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JP3931465B2 - Engine start control device, control method, and hybrid vehicle - Google Patents

Engine start control device, control method, and hybrid vehicle Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a starting control system that appropriately executes a judgment of perfect ignition in the engine at starting. SOLUTION: An engine, motor MG1, motor MG2, and axle are connected via planetary gears to constitute a hybrid vehicle. The engine is cranked to start by means of the torque of the motor MG1. If the engine speed is lower than the igniting speed Netag, the torque of the motor MG1 is changed according to a predetermined pattern. After the igniting speed is achieved and the engine operation is started, the torque of MG1 is set by PI control so that the engine speed becomes a predetermined target speed N1*. The target speed N1* is set lower than an engine idling speed Ne*. When the engine starts self-sustaining operation at the idling speed Ne*, the torque of the motor MG1 changes into the negative region. With this change of torque, reliable judgement of perfect ignition can be executed.

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンに結合された電動機の動力によって該エンジンを始動する始動制御装置および制御方法に関する。また、エンジンと電動機とを動力源とし、前記エンジン始動制御装置を搭載したハイブリッド車両に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、エンジンと電動機とを動力源として備えるハイブリッド車両が提案されている。ハイブリッド車両には、シリーズハイブリッド車両とパラレルハイブリッド車両とがある。シリーズハイブリッド車両とは、エンジンは発電機と結合されるのみで、駆動軸とは機械的に結合されていないハイブリッド車両をいう。シリーズハイブリッド車両では、エンジンの動力で発電機を駆動して発電することができる。この電力はバッテリの充電に使用される他、駆動軸に結合された駆動用の電動機に供給される。シリーズハイブリッド車両は、この電動機の動力によって走行する。エンジンからの機械的な動力を直接駆動軸に伝達することはできない。
【0003】
パラレルハイブリッド車両とは、エンジンと駆動軸とが機械的に結合されたハイブリッド車両をいう。エンジンは駆動軸の他、発電機とも結合されている。パラレルハイブリッド車両では、エンジンから出力された動力の少なくとも一部を駆動軸に伝達することができる。また、エンジンに結合された発電機をエンジンの動力で駆動することにより発電することもできる。さらに、駆動軸に結合された電動機を力行して走行することもできる。電動機を力行することで、エンジンから駆動軸に伝達された動力を補って、駆動軸から要求動力を出力して走行することができる。
【0004】
上述したハイブリッド車両では、車両の走行状態に応じてエンジンの運転が制御される。例えば、シリーズハイブリッド車両では、電動機の力行に十分な電力がバッテリに充電されている場合には、エンジンの運転が停止される。バッテリの電力が消費され、充電が必要になると、エンジンが始動されて充電が開始される。パラレルハイブリッド車両では、発進時にはエンジンを停止し、電動機の動力を利用して走行する。車両が所定の車速に達すると、エンジンを始動し、エンジンの動力を利用して走行する。バッテリの充電状態に応じてエンジンの始動・停止が制御される点は、シリーズハイブリッド車両と同様である。
【0005】
エンジンのみを動力源とする車両では、車両の走行中にはエンジンが常に運転状態にあるのが通常である。通常の車両では、車両の運転を開始する際に運転者がイグニッションスイッチを操作してエンジンを始動する。運転者がイグニッションスイッチをオンにすると、いわゆるセルモータの動力によってエンジンがクランキングされる。エンジンの回転数が、数百rpm程度に達すると、燃料の噴射および点火が行われてエンジンの運転が開始される。運転が始まると、エンジンの回転数は約1000rpm程度まで急激に増大する。この回転数の変動から、運転者はエンジンの自立始動が開始されたことを認知し、エンジン始動のための操作を完了する。
【0006】
一方、ハイブリッド車両では、運転者の操作に関わらず、走行中にエンジンの始動・停止が行われる。ハイブリッド車両では、始動制御装置が、エンジンの始動要求に応じてエンジンの始動を実行する。始動制御装置は、エンジンの始動要求を受け取ると、エンジンに結合された電動機を力行して、クランキングを実行する。エンジンが所定の回転数に達すると、燃料の噴射および点火を行ってエンジンの運転を開始する。エンジンが自立運転を開始したと判定されると(以下、完爆判定という)、始動制御装置は、エンジンを始動するための処理を終了する。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
ハイブリッド車両では、走行中にエンジンの始動・停止が繰り返し実行される。従って、十分快適な乗り心地を確保するため、エンジンを滑らかに始動することが好ましい。かかる始動を実現するため、ハイブリッド車両では、クランキングにより自立運転時の回転数に付近まで回転数を上昇させた後、燃料の噴射および点火を行う。このため、自立運転開始前後での回転数の変動は比較的小さく、エンジンの回転数からはエンジンが自立運転を開始したか否かを判定することが困難である。従来のハイブリッド車両では、エンジンの完爆判定は、エンジンの回転数および点火後の経過時間に基づいてなされていた。
【0008】
しかし、かかる方法では、適切な完爆判定が実行できない場合があった。例えば、点火後の経過時間を短く設定した場合には、エンジンが十分に自立運転を開始していないにも関わらず電動機の運転を停止する可能性がある。この結果、エンジンは動力系統の摩擦の負荷により自立運転を開始できずに停止する可能性があった。逆に経過時間を長く設定した場合には、エンジンが既に自立運転を開始しているにも関わらず電動機が運転され、電力の消費量が増大していた。
【0009】
また、パラレルハイブリッド車両の場合、上述の経過時間を長く設定した場合には、走行中の車両の応答性を損ねることになる。走行中においては、速やかにエンジンの始動の制御を終了し、エンジンの動力を利用した走行に移行することが望まれるからである。さらに、エンジンが自立運転を開始するまでの時間は、エンジン水温など種々の運転状態に応じて変化する。従来の始動制御装置は、これらの事情の全てに適合した適切な完爆判定を行うことができなかった。
【0010】
上述の課題は、ハイブリッド車両に限定された課題ではない。エンジンの自立運転を判断する必要が生じる全ての始動制御装置に共通の課題であった。本発明は、かかる課題を解決するためになされたものであり、エンジンの完爆判定を適切に行うことができる始動制御装置および制御方法を提供することを目的とする。また、かかる始動制御装置を適用したハイブリッド車両を提供することを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
上記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明では以下の構成を採った。
本発明の始動制御装置は、
エンジンに結合された電動機の動力によって該エンジンを回転させるとともに、燃料の供給および点火を行って該エンジンを自立運転させる始動制御装置であって、
該エンジンの自立運転時の要求動力を設定する動力設定手段と、
前記要求動力に応じた運転状態で前記エンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転を阻害しない範囲で、前記エンジン制御手段によって実現されるエンジン回転数よりも有意に低い電動機目標回転数で前記電動機を回転させる電動機制御手段と、
該電動機のトルクに基づいて前記エンジンが自立運転を開始したか否かを判定する自立運転判定手段とを備えることを要旨とする。
【0012】
かかる始動制御装置によれば、エンジン制御手段と電動機制御手段との相互作用の結果、電動機のトルクに現れる変動によってエンジンの完爆判定を適切に行うことができる。即ち、上記始動装置によればエンジンの自立運転が開始された後は、エンジン制御手段が要求動力に応じた運転状態でそのエンジンの運転を行う。エンジン制御手段による制御は、種々の態様が考えられ、例えば、回転数とトルクの積、即ち出力される動力が要求動力に相当するように制御することができる。また、要求動力に応じて定まる所定の回転数でエンジンを運転するように制御するものとしてもよい。エンジンに燃料の供給および点火が行われたにも関わらず、自立運転を開始していない状態では、当然、エンジン制御手段は有効に機能し得ず、エンジンは要求動力に応じた運転状態とはならない。
【0013】
一方、本発明の始動制御装置では、電動機制御手段が電動機の回転を制御する。この電動機はエンジンに結合されているから、間接的にエンジンの回転数を制御することになる。つまり、電動機制御手段はエンジン制御手段により実現される回転数よりも有意に低い回転数でエンジンを回転させるように電動機を制御する。エンジンが自立運転を開始し、エンジン制御手段が有効に機能し始めた後は、その回転数を電動機目標回転数に低減させるべく、電動機からは負のトルクが出力される。エンジンが自立運転を開始する以前、即ちエンジン制御手段が有効に機能していない状態ではエンジンの回転数が電動機目標回転数よりも低いため、エンジンの回転数を上昇させるべく、電動機からは正のトルクが出力される。
【0014】
このように本発明の始動制御装置によれば、エンジンの運転状態をエンジン制御手段と電動機制御手段の2つの手段により制御する。この結果、エンジン制御手段が有効に機能するか否か、即ちエンジンが自立運転を開始したか否かに応じて、電動機の出力トルクが変動する。本発明の始動制御装置では、こうして生じる電動機のトルクの変動に基づいてエンジンが自立運転を開始したか否かを判定する。電動機のトルクの変動は、電動機制御手段によるトルク指令値に基づき容易かつ精度よく検出することができる。従って、本発明の始動制御装置によれば、完爆判定を適切に行うことができる。
【0015】
ここで、本明細書における用語の定義をする。本明細書において、「始動」とはエンジンが停止状態から自立運転を開始するまでの状態をいうものとする。自立運転とは電動機からのトルクなしでエンジンが回転を継続できる運転状態にあることをいう。エンジンに燃料の噴射および点火が開始された当初では、まだ自立運転を行うことができない場合がある。本明細書ではかかる状態に対しては単に「運転開始」という用語を用いるものとする。
【0016】
先に説明した通り、電動機目標回転数は、電動機のトルクの設定に用いられるエンジンの目標回転数である。従って、電動機目標回転数がエンジン目標回転数よりも有意に低いか否かは、電動機から出力された動力がエンジンに伝達される直前の状態で判定するものとする。例えば、電動機が変速機を介してエンジンに結合されている場合には、変速機を経てエンジンに伝達される直前の回転数を電動機目標回転数とする。本発明は、このように変速機を介して電動機がエンジンに結合されている場合など、電動機自体の回転数はエンジン回転数より有意に低くはなっていない場合も含んでいる。
【0017】
なお、有意に低い回転数の範囲は、上述の制御に基づき電動機のトルクの変動を検出可能な程度の範囲である。電動機目標回転数をエンジン回転数よりも極端に低くすれば、エンジンが自立運転を開始した後に電動機によりかけられる負荷が大きくなる。この負荷によってエンジンの回転が阻害され、運転が停止する可能性もある。また、電動機目標回転数がエンジンの点火を行う回転数よりも低い場合には、エンジンの回転数を十分に上昇させることができず、運転を開始することができない。本発明における「エンジンの運転を阻害しない範囲」とは、このようにエンジンの運転開始および継続の障害とならない範囲を意味する。
【0018】
一方、電動機目標回転数をエンジン回転数とほぼ同等の値にした場合には、エンジンから出力される動力、および電動機のトルクの変動が生じない可能性がある。回転数の変動に基づいてエンジンの運転を制御する際には、エンジンの運転状態が頻繁に変動することを回避するため、所定の不感帯を設けるのが通常である。電動機目標回転数は少なくともこの不感帯を外れる範囲で設定することが望ましい。
【0019】
なお、本発明において電動機目標回転数を設定する基準となるエンジン回転数はエンジン制御手段によるエンジンの制御態様に応じて異なる。例えば、エンジンが所定の回転数で回転するように制御されている場合には、その回転数をエンジン回転数とすればよい。
【0020】
一方、回転数およびトルクを所定の値に制御するのではなく、要求された動力をエンジンから出力するようにエンジンの制御が行われる場合を考える。かかる場合には、エンジン制御手段によって実現される回転数はエンジンにかけられる負荷に応じて変動する。電動機によって負荷をかけることによってエンジンを所望の回転数で回転させるように制御するのが通常である。従って、エンジン制御手段により実現されるエンジン回転数としては、電動機による負荷がない場合に実現される回転数をいうものとする。エンジン制御手段により実現される回転数が、エンジンに負荷をかける電動機以外の要素によって変動し得る場合には、かかる変動の範囲も考慮して電動機目標回転数を設定することが望ましい。
【0021】
上述の通り、本発明において、自立運転時の要求動力は種々の値に設定可能である。また、エンジンの制御も種々の方法が適用可能である。このように本発明は種々の態様で構成可能であるが、
特に、前記動力設定手段は、前記要求動力を値0に設定する手段であり、
前記エンジン制御手段は、所定のエンジン回転数で前記エンジンを回転させる手段であるものとすることが好ましい。
【0022】
一般に自立運転時の要求動力が高い程、エンジン回転数は高く、出力トルクも大きくなる。エンジンには複数の燃焼部が設けられていることが通常であり、始動時には運転の開始にバラツキが生じることが多い。つまり、一部の燃焼部では自立運転開始可能な状態に至った後でも他の燃焼部は自立運転に至っていない場合もある。かかるバラツキは始動時における振動の原因となる。自立運転時の要求動力が小さければ、それぞれの燃焼部で出力される動力が小さくなるから、上記バラツキによる影響も小さくなる。従って、上述の通り、要求動力を値0とすれば、始動時の振動を十分低減することができる。
【0023】
また、要求動力に応じて、始動時の燃料消費量も変動する。始動時には自立運転開始後に対して有害ガス、いわゆるエミッションが多いのが通常である。エミッションの量は要求動力に応じて変動する。従って、上述の通り、要求動力を値0とすれば、始動時の燃料消費量およびエミッションを抑制することができる。
【0024】
一方、値0の要求動力に応じた運転状態には、エンジンの停止と、いわゆるアイドル状態での運転が含まれる。エンジンの始動を適切に実行するためには、エンジン制御手段がアイドル状態での回転数でエンジンを運転する制御を実行することが望ましいことは説明するまでもない。
【0025】
上述の態様で本発明を構成した場合の作用について詳述する。エンジンの運転が開始された後、エンジン制御手段はアイドル回転数に相当する回転数でエンジンを運転する。一方、電動機制御手段はエンジンの回転数が電動機目標回転数まで低下するようにエンジンに負荷をかける。エンジン制御手段はこの負荷に抵抗してアイドル回転数を維持するように燃料噴射量等を増大する。この結果、電動機は負のトルクを出力し続け、エンジンから出力される動力は増大する。目標回転数を異にする2つの制御手段によりエンジン回転数を制御するため、エンジンが自立運転を開始した後は、両者の相互作用によって電動機のトルクが負になるのである。従って、上記態様で始動制御装置を構成すれば、エンジンの完爆を適切に判定することができる。
【0026】
要求動力を値0とする場合においては、
前記エンジンの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記動力設定手段は、該温度が前記エンジンの点火の容易性に応じて定まる所定値以下の場合には、前記要求動力を正の所定値とする手段であるものとすることが好ましい。
【0027】
