JP2017124718A - ハイブリッド自動車 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時の点火時期の遅角の継続時間をより適正に設定する
【解決手段】エンジンを始動する際には、点火時期を遅角し、点火時期の遅角の継続時間としての点火遅角ディレイ時間Ｔａをエンジン要求パワーＰｅ＊が大きいときには小さいときに比して短い時間に設定する。このため、エンジンの始動時にエンジン要求パワーＰｅ＊が小さいときには、点火遅角ディレイ時間Ｔａを長くして、エンジンの始動時のショックを低減することができ、エンジンの始動時にエンジン要求パワーＰｅ＊が大きいときには、点火遅角ディレイ時間Ｔａを短くして、迅速な加速応答性を得ることができる。これらの結果、エンジン始動時の点火時期の遅角の継続時間をより適正に設定することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ハイブリッド自動車に関し、詳しくは、エンジンの始動要求がなされたときにはエンジンの点火時期を遅角してエンジンを始動するハイブリッド自動車に関する。

従来、この種のハイブリッド自動車としては、エンジンを始動する際に、エンジンの初爆から所定時間が経過するまでは点火時期を遅角側に設定すると共に空燃比をリーン側にするものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。所定時間は、初爆の時点から筒内吸入空気量の積算値が始動前のスロットル弁から吸気バルブまでの空間に存在する空気量に達するまでに得要する時間が用いられている。このハイブリッド自動車では、エンジンの始動時に点火時期を遅角することによってエンジン始動時のショック（トルクショック）を抑制し、空燃比をリーン側にすることによってエミッションの悪化を抑制している。

特開２００５−２４０６７４号公報

しかしながら、上述のハイブリッド自動車では、エンジン始動時の点火時期の遅角は、その継続時間を長くすれば、エンジン始動時のショックをより低減することができるが、車両の加速の応答が遅くなる。一方、継続時間を短くすれば、車両の加速の応答は早くなるが、エンジン始動時のショックが大きくなる。したがって、エンジン始動時の点火時期の遅角の継続時間を如何に設定するかが課題となる。

本発明のハイブリッド自動車は、エンジン始動時の点火時期の遅角の継続時間をより適正に設定することを主目的とする。

本発明のハイブリッド自動車は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明のハイブリッド自動車は、
エンジンと、
モータと、
前記モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
前記エンジンの始動要求がなされたときには前記エンジンの点火時期を遅角して前記エンジンを始動する始動時制御手段と、
を備えるハイブリッド自動車であって、
前記始動時制御手段は、前記エンジンの始動要求がなされたときに前記エンジンに要求されるパワーが大きいときには小さいときに比して点火時期の遅角の継続時間が短くなるようにして前記エンジンを始動する手段である、
ことを特徴とする。

この本発明のハイブリッド自動車では、エンジンの始動要求がなされたときにはエンジンの点火時期を遅角してエンジンを始動する。その際、エンジンに要求されるパワーが大きいときには小さいときに比して点火時期の遅角の継続時間が短くなるようにする。即ち、エンジンに要求されるパワーが小さいときには、点火時期の遅角の継続時間を長くして、加速応答性が低下しても始動時のショックをより低減し、エンジンに要求されるパワーが大きいときには、点火時期の遅角の継続時間を短くして、始動時のショックがある程度大きくなっても迅速な加速応答性を得るのである。これにより、運転者の要求に応じた点火時期の遅角の継続時間とすることができる。この結果、エンジン始動時の点火時期の遅角の継続時間をより適正に設定することができる。

