JP2013155605A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ハイブリッド車両等は頻繁にエンジンの始動および停止を繰り返すが、始動の要求は様々であり始動要求に応じた最適な始動モードがある。例えばトルク要求が必要な始動環境では、レスポンスの高い始動が要求され、トルクがそれほど必要ない始動の場合にはショックが少ない始動が望まれている。
【解決手段】エンジンが間欠的に動作する車両において、エンジンの始動要求に応じて、例えばトルクが要求される始動や静粛な始動が選択的に行えるようにエンジンの始動方法を選択するようにした。
【選択図】図３

Description

本発明はエンジンの制御装置に係り、特に自動停止制御及び自動始動制御を行うエンジンの制御装置に関するものである。

最近の自動車（以下、車両という）では、燃費性能や排気性能の向上を目的として、信号待ちなどで一時的にエンジンを自動停止させ、その後、ドライバのアクセル操作などでエンジンを自動的に再始動させるアイドルストップ機能付き車両が実用化されている。

また、モータとエンジンを備えるハイブリット方式の車両においても、走行中にドライバ要求駆動力が所定値以下で、且つバッテリ充電のための発電運転が不要な場合等にはこれまで駆動力源として運転していたエンジンを自動停止させている。

その後、ドライバ要求駆動力が所定値以上（例えばモータ発生トルク以上となったとき）、または、バッテリ充電が必要と判断されたときに、停止しているエンジンの回転軸に回転力を与えて自動的にエンジンを再始動させることが一般的に行われている。

更に、近年ではモータに電力を供給するバッテリを家庭用電源などの車両外部の電源からの電力で充電することが可能なハイブリッド車両（いわゆるプラグインハイブリッド方式の車両）も開発されている。

家庭用電源からの電力は、電力会社などによって効率的に発電されたものであり、そのため、通常ではプラグインハイブリッド車両はバッテリの電力を優先的に用いて走行することを前提として設計される。

例えば、プラグインハイブリッド車両の走行モードを、バッテリの蓄電量が下限値未満となるまではモータの動力のみで走行を優先的に行うモード（以下、ＣＤ(Ｃｈａｒｇｅ Ｄｅｐｌｅｔｉｎｇ)モードという）とし、バッテリの蓄電量が下限値未満となったときにエンジンおよびモータの動力を用いて走行するモード（以下、ＣＳ(Ｃｈａｒｇｅ Ｓｕｓｔａｉｎｉｎｇ)モードという）に移行させる。また、ＣＤモード中でもドライバのトルク要求がモータの最大トルクを超える場合には、エンジンを始動させて要求トルクを満足するような動作となる。

また、特開２０１１−５１３９５号公報（特許文献１）にあるように、排気浄化触媒の暖機要求からＣＤモード中であっても、エンジンを間欠的に動作させて触媒を活性温度まで上昇させる制御も提案されている。

特開２０１１−５１３９５号公報

エンジンを間欠的に動作させる、アイドルストップ車、ハイブリッド車、及びプラグインハイブリッド車などでは、様々な要求に応じてエンジンの停止、再始動が行われているが、一般に車両の始動環境に応じてエンジンの始動に求められる機能が異なってくる。

例えば、加速要求によるエンジンの再始動と、暖機要求によるエンジンの再始動を考えてみると、加速時には高応答で要求トルクを満足するためにはすぐにエンジンを高いトルクで始動するのが望ましい一方で、暖機運転によるエンジン始動では、ドライバにエンジンを始動しているのを気づかれないようにエンジンを始動するのが乗り心地の観点から望ましい。

しかしながら、上記特許文献１では、このようなエンジンの始動方法についての要請やその解決方法等については一切提言されていない。

一般に、エンジンの再始動は加速性能を重視する設計となっているため、始動直後から高トルクを出力できる構成となっており、ある程度大きな始動ショックが存在することになる。

加速要求などでドライバが意図している場合には、この始動ショックは当然のものとして問題とならないが、ドライバが意図しない運転状態での始動も高いトルクでの始動となるため、この始動ショックによりエンジンが始動されたのをドライバが認識して違和感を与えてしまう可能性がある。

このようなエンジンの始動ショックは、車両に搭載しているモータの定格トルクが大きいほど大きくなる傾向にある。エンジンとモータを併用して走行する「ＨＥＶ走行」時には、ほぼエンジン側にて駆動トルク分を賄う必要があるため、エンジンに求められるトルクは車両に搭載されているモータの定格トルクと同程度となる。

そのため、モータ定格トルクが大きい車両ほど、「ＨＥＶ走行」時にエンジンに要求されるトルクも大きくなり、始動時から大きなトルクを出力する必要があることから始動ショックが大きくなる。

特にプラグインハイブリッド車ではモータだけで走行する「ＥＶ走行」領域を拡大しているため、定格トルクの大きいモータが搭載されており、エンジンによる始動時のショックが大きくなる。またエンジンの作動音のない「ＥＶ走行」の状態が長いため、「ＥＶ走行」からエンジンを併用する時の始動ショックはドライバにとってより大きく認識されてしまうことになる。

このように、アイドルストップ付き車両やハイブリッド車両は頻繁にエンジンの始動および停止を繰り返すが、始動の要求はさまざまであり始動要求に応じた最適な始動モードがある。例えばトルク要求が必要な始動環境では、レスポンスの高い始動が要求され、トルクが不要な始動の場合には、なるべくショックが少ない始動が望まれる。

