JP3980519B2 - エンジン始動制御装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、駆動源であるエンジンをモータにより始動する車両におけるエンジン始動制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジンとモータとを駆動源として備えるハイブリッド車両において、エンジンとモータの出力トルクを制御するものが知られている。例えば、特許文献1には、車両停止時においてエンジンを始動する際に、エンジン回転数を徐々に増加させるとともに、モータの出力トルクを徐々に低下させる技術が開示されている。
【0003】
【特許文献1】
特開2000−186585号公報(段落番号0028、図8)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、エンジンを始動する際に、モータの出力トルクをエンジンに伝達して、エンジンの回転数を早期に上昇させてエンジンの始動時間を短縮することが考えられる。
しかしながら、エンジンの回転数を早期に上昇させるためには印加するモータの出力トルクを増大させることが好ましいが、この場合にはモータでの消費電力が増大してしまい、モータに給電する蓄電装置の負担が大きくなるという問題がある。
【0005】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、エンジン始動時において、モータの出力トルクを抑制して蓄電装置の負担を低減しつつ、エンジンを短時間に始動することが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。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項1に記載した発明は、エンジン(例えば、実施の形態におけるエンジン2)をモータ(例えば、実施の形態におけるモータ3)により始動するエンジン始動制御装置において、クランク軸(例えば、実施の形態におけるクランク軸26)の回転数を検出する回転数検出手段(例えば、実施の形態における回転数センサNeS)と、始動からの経過時間を検出する経過時間検出手段(例えば、実施の形態におけるタイマーTM)と、クランク軸の回転数が始動開始からの経過時間に対して等角加速度で増加する設定パターンを決定する決定手段(例えば、実施の形態におけるモータECU22)とを備え、前記決定手段にて決定された設定パターンの等角加速度でクランク軸の回転数が増加する目標トルクを算出し、算出された目標トルクをモータから出力する始動制御手段(例えば、実施の形態におけるモータECU22)を備え、前記モータに電力を供給する蓄電装置の温度や機関温度を検出する温度検出手段をさらに備え、前記クランク軸と前記モータ駆動軸とを、プーリと該プーリに掛け渡されるベルトからなる動力伝達手段により連結してなり、前記決定手段は、前記温度検出手段にて検出した温度に応じて前記設定パターンの等角加速度の値を決定することを特徴とする。
【0007】
この発明によれば、前記決定手段にて決定された設定パターンに基づいて、回転数検出手段によって検出された回転数と、前記経過時間検出手段によって検出された始動からの経過時間とから、前記クランク軸の回転数が等角加速度で増加するように前記始動制御手段によってモータトルクを印加する。前記設定パターンは、前記モータの出力可能なトルクの範囲内で、前記回転数を等角加速度で増加できるように設定される。これにより、エンジン始動時においてモータの出力トルクを最大限エンジンに印加した場合と略同等の時間で、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで増加させることができる。従って、前記モータや前記モータに電力を供給する蓄電装置に過度な負担を与えることなく、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで速やかに増加させることができる。
【0009】
また、前記温度検出手段によって検出された前記蓄電装置の温度や前記機関温度に応じて前記等角加速度の値を前記決定手段により決定することで、前記クランク軸の回転数増加に伴う前記蓄電装置の温度や前記機関温度の温度変化を抑制でき、前記回転数増加に伴う前記蓄電装置への要求出力を低く抑えることができるため、前記エンジンや前記蓄電装置に対する保護をより高めてエンジン始動を行うことができる。