本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 エンジン２２の構成の概略を示す構成図である。 エンジンＥＣＵ２４により実行される始動時制御の一例を示すフローチャートである。 点火遅角ディレイ時間設定用マップの一例を示す説明図である。 エンジン２２の要求パワーＰｅ＊と点火時期とエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化の一例を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例としてのハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４と、プラネタリギヤ３０と、モータＭＧ１と、モータＭＧ２と、インバータ４１，４２と、モータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０と、バッテリ５０と、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２と、ハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ＨＶＥＣＵという）７０と、を備える。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料を用いて動力を出力する内燃機関として構成されている。エンジン２２は、図２に示すように、エアクリーナ１２２により清浄された空気をスロットルバルブ１２４を介して吸入すると共に燃料噴射弁１２６からガソリンを噴射して吸入された空気とガソリンとを混合し、この混合気を吸気バルブ１２８を介して燃焼室に吸入する。吸入した混合気は、点火プラグ１３０による電気火花によって爆発燃焼され、エンジン２２は、そのエネルギにより押し下げられるピストン１３２の往復運動をクランクシャフト２６の回転運動に変換する。エンジン２２からの排気は、一酸化炭素（ＣＯ）や炭化水素（ＨＣ），窒素酸化物（ＮＯｘ）の有害成分を浄化する浄化触媒（三元触媒）を有する浄化装置１３４を介して外気へ排出される。

エンジンＥＣＵ２４は、ＣＰＵ２４ａを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ２４ａの他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ２４ｂと、データを一時的に記憶するＲＡＭ２４ｃと、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の状態を検出する種々のセンサからの信号が入力ポートを介して入力されている。種々のセンサからの信号としては、クランクシャフト２６の回転位置を検出するクランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションや、エンジン２２の冷却水の温度を検出する水温センサ１４２からの冷却水温Ｔｗを挙げることができる。また、燃焼室へ吸排気を行なう吸気バルブ１２８や排気バルブを開閉するカムシャフトの回転位置を検出するカムポジションセンサ１４４からのカムポジションや、スロットルバルブ１２４のポジションを検出するスロットルバルブポジションセンサ１４６からのスロットル開度ＴＨを挙げることができる。更に、吸気管に取り付けられたエアフローメータ１４８からの吸入空気量Ｑａや、吸気管に取り付けられた温度センサ１４９からの吸気温Ｔａ，吸気管内の圧力を検出する吸気圧センサ１５８からの吸気圧Ｐｉｎ，浄化装置１３４に取り付けられた温度センサ１３４ａからの触媒温度Ｔｃ，空燃比センサ１３５ａからの空燃比ＡＦ，酸素センサ１３５ｂからの酸素信号Ｏ２なども挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４からは、エンジン２２を駆動するための種々の制御信号が出力ポートを介して出力されている。種々の制御信号としては、燃料噴射弁１２６への駆動信号や、スロットルバルブ１２４のポジションを調節するスロットルモータ１３６への駆動信号
・イグナイタと一体化されたイグニッションコイル１３８への制御信号を挙げることができる。また、吸気バルブ１２８の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング機構１５０への制御信号なども挙げることができる。

エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータを出力する。エンジンＥＣＵ２４は、クランクポジションセンサ１４０からのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数即ちエンジン２２の回転数Ｎｅを演算している。

プラネタリギヤ３０は、シングルピニオン式の遊星歯車機構として構成されている。プラネタリギヤ３０のサンギヤ，リングギヤ，キャリアには、モータＭＧ１の回転子，駆動輪３８ａ，３８ｂにデファレンシャルギヤ３７を介して連結された駆動軸３６，エンジン２２のクランクシャフト２６がそれぞれ接続されている。

モータＭＧ１は、永久磁石が埋め込まれた回転子と三相コイルが巻回された固定子とを備える周知の同期発電電動機として構成されており、上述したように回転子がプラネタリギヤ３０のサンギヤに接続されている。モータＭＧ２は、モータＭＧ１と同様に同期発電電動機として構成されており、回転子が駆動軸３６に接続されている。モータＭＧ１，ＭＧ２は、モータＥＣＵ４０によってインバータ４１，４２を制御することにより駆動する。インバータ４１，４２は、バッテリ５０からの電力ラインの正極母線と負極母線とを共用しているから、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータに供給することができる。

