JP6036248B2 - ハイブリッド車両の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンと、回転軸が該エンジンの出力軸に連結されていて、該エンジンを駆動して始動するとともに該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両の制御装置に関する技術分野に属する。

一般に、この種のハイブリッド車両においては、エンジンの始動要求があった場合には、モータジェネレータによりエンジンを回転させながら（クランキングしながら）、該エンジンにおいて燃料の噴射及び該噴射された燃料の点火を行って該エンジンを始動させる。エンジンの始動後は、エンジンによりモータジェネレータを駆動することで、モータジェネレータによる発電が行われる。

ここで、例えば特許文献１には、エンジンを始動させる際、バッテリ温度又はエンジン水温が所定の低温以下のときに、モータジェネレータの目標回転数を所定の低回転数に設定してエンジンを低回転で回転させ、この後にその目標回転数を所定の高回転数に設定してエンジンを高回転で回転させ、その際、エンジンの目標回転数をその高回転数よりも高い高回転数に設定することが記載されている。

特開２０１２−１０６５１４号公報

ところで、上記ハイブリッド車両において、エンジンの始動性を向上させるために、通常は、エンジン始動時の燃料の噴射量をエンジン始動後よりも多くする。この燃料噴射量の増量は、エンジン水温に関係なく行われる。そのため、特にエンジンの始動及び停止を頻繁に繰り返す場合には、燃費やエミッションが悪化するという問題がある。

エンジン水温が低いときには、上記特許文献１のように、モータジェネレータの駆動回転数を高くしてエンジンを駆動しても、燃料の噴射量を多くしないと、始動性を良好に向上させることは困難であるが、エンジン水温が高いときには、改良の余地がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、エンジンの始動性を悪化させることなく、燃費やエミッションの悪化を出来る限り抑制しようとすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、エンジンと、回転軸が該エンジンの出力軸に連結されていて、該エンジンを駆動して始動するとともに該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両の制御装置を対象として、上記エンジンの冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段と、上記エンジンの始動要求があったときには、上記モータジェネレータを駆動することによって該エンジンを回転させながら、該エンジンにおいて燃料の噴射及び該噴射された燃料の点火を行うことで、該エンジンを始動させ、該エンジンの始動後に該エンジンを、上記モータジェネレータにより発電させるべき発電量に応じて予め設定された設定回転数で運転するとともに、上記エンジンの停止要求があったときには、該エンジンを停止させるべく、上記モータジェネレータ及び上記エンジンの作動を制御する制御手段と、を備え、上記制御手段は、上記エンジンの始動要求があったときに、当該始動要求直前のエンジン停止時からの経過時間が第１所定時間以内でありかつ上記エンジン水温検出手段による検出温度が所定温度以上であるという条件が不成立であるときには、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記設定回転数よりも低い回転数で回転させながら、上記燃料の噴射及び点火を行うことで、上記エンジンを始動させる一方、上記エンジンの始動要求があったときに、上記条件が成立したときには、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記設定回転数よりも高い回転数で回転させながら、上記燃料の噴射及び点火を行うことで、上記エンジンを始動させるように構成されている、という構成とした。

上記の構成により、エンジンの始動要求があったときに、当該始動要求直前のエンジン停止時からの経過時間が第１所定時間以内でありかつエンジン水温検出手段による検出温度が所定温度以上であるという条件が成立したときには、モータジェネレータによりエンジンを、エンジン始動後の目標回転数である設定回転数よりも高い回転数で駆動する。このように、上記条件が成立したときには、エンジンの燃焼室内の温度が十分に高く、上記のような高い回転数でエンジンを回転させることと相俟って、燃料の噴射量を少なくしても、エンジンを容易に始動することができる。したがって、エンジンの始動性を悪化させることなく、燃費やエミッションの悪化を抑制することができる。

上記ハイブリッド車両の制御装置において、上記制御手段は、上記エンジンの始動要求があったときに、上記条件が成立したときには、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記設定回転数よりも高い所定回転数で回転させた後において、該所定回転数から上記設定回転数に向けて低下させながら上記燃料の噴射及び点火を行うことで、上記エンジンを始動させるように構成されている、ことが好ましい。

このことにより、モータジェネレータにより駆動されるエンジンの回転数が所定回転数から設定回転数に向けて低下する際にエンジンが始動することになり、エンジン始動後に、エンジン回転数を設定回転数（目標回転数）に素早く一致させるようにすることができる。

この場合、上記制御手段は、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記所定回転数で第２所定時間回転させた後に、該所定回転数から上記設定回転数に向けて低下させるように構成されている、ことが好ましい。

このことで、モータジェネレータにより駆動されるエンジンの回転数を安定させることができ、この状態から上記設定回転数に向けて低下開始した後に、燃料の噴射及び点火を行うことで、エンジンをより確実に始動することができるようになる。

上記ハイブリッド車両の制御装置において、上記制御手段は、上記条件が成立したときに上記エンジンを始動させる際の上記燃料の噴射量を、上記経過時間に応じて変更するように構成されている、ことが好ましい。

すなわち、上記経過時間が短くなるほど、エンジンの燃焼室内の温度が高くなっているので、燃料の噴射量を少なくしても、エンジンが始動し易くなる。したがって、上記経過時間に応じて燃料の噴射量を、エンジンの始動性を悪化させることなく、燃費やエミッションの悪化を抑制できるような量に設定することができる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両の制御装置によると、エンジンの始動性を悪化させることなく、燃費やエミッションの悪化を出来る限り抑制することができる。

