JP5183803B2 - ハイブリッドドライブトレーンの内燃機関の始動方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関と、少なくとも１つのさらなる機械、特に電気機械とを有し、
前記内燃機関とさらなる機械の間に分離クラッチが配設され、
前記内燃機関の目下のクランク軸角度を検出するクランク角センサが設けられている、ハイブリッドドライブトレーンの内燃機関の始動のための方法及び装置に関している。

ハイブリッド車両の多くは２つの異なった駆動装置、例えば燃料を用いて作動される内燃機関と、電気的なエネルギーを電気的な蓄積装置に供給する電気機械とを有している。このハイブリッド車両は時折、電気機械だけを用いて駆動されることがある。しかしながら電気的なエネルギーが底をついたときには内燃機関が始動され、車両がそれによって駆動される。内燃機関が作動している間は、発電機が駆動され得る。この発電機も電気的なエネルギーを生成し、このエネルギーは電気的な蓄積装置に蓄えられる。その結果、車両の電気的な作動モードが可能になる。

内燃機関のスタートに対しては様々な方法が存在する。ドイツ連邦共和国特許出願第１９６４５９４３号明細書では、２つの異なるスタート手法の可能なスターターユニットが提案されている。一方のスタート手法はインパルススタートで、他方のスタート手法はダイレクトスタートである。前記インパルススタートは、有利にはエンジンがまだ暖まっていない冷えた状態において、フライホイールの遠心力エネルギーを用いて実施される。それに対してダイレクトスタートは、エンジンが暖まっている状態、例えば信号待ちのアイドリングストップのような状況において用いられる。これにより、そのつどの有利なスタート手法が内燃機関の温度に依存して自動的に選択される。

発明の開示
本発明は、ハイブリッドトライブトレーンの内燃機関の始動のための方法ないし装置に関するものである。このハイブリッドドライブトレーンは内燃機関と少なくとも１つのさらなる機械、特に電気機械を有している。内燃機関とさらなる機械の間には、分離クラッチが配設されている。さらに内燃機関のクランク軸角度を検出するクランク角センサ系が設けられている。このクランク角センサ系は例えば回転方向識別機能を備えた回転数センサからなっていてもよい。このケースでは相応する評価アルゴリズムを用いることによって、内燃機関の現下のクランク軸角度が確定できる。本発明によれば、高圧バッテリーが設けられているが、ここではこの高圧バッテリーは実質的に放電する。そのため特にこの高圧バッテリーのエネルギーは、電気機械を用いた内燃機関の始動をさせるのにはもはや不十分となる。従って内燃機関の始動を実施するためには、以下の方法ステップが実施される。すなわち、
ａ）分離クラッチを開放するか若しくは既に開放されているステップ、
ｂ）さらなる機械を加速するステップ、
ｃ）さらなる機械の加速過程終了後に分離クラッチを閉成し、それと共に内燃機関を加速するステップ、
ｄ）クランク角センサ系が好適なクランク軸角度を供給すると同時に内燃機関をダイレクトスタート手法を用いて始動するステップ。

本発明の技術的な背景は、高圧バッテリーが放電した場合であっても、内燃機関を始動することのできる手段にある。高圧バッテリーは、通常の状態では、電気機械を駆動しかつ内燃機関も従来方式のように少なくとも機関をアイドリング速度まで加速させて燃料を噴射し点火を行って始動させるのに十分なエネルギーを供給し得る。しかしながら高圧バッテリーが放電した状態になってしまった場合には、内燃機関のインパルス方式による始動とダイレクトスタート方式による始動が試みられる。インパルス方式のもとでは、内燃機関が少なくともクランキングされる。そして適切なクランク軸角度が検出されると直ちにダイレクトスタート方式によって内燃機関が始動される。インパルススタート方式では内燃機関とさらなる機械の間の分離クラッチが開かれた状態で当該さらなる機械が加速される。続いて分離クラッチの閉成により、内燃機関がクランキングされる。この場合クランク角センサ系はクランク軸の位置を検出する。そして適切なクランク軸角度が検出されると直ちにダイレクトスタート方式が実施される。このダイレクトスタート方式ではシリンダ内に燃料が噴射され、噴射された燃料が点火される。その際丁度適切なクランク軸角度位置にあるシリンダで燃料が噴射される。この適切な位置とは、上死点の後にあり、それに伴う燃料の点火によって内燃機関が始動される。

