JP3541875B2

JP3541875B2 - ハイブリッド車のエンジン始動装置

Info

Publication number: JP3541875B2
Application number: JP1099899A
Authority: JP
Inventors: 勝彦宮本; 敬川辺
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: JP2000204999A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、走行用モータの出力を利用してエンジンを始動するハイブリッド車のエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
この種のエンジン始動装置としては例えば、特開平６−２３３４１１号公報に開示されたハイブリッド車両の制御装置が挙げられる。この公知の制御装置は、走行用モータの出力のみでエンジンのクランキングを行い、その回転数が所定値に達した時点から燃料供給を開始させるとともに、点火時期を制御しながらエンジンを始動させるものとしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した公知の制御装置によれば、走行用モータによる定常走行中にエンジンを始動させる場合、そのクランキングが行われる間はモータ出力が一時的に増加されるものと認められる。
しかしながら、このときモータ出力の増加分はエンジンのクランキングに利用される一方で、駆動系にも伝達されている。このため、定常走行中にあっては、エンジン始動のための一時的なモータ出力の増加により、その走行トルクに変動を生じてしまう。このような走行トルクの変動は、不所望に車両の挙動を変化させ、ドライバビリティを悪化させる虞がある。
【０００４】
一方、この種のエンジン始動装置にあっては、走行中に運転者が例えばアクセルペダルを大きく踏み込んだ場合、その踏み込みによる加速要求に応えるため、短時間でエンジンの始動を完了させる必要がある。
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、モータ出力の増加による不所望な走行トルクの変動を抑える一方、速やかなエンジンの始動要求にも応答可能なハイブリッド車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】
本発明のハイブリッド車のエンジン始動装置（請求項１）は、走行用モータの出力を利用したクランキング手段によりエンジンのクランキングを行うにあたり、検出された運転者による車両の加速操作に応じた要求駆動力の大きさに基づいて、そのクランキング回転速度上昇率をクランキング手段により可変するものとしている。
【０００６】
上述したエンジン始動装置によれば、クランキング回転速度上昇率が低い側に設定されているほど、そのクランキングに要するモータ出力が低く抑えられる。このため、走行中におけるモータ出力の増加分は少なくすみ、その分、走行トルクの変動も小さい。一方、クランキング回転速度上昇率が高い側に設定されていれば、その分だけエンジン始動のための所要時間が短縮される。
【０００７】
なお好ましくは、エンジン始動装置の制御手段は、検出された要求駆動力が小さいほど、より低い側にクランキング回転速度上昇率を設定することができ、一方、要求駆動力が大きいときは、より高い側に設定することができる。すなわち、運転者による要求駆動力が小さい場合、モータ出力の走行トルク変動を抑えてドライバビリティの悪化を防止する。これに対し、要求駆動力が大きい場合、短時間でエンジンを始動させてその出力の発生を可能とし、レスポンスを向上する。
【０００８】
更に本発明によれば、クランキングの回転速度上昇率が低い側に設定されている場合、燃料供給及び点火が開始となる所定回転数に達するまでの吸気回数が増え、この間に吸気マニホールド内に充分な負圧を発生させることができる。これにより、始動時にスロットル全開相当の過大な爆発トルクが発生するのを抑えることができ、エンジン始動時のトルクショックが解消される。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１を参照すると、一実施例のエンジン始動装置を装備したハイブリッド車の駆動系の構成が概略的に示されている。
図示のようにハイブリッド車は駆動源としてエンジン２及び走行用モータ４を装備しており、図示の駆動系においてエンジン２のクランク軸６と走行用モータ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。
【００１０】
図中の矢印からも明らかなように、伝達クラッチ１０はアクチュエータ１２により断接状態を操作されることにより、その摩擦係合力を調整可能となっている。
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おり、この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により制御される。
【００１１】
また、走行用モータ４の出力軸８は変速機１８にも接続されている。変速機１８は例えばベルト式無段変速機を内蔵しており、この変速機１８もまた油圧駆動回路に接続されている。変速機１８での変速プーリ比制御は、運転者によるセレクタレバー（図示しない）の操作に連動して、ＥＣＵ１４により行われる。
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によりその断接状態を操作され、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。
【００１２】
ハイブリッド車のエンジン２としては例えば、筒内噴射型ガソリンエンジンが適用されており、その燃料噴射弁４４及び点火栓４６もまた、ＥＣＵ１４によりそれぞれ作動を制御されている。
また、走行用モータ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。
【００１３】
エンジン２の回転数は回転数センサ４８（回転数検出手段）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。
【００１４】
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を停止した状態で走行用モータ４のみの駆動により走行することができる。このような定常走行中に必要に応じてエンジン２を始動させる場合、ＥＣＵ１４は予め用意されたエンジン始動用プログラムとしてエンジン始動制御ルーチンを実行する。
【００１５】