本発明の目的は、エンジンの始動に際して、エンジンの始動環境、例えばトルクが要求される始動や静粛な始動等の種々の始動環境に応じて始動モードが選択的に選ばれて始動が行えるエンジンの制御装置を提供することにある。

本発明の特徴は、エンジンが間欠的に動作される車両において、エンジンの始動環境に応じて、例えば、トルクが要求される始動や静粛な始動が選択的に行えるように、エンジンの始動モードを選択する、ところにある。

本発明によれば、始動時の始動環境を判断してこれに沿った始動モードを選択することによって良好な始動制御を実行できる。例えば、高トルク要求が必要な始動環境ではレスポンスの高い始動を実行し、トルクをそれほど必要としない始動環境では始動ショックが少ない始動を実行することができる。

本発明が適用されるハイブリッド車両の全体構成を示す構成図である。 本発明の一実施例になるエンジンの始動に際して始動モードを切り換える時の概要を示すフローチャート図である。 本発明の一実施例になるエンジンの始動に際してＣＤモードからＣＳモード移行時の始動モードを切り換える時の概要を示すフローチャート図である。 図３に示したＣＤモードからＣＳモード移行時の始動モード切り替えの概要を示すタイムチャート図である。 エンジンの始動に際しての代表的な振動要因を説明する図である。 音振性能重視の始動と運転性重視の始動のパラメータ設定の一例を示した説明図である。 音振性能重視の始動と運転性重視の始動のパラメータの変化を示したタイムチャート図である。

以下に本発明の一実施例を詳細に説明するが、本実施例は一例としてハイブリッド車両を示しており、図１は前輪駆動もしくは後輪駆動によるハイブリッド車両を示す全体システム図である。

ハイブリッド車両の駆動系は、図１に示すように、エンジン３と、フライホイールFWと、第１クラッチCL1と、モータ/ジェネレータ４と、機械式オイルポンプM−O/Pと、第２クラッチCL2と、自動変速機CVTと、変速機入力軸INと、変速機出力軸OUTと、ディファレンシャル８と、左ドライブシャフトDSLと、右ドライブシャフトDSRと、左タイヤLT（駆動輪）と、右タイヤRT（駆動輪）とを有する。

エンジン３はガソリンエンジンやディーゼルエンジンであり、エンジンコントローラ２１からのエンジン制御指令に基づいて、エンジン始動制御やエンジン停止制御やスロットルバルブのバルブ開度制御や燃料カット制御等が行われる。

エンジン３は吸気バルブや排気バルブの開閉位相変化型の可変バルブタイミング機構（以下、VTC（Variable Timing Controlの略）という。）を有し、エンジンコントローラ２１によって吸、排気バルブの進角及び遅角をコントロールすると共に、点火時期の進角及び遅角をコントロールする。

第１クラッチCL1は、エンジン３とモータ/ジェネレータ４の間に介装されたクラッチであり、第１クラッチコントローラ５からの第１クラッチ制御指令に基づき第１クラッチ油圧ユニット６により作り出された第１クラッチ制御油圧により、締結、半締結、解放の３状態が制御される。

この第１クラッチCL1としては、例えば、ダイアフラムスプリングによる付勢力にて完全締結を保ち、ピストン１４ａを有する油圧アクチュエータ１４を用いたストローク制御により、締結状態を制御するノーマルクローズの乾式単板クラッチが用いられる。

モータ/ジェネレータ４はロータに永久磁石を埋設しステータにステータコイルが巻き付けられた同期型モータ/ジェネレータであり、モータコントローラ２２からの制御指令に基づいて、インバータ１０により作り出された三相交流を印加することにより制御される。

このモータ/ジェネレータ４はバッテリ１９からの電力の供給を受けて回転駆動するモータとして動作することもできるし（力行運転）、ロータがエンジン３や駆動輪から回転エネルギーを受ける場合には、ステータコイルの両端に起電力を生じさせる発電機として機能し、バッテリ１９を充電することもできる（回生運転）。

機械式オイルポンプM−O/Pは、モータ/ジェネレータ４のモータ軸に設けられ、モータ/ジェネレータ４により駆動される。この機械式オイルポンプM−O/Pは、自動変速機CVTに付設される油圧コントロールバルブユニットCVUと、これに内蔵している第１クラッチ油圧ユニット６と第２クラッチ油圧ユニット９に対する油圧源とされる。尚、機械オイルポンプM−O/Pからの吐出圧が見込めないときや不足するときのため、電動モータにより駆動される電動オイルポンプを設けるようにしても良い。

第２クラッチCL2はモータ/ジェネレータ４と左右タイヤLT、RTの間のうち、モータ軸と変速機入力軸INの間に介装されたクラッチである。この第２クラッチCL2は、ＣＶＴコントローラ２３からの第２クラッチ制御指令に基づき、第２クラッチ油圧ユニット９により作り出された制御油圧により、締結・スリップ締結・解放の３状態が制御される。この第２クラッチCL2としては、例えば、比例ソレノイドで油流量および油圧を連続的に制御できるノーマルオープンの湿式多板クラッチ等が用いられる。