本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車両を示す概略構成図である。 図１に示すハイブリッド車両のエンジン及び制御システムを示す図である。 エンジン始動時におけるエンジン回転数の変化とモータジェネレータの回転軸に作用するトルクの変化とを示すグラフである。 高回転始動条件が成立しない場合（１回目のエンジン始動要求があったとき）及び成立した場合（２回目のエンジン始動要求があったとき）におけるエンジン回転数及び燃料噴射量の変化を示すグラフである。 コントロールユニットによるエンジン始動に関する処理動作の一部を示すフローチャートである。 コントロールユニットによるエンジン始動に関する処理動作の図６に続く一部を示すフローチャートである。 コントロールユニットによるエンジン始動に関する処理動作の残りを示すフローチャートである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る制御装置が搭載されたハイブリッド車両１（以下、単に車両１という）を示す。この車両１は、所謂シリーズ式のハイブリッド車両であって、エンジン１０と、回転軸が該エンジン１０の出力軸（後述のエキセントリックシャフト１３）に連結されていて、エンジン１０を駆動して始動させかつ該始動後のエンジン１０により駆動されて発電するモータジェネレータ２０と、このモータジェネレータ２０によって発電された電力が蓄電（充電）される高電圧・大容量のバッテリ３０と、エンジン１０に駆動されることによるモータジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０の蓄電電力（放電電力）の少なくとも一方の電力で駆動される走行用モータ４０とを備えている。

モータジェネレータ２０、バッテリ３０及び走行用モータ４０の間には、インバータ５０が設けられている。このインバータ５０を介して、モータジェネレータ２０の発電電力が、バッテリ３０及び／又は走行用モータ４０に供給されるとともに、バッテリ３０からの放電電力が、モータジェネレータ２０及び／又は走行用モータ４０に供給される。

走行用モータ４０は、モータジェネレータ２０の発電電力及びバッテリ３０からの放電電力の少なくとも一方が供給されることにより駆動される。この走行用モータ４０の駆動力が、デファレンシャル装置６０を介して、駆動輪としての左右の前輪６１に伝達され、これにより、車両１が走行する。尚、走行用モータ４０は、車両１の減速時には、ジェネレータとして作動して、その発電した電力がバッテリ３０に充電される。また、バッテリ３０は、車両１の外部の電源による外部充電が可能である。

エンジン１０は、モータジェネレータ２０による発電用にのみ使用される。エンジン１０は、本実施形態では、水素タンク７０に貯留されている水素ガスが、燃料として供給される水素エンジンである。

図２に示すように、エンジン１０は、ツインロータ式（２気筒）のロータリピストンエンジンであって、２つの繭状のロータハウジング１１内（気筒内）に形成されるロータ収容室１１ａに、概略三角形状のロータ１２がそれぞれ収容されて構成されている。２つのロータハウジング１１は、３つのサイドハウジング（図示せず）の間に挟み込むようにして該サイドハウジングと一体化されてなり、各ロータハウジング１１とその両側のサイドハウジングとで各ロータ収容室１１ａが形成される。尚、図２では、２つのロータハウジング１１（２つの気筒）を展開した状態で図示しており、２つのロータハウジング１１内の中央部にそれぞれ描いているエキセントリックシャフト１３は、同じものである。

上記各ロータ１２は、その三角形の各頂部に図示しないアペックスシールを有し、これらアペックスシールがロータハウジング１１のトロコイド内周面に摺接しており、このことで、各ロータ１２により各ロータ収容室１１ａ（各気筒内）に３つの作動室（燃焼室に相当）が画成される。そして、各ロータ１２は、該ロータ１２の３つのアペックスシールが各々ロータハウジング１１のトロコイド内周面に当接した状態でエキセントリックシャフト１３の周りを自転しながら、該エキセントリックシャフト１３の軸心の周りに公転するようになっている。ロータ１２が１回転する間に、該ロータ１２の各頂部間にそれぞれ形成された作動室が周方向に移動しながら、吸気、圧縮、膨張（燃焼）及び排気の各行程を行い、これにより発生する回転力がロータ１２を介して出力軸としてのエキセントリックシャフト１３から出力される。

上記各ロータ収容室１１ａには、吸気行程にある作動室に連通するように吸気通路１４が連通しているとともに、排気行程にある作動室に連通するように排気通路１５が連通している。吸気通路１４は、上流側では１つであるが、下流側では、２つの分岐路に分岐してそれぞれ上記各ロータ収容室１１ａに連通している。吸気通路１４の上記分岐部よりも上流側には、ステッピングモータ等のスロットル弁アクチュエータ９０により駆動されて吸気通路１４の断面積（弁開度）を調節するスロットル弁１６が配設されている。吸気通路１４の上記分岐部よりも下流側の各分岐路には、上記水素タンク７０から供給された水素を吸気通路１４内に噴射する予混合用インジェクタ１７が配設されている。この予混合用インジェクタ１７により噴射された水素は空気と混合された状態（予混合状態）で、吸気行程にある作動室に供給される。

上記排気通路１５は、上流側では、各ロータ収容室１１にそれぞれ連通するように２つ設けられているが、下流側では、１つに合流されている。この排気通路１５の該合流部よりも下流側には、排気ガスを浄化するための排気ガス浄化触媒８０が配設されている。この排気ガス浄化触媒８０は、本実施形態では、ＮＯｘ吸蔵還元触媒とされている。尚、図２において吸気通路１４及び排気通路１５に図示した矢印は、吸気及び排気の流れを示している。

上記各ロータハウジング１１（各気筒）には、上記水素タンク７０から供給された水素をロータ収容室１１内（気筒内）に直接噴射する直噴用インジェクタ１８と、上記予混合用インジェクタ１７又は直噴用インジェクタ１８より噴射された水素の点火を行う点火プラグ１９とが設けられている。

