JP4207891B2

JP4207891B2 - 内燃機関の始動装置およびこれを搭載する自動車並びに始動装置の制御方法

Info

Publication number: JP4207891B2
Application number: JP2004376908A
Authority: JP
Inventors: 雅哉山本
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-12-27
Filing date: 2004-12-27
Publication date: 2009-01-14
Anticipated expiration: 2024-12-27
Also published as: JP2006183522A

Description

本発明は、内燃機関の始動装置およびこれを搭載する自動車並びに始動装置の制御方法に関する。

従来、この種の自動車では、エンジンを停止した状態でモータからの動力だけで走行する際、バッテリから出力可能な最大電力からエンジンを始動するのに必要な始動用電力を減じた電力を上限とする範囲でモータを制御し、エンジンの始動が要求されたときには、バッテリからの電力により駆動している補機の駆動を停止するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この自動車では、エンジンを始動する際に補機の駆動を停止することによりモータからの動力で走行しながらバッテリから出力可能な最大電力の範囲内でエンジンを始動する際に必要な電力を確保している。
特開２００４−３４５３号公報

上述の自動車では、エンジンを始動する際のクランキングによって振動が発生する場合がある。エンジンのクランキングは、モータから出力されるパワーがバッテリの最大電力の範囲で出力されるようモータを制御することにより行なうことができるが、回転数センサ等によりモータの回転数を検出する際の振動（ノイズ等）によってモータから出力するトルクが振動し、車両に振動を生じさせてしまう。このとき、モータから出力するトルクを調整することを考えることができるが、トルクの調整を適切に行なわないとバッテリの最大電力を超えて過放電する場合もある。

本発明の内燃機関の始動装置およびこれを搭載する自動車並びに始動装置の制御方法は、蓄電装置の過放電を抑制しながら蓄電装置の放電を伴って内燃機関をクランキングする際の振動を抑制することを目的の一つとする。また、本発明の自動車は、車両の走行状態に拘わらず蓄電装置の過放電を抑制しながら蓄電装置の放電を伴って内燃機関をクランキングする際の振動を抑制することを目的の一つとする。

本発明の内燃機関の始動装置およびこれを搭載する自動車並びに始動装置の制御方法は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関の始動装置は、
内燃機関の始動装置であって、
充放電可能な蓄電手段と、
前記内燃機関の出力軸に接続された回転軸を有し、前記蓄電手段の放電を伴って前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、
前記クランキング手段の回転軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の始動が要求されたとき、該内燃機関のクランキングが開始されるよう前記クランキング手段を制御し、該内燃機関がクランキングされている最中に前記回転数検出手段により検出された回転数に基づいて前記蓄電手段の出力制限の範囲内で該内燃機関に出力されるトルクの振動を抑制するための調整トルクを設定し、該設定した調整トルクをもって該内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を制御する制御手段と
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関の始動装置では、内燃機関の始動が要求されたとき、内燃機関のクランキングが開始されるようクランキング手段を制御し、内燃機関がクランキングされている最中のクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて蓄電手段の出力制限の範囲内で内燃機関に出力されるトルクの振動を抑制するための調整トルクを設定し、設定した調整トルクをもって内燃機関がクランキングされるようクランキング手段を制御する。従って、蓄電手段の過放電を抑制しながら蓄電手段の放電を伴って内燃機関をクランキングする際の振動を抑制することができる。

こうした本発明の内燃機関の始動装置において、前記制御手段は、前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて所定のヒステリシスの手法を用いて前記調整トルクを設定して前記クランキング手段を制御することにより前記蓄電手段の出力制限の範囲内で前記内燃機関に出力されるトルクの振動を抑制する手段であるものとすることもできる。こうすれば、より簡易に蓄電手段の過放電を抑制しながら内燃機関をクランキングする際の振動を抑制することができる。この態様の本発明の内燃機関の始動装置において、前記制御手段は、前記所定のヒステリシスの手法として前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数の減少側に対してヒステリシス処理を施した後の処理後回転数に基づいて前記調整トルクを設定する手段であるものとすることもできる。