自動変速機CVTは第２クラッチCL2の下流位置に配置され、車速やアクセル開度等に応じて目標入力回転数を決め、無段階による変速比を自動的に変更するベルト式による無段変速機が用いられる。

この自動変速機CVTは、変速機入力軸IN側のプライマリプーリと、変速機出力軸OUT側のセカンダリプーリと、両プーリに掛け渡されたベルトを主要構成とする。そして、ポンプ油圧を元圧とし、プライマリプーリ圧とセカンダリプーリ圧を作り出し、このプーリ圧によりプライマリプーリの可動プーリとセカンダリプーリの可動プーリを軸方向に動かし、ベルトのプーリ接触半径を変化させることで、変速比を無段階に変更する。

自動変速機CVTの変速機出力軸OUTには、図外の最終減速機構を介してディファレンシャル８が連結され、ディファレンシャル８から、左ドライブシャフトDSLと右ドライブシャフトDSRを介してそれぞれに左右タイヤLT、RTに駆動力が配分されている。

このハイブリッド車両は駆動形態の違いによる走行モードとして、電気車両走行モード（以下、「「EV走行モード」」という。）と、ハイブリッド車走行モード（以下、「「HEV走行モード」」という。）と、駆動トルクコントロール走行モード（以下、「WSC走行モード」という。なお、WSCは、「Wet Start Clutch」の略である。）と、を有する。

「「EV走行モード」」は、第１クラッチCL1を解放状態とし、モータ/ジェネレータ４を駆動源として走行するモードであり、モータ走行モードと回生走行モードを有し、何れかのモードにより走行する。この「「EV走行モード」」は、要求駆動力が低く、バッテリ充電量（充電量:State Of Charge）が確保されているときに選択される。

「「HEV走行モード」」は、第１クラッチCL1を締結状態とし、エンジン３とモータ/ジェネレータ４を駆動源として走行するモードであり、モータシスト走行モード、発電走行モード、及びエンジン走行モードを有し、何れかのモードにより走行する。この「「HEV走行モード」」は、要求駆動力が高いとき、あるいは、バッテリ充電量が不足するようなときに選択される。

「WSC走行モード」は、モータ/ジェネレータ４の回転数制御とクラッチ油圧制御により、第２クラッチCL2をスリップ締結状態に維持し、第２クラッチCL2を経過するクラッチ伝達トルクが、車両状態やドライバの操作に応じて決まる要求駆動トルクとなるようにクラッチトルク容量をコントロールしながら走行するモードである。この「WSC走行モード」は、「「HEV走行モード」」の選択状態での停車時、発進時、及び減速時等のように、エンジン回転数がアイドル回転数を下回るような走行領域やポンプ吐出油が不足するような発進領域において選択される。

次に、ハイブリッド車両の制御系を説明すると、ハイブリッド車両の制御系は図１に示すように、エンジンコントローラ２１と、モータコントローラ２２と、インバータ１０と、バッテリ１９と、第１クラッチコントローラ５と、第１クラッチ油圧ユニット６と、ＣＶＴコントローラ２３と、第２クラッチ油圧ユニット９と、ブレーキコントローラ２４と、バッテリコントローラ２５と、統合コントローラ２０と、を有して構成されている。なお、各コントローラは、情報交換が互いに可能なＣＡＮ通信線を介して接続されている。

エンジンコントローラ２１はエンジン回転数センサ１１からのエンジン回転数情報と、統合コントローラ２０からの目標エンジントルク指令と、他の必要情報を入力する。そして、エンジン動作点（Ne、Te）を制御する指令を、エンジン３のスロットルバルブアクチュエータ等へ出力する。

このエンジンコントローラ２１はエンジン３の吸入空気量を検出するエアーフローメータ２０７、排気空燃比を検出する空燃比センサ２０８などからの検出信号が入力され、「「HEV走行モード」」の選択時において、エンジン３の点火時期を進角側にＸ°ＢＴＤＣ（Ｘ＞０）に設定する。

また、エンジンコントローラ２１はエンジン３の燃料噴射量を、エンジン回転数と吸入空気量に基づき設定し、排気系統に設置されている三元触媒の触媒雰囲気がほぼ理論空燃比に維持されるように、空燃比センサ２０８の検出値に基づいて燃料噴射補正値λを変更する制御を行う（いわゆるλコントロール）。

モータコントローラ２２はモータ/ジェネレータ４のロータ回転位置を検出するレゾルバ１２からの情報と、統合コントローラ２０からの目標MGトルク指令および目標MG回転数指令と、他の必要情報を入力する。そして、モータ/ジェネレータ４のモータ動作点（Nm、Tm）を制御する指令をインバータ１０へ出力する。

尚、このモータコントローラ２２はモータトルクを目標トルクとし、回転数を駆動系の回転に追従させるトルク制御を基本制御とするが、第２クラッチCL2のスリップ制御中等においては、モータ回転数を目標回転数とし、トルクを駆動系負荷に追従させる回転数制御を行う。

また、バッテリコントローラ２５はバッテリ１９の充電容量をあらわすバッテリ充電量を監視していて、このバッテリ充電量情報や入出力可能なパワーなどを、ＣＡＮ通信線を介して統合コントローラ２０へ供給する。

また、充電器３０には外部のコンセント３２から充電ソケット３１を通じて外部からの交流電源が供給される構成となっており、充電器３０では、交流電源からバッテリ１９に適した電圧の直流電源に変換しバッテリ１９に電力が供給される。