予混合用インジェクタ１７は、後述のエンジン水温センサ１０６により検出されたエンジン冷却水の温度（エンジン水温）が、予め設定された設定温度よりも低いときに作動する。一方、直噴用インジェクタ１８は、上記エンジン水温が上記設定温度以上であるときに作動する。これは、上記エンジン水温が上記設定温度よりも低いときには、水素が燃焼した際に生じる水蒸気が氷結してロータハウジング１１のトロコイド内周面に付着し、その付着した氷がロータ１２のアペックスシールによって直噴用インジェクタ１８の噴口内に掻き込まれて直噴用インジェクタ１８からの燃料噴射に支障が生じるからである。上記エンジン水温が上記設定温度以上になれば、直噴用インジェクタ１８の噴口内の氷が溶けるとともに、水素が燃焼した際に生じる水蒸気が氷結することもないので、空気の充填率を高めて高トルクが得られるように直噴用インジェクタ１８から水素を噴射する。

ここで、エンジン１０の始動時においては、その前のエンジン停止直前のエンジン水温が、通常は、上記設定温度以上であり、そのエンジン停止直前に発生した水蒸気は蒸発しているので、始動時における上記エンジン水温が上記設定温度よりも低くても、直噴用インジェクタ１８の噴口内に氷が存在する可能性は低い。そこで、エンジン１０の始動性を高めるべく、直噴用インジェクタ１８から水素を噴射する。そして、エンジン１０の始動後においても、上記エンジン水温が上記設定温度よりも低い場合には、直噴用インジェクタ１８から予混合用インジェクタ１７に切り換えることになる。

尚、本実施形態では、予混合用インジェクタ１７は各分岐路において１つしか設けられていないが、直噴用インジェクタ１８は、各ロータハウジング１１において、エキセントリックシャフト１３の軸方向（図２の紙面に垂直な方向）に２つ並んで配設されている（図２では、１つしか見えていない）。

車両１には、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧を検出するバッテリ電流・電圧センサ１０１と、アクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサ１０２と、車両１の車速を検出する車速センサ１０３と、エキセントリックシャフト１３に設けられ、エキセントリックシャフト１３の回転角度位置を検出する回転角センサ１０４（エンジン１０の回転数を検出するエンジン回転数センサ（エンジン回転数検出手段）を兼ねる）と、エンジン１０の排気ガスの空燃比を検出する空燃比センサ１０５と、ロータハウジング１１の内部に形成されたウォータジャケット（図示せず）に臨んで該ウォータジャケット内を流れる冷却水の温度（エンジン水温）を検出するエンジン水温センサ１０６と、水素タンク７０内の圧力（つまり水素タンク７０内の水素残量）を検出するタンク圧力センサ１０７と、エンジン１０の作動制御や、インバータ５０の作動制御（つまりモータジェネレータ２０及び走行用モータ４０の作動制御）等を行うコントロールユニット１００（制御手段）とが設けられている。

コントロールユニット１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。コントロールユニット１００には、バッテリ電流・電圧センサ１０１、アクセル開度センサ１０２、車速センサ１０３、回転角センサ１０４、空燃比センサ１０５、エンジン水温センサ１０６、タンク圧力センサ１０７等からの各種信号が入力されるようになっている。

そして、コントロールユニット１００は、上記入力信号に基づいて、スロットル弁アクチュエータ９０、予混合用インジェクタ１７、直噴用インジェクタ１８、点火プラグ１９に対して制御信号を出力してエンジン１０を制御するとともに、インバータ５０に対して制御信号を出力してモータジェネレータ２０及び走行用モータ４０を制御する。

コントロールユニット１００は、インバータ５０を制御することにより、モータジェネレータ２０の作動状態を、バッテリ３０からの電力供給によりエンジン１０を駆動する駆動状態と、エンジン１０による駆動により発電して該発電電力をバッテリ３０や走行用モータ４０に供給する発電状態とに切り換えることが可能になっている。そして、コントロールユニット１００は、エンジン１０の始動時には、モータジェネレータ２０の作動状態を上記駆動状態としてエンジン１０を始動し、エンジン１０の始動後（後述のエンジン始動判定部１００ａにより始動したと判定された後）には、上記発電状態に切り換える。コントロールユニット１００には、後述の如くエンジン１０が始動したか否かを判定するエンジン始動判定部１００ａが設けられている。

インバータ５０は、モータジェネレータ２０に流れる電流（駆動電流又は発電電流）及びモータジェネレータ２０にかかる電圧の情報をコントロールユニット１００に送信する。コントロールユニット１００は、これら電流及び電圧に基づいて、モータジェネレータ２０の回転軸に作用するトルクを検出する。この検出トルクは、モータジェネレータ２０がエンジン１０を駆動する側を正の値とし、エンジン１０によってモータジェネレータ２０が駆動される側を負の値とする（図３参照）。

また、コントロールユニット１００は、インバータ５０を制御することにより、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様と、モータジェネレータ２０からの発電電力のみでもって行う態様と、バッテリ３０及びモータジェネレータ２０の両方からの電力でもって行う態様とに切換え可能に構成されている。そして、コントロールユニット１００は、バッテリ電流・電圧センサ１０１により検出された、バッテリ３０に出入りする電流及びバッテリ３０の電圧に基づいて、バッテリ３０の残存容量（ＳＯＣ）を検出し、この検出されたバッテリ３０の残存容量と、タンク圧力センサ１０７による水素タンク７０内の水素残量とに基づいて、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様か、又は、モータジェネレータ２０からの発電電力のみでもって行う態様にする。上記バッテリ３０の残存容量及び水素残量によっては、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様、及び、モータジェネレータ２０からの発電電力のみでもって行う態様のいずれの態様にしてもよい場合があり、この場合に、車両１の乗員が操作するスイッチによる選択により、いずれの態様にするかを決定してもよい。