一般にエンジンは気化した燃料に点火して動力を得るものである。エンジンの温度が非常に低い場合には、燃料が気化しにくく点火しにくいのが通常である。上記始動制御装置によれば、エンジンの温度が所定値以下の場合には、要求動力を正の値とする。要求動力が大きくなれば、燃料の噴射量が増大するため、燃焼が促進され始動しやすくなる。従って、上記始動制御装置によれば、低温下にある場合にエンジンを適切に始動することができる。なお、かかる場合の要求動力は予め定めた一定の値としてもよいし、エンジンの温度に応じた値としてもよい。
【0028】
本発明の始動制御装置は、エンジンの始動を実行する必要がある種々の装置に適用可能である。もちろん、エンジンのみを動力源とする種々の動力出力装置に適用することも可能である。かかる場合には、動力出力装置の運転中にエンジンの始動・停止が繰り返し実行されるか否かに関わらず、エンジンの始動を適切に行うことができる利点がある。また、始動時における燃料消費量およびエミッションの低減という利点もある。
【0029】
このように本発明は、エンジンのみを動力源とする動力出力装置に適用可能なものであるが、特にエンジンと電動機とを動力源とするハイブリッド式の動力出力装置に適用することが好ましい。ハイブリッド式の動力出力装置は、運転中にエンジンの始動・停止が繰り返し実行されるからである。中でも、次に示す通り、本発明の始動制御装置を適用し、ハイブリッド車両として発明を構成することが好ましい。
【0030】
本発明のハイブリッド車両は、
エンジンと第1の電動機とを動力の供給源として搭載し、該エンジンに結合された第2の電動機によって該エンジンの始動および停止を制御しながら走行するハイブリッド車両であって、
該エンジンの始動要求に応じて、前記第2の電動機を制御して該エンジンを回転させるとともに、前記エンジンへの燃料の供給および点火を行うエンジン点火制御手段と、
該エンジンの自立運転時の要求動力を設定する動力設定手段と、
前記要求動力に応じた運転状態で前記エンジンを運転するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転を阻害しない範囲で、前記エンジン制御手段によって実現されるエンジン回転数よりも有意に低い電動機目標回転数で前記第2の電動機を回転させる電動機制御手段と、
該第2の電動機のトルクに基づいて前記エンジンが自立運転を開始したか否かを判定する自立運転判定手段とを備えることを要旨とする。
【0031】
かかるハイブリッド車両によれば、先に始動制御装置で説明したのと同様の作用により、エンジンを適切に始動することができる。ハイブリッド車両は、電動機の動力源のみによって走行することが可能であるため、走行中にエンジンの始動および停止が繰り返し実行される。本発明のハイブリッド車両によれば、このように繰り返し実行されるエンジンの始動を適切に行うことができるため、安定した運転を実現することができるとともに、燃費の向上、エミッションの低減を図ることができる。
【0032】
なお、本発明のハイブリッド車両は、シリーズハイブリッド車両およびパラレルハイブリッド車両のいずれの構成でもよい。上述の第1の電動機と第2の電動機とを異なる電動機とし、エンジンと駆動軸とは結合されていない構成を適用すれば、シリーズハイブリッド車両となる。また、第1の電動機と第2の電動機とを異なる電動機とし、エンジンと駆動軸とを結合すれば、電動機を2つ備えたパラレルハイブリッド車両となる。さらに、第1の電動機と第2の電動機とを共通の電動機とすれば、電動機を1つ備えたパラレルハイブリッド車両となる。本発明はいずれの構成を採用するものとしても構わない。
【0033】
本発明のハイブリッド車両においては、先に説明した始動制御装置と同様、
前記動力設定手段は、前記要求動力を値0に設定する手段であり、
前記エンジン制御手段は、所定のエンジン回転数で前記エンジンを回転させる手段であるものとすることが望ましい。
このように要求動力を設定すれば、先に始動制御装置で説明した通り、エンジン始動時の振動、燃料消費量、エミッションを抑制することができる。特に振動の抑制は、ハイブリッド車両の乗り心地を大きく向上する点で好ましい。
【0034】
また、要求動力を値0とする場合には、
前記エンジンの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記動力設定手段は、該温度が前記エンジンの点火の容易性に応じて定まる所定値以下の場合には、前記要求動力を正の所定値とする手段であるものとすることも好ましい。
こうすれば、低温下でエンジンの始動を適切に行うことが可能となる。
【0035】
要求動力を値0とする場合には、加えて、
前記車両が停車中であるか否かを判定する停車判定手段を備え、
前記動力設定手段は、前記車両が停車中でない場合には、前記要求動力を正の所定値とする手段であるものとすることも好ましい。
【0036】
かかるハイブリッド車両によれば、停車中には要求動力を値0とし、走行中には正の所定値とする。走行中にエンジンを始動する場合は、エンジンの動力を利用して走行することが要求されているのが通常である。かかる状況下での走行を続ければバッテリの電力が消費される。従って、走行中にエンジンの始動が要求された場合には、エンジンから速やかに動力を出力することが望ましい。上記ハイブリッド車両によれば、エンジンの要求動力を正の所定値として始動するため、速やかに動力を出力することができる。従って、バッテリの電力消費を抑制することができるとともに、車両の応答性を向上することができる。
【0037】
なお、走行中に始動する際の要求動力は、予め設定した一定値としてもよいし、車両の走行状態、例えば車速やアクセルの踏み込み量などに応じて定まる値としてもよい。後者の場合には、要求動力を連続的に変化させるものとしてもよいし、段階的に変化させるものとしてもよい。
【0038】
また、低温時において要求動力を正の所定値にするものとを種々の態様で組み合わせて適用してもよい。例えば、エンジンが所定以上の温度であり、停車中の場合にのみ要求動力を値0とし、その他の場合には正の所定値としてもよい。また、停車中またはエンジンが所定以上の温度のいずれか一方の条件を満足するときに要求動力を値0とし、その他の場合には正の所定値としてもよい。その他種々の態様で組み合わせて適用することが可能である。
【0039】
本発明は、以下に示すエンジンの制御方法として構成することもできる。
即ち、本発明の制御方法は、
エンジンに結合された電動機の動力によって該エンジンを回転させるとともに、燃料の供給および点火を行って該エンジンを自立運転させる制御方法であって、
(a) 該エンジンの自立運転時の要求動力を設定する工程と、
(b) 前記要求動力に応じた運転状態で前記エンジンを運転する工程と、
(c) 前記エンジンの運転を阻害しない範囲で、前記エンジン制御手段によって実現されるエンジン回転数よりも有意に低い電動機目標回転数で前記電動機を回転させる工程と、
(d) 該電動機のトルクに基づいて前記エンジンが自立運転を開始したか否かを判定する工程とを備える制御方法である。
【0040】
かかる制御方法によれば、先に始動制御装置として説明したのと同様の作用により、エンジンを安定して適切に始動することができる。なお、先に始動制御装置において説明した種々の付加的な要素を上記制御方法に適用することが可能であることはいうまでもない。また、エンジンの制御方法としての発明を、ハイブリッド車両の制御方法の発明として構成することも可能である。
【0041】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を実施例に基づいて説明する。
(1)実施例の構成:
はじめに、本発明の実施例としてのハイブリッド車両の構成を説明する。図1はこのハイブリッド車両の動力を出力する動力系統の構成を示す説明図である。動力系統に備えられたエンジン150は通常のガソリンエンジンであり、クランクシャフト156を回転させる。本実施例のエンジン150は吸気弁および排気弁の開閉タイミングを調整することができる機構(以下、VVT機構と呼ぶ)を備えている。VVT機構の構成については、周知であるため詳細な説明を省略する。
【0042】
エンジン150の運転およびVVT機構はEFIECU170により制御されている。EFIECU170は内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータであり、CPUがROMに記録されたプログラムに従い、エンジン150の燃料噴射量その他の制御を実行する。
【0043】
動力系統には、他にモータMG1,MG2が備えられている。モータMG1,MG2は、同期電動機であり、外周面に複数個の永久磁石を有するロータ132,142と、回転磁界を形成する三相コイル131,141が巻回されたステータ133,143とを備える。ステータ133,143はケース119に固定されている。モータMG1,MG2のステータ133,143に巻回された三相コイル131,141は、それぞれ駆動回路191,192を介してバッテリ194に接続されている。駆動回路191,192は、各相ごとにスイッチング素子としてのトランジスタを2つ1組で備えたトランジスタインバータである。駆動回路191,192は制御ユニット190に接続されている。制御ユニット190からの制御信号によって駆動回路191,192のトランジスタがスイッチングされるとバッテリ194とモータMG1,MG2との間に電流が流れる。モータMG1,MG2はバッテリ194からの電力の供給を受けて回転駆動する電動機として動作することもできるし(以下、この走行状態を力行と呼ぶ)、ロータ132,142が外力により回転している場合には三相コイル131,141の両端に起電力を生じさせる発電機として機能してバッテリ194を充電することもできる(以下、この走行状態を回生と呼ぶ)。
【0044】
エンジン150とモータMG1,MG2はそれぞれプラネタリギヤ120を介して機械的に結合されている。プラネタリギヤ120は、サンギヤ121,リングギヤ122,プラネタリピニオンギヤ123を有するプラネタリキャリア124から構成されている。サンギヤ121は中央で回転する。プラネタリピニオンギヤ123はサンギヤ121の周囲を自転しながら公転する。リングギヤ122はプラネタリピニオンギヤ123の周囲で回転する。エンジン150のクランクシャフト156はダンパ130を介してプラネタリキャリア軸127に結合されている。ダンパ130はクランクシャフト156に生じる捻り振動を吸収するためのものである。モータMG1のロータ132は、サンギヤ軸125に結合されている。モータMG2のロータ142は、リングギヤ軸126に結合されている。リングギヤ122の回転は、チェーンベルト129を介して駆動軸112および車輪116R,116Lに伝達される。
【0045】
実施例のハイブリッド車両の運転全体は制御ユニット190により制御されている。制御ユニット190は、EFIECU170と同様、内部にCPU、ROM、RAM等を有するワンチップ・マイクロコンピュータである。制御ユニット190はEFIECU170と接続されており、両者は種々の情報を通信し合うことが可能である。例えば、EFIECU170はエンジン水温を水温センサ154により検出している。従って、制御ユニット190は通信によりエンジン水温を取得することができる。逆に、制御ユニット190は、エンジン150の制御に必要となるトルク指令値や回転数の指令値などの情報をEFIECU170に送信することにより、エンジン150の運転を間接的に制御することができる。また、駆動回路191,192のスイッチングを制御することにより、モータMG1,MG2の運転を直接制御することができる。
【0046】
かかる制御を実現するために制御ユニット190には、種々のセンサ、例えば、運転者によるアクセルの踏み込み量を検出するためのアクセルペダルポジションセンサ165、および駆動軸112の回転数を知るための回転数センサ144などが設けられている。リングギヤ軸126と駆動軸112は機械的に結合されているため、本実施例では、駆動軸112の回転数を知るための回転数センサ144をリングギヤ軸126に設け、モータMG2の回転を制御するためのセンサと共通にしている。
【0047】
(2)基本的動作:
かかるハイブリッド車両の基本的な動作を説明するために、まずプラネタリギヤ120の動作について説明する。プラネタリギヤ120は、上述した3つの回転軸のうち、2つの回転軸の回転数およびトルク(以下、両者をまとめて回転状態とよぶ)が決定されると残余の回転軸の回転状態が決まるという性質を有している。各回転軸の回転状態の関係を次式(1)に示す。
【0048】
Nr=(1+ρ)Nc−ρNs;
Nc=(Nr+ρNs)/(1+ρ);
Ns=(Nc−Nr)/ρ+Nc;
Ts=ρ/(1+ρ)×Tc;
Tr=1/(1+ρ)×Tc …(1)
【0049】
ここで、Ns,Tsはサンギヤ軸125の回転数およびトルク、Nr,Trはリングギヤ軸126の回転数およびトルク、Nc,Tcはプラネタリキャリア軸127の回転数およびトルクである。また、ρは次式で表される通り、サンギヤ121とリングギヤ122のギヤ比である。
ρ=サンギヤ121の歯数/リングギヤ122の歯数
【0050】
本実施例のハイブリッド車両は、プラネタリギヤ120の作用に基づいて、種々の状態で走行することができる。例えば、ハイブリッド車両が走行を始めた比較的低速な状態では、エンジン150を停止したまま、モータMG2を力行することにより駆動軸112に動力を伝達して走行する。同様にエンジン150をアイドル運転したまま走行することもある。
【0051】
ハイブリッド車両が所定の速度に達すると、制御ユニット190はモータMG1を力行し、そのトルクによってエンジン150をクランキングして始動する。このとき、モータMG1の反力トルクがプラネタリギヤ120を介してリングギヤ122にも出力される。制御ユニット190はこの反力トルクを相殺しつつ要求動力を駆動軸112から出力するようにモータMG2の運転を制御する。エンジンを始動するための制御については後に詳述する。
【0052】
エンジン150が運転している状態では、その動力を種々の回転数およびトルクの回転状態に変換して駆動軸112から出力し、走行する。エンジン150を運転してプラネタリキャリア軸127を回転させると、上式(1)を満足する条件下で、サンギヤ軸125およびリングギヤ軸126が回転する。リングギヤ軸126の回転による動力はそのまま車輪116R,116Lに伝達される。サンギヤ軸125の回転による動力はモータMG1で電力として回生することができる。一方、モータMG2を力行すれば、リングギヤ軸126を介して車輪116R,116Lに動力を出力することができる。エンジン150からリングギヤ軸126に伝達されるトルクが不足する場合にはモータMG2を力行することによりトルクをアシストする。モータMG2を力行するための電力にはモータMG1で回生した電力およびバッテリ149に蓄えられた電力を用いる。制御ユニット190は駆動軸112から出力すべき要求動力に応じてモータMG1,MG2の運転を制御する。
【0053】
プラネタリギヤ120は、リングギヤ122が停止した状態で、プラネタリキャリア124およびサンギヤ121を回転させることが可能である。従って、車両が停止した状態でもエンジン150は運転可能である。例えば、バッテリ194の残容量が少なくなれば、エンジン150を始動し、モータMG1を回生運転することにより、バッテリ194を充電する。車両が停止しているときでもモータMG1を力行すれば、そのトルクによってエンジン150をクランキングし、始動することができる。このとき、制御ユニット190はモータMG2を制御して、モータMG1の反力トルクを相殺する。
【0054】
(3)始動制御処理:
次に、本実施例における始動制御処理について説明する。始動制御処理とは、エンジン150をモータMG1でクランキングすると共に燃料の噴射、点火を行って自立運転を開始するための処理をいう。始動制御処理は、制御ユニット190内のCPU(以下、単にCPUという)により、種々の制御処理と併せて、所定時間毎に繰り返し実行される。始動制御処理は、先に説明した通り、第1にハイブリッド車両の車速およびトルクが、モータMG2のみを動力源とするEV走行からエンジンの動力を利用する通常走行状態に移行する速度に達した場合に実行される。第2にエンジン150が停止している場合において、バッテリ194の残容量が低下し、充電が必要と判断されたときに実行される。第2の条件による始動は停車中か走行中かに関わらず行われる。
【0055】
始動制御処理ルーチンが開始されると、CPUはエンジン150のVVT機構を制御して、まず吸気弁閉じ角を最遅角に設定する(ステップS100)。この設定について説明する。図3は、VVT機構による吸気弁および排気弁の開閉タイミングを示す説明図である。エンジン150はシリンダ内でピストンが上下運動しており、これに伴って図中の時計回りの方向にエンジン150のクランクシャフトが回転する。
【0056】
吸気弁の開閉タイミングを白抜きの矢印で示し、排気弁の開閉タイミングを塗りつぶしの矢印で図示した。図示する通り、排気弁は、ピストンの下死点よりクランクシャフトがやや手前の回転位置にある時点で開き、上死点をやや越えた時点で閉じる。このタイミングは固定である。一方、吸気弁は、例えばタイミングAにおいては上死点より手前で開き、下死点をやや越えた時点で閉じる。吸気弁が開いてから上死点をやや越える時点までは、吸気弁と排気弁の双方が開いている。VVT機構により開閉タイミングを変更すると、吸気弁の開閉タイミングのみが例えばタイミングBのごとく変化する。このとき、吸気弁は、タイミングAよりも遅く、上死点をやや越えた時点で開き、その分下死点を大きく越えた時点で閉じるようになる。吸気弁の開閉タイミングは変更されるものの、開状態となっている期間はタイミングAとタイミングBとで同一である。
【0057】
