JP4358178B2

JP4358178B2 - エンジンの始動制御装置

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Publication number: JP4358178B2
Application number: JP2005312069A
Authority: JP
Inventors: 雄二岩瀬; 拓馬柿並; 淳田端
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-10-26
Filing date: 2005-10-26
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2025-10-26
Also published as: WO2007049686A1; US20100048353A1; US8496560B2; JP2007118728A

Description

この発明は、エンジンを電動機で始動するように構成されたエンジンの始動制御装置に関するものである。

近年では、エンジンを駆動させる燃料の節約と、エンジンの回転による騒音の低減と、燃料の燃焼により発生する排気ガスの低減とを目的として、エンジンおよびモータ・ジェネレータとを搭載したハイブリッド車が提案されている。このハイブリッド車においては、車両の走行状態に基づいてエンジンまたはモータ・ジェネレータを制御して、車両を走行させるように構成されている。

具体的には、エンジンを、その燃焼効率の良い回転領域で運転させる一方、エンジンの燃焼効率の低下する運転領域においては、エンジンを停止して、モータ・ジェネレータを電動機として機能させることにより車両を走行させることが可能である。このように、エンジンおよびモータ・ジェネレータを備えた制御装置の一例が、特許文献１に記載されている。この特許文献１においては、エンジンの出力トルクが、遊星歯車装置および変速機およびディファレンシャル装置を経由して車輪に伝達されるように構成されている。遊星歯車装置はサンギヤおよびリングギヤおよびキャリヤを有しており、エンジンのクランク軸はキャリヤに連結されている。また、第１の電動発電機が設けられており、その回転子がサンギヤと連結されている。さらに、リングギヤにはプロペラ軸が連結されており、プロペラ軸が変速機に連結されている。さらに、第２の電動発電機が設けられており、その回転子がプロペラ軸に連結されている。
特開２００３−１２７６８１号公報

ところで、特許文献１に記載されている車両において、停止しているエンジンを始動させる場合は、第１の電動発電機のトルクでエンジンをクランキングさせ、ついで、燃料を供給および燃焼させることにより、エンジンを自律回転させることが可能である。しかしながら、第１の電動発電機のトルクをエンジンに伝達する場合に、第１の電動発電機を含む動力伝達系で共振（振動）または騒音が大きくなる恐れがあった。

この発明は、上記事情を背景としてなされたもので、電動機のトルクによりエンジンを始動させる場合に、電動機からエンジンに至る動力伝達系で振動や騒音が発生することを抑制することの可能なエンジンの始動制御装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため請求項１の発明は、電動機によりエンジンの始動をおこなうエンジンの始動制御装置において、前記エンジンを始動させる複数の電動機を含む始動機構が設けられており、この始動機構は、相互に差動回転可能な３個以上の回転要素を有する遊星歯車機構を有しており、この遊星歯車機構を構成する異なる回転要素に前記複数の電動機および前記エンジンが連結されているとともに、前記複数の電動機に供給される電力が相対的に小電力となるとして予め定められた低温状態で前記エンジンを始動させる低温始動条件が成立した否かを判断する判断手段と、前記低温始動条件が成立した場合は、前記エンジンを始動させる際の共振発生回転数を相対的に低回転数域に移行させるように、複数の電動機で前記エンジンを始動させて前記始動機構から前記エンジンに至る動力伝達経路のイナーシャモーメントを相対的に大きくする制御をおこなう始動機構制御手段とを有することを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記遊星歯車機構は、入力回転数と出力回転数との間における変速比を無段階に制御することの可能な第１の変速機構としての無段変速機であり、この無段変速機の下流にはクラッチが設けられていることを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記無段変速機の下流には第２の変速機構が設けられており、この第２の変速機構が前記クラッチを有することを特徴とするものである。

請求項４の発明は、請求項２または３の構成に加えて、前記複数の電動機のうちいずれかの電動機は、前記無段変速機と前記クラッチとの間の経路に設けられていることを特徴とするものである。

請求項５の発明は、請求項２ないし４のいずれかの構成に加えて、前記無段変速機は、前記遊星歯車機構を構成する反力要素に接続された電動機の出力を制御することにより、変速比を無段階に制御することが可能に構成されており、前記第２の変速機構は、クラッチのトルク容量を制御することにより、入力回転数と出力回転数との間における変速比を制御することが可能に構成されていることを特徴とするものである。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの構成に加えて、前記遊星歯車機構を構成する３個以上の回転要素を共線図上に配置した場合に、複数の電動機の間に前記エンジンが配置されるように、前記複数の回転要素に対して、前記エンジンおよび複数の電動機が連結されていることを特徴とするものである。

請求項１の発明によれば、エンジンを始動させる際の共振発生回転数を相対的に低回転数域に移行させるように複数の電動機でエンジンを始動させて、始動機構からエンジンに至る動力伝達経路のイナーシャトルクを相対的に大きくする制御をおこなう。このため、始動機構の電動機でエンジンを始動する場合に、始動機構を含む動力伝達経路で共振が発生しにくくなる。したがって、始動機構を含む動力伝達経路で共振または騒音が発生することを抑制できる。

また、低温状態でエンジンを始動させる場合に、動力伝達経路で共振または振動が発生することを抑制できる。さらに、遊星歯車機構の回転要素同士の回転数の比を変更すれば、始動機構のイナーシャトルクを任意に調整でき、動力伝達経路の共振および騒音を一層確実に抑制できる。

