JP2007283854A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン停止モードをもつハイブリッド車において、冷機時にも確実にエンジン始動させる。
【解決手段】エンジン停止中で、シフト位置がドライブ（Ｄ）又はリバース（Ｒ）のいずれかである状態を判定したときに、吸気加熱の要求が発生しているかを判定し、要求が発生していれば、加熱手段を作動して吸気加熱を行い、加熱終了後にエンジン始動要求が発生したときに、エンジンを始動する。
【選択図】図９

Description

本発明は、エンジン停止モードを有したハイブリッド車用内燃機関の始動装置に関する。

特許文献１には、冷機時のエンジン始動に際し、始動要求（イグニッションスイッチのＯＮ）と同時に加熱手段（グロープラグ）を作動し、所定時間経過後にクランキングを開始し、燃料噴射を行って始動させるようにした技術が開示されている。
特許第２９２８８６９号

特許文献１のようにエンジンのみを原動機とする車両では、車両停止中に吸気加熱を待ってエンジン始動を行えばよいが、エンジン停止モードをもつハイブリッド車では、走行中にエンジン運転モードとなってエンジン始動を行う必要があり、エンジンの始動要求に対して直ちに始動する必要があるが、始動要求と同時に加熱を開始したのでは、低温時など吸気温度が低いときには良好な着火燃焼性を得られないなど、所望のエンジン出力が得られないことがあった。

本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、エンジン停止モードをもつハイブリッド車において、始動要求に先立って加熱を行うことにより良好に始動を行えるようにすることを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明は、
エンジンとモータとを原動機とし、エンジン停止モードを有するハイブリッド車におけるエンジンの始動装置において、
エンジンの吸気を加熱する吸気加熱手段と、
エンジン始動要求が発生する可能性のあるエンジン停止状態で、前記加熱手段を作動させる制御手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。

かかる構成とすれば、始動要求が発生する可能性があるエンジン停止状態で、エンジン始動に先立って吸気加熱手段を作動して吸気を加熱するため、エンジンを始動する際には、吸気加熱によって良好な燃焼性を得られてエンジンを確実に始動できる。

図１は、本発明が適用されるハイブリッド車用のパワートレインの一例を示す。
エンジン１の出力軸が、第１のクラッチ２を介してモータ・ジェネレータ３に連結され、モータ・ジェネレータ３の出力軸が第２のクラッチ４を介してトランスミッション５に連結されている。
エンジン１は、エンジンコントローラ（ＥＣＭ）６、モータ・ジェネレータ３は、モータコントローラ（ＭＣ）７らの指令を受けてそれぞれ制御され、ＥＣＭ６，ＭＣ７は、ハイブリッドコントローラ（ＨＣＭ）８からの指令によって統合的に制御される。

バッテリ９は、前記各コントローラ６〜８に電力を供給する。
また、インバータ１０は、バッテリ９からの直流電力を交流電力に変換してモータ・ジェネレータ３に出力し、モータ・ジェネレータ３をモータとして駆動すると共に、モータ・ジェネレータ３がジェネレータとして機能するときには、モータ・ジェネレータ３からの発電電力を直流電力に変換してバッテリ９を充電する。

モータ・ジェネレータ３は、走行駆動用とエンジン１の始動用との機能を兼ね備え、走行時には、第２のクラッチ４を接続し、エンジン１の駆動力を用いる（単独またはモータ・ジェネレータ３の駆動力との併用で）際には、第１のクラッチ２も接続する。また、エンジン１を始動する際には、第２のクラッチ４を切り離し、第１のクラッチ２を接続してクランキングを行う。

そして、前記エンジン１には、後述するようにグロープラグその他の吸気加熱手段１１が装着されている。
図２は、パワートレインの別の例を示す。
図１と相違するのは、走行用の第１のモータ・ジェネレータ３とは別に、ベルト１２を介してエンジン１と連動するエンジン始動用の第２のモータ・ジェネレータ１３を備え、さらに該第２のモータ・ジェネレータ１３とバッテリ９との間の第２のインバータ１４、第２のモータ・ジェネレータ１３に指令を与える第２のモータコントローラ１５を備え、前記第２のクラッチ４が省略される点である。

