JP7010044B2 - 車両のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両のエンジン始動制御装置に関する。

特許文献１における車両のハイブリッドシステムには、当該車両の駆動源として、エンジンと当該エンジンに駆動連結されたモータジェネレータとが設けられている。また、特許文献１のハイブリッドシステムには、エンジンを始動させるためのスタータが設けられている。このハイブリッドシステムにおいては、スタータを使用したエンジンの始動だけでなく、モータジェネレータを使用したエンジンの始動も可能になっている。また、特許文献１のハイブリッドシステムには、エンジンの始動時における燃料噴射量を制御するエンジン始動制御装置が適用されている。このエンジン始動制御装置は、予め定められたマップに従い、エンジンの機関回転数に応じて燃料噴射量を算出する。

特開２０１２－２３６５６８号公報

特許文献１のようなハイブリッドシステムにおいては、スタータとモータジェネレータとで別種の電動機が採用される。具体的には、例えば、スタータとしては直流電動機が、モータジェネレータとしては交流電動機が採用されることが一般的である。そのため、スタータとモータジェネレータとでは出力特性に違いがあり、エンジンの始動時にエンジンのクランクシャフトに与えることができる回転トルクの大きさにも違いが生じる。このような出力特性の違いがあるにも拘らず、スタータを使用したエンジンの始動の際の燃料噴射制御を、モータジェネレータを使用したエンジンの始動の際にも適用すると、燃料噴射量に過不足が生じるおそれがある。

上記課題を解決するため、本発明は、車両の駆動源としてエンジンと当該エンジンに駆動連結されたモータジェネレータとを備えているとともに、前記エンジンを始動させるスタータを備えている車両に搭載されるエンジン始動制御装置であって、前記エンジンの機関回転数がゼロから予め定められた始動回転数を超えるまでのエンジンの始動期間中に、前記エンジンの燃料噴射弁から噴射する燃料の燃料噴射量をアシスト噴射量として算出する噴射量算出部を備え、前記噴射量算出部は、前記モータジェネレータを使用してエンジンを始動する際、前記エンジンの機関回転数が、前記始動回転数未満の値である閾値以上である場合には、前記アシスト噴射量を、前記スタータを使用して前記エンジンを始動する際のアシスト噴射量よりも少なく算出する。

上記構成において、スタータは、エンジンの始動に特化した電動機であるため、エンジンの機関回転数が極小さいときには、クランクシャフトに大きな回転トルクを付与できる一方で、エンジンの機関回転数が大きくなるとクランクシャフトに付与できる回転トルクは小さくなる。したがって、スタータを使用してエンジンを始動する際には、エンジンの機関回転数が極小さいエンジンの始動初期を除けば、スタータからの回転トルクのみでは始動トルクを賄うことができない。そこで、従来、スタータを使用したエンジンの始動時には、相応の量の燃料を噴射して、当該燃料の燃焼によって回転トルクを補っている。

一方、モータジェネレータは、車両の駆動源としても機能するものであるため、機関回転数が相応に高くても、クランクシャフトに回転トルクを付与できる。したがって、モータジェネレータを使用してエンジンを始動する際には、アシスト噴射量が少なくても、始動トルクをクランクシャフトに付与できる。

上記の構成によれば、このようなスタータとモータジェネレータとの出力特性の違いを考慮してアシスト噴射量を算出できる。すなわち、モータジェネレータを使用してエンジンを始動する際には、エンジンの機関回転数が閾値に達した以後は、アシスト噴射量が、スタータを使用したときのアシスト噴射量よりも少なくなる。したがって、スタータを使用してエンジンを始動するときのアシスト噴射量を、そのままモータジェネレータを使用してエンジンを始動する場合に適用するのに比較して、エンジンの始動に要する燃料消費量を低減できる。

上記の発明において、前記エンジンの状態に応じて、当該エンジンを始動するためにクランクシャフトに与える必要のある回転トルクを始動トルクとして算出する始動トルク算出部と、前記モータジェネレータの状態に応じて、当該モータジェネレータが前記クランクシャフトに与えることができる回転トルクをモータジェネレータトルクとして算出するモータジェネレータトルク算出部とを備え、前記噴射量算出部は、前記モータジェネレータトルクが前記始動トルクに一致するときの機関回転数を前記閾値とし、前記機関回転数が前記閾値未満であるときには、前記アシスト噴射量を正の値として算出してもよい。

上記構成によれば、機関回転数が閾値未満であるとき、すなわち、モータジェネレータトルクが始動トルクよりも小さいときには、燃料噴射が行われて当該燃料の燃焼によって回転トルクが補われる。したがって、確実且つ速やかにモータジェネレータを使用してエンジンを始動できる。

上記の発明において、前記噴射量算出部は、前記機関回転数が前記閾値未満であるときには、前記モータジェネレータトルクと前記始動トルクとの差が大きいほど、前記アシスト噴射量を大きな値として算出してもよい。

