JP3541874B2

JP3541874B2 - 車両のエンジン始動装置

Info

Publication number: JP3541874B2
Application number: JP1099799A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本; 信明村上
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1999-01-19
Filing date: 1999-01-19
Publication date: 2004-07-14
Anticipated expiration: 2019-01-19
Also published as: JP2000204998A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの始動を好適に行うための、特に、ハイブリッド車等の運転者のキー操作とは別にエンジンを始動する車両のエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
例えば、特開平６−２３３４１１号公報には、この種のエンジン始動装置としてハイブリッド車両の制御装置が開示されている。この公知の制御装置は、エンジンをクランキングしながらその回転数が所定値まで上昇すると、この時点から燃料供給を開始するとともに、その点火時期を制御するものとしている。従って、公知の制御装置によれば、常に同一のクランキング回転数でエンジンが始動されるものと認められる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジンの停止中は吸気マニホールド内が大気圧に近い状態にあるため、スロットルバルブが開かれていないにも拘わらず、クランキング開始初期の充てん効率は極端に高い。このため、クランキングだけの低回転数域であっても、エンジンの始動時にスロットル全開相当の過大な爆発トルクを発生させてしまう。このような過大トルクの発生は、エンジンの振動を大きく車体に伝達させ、運転者に不所望なショック感を与える虞がある。
【０００４】
一方、電気モータのみの駆動による走行中、運転者が例えばアクセルペダルを大きく踏み込んだ状況にあっては、エンジンを速やかに始動させると共にその直後からエンジンに充分なトルクを発生させる必要がある。
本発明は上述の事情に基づいてなされたもので、その目的とするところは、エンジン始動時に不所望な爆発トルクの発生を抑える一方、始動直後からエンジンに所望のトルクを発生させることができる車両のエンジン始動装置を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両のエンジン始動装置（請求項１）は、エンジン始動時の運転者による要求駆動力を検出してクランキング手段によりエンジンのクランキングを開始させ、その要求駆動力に基づいてクランキング中での燃料噴射モードを吸気行程噴射モードと圧縮行程噴射モードとの一方に選択的に切り換えるものとしている。
【０００６】
上述したエンジン始動装置によれば、圧縮行程噴射モードではリーン空燃比でも安定した燃焼が得られるため、エンジン始動時の爆発トルクが低く抑えられる。一方、吸気行程噴射モードでは、出力空燃比でエンジン始動時からより大きな爆発トルクが得られる。
好ましくは、検出された要求駆動力が小さければ、制御手段は圧縮行程噴射モードを選択し、要求駆動力が大きければ吸気行程噴射モードを選択することができる。また、エンジン始動装置は要求駆動力の大きさに基づいて、各燃料噴射モードでの最適な空燃比を設定する手段を更に有することが望ましい。すなわち、運転者による要求駆動力が小さい場合、その分だけエンジン始動時の爆発トルクを低く抑え、運転者に不所望なショック感を与えない。これに対し、運転者の要求駆動力が大きい場合、エンジン始動時から大きいトルクを発生させてその要求駆動力に素早く応える。
【０００７】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、本発明のエンジン始動装置を装備した一実施例としてハイブリッド車における駆動系の構成が概略的に示されている。
図１の駆動系について具体的には、ハイブリッド車は駆動源としてエンジン２及び電気モータ４を備えており、エンジン２のクランク軸６と電気モータ４の出力軸８とは互いに伝達クラッチ１０を介して断接可能となっている。図示のように、伝達クラッチ１０はアクチュエータ１２を介してその断接を操作され、アクチュエータ１２には例えば、図示しない油圧駆動回路が接続されている。なお、油圧駆動回路を用いたアクチュエータ１２の駆動は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）１４により制御されている。
