JP7073870B2 - 始動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両のハイブリッドシステムに適用される始動制御装置に関する。
特許文献1におけるハイブリッドシステムの始動制御装置は、エンジンの停止時におけるクランク角を検出する。また、始動制御装置においては、エンジンを再始動するのに要する始動トルクが所定値以下となるクランク角の範囲として所定の角度範囲が定められている。そして、始動制御装置は、エンジンを再始動させる際にエンジン停止時のクランク角が所定の角度範囲から外れている場合には、先ず、モータジェネレータによりクランクシャフトを逆回転させて、クランク角を所定の角度範囲内にする。その後、始動制御装置は、モータジェネレータによりクランクシャフトを正回転させるとともに燃料噴射を開始してエンジンを再始動させる。
特開2013-252725号公報
特許文献1の始動制御装置においては、エンジン停止時のクランク角が所定の角度範囲から外れている場合には、クランクシャフトを逆回転させる動作がある分、エンジンの再始動に要する時間が長くなる。そのため、エンジン再始動の応答性が悪くなり、車両の運転者に違和感を与えるおそれがある。
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ハイブリッドシステムに適用される始動制御装置であって、予め定められた規定条件を満たしたときに前記エンジンにおける燃料噴射を停止させることで前記エンジンを自動停止させるとともに前記エンジンへの吸気量を制限する駆動制御部と、前記エンジンが自動停止してクランクシャフトが停止したときのクランク角を、停止角として検出する停止角検出部とを備え、前記駆動制御部は、前記停止角が、前記エンジンを前記モータジェネレータでクランキングして再始動できる前記クランク角の停止角の範囲を外れている場合には、前記エンジンの自動停止が開始されてから前記エンジンの気筒内が大気圧に対して負圧になっている期間として定められた筒内負圧期間が経過するまでに、前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせる又は前記エンジンにおける燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる。
また、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ハイブリッドシステムに適用される始動制御装置であって、予め定められた規定条件を満たしたときに前記エンジンにおける燃料噴射を停止させることで前記エンジンを自動停止させるとともに前記エンジンへの吸気量を制限する駆動制御部と、前記エンジンを前記モータジェネレータでクランキングして再始動できるクランクシャフトにおけるクランク角の停止角の範囲を、許容クランク角範囲として算出する許容角算出部とを備え、前記駆動制御部は、前記許容クランク角範囲が予め定められた規定範囲よりも小さい場合には、前記エンジンの自動停止が開始されてから前記エンジンの気筒内が大気圧に対して負圧になっている期間として定められた筒内負圧期間が経過するまでに、前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせる又は前記エンジンにおける燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる。
上記各発明の構成によれば、エンジンをモータジェネレータで再始動できないおそれがある場合には、エンジンの自動停止が開始されてから筒内負圧期間が経過するまでにエンジンがクランキング又は再始動される。したがって、モータジェネレータによってエンジンをクランキングできない停止角でクランクシャフトが停止してしまうことが抑制され、エンジンの再始動に際してクランクシャフトの位置を調整するために時間を要することも抑制される。
なお、筒内負圧期間においてはエンジンの気筒内の圧力が大気圧に対して負圧になっているため、その負圧を利用してクランクシャフトを回転させることができる。したがって、この筒内負圧期間内であれば、クランクシャフトの停止角が、モータジェネレータによってエンジンをクランキングできる範囲を外れていても、モータジェネレータでエンジンのクランキングを開始できる。
上記発明において、前記モータジェネレータの出力可能トルクを算出するトルク算出部を備え、前記許容角算出部は、前記出力可能トルク及び前記エンジンを自動停止しているときの単位時間あたりのエンジンの機関回転数の変化量に基いて、前記許容クランク角範囲を算出してもよい。
上記構成において、エンジンを自動停止しているときの単位時間あたりのエンジンの機関回転数の変化量は、例えばピストン及び気筒間の摩擦など、クランクシャフトを回転させるのに必要なトルクを反映したものである。このような機関回転数の変化量に基づくことで、より正確な許容クランク角範囲の算出が可能となる。
上記発明において、前記モータジェネレータの出力可能トルクを算出するトルク算出部と、前記エンジンが所定の駆動状態であるときの燃料噴射量に基づいて前記エンジンを再始動するのに要する始動トルクを算出する始動トルク算出部とを備え、前記駆動制御部は、前記出力可能トルクから前記始動トルクのうちの最小のトルクを減算した値が予め定められた閾値よりも小さい場合には、前記規定条件に拘らず、前記エンジンの自動停止を禁止してもよい。
上記構成によれば、例えば、エンジンの各部品間の摩擦が大きくてモータジェネレータによって停止しているエンジンをクランキングできない可能性がある場合には、エンジンの自動停止が禁止される。したがって、エンジンの再始動に過度なトルクが必要な状態でエンジンが自動停止されることはない。
上記発明において、前記駆動制御部は、前記筒内負圧期間が経過するまでに前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせてから、前記エンジンの気筒内の気圧が大気圧に対して再び負圧になる期間として予め定められている規定期間が経過した場合には、前記モータジェネレータによる前記エンジンのクランキングを停止することにより、前記エンジンを自動停止させてもよい。
上記構成によれば、筒内負圧期間が経過するまでにモータジェネレータによってエンジンのクランキングを開始してから規定期間が経過した後は、当該クランキングが停止される。そのため、モータジェネレータがエンジンのクランキングを継続するために、バッテリの充電容量が過度に低下することは抑制できる。また、エンジンのクランキングを停止したときには、エンジンの気筒内において負圧が再生成されている。したがって、その後、エンジンが停止したときのクランクシャフトの停止角によっては、当該気筒の筒内負圧期間が経過するまでに再びエンジンをモータジェネレータによってクランキングさせることもできる。
上記発明において、前記駆動制御部は、前記筒内負圧期間が経過するまでに前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせた後、前記モータジェネレータに電力を供給するバッテリの充電容量が一定容量を下回った場合には、前記エンジンにおける燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させてもよい。
