特許 6107201 ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6107201

(24)【登録日】2017年3月17日

(45)【発行日】2017年4月5日

(54)【発明の名称】ハイブリッド車両のエンジン始動制御装置

(51)【国際特許分類】

   B60W 10/08 20060101AFI20170327BHJP

   B60W 20/00 20160101ALI20170327BHJP

   B60K 6/48 20071001ALI20170327BHJP

   B60K 6/54 20071001ALI20170327BHJP

   B60K 6/24 20071001ALI20170327BHJP

   B60W 10/06 20060101ALI20170327BHJP

   F02D 29/02 20060101ALI20170327BHJP

   B60L 11/14 20060101ALI20170327BHJP

   B60L 15/20 20060101ALI20170327BHJP

【ＦＩ】

   B60W10/08 900

   B60W20/00 900

   B60K6/48ZHV

   B60K6/54

   B60K6/24

   B60W10/06 900

   F02D29/02 321B

   B60L11/14

   B60L15/20 J

【請求項の数】3

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2013-27635(P2013-27635)

(22)【出願日】2013年2月15日

(65)【公開番号】特開2014-156174(P2014-156174A)

(43)【公開日】2014年8月28日

【審査請求日】2015年12月18日

(73)【特許権者】

【識別番号】000006286

【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001737

【氏名又は名称】特許業務法人スズエ国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100109830

【弁理士】

【氏名又は名称】福原 淑弘

(74)【代理人】

【識別番号】100088683

【弁理士】

【氏名又は名称】中村 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100095441

【弁理士】

【氏名又は名称】白根 俊郎

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100119976

【弁理士】

【氏名又は名称】幸長 保次郎

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140176

【弁理士】

【氏名又は名称】砂川 克

(74)【代理人】

【識別番号】100158805

【弁理士】

【氏名又は名称】井関 守三

(74)【代理人】

【識別番号】100172580

【弁理士】

【氏名又は名称】赤穂 隆雄

(74)【代理人】

【識別番号】100179062

【弁理士】

【氏名又は名称】井上 正

(74)【代理人】

【識別番号】100124394

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 立志

(74)【代理人】

【識別番号】100112807

【弁理士】

【氏名又は名称】岡田 貴志

(74)【代理人】

【識別番号】100111073

【弁理士】

【氏名又は名称】堀内 美保子

(74)【代理人】

【識別番号】100134290

【弁理士】

【氏名又は名称】竹内 将訓

(72)【発明者】

【氏名】平尾 俊一

(72)【発明者】

【氏名】宮本 勝彦

(72)【発明者】

【氏名】山下 寛康

(72)【発明者】

【氏名】納谷 拓吾

【審査官】 増子 真

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００５−０９０３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−２２５６２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０００−０６４８７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２０３３３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０２７１０５７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特許第３２１４４２７（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特開２０１１−２０１４１５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ６０Ｋ ６／２０ − ６／５４７

Ｂ６０Ｗ １０／００ − ２０／５０

Ｂ６０Ｌ １／００ − ３／１２

Ｂ６０Ｌ ７／００ − １３／００

Ｂ６０Ｌ １５／００ − １５／４２

Ｆ０２Ｄ ２９／００ − ２９／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

走行用のエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両の前記エンジンの始動制御装置であって、
前記エンジンの回転速度を検出する手段と、
前記エンジンと前記モータが停止しているか否かを判断する停車判定手段と、
前記エンジンの始動開始を判定する始動開始判定手段と、
前記エンジンと前記モータの双方が停止していると判断されかつ前記エンジンの始動開始が判定されると前記モータを指示トルクで回転させる手段と、
前記エンジンの回転速度の変化率を算出する手段と、
前記変化率を第１の閾値と比較し、該変化率が前記第１の閾値を越えたときに前記指示トルクに所定トルクを加算するトルク加算手段と、
前記エンジンの前記回転速度を第２の閾値と比較し、該回転速度が前記第２の閾値よりも大きくなると前記所定トルクの加算を終了する手段と、
を有し、
前記第１の閾値が負の値であり、前記回転速度の前記変化率が負の値をとる減加速度のときで該変化率の絶対値が前記第１の閾値の絶対値よりも大きいときに前記所定トルクの加算を行う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。

【請求項2】

前記始動開始判定手段は、該車両のスタートスイッチがオンされたとき前記エンジンの始動開始を検出することを特徴とする請求項１に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。