さらに、前記モータが前記エンジンに印加するトルクが抑制されているため、前記ベルトの滑りやベルトでの発生音を自ずと抑制することができ、これにより、前記発生音の抑制のために過度な張力をベルトに付与する必要がなくなり、前記ベルトの低コスト化や高寿命化、燃費の向上を図ることができる。
【0010】
請求項2に記載した発明は、請求項1に記載のものであって、前記エンジンの圧縮工程の圧縮作用を無効にするデコンプ手段(例えば、実施の形態におけるデコンプ手段28)と、該デコンプ手段の状態を検知する状態検知手段(例えば、実施の形態におけるエンジンECU21)とをさらに備え、該状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常をクランキング時に検知したときには、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまで印加することを特徴とする。
【0011】
この発明によれば、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常が検知されなければ、前記エンジンのクランキング時から点火時に移行する際に前記デコンプ手段を作動させて前記移行時におけるトルク変動を吸収することができるとともに、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常が検知された場合にも、前記クランキング時に前記必要なトルク分を印加することで、クランキング時から点火時への移行がスムースになり、始動性が向上する。
【0012】
請求項3に記載した発明は、請求項1に記載のものであって、前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまでは、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを印加することを特徴とする。
この発明によれば、前記必要なトルク分を印加することで、クランキング時から点火時への移行をスムースに行うことが可能となり、始動性が向上する。
【0015】
また、請求項4に記載した発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載のものであって、前記目標トルクをTB、前記エンジンの慣性モーメントをI、前記エンジンのフリクショントルクをTf、前記クランク軸の回転数をNe、ポンピングロスをPp、所定係数をKt、始動開始からの経過時間tA、tBごとの角速度をωA、ωBとして、前記目標トルクTBを下式により算出することを特徴とする。
TB=I×(ωB−ωA)/(tB−tA)+Tf+Pp×Kt/Ne
【0016】
この発明によれば、ポンピングロスやフリクショントルクを加味して前記目標トルクを算出するため、前記エンジンに付与する目標トルクTBの精度を高めることができ、前記エンジンの回転数をより効率的に上昇させることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態におけるエンジン始動制御装置を図面と共に説明する。図1は本発明の実施の形態におけるエンジン始動制御装置を備えるハイブリッド車両1を示すブロック図である。
【0018】
このハイブリッド車両1は、エンジン2とモータ3とを駆動源とし、これらの駆動源からの動力を自動変速機13を介して駆動輪14に伝達できるようにしたものである。
【0019】
エンジン2には、各気筒毎に一対の吸気バルブ8と一対の排気バルブ17とがそれぞれ設けられ、これら吸気バルブ8及び排気バルブ17は、吸気バルブアクチュエータ9及び排気バルブアクチュエータ18により開閉する。
エンジン2の吸気バルブ8には吸気管7が接続され、吸気管7の途中にはスロットルバルブ4が配されている。スロットルバルブ4にはスロットルアクチュエータ5が連結されており、このスロットルアクチュエータ5は、後述するエンジンECU21からの制御信号によりスロットルバルブ4の開度θTHを制御する。
【0020】
吸気管7のスロットルバルブ4下流側には、エンジン2に燃料を噴射する燃料噴射弁6が設けられている。燃料噴射弁6には高圧ポンプ(図示せず)が接続され、この高圧ポンプにより燃料であるガソリンが高圧に加圧されて燃料噴射弁6から噴射される。これにより、スロットルバルブ4を介して供給される新鮮な空気に燃料が混合されて、前記吸気バルブ8を介してエンジン2の図示しない燃焼室に流入する。
【0021】
一方、排気バルブ17の下流側には、エキゾーストマニホルドなどから構成される排気管19が接続されている。排気管19には排気ガスを浄化する三元触媒20が設けられている。
また、排気バルブ17には、デコンプ手段28が接続され、該デコンプ手段28の作動によりデコンプが行われる。
