JP2011051480A - 内燃機関装置およびハイブリッド車並びに内燃機関の始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】冷間時に内燃機関を始動するときに内燃機関の出力軸に過大なトルクが作用するのを抑制して内燃機関をよりスムーズに始動する。
【解決手段】冷間時にエンジンの始動が要請されたときには、エンジンへの燃料噴射と点火とが行なわれるようエンジンを制御し（Ｓ１００）、エンジンの始動が要請されてから所定時間ｔｒｅｆが経過してエンジンの回転変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至るまではバッテリの出力制限Ｗｏｕｔより小さい制限値Ｗｓｔａｒｔの範囲内でモータからパワーが出力されるようモータを制御し（Ｓ１１０〜Ｓ１５０，Ｓ１７０）、所定時間ｔｒｅｆが経過してエンジンの回転変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至った以降はバッテリの出力制限Ｗｏｕｔに値Ｗｕｐを加えた範囲内でモータからパワーが出力されるようモータを制御する（Ｓ１１０〜Ｓ１６０，Ｓ１７０）。
【選択図】図４

Description

本発明は、内燃機関装置およびハイブリッド車並びに内燃機関の始動方法に関する。

従来、この種の内燃機関装置としては、エンジンとこのエンジンをギヤ機構を介してクランキング可能なモータとを備え、エンジンの始動が要請されたときには、モータから徐々に大きくなるトルクを出力してギヤ機構のガタ詰めを行ない、その後、モータから大きなトルクを出力してエンジンの回転数を迅速に上昇させエンジンを始動するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この装置では、こうした制御により、ギヤ機構からの異音の発生を抑制してエンジンをスムーズに始動している。

特開２００６−３１５５１０号公報

こうした内燃機関装置では、外気温が例えば−１０℃以下となるような冷間時には、バッテリから出力可能な最大電力が小さくなると共に内燃機関の潤滑油の粘性が高くなってその回転抵抗が大きくなるため、バッテリの出力制限の範囲内でモータから最大のパワーを出力しても内燃機関の回転数を十分に上昇させることができない場合がある。この場合、内燃機関の回転数が小さいときから内燃機関への燃料噴射と点火とを行なって内燃機関からの爆発燃焼に伴うトルクを利用して内燃機関の回転数を上昇させることが考えられるが、内燃機関の回転数が車両の共振回転数帯にあるときに内燃機関での爆発燃焼が開始されると、車両の共振によるトルクと爆発燃焼の開始によるトルクとによって内燃機関の出力軸に過大なトルクが作用する場合がある。

本発明の内燃機関装置およびハイブリッド車並びに内燃機関の始動方法は、冷間時に内燃機関を始動するときに内燃機関の出力軸に過大なトルクが作用するのを抑制して内燃機関をよりスムーズに始動することを主目的とする。

本発明の内燃機関装置およびハイブリッド車並びに内燃機関の始動方法は、上述の主目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明の内燃機関装置は、
内燃機関を有する内燃機関装置であって、
前記内燃機関をクランキング可能な電動機と、
前記電動機と電力のやりとりが可能な二次電池と、
前記二次電池の温度を検出する温度検出手段と、
冷間時には前記検出された二次電池の温度が低いほど制限が課される傾向に該二次電池から放電してもよい出力制限を設定する出力制限設定手段と、
冷間時に前記内燃機関の始動が要請されたときには、前記内燃機関に対しては該内燃機関への燃料噴射と点火とが行なわれるよう制御し、前記電動機に対しては、前記内燃機関から該内燃機関の回転数を上昇させる方向のトルクが出力される出力開始時までは前記設定された二次電池の出力制限の範囲内で前記内燃機関が該内燃機関と前記電動機とを含む動力系の共振回転数帯より小さい回転数で回転するよう制御し、前記出力開始時以降は前記設定された出力制限より制限の緩やかな緩和出力制限に応じた出力制限パワーが前記電動機から出力されて前記内燃機関が前記共振回転数帯より大きい回転数に至るよう制御する始動制御手段と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の内燃機関装置では、冷間時に内燃機関の始動が要請されたときには、内燃機関に対しては内燃機関への燃料噴射と点火とが行なわれるよう制御する。そして、電動機に対しては、内燃機関から内燃機関の回転数を上昇させる方向のトルクが出力される出力開始時までは冷間時に二次電池の温度が低いほど制限が課される傾向に設定される二次電池から放電してもよい出力制限の範囲内で内燃機関が内燃機関と電動機とを含む動力系の共振回転数帯より小さい回転数で回転するよう制御し、出力開始時以降は設定された出力制限より制限の緩やかな緩和出力制限に応じた出力制限パワーが電動機から出力されて内燃機関が共振回転数帯より大きい回転数に至るよう制御する。これにより、共振回転数帯より小さい回転数で内燃機関の爆発燃焼を開始させることができ、内燃機関が共振回転数帯にあるときに内燃機関で爆発燃焼が開始されることに伴う内燃機関の出力軸への過大なトルクが作用するのを抑制することができる。また、こうした制御により、内燃機関を始動するときに、内燃機関の爆発燃焼に伴うパワーと電動機からの出力制限パワーとによって共振回転数帯を迅速に通過させることができる。即ち、こうした制御により、冷間時に内燃機関を始動するときに内燃機関の出力軸に過大なトルクが作用するのを抑制して内燃機関をよりスムーズに始動することができるのである。