【０００８】
また、電気モータ４の出力軸８は変速機１８に接続されており、この変速機１８は例えば、ベルト式無段変速機を内蔵し、その変速プーリ比制御がＥＣＵ１４により行われている。更に、変速機１８の出力軸３６は発進クラッチ３８を介してデファレンシャルギヤ４０に接続されている。発進クラッチ３８はアクチュエータ４２によりその断接を操作され、出力軸３６から駆動輪Ｗへのトルク伝達量を調整することができる。なお、アクチュエータ４２の駆動制御もまたＥＣＵ１４により行われている。
【０００９】
ハイブリッド車のエンジン２としては例えば、筒内噴射型の火花点火式ガソリンエンジンが適用されており、それ故、燃料噴射弁４４はその燃焼室内に直接、燃料を噴射可能に設けられている。また、燃料噴射弁４４及び点火栓４６はＥＣＵ１４によりそれぞれ作動を制御されている。
電気モータ４は図示しないバッテリから電力の供給を受けて出力トルクを発生させる一方、その発電による電力をバッテリに充電可能であり、これらの間の電力送受制御もまたＥＣＵ１４により行われる。
【００１０】
エンジン２の回転数は回転数センサ４８により検出可能であり、この回転数センサ４８から出力されるセンサ信号はＥＣＵ１４に供給される。
また、運転者によるアクセルペダル５０の踏み込み量はアクセルポジションセンサ５２（要求駆動力検出手段）により検出され、その検出信号はＥＣＵ１４に供給される。
【００１１】
上述した駆動系の構成から明らかなように、図１のハイブリッド車は伝達クラッチ１０の接続を断たれると、エンジン２を停止させた状態で電気モータ４のみの駆動により定常走行が可能である。
本実施例のエンジン始動装置は例えば、上述の定常走行時、つまり、エンジン２の運転が停止されている状態で、必要に応じてエンジン２の始動を行うことができる。具体的には、ＥＣＵ１４は予め用意されたエンジン始動用プログラム（エンジン始動制御ルーチン）を有しており、実施例のエンジン始動装置は、このエンジン始動制御ルーチンにおいて機能することができる。
【００１２】
図２を参照すると、エンジン始動制御ルーチンのフローチャートが示されており、以下、このフローチャートに沿ってエンジン始動装置の作動を詳細に説明する。
始めにステップＳ１０では、エンジン２の始動要求の有無が判別される。この判別は例えば、ＥＣＵ１４内の判別回路（特に図示せず）にて行うことができ、この判別回路では運転者による加速要求やバッテリ充電状態、また、エアコンなどの電装機器の使用による電力消費等の情報から、所定の判別条件に基づいてエンジン２を始動するべきか否かが判別される。この判別回路にてエンジン２の始動要求があるものとして判別されないうちは、次のステップＳ１２が実行されることはない。
【００１３】
ここで図３を参照すると、エンジン始動制御ルーチンの実行に伴うエンジン回転数Ｎｅ、モータ出力Ｔｍ、車速Ｖ等の時間的な変化を並列的に表したタイムチャートが示されている。
同図に示されるように、ある時刻ｔ₀においてハイブリッド車が車速Ｖ₀にて定常走行を行っているとき、電気モータ４の出力は所定値Ｔｍ₀に保持され、エンジン２は停止された状態にある（Ｎｅ＝０）。
【００１４】
例えば、このような定常走行中にバッテリを充電したり、より多くの電力供給を行う必要があると判断された場合、上述した判別回路においてエンジン２の始動要求があるとの判別が成立する。
いま、時刻ｔ₁にエンジン２の始動要求があると判別されたとき、ステップＳ１０での判別結果は真（Ｙｅｓ）であり、次にステップＳ１２以降が実行される。この後、制御ルーチンの進行に伴い、エンジン始動装置が具体的に機能する。
【００１５】
ステップＳ１２では先ず、エンジン２のクランキングが実行される。具体的には、ＥＣＵ１４はアクチュエータ１２を駆動して伝達クラッチ１０を接続させるとともに、走行トルクに加えてクランキングに必要なトルクを発生させるべく、電気モータ４の出力を増加させる。この結果、時刻ｔ₂からモータ出力が緩やかに立ち上げられる（図３中１点鎖線）とともに、エンジン回転数もまた次第に上昇する（クランキング手段）。
【００１６】
更に、次のステップＳ１４では、アクセル踏み込み量に基づいて燃料噴射モードが決定される。具体的には、ＥＣＵ１４はアクセルポジション信号ＡＰＳに基づいて予め用意されたマップから燃料噴射モードを決定することができる。
図４を参照すると、上述したマップの一例が示されている。図４のマップはアクセル踏み込み量に基づいて始動時の空燃比を設定するものであり、その特性上、アクセル踏み込み量が所定値ＡＰ₁〜ＡＰ₂までの間では、踏み込み量が大きいほど、その分だけ空燃比がリッチ側に設定される。そして、燃料噴射モードは、始動時の空燃比が所定の基準値ＡＦ₀となるアクセル踏み込み量ＡＰ₀を閾値として、この閾値ＡＰ₀より踏み込み量が小さい領域では圧縮行程噴射モード、閾値ＡＰ_Oより大きい領域では吸気行程噴射モードがそれぞれ選択される。なお、アクセル踏み込み量が所定値ＡＰ₁〜ＡＰ₂の領域外にはそれぞれ、始動時空燃比の設定に不感帯が設けられており、それ故、アクセル踏み込み量が所定値ＡＰ₁より小さい領域では、始動時空燃比は常に上限値ＡＦ₁に設定される。また、所定値ＡＰ₂より大きい領域では、始動時空燃比は常に下限値ＡＦ₂に設定される。
