JP2018118544A - ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ走行中におけるエンジンの始動に伴う加速度の変化などの違和感を回避もしくは抑制する。
【解決手段】エンジンの始動のための制御を行うコントローラは、ハイブリッド車がエンジンを停止して停車している状態でエンジンを始動する場合、蓄電装置の充電残量が予め定めた所定値以上であること（ステップＳ３でＹＥＳ）を条件として、クラッチを係合させ（ステップＳ４）かつモータによってエンジンをモータリングし（ステップＳ５）、ハイブリッド車がエンジンを停止してモータによって走行している状態（ステップＳ２でＮＯ）でエンジンを始動する場合、スタータによってエンジンをモータリングする（ステップＳ７）。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関であるエンジンとモータとを駆動力源として備えたハイブリッド車に関し、特にエンジンを始動するための制御装置に関するものである。

この種のハイブリッド車は、エネルギを可及的に効率良く使用するために、エンジンをエネルギ効率の良好な運転点で運転するだけでなく、モータによって駆動要求を充足できる場合には、エンジンを停止させている。したがって、駆動要求を充足できない場合には、停車中および走行中に拘わらず、エンジンを始動することになる。

特許文献１には、エンジンを停止してモータによって走行している状態でエンジンを始動する場合の制御を行う装置が記載されている。特許文献１の記載によれば、その制御装置は、走行のためのモータによってエンジンをモータリング（クランキング）することを前提とし、充電残量（ＳＯＣ）が低下しているなどモータをエンジン始動に使用できない条件が成立している場合には、エンジンを駆動輪に連結するようにクラッチを係合させて車両の有する走行慣性力によってエンジンを回転させるいわゆる押し掛けを実行し、さらにこのような押し掛けが不可能な場合には、スタータによってエンジンをモータリングするように構成されている。

特開２０１３−１８０６９６号公報

特許文献１に記載されている制御装置は、走行のためのモータによってエンジンを始動することを前提としており、したがってエンジンを始動する場合、バッテリの充電残量が十分に多ければ、走行のためのトルクを出力しているモータのトルクを増大させることになる。その場合、クラッチを係合させるなどの操作によってエンジンとモータとを連結し、その状態でモータのトルクを増大させる。そのため、モータのトルクの増大のタイミングと、エンジンとモータとをクラッチによって連結するタイミングとのずれが原因で、駆動トルクが一時的に増大した後に低下したり、あるいは反対に走行のためのトルクの一部がエンジンのモータリングに使用されて駆動トルクが一時的に低下したりする事態が生じ、搭乗者に違和感を抱かせる可能性があった。また、エンジンをいわゆる押し掛けするとすれば、クラッチを繋いで押し掛けしている状態ではエンジンを回転させることに要するトルクの分、走行抵抗が増大したのと同様の状態になるので、一時的に減速感が生じ、これが搭乗者の違和感になる可能性があった。

本発明は上記の技術的課題に着目してなされたものであり、モータによって走行している状態でエンジンを始動することに伴う違和感やＮＶ特性（ノイズ・バイブレーション特性）の悪化などを防止もしくは抑制することのできるエンジン始動制御装置を提供することを目的とするものである。

上記の目的を達成するために、本発明は、蓄電装置から電力が供給されて走行のためのトルクを出力するモータと、モータリングされて始動されるエンジンと、前記エンジンを前記モータに選択的に連結するクラッチと、前記エンジンをモータリングするスタータとを有するハイブリッド車のエンジン始動制御装置において、前記エンジンの始動のための制御を行うコントローラを備え、前記コントローラは、前記ハイブリッド車が前記エンジンを停止して停車している状態で前記エンジンを始動する場合、前記蓄電装置の充電残量が予め定めた所定値以上であることを条件として、前記クラッチを係合させかつ前記モータによって前記エンジンをモータリングし、前記ハイブリッド車が前記エンジンを停止して前記モータによって走行している状態で前記エンジンを始動する場合、前記スタータによって前記エンジンをモータリングするように構成されていることを特徴とするものである。