上記いずれの態様でもよい場合でかつ走行用モータ４０の駆動が、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様にあるとき（エンジン１０が停止しているとき）において、コントロールユニット１００は、アクセル開度センサ１０２や車速センサ１０３等からの入力情報に基づき、乗員の加速要求レベルが所定閾値よりも高くなったか否かを判定し、乗員の加速要求レベルが該所定閾値よりも高くなったと判定したときには、走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０及びモータジェネレータ２０の両方からの電力でもって行う態様に切り換える。その後、乗員の加速要求レベルが上記所定閾値よりも高い状態から該所定閾値以下になったときには、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様に戻す。

走行用モータ４０の駆動を、バッテリ３０からの放電電力のみでもって行う態様から、モータジェネレータ２０からの発電電力のみでもって行う態様、又は、バッテリ３０及びモータジェネレータ２０の両方からの電力でもって行う態様に切り換える際には、エンジン１０の始動要求（モータジェネレータ２０による発電要求）があることになる。また、その逆の切り換え時には、エンジン１０の停止要求があることになり、エンジン１０が停止することになる。

コントロールユニット１００は、エンジン１０の停止中に、エンジン１０の始動要求があったときには、エンジン１０を始動することになる。ここでは、後述の高回転始動条件が成立しない場合の始動について説明する。

コントロールユニット１００は、エンジン１０の停止中に、エンジン１０の始動要求があったときには、モータジェネレータ２０を第１所定回転数で駆動することによってエンジン１０を回転させながら（クランキングしながら）、該エンジン１０において燃料（水素）の噴射及び該噴射された燃料の点火を行うことで、該エンジン１０を始動させる。本実施形態では、エンジン回転数とモータジェネレータ２０の回転数とは同じであるとする。上記燃料の噴射及び点火前のクランキング時に、エンジン１０は、モータジェネレータ２０によって駆動されて上記第１所定回転数（図３のＮ１）で回転することになる。本実施形態では、上記第１所定回転数Ｎ１は、例えば６００ｒｐｍ〜１０００ｒｐｍに設定される。

そして、コントロールユニット１００は、エンジン１０の駆動開始から、予め設定された設定時間経過するまでの間、上記燃料の噴射及び点火を行わないで、該エンジン１０のロータ収容室１１ａ内（気筒内）に残存する燃料を掃気させる。これは、エンジン１０の始動時には、燃焼空燃比を燃料リッチにすることから、ロータ収容室１１ａ内に、前回のエンジン停止前に噴射した燃料が残っていると、燃料リッチになりすぎるからである。上記掃気の際、コントロールユニット１００は、スロットル弁１６を全開にして、多量の空気をロータ収容室１１ａ内に導入することで、燃料を素早くかつスムーズに掃気させるようにする。上記設定時間は、上記第１所定回転数Ｎ１で、ロータ収容室１１ａ内の燃料掃気をほぼ完了できるような時間（数秒程度）とすればよい。

図３に示すように、燃料の噴射及び点火前のクランキング時（上記掃気時）において、上記検出トルク（モータジェネレータ２０の回転軸に作用するトルク）がＴ１（正の値）となっている。そして、エンジン１０のクランキングを行いながら、上記設定時間経過後の燃料の噴射タイミングとなった時点で、燃料を噴射するとともに、点火のタイミングとなった時点で燃料の点火を行う。尚、燃料の噴射及び点火のタイミングは、回転角センサ１０４により検出されたエキセントリックシャフト１３の回転角度位置によって決定する。

図３の時刻ｔ１から燃料の噴射及び点火が開始され、これにより、エンジン１０は自立的に回転しようとし、エンジン１０の出力軸がモータジェネレータ２０の回転軸を駆動しようとする。この結果、上記検出トルクが、燃料の噴射及び点火前のクランキング時の駆動トルクＴ１から減少するとともに、エンジン回転数が第１所定回転数Ｎ１から上昇する。

上記燃料の噴射及び点火により、やがて、上記検出トルクが正の値から０を超えて負の値になる。つまり、モータジェネレータ２０がエンジン１０により駆動されるトルクが、モータジェネレータ２０がエンジン１０を駆動するトルクよりも大きくなる。そして、図３の時刻ｔ２で、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上になる（モータジェネレータ２０がエンジン１０により駆動されるトルクが、モータジェネレータ２０がエンジン１０を駆動するトルクよりも所定値Ｔ２以上大きくなる）。この段階で、モータジェネレータ２０によるエンジン１０の駆動を停止した場合、エンジン１０が停止することなく自立的に回転する可能性は高いが、エンジン回転数が、クランキング時の回転数Ｎ１から殆ど上昇していない場合がある（図３では、そのようになっている）。この場合にモータジェネレータ２０によるエンジン１０の駆動を停止すると、エンジン１０が停止する可能性がある。そこで、エンジン始動判定部１００ａは、上記燃料の噴射及び点火後において、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上となった後に、回転角センサ１０４による検出回転数が第２所定回転数Ｎ２以上となったとき（図３の時刻ｔ３）に、エンジン１０が始動したと判定する。

上記第２所定回転数Ｎ２は、エンジン回転数の変動を考慮した上で上記第１所定回転数Ｎ１よりも確実に大きくなる回転数であって第１所定回転数Ｎ１に出来る限り近い値である。例えば、第２所定回転数Ｎ２は、第１所定回転数Ｎ１よりも１００〜１５０ｒｐｍ大きくする。このようにしても、エンジン１０が自立運転する可能性が高くなった以降に、エンジン回転数に基づいてエンジン１０が始動したか否かを判定するので、エンジン１０が始動したとの判定を正確にすることができる。

