JP2017116019A - エンジンの再始動制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの再始動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な制御で、モーターが供給する必要のある起動トルクを減少して、モーターへの負荷を軽減することができるエンジンの再始動制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの再始動制御方法を提供する。【解決手段】車両が惰性走行時で、かつ、エンジン１０が停止している場合に、さらに、エンジン１０の再始動要求信号を受信したときに、モータージェネレーター３１からエンジン１０に動力を供給するとともに、クラッチ１４を一時的に断状態から半接状態に切り替えて、駆動輪２４からデファレンシャル２３、プロペラシャフト２２、クラッチ１４を介してエンジン１０に動力を伝達する半接状態を予め設定した設定時間ｔの間維持した後に、クラッチ１４を半接状態から断状態に戻す制御である再始動補助制御を行う。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの再始動制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの再始動制御方法に関し、更に詳しくは、モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、クラッチの制御機能を有するトランスミッションと、制御装置と、を備えたエンジンの再始動制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの再始動制御方法に関する。

近年、燃費向上及び環境対策などの観点から、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン及びモータージェネレーターを有するハイブリッドシステムを備えたハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）が注目されている。このＨＥＶにおいては、車両の加速時や発進時には、モータージェネレーターによる駆動力のアシストが行われる一方で、慣性走行時や減速時にはモータージェネレーターによる回生発電が行われる（例えば、特許文献１を参照）。

一方、ＨＥＶに限らず、エンジン（内燃機関）が搭載される車両では、エンジンの気筒（シリンダ）内に燃料と空気を供給し、この燃料と空気の混合気を気筒内で圧縮して燃焼させることで動力を発生させ、この動力をクランクシャフト、トランスミッション、車軸等を介して車輪に伝達することで、走行用の動力を得ている。

エンジンのクランクシャフトには、ギヤ機構やベルト機構等の動力伝達機構を介して、モーター（スターターモーターやＨＥＶ車のモータージェネレーター等）が接続されている。エンジンの始動時には、燃料噴射によるエンジンの自立回転ができるまで、このモーターを回転駆動して、この回転動力を動力伝達機構を介してクランクシャフトに伝達して、クランクシャフトを回転させている。

しかしながら、車両が惰性走行時で、かつ、エンジンが停止しているときに、運転者がアクセルペダルを踏む等して、エンジンの再始動要求信号を制御装置（ＥＣＵ（エンジンコントロールユニット）等）が受信した際に、従来は、モーターの動力によりエンジンを再始動させていたが、エンジンの回転数をゼロからエンジンの自立回転に必要な回転数まで即座に上昇させる必要があるため、モーターが供給する必要のある起動トルクが大きくなってしまうため、この起動トルクに合わせてモーターの仕様を設定すると、エンジンの常用回転域の効率を悪化させてしまう問題がある。

また、この問題に関連して、エンジンと、モータージェネレーターと、自動変速機と、第１クラッチと、第２クラッチとを備えたハイブリッド車両で、このハイブリッド車両のエンジン始動制御処理を行う統合コントローラーを備えたハイブリッド車両の制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。このハイブリッド車両の制御装置では、ＥＶモードの状態でエンジン始動線をアクセル開度が超えた時点で、ＨＥＶモードへのモード遷移要求が出され、この要求にしたがって第２クラッチを半クラッチ状態でスリップさせるように第２クラッチのトルク容量を制御して、第２クラッチがスリップ開始したと判断した後に第１クラッチの締結を開始してエンジン回転を上昇させ、エンジン回転が初爆可能な回転数に達成したら、エンジンを作動させてＭＧ回転数とエンジン回転数が近くなったところで第１クラッチを完全に締結し、その後、第２クラッチをロックアップさせてＨＥＶモードに遷移させている。

しかしながら、このハイブリッド車両の制御装置では、第１クラッチ及び第２クラッチのトルク容量を制御しながら、エンジンを初爆可能な回転数まで上昇させるため、制御が複雑化して、エンジンの始動制御を行う制御装置への負荷が大きくなるという問題がある。

特開２００２−２３８１０５号公報 特開２０１４−２１３７０４号公報

本発明の目的は、車両が惰性走行時で、かつ、エンジンが停止しているときに、エンジンの再始動要求信号を制御装置が受信した際に、比較的簡単な制御で、モーターが供給する必要のある起動トルクを減少することができ、モーターへの負荷を軽減することができるエンジンの再始動制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの再始動制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する本発明のエンジンの再始動制御システムは、モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、クラッチの制御機能を有するトランスミッションと、制御装置と、を備えたエンジンの再始動制御システムにおいて、前記制御装置が、前記車両が惰性走行時で、かつ、前記エンジンが停止している場合に、前記エンジンの再始動要求信号を受信したときに、前記モーターから前記エンジンに動力を供給するとともに、前記クラッチを一時的に断状態から半接状態に切り替えて、前記車軸から前記クラッチを介して前記エンジンに動力を伝達する半接状態を予め設定した条件になるまでの間維持した後に、前記クラッチを半接状態から断状態に戻す制御である再始動補助制御を行うように構成される。なお、この予め設定した条件としては、半接状態に切り替えてからの経過時間が予め設定される設定時間を経過する条件やエンジン回転数が予め設定される回転数を超える条件などがある。

