JPWO2021075227A1 - エンジン始動制御装置 - Google Patents

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battery
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憲彦 生駒
喬紀 杉本
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
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    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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Abstract

ハイブリッド車両の始動制御装置は、バッテリと、第一及び第二の回転電機と、エンジンと、バッテリが低出力状態であるか否かを判定する第一判定部と、エンジンをクランキングするクランキング制御部と、クランキング完了判定を実施する第二判定部と、を備える。バッテリの最大出力が低出力状態である場合には、クランキング制御部が低出力目標回転数にて第一の回転電機を力行させ、第二判定部が、第一の回転電機の実回転数が目標範囲内で所定時間継続するという条件が成立したときにクランキング完了と判定する。

Description

本開示は、ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置に関する。
関連技術として、エンジンと回転電機（モータ，ジェネレータ，モータジェネレータ）とを備えたハイブリッド車両には、エンジンを停止させたまま走行するモードや、エンジンを作動させつつ回転電機の動力で走行するモードなど、様々な走行モードが設けられる。ハイブリッド車両では、例えば走行モードの切り替え時などでエンジンを始動させる場合、回転電機でエンジンをクランキングさせてからエンジンを初爆させる（例えば、日本国特開２０１２−１０６５１４号公報を参照）。なお、日本国特開２０１２−１０６５１４号公報の始動制御装置では、エンジンを始動させる際にモータジェネレータの目標回転数を所定の低回転に設定したのち高回転に設定することで、エンジンのフリクションに対して十分にトルクを出力できるようにしている。
ところで、回転電機の電力源であるバッテリは、低温時に持ち出し可能な電池出力（最大出力）が低いことが知られている。電池出力が低い状態では、回転電機で使用できる電力が小さくなるため、回転電機によりエンジンをクランキングさせることが難しいことがある。これに対し、低温時においても電池出力が確保されるようバッテリを改良することも考えられるが、開発コストや製造コスト等を考慮すると好ましくない。
本開示に係るエンジン始動制御装置は、ハイブリッド車両において電池出力が低い状態であっても確実にエンジンを始動させることに関連する。
本開示の一態様によれば、ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置は、駆動用のバッテリと、前記バッテリの電力を消費して作動するように構成された第一の回転電機及び第二の回転電機と、前記第一の回転電機により始動するように構成されたエンジンと、前記バッテリの最大出力が所定の下限値を下回る低出力状態であるか否かを判定するように構成された第一判定部と、前記ハイブリッド車両が前記第一の回転電機及び第二の回転電機のうち少なくとも一方を動力源として前記バッテリの前記電力のみで走行するＥＶモードから前記エンジンを始動させる始動モードに遷移する際に、前記第一の回転電機を力行させて前記エンジンのクランキングを行うように構成されたクランキング制御部と、前記クランキングが完了しているか否かを判定するように構成された第二判定部と、前記クランキングが完了していると前記第二判定部が判定することに応じて、前記エンジンの燃料噴射を開始するように構成された噴射制御部と、を備える。
前記クランキング制御部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されている場合には、前記低出力状態とは異なる通常状態での前記クランキングの目標回転数よりも低い目標回転数にて前記第一の回転電機を力行させる。また、前記第二判定部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されている場合には、前記クランキング中の前記第一の回転電機の実回転数が予め設定された目標範囲内で所定時間継続するという条件が成立したときに前記クランキングが完了したと判定する。
本開示の他の態様によれば、好ましくは、前記目標範囲の最大値は、前記通常状態での前記クランキングの前記目標回転数よりも低い値に設定されていてもよい。