エンジン始動判定部１００ａによりエンジン１０が始動したと判定されたときには、コントロールユニット１００は、インバータ５０の制御により、モータジェネレータ２０の作動状態を上記駆動状態から上記発電状態に切り換える。これにより、バッテリ３０からモータジェネレータ２０への電力供給（エンジン１０の駆動）が停止されて、モータジェネレータ２０による発電電力がバッテリ３０や走行用モータ４０に供給される。このようにしても、エンジン１０は自立的に回転して、エンジン回転数が第２所定回転数Ｎ２よりも高い回転数にまで上昇する。

コントロールユニット１００は、エンジン始動判定部１００ａによりエンジン１０が始動したと判定されるまでは、燃焼空燃比が燃料リッチになるように上記燃料の噴射を行う一方、エンジン１０が始動したと判定された後は、燃焼空燃比が燃料リーンになるように上記燃料の噴射を行うようになっている。エンジン１０が始動したと判定されるまで燃焼空燃比を燃料リッチにする（エンジン回転数が第２所定回転数Ｎ２よりも高い回転数にまで上昇する燃料量にする）ことで、始動性が向上し、エンジン回転数が第２所定回転数Ｎ２に達した以降は、燃料リーンに切り換えても、勢い良く上昇する（吹き上がる）。

エンジン始動判定部１００ａによりエンジン１０が始動したと判定された後、コントロールユニット１００は、エンジン１０を制御して、エンジン回転数が、予め設定された設定回転数になるまで上昇させ、エンジン回転数が上記設定回転数に達すると、エンジン１０を上記設定回転数で運転する。上記設定回転数は、モータジェネレータ２０により発電させるべき発電量（乗員の加速要求レベル等から設定される目標発電量）に応じて変化するが、第２所定回転数Ｎ２よりも高い値に設定されている。このため、エンジン１０が始動したと判定された後も、エンジン回転数は、上記吹き上がりに続けて上記設定回転数にまで上昇し続ける。また、上記検出トルクの絶対値が、モータジェネレータ２０による発電量に応じたトルクまで上昇する。以下、上記設定回転数を、発電時回転数ともいう。

コントロールユニット１００は、エンジン水温センサ１０６による検出温度（エンジン水温）が、予め決められた基準温度よりも低いときには、上記検出温度が上記基準温度以上であるときに比べて、モータジェネレータ２０による発電量を少なくするようにする。上記基準温度は、エンジン水温が上記基準温度よりも低くなると、エンジン１０の出力軸やモータジェネレータ２０の回転軸の回転抵抗が非常に大きくなるような温度である。本実施形態では、上記基準温度は、直噴用インジェクタ１８と予混合用インジェクタ１７との使い分けを行うための閾値である上記設定温度と同じ値（例えば０℃付近）に設定されている。このように上記回転抵抗が非常に大きくなるような温度では、モータジェネレータ２０による発電量を少なくすることで、エンジン１０の負荷を軽減して、燃費やエミッションの悪化を防止するようにする。尚、上記検出温度が上記基準温度よりも低いときには、上記検出温度が上記基準温度以上であるときに比べて、空気過剰率λを小さくするが、発電量を少なくすることで、空気過剰率λがそれ程小さくならずに済む。

上記したように、コントロールユニット１００は、エンジン始動判定部１００ａによりエンジン１０が始動したと判定されるまでは、直噴用インジェクタ１８により燃料の噴射を行うとともに、エンジン１０が始動したと判定された後において、エンジン水温センサ１０６による検出温度が上記設定温度以上であるときには、直噴用インジェクタ１８による燃料の噴射を継続する一方、上記検出温度が上記設定温度よりも低いときには、直噴用インジェクタ１８による燃料の噴射から予混合用インジェクタ１７による燃料の噴射に切り換える。尚、本実施形態では、エンジン１０が始動したと判定されるまでの燃料の噴射は、各気筒の２つの直噴用インジェクタ１８のうちの１つで行い、エンジン１０が始動したと判定された後、上記検出温度が上記設定温度以上であるときには、２つの直噴用インジェクタ１８で燃料の噴射を行う。エンジン１０が始動したと判定されるまでの燃料の噴射も、２つの直噴用インジェクタ１８で行うようにしてもよい。

上記のように、コントロールユニット１００は、上記検出温度が上記設定温度よりも低いときには、直噴用インジェクタ１８による燃料の噴射から予混合用インジェクタ１７による燃料の噴射に切り換えるが、エンジン１０を運転し続けていると、やがて、上記検出温度が上記設定温度以上になる。このときは、コントロールユニット１００は、予混合用インジェクタ１７による燃料の噴射から直噴用インジェクタ１８による燃料の噴射に切り換えることになる。

コントロールユニット１００は、エンジン１０の始動要求があったときに、当該始動要求直前のエンジン１０の停止時からの経過時間が第１所定時間以内でありかつエンジン水温センサ１０６による検出温度が所定温度以上であるという高回転始動条件が成立したときには、モータジェネレータ２０によりエンジン１０を上記設定回転数よりも高い回転数で回転させながら、上記燃料の噴射及び点火を行うことで、エンジン１０を始動させる。本実施形態では、上記所定温度は、上記設定温度及び上記基準温度と同じ値（例えば０℃付近）に設定されている。また、上記第１所定時間は、上記経過時間が該第１所定時間を超えると、エンジン１０の燃焼室内の温度が低くなって、後述の如く燃料の噴射量を少なくすると、エンジン１０の始動性が悪化するような時間である。

