際に内燃機関（１１）の温度に関する情報と補機に関する情報のうちの少なくとも一方に基づいて内燃機関（１１）をクランキングするのに必要なトルク又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「要求クランキングトルク情報」と総称する）を判定する要求クランキングトルク情報判定手段（２３）と、要求クランキングトルク情報に基づいて第１の電動機（１２）によるクランキングと第２の電動機（１３）によるクランキングと第１の電動機（１２）と第２の電動機（１３）の両方によるクランキングのうちのいずれかを選択して内燃機関（１１）のクランキングを開始する始動制御手段（２３）とを備えた構成としたものである。

この構成では、内燃機関を始動する際に、内燃機関の温度に関する情報や補機に関する情報に基づいて要求クランキングトルク情報（内燃機関をクランキングするのに必要なトルク又はこれと相関関係を有する情報）を判定し、この要求クランキングトルク情報に基づいて第１の電動機によるクランキングと第２の電動機によるクランキングと第１の電動機と第２の電動機の両方によるクランキングのうちのいずれかのクランキング方法を選択して内燃機関のクランキングを開始することができるため、そのときの要求クランキングトルクの大きさに応じた適正なクランキング方法で内燃機関をクランキングすることが可能となる。

例えば、要求クランキングトルクが大きい場合（つまり第１の電動機によるクランキングを行うと、ベルトがスリップする可能性がある場合）に、第２の電動機によるクランキングを選択することで、ベルトのスリップを防止することができ、ベルトの耐久性を向上させることができる。しかも、要求クランキングトルクが大きい場合にのみ、第２の電動機によるクランキングを選択することで、第２の電動機によるクランキングの頻度を少なくすることができ、始動時の静粛性を向上させることができる。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン始動制御システムの概略構成を示す図である。 図２はベルト・プーリ機構の概略構成を示す図である。 図３は始動制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン始動制御システムの概略構成を説明する。

内燃機関であるエンジン１１をクランキングするための第１の電動機として、エンジン１１にベルト１９を介して動力伝達してクランキングするモータジェネレータ（以下「ＭＧ」と表記する）１２が設けられている。また、エンジン１１をクランキングするための第２の電動機として、エンジン１１にギヤ（図示せず）を介して動力伝達してクランキングするスタータ１３が設けられている。

エンジン１１とＭＧ１２は、ベルト・プーリ機構１４を介して互いに動力伝達可能に連結されている。このベルト・プーリ機構１４は、エンジン１１のクランク軸１５に連結されたプーリ１６とＭＧ１２の回転軸１７に連結されたプーリ１８にベルト１９が掛け渡されている。これにより、ＭＧ１２の動力でエンジン１１をクランキングしてエンジン１１を始動させることができると共に、エンジン１１の始動後（運転中）にエンジン１１の動力でＭＧ１２を駆動して発電することもできる。更に、エンジン１１の動力とＭＧ１２の動力の両方で車輪を駆動して走行することもできる。

エンジン１１には、冷却水温を検出する冷却水温センサ２０や、クランク軸１５が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２１が取り付けられ、このクランク角センサ２１の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。また、ＭＧ１２には、ＭＧ１２の回転速度を検出する回転速度センサ２２が取り付けられている。

これら各種センサの出力は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」と表記する）２３に入力される。このＥＣＵ２３は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御用のプログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて、燃料噴射量、点火時期、スロットル開度（吸入空気量）等を制御する。また、ＥＣＵ２３は、エンジン１１の停止中に始動要求が発生したときには、ＭＧ１２とスタータ１３のうちの少なくとも一方の動力でエンジン１１をクランキングしてエンジン１１を始動する。

図２に示すように、ベルト・プーリ機構１４は、エンジン１１用のプーリ１６とＭＧ１２用のプーリ１８に掛け渡されたベルト１９が、ベルト張力調整用の第１及び第２のプーリ２４，２５や、図示しない各種の補機（例えば、エアコンコンプレッサ、オイルポンプ、ウォータポンプ等）にそれぞれ連結された補機用のプーリ２６〜２８にも掛け渡されている。これにより、エンジン１１の動力で各種の補機を回転駆動できるようになっている。