上記構成によれば、モータジェネレータによってエンジンをクランキングさせる状況が過度に長期間継続した場合には、エンジンに対する燃料噴射が再開される。したがって、モータジェネレータがエンジンのクランキングを継続するために、バッテリの充電容量が過度に低下することは抑制できる。
ハイブリッドシステムの概略構成図。 クランクシャフトの停止角と停止しているエンジンを再始動するのに要する始動トルクとの関係を示すグラフ。 クランクシャフトの停止角と停止しているエンジンを再始動するのに要する始動トルクとの関係を示すグラフ。 機関回転数と筒内負圧期間との関係を示すグラフ。 電子制御装置による自動停止再始動処理を示すフローチャート。 電子制御装置による自動停止再始動処理を示すフローチャート。
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4気筒のエンジン10を備えている。エンジン10においては、各気筒に対して順番に燃料の噴射及び燃料の燃焼が行われる。また、エンジン10の気筒における吸気行程の開始から、圧縮行程及び膨張行程(燃焼行程)を経て、排気行程の終了に至るまでを、1燃焼サイクル(720CA)としたとき、4つの気筒の燃焼サイクルは、4分の1サイクル(180CA)ずつずれている。
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、当該モータジェネレータ20の状態を検出するセンサ部20bが内蔵されている。センサ部20bは、モータジェネレータ20への入力電圧、入力電流、温度、出力軸20aの回転速度等を検出し、これらをモータジェネレータ20の状態情報IMを示す信号として出力する。
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、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。
高圧バッテリ22には、当該高圧バッテリ22の状態を検出するセンサ部22aが内蔵されている。センサ部22aは、高圧バッテリ22の端子間電圧、出力電流、温度等を検出し、これらを高圧バッテリ22の状態情報IHbを示す信号として出力する。
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。
低圧バッテリ24には、当該低圧バッテリ24の状態を検出するセンサ部24aが内蔵されている。センサ部24aは、低圧バッテリ24の端子間電圧、出力電流、温度等を検出し、これらを低圧バッテリ24の状態情報ILbを示す信号として出力する。
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。
図1に示すように、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等を制御する始動制御装置としての電子制御装置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、車両の各所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31からクランクシャフト10aのクランク角CAを示す信号が入力される。クランク角センサ31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のクランク角CAを検出する。また、電子制御装置30は、クランク角センサ31が検出したクランク角CAに基づいて、エンジン10の機関回転数Neを算出する。さらに、電子制御装置30は、エンジン10を自動停止させる際には、エンジン10のクランクシャフト10aが停止したときにクランク角センサ31が検出したクランク角CAを、停止角CAsとして検出する。すなわち、電子制御装置30は、停止角検出部30aとして機能する。
電子制御装置30には、車速センサ32から車速SPを示す信号が入力される。また、電子制御装置30には、冷却水温センサ33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33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。
電子制御装置30には、高圧バッテリ22のセンサ部22aから、状態情報IHbが入力される。電子制御装置30は、状態情報IHbに含まれる高圧バッテリ22の端子間電圧、出力電流、温度等の情報に基づいて、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IHb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。また、同様に、電子制御装置30には、低圧バッテリ24のセンサ部24aから状態情報ILbが入力され、この状態情報ILbに含まれる情報に基づいて、電子制御装置30は、低圧バッテリ24の充電容量を算出する。
電子制御装置30には、モータジェネレータ20のセンサ部20bから、状態情報IMが入力される。電子制御装置30は、状態情報IMに含まれるモータジェネレータ20の入力電圧、入力電流、温度、出力軸20aの回転速度等の情報、及び高圧バッテリ22の充電容量に基づいて、モータジェネレータ20の出力可能トルクTmgを算出する。すなわち、電子制御装置30は、トルク算出部30bとして機能する。また、電子制御装置30は、算出した出力可能トルクTmg等に基づいて、エンジン10をモータジェネレータ20でクランキングして再始動できるクランク角CAの停止角の範囲を、許容クランク角範囲CAaとして算出する。すなわち、電子制御装置30は、許容角算出部30cとして機能する。
電子制御装置30は、各種のセンサ等から入力される信号に基づいて、エンジン10を制御するための操作信号MSenを生成し、当該操作信号MSenをエンジン10に出力する。エンジン10は、操作信号MSenに応じて、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁からの燃料噴射量や、エンジン10への吸気量を調整するスロットルバルブの開度が調整される。また、エンジン10を自動停止する旨の操作信号MSenがエンジン10に入力された場合には、エンジン10における燃料噴射が停止されるとともにスロットルバルブが閉弁されることでエンジン10への吸気量が制限される。
電子制御装置30は、各種のセンサ等から入力される信号に基づいて、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、当該操作信号MSmgをモータジェネレータ20に出力する。モータジェネレータ20は、操作信号MSmgに基づいて、モータとして機能する際の放電量や、発電機として機能する際の発電量が制御される。また、電子制御装置30は、自動停止されているエンジン10を再始動する際には、燃料噴射の開始に先立ってエンジン10をクランキングさせる旨の操作信号MSmgを出力する。このように、電子制御装置30は、エンジン10の自動停止及び再始動を制御する駆動制御部30dとして機能する。
電子制御装置30の記憶部には、エンジン10に劣化等が生じていない出荷時の状態であって、且つ、エンジン10が仕様どおり誤差なく製造された理想状態にあると仮定したときに、当該エンジン10をアイドル運転させるのに必要な燃料噴射量が記憶されている。この実施形態では、アイドル運転とは、エンジン10をモータジェネレータ20のアシストなしで自立的に継続運転可能な最小限の機関回転数Neでエンジン10を運転している状態である。また、この理想状態且つアイドル運転時の燃料噴射量は、試験やシミュレーション等を行うことにより予め算出されている。
