JP2017503107A - 熱機関を冷間始動する方法および始動装置 - Google Patents

Abstract

自動車の少なくとも１つの駆動輪を駆動可能な熱機関（２）を冷間始動する方法であって、前記熱機関は、発電機モード、あるいは車両を駆動する回転トルク出力シャフト（１８）上で利用可能なトルク（Ｃ）に前記電気機械（１５）が寄与する動力モードで作動することができる可逆電気機械（１５）と結合されている方法において、− 熱機関（２）の冷間作動を代表するパラメータ（θ、τ）の値を決定するステップと、− 前記パラメータ（θ、τ）の値を閾値（θｓ、τｓ）と比較するステップと、− 前記パラメータ（θ、τ）が前記閾値（θｓ、τｓ）より低い限り、ａ．熱機関（２）の熱トルク（Ｃｔ）を、該熱機関の燃焼がより安定的な、前記熱機関（２）の始動トルク（Ｃ）より高い値まで増大させるステップと、ｂ．熱トルクに加えられる正のトルク差（ΔＣ）を吸収するために、電気機械（１５）を発電機モードで作動させるステップとを含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、自動車の熱機関を冷間始動する方法およびこのような方法を実施するためのモータリゼーションデバイス（始動装置）に関する。

長時間低温環境に置かれた熱機関（エンジン）、具体的には車両エンジンを冷間始動する場合、エンジンは、アイドリングに先行してなされるエンジンの第１の暖気運転段階の間に、不安定燃焼に悩まされる。

この不安定性は、車両の乗客および環境にはマイナスとなる。第１に、エンジン速度のガタツキが目立ち、乗客に振動や雑音レベルの変動が感じられるため、車両内の快適性が損なわれる。第２に、不安定燃焼のためにエンジンから、環境に有害で臭気性の強い化合物であるアルデヒド（ＲＨＣＯ）が放出される。

この問題に対処すべく、エンジンの燃焼効率を低下させること、例えばシリンダ内への噴射燃料の一部を遅らせることより、エンジンの暖気運転を加速することが知られている。しかし、この方法は、燃焼が不安定になる段階、期間を短縮するに過ぎない。さらに、この方法の場合、燃料が過剰に消費される。

また、ある種の自動車の熱機関では、「動力（ｄｒｉｖｅ）」モードまたは「発電機」モードで作動可能な可逆電気機械と結合され得ることが知られている。発電機モードでは、電気機械は、バッテリパック内に蓄積すべき電流を供給するオルタネータ（電源）である。逆に、動力モードでは、電気機械は、バッテリパック内に以前に蓄積した電流に基づいて電力を供給し、駆動トルクを発生し、これは、熱機関の駆動トルクと組み合わされて、駆動トルクを車両のホイールに伝達する。

熱機関を冷間始動するための方法として、モータリゼーションデバイスによって前記不安定燃焼の問題に対処しようとするものが知られている。

例えば、欧州特許第２０６７６４６（Ｂ１）号明細書には、内燃エンジンと、発電機と、電気モータに電気的に結合されているバッテリと、エンジンから車両牽引ホイールまで平行な機械力流路を形成する伝動装置とを含む、ハイブリッド電気自動車パワートレインにおける、エンジンの始動を制御する方法が記載されている。モータは車両牽引ホイールに機械的に接続されていて、方法は、発電機をモータとして作動させるステップと、エンジン始動サイクル中に発電機トルクによってエンジンをクランク始動させるステップとを含み、エンジン始動サイクル中にエンジンが較正エンジンアイドル速度より低速で作動している際に、発電機トルクでエンジン作動トルクを補償するようにした方法であって、エンジン始動の動作全体を通してフィードバック変数として実際の発電機電力を用いる、閉ループ方式による目標発電機電力の制御ステップを特徴とする。

この方法は、エンジンの燃焼不安定性を回避するのに際して、エンジンがアイドリング速度に到達する前の共鳴帯（ｒｅｓｏｎａｎｃｅ ｚｏｎｅ）における瞬時最大トルクを特徴とするものである。しかし、この方法では、始動時のアルデヒドの排出は防止できず、この防止は、公知の汚染防止デバイスによって処理することが不可能であり、この方法は、実際のアイドリング中のエンジンにおける不安定燃焼の問題を解決するものではない。