この発明の利点は、内燃機関の従来の始動方式ではもはや高圧バッテリーが十分なエネルギーを提供できないような状況においても、内燃機関をどのように始動することができるかを示すことができる点である。つまりここではインパルススタート方式とダイレクトスタート方式の組み合わせを用いて内燃機関が始動される。そして内燃機関が作動した場合には、高圧バッテリーを再び充電することができる。これについては内燃機関がジェネレータと接続され、この発電機が高圧バッテリーを充電するための電気エネルギーを提供する。

本発明の別の有利な実施例によれば、低圧バッテリーが設けられる。この構成では、さらなる機械の加速がこの低圧バッテリーのエネルギーを用いて実施される。この構成の技術的背景は、トラクションバッテリーとも称される高圧バッテリーの他にも、しばしば車両内には搭載電源としてのバッテリーやスターターバッテリーが設けられているということにある。これらのバッテリーは、車両の搭載電源網や制御機器の給電に用いられている。つまり高圧バッテリーは、主に２４Ｖ以上の電圧を有する高圧電源網の給電に用いられ、低圧バッテリーは例えば約１２Ｖの低圧電源網の給電に用いられる。本願発明はこのような構成においては低圧バッテリーのエネルギーを、内燃機関とは別のさらなる電気機械の加速に使用する。この電気機械の回転エネルギーを用いてインパルススタート方式が開始される。この構成の利点は、低圧バッテリーからの既存のエネルギーをさらなる電気機械の加速に用いることができる点にある。つまり内燃機関は、例えばローリングロードダイナモメータを介した駆動や車両の押しがけ、スタータケーブルや充電ケーブルを用いた外部からのエネルギー供給などの支援手段なしで始動することができる。

本発明の別の構成によれば、さらにインバータが設けられ、それによって低電圧バッテリーの低電圧がインバータを用いて変換され、この変換された電圧を用いてさらなる電気機械が駆動され得る。この構成の技術的背景は、車両内において１つ以上の電圧レベルが存在しているときには大抵インバータが設けられていることにある。このインバータにより、１つの電圧レベルのエネルギーが別の電圧レベルのエネルギーに変換され得る。つまりインバータは、低圧バッテリーのエネルギーを用いてさらなる（電気）機械を駆動するのに利用することができる。この構成の利点は、さらなる機械を低圧バッテリーのエネルギーを用いて駆動させることができる点にある。

本発明のさらに別の構成によれば、ハイブリッドドライブトレーンの被駆動側とさらなる機械の間にさらなるクラッチが設けられる。このクラッチは、本願発明の前記方法ステップａ）〜ｄ）の実施の間は開かれている。この構成の技術的背景は、内燃機関の始動のための方法が、被駆動側から作用する作用力による影響を受けないことにある。つまりこの構成の利点は、制動トルクも、駆動トルクも、前記被駆動側を介してさらなる機械若しくは内燃機関に達することがない点にある。

本発明の別の有利な構成によれば、ハイブリッドドライブトレーンが被駆動側を有し、さらなる機械がこの被駆動側からのエネルギーを用いて加速される。この被駆動側は特に駆動輪を有している。それにより、駆動され回転している駆動輪からのエネルギーをさらなる機械の加速のために用いることができるようになる。この技術的な背景は、場合によっては存在する被駆動側からのエネルギーがさらなる機械の加速のために用いられることにある。従ってこの構成の利点は、既存の電気エネルギーに依存することなくさらなる機械の加速が可能になることである。

