JP4544279B2 - ハイブリッド車両のエンジン始動装置。 - Google Patents

Description

本発明は、ハイブリッド車両のエンジン始動装置に関する。

従来から、機械式過給機である所謂スーパーチャージャーが搭載されたエンジンが知られている（特許文献１乃至４参照）。このようなスーパーチャージャーは、エンジンのクランクシャフトから直接動力が伝達されるため、エンジンが低速で回転している場合であっても過給することができ、応答遅れであるターボラグがないというメリットがある。また、スーパーチャージャーを搭載したエンジンは、エンジン始動時のクランキングトルクを低減するため、スーパーチャージャーをエンジンから切り離したうえで、エンジンがクランキングされる。

特開平６−２５５２号公報 特開２００５−１１０４１８号公報 特願２００６−２８１８１５号 特昭和６１−１９９３２号公報

ところで、車両の駆動源として、エンジン及びモータを備えたハイブリッド車両が知られている。ハイブリッド車両においては、走行中であっても、エンジンによる駆動と、モータによる駆動と、またはエンジンとモータとの双方による駆動とに切り替えられるため、車両走行中であってもエンジンが頻繁に停止、再始動される。このようなハイブリッド車両においても、エンジン始動時にエンジンからスーパーチャージャーを切り離すと、ターボラグが発生し、ドライバビリティが低減する恐れがある。

したがって本発明の目的は、ドライバビリティが向上したハイブリッド車両のエンジン始動装置を提供することである。

上記目的は、車両を駆動するエンジンと、前記車両を駆動及び前記エンジンを始動するモータとを有したハイブリッド車両のエンジン始動装置において、前記エンジンの動力によって駆動する機械式過給機と、前記過給機に前記動力が伝達される接続状態と前記動力の伝達が遮断される切断状態とに切替可能なクラッチと、加速時のドライバビリティを向上させるべく前記エンジンが始動する際に前記クラッチを前記接続状態にするクラッチ制御手段とを備えた、ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置によって達成できる。
エンジンを始動するためのモータは、車両を駆動するためにも用いられるためその駆動力が大きく、エンジンと過給機とが接続状態であってもエンジンを始動することができる。これにより、ターボラグをなくすことができ、加速時のドライバビリティを向上させることができる。

上記構成において、前記クラッチ制御手段は、前記モータに電力を供給するバッテリの残容量に応じて、前記エンジンが始動する際に前記クラッチを前記接続状態又は切断状態にする、構成を採用できる。
この構成により、バッテリの残容量が比較的少なく、上記接続状態でエンジンを始動させることができない場合には、切断状態でエンジンが始動でき、バッテリの残容量が比較的多い場合には、上記接続状態でエンジンを始動させることができる。

上記構成において、前記接続状態において前記エンジンの始動に必要とされるクランキングトルクを予測するクランキングトルク予測手段を備え、前記クラッチ制御手段は、前記クランキングトルクの予測結果に応じて、前記エンジンが始動する際に前記クラッチを前記接続状態又は切断状態にする、構成を採用できる。
この構成により、前記接続状態においてエンジンの始動に必要とされるクランキングトルクが比較的大きい場合には、切断状態でエンジンが始動し、クランキングトルクが比較的小さい場合には、接続状態でエンジンが始動する。

上記構成において、前記クランキングトルク予測手段は、前記エンジンの冷却水の温度に基づいて前記クランキングトルクを予測する、構成を採用できる。
エンジンの冷却水の温度が比較的低い場合には、クランキングトルクに影響を与えるエンジンの潤滑油の温度も低いため、潤滑油の粘度が比較的高い状態となり、クランキングトルクが比較的大きくなる。一方、エンジンの冷却水の温度が比較的高い場合には、潤滑油の温度も高いため、潤滑油の粘度が比較的低い状態となり、クランキングトルクが比較的小さくなる。このように、エンジンの冷却水の温度に基づいてクランキングトルクを予想することができる。