第１クラッチコントローラ５は油圧アクチュエータ１４のピストン１４ａのストローク位置を検出する第１クラッチストロークセンサ１５からのセンサ情報と、統合コントローラ２０からの目標CL1トルク指令と、他の必要情報を入力する。そして、第１クラッチCL1の締結、半締結、解放の３状態を制御する指令を油圧コントロールバルブユニットCVU内の第１クラッチ油圧ユニット６に出力する。

ＣＶＴコントローラ２３はアクセル開度センサ１６と、車速センサ１７と、他のセンサ類等からの情報を入力する。そして、Ｄレンジを選択しての走行時、アクセル開度APOと車速VSPにより決まる目標入力回転数をシフトマップにより検索し、検索された目標入力回転数（変速比）を得る制御指令を油圧コントロールバルブユニットCVUに出力する。

この変速制御に加えて、統合コントローラ２０から目標CL2トルク指令を入力した場合、第２クラッチCL2へのクラッチ油圧を制御する指令を油圧コントロールバルブユニットCVU内の第２クラッチ油圧ユニット９に出力する第２クラッチ制御を行う。

また、エンジン始動制御やエンジン停止制御等において、統合コントローラ２０から変速制御指令が出力された場合、通常の変速制御に優先して変速制御指令にしたがった変速制御を行う。

ブレーキコントローラ２４は４輪の各車輪速を検出する車輪速センサ５１と、ブレーキストロークセンサ５２からのセンサ情報と、統合コントローラ２０からの回生協調制御指令と、他の必要情報を入力する。そして、例えば、ブレーキ踏み込み制動時、ブレーキストロークから求められる要求制動力に対し回生制動力だけでは不足する場合、その不足分を機械制動力（液圧制動力やモータ制動力）で補うように、回生協調ブレーキ制御を行う。

統合コントローラ２０は、車両全体の消費エネルギーを管理し、最高効率で車両を走らせるための機能を担うもので、モータ回転数Nmを検出するモータ回転数センサや他のセンサやスイッチ類からの必要情報およびＣＡＮ通信線を介して情報を入力する。

そして、エンジンコントローラ２１へ目標エンジントルク指令、モータコントローラ２２へ目標MGトルク指令及び目標MG回転数指令、第１クラッチコントローラ５へ目標CL1トルク指令、ＣＶＴコントローラ２３へ目標CL2トルク指令、ブレーキコントローラ２４へ回生協調制御指令を出力する。

次にモード遷移の動作について説明する。「EV走行モード」中にバッテリ充電量残量やトルク要求などにより「HEV走行モード」への移行が要求された場合、エンジン始動制御を経由して「HEV走行モード」に移行する。

このエンジン始動制御は、「EV走行モード」で開放されている第１クラッチCL1を半締結状態にし、モータ/ジェネレータ４をスタータモータとしてエンジンをクランキングし、燃料噴射と点火によりエンジンを始動させ、その後、第１クラッチCL1を締結する。

このエンジン始動制御が開始されると、モータ/ジェネレータ４をトルク制御から回転数制御に変更し、エンジンのクランキングや回転同期が出来るようにしている。また第２クラッチCL2をスリップ締結し、エンジン始動制御に伴うトルク変動を第２クラッチCL2により吸収し、駆動軸へのトルク伝達によるエンジン始動ショックを防止している。

また、「HEV走行モード」中に「EV走行モード」移行要求が発生した場合、エンジン停止制御を経過して「EV走行モード」に移行する。このエンジン停止制御は、「EV走行モード」で締結されている第１クラッチCL1を開放した後、切り離されたエンジンを停止させる。このエンジン停止制御実行中において、エンジン始動制御と同様に、モータ/ジェネレータ４をトルク制御から回転数制御に変更する。また、第２クラッチCL2をスリップ締結し、エンジン停止制御に伴うトルク変動を第２クラッチCL2により吸収して駆動軸へのトルク伝達によるエンジン停止ショックを防止している。

エンジン始動時には、負のトルクから正のトルクに急変するため、始動ショックが発生しやすい。前述のように第１クラッチCL１、第２クラッチCL2の制御及びモータ/ジェネレータ４による制振制御などにより始動ショックを低減させているが、更なるショック低減が要請されている。

そこで本発明では、エンジンの始動環境に応じて、要求されるエンジンの始動モードを選択することにより、例えば、高いトルクによる始動と始動ショックを低減する始動ができるエンジンの始動装置を提供するものである。

尚、要求されるエンジンの始動モードを選択するとは、高いトルクによる始動と始動ショックを低減するエンジン始動の２つの始動モードに限定されるものではなく、先に述べたように始動環境に応じて適切な始動モードが選択されることを意味する。例えば図３に示しているようにバッテリの過放電対策としての始動モードがある。

次に、図２を用いて本実施例におけるハイブリッド車両におけるエンジン始動時の動作に関する一例を説明する。

まず、エンジンを使用せず、S１０２でモータ/ジェネレータ４のみで駆動している「EV走行モード」状態からスタートする。Ｓ１０４では「HEV走行モード」に移行するための、エンジン始動要求があるか否かの判定を行う。エンジン始動要求は、例えば、アクセルペダルの踏込による駆動トルク増加に対応する場合、バッテリ充電量低下によって「ＥＶ走行」が維持できない場合、或いは暖機要求等がある。エンジン始動要求が無い場合には再びＳ１０２に戻り、そのまま「EV走行モード」を継続する。