【００１７】
なお、図４のマップの特性は適宜その書き換えが可能であり、実際のエンジン２の始動時における過渡特性に合わせて適切にその空燃比曲線や、閾値ＡＰ₀の具体的な値がマッチングされたり学習されることが望ましい。
この例のように、時刻ｔ₁においてアクセルペダル５０の踏み込み量に極端な変化がなく、例えばそのままの踏み込み量ＡＰ₁が保持されている場合、図４のマップから始動時空燃比は下限値ＡＦ₂に設定されるとともに、燃料噴射モードは圧縮行程噴射モードに決定される。
【００１８】
次のステップＳ１６では、エンジン２において燃料噴射及び点火が既に開始されているか否かが判別され、その結果が偽（Ｎｏ）である場合、次のステップＳ１８が実行される。
更にステップＳ１８では、エンジン回転数Ｎｅが所定の始動回転数ＮｅＡに達したか否かが判別される。この始動回転数ＮｅＡは例えば、アクセルポジション信号ＡＰＳに基づきＥＣＵ１４にて決定することができ、ＥＣＵ１４は別途、アクセル踏み込み量に基づいて始動回転数ＮｅＡを決定するためのマップを用意している。このマップは例えば、アクセル踏み込み量が小さいほど、エンジン始動時のショックを低減するために始動回転数ＮｅＡが高く設定される特性を有しており、それ故、アクセル踏み込み量が上述した所定値ＡＰ₁であるとき、始動回転数は最高値Ｎｅ₁（例えば1200rpm）に設定される。
【００１９】
従って、クランキングによる回転数が始動回転数Ｎｅ₁に達するまでの間は、これまでのステップＳ１０〜Ｓ１８が単に繰り返し実行され、始動回転数Ｎｅ₁に達すると、次にステップＳ２０が実行される。
ステップＳ２０では、上述のステップＳ１４にて決定された燃料噴射モード、つまり、圧縮行程噴射モードに基づき、燃料噴射及び点火が開始される。この場合、ＥＣＵ１４は燃料噴射弁４４及び点火栓４６への通電を開始するので、図３中１点鎖線で示されるように時刻ｔ₄での燃料噴射時期は、クランク軸６の回転角でみて所定の角度ＦＩ₁（例えば40゜BTDC）に設定されており、また、このとき始動時空燃比は上限値ＡＦ₁である。
【００２０】
ステップＳ２０が実行された後は、次回のルーチンからステップＳ１６での判別結果は真であるため、ステップＳ１８，Ｓ２０が実行されることはない。また、ステップＳ１４は単に実行されるだけである。なお、燃料噴射モードが一旦決定された後は、このステップＳ１４を迂回するための判別ステップを追加してもよい。
【００２１】
この後、エンジン２が完全に始動されると（時刻ｔ₅）、ＥＣＵ１４はエンジン始動制御ルーチンを終了する。また、電気モータ４はその出力を停止し（Ｔｍ＝０）、エンジン２の駆動により発電機として働く。なお、車速はエンジン２の駆動によって引き続き一定車速Ｖ₀に維持される。
ところで、上述したステップＳ１０では、バッテリ充電状態や電装機器の使用による電力消費等の情報の他に、運転者によるアクセルペダル５０の踏み込みからもエンジン２の始動要求が成立する場合があり、以下には、運転者によるアクセルペダル５０の踏み込み、つまり、素早い加速要求がなされた場合におけるエンジン始動装置の作動を説明する。
【００２２】
いま、時刻ｔ₁において運転者がアクセルペダル５０を大きく踏み込むと、そのセンサ信号ＡＰＳがＥＣＵ１４に入力される。上述した判別回路ではこのセンサ信号ＡＰＳに基づいて、運転者から加速要求がなされており、それ故、モータ出力を補うべくエンジン２を始動させる必要があるとの判別が成立する（ステップＳ１０）。
【００２３】
この場合も上述した手順と同様に、時刻ｔ₂からクランキングが実行される（ステップＳ１２）。この場合、図３中の実線で示されるようにモータ出力Ｔｍの立ち上げは、上述した定常走行中の場合（１点鎖線）よりも急に行われる。
一方、燃料噴射モードは、例えば所定値ＡＰ₂を超える領域でのアクセル踏み込み量に基づいて、図４のマップから吸気行程噴射モードに決定され（ステップＳ１４）、またその始動時空燃比は下限値ＡＦ₂に設定される。
【００２４】
なお、始動回転数ＮｅＡは、上述した別途のアクセル踏み込み量−始動回転数マップから最低値Ｎｅ₂（例えば400rpm）に設定される。この場合、図３中実線で示されるように、エンジン回転数が始動回転数Ｎｅ₁に達した時点（時刻ｔ₃）から空燃比ＡＦ₂にて燃料噴射が開始される。また、吸気行程噴射モードでの燃料噴射時期は所定の回転角ＦＩ₂（例えば300゜BTDC）である。
【００２５】