このように変化する吸気弁の開閉タイミングを図示した通り下死点から吸気弁が閉じるまでの角度、即ち吸気弁閉じ角を用いて表すものとする。吸気弁閉じ角を標準の値よりも大きく調整すると、吸気弁が閉じるのが遅くなる。かかる制御を遅角制御と呼ぶ。遅角制御すると、燃焼室に吸入された混合気を圧縮する行程が短くなるため、エンジン150を始動するためのクランキングを行う際の負荷が減る。本実施例では、ステップS100においてこの負荷を減らすため、吸気弁閉じ角を最遅角に制御している。
【0058】
次に、CPUはエンジンの運転を制御する(ステップS200)。図4は、エンジン運転制御処理ルーチンのフローチャートである。この処理では、CPUはエンジン150が運転を開始しているか否かを判定する(ステップS202)。エンジン150が運転を開始していない状態、即ち燃料の供給および点火が行われていない状態の場合には、CPUはエンジン運転制御処理ルーチンを終了する。始動制御処理ルーチン(図2)を最初に実行する際は、エンジンの運転が開始されていないため、CPUは何ら処理を実行しないことになる。
【0059】
一方、エンジン150が運転を開始している場合、CPUは車両が停車中であるか否かを判定する(ステップS204)。この判定は、回転数センサ144の検出信号を利用して求められる車速に基づいて行うことができる。また、いわゆるシフトレバーのポジションが停車時に用いられるPポジションにあるか否かに基づいて判定することもできる。そして、以下に示す通り、車両の走行状態に応じてエンジン150の運転状態を設定し、運転の制御を実行する。
【0060】
停車中でないと判定された場合には、エンジン150の要求動力として走行状態に応じた動力を設定する。このためにCPUはアクセルの踏み込み量および車速を入力する(ステップS212)。アクセルの踏み込み量は、アクセル開度センサ165により検出される。これらの諸量に基づいて車両の走行状態、即ち車速と要求トルクを検出することができる。CPUは車速および要求トルクの積から、走行に必要な動力を演算し、エンジン150の要求動力Pe*として設定する(ステップS214)。
【0061】
次に、こうして設定された要求動力Pe*について徐変処理を行う(ステップS216)。徐変処理とは、要求動力Pe*の変動を抑制する処理である。エンジン150の要求動力Pe*が急激に変動することにより、車両の運転状態が不安定になる可能性を回避するための処理である。具体的には、従前の要求動力とステップS214で新たに設定された要求動力のそれぞれに所定の重み係数を乗じて和をとる処理、いわゆるなまし処理を行うことによって要求動力の変動を抑制している。ここでは、従前の要求動力から、なまし処理された結果値への変化率が所定の値以下になるように上限ガードする処理も同時に施している。
【0062】
本実施例では、こうして設定された要求動力Pe*に対して更に上下限ガード処理を施す(ステップS218)。つまり、「0≦Pe*≦Pmax」の範囲に入るように要求動力Pe*の値を修正するのである。例えば、要求動力Pe*が値0よりも小さい場合には、要求動力Pe*に値0が設定される。要求動力Pe*が値Pmaxよりも大きい場合には、要求動力Pe*に値Pmaxが設定される。値Pmaxは始動時においてエンジン150に看過しえない程の振動その他不安定な運転状態を生じない範囲で設定された要求動力の上限値である。
【0063】
こうしてエンジン150の要求動力を設定すると、次にエンジン150の目標回転数Ne*を動作曲線に基づいて設定する(ステップS220)。図5は、動作曲線を示す説明図である。図中の曲線Bは、エンジン150が運転可能な回転数およびトルクの限界値を示している。α1%、α2%等で示される曲線は、それぞれエンジン150の運転効率が一定となる等効率線であり、α1%、α2%の順に効率が低くなっていくことを示している。図示する通り、エンジン150は比較的限定された運転ポイントで効率が高く、その周囲の運転ポイントでは徐々に効率が低下していく。
【0064】
C1、C2、およびC3で示されている曲線は、エンジン150から出力される動力が一定の曲線である。A1,A2,A3はそれぞれ曲線C1,C2,C3の動力を出力する際に運転効率が最も高くなる点を示している。なお、C1〜C3の曲線は、要求動力に応じて無数に引くことができる曲線であり、それぞれの要求動力に応じて運転効率の高いトルクおよび回転数を選択することができる。こうして選択された効率の高い無数の運転ポイントを描いた曲線が図中の曲線Aであり、これを動作曲線と呼ぶ。
【0065】
エンジン運転ポイント設定処理のステップS220では、動作曲線上から運転効率の良い目標回転数Ne*が選択される。なお、図5にはエンジン150が運転可能な全領域を示した。図4のエンジン運転ポイント設定処理ルーチンはエンジン150始動時の処理であり、要求動力が比較的低い状態で実行される処理である。従って、図5に示した動作曲線上の比較的低回転数、低トルクの部分が使用される。
【0066】
これと同時にCPUはアイドルフラグをオフにする(ステップS220)。アイドルフラグとは、エンジン150をアイドル運転する制御の実行を指示するためのフラグである。車両が走行中には要求動力Pe*を優先してエンジン150の運転を制御する。従って、かかる制御の実行を指示するため、アイドルフラグをオフにする。
【0067】
こうして走行中における運転ポイントが設定されるとCPUはエンジン150の運転の制御を実行する(ステップS222)。エンジン150の運転を実際に制御するのはEFIECU170である。従って、ここではCPUは要求動力Pe*をEFIECU170に出力することにより間接的にエンジン150の運転を制御する。EFIECU170は要求動力Pe*に応じて燃料噴射量やスロットル開度、点火時期、VVT機構による吸気弁閉じ角などを制御する。
【0068】
なお、エンジン150の運転の制御のみでは要求動力Pe*と回転数Ne*の双方を制御することはできない。EFIECU170は要求動力Pe*が出力されるようにエンジン150を制御するのみであり、回転数はエンジン150にかけられる負荷に応じて結果的に定まる。走行中にエンジン150を始動する場合、走行に必要な動力は既にモータMG2で出力されているから、エンジン150にはほとんど走行負荷はかかっていない。従って、ステップS222の制御のみが実行されれば、エンジン150は非常に高い回転数で回転することになる。本実施例では、後述する通り、モータMG1がエンジン150に負荷を与えることでステップS220で設定された目標回転数Ne*を実現するのである。
【0069】
ステップS202において、停車中であると判定された場合には、CPUはエンジン150をいわゆるアイドル状態で運転するための制御を実行する。CPUは水温センサ154により検出されたエンジン150の水温を入力する(ステップS232)。CPUはこの水温に基づいてエンジン150の要求動力を設定する(ステップS234)。停車中における要求動力は水温に応じたマップとして予め設定されている。図6は、要求動力Pe*を与えるマップを示す説明図である。図示する通り、エンジン水温が所定の温度tmp2よりも低い場合には要求動力は所定の正の値ptmpに設定される。エンジン水温が温度tmp1以上の範囲では要求動力は値0に設定される。温度tmp2〜tmp1の間では、エンジン水温に応じて要求動力は徐々に変化する。
【0070】
一般にエンジン水温が低い場合には、燃料が気化しづらくエンジン150を始動しにくい。かかる場合に要求動力を正の所定値とすれば、エンジン150の吸気量および燃料噴射量が増え、エンジン150の始動が容易になる。本実施例ではかかる観点から、エンジン150の始動が困難な程に水温が低い場合(図6のtmp1以下の状態)には、要求動力をptmpとしているのである。本実施例では、温度tmp1を−10℃、temp2を−20℃とし、ptmpを4kwとしている。これらのパラメータは、搭載するエンジンの種類に応じてそれぞ適切な値を選択すればよい。
【0071】
次に、CPUはエンジン150の目標回転数Ne*を設定する(ステップS236)。目標回転数Ne*は要求動力と同様、エンジン水温のマップとして予め設定されている。図7は目標回転数Ne*を与えるマップの例である。図示する通り、エンジン水温が所定の値tmp3以下では、目標回転数Ne*は値Nt1に設定される。エンジン水温がtmp3を超えると、徐々に目標回転数Ne*は低減し、温度tmp4以上では目標回転数Ne*は値Nt2となる。エンジン水温が比較的低い場合には、エンジン150の暖機を促進するためやや高い回転数を目標回転数として設定するのである。本実施例では値Nt1を1300rpm、値Nt2を1000rpmに設定している。これらの値は搭載するエンジンの種類に応じてそれぞれ適切な値を選択すればよい。
【0072】
これと同時にCPUはアイドルフラグをオンにする(ステップS236)。エンジン150をアイドル運転する場合には、先にステップS222で説明した制御とは異なり、EFIECU170は目標回転数で回転するようにエンジン150の運転を制御する。CPUはかかる制御の実行を指示するために、アイドルフラグをオンにするのである。
【0073】
こうして目標回転数が設定されると、CPUはエンジン150を該回転数でアイドル運転する制御を実行する(ステップS238)。既に説明した通り、CPUはEFIECU170に対して必要な情報を送信することにより、間接的にエンジン150の運転を制御する。ここでは、アイドルフラグがオンになっているため、EFIECU170は、エンジン150の回転数に応じて燃料噴射量、スロットル開度、VVT機構による吸気弁閉じ角等を制御する。CPUからは、かかる制御の実行を指示するフラグ、および目標回転数Ne*がEFIECU170に出力される。こうして、それぞれ車両の走行状態に応じてエンジン150の運転の制御を実行すると、CPUはエンジン運転制御処理ルーチンを終了して、始動制御処理ルーチン(図2)に戻る。
【0074】
始動制御処理ルーチンでは、次にモータMG1の運転の制御を実行する(ステップS300)。図8は、MG1トルクT1の設定処理ルーチンのフローチャートである。この処理が開始されるとCPUはエンジン150の回転数が点火を行うか否かの判断基準となる所定の回転数Netag(以下、点火回転数と呼ぶ)よりも大きいか否かを判断する(ステップS302)。EFIECU170はエンジン150の回転数Neに基づいて点火時期の制御を実行している。従って、エンジン150の回転数NeはEFIECU170との通信で検出することができる。所定の回転数Netagはエンジンの種類に応じて点火に適した回転数を設定すればよい。本実施例では、始動に伴う回転数の大きな変動を回避するため、Netagの値をアイドル回転数とほぼ同等の値、1000rpmに設定している。
【0075】
回転数NeがNetag以下の場合にはモータMG1のトルクT1を所定の変化率で徐々に増やす制御(以下、ランプ制御と呼ぶ)を実行する。このため、CPUはモータMG1のトルクT1を所定の増分ΔTだけ増加する(ステップS310)。併せて、所定の最大値Tmaxを超えないよう、トルクT1に対して上限ガード処理を実行する(ステップS312)。
【0076】
エンジン150の回転数が比較的低い場合には、慣性の影響によりモータMG1から大きなトルクを出力してもエンジン150の回転数の上昇につながらない。かかる状態でモータMG1の要求トルクを大きな値に設定することは電力を無駄に消費することにつながる。本実施例では、かかる観点から回転数NeがNetag以下の場合にはモータMG1をランプ制御するものとしている。
【0077】
一方、エンジン150の回転数NeがNetagよりも大きい場合には、CPUはモータMG1のトルクをフィードバック制御する。このフィードバック制御は、エンジン150の回転数Neが所定の目標回転数N1*に一致するようになされる。但し、目標回転数N1*は車両の走行状態により異なる値を適用する。CPUは車両が停車中であるか否かを判定し(ステップS320)、停車中でない場合には目標回転数N1*に値Ne*を代入する(ステップS322)。この値はエンジン運転制御処理(図4)のステップS220で設定された値である。車両が停車中の場合には、目標回転数N1*として値Ne*から所定の値αを減じた値を設定する(ステップS324)。本実施例では、後述する通り、所定の値αを30〜50rpm程度に設定している。
【0078】
先に説明した通り、車両の走行中においては、モータMG1でエンジン150に負荷を与えないと、エンジン150は非常に高い回転数で運転されることになる。目標回転数N1*およびNe*はエンジン150の制御によって実現される回転数よりも低い値である。一方、停車中においては、エンジン150が目標回転数Ne*で運転するように制御される。ステップS322で説明した通り、値Ne*から所定の値αを減じた値に設定することにより、目標回転数N1*はエンジン150の制御によって実現される回転数よりも低い値となる。このように本実施例では、モータMG1のトルクの算出に用いる目標回転数N1*を、車両の走行状態に関わらず、エンジン150の制御によって実現される回転数よりも低い値に設定している。
【0079】
次に、CPUは、こうして設定された目標回転数N1*とエンジン150の回転数Neとの偏差Δncに基づいて、以下の式によりモータMG1のトルクT1を設定する(ステップS326)。
T1=k1・Δnc+k2・Σ(Δnc)
Δnc=N1*−Ne
【0080】
上式は、いわゆるPI制御によりモータMG1のトルクを設定するための式である。回転数の偏差Δncの比例項(右辺第1項)と積分項(右辺第2項)によりトルクT1が設定される。k1,k2はそれぞれゲインとして予め実験または解析により設定された一定の係数である。エンジン150の回転数Neが目標回転数N1*よりも高い場合にはモータMG1のトルクT1は負の値となり、低い場合には正の値となる。PI制御は周知の技術であるため、これ以上の詳細な説明を省略する。こうして設定されたトルクT1に対してCPUは徐変処理を実行する(ステップS328)。モータT1のトルクが急変し、運転状態が不安定になることを回避するためである。
【0081】
以上の処理によりMG1のトルクT1が設定されると、CPUはモータMG1の運転の制御を行う(ステップS330)。CPUはトルクT1に応じてモータMG1の三相コイルに印加すべき電圧を設定する。この電圧値がモータMG1の回転数に応じた位相で三相コイルに印加されるよう、駆動回路191を構成する各トランジスタのオン・オフをPWM制御する。モータMG1のトルクが負の場合、即ちモータMG1を回生運転する場合も同様である。同期電動機のPWM制御は周知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
【0082】
モータMG1の制御と並行して、CPUは目標トルクT1が負になってからの経過時間の計測を行う(ステップS332)。これは連続して負になっている時間の計測である。従って、目標トルクT1が負の値になった後、再び正の値に変動すれば、経過時間は値0に初期化される。以上の処理を実行すると、CPUはモータMG1制御処理ルーチンを終了し、始動制御処理ルーチン(図2)に戻る。
【0083】
その後、CPUはモータMG2の運転を制御する処理を実行する(ステップS400)。モータMG2はMG1のトルクによる反力を相殺しつつ、必要な動力を駆動軸112に出力するように制御される。モータMG1からトルクT1が出力されると、先に示した式(1)により、その反力がリングギヤ122に出力される。停車中には、この反力を相殺するトルクがモータMG2の目標トルクとして設定される。なお、車両が走行している場合には、反力を相殺するトルクに対して走行に必要なトルクを加えた値がモータMG2の目標トルクとして設定される。CPUはこうして設定された目標トルクに応じた電圧がモータMG2の三相コイルに印加されるように、駆動回路192を構成する各トランジスタのオン・オフをPWM制御する。
【0084】
以上の処理によりエンジン150の回転数は時々刻々変動する。始動制御処理ルーチンが開始された当初、エンジン150の回転数が低い場合には、モータMG1のトルクをランプ制御することによりエンジン150の回転数が徐々に上昇する。CPUはこのように変動するエンジン150の回転数Neが点火回転数Netag以上であるか否かを判定し(ステップS500)、点火回転数Netag以上になった場合には、エンジン150への燃料噴射および点火処理を実行する(ステップS600)。既に説明した通り、かかる処理を実行してエンジン150の運転を開始する指示をEFIECU170に出力するのである。もちろん、既にエンジン150の運転が既に開始されている場合には、この処理は行わない。また、エンジン150の回転数Neが点火回転数Netagよりも低い場合にもこの処理は行わない。
【0085】
次に、CPUはエンジン150の完爆判定として、モータMG1のトルクT1が負になってからの経過期間が所定の値Tsを超えたか否かを判定する(ステップS700)。完爆判定とは、エンジン150が自立運転を開始したか否かの判定をいう。エンジン150が自立運転を開始すると、エンジン150の運転がエンジン運転制御処理(ステップS200)により制御される。この結果、エンジン150はモータMG1のトルク算出の基準となる目標回転数N1*よりも高い回転数で回転するよう制御される。
【0086】
その一方で、モータMG1はエンジン150の回転数を目標回転数N1*に低減させるよう負のトルクを出力するようになる。エンジン150が自立運転していない状態では、エンジン150は、モータMG1が負荷をかけた状態でN1*以上の回転数を維持することができない。従って、モータMG1のトルクT1が負になる期間が所定値csを超えたか否かにより完爆判定を行うことができる。所定値csを超えた場合には、エンジン150が自立運転を開始したと判定してCPUは始動制御処理ルーチンを終了する。所定値cs以下の場合には、エンジン150が自立運転を行っていないと判定して、CPUはステップS200〜S600までの処理を繰り返し実行する。所定値csは、始動時のエンジン回転数、モータMG1のトルク等の変化に基づいて、以下に示す通り実験的または解析的に予め設定することができる。