請求項２の発明によれば、請求項１の発明と同様の効果を得られる他に、エンジントルクが第１の変速機構に伝達され、第１の変速機構の下流にはクラッチが設けられている。

請求項３の発明によれば、請求項１または２の発明と同様の効果を得られる他に、第１の変速機構の下流には第２の変速機構が設けられており、第２の変速機構がクラッチを有する。このクラッチを制御することにより、始動機構を含む動力伝達経路で共振または騒音が発生することを抑制できる。

請求項４の発明によれば、請求項２または３の発明と同様の効果を得られる他に、いずれかの電動機のトルクが、第１の変速機構を経由してエンジンに伝達される。

請求項５の発明によれば、請求項２ないし４のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、電動機の出力を制御することにより、第１の変速機構における入力回転数と出力回転数との間の変速比が無段階に制御される。つまり、電動機はエンジンを始動する機能と、第１の変速機構の変速比を制御する機能とを兼備している。また、クラッチの係合・解放を制御することにより、第２の変速機構における入力回転数と出力回転数との間の変速比を制御することが可能である。

請求項６の発明によれば、請求項１ないし５のいずれかの発明と同様の効果を得られる他に、遊星歯車機構を構成する３個以上の回転要素を共線図上に配置した場合に、複数の電動機の間にエンジンが配置されているため、複数の電動機を共に駆動させ、両方の電動機のトルクによりエンジンを始動させることができる。したがって、始動機構のイナーシャトルクを大きくすることができ、動力伝達経路の共振および騒音を一層確実に抑制できる。

つぎにこの発明を図を参照してより具体的に説明する。図２は、この発明を適用したハイブリッド車のパワートレーンの一例を示すスケルトン図である。まず、車両１の駆動力源としてエンジン２およびモータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３が設けられており、エンジン２およびモータ・ジェネレータ（ＭＧ２）３は、デファレンシャル装置４を経由して車輪５に連結されている。エンジン２は燃料を燃焼させて、その熱エネルギを運動エネルギに変換する動力装置であり、エンジン２としては、内燃機関、例えば、ガソリンエンジンまたはディーゼルエンジンまたはＬＰＧエンジン等を用いることが可能である。モータ・ジェネレータ３は、ロータ６およびステータ７を有している。このモータ・ジェネレータ３は、機械エネルギと電気エネルギとの間で相互に変換をおこなう機能、つまり、電動機としての機能（力行機能）と、発電機としての機能（回生機能）とを兼備している。

また、エンジン２からデファレンシャル装置４に至る経路に動力分配装置８が設けられている。この動力分配装置８は、シングルピニオン型の遊星歯車機構により構成されている。すなわち、同軸上に配置されたサンギヤ９およびリングギヤ１０と、サンギヤ９およびリングギヤ１０に噛合されたピニオンギヤ１１を自転、かつ公転可能に保持するキャリヤ１２とを有している。そして、エンジン２のクランクシャフト１３と同軸上にインプットシャフト１４が設けられており、クランクシャフト１３とイプットシャフト１４とが、ダンパ機構１５を介して動力伝達可能に連結されている。さらにキャリヤ１２とインプットシャフト１４とが一体回転するように連結されている。また、車両１の前後方向で、エンジン２と動力分配装置８との間には、モータ・ジェネレータ３とは別のモータ・ジェネレータ（ＭＧ１）１６が設けられている。モータ・ジェネレータ１６は、ロータ１７およびステータ１８を有している。このモータ・ジェネレータ１６は、機械エネルギと電気エネルギとの間で相互に変換をおこなう機能、つまり、電動機としての機能（力行機能）と、発電機としての機能（回生機能）とを兼備している。そして、モータ・ジェネレータ１６のロータ１７が、サンギヤ９に対して動力伝達可能に、具体的には一体回転するように連結されている。また、モータ・ジェネレータ３のロータとリングギヤ１０とが動力伝達可能に連結、具体的には一体回転するように連結されている。このように、車両１は、動力の発生原理が異なるエンジン２およびモータ・ジェネレータ３，１６を有している。

一方、動力分配装置８のリングギヤ１０からデファレンシャル４に至る経路には変速機１９が設けられている。この変速機１９は、入力回転数と出力回転数との比、すなわち変速比を段階的に（不連続に）制御することの可能な有段変速機である。変速機１９は、具体的には、第１の遊星歯車変速機構２０および第２の遊星歯車変速機構２１を有している。まず、第１の遊星歯車変速機構２０は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。この第１の遊星歯車変速機構２０は、同軸上に配置されたサンギヤ２２およびリングギヤ２３と、サンギヤ２２およびリングギヤ２３に噛合されたピニオンギヤ２４を自転、かつ公転可能に保持するキャリヤ２５とを有している。一方、第２の遊星歯車変速機構２１は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。この第２の遊星歯車変速機構２１は、同軸上に配置されたサンギヤ２６およびリングギヤ２７と、サンギヤ２６およびリングギヤ２７に噛合されたピニオンギヤ２８を自転、かつ公転可能に保持するキャリヤ２９とを有している。