また、電子制御装置30の記憶部には、上記理想状態にあるエンジン10のクランクシャフト10aの停止角と停止しているエンジン10を再始動するのに要する始動トルクとの関係が記憶されている。ここで、図2及び図3に示すように、クランクシャフト10aの停止角とエンジン10の始動トルクとの関係は、180CA単位で繰り返し変動する。
具体的には、エンジン10の始動トルクは、クランクシャフト10aの停止角が「0CA」から大きくなるにつれて徐々に大きくなり、所定の停止角で最大となる。この始動トルクが最大となるクランクシャフト10aの停止角は、例えば、エンジン10が停止したときに圧縮行程にある気筒に対する吸気バルブが閉弁されるクランク角CAの近傍である。始動トルクが最大になった後、エンジン10の始動トルクは、クランクシャフト10aの停止角が大きくなるにつれて徐々に小さくなり、所定の停止角で最小始動トルクTsとなる。この始動トルクが最小始動トルクTsとなるクランクシャフト10aの停止角は、例えば、エンジン10が停止したときに膨張行程にある気筒に対する排気バルブが開弁されるクランク角CAよりもやや手前である。その後、エンジン10の始動トルクは、クランクシャフト10aの停止角が「180CA」に近づくにつれて徐々に大きくなる。なお、理想状態におけるクランクシャフト10aの停止角と始動トルクとの関係は、試験やシミュレーション等を行うことにより予め算出されている。なお、電子制御装置30は、エンジン10の燃料噴射量Qfや、上記クランクシャフト10aの停止角とエンジン10の始動トルクとの関係に基づいて、エンジンを再始動するのに要する始動トルクを算出する。すなわち、電子制御装置30は、始動トルク算出部30eとして機能する。
電子制御装置30の記憶部には、エンジン10の自動停止を開始してから、当該エンジン10の気筒内の圧力が大気圧に対して負圧になっている筒内負圧期間を算出するための規定時間X1が記憶されている。具体的には、図4に示すように、エンジン10の自動停止が開始されて燃料噴射が停止されるとともにスロットルバルブが閉弁されたタイミングt1の後は、エンジン10の気筒内には新たな吸気が供給されなくなる。その一方で、エンジン10のクランクシャフト10aは、慣性によりしばらく回転を続け、気筒内のガスが排気として排出される。そのため、エンジン10の自動停止が開始されると、気筒内の圧力は大気圧に対して負圧になる。クランクシャフト10aが完全に停止したタイミングt2の後もしばらくは気筒内の圧力は負圧に保たれるが、気筒の内周面とピストンとの間の僅かな隙間やスロットルバルブの隙間から気筒内へとガスが流入する。そのため、クランクシャフト10aが完全に停止した後は、徐々に気筒内の圧力は大気圧へと近づいていき、タイミングt3よりも後においては気筒内の圧力は大気圧と略等しくなる。
この実施形態では、規定時間X1として、クランクシャフト10aの回転が完全に停止してエンジン10の機関回転数Neがゼロになったタイミングt2から気筒内の圧力が大気圧に等しくなるまでの時間が、電子制御装置30の記憶部に記憶されている。換言すると、エンジン10の機関回転数Neがゼロになったタイミングt2から規定時間X1経過後のタイミングがクランキング期限t3である。この規定時間X1(クランキング期限t3)は、エンジン10の仕様やモータジェネレータ20の仕様、エンジン10とモータジェネレータ20との組み合わせに応じて適宜決められるものである。本実施形態では、規定時間X1は、試験やシミュレーション等を行うことにより予め算出されており、例えば、数秒である。
次に、電子制御装置30によるエンジン10の自動停止再始動処理について説明する。なお、以下の自動停止再始動処理は、エンジン10が運転している状態(自動停止されていない状態)において、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。
図5に示すように、自動停止再始動処理が開始されると、電子制御装置30の処理はステップS11に移行する。ステップS11では、電子制御装置30は、エンジン10がアイドル運転中であるか否かを判定する。具体的には、電子制御装置30は、エンジン10の機関回転数Neが所定回転数以下であること、冷却水温度THWが所定温度以上であること、高圧バッテリ22の充電容量が所定容量以上であること、低圧バッテリ24の充電容量が所定容量以上であること、クランクシャフト10aに駆動連結されている非電動補機(エアコンのコンプレッサ等)の負荷が所定以下であること等の条件を満たしたときに、アイドル運転中であると判定する。アイドル運転中ではないと判定された場合(ステップS11においてNO)、電子制御装置30の処理は、後述するステップS12~ステップS14をスキップして、ステップS15に移行する。アイドル運転中であると判定された場合(ステップS11においてYES)には、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の実行時点でのエンジン10の燃料噴射量Qfに基づいて、仮にエンジン10を自動停止させた場合に再始動に要する最小始動トルクTsを算出する。具体的には、図3に示すように、電子制御装置30の記憶部には、理想状態にあるエンジン10のクランクシャフト10aの停止角と停止しているエンジン10を再始動するのに要する始動トルクとの関係が記憶されており、最小始動トルクTs1も予め記憶されている。また、電子制御装置30の記憶部には、理想状態のエンジン10をアイドル運転させるのに必要な燃料噴射量が記憶されている。仮に、エンジン10の気筒やピストンにデポジット等が堆積して摩擦抵抗が大きくなると、図3に示すように、エンジン10を再始動するのに要する最小始動トルクTsが、理想状態のときの最小始動トルクTs1に比較して大きくなる(図3において最小始動トルクTs2、Ts3として図示)。また、エンジン10をアイドル運転させるのに必要な燃料噴射量も多くなる。そして、最小始動トルクTsの増加分とアイドル運転させるのに必要な燃料噴射量の増加分との間には、正の相関関係がある。そこで、電子制御装置30は、ステップS12の実行時点でのエンジン10の燃料噴射量Qfが予め記憶されている燃料噴射量よりも大きいほど、最小始動トルクTsを予め記憶されている理想状態の最小始動トルクTs1よりも大きな値として算出する。最小始動トルクTsの算出後、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、モータジェネレータ20のセンサ部20bからの状態情報IM、及び高圧バッテリ22のセンサ部22aからの状態情報IHbに基づいてモータジェネレータ20の出力可能トルクTmgを算出する。具体的には、電子制御装置30は、状態情報IMに基づいて、モータジェネレータ20の出力軸20aの回転数と入力電流との関係性を特定する。そして、例えば、電子制御装置30は、ある一定の入力電流に対する出力軸20aの回転数が小さいほど、出力可能トルクTmgを低く算出する。また、電子制御装置30は、状態情報IHb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、この充電容量がある一定の値以下である場合には、充電容量が低いほど出力可能トルクTmgを低く算出する。