別の有利な構成によれば、ハイブリッドドライブトレーンの被駆動側とさらなる機械の間のさらなるクラッチが前記方法ステップｂ）の間は閉じられている。この技術的な背景は、被駆動側からのエネルギーをさらなる機械に伝達できるようにするためには、さらなるクラッチがつながっていなければならないことにある。この構成の利点は、場合によって存在する電気的なエネルギーに依存することなく、さらなるクラッチの閉成によって、被駆動側からのエネルギーをさらなる機械に到達させ得る点にある。

さらに別の有利な構成によれば、内燃機関の始動のための前記方法が、実質的に放電された高圧バッテリーの充電過程の開始に用いられる。この技術的な背景は、この内燃機関の始動のためのバリエーション的方法のきっかけが、実質的に放電された状態の高圧バッテリーにあることによる。そのため通常のスタート方式では不可能である。この通常のスタート方式は高圧バッテリーの再充電によって可能となる。この構成の利点は、高圧バッテリー用の外部からの充電機器の存在に依存することなく、高圧バッテリーの再充電が可能となる点にある。

本発明の別の構成によれば、前記方法が工場において実施される。この技術的な背景は、放電された高圧バッテリーを有する車両では、例えばその原因が高圧バッテリー自体の欠陥にあって修理工場に持ち込んでの修理を必要とするケースがあるからである。従ってこの修理には高圧バッテリーの充電も含まれる。この場合有利なことは、そのための外部からの充電器を何も必要としないことである。そのときには内燃機関を始動した後で当該車両が、放電した高圧バッテリーを再充電する。

本発明のさらに別の構成によれば、さらなる機械の回転数を検出する回転数センサが設けられる。この場合は当該回転数センサが予め定められた値を上回る回転数の値を供給するまで、前記方法ステップｂ）が実施される。これについての技術的な背景は、内燃機関を加速するための前記方法ステップｃ）の完全な実施のためには所定の回転エネルギーが必要とされることにある。この構成の利点は、内燃機関の十分なクランキングに対して過不足のない回転エネルギーが存在した後でのみ、前記方法ステップｃ）が実施される点にある。

別の有利な実施例によれば、内燃機関の温度を検出するための温度センサが設けられる。この温度センサから供給された値に依存して、当該方法の変更が実施される。特にこの方法は、前記温度センサが予め定められた値を超える値を供給した場合に変更される。この構成の技術的な背景は、インパルススタート方式の実施もダイレクトスタート方式の実施も温度に依存して行われることにある。

さらに別の実施例によれば、前記方法が次のように変更されて実施される。すなわちハイブリッドドライブトレーンの内燃機関の始動のための方法が実施されないように変更が行われる。この構成の技術的な背景は、内燃機関の過度に高い温度が生じている場合には、ダイレクトスタート方式がうまくいかない可能性が高いことによる。従ってこの構成の利点は、そのようなケースにおいて電気機械を加速するための大事なエネルギーが失われないようになることである。

さらに別の有利な実施例によれば、前記方法の方法ステップｄ）が次のように変更される。すなわち、クランク角センサ系が少なくとも２回、適切なクランク軸角度値を供給しない限り、ダイレクトスタート方式を用いた内燃機関の始動がなされないように変更される。この構成の技術的な背景も、内燃機関の過度に高い温度が生じている場合には、ダイレクトスタートがうまくいかない可能性が高いことによる。そのためここではクランク角センサ系が少なくとも２回、適切なクランク軸角度の値を供給するまでの間のダイレクトスタートの遅延によって、内燃機関が流入／排出空気により冷却される。この構成の利点は、内燃機関の温度が過度に高い場合であっても、加速されたさらなる機械のエネルギーが内燃機関の始動のために利用できる点にある。

本発明の実施例は図面に示されており、それらの図面に基づいて以下の明細書で本発明の実施例を詳細に説明する。

ハイブリッドドライブトレーンを示した図 ハイブリッドドライブトレーンのさらなる構成要素を示した図 本発明によるハイブリッドドライブトレーンの内燃機関の始動方法を表した図