そして、サンギヤ２２とサンギヤ２６とが一体回転するように連結され、キャリヤ２５とリングギヤ２７とが一体回転するように連結されている。このキャリヤ２５およびリングギヤ２７は、変速機１９のアウトプットシャフト３０に連結されている。また、変速機１９を構成する回転要素、すなわち、各ギヤおよびキャリヤ同士の連結・遮断・固定を制御する係合装置が設けられている。ここで、係合装置としては油圧制御式または電磁制御式のいずれを用いてもよいが、ここでは、油圧制御式の係合装置を用いる場合について説明する。すなわち、リングギヤ１０とリングギヤ２３とを連結・解放するクラッチＣ１が設けられており、リングギヤ１０を、サンギヤ２２，２６に対して連結・解放するクラッチＣ２が設けられている。また、サンギヤ２２，２６の回転・停止を制御するブレーキＢ１が設けられており、キャリヤ２９の回転・停止を制御するブレーキＢ２が設けられている。

つぎに、車両１の制御系統について説明すると、モータ・ジェネレータ３との間で電力の授受をおこなう蓄電装置３１と、モータ・ジェネレータ３を制御するインバータ３２とが設けられている。また、モータ・ジェネレータ１６との間で電力の授受をおこなう蓄電装置３３と、モータ・ジェネレータ１６を制御するインバータ３４とが設けられている。蓄電装置３１，３３としては二次電池、より具体的にはバッテリ、またはキャパシタを用いることが可能である。さらに変速機１９のクラッチやＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１，Ｂ２を制御するアクチュエータとして油圧制御装置３５が設けられている。この油圧制御装置３５は、油圧回路およびソレノイドバルブなどを有する公知のものである。そして、エンジン２およびインバータ３２，３４および油圧制御装置３５を制御する電子制御装置３６が設けられている。この電子制御装置３６には、図３に示すように、シフトポジションセンサの信号、エンジン水温センサの信号、モータ・ジェネレータ３，１６の回転数センサの信号、エンジン回転数センサの信号、車速センサの信号、外気温センサの信号、油温センサの信号、フットブレーキスイッチの信号、アクセル開度センサの信号などが入力される。これに対して、電子制御装置３６からは、エンジン２の電子スロットルバルブを制御する信号、エンジン２の燃料噴射装置を制御する信号、エンジン２の点火装置を制御する信号、インバータ３２，３４を制御する信号、油圧制御装置３５を制御する信号などが出力される。

つぎに、車両１の制御について説明する。エンジン２が駆動され、エンジントルクがインプットシャフト１４を経由して動力分配装置８のキャリヤ１２に伝達されるとともに、エンジントルクの反力がモータ・ジェネレータ１６で受け持たれ、動力分配装置８のリングギヤ１０から出力される。ここで、モータ・ジェネレータ１６の回転方向（正・逆）および力行・回生を制御することにより、動力分配装置８の変速比を無段階に（連続的に）制御可能である。具体的には、キャリヤ１２が入力要素となり、サンギヤ９が反力要素となり、リングギヤ１０が出力要素となり、キャリヤ１２およびサンギヤ９およびリングギヤ１０の差動作用により、動力分配装置８が無段変速機として機能する。動力分配装置８の変速比は、例えば以下のように制御される。車速およびアクセル開度に基づいて要求駆動力が求められ、この要求駆動力に基づいて、目標エンジン出力が求められる。この目標エンジン出力を達成するために、最適燃費線に沿ってエンジンの運転状態を決定し、目標エンジン回転数および目標エンジントルクを求める。そして、実エンジン回転数を目標エンジン回転数に近づけるように、動力分配装置８の変速比、より具体的には入力回転数が制御される。また、実エンジントルクを目標エンジントルクに近づけるように、電子スロットルバルブの開度などが制御される。

一方、変速機１９を制御するシフトポジション（シフトレンジ）として、例えば、Ｐ（パーキング）ポジション、Ｒ（リバース）ポジション、Ｎ（ニュートラル）ポジション、Ｄ（ドライブ）ポジションなどを選択的に変更可能に構成されている。そして、図に示された変速機１９においては、Ｄポジションが選択された場合は、例えば、第１速（１ｓｔ）および第２速（２ｎｄ）および第３速（３ｒｄ）および第４速（４ｔｈ）の変速段を、選択的に切り換え可能である。これらの変速段を選択的に切り換えるため、電子制御装置３６には、車速およびアクセル開度に基づいて、変速段を決定する変速マップが記憶されている。Ｄポジションで各変速段を設定する場合、ＮポジションまたはＲポジションが選択された場合における係合装置の制御状態を、図４により説明すると、「○」印は係合装置が係合されることを示し、空欄は係合装置が解放されることを示している。すなわち、第１速を設定する場合は、クラッチＣ１およびブレーキＢ２が係合され、かつ、クラッチＣ２およびブレーキＢ１が解放される。また、第２速を設定する場合は、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が係合され、かつ、クラッチＣ２およびブレーキＢ２が解放される。さらに、第３速または第４速を設定する場合は、クラッチＣ１，Ｃ２が共に係合され、かつ、ブレーキＢ１，Ｂ２が共に解放される。第３速または第４速を設定する場合は、変速機１９の制御は同じとなり、動力分配装置８の制御が異なる。この点については後述する。また、Ｒポジションが選択された場合は、クラッチＣ２およびブレーキＢ２が係合され、かつ、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が解放される。なお、ＮポジションまたはＰポジションが選択された場合は、全ての係合装置が解放される。