本実施形態では、コントロールユニット１００は、エンジン１０の始動要求があったときに、上記高回転始動条件が成立したときには、モータジェネレータ２０によりエンジン１０を上記設定回転数（図４のＮ４）よりも高い第３所定回転数（図４のＮ３）で第２所定時間回転させた後において、該第３所定回転数Ｎ３から上記設定回転数Ｎ４に向けて低下させながら上記燃料の噴射及び点火を行うことで、エンジン１０を始動させる。上記第２所定時間は、モータジェネレータ２０により駆動されるエンジン１０の回転数が安定するような時間である。上記第２所定時間を、上記高回転始動条件が成立しない場合の上記掃気に必要な上記設定時間と同じにして、上記掃気を行うようにしてもよい。上記燃料の噴射及び点火は、モータジェネレータ２０により駆動されるエンジン１０の回転数が上記第３所定回転数Ｎ３から低下開始した直後に開始することが好ましい。上記第３所定回転数Ｎ３は、上記設定回転数Ｎ４に対して、例えば３００ｒｐｍ〜６００ｒｐｍだけ高くすればよく、上記設定回転数Ｎ４が高いほど小さくしてもよい。

コントロールユニット１００は、上記高回転始動条件が成立したときにエンジン１０を始動させる際の上記燃料の噴射量を、上記経過時間に応じて変更する。すなわち、上記経過時間が短くなるほど、エンジンの燃焼室内の温度が高くなっているので、燃料の噴射量を少なくする。

図４の例では、１回目のエンジン１０の始動要求（モータジェネレータ２０による発電要求）があったときには、エンジン水温センサ１０６による検出温度が上記所定温度よりも低いとする。このため、上記高回転始動条件が成立せず、上記のように、クランキング時にモータジェネレータ２０により駆動されるエンジン１０の回転数（モータジェネレータ２０の駆動回転数）は、上記設定回転数（上記検出温度が上記所定温度よりも低いときには、モータジェネレータ２０による発電量を少なくしているので、図４では、Ｎ４と区別してＮ４′と記載している）よりも低い上記第１所定回転数Ｎ１となる。設定回転数Ｎ４′での燃料噴射量は、上記のように空気過剰率λが小さいために、多くなっている。また、始動時の燃料噴射量は、燃料リッチにすることで、更に多くなる。

２回目のエンジン１０の始動要求（モータジェネレータ２０による発電要求）があったときには、当該始動要求直前のエンジン１０の停止時からの経過時間（図４のｔ）が上記第１所定時間以内であり、かつ、エンジン水温センサ１０６による検出温度が上記所定温度以上であるとする。このため、上記高回転始動条件が成立し、上記のように、クランキング時にモータジェネレータ２０により駆動されるエンジン１０の回転数（モータジェネレータ２０の駆動回転数）は、上記設定回転数Ｎ４よりも高い上記第３所定回転数Ｎ３となる。この始動時の燃料噴射量は、上記設定回転数Ｎ４での燃料噴射量と同じであり、燃料リッチにする必要はない。すなわち、上記高回転始動条件が成立したときには、エンジン１０の燃焼室内の温度が十分に高く、上記のような高い回転数でエンジン１０を回転させることと相俟って、燃料の噴射量を少なくしても、エンジン１０を容易に始動することができる。

上記高回転始動条件が成立したときの始動判定方法は、上記高回転始動条件が成立しないときの始動判定方法とは異なる。すなわち、上記高回転始動条件が成立しないときには、燃料の噴射及び点火後において、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上となった後に、回転角センサ１０４による検出回転数が第２所定回転数Ｎ２以上となったときに、エンジン１０が始動したと判定するが、エンジン１０の回転数を上記第３所定回転数Ｎ３から低くしながら燃料の噴射及び点火を行うので、上記高回転始動条件が成立しないときのように、エンジン１０の回転数が高くなることはない。そこで、上記高回転始動条件が成立したときには、燃料の噴射及び点火後において、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上となったときに、エンジン１０が始動したと判定する。このようにしても、エンジン１０の燃焼室内の温度が高くかつ高回転であることで、エンジン１０の始動を正確に判定することができる。

上記コントロールユニット１００によるエンジン１０の始動に関する処理動作について、図５〜図７のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１で、各種信号の読み込みを行い、次のステップＳ２で、発電要求（エンジン１０が停止中である場合には、エンジン１０の始動要求になる）があるか否かを判定する。このステップＳ２の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３に進んで、エンジン１０を停止状態にすることで発電中止状態とし、しかる後に上記ステップＳ１に戻る一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ４に進んで、既に発電を実行中であるか否かを判定する。

上記ステップＳ４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１７に進む一方、ステップＳ４の判定がＮＯであるときには、ステップＳ５に進む。

上記ステップＳ５では、上記高回転始動条件が成立したか否かを判定し、このステップＳ５の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１８に進む一方、ステップＳ５の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ６に進む。

上記ステップＳ６では、目標発電量から発電時回転数（上記設定回転数Ｎ４）を算出し、次のステップＳ７では、モータジェネレータ２０を駆動することによってエンジン１０を、上記発電時回転数（上記設定回転数Ｎ４）よりも高い第３所定回転数Ｎ３で回転させる（クランキングする）。

次のステップＳ８では、上記第３所定回転数Ｎ３を上記第２所定時間維持し、次のステップＳ９で、クランキングの回転数を、上記第３所定回転数Ｎ３から上記発電時回転数（上記設定回転数Ｎ４）に向けて低下させる。

