JP6137591B2 - ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動時にエンジンのトルク変動の影響で生ずるエンジンの動力伝達系の騒音の発生を抑制可能なエンジン始動制御装置に関する。

特開平９−１１７０１２号公報には、ハイブリッド型車両が記載されている。このハイブリッド型車両ではエンジンの始動時にエンジンの目標回転数を１０００ｒｐｍに設定し、モータによってエンジンを回転させ、エンジン回転数Ｎｅがアイドリング回転数の９００ｒｐｍ（閾値）を超えたか否かを判断する。エンジンの回転数が１０００ｒｐｍになるようにモータを制御しているにもかかわらず、エンジン回転数の閾値を９００ｒｐｍとしているのは、エンジンが起動するまでの時間を短くするためである。エンジン回転数Ｎｅが閾値９００ｒｐｍを超えたときには、エンジンＥＣＵの電源がオンされ、エンジンに燃料と電力が供給されてエンジンが作動を始める。エンジンＥＣＵの電源がオンされてからタイマーカウンタの閾値（０．５秒）経過後にモータに空転指令を出す。モータに空転指令が出されると、モータの動作は解除される。更に、０．３秒後にエンジン回転数Ｎｅが基準回転数の５００ｒｐｍを超えていれば、エンジンが自立運転可能な状態になっているとみなして始動制御を終了する。

特開平９−１１７０１２号公報

上記特許文献１に記載の車両では、エンジンが自立運転可能か否かの判断の閾値となる基準回転数は、アイドリング回転数よりも低く設定され、エンジン回転数が基準回転数を超えると始動制御が終了する。このため、エンジン回転数がアイドリング回転数に達する前に始動制御が終了し、アイドリング回転数よりも低いエンジン回転数からエンジンの自立運転が開始される可能性がある。エンジンをアイドリング回転数よりも低い低回転数域から自立回転させるとエンジンの回転トルクの変動が比較的大きく、回転トルクの変動の影響を受けてクラッチ、ギアなどのエンジンの動力伝達系のガタ等に起因した騒音が発生するおそれがある。

そこで本発明は、エンジンの始動時において、エンジンのトルク変動の影響によるエンジンの動力伝達系の騒音の発生を確実に抑制することができるエンジン始動制御装置の提供を目的とする。

上記目的を達成すべく、本発明は、エンジンと、エンジンを回転駆動するモータと、エンジンのシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、を有するハイブリッド車両に搭載されるエンジン始動制御装置であって、第１のエンジン状態判定手段と、第２のエンジン状態判定手段と、モータトルク判定手段と、モータ制御手段と、燃料噴射制御手段とを備える。第１のエンジン状態判定手段は、エンジンの回転速度が第１の回転速度に達したか否かを判定する。第２のエンジン状態判定手段は、エンジンの回転速度が第１の回転速度よりも速い第２の回転速度に達したか否かを判定する。モータトルク判定手段は、モータのトルクが所定トルク未満であるか否かを判定する。モータ制御手段は、エンジンの始動時にエンジンの回転駆動を開始し、エンジンの回転速度が第２の回転速度に達したと第２のエンジン状態判定手段が判定するまでエンジンの回転速度を上昇させた後、エンジンの回転速度を第２の回転速度に維持するようにモータを制御する。燃料噴射制御手段は、エンジンの回転速度が第１の回転速度に達したと第１のエンジン状態判定手段が判定するまでの間は燃料の噴射を開始せず、エンジンの回転速度が第１の回転速度に達したと第１のエンジン状態判定手段が判定してから燃料の噴射を開始するように燃料噴射弁を制御する。また、モータ制御手段は、エンジンの回転速度が第２の回転速度に達したと第２のエンジン状態判定手段が判定した後であって、モータのトルクが所定トルク未満であるとモータトルク判定手段が判定したとき、エンジンの回転駆動を終了する。

上記構成では、エンジンの始動時において、燃料噴射制御手段がエンジンへの燃料の噴射を開始すると、モータ制御手段は、モータトルク（モータのトルク）とエンジントルクとを加えたエンジン総トルクによって、エンジンの回転速度が第１の回転速度よりも速い第２の回転速度を維持するようにモータを制御し、エンジントルクの増大に応じてモータトルクを減少する。第１の回転速度は、例えばエンジン始動後のアイドリング回転速度に設定される。また、エンジントルクは、トルクが低い低トルク域ではトルク変動が比較的大きく、エンジンが単独でアイドリング回転速度で回転するトルク（アイドルトルク）まで増大したときに安定化する傾向がある。エンジントルクが低トルク域からアイドルトルクまで増大するにつれて、モータトルクが減少するので、エンジン総トルクに対するエンジントルクの割合が増大し、エンジン総トルクの変動が大きくなる。このため、エンジントルクがアイドルトルクの近傍まで増大したときであっても、エンジン総トルクの変動を低減することが可能なモータトルクを所定トルクとして設定する。また、エンジンが第２の回転速度で回転している状態でモータトルクが所定トルク未満に減少したときのエンジントルクがアイドルトルク以上であるような回転速度を第２の回転速度として設定する。