本開示の他の態様によれば、好ましくは、前記エンジン始動制御装置は、前記クランキング中に、前記第一の回転電機の前記目標回転数と前記実回転数との差を用いたフィードバック制御により前記第一の回転電機のトルクを制御するトルク制御部をさらに備えてもよい。この場合、前記トルク制御部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されている場合には、前記トルクの目標値を演算するためのフィードバック項を０以上に設定してもよい。
本開示の他の態様によれば、好ましくは、前記トルク制御部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されており、且つ、前記第二判定部により前記条件が成立したと判定された場合には、前記目標値を演算するためのフィードフォワード項を０に設定してもよい。
本開示の他の態様によれば、好ましくは、前記エンジン始動制御装置は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されるとともに前記第二判定部により前記クランキングが完了したと判定された場合に、前記第一の回転電機の前記実回転数又は前記エンジンの実回転数が、前記目標範囲よりも高い値に予め設定された完了閾値を超えることに応じて、前記エンジンの始動が完了したと判定するように構成された第三判定部をさらに備えてもよい。
本開示に係るエンジン始動制御装置によれば、ハイブリッド車両において電池出力が低い状態では、第一の回転電機が消費するバッテリ電力を抑えることができるため、電池出力が低い状態であっても、エンジンを確実に始動させることができる。
図１は、実施形態に係るエンジン始動制御装置を備えたハイブリッド車両を例示する模式図である。 図２は、エンジン始動制御装置で実施される始動制御を例示するフローチャートである。 図３は、始動制御を例示するフローチャートである。 図４は、始動制御を説明するためのタイミングチャートである。
図面を参照して、実施形態としてのエンジン始動制御装置（以下「始動制御装置」という）について説明する。以下に示す実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。本実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。また、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることができる。
［１．全体構成］
本実施形態の始動制御装置は、図１に示す車両１に適用される。車両１は、駆動用のバッテリ５と、バッテリ５の電力を消費して作動する少なくとも二つの回転電機２，３と、一方の回転電機３により始動するエンジン４とを備えたハイブリッド車両である。本実施形態では、回転電機２が駆動用のモータ２（第二の回転電機）であり、回転電機３がエンジン４の動力で発電するジェネレータ３（第一の回転電機）である。本実施形態では、エンジン４の動力がモータ２の動力とは別に駆動輪に伝達されるように構成されているが、エンジン４の動力がジェネレータ３のみに伝達されるよう構成されていてもよい。また、車両１に他の回転電機が搭載されていてもよい。
本実施形態の車両１には、ＥＶモード，シリーズモード，パラレルモードの三種類の走行モードが用意される。これらの走行モードは、後述するPHEV-ECU１０によって、車両状態や走行状態，運転者の要求駆動力等に応じて択一的に選択され、その種類に応じてモータ２，ジェネレータ３，エンジン４が使い分けられる。
ＥＶモードは、ジェネレータ３及びエンジン４を停止させたまま、モータ２を動力源としてバッテリ５の電力のみで車両１を駆動する（走行する）走行モードである。なお、ジェネレータ３を力行させる（動力源とする）場合や、第三の回転電機がある場合にその回転電機を動力源として走行する場合も、バッテリ５の電力のみで走行していればＥＶモードに含まれる。
シリーズモードは、エンジン４でジェネレータ３を駆動して発電しつつ、その電力（発電電力）を用いて、あるいは、発電電力及びバッテリ電力を用いて、モータ２で車両１を駆動する走行モードである。パラレルモードは、おもにエンジン４の駆動力で車両１を駆動し、必要に応じてモータ２で車両１の駆動をアシストする走行モードである。本実施形態の車両１には、ＥＶモードからシリーズモード又はパラレルモードへの切り替えの際に、停止状態のエンジン４を始動させる「エンジン始動モード」が設けられる。つまり、ＥＶモードからエンジン始動モードに遷移したのち、シリーズモード又はパラレルモードに移行する。以下、走行モード（ＥＶモード，シリーズモード，パラレルモード）にエンジン始動モードを加えて、「走行動作モード」と呼ぶ。
モータ２は、車両１の駆動源として設けられる。モータ２の電力源は、バッテリ５に蓄電されている電力やジェネレータ３で発電された電力である。図１にはモータ２がフロント側に一つだけ配置された例を図示しているが、車両１に搭載されるモータ２（回転電機）の個数は一つに限られず、例えばフロント側及びリア側のそれぞれに設けられてもよいし、各車輪に設けられてもよい。