つぎに、Ｄポジションが選択された場合における変速機１９の回転要素の状態を、図５の共線図に基づいて説明する。この図５に示すように、動力分配装置８は、モータ・ジェネレータ３とモータ・ジェネレータ１６との間に、エンジン２が配置されている。この図５において、「正」は正回転を示し、「逆」は逆回転を示す。ここで、正回転とは、エンジン２の回転方向を意味する。まず第１速が選択された場合は、クラッチＣ１が係合されるとともに、エンジン２またはモータ・ジェネレータ３の少なくとも一方のトルクが、変速機１９のリングギヤ２８に入力される。また、ブレーキＢ２の係合により停止しているキャリヤ２９が反力要素となり、キャリヤ２５およびリングギヤ２７から出力されたトルクがアウトプットシャフト３０に伝達される。アウトプットシャフト３０のトルクが、デファレンシャル４を経由して車輪５に伝達されて、駆動力が発生する。この第１速が選択された場合は、リングギヤ２３の回転速度に対して、リングギヤ２７およびキャリヤ２５の回転速度の方が減速される。すなわち、変速機１９の変速比は「１」よりも大きくなる。

また、第２速が選択された場合は、クラッチＣ１が係合され、かつ、ブレーキＢ１が係合されるため、エンジン２またはモータ・ジェネレータ３の少なくとも一方のトルクが、変速機１９のリングギヤ２８に入力され、停止しているサンギヤ２２が反力要素となり、キャリヤ２５から出力されたトルクがアウトプットシャフト３０に伝達される。この第２速が選択された場合は、リングギヤ２３の回転速度に対して、キャリヤ２５の回転速度の方が減速される。すなわち、変速機１９の変速比は「１」よりも大きくなる。なお、入力回転数が同じである場合を想定すると、第１速におけるキャリヤ２５の回転速度の方が、第２速におけるキャリヤ２５の回転速度よりも低くなる。すなわち、第１速が設定された場合の変速比の方が、第２速が設定された場合の変速比よりも大きくなる。

つぎに、第３速または第４速が選択された場合は、クラッチＣ１，Ｃ２が共に係合されるため、第１の遊星歯車変速機構２０を構成する回転要素、第２１の遊星歯車変速機構２１を構成する回転要素が、全て一体回転する。すなわち、第３速または第４速が設定された場合、変速機１９の変速比は「１」となる。言い換えれば、変速機１９の入力回転要素と出力回転要素とが直結状態となる。なお、第３速が設定される場合は、動力分配装置８でモータ・ジェネレータ１６が停止されず、第４速が設定される場合は、動力分配装置８でモータ・ジェネレータ１６が停止される（回転数ゼロ）である点が相違する。さらに、Ｒポジションが選択された場合は、クラッチＣ２が係合されるため、サンギヤ２６が入力要素となり、キャリヤ２９が反力要素となり、リングギヤ２７が逆回転する。なお、この共線図においては、エンジン回転数が一定である場合を示してある。

上記のように構成された車両１においては、エンジン２を始動させる場合に、モータ・ジェネレータ３，１６の少なくとも一方のトルクにより、エンジン２をクランキングさせることが可能である。そこで、エンジン２を始動させる場合の制御例を、図１のフローチャートに基づいて説明する。まず、エンジン２を始動させる条件が成立したか否かが判断される（ステップＳ１）。このステップＳ１の判断は、例えば、イグニッションスイッチの信号によりおこなわれ、エンジン始動条件が成立した場合は、シフトポジションとしてＤポジションが選択されているか否かが判断される（ステップＳ２）。このステップＳ２で否定的に判断された場合は、シフトポジションとしてＮポジションまたはＰポジションが選択されているか否かが判断される（ステップＳ３）。

このステップＳ３で肯定的に判断された場合は、低温始動条件が成立しているか否かが判断される（ステップＳ４）。この低温始動条件は、蓄電装置３１，３３の温度、または外気温が所定温度以下であり、かつ、エンジン始動条件が成立している場合に成立する条件である。このステップＳ４で肯定的に判断された場合は、蓄電装置３１，３３から出力される電力が制限を受ける（小電力）場合がある。このように、モータ・ジェネレータ３，１６に供給される電力が制限を受けると、モータ・ジェネレータ３，１６のいずれかのトルクによりエンジン２をクランキングすると、エンジン２のクランキングを開始してから、エンジン回転数が自律回転可能な回転数となるまでの時間が長くなる可能性がある。なお、自律回転可能な回転数については後述する。すると、モータ・ジェネレータ３またはモータ・ジェネレータ１６からエンジン２に至る動力伝達経路で、共振および騒音が発生する可能性がある。この共振はねじり振動である。

そこで、ステップＳ４で肯定的に判断された場合は、モータ・ジェネレータ３，１６を共に力行制御して正回転させ、モータ・ジェネレータ３，１６の両方のトルクを、インプットシャフト１４およびダンパ機構１５を経由してエンジン２に伝達し、エンジン２をクランキングさせて、エンジン回転数を上昇させる制御を実行する（ステップ５）。このように、ステップＳ５の処理をおこなうと、モータ・ジェネレータ３，１６およびインプットシャフト１４および動力分配装置８が、全て回転慣性質量体として作用することになり、エンジン２の始動に必要な負荷が低減されて、共振が発生する回転数が低回転数域に移行する。このため、エンジン２のクランキング時にインプットシャフト１４の回転数が共振発生回転数に滞留することを回避できる。ここで、共振発生回転数は、エンジン２の構造上の特性や各種の条件、例えば、気筒数、シリンダの配置構造がＶ字配列形か水平対向型か、４サイクルエンジンか２サイクルエンジンか、燃料の種類（ガソリンか軽油か）などに基づいて、決定される。なお、前述したように、ＮポジションまたはＰポジションが選択された場合は、クラッチＣ１，Ｃ２が共に解放されるため、モータ・ジェネレータ３，１６のトルクが車輪５に伝達されることはなく、駆動力は発生しない。このステップＳ５についで、エンジン回転数が自律回転可能な回転数以上になると、燃料噴射制御および点火制御が実行されてエンジン２が自律回転し（ステップＳ６）、リターンされる。この実施例において、エンジン２がディーゼルエンジンである場合は、ステップＳ６では点火制御は実行されず、自己着火となる。

