JP2017115761A - エンジンの始動時制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの始動時制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの始動のためにモーターが供給する必要のある起動トルクを適切な値にすることができ、エンジンの常用回転域の効率を維持して、燃費を向上できるエンジンの始動時制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの始動時制御方法を提供する。
【解決手段】エンジン１０の始動開始時に、モータージェネレーター３１をエンジン１０のエンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて予め設定された設定トルクＴｑ１で逆転駆動して、この逆転駆動したモータージェネレーター３１によりエンジン１０のクランクシャフト１３を逆回転させるとともに、モータージェネレーター３１の回転数検出センサの検出値がゼロとなったときに、モータージェネレーター３１を逆転駆動から正転駆動に切り替えて、エンジン１０の始動完了信号を受信するまでは、この正転駆動したモータージェネレーター３１によりクランクシャフト１３を正回転させる制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの始動時制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの始動時制御方法に関し、更に詳しくは、モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、を備えたエンジンの始動時制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの始動時制御方法に関する。

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や減速時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば、特許文献１を参照）。

一方、ＨＥＶに限らず、エンジン（内燃機関）が搭載される車両では、エンジンの気筒（シリンダ）内に燃料と空気を供給し、この燃料と空気の混合気を気筒内で圧縮して燃焼させることで動力を発生させ、この動力をクランクシャフト、トランスミッション、車軸等を介して車輪に伝達することで、走行用の動力を得ている。

エンジンのクランクシャフトには、ギヤ機構やベルト機構等の動力伝達機構を介して、モーター（スターターモーターやＨＥＶ車のモータージェネレーター等）が接続されている。エンジンの始動時には、燃料噴射によるエンジンの自立回転ができるまで、このモーターを回転駆動して、この回転動力を動力伝達機構を介してクランクシャフトに伝達して、クランクシャフトを回転させている。

しかしながら、エンジンの始動時に、エンジンの回転数をゼロからエンジンの自立回転可能になる回転数まで上昇させる場合、モーターが供給する必要のある起動トルクが大きくなってしまうため、この起動トルクに合わせてモーターの仕様を設定すると、エンジンの常用回転域の効率を悪化させてしまう問題がある。

また、この問題に関連して、エンジンの始動時に、バッテリーからの供給電流に基づき駆動するモーターによりクランクシャフトを逆転駆動して、この逆転駆動後にクランクシャフトを正転駆動するスイングバック制御を行う制御部を有するエンジン制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

このエンジン制御装置では、圧縮上死点を乗り越える為に、クランク軸を正転駆動前に逆駆動して圧縮上死点までの助走距離を長くすることで、クランクシャフトを正転方向に勢いよく回転させることができるので、電動機が供給する必要のある起動トルクを小さくすることができる。

しかしながら、このエンジン制御装置では、モーターの逆転駆動から正転駆動への転換のタイミングを、モーターの回転速度が低下したときとしているので、モーターによりエンジンをさらに逆回転させる余地が残ることとなり、すなわち、ピストンの圧縮反力をさらに大きくして利用できる余地が残っているので、未だモーターが供給する必要のある起動トルクの抑制には改善の余地があった。

特開２００２−２３８１０５号公報 特開２０１４−１６７２８７号公報

本発明の目的は、エンジンの始動のためにモーターが供給する必要のある起動トルクを適切な値にすることができ、エンジンの常用回転域の効率を維持して、燃費を向上させることができるエンジンの始動時制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの始動時制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明の内燃機関の始動時制御システムは、モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、制御装置と、を備えたエンジンの始動時制御システムにおいて、前記モーターの回転数を検出するモーター回転数検出装置を備えるとともに、前記制御装置が、前記エンジンの始動開始信号を受信したときに、前記モーターを前記エンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて予め設定された設定トルクで逆転駆動して、前記エンジンのクランクシャフトを逆回転させて、前記モーター回転数検出装置の検出値がゼロとなったときに、前記モーターを逆転駆動から正転駆動に切り替えて、前記エンジンの始動完了信号を受信するまでは、この正転駆動した前記モーターにより前記クランクシャフトを正回転させる制御を行うように構成される。

また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、前記エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターとして前記モーターを構成するとともに、前記モータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと上記エンジンの始動時制御システムを備えて構成される。

また、上記の目的を達成する本発明のエンジンの始動時制御方法は、モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、を備えたエンジンの始動時制御方法において、前記エンジンの始動開始時に、前記モーターを前記エンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて予め設定された設定トルクで逆転駆動して、この逆転駆動した前記モーターにより前記エンジンのクランクシャフトを逆回転させるとともに、前記モーター回転数がゼロとなったときに、前記モーターを逆転駆動から正転駆動に切り替えて、前記エンジンの始動完了時までは、この正転駆動した前記モーターにより前記クランクシャフトを正回転させる制御を行うことを特徴とする方法である。