ジェネレータ３は、エンジン４の動力で発電した電力を少なくともモータ２に供給可能である。本実施形態のモータ２及びジェネレータ３はいずれも、電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えた電動発電機（モータ・ジェネレータ）である。モータ２は、おもに電動機として機能して車両１を駆動し、回生時には発電機として機能する。また、ジェネレータ３は、エンジン４を始動させる際に電動機（スタータ）として機能し、エンジン４の作動時にはエンジン動力で発電を実施する。本実施形態では、ジェネレータ３及びエンジン４がギヤ対（図示略）を介して直結されている。ジェネレータ３の回転数とエンジン４の回転数とはギヤ比の分だけずれる。
モータ２及びジェネレータ３の各周囲（又は各内部）には、直流電流と交流電流とを変換するインバータを含む図示しないコントロールユニット（例えばＭＣＵ，ＧＣＵ）が設けられる。モータ２及びジェネレータ３の各回転速度は、インバータを制御することで制御される。なお、モータ２，ジェネレータ３，各インバータの作動状態は、PHEV-ECU１０で制御される。
エンジン４は、ガソリンや軽油を燃焼とする内燃機関（ガソリンエンジン，ディーゼルエンジン）である。エンジン４の作動状態は、後述するENG-ECU２０で制御される。なお、モータ２，ジェネレータ３，エンジン４と駆動輪とを繋ぐ動力伝達経路上に、減速機構や動力分配機構等が設けられていてもよい。
バッテリ５は、モータ２による回生電力及びジェネレータ３による発電電力の充電と放電とが可能に構成された高電圧電源である。本実施形態のバッテリ５は、複数の電池セル（例えばリチウムイオン二次電池やニッケル水素二次電池）が接続されて構成される。なお、バッテリ５が、車両外部の電源による外部充電、すなわち、家庭用交流電源での充電（普通充電）や、高圧直流電源での充電（急速充電）が可能に構成されてもよい。
車両１には、エンジン４の回転数を検出するエンジン回転数センサ３１と、ジェネレータ３の回転数を検出するジェネレータ回転数センサ３２と、バッテリ５のセル温度を検出する温度センサ３３と、バッテリ５のセル電圧を検出する電圧センサ３４と、バッテリ５の電流を検出する電流センサ３５とが設けられる。エンジン回転数センサ３１で検出された情報はENG-ECU２０に伝達され、各センサ３２〜３５で検出された情報はPHEV-ECU１０に伝達される。
PHEV-ECU１０は、車両１に搭載される各種装置を統合制御する電子制御装置（コンピュータ）であり、ENG-ECU２０は、エンジン４を総合的に制御する電子制御装置（コンピュータ）である。各制御装置１０，２０の内部には、バスを介して互いに接続されたプロセッサ，メモリ，インターフェイス装置等（いずれも図示略）が内蔵され、車両１に設けられた車載ネットワーク網の通信ラインに接続される。各制御装置１０，２０は、相互に通信可能である。
プロセッサは、例えば制御ユニット（制御回路）や演算ユニット（演算回路），キャッシュメモリ（レジスタ）などを内蔵する処理装置である。また、メモリは、プログラムや作業中のデータが格納される記憶装置であり、ＲＯＭ，ＲＡＭ，不揮発メモリなどを含む。各制御装置１０，２０で実施される制御の内容は、ファームウェアやアプリケーションプログラムとしてメモリに記録，保存されており、プログラムの実行時にはプログラムの内容がメモリ空間内に展開されプロセッサで実行される。
本実施形態の始動制御装置は、バッテリ５の最大出力SOPが所定の下限値PLを下回る低出力状態であってもエンジン４を確実に始動させるための始動制御を実施するものであり、上記の二つの制御装置１０，２０から構成される。最大出力SOPとは、ある瞬間にバッテリ５から持ち出し可能な（充電，放電が可能な）電池出力の最大値であり、バッテリ５の充電率が高いほど大きな値となる。下限値PLは、従来の方法でジェネレータ３がエンジン４をクランキングする際にジェネレータ３が必要とする電池出力であり、ジェネレータ３やバッテリ５の種類，性能に応じて予め設定されている。つまり、低出力状態とは、従来の方法ではジェネレータ３によるクランキングを実行することが困難な状態である。
［２．制御構成］
始動制御を実施するための要素として、PHEV-ECU１０には、第一判定部１１，クランキング制御部１２，第二判定部１３，噴射指示部１４，トルク制御部１５，第三判定部１６が設けられ、ENG-ECU２０には噴射制御部２１が設けられる。これらの要素は、各制御装置１０，２０で実行されるプログラムの一部の機能を示すものであり、ソフトウェアで実現されるものとする。ただし、各機能の一部又は全部をハードウェア（電子回路）で実現してもよく、あるいはソフトウェアとハードウェアとを併用して実現してもよい。
第一判定部１１は、バッテリ５の最大出力SOPが下限値PLを下回る低出力状態であるか否かを判定する。最大出力SOPは、バッテリ５の充電率や、充電率に加えてバッテリ５の劣化度及びバッテリ温度に基づき算出される。最大出力SOPは、第一判定部１１が算出してもよいし、図示しない算出部が算出してもよい。第一判定部１１による判定は、ＥＶモード中と、ＥＶモードからシリーズモード又はパラレルモードに切り替わる際のエンジン始動モード中とに実施される。