本発明によれば、ドライバビリティが向上したハイブリッド車両のエンジン始動装置を提供できる。

以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
図１は、本実施例に係るハイブリッドシステム１のブロック図である。
図１において、ハイブリッドシステム１は、ＥＣＵ１００、エンジン２００、モータＭＧ１、モータＭＧ２、動力分割機構３００、インバータ４００及びバッテリ５００を備え、ハイブリッド車両１２０を制御するシステムである。

ＥＣＵ１００は、ハイブリッドシステム１の動作全体を制御する電子制御ユニットである。ＥＣＵ１００は、図示せぬＲＯＭ（Read Only Memory）及びＲＡＭ（Random Access Memory）を備えており、ＲＯＭに格納された制御プログラムに従って、後述するエンジン始動時の処理を実行することが可能に構成されている。

エンジン２００は、ハイブリッド車両１２０の主たる動力源として機能する。尚、エンジン２００の詳細な構成については後述する。モータＭＧ１は、バッテリ５００を充電するための発電機として機能する。モータＭＧ２は、エンジン２００と共にハイブリッド車両１２０の主たる動力源として機能する。モータＭＧ２は、エンジン２００を始動する際にも用いられる。

動力分割機構３００は、エンジン２００及びモータＭＧ２の駆動力を伝達機構１２１に伝達する。動力分割機構３００による駆動力の分配は任意に変更することができる。

インバータ４００は、バッテリ５００から取り出した直流電力を交流電力に変換してモータＭＧ１、ＭＧ２に供給すると共に、モータＭＧ１、ＭＧ２によって発電された交流電力を直流電力に変換してバッテリ５００に供給することが可能に構成されている。

バッテリ５００はモータＭＧ１、ＭＧ２を駆動するための電源として機能する充電可能な蓄電池である。バッテリ５００には、バッテリ５００の残容量を検出するＳＯＣセンサ５１０が設置されており、ＥＣＵ１００と電気的に接続されている。

次に、図２を参照して、エンジン２００の詳細な構成を説明する。図２は、スーパーチャージャーを備えたエンジンの構成図である。スーパーチャージャー３（機械式過給機）は、エンジンの動力によって駆動し、エンジン２００のクランク軸に設けたクランクプーリ４から電磁クラッチ５を介してベルト駆動される。また電磁クラッチ５は、スーパーチャージャー３にエンジン２００からの動力が伝達される接続状態と、動力の伝達が遮断される切断状態とに切替可能に形成されている。

吸気管２にはスーパーチャージャー３を迂回するバイパス通路６が設けられ、このバイパス通路６にはバイパス制御弁７が配置される。このバイパス制御弁７は機関運転状態に応じてステッパモータ８によって開度制御され、これによってバイパス通路６を介してスーパーチャージャー３の下流側から上流側に還流される空気量を調節して過給圧を制御することができる。

スロットル弁９はスーパーチャージャー３（及びバイパス通路６）の上流側に設けられ、運転者のアクセルペダル（図示せず）の操作に連動して開度が制御される。機関本体１近傍の吸気管２には、吸気ポート１０に向けて燃料を噴射するように燃料噴射弁１１が配置される。ＥＣＵ１００は、点火時期制御、燃料噴射制御、および過給圧制御等を行なう。

ＥＣＵ１００には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６、スロットル弁開度を検出するスロットル弁開度センサ１７、バイパス制御弁開度を検出するバイパス制御弁開度センサ１８、機関回転数を検出するためのクランク角センサ１９からの信号がそれぞれ入力される。一方、ＥＣＵ１００は電磁クラッチ５、ステップモータ８、および燃料噴射弁１１に接続され、これらを制御する。又、ＥＣＵ１００は、電磁クラッチ５をＯＮとする指令を出す時には、電磁クラッチ５をＯＮとする旨のフラグをセットする。また、モータＭＧ２、電磁クラッチ５、ＥＣＵ１００などが、エンジン２００の始動装置として機能する。