【0087】
本実施例の始動制御処理に伴うエンジン回転数、モータMG1のトルク等の変化の様子を示す。図9は、車両の走行中に始動制御処理が実行された場合のエンジン回転数等の変動を示す説明図である。図示する通り、時刻t1においてエンジン150の始動制御が開始されると、モータMG1のトルクは一定の変化率で最大トルクTmaxまで上昇する(図8のステップS310,S312参照)。エンジン150の回転数はモータMG1のトルクによって徐々に増加する。
【0088】
こうして時刻t2においてエンジン150の回転数が所定の点火回転数Netagに達すると、エンジン150への燃料の供給および点火が行われる。点火回転数Netagに達した後は、モータMG1のトルクはPI制御により設定される(図8のステップS320〜S328参照)。車両の走行中はエンジン150の目標回転数Ne*と現実の回転数Neとの偏差に基づいて設定される。時刻t2〜t3の区間では、エンジンの回転数は目標回転数Ne*よりも低いため、モータMG1のトルクは正の値となる。
【0089】
時刻t3において、エンジン150の回転数が目標回転数Ne*に至ると、モータMG1のトルクは負に転じる。この場合、エンジン150が自立運転を開始していなければ図中の破線で示すように、エンジン150の回転数は値Ne*以下に低下する。従って、モータMG1のトルクはすぐに再び正の値に戻ることになる。
【0090】
一方、エンジン150が自立運転を開始していれば、エンジン150は動力Pe*を出力するよう制御される。従って、エンジン150の回転数は増大する。モータMG1はエンジン150の回転数を値Ne*に低減させるため、負のトルクを出力する。こうしてエンジン150の回転数が値Ne*で安定するまで、しばらくの期間、モータMG1のトルクは負の値となる。
【0091】
時刻t3においてモータMG1のトルクが負に転じると、完爆判定カウンタが経過時間の計測を開始する。エンジン150が自立運転を開始していれば図示する通り、完爆判定カウンタは一定の割合で増加する。時刻t4になり、経過時間が所定の値csを超えると、CPUはエンジン150が自立運転を開始したと判定して始動制御を終了する。
【0092】
完爆判定の基準となる経過時間csは、こうした回転数等の変動に基づいて、エンジン150が自立運転を開始したことを判定し得る適切な値を設定する。例えば、経過時間csを小さい値に設定すれば、図9中の破線で示したようにエンジン150が自立運転を開始していない場合におけるモータMG1のトルク変動によって、エンジン150が自立運転を開始したものと誤判定する可能性がある。一方、値csを大きい値に設定すれば、完爆判定に要する時間が長くなる。また、エンジン150の回転数がNe*で安定するまでの制御の応答性によってはモータMG1のトルクがわずかの間、正に転じる可能性もあり、誤判定を招く可能性もある。本実施例では、これらの条件を考慮して経過時間csを数秒に設定している。なお、経過時間csをエンジン水温等に応じて変化させるものとしても構わない。
【0093】
次に、停車中においてモータMG1のトルクT1の設定に使用される目標回転数N1*の設定について説明する。図10は、停車中に始動制御処理が実行された場合のエンジン回転数等の変動を示す説明図である。走行中と同様、時刻t11において始動制御が開始されると、モータMG1のトルクT1は最大値Tmaxまで上昇する。時刻t12においてエンジン150の回転数が値Netagに達すると燃料の供給および点火が行われ、エンジン150は運転を開始する。その後、モータMG1の運転はPI制御される(図8のステップS300〜S328参照)。
【0094】
時刻t12〜t13の区間では、エンジン150の回転数はPI制御の目標回転数N1*よりも低いため、モータMG1のトルクは正の値となる。エンジン150の回転数が目標回転数N1*を超えるとモータMG1のトルクは負に転じる。ここでエンジン150が自立運転を開始していなければ、エンジン150の回転数はすぐに低下し、モータMG1のトルクは再び正の値となる。この点は走行中の変化(図9参照)と同様である。
【0095】
一方、エンジン150が自立運転を開始している場合、停車中はエンジン150はアイドル運転するように制御される(図4参照)。エンジン150はアイドル回転数Ne*で回転するように制御される。その一方で、モータMG1はアイドル回転数Ne*よりも低い目標回転数N1*でエンジン150を運転するように制御される。両制御の相互作用によってモータMG1のトルクは継続的に負の値となる。この結果、時刻t13以降で完爆判定カウンタは一定の変化率で増加する。時刻t14において、経過時間が所定の値csを超えるとCPUはエンジン150が自立運転を開始したものと判定し始動制御処理を終了する。
【0096】
EFIECU170が、エンジン150をアイドル運転するための制御は、エンジン150の運転状態が頻繁に変動することを回避するため、所定の不感帯を設けるのが通常である。即ち、アイドル運転の制御は、エンジン150の回転数がアイドル回転数Ne*に対して所定の範囲に収まるように実行されるのが通常である。目標回転数N1*がこの不感帯に入る程、アイドル回転数Ne*と等しい場合には、エンジン150が自立運転を開始するとモータMG1のトルクT1はほぼ値0となるため、完爆判定を適切に実行することができなくなる。
【0097】
一方、目標回転数N1*をアイドル回転数Ne*よりも極端に低い値に設定すると、モータMG1の負荷によってエンジン150の運転が不安定になったり、停止したりする可能性もある。また、本実施例のようにプラネタリギヤ120を介してエンジン150とモータMG1等を結合した構成では、目標回転数N1*を低い値にするとプラネタリギヤ120で歯打ち音が発生することも知られている。さらに、目標回転数N1*を低い値に設定すると、エンジン150の回転が不安定になる結果、いわゆる捻り共振が発生することも知られている。本実施例では、これらの条件を考慮して、エンジン150の運転を妨げない範囲に目標回転数N1*を設定しており、アイドル回転数Ne*よりも30〜50rpm程度低い値を目標回転数N1*としている。つまり、図8のステップS324における値αを30〜50rpm程度としている。
【0098】
以上で説明した本実施例のハイブリッド車両によれば、エンジン150の完爆判定を精度良く行うことができ、エンジン150を適切に始動することができる。従って、エンジン150の始動時における電力の消費を抑制することができる。また、エンジン150を速やかかつ確実に始動することができるため、走行中の車両の応答性を向上することができる。
【0099】
また、本実施例のハイブリッド車両では、停車中にはエンジン150の要求動力を値0として始動することができる。この結果、始動時のエンジン150の振動を低減することができる。また、始動時の燃料消費量およびエミッションを抑制することができる。
【0100】
本実施例のハイブリッド車両では、停車中にはモータMG1のトルクを設定するための目標回転数N1*をエンジン150のアイドル回転数Ne*よりも敢えて低い値とすることにより、モータMG1のトルクに基づく完爆判定を可能とした。この結果、要求動力を値0としてエンジン150を始動することが可能となり、上述の種々の効果を得ることができた。ハイブリッド車両は、燃料消費量およびエミッションに優れている特性を有しており、上述の効果は、この特性を更に向上させるものである。
【0101】
なお、本実施例のハイブリッド車両は、エンジン水温が低い場合には要求動力を正の値とする。従って、低温下にある場合にエンジンを適切に始動することができる。また、走行中には走行状態に応じた要求動力でエンジン150を始動する。従って、エンジン150の始動とともに、走行に必要な動力を速やかに出力することができ、バッテリの電力消費を抑制することができるとともに、車両の応答性を向上することができる。
【0102】
本実施例では、プラネタリギヤ120を適用したハイブリッド車両を例示した。本発明はこれに関わらず種々の構成からなるハイブリッド車両に適用可能である。図11は変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。このハイブリッド車両では、プラネタリギヤ120およびモータMG1に代えて、クラッチモータCMを備える。クラッチモータとは、相対的に回転可能なインナロータ202およびアウタロータ204を備える対ロータ電動機である。図11に示す通り、インナロータ202はエンジン150のクランクシャフト156に結合され、アウタロータ204は駆動軸112に結合されている。アウタロータ204には、スリップリング206を介して電力が供給される。アウタロータ204側の軸にはモータMG2も結合されている。その他の構成は、本実施例のハイブリッド車両と同様である。
【0103】
エンジン150から出力された動力は、クラッチモータCMを介して駆動軸112に伝達することができる。クラッチモータCMは、インナロータ202とアウタロータ204との間に電磁的な結合を介して動力を伝達する。この際、アウタロータ204の回転数がインナロータ202の回転数よりも低ければ、両者の滑りに応じた電力をクラッチモータCMで回生することができる。逆に、クラッチモータCMに電力を供給すれば、インナロータ202の回転数を増速して駆動軸112に出力することができる。エンジン150からクラッチモータCMを介して出力されたトルクが駆動軸112から出力すべき要求トルクと一致しない場合には、モータMG2で補償することができる。
【0104】
また、クラッチモータを力行すれば、エンジン150をモータリングして始動することができる。モータリング時には、インナロータ202とアウタロータ204間での作用・反作用の原理に基づき、反力トルクが車軸側に出力される。この反力トルクはモータMG2で相殺することができる。本発明を第1のハイブリッド車両に適用すれば、かかる始動時にクラッチモータCMのトルクに基づいてエンジン150の完爆判定を行うことが可能である。
【0105】
本発明は、このようにエンジン150の動力を駆動軸に直接出力可能なパラレルハイブリッド車両の他、いわゆるシリーズハイブリッド車両に適用することも可能である。図12は、シリーズハイブリッド車両の構成を示す説明図である。シリーズハイブリッド車両では、エンジン150のクランクシャフトは発電機Gの回転軸に機械的に結合されている。エンジン150は駆動軸には結合されていない。エンジン150を運転することにより発電機Gで電力を発生することができる。発電された電力は、バッテリに蓄電される。一方、駆動軸にはモータMが結合されている。モータMはバッテリの電力により回転する。
【0106】
シリーズハイブリッド車両では、バッテリの充電量に応じてエンジン150を運転・停止する。バッテリの電力が消費され、充電が必要になるとエンジン150を始動して充電を開始する。始動は発電機Gでエンジン150をクランキングして行われる。本発明をかかるシリーズハイブリッド車両に適用すれば、かかる始動時に発電機Gのトルクに基づいてエンジン150の完爆判定を行うことが可能となる。
【0107】
その他、本発明は、ハイブリッド車両の他、エンジンのみを動力源とする通常の車両にも適用可能である。また、車両に関わらず、エンジンを動力源として搭載する種々の装置において、エンジンの運転を始動する始動制御装置に適用するものとしてもよい。
【0108】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこうした実施の形態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。例えば、上記実施例では、ソフトウェアにより種々の制御を実行しているが、これらをハードウェアによって実現するものとしても構わない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例としてのハイブリッド車両の概略構成を示す構成図である。
【図2】始動制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図3】吸気弁閉じ角について示す説明図である。
【図4】エンジン運転制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図5】動作曲線について示す説明図である。
【図6】エンジン水温と要求動力との関係を示す説明図である。
【図7】エンジン水温と目標回転数との関係を示す説明図である。
【図8】MG1運転制御処理ルーチンのフローチャートである。
【図9】車両の走行中に始動制御処理が実行された場合のエンジン回転数等の変動を示す説明図である。
【図10】停車中に始動制御処理が実行された場合のエンジン回転数等の変動を示す説明図である。
【図11】変形例としてのハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【図12】シリーズハイブリッド車両の構成を示す説明図である。
【符号の説明】
112…駆動軸
116R,116L…車輪
119…ケース
120…プラネタリギヤ
121…サンギヤ
122…リングギヤ
123…プラネタリピニオンギヤ
124…プラネタリキャリア
125…サンギヤ軸
126…リングギヤ軸
127…プラネタリキャリア軸
129…チェーンベルト
130…ダンパ
131,141…三相コイル
132,142…ロータ
133,143…ステータ
144…回転数センサ
149…バッテリ
150…エンジン
154…水温センサ
156…クランクシャフト
165…アクセル開度センサ
190…制御ユニット
191,192…駆動回路
194…バッテリ
202…インナロータ
204…アウタロータ
206…スリップリング
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a start control device and a control method for starting an engine by the power of an electric motor coupled to the engine. The present invention also relates to a hybrid vehicle using an engine and an electric motor as power sources and mounting the engine start control device.
[0002]
[Prior art]
In recent years, hybrid vehicles including an engine and an electric motor as power sources have been proposed. Hybrid vehicles include series hybrid vehicles and parallel hybrid vehicles. The series hybrid vehicle is a hybrid vehicle in which the engine is only coupled to the generator and is not mechanically coupled to the drive shaft. In series hybrid vehicles, a generator can be driven by engine power to generate electricity. In addition to being used for charging the battery, this electric power is supplied to a driving motor coupled to the drive shaft. The series hybrid vehicle travels with the power of the electric motor. Mechanical power from the engine cannot be transmitted directly to the drive shaft.
[0003]
A parallel hybrid vehicle refers to a hybrid vehicle in which an engine and a drive shaft are mechanically coupled. In addition to the drive shaft, the engine is coupled to a generator. In the parallel hybrid vehicle, at least a part of the power output from the engine can be transmitted to the drive shaft. It is also possible to generate power by driving a generator coupled to the engine with the power of the engine. Furthermore, it can also drive | run by powering the electric motor couple | bonded with the drive shaft. By powering the electric motor, the power transmitted from the engine to the drive shaft can be supplemented, and the required power can be output from the drive shaft to travel.
