JP2013159330A

JP2013159330A - ハイブリッド車両

Info

Publication number: JP2013159330A
Application number: JP2012025849A
Authority: JP
Inventors: Koki Matsushita; 光旗松下
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-19

Abstract

【課題】駆動輪と電動機との間の動力伝達経路の状態に応じてエンジンの始動形態を変更できるハイブリッド車両を提供する。
【解決手段】ハイブリッド車両１は、エンジン２が停止した停車時に駆動輪１０とモータ・ジェネレータ３との間で動力伝達経路７が分断された場合に自動クラッチ１１を係合状態としてモータ・ジェネレータ３の動力でエンジン２を始動させる始動形態に切り替え、そうでない場合は自動クラッチ１１を解放状態としてスタータ５の動力でエンジン２を始動させる始動形態へ切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、走行用動力源として内燃機関と電動機とが設けられたハイブリッド車両に関する。

ハイブリッド車両として、停車状態からの車両発進時においてエンジン１が自動停止されているとき、第１歯車機構Ｇ１をニュートラル状態にすると共にアウタクラッチ２１を接続して電動機２によりエンジン１を始動するものが知られている（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２０１１−１２６３１８号公報特開２００４−１４２６３６号公報特開平１１−２５７１１８号公報特開昭６０−８４４０号公報

近年、エンジンと電動機とを含む駆動系にマニュアルトランスミッションとマニュアルクラッチとを組み合わせたハイブリッド車両が提案されている。これらマニュアルトランスミッションやマニュアルクラッチは運転者の意思に基づいて操作されるから、運転者の意思に応じて電動機と駆動輪との間で動力伝達経路が断続される。そのため、特許文献１の車両のように電動機を利用してエンジンを再始動しようとしても電動機と駆動輪との間で動力伝達経路が分断されているとは限らない。例えば、エンジンの再始動時に電動機を駆動した場合に電動機と駆動輪との間で動力伝達経路が分断されていないと、運転者の意に反して電動機の動力が駆動輪から出力されて運転者に違和感を与える可能性がある。

そこで、本発明は、駆動輪と電動機との間の動力伝達経路の状態に応じてエンジンの始動形態を変更できるハイブリッド車両を提供することを目的とする。

本発明のハイブリッド車両は、エンジンと、駆動輪と、前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達経路に設けられた電動機と、前記電動機と前記駆動輪との間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルトランスミッションと、前記エンジンと前記電動機との間の前記動力伝達経路に設けられた自動クラッチと、前記電動機と前記マニュアルトランスミッションとの間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルクラッチと、前記エンジンを始動するためのスタータと、前記エンジンが停止した停車時に前記駆動輪と前記電動機との間で前記動力伝達経路が分断された状態か否かに基づいて、前記自動クラッチを解放状態として前記スタータの動力で前記エンジンを始動させる第１の始動形態と、前記自動クラッチを係合状態として前記電動機の動力で前記エンジンを始動させる第２の始動形態とを切り替えるエンジン始動制御手段と、を備えるものである（請求項１）。

このハイブリッド車両によれば、自動クラッチを解放状態としてスタータの動力でエンジンを始動させる第１の始動形態と、自動クラッチを係合状態として電動機の動力でエンジンを始動させる第２の始動形態とを、駆動輪と電動機との間で動力伝達経路が分断された状態か否かに応じて切り替えることができるので、その動力伝達経路の状態に見合った始動形態を選択することができる。また、スタータだけでエンジンを始動する場合に比べてスタータの使用頻度が低下するのでスタータの耐久性に対する要求を緩和できる。

例えば、本発明のハイブリッド車両の一態様において、前記エンジン始動制御手段は、前記駆動輪と前記電動機との間で前記動力伝達経路が分断されている場合に、前記第２の始動形態で前記エンジンを始動させてもよい（請求項２）。この態様によれば、駆動輪と電動機との間で動力伝達経路が分断された場合に限って電動機を利用してエンジンが始動されるので、運転者の意図に反して電動機の動力が駆動輪から出力される事態を回避可能である。