エンジン始動要求がある場合にはＳ１０６に進み、エンジン始動の要求元を判定する。ここでは、アクセルペダルの踏込量の判定をしており、アクセルペダルの踏込量が大きい場合には、Ｓ１０８に進み、ドライバによるトルク増加の要求があると判断し、すぐに要求トルクを出力できるように運転性能重視の始動モードを実行する。

Ｓ１０６でアクセルペダルの踏込量が小さいと判定された場合には、Ｓ１１０に進み、ドライバの意図とは関係の薄い始動環境でのエンジン始動と判断し、なるべく始動ショックを抑えた静粛な音振性能重視の始動モードを実行する。ここで音振性能とは振動音、作動音及び振動の度合いを表す造語であって、具体的には静粛性を表しているといって良い。

エンジン始動後は、Ｓ１１０の「ＨＥＶ走行」に移行して、エンジン３、モータ/ジェネレータ４による２つの駆動源にて走行する。

本実施例では、アクセルペダルの踏込量のみを使用して始動モードの切り替えを行っているが、レンジ操作情報、ブレーキ踏込量、電気負荷情報なども考慮して、始動モードの切り換え判定をおこなってもよい。尚、運転性能重視の始動モードおよび音振性能重視の始動モードの詳細については後で詳細に説明する。

車両外部の電源からの電力で充電することが可能なプラグインハイブリッド車両では、前述の通りバッテリの電力を優先的に用いることが一般に行われており、バッテリ充電量が大きい場合には、「ＣＤモード」となって「EV走行モード」を行い、バッテリ充電量が低下した場合には「ＣＳモード」となり、エンジン３を始動させて「HEV走行モード」となる。

次に図３を用いて「ＣＤモード」から「ＣＳモード」への切り替わり時のエンジン始動方法に関する一例を説明する。

まず、Ｓ２０２では充電量が大きいため、ＣＤモードとなり、ＥＶ走行を優先させる。Ｓ２０４ではバッテリ充電量を算出し、Ｓ２０６では算出されたバッテリ充電量が閾値Ｓ１以下となったか否かの判定を行う。尚、閾値Ｓ１は低い値に設定される。
すなわち、バッテリには電力会社などによって効率よく発電された電力が充電されているため、バッテリの電力をほぼ使い果たすまで「ＥＶ走行」することを優先させる。これは電力会社によって効率よく発電された電力であることから省エネルギーにつながる制御である。

バッテリ充電量が閾値Ｓ１以上の場合にはＳ２１０に進み「ＣＤモード」を継続し、バッテリ充電量が閾値Ｓ１以下の場合にはＳ２０８に進み「ＣＳモード」に移行する。

「ＣＳモード」に移行する場合、エンジン３を始動して「HEV走行モード」に移行するが、Ｓ２１２ではバッテリ充電量の変化速度をみて始動パターンを変更する。夏季等のエアコン使用時に多くの電力が使用されたり、ライトを全点灯してハンドルを据え切りしたりするバッテリ充電量の変化速度が大きい場合には、バッテリ充電量が下限を下回る可能性が大きいと判断できるため、S２１４のように過放電抑制重視の始動モードを実行して直ぐにエンジン３を始動させる。このように直ぐにエンジン３を始動しないとバッテリが過放電してしまいバッテリの劣化を促進してしまう恐れが生じる。これを対策するため直ぐにエンジンの発生トルクを大きくしてバッテリの負担を少なくしている。

バッテリ充電量の劣化速度が小さい場合には、バッテリ充電量が下限を下回る可能性が小さいと判断でき、この場合はＳ２１６で運転性能重視の始動モードを実行し、ショックの少ない始動を行うことによりドライバに不快感を与えることは無くなる。

この実施例でいう運転性能重視の始動モードは、図２に示す運転性能重視の始動モードとは異なり図２に示す音振性能重視の始動モードに近い制御である。図３の場合はバッテリ放電抑制重視の始動モードとの対比で運転性能重視の始動モードと表現している。いずれにしても始動ショックを抑えた始動モードである。
また、多少エンジン始動が遅くなり、要求トルクの応答性が悪くなったとしてもバッテリが過放電にはならず、バッテリ劣化を引き起こすことは少ない。エンジン始動後は、Ｓ２１８にて「HEV走行モード」を継続することになる。

次に図４を用いて「ＣＤモード」から「ＣＳモード」に切り替わる時のエンジン始動の動作を説明する。本タイムチャートではアクセル踏み込み量に応じて始動モードを選択する方式としている。

図４の（ａ）において、バッテリ充電量が大きな状態にいる場合には「ＥＶ走行」を優先する「ＣＤモード」状態となっており、ドライバの要求駆動力やエアコンやヘッドライトなどの電装品などはすべてバッテリの電力にてまかなわれているため、時間と共に充電量は低下していく。そして、時刻Ｔ１でバッテリ充電量が判定閾値Ｓ１を下回った時に、「ＣＤモード」から「ＣＳモード」に切り替わってエンジン３が始動されるようになる。