図３は、前記ＨＣＭ８の入出力状態を示す。
イグニッションキースイッチ信号ＩＧＮＳＷ、ブレーキスイッチ信号ＢＲＳＷ、シフト位置信号ＧＥＡＲ、アクセル開度信号ＡＰＳ、車速信号ＶＳＰ、バッテリ充電状態信号ＳＯＣ、吸入空気温度信号ＴＡ、エンジン冷却水温度信号ＴＷ、触媒温度信号ＴＣを入力し、ＥＣＭ６にエンジン目標トルク、始動許可信号を出力し、ＭＣ７にトルク制御／回転数制御との制御切換信号、モータ目標トルク、目標回転速度を出力し、吸気加熱手段１１に動作制御信号を出力し、各クラッチ２，４にクラッチ制御信号を出力する。

図４は、エンジン１の一例を示す。
エンジン１は、ディーゼルエンジンであり、吸入空気は、エアクリーナ２２から吸気通路２３、コレクタ２４、吸気マニホールド２５、吸気カム２６により開閉駆動される吸気弁２７を介してシリンダ２８内に吸入される。
シリンダ２８内には、ピストン２９が嵌挿され、燃料噴射弁３０によって燃料が噴射供給される。燃焼排気は、排気カム３１によって開閉駆動される排気弁３２を介して排気通路３３へ排出される。

排気の一部は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路３４に導入され、ＥＧＲ弁３５によってＥＧＲ量を制御されつつ吸気マニホールド２５に還流される。
排気通路３３の下流部には、排気浄化触媒３６が装着されている。
そして、前記エンジン１のシリンダ（燃焼室）内を加熱することにより吸気加熱する吸気加熱手段としてのグロープラグ３７が備えられる。

図５は、図４とは異なる吸気加熱手段を備えたエンジン１の例を示す。
すなわち、吸気マニホールド２５下流の吸気ポート部分を加熱する吸気ポート加熱ヒータ３８、吸気マニホールド２５上流の通路内に装着される吸気ヒータ３９、燃焼室壁を加熱する燃焼室ヒータ４０の少なくとも１つを備える。
図６は、上記吸気加熱手段による加熱要求の設定ルーチンを示すフローチャートである。

ステップＳ１０１では、エンジン冷却水温度（水温）ＴＷおよび吸気温度ＴＡを読み込む。
ステップＳ１０２では、水温ＴＷが低温判定値ＴＷ＿Ｌｏｗ未満の低温状態かを判定する。
水温ＴＷが低温判定値ＴＷ＿Ｌｏｗ未満と判定されたときは、ステップＳ１０３へ進んで、加熱要求あり（Ｙ）にセットする。

また、ステップＳ１０２で水温ＴＷが低温判定値ＴＷ＿Ｌｏｗ以上と判定されたときは、ステップＳ１０４へ進んで、吸気温度ＴＡが低温判定値ＴＡ＿Ｌｏｗ未満の低温状態かを判定する。
そして、同様に吸気温度ＴＡが低温判定値ＴＡ＿Ｌｏｗ未満と判定されたときは、ステップＳ１０３へ進んで、加熱要求あり（Ｙ）にセットする。

ステップＳ１０４で吸気温度ＴＡが低温判定値ＴＡ＿Ｌｏｗ以上と判定されたときは、ステップＳ１０５へ進んで、水温ＴＷが高温判定値ＴＷ＿Ｈｉｇｈ以上の高温状態かを判定する。
水温ＴＷが高温判定値ＴＷ＿Ｈｉｇｈ以上と判定されたときは、ステップＳ１０６へ進んで、加熱要求なし（Ｎ）にセットする。

また、ステップＳ１０５で水温ＴＷが高温判定値ＴＷ＿Ｈｉｇｈ未満と判定されたときは、ステップＳ１０７へ進んで、吸気温度ＴＡが高温判定値ＴＡ＿Ｈｉｇｈ以上の高温状態かを判定する。
そして、同様に吸気温度ＴＡが高温判定値ＴＡ＿Ｈｉｇｈ以上と判定されたときは、ステップＳ１０３へ進んで、加熱要求なし（Ｎ）にセットする。

