JP3642249B2 - ハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハイブリッド電気自動車に係り、詳しくは、ハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御技術に関する。
【０００２】
【関連する背景技術】
近年、車両の駆動力源として電動機（走行モータ）を搭載し、電動機に電力を供給する２次電池（バッテリ）の充電を比較的小型の内燃機関（エンジン）により駆動される発電機で行うよう構成したシリーズ式ハイブリッド型車両が開発され実用化されている。
【０００３】
このようなシリーズ式ハイブリッド型車両では、通常バッテリの充電レベルが低下すると発電機を逆にモータとして使用してエンジンを始動し、その後エンジンの駆動力で発電機を作動させて発電を行うようにしている。
しかしながら、走行中にバッテリの劣化等によって充電レベルが少なくなっているような場合には、当該バッテリの電力で発電機を作動させることができず、エンジンを始動させることができず、故に発電を行うことができないという問題がある。
【０００４】
そこで、上記走行モータを駆動するバッテリ以外にエンジン始動用のバッテリとスタータを設け、通常は発電機でエンジンを始動し、異常時にはスタータでエンジンを始動するように構成した装置が特開平１１−１１７８３７号公報に開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記公報に開示の装置では、発電機でエンジンを始動する際、エンジンをスタータで始動する場合と同様の低回転速度で始動するようにしている。
しかしながら、このようにエンジンを低回転速度で始動するようにすると、エンジンが始動完了となるためにはエンジンに多量の燃料を供給しなければならず燃費の悪化に繋がり、またエンジンの振動や騒音が大きいという問題があり好ましいことではない。
【０００６】
特に、エンジンは暖機状態であれば始動し易い一方、冷態状態にある場合には始動し難いという特質を有しており、エンジンが冷態状態にある場合には始動性が悪いことに加えてその傾向が顕著である。
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃費の悪化なく、振動や騒音なく効率よくエンジンを始動可能なハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、請求項１の発明では、モード切換手段により主バッテリからの電力で走行用電動機を駆動しない第２モードが選択されているときには低電圧系スタータモータによりエンジンを始動し、主バッテリからの電力で走行用電動機を駆動し走行を行う第１モードが選択されているときには高電圧系発電電動機により低電圧系スタータモータよりも高回転でエンジンを始動するようにしている。
【０００８】
従って、通常走行時のように主バッテリからの電力で走行用電動機を駆動し走行を行う第１モードが選択されているときには、高電圧系発電電動機により、燃費の悪化なく、振動や騒音なく効率よくエンジンが始動される。
また、請求項２の発明では、第１モードが選択されたときのエンジンの温度を検出する温度検出手段により検出されるエンジンの温度が所定値以上であるとき、高電圧系発電電動機を第１の所定回転速度で回転させてエンジンを始動し、エンジンの温度が所定値より小さいとき、高電圧系発電電動機を第１の所定回転速度よりも大きい第２の所定回転速度で回転させてエンジンを始動するようにしている。
【０００９】
従って、エンジンが冷態状態にあるときには高回転でエンジンが始動され、エンジンが冷態状態にあるときでも、高電圧系発電電動機により、燃費の悪化なく、振動や騒音なく効率よくエンジンが始動される。
また、請求項３の発明では、高電圧系発電電動機を所定回転速度で回転させてエンジンを始動作動し、エンジンの始動が完了しないとき、所定回転速度を大きくして高電圧系発電電動機を回転させるとともに始動補助装置による着火の促進を行うようにしている。
【００１０】