上記構成によれば、始動トルクに対するモータジェネレータトルクの不足分に応じてアシスト噴射量を算出できる。したがって、燃料の噴射によって回転トルクを補うにあたって、アシスト噴射量の過不足をより小さくできる。

車両のハイブリッドシステムの概略構成図。 機関回転数と最大ＭＧトルク及び要求始動トルクとの関係性を示すグラフ。 エンジン始動制御処理を示すフローチャート。 機関回転数とスタータトルク及び要求始動トルクとの関係性を示すグラフ。 モータジェネレータを使用したエンジンの始動時に、仮にスタータを使用してエンジンを始動するときのアシスト噴射量を適用した場合の機関回転数と各トルクとの関係性を示すグラフ。

以下、本発明の実施形態を説明する。先ず、図１に従って、車両のハイブリッドシステムの概略構成を説明する。
図１に示すように、ハイブリッドシステムは、駆動源としてエンジン１０を備えている。エンジン１０のクランクシャフト１０ａは、トランスミッション１１等を介して駆動輪に駆動連結されている。また、エンジン１０のクランクシャフト１０ａは、第１プーリ１２に駆動連結されている。第１プーリ１２には、伝達ベルト１３が掛け回されている。なお、図示は省略するが、エンジン１０のクランクシャフト１０ａは、ベルト、プーリ、ギア（スプロケット）、チェーン等を介して、油圧を発生するための油圧ポンプやエアコンのコンプレッサ等にも駆動連結されている。

ハイブリッドシステムは、上記エンジン１０とは別の駆動源として、モータジェネレータ２０を備えている。モータジェネレータ２０は、いわゆる三相交流電動機である。モータジェネレータ２０の出力軸２０ａは、第２プーリ１４に駆動連結されている。第２プーリ１４には、伝達ベルト１３が掛け回されている。すなわち、モータジェネレータ２０は、第２プーリ１４、伝達ベルト１３、及び第１プーリ１２を介して、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに駆動連結されている。

モータジェネレータ２０は、電動モータとして機能する場合には、第２プーリ１４に回転トルクを与え、その回転トルクが伝達ベルト１３及び第１プーリ１２を介してエンジン１０のクランクシャフト１０ａに入力される。すなわち、この場合には、モータジェネレータ２０は、エンジン１０の駆動をアシストする。一方、モータジェネレータ２０は、発電機として機能する場合には、エンジン１０のクランクシャフト１０ａの回転トルクが、第１プーリ１２、伝達ベルト１３、及び第２プーリ１４を介して、モータジェネレータ２０の出力軸２０ａに入力される。そして、出力軸２０ａの回転に応じて、モータジェネレータ２０が発電する。

モータジェネレータ２０には、インバータ２１を介して、高圧バッテリ２２が接続されている。インバータ２１は、いわゆる双方向インバータであり、モータジェネレータ２０が発電した交流電圧を直流電圧に変換して高圧バッテリ２２に出力し、高圧バッテリ２２が出力した直流電圧を交流電圧に変換してモータジェネレータ２０に出力する。なお、図１では、インバータ２１をモータジェネレータ２０とは別のものとして描いているが、インバータ２１がモータジェネレータ２０の筐体内に内蔵されていることもある。

高圧バッテリ２２は、４８Ｖのリチウムイオン電池である。高圧バッテリ２２は、モータジェネレータ２０が電動モータとして機能するときには、当該モータジェネレータ２０に電力を供給する。また、高圧バッテリ２２は、モータジェネレータ２０が発電機として機能するときには、当該モータジェネレータ２０から電力の供給を受けて充電される。

モータジェネレータ２０には、インバータ２１を介してＤＣ／ＤＣコンバータ２３が接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、高圧バッテリ２２にも接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３は、インバータ２１や高圧バッテリ２２から出力される直流電圧を１２Ｖ～１５Ｖに降圧して出力する。ＤＣ／ＤＣコンバータ２３には、低圧バッテリ２４が接続されている。

低圧バッテリ２４は、高圧バッテリ２２よりも電圧の低い１２Ｖの鉛蓄電池である。低圧バッテリ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が駆動していないときやＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧が１２Ｖであるときには、１２Ｖの直流電圧を出力する。低圧バッテリ２４は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧が低圧バッテリ２４の開回路電圧（ＯＣＶ）よりも大きいときには、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から電力の供給を受けて充電される。

ＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び低圧バッテリ２４には、各種の補機２５が接続されている。補機２５の例としては、例えば、車両の前照灯、方向指示灯、室内灯などのライト関係や、カーナビゲーション装置やスピーカ等の車室内装備が挙げられる。補機２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３が駆動していないときには、低圧バッテリ２４から電力の供給を受ける。補機２５は、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３の出力電圧が低圧バッテリ２４の開回路電圧（ＯＣＶ）よりも大きいときには、当該ＤＣ／ＤＣコンバータ２３から電力の供給を受ける。