また、欧州特許第１４３９２９６（Ｂ１）号明細書には、トルク伝達デバイスとして、電動発電機と、内燃エンジンと、駆動シャフトと、伝達機構とを備え、
伝達機構が、
− 内燃エンジンからのトルクを受け入れる第１の回転シャフト、
− 駆動シャフトに対応する第２の回転シャフト、および
− 電動発電機に連結されて電動発電機からのトルクによって動作する第３の回転シャフトを有していて、第１の回転シャフトにより受け入れられたトルクは第３の回転シャフト経由で駆動シャフトに伝達され、内燃エンジンからのトルクは電動発電機からのトルクによって駆動シャフトに伝達されるようになっており、
さらに、前記電動発電機を制御する制御手段を備えるトルク伝達デバイスが記載されている。
このトルク伝達デバイスに、駆動シャフトにトルク脈動が伝わるより前に内燃エンジンからのトルクに発生するトルク脈動を検出する検出手段を設けて、制御手段による電動発電機の制御において、そのトルク脈動と同相の脈動を伴うトルクを低減して、駆動シャフト上に波及するトルク脈動の影響を低減するようにしたことを特徴とする。

このデバイスは、内燃エンジンにおける不安定燃焼の振動の影響を制限することを可能にするが、制御の精度が低い。詳細には、一回の燃焼が先行の燃焼よりかなりトルクが高い場合には、電動発電機の発電機トルクが突然低下するおそれがあり、低精度の制御のために、熱機関を失速させるリスクがある。また、この方法は不安定燃焼を防止するものではなく、アルデヒド排出の問題は解消しない。

本発明は、熱機関のための既知の冷間始動方法における欠点を克服することを提案するものであり、熱機関は、動力モードまたは発電機モードで作動することができる可逆電気機械に連結されている。

このために、本発明は、自動車の少なくとも１つの駆動ホイールを駆動することができる熱機関を冷間始動する方法を提案するものであり、前記熱機関は、発電機モードでまたは車両を駆動する回転トルク出力シャフト上で利用可能なトルクに前記電気機械が寄与する動力モードで作動することができる可逆電気機械と結合されており、本方法は、
− 熱機関の冷間作動を表すパラメータの値を決定するステップと、
− 前記パラメータの値を閾値と比較するステップと、
− 前記パラメータが前記閾値より低い限り、
ａ．熱機関の熱トルクを、熱機関の燃焼がより安定的な、前記熱機関の始動トルクより高い値まで増大させるステップと、
ｂ．熱トルクに加えられる正のトルク差を吸収するために、電気機械を発電機モードで作動させるステップと
を含むことを特徴とする。

添付図面には、本発明の他の特徴および利点が本発明の非限定的実施形態の説明に記載されている。

本発明によるパワートレインの概略図である。 本発明による始動方法の実施形態の様々なステップを示す流れ図である。 本発明を用いた場合、用いなかった場合それぞれの、冷間始動中のエンジン速度の変動を示すグラフである。

図１に示されている通り、本発明によるモータリゼーションデバイス１は、車両、詳細には自動車に適合されていてもよい。該モータリゼーションデバイスは、例えばディーゼルエンジンなどの熱機関２すなわち内燃エンジン、つまりこの場合は限定ではないが４気筒直列エンジンを具備する。

作動するために、このような熱機関２は、進入ライン３を介して矢印Ｆ１の方向に空気を吸い込み、該空気を矢印Ｆ２の方向に外部雰囲気中に放出するために、排気ライン４を介して関連燃焼ガスを放出する。

また、エンジンは、例えばシリンダ用の超高圧の共通燃料レールと、燃料を各シリンダ内に直接噴射することができる、１シリンダ当たり少なくとも１つの燃料噴射装置とを具備する直接噴射システムなどの、噴射システム（図示せず）を使用してエンジンに供給される燃料、例えばディーゼル、を使用する。

限定ではないが、空気進入ライン３は、空気フィルタ５と、エンジン２内に吸い込まれる外気の質量流量を判定する流量計６と、エンジン２内への流量を制御するのに使用される吸気弁７と、吸気弁７を通過する空気をエンジン２の様々なシリンダへ案内する吸気マニホルド８または分配器８とを具備し得る。