この態様において、前記エンジン始動制御手段は、前記第２の始動形態で前記エンジンを始動させている間に、前記マニュアルクラッチによって前記電動機と前記駆動輪との間で前記動力伝達経路が分断された状態から接続された状態へ変化した場合、前記第２の始動形態から前記第１の始動形態に切り替えて前記エンジンを始動させてもよい（請求項３）。この場合には、第２の始動形態によるエンジンの始動が完了する前に動力伝達経路の状態が分断状態から接続状態へ変化した場合にも電動機の動力が駆動輪に出力される事態を回避できる。

以上説明したように、本発明のハイブリッド車両によれば、自動クラッチを解放状態としてスタータの動力でエンジンを始動させる第１の始動形態と、自動クラッチを係合状態として電動機の動力でエンジンを始動させる第２の始動形態とを、駆動輪と電動機との間で動力伝達経路が分断された状態か否かに応じて切り替えることができるので、その動力伝達経路の状態に見合った始動形態を選択することができる。また、スタータだけでエンジンを始動する場合に比べてスタータの使用頻度が低下するのでスタータの耐久性に対する要求を緩和できる。

本発明の一形態に係るハイブリッド車両の全体構成を概略的に示した図。図１のハイブリッド車両の制御ルーチンの一例を示したフローチャート。

図１に示したように、ハイブリッド車両１は、その走行用動力源として、内燃機関（以下、エンジンと称する。）２と、本発明に係る電動機に相当するモータ・ジェネレータ（以下、ＭＧと称する。）３とを備えている。エンジン２はその詳しい説明を省略するがレシプロ式の火花点火型内燃機関として構成されている。エンジン２にはその始動に用いるスタータ５が取り付けられている。ＭＧ３は電動機としての機能と発電機としての機能とを兼ね備えている。ハイブリッド車両１の減速時などにはＭＧ３を発電機として機能させる回生制御が実施され、ＭＧ３で発電された電力は不図示のバッテリに蓄えられる。

ハイブリッド車両１は駆動輪１０を有しており、エンジン２から駆動輪１０に至る動力伝達経路７にはＭＧ３が設けられている。ＭＧ３と駆動輪１０との間の動力伝達経路７には運転者に操作されるマニュアルトランスミッション（以下ＭＴと称する。）８が設けられており、そのＭＴ８を介して出力されたエンジン２やＭＧ３の動力は差動機構９を介して左右の駆動輪１０に分配される。ＭＴ８は前進６段後退１段の変速段を有し、各変速段の切り替えは不図示のシフトノブをドライバが操作し、そのシフトノブの動きに合わせて不図示の歯車機構が操作されることによって実現される。なお、ＭＴ８は各変速段から動力伝達経路７を分断するニュートラル状態に切り替えることができる。

エンジン２とＭＧ３との間の動力伝達経路７には自動クラッチ１１が設けられ、ＭＧ３とＭＴ８との間の動力伝達経路７にはマニュアルクラッチ１２が設けられている。自動クラッチ１１は電力供給を制御することで操作される周知の電磁式クラッチとして構成されている。自動クラッチ１１は、電力が供給されると係合状態から解放状態に切り替えられ、電力供給が停止されると係合状態に復帰する。自動クラッチ１１は解放状態で動力伝達経路７を分断し係合状態で動力伝達経路７を接続する。マニュアルクラッチ１２は不図示のクラッチペダルが運転者によって踏み込み操作されると係合状態から解放状態に切り替えられ、クラッチペダルへの踏み込み操作が解除されクラッチペダルが元の状態に戻ると係合状態に復帰する。マニュアルクラッチ１２も自動クラッチ１１と同様に解放状態で動力伝達経路７を分断し係合状態で動力伝達経路７を接続する。

上述したエンジン２、ＭＧ３、スタータ５及び自動クラッチ１１の各動作はコンピュータとして構成された電子制御装置（ＥＣＵ）２０にて制御される。ＥＣＵ２０はエンジン２の燃焼制御やハイブリッド車両１の走行モードの切り替え制御等様々な制御を行うが、ここでは本発明に関連してＥＣＵ２０が行う制御について説明し他の制御については説明を省略ないし簡略化する。

ＥＣＵ２０には各種の制御で使用する物理量を取得するため、種々のセンサ等の検出装置が接続されている。本発明に関連する検出装置としては、エンジン２の回転数（回転速度）に応じた信号を出力するクランク角センサ２１、ハイブリッド車両１の車速に応じた信号を出力する車速センサ２２、ＭＴ８がニュートラル状態の場合に信号を出力するニュートラルスイッチ２３、自動クラッチ１１が解放状態又は係合状態のいずれであるかを検出するクラッチセンサ２４、及びマニュアルクラッチ１２が解放状態又は係合状態のいずれであるかを検出するクラッチセンサ２５がそれぞれ設けられており、これらの出力信号はＥＣＵ２０に入力される。