本発明のエンジンの始動時制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの始動時制御方法によれば、クランクシャフトに加わるエンジンの圧縮反力をモーターの能力で得られる最大限までモーターを逆転駆動することができ、エンジンから大きな圧縮反力を得ることができるので、エンジンの始動のためにモーターが供給する必要のある起動トルクを適切な値にすることができ、エンジンの常用回転域の効率を維持して、燃費を向上させることができる。

また、エンジンの始動のためにモーターが供給する必要のある起動トルクを適切な値にすることができるので、大きな起動トルクを確保しづらい特性を有するモーターを使用することもでき、モーター選定の幅を拡大することができる。

また、モーターを逆転駆動するときの設定トルクをエンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて設定するので、すなわち、エンジンの気筒（シリンダ）内に残留した気体による抵抗力に応じてモーターを逆転駆動するときの設定トルクを設定するので、エンジンから大きな圧縮反力を確実に得て起動することができる。

本発明の実施形態からなるエンジンの始動時制御システムを備えたハイブリッド車両の構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるエンジンの始動時制御システムを備えたハイブリッド車両を示す。

このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。

エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このクランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続するクラッチ１４（例えば、湿式多板クラッチなど）を通じてトランスミッション２０に伝達される。

トランスミッション２０で変速された回転動力は、一対の駆動輪（図示せず）にそれぞれ駆動力として伝達される。

ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、そのモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４とを有している。

高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー３４には鉛バッテリーが用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー３４は、各種の車両電装品３６に電力を供給する。

モータージェネレーター３１は、回転軸３７に取り付けられた第１プーリー１５とエンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた第２プーリー１６との間に掛け回された無端状のベルト状部材１７を介して、エンジン１０との間で動力を伝達する。なお、２つのプーリー１５、１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギヤボックスなどを用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限るものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０の間の伝達軸であっても良い。

このモータージェネレーター３１は、クランキングを行う機能を有する。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム３０は、制御装置８０により制御される。具体的には、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム３０は高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や減速時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。

本発明のエンジンの始動時制御システムは、モータージェネレーター３１と、このモータージェネレーター３１の動力により始動するエンジン１０と、制御装置８０と、を備えたエンジンの始動時制御システムである。また、モータージェネレーター３１の回転数αを検出するモーター回転数検出センサ（モーター回転数検出装置）（図示しない）を備える。

そして、制御装置８０が、エンジン１０の始動開始信号を受信したときに、モータージェネレーター３１をエンジン１０のエンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて予め設定された設定トルクＴｑ１で逆転駆動して、この逆転駆動したモータージェネレーター３１によりエンジン１０のクランクシャフト１３を逆回転させるとともに、モーター回転数検出センサの検出値がゼロとなったときに、モータージェネレーター３１を逆転駆動から正転駆動に切り替えて、エンジン１０の始動完了信号を受信するまでは、この正転駆動したモータージェネレーター３１によりクランクシャフト１３を正回転させる制御を行う。

すなわち、エンジン１０の始動開始時からモータージェネレーター３１の回転数がゼロとなるときまで、モータージェネレーター３１をエンジン１０のエンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて実験等により予め設定される設定トルクＴｑ１で逆転駆動して、この逆転駆動したモータージェネレーター３１により動力伝達機構（ギヤ機構やベルト機構等、図示しない）を介してクランクシャフト１３を逆回転させる。

そして、モータージェネレーター３１の回転数がゼロとなったときに、言い換えれば、モータージェネレーター３１が逆転時に発生する逆回転トルクとエンジン１０の気筒内における圧縮反力とが釣り合ったときに、このモータージェネレーター３１によりクランクシャフト１３が逆転可能な最大限まで逆回転されて、エンジン１０のクランクシャフト１３にこのモータージェネレーター３１が発生する逆回転トルクで得られる最大の圧縮反力が発生しているときと判定して、モータージェネレーター３１を逆転駆動から正転駆動に切り替えて、エンジン１０の始動完了時までは、この正転駆動したモータージェネレーター３１により動力伝達機構を介してクランクシャフト１３を正回転させる。

なお、モータージェネレーター３１を逆転駆動するときの設定トルクＴｑ１をエンジン１０のエンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて設定するのは、エンジン１０の気筒内の温度に応じて気筒（シリンダ）１２内に残留した気体がディーゼルエンジン１０の回転方向とは反対側の方向に抵抗する力（圧縮抵抗力）が変化するからである。