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ２３及び低圧バッテリ２４には、上述した補機２５の１つとして、エンジン１０を始動するためのスタータ２５Ａが接続されている。スタータ２５Ａは直流電動機であり、当該スタータ２５Ａの出力軸がエンジン１０のクランクシャフト１０ａに駆動連結されている。スタータ２５Ａは、低圧バッテリ２４やＤＣ／ＤＣコンバータ２３からの電力供給を受けて駆動する。

ハイブリッドシステムは、エンジン１０やモータジェネレータ２０等を制御する電子制御装置３０を備えている。電子制御装置３０は、各種のプログラム（アプリケーション）を実行する演算部、プログラム等が記憶されている不揮発性の記憶部、及びプログラムの実行にあたってデータが一時的に記憶される揮発性メモリ等を備えた処理回路（コンピュータ）である。

電子制御装置３０には、車両に搭載されている各種のセンサ等から、エンジン１０の状態を示す信号が入力される。具体的には、電子制御装置３０には、クランク角センサ３５からクランクシャフト１０ａの回転位置ＣＡを示す信号が入力される。クランク角センサ３５は、単位時間毎にエンジン１０におけるクランクシャフト１０ａの回転位置ＣＡを検出する。

電子制御装置３０には、冷却水温センサ３６からエンジン１０の冷却水温度ＴＨＷを示す信号が入力される。冷却水温センサ３６は、エンジン１０におけるシリンダブロックやシリンダヘッド内に区画されているウォータジャケットの出口部に取り付けられており、このウォータジャケットの出口部における冷却水の温度を、冷却水温度ＴＨＷとして検出する。

また、電子制御装置３０には、高圧バッテリ２２から当該高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨを示す信号が入力される。高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨは、高圧バッテリ２２の出力電圧値、出力電流値及び温度等である。電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２の状態情報ＩＨに基づいて、高圧バッテリ２２の充電容量（ＳＯＣ：State of charge）を算出する。なお、この実施形態において、高圧バッテリ２２の充電容量とは、状態情報ＩＨが入力された時点で高圧バッテリ２２に充電されている電力量を、当該高圧バッテリ２２の満充電の電力量に対する割合として示したものであり、例えば百分率（％）で表される。なお、図示は省略するが、電子制御装置３０には、低圧バッテリ２４から当該低圧バッテリ２４の状態情報（出力電圧値、出力電流値及び温度等）を示す信号が入力される。電子制御装置３０は、低圧バッテリ２４の状態情報に基づいて、低圧バッテリ２４の充電容量等を算出する。

上記の電子制御装置３０は、入力される各種の信号に基づいてモータジェネレータ２０を制御するための操作信号ＭＳｍｇを生成し、その操作信号ＭＳｍｇをモータジェネレータ２０に出力する。また、電子制御装置３０は、入力される各種の信号に基づいてエンジン１０の燃料噴射弁を制御するための操作信号ＭＳｉｎｊを出力する。エンジン１０の燃料噴射弁は、操作信号ＭＳｉｎｊに応じた期間で開弁し、開弁期間に応じた量の燃料を噴射する。すなわち、電子制御装置３０は、操作信号ＭＳｉｎｊにより、エンジン１０の燃料噴射弁からの１噴射あたりの燃料噴射量を制御している。

また、電子制御装置３０は、エンジン１０が停止している状態において、当該エンジン１０の始動要求があった場合には、スタータ２５Ａ及びモータジェネレータ２０のどちらを使用してエンジン１０を始動するかを決定する。具体的には、電子制御装置３０は、車両の運転者がイグニッションスイッチ（エンジンスタートスイッチ、システム起動スイッチ等と呼称されることもある。）をオン操作したのに伴う始動要求のときには、スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動を決定する。また、電子制御装置３０は、信号待ち等でエンジン１０が一時停止（アイドルストップ）した後の自動再始動要求のときには、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動を決定する。

電子制御装置３０は、スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動を決定した場合、エンジン１０の始動期間中におけるエンジン１０の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、アシスト噴射量Ｑｆとして算出する。この実施形態では、スタータ２５Ａを使用してエンジン１０を始動する際には、エンジン１０の始動期間の全期間に亘って、予め定められた一定のアシスト噴射量Ｑｆが算出される。また、電子制御装置３０は、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動を決定した場合、エンジン１０の始動期間中におけるエンジン１０の燃料噴射弁からの燃料噴射量を、アシスト噴射量Ｑｆとして算出する。このように、電子制御装置３０は、車両のエンジン１０に対する始動制御装置として機能する。

次に、上記実施形態におけるモータジェネレータ２０が出力できる最大モータジェネレータトルクＴＱｍｇ（以下、最大ＭＧトルクＴＱｍｇと略記する。）と、エンジン１０を始動するのに必要な要求始動トルクＴＱｓｔａとの関係について説明する。