また、上記のエンジンの再始動制御システムにおいて、前記制御装置が、前記車両の車速が、前記エンジンと前記車軸の間に備えたトランスミッションの変速ギヤ段と前記エンジンのアイドリング時の回転数に基づいて算出される第１の車速以上であるときに、前記再始動補助制御を行うように構成される。

また、上記の目的を達成する本発明のハイブリッド車両は、前記エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターとして前記モーターを構成するとともに、前記モータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと上記エンジンの再始動制御システムを備えて構成される。

また、上記の目的を達成する本発明のエンジンの再始動制御方法は、モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、該エンジンと車両の車軸の間の動力の伝達の有無を切り替えるクラッチと、を備えたエンジンの再始動制御方法において、前記車両が惰性走行時で、かつ、前記エンジンが停止している場合に、前記エンジンの再始動を行うときに、前記モーターから前記エンジンに動力を供給するとともに、前記クラッチを一時的に断状態から半接状態に切り替えて、前記車軸から前記クラッチを介して前記エンジンに動力を伝達する半接状態を予め設定した条件になるまでの間維持した後に、前記クラッチを半接状態から断状態に戻す制御である再始動補助制御を行うことを特徴とする方法である。

また、上記のエンジンの再始動制御方法において、前記車両の車速が、前記エンジンと前記車軸の間に備えたトランスミッションの変速ギヤ段と前記エンジンのアイドリング時の回転数に基づいて算出される第１の車速以上であるときに、前記再始動補助制御を行うことを特徴とする方法である。

本発明のエンジンの再始動制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの再始動制御方法によれば、車両が惰性走行時で、かつ、エンジンが停止している場合に、エンジンの再始動要求信号を制御装置が受信した際に、モーターからエンジンに動力を供給するとともに、車軸からエンジンに動力を伝達するためにクラッチを一時的に半接状態にするという比較的簡単な制御（再始動補助制御）で、エンジンの再始動に必要な起動トルクの一部を一時的に車軸側から供給して、モーターが供給する必要のある起動トルクを減少することができ、モーターへの負荷を軽減することができる。

また、この再始動補助制御を行うときを、車軸からエンジンへの動力伝達量を確保できる車速以上で車両が走行しているときに限定することができるので、エンジンの再始動補助を確実に行うことができる。

本発明の実施形態からなるエンジンの再始動制御システムを備えたハイブリッド車両の構成図である。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなるエンジンの再始動制御システムを備えたハイブリッド車両を示す。

このハイブリッド車両（以下「ＨＥＶ」という。）は、普通乗用車のみならず、バスやトラックなどを含む車両であり、車両の運転状態に応じて複合的に制御されるエンジン１０及びモータージェネレーター３１を有するハイブリッドシステム３０を備えている。

エンジン１０においては、エンジン本体１１に形成された複数（この例では４個）の気筒１２内における燃料の燃焼により発生した熱エネルギーにより、クランクシャフト１３が回転駆動される。このクランクシャフト１３の回転動力は、クランクシャフト１３の一端部に接続するクラッチ１４を通じてトランスミッション２０に伝達される。

トランスミッション２０には、クラッチの断接を制御出来る変速機が用いられている。また、トランスミッション２０で変速された回転動力は、一対の駆動輪（図示せず）にそれぞれ駆動力として伝達される。

ハイブリッドシステム３０は、モータージェネレーター３１と、そのモータージェネレーター３１に順に電気的に接続するインバーター３５、高電圧バッテリー３２、ＤＣ／ＤＣコンバーター３３及び低電圧バッテリー３４とを有している。

高電圧バッテリー３２としては、リチウムイオンバッテリーやニッケル水素バッテリーなどが好ましく例示される。また、低電圧バッテリー３４には鉛バッテリーが用いられる。

ＤＣ／ＤＣコンバーター３３は、高電圧バッテリー３２と低電圧バッテリー３４との間における充放電の方向及び出力電圧を制御する機能を有している。また、低電圧バッテリー３４は、各種の車両電装品３６に電力を供給する。