こうした本発明の内燃機関装置において、前記始動制御手段は、前記出力開始時までは、前記設定された出力制限より制限が課された強化出力制限に応じた強化出力制限パワーが前記電動機から出力されるよう前記電動機を制御する手段であるものとすることもできる。ここで「強化出力制限」としては、電動機から強化出力制限パワーが出力されるときに内燃機関の回転数が動力系の共振回転数帯に至るまでに内燃機関の爆発燃焼が開始される制限として予め定められた制限を用いるものとしてもよい。

また、本発明の内燃機関装置において、前記始動制御手段は、前記内燃機関の始動が要請されてから予め定められた第１の時間が経過したときを前記出力開始時として制御する手段であるものとすることもできるし、前記内燃機関の始動が要請されてから予め定められた第２の時間が経過した以降で該内燃機関の回転数の単位時間あたりの変化量が予め定められた変化量以上に至ったときを前記出力開始時として制御する手段であるものとすることもできる。

本発明のハイブリッド車は、
上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置と、
駆動輪に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記電動機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
を備えることを要旨とする。

この本発明の自動車では、上述のいずれかの態様の本発明の内燃機関装置を備えるから、本発明の内燃機関が奏する効果、例えば、冷間時に内燃機関を始動するときに内燃機関の出力軸に過大なトルクが作用するのを抑制して内燃機関をよりスムーズに始動することができる効果などと同様の効果を奏することができる。なお、「３軸式動力入出力手段」は、シングルピニオン式やダブルピニオン式の遊星歯車機構であるものとすることもできるし、デファレンシャルギヤであるものとすることもできる。

本発明の内燃機関の始動方法は、
内燃機関と、前記内燃機関をクランキング可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な二次電池と、を備える内燃機関装置における前記内燃機関の始動が冷間時に要請されたときの該内燃機関の始動方法であって、
前記内燃機関に対しては該内燃機関への燃料噴射と点火とが行なわれるよう制御し、前記電動機に対しては、前記内燃機関から該内燃機関の回転数を上昇させる方向のトルクが出力される出力開始時までは冷間時に前記二次電池の温度が低いほど制限が課される傾向に設定される該二次電池から放電してもよい出力制限の範囲内で前記内燃機関が該内燃機関と前記電動機とを含む動力系の共振回転数帯より小さい回転数で回転するよう制御し、前記出力開始時以降は前記二次電池の出力制限より制限の緩やかな緩和出力制限に応じた出力制限パワーが前記電動機から出力されて前記内燃機関が前記共振回転数帯より大きい回転数に至るよう制御する、
ことを特徴とする。

この本発明の内燃機関の始動方法では、冷間時に内燃機関の始動が要請されたときには、内燃機関に対しては内燃機関への燃料噴射と点火とが行なわれるよう制御する。そして、電動機に対しては、内燃機関から内燃機関の回転数を上昇させる方向のトルクが出力される出力開始時までは冷間時に二次電池の温度が低いほど制限が課される傾向に設定される二次電池から放電してもよい出力制限の範囲内で内燃機関が内燃機関と電動機とを含む動力系の共振回転数帯より小さい回転数で回転するよう制御し、出力開始時以降は二次電池の出力制限より制限の緩やかな緩和出力制限に応じた出力制限パワーが電動機から出力されて内燃機関が共振回転数帯より大きい回転数に至るよう制御する。これにより、共振回転数帯より小さい回転数で内燃機関の爆発燃焼を開始させることができ、内燃機関が共振回転数帯にあるときに内燃機関で爆発燃焼が開始されることに伴う内燃機関の出力軸への過大なトルクが作用するのを抑制することができる。また、こうした制御により、内燃機関を始動するときに、内燃機関の爆発燃焼に伴うパワーと電動機からの出力制限パワーとによって共振回転数帯を迅速に通過させることができる。即ち、こうした制御により、冷間時に内燃機関を始動するときに内燃機関の出力軸に過大なトルクが作用するのを抑制して内燃機関をよりスムーズに始動することができるのである。

本発明の一実施例である内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。 電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示す説明図である。 バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す説明図である。 ハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される冷間時始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。 図５に、冷間時にエンジン２２を始動するときの制御用出力制限ＷｏｕｔｃやモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊，エンジン２２の回転数Ｎｅの時間経過の様子の一例を示す説明図である。 変形例のハイブリッド自動車１２０の構成の概略を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態を実施例を用いて説明する。

図１は、本発明の一実施例である内燃機関装置を搭載したハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す構成図である。実施例のハイブリッド自動車２０は、図示するように、エンジン２２と、エンジン２２の出力軸としてのクランクシャフト２６にダンパ２８を介して接続された３軸式の動力分配統合機構３０と、動力分配統合機構３０に接続された発電可能なモータＭＧ１と、動力分配統合機構３０に接続された駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに取り付けられた減速ギヤ３５と、この減速ギヤ３５に接続されたモータＭＧ２と、車両全体をコントロールするハイブリッド用電子制御ユニット７０とを備える。ここで、本発明の内燃機関装置としては、エンジン２２やモータＭＧ１，バッテリ５０，ハイブリッド用電子制御ユニット７０などが該当する。