モータＥＣＵ４０は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号が入力ポートを介して入力されている。入力ポートに介して入力される信号としては、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサからの回転位置θｍ１，θｍ２や、図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などを挙げることができる。モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、モータＥＣＵ４０は、ＨＶＥＣＵ７０と通信しており、ＨＶＥＣＵ７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをＨＶＥＣＵ７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサからのモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置θｍ１，θｍ２に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリＥＣＵ５２は、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備える。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの電池電圧Ｖｂやバッテリ５０の出力端子に接続された電力ラインに取り付けられた図示しない電流センサからの電池電流Ｉｂ，バッテリ５０に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度Ｔｂなどが入力されている。バッテリＥＣＵ５２からは、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータが通信によりＨＶＥＣＵ７０に送信されている。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために、電流センサにより検出された電池電流Ｉｂの積算値に基づいてそのときのバッテリ５０から放電可能な電力の容量の全容量に対する割合である蓄電割合ＳＯＣを演算したり、演算した蓄電割合ＳＯＣと電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算したりしている。

ＨＶＥＣＵ７０は、図示しないがＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，記憶したデータを保持する不揮発性のフラッシュメモリ，入出力ポート，通信ポートを備える。ＨＶＥＣＵ７０には、各種信号が入力ポートを介して入力されている。入力ポートを介して入力される信号としては、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号や、シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰを挙げることができる。また、アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃやブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖも挙げることができる。ＨＶＥＣＵ７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特にエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図３は、エンジンＥＣＵ２４により実行される始動時制御の一例を示すフローチャートである。この制御は、所定時間毎に繰り返し実行される。

始動時制御が実行されると、エンジンＥＣＵ２４は、まず、エンジン２２が停止中であるか否かを判定すると共に（ステップＳ１００）、始動要求があるか否かを判定する（ステップＳ１１０）。始動要求は、ＨＶＥＣＵ７０により運転者のアクセルペダル８３の踏み込み量としてのアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて行なわれる。エンジン２２が運転中であったり、始動要求がない場合にはエンジン２２を始動する必要がないため、本制御を終了する。

エンジン２２が停止中で始動要求が行なわれているときには、エンジン２２の始動処理を開始すると共に（ステップＳ１２０）、点火時期を予め定められた遅角時期に設定する（ステップＳ１３０）。エンジン２２の始動処理としては、吸気バルブ１２８や排気バルブの開閉タイミングを遅角させてエンジン２２をモータＭＧ１によりモータリングする処理や、エンジン２２の回転数Ｎｅが閾値回転数に至ったときに燃料噴射と点火を開始する処理などが含まれる。

続いて、エンジン２２に要求される要求パワーＰｅ＊を入力し（ステップＳ１４０）、点火時期を遅角時期として継続する時間としての点火遅角ディレイ時間Ｔａを設定する（ステップＳ１５０）、点火遅角ディレイ時間Ｔａが経過するのを待って（ステップＳ１６０）、点火時期の遅角を終了し（ステップＳ１７０）、始動時制御を終了する。ここで、要求パワーＰｅ＊は、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて設定される走行に要求される走行用パワーＰｄｒｖ＊からバッテリ５０の充放電要求パワーＰｂ＊（バッテリ５０から放電するときが正の値）を減じることにより演算されたものをＨＶＥＣＵ７０から通信により入力することができる。点火遅角ディレイ時間Ｔａは、実施例では、予め要求パワーＰｅ＊と点火遅角ディレイ時間Ｔａとの関係を定めて点火遅角ディレイ時間設定用マップとして記憶しておき、要求パワーＰｅ＊が与えられるとマップから対応する点火遅角ディレイ時間Ｔａを導出することにより設定するものとした。図４に点火遅角ディレイ時間設定用マップの一例を示す。図示するように、実施例の点火遅角ディレイ時間設定用マップでは、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が大きいほど点火遅角ディレイ時間Ｔａが短くなるように、言い換えれば、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が小さいほど点火遅角ディレイ時間Ｔａが長くなるように設定されている。このように設定しているのは、第１に、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が小さいときには、運転者はある程度の加速を要求しているものの迅速な加速を要求しているものではないから、点火遅角ディレイ時間Ｔａを長くして、エンジン２２の始動時のショックを低減するためである。第２に、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が大きいときには、運転者は大きな加速力による迅速な加速を要求しているから、点火遅角ディレイ時間Ｔａを短くして、エンジン２２の始動時のショックがある程度大きくなっても迅速な加速応答性を得るためである。これにより、点火遅角ディレイ時間Ｔａを運転者の要求に応じたものとすることができ、エンジン２２の始動時の点火遅角ディレイ時間Ｔａをより適正に設定することができる。