この時、図４（ｂ）の点線のパターン１にあるように、アクセル開度が閾値Ａより大きい場合にはドライバのトルク要求が大きいと判断し、ドライバの意図通りの加速を満たすために運転性能重視の始動モードを実行して、図４（ｃ）にあるようにすぐに要求トルクを満足するようなエンジン状態にする。そのため、図４（ｄ）にあるようにエンジン始動ショックによる車両前後Gが発生するが、ドライバは加速要求を行なっているので違和感となることは少ない。

一方、「ＣＳモード」への切り替わり時に、図４（ｂ）の点線のパターン２にあるように、アクセル開度が閾値Ａより小さい場合には、ドライバは加速の意図がないことが想定される。定常走行状態にもかかわらず、充電量低下によりエンジン始動で突然ショックが発生すると、ドライバは違和感を受けることになる。このようなシーンではなるべく始動ショックを低減させ、ドライバに気づかれない状態でエンジン始動することが望ましい。そこでこの場合には、図４（ｃ）にあるように音振性能重視の始動モードを実行してエンジントルクを徐々に立ち上げるようにする。音振性能重視の始動モードでは、要求トルクを満足するまでに時間がかかる一方で、図４（ｄ）にあるように車両前後Gの発生は少なく、また徐々に上昇するので始動ショックを低減できる。

以上のように、始動時の始動環境を判断してこれに沿った始動モードを選択することによって良好な始動制御を実行できる。ここで、各始動モードで用いられる具体的な制御パラメータについては後で詳細に説明する。

図５には代表的なエンジン始動時の振動要因を示しており、これらの要因を低減することにより音振性能を向上させた始動を行うことができる。エンジン始動時の振動要因として（１）共振帯通過時の圧縮反力変動、（２）初爆時のエンジントルクの大きさ、（３）初爆後のエンジントルクの大きさがある。したがって、これらを適切に制御できれば静粛な始動を行なうことが可能となる。

まず、（１）共振帯通過時の圧縮反力変動であるが、エンジン停止状態からクランキングによりエンジンの回転数が上昇するとき、車両が大きく共振して揺れる周波数帯域を通過する。その時シリンダ内の空気の圧縮圧力の変動によって振動が大きくなることがあり、これを「共振帯通過時の圧縮反力変動」という。この圧縮反力変動を小さくする主な対応方法は、共振周波数帯域に滞在する時間を短くし、かつ圧縮反力を小さくすることが有効である。このための方法として具体的にはクランキング速度を上げて共振周波数帯域での通過速度を向上させる、スロットルバルブを絞ってクランキングさせることにより共振周波数帯域を通過する時のシリンダ内空気量を低減させるなどの手法がある。

また、（２）初爆時のエンジントルクが大きい場合もエンジンの始動ショックが大きくなる。これを低減する対応方法としては、初爆時のシリンダ内空気量を低減してトルク発生を抑制する、初爆時の点火時期を遅角してこれもトルク発生を抑制する等の手法がある。

更に、（３）初爆後のエンジントルク変化も始動時のショックを与えるため、点火時期が急変するのを防止してトルク変動を抑制する、空気量が急変するのを防止してトルク変動を抑制する等の手法を採用することで始動時ショックを低減することができる。

図６は音振性能重視の始動モードと、運転性能重視の始動モードの制御パラメータの設定方法の一例を示している。

音振性能重視の始動モードの場合、初爆ショックを低減するために空気量を絞った状態でクランキングを行い、十分にシリンダ内空気量が減って負圧が発達した状態で、燃料噴射を行い、点火時期を遅角させた状態で点火を行って始動させる。その後のトルク急変を防止するために、初爆後は空気量及び点火時期を要求トルクに向かってゆっくりと変化させる。

次に運転性能重視の始動モードの場合、充分なトルクを得るために空気量は通常のＩＳＣ（アイドル スピード コントロール）制御相当の空気量を供給し、着火可能な負圧状態になったら通常の燃料噴射及び通常の点火を行って初爆させ、その後も要求トルクをすぐに満足させるべく、失火しない程度に素早く空気量を増やすと共に点火時期も素早く進角させて要求トルクの確保を図っている。

このように各制御パラメータを適切に変更することにより、始動モードを任意に設定することが可能となる。制御パラメータとしては本実施例で説明したもの以外にも
空気量、空気量の時間的変化特性、クランキング回転数、クランキング回転数の時間的な変化特性、点火時期、点火時期の時間的な変化特性、初爆タイミング、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、燃料噴射の時間的な変化特性のうちの少なくとも１つ以上の制御パラメータを変更しても良い。また、空気量を変更する制御パラメータとして、スロットル開度以外に吸排気バルブの開閉位相、吸排気バルブのリフト等を使用しても良い。

図７は音振性能重視の始動モードと、運転性能重視の始動モードにおける始動の一例のタイムチャートを示している。図中、運転性能重視の始動モードは点線、音振性能重視の始動モードは実線で表している。

エンジン停止状態から時刻Ｔ１でモータ/ジェネレータ４によってクランキング動作に移行すると、音振性能重視の始動モードの場合には図７（ｂ）にあるようにシリンダ内空気量を低減して圧縮反力変動を抑えるために、スロットルバルブを絞った状態にする。その状態でクランキングすることによりシリンダ内空気量が急激に低下し、圧縮反力が小さい状態で共振周波数帯域帯を通過することにより振動を抑制できる。その後、吸気圧が十分低下した時刻Ｔ３で図７（ｄ）にあるように燃料噴射を行ない、また図７（ｅ）にあるように遅角状態で点火を行う。このときスロットル開度は図７（ｂ）にあるように燃焼が安定する空気量が提供されるような開度とし、また初爆トルクを小さく抑えるために点火時期は遅角させた状態で点火させる。