従って、エンジンが極冷態状態にあるときには高回転でエンジンが始動されるとともに始動補助装置による着火の促進が行われ、エンジンが極冷態状態にあるときでも、高電圧系発電電動機により、燃費の悪化なく、振動や騒音なく効率よく且つ確実にエンジンが始動される。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。
図１を参照すると、本発明に係るハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置が適用されるシリーズ式ハイブリッド型車両の概略構成図が示されており、以下、同図に基づき本発明に係るハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置の構成を説明する。なお、シリーズ式ハイブリッド型車両として、ここでは、例えば、都市部で低速走行を多用するような乗合バス等の大型車両が想定される。
【００１２】
同図に示すように、シリーズ式ハイブリッド型車両には駆動力源として走行モータ（走行用電動機）１０が搭載されており、当該走行モータ１０には、走行モータ１０駆動用の高電圧２次電池、即ちバッテリ（主バッテリ）１２がインバータ１４を介して電気的に接続されている。走行モータ１０は、例えば誘導型モータであるが、永久磁石同期型モータであってもよい。
【００１３】
走行モータ１０は、車両の制動時にはエネルギ回生ブレーキ（回生制動）、即ち制動エネルギを利用した発電機（ジェネレータ）としても機能する。つまり、車両の運転者がブレーキペダル（図示せず）を操作すると、走行モータ１０が回生作動して制動力を発生しながら同時に発電を行い、この発電電力がバッテリ１２に充電される。
【００１４】
インバータ１４は、バッテリ１２または後述のジェネレータ２２からの電圧と電流とを調整して安定した電力を走行モータ１０に供給するため、或いは、上記の如く走行モータ１０により発電された電圧と電流とを調整して安定した電力をバッテリ１２に供給するための装置である。
そして、同図に示すように、走行モータ１０の回転軸には、減速機１６、差動装置１８を介して一対の駆動論ＷR、ＷLが接続されている。なお、減速機１６は特に無くてもよい。
【００１５】
また、バッテリ１２とインバータ１４には、もう一つのインバータ２０を介してジェネレータ（高電圧系発電電動機）２２が電気的に接続されており、当該ジェネレータ２２の回転軸はエンジン２４の出力軸に接続されている。エンジン２４は、発電専用の内燃機関であり、ジェネレータ２２を発電作動させるのに必要十分な出力を有した小型の内燃機関（ここでは燃焼室に臨んでグロープラグが設けられた小型ディーゼルエンジン）とされている。さらに、当該ジェネレータ２２は、エンジン２４を始動させるスタータとしての役割をも果たすよう構成されている。つまり、発電要求に応じてジェネレータ２２が作動し、エンジン２４を始動する。
【００１６】
そして、インバータ２０には、エアブレーキ用のエアコンプレッサ２７やパワステポンプ２８等の補機を駆動させる補機モータ２６も電気的に接続されている。
インバータ２０は、上記インバータ１４と同様に、ジェネレータ２２によって発電された電圧と電流とを調整して安定した電力をバッテリ１２または走行モータ１０に供給するため、或いは、バッテリ１２からの電圧と電流とを調整し安定した電力を補機モータ２６またはジェネレータ２２に供給するための装置である。
【００１７】
また、バッテリ１２とインバータ１４、２０との間には、リレー・ヒューズ３０が介装されている。このリレー・ヒューズ３０は、インバータ１４に電気的に接続されており、当該インバータ１４からの情報を受けて、バッテリ１２から走行モータ１０への通電を許容したり、バッテリ１２から走行モータ１０に過剰電流が流れるのを防止したり、或いは、ジェネレータ２２や回生制動（エネルギ回生）中の走行モータ１０がバッテリ１２に過剰充電するのを防止したりする機能を有している。
【００１８】
また、エンジン２４には、上記ジェネレータ２２とは別に、当該エンジン２４を始動させるためのスタータモータ（低電圧系スタータモータ）３０が設けられており、当該スタータモータ３０は出力電圧２４Ｖの低電圧２次電池、即ちバッテリ（副バッテリ）３４から給電される。なお、バッテリ３４は、エンジン２４に搭載されたオルタネータ３２により発電された電力により充電される。