第１のプーリ２４は、ＭＧ１２用のプーリ１８に対してＭＧ１２によるクランキング時におけるベルト１９の緩み側に配置され、第２のプーリ２５は、エンジン１１用のプーリ１６に対してスタータ１３によるクランキング時におけるベルト１９の緩み側に配置されている。これらの第１及び第２のプーリ２４，２５をベルト１９の張力増加方向に付勢してベルト１９の張力低下による緩みを解消することでベルト１９のスリップ（ベルトとプーリとの間のスリップ）を防止するようになっている。

しかし、エンジン１１を始動する際に、低温時でエンジン１１のフリクショントルクが大きい場合や、エンジン１１と一体的に回転駆動される補機の駆動トルクが大きい場合（例えばエアコンコンプレッサの駆動要求がオンの場合等）には、エンジン１１をクランキングするのに必要なトルク（以下「要求クランキングトルク」という）が大きくなるため、エンジン１１にベルト１９を介して動力伝達するＭＧ１２でクランキングすると、ベルト１９がスリップする可能性がある。これを防止するために、ベルト１９の張力を高くすると、ベルト１９の耐久性や燃費が悪化する可能性がある。また、いつもスタータ１３でクランキングするようにすると、騒音（ギヤ音）が発生して始動時の静粛性が損なわれる可能性がある。

そこで、本実施例では、ＥＣＵ２３により後述する図３の始動制御ルーチンを実行することで、エンジン１１を始動する際にエンジン１１の温度に関する情報と補機に関する情報のうちの少なくとも一方に基づいてエンジン１１をクランキングするのに必要なトルク又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「要求クランキングトルク情報」と総称する）を判定し、この要求クランキングトルク情報に基づいて、ＭＧ１２によるクランキングと、スタータ１３によるクランキングと、ＭＧ１２とスタータ１３の両方によるクランキングのうちのいずれかのクランキング方法を選択してエンジン１１のクランキングを開始する。これにより、そのときの要求クランキングトルクの大きさに応じた適正なクランキング方法でエンジン１１をクランキングすることが可能となる。

具体的には、エンジン１１を始動する際に、冷却水温センサ２０で検出した冷却水温と補機（例えばエアコンコンプレッサ）の駆動要求の有無（オン／オフ）とに応じて要求クランキングトルクＴc を算出し、この要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 よりも大きい場合には、ＭＧ１２によるクランキングを行うと、ベルト１９がスリップする可能性があると判断して、スタータ１３によるクランキングを選択する。一方、要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 以下で且つＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 よりも大きい場合には、ＭＧ１２のみでは正常にクランキングすることができない可能性があると判断して、スタータ１３とＭＧ１２の両方によるクランキングを選択する。また、要求クランキングトルクＴc がＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 以下の場合には、ＭＧ１２のみで正常にクランキングすることができると判断して、ＭＧ１２によるクランキングを選択する。

更に、本実施例では、エンジン１１のクランキング開始後にベルト１９のスリップ状態（滑り状態）を判定し、このベルト１９のスリップ状態に基づいて、ＭＧ１２によるクランキングとスタータ１３によるクランキングのうちの一方を選択してエンジン１１を始動完了（完爆）までクランキングする。これにより、エンジン１１のクランキング開始後に実際にベルト１９のスリップ状態を判定して、そのベルト１９のスリップ状態に応じた適正なクランキング方法でエンジン１１を始動完了（完爆）までクランキングすることができる。