【0022】
本実施の形態においては、エンジン2とモータ3とが、エンジン2のクランク軸26と、モータ3の駆動軸27にそれぞれ直結されたプーリ31、32と、該プーリ31、32に掛け渡されるベルト33からなる動力伝達手段30により連結されている。
【0023】
モータ3は、例えば三相交流モータにて構成され、PDU(パワードライブユニット)15を介してバッテリ16に接続されている。
モータ3は電動機と発電機の機能を有しており、電動機として作用させるときにはバッテリ16の電力がPDU15を介して供給されて駆動され、発電機として作用させるときにはモータ3での発電電力がPDU15を介してバッテリ16を充電する。
バッテリ16は、例えば、複数のニッケル−水素電池を直列に接続したモジュールを1単位として更に複数個のモジュールを直列に接続したものを用いることができる。
【0024】
本実施の形態においては、エンジン2、モータ3、バッテリ16、変速機13を制御するエンジンECU21、モータECU22、バッテリECU23、変速機ECU24がそれぞれ設けられている。
エンジンECU21は、図示しないイグニッションスイッチからのイグニッション信号Ig、図示しないスロットルペダルに備えられたスロットル開度センサからのスロットル開度信号θth、クランク軸26の回転数センサNeSからの回転数Ne、エンジン2の水温センサTwSからのエンジン水温Tw、気筒判別センサCylSからの気筒の所定クランク角度位置での信号パルスCYLをそれぞれ入力するとともに、他のECU22〜24と通信して、燃料噴射弁6の噴射量、スロットルバルブ4の開度、排気バルブ17の開度、点火タイミングなどを設定し、燃料噴射弁6等に送信する。
【0025】
モータECU22は、他のECU21、23、24と通信して、モータ3を駆動する通常時のトルク指令値TQ及びエンジン2の始動時の始動トルク指令値を設定してPDU15に送信する。ここで、前記始動時の始動トルク指令値は、タイマーTMからの信号により入力されるエンジン始動開始からの経過時間に対して、クランク軸26の回転数Neが等角加速度で増加する設定パターン(図3参照)により決定される。これについては後述する。
【0026】
バッテリECU23は、バッテリ16の電流センサIbS、電圧センサVbS、バッテリ温度センサTbSからそれぞれバッテリ電流Ib、端子間電圧Vb、バッテリ温度Tbを入力すると共に、他のECU21、22、24と通信する。変速機ECU24は、図示しないシフトレバーなどから図示しないポジション指令信号、変速機13の油圧信号などを入力するとともに、他のECU21〜23と通信して、油圧指令値などを設定して変速機13に送信する。
【0027】
上述のように構成されたエンジン始動制御装置の作用について説明する。図2はエンジン始動制御時におけるモータトルク算出処理を示すフローチャートである。まず、ステップS12において、各種温度データを取得する。各種温度データとは、バッテリ温度センサTbSで検出したバッテリ16の温度Tbや、エンジン水温センサTwSで検出したエンジン2の水温等である。ステップS14では、この取得した温度データにより、エンジン回転数の時間に関する設定パターンの補正を行う。換言すれば、前記取得した温度データに応じて設定パターンの等角加速度の値を決定する。
【0028】
図3は前記エンジン回転数の時間に関する設定パターンを示すグラフ図である。同図に示した設定パターンLE−1〜3は、クランク軸26の回転数Neが始動開始からの経過時間に対して通常駆動時の回転数まで等角加速度で増加するように設定されている。なお、同図には、設定パターンのうち、代表として3つの設定パターンLE−1〜3を示しているが、前記設定パターンはLE−1〜3のみに限られるものではない。
【0029】
上述したステップS14では、前記設定パターンのうち、各種温度データに応じて、前記等角加速度の値のもの(例えば設定パターンLE−1)を選択する。そして、ステップS16で、デコンプ機能が正常かどうかを判定し、判定結果がYESであればステップS18に進み、判定結果がNOであればステップS20に進む。
【0030】
ステップS18では、モータ3の目標トルクを算出する。これについて図4を用いて説明する。図4はクランク軸の回転数とモータトルクの時間に関するグラフ図である。同図に示したように、前記取得した温度データにより補正された設定パターンLE−X(この場合はX=1)に従って、クランク軸26の回転数が等角加速度で増加するように、目標トルクを算出する。すなわち、回転数センサNeSで検出されたクランク軸26の回転数と、タイマーTMで検出された始動開始からの経過時間(この場合はtA)とから、所定時間Δt後(この場合はtB)のクランク軸26の回転数を前記設定パターンLE−1から検索して、この回転数の増加に必要なトルク(目標トルク)を下式により算出する。