一方、前記ステップＳ４で否定的に判断された場合は、実エンジン回転数Ｎｅが、自律回転可能な回転数Ｎｅ１以下であるか否かが判断される（ステップＳ７）。自律回転可能な回転数とは、燃料が供給されて燃焼すると、エンジン２が自律回転できる回転数である。ステップＳ７で肯定的に判断された場合は、モータ・ジェネレータ１６を力行制御し、モータ・ジェネレータ１６のトルクをエンジン２に伝達してクランキングさせ（ステップＳ８）、ステップＳ６に進む。このように、ステップＳ４で否定的に判断された場合は、蓄電装置３１，３３の出力電力が制限されず、動力分配装置８からエンジン２に至る動力伝達経路で共振および騒音が発生する可能性が低いため、片方のモータ・ジェネレータ１６でエンジンをクランキングすれば済む。さらに、ステップＳ３の判断時点でＲポジションが選択されていた場合は、ステップＳ３で否定的に判断されて、ステップＳ７に進む。また、ステップＳ２で肯定的に判断された場合は、ステップＳ７に進む。さらに、ステップＳ７で否定的に判断された場合は、ステップＳ６に進む。さらに、ステップＳ１で否定的に判断された場合は、リターンする。

つぎに、図１のステップＳ１，Ｓ７，Ｓ８を経由してステップＳ６に進み、エンジン２を始動させる場合における回転要素の状態を説明する。特に、Ｄポジションが選択され、かつ、第１速が設定されている場合に、エンジン２を始動する場合を説明する。例えば、車両１が走行するとともに、モータ・ジェネレータ３のトルク、または車両１の惰力走行による運動エネルギが、変速機１９および動力分配装置８を経由してエンジン２に伝達されて、エンジン２が空転している場合において、モータ・ジェネレータ１６を正回転で力行制御し、かつ、モータ・ジェネレータ１６の回転数を上昇させることにより、エンジン２の回転数を上昇させることが可能である。この場合、モータ・ジェネレータ１６の反力トルクは、モータ・ジェネレータ３で受け持たれる。また、図１のステップＳ１，Ｓ７，Ｓ８を経由してステップＳ６に進むルーチンに対応するタイムチャートの一例を、図６に基づいて説明する。まず、時刻ｔ１以前においては、エンジン２を始動させる条件が成立していないとともに、変速機１９の変速段（有段変速制御の変速出力）として第１速が出力されている。そして、時刻ｔ１でエンジン始動条件が成立すると、モータ・ジェネレータ１６の回転数が上昇されて、空転しているエンジン２の回転数が上昇させられる。また、車速が上昇してモータ・ジェネレータ３の回転数も上昇している。そして、時刻ｔ２でエンジン回転数が自律回転可能な回転数となり、点火制御が実行されるとともに、時刻ｔ３以降は、エンジン回転数、モータ・ジェネレータ３，１６の回転数が、略一定になっている。なお、変速機１９の変速段が、第２速または第３速または第５速である場合も、同様にしてエンジン２を始動させることが可能である。

つぎに、図１のステップＳ３，Ｓ７，Ｓ８を経由してステップＳ６に進むルーチンについて説明する。すなわち、ブレーキＢ２が係合してキャリヤ２９が停止され、モータ・ジェネレータ３が正回転で力行制御され、アウトプットシャフト３０が逆回転して車両１が走行するとともに、エンジン２が空転している場合に、エンジン２を始動させる場合は、モータ・ジェネレータ１６を正回転で力行制御し、かつ、モータ・ジェネレータ１６の回転数を上昇させることにより、エンジン２の回転数を上昇させる。この場合、モータ・ジェネレータ１６の反力トルクは、モータ・ジェネレータ３で受け持たれる。

つぎに、変速機１９の他の構成例を、図７に基づいて説明する。この変速機１９は、入力回転数と出力回転数との比、すなわち変速比を段階的に（不連続に）制御することの可能な有段変速機である。変速機１９は、具体的には、第１の遊星歯車変速機構３７および第２の遊星歯車変速機構３８および第３の遊星歯車変速機構３９を有している。まず、第１の遊星歯車変速機構３７は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。この第１の遊星歯車変速機構３７は、同軸上に配置されたサンギヤ４０およびリングギヤ４１と、サンギヤ４０およびリングギヤ４１に噛合されたピニオンギヤ４２を自転、かつ公転可能に保持するキャリヤ４３とを有している。一方、第２の遊星歯車変速機構３８は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。この第２の遊星歯車変速機構３８は、同軸上に配置されたサンギヤ４４およびリングギヤ４５と、サンギヤ４４およびリングギヤ４５に噛合されたピニオンギヤ４６を自転、かつ公転可能に保持するキャリヤ４７とを有している。また、第３の遊星歯車変速機構３９は、シングルピニオン型の遊星歯車機構である。この第３の遊星歯車変速機構３９は、同軸上に配置されたサンギヤ４８およびリングギヤ４９と、サンギヤ４８およびリングギヤ４９に噛合されたピニオンギヤ５０を自転、かつ公転可能に保持するキャリヤ５１とを有している。