また、ステップＳ１０７で吸気温度ＴＡが高温判定値ＴＡ＿Ｈｉｇｈ未満と判定されたとき、つまり、ＴＷ＿Ｌｏｗ≦ＴＷ＜ＴＷ＿Ｈｉｇｈ、ＴＡ＿ＬｏＡ≦ＴＡ＜ＴＡ＿Ｈｉｇｈにあるときは、現状の加熱要求判定を維持する。
このように吸気温度または水温が低く着火性が悪いときのみ加熱要求を発生して吸気加熱を行わせることにより、無駄な電力消費を節減できる。

なお、上記のように、水温および吸気温度について、それぞれ低温用判定値と高温用判定値を持たせることで、判定値付近で頻繁に判定結果が切り換わることによる加熱動作のハンチングを防止でき安定した加熱制御を行える。
また、簡易的には、水温、吸気温度の一方のみで加熱要求判定を行うようにしてもよい。

図７は、前記加熱要求に応じて吸気加熱手段を作動（加熱）したときの、作動モードを示す。
加熱開始から所定時間は、供給電力（供給エネルギ）最大とし、その後は、その温度を保持する保持電力を供給し、エンジン１の始動後所定時間、保持電力を供給した後、作動停止する。

図８は、車速に応じた加熱制御のフローを示す。
ステップＳ２０１では、車速ＶＳＰ、加熱要求、加熱手段の作動状態を読み込む。
ステップＳ２０２では、エンジン停止中であるかを判定する。
ステップＳ２０２でエンジン停止中と判定されたときは、ステップＳ２０３で車速ＶＳＰがエンジン停止からエンジン運転への切換用の判定値ＶＳＰＥ１の低速側近傍に設定された加熱用判定値ＶＳＰＥＬ以上であるかを判定する。

ステップＳ２０３で、車速ＶＳＰが、加熱用判定値ＶＳＰＥＬ未満と判定されたときは、エンジン始動要求が出される可能性が低いので、このルーチンを終了（現状を維持）する。
車速ＶＳＰが判定値ＶＳＰＥＬ以上と判定されたとき、つまりエンジン停止中であるがエンジン運転判定用の判定値ＶＳＰＥ１に近づいており、エンジン始動要求が出される可能性が高いときは、ステップＳ２０４へ進んで上記図６で設定される加熱要求がある（ＯＮ）かを判定する。

ステップＳ２０４で加熱要求ありと判別されたときは、ステップＳ２０５へ進んで現在加熱中（加熱手段がＯＮ）かを判定する。
加熱要求ありと判定された当初は、加熱前なのでステップＳ２０５の判定がＮＯとなってステップＳ２０６へ進み、加熱手段をＯＮとして吸気加熱を開始する。
次回は、ステップＳ２０５の判定がＹＥＳとなってステップＳ２０７へ進み、加熱手段による加熱が終了したか（終了時期に達したか）を判定し、終了と判定したときにステップＳ２０８へ進んで、再度、ステップＳ２０２同様の車速判定を行い、車速ＶＳＰが、エンジン運転用の判定値ＶＳＰＥ１以上に上昇すれば、エンジン運転モード（単独またはモータとの併用運転）であり、エンジン始動要求が発生したので、ステップＳ２０９へ進んでエンジンを始動（モータによるクランキング）する。また、車速ＶＳＰが、判定値ＶＳＰＥ１未満であるときは、まだ、エンジンを始動することなく、このルーチンを終了し、モータ運転走行を維持する。

また、ステップＳ２０４で加熱要求が発生していないとき（エンジン停止後、短時間しか経過していないときなど）は、加熱を行うことなくステップＳ２０８へ進む。
上記のようにエンジンを始動後、ステップＳ２０２でエンジン運転中と判定されたときは、ステップＳ２１０へ進んで、車速ＶＳＰがエンジン運転から停止への切換用の判定値ＶＳＰＥ２（＜ＶＳＰＥ１）未満であるかを判定し、判定値ＶＳＰＥ２以上に維持されていれば、現状のエンジン運転モードを維持するが、判定値ＶＳＰＥ２未満に低下したときは、ステップＳ２１１で、加熱手段の作動をＯＦＦとして加熱を停止（加熱中の場合でも強制的に停止）した後、ステップＳ２１２でエンジン１の運転を停止する。