次のステップＳ１０では、上記クランキング回転数を低下させながら燃料の噴射及び点火を行う（燃料の噴射及び点火を行うときのクランキングを着火クランキングという）。この着火クランキング時の燃料の噴射は、直噴用インジェクタ１８により行う。その噴射量は、上記発電時回転数での燃料噴射量と同じである。

次のステップＳ１１では、エンジン始動判定部１００ａが、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上になったか否かを判定する（尚、フローチャートでは、検出トルクが負の値であるという要件は省略している）。このステップＳ１１の判定がＮＯであるときには、ステップＳ１２に進む一方、ステップＳ１１の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１６に進む。

上記ステップＳ１２では、上記着火クランキングの開始から計測を開始する第１タイマーの計測時間が、予め設定された基準時間ｔｂよりも大きいか否かを判定する。上記基準時間ｔｂは、後述の基準時間ｔａと同程度の時間である。このステップＳ１２の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ１０に戻る一方、ステップＳ１２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１３に進む。

上記ステップＳ１３では、エンジン１０の出力トルクが上昇せずにエンジン１０が停止したと判定し、次のステップＳ１４で、エンジン１０が停止したとの判定を２回以上行ったか否かを判定する。

上記ステップＳ１４の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ１０に戻る一方、上記ステップＳ１４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ１５に進んで、車両１のインストルメントパネルにおいて車両１の乗員（ドライバ）が視認可能に設けられた表示パネル等に、エンジン１０が故障している旨の警報表示を行い、しかる後にリターンする。

上記ステップＳ１１の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１６では、エンジン始動判定部１００ａが、エンジン１０が始動したと判定し、次のステップＳ１７で、モータジェネレータ２０を上記発電状態とする。燃料を噴射するインジェクタは、直噴用インジェクタ１８のままである。ステップＳ１７の後、リターンする。

上記ステップＳ５の判定がＮＯであるときに進むステップＳ１８では、モータジェネレータ２０を駆動することによってエンジン１０を第１所定回転数Ｎ１で回転させる（クランキングする）。このクランキング時に、燃料の噴射及び点火を行わないで、スロットル弁１６を全開にした状態で、エンジン１０のロータ収容室１１ａ内（気筒内）に残存する燃料を掃気させる。

次のステップＳ１９で、エンジン１０の上記クランキングを継続しながら、燃料の噴射及び点火を行う（着火クランキングを行う）。この着火クランキング時の燃料の噴射は、直噴用インジェクタ１８により行う。その噴射量は、燃焼空燃比が燃料リッチになるような量である。

次のステップＳ２０では、エンジン始動判定部１００ａが、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上になったか否かを判定する（尚、フローチャートでは、検出トルクが負の値であるという要件は省略している）。このステップＳ２０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２１に進む一方、ステップＳ２０の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２６に進む。

上記ステップＳ２１では、上記クランキングの開始から計測を開始する第２タイマーの計測時間が、予め設定された基準時間ｔａ（例えば、１０秒乃至十数秒）よりも大きいか否かを判定する。このステップＳ２１の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ１９に戻る一方、ステップＳ２１の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２２に進む。

上記ステップＳ２２では、エンジン１０の出力トルクが上昇せずにエンジン１０が停止したと判定し、次のステップＳ２３で、エンジン１０が停止したとの判定を２回以上行ったか否かを判定する。

上記ステップＳ２３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２４に進んで、上記第２タイマーをリセットし、しかる後に上記ステップＳ１８に戻る。一方、上記ステップＳ２３の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２５に進んで、車両１のインストルメントパネルにおける上記表示パネル等に、エンジン１０が故障している旨の警報表示を行い、しかる後にリターンする。

上記ステップＳ２０の判定がＹＥＳであるときに進むステップＳ２６では、上記着火クランキングを継続し、次のステップＳ２７で、エンジン始動判定部１００ａが、回転角センサ１０４による検出回転数が第２所定回転数Ｎ２以上となったか否かを判定する。

上記ステップＳ２７の判定がＮＯであるときには、ステップＳ２８に進んで、上記第２タイマーの計測時間が、上記基準時間ｔａよりも大きいか否かを判定する。このステップＳ２８の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ２６に戻る一方、ステップＳ２８の判定がＹＥＳであるときには、上記ステップＳ２２に戻る。すなわち、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上になったとしても、上記基準時間ｔａ内に上記検出回転数が第２所定回転数Ｎ２以上にならない場合には、エンジン回転数が低下してエンジン１０が停止したと判定する。

上記ステップＳ２７の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２９に進んで、エンジン始動判定部１００ａが、エンジン１０が始動したと判定する。

次のステップＳ３０では、エンジン水温センサ１０６による検出温度が、所定温度Ｔｅ１よりも低いか否かを判定する。このステップＳ３０の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３１に進む一方、ステップＳ３０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３５に進む。

上記ステップＳ３１では、直噴用インジェクタ１８による燃料の噴射から予混合用インジェクタ１７による燃料の噴射に切り換える。エンジン１０が始動したと判定された後の燃料噴射量は、燃焼空燃比が燃料リーンになるような量である。そして、次のステップＳ３２で、モータジェネレータ２０を上記発電状態とする。このときの発電量は、上記ステップＳ１７及び後述のステップＳ３５での発電量よりも少ない。

次のステップＳ３３では、再び、エンジン水温センサ１０６による検出温度が、所定温度Ｔｅ１よりも低いか否かを判定する。このステップＳ３３の判定がＹＥＳであるときには、上記ステップＳ３２に戻る一方、ステップＳ３３の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３４に進んで、予混合用インジェクタ１７による燃料の噴射から直噴用インジェクタ１８による燃料の噴射に切り換える。