図５は、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊と点火時期とエンジン２２の回転数Ｎｅの時間変化の一例を示す説明図である。図中、実線はエンジン２２の要求パワーＰｅ＊が大きいときを示し、一点鎖線はエンジン２２の要求パワーＰｅ＊が小さいときを示す。エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が大きくなってエンジン２２の始動要求が時間Ｔ１で行なわれると、点火時期は遅角時期とされ、モータＭＧ１によるエンジン２２のモータリングによりエンジン２２の回転数が上昇する。エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が大きいときには、短い時間Ｔａ１が設定された点火遅角ディレイ時間Ｔａが経過した時間Ｔ２に点火遅角が終了され、その後、点火時期が進角される。このため、エンジン２２から比較的大きなトルクの出力を迅速に行なうことができる。一方、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が小さいときには、時間Ｔａ１より長い時間Ｔａ２が設定された点火遅角ディレイ時間Ｔａが経過した時間Ｔ３に点火遅角が終了され、その後、点火時期が進角される。このため、エンジン２２の始動時に生じるショックを低減することができる。

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２を始動する際に、エンジン２２の要求パワーＰｅ＊が大きいときには小さいときに比して短い時間の点火遅角ディレイ時間Ｔａを設定する。このため、エンジン２２の始動時にエンジン２２の要求パワーＰｅ＊が小さいときには、点火遅角ディレイ時間Ｔａを長くして、エンジン２２の始動時のショックを低減することができる。一方、エンジン２２の始動時にエンジン２２の要求パワーＰｅ＊が大きいときには、点火遅角ディレイ時間Ｔａを短くして、迅速な加速応答性を得ることができる。これらの結果、エンジン始動時の点火時期の遅角の継続時間をより適正に設定することができる。

実施例では、２つのモータＭＧ１，ＭＧ２とエンジン２２とバッテリ５０とを備えるハイブリッド自動車２０に本発明を適用したが、モータとエンジンとバッテリとを備える種々の構成のハイブリッド自動車にも本発明を適用することができる。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「エンジン」に相当し、モータＭＧ２が「モータ」に相当し、バッテリ５０が「バッテリ」に相当し、エンジンＥＣＵ２４が「始動時制御手段」に相当する。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド自動車の製造産業などに利用可能である。

２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２４ａ ＣＰＵ、２４ｂ ＲＯＭ、２４ｃ ＲＡＭ、２６ クランクシャフト、３０ プラネタリギヤ、３６ 駆動軸、３７ デファレンシャルギヤ、３８ａ，３８ｂ 駆動輪、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、５０ バッテリ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、１２２ エアクリーナ、１２４ スロットルバルブ、１２６ 燃料噴射弁、１２８ 吸気バルブ、１３０ 点火プラグ、１３２ ピストン、１３４ 浄化装置、１３４ａ 温度センサ、１３５ａ 空燃比センサ、１３５ｂ 酸素センサ、１３６，スロットルモータ、１３８ イグニッションコイル、１４０ クランクポジションセンサ、１４２ 水温センサ、１４４ カムポジションセンサ、１４６ スロットルバルブポジションセンサ、１４８ エアフローメータ、１４９ 温度センサ、１５０ 可変バルブタイミング機構、１５８ 吸気圧センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (1)

1. エンジンと、
   モータと、
   前記モータと電力のやりとりを行なうバッテリと、
   前記エンジンの始動要求がなされたときには前記エンジンの点火時期を遅角して前記エンジンを始動する始動時制御手段と、
   を備えるハイブリッド自動車であって、
   前記始動時制御手段は、前記エンジンの始動要求がなされたときに前記エンジンに要求されるパワーが大きいときには小さいときに比して点火時期の遅角の継続時間が短くなるようにして前記エンジンを始動する手段である、
   ことを特徴とするハイブリッド自動車。

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