エンジン２２は、例えばガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関であり、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ２４には、エンジン２２の運転状態を検出する各種センサからの信号、例えば、エンジン２２のクランクシャフト２６のクランク角を検出する図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションなどが入力されている。エンジンＥＣＵ２４は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、エンジンＥＣＵ２４は、図示しないクランクポジションセンサからのクランクポジションに基づいてクランクシャフト２６の回転数、即ちエンジン２２の回転数Ｎｅも演算している。

動力分配統合機構３０は、外歯歯車のサンギヤ３１と、このサンギヤ３１と同心円上に配置された内歯歯車のリングギヤ３２と、サンギヤ３１に噛合すると共にリングギヤ３２に噛合する複数のピニオンギヤ３３と、複数のピニオンギヤ３３を自転かつ公転自在に保持するキャリア３４とを備え、サンギヤ３１とリングギヤ３２とキャリア３４とを回転要素として差動作用を行なう遊星歯車機構として構成されている。動力分配統合機構３０は、キャリア３４にはエンジン２２のクランクシャフト２６が、サンギヤ３１にはモータＭＧ１が、リングギヤ３２にはリングギヤ軸３２ａを介して減速ギヤ３５がそれぞれ連結されており、モータＭＧ１が発電機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力をサンギヤ３１側とリングギヤ３２側にそのギヤ比に応じて分配し、モータＭＧ１が電動機として機能するときにはキャリア３４から入力されるエンジン２２からの動力とサンギヤ３１から入力されるモータＭＧ１からの動力を統合してリングギヤ３２側に出力する。リングギヤ３２に出力された動力は、リングギヤ軸３２ａからギヤ機構６０およびデファレンシャルギヤ６２を介して、最終的には車両の駆動輪６３ａ，６３ｂに出力される。

モータＭＧ１およびモータＭＧ２は、いずれも発電機として駆動することができると共に電動機として駆動できる周知の同期発電電動機として構成されており、インバータ４１，４２を介してバッテリ５０と電力のやりとりを行なう。インバータ４１，４２とバッテリ５０とを接続する電力ライン５４は、各インバータ４１，４２が共用する正極母線および負極母線として構成されており、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかで発電される電力を他のモータで消費することができるようになっている。したがって、バッテリ５０は、モータＭＧ１，ＭＧ２のいずれかから生じた電力や不足する電力により充放電されることになる。なお、モータＭＧ１，ＭＧ２により電力収支のバランスをとるものとすれば、バッテリ５０は充放電されない。モータＭＧ１，ＭＧ２は、いずれもモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）４０により駆動制御されている。モータＥＣＵ４０には、モータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御するために必要な信号、例えばモータＭＧ１，ＭＧ２の回転子の回転位置を検出する回転位置検出センサ４３，４４からの信号や図示しない電流センサにより検出されるモータＭＧ１，ＭＧ２に印加される相電流などが入力されており、モータＥＣＵ４０からは、インバータ４１，４２へのスイッチング制御信号が出力されている。モータＥＣＵ４０は、ハイブリッド用電子制御ユニット７０と通信しており、ハイブリッド用電子制御ユニット７０からの制御信号によってモータＭＧ１，ＭＧ２を駆動制御すると共に必要に応じてモータＭＧ１，ＭＧ２の運転状態に関するデータをハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。なお、モータＥＣＵ４０は、回転位置検出センサ４３，４４からの信号に基づいてモータＭＧ１，ＭＧ２の回転数Ｎｍ１，Ｎｍ２も演算している。

バッテリ５０は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＥＣＵという）５２によって管理されている。バッテリＥＣＵ５２には、バッテリ５０を管理するのに必要な信号、例えば、バッテリ５０の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ５０の出力端子に接続された電力ライン５４に取り付けられた図示しない電流センサからの充放電電流，バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１からの電池温度Ｔｂなどが入力されており、必要に応じてバッテリ５０の状態に関するデータを通信によりハイブリッド用電子制御ユニット７０に出力する。また、バッテリＥＣＵ５２は、バッテリ５０を管理するために電流センサにより検出された充放電電流の積算値に基づいて残容量（ＳＯＣ）を演算したり、演算した残容量（ＳＯＣ）と電池温度Ｔｂとに基づいてバッテリ５０を充放電してもよい最大許容電力である入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔを演算している。なお、バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、電池温度Ｔｂに基づいて入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値を設定し、バッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）に基づいて出力制限用補正係数と入力制限用補正係数とを設定し、設定した入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの基本値に補正係数を乗じることにより設定することができる。図２に電池温度Ｔｂと入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔとの関係の一例を示し、図３にバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）と入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔの補正係数との関係の一例を示す。バッテリ５０の入出力制限Ｗｉｎ，Ｗｏｕｔは、図２に示すように、電池温度Ｔｂが適正温度領域より低いとき（冷間時）には電池温度Ｔｂが低いほど絶対値が小さい（制限が課される）傾向に設定される。

ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備える。ハイブリッド用電子制御ユニット７０には、イグニッションスイッチ８０からのイグニッション信号，シフトレバー８１の操作位置を検出するシフトポジションセンサ８２からのシフトポジションＳＰ，アクセルペダル８３の踏み込み量を検出するアクセルペダルポジションセンサ８４からのアクセル開度Ａｃｃ，ブレーキペダル８５の踏み込み量を検出するブレーキペダルポジションセンサ８６からのブレーキペダルポジションＢＰ，車速センサ８８からの車速Ｖなどが入力ポートを介して入力されている。ハイブリッド用電子制御ユニット７０は、前述したように、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と通信ポートを介して接続されており、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ４０，バッテリＥＣＵ５２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。

こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０は、運転者によるアクセルペダル８３の踏み込み量に対応するアクセル開度Ａｃｃと車速Ｖとに基づいて駆動軸としてのリングギヤ軸３２ａに出力すべき要求トルクを計算し、この要求トルクに対応する要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるように、エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２とが運転制御される。エンジン２２とモータＭＧ１とモータＭＧ２の運転制御としては、要求動力に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にエンジン２２から出力される動力のすべてが動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによってトルク変換されてリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御するトルク変換運転モードや要求動力とバッテリ５０の充放電に必要な電力との和に見合う動力がエンジン２２から出力されるようにエンジン２２を運転制御すると共にバッテリ５０の充放電を伴ってエンジン２２から出力される動力の全部またはその一部が動力分配統合機構３０とモータＭＧ１とモータＭＧ２とによるトルク変換を伴って要求動力がリングギヤ軸３２ａに出力されるようモータＭＧ１およびモータＭＧ２を駆動制御する充放電運転モード、エンジン２２の運転を停止してモータＭＧ２からの要求動力に見合う動力をリングギヤ軸３２ａに出力するよう運転制御するモータ運転モードなどがある。

次に、こうして構成された実施例のハイブリッド自動車２０の動作、特に冷間時にエンジン２２を始動する際の動作について説明する。図４はハイブリッド用電子制御ユニット７０により実行される冷間時始動制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、例えば、図示しない水温センサにより検出されたエンジン２２の冷却水温が所定温度（例えば、−１０℃や−１５℃など）未満の状態で操作者によりイグニッションスイッチ８０が押され車両がシステムオンされたときなどに実行される。なお、実施例では、本ルーチンが実行されている間は、図示しないパーキングロック機構によって車両の停止が確保されているものとする。

冷間時始動制御ルーチンが実行されると、ハイブリッド用電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジンＥＣＵ２４に燃料噴射信号を送信する（ステップＳ１００）。燃料噴射信号を受信したエンジンＥＣＵ２４は、エンジン２２の燃料噴射制御と点火制御とを開始する。ただし、いまは、エンジン２２の始動が要請された直後を考えており、こうした燃料噴射制御や点火制御が実行されても、エンジン２２の気筒内が一定の圧力以上に至るまでは爆発燃焼は起こらない。

続いて、エンジン２２の回転数ＮｅやモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１，バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔなど制御に必要なデータを入力すると共に（ステップＳ１１０）、入力したエンジン２２の回転数Ｎｅから前回に入力されたエンジン２２の回転数（前回Ｎｅ）を減じてエンジン２２の回転数変化量ΔＮｅを計算する（ステップＳ１２０）。ここで、エンジン２２の回転数Ｎｅは、図示しないクランクポジションセンサからの信号に基づいて演算されたものをエンジンＥＣＵ２４から通信により入力するものとした。また、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１は、回転位置検出センサ４３により検出されたモータＭＧ１の回転子の回転位置に基づいて演算されたものをモータＥＣＵ４０から通信により入力するものとした。さらに、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて設定されたものをバッテリＥＣＵ５２から通信により入力するものとした。なお、いまは、冷間時を考えており、バッテリ５０の温度も低いため、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔは比較的小さい（制限が強い）値が設定される（図２参照）。

次に、エンジン２２の始動が要請されてからの時間、即ち本ルーチンが開始されてからの図示しないタイマにより計時された経過時間ｔを所定時間ｔｒｅｆと比較すると共に（ステップＳ１３０）、エンジン２２の回転数変化量ΔＮｅを所定値ΔＮｆｉｒｅと比較する（ステップＳ１４０）。ここで、所定時間ｔｒｅｆは、エンジン２２の始動が要請されてからモータＭＧ１からの出力によってエンジン２２の回転数Ｎｅが比較的大きく変化する間の時間として予め定められた時間（例えば、数百ｍｓｅｃなど）を用いることができ、所定値ΔＮｆｉｒｅは、エンジン２２での爆発燃焼が開始されることによってエンジン２２の回転数Ｎｅが上昇する変化量より若干小さな値として予め実験などにより定められた値を用いることができる。即ち、ステップＳ１３０，Ｓ１４０の処理は、エンジン２２での爆発燃焼が開始されたことによってエンジン２２の回転数Ｎｅが大きく変化したか否かを判定する処理であり、エンジン２２からエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる方向のトルクの出力が開始されたか否かを判定する処理となる。