その後は時刻Ｔ３から時刻Ｔ４に向けてゆっくりと要求トルクを満足するように図７（ｂ）にあるようにスロットルバルブを開いて空気量を徐々に増やすと共に、図７（ｅ）にあるように点火時期も徐々に進角させる。このような制御を行なうことによって、図７（ａ）にあるようにエンジン回転数、及び図７（ｆ）にあるようにエンジントルクは徐々に増加していくようになる。尚、図７（ｃ）は吸気圧の挙動を示しており、エンジンが始動されると大気圧側から負圧側に圧力が下がっている。そして、音振性能重視の始動モードでは運転性能重視の始動モードに比べて負圧が大きくなっており、共振帯通過時の圧縮反力変動を小さくしている。

一方、運転性能重視の始動モードの場合には、停止状態から時刻Ｔ１でモータ/ジェネレータ４によってクランキング動作に移行すると、図７（ｂ）にあるようにシリンダ内空気量は通常のＩＳＣ制御相当の空気量が供給されるようにスロットルバルブが制御される。その状態でクランキングすることにより時刻Ｔ２で図７（ｄ）にあるように燃料噴射を行ない、また図７（ｅ）にあるように通常の点火時期で点火を行う。

その後は時刻Ｔ２から時刻Ｔ３に向けて素早く要求トルクを満足するように図７（ｂ）にあるようにスロットルバルブ大きく開いて空気量を素早く増やすと共に、図７（ｅ）にあるように点火時期も素早く進角させる。このような制御を行なうことによって、図７（ａ）にあるようにエンジン回転数、及び図７（ｆ）にあるようにエンジントルクは素早く立ち上がるようになる。

以上のような動作をさせることにより、始動環境に応じた適切な始動制御を行うことが可能となる。

本発明では、上述したように始動モードは音振性能重視の始動モードや運転性能重視の始動モードに限定されるものではなく、様々な始動要求に応じて複数の始動モードが準備されているもので、例えば、低温始動時には燃料の霧化がしづらいため十分な負圧が発達してから始動するような始動モードを設けても良い。

本実施例においてはエンジン制御単独の記載となっているが、他の制御装置との組み合わせで始動方法を決定しても良い。例えば、音振性能重視の始動モードの場合には、エンジン側のショックを低減するだけでなく、エンジンとモータ/ジェネレータにある第１クラッチのスリップ状態を通常よりスリップ量が多くなるような状態にすれば、始動ショックを第１クラッチで吸収することにより駆動軸へショック量を低減する効果が更に期待できる。

また、本実施例ではエンジン始動時の動作を説明したがが、始動後のエンジン制御動作も始動時の始動環境の状態に応じて制御できる構成としてもよい。例えば、暖機運転によるエンジン始動の場合、プラグインハイブリッド車両では始動時に充電量が低い状態では始動から「HEV走行モード」となるが、この場合、早期に暖機運転を実行する必要があるため、点火時期を大きく遅角させると共に回転数を高くすることが有効である。これは点火時期を遅角することで燃料を後燃えさせることによって熱エネルギーへの変換を高めて熱量を増やし、更に回転数を高くすることによって熱エネルギーの発生回数を増やしてエンジンや触媒を暖機する効果を狙っている。

一方、始動時に充電量が高い場合には、「EV走行」中にゆっくりと暖機することが可能である。そのため、「EV走行モード」中の暖機運転はゆっくりと始動した後、回転数をあまり高い値に設定せずにゆっくりと暖機する構成とすれば、「EV走行」中にエンジンが高回転で回転することによるドライバへの不快感を軽減することが可能となる。

３…エンジン、４…モータ/ジェネレータ、５…第１クラッチコントローラ、６…第１クラッチ油圧ユニット、８…ディファレンシャルギア装置、９…第２クラッチ油圧ユニット、１０…インバータ、１１…エンジン回転センサ（クランク角センサ）、１２…レゾルバ、１４…油圧アクチュエータ、１４a…油圧アクチュエータピストン、１５…第１クラッチストロークセンサ、１６…アクセル開度センサ、１７…車速センサ、１９…バッテリ、２０…統合コントローラ、２１…エンジンコントローラ（ＥＣＭ）、２２…モータコントローラ、２３…ＣＶＴコントローラ、２４…ブレーキコントローラ、２５…バッテリコントローラ、３０……充電器、３１…充電ソケット、３２…コンセント、５１…車輪速センサ、５２…ブレーキストロークセンサ、２０７…エアーフローメータ、２０８…空燃比センサ、ＣＬ１…第１クラッチ、ＣＬ２…第２クラッチ。

Claims (13)