エンジンの始動時、モータ制御手段は、モータによってエンジンの回転速度を第２の回転速度まで上昇させ、燃料噴射制御手段は、エンジンの回転速度がアイドリング回転速度に達するまで燃料の噴射を開始しないので、アイドリング回転速度に達するまでエンジン総トルクにはエンジントルクが含まれない。従って、エンジン総トルクの変動は小さい。また、エンジンの回転速度がアイドリング回転速度に達して燃料噴射が開始された直後は、エンジントルクは低トルク域にありトルク変動が大きいが、エンジン総トルクに対するモータトルクの割合が大きく、エンジントルクの割合は小さいのでエンジン総トルクの変動は小さい。また、エンジントルクが増大するとモータトルクが減少し、エンジン総トルクに対するエンジントルクの割合が増大するが、エンジンがアイドリング回転速度を超えて第２の回転速度で回転している間は、エンジン総トルクには少なくとも所定トルク以上のモータトルクが加えられている。このため、エンジントルクがアイドルトルクの近傍まで増大した場合であってもエンジントルクのトルク変動に起因したエンジン総トルクの変動は低減される。また、エンジンが第２の回転速度で回転している状態でモータトルクが所定トルクまで減少した場合、エンジントルクはアイドルトルク以上に達している。従って、モータトルクが所定トルク未満であるとモータトルク判定手段が判定し、モータ制御手段によるエンジンの回転駆動が終了したとき、エンジンは自立してアイドリング回転速度で回転し、エンジン総トルクは安定する。

このように、エンジン始動時にエンジンが自立してアイドリング回転速度で回転するまでの間、エンジン総トルクのトルク変動が低減されるので、トルク変動の影響を受けて発生するエンジン動力伝達系（クラッチ、ギア等）のガタ等による騒音を確実に抑制することができる。

本発明のエンジン始動制御装置が搭載されるハイブリッド車両は、エンジンに空気を供給する吸気管路と、エンジンから排ガスを排出する排気管路と、排気管路と吸気管路とを連通させ吸気管路に排ガスを還流させるＥＧＲ管路とを有し、本発明のエンジン始動制御装置は、吸気酸素濃度推定手段と、吸気酸素濃度判定手段とを備える。吸気酸素濃度推定手段は、吸気管路と排気管路との連通部よりも下流側の吸気管路を流通する吸気中の酸素濃度を、ＥＧＲ管路を介した吸気管路への排ガスの還流状態に基づいて吸気酸素濃度推定値として推定する。吸気酸素濃度判定手段は、吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下であるか否かを判定する。
本発明の第１の態様のエンジン始動制御装置が搭載されるハイブリッド車両は、吸気管路と排気管路との連通部よりも上流側の吸気管路に設けられ上流側の吸気管路を開閉する吸気スロットルと、ＥＧＲ管路に設けられＥＧＲ管路を開閉するＥＧＲバルブとをさらに有し、第１の態様のエンジン始動制御装置は、第１のエンジン状態判定手段の判定結果と、吸気酸素濃度判定手段の判定結果とに基づいて、ＥＧＲバルブと吸気スロットルとを開閉制御する吸気組成制御手段をさらに備える。エンジンの回転速度が第１の回転速度に達していると第１のエンジン状態判定手段が判定したときから、吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値を超えていると吸気酸素濃度判定手段が判定している間は、燃料噴射制御手段は、所定量の燃料を噴射し、吸気組成制御手段は、ＥＧＲバルブを開放し且つ吸気スロットルを閉止する。
本発明の第２の態様のエンジン始動制御装置では、燃料噴射制御手段は、エンジンの回転速度が第２の回転速度に達していると第２のエンジン状態判定手段が判定している間であって、吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下であると吸気酸素濃度判定手段が判定したときから、モータのトルクが上記所定トルク未満であるとモータトルク判定手段が判定するまでの間は、燃料の噴射量を徐々に増大させるように燃料噴射弁を制御する。
本発明の第３の態様のエンジン始動制御装置が搭載されるハイブリッド車両は、吸気管路と排気管路との連通部よりも上流側の吸気管路に設けられ上流側の吸気管路を開閉する吸気スロットルと、ＥＧＲ管路に設けられＥＧＲ管路を開閉するＥＧＲバルブとをさらに有し、第３の態様のエンジン始動制御装置は、エンジンの回転速度が第２の回転速度に達していると第２のエンジン状態判定手段が判定している間であって、吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下であると吸気酸素濃度判定手段が判定したときから、モータのトルクが上記所定トルク未満であるとモータトルク判定手段が判定するまでの間は、吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値よりも低い第２の酸素濃度目標値になるようにＥＧＲバルブと吸気スロットルとを開閉制御する吸気組成制御手段をさらに備える。

上記構成では、ハイブリッド車両のエンジン始動前の状態では、吸気管路の吸気酸素濃度は空気と略同じ酸素濃度であり、エンジンのシリンダ内に噴射した燃料の燃焼時に発生するＮＯｘの抑制が可能な適正な吸気酸素濃度よりも濃度が高い。第１の態様では、エンジンが第１の回転速度に達したと第１のエンジン状態判定手段が判定すると、燃料噴射制御手段が所定量の燃料の噴射を開始する。所定量の燃料には、エンジンを着火するのに必要な比較的少量の燃料量が設定される。燃料が噴射されるとエンジンが着火して排気管路に排ガスが排出される。また、吸気組成制御手段が、吸気スロットルを閉止し、ＥＧＲバルブを開放するので、連通部よりも下流の吸気管路には新たな空気は流入せず、排気管路からＥＧＲ管路を介して空気よりも酸素濃度の低い排ガスが還流して、吸気管路の吸気酸素濃度が低下する。燃料噴射制御手段は、吸気酸素濃度推定手段が推定した吸気管路の吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下になるまで所定量の燃料の噴射を継続する。なお、第１の酸素濃度目標値は、排ガス中のＮＯｘ発生の抑制が可能な適正な吸気酸素濃度よりも高く、且つ適正な吸気酸素濃度の近傍の値に設定されることが好適である。エンジンの回転速度は第２の回転速度に維持され十分な排ガスの還流量が得られるので、吸気管路の吸気酸素濃度を第１の酸素濃度目標値まで急速に低下させることができる。第２の態様では、吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下に低下したときから、燃料噴射制御手段は、噴射する燃料を所定量から徐々に増大させる。第３の態様では、吸気組成制御手段は、第１の酸素濃度目標値よりも低い第２の酸素濃度目標値となるようにＥＧＲバルブと吸気スロットルとを開閉制御する。なお、第２の酸素濃度目標値は、ＮＯｘ発生を適切に抑制可能な吸気酸素濃度に設定されることが好適である。燃料噴射量の増大によって、エンジントルクが増大し、モータ制御手段は、エンジントルクの増大に応じてモータトルクを減少させる。モータトルクが所定トルク未満に減少したときは、燃料噴射量
の増量が停止され、モータ制御手段がモータによるエンジンの回転駆動を終了し、エンジ
ンはアイドリング回転速度で回転する自立運転状態となる。