エンジン１０を始動する際には、機関回転数Ｎｅが所定の期間内で始動回転数Ｎｓｔａへと至るように制御される。そして、上記のように機関回転数Ｎｅが上昇するためにエンジン１０のクランクシャフト１０ａに対して付与する必要がある要求始動トルクＴＱｓｔａが、機関回転数Ｎｅに対する関数として定められている。図２に示すように、この要求始動トルクＴＱｓｔａは、機関回転数Ｎｅがゼロであるときに最大で、機関回転数Ｎｅがゼロから増加していくに連れて小さくなる。そして、要求始動トルクＴＱｓｔａは、機関回転数Ｎｅがある程度高くなって始動回転数Ｎｓｔａに至るまでは、概ね一定の値となる。

一方、モータジェネレータ２０が、その時々で、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに付与できる最大のトルクである最大ＭＧトルクＴＱｍｇは、機関回転数Ｎｅがゼロのときに最大で、機関回転数Ｎｅがゼロから増加していくに連れて小さくなる。とはいえ、最大ＭＧトルクＴＱｍｇの低下割合は、機関回転数Ｎｅが小さいときの要求始動トルクＴＱｓｔａの低下割合に比べると緩やかである。そのため、機関回転数Ｎｅが小さいときには、最大ＭＧトルクＴＱｍｇは要求始動トルクＴＱｓｔａよりも小さく、機関回転数Ｎｅが大きいときには、最大ＭＧトルクＴＱｍｇは要求始動トルクＴＱｓｔａよりも大きくなる。

すなわち、最大ＭＧトルクＴＱｍｇと要求始動トルクＴＱｓｔａとが一致するときの機関回転数Ｎｅを閾値Ｎｘとしたとき、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ未満であるときには、最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａに対して不足して不足トルクＴＱｓｈｔが発生する。その一方で、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上であるときには、最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａを満足している。

次に、モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動する際の始動制御処理を図３に従って説明する。
電子制御装置３０は、自動再始動要求があってモータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動を決定すると、一連の始動制御処理を開始して、ステップＳ１１の処理を実行する。

ステップＳ１１では、電子制御装置３０は、モータジェネレータ２０に対して操作信号ＭＳｍｇを出力することにより、モータジェネレータ２０の駆動を開始する。これにより、モータジェネレータ２０からエンジン１０のクランクシャフト１０ａに回転トルクが入力され、機関回転数Ｎｅが上昇していく。その後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１２に移行する。

ステップＳ１２では、電子制御装置３０は、当該ステップＳ１２の実行時点において、モータジェネレータ２０がエンジン１０のクランクシャフト１０ａに付与できる最大の回転トルクである最大ＭＧトルクＴＱｍｇを算出する。具体的には、電子制御装置３０は、高圧バッテリ２２からの状態情報ＩＨに基づいて、高圧バッテリ２２の充電容量を算出する。そして、高圧バッテリ２２の充電容量が一定の値（例えば３０～４０％）以上である場合には、高圧バッテリ２２からモータジェネレータ２０への入力電流が、当該モータジェネレータ２０の最大定格入力であるものとする。また、高圧バッテリ２２の充電容量が上記一定の値未満である場合には、充電容量が低いほど高圧バッテリ２２からモータジェネレータ２０への入力電流が小さくなるものとする。さらに、電子制御装置３０は、クランク角センサ３５が検出したステップＳ１２の処理時点での最新の回転位置ＣＡと、その１つ前に検出した回転位置ＣＡとの差に基づいて単位時間あたりのクランクシャフト１０ａの回転数を算出し、それをエンジン１０の機関回転数Ｎｅとする。そして、上記のようにして求められた入力電流でモータジェネレータ２０が駆動した場合に、クランクシャフト１０ａに付与できる回転トルクを、機関回転数Ｎｅに応じて、最大ＭＧトルクＴＱｍｇとして算出する。

なお、最大ＭＧトルクＴＱｍｇと機関回転数Ｎｅとの関係性については、上述したとおりである。したがって、高圧バッテリ２２の充電容量が低くて高圧バッテリ２２に対する入力電流が低いほど、図２のグラフにおいて最大ＭＧトルクＴＱｍｇの曲線が下側へと平行移動したような状態になる。このように電子制御装置３０は、モータジェネレータトルク算出部として機能する。ステップＳ１２の処理の後、電子制御装置３０の処理はステップＳ１３に移行する。

