JP2019199186A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電動機の定格出力を超えることなく電動機のみにより車両を走行させる領域を確保して燃費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。【解決手段】エンジン２と、モータ４と、モータ４に電力を供給するバッテリ６と、車速とアクセル開度に基づいて設定される要求トルクが再始動閾値を超えた場合にエンジン２を再始動させ、バッテリの放電可能最大電力が所定電力未満のときにはモータ４が出力可能な最大トルクから所定のマージンを減算したマージントルクを再始動閾値として設定し、バッテリの放電可能最大電力が所定電力以上のときにはモータ４の定格トルクを再始動閾値として設定する制御部９と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置に関する。
特許文献１には、アクセル開度、車両速度、バッテリＳＯＣ（State of Charge）に基づいて設定される目標トルクが、メインモータの最大トルクから所定値低いマージントルクを超えた場合にエンジンの再始動を開始し、目標トルクがマージントルクを下回った場合にエンジンを停止させてメインモータのみにより走行する制御が開示されている。
特許第５１３４６３２号公報
しかしながら、特許文献１に記載のものにあっては、バッテリの放電可能最大電力に応じてメインモータの最大トルクが定まるため、バッテリの放電可能最大電力が低下するとメインモータの最大トルクが低下する。一方で、マージントルクは、メインモータの最大トルクに対して所定のマージンを考慮して低く設定されている。
バッテリの放電可能最大電力が低くなるとマージントルクに基づくエンジン始動判定値も相対的に低くなるため、エンジンを停止してメインモータのみにより走行可能な領域も狭くなってしまう。
対策として、メインモータの最大トルクに対するマージンを一律小さく設定することが考えられるが、メインモータの最大トルクが高い（バッテリの放電可能最大電力に余裕がある）場合は、メインモータの定格出力を超えて駆動させてしまう可能性があった。
そこで、本発明は、電動機の定格出力を超えることなく電動機のみにより車両を走行させる領域を確保して燃費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を目的としている。
上記課題を解決するため本発明は、内燃機関または電動機の出力トルクを車両走行時の動力源とする車両に搭載され、車両速度とアクセル開度に基づいて設定される要求トルクが前記内燃機関を再始動させるための再始動閾値を超えた場合に前記内燃機関を再始動させる制御部を備え、前記制御部は、バッテリの放電可能最大電力が所定電力未満のときには、前記電動機が出力可能な最大トルクから所定のマージンを減算したマージントルクを前記再始動閾値として設定し、前記バッテリの放電可能最大電力が所定電力以上のときには、前記電動機の定格トルクを前記再始動閾値として設定するものである。
このように、本発明によれば、本発明は、電動機の定格出力を超えることなく電動機のみにより車両を走行させる領域を確保して燃費を向上させることができる。
図１は、本発明の一実施例に係る内燃機関の始動制御装置のブロック図である。 図２は、本発明の一実施例に係る内燃機関の始動制御装置の再始動閾値の変化を示す図である。 図３は、本発明の一実施例に係る内燃機関の始動制御装置のエンジン再始動制御処理の手順を示すフローチャートである。
本発明の一実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置は、内燃機関または電動機の出力トルクを車両走行時の動力源とする車両に搭載され、車両速度とアクセル開度に基づいて設定される要求トルクが内燃機関を再始動させるための再始動閾値を超えた場合に内燃機関を再始動させる制御部を備え、制御部は、バッテリの放電可能最大電力が所定電力未満のときには、電動機が出力可能な最大トルクから所定のマージンを減算したマージントルクを再始動閾値として設定し、バッテリの放電可能最大電力が所定電力以上のときには、電動機の定格トルクを再始動閾値として設定するよう構成されている。
これにより、本発明の一実施の形態に係る内燃機関の始動制御装置は、電動機の定格出力を超えることなく電動機のみにより車両を走行させる領域を確保して燃費を向上させることができる。
以下、図面を参照して、本発明の実施例に係る内燃機関の始動制御装置について詳細に説明する。
図１において、本発明の一実施例に係る内燃機関の始動制御装置を搭載した車両１は、内燃機関としてのエンジン２と、変速機３と、モータ４と、インバータ５と、バッテリ６と、エンジン２を制御するＥＣＭ（Engine Control Module）７と、変速機３を制御するＴＣＭ（Transmission Control Module）８と、車両１を総合的に制御する制御部９とを含んで構成される。
エンジン２には、複数の気筒が形成されている。本実施例において、エンジン２は、各気筒に対して、吸気行程、圧縮行程、膨張行程および排気行程からなる一連の４行程を行なうように構成されている。
エンジン２には、スタータ２１が連結されている。スタータ２１は、ベルト２２を介してエンジン２のクランクシャフトに連結されている。スタータ２１は、電力が供給されることにより回転することでクランクシャフトを回転させて、エンジン２に始動時の回転力を与える。