また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力させる３軸式の動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動力を入出力可能な電動機とを備える手段であるものとすることもできるし、前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁的な作用により両回転子を相対回転させて駆動する対回転子電動機であるものとすることもできる。

本発明の自動車は、
上述した各態様のいずれかの本発明の内燃機関の始動装置、即ち、基本的には、内燃機関の始動装置であって、充放電可能な蓄電手段と、前記内燃機関の出力軸に接続された回転軸を有し前記蓄電手段の放電を伴って前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、前記クランキング手段の回転軸の回転数を検出する回転数検出手段と、前記内燃機関の始動が要求されたとき、該内燃機関のクランキングが開始されるよう前記クランキング手段を制御し、該内燃機関がクランキングされている最中に前記回転数検出手段により検出された回転数に基づいて前記蓄電手段の出力制限の範囲内で該内燃機関に出力されるトルクの振動を抑制するための調整トルクを設定し、該設定した調整トルクをもって該内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を制御する制御手段とを備える内燃機関の始動装置を搭載する
ことを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述した各態様のいずれかの本発明の内燃機関の始動装置を搭載するから、本発明の内燃機関の始動装置が奏する効果と同様の効果、例えば、蓄電手段の過放電を抑制しながら蓄電手段の放電を伴って内燃機関をクランキングする際の振動を抑制することができる効果などを奏することができる。

こうした本発明の自動車において、前記蓄電手段の充放電を伴って走行用の動力を入出力可能な走行用電動機を備え、前記制御手段は、車両の走行状態が前記走行用電動機の発電を伴わない所定の走行状態にあるときに前記内燃機関の始動が要求されたときには前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて第１の手法を用いて前記調整トルクを設定し、車両の走行状態が前記所定の走行状態とは異なる走行状態にあるときに前記内燃機関の始動が要求されたときには前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて前記第１の手法とは異なる第２の手法を用いて前記調整トルクを設定する手段であるものとすることもできる。こうすれば、車両の走行状態に拘わらず蓄電装置の過放電を抑制しながら蓄電装置の放電を伴って内燃機関をクランキングする際の振動を抑制することができる。ここで、「走行用電動機の発電を伴わない所定の走行状態」には、パーキングレンジにシフト操作されている状態や停車している状態，減速走行以外（加速走行や巡航走行など）で走行している状態などが含まれる。また、前記第１の手法は、所定のヒステリシスの手法であり、前記第２の手法は、所定のなまし処理の手法であるものとすることもできる。

本発明の始動装置の制御方法は、
充放電可能な蓄電手段と、内燃機関の出力軸に接続された回転軸を有し前記蓄電手段の放電を伴って前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、を備える始動装置の制御方法であって、
（ａ）前記内燃機関の始動が要求されたとき、該内燃機関のクランキングが開始されるよう前記クランキング手段を制御し、
（ｂ）前記内燃機関がクランキングされている最中の前記クランキング手段の回転軸の回転数に基づいて前記蓄電手段の出力制限の範囲内で該内燃機関に出力されるトルクの振動を抑制するための調整トルクを設定し、該設定した調整トルクをもって該内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を制御する
ことを要旨とする。

この本発明の始動装置の制御方法によれば、内燃機関の始動が要求されたとき、内燃機関のクランキングが開始されるようクランキング手段を制御し、内燃機関がクランキングされている最中のクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて蓄電手段の出力制限の範囲内で内燃機関に出力されるトルクの振動を抑制するための調整トルクを設定し、設定した調整トルクをもって内燃機関がクランキングされるようクランキング手段を制御する。従って、蓄電手段の過放電を抑制しながら蓄電手段の放電を伴って内燃機関をクランキングする際の振動を抑制することができる。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施形態としての動力出力装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、動力出力装置全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。

エンジン２２は、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサから信号を入力するエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、バッテリＥＣＵ５２では、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）も演算している。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に、エンジン２２を始動する際の動作について説明する。図２は、実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、エンジン２２の始動が要求されたときに実行される。

始動処理ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、アクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃや車速センサ８８からの車速Ｖ，シフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなどのデータを入力する（ステップＳ１００）。ここで、モータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２は、回転位置検出センサ４３，４４により検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、残容量ＳＯＣや電池温度などに基づいて設定されたものを入力するものとした。