ステップＳ１３では、電子制御装置３０は、当該ステップＳ１３の実行時点において、エンジン１０を始動するためにクランクシャフト１０ａに付与する必要のある回転トルクの理論上（計算上）の最小値を、最小始動トルクＴＱｍｉｎとして算出する。具体的には、電子制御装置３０は、冷却水温センサ３６が検出した冷却水温度ＴＨＷに応じて、フリクショントルクＴＱｆｒｅｃ及び補機トルクＴＱａｕｘを算出する。フリクショントルクＴＱｆｒｅｃは、ピストンと気筒の内周面との間の摩擦やクランクシャフト１０ａと軸受との間の摩擦など、クランクシャフト１０ａが回転するのに伴って摺動する各種部材間の摩擦力に抗してクランクシャフト１０ａを回転させるのに必要なトルクであり、冷却水温度ＴＨＷが低いほど大きな値として算出される。補機トルクＴＱａｕｘは、クランクシャフト１０ａに駆動連結された油圧ポンプやコンプレッサ等を駆動するために必要なトルクであり、冷却水温度ＴＨＷが低いほど大きな値として算出される。そして、電子制御装置３０は、これらフリクショントルクＴＱｆｒｅｃと補機トルクＴＱａｕｘとを加算した値を、最小始動トルクＴＱｍｉｎとして算出する。その後、電子制御装置３０の処理はステップＳ１４に移行する。

ステップＳ１４では、電子制御装置３０は、ステップＳ１３で算出した最小始動トルクＴＱｍｉｎに、加算トルクＴＱａｄｄを加算することにより、要求始動トルクＴＱｓｔａを算出する。なお、加算トルクＴＱａｄｄは、例えば、エンジン１０の経時変化等によって、実際にクランクシャフト１０ａに付与する必要のある回転トルクと、理論上の最小始動トルクＴＱｍｉｎとの間のずれを補償するものであり、予め定められた正の固定値である。このように、電子制御装置３０は、エンジン１０の状態に応じて、当該エンジン１０を始動するためにクランクシャフト１０ａに与える必要のある回転トルクを始動トルク（要求始動トルクＴＱｓｔａ）として算出する始動トルク算出部として機能する。要求始動トルクＴＱｓｔａの算出後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１５に移行する。

ステップＳ１５では、電子制御装置３０は、要求始動トルクＴＱｓｔａが、最大ＭＧトルクＴＱｍｇよりも大きいか否かを判定する。要求始動トルクＴＱｓｔａが、最大ＭＧトルクＴＱｍｇ以下であると判定された場合（ステップＳ１５においてＮＯ）には、電子制御装置３０の処理はステップＳ１６に移行する。なお、図２に示すように、要求始動トルクＴＱｓｔａと最大ＭＧトルクＴＱｍｇとが一致するときの機関回転数Ｎｅを閾値Ｎｘとしたとき、要求始動トルクＴＱｓｔａが最大ＭＧトルクＴＱｍｇ以下であることは、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上であることと同義である。

ステップＳ１６では、電子制御装置３０は、操作信号ＭＳｍｇをモータジェネレータ２０に出力して、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに要求始動トルクＴＱｓｔａを付与するように、モータジェネレータ２０を制御する。また、電子制御装置３０は、アシスト噴射量Ｑｆをゼロとして算出する。すなわち、電子制御装置３０は、エンジン１０の燃料噴射弁に操作信号ＭＳｉｎｊを出力して、当該燃料噴射弁から燃料が噴射されないように制御する。

一方、ステップＳ１５において、要求始動トルクＴＱｓｔａが、最大ＭＧトルクＴＱｍｇよりも大きいと判定された場合（ステップＳ１５においてＹＥＳ）には、電子制御装置３０の処理はステップＳ１７に移行する。なお、図２に示すように、要求始動トルクＴＱｓｔａと最大ＭＧトルクＴＱｍｇとが一致するときの機関回転数Ｎｅを閾値Ｎｘとしたとき、要求始動トルクＴＱｓｔａが最大ＭＧトルクＴＱｍｇよりも大きいということは、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ未満であることと同義である。

ステップＳ１７では、電子制御装置３０は、要求始動トルクＴＱｓｔａから最大ＭＧトルクＴＱｍｇを減算することにより、不足トルクＴＱｓｈｔを算出する。その後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１８に移行する。

ステップＳ１８では、電子制御装置３０は、ステップＳ１７において算出した不足トルクＴＱｓｈｔに応じて、当該不足トルクＴＱｓｈｔを補うのに必要なアシスト噴射量Ｑｆを算出する。アシスト噴射量Ｑｆは、吸気温度や吸気圧等の吸気に関するパラメータ及び不足トルクＴＱｓｈｔに対する関数として定められており、不足トルクＴＱｓｈｔが大きくなるほどアシスト噴射量Ｑｆが大きな値として算出される。このように、電子制御装置３０は、エンジン１０の始動期間中に、エンジン１０の燃料噴射弁から噴射するアシスト噴射量を算出する噴射量算出部として機能する。ステップＳ１８の後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１９に移行する。

ステップＳ１９では、電子制御装置３０は、操作信号ＭＳｍｇをモータジェネレータ２０に出力して、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに最大ＭＧトルクＴＱｍｇを付与するように、モータジェネレータ２０を制御する。また、電子制御装置３０は、エンジン１０の燃料噴射弁に操作信号ＭＳｉｎｊを出力して、当該燃料噴射弁からステップＳ１８で算出したアシスト噴射量Ｑｆの燃料が噴射されるように制御する。その後、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ２０に移行する。