本形態はハイブリッド車両１が停車中にエンジン２を再始動させる制御内容に特徴がある。図２に示した制御ルーチンのプログラムはＥＣＵ２０に記憶されており、適時に読み出されて所定間隔でエンジン２の停止中に繰り返し実行される。

ステップＳ１において、ＥＣＵ２０はハイブリッド車両１の車速を車速センサ２２の信号を参照して同車両１が停車中か否かを判定する。停車中の場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。ステップＳ２において、ＥＣＵ２０はエンジン２の始動要求があるか否かを判定する。始動要求は所定の始動条件が成立した場合に生成される。この始動条件としては運転者が発進を準備する操作、例えば不図示のブレーキペダルを解放する操作等を検出した場合や、バッテリの残量が所定値以下に低下した場合等の種々の条件が設定される。エンジン２の始動要求があった場合はステップＳ２に進み、そうでない場合は以後の処理をスキップして今回のルーチンを終了する。

ステップＳ３において、ＥＣＵ２０はＭＴ８がニュートラル状態で、かつマニュアルクラッチ１２が解放状態にあるか否かを判定する。言い換えれば、ＥＣＵ２０は駆動輪１０とＭＧ３との間で動力伝達経路７が分断された状態にあるか否かを判定する。ニュートラル状態か否かはニュートラルスイッチ２３の出力信号に基づいて、マニュアルクラッチ１２が解放状態にあるか否かはクラッチセンサ２５の出力信号に基づいてそれぞれ判定される。

駆動輪１０とＭＧ３との間で動力伝達経路７が分断されていればＭＧ３の動力が駆動輪１０に伝達されることはない。そのため、ＥＣＵ２０はステップＳ４に処理を進め、自動クラッチ１１を係合状態としてＭＧ３の動力でエンジン２を始動させる。この始動形態は第２の始動形態に相当する。具体的な始動の手順は公知の手法と同じである。即ち、ＥＣＵ２０はＭＧ３を駆動することでエンジン２をクランキングしつつ、燃料噴射を実行して所定タイミングで燃焼室内の混合気に点火させる。そして、ＥＣＵ２０はエンジン２の回転数が自立運転可能な始動完了判定値よりも高まったか否かをクランク角センサ２１の出力信号に基づいて判定し、回転数が始動完了判定値を超えた場合にエンジン２の始動が完了したものとしてＭＧ３の駆動を停止させる。

一方、動力伝達経路７が分断されていない場合、つまりＭＴ８がニュートラル状態でなく又はマニュアルクラッチ１２が係合状態の場合はＭＧ３の動力が駆動輪１０に伝達される可能性がある。そのため、ＥＣＵ２０はステップＳ５に処理を進めて、自動クラッチ１１を解放状態としてスタータ５の動力でエンジン２を始動させる。この始動形態は第１の始動形態に相当する。具体的な始動の手順は始動のための駆動源が相違することを除いて上記の手法と同様であるから説明を省略する。この始動形態においては、自動クラッチ１１が解放状態でスタータ５が駆動されるので、スタータ５の駆動力が駆動輪１０へ出力することはないので運転者の感覚に影響を与えることはない。

ステップＳ６において、ＥＣＵ２０はＭＧ３を用いた始動中にＭＴ８が非ニュートラル状態でかつマニュアルクラッチ１２が係合状態であるか否かを判定する。即ち、ＥＣＵ２０は、第２の始動形態の実行開始後でかつエンジン２の回転数が上記始動完了判定値を超える前の始動中に上記判定を行う。これにより、ＭＧ３を用いたエンジン２の始動中に運転者の操作によって駆動輪１０とＭＧ３との間で動力伝達経路７が分断された状態から接続された状態に変化したかどうか判明する。こうした変化があった場合はＭＧ３の動力が駆動輪１０へ伝達される可能性があるので、ＥＣＵ２０は、ステップＳ７に処理を進めて自動クラッチ１１を係合状態から解放状態へ切り替えるとともに、続くステップＳ８においてスタータ５を用いたエンジン２の始動に切り替える。つまり、第２の始動形態によるエンジン２の始動中に、動力伝達経路７が分断された状態から接続された状態に変化した場合には、始動形態が第２の始動形態から第１の始動形態へ切り替えられる。こうした場合においても、ＭＧ３の動力が駆動輪１０に出力される事態を回避することができる。ＥＣＵ２０は図２の制御ルーチンを繰り返し実行することによって本発明に係るエンジン始動制御手段として機能する。