[0004]
In the hybrid vehicle described above, the operation of the engine is controlled in accordance with the traveling state of the vehicle. For example, in a series hybrid vehicle, the operation of the engine is stopped when the battery is charged with sufficient power for powering the motor. When the battery power is consumed and charging is required, the engine is started and charging is started. In a parallel hybrid vehicle, the engine is stopped at the start and the vehicle travels using the power of the electric motor. When the vehicle reaches a predetermined vehicle speed, the engine is started and travels using the power of the engine. The start / stop of the engine is controlled according to the state of charge of the battery, similar to the series hybrid vehicle.
[0005]
In a vehicle that uses only an engine as a power source, the engine is usually in an operating state while the vehicle is running. In a normal vehicle, a driver operates an ignition switch to start an engine when driving the vehicle. When the driver turns on the ignition switch, the engine is cranked by the power of the so-called cell motor. When the engine speed reaches about several hundred rpm, fuel is injected and ignited to start the engine operation. When the operation is started, the engine speed rapidly increases to about 1000 rpm. The driver recognizes that the self-starting of the engine is started from the fluctuation of the rotational speed, and completes the operation for starting the engine.
[0006]
On the other hand, in a hybrid vehicle, the engine is started and stopped during traveling regardless of the driver's operation. In the hybrid vehicle, the start control device starts the engine in response to the engine start request. When the start control device receives the engine start request, the start control device powers the electric motor coupled to the engine and executes cranking. When the engine reaches a predetermined rotational speed, fuel is injected and ignited to start the operation of the engine. When it is determined that the engine has started a self-sustained operation (hereinafter referred to as a complete explosion determination), the start control device ends the process for starting the engine.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In a hybrid vehicle, the engine is repeatedly started and stopped during traveling. Therefore, it is preferable to start the engine smoothly in order to ensure a sufficiently comfortable ride. In order to realize such starting, in a hybrid vehicle, the number of revolutions is increased to the vicinity of the number of revolutions during independent operation by cranking, and then fuel injection and ignition are performed. For this reason, the fluctuation of the rotational speed before and after the start of the autonomous operation is relatively small, and it is difficult to determine whether or not the engine has started the autonomous operation from the rotational speed of the engine. In the conventional hybrid vehicle, the complete explosion determination of the engine is made based on the engine speed and the elapsed time after ignition.
[0008]
However, in such a method, there is a case where an appropriate complete explosion determination cannot be performed. For example, when the elapsed time after ignition is set short, there is a possibility that the operation of the electric motor is stopped even though the engine has not sufficiently started the self-sustained operation. As a result, the engine may stop without being able to start the self-sustaining operation due to the friction load of the power system. On the contrary, when the elapsed time is set to be long, the electric motor is operated even though the engine has already started the self-sustained operation, and the power consumption has increased.
[0009]
In the case of a parallel hybrid vehicle, if the above-described elapsed time is set to be long, the responsiveness of the running vehicle is impaired. This is because it is desired to quickly finish the engine start control during traveling and shift to traveling using the power of the engine. Furthermore, the time until the engine starts a self-sustained operation varies depending on various operating conditions such as the engine water temperature. The conventional start control device has not been able to make an appropriate complete explosion determination suitable for all of these situations.
[0010]
The above-described problems are not limited to hybrid vehicles. This was a common problem for all start control devices that required the determination of engine self-sustained operation. The present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a start control device and a control method capable of appropriately performing a complete explosion determination of an engine. It is another object of the present invention to provide a hybrid vehicle to which such a start control device is applied.
[0011]
[Means for solving the problems and their functions and effects]
In order to solve at least a part of the above problems, the present invention adopts the following configuration.
The start control device of the present invention comprises:
A start control device for rotating the engine by the power of an electric motor coupled to the engine and supplying the fuel and igniting the engine so that the engine operates independently.
Power setting means for setting the required power during the self-sustaining operation of the engine;
Engine control means for controlling the operation of the engine in an operation state corresponding to the required power;
Electric motor control means for rotating the electric motor at an electric motor target speed that is significantly lower than the engine speed realized by the engine control means within a range not impeding the operation of the engine;
The gist of the invention is that it comprises a self-sustained operation judging means for judging whether or not the engine has started a self-sustained operation based on the torque of the electric motor.
[0012]
According to such a start control device, the complete explosion determination of the engine can be appropriately performed based on the variation appearing in the motor torque as a result of the interaction between the engine control means and the motor control means. That is, according to the starting device, after the engine self-sustained operation is started, the engine control means operates the engine in an operation state corresponding to the required power. There are various modes of control by the engine control means. For example, the product of the rotation speed and torque, that is, the output power can be controlled to correspond to the required power. Further, the engine may be controlled to operate at a predetermined rotational speed determined according to the required power. Naturally, the engine control means cannot function effectively in a state where the engine has been supplied with fuel and ignited, but has not started independent operation, and the engine is in an operating state corresponding to the required power. Don't be.
[0013]
On the other hand, in the start control device of the present invention, the motor control means controls the rotation of the motor. Since this electric motor is coupled to the engine, the rotational speed of the engine is indirectly controlled. That is, the electric motor control means controls the electric motor to rotate the engine at a rotational speed significantly lower than the rotational speed realized by the engine control means. After the engine starts a self-sustained operation and the engine control means starts to function effectively, a negative torque is output from the electric motor in order to reduce the rotational speed to the electric motor target rotational speed. Before the engine starts self-sustaining operation, that is, when the engine control means is not functioning effectively, the engine speed is lower than the motor target speed. Torque is output.
[0014]
Thus, according to the start control device of the present invention, the engine operating state is controlled by the two means of the engine control means and the electric motor control means. As a result, the output torque of the motor fluctuates depending on whether the engine control means functions effectively, that is, whether the engine has started a self-sustaining operation. In the start control device of the present invention, it is determined whether or not the engine has started a self-sustained operation based on the variation in the torque of the electric motor thus generated. The fluctuation of the torque of the electric motor can be easily and accurately detected based on the torque command value by the electric motor control means. Therefore, according to the start control device of the present invention, the complete explosion determination can be performed appropriately.
[0015]
Here, the terms in this specification are defined. In this specification, “start” refers to a state from when the engine is stopped until it starts independent operation. Self-sustained operation means that the engine is in an operating state in which the engine can continue to rotate without torque from the electric motor. In the beginning of fuel injection and ignition in the engine, it may not be possible to perform autonomous operation yet. In this specification, the term “start of operation” is simply used for such a state.
[0016]
As described above, the motor target speed is the target speed of the engine used for setting the torque of the motor. Accordingly, whether or not the motor target rotational speed is significantly lower than the engine target rotational speed is determined in a state immediately before the power output from the motor is transmitted to the engine. For example, when the electric motor is coupled to the engine via the transmission, the rotation speed immediately before being transmitted to the engine via the transmission is set as the motor target rotation speed. The present invention includes a case where the rotational speed of the motor itself is not significantly lower than the engine rotational speed, such as when the motor is coupled to the engine via the transmission.
[0017]
Note that the significantly low rotational speed range is a range in which fluctuations in the torque of the motor can be detected based on the above-described control. If the motor target speed is made extremely lower than the engine speed, the load applied by the motor after the engine starts a self-sustaining operation increases. This load may hinder engine rotation and stop operation. Further, when the motor target rotational speed is lower than the rotational speed at which the engine is ignited, the rotational speed of the engine cannot be sufficiently increased and the operation cannot be started. The “range that does not hinder engine operation” in the present invention means a range that does not hinder the start and continuation of engine operation.
[0018]
On the other hand, if the motor target rotational speed is set to a value substantially equal to the engine rotational speed, there is a possibility that fluctuations in the power output from the engine and the torque of the motor will not occur. When controlling the operation of the engine based on fluctuations in the rotational speed, it is usual to provide a predetermined dead zone in order to avoid frequent fluctuations in the operating state of the engine. It is desirable to set the target motor speed at least within a range outside this dead zone.
[0019]
In the present invention, the engine speed serving as a reference for setting the motor target speed varies depending on the engine control mode by the engine control means. For example, when the engine is controlled to rotate at a predetermined rotational speed, the rotational speed may be set as the engine rotational speed.
[0020]
On the other hand, let us consider a case where the engine is controlled so that the requested power is output from the engine, instead of controlling the rotational speed and torque to predetermined values. In such a case, the rotation speed realized by the engine control means varies depending on the load applied to the engine. Usually, the engine is controlled to rotate at a desired rotational speed by applying a load with an electric motor. Therefore, the engine speed realized by the engine control means is the speed realized when there is no load by the electric motor. When the rotation speed realized by the engine control means can vary depending on factors other than the electric motor that loads the engine, it is desirable to set the target motor rotation speed in consideration of the range of such fluctuation.
[0021]
As described above, in the present invention, the required power during the independent operation can be set to various values. Various methods can also be applied to engine control. As described above, the present invention can be configured in various aspects.
In particular, the power setting means is means for setting the required power to a value of 0,
Preferably, the engine control means is means for rotating the engine at a predetermined engine speed.
[0022]
In general, the higher the required power during autonomous operation, the higher the engine speed and the higher the output torque. An engine is usually provided with a plurality of combustion sections, and there are many variations in starting operation at the time of starting. That is, some combustion units may not be able to perform independent operation even after reaching a state where independent operation can be started. Such variation causes vibration at the time of starting. If the required power during the self-sustained operation is small, the power output from each combustion section is small, so the influence due to the variation is small. Therefore, as described above, if the required power is 0, the vibration at the time of starting can be sufficiently reduced.
[0023]
Further, the fuel consumption at the time of start varies depending on the required power. When starting up, there are usually many harmful gases, so-called emissions, after the start of independent operation. The amount of emissions varies depending on the required power. Therefore, as described above, when the required power is set to 0, the fuel consumption and emission at the time of starting can be suppressed.
[0024]
On the other hand, the operation state corresponding to the required power of value 0 includes engine stop and operation in a so-called idle state. Needless to say, in order to properly start the engine, it is desirable for the engine control means to execute control for operating the engine at the rotational speed in the idle state.
[0025]
The operation when the present invention is configured in the above-described manner will be described in detail. After the engine is started, the engine control means operates the engine at a rotational speed corresponding to the idle rotational speed. On the other hand, the motor control means applies a load to the engine so that the engine speed decreases to the motor target speed. The engine control means increases the fuel injection amount and the like so as to resist this load and maintain the idling speed. As a result, the electric motor continues to output negative torque, and the power output from the engine increases. Since the engine speed is controlled by two control means having different target speeds, after the engine starts a self-sustaining operation, the torque of the electric motor becomes negative due to the interaction between the two. Therefore, if the start control device is configured in the above-described manner, it is possible to appropriately determine the complete explosion of the engine.
[0026]
When the required power is 0,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the engine;
Preferably, the power setting means is means for setting the required power to a positive predetermined value when the temperature is equal to or lower than a predetermined value determined according to the ease of ignition of the engine.
[0027]
In general, an engine ignites vaporized fuel to obtain power. When the engine temperature is very low, the fuel is usually difficult to vaporize and ignite. According to the start control device, when the engine temperature is equal to or lower than a predetermined value, the required power is set to a positive value. If the required power increases, the amount of fuel injection increases, so combustion is promoted and the engine is easily started. Therefore, according to the start control device, the engine can be appropriately started when the temperature is low. In this case, the required power may be a predetermined constant value or a value corresponding to the engine temperature.
[0028]
The start control device of the present invention is applicable to various devices that need to execute engine start. Of course, the present invention can be applied to various power output apparatuses using only the engine as a power source. In such a case, there is an advantage that the engine can be appropriately started regardless of whether the engine is started and stopped repeatedly during operation of the power output apparatus. In addition, there is an advantage of reducing fuel consumption and emission at start-up.
[0029]
As described above, the present invention can be applied to a power output apparatus using only an engine as a power source, but is preferably applied to a hybrid power output apparatus using an engine and an electric motor as power sources. This is because the hybrid type power output apparatus repeatedly starts and stops the engine during operation. Among them, as described below, it is preferable to apply the start control device of the present invention and configure the invention as a hybrid vehicle.
[0030]
The hybrid vehicle of the present invention
A hybrid vehicle that is mounted with an engine and a first electric motor as a power supply source and that travels while controlling start and stop of the engine by a second electric motor coupled to the engine,
An engine ignition control means for controlling the second electric motor to rotate the engine in response to a start request of the engine, and for supplying and igniting fuel to the engine;
Power setting means for setting the required power during the self-sustaining operation of the engine;
Engine control means for operating the engine in an operation state corresponding to the required power;
Motor control means for rotating the second motor at a motor target speed significantly lower than the engine speed realized by the engine control means within a range not impeding the operation of the engine;
The gist is provided with a self-sustained operation judging means for judging whether or not the engine has started self-sustained operation based on the torque of the second electric motor.
[0031]
According to such a hybrid vehicle, the engine can be appropriately started by the same action as described in the start control device. Since the hybrid vehicle can travel only with the power source of the electric motor, the engine is repeatedly started and stopped during traveling. According to the hybrid vehicle of the present invention, the engine that is repeatedly executed in this manner can be appropriately started, so that stable driving can be realized, and fuel efficiency and emission can be reduced. it can.
[0032]
Note that the hybrid vehicle of the present invention may have either a series hybrid vehicle or a parallel hybrid vehicle. If the above-described first motor and second motor are different motors and a configuration in which the engine and the drive shaft are not coupled is applied, a series hybrid vehicle is obtained. If the first motor and the second motor are different motors and the engine and the drive shaft are combined, a parallel hybrid vehicle having two motors is obtained. Furthermore, if the first electric motor and the second electric motor are a common electric motor, a parallel hybrid vehicle including one electric motor is obtained. The present invention may adopt any configuration.
[0033]
In the hybrid vehicle of the present invention, similar to the start control device described above,
The power setting means is means for setting the required power to a value of 0;
The engine control means is preferably means for rotating the engine at a predetermined engine speed.
If the required power is set in this way, vibration, fuel consumption, and emission at the time of engine start can be suppressed as described in the start control device. In particular, suppression of vibration is preferable in terms of greatly improving the riding comfort of the hybrid vehicle.
[0034]
When the required power is 0,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the engine;
The power setting means is preferably means for setting the required power to a positive predetermined value when the temperature is equal to or lower than a predetermined value determined according to the ease of ignition of the engine.
If it carries out like this, it will become possible to start an engine appropriately under low temperature.
[0035]
When the required power is 0, in addition,
Comprising stop determination means for determining whether or not the vehicle is stopped;
The power setting means is preferably means for setting the required power to a positive predetermined value when the vehicle is not stopped.
[0036]
According to such a hybrid vehicle, the required power is set to a value of 0 while the vehicle is stopped, and is set to a positive predetermined value while the vehicle is running. When the engine is started during traveling, it is usually required to travel using the power of the engine. If the vehicle continues to run under such a situation, the battery power is consumed. Therefore, it is desirable to output power quickly from the engine when the engine is requested to start during traveling. According to the hybrid vehicle described above, the required power of the engine is started as a positive predetermined value, so that the power can be output quickly. Therefore, the power consumption of the battery can be suppressed and the responsiveness of the vehicle can be improved.