そして、サンギヤ４０とサンギヤ４４とが一体回転するように連結され、キャリヤ４７，５１およびリングギヤ４１が一体回転するように連結され、リングギヤ４８とサンギヤ４８とが一体回転するように連結されている。そして、キャリヤ４７，５１およびリングギヤ４１は、変速機１９のアウトプットシャフト３０に連結されている。また、変速機１９を構成する回転要素、すなわち、各ギヤおよびキャリヤ同士の連結・遮断・固定を制御する係合装置が設けられている。ここで、係合装置としては油圧制御式または電磁制御式のいずれを用いてもよいが、ここでは、油圧制御式の係合装置を用いる場合について説明する。すなわち、リングギヤ１０を、リングギヤ４５およびサンギヤ４８に対して連結・解放するクラッチＣ１が設けられており、リングギヤ１０を、サンギヤ４０，４４に対して連結・解放するクラッチＣ２が設けられている。また、サンギヤ４０，４４の回転・停止を制御するブレーキＢ１が設けられ、キャリヤ４３の回転・停止を制御するブレーキＢ２が設けられ、リングギヤ４９の回転・停止を制御するブレーキＢ３が設けられている。なお、図７のその他の構成は図２に示された構成と同じである。

図７に示された変速機１９を制御するシフトポジションとして、例えば、Ｐ（パーキング）ポジション、Ｒ（リバース）ポジション、Ｎ（ニュートラル）ポジション、Ｄ（ドライブ）ポジションなどを選択的に変更可能である。そして、図７に示された変速機１９においては、Ｄポジションが選択された場合は、例えば、第１速（１ｓｔ）および第２速（２ｎｄ）および第３速（３ｒｄ）および第４速（４ｔｈ）および第５速（５ｔｈ）の変速段を、選択的に切り換え可能である。Ｄポジションで各変速段を設定する場合、ＮポジションまたはＲポジションが選択された場合における係合装置の制御状態を、図８により説明すると、「○」印は係合装置が係合されることを示し、空欄は係合装置が解放されることを示している。すなわち、第１速を設定する場合は、クラッチＣ１およびブレーキＢ３が係合され、かつ、クラッチＣ２およびブレーキＢ１およびブレーキＢ２が解放される。また、第２速を設定する場合は、クラッチＣ１およびブレーキＢ２が係合され、かつ、クラッチＣ２およびブレーキＢ１およびブレーキＢ３が解放される。さらに、第３速を設定する場合は、クラッチＣ１およびブレーキＢ１が係合され、かつ、クラッチＣ２およびブレーキＢ２，Ｂ３が解放される。さらに、第４速または第５速を設定する場合は、クラッチＣ１，Ｃ２が係合され、かつ、クラッチＣ２およびブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３が解放される。第４速または第５速を設定する場合は、変速機１９の制御は同じとなり、動力分配装置８の制御が異なる。この点については後述する。また、Ｒポジションが選択された場合は、クラッチＣ２が係合され、かつ、クラッチＣ１およびブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３が解放される。なお、ＮポジションまたはＰポジションが選択された場合は、全ての係合装置が解放される。

つぎに、Ｄポジションが選択された場合における変速機１９の回転要素の状態を、図９の共線図に基づいて説明する。図９において、「正」とは正回転であり、「逆」とは逆回転である。まず第１速が選択された場合は、クラッチＣ１が係合されるとともに、エンジン２またはモータ・ジェネレータ３の少なくとも一方のトルクが、変速機１９のサンギヤ４８に入力される。また、ブレーキＢ３の係合により停止しているリングギヤ４９が反力要素となり、キャリヤ５１から出力されたトルクがアウトプットシャフト３０に伝達される。この第１速が選択された場合は、サンギヤ４８の回転速度に対して、キャリヤ５１の回転速度の方が減速される。すなわち、変速機１９の変速比は「１」よりも大きくなる。

また、第２速が選択された場合は、クラッチＣ１が係合され、かつ、ブレーキＢ２が係合されるとともに、エンジン２またはモータ・ジェネレータ３の少なくとも一方のトルクが、変速機１９のリングギヤ４５に入力され、停止しているキャリヤ４３が反力要素となり、キャリヤ５から出力されたトルクがアウトプットシャフト３０に伝達される。この第２速が選択された場合は、リングギヤ４５の回転速度に対して、キャリヤ５１の回転速度の方が減速される。すなわち、変速機１９の変速比は「１」よりも大きくなる。なお、入力回転数が同じである場合を想定すると、第１速におけるキャリヤ５１の回転速度の方が、第２速におけるキャリヤ５１の回転速度よりも低くなる。すなわち、第１速が設定された場合の変速比の方が、第２速が設定された場合の変速比よりも大きくなる。