図２を参照すると、そのエンジン始動制御ルーチンの一例が示されている。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具体的に機能することができ、以下、図２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、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。
【００１６】
上述した定常走行中に、例えば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、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。
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、走行用モータ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）。
【００１７】
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、この後、ステップＳ１２以降が実行されてエンジン始動装置が具体的に機能する。
ステップＳ１２では先ず、アクセルペダル５０の踏み込み量に基づいてエンジン２の起動速度、つまり、クランキングの回転速度上昇率(ｄＮｅ／ｄｔ)が決定される。具体的には、ＥＣＵ１４はアクセルペダル５０の踏み込み量から決定される起動速度の特性を予め記録したマップを用意しており、ＥＣＵ１４は入力されたアクセルポジション信号ＡＰＳに基づいて、このマップからエンジン２の起動速度を決定することができる。
【００１８】
図４は上述したマップの一例を示しており、このマップの特性上、アクセル踏み込み量が所定値ＡＰ₁〜ＡＰ₂までの領域では、その踏み込み量が大きいほど起動速度は高速側に設定される。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、起動速度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、起動速度は常に最低値ＳＰ₁が確保される。また、所定値ＡＰ₂より大きい領域では、起動速度は常に最高値ＳＰ₂に制限される。
【００１９】
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起動速度の特性曲線がマッチング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３中１点鎖線）、図４のマップから起動速度は最低値ＳＰ₁として決定される。
【００２０】
次のステップＳ１４では、運転者により要求される走行用モータ４の出力トルク、つまり、要求トルクＴｒと、エンジン２を起動させるための出力トルク、つまり、起動トルクＴｃがそれぞれ決定される。この場合、ＥＣＵ１４は入力されたアクセルポジション信号ＡＰＳ及び決定した起動速度ＳＰ₁に基づいて所定の演算処理を行い、要求トルクＴｒ及び起動トルクＴｃをそれぞれ算出する。
【００２１】
次のステップＳ１６では、走行用モータ４から出力するべきトルク、つまり、目標トルクＴｍｒが決定される。ＥＣＵ１４は例えば、上述の要求トルクＴｒと起動トルクＴｃとを加算して、この目標トルクＴｍｒを求めることができる（Ｔｍｒ＝Ｔｒ＋Ｔｃ）。
上述のように目標トルクＴｍｒが決定されると、次のステップＳ１８では走行用モータ４の出力制御が行われる。この場合、ＥＣＵ１４は走行用モータ４の出力トルクを目標トルクＴｍｒに一致させるべく、所定の電力供給制御を行う。この結果、図３中１点鎖線で示されるように、時刻ｔ₂からモータトルクが次第に立ち上げられる。
【００２２】
なお、ステップＳ２０は上述のステップＳ１８と略同時に実行される。図２では、これらステップＳ１８，Ｓ２０が相前後して示されているが、これは単にフローチャート作成上の都合による。
すなわち、ステップＳ２０では上述したモータトルクＴｍの立ち上げに伴い、伝達クラッチ１０の接続制御が行われる。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、出力軸８の回転をクランク軸６に伝達させる。このとき、アクチュエータ１２の駆動制御により伝達クラッチ１０の摩擦係合力が調整される結果、エンジン２は上述した起動速度ＳＰ₁にてクランキングされる（クランキング手段）。この結果、図３中１点鎖線で示されるように、時刻ｔ₂からエンジン回転数Ｎｅもまた次第に立ち上げられる。
【００２３】
次のステップＳ２２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Ｓ２４が実行される。
更にステップＳ２４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は予め設定しておくことができ、具体的には、エンジン２を良好に始動できるレベルの回転数に設定される。
【００２４】
クランキングによるエンジン回転数が始動回転数ＮｅＡに達するまでの間は、これまでのステップＳ１０〜Ｓ２２が単に繰り返し実行され、始動回転数ＮｅＡに達すると、次にステップＳ２６が実行される。
ステップＳ２６では、実際に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への通電を開始し、それぞれを作動させる（開始手段）。この結果、図３中１点鎖線で示されるように時刻ｔ₅から実際に燃料噴射が行われる。また、燃料噴射及び点火の開始に伴い、走行用モータ４の出力トルクはその最大値Ｔｍ₁から次第に減少される。
【００２５】
上述のステップＳ２６が実行された後は、次回のルーチンからステップＳ２２での判別結果は真であるため、ステップＳ２４，Ｓ２６が実行されることはない。
この後、エンジン２が完全に始動されると（時刻ｔ₆）、ＥＣＵ１４はエンジン始動制御ルーチンを終了する。また、走行用モータ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の駆動により引き続き一定車速Ｖ₀に維持される。
【００２６】
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。
【００２７】
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）。
【００２８】
この場合、ＥＣＵ１４はそのアクセル踏み込み量を表すセンサ信号、例えば所定値ＡＰ₂を超えるレベルの踏み込み量に基づいて、図４のマップから起動速度を最高値ＳＰ₂として決定する（ステップＳ１２）。
この場合、所定値ＡＰ₂を超えるアクセル踏み込み量から決定される要求トルクＴｒと、その起動速度ＳＰ₂から求まる起動トルクＴｃとは、何れも上述した加速要求がないときの場合より大きい値である（ステップＳ１４）。