クランキング制御部１２は、車両１がバッテリ５の電力のみで走行するＥＶモードからエンジン始動モードに遷移する際に、ジェネレータ３を力行させてエンジン４をクランキングする。クランキング制御部１２は、低出力状態でない通常状態では、ジェネレータ３を通常の目標回転数NgNで力行させてエンジン４をクランキングする。以下、通常状態でのクランキングの目標回転数NgNを、「通常目標回転数NgN」と呼ぶ。
一方、第一判定部１１により低出力状態であると判定されている場合には、クランキング制御部１２は、通常目標回転数NgNよりも低い目標回転数NgLにてジェネレータ３を力行させて、エンジン４をクランキングする。以下、低出力状態でのクランキングの目標回転数NgLを、「低出力目標回転数NgL」と呼ぶ。低出力目標回転数NgLは、例えば、通常目標回転数NgNの10〜50[%]程度に設定される。
なお、本実施形態のクランキング制御部１２は、通常目標回転数NgNでクランキングを実行している最中に第一判定部１１により低出力状態であると判定された場合（すなわち、クランキングの途中で最大出力SOPが下限値PLよりも低くなった場合）には、低出力目標回転数NgLに切り替えて、クランキングを継続する。クランキング制御部１２によるクランキングは、第二判定部１３による完了判定以後（例えば、判定時点や燃料噴射開始時点）で終了する。
第二判定部１３は、エンジン４のクランキングの完了判定を実施する。第二判定部１３は、通常状態では、例えば、ジェネレータ回転数センサ３２で検出された回転数（以下「実ジェネレータ回転数Ng」ともいう）が、通常目標回転数NgNの近傍で所定時間継続したときに、クランキング完了と判定する。あるいは、通常状態では、エンジン回転数センサ３１で検出された回転数（以下「実エンジン回転数Ne」ともいう）が、通常目標回転数NgNとギヤ比とから求まる所定回転近傍で所定時間継続したときにクランキング完了と判定してもよい。以下、通常状態でのクランキング完了か否かを判定する条件を、「通常クランキング完了条件」と呼ぶ。
一方、第一判定部１１により低出力状態であると判定されている場合には、第二判定部１３は、クランキング中の実ジェネレータ回転数Ngが、予め設定された目標範囲Rtgt内で所定時間継続するという条件が成立した場合に、クランキング完了と判定する。以下、この条件を、「低出力クランキング完了条件」と呼ぶ。目標範囲Rtgtは、低出力目標回転数NgLに所定値Aを加算した値を最大値とするとともに低出力目標回転数NgLから同じ所定値Aを引いた値を最小値とした範囲に設定される。
すなわち、第二判定部１３は、ジェネレータ３の実際の回転数Ngが低出力目標回転数NgL近傍である状態が所定時間続いた時点で、クランキング完了と判定する。本実施形態では、目標範囲Rtgtの最大値が、通常目標回転数NgNよりも低い値（例えば半分以下の値）に設定される。言い換えると、低出力状態では、ジェネレータ３の実回転数Ngが通常状態と比べて、例えば半分以下の値のときにクランキング完了と判定される。なお、判定条件の「所定時間」は、通常状態と低出力状態とで同一の時間であってもよいし、後者が前者よりも短い時間であってもよい。所定時間は、少なくともジェネレータ３の回転が安定した（定回転状態になった）と判定可能な時間に予め設定されていればよい。
噴射指示部１４は、第二判定部１３によりクランキングの完了が判定されたらエンジン４の燃料噴射を開始するよう、ENG-ECU２０に指令（信号）を出力する。ENG-ECU２０の噴射制御部２１は、噴射指示部１４からの指令が入力されたときに燃料噴射を開始する。つまり、低出力状態では、通常状態と比べて、ジェネレータ３が低回転のときから燃料噴射が開始され、エンジン４自身でエンジン回転数を引き上げる。
トルク制御部１５は、エンジン４のクランキング中に、ジェネレータ３の目標回転数（NgN又はNgL）と実回転数Ngとの差ΔNg（＝目標回転数−実回転数，以下「回転数差ΔNg」という）を用いたフィードバック制御により、ジェネレータ３のトルクを制御する。本実施形態では、Pゲイン及びIゲインを用いたフィードバック制御が実施される場合を例示する。
本実施形態のトルク制御部１５は、エンジン４の目標回転数（以下「目標エンジン回転数Netgt」という）と実エンジン回転数Neとに基づいてフィードバック項（以下「FB項」という）を算出するとともに、このFB項にエンジン４のフリクショントルクに相当するフィードフォワード項（以下「FF項」という）を加算することで、ジェネレータ３の目標トルク（＝FF項＋FB項）を算出する。FB項は、ジェネレータ３の実回転数Ngを目標回転数に到達させるためのトルクを示す調整項である。なお、FF項は、予め計測したフリクショントルク値であり、エンジン回転数及びエンジン水温によって変化する。FF項はPHEV-ECU１０において演算してもよいし、ENG-ECU２０から受信してもよい。