このように、エンジンの始動時、吸気管路の吸気酸素濃度を推定し、吸気酸素濃度推定値を第１の酸素濃度目標値まで低下させてから、第２の酸素濃度目標値になるように制御する。吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値に低下するまでは、所定量の燃料をエンジンへ供給するので、排出される排ガス量が少なく、ＮＯｘ排出量が抑制される。また、吸気酸素濃度推定値が第２の酸素濃度目標値に制御されている状態で、エンジンへの燃料供給量を増大させるので、排ガス中のＮＯｘ発生が抑制され、燃料供給の増大により排ガス排出量が増大してもＮＯｘ排出量を抑制することができる。また、吸気酸素濃度推定値を用いて吸気管路６の酸素濃度を制御するので、ＮＯｘ排出量の抑制についての応答性が改善される。従って、エンジンの始動時からの排ガス中のＮＯｘ排出量を効果的に抑制することができる。なお、吸気管路の酸素濃度推定値は、例えば、燃料噴射量、エンジン回転速度、連通部よりも上流の吸気管路の吸気量及びＥＧＲ管路の排ガス量をパラメータとする排ガスの還流状態に基づいて推定される。

本発明によれば、エンジンの始動時にエンジンのトルク変動の影響によるエンジンの動力伝達系の騒音の発生を確実に抑制することができる。

本発明に係わるハイブリッド車両のパワートレイン説明図である。 図１のエンジンの吸気・排気系統図である。 ハイブリッド車両の要部を示すブロック図である。 吸気酸素濃度と排ガス中のＮＯｘ量との関係を示すエンジン特性図である。 エンジン始動制御処理のフローチャートである。 エンジン始動時のタイミングチャートである。

以下、本発明の一実施形態を、図面に基づいて説明する。本実施形態に係わる車両１は、車両走行のためにモータとエンジンとをそれぞれ独立あるいは併用して運転可能に配置したパラレルハイブリッド方式の車両であり、エンジン２と、変速機２４と、モータ２５と、ＥＣＵ４０等を備えている。

図１に示すように、エンジン２の出力は、エンジン２と変速機２４との間に設けられた、流体カップリング２１及び変速クラッチ２３を介して変速機２４に伝えられる。変速クラッチ２３が接のときにエンジン２の出力が変速機２４へ伝達され、変速クラッチ２３が断のときはエンジン２の出力の変速機２４への伝達が遮断される。流体カップリング２１はロックアップクラッチ２２を備えている。変速クラッチ２３が接の状態で、ロックアップクラッチ２２が接の時はエンジン２の出力を直接的に変速機２４に伝達し、ロックアップクラッチ２２が断の時はエンジン２の出力を流体カップリング２１の流体を介して変速機２４に伝達する。変速機２４で適切に変速されたエンジン２の出力はプロペラシャフト３１を経て駆動輪３２に伝えられる。モータ２５は、インバータ２６を介してバッテリ２７から電力が供給されるとモータトルクＴｍ（モータのトルク）を発生し、モータトルクＴｍは、ギア２９を介して変速機２４のギア列（図示省略）に伝達され変速機２４を介してプロペラシャフト３１に伝えられる。モータ２５に電力が供給されていないときであって、エンジン２に燃料が供給されてエンジントルクＴｅを発生させている場合、モータ２５は、エンジン２に対する負荷として従動回転する。また、エンジン２に燃料が供給されていないときであって、モータ２５に電力が供給されてモータトルクＴｍを発生させている場合、エンジン２は、モータ２５に対する負荷となって従動回転する。モータ２５には、モータ電流を検出するモータ電流センサ３０が設けられている。