こうしてデータを入力すると、入力したアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動輪６３ａ、６３ｂに連結された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクＴｒ＊を設定する（ステップＳ１１０）。要求トルクＴｒ＊は、実施例では、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖと要求トルクＴｒ＊との関係を予め定めて要求トルク設定用マップとしてＲＯＭ７４に記憶しておき、アクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとが与えられると記憶したマップから対応する要求トルクＴｒ＊を導出して設定するものとした。

そして、調整トルクＴαを設定すると共に（ステップＳ１２０）、設定した調整トルクＴαとエンジン２２をクランキングするために必要なトルクとしてのクランキングトルクＴｃｒｋとのうち小さい方をモータＭＧ１から出力すべきトルク指令Ｔｍ１＊に設定する（ステップＳ１３０）。ここで、クランキングトルクＴｃｒｋは、例えば、共振現象を生じさせる回転領域を迅速に通過させるためにモータＭＧ１の定格値またはその近傍の値として定めたものを用いることができる。調整トルクＴαは、モータＭＧ１から出力されるトルクが振動することなしにバッテリ５０からの出力が出力制限Ｗｏｕｔを超えないようクランキングトルクＴｃｒｋを調整するためのトルクであり、後述する図４の調整トルク設定処理により設定される。

次に、シフトポジションＳＰがＰ（パーキング）レンジにあるか否かを判定し（ステップＳ１４０）、Ｐレンジにないと判定すなわちＤ（ドライブ）レンジと判定されると、要求トルクＴｒ＊とモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊とに基づいて次式（１）によりモータＭＧ２の仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐを設定すると共に（ステップＳ１５０）、バッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊と回転数Ｎｍ１とモータＭＧ２の回転数Ｎｍ２とに基づいて次式（２）によりモータＭＧ２から出力してもよいトルクの上限としての上限トルクＴｍａｘを設定し（ステップＳ１６０）、設定した仮モータトルクＴｍ２ｔｍｐと上限トルクＴｍａｘとのうち小さい方をモータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊に設定する（ステップＳ１７０）。ここで、式（１）中、「ｋ１」は、図３の共線図から解るように、モータＭＧ１（サンギヤ３１側）からのトルクをエンジン２２（キャリア３４側）に出力するためにリングギヤ３２が受け持つべき反力としてのトルクを計算するための定数であり、動力分配統合機構３０のギヤ比ρに基づいて定められる。一方、シフトポジションＳＰがＰレンジにあると判定されると、リングギヤ３２が受け持つべき反力は図示しないパーキングロック機構により受け持つことができるとして、モータＭＧ２から出力すべきトルク指令Ｔｍ２＊に値０を設定する（ステップＳ１８０）。

Tm2tmp＝(Tr*+k1・Tm1*)/Gr （１）
Tmax＝(Wout-Tm1*・Nm1)/Nm2 （２）

こうしてトルク指令Ｔｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とを設定すると、設定したトルク指令Ｔｍ１＊とトルク指令Ｔｍ２＊とをモータＥＣＵ４０に送信することによりモータＭＧ１とモータＭＧ２とを制御する（ステップＳ１９０）。なお、モータＭＧ１の制御は、クランキングトルクＴｃｒｋにより制御するものとしたが、クランキング開始以降はエンジン２２（キャリア３４）が所定の回転数で回転するように即ちモータＭＧ１（サンギヤ３１）が対応する回転数で回転するようクランキングトルクを設定して制御する回転数制御により行なうものとしてもよい。

モータＭＧ１とモータＭＧ２とを制御すると、エンジン２２の回転数Ｎｅを入力し（ステップＳ２００）、入力した回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ以上となるまで（ステップＳ２１０）ステップＳ１００に戻ってステップＳ１００〜Ｓ２００の処理を繰り返す。これにより、モータＭＧ１から出力するクランキングトルクＴｃｒｋが調整トルクＴαにより調整されながらエンジン２２がクランキングされることになる。回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｒｅｆ以上となると（ステップＳ２１０）、エンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を開始して（ステップＳ２２０）、エンジン２２の始動が完了したか否かを判定し（ステップＳ２３０）、始動が完了したときに本ルーチンを終了する。