モータージェネレーター３１は、回転軸３７に取り付けられた第１プーリー１５とエンジン本体１１の出力軸であるクランクシャフト１３の他端部に取り付けられた第２プーリー１６との間に掛け回された無端状のベルト状部材１７を介して、エンジン１０との間で動力を伝達する。なお、２つのプーリー１５、１６及びベルト状部材１７の代わりに、ギヤボックスなどを用いて動力を伝達することもできる。また、モータージェネレーター３１に接続するエンジン本体１１の出力軸は、クランクシャフト１３に限るものではなく、例えばエンジン本体１１とトランスミッション２０の間の伝達軸であっても良い。

このモータージェネレーター３１は、クランキングを行う機能を有する。

これらのエンジン１０及びハイブリッドシステム３０は、制御装置８０により制御される。具体的には、ＨＥＶの発進時や加速時には、ハイブリッドシステム３０は高電圧バッテリー３２から電力を供給されたモータージェネレーター３１により駆動力の少なくとも一部をアシストする一方で、慣性走行時や減速時においては、モータージェネレーター３１による回生発電を行い、余剰の運動エネルギーを電力に変換して高電圧バッテリー３２を充電する。

本発明のエンジンの再始動制御システムは、モータージェネレーター３１と、このモータージェネレーター３１の動力により始動するエンジン１０と、クラッチ制御機能を有するトランスミッション２０と、制御装置８０と、を備えたシステムである。

そして、制御装置８０が、車両が惰性走行時で、かつ、エンジン１０が停止している場合に、エンジン１０の再始動要求信号を受信したときに、モータージェネレーター３１からエンジン１０に動力を供給するとともに、クラッチ１４を、断状態から半接状態に一時的に切り替えて、駆動輪からトランスミッション２０、クラッチ１４を介してエンジン１０に動力を、実験等により予め設定した条件になるまでの間伝達した後に、クラッチ１４を半接状態から断状態に戻す制御である再始動補助制御を行うように構成する。

ここで、車両の惰性走行時とは、運転者がアクセルペダルやブレーキペダルを踏んでおらず、かつ、エンジン１０の気筒１２内で燃料噴射が行われていない（燃料噴射量がゼロ）状態で走行している時である。

また、エンジン１０の再始動要求信号とは、例えば、運転者がアクセルペダル（図示しない）を踏んで、アクセルペダルの付近に備えたアクセル開度センサ（図示しない）の検出値が変動したときに制御装置８０に送信される信号である。

また、このクラッチ１４を、半接状態から断状態に戻す条件、言い換えれば、タイミングとして、予め設定される設定時間ｔを経過する条件や、エンジン１０の回転数が予め設定した回転数を超える条件や、モータージェネレーター３１の起動トルクが予め設定した断接用トルクより低下する条件などを採用することができる。

なお、この設定時間ｔ及びクラッチ１４の半接状態時のトルク容量Ｔｑはともに、車両の走行状態に対応して変化する変動値として設定してもよいし、車両の走行状態に依らない固定値として設定してもよいが、固定値として設定すると、更に簡単な制御とすることができる。

そして、クラッチ１４を、断状態に戻した後は、燃料噴射のない状態で、モータージェネレーター３１の起動トルクによりエンジン１０の回転数が増加するので、燃料噴射してもよい回転数になったら燃料噴射してエンジン１０の回転を行い、モータージェネレーター３１による起動を停止し、エンジン１０の始動を完了する。

始動を完了して燃料噴射のみで運転を再開した後は、クラッチ１４を、断状態から必要に応じて半接状態を経由して、接状態にして、エンジン１０の出力により車両を走行させる。

このように、モータージェネレーター３１の動力だけでなく、駆動輪からの動力の一部を、再始動時に一時的にエンジン１０に伝達することで、モータージェネレーター３１が供給する必要のある起動トルクを減少することができ、モータージェネレーター３１への負荷を軽減することができる。

また、実験等によりクラッチ１４の半接状態時のトルク容量Ｔｑと設定時間ｔを最適な値に設定して制御装置８０に記憶しておき、再始動補助制御を行うときに、制御装置８０が、クラッチ１４を一時的に断状態から半接状態に切り替えて予め設定した条件になるまでの間だけ半接状態を維持した後に断状態に戻すだけでよいので、比較的簡単な制御でエンジン１０の再始動の補助を行うことができる。

また、上記のエンジンの再始動制御システムにおいて、制御装置８０が、車速センサ（図示しない）等により検出される車両の車速Ｖが、トランスミッション２０の変速ギヤ段（図示しない）とエンジン１０のアイドリング時の回転数に基づいて算出される第１の車速Ｖ１（例えば、５ｋｍ／ｈ〜１０ｋｍ／ｈ）以上であるときに、再始動補助制御を行うように構成すると、この再始動補助制御を行うときを、駆動輪からエンジン１０への動力伝達量をある程度以上確保できる車速Ｖ１以上で車両が走行しているときに限定することができるので、エンジン１０の再始動補助を確実に行うことができる。