次に、ＥＣＵ１００が実行するエンジン始動の際の処理を説明する。図３は、ＥＣＵが実行するエンジン始動処理の一例を示したフローチャートである。

図３に示すよう、ＥＣＵ１００は、ハイブリッド車両１２０停止中であるが、又はモータＭＧ２のみでハイブリッド車両１２０が駆動中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、ドライバからの加速要求があるか否かを判定する（ステップＳ２）。具体的には、ＥＣＵ１００は、アクセル開度や、車速などに基づいて判断する。肯定判定の場合には、ドライバからの加速要求に応じてエンジン２００を駆動する必要があるか否かを判定する（ステップＳ３）。肯定判定の場合には、現在エンジン停止中であるか否かを判定する（ステップＳ４）。

肯定判定の場合には、ＥＣＵ１００は、スーパーチャージャー３とエンジン２００とが接続状態での、エンジン２００の始動に必要されるクランキングトルクを予想する（ステップＳ５）。具体的には、ＥＣＵ１００は、エンジン２００の冷却水の温度センサ（不図示）の出力に基づいて予想する。エンジンの冷却水の温度が比較的低い場合には、クランキングトルクに影響を与えるエンジンの潤滑油の温度も低いため、潤滑油の粘度が比較的高い状態となり、クランキングトルクが比較的大きくなる。一方、エンジンの冷却水の温度が比較的高い場合には、潤滑油の温度も高いため、潤滑油の粘度が比較的低い状態となり、クランキングトルクが比較的小さくなる。従って、エンジン冷却水の温度に基づいて、クランキングトルクを予想できる。

次に、ＥＣＵ１００は、ＳＯＣセンサ５１０からの出力に基づいてバッテリ５００の残容量を取得する（ステップＳ６）。次に、ＥＣＵ１００は、スーパーチャージャー３とエンジン２００とが接続状態でエンジン２００を始動可能か否かを判定する（ステップＳ７）。具体的には、図４のマップに基づいて判断する。図４は、予想されたクランキングトルクと、要求されるバッテリの残容量との関係を示したマップである。要求されるバッテリの残容量とは、具体的には予想されたクランキングトルクにモータＭＧ２が打ち勝ってエンジン２００をクランキングするために必要なバッテリ５００の残容量である。予想されたクランキングトルクが大きいほど、要求されるバッテリの残容量も大きな値となる。

このマップに基づいて、ＥＣＵ１００は、要求されるバッテリ残容量が、ステップＳ６において取得したバッテリ５００の残容量よりも小さい場合には、スーパーチャージャー３とエンジン２００とを接続した状態でエンジン２００を始動する（ステップＳ８）。

要求されるバッテリ残容量が、ステップＳ６において取得したバッテリ５００の残容量よりも大きい場合には、スーパーチャージャー３とエンジン２００とを切断した状態でエンジン２００を始動する（ステップＳ９）。

以上のように、バッテリ５００の残容量及び予想されたクランキングトルクによって、ＥＣＵ１００は、スーパーチャージャー３とエンジン２００とが接続された状態でエンジン２００を始動する。クランキングに用いられるモータＭＧ２は、通常の車両に用いられるスタータモータよりも駆動力が大きいので、このような接続状態であってもエンジン２００を始動することができる。これにより、ターボラグをなくすことができ、加速時のドライバビリティを向上させることができる。

次に、エンジンが始動時のタイミングチャートについて説明する。図５は、エンジンが始動時のタイミングチャートである。ハイブリッド車両１２０がモータＭＧ２によって駆動されている状態から、アクセル開度が大きくなると、ハイブリッド車両１２０がエンジン２００によって駆動される状態へと切り替えられる。アクセル開度が増加し始めた時刻ｔ１にエンジン２００へ始動要求フラグがＯＦＦからＯＮにセットされると同時に、電磁クラッチ５のクラッチフラグがＯＮに設定される（ｔ１）。これにより、電磁クラッチ５はスーパーチャージャー３とエンジン２００とが接続した状態に切り替えられる。次に、モータＭＧ２によってエンジン２００を駆動するための駆動要求フラグがＯＦＦからＯＮにセットされる（ｔ２）。これにより、エンジン２００はモータＭＧ２によってクランキングが開始される。次に、エンジン２００がクランキングによって所定回転数回転すると、燃料が噴射され及びその燃料が点火されることによってエンジン２００が燃焼を開始する（ｔ３）。