なお、判定値ＶＳＰＥ２＜判定値ＶＳＰＥ１としてヒステリシスを設けてあることにより、エンジン運転／停止、加熱／停止のハンチングを防止できる。
このようにすれば、車速ＶＳＰに応じてエンジン始動要求が発生する前に、始動要求の発生を予測し、エンジン始動に先立って加熱手段を作動しておくことができるので、エンジン始動時には、既に吸気加熱されて確実に始動することができる。また、車速がエンジン運転への切換用の判定値に近づいたときだけ、加熱手段を作動させる構成であるため、エンジン始動要求が発生する可能性が低いときには、無駄な加熱を行うことなく、電力消費を節減できる。

図９は、トランスミッションのシフト位置に応じた加熱制御のフローを示す。
ステップＳ３０１では、シフト位置ＧＥＡＲ、加熱要求、加熱手段の作動状態を読み込む。
ステップＳ３０１では、エンジン停止中であるかを判定する。
ステップＳ３０１でエンジン停止中と判定されたときは、ステップＳ３０３でシフト位置がドライブ（Ｄ）又はリバース（Ｒ）のいずれかであるかを判定する。

ステップＳ３０３でシフト位置がドライブ（Ｄ）又はリバース（Ｒ）のいずれかであると判定されたときは、エンジン始動要求が発生する可能性がある（シフト位置がパーキング（Ｐ）やニュートラル（Ｎ）位置にあるときには、エンジン始動要求が発生する可能性がない）と判断し、ステップＳ３０４で、加熱要求の有無を判定する。
そして加熱要求があるときはステップＳ３０５で加熱中かを判定し、ステップＳ３０６で加熱を開始した後、ステップＳ３０７で加熱終了時期かを判定する。

加熱を終了すると、ステップＳ３０８で、エンジン始動要求の有無を上述した車速ＶＳＰ等によって判定し、始動要求が発生したときに、ステップＳ３０９でエンジン始動を実行する。
また、ステップＳ３０４で加熱要求なしと判定されたときは、加熱を行うことなく、ステップＳ３０９へ進んで始動要求判定を行い、要求発生時に始動する。

エンジン始動後は、ステップＳ３０２の判定がＹＥＳとなってステップＳ３１０へ進み、エンジン始動要求の有無を判定し、始動要求（運転要求）があれば、このルーチンを終了してエンジン運転を維持し、始動要求（運転要求）がなくなったときは、ステップＳ３１１でエンジン１の運転を停止し、ステップＳ３１２で加熱作動手段をＯＦＦとして加熱を終了する。

このように、エンジン停止状態でシフト位置がドライブ（Ｄ）又はリバース（Ｒ）のいずれかに操作された段階で、エンジン始動要求が発生する可能性があると判断して、始動要求発生前に加熱要求に応じて加熱を行うことにより、始動発生要求と同時に吸気加熱後の状態で確実に始動することができる。
図１０は、ブレーキ状態に応じた加熱制御のフローを示す。

図９に示したシフト位置に応じた加熱制御との相違は、ステップＳ４０１でシフト位置の代わりにフットブレーキスイッチ信号ＢＲＳＷ、サイドブレーキスイッチ信号ＳＢＲＳＷのＯＮ、ＯＦＦを読み込み、ステップＳ４０３で、フットブレーキスイッチ信号ＢＲＳＷ、サイドブレーキスイッチ信号ＳＢＲＳＷが共にＯＦＦであるかを判定し、共にＯＦＦであるときにステップＳ４０４へ進んで、加熱要求に応じた制御に移行する点である。

すなわち、エンジン停止状態で、フットブレーキかサイドブレーキのいずれも作動していない状態であるときは、エンジン始動要求が発生する可能性がある（いずれかのブレーキが作動しているときは始動要求の可能性がない）と判断して、始動要求発生前に加熱要求に応じて加熱を行うことにより、始動発生要求と同時に吸気加熱後の状態で確実に始動することができる。