【００１９】
そして、同図に示すように、バッテリ１２やインバータ１４、２０は電子コントロールユニット（ＥＣＵ）４０に相互通信可能に電気的に接続されており、さらに、インバータ１４と走行モータ１０、またインバータ２０とジェネレータ２２についても相互通信可能に電気的に接続されている。
また、ＥＣＵ４０には、バッテリ１２の充電レベル（ＳＯＣ：State Of Charge）等を監視するバッテリコントローラ４６や、エンジン２４の運転制御等を行うエンジンコントローラ４８が接続されている。なお、エンジンコントローラ４８はエンジン２４の冷却水温度Ｔwやエンジン回転速度Ｎeを検出可能とされている（温度検出手段）。
【００２０】
また、ＥＣＵ４０の入力側には、モード切換スイッチ（モード切換ＳＷ、モード切換手段）４９が接続されている。モードとしては、バッテリ１２からの電力により走行モータ１０で通常走行しながら不足した電力をジェネレータ２２で発電しバッテリ１２に充電するハイブリッドモード（ＨＥＶモード、第１モード）の他、車両がバッテリ１２からの電力供給なく停止状態でありながら発電及びバッテリ１２への充電を行うモード（高電圧系充電モード、第２モード）や、バッテリ１２を介さずに使用した電力量に応じた量だけ発電するモード（ディーゼルエレクトリックモード、第２モード）がある。
【００２１】
一方、ＥＣＵ４０の出力側には、表示・警報コントローラ５０を介して表示・警報器５２が接続されている。
そして、このように構成されたハイブリッド型車両では、一般的な作用として、車両走行時には、アクセルペダル（図示せず）の操作量に対応した要求モータトルク信号がインバータ１４に供給されてバッテリ１２からの電圧、電流が調整され、これにより走行モータ１０が所望のモータトルクを発生する。
【００２２】
また、バッテリコントローラ４６によりバッテリ１２の充電レベル（ＳＯＣ）が低下したことが検出された場合には、エンジンコントローラ４８によりエンジン２４が始動されてジェネレータ２２が作動し発電が行われ、ＳＯＣに応じてバッテリ１２の充電が行われる。なお、バッテリ１２のＳＯＣが低いような場合には、走行モータ１０の消費電力相当分の電力がジェネレータ２２から直接に走行モータ１０に給電され、ジェネレータ２２の発電余剰分がバッテリ１２に充電される。
【００２３】
さらに、例えばブレーキペダルが操作されて車両が制動状態にあり、アクセルペダルの操作量が値０とされているときには、走行モータ１０により回生制動が行われ、やはり走行モータ１０によって発電が行われ、当該回生電力によりバッテリ１２が充電される。或いは、回生電力によりジェネレータ２２が駆動させられ、回生電力がエンジンブレーキとして消費される。
【００２４】
また、車両走行時には、エアコンプレッサ２７やパワステポンプ２８等の補機を駆動させるため、バッテリ１２からの電力によって補機モータ２６が適宜駆動されている。
ところで、上述したように、バッテリ１２のＳＯＣが低下すると、エンジンコントローラ４８によりエンジン２４が始動されてジェネレータ２２により発電が行われるが、例えばエンジン２４が長時間に亘って停止していたような場合には、エンジン２４は冷態状態にあり、始動し難い状態にある。そこで、本発明ではエンジン２４の温度状態に応じた最適な始動制御を行うようにしている。
【００２５】
以下、上記のように構成されたハイブリッド型車両の本発明に係るエンジン始動制御装置の作用について説明する。
図２を参照すると、エンジン始動制御の制御ルーチンがフローチャートで示されており、以下当該フローチャートに基づき説明する（制御手段）。
ステップＳ１０では、先ず、モードがＨＥＶモードであるか否かを判別する。つまり、上記モード切換ＳＷ４９がＨＥＶモードに切り換えられているか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、現在ＨＥＶモードである場合には、次にステップＳ１２に進む。
【００２６】