また、上記のエンジンの再始動制御システムを基にした、本発明のエンジン１０の再始動制御方法は、モータージェネレーター３１と、このモータージェネレーター３１の動力により始動するエンジン１０と、クラッチ１４と、を備えたエンジンの再始動制御方法において、車両が惰性走行時で、かつ、エンジン１０が停止している場合に、エンジン１０の再始動を行うときに、モータージェネレーター３１からエンジン１０に動力を供給するとともに、クラッチ１４を、一時的に断状態から半接状態に切り替えて、駆動輪からクラッチ１４を介してエンジン１０に動力を伝達する半接状態を実験などで予め設定した条件になるまで維持した後に、クラッチ１４を半接状態から断状態に戻す制御である再始動補助制御を行うことを特徴とする方法である。

また、上記のエンジン１０の再始動制御方法において、車両の車速Ｖが、トランスミッション２０の変速ギヤ段とエンジン１０のアイドリング時の回転数に基づいて算出される第１の車速Ｖ１以上であるときに、再始動補助制御を行うことを特徴とする方法である。

以上より、本発明のエンジンの再始動制御システム、ハイブリッド車両及びエンジンの再始動制御方法によれば、車両が惰性走行時で、かつ、エンジン１０が停止しているときに、エンジン１０の再始動要求信号を制御装置８０が受信した際に、モータージェネレーター３１からエンジン１０に動力を供給するとともに、駆動輪からエンジン１０に動力を伝達するために、断状態にあるクラッチ１４を一時的に半接状態にするという比較的簡単な制御（再始動補助制御）で、エンジン１０の再始動に必要な起動トルク一部を一時的に駆動輪から供給して、モータージェネレーター３１が供給する必要のある起動トルクを減少することができ、モータージェネレーター３１への負荷を軽減することができる。

また、この再始動補助制御を行うときを、駆動輪からエンジン１０への動力伝達量を効果を生じる量以上確保できる車速Ｖ１以上で車両が走行しているときに限定することができるので、エンジン１０の再始動補助を確実に行うことができる。

１０ エンジン
１１ エンジン本体
１３ クランクシャフト
１４ クラッチ
３０ ハイブリッドシステム
３１ モータージェネレーター
８０ 制御装置
ｔ 設定時間
Ｖ 車速
Ｖ１ 第１の車速

Claims (5)

1. モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、該エンジンと車両の車軸の間の動力の伝達の有無を切り替えるクラッチと、制御装置と、を備えたエンジンの再始動制御システムにおいて、
   前記制御装置が、
   前記車両が惰性走行時で、かつ、前記エンジンが停止している場合に、前記エンジンの再始動要求信号を受信したときに、前記モーターから前記エンジンに動力を供給するとともに、前記クラッチを一時的に断状態から半接状態に切り替えて、前記車軸から前記クラッチを介して前記エンジンに動力を伝達する半接状態を予め設定した条件になるまでの間維持した後に、前記クラッチを半接状態から断状態に戻す制御である再始動補助制御を行うように構成されるエンジンの再始動制御システム。
2. 前記制御装置が、
   前記車両の車速が、前記エンジンと前記車軸の間に備えたトランスミッションの変速ギヤ段と前記エンジンのアイドリング時の回転数に基づいて算出される第１の車速以上であるときに、前記再始動補助制御を行うように構成される請求項１に記載のエンジンの再始動制御システム。
3. 前記エンジンの動力を伝達する出力軸に接続されたモータージェネレーターとして前記モーターを構成するとともに、前記モータージェネレーターを有するハイブリッドシステムと請求項１または２に記載のエンジンの再始動制御システムを備えたハイブリッド車両。
4. モーターと、該モーターの動力により始動するエンジンと、該エンジンと車両の車軸の間の動力の伝達の有無を切り替えるクラッチと、を備えたエンジンの再始動制御方法において、
   前記車両が惰性走行時で、かつ、前記エンジンが停止している場合に、前記エンジンの再始動を行うときに、前記モーターから前記エンジンに動力を供給するとともに、前記クラッチを一時的に断状態から半接状態に切り替えて、前記車軸から前記クラッチを介して前記エンジンに動力を伝達する半接状態を予め設定した条件になるまでの間維持した後に、前記クラッチを半接状態から断状態に戻す制御である再始動補助制御を行うことを特徴とするエンジンの再始動制御方法。
5. 前記車両の車速が、前記エンジンと前記車軸の間に備えたトランスミッションの変速ギヤ段と前記エンジンのアイドリング時の回転数に基づいて算出される第１の車速以上であるときに、前記再始動補助制御を行うことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの再始動制御方法。

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