1. 所定の運転条件が成立したときにエンジンを自動的に停止させる自動停止制御を行い、所定の運転条件が成立したときに前記エンジンを自動的に始動させる自動始動制御を行なうエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの始動要求が発生した場合に、前記エンジンの始動環境を判断して前記エンジンの始動モードを変更して前記エンジンの始動を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 充電することが可能な蓄電装置の電力で駆動されるモータによる駆動力と、エンジンによる駆動力で車両を駆動すると共に、所定の運転条件が成立したときに前記エンジンを自動的に停止させる自動停止制御を行い、所定の運転条件が成立したときに前記エンジンを自動的に始動させる自動始動制御を行なうエンジンの制御装置を備えたハイブリッド車両において、
   前記エンジンの始動要求が発生した場合に、前記エンジンの始動環境を判断して前記エンジンの始動モードを変更して前記エンジンの始動を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
3. 請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のエンジン制御装置において、
   前記変更されるエンジンの始動モードは、空気量、空気量の時間的変化特性、クランキング回転数、クランキング回転数の時間的な変化特性、点火時期、点火時期の時間的な変化特性、初爆タイミング、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、燃料噴射の時間的な変化特性のうちの少なくとも１つ以上の制御パラメータを変更して前記エンジンの始動を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
4. 請求項１乃至請求項２のいずれかに記載のエンジン制御装置において、
   前記エンジンの始動モードとして、要求トルクをすぐに満足させる運転性能重視の始動モードと、始動ショックを低減させる音振性能重視の始動モードを有することを特徴とするエンジンの制御装置。
5. 請求項４に記載のエンジン制御装置において、
   前記音振性能重視の始動モードは、前記運転性能重視の始動モードと比較して、初爆トルクを下げる、或いは初爆後のトルクの変化率を小さくする、もしくは初爆トルクを下げると共に初爆後のトルクの変化率を小さくするように前記エンジンの制御パラメータを制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
6. 請求項４に記載のエンジン制御装置において、
   前記音振性能重視の始動モードは、前記運転性能重視の始動モードと比較して、吸入空気量を減少させた状態、或いは点火時期を遅角させた状態、もしくは、吸入空気量を減少させると共に点火時期を遅角させた状態で始動を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
7. 請求項５乃至請求項６のいずれかに記載のエンジン制御装置において、
   前記音振性能重視の始動モードと前記運転性能重視の始動モードはアクセルペダルの踏み込み量によって選択され、前記アクセルペダルの踏み込み量が大きいと前記運転性能重視の始動モードが選択され、前記アクセルペダルの踏み込み量が小さいと前記音振性能重視の始動モードが選択されることを特徴とするエンジンの制御装置。
8. エンジンと、車両外部の電源からの電力で充電することが可能な蓄電装置と、前記蓄電装置の電力で駆動されるモータとを具備したハイブリッド車両に用いられるエンジンの制御装置において、
   走行モードとして、前記蓄電装置の電力を消費することを優先するために前記エンジンを停止させて前記モータの動力で走行する第１モードと、前記蓄電装置の電力を維持することを優先するために前記エンジンを作動させて前記エンジン及び前記モータの動力で走行する第２モードを有し、
   所定の運転条件が成立したときに前記第２モードから前記第１モードに切り替えて前記エンジンを自動的に停止させる自動停止制御を行い、所定の運転条件が成立したときに前記第１モードから前記第２モードに切り替えて前記エンジンを自動的に始動させる自動始動制御を行なうと共に、前記第１モードから前記第２モードに切り替わる際に前記エンジンの始動要求が発生すると、前記エンジンの始動環境を判断して前記エンジンの始動モードを変更して前記エンジンの始動を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
9. 請求項８に記載のエンジン制御装置において、
   前記始動環境は前記蓄電装置の充電量の変化速度であり、この変化速度の大きさに応じて前記エンジンの始動モードを変更することを特徴とするエンジンの制御装置。
10. 請求項９に記載のエンジン制御装置において
    前記エンジンの始動モードとして、要求トルクをすぐに満足させる過放電抑制重視の始動モードと、始動ショックを低減させる運転性能重視の始動モードを有し、これらの始動モードは前記充電量の変化速度によって選択され、前記充電量の変化速度が大きいと前記過放電抑制重視の始動モードが選択され、前記充電量の変化速度が小さいと前記運転性能重視の始動モードが選択されることを特徴とするエンジンの制御装置。
11. 請求項１０に記載のエンジン制御装置において、
    前記変更されるエンジンの始動モードは、空気量、空気量の時間的変化特性、クランキング回転数、クランキング回転数の時間的な変化特性、点火時期、点火時期の時間的な変化特性、初爆タイミング、燃料噴射タイミング、燃料噴射量、燃料噴射の時間的な変化特性のうちの少なくとも１つ以上の制御パラメータを変更して前記エンジンの始動を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。
12. 請求項１１に記載のエンジン制御装置において、
    前記運転性能重視の始動モードは、前記過放抑制重視の始動モードと比較して、初爆トルクを下げる、或いは初爆後のトルクの変化率を小さくする、もしくは初爆トルクを下げると共に初爆後のトルクの変化率を小さくするように前記エンジンの制御パラメータを制御することを特徴とするエンジンの制御装置。
13. 請求項１２に記載のエンジン制御装置において、
    前記運転性能重視の始動モードは、前記過放電抑制重視の始動モードと比較して、吸入空気量を減少させた状態、或いは点火時期を遅角させた状態、もしくは、吸入空気量を減少させると共に点火時期を遅角させた状態で始動を行うことを特徴とするエンジンの制御装置。

Images