限定ではないが、排気ライン４は、排気マニホルド９と、エンジンからの燃焼ガス用の少なくとも１つの処理後デバイス１０、例えば酸化触媒コンバータ１０、粒子フィルタ１０、ＮＯｘ吸収器１０、またはＮＯｘ選択的還元触媒１０、とを具備し得る。

この場合にはエンジン２が過給されるので、熱機関２はまた、圧縮機１２が流量計６と吸気弁７との間の進入ライン３上に配置されているターボチャージャ１１を具備する。さらに、熱交換器１３が、圧縮機１２と吸気弁７との間の進入ライン３上に配置されていて、圧縮機１２により圧縮された空気を冷却してもよい。

圧縮機１２は、エンジン２と処理後デバイス１０との間の排気ライン４上に配置されているターボチャージャ１１のタービン１４により駆動される。従来、排気ライン４は、タービン１４を迂回しかつ排気孔（「廃棄ゲート」とも呼ばれる）への放出弁を有し、タービン１４への排ガスにより供給されるエネルギーを制限し、したがって圧縮機１２により与えられる圧力を制限するバイパスライン（図示せず）を設けられている可能性がある。あるいは、ターボチャージャ１１は、可変形状タービン、すなわち排ガスから取られるエネルギーが調節されることを可能にする可変傾斜翼を設けられているものを有し得る。

さらに、熱機関２は、本発明の範囲をこれにより制限することなく、吸入口（図示せず）まで排ガスを再循環させる１つまたは複数の回路、より具体的には低圧排ガス再循環（ＥＧＲ）回路および／または高圧排ガス再循環（ＥＧＲ）回路を具備し得る。

既知の方法では、熱機関２（この場合はディーゼルエンジン２）は希薄混合気で作動し、トルク（熱トルクＣ_ｔとも呼ばれる）を生成する。この熱トルクＣ_ｔは、エンジン２のプロセッサにより定められる量での、エンジンが希薄混合気で作動している場合は化学量論比より小さい比での、（吸入口で再生排ガスと組み合わされる可能性がある）外気と燃料との混合物の、エンジン２における燃焼に起因する。

本発明による始動方法を実施するために、モータリゼーションデバイス１はまた、図１に示されている通り、可逆電気機械１５を具備する。

電気機械１５、例えば回転シャフト１６が伝達手段１７を介して熱機関２の回転トルク出力シャフト１８、例えばクランクシャフト、に連結されている、熱機関２のフライホイールから分離されているスタータオルタネータ１５は、制御ユニット１９の管理下で動力モードまたは発電機モードで作動することができる。

発電機モードでは、電気機械１５は、バッテリパック２０内に蓄積されるようになされている電流を供給するオルタネータであり、抵抗電気トルクＣ_ｅを引き出す。動力モードでは、逆に、電気機械１５は、以前にバッテリ２０内に蓄積された電流により電力を供給され、熱機関の回転トルク出力シャフト１８に伝達される前に、すなわち車両パワートレインが係合された場合、車両のホイールに、熱機関のトルクＣ_ｔと組み合わさる電気駆動トルクＣ_ｅをもたらす。

モータリゼーションデバイス１の作動モードは以下の通りである：運転者による車両のアクセルペダル（図示せず）の押下が、プロセッサ（図示せず）によりトルク値に非常に広く変換され、車両のホイールに伝達される。

車両を冷間始動すると、アクセルペダルは押し下げられず、エンジンは解除される。トルク値は、エンジン２の出力回転シャフト１８上で利用可能な始動トルク値Ｃに等しい。この始動トルクＣは、例えば、熱機関２を始動すると燃料噴射を制御する最適化された方法を開示している文献フランス特許出願公開第２９８０５２９（Ａ１）号明細書に見られる教示を用いて定められ得ることが有利であり、本方法は、エンジン２の参考加速度と瞬間加速度の間の差に応じて始動時の参考燃料量を決定するステップを含む。