ステップＳ２０では、電子制御装置３０は、ステップＳ２０の実行時点での機関回転数Ｎｅが予め定められた始動回転数Ｎｓｔａよりも大きいか否かを判定する。なお、始動回転数Ｎｓｔａは、エンジン１０がスタータ２５Ａ及びモータジェネレータ２０からのトルクの付与を受けずに自立して駆動を維持できる最低限度の回転数として定められており、例えば数百ｒｐｍである。機関回転数Ｎｅが始動回転数Ｎｓｔａ以下であると判定された場合（ステップＳ２０においてＮＯ）、電子制御装置３０の処理は、ステップＳ１２に戻り、再びその後の処理が行われる。機関回転数Ｎｅが始動回転数Ｎｓｔａよりも大きいと判定された場合（ステップＳ２０においてＹＥＳ）、一連の始動制御処理は終了する。

なお、始動制御処理の終了後は、電子制御装置３０は、エンジン１０の状態や車両の運転者の操作に応じて、エンジン１０の燃料噴射弁からの燃料噴射量やモータジェネレータ２０の出力を制御する。

本実施形態の作用及び効果について説明する。
先ず、本実施形態のスタータ２５Ａの特性について説明する。本実施形態のスタータ２５Ａは、エンジン１０の始動のために設けられた直流電動機である。そのため、図４に示すように、スタータ２５Ａが、クランクシャフト１０ａに与えることのできる回転トルクであるスタータトルクＴＱｓｍは、エンジン１０の機関回転数Ｎｅが極小さいときに相応に大きい。その一方で、エンジン１０の機関回転数Ｎｅが大きくなるに従ってスタータ２５ＡのスタータトルクＴＱｓｍは急激に小さくなり、ある程度の機関回転数Ｎｅ（例えば２００～３００ｒｐｍ）を超えると、クランクシャフト１０ａに対してほとんど回転トルクを与えることができなくなる。したがって、要求始動トルクＴＱｓｔａに対するスタータトルクＴＱｓｍの不足分である不足トルクＴＱｓｈｔを補うべく、アシスト噴射量Ｑｆが算出される。本実施形態では、機関回転数Ｎｅが始動回転数Ｎｓｔａに達するまで、一定のアシスト噴射量Ｑｆが算出される。

一方、図５に示すように、モータジェネレータ２０の最大ＭＧトルクＴＱｍｇは、機関回転数Ｎｅが小さいときには、スタータ２５ＡのスタータトルクＴＱｓｍほどには大きくないものの、機関回転数Ｎｅが相応に高くなっても相応の大きさを維持している。このようなモータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動時に、スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動時と同様に一定のアシスト噴射量Ｑｆの燃料を噴射したとする。この場合、クランクシャフト１０ａに付与される回転トルクは、最大ＭＧトルクＴＱｍｇに、アシスト噴射量Ｑｆの燃料を噴射することによって得られる噴射トルクＴＱｆを加算したものとなる。すると、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上で最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａ以上になっているにも拘らず、燃料が噴射されることにより余剰トルクＴＱｓｕｒが発生することになる。したがって、余剰トルクＴＱｓｕｒを発生させるのに要した燃料が、エンジン１０の始動させるのに対しては過剰であったことになる。

これに対して、本実施形態では、図２に示すように、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上で最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａ以上になっている場合には、アシスト噴射量Ｑｆがゼロに算出される。すなわち、モータジェネレータ２０の最大ＭＧトルクＴＱｍｇが、エンジン１０の始動に十分なトルクであれば、燃料噴射弁からの燃料噴射が行われない。したがって、上述したように、エンジン１０の始動の際に過剰な量の燃料を噴射することは抑制できる。

また、本実施形態では、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上で最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａ未満になっている場合には、アシスト噴射量Ｑｆが正の値に算出されて燃料噴射弁からの燃料噴射が行われる。すなわち、モータジェネレータ２０の最大ＭＧトルクＴＱｍｇが、エンジン１０の始動に必要なトルクに満たないので、燃料噴射弁からの燃料噴射により回転トルクを補う。したがって、エンジン１０のクランクシャフト１０ａに付与する回転トルクが小さすぎてエンジン１０の始動に時間がかかったり、エンジン１０の始動ができなくなったりすることは抑制できる。すなわち、確実且つ速やかにモータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動できる。

しかも、本実施形態では、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上で最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａ未満になっている場合のアシスト噴射量Ｑｆは、要求始動トルクＴＱｓｔａから最大ＭＧトルクＴＱｍｇを減算した不足トルクＴＱｓｈｔに応じて算出される。したがって、燃料の噴射によって回転トルクを補うにあたって、アシスト噴射量Ｑｆの過不足をより小さくできる。