[0037]
The required power for starting the vehicle during traveling may be a constant value set in advance, or may be a value determined in accordance with the traveling state of the vehicle, for example, the vehicle speed or the accelerator depression amount. In the latter case, the required power may be continuously changed, or may be changed stepwise.
[0038]
Moreover, you may apply combining what makes a request | requirement motive power a positive predetermined value at the time of low temperature in various aspects. For example, the required power may be a value of 0 only when the engine is at a predetermined temperature or higher and the vehicle is stopped, and may be a positive predetermined value in other cases. Further, the required power may be set to a value of 0 when the vehicle is stopped or the engine satisfies any one of the predetermined temperature or higher, and may be a positive predetermined value in other cases. It is possible to apply by combining in various other modes.
[0039]
The present invention can also be configured as an engine control method described below.
That is, the control method of the present invention is
A control method of rotating the engine by the power of an electric motor coupled to the engine and supplying the fuel and igniting the engine to operate independently.
(A) a step of setting a required power during the self-sustaining operation of the engine;
(B) a step of operating the engine in an operation state corresponding to the required power;
(C) rotating the electric motor at a motor target rotational speed that is significantly lower than the engine rotational speed realized by the engine control means within a range that does not impede operation of the engine;
(D) A control method including a step of determining whether or not the engine has started a self-sustained operation based on the torque of the electric motor.
[0040]
According to such a control method, the engine can be started stably and appropriately by the same operation as described above as the start control device. Needless to say, various additional elements described above in the start control device can be applied to the control method. Further, the invention as an engine control method can be configured as an invention of a hybrid vehicle control method.
[0041]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described based on examples.
(1) Configuration of the embodiment:
First, the configuration of a hybrid vehicle as an embodiment of the present invention will be described. FIG. 1 is an explanatory diagram showing the configuration of a power system that outputs the power of the hybrid vehicle. The engine 150 provided in the power system is a normal gasoline engine, and rotates the crankshaft 156. The engine 150 of the present embodiment includes a mechanism (hereinafter referred to as a VVT mechanism) that can adjust the opening / closing timing of the intake valve and the exhaust valve. The configuration of the VVT mechanism is well known and will not be described in detail.
[0042]
The operation of engine 150 and the VVT mechanism are controlled by EFIECU 170. The EFIECU 170 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like inside. The CPU executes a fuel injection amount and other controls of the engine 150 in accordance with a program recorded in the ROM.
[0043]
The power system is further provided with motors MG1 and MG2. Motors MG1 and MG2 are synchronous motors, and include rotors 132 and 142 having a plurality of permanent magnets on the outer peripheral surface, and stators 133 and 143 around which three-phase coils 131 and 141 forming a rotating magnetic field are wound. . The stators 133 and 143 are fixed to the case 119. Three-phase coils 131 and 141 wound around stators 133 and 143 of motors MG1 and MG2 are connected to battery 194 via drive circuits 191 and 192, respectively. The drive circuits 191 and 192 are transistor inverters each including two transistors as a switching element for each phase. The drive circuits 191 and 192 are connected to the control unit 190. When the transistors of drive circuits 191 and 192 are switched by a control signal from control unit 190, a current flows between battery 194 and motors MG1 and MG2. The motors MG1 and MG2 can operate as electric motors that are rotated by receiving power supplied from the battery 194 (hereinafter, this running state is referred to as power running), and the rotors 132 and 142 are rotated by external force. Can function as a generator that generates electromotive force at both ends of the three-phase coils 131 and 141 to charge the battery 194 (hereinafter, this running state is referred to as regeneration).
[0044]
Engine 150 and motors MG1 and MG2 are mechanically coupled via planetary gear 120, respectively. The planetary gear 120 includes a planetary carrier 124 having a sun gear 121, a ring gear 122, and a planetary pinion gear 123. The sun gear 121 rotates at the center. The planetary pinion gear 123 revolves while rotating around the sun gear 121. The ring gear 122 rotates around the planetary pinion gear 123. The crankshaft 156 of the engine 150 is coupled to the planetary carrier shaft 127 via the damper 130. The damper 130 is for absorbing torsional vibration generated in the crankshaft 156. Rotor 132 of motor MG1 is coupled to sun gear shaft 125. The rotor 142 of the motor MG2 is coupled to the ring gear shaft 126. The rotation of the ring gear 122 is transmitted to the drive shaft 112 and the wheels 116R and 116L via the chain belt 129.
[0045]
The entire operation of the hybrid vehicle of the embodiment is controlled by the control unit 190. The control unit 190 is a one-chip microcomputer having a CPU, a ROM, a RAM, and the like in the same manner as the EFIECU 170. The control unit 190 is connected to the EFIECU 170, and both can communicate various information. For example, the EFIECU 170 detects the engine water temperature with the water temperature sensor 154. Therefore, the control unit 190 can acquire the engine water temperature by communication. On the contrary, the control unit 190 can indirectly control the operation of the engine 150 by transmitting information such as a torque command value and a rotation speed command value necessary for controlling the engine 150 to the EFIECU 170. Further, by controlling the switching of the drive circuits 191 and 192, the operation of the motors MG1 and MG2 can be directly controlled.
[0046]
In order to realize such control, the control unit 190 includes various sensors, for example, an accelerator pedal position sensor 165 for detecting the amount of depression of the accelerator by the driver, and a rotational speed for knowing the rotational speed of the drive shaft 112. A sensor 144 and the like are provided. Since the ring gear shaft 126 and the drive shaft 112 are mechanically coupled, in this embodiment, a rotation speed sensor 144 for knowing the rotation speed of the drive shaft 112 is provided on the ring gear shaft 126 to control the rotation of the motor MG2. It is common with the sensor for.
[0047]
(2) Basic operation:
In order to explain the basic operation of such a hybrid vehicle, the operation of the planetary gear 120 will be described first. Planetary gear 120 has the property that when the rotational speed and torque of two of the above-described three rotating shafts and the torque (hereinafter collectively referred to as the rotating state) are determined, the rotating state of the remaining rotating shaft is determined. have. The relationship of the rotation state of each rotating shaft is shown in the following equation (1).
[0048]
Nr = (1 + ρ) Nc−ρNs;
Nc = (Nr + ρNs) / (1 + ρ);
Ns = (Nc−Nr) / ρ + Nc;
Ts = ρ / (1 + ρ) × Tc;
Tr = 1 / (1 + ρ) × Tc (1)
[0049]
Here, Ns and Ts are the rotational speed and torque of the sun gear shaft 125, Nr and Tr are the rotational speed and torque of the ring gear shaft 126, and Nc and Tc are the rotational speed and torque of the planetary carrier shaft 127. Further, ρ is a gear ratio between the sun gear 121 and the ring gear 122 as represented by the following equation.
ρ = number of teeth of sun gear 121 / number of teeth of ring gear 122
[0050]
The hybrid vehicle of this embodiment can travel in various states based on the action of the planetary gear 120. For example, in a relatively low speed state where the hybrid vehicle has started to travel, the motor MG2 is powered while the engine 150 is stopped to travel by transmitting power to the drive shaft 112. Similarly, the engine 150 may travel while idling.
[0051]
When the hybrid vehicle reaches a predetermined speed, the control unit 190 powers the motor MG1, and cranks and starts the engine 150 with the torque. At this time, the reaction torque of the motor MG1 is also output to the ring gear 122 via the planetary gear 120. The control unit 190 controls the operation of the motor MG2 so as to output the required power from the drive shaft 112 while canceling out the reaction torque. The control for starting the engine will be described in detail later.
[0052]
In a state where the engine 150 is operating, the power is converted into rotational states of various rotational speeds and torques and output from the drive shaft 112 to travel. When the engine 150 is operated and the planetary carrier shaft 127 is rotated, the sun gear shaft 125 and the ring gear shaft 126 are rotated under conditions that satisfy the above equation (1). The power generated by the rotation of the ring gear shaft 126 is directly transmitted to the wheels 116R and 116L. The power generated by the rotation of the sun gear shaft 125 can be regenerated as electric power by the motor MG1. On the other hand, if the motor MG2 is powered, power can be output to the wheels 116R and 116L via the ring gear shaft 126. When the torque transmitted from the engine 150 to the ring gear shaft 126 is insufficient, the torque is assisted by powering the motor MG2. As the electric power for powering the motor MG2, electric power regenerated by the motor MG1 and electric power stored in the battery 149 are used. Control unit 190 controls the operation of motors MG1 and MG2 in accordance with the required power to be output from drive shaft 112.
[0053]
The planetary gear 120 can rotate the planetary carrier 124 and the sun gear 121 while the ring gear 122 is stopped. Therefore, the engine 150 can be operated even when the vehicle is stopped. For example, when the remaining capacity of the battery 194 decreases, the engine 150 is started and the motor MG1 is regeneratively operated to charge the battery 194. Even if the vehicle is stopped, if the motor MG1 is powered, the engine 150 can be cranked and started by the torque. At this time, the control unit 190 controls the motor MG2 to cancel the reaction torque of the motor MG1.
[0054]
(3) Start control process:
Next, the start control process in the present embodiment will be described. The start control process is a process for cranking the engine 150 with the motor MG1 and injecting and igniting fuel to start a self-sustaining operation. The start control process is repeatedly executed by a CPU (hereinafter simply referred to as a CPU) in the control unit 190 at predetermined time intervals together with various control processes. As described above, in the start control process, first, when the vehicle speed and torque of the hybrid vehicle reach a speed at which the vehicle travels from EV travel using only the motor MG2 as a power source to a normal travel state using engine power. To be executed. Secondly, when the engine 150 is stopped, the remaining capacity of the battery 194 is reduced and it is determined that charging is necessary. The start according to the second condition is performed regardless of whether the vehicle is stopped or traveling.
[0055]
When the start control processing routine is started, the CPU controls the VVT mechanism of the engine 150 and first sets the intake valve closing angle to the most retarded angle (step S100). This setting will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing opening and closing timings of the intake valve and the exhaust valve by the VVT mechanism. In the engine 150, the piston moves up and down in the cylinder, and accordingly, the crankshaft of the engine 150 rotates in the clockwise direction in the drawing.
[0056]
The opening / closing timing of the intake valve is indicated by a white arrow, and the opening / closing timing of the exhaust valve is indicated by a solid arrow. As shown in the figure, the exhaust valve opens when the crankshaft is at a rotational position slightly before the bottom dead center of the piston and closes when the crankshaft slightly exceeds the top dead center. This timing is fixed. On the other hand, for example, at timing A, the intake valve opens before the top dead center and closes when it slightly exceeds the bottom dead center. Both the intake valve and the exhaust valve are open from the time when the intake valve is opened until the time when the top dead center is slightly exceeded. When the opening / closing timing is changed by the VVT mechanism, only the opening / closing timing of the intake valve changes as in timing B, for example. At this time, the intake valve opens later than the timing A and slightly exceeds the top dead center, and closes when the bottom dead center is greatly exceeded. Although the opening / closing timing of the intake valve is changed, the period in which the intake valve is in the open state is the same for the timing A and the timing B.
[0057]
The opening / closing timing of the intake valve that changes in this way is represented using an angle from the bottom dead center until the intake valve closes, that is, an intake valve closing angle. When the intake valve closing angle is adjusted to be larger than the standard value, the intake valve closes slowly. Such control is called retardation control. When the retard angle control is performed, the stroke for compressing the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber is shortened, so that the load at the time of cranking for starting the engine 150 is reduced. In this embodiment, in order to reduce this load in step S100, the intake valve closing angle is controlled to the most retarded angle.
[0058]
Next, the CPU controls the operation of the engine (step S200). FIG. 4 is a flowchart of an engine operation control processing routine. In this process, the CPU determines whether or not the engine 150 has started operation (step S202). When the engine 150 has not started operation, that is, when fuel supply and ignition have not been performed, the CPU ends the engine operation control processing routine. When the start control process routine (FIG. 2) is executed for the first time, the operation of the engine is not started, so the CPU does not execute any process.
[0059]
On the other hand, when the engine 150 has started operation, the CPU determines whether or not the vehicle is stopped (step S204). This determination can be made based on the vehicle speed obtained using the detection signal of the rotation speed sensor 144. It can also be determined based on whether the so-called shift lever position is at the P position used when the vehicle is stopped. And as shown below, the driving | running state of the engine 150 is set according to the driving | running | working state of a vehicle, and control of a driving | running is performed.
[0060]
When it is determined that the vehicle is not stopped, the power corresponding to the traveling state is set as the required power of the engine 150. For this purpose, the CPU inputs the accelerator depression amount and the vehicle speed (step S212). The accelerator depression amount is detected by an accelerator opening sensor 165. Based on these various quantities, the running state of the vehicle, that is, the vehicle speed and the required torque can be detected. The CPU calculates the power required for traveling from the product of the vehicle speed and the required torque, and sets it as the required power Pe * of the engine 150 (step S214).
[0061]
Next, a gradual change process is performed for the required power Pe * thus set (step S216). The gradual change process is a process that suppresses fluctuations in the required power Pe *. This is a process for avoiding the possibility that the driving state of the vehicle becomes unstable due to a sudden fluctuation in the required power Pe * of the engine 150. Specifically, the fluctuation of the required power is suppressed by performing a so-called annealing process by multiplying each of the previous required power and the required power newly set in step S214 by a predetermined weighting factor. ing. Here, an upper limit guard process is performed at the same time so that the rate of change from the previous required power to the result value subjected to the annealing process is equal to or less than a predetermined value.
[0062]
In the present embodiment, an upper / lower limit guard process is further performed on the required power Pe * thus set (step S218). That is, the value of the required power Pe * is corrected so as to fall within the range of “0 ≦ Pe * ≦ Pmax”. For example, when the required power Pe * is smaller than the value 0, the value 0 is set to the required power Pe *. When the required power Pe * is larger than the value Pmax, the value Pmax is set to the required power Pe *. The value Pmax is an upper limit value of the required power that is set in a range that does not cause vibrations and other unstable driving conditions that cannot be overlooked in the engine 150 at the time of starting.
[0063]
When the required power of engine 150 is set in this way, next, target engine speed Ne * of engine 150 is set based on the operating curve (step S220). FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation curve. A curve B in the figure shows the rotation speed and torque limit values at which the engine 150 can operate. Curves indicated by α1%, α2%, and the like are isoefficiency lines at which the operating efficiency of the engine 150 becomes constant, and show that the efficiency decreases in the order of α1% and α2%. As shown in the figure, the efficiency of the engine 150 is high at relatively limited operation points, and the efficiency gradually decreases at the surrounding operation points.
[0064]
The curves indicated by C1, C2, and C3 are curves in which the power output from the engine 150 is constant. A1, A2, and A3 indicate points at which the driving efficiency is highest when the power of the curves C1, C2, and C3 is output, respectively. In addition, the curve of C1-C3 is a curve which can be drawn innumerably according to required power, and the torque and rotation speed with high driving efficiency can be selected according to each required power. A curve depicting innumerable operating points with high efficiency selected in this way is a curve A in the figure, which is called an operation curve.
[0065]
In step S220 of the engine operation point setting process, a target rotational speed Ne * with good operation efficiency is selected from the operation curve. FIG. 5 shows the entire region where the engine 150 can be operated. The engine operation point setting process routine of FIG. 4 is a process when the engine 150 is started, and is a process that is executed in a state where the required power is relatively low. Therefore, a relatively low rotational speed and low torque portion on the operating curve shown in FIG. 5 is used.