上記は、本発明による、電気機械１５を具備するモータリゼーションデバイス１の場合、熱機関２を始動させる必要がある始動トルクＣが、詳細には熱機関のアイドル速度の達成に続いて、熱トルクＣ_ｔ、電気トルクＣ_ｅ、または両方の組合せのいずれかの形で得られることを実証している。いずれの場合でも、トルク値Ｃは、次の式：Ｃ＝Ｃ_ｔ＋Ｃ_ｅを用いる、熱トルクＣ_ｔと電気トルクＣ_ｅとの代数和に等しく、電気トルクは、電気機械１５の動力モードでは正の値、発電機モードでは負の値を有する。

車両プロセッサ（図示せず）が、車両および／またはモータリゼーションデバイス１の様々なパラメータの関数としての分布を算出する。より具体的には、熱機関２を冷間始動すると、始動トルクＣは、通常、エンジン速度に関わらず非常に低く、例えばエンジン２の最大負荷の４分の１未満である。

次いで、負荷点（ｌｏａｄ ｐｏｉｎｔ）で、すなわち始動トルクＣより高い熱トルクＣ_ｔ、好ましくは熱機関における燃焼が最も安定的なトルクで、熱機関２を作動させることが特に有利である。

換言すれば、始動するのに必須であろう熱トルクＣ_ｔは、正の熱トルク差ΔＣにより増大され、結果として得られる熱トルクＣ＋ΔＣは不安定燃焼を最小限にし、これにより、車両内で感じられる振動および熱機関２によるアルデヒドの排出が低減される。

このような値は、エンジン試験台上で試験することにより、例えば各燃焼サイクルにより個別に生成される圧力を測定することができるシリンダ圧力センサを熱機関２に適合させることにより、予め実験的に決定され得る。実際、不安定燃焼が、異なるサイクル間のシリンダ圧力信号の顕著な統計的分散をもたらす。

熱機関２における燃焼が最も安定しているトルクは、エンジン速度に応じて変化し得る。その結果として、エンジン２を始動すると、エンジンの回転速度がゼロからアイドル速度になり、結果として得られる熱トルクＣ＋ΔＣは、例えばエンジン２のクランクシャフトに取り付けられている速度センサにより測定されるに従って、エンジンの各回転速度値に関して調節され得る。簡易化された変形形態では、結果として得られる熱トルクＣ＋ΔＣは、アイドル速度でのみ不安定燃焼を最小限にする値に調整される。

増大する熱トルクが、発電機モードで作動している電気機械１５により相殺され、式Ｃ_ｅ＝−ΔＣに基づいて、正のトルク差ΔＣを引き出す。

しかし、電気機械の制御ユニット１９は、バッテリ２０の充電ＣＢをモニタするための手段を具備する。充電レベルＣＢが最大充電レベルＣＢ_ｍａｘに到達した場合、制御ユニット１９は、電気機械１５が発電機モードで使用されないようにする。

発電機モードでの電気機械１５の作動中に回復されたエネルギーは、その後、車両の他の使用段階で戻されることが可能であり、動力モードで作動している電気機械１５で車両を駆動するのに使用され得ることが有利である。

図２は、前段で開示されているものなどのモータリゼーションデバイス１を使用して、本発明による、熱機関２を始動する本方法の実施形態の様々なステップを示す。

本方法は、熱機関２のための始動ステップ１００を含む。本方法は、次いで、繰り返し実施されるいくつかのステップを含む。

また、本方法は、エンジン２の冷間作動モードを示すパラメータが測定される第１の決定ステップ２００を含む。図２に示されている実施形態では、該パラメータは、エンジンの作動を示す温度値θ、例えば（既知のセンサを使用して測定される）水または油の温度、である。図示されていない別の実施形態では、エンジン２が始動されたので、該パラメータは時間τであってもよく、これは車両内のプロセッサに格納される。

本方法は、次いで、エンジンの作動を示すパラメータθが最大閾値θ_ｓと比較される試験ステップ３００を含む。エンジンが始動したのでパラメータが時間τである図示されていない実施形態では、この時間τは最大時間閾値τ_ｓと比較される。パラメータθ、τが閾値θ_ｓ、τ_ｓと少なくとも等しい場合は処置が取られない。換言すれば、本方法は、新しい始動ステップ１００を続行し得るのみである。