ステップＳ１２では、エンジン２４が低温で冷態状態にあるか否かを判別する。詳しくは、エンジンコントローラ４８からの冷却水温度情報Ｔwに基づき、当該冷却水温度Ｔwが所定温度より低いか否かを判別する。判別結果が偽（Ｎｏ）で、エンジン２４は既に暖機状態にあると判定された場合には、次にステップＳ１４に進む。
【００２７】
ステップＳ１４では、ジェネレータ２２によりエンジン始動動作を行う。詳しくは、例えば、予め設定した動作回数Ｎ0を最高回転数とし、当該ジェネレータ２２を断続作動させてエンジン始動動作を行う。また、エンジン回転速度Ｎeが実験等により予め設定した所定回転速度（第１の所定回転速度）Ｎe0（Ｎe0＞アイドル回転速度）となるようにエンジン始動動作を行う。つまり、エンジン２４が暖機状態にあるときには、エンジン回転速度Ｎeが比較的高い所定回転速度Ｎe0となるようにしながら、上記動作回数Ｎ0以内でエンジン２４が始動するまで順次ジェネレータ２２の始動動作を繰り返す。
【００２８】
ここに、この所定回転速度Ｎe0は、低電圧系のバッテリ３４の電力によりスタータモータ３０で始動する場合（アイドル回転速度よりも低い）に比べてもかなり高い回転速度とされている。従って、このようにジェネレータ２２により比較的高い所定回転速度Ｎe0でエンジン２４を始動することにより、スタータモータ３０でエンジン始動する場合に比べて始動性の飛躍的向上を図ることができ、振動や騒音を低く抑えることができる。
【００２９】
そして、この場合、エンジン回転速度Ｎeはジェネレータ２２により強制的に比較的高い所定回転速度Ｎe0とされるので、エンジン２４には例えば所定回転速度Ｎe0に対応する必要最小限の量の燃料だけを供給する。また、通常エンジン２４が暖機状態にあるときにはグロープラグによる点火は必要ないため、グロープラグへの通電は行わないようにする。
【００３０】
これにより、多量の燃料を供給せずに燃費の悪化を招くことなく、また、グロープラグに電力を供給することなく電力消費を抑えて省エネ化を図りながら、振動や騒音を防止して効率よくエンジン２４の始動を行うことができる。
次のステップＳ１６では、エンジン２４が始動ＯＫとなったか否か、即ちジェネレータ２２による始動動作中に、エンジン２４が完爆状態となり、エンジン回転速度Ｎeが上記所定回転速度Ｎe0に保持されるか否かをエンジンコントローラ４８からの情報に基づき判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ジェネレータ２２による始動動作が動作回数Ｎ0に達するまでにエンジン２４が始動ＯＫとなったと判定された場合には、当該ルーチンを終了し、以降、発電制御を行う。
【００３１】
一方、ステップＳ１６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、実験等により予め設定した所定回転速度Ｎe0のもと始動動作がやはり実験等により予め設定した動作回数Ｎ0に達しても、なおエンジン２４が始動ＯＫとならないような場合には、何らかの異常があると考えられ、この場合には、次にステップＳ１８に進み、表示・警報器５２により警告表示を行い、運転者に点検、修理を促す。
【００３２】
上記ステップＳ１２の判別結果が真（Ｙｅｓ）で、エンジン２４が冷態状態にあると判定された場合には、次にステップＳ２０に進む。
エンジン２４が冷態状態にあるときには、上記暖機状態のときよりもエンジン２４は始動し難い。そこで、ステップＳ２０では、エンジン回転速度Ｎeが上記所定回転速度Ｎe0よりも高い所定回転速度（第２の所定回転速度）Ｎe1（Ｎe1＞Ｎe0）となるようにしながら、動作回数Ｎ1（Ｎ0＞Ｎ1）を最高回数として当該動作回数Ｎ1以内でエンジン２４が始動するまでジェネレータ２２の始動動作を順次繰り返すようにする。つまり、通常のエンジン暖機運転時においては、エンジン温度が低いほど負荷量が大きいために燃料量を増やしてエンジン回転速度Ｎeを高くすることから、このようにエンジン２４が冷態状態にあるときには、エンジン回転速度Ｎeが所定回転速度Ｎe1の如く高めになるようにエンジン始動動作を行う。このようにエンジン回転速度Ｎeを比較的高い所定回転速度Ｎe1とすると、単位時間当たりの圧縮回数が増加して筒内温度が上昇し、始動性が向上する。