本形態によれば、自動クラッチ１１を解放状態としてスタータ５の動力でエンジン２を始動させる第１の始動形態と、自動クラッチ１１を係合状態としてＭＧ３の動力でエンジン２を始動させる第２の始動形態とを、駆動輪１０とＭＧ３との間で動力伝達経路７が分断された状態か否かに応じて切り替えることができるので、その動力伝達経路７の状態に見合った始動形態を選択することができる。また、スタータ５だけでエンジン２を始動する場合に比べてスタータ５の使用頻度が低下するのでスタータ５の耐久性に対する要求を緩和できる。特に、ＭＧ３を用いた第２の始動形態によるエンジン２の始動中に、動力伝達経路７が分断された状態から接続された状態に変化した場合には、始動形態が第２の始動形態から第１の始動形態へ切り替えられるため、このような場合でもＭＧ３の動力が駆動輪１０に出力される事態を回避することができる。

本発明は上記形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。駆動輪と電動機との間で動力伝達経路が分断された状態か否かに基づく限り、第１の始動形態と第２の始動形態とを切り替える条件は適宜定めることができる。例えば、動力伝達経路が分断されていても、例えば、バッテリの残量が少なく電動機の駆動に支障を来たす等の特定条件が成立した場合にはスタータを用いた第１の始動形態でエンジンを始動することもできる。また、動力伝達経路が接続されていても、例えば、後下がりの坂道に車両が停車している場合や運転者によるアクセルペダルの踏み込みが大きく要求駆動力が所定値よりも高い等の特定条件が成立した場合には電動機を用いた第２の始動形態でエンジンを始動することもできる。

本発明に係る動力伝達経路は上記形態のようにエンジンから駆動輪に向かって一直線状に延びる形態に限らない。例えば、エンジンから駆動輪に至る過程で、経路が二つに分岐して再び合流するような動力伝達経路であっても、電動機でエンジンを始動できかつ電動機の動力が駆動輪に出力され得る形態であれば、本発明に係る動力伝達経路として成立する。

１ハイブリッド車両
２エンジン
３ＭＧ（電動機）
５スタータ
７動力伝達経路
８ＭＴ
１０駆動輪
１１自動クラッチ
１２マニュアルクラッチ
２０ＥＣＵ（エンジン始動制御手段）

Claims

エンジンと、駆動輪と、前記エンジンの動力を前記駆動輪に伝達する動力伝達経路に設けられた電動機と、前記電動機と前記駆動輪との間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルトランスミッションと、前記エンジンと前記電動機との間の前記動力伝達経路に設けられた自動クラッチと、前記電動機と前記マニュアルトランスミッションとの間の前記動力伝達経路に設けられたマニュアルクラッチと、前記エンジンを始動するためのスタータと、前記エンジンが停止した停車時に前記駆動輪と前記電動機との間で前記動力伝達経路が分断された状態か否かに基づいて、前記自動クラッチを解放状態として前記スタータの動力で前記エンジンを始動させる第１の始動形態と、前記自動クラッチを係合状態として前記電動機の動力で前記エンジンを始動させる第２の始動形態とを切り替えるエンジン始動制御手段と、を備えるハイブリッド車両。
前記エンジン始動制御手段は、前記駆動輪と前記電動機との間で前記動力伝達経路が分断されている場合に、前記第２の始動形態で前記エンジンを始動させる請求項１に記載のハイブリッド車両。
前記エンジン始動制御手段は、前記第２の始動形態で前記エンジンを始動させている間に、前記マニュアルクラッチによって前記電動機と前記駆動輪との間で前記動力伝達経路が分断された状態から接続された状態へ変化した場合、前記第２の始動形態から前記第１の始動形態に切り替えて前記エンジンを始動させる請求項２に記載のハイブリッド車両。