エンジン２２の始動が要請されてからの経過時間ｔが所定時間ｔｒｅｆ未満のときや経過時間ｔが所定時間ｔｒｅｆ以上のときでもエンジン２２の回転数変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅより小さいときには、エンジン２２での爆発燃焼が未だ開始されていないと判断し、制御用出力制限Ｗｏｕｔｃに制限値Ｗｓｔａｒｔを設定すると共に（ステップＳ１５０）、設定した制御用出力制限ＷｏｕｔｃをモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除したものをモータＭＧ１の定格トルクＴｍａｘで制限することによりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信する（ステップＳ１７０）。モータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を受信したモータＥＣＵ４０は、トルク指令Ｔｍ１＊でモータＭＧ１が駆動されるようインバータ４１のスイッチング素子のスイッチング制御を行なう。ここで、制限値Ｗｓｔａｒｔとしては、エンジン２２への燃料噴射と点火とを行ないながら制御用出力制限Ｗｏｕｔｃの範囲内でモータＭＧ１から最大のパワーを出力してエンジン２２をクランキングしたときに、エンジン２２の回転数Ｎｅが車両の共振回転数帯（例えば、２００ｒｐｍ〜３００ｒｐｍなど）に至るまでにエンジン２２での爆発燃焼が開始される値として予め実験などにより定められた出力制限Ｗｏｕｔより小さい（制限が課された）値を用いることができる。また、モータＭＧ１の定格トルクＴｍａｘによる制限を課してトルク指令Ｔｍ１＊を設定するのは、モータＭＧ１の回転数Ｎｍ１が値０近傍のときを考慮するものである。このようにトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を駆動することにより、制御用出力制限Ｗｏｕｔｃの範囲内でモータＭＧ１から最大のパワーを出力してエンジン２２をクランキングすることができる。そして、エンジン２２の回転数Ｎｅをエンジン２２の始動が完了したか否かを判定するための始動完了回転数Ｎｆｉｎ（例えば、７００ｒｐｍや８００ｒｐｍなど）と比較し（ステップＳ１８０）、いまは、エンジン２２の始動が要請された直後を考えているから、エンジン２２の回転数Ｎｅは始動完了回転数Ｎｆｉｎに至っておらず、上述したステップＳ１１０〜Ｓ１５０，Ｓ１７０の処理を繰り返し実行する。これにより、エンジン２２はモータＭＧ１によって車両の共振回転数帯より小さい回転数で回転することになる。

こうしてモータＭＧ１の出力によりエンジン２２が車両の共振回転数帯より小さい回転数で回転しているときに、エンジン２２の始動が要請されてから所定時間ｔｒｅｆが経過すると共にエンジン２２の回転数変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至ったときには（ステップＳ１３０，Ｓ１４０）、エンジン２２での爆発燃焼が開始されてエンジン２２からエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる方向のトルクの出力が開始されたと判断し、ステップＳ１１０で入力されたバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに値Ｗｕｐを加えたものを制御用出力制限Ｗｏｕｔｃに設定すると共に（ステップＳ１６０）、設定した制御用出力制限ＷｏｕｔｃをモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除することによりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信し（ステップＳ１７０）、エンジン２２の回転数Ｎｅが始動完了回転数Ｎｆｉｎに至るまで（ステップＳ１８０）、上述したステップＳ１１０〜Ｓ１４０，Ｓ１６０，Ｓ１７０の処理を繰り返し実行してエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させ、エンジン２２の回転数Ｎｅが始動完了回転数Ｎｆｉｎに至ったときに（ステップＳ１８０）、エンジン２２の始動を完了したと判断して本ルーチンを終了する。ここで、値Ｗｕｐは、短時間であればバッテリ５０から出力制限Ｗｏｕｔを超えて電力の持ち出しが行なわれてもバッテリ５０を劣化させない電力としてバッテリ５０の特性に基づいて定められた値を用いることができる。こうした制御により、エンジン２２からエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる方向のトルクの出力が開始された以降は、エンジン２２からの爆発燃焼に伴うパワーとモータＭＧ１から出力されるパワーとを用いてエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させることができ、車両の共振回転数帯を迅速に通過させてエンジン２２を始動することができる。

図５に、冷間時にエンジン２２を始動するときの制御用出力制限ＷｏｕｔｃやモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊，エンジン２２の回転数Ｎｅの時間経過の様子の一例を示す。実施例では、冷間時にエンジン２２の始動が要請されたときには（時刻ｔ１）、エンジン２２での爆発燃焼が開始されてエンジン２２からエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる方向のトルクが出力されるまでは制御用出力制限Ｗｏｕｔｃに値Ｗｓｔａｒｔを設定してモータＭＧ１を制御する（時刻ｔ１〜時刻ｔ２）。これにより、車両の共振回転数帯より小さい回転数でエンジン２２の爆発燃焼を開始させることができ、車両の共振回転数帯でエンジン２２の爆発燃焼が開始されることに伴ってクランクシャフト２６に過大なトルクが作用するのを抑制することができる。また、エンジン２２からエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる方向のトルクの出力された以降は、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔを一時的に緩やかにした（値Ｗｕｐを加えた）範囲内でモータＭＧ１から最大のパワーを出力し、エンジン２２の爆発燃焼に伴うパワーとモータＭＧ１からのパワーとを用いてエンジン２２の回転数をＮｅを上昇させる（時刻ｔ２〜時刻ｔ３）。これにより、車両の共振回転数帯を迅速に通過させてエンジン２２を始動することができる。したがって、こうした制御により、冷間時にエンジン２２を始動するときにエンジン２２のクランクシャフト２６に過大なトルクが作用するのを抑制してエンジン２２をよりスムーズに始動することができるのである。