変速機３は、エンジン２から出力された回転を変速し、駆動軸１１を介して駆動輪１０を駆動する。変速機３は、平行軸歯車機構からなる常時噛合式の図示しない変速機構と、図示しないアクチュエータとを備えている。
エンジン２と変速機３の間には、乾式単板式のクラッチ３１が設けられており、クラッチ３１は、エンジン２と変速機３との間の動力伝達を接続または切断する。
変速機３は、いわゆるＡＭＴ（Automated Manual Transmission）として構成されており、図示しないアクチュエータにより変速機構における変速段の切換えとクラッチ３１の断接が行なわれる。
変速機３と駆動輪１０の間にはディファレンシャル機構３２が設けられている。ディファレンシャル機構３２と駆動輪１０は駆動軸１１により連結されている。
モータ４は、ディファレンシャル機構３２に対して、チェーン等の減速機４１を介して連結されている。モータ４は、発電機としても機能し、車両１の走行によって発電を行う。
インバータ５は、制御部９の制御により、バッテリ６などから供給された直流の電力を、三相の交流電力に変換してモータ４に供給する。
インバータ５は、制御部９の制御により、モータ４によって生成された三相の交流電力を直流の電力に変換する。この直流の電力は、例えば、バッテリ６を充電する。
バッテリ６は、例えばリチウムイオン蓄電池で構成されている。バッテリ６は、インバータ５に電力を供給する。
バッテリ６には、バッテリ状態センサ６１が設けられている。バッテリ状態センサ６１は、バッテリ６の充放電電流、電圧及びバッテリ温度を検出する。バッテリ状態センサ６１は、制御部９に接続されている。制御部９は、バッテリ状態センサ６１の出力によりバッテリ６の充電状態（以下、「ＳＯＣ」という）を検知できるようになっている。
このように、車両１は、エンジン２とモータ４の両方の動力を車両１の駆動に用いることが可能なパラレルハイブリッドシステムを構成しており、エンジン２及びモータ４の少なくとも一方が出力する動力により走行する。
なお、モータ４は、エンジン２から駆動輪１０までの動力伝達経路の何れかの箇所に動力伝達可能に連結されていればよく、必ずしもディファレンシャル機構３２に連結される必要はない。
ＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９は、それぞれＣＰＵ（Central Processing Unit）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、バックアップ用のデータなどを保存するフラッシュメモリと、入力ポートと、出力ポートとを備えたコンピュータユニットによって構成されている。
これらのコンピュータユニットのＲＯＭには、各種定数や各種マップ等とともに、当該コンピュータユニットをＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９としてそれぞれ機能させるためのプログラムが格納されている。
すなわち、ＣＰＵがＲＡＭを作業領域としてＲＯＭに格納されたプログラムを実行することにより、これらのコンピュータユニットは、本実施例におけるＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９としてそれぞれ機能する。
車両１には、ＣＡＮ（Controller Area Network）等の規格に準拠した車内ＬＡＮ（Local Area Network）を形成するためのＣＡＮ通信線１２が設けられている。
ＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９は、それぞれＣＡＮ通信線１２によって接続されている。ＥＣＭ７及びＴＣＭ８、制御部９は、ＣＡＮ通信線１２を介して制御信号等の信号の送受信を相互に行なう。
ＥＣＭ７の入力ポートには、図示しないエンジン回転数センサを含む各種センサ類が接続されている。エンジン回転数センサは、エンジン２の機関回転数であるエンジン回転数を検出する。
一方、ＥＣＭ７の出力ポートには、上述のスタータ２１に加え、図示しないインジェクタを含む各種制御対象類が接続されている。インジェクタは、エンジン２に燃料を供給する。ＥＣＭ７は、スタータ２１やインジェクタを制御することで、エンジン２の始動や停止、出力トルクなどを制御する。
ＴＣＭ８の出力ポートには、変速機３のアクチュエータを含む各種制御対象類が接続されている。ＴＣＭ８は、変速機３のアクチュエータを制御することで、変速機３の変速機構における変速段の切換えとクラッチ３１の断接を行なう。
制御部９の入力ポートには、上述のバッテリ状態センサ６１に加え、アクセル開度センサ９１、車速センサ９２等の各種センサ類が接続されている。
アクセル開度センサ９１は、図示しないアクセルペダルの開度を検出して、アクセル開度に応じた信号を制御部９に出力する。車速センサ９２は、車両１の走行速度を検出し、車速に応じた信号を制御部９に出力する。
一方、制御部９の出力ポートには、上述のインバータ５を含む各種制御対象類が接続されている。
本実施例において、制御部９は、アクセル開度や車速などに基づいて、ドライバの要求する要求トルクを算出する。制御部９は、要求トルクが駆動輪１０に出力されるようエンジン２やモータ４を制御する。
制御部９は、ＥＣＭ７にトルク指令を送信し、ＥＣＭ７によりトルク指令に設定されたトルク値をエンジン２に出力させる。
制御部９は、要求トルクやバッテリ６のＳＯＣなどに基づいて、エンジン２に出力させるトルクやモータ４に出力させるトルクを算出する。
制御部９は、要求トルクが、エンジン２を再始動させるための閾値である再始動閾値を超えた場合、エンジン２を始動させる。