[0066]
At the same time, the CPU turns off the idle flag (step S220). The idle flag is a flag for instructing execution of control for idling the engine 150. While the vehicle is traveling, the operation of the engine 150 is controlled with priority on the required power Pe *. Therefore, in order to instruct execution of such control, the idle flag is turned off.
[0067]
When the operating point during traveling is set in this way, the CPU controls the operation of engine 150 (step S222). The EFIECU 170 actually controls the operation of the engine 150. Accordingly, here, the CPU indirectly controls the operation of the engine 150 by outputting the required power Pe * to the EFIECU 170. The EFIECU 170 controls the fuel injection amount, throttle opening, ignition timing, intake valve closing angle by the VVT mechanism, and the like according to the required power Pe *.
[0068]
It is not possible to control both the required power Pe * and the rotational speed Ne * only by controlling the operation of the engine 150. The EFIECU 170 only controls the engine 150 so that the required power Pe * is output, and the number of revolutions is determined according to the load applied to the engine 150 as a result. When the engine 150 is started during traveling, the power necessary for traveling has already been output by the motor MG2, and therefore the traveling load is hardly applied to the engine 150. Therefore, if only the control in step S222 is executed, the engine 150 rotates at a very high rotational speed. In the present embodiment, as will be described later, the motor MG1 applies a load to the engine 150 to realize the target rotational speed Ne * set in step S220.
[0069]
When it is determined in step S202 that the vehicle is stopped, the CPU executes control for driving the engine 150 in a so-called idle state. The CPU inputs the water temperature of the engine 150 detected by the water temperature sensor 154 (step S232). The CPU sets the required power of engine 150 based on this water temperature (step S234). The required power during the stop is preset as a map corresponding to the water temperature. FIG. 6 is an explanatory diagram showing a map that gives the required power Pe *. As shown in the figure, when the engine water temperature is lower than a predetermined temperature tmp2, the required power is set to a predetermined positive value ptmp. The required power is set to 0 in the range where the engine water temperature is equal to or higher than the temperature tmp1. Between the temperatures tmp2 and tmp1, the required power gradually changes according to the engine water temperature.
[0070]
In general, when the engine water temperature is low, it is difficult to start the engine 150 because the fuel is difficult to vaporize. In this case, if the required power is set to a positive predetermined value, the intake amount and fuel injection amount of the engine 150 are increased, and the engine 150 can be easily started. In this embodiment, from this point of view, when the water temperature is so low that it is difficult to start the engine 150 (a state equal to or lower than tmp1 in FIG. 6), the required power is ptmp. In this embodiment, the temperature tmp1 is −10 ° C., the temp2 is −20 ° C., and the ptmp is 4 kW. For these parameters, appropriate values may be selected according to the type of engine mounted.
[0071]
Next, the CPU sets a target rotational speed Ne * of the engine 150 (step S236). The target rotational speed Ne * is set in advance as a map of the engine water temperature, as with the required power. FIG. 7 is an example of a map that gives the target rotational speed Ne *. As shown in the figure, when the engine coolant temperature is equal to or lower than a predetermined value tmp3, the target rotational speed Ne * is set to the value Nt1. When the engine water temperature exceeds tmp3, the target rotational speed Ne * gradually decreases, and at the temperature tmp4 or higher, the target rotational speed Ne * becomes the value Nt2. When the engine water temperature is relatively low, a slightly high rotational speed is set as the target rotational speed in order to promote warm-up of the engine 150. In this embodiment, the value Nt1 is set to 1300 rpm and the value Nt2 is set to 1000 rpm. These values may be selected appropriately depending on the type of engine mounted.
[0072]
At the same time, the CPU turns on the idle flag (step S236). When the engine 150 is idling, unlike the control described above in step S222, the EFIECU 170 controls the operation of the engine 150 so as to rotate at the target rotational speed. The CPU turns on the idle flag in order to instruct execution of such control.
[0073]
When the target rotational speed is set in this way, the CPU executes control for idling the engine 150 at the rotational speed (step S238). As described above, the CPU indirectly controls the operation of the engine 150 by transmitting necessary information to the EFIECU 170. Here, since the idle flag is on, the EFIECU 170 controls the fuel injection amount, the throttle opening, the intake valve closing angle by the VVT mechanism, and the like according to the rotational speed of the engine 150. From the CPU, a flag for instructing execution of such control and the target rotational speed Ne * are output to the EFIECU 170. Thus, when control of the operation of the engine 150 is executed in accordance with the traveling state of the vehicle, the CPU ends the engine operation control processing routine and returns to the start control processing routine (FIG. 2).
[0074]
In the start control process routine, next, control of the operation of the motor MG1 is executed (step S300). FIG. 8 is a flowchart of an MG1 torque T1 setting process routine. When this process is started, the CPU determines whether or not the rotational speed of the engine 150 is greater than a predetermined rotational speed Netag (hereinafter referred to as ignition rotational speed) that is a criterion for determining whether or not to perform ignition (hereinafter referred to as ignition rotational speed). Step S302). The EFIECU 170 performs ignition timing control based on the engine speed Ne. Therefore, the rotational speed Ne of the engine 150 can be detected by communication with the EFIECU 170. The predetermined rotation speed Nettag may be set to a rotation speed suitable for ignition according to the type of engine. In this embodiment, in order to avoid large fluctuations in the rotational speed associated with starting, the value of Netag is set to 1000 rpm, which is substantially equivalent to the idle rotational speed.
[0075]
When the rotational speed Ne is equal to or lower than Netag, control (hereinafter referred to as ramp control) for gradually increasing the torque T1 of the motor MG1 at a predetermined change rate is executed. Therefore, the CPU increases the torque T1 of the motor MG1 by a predetermined increment ΔT (step S310). At the same time, an upper limit guard process is executed for the torque T1 so as not to exceed the predetermined maximum value Tmax (step S312).
[0076]
When the rotational speed of engine 150 is relatively low, even if a large torque is output from motor MG1 due to the influence of inertia, the rotational speed of engine 150 does not increase. In this state, setting the required torque of the motor MG1 to a large value leads to wasteful consumption of electric power. In the present embodiment, from this point of view, when the rotation speed Ne is equal to or less than Netag, the motor MG1 is subjected to ramp control.
[0077]
On the other hand, when the rotational speed Ne of the engine 150 is larger than Netag, the CPU feedback-controls the torque of the motor MG1. This feedback control is performed so that the rotational speed Ne of the engine 150 coincides with a predetermined target rotational speed N1 *. However, a different value is applied to the target rotational speed N1 * depending on the traveling state of the vehicle. The CPU determines whether or not the vehicle is stopped (step S320). If the vehicle is not stopped, the value Ne * is substituted for the target rotational speed N1 * (step S322). This value is the value set in step S220 of the engine operation control process (FIG. 4). When the vehicle is stopped, a value obtained by subtracting a predetermined value α from the value Ne * is set as the target rotational speed N1 * (step S324). In this embodiment, as described later, the predetermined value α is set to about 30 to 50 rpm.
[0078]
As described above, when the vehicle is traveling, if the motor MG1 does not apply a load to the engine 150, the engine 150 is operated at a very high rotational speed. The target rotational speeds N1 * and Ne * are lower than the rotational speed realized by the control of the engine 150. On the other hand, when the vehicle is stopped, the engine 150 is controlled to operate at the target rotational speed Ne *. As described in step S322, by setting the value Ne * to a value obtained by subtracting the predetermined value α, the target rotational speed N1 * becomes a value lower than the rotational speed realized by the control of the engine 150. As described above, in this embodiment, the target rotational speed N1 * used for calculating the torque of the motor MG1 is set to a value lower than the rotational speed realized by the control of the engine 150, regardless of the traveling state of the vehicle. .
[0079]
Next, the CPU sets the torque T1 of the motor MG1 by the following equation based on the deviation Δnc between the target rotational speed N1 * thus set and the rotational speed Ne of the engine 150 (step S326).
T1 = k1 · Δnc + k2 · Σ (Δnc)
Δnc = N1 * −Ne
[0080]
The above equation is an equation for setting the torque of the motor MG1 by so-called PI control. The torque T1 is set by the proportional term (first term on the right side) and the integral term (second term on the right side) of the deviation Δnc of the rotational speed. k1 and k2 are constant coefficients previously set by experiments or analysis as gains. When the rotational speed Ne of the engine 150 is higher than the target rotational speed N1 *, the torque T1 of the motor MG1 is a negative value, and when it is low, the torque T1 is a positive value. Since PI control is a well-known technique, further detailed description is omitted. The CPU executes a gradual change process for the torque T1 set in this way (step S328). This is in order to avoid a sudden change in the torque of the motor T1 and an unstable operation state.
[0081]
When the torque T1 of MG1 is set through the above processing, the CPU controls the operation of motor MG1 (step S330). The CPU sets a voltage to be applied to the three-phase coil of the motor MG1 according to the torque T1. The on / off of each transistor constituting the drive circuit 191 is PWM controlled so that this voltage value is applied to the three-phase coil at a phase corresponding to the rotation speed of the motor MG1. The same applies when the torque of the motor MG1 is negative, that is, when the motor MG1 is regeneratively operated. Since PWM control of a synchronous motor is a well-known technique, detailed description is abbreviate | omitted.
[0082]
In parallel with the control of the motor MG1, the CPU measures an elapsed time after the target torque T1 becomes negative (step S332). This is a measurement of the time that is continuously negative. Therefore, if the target torque T1 changes to a positive value after the negative value, the elapsed time is initialized to a value of zero. When the above processing is executed, the CPU ends the motor MG1 control processing routine and returns to the start control processing routine (FIG. 2).
[0083]
Thereafter, the CPU executes a process for controlling the operation of motor MG2 (step S400). The motor MG2 is controlled to output the necessary power to the drive shaft 112 while canceling the reaction force due to the torque of MG1. When torque T 1 is output from motor MG 1, the reaction force is output to ring gear 122 according to equation (1) shown above. While the vehicle is stopped, a torque that cancels the reaction force is set as a target torque of the motor MG2. When the vehicle is traveling, a value obtained by adding a torque necessary for traveling to a torque that cancels the reaction force is set as the target torque of motor MG2. The CPU performs PWM control of on / off of each transistor constituting the drive circuit 192 so that a voltage corresponding to the target torque set in this way is applied to the three-phase coil of the motor MG2.
[0084]
With the above processing, the rotational speed of the engine 150 varies from moment to moment. At the beginning of the start control processing routine, when the engine 150 has a low rotational speed, the rotational speed of the engine 150 gradually increases by ramp-controlling the torque of the motor MG1. The CPU determines whether or not the engine speed Ne thus fluctuating is equal to or higher than the ignition speed Nettag (step S500), and when the engine speed is equal to or higher than the ignition speed Nettag, the fuel injection to the engine 150 is performed. And an ignition process is performed (step S600). As already described, an instruction to execute such processing and start operation of the engine 150 is output to the EFIECU 170. Of course, if the operation of the engine 150 has already started, this processing is not performed. Further, this process is not performed even when the rotational speed Ne of the engine 150 is lower than the ignition rotational speed Nettag.
[0085]
Next, as a complete explosion determination of the engine 150, the CPU determines whether or not the elapsed period after the torque T1 of the motor MG1 becomes negative exceeds a predetermined value Ts (step S700). The complete explosion determination is a determination as to whether or not the engine 150 has started a self-sustaining operation. When engine 150 starts a self-sustained operation, the operation of engine 150 is controlled by the engine operation control process (step S200). As a result, engine 150 is controlled to rotate at a higher rotational speed than target rotational speed N1 *, which is a reference for calculating torque of motor MG1.
[0086]
On the other hand, motor MG1 outputs a negative torque so as to reduce the rotational speed of engine 150 to target rotational speed N1 *. In a state where engine 150 is not operating independently, engine 150 cannot maintain a rotational speed of N1 * or higher with motor MG1 loaded. Therefore, the complete explosion determination can be performed based on whether or not the period during which the torque T1 of the motor MG1 is negative exceeds the predetermined value cs. When the predetermined value cs is exceeded, it is determined that the engine 150 has started a self-sustaining operation, and the CPU ends the start control processing routine. If the value is equal to or less than the predetermined value cs, it is determined that the engine 150 is not operating independently, and the CPU repeatedly executes the processes from steps S200 to S600. The predetermined value cs can be set in advance experimentally or analytically as shown below based on changes in the engine speed at the start, the torque of the motor MG1, and the like.
[0087]
The state of changes in the engine speed, the torque of the motor MG1, and the like accompanying the start control process of the present embodiment will be shown. FIG. 9 is an explanatory diagram showing fluctuations in the engine speed and the like when the start control process is executed while the vehicle is running. As shown in the figure, when the start control of the engine 150 is started at time t1, the torque of the motor MG1 increases up to the maximum torque Tmax at a constant rate of change (see steps S310 and S312 in FIG. 8). The rotational speed of engine 150 gradually increases with the torque of motor MG1.
[0088]
Thus, when the rotational speed of the engine 150 reaches a predetermined ignition rotational speed Netag at time t2, fuel is supplied to the engine 150 and ignition is performed. After reaching the ignition rotation speed Netag, the torque of the motor MG1 is set by PI control (see steps S320 to S328 in FIG. 8). While the vehicle is running, it is set based on the deviation between the target engine speed Ne * of the engine 150 and the actual engine speed Ne. In the section from time t2 to t3, the engine speed is lower than the target speed Ne *, so the torque of the motor MG1 is a positive value.
[0089]
When the rotational speed of the engine 150 reaches the target rotational speed Ne * at time t3, the torque of the motor MG1 turns negative. In this case, if the engine 150 has not started the self-sustained operation, the rotational speed of the engine 150 decreases to a value Ne * or less as shown by the broken line in the figure. Accordingly, the torque of the motor MG1 immediately returns to a positive value.
[0090]
On the other hand, if engine 150 has started a self-sustained operation, engine 150 is controlled to output power Pe *. Therefore, the rotational speed of the engine 150 increases. The motor MG1 outputs a negative torque in order to reduce the rotational speed of the engine 150 to the value Ne *. Thus, the torque of the motor MG1 becomes a negative value for a while until the rotation speed of the engine 150 is stabilized at the value Ne *.
[0091]
When the torque of the motor MG1 turns negative at time t3, the complete explosion determination counter starts measuring elapsed time. If the engine 150 has started self-sustained operation, the complete explosion determination counter increases at a constant rate as shown in the figure. When the elapsed time exceeds a predetermined value cs at time t4, the CPU determines that the engine 150 has started a self-sustained operation and ends the start control.
[0092]
The elapsed time cs serving as a reference for the complete explosion determination is set to an appropriate value that can determine that the engine 150 has started a self-sustaining operation based on such fluctuations in the rotational speed and the like. For example, if the elapsed time cs is set to a small value, the engine 150 starts a self-sustained operation due to the torque fluctuation of the motor MG1 when the engine 150 does not start the self-sustained operation as shown by the broken line in FIG. There is a possibility of misjudging it. On the other hand, if the value cs is set to a large value, the time required for complete explosion determination becomes longer. Further, depending on the response of the control until the rotation speed of the engine 150 is stabilized at Ne *, the torque of the motor MG1 may turn positive for a short time, which may cause an erroneous determination. In the present embodiment, the elapsed time cs is set to several seconds in consideration of these conditions. The elapsed time cs may be changed according to the engine water temperature or the like.