図２に示すように、エンジン２には、シリンダ３に空気を取り入れる吸気管路５及びシリンダ３から燃焼排ガスを排出する排気管路７が設けられており、シリンダ３には燃料を噴射する燃料噴射弁４が設けられている。また、エンジン２には過給機１２が備えられている。排気管路７に設けられた過給機１２のタービン１３が排ガスによって回転し、過給機１２の回転軸１２ａが吸気管路５に設けられた過給機１２のコンプレッサ１４を回転させて、吸気管路５から吸入される空気を圧縮する。過給機１２のタービン１３の上流側の排気管路７と過給機１２のコンプレッサ１４側の下流側の吸気管路５とがＥＧＲ管路８で連通されている。図２中の矢印で示すように、吸気管路５に取り入れられた吸気はシリンダ３を経由して排ガスとして排気管路７に排出され、排ガスの一部がＥＧＲ管路８を介して吸気管路５に還流される。ＥＧＲ管路８には排ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ１６と、ＥＧＲ管路８を開閉してＥＧＲ管路８を流通する排ガス量を調節するためのＥＧＲバルブ１１が設けられている。また、過給機１２のコンプレッサ１４の下流側であって、吸気管路５とＥＧＲ管路８との連通部９よりも上流側には、上流側から順に、コンプレッサ１４で圧縮加熱された空気を冷却するインタークーラ１５と、吸気管路５を開閉して、吸気管路５を流通する吸気量を調節する吸気スロットル１０とが設けられている。また、過給機１２のコンプレッサ１４の上流側の吸気管路５には、吸入する吸気量を検出する吸気量センサ１８が設けられ、連通部９よりも下流の吸気管路６には吸気の圧力を検出する吸気圧センサ１９と吸気の温度を検出する吸気温度センサ２０とが設けられる。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）とＲＯＭ(Read Only Memory)とＲＡＭ(Random Access Memory)とを備える。ＣＰＵはＲＯＭに格納されたエンジン始動制御処理プログラムを読み出して、エンジン始動制御処理を実行することによって、図３に示すように、モータトルク判定部４１、第１エンジン状態判定部４２、第２エンジン状態判定部４３、吸気酸素濃度推定部４４、吸気酸素濃度判定部４５、クラッチ・変速機制御部４６、モータ制御部４７、燃料噴射制御部４８、吸気組成制御部４９として機能する。ＲＡＭは、エンジン回転速度センサ１７、モータ電流センサ３０、吸気量センサ１８、吸気圧センサ１９及び吸気温度センサ２０がそれぞれ検出した検出値、ＣＰＵ演算結果の一時記憶領域、判定の各種判定基準値及びフラグの設定領域として機能する。

モータトルク判定部（モータトルク判定手段）４１は、モータ電流センサ３０が検出したモータ２５のモータ電流をモータトルクに換算したモータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満か否かを判定し、判定結果を燃料噴射制御部４８及び吸気組成制御部４９に出力する。

第１エンジン状態判定部（第１のエンジン状態判定手段）４２は、エンジン回転速度センサ１７が検出したエンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１に達したか否かを判定し、判定結果を燃料噴射制御部４８と吸気組成制御部４９とに出力する。

第２エンジン状態判定部（第２のエンジン状態判定手段）４３は、エンジン回転速度センサ１７が検出したエンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１よりも速い第２の回転速度Ｎ２に達したか否かを判定し、判定結果をモータ制御部４７と燃料噴射制御部４８と吸気組成制御部４９とに出力する。

モータ制御部（モータ制御手段）４７は、エンジン２の回転速度Ｎが第２の回転速度Ｎ
２に達したと第２エンジン状態判定部４３が判定するまでエンジン２の回転速度Ｎを上昇
させた後、エンジン２の回転速度Ｎを第２の回転速度Ｎ２に維持するようにモータ２５を
制御する。

クラッチ・変速機制御部４６は、流体カップリング２１のロックアップクラッチ２２、
及び変速クラッチ２３を接状態又は断状態に切替え、また変速機２４の変速モードを制御
する。

吸気酸素濃度推定部（吸気酸素濃度推定手段）４４は、連通部９よりも下流側の吸気管路６を流通する吸気中の酸素濃度をＥＧＲ管路８を介した吸気管路６への排ガスの還流量に基づいて吸気酸素濃度ＯＬとして推定し、推定結果を吸気酸素濃度判定部４５に出力する。シリンダ３に噴射された燃料の燃焼時に発生するＮＯｘ量は、図４に示すように吸気酸素濃度が高くなるにつれて増大し、ある吸気酸素濃度（図４中の第２の酸素濃度目標値ＯＬ２）よりも高くなると急増する傾向にある。本実施形態では、吸気酸素濃度の推定には、例えば燃料噴射量、エンジン２の回転速度、吸気量、吸気圧及び吸気温度に基づいて吸気酸素濃度を推定する公知の方法（例えば、特開２０１０−２８５９５７号公報に記載された方法）が用いられる。

吸気酸素濃度判定部（吸気酸素濃度判定手段）４５は、吸気酸素濃度推定部４４が推定した吸気酸素濃度推定値ＯＬが、図４に示すように第２の酸素濃度目標値ＯＬ２よりも高く、且つ第２の酸素濃度目標値ＯＬ２の近傍である第１の酸素濃度目標値ＯＬ１以下であるか否かを判定し、判定結果を燃料噴射制御部４８及び吸気組成制御部４９に出力する。

燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）４８は、エンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１に達したと第１エンジン状態判定部４２が判定するまでの間は燃料の噴射を開始せず、エンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１に達したと第１エンジン状態判定部４２が判定してから燃料の噴射を開始するように燃料噴射弁４を制御する。また、エンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１に達していると第１エンジン状態判定部４２が判定したときから、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１を超えていると吸気酸素濃度判定部４５が判定している間は、所定量の燃料を噴射する。さらに、エンジン２の回転速度Ｎが第２の回転速度Ｎ２に達していると第２エンジン状態判定部４３が判定している間であって、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１以下であると吸気酸素濃度判定部４５が判定したときから、モータ２５のモータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満であるとモータトルク判定部４１が判定するまでの間は、燃料の噴射量を所定量から徐々に増大させる。