具体的には、エンジン１１のクランキング開始後に、クランク角センサ２１で検出したエンジン回転速度と回転速度センサ２２で検出したＭＧ１２の回転速度とに基づいてベルト１９のスリップ量ΔＮを算出し、このベルト１９のスリップ量ΔＮが所定の許容範囲内の場合にはＭＧ１２によるクランキングを選択し、ベルト１９のスリップ量ΔＮが許容範囲外の場合にはスタータ１３によるクランキングを選択する。

以上説明した本実施例の始動制御は、ＥＣＵ２３により図３の始動制御ルーチンに従って実行される。以下、このルーチンの処理内容を説明する。
図３に示す始動制御ルーチンは、ＥＣＵ２３の電源オン期間中（イグニッションスイッチのオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう始動制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン１１の始動要求が有るか否かを判定し、始動要求が無いと判定された場合には、ステップ１０２以降の処理を実行することなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、エンジン１１の始動要求が有ると判定された場合には、ステップ１０２に進み、冷却水温センサ２０で検出した冷却水温と補機（例えばエアコンコンプレッサ）の駆動要求の有無とに応じて要求クランキングトルクＴc をマップ又は数式等により算出する。一般に、冷却水温が低いときほどエンジン１１のフリクショントルクが大きくなり、補機の駆動要求が有る場合には補機の駆動トルクが大きくなるため、要求クランキングトルクＴc のマップ又は数式等は、冷却水温が低いほど要求クランキングトルクＴc が大きくなると共に、補機の駆動要求が無い場合よりも補機の駆動要求が有る場合の方が要求クランキングトルクＴc が大きくなるように設定されている。このステップ１０２の処理が特許請求の範囲でいう要求クランキングトルク情報判定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０３に進み、要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 よりも大きいか否かを判定する。この所定値Ｔ1 は、例えば、ＭＧ１２によるクランキングを行ってもベルト１９がほとんどスリップしない要求クランキングトルクＴc の上限値又はそれよりも少し大きい値に設定されている。

このステップ１０３で、要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 よりも大きいと判定された場合には、ＭＧ１２によるクランキングを行うと、ベルト１９がスリップする可能性があると判断して、ステップ１０５に進み、スタータ１３によるクランキング（スタータ１３の動力のみでエンジン１１を回転駆動するクランキング）を選択して、エンジン１１のクランキングを開始する。

一方、上記ステップ１０３で、要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 以下であると判定された場合には、ステップ１０４に進み、要求クランキングトルクＴc がＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 よりも大きいか否かを判定する。ここで、ＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 は、例えば、ＭＧ１２のみで正常にクランキングすることができる要求クランキングトルクＴc の上限値又はそれよりも少し大きい値に設定されている。

このステップ１０４で、要求クランキングトルクＴc がＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 よりも大きいと判定された場合には、ＭＧ１２のみでは正常にクランキングすることができない可能性があると判断して、ステップ１０６に進み、スタータ１３とＭＧ１２の両方によるクランキング（スタータ１３の動力とＭＧ１２の動力でエンジン１１を回転駆動するクランキング）を選択して、エンジン１１のクランキングを開始する。この場合、要求クランキングトルクＴc に対するＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 の不足分（Ｔc −Ｔ2 ）をスタータ１３によるトルクで補うことができる。

一方、上記ステップ１０４で、要求クランキングトルクＴc がＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 以下であると判定された場合には、ＭＧ１２のみで正常にクランキングすることができると判断して、ステップ１０７に進み、ＭＧ１２によるクランキング（ＭＧ１２の動力のみでエンジン１１を回転駆動するクランキング）を選択して、エンジン１１のクランキングを開始する。