トルク制御部１５は、通常状態では低出力状態とは異なるPゲイン及びIゲインを設定する。なお、目標エンジン回転数Netgtは、通常目標回転数NgNとギヤ比とから算出する。そして、設定したPゲイン及びIゲインと回転数差ΔNgとからFB項を算出し、FF項に加算して目標トルクを算出し、ジェネレータ３の実際のトルクがこの目標トルク（目標値）となるようジェネレータ３を制御する。
一方、第一判定部１１により低出力状態であると判定されている場合には、トルク制御部１５はFB項を０以上に設定する。FB項が０に設定された場合はFF項が目標トルクに設定され、FB項が０よりも大きい値に設定された場合はFF項＋FB項（＞０）が目標トルクに設定される。これは、低出力状態ではジェネレータ３の目標回転数NgLが通常目標回転数NgNよりも低くされ、エンジン４自身でエンジン回転数を引き上げようとしているにもかかわらず、FB項が負の値であるとジェネレータ３が目標回転数NgLに維持しようとしてしまい、回転数が上がらなくなるからである。つまり、FB項を０以上に設定することで、回転数の引き上げを阻害しないよう、ジェネレータ３のトルク吸収が無効化される。
FB項を０以上に設定するタイミングは、ＥＶモードからエンジン始動モードに遷移した時点であってもよいし、「実ジェネレータ回転数Ng≧低出力目標回転数NgL」となった時点であってもよい。後者の場合、実ジェネレータ回転数Ngが低出力目標回転数NgL未満のときには、FB項が負の値であっても存在していることになる。このように、回転数が上昇しているときに限りFB項を用いて目標トルクを算出することで、早期に目標回転を達成することが可能となる。
本実施形態のトルク制御部１５は、第一判定部１１により低出力状態であると判定されており、且つ、第二判定部１３により低出力クランキング完了条件が成立したと判定された場合には、FF項を０に設定する。これにより、ジェネレータ３の力行トルクが制限されるため、ジェネレータ３の実回転数Ngが目標範囲Rtgtまで上がったのちのバッテリ電力の持ち出しがなくなり、バッテリ５への負荷が軽減される。なお、FF項を０にするタイミングは、第一判定部１１及び第二判定部１３による上記判定がされた時点に限らず、ジェネレータ３の実回転数Ngが上昇するにしたがってFF項を徐々に０に近づけてもよい。
第三判定部１６は、エンジン４の始動完了（エンジン始動モードの完了）を判定する。第三判定部１６は、通常状態では、実エンジン回転数Neが目標回転近傍の状態で、且つ、ジェネレータ３のトルクが所定のトルク閾値を下回ったときに、エンジン４の始動が完了したと判定する。以下、この条件を、「通常始動完了条件」と呼ぶ。通常始動完了条件の前者の条件（すなわち「実エンジン回転数Neが目標回転近傍の状態」）は、通常クランキング完了条件にも含まれる。この状態でジェネレータ３のトルクが所定のトルク閾値を下回ると、ジェネレータ３によるトルク吸収が発生したことを意味する。言い換えると、トルク閾値は、トルク吸収の発生を判定可能な値に予め設定される。
一方、第一判定部１１により低出力状態であると判定されるとともに第二判定部１３によりクランキングの完了が判定された場合、第三判定部１６は、ジェネレータ３の実回転数Ngが予め設定された完了閾値Ngcを超えたら、エンジン４の始動完了と判定する。あるいは、実エンジン回転数Neが所定の完了閾値（上記の完了閾値Ngcにギヤ比を加味した値）を超えたらエンジン４の始動完了と判定してもよい。以下、この条件を、「低出力始動完了条件」と呼ぶ。完了閾値Ngcは、目標範囲Rtgtよりも高い値であり、例えば、通常目標回転数NgNと同等の値に設定される。
第三判定部１６によりエンジン４の始動が完了したと判定されると、始動制御が終了し、走行動作モードがシリーズモード又はパラレルモードに切り替わるとともに、シリーズモード又はパラレルモードに適した各種制御（エンジン制御やモータ制御）が実施される。
［３．フローチャート］
図２及び図３は、上述した始動制御を説明するためのフローチャート例である。このフローチャートは、例えば車両１のパワースイッチがオン状態のときに、PHEV-ECU１０において所定の演算周期で繰り返し実施される。なお、最大出力SOPの算出，走行動作モードの設定（切り替え），ENG-ECU２０による制御は、このフローチャートとは別に実施されている。
ステップＳ１では、各センサ３１〜３５で検出された情報や、算出された最大出力SOP，設定中の走行動作モードといった各種情報が取得される。ステップＳ２では、現在の走行動作モードがＥＶモードであるか否かが判定され、ＥＶモードでなければこのフローをリターンする。ＥＶモードの場合は、続くステップＳ３において、低出力状態であるか否かが判定され、低出力状態であればステップＳ４に進み、低出力状態であることをENG-ECU２０に通知する。一方、低出力状態でなければ、図３のステップＳ１５に進む。
図２のステップＳ５では、走行動作モードがエンジン始動モードに切り替えられたか否かが判定され、切り替えがなければこのフローをリターンする。走行動作モードがＥＶモードからエンジン始動モードに切り替えられた場合はステップＳ６に進み、低出力目標回転数NgLでクランキングが実行されるとともに、目標トルクを演算するためのFB項が０以上に設定される（ステップＳ７）。そして、ジェネレータ回転数センサ３２により実ジェネレータ回転数Ngが取得され（ステップＳ８）、この実回転数Ngに基づき、上記の低出力クランキング完了条件の成否が判定される（ステップＳ９）。