【００３３】
そして、この場合にも、エンジン２４には例えば所定回転速度Ｎe1に対応した必要最小限の量の燃料だけを供給し、グロープラグへの通電も行わないようにする。
これにより、エンジン２４が冷態状態にある場合であっても、多量の燃料を供給せずに燃費の悪化を招くことなく、また、グロープラグに電力を供給することなく電力消費を抑えて省エネ化を図りながら、振動や騒音を防止して効率よくエンジン２４の始動を行うことができる。
【００３４】
そして、次のステップＳ２２では、上記同様に、エンジン２４が始動ＯＫとなったか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ジェネレータ２２による始動動作が動作回数Ｎ1に達するまでにエンジン２４が始動ＯＫとなったと判定された場合には、当該ルーチンを終了し、以降、発電制御を行う。
一方、ステップＳ２２の判別結果が偽（Ｎｏ）で、例えば、エンジン２４が極冷態状態にあるような場合のように、上記所定回転速度Ｎe1のもとで動作回数Ｎ1だけエンジン始動動作を行ってもエンジン２４が始動ＯＫとならないような場合には、次にステップＳ２４に進む。
【００３５】
ステップＳ２４では、グロープラグに電力を供給し、グロープラグで点火を行いながら、且つ、エンジン回転速度Ｎeが上記所定回転速度Ｎe1よりも高い所定回転速度Ｎe2（Ｎe2＞Ｎe1）となるようにしながら、動作回数Ｎ2（Ｎ0＞Ｎ2）を最高回数として当該動作回数Ｎ2以内でエンジン２４が始動するまでジェネレータ２２の始動動作を順次繰り返すようにする。
【００３６】
つまり、エンジン２４が極冷態状態にあるような場合には、早期にエンジン２４を始動させることを優先してエンジン始動動作を行う。
なお、ここで、ジェネレータ２２を動作回数Ｎ2（Ｎ0＞Ｎ2）としているが、動作回数Ｎ0と動作回数Ｎ1及び動作回数Ｎ2との関係でいえば、Ｎ1＋Ｎ2＞Ｎ0である。つまり、エンジン２４が極冷態状態にあるような場合には、上記暖機状態の場合よりもエンジン回転速度Ｎeとともに動作回数も多くされており（Ｎe2＞Ｎe1＞Ｎe0、及び、Ｎ1＋Ｎ2＞Ｎ0）、エンジン２４はかなり始動し易くされている。
【００３７】
そして、この場合にも、エンジン２４には例えば所定回転速度Ｎe2に対応した必要最小限の量の燃料だけを供給する。
これにより、エンジン２４が極冷態状態にある場合であっても、多量の燃料を供給せずに燃費の悪化を招くことなく省エネ化を図りながら、振動や騒音を防止して効率よく且つ確実にエンジン２４の始動を行うことができる。
【００３８】
そして、次のステップＳ２６では、やはり上記同様に、エンジン２４が始動ＯＫとなったか否かを判別する。判別結果が真（Ｙｅｓ）で、ジェネレータ２２による始動動作が動作回数Ｎ2に達するまでにエンジン２４が始動ＯＫとなったと判定された場合には、当該ルーチンを終了し、以降、発電制御を行う。
一方、ステップＳ２６の判別結果が偽（Ｎｏ）で、実験等により予め設定した所定回転速度Ｎe2のもと始動動作がやはり実験等により予め設定した動作回数Ｎ2に達しても、なおエンジン２４が始動ＯＫとならないような場合には、何らかの異常があると考えられ、この場合には、上記同様ステップＳ１８に進み、表示・警報器５２により警告表示を行い、運転者に点検、修理を促す。
【００３９】
上記ステップＳ１０の判別結果が偽（Ｎｏ）で、現在ＨＥＶモードではない場合、つまり高電圧系充電モードやディーゼルエレクトリックモードの場合には、次にステップＳ２８に進む。
このようにモードが高電圧系充電モードやディーゼルエレクトリックモードである場合には、基本的にバッテリ１２からの電力供給は停止された状態と考えられる。従って、このような場合には、バッテリ１２からの電力供給によるジェネレータ２２での発電を行わず、出力電圧２４Ｖの低電圧のバッテリ３４からの電力を使用し、スタータモータ３０でエンジン２４の始動を行うようにする。