図１にはハイブリッドドライブトレーンが符号１００で示されており、このハイブリッドドライブトレーン１００は、内燃機関１０１と、さらなる機械、特に電気機械１０３を有している。ハイブリッドドライブトレーン１００の被駆動側は、変速機１０５とドライブシャフト１０６並びにそれらに所属する駆動輪１０７からなっている。内燃機関１０１とさらなる機械１０３の間には、いわゆる分離クラッチ１０２が設けられている。この分離クラッチ１０２の開いた状態では、当該２つの駆動装置（１０１，１０３）は互いに依存することなく回転する。分離クラッチ１０２が閉じられると、内燃機関１０１はさらなる機械１０３と実質的に捻れなく接続される。さらなる機械（電気機械）１０３と、被駆動側との間にはさらなるクラッチ１０４が存在している。このさらなるクラッチ１０４が開いている状態では、当該被駆動側は、さらなる機械１０３に依存することなく回転する。このさらなるクラッチ１０４が閉じられた状態においては、前記のさらなる機械１０３が当該の被駆動側と実質的に捻れなく接続される。車両の構成に応じてさらなるクラッチ１０４は、慣用的なクラッチ、例えば摩擦クラッチであってもよい。自動変速機のケースでは、前記変速機１０５はさらなるクラッチ１０４と共に共通の部材内で実現されてもよい。特にこのさらなるクラッチ１０４は、トルクコンバータまたは発進要素として形成されてもよい。この機械的な構造は、車両をさらなる機械１０３のみで駆動することも、あるいは内燃機関１０１と協働して駆動することも可能である。また内燃機関だけで車両を駆動し、その後でさらなる機械１０３を駆動することも可能である。被駆動側はこのさらなるクラッチ１０４を用いて前記２つの駆動装置から完全に切り離される。別の側では、クラッチ１０２と１０４の開放によってさらなる機械１０３のみを駆動させることも可能である。またその他にも例えば車両の押しがけのときやローリングロードダイナモメータ上で、前記さらなるクラッチ１０４をつなげることによって、前記さらなる機械１０３を被駆動側を介して駆動させることも可能である。特にローリングロードダイナモメータのケースは特に修理工場において有利である。さらなるクラッチ１０４を開くことによって、前記被駆動側とハイブリッドドライブトレーン１００の間のエネルギーの流れが遮断される。これにより、分離クラッチ１０２をつなぐことによってさらなる機械１０３のエネルギーを内燃機関１０１に伝達することが可能になる。

図２には、ハイブリッドドライブトレーンのさらなる構成要素が示されている。図中、目下のクランク軸角度を検出するクランク角センサ系２０９と、さらなる機械１０３の回転数を検出する回転数センサ系２１３と、内燃機関１０１の温度を検出する温度センサ系２１４が示されている。さらに高圧バッテリー２０８が描写されている。この高圧バッテリー２０８は、前記さらなる機械、特に電気機械１０３を駆動するのに適した電圧を有している。この高圧バッテリー２０８はトラクションバッテリーとも称される。それに対して低圧バッテリー２１１は、車両の比較的小さなオプション機器や制御機器の給電に用いる比較的低い電圧を有している。この低圧バッテリーは、しばしば搭載電源用バッテリー若しくはスターターバッテリーとも称される。高圧バッテリー２０８と低圧バッテリー２１１の２つの電圧レベルは、ここではインバータ２１２を介して結合される。このインバータ２１２はインバータの機能も変換装置の機能も担っている。符号２１０は制御機器を表している。この制御機器２１０は、図面の構成要素と、接続線路２１５を用いてハイブリッドドライブトレーン１００の構成要素の制御装置と通信している。また前述の個々の構成要素及び／又は制御装置を制御機器２１０内に集積して統合することも可能であるし外部に配設することも可能である。