【００２９】
従って、目標トルクＴｍｒもまた定常走行の場合より大きく（ステップＳ１６）、それ故、図３中に実線で示されるように時刻ｔ₂からモータトルクＴｍが大きく立ち上げられる（ステップＳ１８）。
また、このときクランキングによる回転数Ｎｅは起動速度ＳＰ₂にて引き上げられ（ステップＳ２０）、図３中、実線で示される変化からも明らかなように、上述した加速要求がない場合より、その回転上昇率は高い。
【００３０】
この場合、エンジン２のクランキング回転数は、時刻ｔ₃に上述の始動回転数ＮｅＡに達するので、図３中に実線で示されるように、上述の加速要求がない場合（時刻ｔ₅）より早い時点から燃料噴射及び点火が開始となる（ステップＳ２４，Ｓ２６）。
従って、図３からも明らかなように、運転者による加速要求がなされた場合のエンジン２の始動は、その踏み込み時刻ｔ₁から時刻ｔ₄までの間に完了し、加速要求がない場合（時刻ｔ₁〜時刻ｔ₆）よりも所要時間の短縮が図られることが理解される。
【００３１】
エンジン２が完全に始動され、この後、走行用モータ４の出力が最大値Ｔｍ₂まで立ち上げられると、エンジン２及び走行用モータ４の協働により、出力軸８から所望の要求トルクＴｍｒが出力される。そして、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、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。
【００３２】
上述のように、定常走行中に運転者による加速要求がない状況でエンジン２を始動させる場合は、その起動速度が低速側に設定されるため、クランキングに要するモータ出力の走行出力に対する上乗せ分が少なくなり、モータの過剰、不足トルクが駆動系を介して駆動輪Ｗに伝達されることによる走行トルクの変動が抑えられる。従って、エンジン始動時に不所望な車両の挙動変化を生じることがなく、ハイブリッド車のドライバビリティの向上に大きく寄与する。
【００３３】
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５０の踏み込み量、つまり、要求駆動力の大きさに基づいて起動速度が高速側に設定され、これにより、エンジン２の始動に要する時間の短縮化が図られる。従って、運転者による加速要求後、ハイブリッド車は速やかにエンジン２及び走行用モータ４による加速を行うことができ、これにより、良好なアクセルレスポンスが得られる。
【００３４】
また、図３中、吸気マニホールド内圧の変化に着目すれば、加速要求がなされない場合（１点鎖線）、その内圧が大気圧近くの初期圧Ｐ₀から充分な負圧Ｐ₁まで低下した時点（時刻ｔ₅）から燃料噴射及び点火が開始されるので、エンジン２の始動時に過大な爆発トルクの発生が抑えられる。従って、エンジン２の振動による不所望なショック感を運転者に与えることはない。
【００３５】
なお、加速要求がなされた場合（実線）は、エンジン始動時に内圧の低下が小さく抑えられ、スロットルバルブが全開されることにより直ちに初期圧Ｐ₀にまで回復する。
本発明のエンジン始動装置は上述した一実施例に制約されることなく、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及び走行用モータ４の仕様、また、駆動系の具体的な構成等は種々に変更可能である。
【００３６】
上述した制御ルーチンのステップＳ１２では、単にアクセル踏み込み量から起動速度を決定しているが、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起動速度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起動速度を高速側に設定することができる。
【００３７】
上述の実施例では伝達クラッチ１０の接続状態を制御して所望の起動速度を得ているが、単に走行用モータ４の出力制御のみで、その起動速度を達成するようにしてもよい。
また、ステップＳ２４での判別において、その前に始動回転数ＮｅＡを設定するステップを追加することもできる。この場合、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することができる。このマップは例えば、アクセル踏み込み量が大きいほど、始動回転数ＮｅＡを低回転側に設定する特性が与えられており、それ故、加速要求の場合には始動回転数ＮｅＡを低く設定して、より早い時点から燃料供給及び点火を開始させることも可能である。また、アクセル踏み込み量が小さければ、始動回転数ＮｅＡを高く設定してエンジン始動時のショックを一層低減することも可能である。
【００３８】
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。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のハイブリッド車のエンジン始動装置（請求項１）によれば、運転者による車両の加速操作に応じた要求駆動力の大きさに基づき、エンジンのクランキングの回転速度上昇率を走行モータの出力を使用するクランキング手段により可変するようにしたので、エンジン始動時の車両挙動を安定化させたり、その所要時間を短縮することで、ハイブリッド車の乗り心地や動力性能の向上に大きく寄与できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例のエンジン始動装置を装備し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】エンジン起動速度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走行用モータ
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
４８回転数センサ
５２アクセルポジションセンサ

Claims

走行用モータとエンジンとを備えたハイブリッド車において、
運転者による車両の加速操作に応じた要求駆動力を検出する要求駆動力検出手段と、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記走行用モータの出力を利用して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、
前記エンジンのクランキングが所定の回転数に達したとき、燃料供給及び点火を開始させる開始手段と、
前記クランキング手段及び前記開始手段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の大きさに基づいて前記クランキングの回転速度上昇率を前記クランキング手段により可変することを特徴とするハイブリッド車のエンジン始動装置。