制御部９は、バッテリ６の放電可能最大電力が所定電力未満のときには、モータ４が出力可能な最大トルクから所定のマージンを減算したマージントルクを再始動閾値とする。
最大トルクは、バッテリ６の放電可能最大電力に応じて定まる、モータ４が供給可能な上限トルクである。バッテリ６の放電可能最大電力は、バッテリ６の温度やＳＯＣに応じて定まる、バッテリ６が出力可能な上限電力である。
制御部９は、バッテリ６の放電可能最大電力が所定電力以上のときには、モータ４の定格トルクを再始動閾値とする。
所定電力は、図２に示すように、モータ４の出力可能な最大トルクから所定のマージンを減算したマージントルクと、モータ４の定格トルクと、が同じになる電力Ｗとするとよい。
バッテリ６の放電可能最大電力がＷより低い、モータ４の最大トルクが低下する状況では、マージントルクに基づく再始動閾値によってエンジンを始動させる。このことで、例えば、モータ４の定格トルクを考慮したマージンを最大トルクから減算した再始動閾値による場合に比べ、モータ４のみにより車両１を走行させる領域を極端に狭めずに、車両１の燃費を向上させることができる。
バッテリ６の放電可能最大電力がＷ以上で、モータ４の最大トルクが低下しない状況では、モータ４の定格トルクに基づく再始動閾値によってエンジンを始動させることで、モータ４を保護することができるとともに、エンジン２の始動時のもたつきを防止することができる。
制御部９は、要求トルクが再始動閾値を超えない場合は、インバータ５のみへ要求トルクをトルク指令として送信する。インバータ５は、トルク指令のトルク値に基づいてモータ４のトルクを制御する。
制御部９は、要求トルクが再始動閾値を超える場合は、エンジン２とモータ４のそれぞれに要求トルクを分配する。制御部９は、分配されたトルク値のトルク指令をＥＣＭ７に送信する。ＥＣＭ７は、トルク指令に設定されたトルク値をエンジン２に出力させる。
一方で、制御部９は、分配されたトルク値のトルク指令をインバータ５に送信する。インバータ５は、トルク指令のトルク値に基づいてモータ４のトルクを制御する。
以上のように構成された本実施例に係る内燃機関の始動制御装置によるエンジン再始動制御処理について、図３を参照して説明する。なお、以下に説明するエンジン再始動制御処理は、モータ４のみにより車両１を走行させるＥＶ走行が開始されると開始され、予め設定された時間間隔で実行され、エンジン２が再始動されると停止される。
ステップＳ１において、制御部９は、アクセル開度や車速に基づき、要求トルクを算出する。
ステップＳ２において、制御部９は、バッテリ６の放電可能最大電力に基づき、モータ４の最大トルクを算出する。
ステップＳ３において、制御部９は、モータ４の最大トルクに対してマージントルクを設定する。
ステップＳ４において、制御部９は、バッテリ６の放電可能最大電力が所定電力未満か否かを判定する。バッテリ６の放電可能最大電力が所定電力未満であると判定した場合、ステップＳ５において、制御部９は、要求トルクがマージントルクより大きいか否かを判定する。要求トルクがマージントルクより大きくないと判定した場合、制御部９は、処理を終了する。
ステップＳ４においてバッテリ６の放電可能最大電力が所定電力未満でないと判定した場合、ステップＳ７において、制御部９は、要求トルクがモータ４の定格トルクより大きいか否かを判定する。要求トルクが定格トルクより大きくないと判定した場合、制御部９は、処理を終了する。
ステップＳ５において要求トルクがマージントルクより大きいと判定した場合、または、ステップＳ７において要求トルクが定格トルクより大きいと判定した場合、ステップＳ６において、制御部９は、エンジン２を再始動させて、処理を終了する。
本実施例では、各種センサ情報に基づき制御部９が各種の判定や算出を行なう例について説明したが、これに限らず、車両１が外部サーバ等の車外装置と通信可能な通信部を備え、該通信部から送信された各種センサの検出情報に基づき車外装置によって各種の判定や算出が行なわれ、その判定結果や算出結果を通信部で受信して、その受信した判定結果や算出結果を用いて各種制御を行なってもよい。
本発明の実施例を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正及び等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。
１ 車両
２ エンジン（内燃機関）
４ モータ（電動機）
５ インバータ
６ バッテリ
７ ＥＣＭ
８ ＴＣＭ
９ 制御部
６１ バッテリ状態センサ
９１ アクセル開度センサ
９２ 車速センサ

Claims (2)

  1. 内燃機関または電動機の出力トルクを車両走行時の動力源とする車両に搭載され、
    車両速度とアクセル開度に基づいて設定される要求トルクが前記内燃機関を再始動させるための再始動閾値を超えた場合に前記内燃機関を再始動させる制御部を備え、
    前記制御部は、バッテリの放電可能最大電力が所定電力未満のときには、前記電動機が出力可能な最大トルクから所定のマージンを減算したマージントルクを前記再始動閾値として設定し、前記バッテリの放電可能最大電力が所定電力以上のときには、前記電動機の定格トルクを前記再始動閾値として設定する内燃機関の始動制御装置。
  2. 前記最大トルクは、前記バッテリの放電可能最大電力が低下するに伴って小さい値に設定される請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
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