以上のようにして、ＭＧ１２によるクランキングと、スタータ１３によるクランキングと、ＭＧ１２とスタータ１３の両方によるクランキングのうちのいずれかのクランキング方法を選択してエンジン１１のクランキングを開始した後、ステップ１０８に進み、エンジン１１のクランキング開始から所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過したと判定された時点で、ステップ１０９に進み、クランク角センサ２１で検出したエンジン回転速度と回転速度センサ２２で検出したＭＧ１２の回転速度とに基づいてベルト１９のスリップ量ΔＮを算出する。この場合、例えば、エンジン回転速度（プーリ１６の回転速度）から求めたベルト１９の移動速度と、ＭＧ１２の回転速度（プーリ１８の回転速度）から求めたベルト１９の移動速度との差の絶対値をベルト１９のスリップ量ΔＮとして算出する。このステップ１０９の処理が特許請求の範囲でいうスリップ状態判定手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１１０に進み、ベルト１９のスリップ量ΔＮが許容上限値Ｓ以下であるか否かによってスリップ量ΔＮが許容範囲内であるか否かを判定する。このステップ１１０で、ベルト１９のスリップ量ΔＮが許容範囲内（ΔＮ≦Ｓ）であると判定された場合には、ステップ１１１に進み、ＭＧ１２によるクランキングを選択して、エンジン１１を始動完了（完爆）までクランキングする。

一方、上記ステップ１１０で、ベルト１９のスリップ量ΔＮが許容範囲外（ΔＮ＞Ｓ）であると判定された場合には、ステップ１１２に進み、スタータ１３によるクランキングを選択して、エンジン１１を始動完了（完爆）までクランキングする。

以上説明した本実施例では、エンジン１１を始動する際に、冷却水温センサ２０で検出した冷却水温と補機の駆動要求の有無とに応じて要求クランキングトルクＴc を算出し、この要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 よりも大きい場合には、ＭＧ１２によるクランキングを行うと、ベルト１９がスリップする可能性があると判断して、スタータ１３によるクランキングを選択する。一方、要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 以下で且つＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 よりも大きい場合には、ＭＧ１２のみでは正常にクランキングすることができない可能性があると判断して、スタータ１３とＭＧ１２の両方によるクランキングを選択し、要求クランキングトルクＴc がＭＧ１２の許容上限トルクＴ2 以下の場合には、ＭＧ１２のみで正常にクランキングすることができると判断して、ＭＧ１２によるクランキングを選択する。これにより、そのときの要求クランキングトルクＴc の大きさに応じた適正なクランキング方法でエンジン１１をクランキングすることが可能となる。

また、要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 よりも大きい場合（つまりＭＧ１２によるクランキングを行うと、ベルト１９がスリップする可能性がある場合）に、スタータ１３によるクランキングを選択することで、ベルト１９のスリップを防止することができ、ベルト１９の耐久性を向上させることができる。しかも、要求クランキングトルクＴc が所定値Ｔ1 よりも大きい場合にのみ、スタータ１３によるクランキングを選択することで、スタータ１３によるクランキングの頻度を少なくすることができ、始動時の静粛性を向上させることができる。

更に、本実施例では、エンジン１１のクランキング開始後に、クランク角センサ２１で検出したエンジン回転速度と回転速度センサ２２で検出したＭＧ１２の回転速度とに基づいてベルト１９のスリップ量ΔＮを算出し、このベルト１９のスリップ量ΔＮが許容範囲内の場合にはＭＧ１２によるクランキングを選択し、ベルト１９のスリップ量ΔＮが許容範囲外の場合にはスタータ１３によるクランキングを選択する。これにより、エンジン１１のクランキング開始後に実際にベルト１９のスリップ状態（スリップ量ΔＮ）を判定して、そのベルト１９のスリップ状態に応じた適正なクランキング方法でエンジン１１を始動完了（完爆）までクランキングすることができる。

また、エンジン１１のクランキング開始後にベルト１９のスリップ量ΔＮが許容範囲外の場合に、スタータ１３によるクランキングを選択することで、ベルト１９のスリップを抑制することができる。しかも、エンジン１１のクランキング開始後にベルト１９のスリップ量ΔＮが許容範囲外の場合にのみ、スタータ１３によるクランキングを選択することで、スタータ１３によるクランキングの頻度を少なくすることができ、始動時の静粛性を向上させることができる。