さらに、本実施形態では、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上で最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａ以上になっている場合には、要求始動トルクＴＱｓｔａでモータジェネレータ２０を制御する。したがって、モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動する際に、常に最大ＭＧトルクＴＱｍｇでモータジェネレータ２０を制御する場合に比較して、高圧バッテリ２２の消費電力を低減できる。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・エンジン１０とモータジェネレータ２０との駆動連結の態様は、上記実施形態に限らない。例えば、エンジン１０とモータジェネレータ２０との間に、第１プーリ１２、伝達ベルト１３、及び第２プーリ１４に加えて、複数のギア等で構成される減速機構や、駆動力伝達経路の断接を行うクラッチ等が介在されていてもよい。

・高圧バッテリ２２及び低圧バッテリ２４の出力電圧は、問わない。高圧バッテリ２２として、４８Ｖよりも低い出力電圧のバッテリを採用してもよいし、４８Ｖよりも高い出力電圧のバッテリを採用してもよい。また、必ずしも、低圧バッテリ２４の出力電圧が高圧バッテリ２２の出力電圧よりも低くなくてもよく、両者の出力電圧が同じであってもよい。

・高圧バッテリ２２及び低圧バッテリ２４の種類は、上記実施形態の例に限らない。例えば、高圧バッテリ２２や低圧バッテリ２４として、リチウムイオン電池や鉛蓄電池以外に、ニッケル水素電池やＮＡＳ電池を採用してもよい。

・主としてエンジン１０の走行トルクをアシストするモータジェネレータと、主としてエンジン１０からのトルクにより発電するモータジェネレータとを別々に備えていてもよい。この場合、エンジン１０の走行トルクをアシストするモータジェネレータを使用してエンジン１０の始動を行えばよい。

・上記実施形態では、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上（要求始動トルクＴＱｓｔａが最大ＭＧトルクＴＱｍｇ以下）になっている場合に、アシスト噴射量Ｑｆをゼロとして算出したが、必ずしもゼロでなくてもよい。少なくともスタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動時におけるアシスト噴射量Ｑｆよりも少ない量であれば、モータジェネレータ２０を使用してエンジン１０を始動する際の燃料消費量は低減できる。この変更例のように、最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａ以上になっている場合であってもある程度の量の燃料を噴射しておけば、何らかの原因により一時的に最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａ未満になっても、エンジン１０の確実且つ速やかな始動が実現できる。

・スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動時におけるアシスト噴射量Ｑｆが機関回転数Ｎｅによって変動してもよい。この場合、同一の機関回転数Ｎｅでの比較で、スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動時におけるアシスト噴射量Ｑｆよりも、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動時におけるアシスト噴射量Ｑｆの方が小さければよい。

・機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上である場合において、モータジェネレータ２０は、要求始動トルクＴＱｓｔａ以上のトルクをクランクシャフト１０ａに与えられればよい。例えば、モータジェネレータ２０を、常に、クランクシャフト１０ａに最大ＭＧトルクｍｇが与えられるように制御してもよい。

・機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ未満（要求始動トルクＴＱｓｔａが最大ＭＧトルクＴＱｍｇより大きい）になっている場合に、アシスト噴射量Ｑｆを正の一定値として算出してもよい。この場合、機関回転数Ｎｅがゼロから閾値Ｎｘまでの間における不足トルクＴＱｓｈｔの最大値（一般的には、機関回転数Ｎｅがゼロのときの不足トルクＱｓｈｔ）を補うことができるアシスト噴射量Ｑｆであればよい。

・上記実施形態では、要求始動トルクＴＱｓｔａが最大ＭＧトルクＴＱｍ大きいか否かを判定することで、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ未満であるか否かを判定したが、機関回転数Ｎｅを予め定められた固定の閾値Ｎｘと直接比較して、当該閾値Ｎｘ未満であるか否かを判定してもよい。この変更例の場合、例えば、試験やシミュレーション等を行なって、最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａに一致するときの機関回転数Ｎｅを求める。そして、求められた機関回転数Ｎｘ以上の回転数を閾値Ｎｘとする。このように予め閾値Ｎｘを定めておけば、上記実施形態のように、最大ＭＧトルクＴＱｍｇや要求始動トルクＴＱｓｔａを算出したり、これらを比較したりする処理は省略できる。その結果、エンジン１０の始動時におけるアシスト噴射量Ｑｆの算出に要する処理負担を小さくできる。

・閾値Ｎｘを、最大ＭＧトルクＴＱｍｇが要求始動トルクＴＱｓｔａに一致するときの機関回転数Ｎｅよりも小さな固定値として定めることもできる。この変更例の場合、機関回転数Ｎｅが閾値Ｎｘ以上になったときに、最大ＭＧトルクＴＱｍｇと噴射トルクＴＱｆとを加算した値が要求始動トルクＴＱｓｔａ以上となるように、アシスト噴射量Ｑｆを算出すればよい。この変更例の場合であっても、モータジェネレータ２０を使用したエンジン１０の始動時における燃料消費量は、スタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動時における燃料消費量より低減できる。