【請求項3】

前記エンジンがディーゼルエンジンであることを特徴とする請求項１または２に記載のハイブリッド車両のエンジン始動制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、走行用のエンジンと電動モータとを備えたハイブリッド車両に適用されるエンジン始動制御装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ハイブリッド車両の一例は、走行用のエンジン（内燃機関）と電動モータ（これ以降、単にモータと称する）とを有し、走行条件等に応じてモータのみによる走行と、エンジンを併用するハイブリッド走行あるいはエンジンのみの走行に切換えることができるように構成されている。例えば特許文献１のハイブリッド車両では、発進時にモータのみを使って走行し、車速がある程度高くなった時点で入力クラッチを接続することにより、走行に使用していたモータの出力トルクをエンジンに伝達している。

【0003】

特許文献２のハイブリッド車両では、モータによって車両が走行しているとき、回転する車輪から入力するトルクをエンジンに伝達することにより、エンジンを始動するためのアシストトルクとして利用するようにしている。これにより、スタータモータを使用することなくエンジンを始動できると説明されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第３２１４４２７号公報

【特許文献2】特開２０１１−２０１４１５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１のハイブリッド車両の場合、車両がモータによって走行しているときに、モータのトルクによってエンジンを始動させるように構成されており、車両が停車しているときにエンジンを始動するようにはなっていない。特許文献２のハイブリッド車両の場合も走行中にエンジンを始動する場合に適用され、車両が停止しているときには車輪の回転によるアシストトルクを得ることができない。

【0006】

しかしハイブリッド車両の使用状況によっては、車両が完全に停車した状態でエンジンを始動させる場合もあり得る。例えば、強制的にエンジンを始動させてハイブリッド車両に搭載されたバッテリを充電させたり、エンジン排気管に設けられた触媒を活性化させるために暖気したりする場合がある。エンジンはピストンの位置に応じて圧縮と膨張を繰返すため、例えば始動のためのクランキング時には、クランクシャフトが１回転する間に該クランクシャフトの回転速度が変化する。例えばピストンが下死点に向かう膨張行程では、クランクシャフトの回転速度が増加する。すなわち正の加速度となる。これに対しピストンが上死点に向かう圧縮工程では、クランクシャフトの回転速度が減少する。すなわち負の加速度（減加速度）となる。

【0007】

このため、クランキング時から回転が安定したアイドリング状態に至る低回転時に、エンジンの回転むらによって車体に大きな振動が伝わることがあり、この振動が不快に感じられたり、振動が音の発生源になったりする。特に車両が停止している状態でエンジンが始動すると、始動初期に車体に伝わる振動が走行中よりも大きく感じられてしまう。しかもディーゼルエンジンはガソリンエンジンと比較して圧縮比が高く、可動部のフリクションも大きいため一般に振動や音が大きい。

【0008】

従ってこの発明は、エンジンとモータを備えたハイブリッド車両において、車両が停止した状態でエンジンが始動する際の振動を抑制することができるエンジン始動制御装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の１つの実施形態は、走行用のエンジン(11)とモータ(12)とを備えたハイブリッド車両のエンジン始動制御装置であって、前記エンジン(11)の回転速度を検出する手段(31)と、前記エンジン(11)と前記モータ(12)が停止しているか否かを判断する停車判定手段(ST1)と、前記エンジン(11)の始動開始を判定する始動開始判定手段(ST2)と、前記エンジン(11)と前記モータ(12)の双方が停止していると判断されかつ前記エンジン(11)の始動開始が判定されると前記モータ(12)を指示トルクで回転させる手段(ST5)と、前記エンジン(11)の回転速度の変化率(ΔV)を算出する手段(ST6)と、前記変化率(ΔV)を第１の閾値(Sh1)と比較し、該変化率(ΔV)が前記第１の閾値(Sh1)を越えたときに前記指示トルクに所定トルクを加算するトルク加算手段(ST7,ST8)と、前記エンジン(11)の前記回転速度を第２の閾値(Sh2)と比較し、該回転速度が前記第２の閾値(Sh2)よりも大きくなると前記所定トルクの加算を終了する手段(ST9)とを有し、前記第１の閾値(Sh1)が負の値であり、前記回転速度の前記変化率(ΔV)が負の値をとる減加速度のときで該変化率(ΔV)の絶対値が前記第１の閾値(Sh1)の絶対値よりも大きいときに前記所定トルクの加算を行う。

【0010】

１つの実施形態では、前記トルク加算手段(ST7,ST8)は、前記回転速度の変化率(ΔV)が前記第１の閾値(Sh1)よりも小さくなったときに前記所定トルクの加算を行う。また前記第１の閾値(Sh1)が負の値であり、前記変化率(ΔV)が負の値をとる減加速度のときに前記所定トルクの加算を行うようにしている。始動開始判定手段(ST2)の一例は、該車両のスタートスイッチ(30)がオンされたときエンジン(11)の始動開始を検出するようにしている。エンジン(11)の一例はディーゼルエンジンである。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、走行用のエンジンとモータとを備えたハイブリッド車両において、停車時にエンジンを始動させる際に発生する振動を小さくすることができ、エンジンを滑らかに始動させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の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の構成を模式的に示す図。