本発明によれば、ハイブリッド車がモータによって走行している状態でエンジンを始動する場合、スタータが駆動されてそのスタータによってエンジンがモータリングされる。その場合、エンジンはクラッチによってモータから遮断されるから、スタータが出力したトルクが、モータから駆動輪に伝達されるトルクすなわち駆動トルクに影響することがない。したがって走行中にエンジンを始動することに伴う駆動トルクの変動が防止もしくは抑制されるので、搭乗者が違和感を抱いたり、ＮＶ特性が悪化したりすることを防止もしくは抑制することができる。一方、停車状態でエンジンを始動する場合、蓄電装置における充電残量が所定値以上であれば、すなわちモータに対して十分に電力を供給できる状態であれば、クラッチを係合させた状態でモータを駆動してエンジンをモータリングするので、十分に大きいトルクでエンジンを迅速に始動することができ、またエンジンの始動に続けて、モータが出力するトルクおよびエンジンが出力するトルクで走行することになるので、要求に応じた駆動トルクを出力でき、あるいは加速感を得ることができる。

本発明の実施形態におけるハイブリッド車のパワートレーンを示す模式図である。 本発明の実施形態で実行される制御の一例を説明するためのフローチャートである。

図１に本発明の実施形態におけるパワートレーンの一例を示してある。ここに示す例は、エンジン１とモータ２とを駆動力源として備えたハイブリッド車の例であり、エンジン１は空気と燃料との混合気を燃焼してトルクを出力するガソリンエンジンやディーゼルエンジンなどの内燃機関であり、始動するためにはモータリングを必要とする。エンジン１には、モータリングのためのスタータ３が設けられており、始動指令信号によりスタータ３がエンジン１のクランク軸（図示せず）に連結されるとともにスタータ３が回転してエンジン１をモータリングする。

モータ２はケーシング４の内部に配置されており、ベアリング５を介してケーシング４に回転可能に保持されたロータ６と、ケーシング４に固定されたステータ７とを備えている。モータ２は要は電力が供給されてロータ６が回転することによりトルクを出力するモータであればよく、またエネルギ回生を行うために発電機能を有していることが好ましい。モータ２としては、一例として、永久磁石式の同期電動機を使用することができる。モータ２は、電源部８に電気的に接続されている。電源部８は、モータ２に対して電力を供給し、またモータ２で発電した電力を蓄電するためのものであり、二次電池などの蓄電装置９と、インバータおよび／またはコンバータなどの制御回路１０とを備えている。

エンジン１はケーシング４の外面に連結されており、そのクランク軸が捩りダンパ１１およびクラッチ１２を介してロータ６に連結されている。捩りダンパ１１は、従来知られているバネダンパであってよい。クラッチ１２はケーシング４の内部に設けられており、摩擦式クラッチあるいは噛み合い式クラッチなど適宜の構成のものを採用できる。

モータ２と同一軸線上でかつモータ２を挟んでエンジン１とは反対側にトルクコンバータ１３が配置されている。トルクコンバータ１３は自動変速機付き車両に従来一般に搭載されているものと同様の構成のものであり、フロントカバー１４と、フロントカバー１４に一体化されているポンプインペラ１５と、フロントカバー１４の内部でポンプインペラ１５に対向して配置されたタービンランナ１６と、タービンランナ１６からポンプインペラ１５に向けて流れるフルードの流動方向を変化させるためにタービンランナ１６とポンプインペラ１５との間に設けられたステータ１７と、タービンランナ１６をフロントカバー１４に選択的に連結するロックアップクラッチ１８とを備えている。そのフロントカバー１４にモータ２におけるロータ６がロータ軸１９によって連結されている。

モータ２やトルクコンバータ１３の回転中心軸線と平行に変速部２０が受けられている。変速部２０は、入力回転数と出力回転数との比率である変速比を段階的に、もしくは連続的に変化させることのできる伝動機構であって、従来知られている有段変速機やベルトＣＶＴ（無段変速機）などを採用することができる。上記のトルクコンバータ１３におけるタービンランナ１６に連結されているタービン軸２１と、変速部２０の入力軸２２とがカウンタギヤ対２３によって連結されている。そして、変速部２０の出力ギヤなどの出力部材（図示せず）が終減速機であるデファレンシャルギヤ２４のリングギヤ２５に連結され、変速部２０から出力されたトルクがデファレンシャルギヤ２４から左右の駆動輪２６に伝達されるように構成されている。