以上説明した実施例の内燃機関装置を備えるハイブリッド自動車２０によれば、冷間時にエンジン２２の始動が要請されたときには、エンジン２２への燃料噴射と点火とが開始されるようエンジン２２を制御し、エンジン２２からエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる方向のトルクが出力されるまではエンジン２２が車両の共振回転数帯より小さい回転数で回転するようモータＭＧ１を制御し、エンジン２２からエンジン２２の回転数Ｎｅを上昇させる方向のトルクが出力された以降はバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに値Ｗｕｐを加えた範囲内でモータＭＧ１から最大のパワーが出力されてエンジン２２が車両の共振回転数帯より大きい回転数で回転するようモータＭＧ１を制御するから、冷間時にエンジン２２を始動するときにエンジン２２のクランクシャフト２６に過大なトルクが作用するのを抑制してエンジン２２をよりスムーズに始動することができる。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の爆発燃焼が開始されるまでは、バッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔより小さい（制限が課された）制限値Ｗｓｔａｒｔを制御用出力制限Ｗｏｕｔｃに設定すると共に設定した制御用出力制限Ｗｏｔｃの範囲内でモータＭＧ１から最大のパワーを出力するものとしたが、エンジン２２の爆発燃焼が開始されるまでエンジン２２が車両の共振回転数帯より小さい回転数で回転するようモータＭＧ１を制御するものとすればよく、例えば、エンジン２２の爆発燃焼が開始されるまでは、エンジン２２の気筒内の圧力をエンジン２２の爆発燃焼の開始に必要な圧力以上にでき且つ車両の共振回転数帯より小さい所定回転数（例えば、１００ｒｐｍや１５０ｒｐｍなど）で回転するようフィードバック制御によってモータＭＧ１を制御するものとしても構わない。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の始動が要請されてから所定時間ｔｒｅｆが経過した以降にエンジン２２の回転数変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至ったときにエンジン２２での爆発燃焼が開始されたものと判断するものとしたが、エンジン２２の回転数変化量ΔＮｅに拘わらずエンジン２２の始動を開始してから所定時間ｔｒｅｆ２が経過したときにエンジン２２での爆発燃焼が開始されたものと判断するものとしてもよいし、エンジン２２の振動を検知する振動センサからの信号やエンジン２２の気筒内の圧力を検知する圧力センサからの信号に基づいてエンジン２２の爆発燃焼が開始されたか否かを判断するものとしても構わない。なお、所定時間ｔｒｅｆ２としては、エンジン２２の始動が要請されてからエンジン２２の爆発燃焼が開始されると予測されるまでの時間として予め実験などにより定められた時間を用いるものとすればよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、エンジン２２の始動が要請されて直ちにエンジン２２への燃料噴射制御および点火制御を開始するものとしたが、エンジン２２の回転数Ｎｅが車両の共振回転数帯より小さく且つエンジン２２の爆発燃焼を開始できる回転数の下限近傍の回転数Ｎ１に至ったときにエンジン２２への燃料噴射制御および点火を開始するものとしたり、エンジン２２の回転数Ｎｅが回転数Ｎ１に至るのに要する予め定められた時間が経過したときにエンジン２２への燃料噴射および点火を開始するものとしてもよい。

実施例のハイブリッド自動車２０では、モータＭＧ２の動力を減速ギヤ３５により変速してリングギヤ軸３２ａに出力するものとしたが、図６の変形例のハイブリッド自動車１２０に例示するように、モータＭＧ２の動力をリングギヤ軸３２ａが接続された車軸（駆動輪６３ａ，６３ｂが接続された車軸）とは異なる車軸（図６における車輪６４ａ，６４ｂに接続された車軸）に出力するものとしてもよい。

また、こうしたハイブリッド自動車に適用するものに限定されるものではなく、自動車以外の車両や船舶，航空機などの移動体に搭載される内燃機関装置の形態や建設設備などの移動しない設備に組み込まれた内燃機関装置の形態としても構わない。さらに、こうした内燃機関装置における内燃機関の始動方法の形態としてもよい。