吸気組成制御部（吸気組成制御手段）４９は、エンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１に達していると第１エンジン状態判定部４２が判定したときから、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１を超えていると吸気酸素濃度判定部４５が判定している間は、ＥＧＲバルブ１１の開度を全開にし、吸気スロットル１０の開度を全閉にする。また、エンジン２の回転速度Ｎが第２の回転速度Ｎ２に達していると第２エンジン状態判定部４３が判定している間であって、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１以下であると吸気酸素濃度判定部４５が判定したときから、モータ２５のモータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満であるとモータトルク判定部４１が判定するまでの間は、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１よりも低い第２の酸素濃度目標値ＯＬ２になるようにＥＧＲバルブ１１と吸気スロットル１０とを開閉制御する。

次に、ＥＣＵ４０のエンジン始動制御処理を図５に示すフローチャート及び図６に示すタイミングチャートに基づいて説明する。図６のタイミングチャートの横軸は時間の経過を表す。本処理は、所定時間毎に繰り返して実行される。ＥＣＵ４０は、始動フラグＦｓがオンか否かを判定する（ステップＳ１）。Ｆｓがオフの場合は、ステップＳ２に進み、始動指示の有無を確認する。始動指示があった場合はＦｓをオンにしてステップＳ３に進み、始動指示がない場合は処理を終了する。始動指示は、例えばエンジン２の始動スイッチ（図示省略）等から入力される。ステップＳ３では、流体カップリング２１のロックアップクラッチ２２及び変速クラッチ２３を接にして、エンジン２の出力と変速機２４とを流体カップリング２１の流体を介することなく接続する。さらに、変速機２４の変速モードをエンジン出力のプロペラシャフト３１への伝達が遮断されるニュートラルモードに設定する。次にステップＳ８に進み、ＥＧＲバルブ１１の開度を全開とし、吸気スロットル１０の開度を全閉とする。以上が図６に示す区間（１）の処理である。

ステップＳ１で始動フラグＦｓがオンと判定された場合は、エンジン始動制御処理が開始されているので、ステップＳ５に進みモータ２５の回転速度制御を行う。モータ２５の回転速度制御は、モータトルクＴｍによってエンジン２を回転駆動し、図６に示すようにエンジン２の回転速度Ｎが回転速度Ｎ２に達した後は、回転速度Ｎを回転速度Ｎ２に維持するようにモータ２５を制御する。次に、エンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１以上になったか否かを判定する（ステップＳ６）。エンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１未満である場合は、燃料噴射弁４からの燃料噴射量をゼロにする（ステップＳ７）。続いてステップＳ８へ進みＥＧＲバルブ１１の開度を全開状態、吸気スロットル１０の開度を全閉状態に維持する。以上が図６に示す区間（２）の処理である。

エンジン２の回転速度Ｎが第１の回転速度Ｎ１以上になった場合（ステップＳ６の判定がＹＥＳの場合）は、連通部９よりも下流の吸気管路６の吸気酸素濃度推定値ＯＬを算出する（ステップＳ９）。次に、モータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満か否かを判定する（ステップＳ１０）。モータトルクＴｍが所定トルクＴｓ以上の場合は、ステップＳ１１に進み、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１以下か否かを判定する（ステップＳ１１）。吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１を超えている場合は、ステップＳ１２に進み、エンジン２の着火に必要な比較的少量（所定量）の燃料を燃料噴射弁４からエンジン２に対して噴射供給する。続いてステップＳ８に進みＥＧＲバルブ１１の開度を全開状態、吸気スロットル１０の開度を全閉状態に維持する。以上が図６に示す区間（３）の処理である。

ステップＳ１１において、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１以下であると判定された場合は、ステップＳ１３に進み、前回噴射した燃料量よりも今回噴射する燃料量を増量することによって、燃料噴射量を徐々に増大する。燃料噴射量の増量によってエンジン２のエンジントルクＴｅが増大し、モータトルクＴｍが減少する（図６参照）。次に、ステップＳ１４に進んで吸気組成制御を実行する。吸気組成制御では、吸気酸素濃度推定値ＯＬが、図４に示す第２の酸素濃度目標値ＯＬ２となるように、ＥＧＲバルブ１１と吸気スロットル１０とを開閉制御する。すなわち、吸気酸素濃度推定値ＯＬが、第２の酸素濃度目標値ＯＬ２よりも低い場合は、ＥＧＲバルブ１１の開度を閉方向に、吸気スロットル１０の開度を開方向に駆動し、吸気酸素濃度推定値ＯＬが、第２の酸素濃度目標値ＯＬ２よりも高い場合は、ＥＧＲバルブ１１の開度を開方向に、吸気スロットル１０の開度を閉方向に駆動する。以上が図６における区間（４）の処理である。

ステップＳ１０において、モータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満であると判定された場合は、ステップＳ１５に進んで流体カップリング２１のロックアップクラッチ２２を断とする。これによって、エンジン２の駆動力は流体カップリング２１の流体を介して変速機２４に伝達される。次に、モータ２５の回転速度制御を終了してモータ２５のモータトルクＴｍをゼロにし（ステップＳ１６）、エンジン始動フラグＦｓをオフとして（ステップＳ１７）エンジン始動制御処理を終了する。以上が図６の区間（５）の処理である。なお、エンジン始動制御処理の終了後、エンジン２の制御は別途備えるエンジン制御処理（説明省略）等に引き継がれ、エンジンの回転速度Ｎが適切に制御され、吸気組成制御が継続される。