出力可能トルクTmgを算出したら、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、出力可能トルクTmgから最小始動トルクTsを減算した値が、閾値Tx以上であるか否かを判定する。なお、閾値Txは、出力可能トルクTmgや最小始動トルクTsの算出誤差が生じた場合であっても、出力可能トルクTmgが最小始動トルクTsよりも大きいことが判定できるように正の値に定められている。出力可能トルクTmgから最小始動トルクTsを減算した値が閾値Tx未満であると判定された場合(ステップS14においてNO)、一連の自動停止再始動処理は終了する。すなわち、この場合には、エンジン10の自動停止が禁止され、当該自動停止が行われない。出力可能トルクTmgから最小始動トルクTsを減算した値が閾値Tx以上であると判定された場合(ステップS14においてYES)、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、エンジン10を自動停止させるための条件が全て満たされているか否かを判定する。この自動停止させるための条件としては、車速センサ32が検出した車速SPが所定速以下であること、エンジン10の機関回転数Neが所定の回転数以下であること、車両のアクセルペダルが踏み込まれていないこと、エンジン10におけるクランクシャフト10aに駆動連結されている非電動補機の負荷が所定以下であること、高圧バッテリ22の充電容量が一定容量以上であること、低圧バッテリ24の充電容量が一定容量以上であること等の条件が挙げられる。エンジン10を自動停止させるための条件がいずれか1つでも全て満たされていないと判定された場合(ステップS15においてNO)、一連の自動停止再始動処理は終了する。すなわち、この場合には、エンジン10は自動停止されない。エンジン10を自動停止させるための条件が全て満たされていると判定された場合(ステップS15においてYES)、電子制御装置30の処理は、ステップS16に移行する。
ステップS16では、電子制御装置30は、操作信号MSenをエンジン10に出力することにより、エンジン10における燃料噴射を停止させるとともにスロットルバルブを閉じさせる。すなわち、電子制御装置30は、エンジン10に対する自動停止を開始する。なお、ステップS16が開始された後は、エンジン10が運転していないので、所定の制御周期が経過しても、ステップS11が開始されることはない。ステップS16の処理の後、電子制御装置30の処理は、ステップS17に移行する。
ステップS17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、モータジェネレータ20からエンジン10におけるクランクシャフト10aにトルクを付与することにより、当該クランクシャフト10aの停止角を調整する。なお、エンジン10の停止時におけるクランクシャフト10aの挙動は、エンジン10の僅かな経時変化、僅かな外部環境の変化等によって変化する。そのため、上述のようにクランクシャフト10aの停止角を調整しても、実際に停止する停止角が、目標となる停止角に対して数度~数十度程度ずれることもある。ステップS17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、クランク角センサ31が検出したクランク角CAに基づいて、単位時間あたりのエンジン10の機関回転数Neの減少量の絶対値を変化量ΔNeとして算出する。そして、算出した変化量ΔNeに基づいて、最小始動トルクTsを算出しなおす。具体的には、電子制御装置30は、変化量ΔNeが大きいほど(機関回転数Neの減少速度が速いほど)、最小始動トルクTsを大きく算出する。ステップS18の後のステップS19では、電子制御装置30は、モータジェネレータ20の出力可能トルクTmgを算出する。なお、ステップS19における出力可能トルクTmgの算出方法は、ステップS13における算出方法と同じである。出力可能トルクTmgを算出したら、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S18で算出した最小始動トルクTsとステップS19で算出した出力可能トルクTmgとに基づいて、エンジン10をモータジェネレータ20でクランキングして再始動できるクランク角CAの停止角の範囲を、許容クランク角範囲CAaとして算出する。具体的には、電子制御装置30は、記憶部に記憶されている理想状態での最小始動トルクTs1とステップS18で算出した最小始動トルクTsとの差を算出する。そして、電子制御装置30は、理想状態でのクランクシャフト10aの停止角と始動トルクとの関係を、上記差の分だけトルクが大きくなるように平行移動したものを、ステップS20実行時点でのクランクシャフト10aの停止角と始動トルクとの関係として算出する。また、電子制御装置30は、算出したクランクシャフト10aの停止角と始動トルクとの関係と出力可能トルクTmgとを比較して、始動トルクが出力可能トルクTmg以下となる範囲を、許容クランク角範囲CAaとして算出する。その後、電子制御装置30の処理は、図6に示すステップS21に移行する。
ステップS21では、電子制御装置30は、ステップS20で算出した許容クランク角範囲CAaが、予め定められた規定範囲CAxより大きいか否かを判定する。なお、規定範囲CAxは、クランク角センサ31の検出誤差等を勘案して定められたものであり、例えば、数度~数十度である。許容クランク角範囲CAaが規定範囲CAx以下であると判定された場合(ステップS21においてNO)、電子制御装置30の処理は、ステップS22に移行する。
ステップS22では、電子制御装置30は、クランキング期限t3までに、操作信号MSmgをモータジェネレータ20に出力することにより、モータジェネレータ20をモータとして機能させ、エンジン10をクランキングさせる(クランクシャフト10aを回転させる)。なお、この実施形態では、各処理ステップは、数ミリ秒から長くても数百ミリ秒の単位で実行される。その一方で、エンジン10の自動停止が開始されてから、クランクシャフト10aが完全に停止するまでには、1~数秒程度かかる。そのため、ステップS21を経てステップS22の処理に至ったときには、クランクシャフト10aは未だ停止していないか、停止して間もない。さらに、規定時間X1は数秒に設定されている。したがって、本実施形態では、ステップS22を実行することにより、クランキング期限t3までに確実にエンジン10がクランキングされる。その後のステップS23では、電子制御装置30は、操作信号MSenをエンジン10に出力することにより、エンジン10において燃料噴射を再開させる。なお、このとき、燃料噴射の再開にともなってスロットルバルブも開弁させる。その後、一連の自動停止再始動処理は終了する。この場合には、エンジン10の自動停止が開始されるものの、エンジン10のクランクシャフト10aが完全に停止する前にエンジン10が再始動する。
一方、ステップS21において、許容クランク角範囲CAaが規定範囲CAxより大きいと判定された場合(ステップS21においてYES)、電子制御装置30の処理は、ステップS24に移行する。
ステップS24では、電子制御装置30は、エンジン10のクランクシャフト10aが停止するのを待つ。そして、クランクシャフト10aが停止したときのクランク角CAを停止角CAsとして検出する。停止角CAsが検出できた場合(ステップS24においてYES)、電子制御装置30の処理は、ステップS25に移行する。