【図2】図１に示されたハイブリッド車両のエンジン回転速度の変化率とモータトルクとの関係を示すタイムチャート。

【図3】図１に示されたハイブリッド車両のエンジン始動制御装置の処理の流れを示すフローチャート。

【図4】本発明の第２の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の構成を模式的に示す図。

【図5】図４に示されたハイブリッド車両のエンジン始動制御装置の処理の流れを示すフローチャート。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下に本発明の第１の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について、図１から図３を参照して説明する。
図１に示されたハイブリッド車両１０は、走行用のエンジン１１と走行用のモータ１２とを備えている。モータ１２は、駆動用バッテリから供給される電力によって回転する。エンジン１１とモータ１２との間にクラッチ１３が配置されている。モータ１２の出力軸１４には、トランスミッション１５と差動機１６等を備えた動力伝達機構１７が接続されている。出力軸１４の回転は動力伝達機構１７を介して車輪１８に伝達される。エンジン１１の一例はディーゼルエンジンである。

【0014】

クラッチ１３は、車両１０の運転状況に応じて制御部２０によって制御される。クラッチ１３が接続されると、エンジン１１とモータ１２とが直列に接続された状態となることにより、エンジン１１が出力するトルクとモータ１２が出力するトルクとによって、出力軸１４が回転する。クラッチ１３が切り離されると、モータ１２の出力のみによって車輪１８が回転する。クラッチ１３の切り離しは、例えば油圧によって行なわれるが、油圧以外のアクチュエータが使用されてもよい。

【0015】

このハイブリッド車両１０は、エンジン１１とモータ１２等を電子的に制御する制御部２０を備えている。制御部２０は、エンジン１１を制御するエンジンコントロールユニット２１と、モータ１２を制御するモータコントロールユニット２２と、エンジン始動制御装置としての機能も有するＥＣＵ（Electrical Control Unit）２３などを備えている。モータコントロールユニット２２は、モータ１２に与える指示トルク（モータ指示トルク）に基いて、モータ１２に供給する電流を制御することにより、モータ１２が発生する出力トルク（モータ実トルク）を変化させる。

【0016】

またこのハイブリッド車両１０は、エンジン１１を始動させる際にオン操作されるスタートスイッチ（メインキースイッチ）３０と、エンジン１１の回転速度（クランクシャフト１１ａの回転速度）を検出する手段として機能する回転速度センサ３１と、クラッチ１３が接続されているか否かを検出可能なセンサ３２などを備えている。回転速度センサ３１によって検出されたエンジン１１の回転速度に関する情報は制御部２０のＥＣＵ２３に入力される。以下に説明するように制御部２０は、ハイブリッド車両１０が停車しているときにエンジン１１を滑らかに始動させるためのエンジン始動制御装置としての機能も担っている。

【0017】

制御部２０のＥＣＵ２３には、回転速度センサ３１から出力されるエンジン１１の回転速度（この明細書ではエンジン回転速度と呼ぶ）の変化に基いて、回転速度の変化率Δｖ（回転方向の加速度）を算出するためのコンピュータプログラムが組込まれている。エンジン回転速度は計算の便宜上、１分間当りのクランクシャフト１１ａの回転数（ｒｐｍ）に換算されてもよい。

【0018】

図２中の（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は、それぞれ、時間軸（横軸）に対するモータトルクと、回転速度の変化率Δｖと、エンジン回転速度の一例を模式的に示している。図２の（Ｂ）に示す変化率Δｖは、図２の（Ｃ）に示されたエンジン回転速度の変化を示す曲線Ｐ１の微小時間ごとの接線の傾きθに相当する。

【0019】

制御部２０は、回転速度の変化率Δｖが減少しているか増加しているかを常時監視し、変化率Δｖが第１の閾値Ｓｈ１よりも小さくなったときに、モータ１２に供給する電流を一時的に増加させる。すなわち図２中の（Ａ）に破線Ｍ１で示すモータ１２の指示トルクに、所定トルクＭ１´を加算するトルク加算制御（アシスト制御）を行なうコンピュータプログラムが組込まれている。さらにこの制御部２０は、エンジン回転速度（エンジン回転数）が第２の閾値Ｓｈ２を越えたときに、前記トルク加算制御を終了するコンピュータプログラムが組込まれている。