【００４０】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明の請求項１のハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置によれば、通常走行時のように主バッテリからの電力で走行用電動機を駆動し走行を行う第１モードが選択されているときには、高電圧系発電電動機により、燃費の悪化なく、振動や騒音なく効率よくエンジンを始動することができる。
【００４１】
また、請求項２のハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置によれば、エンジンが冷態状態にあるときには高回転でエンジンを始動するので、エンジンが冷態状態にあるときでも、高電圧系発電電動機により、燃費の悪化なく、振動や騒音なく効率よくエンジンを始動することができる。
また、請求項３のハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置によれば、エンジンが極冷態状態にあるときには高回転でエンジンを始動するとともに始動補助装置による着火の促進を行うので、エンジンが極冷態状態にあるときでも、高電圧系発電電動機により、燃費の悪化なく、振動や騒音なく効率よく且つ確実にエンジンを始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置が適用されるシリーズ式ハイブリッド型車両の概略構成図である。
【図２】本発明に係るエンジン始動制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。
【符号の説明】
１０ 走行モータ（電動機）
１２ 高電圧２次電池（主バッテリ）
２２ ジェネレータ（高電圧系発電電動機）
２４ エンジン
３０ スタータモータ（低電圧系スタータモータ）
３４ 低電圧２次電池（副バッテリ）
４０ 電子コントロールユニット（ＥＣＵ）
４９ モード切換スイッチ（モード切換手段）

Claims (3)

1. エンジンの駆動力により回転されて発電を行うとともに該エンジンを始動させる高電圧系発電電動機と、
   前記高電圧系発電電動機により発電した電力を充電する主バッテリと、
   前記主バッテリから供給される電力により車両の駆動力を発生する走行用電動機と、
   前記エンジンを始動させる低電圧系スタータモータと、
   前記低電圧系スタータモータに電力を供給する副バッテリと、
   前記主バッテリからの電力で前記走行用電動機を駆動し走行を行う第１モードと前記主バッテリからの電力で前記走行用電動機を駆動しない第２モードとの切り換えを行うモード切換手段と、
   前記モード切換手段により前記第２モードが選択されているときには前記低電圧系スタータモータにより前記エンジンを始動し、前記第１モードが選択されているときには前記高電圧系発電電動機により前記低電圧系スタータモータよりも高回転で前記エンジンを始動する制御手段と、
   を備えたことを特徴とするハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置。
2. 前記第１モードが選択されたときの前記エンジンの温度を検出する温度検出手段を備え、
   前記制御手段は、前記温度検出手段により検出されるエンジンの温度が所定値以上であるとき、前記高電圧系発電電動機を第１の所定回転速度で回転させて前記エンジンを始動し、エンジンの温度が前記所定値より小さいとき、前記高電圧系発電電動機を前記第１の所定回転速度よりも大きい第２の所定回転速度で回転させて前記エンジンを始動することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置。
3. 前記エンジンに配設された始動補助装置を備え、
   前記制御手段は、前記高電圧系発電電動機を所定回転速度で回転させても前記エンジンの始動が完了しないとき、前記所定回転速度を大きくして前記高電圧系発電電動機を回転させるとともに前記始動補助装置による着火の促進を行うことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド電気自動車のエンジン始動制御装置。

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