ステップS25では、電子制御装置30は、ステップS24で検出した停止角CAsと、ステップS20で算出した許容クランク角範囲CAaとを比較する。そして、電子制御装置30は、停止角CAsが許容クランク角範囲CAaの範囲内であるか否かを判定する。停止角CAsが許容クランク角範囲CAaの範囲内であると判定された場合(ステップS25においてYES)、電子制御装置30の処理は、ステップS26に移行する。
ステップS26では、電子制御装置30は、自動停止したエンジン10に対する再始動の要求があるか否かを判定する。この実施形態では、上述したエンジン10を自動停止するための条件のうちのいずれか一つでも満たされなくなったことをもって、再始動の要求がなされる。再始動要求がないと判定された場合(ステップS26においてNO)、電子制御装置30は、再びステップS26を実行する。すなわち、電子制御装置30は、再始動の要求があるまで待つ。一方、再始動要求があると判定された場合(ステップS26においてYES)、電子制御装置30の処理は、ステップS27に移行する。
ステップS27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に出力することにより、モータジェネレータ20をモータとして機能させ、エンジン10をクランキングさせる(クランクシャフト10aを回転させる)。また、それに合わせて、電子制御装置30は、操作信号MSenをエンジン10に出力することにより、エンジン10において燃料噴射を再開させとともにスロットルバルブを開弁させる。すなわち、電子制御装置30は、自動停止されていたエンジン10を再始動させる。その後、一連の自動停止再始動処理は終了する。
一方、ステップS24において、停止角CAsが検出できなかった場合(ステップS24においてNO)には、電子制御装置30の処理はステップS28に移行する。なお、停止角CAsが算出できない状況としては、クランク角センサ31が故障していて当該クランク角センサ31からの信号が失われていたり、クランク角センサ31からの信号にノイズが重畳して明らかな異常値を示している場合などが想定される。また、ステップS25において、停止角CAsが許容クランク角範囲CAaの範囲外であると判定された場合(ステップS25においてNO)にも、電子制御装置30の処理は、ステップS28に移行する。
ステップS28では、電子制御装置30は、クランキング期限t3までに、操作信号MSmgをモータジェネレータ20に出力することにより、モータジェネレータ20をモータとして機能させ、エンジン10をクランキングさせる。なお、この実施形態では、ステップS24又はステップS25の後、待ち時間なくステップS28が実行される。また、各処理ステップは、数ミリ秒から長くても数百ミリ秒の単位で実行される。これに対して、規定時間X1は数秒に設定されている。したがって、本実施形態では、ステップS28を実行することにより、クランキング期限t3までに確実にエンジン10がクランキングされる。ステップS28の後、電子制御装置30の処理は、ステップS29に移行する。
ステップS29では、電子制御装置30は、自動停止したエンジン10に対する再始動の要求があるか否かを判定する。この判定内容は、ステップS26における処理と同様である。再始動の要求があると判定された場合(ステップS29においてYES)、電子制御装置30の処理は、ステップS30に移行する。
ステップS30では、電子制御装置30は、操作信号MSenをエンジン10に出力することにより、エンジン10において燃料噴射を再開させる。なお、このとき、燃料噴射の再開にともなってスロットルバルブも開弁させる。その後、一連の自動停止再始動処理は終了する。この場合には、エンジン10の自動停止が実行されるものの、クランクシャフト10aがモータジェネレータ20によって回転された状態でエンジン10が再始動する。
一方、ステップS29において再始動の要求がないと判定された場合(ステップS29においてNO)、電子制御装置30の処理は、ステップS31に移行する。ステップS31では、電子制御装置30は、モータジェネレータ20でエンジン10をクランキングさせることにより、エンジン10の各気筒内において負圧を発生できるか否かを判定する。具体的には、電子制御装置30は、高圧バッテリ22の充電容量が予め定められた一定容量以上である場合には、負圧を生成できると判定する。負圧を生成できないと判定した場合には、電子制御装置30の処理はステップS30に移行し、エンジン10が再始動される。すなわち、この場合には、エンジン10に対する再始動の要求の有無に拘らず、エンジン10が再始動される。
一方、ステップS31において、負圧を生成できると判定された場合(ステップS31においてYES)、電子制御装置30の処理は、ステップS32に移行する。ステップS32では、上述したステップS28で開始したモータジェネレータ20でのエンジン10のクランキングを継続する。その後、電子制御装置30の処理は、ステップS33に移行する。
ステップS33では、電子制御装置30は、エンジン10の各気筒内において、大気圧よりも負圧の状態が再生成されたか否かを判定する。具体的には、電子制御装置30は、クランク角センサ31が検出したクランク角CAに基づいて、ステップS28においてモータジェネレータ20でのエンジン10のクランキングを開始してから、規定期間が経過したか否かを判定する。この実施形態では、規定期間は、エンジン10がモータジェネレータ20によってクランキングされたときからクランクシャフト10aが一定角度回転するまでの期間として定められている。この一定角度としては、例えば、数百~数千度(クランクシャフト10aの数回転分)である。エンジン10のクランキングを開始してから規定期間が経過していない場合には負圧を生成できていないと判定し(ステップS33においてNO)、電子制御装置30の処理は、ステップS31に戻る。一方、エンジン10のクランキングを開始してから規定期間が経過した場合には負圧を生成できたと判定し(ステップS33においてYES)、電子制御装置30の処理は、図5に示すステップS17に移行する。その後、電子制御装置30は、ステップS17以降の処理を再び実行する。
本実施形態の作用及び効果について説明する。
上記実施形態のように、自動停止したエンジン10をモータジェネレータ20によってクランキングできるようにする場合、クランクシャフト10aの停止角CAsに拘らず、モータジェネレータ20でクランキングを開始できるように構成されることが好ましい。したがって、図2に示すように、モータジェネレータ20の出力特性に劣化が生じてなく、且つ、モータジェネレータ20に電力を供給する高圧バッテリ22の充電容量が十分(例えば50%以上)である場合のモータジェネレータ20の出力可能トルクTmg1が、クランクシャフト10aの停止角CAsに拘らず、始動トルクを上回るように、モータジェネレータ20が設計されることが一般的である。
ここで、モータジェネレータ20が上記のように設計されていたとしても、当該モータジェネレータ20の出力特性に経時的な劣化が生じることがある。この場合、例えば図2に示すように、モータジェネレータ20の出力可能トルクTmgが、経時的な劣化が生じていない出力可能トルクTmg1から、出力可能トルクTmg2に低下する。これに伴い、出力可能トルクTmg2と最小始動トルクTsとの差は、出力可能トルクTmg1と最小始動トルクTsとの差よりも小さくなる。また、出力可能トルクTmg2は、停止角A1から停止角A2の許容クランク角範囲CAa1の範囲内でのみ始動トルクを上回り、許容クランク角範囲CAaの範囲が狭くなる。