実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係について説明する。実施例では、エンジン２２が「内燃機関」に相当し、モータＭＧ１が「電動機」に相当し、バッテリ５０が「二次電池」に相当し、バッテリ５０に取り付けられた温度センサ５１が「温度検出手段」に相当し、バッテリ５０の電池温度Ｔｂとバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）とに基づいて出力制限Ｗｏｕｔを設定するバッテリＥＣＵ５２が「出力制限設定手段」に相当し、冷間時にエンジン２２の始動が要請されたときには、エンジンＥＣＵ２４に燃料噴射信号を送信し、エンジン２２の始動が要請されてから所定時間ｔｒｅｆが経過してエンジン２２の回転変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至るまでは制限値Ｗｓｔａｒｔが設定された制御出力制限ＷｏｕｔｃをモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除することによりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信し、エンジン２２の始動が要請されてから所定時間ｔｒｅｆが経過してエンジン２２の回転変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至った以降はバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに値Ｗｕｐを加えて設定された制御用出力制限ＷｏｕｔｃをモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除することによりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＥＣＵ４０に送信するハイブリッド用電子制御ユニット７０と燃料噴射信号に基づいてエンジン２２の燃料噴射制御や点火制御を実行するエンジンＥＣＵ２４とトルク指令Ｔｍ１＊に基づいてモータＭＧ１を制御するモータＥＣＵ４０とが「始動制御手段」に相当する。また、動力分配統合機構３０が「３軸式動力入出力手段」に相当し、モータＭＧ２が「第２の電動機」に相当する。

ここで、「内燃機関」としては、ガソリンまたは軽油などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関に限定されるものではなく、水素エンジンなど如何なるタイプの内燃機関であっても構わない。「電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ１に限定されるものではなく、誘導電動機など、内燃機関をクランキング可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。「二次電池」としては、バッテリ５０に限定されるものではなく、ニッケル水素二次電池やリチウム二次電池，ニッケルカドミウム二次電池，鉛蓄電池など電動機と電力のやりとりが可能であれば如何なるものとしても構わない。「温度検出手段」としては、温度センサ５１に限定されるものではなく、蓄電手段の温度を検出するものであれば如何なるものとしても構わない。「出力制限設定手段」としては、バッテリ５０の電池温度Ｔｂやバッテリ５０の残容量（ＳＯＣ）の他に例えばバッテリ５０の内部抵抗などに基づいて演算するものなど、蓄電手段の温度が低いほど制限が課される傾向に該蓄電手段から放電してもよい出力制限を設定するものであれば如何なるものとしても構わない。「始動制御手段」としては、ハイブリッド用電子制御ユニット７０とエンジンＥＣＵ２４とモータＥＣＵ４０とからなる組み合わせに限定されるものではなく単一の電子制御ユニットにより構成されるなどとしてもよい。また、「始動制御手段」としては、冷間時にエンジン２２の始動が要請されたときには、エンジン２２への燃料噴射と点火とが行なわれるようエンジン２２を制御し、エンジン２２の始動が要請されてから所定時間ｔｒｅｆが経過してエンジン２２の回転変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至るまでは制限値Ｗｓｔａｒｔが設定された制御出力制限ＷｏｕｔｃをモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除することによりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を制御し、エンジン２２の始動が要請されてから所定時間ｔｒｅｆが経過してエンジン２２の回転変化量ΔＮｅが所定値ΔＮｆｉｒｅ以上に至った以降はバッテリ５０の出力制限Ｗｏｕｔに値Ｗｕｐを加えて設定された制御用出力制限ＷｏｕｔｃをモータＭＧ１の回転数Ｎｍ１で除することによりモータＭＧ１のトルク指令Ｔｍ１＊を設定してモータＭＧ１を制御するものに限定されるものではなく、冷間時に内燃機関の始動が要請されたときには、内燃機関に対しては内燃機関への燃料噴射と点火とが行なわれるよう制御する。そして、電動機に対しては、内燃機関から内燃機関の回転数を上昇させる方向のトルクが出力される出力開始時までは蓄電手段の温度が低いほど制限が課される傾向に設定される蓄電手段から放電してもよい出力制限の範囲内で内燃機関が内燃機関と電動機とを含む動力系の共振回転数帯より小さい回転数で回転するよう制御し、出力開始時以降は設定された出力制限より制限の緩やかな緩和出力制限に応じた出力制限パワーが電動機から出力されて内燃機関が共振回転数帯より大きい回転数に至るよう制御するものであれば如何なるものとしても構わない。さらに、「３軸式動力入出力手段」としては、上述の動力分配統合機構３０に限定されるものではなく、ダブルピニオン式の遊星歯車機構を用いるものや複数の遊星歯車機構を組み合わせたものやデファレンシャルギヤのように遊星歯車とは異なる作動作用を有するものなど、駆動軸と内燃機関の出力軸と電動機の回転軸との３軸に接続され３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力するものであれば如何なるものとしても構わない。「第２の電動機」としては、同期発電電動機として構成されたモータＭＧ２に限定されるものではなく、誘導電動機など、駆動軸に動力を入出力可能なものであれば如何なるタイプの電動機であっても構わない。

なお、実施例の主要な要素と課題を解決するための手段の欄に記載した発明の主要な要素との対応関係は、実施例が課題を解決するための手段の欄に記載した発明を実施するための形態を具体的に説明するための一例であることから、課題を解決するための手段の欄に記載した発明の要素を限定するものではない。即ち、課題を解決するための手段の欄に記載した発明についての解釈はその欄の記載に基づいて行なわれるべきものであり、実施例は課題を解決するための手段の欄に記載した発明の具体的な一例に過ぎないものである。