【0031】
TB=I×(ωB−ωA)/(tB−tA)+Tf+Pp×Kt/Ne
【0032】
ここで、前記目標トルクをTB、前記エンジンの慣性モーメントをI、前記エンジンのフリクショントルクをTf、前記クランク軸の回転数をNe、ポンピングロスをPp、所定係数をKt、始動開始からの経過時間tA、tBごとの角速度をωA、ωBとしている。このように、ポンピングロスやフリクショントルクを加味して前記目標トルクを算出するため、前記エンジン2に付与する目標トルクTBの精度を高めることができ、前記エンジン2の回転数をより効率的に上昇させることができる。
【0033】
ここで、前記デコンプ手段28のデコンプ機能が正常な場合には、クランク軸26の回転数が後述の規定回転数(エンジン2がクランキング状態か点火状態かを判定するための回転数)以上になった場合にデコンプ手段28を作動させる。これにより、クランク軸26の回転数が規定回転数以下の場合には、予め設定された上限のトルクがモータ3から出力され、クランク軸26の回転数が規定回転数より上になった場合には、前記目標トルクがモータ3から出力する。これにより、エンジン2始動開始直後の必要トルクを確保することができるとともに、クランキング時から点火時に移行する際のトルク変動を吸収することができるため、クランキング時から点火時への移行がスムースになり、始動性が向上する。
【0034】
一方、ステップS20では、回転数センサNeSで検出する回転数Neが規定回転数以下かどうかを判定する。この判定結果がYESの場合には、クランキング時であると判断できるため、ステップS22で、エンジン2の圧縮工程に必要なトルク分が加味された規定トルクを印加して、一連の処理を終了する。ステップS20の判定結果がNOの場合には、エンジン2が点火時に移行していると判断できるため、規定トルクの印加をせずにステップS18に進み、上述した目標トルクの算出を行った後に、一連の処理を終了する。
【0035】
このように、デコンプ手段28の異常が検知された場合にも、ステップS22のように規定トルクを印加することで、クランキング時から点火時への移行がスムースになり、始動性が向上する。
【0036】
図5は実施例と比較例とにおけるクランク軸26の回転数とバッテリ16出力の時間に関するグラフ図である。比較例には、モータ3の出力トルクを最大限エンジン2に印加するように設定した場合を示している。同図において、LE、LE’はそれぞれ実施例、比較例におけるクランク軸26の回転数を、LB、LB’はそれぞれ実施例、比較例におけるバッテリ18の出力を示している。
【0037】
比較例のように、エンジン2始動時においてモータ3の出力トルクを最大限エンジン2に印加すると、印加した当初はクランク軸26の回転数が急激に上昇するものの、該回転数が通常駆動時の回転数近くまで上昇するとその上昇度合いが収束してしまう。このため、通常駆動時の回転数に移行する時間は、本実施例のように等角加速度で回転数を上昇させる場合に略等しくなっている。加えて、本実施例の場合においては、比較例の場合に比べて始動開始時のクランク軸26の回転数の上昇度合いが抑えられているので、バッテリ16に要求される出力を比較例よりも低く抑えることができる。従って、前記モータ3やこれに電力を供給するバッテリ16に過度な負担を与えることなく、前記クランク軸26の回転数を通常駆動時の回転数まで速やかに増加させることができる。
【0038】
さらに、前記モータ3が前記エンジン2に印加するトルクが抑制されているため、モータ3の出力トルクをベルト23を介してエンジン2に伝達する際に、ベルト23の滑りやベルト23での発生音を自ずと抑制することができる。これにより、前記発生音の抑制のために過度な張力をベルト23に付与する必要がなくなり、ベルト23の低コスト化や高寿命化、燃費の向上を図ることができる。
【0039】
なお、本発明の適用対象は、上述の実施例のみに限られるものではないことはもちろんである。例えば、エンジン2とモータ3とを上述の動力伝達手段30により連結したものではなく、エンジン2とモータ3とを直結させた構成であってもよい。また、デコンプ手段28を備えていない場合であっても、ステップS14の後にステップS20の処理を行うことで、本発明を適用することができる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載した発明によれば、エンジン始動時においてモータの出力トルクを最大限エンジンに印加した場合と略同等の時間で、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで増加させることができる。従って、前記モータや前記モータに電力を供給する蓄電装置に過度な負担を与えることなく、前記クランク軸の回転数を通常駆動時の回転数まで速やかに増加させることができる。