[0093]
Next, the setting of the target rotational speed N1 * used for setting the torque T1 of the motor MG1 while the vehicle is stopped will be described. FIG. 10 is an explanatory diagram showing fluctuations in engine speed and the like when the start control process is executed while the vehicle is stopped. As during traveling, when the start control is started at time t11, the torque T1 of the motor MG1 increases to the maximum value Tmax. When the rotational speed of engine 150 reaches value Netag at time t12, fuel is supplied and ignited, and engine 150 starts operation. Thereafter, the operation of the motor MG1 is PI-controlled (see steps S300 to S328 in FIG. 8).
[0094]
In the period from time t12 to t13, the engine 150 has a lower rotational speed than the PI control target rotational speed N1 *, and therefore the motor MG1 has a positive torque. When the rotational speed of engine 150 exceeds target rotational speed N1 *, torque of motor MG1 turns negative. Here, if engine 150 has not started a self-sustaining operation, the rotational speed of engine 150 immediately decreases, and the torque of motor MG1 again becomes a positive value. This is the same as the change during travel (see FIG. 9).
[0095]
On the other hand, when engine 150 has started a self-sustained operation, engine 150 is controlled to perform an idle operation while the vehicle is stopped (see FIG. 4). The engine 150 is controlled to rotate at the idle speed Ne *. On the other hand, motor MG1 is controlled to operate engine 150 at target rotational speed N1 * lower than idle rotational speed Ne *. Due to the interaction between the two controls, the torque of the motor MG1 continuously becomes a negative value. As a result, the complete explosion determination counter increases at a constant rate after time t13. When the elapsed time exceeds a predetermined value cs at time t14, the CPU determines that the engine 150 has started a self-sustaining operation and ends the start control process.
[0096]
The control for causing the EFI ECU 170 to idle the engine 150 is usually provided with a predetermined dead zone in order to avoid frequent fluctuations in the operating state of the engine 150. That is, the control of the idling operation is normally executed so that the engine speed is within a predetermined range with respect to the idling speed Ne *. If the target engine speed N1 * is equal to the idle engine speed Ne * so that it enters this dead zone, the torque T1 of the motor MG1 becomes almost zero when the engine 150 starts self-sustained operation. It becomes impossible to execute.
[0097]
On the other hand, if the target rotational speed N1 * is set to a value extremely lower than the idle rotational speed Ne *, the operation of the engine 150 may become unstable or stop due to the load of the motor MG1. Further, in the configuration in which the engine 150 and the motor MG1 and the like are coupled via the planetary gear 120 as in the present embodiment, it is also known that rattling noise is generated in the planetary gear 120 when the target rotational speed N1 * is set to a low value. . Furthermore, it is also known that when the target rotational speed N1 * is set to a low value, so-called torsional resonance occurs as a result of unstable rotation of the engine 150. In the present embodiment, in consideration of these conditions, the target rotational speed N1 * is set in a range that does not hinder the operation of the engine 150, and a value lower by about 30 to 50 rpm than the idle rotational speed Ne * is set as the target rotational speed. N1 *. That is, the value α in step S324 in FIG. 8 is set to about 30 to 50 rpm.
[0098]
According to the hybrid vehicle of the present embodiment described above, the complete explosion determination of the engine 150 can be performed with high accuracy, and the engine 150 can be started appropriately. Therefore, it is possible to suppress power consumption when the engine 150 is started. In addition, since engine 150 can be started quickly and reliably, the responsiveness of the traveling vehicle can be improved.
[0099]
Further, in the hybrid vehicle of the present embodiment, the required power of the engine 150 can be started with the value 0 while the vehicle is stopped. As a result, the vibration of the engine 150 at the start can be reduced. Further, it is possible to suppress fuel consumption and emission at the time of starting.
[0100]
In the hybrid vehicle of the present embodiment, when the vehicle is stopped, the target rotational speed N1 * for setting the torque of the motor MG1 is set to a value lower than the idle rotational speed Ne * of the engine 150, thereby reducing the torque of the motor MG1. Based on the complete explosion judgment. As a result, the engine 150 can be started with the required power as a value of 0, and the various effects described above can be obtained. The hybrid vehicle has characteristics that are excellent in fuel consumption and emission, and the above-described effects further improve these characteristics.
[0101]
In the hybrid vehicle of this embodiment, the required power is a positive value when the engine water temperature is low. Therefore, the engine can be properly started when the temperature is low. Further, during traveling, engine 150 is started with required power corresponding to the traveling state. Therefore, the power required for traveling can be quickly output as the engine 150 is started, so that the power consumption of the battery can be suppressed and the responsiveness of the vehicle can be improved.
[0102]
In this embodiment, a hybrid vehicle to which the planetary gear 120 is applied has been exemplified. Regardless of this, the present invention can be applied to a hybrid vehicle having various configurations. FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a hybrid vehicle as a modification. This hybrid vehicle includes a clutch motor CM instead of the planetary gear 120 and the motor MG1. The clutch motor is a counter-rotor electric motor including an inner rotor 202 and an outer rotor 204 that are relatively rotatable. As shown in FIG. 11, the inner rotor 202 is coupled to the crankshaft 156 of the engine 150, and the outer rotor 204 is coupled to the drive shaft 112. Electric power is supplied to the outer rotor 204 via a slip ring 206. A motor MG2 is also coupled to the shaft on the outer rotor 204 side. Other configurations are the same as those of the hybrid vehicle of this embodiment.
[0103]
The power output from the engine 150 can be transmitted to the drive shaft 112 via the clutch motor CM. The clutch motor CM transmits power between the inner rotor 202 and the outer rotor 204 through electromagnetic coupling. At this time, if the rotation speed of the outer rotor 204 is lower than the rotation speed of the inner rotor 202, the electric power corresponding to the slippage of both can be regenerated by the clutch motor CM. Conversely, if electric power is supplied to the clutch motor CM, the rotational speed of the inner rotor 202 can be increased and output to the drive shaft 112. When the torque output from the engine 150 via the clutch motor CM does not coincide with the required torque to be output from the drive shaft 112, the motor MG2 can compensate.
[0104]
If the clutch motor is powered, the engine 150 can be motored and started. During motoring, reaction torque is output to the axle side based on the principle of action and reaction between the inner rotor 202 and the outer rotor 204. This reaction torque can be canceled by the motor MG2. If the present invention is applied to the first hybrid vehicle, it is possible to determine whether or not the engine 150 has completely exploded based on the torque of the clutch motor CM at the time of starting.
[0105]
The present invention can be applied to a so-called series hybrid vehicle as well as a parallel hybrid vehicle that can directly output the power of the engine 150 to the drive shaft. FIG. 12 is an explanatory diagram showing the configuration of the series hybrid vehicle. In the series hybrid vehicle, the crankshaft of the engine 150 is mechanically coupled to the rotating shaft of the generator G. Engine 150 is not coupled to the drive shaft. Electric power can be generated by the generator G by operating the engine 150. The generated power is stored in a battery. On the other hand, a motor M is coupled to the drive shaft. The motor M is rotated by the power of the battery.
[0106]
In the series hybrid vehicle, the engine 150 is operated / stopped according to the charge amount of the battery. When the battery power is consumed and charging is required, the engine 150 is started to start charging. The start is performed by cranking the engine 150 with the generator G. If the present invention is applied to such a series hybrid vehicle, it is possible to determine whether or not the engine 150 has completely exploded based on the torque of the generator G at the time of starting.
[0107]
In addition to the hybrid vehicle, the present invention can also be applied to a normal vehicle using only the engine as a power source. Moreover, it is good also as what is applied to the starting control apparatus which starts the driving | operation of an engine in the various apparatuses which mount an engine as a motive power source irrespective of a vehicle.
[0108]
As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not limited to such embodiment at all, Of course, in the range which does not deviate from the summary of this invention, it can implement with a various form. It is. For example, in the above embodiment, various controls are executed by software, but these may be realized by hardware.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a configuration diagram showing a schematic configuration of a hybrid vehicle as an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of a start control processing routine.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an intake valve closing angle.
FIG. 4 is a flowchart of an engine operation control processing routine.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation curve.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a relationship between engine water temperature and required power.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing the relationship between engine water temperature and target rotational speed.
FIG. 8 is a flowchart of an MG1 operation control processing routine.
FIG. 9 is an explanatory diagram showing fluctuations in engine speed and the like when a start control process is executed while the vehicle is running.
FIG. 10 is an explanatory diagram showing fluctuations in engine speed and the like when a start control process is executed while the vehicle is stopped.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing a configuration of a hybrid vehicle as a modified example.
FIG. 12 is an explanatory diagram showing a configuration of a series hybrid vehicle.
[Explanation of symbols]
112 ... Drive shaft
116R, 116L ... wheels
119 ... Case
120 ... Planetary Gear
121 ... Sungear
122 ... Ring gear
123 ... Planetary pinion gear
124 ... Planetary Carrier
125 ... Sun gear shaft
126 ... Ring gear shaft
127 ... Planetary carrier shaft
129 ... Chain belt
130 ... Damper
131, 141 ... three-phase coil
132, 142 ... rotor
133, 143 ... Stator
144: Rotational speed sensor
149 ... Battery
150 ... Engine
154 ... Water temperature sensor
156 ... Crankshaft
165 ... Accelerator opening sensor
190 ... Control unit
191 192 Drive circuit
194 ... Battery
202 ... Inner rotor
204 ... Outer rotor
206 ... slip ring

Claims (8)

エンジンに結合された電動機の動力によって該エンジンを回転させるとともに、燃料の供給および点火を行って該エンジンを自立運転させる始動制御装置であって、
該エンジンの自立運転時の要求動力を設定する動力設定手段と、
前記要求動力に応じた運転状態で前記エンジンの運転を制御するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転を阻害しない範囲で、前記エンジン制御手段によって実現されるエンジン回転数よりも有意に低い電動機目標回転数で前記電動機を回転させる電動機制御手段と、
該電動機のトルクに基づいて前記エンジンが自立運転を開始したか否かを判定する自立運転判定手段とを備える始動制御装置。
A start control device for rotating the engine by the power of an electric motor coupled to the engine and supplying the fuel and igniting the engine so that the engine operates independently.
Power setting means for setting the required power during the self-sustaining operation of the engine;
Engine control means for controlling the operation of the engine in an operation state corresponding to the required power;
Electric motor control means for rotating the electric motor at an electric motor target speed that is significantly lower than the engine speed realized by the engine control means within a range not impeding the operation of the engine;
A start control device comprising: a self-sustained operation determination unit that determines whether or not the engine has started a self-sustained operation based on a torque of the electric motor.
請求項1記載の始動制御装置であって、
前記動力設定手段は、前記要求動力を値0に設定する手段であり、
前記エンジン制御手段は、所定のエンジン回転数で前記エンジンを回転させる手段である始動制御装置。
The start control device according to claim 1,
The power setting means is means for setting the required power to a value of 0;
The engine control means is a start control device which is means for rotating the engine at a predetermined engine speed.
請求項2記載の始動制御装置であって、
前記エンジンの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記動力設定手段は、該温度が前記エンジンの点火の容易性に応じて定まる所定値以下の場合には、前記要求動力を正の所定値とする手段である始動制御装置。
The start control device according to claim 2,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the engine;
The power control means is a start control device which is means for setting the required power to a positive predetermined value when the temperature is equal to or lower than a predetermined value determined according to the ease of ignition of the engine.
エンジンと第1の電動機とを動力の供給源として搭載し、該エンジンに結合された第2の電動機によって該エンジンの始動および停止を制御しながら走行するハイブリッド車両であって、
該エンジンの始動要求に応じて、前記第2の電動機を制御して該エンジンを回転させるとともに、前記エンジンへの燃料の供給および点火を行うエンジン点火制御手段と、
該エンジンの自立運転時の要求動力を設定する動力設定手段と、
前記要求動力に応じた運転状態で前記エンジンを運転するエンジン制御手段と、
前記エンジンの運転を阻害しない範囲で、前記エンジン制御手段によって実現されるエンジン回転数よりも有意に低い電動機目標回転数で前記第2の電動機を回転させる電動機制御手段と、
該第2の電動機のトルクに基づいて前記エンジンが自立運転を開始したか否かを判定する自立運転判定手段とを備えるハイブリッド車両。
A hybrid vehicle that is mounted with an engine and a first electric motor as a power supply source and that travels while controlling start and stop of the engine by a second electric motor coupled to the engine,
An engine ignition control means for controlling the second electric motor to rotate the engine in response to a start request of the engine, and for supplying and igniting fuel to the engine;
Power setting means for setting the required power during the self-sustaining operation of the engine;
Engine control means for operating the engine in an operation state corresponding to the required power;
Motor control means for rotating the second motor at a motor target speed significantly lower than the engine speed realized by the engine control means within a range not impeding the operation of the engine;
A hybrid vehicle comprising: a self-sustained operation determination unit that determines whether or not the engine has started a self-sustained operation based on a torque of the second electric motor.
請求項4記載のハイブリッド車両であって、
前記動力設定手段は、前記要求動力を値0に設定する手段であり、
前記エンジン制御手段は、所定のエンジン回転数で前記エンジンを回転させる手段であるハイブリッド車両。
The hybrid vehicle according to claim 4,
The power setting means is means for setting the required power to a value of 0;
The hybrid vehicle, wherein the engine control means is means for rotating the engine at a predetermined engine speed.
請求項5記載のハイブリッド車両であって、
前記エンジンの温度を検出する温度検出手段を備え、
前記動力設定手段は、該温度が前記エンジンの点火の容易性に応じて定まる所定値以下の場合には、前記要求動力を正の所定値とする手段であるハイブリッド車両。
A hybrid vehicle according to claim 5,
Temperature detecting means for detecting the temperature of the engine;
The hybrid vehicle, wherein the power setting means is a means for setting the required power to a positive predetermined value when the temperature is equal to or lower than a predetermined value determined according to the ease of ignition of the engine.
請求項5記載のハイブリッド車両であって、
前記車両が停車中であるか否かを判定する停車判定手段を備え、
前記動力設定手段は、前記車両が停車中でない場合には、前記要求動力を正の所定値とする手段であるハイブリッド車両。
A hybrid vehicle according to claim 5,
Comprising stop determination means for determining whether or not the vehicle is stopped;
The power setting means is a hybrid vehicle which is means for setting the required power to a positive predetermined value when the vehicle is not stopped.
エンジンに結合された電動機の動力によって該エンジンを回転させるとともに、燃料の供給および点火を行って該エンジンを自立運転させる制御方法であって、
(a) 該エンジンの自立運転時の要求動力を設定する工程と、
(b) 前記要求動力に応じた運転状態で前記エンジンの運転を制御する工程と、
(c) 前記エンジンの運転を阻害しない範囲で、前記エンジン制御手段によって実現されるエンジン回転数よりも有意に低い電動機目標回転数で前記電動機を回転させる工程と、
(d) 該電動機のトルクに基づいて前記エンジンが自立運転を開始したか否かを判定する工程とを備える制御方法。
A control method of rotating the engine by the power of an electric motor coupled to the engine and supplying the fuel and igniting the engine to operate independently.
(A) a step of setting a required power during the self-sustaining operation of the engine;
(B) controlling the operation of the engine in an operating state corresponding to the required power;
(C) rotating the electric motor at a motor target rotational speed that is significantly lower than the engine rotational speed realized by the engine control means within a range that does not impede operation of the engine;
(D) A control method comprising: determining whether or not the engine has started a self-sustained operation based on the torque of the electric motor.
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