さらに、高圧バッテリ22の充電容量が少なくて、モータジェネレータ20に出力できる出力電圧や出力電流が小さくなると、モータジェネレータ20の出力可能トルクTmgは、より小さな出力可能トルクTmg3に低下する。その結果、出力可能トルクTmg3と最小始動トルクTsとの差は、より小さくなる。また、出力可能トルクTmg3は、停止角A3から停止角A4の許容クランク角範囲CAa2の範囲内でのみ始動トルクを上回り、許容クランク角範囲CAaの範囲がより狭くなる。
一方、上述したように、モータジェネレータ20の出力特性に変化がなくても、エンジン10における始動トルクに変化が生じることがある。具体的には、図3に示すように、エンジン10の気筒やピストン等の各所にデポジットが堆積して摩擦抵抗が大きくなると、始動トルクは、理想状態における始動トルクよりも大きくなる。その結果、図3に示すように、エンジン10の最小始動トルクTsは、理想状態の最小始動トルクTs1から、デポジットの堆積量が増えるにつれて、最小始動トルクTs2、最小始動トルクTs3で示すように増加する。その結果、出力可能トルクTmgと最小始動トルクTsとの差は、小さくなっていく。また、許容クランク角範囲CAaは、停止角B1から停止角B2までの許容クランク角範囲CAa3、停止角B3から停止角B4までの許容クランク角範囲CAa4で示すように狭くなっていく。
上記実施形態では、出力可能トルクTmgから最小始動トルクTsを減算した値が閾値Tx未満である場合(図5におけるステップS14参照)には、エンジン10を自動停止させない。換言すれば、許容クランク角範囲CAaが非常に狭いか存在しない場合には、エンジン10の自動停止を禁止する。したがって、モータジェネレータ20によってエンジン10をクランキングできないにも拘らず、エンジン10が自動停止されるといった自体は生じない。
ところで、エンジン10が停止したときのクランクシャフト10aの停止角CAsが許容クランク角範囲CAaの範囲内にあれば、モータジェネレータ20によってエンジン10のクランキングを実行できるはずである。しかしながら、許容クランク角範囲CAaがあまりにも狭い場合、停止角CAsが許容クランク角範囲CAaの範囲内に収まる可能性は低い。また、上述したとおり、停止角CAsの検出にあたっては、ある程度の誤差が生じ得る。そのため、クランク角センサ31の検出値の上では、停止角CAsが許容クランク角範囲CAa内に収まっていても、許容クランク角範囲CAaが狭いと、実際のクランクシャフト10aの停止角CAsが許容クランク角範囲CAaを外れてしまう可能性が高い。
上記実施形態では、許容クランク角範囲CAaが規定範囲CAx以下である場合には、モータジェネレータ20によってエンジン10をクランキングする(図6におけるステップS21及びステップS22参照)。そのため、モータジェネレータ20によってエンジン10をクランキングできない停止角CAsでクランクシャフト10aが停止してしまうことが抑制される。
さて、上記実施形態では、許容クランク角範囲CAaが規定範囲CAxよりも広い場合には、停止角CAsが許容クランク角範囲CAaの範囲内であるか否かを判定する。仮に、停止角CAsが許容クランク角範囲CAaを外れた場合、モータジェネレータ20によってエンジン10のクランキングを開始することはできなくなる。
この点、上記実施形態では、停止角CAsが許容クランク角範囲CAaを外れている場合には、エンジン10の自動停止が開始されてから筒内負圧期間が経過するまでにエンジン10がモータジェネレータ20によってクランキングされる。このようにクランキングが行われていれば、モータジェネレータ20によって再始動できない停止角CAsでクランクシャフト10aが停止してしまうことはない。したがって、クランクシャフト10aの停止位置の調整のために時間を要することもない。その結果、エンジン10の再始動の要求があった場合には、速やかに、エンジン10を再始動できる。
なお、筒内負圧期間においてはエンジン10の気筒内の圧力が大気圧に対して負圧になっている。そのため、気筒内の負圧を利用してクランクシャフト10aを回転させることができる。したがって、この筒内負圧期間内であれば、クランクシャフト10aの停止角CAsが許容クランク角範囲CAaを外れていても、モータジェネレータ20でエンジン10のクランキングを開始できる。
上記実施形態では、エンジン10の自動停止の開始前(ステップS16よりも前)においては燃料噴射量Qfに基づいて最小始動トルクTsを算出する。その一方で、エンジン10の自動停止の開始後においては、機関回転数Neの単位時間あたりの変化量ΔNeによって、最小始動トルクTsを算出する。機関回転数Neの変化量ΔNeは、燃料噴射量Qfに比較して、エンジン10におけるピストン及び気筒間の摩擦等をより直接的に反映したものである。すなわち、機関回転数Neの変化量ΔNeは、始動トルクに対する相関性が高い。このような機関回転数Neの変化量ΔNeに基づくことで、より正確な許容クランク角範囲CAaの算出が可能となる。
上記実施形態では、エンジン10の筒内負圧期間内にモータジェネレータ20でエンジン10のクランキングを開始した場合には、高圧バッテリ22の充電容量に余裕がある場合には、クランキングを継続して、エンジン10の気筒内において負圧を再生成する。そして、クランキングが規定時間以上継続されて、エンジン10の気筒内に負圧が再生成された場合には、クランキングが停止される。そのため、モータジェネレータ20がエンジン10のクランキングを継続するために、高圧バッテリ22の充電容量が過度に低下することは抑制される。また、エンジン10のクランキングを停止したときには、上述のように負圧が再生成されているので、エンジン10の自動停止中の状況を再び生成できる。このような制御により、エンジン10の自動停止開始後の一連の処理を再び実行できる。
一方、エンジン10の筒内負圧期間内にモータジェネレータ20でエンジン10のクランキングを開始した後、高圧バッテリ22の充電容量が一定容量以下である場合には、エンジン10における燃料噴射を再開してエンジン10を再始動する。すなわち、モータジェネレータ20によってエンジン10をクランキングさせる状況が長期間継続した場合には、エンジン10に対する燃料噴射が再開される。したがって、モータジェネレータ20がエンジン10のクランキングを継続するために、高圧バッテリ22の充電容量が過度に低下することは抑制できる。
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。また、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。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、全固体電池等を採用してもよい。
・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に対して、上記実施形態の自動停止再始動処理を適用すればよい。