ステップＳ９において低出力クランキング完了条件が成立したと判定されるまで、ステップＳ８，Ｓ９の処理が繰り返される。そして、低出力クランキング完了条件が成立すると、ステップＳ９からステップＳ１０に進み、目標トルクを演算するためのFF項が０設定され、ENG-ECU２０に燃料噴射を開始するよう指令が出力される（ステップＳ１１）。これにより、ENG-ECU２０では、噴射制御部２１による燃料噴射が開始される。
ステップＳ１２では、ジェネレータ回転数センサ３２により実ジェネレータ回転数Ngが取得され、この実回転数Ngに基づき、低出力始動完了条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ１３）。ステップＳ１３において低出力始動完了条件が成立したと判定されるまで、ステップＳ１２，Ｓ１３の処理が繰り返される。そして、低出力始動完了条件が成立すると、このフロー（始動制御）を終了する。
ステップＳ３において低出力状態ではないと判定された場合、図３のステップＳ１５に進み、走行動作モードがエンジン始動モードに切り替えられたか否かが判定され、切り替えがなければこのフローをリターンする。走行動作モードがＥＶモードからエンジン始動モードに切り替えられた場合はステップＳ１６に進み、通常目標回転数NgNでクランキングが実行される。続くステップＳ１７では、最大出力SOPが取得され、ステップＳ１８では、再び低出力状態であるか否かが判定される。
通常目標回転数NgNでのクランキング中に低出力状態であると判定された場合はステップＳ１９に進み、低出力状態でないと判定された場合（通常状態のままである場合）はステップＳ２７に進む。ステップＳ１９では、クランキングの目標回転数が、低出力目標回転数NgLに切り替えられてクランキングが継続され、ステップＳ２０では目標トルクを演算するためのFB項が０以上に設定される。そして、ジェネレータ回転数センサ３２により実ジェネレータ回転数Ngが取得され（ステップＳ２１）、この実回転数Ngに基づき、上記の低出力クランキング完了条件の成否が判定される（ステップＳ２２）。
ステップＳ２２において低出力クランキング完了条件が成立していないと判定されると、ステップＳ２３において、目標トルクを演算するためのFF項が０設定され、ステップＳ２１に戻る。そして、ステップＳ２２の判定条件が成立するまで、ステップＳ２１〜２３の処理が繰り返される。低出力始動完了条件が成立すると、ステップＳ２２からステップＳ２４に進み、ENG-ECU２０に燃料噴射を開始するよう指令が出力される（ステップＳ２４）。これにより、ENG-ECU２０では、噴射制御部２１による燃料噴射が開始される。
ステップＳ２５では、ジェネレータ回転数センサ３２により実ジェネレータ回転数Ngが取得され、この実回転数Ngに基づき、低出力始動完了条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ２６）。ステップＳ２６において低出力始動完了条件が成立したと判定されるまで、ステップＳ２５，Ｓ２６の処理が繰り返される。そして、低出力始動完了条件が成立すると、このフロー（始動制御）を終了する。
一方、ステップＳ１８からステップＳ２７に進んだ場合には、ジェネレータ回転数センサ３２により実ジェネレータ回転数Ngが取得され、この実回転数Ngに基づき、通常クランキング完了条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ２８）。ステップＳ２８において通常クランキング完了条件が成立したと判定されるまで、ステップＳ２７，Ｓ２８の処理が繰り返される。
そして、通常クランキング完了条件が成立すると、ステップＳ２８からステップＳ２９に進み、ENG-ECU２０に燃料噴射を開始するよう指令が出力される。これにより、ENG-ECU２０では、噴射制御部２１による燃料噴射が開始される。その後、ジェネレータ３のトルクが取得され（ステップＳ３０）、通常始動完了条件が成立したか否かが判定される（ステップＳ３１）。この条件が成立するまでステップＳ３０，Ｓ３１の処理が繰り返され、条件が成立すると、このフロー（始動制御）を終了する。
［４．作用，効果］
図４は、上述した始動制御を説明するためのタイミングチャートである。図中実線は、低出力状態のときの制御内容，回転数変化，トルク変化を示し、図中破線は、通常状態のときの制御内容，回転数変化，トルク変化を示す。
図４中の時刻t1では、走行動作モードがＥＶモードであるときに低出力状態であると判定されている。この状態で、時刻t2に示すように、シリーズモード又はパラレルモードに切り替える必要があると判定されると（ここでは、シリーズ判定がNGからOKへ遷移している場合を例示する）、クランキング実行フラグがOFFからONに切り替わり、ジェネレータ３によるクランキングが実行される。このときの目標回転数は低出力目標回転数NgLである。これにより、図中実線で示すように、ジェネレータ３の実回転数Ngが低出力目標回転数NgL近傍まで上昇する。