次に、調整トルク設定処理について説明する。調整トルクＴαは、図４に例示する調整トルク設定処理により設定される。調整トルク設定処理では、まず、シフトポジションＳＰがＰ（パーキング）レンジであるか否か、車速Ｖが値０であるか否か、要求トルクＴｒ＊が値０以上であるか否かを判定する（ステップＳ３００〜Ｓ３２０）。シフトポジションＳＰがＰレンジと判定されたり車速Ｖが値０であると判定されたり要求トルクＴｒ＊が値０以上であると判定されたときには、入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１と前回このルーチンで設定された調整後回転数（前回Ｎｍ１＊）とを比較すると共に（ステップＳ３３０）、回転数Ｎｍ１と前回Ｎｍ１＊から所定量ΔＮを減じたもの（＝前回Ｎｍ１＊−ΔＮ）とを比較する（ステップＳ３４０）。回転数Ｎｍ１が前回Ｎｍ１＊よりも大きいときには回転数Ｎｍ１を新たな調整後回転数Ｎｍ１＊に設定し（ステップＳ３５０）、回転数Ｎｍ１が前回Ｎｍ１＊以下で前回Ｎｍ１＊から所定量ΔＮを減じたものよりも大きいときには前回Ｎｍ１＊をそのまま新たな調整後回転数Ｎｍ１＊に設定し（ステップＳ３６０）、回転数Ｎｍ１が前回Ｎｍ１＊から所定量ΔＮを減じたもの以下のときには回転数Ｎｍ１に所定量ΔＮを加えたものを新たな調整後回転数Ｎｍ１＊に設定し（ステップＳ３７０）、次式（３）に示すようにバッテリ５０の出力制限ＷｏｕｔからモータＭＧ２から出力されているパワーと損失Ｌｏｓｓとを減じたものを設定した調整後回転数Ｎｍ１＊で除することにより調整トルクＴαを設定して（ステップＳ３９０）、処理を終了する。ここで、モータＭＧ２から出力されているパワーは、実施例では、前回に図２の始動処理ルーチンで設定されたモータＭＧ２のトルク指令（前回Ｔｍ２＊）に入力した回転数Ｎｍ２を乗じたものを用いた。図５に、回転数Ｎｍ１に基づいて調整後回転数Ｎｍ１＊を設定する様子を示す説明図を示す。図示するように、調整後回転数Ｎｍ１＊は、入力した回転数Ｎｍ１の減少側の変化に対してはヒステリシスを持たせたものとして設定され、回転数Ｎｍ１の増加側の変化に対してはヒステリシスを持たせないものとして設定される。所定量ΔＮは、ヒステリシスの程度を定める定数である。いま、回転位置検出センサ４３により検出されたモータＭＧ１の回転子の回転位置に基づいて演算された回転数Ｎｍ１を直接用いて調整トルクＴαを設定する場合を考える。この場合、回転数Ｎｍ１に含まれる振動（ノイズ等）により回転数Ｎｍ１に基づいて設定される調整トルクＴαも振動する。このため、調整トルクＴαにより調整されたトルクでエンジン２２をクランキングしたときに車両に振動を生じさせる場合がある。次に、回転数Ｎｍ１の減少側および増加側の両方向の変化に対してヒステリシスを持たせて調整後回転数Ｎｍ１＊を設定する場合を考える。この場合、調整後回転数Ｎｍ１＊がモータＭＧ１の実回転数よりも低い回転数に調整されて調整トルクＴαとして過大な値が設定される場合があるため、この調整トルクＴαをもって調整したトルクによりエンジン２２をクランキングするとバッテリ５０が出力制限Ｗｏｕｔを超えて出力される場合がある。実施例では、こうしたことを考慮して回転数Ｎｍ１の減少側の変化に対してのみヒステリシスを持たせた調整後回転数Ｎｍ１＊に基づいて調整トルクＴαを設定しているのである。これにより、エンジン２２のクランキングされている最中にモータＭＧ１から出力されるトルクが振動することなしにバッテリ５０からの出力が出力制限Ｗｏｕｔを超えないようクランキングトルクＴｃｒｋを調整することができる。