・上記実施形態において、クランクシャフト10aの停止角CAsは、実際にクランクシャフト10aが停止したときのクランク角CAを検出するのに限らず、予測した停止角CAsであってもよい。すなわち、予測した停止角CAsを、電子制御装置30の停止角検出部30aが検出した停止角CAsとしてもよい。例えば、エンジン10の自動停止を開始した後、クランク角センサ31が検出したクランク角CAや機関回転数Neの変化に基づいて、当該エンジン10が自動停止したときのクランクシャフト10aの停止角CAsを予測できる。この変更例の場合には、クランクシャフト10aの停止を待つことなく、ステップS24以後の処理を実行できる。
・上記実施形態におけるステップS21~ステップS23の処理を省略して、許容クランク角範囲CAaの大小に拘らず、停止角CAsが許容クランク角範囲CAaの範囲内であるか否かを判定してもよい(ステップS25を実行してもよい)。停止角CAsの検出精度として高い精度が期待できるのであれば、ステップS21~ステップS23の処理を省略して電子制御装置30の処理負担を低減させた方がよいこともある。
・上記実施形態におけるステップS31の処理を省略して、高圧バッテリ22の充電容量に拘らず、モータジェネレータ20によるエンジン10のクランキングを継続してもよい。上記実施形態で想定されるエンジン10の自動停止の期間は長くてもせいぜい数分~十数分程度である。また、エンジン10が運転している間は、高圧バッテリ22の充電容量は、ある程度の範囲内(例えば40%~70%)に制御される。したがって、高圧バッテリ22の最大充電容量(満充電容量)が相応に多ければ、モータジェネレータ20によるエンジン10のクランキングを継続しても、高圧バッテリ22の充電容量が過度に低下することは抑制できる。また、仮に、高圧バッテリ22の充電容量が過度に低下したとしても、当該高圧バッテリ22によって駆動される電動の補機が、車両の走行に大きな影響を及ぼさないのであれば、モータジェネレータ20によるエンジン10のクランキングを継続しても問題は生じない。
・上記実施形態において、筒内負圧期間内にモータジェネレータ20によるエンジン10クランキングを開始した場合に、再始動の要求の有無に拘らず、エンジン10における燃料噴射を再開してエンジン10を再始動させてもよい。例えば、高圧バッテリ22の最大充電容量が少ない場合には、モータジェネレータ20によるクランキングを継続すると高圧バッテリ22の充電容量が低下しがちである。このような場合には、高圧バッテリ22の充電容量に拘らず、エンジン10を再始動させるのも有効である。
・上記実施形態のステップS14において、閾値Txはゼロ以上の値であれば、適宜変更できる。閾値Txを大きく設定すれば、ステップS14の判定が肯定であるにも拘らず、実際のクランクシャフト10aの停止角が許容クランク角範囲CAaの範囲外になる可能性は低くなる。一方、閾値Txを小さく設定すれば、エンジン10の自動停止を実行できる機会は多くなる。
・上記実施形態のステップS14において、モータジェネレータ20の出力可能トルクTmgからエンジン10の始動トルクのうちの最大値(最大始動トルク)を減算し、この減算値を閾値Txとは別の閾値と比較してもよい。図3に示すように、始動トルクは、エンジン10におけるデポジット等の堆積によって高トルク側に平行移動するように変化する。そのため、エンジン10の最小始動トルクと最大始動トルクとは連動して変化する。したがって、出力可能トルクTmgから最大始動トルク減算した値を閾値と比較することによっても、間接的に最小始動トルクTsと閾値Txとを比較できる。
・上記実施形態において、エンジン10がアイドル運転中の燃料噴射量Qfに基づいて最小始動トルクTsを算出するのに代えて、エンジン10がアイドル運転中以外の所定の駆動状態であるときの燃料噴射量Qfに基づいて最小始動トルクを算出してもよい。所定の駆動状態としては、例えば、エンジン10におけるスロットルバルブの開度や機関回転数Neなど、エンジン10における燃焼状態に影響のあるパラメータを一定にした状態が挙げられる。そして、その状態での燃料噴射量Qfに基づいて最小始動トルクTsを算出することもできる。
・上記実施形態において、ステップS11~ステップS14までの処理を省略してもよい。モータジェネレータ20の出力可能トルクTmgとエンジン10の始動トルクとの差が大きくて、モータジェネレータ20の出力可能トルクTmgやエンジン10の始動トルクが多少変化しても、出力可能トルクTmgが最小始動トルクTsより小さくなることが考えにくいのであれば、ステップS11~ステップS14までの処理を省略しても問題は生じない。
・最小始動トルクTsの算出方法は上記実施形態の例に限らない。例えば、エンジン10における燃料噴射量を一定にしたまま、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にトルクを付与することで、エンジン10の機関回転数Neを予め定められた回転数にする。仮にエンジン10における摩擦が大きくて最小始動トルクTsが大きい場合には、上記のように制御しているときのモータジェネレータ20の出力トルクも大きくなる。したがって、このときのモータジェネレータ20の出力電圧や出力電流に基づいて、最小始動トルクTsを算出することもできる。
・許容クランク角範囲CAaの算出方法は問わない。例えば、ステップS18において機関回転数Neの変化量ΔNeに基づいて最小始動トルクTsを算出するのに代えて、ステップS12で算出した最小始動トルクTsを転用し、これに基づき許容クランク角範囲CAaを算出してもよい。
・また、例えば、車両の走行距離の積算値に基づいて、許容クランク角範囲CAaを算出してもよい。エンジン10におけるデポジットの堆積量や、モータジェネレータ20における出力特性の劣化は、車両の走行距離の積算値に対して相関関係があると考えられる。したがって、走行距離の積算値に基づいて許容クランク角範囲CAaを算出した場合でも、ある程度の正確性が期待できる。
・加えて、ステップS21~ステップS23の処理を省略するのであれば、許容クランク角範囲CAaは、予め定められた固定の範囲であってもよい。
・上記実施形態において必ずしも許容クランク角範囲CAaを算出しなくてもよい。例えば、エンジン10の最小始動トルクTs、モータジェネレータ20の出力可能トルクTmg、及びクランクシャフト10aの停止角CAsを変数とする関係式等を予め電子制御装置30の記憶部に記憶しておく。そして、この関係式によって導き出される数値に基づいて、停止角CAsが、エンジン10をモータジェネレータ20でクランキングして再始動できるクランク角の停止角の範囲内か範囲外かを判定してもよい。
・クランクシャフト10aが停止したタイミングt2からの規定時間X1に基づいて筒内負圧期間を定めるのに代えて、エンジン10における燃料噴射の停止及びスロットルバルブの閉弁タイミングt1からの規定時間として筒内負圧期間を定めてもよい。
・上記実施形態では、規定時間X1を、クランクシャフト10aが停止したタイミングt2からの時間としたが、これに限らない。例えば、規定時間X1を、クランクシャフト10aの回転数(機関回転数Ne)が所定の回転数になってからの時間としてもよい。
・上記実施形態では、規定時間X1を、エンジン10の気筒内の圧力が大気圧に等しくなるまでの時間としたが、これに限らない。例えば、規定時間X1を、エンジン10の気筒内の圧力が、大気圧よりも所定圧低い圧力になるまでの時間としてもよい。エンジン10やモータジェネレータ20の特性によっては、エンジン10の気筒内の圧力が大気圧よりも多少低い程度では、依然として、モータジェネレータ20によってエンジン10をクランキングできないといったこともあり得る。このような場合には、この変更例のように規定時間X1を定めることで、確実にエンジン10をクランキングできる。