図１１は、上記ブレーキ状態とトランスミッション（オートトランスミッション）のシフト状態との双方に応じた加熱制御のフローを示す。
ステップＳ５０１で、シフト位置信号とブレーキスイッチ信号ＢＲＳＷ，ＳＢＲＳＷを読み込み、ステップＳ５０３でフットブレーキかサイドブレーキのいずれも作動していない状態となったと判定され、かつ、ステップＳ５０４でシフト位置がドライブ（Ｄ）又はリバース（Ｒ）のいずれかであると判定されたときに、ステップＳ５０５へ進んで加熱要求に応じた制御に移行する。

このようにすれば、シフト状態とブレーキ状態との双方の条件が成立して、エンジン始動要求が発生する可能性があることをより確実に判定して、加熱制御を行うことができる。
図１２は、トランスミッションがマニュアルトランスミッションである場合の、シフト位置とブレーキ状態との双方に応じた加熱制御のフローを示す。

図１１のオートトランスミッションである場合と相違するのは、ステップＳ６０１でブレーキ状態として、フットブレーキスイッチ信号ＢＲＳＷのみを読み込み、ステップＳ６０４で、フットブレーキスイッチのみがＯＦＦの状態で、加熱要求に応じた制御に移行する点である。
すなわち、マニュアルトランスミッションの場合は、サイドブレーキをかけた状態からエンジンを始動して坂道発進する場合があるため、サイドブレーキスイッチによるエンジン始動要求発生の可能性の判定を除外したものである。

以上では、エンジン始動要求の発生と同時にエンジン始動を行なう必要がある場合に、エンジンの始動要求発生前に加熱要求に応じて予め加熱する本発明の基本的な実施形態について示した。
これに対し、エンジン始動要求がある場合でも、エンジン始動を直ちに行う必要のない場合もあり、その場合には、エンジン始動要求が発生してから、加熱要求に応じて加熱を行い、加熱終了後に始動させればよい。

図１３は、上記の一例として排気浄化触媒３７の暖機要求に伴う加熱制御のフローを示す。
ステップＳ７０１では、触媒温度ＴＣ、加熱要求、加熱手段の作動状態を読み込む。
ステップＳ７０２では、触媒温度ＴＣが、低温判定値ＴＣ＿Ｌｏｗ未満かを判定し、この判定がＮＯの場合は、ステップＳ７０３で高温判定値ＴＣ＿Ｈｉｇｈ以上かを判定する。

そして、触媒温度ＴＣが、低温判定値ＴＣ＿Ｌｏｗ未満のときは、ステップＳ７０４へ進んで、始動要求あり（Ｙ）をセットし、高温判定値ＴＣ＿Ｈｉｇｈ以上のときは、ステップＳ７０５へ進んで始動要求なし（Ｎ）をセットし、ＴＣ＿Ｌｏｗ≦ＴＣ＜ＴＣ＿Ｈｉｇｈのときは、現状の始動要求判定を維持する。
次いで、ステップＳ７０６では、上記始動要求の判定結果を判別する。

ステップＳ７０６で始動要求ありと判別されたときは、ステップＳ７０７へ進んで加熱要求判定結果を判別する。
ステップＳ７０７で加熱要求ありと判別されたときは、ステップＳ７０８へ進んで現在加熱中かを判定する。
加熱要求ありと判定された当初は、加熱前なのでステップＳ７０８の判定がＮＯとなってステップＳ７０９へ進み、加熱手段をＯＮとして吸気加熱を開始する。

次回は、ステップＳ７０８の判定がＹＥＳとなってステップＳ７１０へ進み、加熱終了時期に達したかを判定し、達したと判定したときにステップＳ７１１でエンジン１の始動を実行する。
また、ステップＳ７０６で始動要求なしと判定されたときは、ステップＳ７１２へ進んで、加熱手段をＯＦＦとし、ステップＳ７１３へ進んでエンジン１を停止する（運転していた場合は停止し、停止されているときは停止状態を維持する）。