・最大ＭＧトルクＴＱｍｇの算出態様は、上記実施形態に限らない。例えば、最大ＭＧトルクＴＱｍｇを、高圧バッテリ２２の充電容量に拘らず、常に、最大定格入力が入力されたとした場合の最大ＭＧトルクＴＱｍｇとして算出してもよい。この変更例の場合、例えば、高圧バッテリ２２の充電容量がある一定の値よりも低くてモータジェネレータ２０に最大定格入力を入力できない場合には、モータジェネレータ２０ではなくスタータ２５Ａを使用したエンジン１０の始動を行えばよい。

・一連の始動制御処理のうちのステップＳ１２等において、必ずしもモータジェネレータ２０がクランクシャフト１０ａに与えることのできる最大のトルク（最大ＭＧトルクＴＱｍｇ）を算出しなくてもよい。例えば、モータジェネレータ２０に、最大定格入力とは別に、モータジェネレータ２０の駆動効率や劣化の抑制を勘案して常用の定格入力が設定されているのであれば、その常用の定格入力に基づいてモータジェネレータトルクを算出してもよい。

・最小始動トルクＴＱｍｉｎの算出態様は、上記実施形態に限らない。例えば、フリクショントルクＴＱｆｒｅｃ及び補機トルクＴＱａｕｘに加えて他のトルクを加算してもよい。

・また、補機がクラッチ等を介してエンジン１０のクランクシャフト１０ａに駆動連結されていて、エンジン１０の始動時に補機とクランクシャフト１０ａとの駆動連結が解除されている場合には、その補機の駆動に要するトルク分を減算して補機トルクＴＱａｕｘからを算出すればよい。

・最小始動トルクＴＱｍｉｎに加算トルクＴＱａｄｄを加算する処理（ステップＳ１４）を省略して、最小始動トルクＴＱｍｉｎをそのまま要求始動トルクＴＱｓｔａとしてもよい。

１０…エンジン、１０ａ…クランクシャフト、１１…トランスミッション、１２…第１プーリ、１３…伝達ベルト、１４…第２プーリ、２０…モータジェネレータ、２０ａ…出力軸、２１…インバータ、２２…高圧バッテリ、２３…ＤＣ／ＤＣコンバータ、２４…低圧バッテリ、２５…補機、２５Ａ…スタータ、３０…電子制御装置、３５…クランク角センサ、３６…冷却水温センサ、ＣＡ…回転位置、ＴＨＷ…冷却水温度、ＩＨ…状態情報、ＭＳｍｇ…操作信号、ＭＳｉｎｊ…操作信号、Ｑｆ…アシスト噴射量、Ｎｅ…機関回転数、Ｎｓｔａ…始動回転数、ＴＱｓｔａ…要求始動トルク、ＴＱａｄｄ…加算トルク、ＴＱｓｈｔ…不足トルク、ＴＱｆ…噴射トルク、ＴＱｓｕｒ…余剰トルク。

Claims (3)

1. 車両の駆動源としてエンジンと当該エンジンに駆動連結されたモータジェネレータとを備えているとともに、前記エンジンを始動させるスタータを備えている車両に搭載されるエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジンの機関回転数がゼロから予め定められた始動回転数を超えるまでのエンジンの始動期間中に、前記エンジンの燃料噴射弁から噴射する燃料の燃料噴射量をアシスト噴射量として算出する噴射量算出部を備え、
   前記噴射量算出部は、前記モータジェネレータを使用してエンジンを始動する際、前記エンジンの機関回転数が、前記始動回転数未満の値である閾値以上である場合には、前記アシスト噴射量を、前記スタータを使用して前記エンジンを始動する際のアシスト噴射量よりも少なく算出する
   ことを特徴とするエンジン始動制御装置。
2. 前記エンジンの状態に応じて、当該エンジンを始動するためにクランクシャフトに与える必要のある回転トルクを始動トルクとして算出する始動トルク算出部と、
   前記モータジェネレータの状態に応じて、当該モータジェネレータが前記クランクシャフトに与えることができる回転トルクをモータジェネレータトルクとして算出するモータジェネレータトルク算出部とを備え、
   前記噴射量算出部は、前記モータジェネレータトルクが前記始動トルクに一致するときの機関回転数を前記閾値とし、前記機関回転数が前記閾値未満であるときには、前記アシスト噴射量を正の値として算出する
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
3. 前記噴射量算出部は、前記機関回転数が前記閾値未満であるときには、前記モータジェネレータトルクと前記始動トルクとの差が大きいほど、前記アシスト噴射量を大きな値として算出する
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動制御装置。

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