その逆である場合、本方法は、バッテリ２０の充電ＣＢを判定するステップ４００に進む。その後、試験ステップ５００では、充電レベルＣＢがチェックされて、バッテリの最大充電レベルＣＢ_ｍａｘより低いかどうかを判定する。低くない場合、本方法は終了し、新しい始動ステップ１００を続行し得るのみである。さもなければ、本方法は、
− 熱機関２の熱トルクＣ_ｔが、最大で熱機関のトルク不安定性を最小限にする値まで、正の熱トルク差ΔＣにより増大され、
− 正のトルク差ΔＣが、電動機モードで作動している電気機械により引き出される
間に、始動トルクＣを分配するステップ６００に進む。

ステップ６００の完了時、本方法は、所定の遅延、例えば数十ミリ秒、後に、ステップ２００に戻る。

図３は、本発明による方法を実施した場合、実施しなかった場合それぞれの、冷間始動中の熱機関の速度変動を示す。視認性のために、本方法を用いることにより得られるエンジン速度の変化を示す曲線は上方に移行されており、既知の始動方法を用いて得られる曲線から、該曲線をより良く区別している。

詳細にはアイドル速度が到達される段階の間に、本方法の実施がエンジン速度の安定性を向上させ、これにより他方の曲線に対してより少ない個々の速度ピークがもたらされることが認められる。この回転速度の安定性は、より高い負荷点（トルク）で、換言すれば継続的な個々の燃焼サイクル間のシリンダ圧力のより小さい変動性で作動している熱機関におけるより大きな燃焼安定性に因る。

Claims (8)

1. 自動車の少なくとも１つの駆動輪を駆動することができる熱機関（２）を冷間始動する方法であって、前記熱機関は、発電機モードでまたは前記車両を駆動する回転トルク出力シャフト（１８）上で利用可能なトルク（Ｃ）に可逆電気機械（１５）が寄与する動力モードで作動することができる前記電気機械（１５）と結合されている方法において、前記方法は、
   − 前記熱機関（２）の冷間作動を代表するパラメータ（θ、τ）の値を決定するステップと、
   − 前記パラメータ（θ、τ）の前記値を閾値（θ_ｓ、τ_ｓ）と比較するステップと、
   − 前記パラメータ（θ、τ）が前記閾値（θ_ｓ、τ_ｓ）より低い限り、
   ａ．前記熱機関（２）の熱トルク（Ｃ_ｔ）を、前記熱機関の燃焼がより安定的な、前記熱機関（２）の前記始動トルク（Ｃ）より高い値まで増大させるステップと、
   ｂ．前記熱トルクに加えられる正のトルク差（ΔＣ）を吸収するために、前記電気機械（１５）を前記発電機モードで作動させるステップと
   を含むことを特徴とする、方法。
2. 前記熱機関（２）の前記トルク（Ｃ_ｔ）は、前記熱機関がアイドル速度で作動している時に増大することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記熱機関の前記燃焼安定性を最大にする、前記熱機関（２）の前記トルク（Ｃ_ｔ）の前記値は、実験的試験を用いて予め決定されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記熱機関（２）の前記冷間作動を示す前記パラメータは水または油の温度値（θ）であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 前記熱機関（２）の前記冷間作動を示す前記パラメータは、前記熱機関（２）が始動してから経過した時間（τ）であることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
6. 前記電気機械（１５）は、前記電気機械（１５）により電力を供給されるバッテリ（２０）の充電（ＣＢ）に応じて前記発電機モードで作動していることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 前記電気機械（１５）は、前記バッテリの前記充電（ＣＢ）が最大充電閾値（ＣＢ_ｍａｘ）未満である場合にのみ、前記発電機モードで作動されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 自動車の少なくとも１つの駆動ホイールを駆動する回転トルク出力シャフト（１８）を有する熱機関（２）を含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の前記方法を実施するモータリゼーションデバイス（１）において、前記モータリゼーションデバイスはまた、前記熱機関（２）と結合されている可逆電気機械（１５）を具備し、前記機械（１５）は発電機モードでまたは前記シャフト（１８）上で利用可能なトルク（Ｃ）に前記機械が寄与する動力モードで作動することができることを特徴とする、モータリゼーションデバイス（１）。

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