図１に示す構成のパワートレーンを有するハイブリッド車は、エンジン１のトルクで走行するエンジンモード、エンジン１とモータ２とのトルクで走行するハイブリッド（ＨＶ）モード、モータ２のみのトルクで走行する電気走行（ＥＶ）モード、モータ２でエネルギ回生する回生モード、モータ２でエネルギ回生しつつエンジン１を連れ回して制動力を発生させるエンジンブレーキモードなどの多様な走行モードを設定することができる。このような各走行モードの切り替えのための制御や各走行モードでの制御を行うための電子制御装置（ＥＣＵ）２７が設けられている。ＥＣＵ２７はマイクロコンピュータを主体にして構成され、図示しない各種のセンサから入力されるデータや予め記憶しているデータなどを使用して演算を行い、その演算の結果を制御指令信号として出力するように構成されている。入力されるデータの一例は、アクセル開度、エンジン回転数、車速、蓄電装置９の充電残量（ＳＯＣ）などであり、また予め記憶しているデータは、各走行モードをアクセル開度や車速によって定めたマップや、アクセル開度と要求駆動力との関係を定めたマップなどである。さらに、ＥＣＵ２７から出力される制御指令信号は、エンジン１を始動するための点火信号や燃料噴射信号ならびにスタータ３の駆動信号、クラッチ１２の係合および解放の信号、モータ２の起動や停止ならびに発電などの指令信号および出力の制御信号、エンジン１に付設されている電子スロットルバルブ（図示せず）の開度信号などである。

上述したハイブリッド車は、エンジン１に加えてモータ２を駆動力源として備えているので、走行中および停車中に拘わらずエンジン１を停止させておくことができる。しかしながら、モータ２で出力できるトルクはエンジン１が出力するトルクよりも小さいので、駆動要求量（例えばアクセル開度）が増大した場合にはエンジン１を始動することになる。本発明の実施形態における制御装置は、その始動制御を図２に示すように実行する。図２は上述したＥＣＵ２７で実行されるエンジン始動制御の一例を説明するためのフローチャートであり、したがってＥＣＵ２７が本発明の実施形態におけるコントローラに相当する。

図２に示すルーチンは、図示しないアクセルペダルが踏み込まれるなど要求駆動量が増大した場合に実行される。まず、エンジン１で停止状態になっているか否かが判断される（ステップＳ１）。この判断は、その時点の走行モードに基づいて行うことができ、あるいは点火信号や燃料噴射信号などが出力されていないことに基づいて行うことができる。エンジン１が停止状態になっていることによりステップＳ１で肯定的に判断された場合には、車両が停止状態になっているか否かが判断される（ステップＳ２）。この判断は、例えば車速が「０」になっているか否かの判断であってよい。

エンジン１を停止してハイブリッド車が停車している場合、すなわちステップＳ２で肯定的に判断された場合には、バッテリ充電量（すなわちＳＯＣ）がモータ２によってエンジン１をモータリングすることに要する電力（ＭＧ始動電力）を超えているか否かが判断される（ステップＳ３）。このステップＳ３で肯定的に判断された場合には、モータ２によってエンジン１を始動することになる。すなわち、エンジン１を止めた停車状態でアクセルペダルが踏み込まれたということは、ハイブリッド車を発進させることが要求されていることであり、発進時には大きい駆動トルクが必要であるから、エンジン１を始動して大きい駆動トルクを発生させ、スムースな発進を行うことになる。したがって、この状態では、まずクラッチ１２を係合させてエンジン１をモータ２にトルク伝達可能に連結する（ステップＳ４）。その状態でモータ（ＭＧ）２でエンジン１を始動（モータリング）する（ステップＳ５）。その後、図２に示すルーチンを一旦終了する。このように停車状態でエンジン１を始動する場合には、アクセルペダルが踏み込まれるなど駆動要求量が増大することがエンジン始動の開始（実行）条件となっている。

一方、上記のステップＳ２で否定的に判断された場合には、ハイブリッド車はモータ２によって走行するＥＶモードになっている。この場合には、必要駆動力がモータ（ＭＧ）出力より大きいか否かが判断される（ステップＳ６）。必要駆動力とは、ハイブリッド車に要求されている駆動力であり、より具体的にはアクセル開度と車速などに基づいて求められる。また、ＭＧ出力とは、その時点でモータ２が出力できる最大の駆動トルクであり、車速や蓄電装置９のＳＯＣ、さらにはモータ２の仕様などに基づいて求めることができる。ステップＳ６で肯定的に判断された場合には、モータ２では要求駆動力を出力できないのであるから、エンジン１を始動して要求されている駆動力をエンジン１によっても出力することになる。この場合、モータ２によらずにスタータ３によってエンジン１を始動（モータリング）する（ステップＳ７）。その後、クラッチ１２を係合させて（ステップＳ８）、エンジン１が出力するトルクをモータ２のロータ６を介して駆動輪２６に向けて出力する。したがって、この場合は、ステップＳ６で判断される必要駆動力がＭＧ出力より大きいことがエンジン始動の開始（実行）条件となっている。