図１４は、別の例としてバッテリ充電状態（ＳＯＣ）に応じた加熱制御のフローを示す。
図１３との相違は、ステップＳ８０１で、触媒温度ＴＣの代わりにバッテリ充電状態ＳＯＣを読み込み、ステップＳ８０２，８０３でＳＯＣレベルがそれぞれ、低量判定値ＳＯＣ＿Ｌｏｗ未満かの判定、高量判定値ＳＯＣ＿Ｈｉｇｈ以上かの判定を行う点である。

これら触媒暖機の要求やバッテリの充電量低下に伴うエンジン始動要求が発生した場合は、それ以前から加熱しておくような緊急性はないので、始動要求発生と同時に加熱を行い、加熱を終了してからエンジン始動を行うことで、確実な始動を行うようにすればよいのである。
また、以上示した各条件に応じた加熱制御を併用してもよい。その場合、加熱要求が満たされていても条件に応じて加熱非作動に制限されているような場合でも、エンジン始動要求が発生した場合は、加熱要求に応じた加熱を行い、加熱終了後にエンジン始動を行うようにすればよい。

本発明の実施形態に係るハイブリッド車用のパワートレインの一例を示すブロック図。 本発明の実施形態に係るハイブリッド車用のパワートレインの別の例を示すブロック図。 同上実施形態のハイブリッドコントローラの入出力状態を示す図。 同上実施形態に係るエンジンの一例を示す図。 同上実施形態に係るエンジンの別の例を示す図。 同上実施形態における吸気加熱手段による加熱要求の設定ルーチンを示すフローチャート。 同上吸気加熱手段を作動（加熱）したときの、作動モードを示すタイムチャート。 同上実施形態における車速に応じた加熱制御のフローチャート。 同上実施形態におけるトランスミッションのシフト位置に応じた加熱制御のフローチャート。 同上実施形態におけるブレーキ状態に応じた加熱制御のフローチャート。 同上実施形態におけるブレーキ状態とトランスミッション（オートトランスミッション）のシフト状態との双方に応じた加熱制御のフローチャート。 同上実施形態におけるマニュアルトランスミッションである場合の、シフト位置とブレーキ状態との双方に応じた加熱制御のフローチャート。 同上実施形態における排気浄化触媒３７の暖機要求に伴う加熱制御のフローチャート。 同上実施形態におけるバッテリ充電状態（ＳＯＣ）に応じた加熱制御のフローチャート。

符号の説明

１ エンジン、
３ モータ・ジェネレータ
５ トランスミッション
６ エンジンコントローラ
７ モータコントローラ
８ ハイブリッドコントローラ
９ バッテリ
１１ 吸気加熱手段
１３ 第２のモータ・ジェネレータ
１５ 第２のモータコントローラ
３６ 排気浄化触媒
３７ グロープラグ
３８ 吸気ポート加熱ヒータ
３９ 吸気ヒータ
４０ 燃焼室ヒータ

Claims (8)

1. エンジンとモータとを原動機とし、エンジン停止モードを有するハイブリッド車におけるエンジンの始動装置において、
   エンジンの吸気を加熱する吸気加熱手段と、
   エンジン始動要求が発生する可能性のあるエンジン停止状態で、前記加熱手段を作動させる制御手段と、
   を含んで構成したことを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 前記制御手段は、吸気温度またはエンジン温度の少なくとも一方が所定値以下のときに吸気加熱手段を作動させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
3. 前記制御手段は、車速、ブレーキ作動状態、変速機ギア位置の少なくとも１つに基づいて吸気加熱手段を作動させることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの始動装置。
4. 前記制御手段は、ブレーキ作動時に吸気加熱手段を作動させることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。
5. 前記制御手段は、バッテリの充電状態に基づいて吸気加熱手段を作動させることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。
6. 前記制御手段は、バッテリの充電量の低下に伴って始動要求が発生した場合は、始動要求と同時に吸気加熱手段を作動させることを特徴とする請求項５に記載のエンジンの始動装置。
7. 前記制御手段は、吸気温度またはエンジン温度の少なくとも一方が所定値以下のときに始動要求が発生した場合は、始動要求発生と同時に吸気加熱手段を作動させることを特徴とする請求項２〜請求項６のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。
8. エンジンの始動を前記吸気加熱手段による所定の加熱モード終了後に行うことを特徴とする請求項２〜請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの始動装置。

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