【0020】

以下に本実施形態の制御部２０を備えたエンジン始動制御装置の処理の流れについて、図３のフローチャートを参照して説明する。
図３のステップＳＴ１において、エンジン１１が停止しかつモータ１２が停止しているか否かが判断される。例えばエンジンコントロールユニット２１とモータコントロールユニット２２の状態を示す信号を利用した停車判定手段によって、車両１０が停車状態にあるか否かが判定される。ここでエンジン１１とモータ１２の双方が停止していれば（ステップＳＴ１で“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ２に進む。エンジン１１とモータ１２の少なくとも一方が動いていれば（ステップＳＴ１で“ＮＯ”）、以下に説明するエンジン始動制御が行なわれることなく終了となる。

【0021】

ステップＳＴ２では、エンジン１１の始動が開始されたか否かが判定される。例えばスタートスイッチ３０がオンされたか否かが判断される。この実施形態の場合、スタートスイッチ３０とステップＳＴ２が始動開始判定手段として機能する。エンジン１１の始動が開始されたと判定された場合（ステップＳＴ２で“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ３に進む。エンジン１１の始動を開始しない場合（ステップＳＴ２で“ＮＯ”）、以下に説明するエンジン始動制御が行なわれることなく終了となる。

【0022】

ステップＳＴ３では、クラッチの作動を検出するセンサ３２等によって、クラッチ１３が接続されているか否かが判断される。クラッチ１３が接続されていなければ（ステップＳＴ３で“ＮＯ”）、ステップＳＴ４に進み、クラッチ１３が接続される。クラッチ１３が接続されていれば（ステップＳＴ３で“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ５に進む。

【0023】

ステップＳＴ５では、エンジン１１を始動させるために、モータ指示トルク（図２中の（Ａ）に破線Ｍ１で示す）に応じた電流がモータ１２に供給される。この指示トルク（モータ）に基いて、モータ１２が実トルク（図２中の（Ａ）に実線Ｍ２で示す）で回転する。すなわちこのステップＳＴ５は、エンジンの始動が開始されたと判定されたときにモータ１２を指示トルクに基いて回転させる手段として機能する。エンジン１１に点火し、エンジン１１が自力で回転するようになると、エンジン回転速度（エンジン回転数）が上昇する。

【0024】

ステップＳＴ６では、エンジン１１の回転速度が回転速度センサ３１によって検出され、微小時間ごとの回転速度センサ３１の出力が制御部２０に入力されることにより、回転速度の変化率Δｖが算出される。すなわちステップＳＴ６は、回転速度の変化率Δｖを算出する手段としての機能する。エンジン１１はピストンの位置に応じて圧縮と膨張を繰返すため、例えばピストンが上死点に向かう圧縮工程ではクランクシャフト１１ａの回転方向の加速度が減少することにより、変化率Δｖが減少する。逆にピストンが下死点に向かう膨張行程ではクランクシャフト１１ａの回転方向の加速度が増加するため、変化率Δｖが増加する。

【0025】

ステップＳＴ７では、この変化率Δｖが第１の閾値Ｓｈ１と比較される。回転速度の変化率Δｖは、例えば図２の（Ｃ）に示すエンジン回転速度の変化を示す曲線Ｐ１の接線の傾きθに相当する。このため変化率Δｖはエンジンの回転方向の加速度が増加するときにはプラス（正）の値をとり、回転方向の加速度が減少する（減加速度）のときにはマイナス（負）の値をとる。第１の閾値Ｓｈ１は負の値である。よって、変化率Δｖが負の値（減加速度）のときに変化率Δｖが第１の閾値Ｓｈ１よりも小さいということは、変化率Δｖの絶対値が閾値Ｓｈ１の絶対値よりも大きいことを意味する。

【0026】

ステップＳＴ７において変化率Δｖが第１の閾値Ｓｈ１よりも小さい場合（ステップＳＴ７で“ＹＥＳ”）、ステップＳＴ８に移る。変化率Δｖが第１の閾値Ｓｈ１よりも小さくなければ（ステップＳＴ７で“ＮＯ”）、ステップＳＴ９に飛ぶ。

【0027】

ステップＳＴ８では、図２中の（Ａ）に示されるように、モータ指示トルクに所定トルクＭ１´が加算される。すなわちステップＳＴ７，ＳＴ８は、トルク加算手段として機能し、トルク加算制御が実行される。所定トルクＭ１´の加算は、モータ１２に供給する電流を指示トルクの電流よりも増加させることにより行なわれる。なお、回転数の変化率Δｖが正の値から負の値に変化したとき（回転の加速度が正から負に転じたこと）が検出されたときに、前記所定トルクＭ１´の加算を行なうようにしてもよい。