Tα＝(Wout-前回Tm2*・Nm2-Loss)/Nm1* （３）

一方、シフトポジションＳＰがＰレンジでなく且つ車速Ｖが値０でなく要求トルクＴｒ＊が値０以上でもないと判定されたときには、バッテリ５０からのエネルギに加えて車両の走行エネルギ（モータＭＧ２による回生エネルギ）を用いてエンジン２２をクランキングすることが可能であるから、バッテリ５０が出力制限Ｗｏｕｔを超えて出力する可能性は低いと判断し、次式（４）に示すように図２のステップＳ１００で入力したモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１をなまし処理により調整した調整後回転数Ｎｍ１＊を設定し（ステップＳ３８０）、設定した調整後回転数Ｎｍ１＊と出力制限ＷｏｕｔとモータＭＧ２から出力されているパワーとに基づいて前述した次式（３）により調整トルクＴαを設定して（ステップＳ３９０）、処理を終了する。なお、式（４）中の「ｋ２」は、時定数であり値０〜値１の範囲内で定められる。これにより、エンジン２２がクランキングされている最中にモータＭＧ１から出力されるトルクが振動するのを抑制できる。

Nm1*＝k2・前回Nm1*+(1-k2)・Nm1 （４）

以上説明した実施例のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン２２の始動が要求されたときに、モータＭＧ１によりエンジン２２のクランキングを開始し、エンジン２２がクランキングされている最中のモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１の減少側の変化のみに対してヒステリシスを持たせた調整後回転数Ｎｍ１＊とバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔとに基づいて調整トルクＴαを設定し、設定した調整トルクＴαをもってモータＭＧ１によりエンジン２２をクランキングするから、バッテリ５０が出力制限Ｗｏｕｔを超えて出力するのを抑制しながらエンジン２２をクランキングする際の振動を抑制することができる。しかも、シフトポジションＳＰがＰレンジでなく且つ車速Ｖが値０でなく要求トルクＴｒ＊が値０以上でもないときには、回転数Ｎｍ１に対してなまし処理を施した調整後回転数Ｎｍ１＊を設定して調整トルクＴαを設定するから、走行状態に応じてより適切に出力制限Ｗｏｕｔの範囲内でエンジン２２をクランキングする際の振動を抑制することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、図４の調整トルク設定処理のステップＳ３００〜Ｓ３２０においてシフトポジションＳＰの判定と車速Ｖの判定と要求トルクＴｒ＊の判定とを行なうものとしたが、いずれか２つの判定を行なうものとしてもよいし、１つのみの判定しか行なわないものとしてもよいし、更に別の判定を加えるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、シフトポジションＳＰがＰレンジでなく且つ車速Ｖが値０でなく要求トルクＴｒ＊が値０以上でもないときに、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１からなまし処理により調整後回転数Ｎｍ１＊を設定するものとしたが、回転数Ｎｍ１に対してヒステリシスを持たせて調整後回転数Ｎｍ１＊を設定するものとしてもよい。この場合、回転数Ｎｍ１の減少側の変化に対してヒステリシスを持たせるものに加えて回転数Ｎｍ１の増加側の変化に対してヒステリシスを持たせるものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に接続するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の動力を動力分配統合機構３０を介して駆動輪６３ａ，６３ｂに接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図７の変形例のハイブリッド自動車２２０に例示するように、エンジン２２のクランクシャフト２６に接続されたインナーロータ２３２と駆動輪６３ａ，６３ｂに動力を出力する駆動軸に接続されたアウターロータ２３４とを有し、エンジン２２の動力の一部を駆動軸に伝達すると共に残余の動力を電力に変換する対ロータ電動機２３０を備えるものとしてもよい。

この他、バッテリなどの蓄電装置からの電力を受けて内燃機関をクランキングできる電動機を備える内燃機関の始動装置を搭載するものであれば、如何なる構成のものにも適用可能である。