この場合、ハイブリッド車はモータ２が出力する駆動トルクで走行しており、その状態でエンジン１をモータリングすることになる。そのモータリングのためのトルクはモータ２によらずにスタータ３によって出力するから、モータ２のトルクすなわち駆動トルクが変化（低下）することは殆どない。したがって、ハイブリッド車の加速度あるいは車速が一時的に落ち込むなどの車両の挙動が変化することがないために、搭乗者が違和感を抱くなどの事態を回避もしくは抑制することができる。

また、蓄電装置９のＳＯＣが低下していることによりステップＳ３で否定的に判断された場合には、上記のステップＳ６に進み必要駆動力がＭＧ出力より大きいか否かが判断される。ステップＳ３で否定的に判断されれば、モータ２によってはエンジン１の始動に必要なトルクを出力できないことになるので、その場合にはスタータ３によってエンジン１を始動するか否かを判断するために、ステップＳ６に進むこととしてある。

そして、このステップＳ６で否定的に判断された場合には、ＥＶ走行を行う（ステップＳ９）。ステップＳ６で否定的に判断される状態は、ＭＧ出力すなわちモータ２で出力できるトルクが必要駆動力以上の状態であるから、アクセルペダルが踏み込まれるなど駆動要求量が増大して発進するとしても、エンジン１を始動せずにモータ２による駆動トルクのみで走行する。こうすることにより燃料の消費を抑制してハイブリッド車の燃費が向上する。

なお、エンジン１が運転されていてステップＳ１で否定的に判断された場合には、エンジン１を駆動する通常の走行（例えばハイブリッドモードでの走行）を行う（ステップＳ１０）。

以上説明したように本発明の実施形態としての制御装置によれば、モータ２によって走行している状態でエンジン１を始動する場合、モータリングのための駆動力はモータによらず、スタータ３によって出力するので、走行のための駆動トルクの一時的な増大あるいは低下、もしくはそれに伴う加速度あるいは車速の変化を回避もしくは抑制し、運転者に与える違和感あるいは乗り心地の悪化を防止もしくは抑制することができる。また、ＥＶ走行のためのモータ２は、走行中にはエンジン１をモータリングするトルクを出力する必要がないので、モータ２としては走行に要するトルクを出力できる仕様のものであればよく、またＥＶ走行時には要求駆動力に基づいた制御を行えばよく、したがってモータ２あるいは駆動装置の構成や制御を簡素化することができる。さらに、ハイブリッド車が走行している状態では、モータ２はその性能の全体を使って力行および回生を行ってよいから、モータ２を十分に機能させて燃費を向上させることが可能になる。そして、ハイブリッド車の走行中に駆動要求量の増大やＳＯＣの低下などによってエンジン１を頻繁に始動するとしても、モータ２は走行中のエンジン始動に使用されないので、モータ２の使用頻度もしくはエンジン始動のための出力トルクの増大制御の頻度を少なくでき、その結果、モータ２の耐久性を向上させることができる。

なお、本発明は上述した実施形態に限定されないのであって、図１に示す構成とは異なるパワートレーンを有するハイブリッド車を対象とするエンジン始動制御装置であってもよい。

１…エンジン、 ２…モータ、 ３…スタータ、 ８…電源部、 ９…蓄電装置、 １０…制御回路、 ２７…電子制御装置（ＥＣＵ）。

Claims (1)

1. 蓄電装置から電力が供給されて走行のためのトルクを出力するモータと、モータリングされて始動されるエンジンと、前記エンジンを前記モータに選択的に連結するクラッチと、前記エンジンをモータリングするスタータとを有するハイブリッド車のエンジン始動制御装置において、
   前記エンジンの始動のための制御を行うコントローラを備え、
   前記コントローラは、
   前記ハイブリッド車が前記エンジンを停止して停車している状態で前記エンジンを始動する場合、前記蓄電装置の充電残量が予め定めた所定値以上であることを条件として、前記クラッチを係合させかつ前記モータによって前記エンジンをモータリングし、
   前記ハイブリッド車が前記エンジンを停止して前記モータによって走行している状態で前記エンジンを始動する場合、前記スタータによって前記エンジンをモータリングする
   ように構成されていることを特徴とするハイブリッド車のエンジン始動制御装置。

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