【0028】

前記トルク加算制御により、エンジン１１の回転速度が一時的に低下することによる回転のばらつき（波打ち）が抑制されるため、図２中の（Ｃ）に曲線Ｐ１で示すように、エンジン回転速度の変化の度合いが、トルク加算制御を行なわない場合のエンジン回転速度の変化（２点鎖線Ｐ２で示す）と比較して小さくなり、滑らかなエンジン始動を実現できる。

【0029】

ステップＳＴ９では、エンジン回転速度が第２の閾値Ｓｈ２と比較される。エンジン１１の回転数がある程度高くなると、エンジン１１の回転が安定し振動も小さくなるため、前記トルク加算制御を終了することができる。よって、エンジン回転数が第２の閾値Ｓｈ２を越えると（ステップＳＴ９で“ＹＥＳ”）、前述の所定トルクの加算制御が終了となる。すなわち回転が安定するエンジン回転速度（例えば５００ｒｐｍ）に達すると、モータ１２に与える指示トルクがゼロとなり、始動のためのモータ実トルクがゼロとなる。エンジン回転数が第２の閾値Ｓｈ２を越えていなければ（ステップＳＴ９で“ＮＯ”）、ステップＳＴ５に戻り、ステップＳＴ５からステップＳＴ９までの一連の処理が繰返される。ステップＳＴ９は、回転速度が第２の閾値Ｓｈ２よりも大きくなったときに前記所定トルクの加算を終了する手段として機能する。

【0030】

以上説明したように第１の実施形態によれば、ハイブリッド車両１０が完全に停車している状態でエンジン１１を始動させる際に生じる回転むらによる振動が抑制され、車体に伝わる振動が小さくなるため乗り心地が良くなり、発生する音も小さくなる。特にディーゼルエンジンの場合は、ガソリンエンジンと比較して圧縮比が高く、可動部のフリクションも大きいため振動や音が大きくなりやすい。このため本実施形態のエンジン始動制御装置は、ディーゼルエンジンを搭載した車両の振動を抑制する上でガソリン車以上に有効である。

【0031】

図４は、第２の実施形態のハイブリッド車両１０´の概略を示している。このハイブリッド車両１０´は、エンジン１１とモータ１２との間にクラッチが存在していない点で、第１の実施形態のハイブリッド車両１０と異なっているが、それ以外の構成は第１の実施形態のハイブリッド車両１０と共通である。この第２の実施形態のハイブリッド車両１０´は、エンジン１１とモータ１２とが常時直列に接続されているため、モータ１２のトルクによって走行する際にはエンジン１１が従動回転する。エンジン１１のトルクのみによって走行する際にはモータ１２が従動回転する。

【0032】

図５は、第２の実施形態のハイブリッド車両１０´（図４に示す）のエンジン１１を始動させる際のトルク加算制御を含むモータ制御の流れを示している。このハイブリッド車両１０´は、エンジン１１とモータ１２との間にクラッチを有していないため、第１の実施形態のフローチャート（図３）に示されたクラッチに関するステップＳＴ３，ＳＴ４を有していない。それ以外の処理の流れは第１の実施形態のハイブリッド車両１０と共通であるため、図３と共通のステップに同一符号を付して説明を省略する。

【0033】

なお本発明を実施するに当たり、ハイブリッド車両に搭載するエンジンやモータあるいは各種センサの構成や配置をはじめとして、エンジン始動制御装置の具体的な態様を種々に変更して実施できることは言うまでもない。例えば、車両が停止しているか否かを判定する停車判定手段として、駐車ブレーキの作動を検出するセンサからの信号を利用してもよい。また始動開始判定手段としては、前記実施形態で説明したスタートスイッチのオン操作を検出する以外に、例えばエンジン冷態時に触媒を活性温度に加熱させるために自動的にエンジンを始動させる際にＥＣＵ等から出力される信号を検出してもよいし、アイドルストップ状態からエンジンを自動で始動させる場合にＥＣＵ等から出力される信号を検出してもよい。またエンジン回転速度に関する値が１分間当りのクランクシャフトの回転数（エンジン回転数）に換算されてもよい。

【符号の説明】

【0034】

１０，１０´…ハイブリッド車両、１１…エンジン、１１ａ…クランクシャフト、１２…モータ、１３…クラッチ、２０…制御部、２３…ＥＣＵ、３０…スタートスイッチ、３１…回転速度センサ、Δｖ…回転速度の変化率、Ｓｈ１…第１の閾値、Ｓｈ２…第２の閾値。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】