・上記実施形態では、エンジン10の気筒内の気圧が再び負圧になる規定期間を、クランクシャフト10aが一定角度回転するまでの期間として定めたが、これを時間で定めてもよい。規定期間を時間で定める場合、例えば、数百ミリ秒~数秒程度が好適である。
・上記実施形態では、クランキング期限t3までにモータジェネレータ20によるエンジン10のクランキングを行い、その後、燃料噴射を再開することで、エンジン10を再始動したが、モータジェネレータ20によるエンジン10のクランキングを省略することもできる。例えば、エンジン10の自動停止を開始した直後であれば、クランクシャフト10aは依然として回転している。このようにクランクシャフト10aが未だ完全に停止していない期間であれば、クランキングなしで燃料噴射を再開するのみで、エンジン10が再始動する余地がある。
・上記実施形態のステップS21、許容クランク角範囲CAaが規定範囲CAxよりも大きいと判定された場合に、その後のステップS24~ステップS33の処理を省略してもよい。この場合、許容クランク角範囲CAaが規定範囲CAxよりも大きいと判定された場合に、そのままクランクシャフト10aを停止させ、再始動要求に応じて、エンジン10を再始動させればよい。
・エンジン10において、電動の吸気バルブのように、クランクシャフト10aの回転とは別に、吸気バルブの開度(リフト量)を制御できる構成のものがある。このようなエンジン10であれば、エンジン10の自動停止時に、スロットルバルブを閉弁するのに代えて又は加えて、吸気バルブの開度を小さくすることで、エンジン10への吸気量を制限することもできる。
・上記実施形態において、エンジン10の燃料噴射を停止した状態のまま、モータジェネレータ20からのトルクのみによって車両を走行させることができるのであれば、モータジェネレータ20によるエンジン10のクランキング後、燃料噴射を再開するのに代えて、モータジェネレータ20からのトルクで車両を走行させてもよい。
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、20b…センサ部、21…インバータ、22…高圧バッテリ、22a…センサ部、23…DC/DCコンバータ、24…低圧バッテリ、24a…センサ部、30…電子制御装置、31…クランク角センサ、32…車速センサ、33…冷却水温センサ、IHb…状態情報、ILb…状態情報、IM…状態情報、CA…クランク角、SP…車速、THW…冷却水温度、MSmg…操作信号、MSen…操作信号、Tmg…出力可能トルク、Ts…最小始動トルク、Tx…閾値、CAa…許容クランク角範囲、CAs…停止角、Ne…機関回転数、X1…規定時間、Qf…燃料噴射量。

Claims (6)

  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ハイブリッドシステムに適用される始動制御装置であって、
    予め定められた規定条件を満たしたときに前記エンジンにおける燃料噴射を停止させることで前記エンジンを自動停止させるとともに前記エンジンへの吸気量を制限する駆動制御部と、
    前記エンジンが自動停止してクランクシャフトが停止したときのクランク角を、停止角として検出する停止角検出部とを備え、
    前記駆動制御部は、前記停止角が、前記エンジンを前記モータジェネレータでクランキングして再始動できる前記クランク角の停止角の範囲を外れている場合には、前記エンジンの自動停止が開始されてから前記エンジンの気筒内が大気圧に対して負圧になっている期間として定められた筒内負圧期間が経過するまでに、前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせる又は前記エンジンにおける燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる
    ことを特徴とする始動制御装置。
  2. 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ハイブリッドシステムに適用される始動制御装置であって、
    予め定められた規定条件を満たしたときに前記エンジンにおける燃料噴射を停止させることで前記エンジンを自動停止させるとともに前記エンジンへの吸気量を制限する駆動制御部と、
    前記エンジンを前記モータジェネレータでクランキングして再始動できるクランクシャフトにおけるクランク角の停止角の範囲を、許容クランク角範囲として算出する許容角算出部とを備え、
    前記駆動制御部は、前記許容クランク角範囲が予め定められた規定範囲よりも小さい場合には、前記エンジンの自動停止が開始されてから前記エンジンの気筒内が大気圧に対して負圧になっている期間として定められた筒内負圧期間が経過するまでに、前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせる又は前記エンジンにおける燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる
    ことを特徴とする始動制御装置。
  3. 前記モータジェネレータの出力可能トルクを算出するトルク算出部を備え、
    前記許容角算出部は、前記出力可能トルク及び前記エンジンを自動停止しているときの単位時間あたりのエンジンの機関回転数の変化量に基いて、前記許容クランク角範囲を算出する
    ことを特徴とする請求項2に記載の始動制御装置。
  4. 前記モータジェネレータの出力可能トルクを算出するトルク算出部と、
    前記エンジンが所定の駆動状態であるときの燃料噴射量に基づいて前記エンジンを再始動するのに要する始動トルクを算出する始動トルク算出部とを備え、
    前記駆動制御部は、前記出力可能トルクから前記始動トルクのうちの最小のトルクを減算した値が予め定められた閾値よりも小さい場合には、前記規定条件に拘らず、前記エンジンの自動停止を禁止する
    ことを特徴とする請求項1~3のいずれか一項に記載の始動制御装置。
  5. 前記駆動制御部は、前記筒内負圧期間が経過するまでに前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせてから、前記エンジンの気筒内の気圧が大気圧に対して再び負圧になる期間として予め定められている規定期間が経過した場合には、前記モータジェネレータによる前記エンジンのクランキングを停止することにより、前記エンジンを自動停止させる
    ことを特徴とする請求項1~4のいずれか一項に記載の始動制御装置。
  6. 前記駆動制御部は、前記筒内負圧期間が経過するまでに前記モータジェネレータによって前記エンジンをクランキングさせた後、前記モータジェネレータに電力を供給するバッテリの充電容量が一定容量を下回った場合には、前記エンジンにおける燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる
    ことを特徴とする請求項1~5のいずれか一項に記載の始動制御装置。
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