つぎに、第３速が選択された場合は、クラッチＣ１が係合され、かつ、ブレーキＢ１が係合されるとともに、エンジン２またはモータ・ジェネレータ３の少なくとも一方のトルクが、変速機１９のリングギヤ４５に入力され、停止しているサンギヤ４４が反力要素となり、キャリヤ５１から出力されたトルクがアウトプットシャフト３０に伝達される。この第３速が選択された場合は、リングギヤ４５の回転速度に対して、キャリヤ５１の回転速度の方が減速される。すなわち、変速機１９の変速比は「１」よりも大きくなる。なお、入力回転数が同じである場合を想定すると、第２速におけるキャリヤ５１の回転速度の方が、第３速におけるキャリヤ５１の回転速度よりも低くなる。すなわち、第２速が設定された場合の変速比の方が、第３速が設定された場合の変速比よりも大きくなる。

一方、第４速または第５速が設定された場合は、第１の遊星歯車変速機構３７を構成する回転要素、第２の遊星歯車変速機構３８を構成する回転要素、第３の遊星歯車変速機構３９を構成する回転要素が、全て一体回転する。すなわち、第４速または第５速が設定された場合、変速機１９の変速比は「１」となる。言い換えれば、変速機１９の入力回転要素と出力回転要素とが直結状態となる。なお、第４速が設定される場合は、動力分配装置８でモータ・ジェネレータ１６が停止されず、第５速が設定される場合は、動力分配装置８でモータ・ジェネレータ１６が停止される（回転数ゼロである）点が相違する。さらに、Ｒポジションが選択された場合は、クラッチＣ２およびブレーキＢ３が係合されるため、サンギヤ４４が入力要素となり、リングギヤ４９が反力要素となり、キャリヤ５１が逆回転する。なお、図９の共線図においては、エンジン回転数が一定である場合を示してある。この図７に示された構成の変速機１９を有する車両１においても、図１の制御例を実行可能であり、前述と同様の効果を得られる。

図１０は、Ｄポジションが選択され、かつ、モータ・ジェネレータ１６のトルクによりエンジン２をクランキングさせる場合に相当する共線図である。ここでは、第１速が設定されている場合を示す。すなわち、ブレーキＢ３が係合されてリングギヤ４９が停止しており、クラッチＣ１が係合されて、モータ・ジェネレータ３とサンギヤ４８とが一体回転するように連結されている。アウトプットシャフト３０が正方向に回転しており、エンジン２が空転している場合に、エンジン２を始動させる条件が成立して、モータ・ジェネレータ１６が正回転で力行制御されて、エンジン２がクランキングされている。

図１１は、Ｒポジションが選択され、かつ、エンジン２をクランキングさせる場合に相当する共線図である。ブレーキＢ３が係合されてリングギヤ４９が停止しており、アウトプットシャフト３０が逆方向に回転している。また、クラッチＣ２が係合されて、モータ・ジェネレータ３が正方向に回転し、エンジン２が空転している。ここで、エンジン２を始動させる条件が成立して、モータ・ジェネレータ１６が正回転で力行制御されて、エンジン２がクランキングされている。

以上のように、図１の制御例を実行すると、低温始動条件が成立してエンジン２を始動する場合に、インプットシャフト１４を含む動力伝達系で共振が発生しにくくなるように、モータ・ジェネレータ３，１６のいずれのトルクをエンジン２に伝達するかが制御される。より具体的には、モータ・ジェネレータ３，１６を共に電動機として駆動させて、モータ・ジェネレータ３，１６からエンジン２に至る動力伝達経路のイナーシャモーメントもしくはイナーシャトルクを大きくして、エンジン２の始動時に共振および騒音が発生することを抑制できる。また、モータ・ジェネレータ１６はエンジン２を始動する機能と、動力分配装置８の変速比を制御する機能とを兼備している。また、動力分配装置８は遊星歯車機構により構成されているため、その回転要素同士の回転数の比を変更（ギヤの設計を変更）すれば、動力伝達経路のイナーシャモーメントもしくはイナーシャトルクを任意に調整でき、動力伝達系の共振および振動を一層確実に抑制できる。さらに、動力分配装置８の遊星歯車機構を構成する３個以上の回転要素を共線図上に配置した場合に、モータ・ジェネレータ３，１６の間にエンジン２が配置されているため、モータ・ジェネレータ３，１３を共に駆動させ、エンジン２を始動させることができる。したがって、動力伝達装置のイナーシャモーメントをより大きくすることができ、動力伝達系の共振および振動を一層確実に抑制できる。

ここで、図２および図７に示された構成と、この発明の構成との対応関係を説明すると、モータ・ジェネレータ３，１６が、この発明における電動機に相当し、エンジン２が、この発明のエンジンに相当し、モータ・ジェネレータ３，１６が、この発明の始動機構および電動機に相当し、車輪５が、この発明における車輪に相当し、動力分配装置８が、この発明における第１の変速機構に相当し、変速機１９が、この発明における第２の変速機構に相当し、クラッチＣ１，Ｃ２およびブレーキＢ１，Ｂ２，Ｂ３が、この発明のクラッチ（係合装置）に相当し、動力分配装置８およびインプットシャフト１４およびダンパ機構１５が、この発明の「始動機構からエンジンに至る動力伝達経路」に相当し、動力分配装置８が、この発明の無段変速機に相当し、サンギヤ９およびリングギヤ１０およびキャリヤ１２が、この発明の「３個以上の回転要素」および「遊星歯車機構」に相当する。また、図１に示された機能的手段と、この発明の構成との対応関係を説明すると、ステップＳ１が、この発明の判断手段に相当し、ステップＳ５が、この発明の始動機構制御手段に相当する。また、動力分配装置を構成する無段変速機は、電動機の出力を制御することにより、変速比が無段階に制御される電気的無段変速機である。