エンジン２が完全に始動されると（時刻ｔ₅）、ＥＣＵ１４はエンジン始動制御ルーチンを終了し、ＥＣＵ１４はその空燃比を次第にストイキオに移行させる。この後、エンジン２及び電気モータ４の協働により所望の要求トルクが出力され、この出力トルクが図１の駆動系を介して駆動輪Ｗに伝達される結果、駆動輪Ｗから運転者による要求駆動力が発揮されて図３中実線で示されるように車速が次第に増加していく。
【００２６】
上述したエンジン始動装置によれば、定常走行中に運転者による大きな要求駆動力がない状況でエンジン２を始動させる場合は、圧縮行程噴射モードにてエンジン２が始動されるので、その始動時の爆発トルクが小さく抑えられ、運転者に不所望なショック感を与えることがない。従って、ハイブリッド車の静粛性や乗り心地の向上に大きく寄与する。
【００２７】
一方、運転者により素早い加速要求がなされた状況にあっては、そのアクセルペダルの踏み込み量、つまり、要求駆動力の大きさに基づいて始動時の燃料噴射モードが吸気行程噴射モードに決定されるので、エンジン２の始動直後から大きいトルクが得られ、運転者の要求に応じた駆動力を駆動輪Ｗに充分に発揮させることができる。この結果、ハイブリッド車は速やかにエンジン２及び電気モータ４による加速を行うことができ、良好なアクセルレスポンスが得られる。
【００２８】
本発明のエンジン始動装置は上述した一実施例の制約を受けることなく、種々に変形して実施可能であり、エンジン始動装置が装備されるべきハイブリッド車の形式やエンジン２及び電気モータ４の仕様、また、駆動系の構成等は種々に変更可能であるし、クランキング手段としてスタータを装備していてもよい。
また、上述した制御ルーチンのステップＳ１４では、単にアクセル踏み込み量から燃料噴射モード及び空燃比を決定しているが、例えばアクセル踏み込み量の変化率を求め、この変化率の大小に基づいてこれらを決定するようにしてもよい。この場合、アクセルペダル５０の踏み込み初期からその変化率が大きい場合は、運転者により素早い加速要求がなされているものと認められるので、その踏み込み初期の時点から吸気行程噴射モードとして決定し、空燃比をリッチ側に設定することができる。
【００２９】
なお、上述の実施例にあっては、定常走行中でのエンジン始動制御について説明しているが、加減速走行中、或いは停車中であっても同様にこの制御を実行可能であることはいうまでもない。
更に、上述の実施例においては、本発明のエンジン始動装置をハイブリッド車に適用した場合について説明したが、本発明はこれに限られるものではなく、車両停止時にエンジンを自動的に停止・始動するような運転者のキー操作とは別にエンジンを始動する車両であれば、本発明を適用することができる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の車両のエンジン始動装置（請求項１）によれば、運転者による要求駆動力の大きさに基づき、エンジンのクランキング中での燃焼噴射モードを吸気行程噴射モード又は圧縮行程噴射モードの何れにて切り換えるので、エンジンの始動ショックを抑えることができ、しかも始動直後から充分なトルクを発生させることで、車両の乗り心地や動力性能を大きく向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例のエンジン始動装置が組み込まれたハイブリッド車の駆動系の構成を示した概略図である。
【図２】エンジン始動制御ルーチンのフローチャートである。
【図３】エンジン始動装置の機能を説明するためのタイムチャートである。
【図４】燃料噴射モードの決定に用いるマップの一例である。
【符号の説明】
２エンジン
４電気モータ
１０伝達クラッチ
１２アクチュエータ
１４ＥＣＵ（制御手段）
４４燃料噴射弁
４６点火栓
５２アクセルポジションセンサ

Claims

運転者の停止・始動操作とは別にエンジンを停止・始動する車両において、
運転者による要求駆動力を検出する要求駆動力検出手段と、
前記エンジンのクランキングを行うクランキング手段と、
前記エンジンの燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
前記クランキング手段及び前記燃料噴射弁の作動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記検出された要求駆動力がエンジンの始動を要求すべく増加されたとき、前記クランキング手段を作動させて前記エンジンのクランキングを開始させ、
前記検出された要求駆動力の大きさに基づいて、前記燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射時期が吸気行程中に含まれる吸気行程噴射モードと圧縮行程中に含まれる圧縮行程噴射モードとの一方に、前記クランキング中での前記燃料噴射弁による燃料噴射モードを選択的に切り換えることを特徴とする車両のエンジン始動装置。