低出力目標回転数NgLでジェネレータ３が力行され、実回転数Ngが目標範囲Rtgt内で所定時間継続した時点で（時刻t3）、低出力クランキング完了条件が成立する。この時刻t3では、クランキング完了判定フラグがOFFからONに切り替わるとともに、クランキング実行フラグがONからOFFに切り替わり、エンジン４の燃料噴射が開始される（燃料噴射フラグがOFFからONに切り替わる）。つまり、時刻t3以降は、エンジン４自身により回転数Ng（実エンジン回転数Ne）が引き上げられる。
このように、上述した始動制御装置によれば、低出力状態のときには、クランキング中の目標回転数を通常目標回転数NgNよりも低くするため、図中破線で示すように、ジェネレータ３によって回転数を引き上げる場合と比較して、ジェネレータ３が消費するバッテリ電力を抑えることができる。したがって、バッテリ５が低出力状態であっても、エンジン４を確実に始動させることができる。
なお、通常状態では、走行動作モードがＥＶモードであるときに、シリーズモード又はパラレルモードに切り替える必要があると判定されたら（時刻t2）、ジェネレータ３によるクランキングが実行される。このときの目標回転数は、通常目標回転数NgNである。これにより、図中破線で示すように、ジェネレータ３の実回転数Ngが通常目標回転数NgN近傍まで上昇する。そして、通常クランキング完了条件が成立したと判定されると（時刻t3′）、図中破線で示すように、クランキング完了判定フラグがOFFからONに切り替わるとともに、クランキング実行フラグがONからOFFに切り替わり、エンジン４の燃料噴射が開始される（燃料噴射フラグがOFFからONに切り替わる）。
また、上述した始動制御装置では、目標範囲Rtgtの最大値が通常目標回転数NgNよりも低い値に設定されていることから、低出力状態では、通常状態に比べて、低い回転数で燃料噴射が開始される。これにより、早い段階でエンジン４自身により回転数を引き上げることができるため、低出力状態であっても確実にエンジン４を始動させることができる。
また、上述した始動制御装置では、低出力状態であると判定されている場合には、目標トルクを演算するためのFB項が０以上に設定される。つまり、低出力状態でのクランキング中はFB項が０未満にならないため、ジェネレータ３のトルク吸収を無効化することができる。これにより、図４の時刻t3以降において、エンジン４自身で回転数を引き上げているときに、その引き上げを阻害することなくクランキングを完了させることができる。
さらに上述した始動制御装置では、図４の時刻t3以降において、目標トルクを演算するためのFF項が０に設定される。つまり、低出力状態でのクランキング中に、実ジェネレータ回転数Ngが目標範囲Rtgtまで上がったあとはFF項が０になるため、ジェネレータ３の力行トルクを制限できる。言い換えると、ジェネレータ３によるエンジン駆動をなくすことができ、これにより、実ジェネレータ回転数Ngが目標範囲Rtgtまで上がったあとはバッテリ電力の持ち出しをなくすことができ、バッテリ５への負荷をより軽減できる。
上述した始動制御装置の場合、通常状態では、実エンジン回転数Neが目標回転近傍の状態で、且つ、ジェネレータ３のトルクが所定のトルク閾値を下回ったときに（時刻t4′で）、エンジン４の始動が完了したと判定される。すなわち、通常状態では、ジェネレータ３によるトルク吸収が発生したことを以って始動完了を判定可能である。一方、低出力状態では、トルク吸収を無効化していることから、トルクによる始動完了判定を行うことができない。これに対し、上述した始動制御装置によれば、実回転数Ngが完了閾値Ngcを上回ったときに（時刻t4で）エンジン４の始動が完了したと判定する。つまり、低出力状態であっても、実ジェネレータ回転数Ngを用いて始動完了判定を実施できるため、ＥＶモードからシリーズモード又はパラレルモードへ速やかに遷移できる。
［５．その他］
上述した始動制御装置の構成は一例である。上記の実施形態では、始動制御装置がPHEV-ECU１０とENG-ECU２０とから構成される場合を例示したが、始動制御装置が一つの電子制御装置から構成されてもよいし、三つ以上の電子制御装置から構成されてもよい。
上述したトルク制御部１５によるフィードバック制御は一例であり、上述した方法以外の方法でジェネレータ３のトルクを制御してもよい。例えば、Pゲイン，Iゲインに加えてDゲインを用いてフィードバック制御を実施してもよいし、フィードフォワード制御によりジェネレータ３のトルクを制御してもよい。FF項，FB項の求め方や設定値も上述したものに限られない。
第一判定部１１，第二判定部１３，第三判定部１６による判定条件は一例であって、上述した内容に限られない。例えば、上記実施形態では、低出力クランキング完了条件に含まれる目標範囲Rtgtが「低出力目標回転数NgL±所定値A」に設定されているが、目標範囲Rtgtはこれに限られず、少なくとも低出力目標回転数NgLを含む所定範囲であればよい。