なお、動力分配装置８としてシングルピニオン型の遊星歯車機構が用いられているが、動力分配装置として、ダブルピニオン型の遊星歯車機構を用いることが可能である。この場合、共線図上で２個のモータ・ジェネレータの間にエンジンが配置されるように、各回転要素同士を連結することになる。また、動力分配装置として、４個の回転要素を有し、いずれかの回転要素を入力要素、反力要素、出力要素として選択的に切り換えられるように構成されたものを用いることも可能である。また、動力分配装置から車輪に至る経路に配置される変速機は、Ｄポジションで第５速以上の変速段を設定可能な有段変速機であってもよい。さらにさらに、有段変速機としては、シンクロナイザ機構により、変速段を制御するように構成された変速機を用いることも可能である。また、動力分配装置から車輪に至る経路に配置される変速機は、前述したような有段変速機の他、無段変速機であってもよい。無段変速機は、入力回転数と出力回転数との比を無段階に（連続的に）変更可能な変速機であり、例えば、トロイダル式無段変速機、ベルト式無段変速機などを用いることが可能である。さらに、図１に示された制御例は、エンジンおよび２個のモータ・ジェネレータが、前輪（車輪）に対して動力伝達可能に連結された構成の前輪駆動車（二輪駆動車）、エンジンおよび２個のモータ・ジェネレータが、後輪（車輪）に対して動力伝達可能に連結された構成の前輪駆動車（二輪駆動車）のいずれでも実行可能である。さらに、図１に示された制御例は、エンジンおよび２個のモータ・ジェネレータが、前輪および後輪の両方に対して動力伝達可能に連結された構成の四輪駆動車でも実行可能である。この発明において、クラッチとしては、油圧制御式クラッチ、電磁制御式クラッチのいずれを用いてもよい。

この発明に係るエンジンの始動制御装置の制御例を示すフローチャートである。この発明が適用されたハイブリッド車のパワートレーンおよびその制御系統を示す概念図である。図２に示された車両の電子制御装置に入力される信号、および電子制御装置から出力される信号を示す概念図である。図２に示された変速機で、Ｄポジションで各変速段を設定する場合、およびＲポジションが選択された場合の係合装置の作動状態を示す図表である。図２に示された動力分配装置および変速機で、各シフトポジションを設定する場合における共線図である。この発明でエンジンを始動させる場合の対応するタイムチャートである。この発明が適用されたハイブリッド車のパワートレーンおよびその制御系統の他の例を示す概念図である。図７示された変速機で、Ｄポジションで各変速段を設定する場合、およびＲポジションが選択された場合の係合装置の作動状態を示す図表である。図７に示された動力分配装置および変速機で、各シフトポジションを設定する場合における共線図である。図７に示された動力分配装置および変速機で、Ｄポジションが選択され、かつエンジンを始動する場合における共線図である。図７に示された動力分配装置および変速機で、Ｒポジションが選択され、かつエンジンを始動する場合における共線図である。

符号の説明

１…車両、２…エンジン、３，１６…モータ・ジェネレータ、５…車輪、８…動力分配装置、９…サンギヤ、１０…リングギヤ、１２…キャリヤ、１４…インプットシャフト、１５…ダンパ機構、１９…変速機、Ｃ１，Ｃ２…クラッチ、Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３…ブレーキ。

Claims

電動機によりエンジンの始動をおこなうエンジンの始動制御装置において、
前記エンジンを始動させる複数の電動機を含む始動機構が設けられており、
この始動機構は、相互に差動回転可能な３個以上の回転要素を有する遊星歯車機構を有しており、この遊星歯車機構を構成する異なる回転要素に前記複数の電動機および前記エンジンが連結されているとともに、
前記複数の電動機に供給される電力が相対的に小電力となるとして予め定められた低温状態で前記エンジンを始動させる低温始動条件が成立した否かを判断する判断手段と、
前記低温始動条件が成立した場合は、前記エンジンを始動させる際の共振発生回転数を相対的に低回転数域に移行させるように、複数の電動機で前記エンジンを始動させて前記始動機構から前記エンジンに至る動力伝達経路のイナーシャモーメントを相対的に大きくする制御をおこなう始動機構制御手段と
を有することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
前記遊星歯車機構は、入力回転数と出力回転数との間における変速比を無段階に制御することの可能な第１の変速機構としての無段変速機であり、この無段変速機の下流にはクラッチが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
前記無段変速機の下流には第２の変速機構が設けられており、この第２の変速機構が前記クラッチを有することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジンの始動制御装置。
前記複数の電動機のうちいずれかの電動機は、前記無段変速機と前記クラッチとの間の経路に設けられていることを特徴とする請求項２または３に記載のエンジンの始動制御装置。
前記無段変速機は、前記遊星歯車機構を構成する反力要素に接続された電動機の出力を制御することにより、変速比を無段階に制御することが可能に構成されており、
前記第２の変速機構は、クラッチのトルク容量を制御することにより、入力回転数と出力回転数との間における変速比を制御することが可能に構成されていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載のエンジンの始動制御装置。
前記遊星歯車機構を構成する３個以上の回転要素を共線図上に配置した場合に、複数の電動機の間に前記エンジンが配置されるように、前記複数の回転要素に対して、前記エンジンおよび複数の電動機が連結されていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のエンジンの始動制御装置。