本実施形態では、エンジン２の始動時において、燃料噴射制御部４８がエンジン２への燃料の噴射を開始すると、モータ制御部４７は、モータトルク（トルク）ＴｍとエンジントルクＴｅとを加えたエンジン総トルクＴｔによって、エンジン２が第２の回転速度Ｎ２を維持するようにモータ２５を制御し、エンジントルクＴｅの増大に応じてモータトルクＴｍを減少する。第１の回転速度Ｎ１は、例えばエンジン始動後のアイドリング回転速度に設定される。また、エンジントルクＴｅは、トルクが低い低トルク域ではトルク変動が比較的大きく、エンジン２が単独でアイドリング回転速度Ｎ１で回転するトルク（アイドルトルクＴｉ）まで増大したときに安定化する傾向がある。エンジントルクＴｅが低トルク域からアイドルトルクＴｉまで増大するにつれて、モータトルクＴｍが減少するので、エンジン総トルクＴｔに対するエンジントルクＴｅの割合が増大し、エンジン総トルクＴｔの変動が大きくなる。このため、エンジントルクＴｅがアイドルトルクＴｉの近傍まで増大したときであっても、エンジン総トルクＴｔの変動を低減することが可能なモータトルクＴｍを所定トルクＴｓとして設定する。また、エンジン２が第２の回転速度Ｎ２で回転している状態でモータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満に減少したときのエンジントルクＴｅがアイドルトルクＴｉ以上であるようなエンジン２の回転速度Ｎを第２の回転速度Ｎ２として設定する。

エンジン２の始動時、モータ制御部４７は、モータ２５によってエンジン２の回転速度Ｎを第２の回転速度Ｎ２まで上昇させ、燃料噴射制御部４８は、エンジン２の回転速度Ｎがアイドリング回転速度Ｎ１に達するまで燃料の噴射を開始しないので、アイドリング回転速度Ｎ１に達するまでエンジン総トルクＴｔにはエンジントルクＴｅが含まれない。従って、エンジン総トルクＴｔの変動は小さい（図６の区間（２）参照）。また、エンジン２の回転速度Ｎがアイドリング回転速度Ｎ１に達して燃料噴射が開始された直後は燃料噴射量が比較的少量であり、エンジントルクＴｅは低トルク域にあるのでトルク変動が大きいが、エンジン総トルクＴｔに対するエンジントルクＴｅの割合は小さいのでエンジン総トルクＴｔの変動は小さい（図６の区間（３）参照）。また、エンジントルクＴｅが増大するとモータトルクＴｍが減少し、エンジン総トルクＴｔに対するエンジントルクＴｅの割合が増大するが、エンジン２が第２の回転速度Ｎ２で回転している間は、エンジン総トルクＴｔには少なくとも所定トルクＴｓ以上のモータトルクＴｍが加えられている。このため、エンジントルクＴｅがアイドルトルクＴｉの近傍まで増大した場合であってもエンジントルクＴｅのトルク変動に起因したエンジン総トルクＴｔの変動は低減される（図６の区間（４）参照）。また、エンジン２が第２の回転速度Ｎ２で回転している状態でモータトルクＴｍが所定トルクＴｓまで減少した場合、エンジントルクＴｅはアイドルトルクＴｉ以上に達している。従って、モータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満となり、モータ制御部４７によるエンジン２の回転駆動が終了したとき、エンジン２は自立してアイドリング回転速度Ｎ１で回転し、エンジン総トルクＴｔは安定する（図６の区間（５）参照）。

このように、エンジン２の始動時にエンジン２が自立してアイドリング回転速度Ｎ１で回転するまでの間、エンジン総トルクＴｔのトルク変動が低減されるので、トルク変動の影響を受けて発生するエンジン動力伝達系（クラッチ、ギア等）のガタ等による騒音を確実に抑制することができる。

また、エンジン２の回転始動前の状態では、吸気管路５の吸気酸素濃度は空気と略同じ酸素濃度であり、エンジン２のシリンダ３内に噴射した燃料の燃焼時に発生するＮＯｘの抑制が可能な適正な吸気酸素濃度よりも濃度が高い（図６の区間（１）参照）。エンジン２がアイドリング回転速度Ｎ１に達したと第１エンジン状態判定部４２が判定すると、燃料噴射制御部４８がエンジンを着火するのに必要な比較的少量（所定量）の燃料の噴射を開始し、排気管路７に排ガスが排出される。また、吸気組成制御部４９が、吸気スロットル１０を全閉にし、ＥＧＲバルブ１１を全開にするので、連通部９よりも下流の吸気管路６には新たな空気は流入せず、排気管路７からＥＧＲ管路８を介して空気よりも酸素濃度の低い排ガスが還流して、吸気管路６の吸気酸素濃度が低下する（図６の区間（３）参照）。燃料噴射制御部４８は、吸気酸素濃度推定部４４が推定した吸気管路６の吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１以下になるまで所定量の燃料の噴射を継続する。なお、第１の酸素濃度目標値ＯＬ１は、排ガス中のＮＯｘ発生の抑制が可能な適正な吸気酸素濃度よりも高く、且つ適正な吸気酸素濃度の近傍の値に設定されることが好適である（図４参照）。エンジン２の回転速度Ｎは第２の回転速度Ｎ２に維持され十分な排ガスの還流量が得られるので、吸気管路６の吸気酸素濃度を第１の酸素濃度目標値ＯＬ１まで急速に低下させることができる。吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１以下に低下したときから、燃料噴射制御部４８は、噴射する燃料を所定量から徐々に増大させる。また、吸気組成制御部４９は、第１の酸素濃度目標値ＯＬ１よりも低い第２の酸素濃度目標値ＯＬ２となるようにＥＧＲバルブ１１と吸気スロットル１０とを開閉制御する（図６の区間（４）参照）。なお、第２の酸素濃度目標値ＯＬ２は、ＮＯｘ発生の抑制が可能な適正な吸気酸素濃度に設定されることが好適である。燃料噴射量の増大によって、エンジントルクＴｅが増大し、エンジントルクＴｅの増大に応じてモータ制御部４７がモータトルクＴｍを減少させる。モータトルクＴｍが所定トルクＴｓ未満に減少したときは、燃料噴射量の増量が停止され、モータ制御部４７がモータ２５によるエンジン２の回転駆動を終了し、エンジン２はアイドリング回転速度Ｎ１で回転する自立運転状態となる（図６の区間（５）参照）。