図３には、内燃機関１０１を有するハイブリッドドライブトレーン１００の内燃機関１０１を始動するための方法が示されている。ステップ３０１では、当該の方法が開始される。ステップ３０２では、高圧バッテリー２０８が実質的に放電されているか否かが検査される。放電しているケースにおいて、高圧バッテリー２０８のエネルギーがさらなる機械１０３の十分な加速のためにはもはや不十分であることが判明した場合には、内燃機関１０１の確実な始動を実施すべく、当該方法が後続のステップ３０３において実施される。放電していないケースでは、当該方法が再びステップ３０１の当該方法の開始までフィードバックされる。ステップ３０３では、分離クラッチ１０２が開かれていることが確認される。それは既に開いているか、又はまだ閉じているときには開かれる。ステップ３０４では、さらなる機械１０３が加速される。電気機械のケースではこの加速は電気的エネルギーの供給、例えば電気機械への電圧の印加によって行われる。代替的に、被駆動側のエネルギーをさらなるクラッチ１０４の閉成によってさらなる機械へ伝達することも考えられる。それに続くステップ３０５では、さらなる機械１０３のエネルギーが分離クラッチ１０２の閉成によって内燃機関１０１に伝達される。これにより、内燃機関１０１が加速され、クランキングが行われる。ステップ３０６は、クランク角センサ系２０９が適切なクランク軸角度を供給するまで実施される。それにより内燃機関１０１は、ダイレクトスタート方式を用いて始動され得る。このダイレクトスタート方式はステップ３０７において実行される。ステップ３０８では当該方法が終了される。

Claims (12)