以上、本発明を実施するための形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。

本発明は、内燃機関装置やハイブリッド車の製造産業などに利用可能である。

２０，１２０ ハイブリッド自動車、２２ エンジン、２４ エンジン用電子制御ユニット（エンジンＥＣＵ）、２６ クランクシャフト、２８ ダンパ、３０ 動力分配統合機構、３１ サンギヤ、３２ リングギヤ、３２ａ リングギヤ軸、３３ ピニオンギヤ、３４ キャリア、３５ 減速ギヤ、４０ モータ用電子制御ユニット（モータＥＣＵ）、４１，４２ インバータ、４３，４４ 回転位置検出センサ、５０ バッテリ、５１ 温度センサ、５２ バッテリ用電子制御ユニット（バッテリＥＣＵ）、５４ 電力ライン、６０ ギヤ機構、６２ デファレンシャルギヤ、６３ａ，６３ｂ 駆動輪、６４ａ，６４ｂ 車輪、７０ ハイブリッド用電子制御ユニット、７２ ＣＰＵ、７４ ＲＯＭ、７６ ＲＡＭ、８０ イグニッションスイッチ、８１ シフトレバー、８２ シフトポジションセンサ、８３ アクセルペダル、８４ アクセルペダルポジションセンサ、８５ ブレーキペダル、８６ ブレーキペダルポジションセンサ、８８ 車速センサ、ＭＧ１，ＭＧ２ モータ。

Claims (6)

1. 内燃機関を有する内燃機関装置であって、
   前記内燃機関をクランキング可能な電動機と、
   前記電動機と電力のやりとりが可能な二次電池と、
   前記蓄電手段の温度を検出する温度検出手段と、
   前記検出された蓄電手段の温度が低いほど制限が課される傾向に該蓄電手段から放電してもよい出力制限を設定する出力制限設定手段と、
   冷間時に前記内燃機関の始動が要請されたときには、前記内燃機関に対しては該内燃機関への燃料噴射と点火とが行なわれるよう制御し、前記電動機に対しては、前記内燃機関から該内燃機関の回転数を上昇させる方向のトルクが出力される出力開始時までは前記設定された蓄電手段の出力制限の範囲内で前記内燃機関が該内燃機関と前記電動機とを含む動力系の共振回転数帯より小さい回転数で回転するよう制御し、前記出力開始時以降は前記設定された出力制限より制限の緩やかな緩和出力制限に応じた出力制限パワーが前記電動機から出力されて前記内燃機関が前記共振回転数帯より大きい回転数に至るよう制御する始動制御手段と、
   を備える内燃機関装置。
2. 請求項１記載の内燃機関装置であって、
   前記始動制御手段は、前記出力開始時までは、前記設定された出力制限より制限が課された強化出力制限に応じた強化出力制限パワーが前記電動機から出力されるよう前記電動機を制御する手段である、
   内燃機関装置。
3. 請求項１または２記載の内燃機関装置であって、
   前記始動制御手段は、前記内燃機関の始動が要請されてから予め定められた第１の時間が経過したときを前記出力開始時として制御する手段である、
   内燃機関装置。
4. 請求項１または２記載の内燃機関装置であって、
   前記始動制御手段は、前記内燃機関の始動が要請されてから予め定められた第２の時間が経過した以降で該内燃機関の回転数の単位時間あたりの変化量が予め定められた変化量以上に至ったときを前記出力開始時として制御する手段である、
   内燃機関装置。
5. 請求項１ないし４いずれか１つの請求項に記載の内燃機関装置と、
   駆動輪に連結された駆動軸と前記内燃機関の出力軸と前記電動機の回転軸との３軸に接続され、該３軸のうちのいずれか２軸に入出力される動力に基づいて残余の軸に動力を入出力する３軸式動力入出力手段と、
   前記駆動軸に動力を入出力可能な第２の電動機と、
   を備えるハイブリッド車。
6. 内燃機関と、前記内燃機関をクランキング可能な電動機と、前記電動機と電力のやりとりが可能な蓄電手段と、を備える内燃機関装置における前記内燃機関の始動が冷間時に要請されたときの該内燃機関の始動方法であって、
   前記内燃機関に対しては該内燃機関への燃料噴射と点火とが行なわれるよう制御し、前記電動機に対しては、前記内燃機関から該内燃機関の回転数を上昇させる方向のトルクが出力される出力開始時までは冷間時に前記蓄電手段の温度が低いほど制限が課される傾向に設定される該蓄電手段から放電してもよい出力制限の範囲内で前記内燃機関が該内燃機関と前記電動機とを含む動力系の共振回転数帯より小さい回転数で回転するよう制御し、前記出力開始時以降は前記蓄電手段の出力制限より制限の緩やかな緩和出力制限に応じた出力制限パワーが前記電動機から出力されて前記内燃機関が前記共振回転数帯より大きい回転数に至るよう制御する、
   ことを特徴とする内燃機関の始動方法。

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