このように、エンジン２の始動時は、吸気管路６の吸気酸素濃度を推定し、吸気酸素濃度推定値ＯＬを第１の酸素濃度目標値ＯＬ１まで低下させてから、酸素濃度目標値ＯＬ２になるように制御する。吸気酸素濃度推定値ＯＬが第１の酸素濃度目標値ＯＬ１に低下するまでは、エンジン２の着火に必要な比較的少量の燃料をエンジンへ供給するので、排出される排ガス量も少なく、ＮＯｘ排出量が抑制される。また、吸気酸素濃度推定値ＯＬが第２の酸素濃度目標値ＯＬ２に制御されている状態で、エンジン２への燃料供給量を増大させるので、排ガス中のＮＯｘ発生が抑制され、燃料供給の増大により排ガス排出量が増大してもＮＯｘ排出量を抑制することができる。また、吸気酸素濃度推定値ＯＬを用いて吸気管路６の酸素濃度を制御するので、ＮＯｘ排出量の抑制についての応答性が改善される。従って、エンジン２の始動時からの排ガス中のＮＯｘ排出量を効果的に抑制することができる。

なお、本実施形態では吸気組成制御部４９は、吸気酸素濃度推定値ＯＬを推定し、吸気酸素濃度を目標値とする吸気酸素濃度制御を実行したが、吸気組成制御部は、吸気酸素濃度に対応する吸気管路５の吸気量を目標値とした吸気量制御を実行してもよい。また、吸気組成制御部は吸気酸素濃度に対応するＥＧＲ率（吸気管路６の吸気量に対するＥＧＲ管路８からの排ガスの還流量の比率）を目標値としたＥＧＲ率制御を実行してもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により本発明は限定されることはない。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論である。

本発明は、ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置として広く適用可能である。

１ 車両
２ エンジン
３ シリンダ
４ 燃料噴射弁
５ 吸気管路（連通部よりも上流側の吸気管路）
６ 吸気管路（連通部よりも下流側の吸気管路）
７ 排気管路
８ ＥＧＲ管路
９ 連通部
１０ 吸気スロットル
１１ ＥＧＲバルブ
２４ モータ
４０ ＥＣＵ
４１ モータトルク判定部（モータトルク判定手段）
４２ 第１エンジン状態判定部（第１のエンジン状態判定手段）
４３ 第２エンジン状態判定部（第２のエンジン状態判定手段）
４４ 吸気酸素濃度推定部（吸気酸素濃度推定手段）
４５ 吸気酸素濃度判定部（吸気酸素濃度判定手段）
４７ モータ制御部（モータ制御手段）
４８ 燃料噴射制御部（燃料噴射制御手段）
４９ 吸気組成制御部（吸気組成制御手段）
Ｎ１ 第１の回転速度
Ｎ２ 第２の回転速度
ＯＬ 吸気酸素濃度推定値
ＯＬ１ 第１の酸素濃度目標値
ＯＬ２ 第２の酸素濃度目標値
Ｔｓ 所定トルク

Claims (3)