尚、上記実施例では、エンジン１１を始動する際に、要求クランキングトルクに基づいて、ＭＧ１２によるクランキングと、スタータ１３によるクランキングと、ＭＧ１２とスタータ１３の両方によるクランキングのうちのいずれかのクランキング方法を選択するようにしたが、これに限定されず、例えば、冷却水温や油温等の要求クランキングトルクと相関関係を有する情報に基づいてクランキング方法を選択するようにしても良い。

具体的には、冷却水温又は油温が所定値よりも低い場合（要求クランキングトルクが大きい側の場合）には、スタータ１３によるクランキングを選択し、冷却水温又は油温が所定値以上で且つＭＧ１２の許容上限トルクに相当する値よりも低い場合には、スタータ１３とＭＧ１２の両方によるクランキングを選択し、冷却水温又は油温がＭＧ１２の許容上限トルクに相当する値以上の場合には、ＭＧ１２によるクランキングを選択するようにしても良い。

１１…エンジン（内燃機関）、１２…ＭＧ（第１の電動機）、１３…スタータ（第２の電動機）、１４…ベルト・プーリ機構、１９…ベルト、２３…ＥＣＵ（始動制御手段，要求クランキングトルク情報判定手段，スリップ状態判定手段）

Claims (5)

1. 内燃機関（１１）にベルト（１９）を介して動力伝達してクランキングする第１の電動機（１２）と、前記内燃機関（１１）にギヤを介して動力伝達してクランキングする第２の電動機（１３）とを備えた内燃機関の始動制御装置において、
   前記内燃機関（１１）を始動する際に前記内燃機関（１１）の温度に関する情報と補機に関する情報のうちの少なくとも一方に基づいて前記内燃機関（１１）をクランキングするのに必要なトルク又はこれと相関関係を有する情報（以下これらを「要求クランキングトルク情報」と総称する）を判定する要求クランキングトルク情報判定手段（２３）と、
   前記要求クランキングトルク情報に基づいて前記第１の電動機（１２）によるクランキングと前記第２の電動機（１３）によるクランキングと前記第１の電動機（１２）と前記第２の電動機（１３）の両方によるクランキングのうちのいずれかを選択して前記内燃機関（１１）のクランキングを開始する始動制御手段（２３）と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
2. 前記始動制御手段（２３）は、前記要求クランキングトルク情報が所定値よりもトルク大側の場合には前記第２の電動機（１３）によるクランキングを選択し、前記要求クランキングトルク情報が前記所定値よりもトルク小側で且つ前記第１の電動機（１２）の許容上限トルクに相当する値よりもトルク大側の場合には前記第１の電動機（１２）と前記第２の電動機（１３）の両方によるクランキングを選択し、前記要求クランキングトルク情報が前記第１の電動機（１２）の許容上限トルクに相当する値よりもトルク小側の場合には前記第１の電動機（１２）によるクランキングを選択することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
3. 前記内燃機関（１１）のクランキング開始後に前記ベルト（１９）のスリップ状態を判定するスリップ状態判定手段（２３）を備え、
   前記始動制御手段（２３）は、前記内燃機関（１１）のクランキング開始後に前記ベルト（１９）のスリップ状態に基づいて前記第１の電動機（１２）によるクランキングと前記第２の電動機（１３）によるクランキングのうちの一方を選択して前記内燃機関（１１）を始動完了までクランキングすることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御装置。
4. 前記始動制御手段（２３）は、前記ベルト（１９）のスリップ状態が所定の許容範囲内の場合には前記第１の電動機（１２）によるクランキングを選択し、前記ベルト（１９）のスリップ状態が前記許容範囲外の場合には前記第２の電動機（１３）によるクランキングを選択することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置。
5. 前記内燃機関（１１）と前記第１の電動機（１２）とがベルト・プーリ機構（１４）を介して互いに動力伝達可能に連結されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の内燃機関の始動制御装置。

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