1. 内燃機関（１０１）と、少なくとも１つの電気機械（１０３）とを有し、
   前記内燃機関（１０１）と前記電気機械（１０３）の間に分離クラッチ（１０２）が配設され、
   前記内燃機関（１０１）の目下のクランク軸角度を検出するクランク角センサ系（２０９）が設けられており、
   前記電気機械（１０３）を駆動するために高圧バッテリー（２０８）が設けられており、該高圧バッテリー（２０８）は、通常の状態では、前記電気機械（１０３）を駆動することにより、前記内燃機関（１０１）を少なくともアイドリング速度まで加速させて燃料を噴射し点火を行って前記内燃機関（１０１）を始動させるのに十分なエネルギーを供給する、
   ハイブリッドドライブトレーン（１００）の内燃機関（１０１）を始動するための方法において、
   前記高圧バッテリー（２０８）が実質的に放電していて、もはや前記内燃機関（１０１）の前記始動に十分なエネルギーが供給されない場合に、内燃機関（１０１）を始動するための以下の方法ステップ、すなわち、
   ａ）前記分離クラッチ（１０２）が開放されていない場合、前記分離クラッチ（１０２）を開放するステップと、
   ｂ）前記電気機械（１０３）を加速するステップと、
   ｃ）前記電気機械（１０３）の加速過程の終了後に前記分離クラッチ（１０２）を閉成し、それと共に前記内燃機関（１０１）を加速し、少なくともクランキングさせるステップと、
   ｄ）クランク角センサ系（２０９）が所定のクランク軸角度を供給すると、その際上死点の後にあるシリンダ内に燃料を噴射し点火することにより内燃機関（１０１）をダイレクトスタート方式を用いて始動するステップが実施されるようにしたことを特徴とする方法。
2. さらに低圧バッテリー（２１１）が設けられており、前記ステップｂ）の期間中において、該低圧バッテリー（２１１）からのエネルギーを用いて前記電気機械（１０３）が加速される、請求項１記載の方法。
3. インバータ（２１２）が設けられており、該インバータ（２１２）を用いて前記低圧バッテリー（２１１）の低圧電圧は、前記電気機械（１０３）が作動され得るくらいに高い電圧へ変換される、請求項２記載の方法。
4. 前記ハイブリッドドライブトレーン（１００）の被駆動側と前記電気機械（１０３）との間にさらなるクラッチ（１０４）が設けられ、該さらなるクラッチ（１０４）が前記方法ステップａ）〜ｄ）の実施期間中に前記内燃機関（１０１）の始動のために開かれる、請求項１〜３いずれか１項記載の方法。
5. 前記ハイブリッドドライブトレーン（１００）の被駆動側が駆動輪（１０７）を有しており、前記ステップｂ）の期間中において、前記電気機械（１０３）が駆動され回転している駆動輪（１０７）からのエネルギーの利用によって加速される、請求項１記載の方法。
6. 前記ハイブリッドドライブトレーン（１００）の被駆動側と前記電気機械（１０３）との間にさらなるクラッチ（１０４）が設けられ、該さらなるクラッチ（１０４）は、前記方法ステップｂ）の期間中は閉じられている、請求項５記載の方法。
7. 前記電気機械（１０３）の回転数検出のために回転数センサ系（２１３）が設けられ、さらに前記回転数センサ系（２１３）が、予め定められた値を上回る回転数値を供給するまでの間、前記方法ステップｂ）が実施される、請求項１から６いずれか１項記載の方法。
8. 前記内燃機関（１０１）の温度を検出するための温度センサ系（２１４）が設けられ、 前記内燃機関（１０１）の始動のための方法ステップの実施の前に前記温度センサ系（２１４）が予め定められた値を上回る値を供給した場合に、前記方法は、クランク角センサ系（２０９）が少なくとも２回、所定のクランク軸角度値を供給して初めてダイレクトスタート方式を用いた内燃機関（１０１）の始動がなされるように前記方法ステップｄ）が変更されて実施される、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
9. 前記内燃機関（１０１）の温度を検出するための温度センサ系（２１４）が設けられ、
   前記内燃機関（１０１）の始動のための方法ステップの実施の前に前記温度センサ系（２１４）が予め定められた値を上回る値を供給した場合に、ハイブリッドドライブトレーン（１００）の内燃機関（１０１）を始動するための方法が実施されない、請求項１から７いずれか１項記載の方法。
10. 始動した内燃機関（１０１）が、高圧バッテリー（２０８）を充電する、請求項１から９いずれか１項記載の方法。
11. 修理をする場合、高圧バッテリー（２０８）を充電する外部充電器を不要とするために、前記方法は工場内で実施される、請求項１から１０いずれか１項記載の方法。
12. 内燃機関（１０１）と、少なくとも１つの電気機械（１０３）とを有し、
    前記内燃機関（１０１）と前記電気機械（１０３）の間に分離クラッチ（１０２）が配設され、
    前記内燃機関（１０１）の目下のクランク軸角度を検出するクランク角センサ系（２０９）が設けられており、
    前記電気機械（１０３）を駆動するために高圧バッテリー（２０８）が設けられており、該高圧バッテリー（２０８）は、通常の状態では、前記電気機械（１０３）を駆動することにより、前記内燃機関（１０１）を少なくともアイドリング速度まで加速させて燃料を噴射し点火を行って前記内燃機関（１０１）を始動させるのに十分なエネルギーを供給する、
    ハイブリッドドライブトレーン（１００）の内燃機関（１０１）を始動するための装置において、
    前記高圧バッテリー（２０８）が実質的に放電していて、もはや前記内燃機関（１０１）の前記始動に十分なエネルギーが供給されない場合に、以下の方法ステップ、すなわち、
    ａ） 前記分離クラッチ（１０２）が開放されていない場合、前記分離クラッチ（１０２）を開放するステップと、
    ｂ） 前記電気機械（１０３）を加速するステップと、
    ｃ） 前記電気機械（１０３）の加速過程の終了後に前記分離クラッチ（１０２）を閉成することによって前記内燃機関（１０１）を加速し、少なくともクランキングさせるステップと、
    ｄ） 前記クランク角センサ系（２０９）が所定のクランク軸角度を供給した場合に、その際上死点の後にあるシリンダ内に燃料を噴射し点火することにより前記内燃機関（１０１）をダイレクトスタート方式を用いて始動するステップを実施する手段が設けられていることを特徴とする装置。

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