エンジン２００は、スーパーチャージャー３と接続した状態でクランキングを開始するため、スーパーチャージャー３の回転数は、クランキング直後から直ちに上昇する（ｔ２）。また、その直後にエンジン２００は駆動し始めるため、更にスーパーチャージャー３の回転数が上昇する。

スーパーチャージャー３とエンジン２００とが切断状態でエンジン２００を駆動する場合、電磁クラッチ５のクラッチフラグは、図５において破線に示すように、エンジン２００がクランキングされて燃焼を開始してから、ＯＮに設定される（ｔ４）。従って、スーパーチャージャー３の回転数の上昇は、スーパーチャージャー３とエンジン２００とが接続状態でエンジン２００を駆動した場合と比較して遅れることになる（ｔ４）。このように、スーパーチャージャー３とエンジン２００とを接続した状態でエンジン２００を始動した場合と、切断した状態でエンジン２００を始動した場合とで、過給圧の立ち上がりに差が生じ、前者の場合には、ターボラグをなくすことができ、加速時のドライバビリティを向上させることができる。

以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

尚、ＥＣＵ１００は、エンジン冷却水の温度に基づいてクランキングトルクを予想するが、潤滑油の温度を検出する温度センサを設けて、潤滑油の温度からクランキングトルクを予想するように構成してもよい。

本実施例に係るハイブリッドシステム１のブロック図である。 スーパーチャージャーを備えたエンジンの構成図である。 ＥＣＵが実行するエンジン始動処理の一例を示したフローチャートである。 予想されたクランキングトルクと、要求されるバッテリの残容量との関係を示したマップである。 エンジンが始動時のタイミングチャートである。

符号の説明

３ スーパーチャージャー（機械式過給機）
５ 電磁クラッチ
１００ ＥＣＵ（クラッチ制御手段、クランキングトルク予想手段）
１２０ ハイブリッド車両
２００ エンジン
５００ バッテリ
５１０ ＳＯＣセンサ
ＭＧ１、ＭＧ２ モータ

Claims (5)

1. 車両を駆動するエンジンと、前記車両を駆動及び前記エンジンを始動するモータとを有したハイブリッド車両のエンジン始動装置において、
   前記エンジンの動力によって駆動する機械式過給機と、
   前記過給機に前記動力が伝達される接続状態と前記動力の伝達が遮断される切断状態とに切替可能なクラッチと、
   加速時において、前記接続状態で前記エンジンが始動可能と判定されたときに前記エンジンが始動する以前に前記クラッチを前記接続状態にするクラッチ制御手段とを備えた、ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。
2. 前記クラッチ制御手段は、前記モータに電力を供給するバッテリの残容量に応じて、前記エンジンが始動する以前に前記クラッチを前記接続状態又は切断状態にする、ことを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置。
3. 前記接続状態において前記エンジンの始動に必要とされるクランキングトルクを予測するクランキングトルク予測手段を備え、
   前記クラッチ制御手段は、前記クランキングトルクの予測結果に応じて、前記エンジンが始動する以前に前記クラッチを前記接続状態又は切断状態にする、ことを特徴とする請求項１又は２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置。
4. 前記クランキングトルク予測手段は、前記エンジンの冷却水の温度に基づいて前記クランキングトルクを予測する、ことを特徴とする請求項３に記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置。
5. 前記モータに電力を供給するバッテリの残容量及び予測されるクランキングトルクに基づいて、前記機械式過給機と前記エンジンとが接続状態で前記エンジンが始動可能か否かを判定する判定手段を設け、
   前記クラッチ制御手段は、前記判定手段の結果に基づいて前記エンジンが始動する以前に前記クラッチを接続状態または切断状態にする、ことを特徴とする請求項１記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置。

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