以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、自動車産業に利用可能である。

本発明の一実施形態としての内燃機関の始動装置を搭載するハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０のハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される始動処理ルーチンの一例を示すフローチャートである。動力分配統合機構３０の各回転要素の回転数およびトルクの力学的な関係を示す共線図である。調整トルク設定処理の一例を示すフローチャートである。回転数Ｎｍ１に基づいて調整後回転数Ｎｍ１＊を設定する様子を示す説明図である。変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。変形例のハイブリッド自動車２２０の構成の概略を示す構成図である。

符号の説明

２０，１２０，２２０ハイブリッド自動車、２２エンジン、２４エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６クランクシャフト、２８ダンパ、３０動力分配統合機構、３１サンギヤ、３２リングギヤ、３２ａリングギヤ軸、３３ピニオンギヤ、３４キャリア、３５減速ギヤ、４０モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２インバータ、４３，４４回転位置検出センサ、５０バッテリ、５１温度センサ、５２バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４電力ライン、６０ギヤ機構、６２デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ駆動輪、６４ａ，６４ｂ車輪、７０ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ＣＰＵ、７４ＲＯＭ、７６ＲＡＭ、８０イグニッションスイッチ、８１シフトレバー、８２シフトポジションセンサ、８３アクセルペダル、８４アクセルペダルポジションセンサ、８５ブレーキペダル、８６ブレーキペダルポジションセンサ、８８車速センサ、２３０対ロータ電動機、２３２インナーロータ２３４アウターロータ、ＭＧ１，ＭＧ２モータ。

Claims

走行用の動力を入出力可能な走行用電動機を備える自動車に搭載された内燃機関の始動装置であって、
前記走行用電動機と電力のやり取りが可能な蓄電手段と、
前記内燃機関の出力軸に接続された回転軸を有し、前記蓄電手段の放電を伴って前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、
前記クランキング手段の回転軸の回転数を検出する回転数検出手段と、
前記内燃機関の始動が要求されたとき、該内燃機関のクランキングが開始されるよう前記クランキング手段を制御し、該内燃機関がクランキングされている最中に前記回転数検出手段により検出された回転数に基づいて前記蓄電手段の出力制限の範囲内で該内燃機関に出力されるトルクの振動を抑制するための調整トルクを設定し、該設定した調整トルクをもって該内燃機関がクランキングされるよう前記クランキング手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、車両の走行状態が前記走行用電動機の発電を伴わない所定の走行状態にあるときに前記内燃機関の始動が要求されたときには前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて第１の手法を用いて前記調整トルクを設定し、車両の走行状態が前記所定の走行状態とは異なる走行状態にあるときに前記内燃機関の始動が要求されたときには前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて前記第１の手法とは異なる第２の手法を用いて前記調整トルクを設定する手段である
内燃機関の始動装置。
前記制御手段は、前記第１の手法として、前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて所定のヒステリシスの手法を用いて前記調整トルクを設定して前記クランキング手段を制御する手段である請求項１記載の内燃機関の始動装置。
前記制御手段は、前記所定のヒステリシスの手法として前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数の減少側に対してヒステリシス処理を施した後の処理後回転数に基づいて前記調整トルクを設定する手段である請求項２記載の内燃機関の始動装置。
前記制御手段は、前記第２の手法として、前記検出されたクランキング手段の回転軸の回転数に基づいて所定のなまし処理の手法を用いて前記調整トルクを設定して前記クランキング手段を制御する手段である請求項２または３記載の内燃機関の始動装置。
前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸と駆動軸と第３の回転軸の３軸に接続され該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の１軸に動力を入出力させる３軸式の動力入出力手段と、前記第３の回転軸に動力を入出力可能な電動機とを備える手段である請求項１ないし４いずれか１項に記載の内燃機関の始動装置。
前記クランキング手段は、前記内燃機関の出力軸に接続された第１の回転子と駆動軸に接続された第２の回転子とを有し、該第１の回転子と該第２の回転子との電磁的な作用により両回転子を相対回転させて駆動する対回転子電動機である請求項１ないし４いずれか１項に記載の内燃機関の始動装置。
請求項１ないし６いずれか１項に記載された内燃機関の始動装置を搭載する自動車。