この設定トルクＴｑ１は、エンジン１０の気筒内における圧縮反力を利用するので、この圧縮反力の最大値より低く設定される。言い換えれば、エンジン１０の逆回転が止まる値に設定される。この設定トルクＴｑ１は、予め実験結果などにより設定され、マップデータなどの形で制御装置に入力しておく。

また、エンジン１０の始動開始信号とは、通常、エンジン１０を備えた車両に設けたイグニッションキー（図示しない）を運転者が操作したときに制御装置８０に送信される信号である。

また、エンジン１０の始動完了信号とは、エンジン１０に設けたエンジン回転数検出センサ（図示しない）の検出値Ｎｅが燃料噴射量に基づいて実験等により予め設定される始動判定回転数Ｎｅ１以上となったときに、すなわち、燃料噴射によるエンジン１０の自立回転が可能となったときに、制御装置８０に送信される信号である。

また、上記のエンジン１０の始動時制御システムを基にした、本発明のエンジン１０の始動時制御方法は、モータージェネレーター３１と、このモータージェネレーター３１の動力により始動するエンジン１０と、を備えたエンジンの始動時制御方法において、エンジン１０の始動開始時に、モータージェネレーター３１をエンジン１０の温度に基づいて実験等により予め設定された設定トルクＴｑ１で逆転駆動して、この逆転駆動したモータージェネレーター３１によりエンジン１０のクランクシャフト１３を逆回転させるとともに、モータージェネレーター３１の回転数がゼロとなったときに、モータージェネレーター３１を逆転駆動から正転駆動に切り替えて、エンジン１０の始動完了時までは、この正転駆動したモータージェネレーター３１によりクランクシャフト１３を正回転させる制御を行うことを特徴とする方法である。

以上より、本発明のエンジンの始動時制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの始動時制御方法によれば、クランクシャフト１３に加わるエンジンの圧縮反力をモータージェネレーター３１の能力で得られる最大限までモータージェネレーター３１を逆転駆動することができ、エンジン１０から大きな圧縮反力を得ることができるので、エンジン１０の始動のためにモータージェネレーター３１が供給する必要のある起動トルクを適切な値にすることができ、エンジン１０の常用回転域の効率を維持して、燃費を向上させることができる。

また、エンジン１０の始動のためにモータージェネレーター３１が供給する必要のある起動トルクを適切な値にすることができるので、大きな起動トルクを確保しづらい特性を有するモータージェネレーターを使用することもでき、モータージェネレーター選定の幅を拡大することができる。

また、モータージェネレーター３１を逆転駆動するときの設定トルクをエンジン１０のエンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて設定するので、すなわち、エンジン１０の気筒（シリンダ）内に残留した気体による抵抗力に応じてモータージェネレーター３１を逆転駆動するときの設定トルクＴｑ１を設定するので、エンジン１０から大きな圧縮反力を確実に得て起動することができる。

その上、モータージェネレーター３１を逆転駆動する際には、予め設定される設定トルクになる一定の電流値等の電力をモータージェネレーター３１に供給するだけでよいので、逆転時のモーターの制御が著しく単純な制御で済むことになる。

１０ エンジン
１１ エンジン本体
１３ クランクシャフト
３０ ハイブリッドシステム
３１ モータージェネレーター
８０ 制御装置
Ｔｑ１ 設定トルク

Claims (3)

1. モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、制御装置と、を備えたエンジンの始動時制御システムにおいて、
   前記モーターの回転数を検出するモーター回転数検出装置を備えるとともに、
   前記制御装置が、
   前記エンジンの始動開始信号を受信したときに、前記モーターを前記エンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて予め設定された設定トルクで逆転駆動して、前記エンジンのクランクシャフトを逆回転させて、
   前記モーター回転数検出装置の検出値がゼロとなったときに、前記モーターを逆転駆動から正転駆動に切り替えて、前記エンジンの始動完了信号を受信するまでは、この正転駆動した前記モーターにより前記クランクシャフトを正回転させる制御を行うように構成されるエンジンの始動時制御システム。
2. 前記エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターとして前記モーターを構成するとともに、前記モータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと請求項１に記載のエンジンの始動時制御システムを備えたハイブリッド車両。
3. モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、を備えたエンジンの始動時制御方法において、
   前記エンジンの始動開始時に、前記モーターを前記エンジン冷却水とエンジン吸入空気の温度に基づいて予め設定された設定トルクで逆転駆動して、この逆転駆動した前記モーターにより前記エンジンのクランクシャフトを逆回転させるとともに、
   前記モーター回転数がゼロとなったときに、前記モーターを逆転駆動から正転駆動に切り替えて、前記エンジンの始動完了時までは、この正転駆動した前記モーターにより前記クランクシャフトを正回転させる制御を行うことを特徴とするエンジンの始動時制御方法。

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