上記ステップＳ３４の後、又は、ステップＳ３０の判定がＮＯであるときには、ステップＳ３５に進んで、モータジェネレータ２０を上記発電状態とし、しかる後にリターンする。

したがって、本実施形態では、コントロールユニット１００が、エンジン１０の始動要求があったときに、当該始動要求直前のエンジン停止時からの経過時間が第１所定時間以内でありかつエンジン水温センサ１０６による検出温度が所定温度以上であるという高回転始動条件が成立したときには、モータジェネレータ２０によりエンジン１０を、発電時回転数として設定された設定回転数Ｎ４よりも高い回転数で回転させながら、上記燃料の噴射及び点火を行うことで、エンジン１０を始動させるようにした。このように、上記高回転始動条件が成立したときには、エンジン１０の燃焼室内の温度が十分に高く、上記のような高い回転数でエンジン１０を回転させることと相俟って、燃料の噴射量を少なくしても、エンジン１０を容易に始動することができる。したがって、エンジン１０の始動性を悪化させることなく、燃費やエミッションの悪化を抑制することができる。

特に本実施形態では、エンジン１０の始動要求があったときに、上記高回転始動条件が成立したときには、モータジェネレータ２０によりエンジン１０を上記設定回転数Ｎ４よりも高い第３所定回転数Ｎ３で第２所定時間回転させた後において、該第３所定回転数Ｎ３から上記設定回転数Ｎ４に向けて低下させながら上記燃料の噴射及び点火を行うことで、エンジン１０を始動させるようにしたことにより、モータジェネレータ２０により駆動されるエンジン１０の回転数が安定するとともに、この安定した第３所定回転数Ｎ３から設定回転数Ｎ４に向けて低下開始した後に、燃料の噴射及び点火を行うことで、エンジン１０をより確実に始動することができるようになり、しかも、エンジン１０の始動後に、エンジン回転数を設定回転数Ｎ４（目標回転数）に素早く一致させるようにすることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、エンジン始動判定部１００ａが、上記高回転始動条件が成立しないときに、燃料の噴射及び点火後において、モータジェネレータ２０の回転軸に作用するトルク（上記検出トルク）が負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上となった後に、回転角センサ１０４による検出回転数が第２所定回転数Ｎ２以上となったときに、エンジン１０が始動したと判定するようにしたが、上記高回転始動条件が成立しないときにも、上記高回転始動条件が成立するときと同様に、上記検出トルクが負の値でかつその絶対値が所定値Ｔ２以上となったときにエンジン１０が始動したと判定するようにしてもよく、或いは、上記検出回転数が第２所定回転数Ｎ２以上となったときに、エンジン１０が始動したと判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、エンジン１０を、水素を燃料とするロータリピストンエンジンとしたが、往復動型エンジンであってもよく、水素以外の燃料（例えばガソリン）用いるエンジンであってもよい。

さらに、上記実施形態では、車両１が、シリーズ式のハイブリッド車両としたが、エンジンと、該エンジンを駆動して始動させかつ該始動後のエンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータとを備えていれば、どのような形式のハイブリッド車両であっても、本発明を適用することができる。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、エンジンと、回転軸が該エンジンの出力軸に連結されていて、該エンジンを駆動して始動するとともに該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両の制御装置に有用である。

１ ハイブリッド車両
１０ エンジン
２０ モータジェネレータ
１００ コントロールユニット（制御手段）
１０６ エンジン水温センサ（エンジン水温検出手段）

Claims (4)

1. エンジンと、回転軸が該エンジンの出力軸に連結されていて、該エンジンを駆動して始動するとともに該エンジンにより駆動されて発電するモータジェネレータとを備えたハイブリッド車両の制御装置であって、
   上記エンジンの冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段と、
   上記エンジンの始動要求があったときには、上記モータジェネレータを駆動することによって該エンジンを回転させながら、該エンジンにおいて燃料の噴射及び該噴射された燃料の点火を行うことで、該エンジンを始動させ、該エンジンの始動後に該エンジンを、上記モータジェネレータにより発電させるべき発電量に応じて予め設定された設定回転数で運転するとともに、上記エンジンの停止要求があったときには、該エンジンを停止させるべく、上記モータジェネレータ及び上記エンジンの作動を制御する制御手段と、を備え、
   
   上記制御手段は、上記エンジンの始動要求があったときに、当該始動要求直前のエンジン停止時からの経過時間が第１所定時間以内でありかつ上記エンジン水温検出手段による検出温度が所定温度以上であるという条件が不成立であるときには、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記設定回転数よりも低い回転数で回転させながら、上記燃料の噴射及び点火を行うことで、上記エンジンを始動させる一方、上記エンジンの始動要求があったときに、上記条件が成立したときには、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記設定回転数よりも高い回転数で回転させながら、上記燃料の噴射及び点火を行うことで、上記エンジンを始動させるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
2. 請求項１記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   上記制御手段は、上記エンジンの始動要求があったときに、上記条件が成立したときには、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記設定回転数よりも高い所定回転数で回転させた後において、該所定回転数から上記設定回転数に向けて低下させながら上記燃料の噴射及び点火を行うことで、上記エンジンを始動させるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
3. 請求項２記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   上記制御手段は、上記モータジェネレータにより上記エンジンを上記所定回転数で第２所定時間回転させた後に、該所定回転数から上記設定回転数に向けて低下させるように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のハイブリッド車両の制御装置において、
   上記制御手段は、上記条件が成立したときに上記エンジンを始動させる際の上記燃料の噴射量を、上記経過時間に応じて変更するように構成されていることを特徴とするハイブリッド車両の制御装置。

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