1. エンジンと、前記エンジンを回転駆動するモータと、前記エンジンのシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記エンジンに空気を供給する吸気管路と、前記エンジンから排ガスを排出する排気管路と、前記排気管路と前記吸気管路とを連通させ前記吸気管路に排ガスを還流させるＥＧＲ管路と、前記吸気管路と前記排気管路との連通部よりも上流側の吸気管路に設けられ前記上流側の吸気管路を開閉する吸気スロットルと、前記ＥＧＲ管路に設けられ前記ＥＧＲ管路を開閉するＥＧＲバルブと、を有するハイブリッド車両に搭載されるエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジンの回転速度が第１の回転速度に達したか否かを判定する第１のエンジン状態判定手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度よりも速い第２の回転速度に達したか否かを判定する第２のエンジン状態判定手段と、
   前記モータのトルクが所定トルク未満であるか否かを判定するモータトルク判定手段と、
   前記エンジンの始動時に前記エンジンの回転駆動を開始し、前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達したと前記第２のエンジン状態判定手段が判定するまで前記エンジンの回転速度を上昇させた後、前記エンジンの回転速度を前記第２の回転速度に維持するように前記モータを制御するモータ制御手段と、
   前記連通部よりも下流側の吸気管路を流通する吸気中の酸素濃度を、前記ＥＧＲ管路を介した前記吸気管路への排ガスの還流状態に基づいて吸気酸素濃度推定値として推定する吸気酸素濃度推定手段と、
   前記吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下であるか否かを判定する吸気酸素濃度判定手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度に達したと前記第１のエンジン状態判定手段が判定するまでの間は燃料の噴射を開始せず、前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度に達したと前記第１のエンジン状態判定手段が判定してから燃料の噴射を開始するように前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記第１のエンジン状態判定手段の判定結果と、前記吸気酸素濃度判定手段の判定結果とに基づいて、前記ＥＧＲバルブと前記吸気スロットルとを開閉制御する吸気組成制御手段と、を備え、
   前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度に達していると前記第１のエンジン状態判定手段が判定したときから、前記吸気酸素濃度推定値が前記第１の酸素濃度目標値を超えていると前記吸気酸素濃度判定手段が判定している間は、前記燃料噴射制御手段は、所定量の燃料を噴射し、前記吸気組成制御手段は、前記ＥＧＲバルブを開放し且つ前記吸気スロットルを閉止し、
   前記モータ制御手段は、前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達したと前記第２のエンジン状態判定手段が判定した後であって、前記モータのトルクが前記所定トルク未満であると前記モータトルク判定手段が判定したとき、前記エンジンの回転駆動を終了する
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
2. エンジンと、前記エンジンを回転駆動するモータと、前記エンジンのシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記エンジンに空気を供給する吸気管路と、前記エンジンから排ガスを排出する排気管路と、前記排気管路と前記吸気管路とを連通させ前記吸気管路に排ガスを還流させるＥＧＲ管路と、を有するハイブリッド車両に搭載されるエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジンの回転速度が第１の回転速度に達したか否かを判定する第１のエンジン状態判定手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度よりも速い第２の回転速度に達したか否かを判定する第２のエンジン状態判定手段と、
   前記モータのトルクが所定トルク未満であるか否かを判定するモータトルク判定手段と、
   前記エンジンの始動時に前記エンジンの回転駆動を開始し、前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達したと前記第２のエンジン状態判定手段が判定するまで前記エンジンの回転速度を上昇させた後、前記エンジンの回転速度を前記第２の回転速度に維持するように前記モータを制御するモータ制御手段と、
   前記吸気管路と前記排気管路との連通部よりも下流側の吸気管路を流通する吸気中の酸素濃度を、前記ＥＧＲ管路を介した前記吸気管路への排ガスの還流状態に基づいて吸気酸素濃度推定値として推定する吸気酸素濃度推定手段と、
   前記吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下であるか否かを判定する吸気酸素濃度判定手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度に達したと前記第１のエンジン状態判定手段が判定するまでの間は燃料の噴射を開始せず、前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度に達したと前記第１のエンジン状態判定手段が判定してから燃料の噴射を開始するように前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、を備え、
   前記燃料噴射制御手段は、前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達していると前記第２のエンジン状態判定手段が判定している間であって、前記吸気酸素濃度推定値が前記第１の酸素濃度目標値以下であると前記吸気酸素濃度判定手段が判定したときから、前記モータのトルクが前記所定トルク未満であると前記モータトルク判定手段が判定するまでの間は、燃料の噴射量を徐々に増大させるように前記燃料噴射弁を制御し、
   前記モータ制御手段は、前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達したと前記第２のエンジン状態判定手段が判定した後であって、前記モータのトルクが前記所定トルク未満であると前記モータトルク判定手段が判定したとき、前記エンジンの回転駆動を終了する
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。
3. エンジンと、前記エンジンを回転駆動するモータと、前記エンジンのシリンダ内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記エンジンに空気を供給する吸気管路と、前記エンジンから排ガスを排出する排気管路と、前記排気管路と前記吸気管路とを連通させ前記吸気管路に排ガスを還流させるＥＧＲ管路と、前記吸気管路と前記排気管路との連通部よりも上流側の吸気管路に設けられ前記上流側の吸気管路を開閉する吸気スロットルと、前記ＥＧＲ管路に設けられ前記ＥＧＲ管路を開閉するＥＧＲバルブと、を有するハイブリッド車両に搭載されるエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジンの回転速度が第１の回転速度に達したか否かを判定する第１のエンジン状態判定手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度よりも速い第２の回転速度に達したか否かを判定する第２のエンジン状態判定手段と、
   前記モータのトルクが所定トルク未満であるか否かを判定するモータトルク判定手段と、
   前記エンジンの始動時に前記エンジンの回転駆動を開始し、前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達したと前記第２のエンジン状態判定手段が判定するまで前記エンジンの回転速度を上昇させた後、前記エンジンの回転速度を前記第２の回転速度に維持するように前記モータを制御するモータ制御手段と、
   前記連通部よりも下流側の吸気管路を流通する吸気中の酸素濃度を、前記ＥＧＲ管路を介した前記吸気管路への排ガスの還流状態に基づいて吸気酸素濃度推定値として推定する吸気酸素濃度推定手段と、
   前記吸気酸素濃度推定値が第１の酸素濃度目標値以下であるか否かを判定する吸気酸素濃度判定手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度に達したと前記第１のエンジン状態判定手段が判定するまでの間は燃料の噴射を開始せず、前記エンジンの回転速度が前記第１の回転速度に達したと前記第１のエンジン状態判定手段が判定してから燃料の噴射を開始するように前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達していると前記第２のエンジン状態判定手段が判定している間であって、前記吸気酸素濃度推定値が前記第１の酸素濃度目標値以下であると前記吸気酸素濃度判定手段が判定したときから、前記モータのトルクが前記所定トルク未満であると前記モータトルク判定手段が判定するまでの間は、前記吸気酸素濃度推定値が前記第１の酸素濃度目標値よりも低い第２の酸素濃度目標値になるように前記ＥＧＲバルブと前記吸気スロットルとを開閉制御する吸気組成制御手段と、を備え、
   前記モータ制御手段は、前記エンジンの回転速度が前記第２の回転速度に達したと前記第２のエンジン状態判定手段が判定した後であって、前記モータのトルクが前記所定トルク未満であると前記モータトルク判定手段が判定したとき、前記エンジンの回転駆動を終了する
   ことを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。

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