また、車両１に搭載される回転電機２，３は上記のモータ２，ジェネレータ３に限られない。第一の回転電機は、回転する電機子又は界磁を有し、少なくともエンジン４を始動させる機能を持つ電動発電機（モータジェネレータ）又は発電機であればよい。また、第二の回転電機は、回転する電機子又は界磁を有し、少なくとも電動機能を有する電動発電機（モータジェネレータ）又は電動機であればよい。
本出願は、２０１９年１０月１５日出願の日本特許出願特願２０１９−１８８５２２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１ 車両（ハイブリッド車両）
２ モータ（第二の回転電機）
３ ジェネレータ（第一の回転電機）
４ エンジン
５ バッテリ
１０ PHEV-ECU
１１ 第一判定部
１２ クランキング制御部
１３ 第二判定部
１４ 噴射指示部
１５ トルク制御部
１６ 第三判定部
２０ ENG-ECU
２１ 噴射制御部
３１ エンジン回転数センサ
３２ ジェネレータ回転数センサ
３３ 温度センサ
３４ 電圧センサ
３５ 電流センサ
Ne 実エンジン回転数
Netgt 目標エンジン回転数
Ng 実ジェネレータ回転数
Ngc 完了閾値
NgL 低出力目標回転数
NgN 通常目標回転数
PL 下限値
Rtgt 目標範囲
SOP 最大出力
ΔNg 回転数差

Claims (5)

  1. ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置において、
    駆動用のバッテリと、
    前記バッテリの電力を消費して作動するように構成された第一の回転電機及び第二の回転電機と、
    前記第一の回転電機により始動するように構成されたエンジンと、
    前記バッテリの最大出力が所定の下限値を下回る低出力状態であるか否かを判定するように構成された第一判定部と、
    前記ハイブリッド車両が前記第一の回転電機及び前記第二の回転電機のうち少なくとも一方を動力源として前記バッテリの前記電力のみで走行するＥＶモードから前記エンジンを始動させる始動モードに遷移する際に、前記第一の回転電機を力行させて前記エンジンのクランキングを行うように構成されたクランキング制御部と、
    前記クランキングが完了しているか否かを判定するように構成された第二判定部と、
    前記クランキングが完了していると前記第二判定部が判定することに応じて、前記エンジンの燃料噴射を開始するように構成された噴射制御部と、を備え、
    前記クランキング制御部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されている場合には、前記低出力状態とは異なる通常状態での前記クランキングの目標回転数よりも低い目標回転数にて前記第一の回転電機を力行させ、
    前記第二判定部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されている場合には、前記クランキング中の前記第一の回転電機の実回転数が予め設定された目標範囲内で所定時間継続するという条件が成立したときに前記クランキングが完了したと判定することを特徴とする、エンジン始動制御装置。
  2. 前記目標範囲の最大値は、前記通常状態での前記クランキングの前記目標回転数よりも低い値に設定されていることを特徴とする、請求項１記載のエンジン始動制御装置。
  3. 前記クランキング中に、前記第一の回転電機の前記目標回転数と前記実回転数との差を用いたフィードバック制御により前記第一の回転電機のトルクを制御するトルク制御部をさらに備え、
    前記トルク制御部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されている場合には、前記トルクの目標値を演算するためのフィードバック項を０以上に設定することを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジン始動制御装置。
  4. 前記トルク制御部は、前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されており、且つ、前記第二判定部により前記条件が成立したと判定された場合には、前記目標値を演算するためのフィードフォワード項を０に設定することを特徴とする、請求項３記載のエンジン始動制御装置。
  5. 前記第一判定部により前記バッテリの最大出力が前記低出力状態であると判定されるとともに前記第二判定部により前記クランキングが完了したと判定された場合に、前記第一の回転電機の前記実回転数又は前記エンジンの実回転数が、前記目標範囲よりも高い値に予め設定された完了閾値を超えることに応じて、前記エンジンの始動が完了したと判定するように構成された第三判定部をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
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