【0041】
また、前記エンジンや前記蓄電装置に対する保護をより高めてエンジン始動を行うことができる。
請求項2に記載した発明によれば、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常を検知しなければ前記移行時におけるトルク変動を吸収することができるとともに、前記状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常を検知した場合にもクランキング時から点火時への移行をスムースに行うことが可能となり、始動性が向上する。
さらに、前記ベルトの滑りやベルトでの発生音を自ずと抑制することができ、前記発生音の抑制のために過度な張力をベルトに付与する必要がなくなり、前記ベルトの低コスト化や高寿命化、燃費の向上を図ることができる。
【0042】
請求項3に記載した発明によれば、クランキング時から点火時にスムースに移行させることが可能となり、始動性が向上する。
【0043】
請求項4に記載した発明によれば、前記エンジンに付与する目標トルクTBの精度を高めることができ、前記エンジンの回転数をより効率的に上昇させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の実施の形態におけるエンジン始動制御装置を備えるハイブリッド車両を示すブロック図である。
【図2】 エンジン始動制御時におけるモータトルク算出処理を示すフローチャートである。
【図3】 クランク軸の回転数の時間に関する設定パターンを示すグラフ図である。
【図4】 クランク軸の回転数とモータトルクの時間に関するグラフ図である。
【図5】 実施例と比較例とにおけるクランク軸の回転数とバッテリ出力の時間に関するグラフ図である。
【符号の説明】
1 ハイブリッド車両
2 エンジン
3 モータ
21 エンジンECU
22 モータECU
26 クランク軸
28 デコンプ手段
30 動力伝達手段
Claims (4)
- エンジンをモータにより始動するエンジン始動制御装置において、クランク軸の回転数を検出する回転数検出手段と、始動からの経過時間を検出する経過時間検出手段と、クランク軸の回転数が始動開始からの経過時間に対して等角加速度で増加する設定パターンを決定する決定手段とを備え、
前記決定手段にて決定された設定パターンの等角加速度でクランク軸の回転数が増加する目標トルクを算出し、算出された目標トルクをモータから出力する始動制御手段を備え、
前記モータに電力を供給する蓄電装置の温度や機関温度を検出する温度検出手段をさらに備え、
前記クランク軸と前記モータ駆動軸とを、プーリと該プーリに掛け渡されるベルトからなる動力伝達手段により連結してなり、
前記決定手段は、前記温度検出手段にて検出した温度に応じて前記設定パターンの等角加速度の値を決定することを特徴とするエンジン始動制御装置。 - 前記エンジンの圧縮工程の圧縮作用を無効にするデコンプ手段と、該デコンプ手段の状態を検知する状態検知手段とをさらに備え、該状態検知手段にて前記デコンプ手段の異常をクランキング時に検知したときには、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまで印加することを特徴とする請求項1に記載のエンジン始動制御装置。
- 前記クランク軸が必要最小回転数に上昇するまでは、前記印加するモータトルクに、エンジンの圧縮工程に必要なトルク分を加えたトルクを印加することを特徴とする請求項1に記載のエンジン始動制御装置。
- 前記目標トルクをTB、前記エンジンの慣性モーメントをI、前記エンジンのフリクショントルクをTf、前記クランク軸の回転数をNe、ポンピングロスをPp、所定係数をKt、始動開始からの経過時間tA、tBごとの角速度をωA、ωBとして、前記目標トルクTBを下式により算出することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
TB=I×(ωB−ωA)/(tB−tA)+Tf+Pp×Kt/Ne
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