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JP2007246030A - Engine starter for hybrid vehicle - Google Patents

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JP2007246030A JP2006075196A JP2006075196A JP2007246030A JP 2007246030 A JP2007246030 A JP 2007246030A JP 2006075196 A JP2006075196 A JP 2006075196A JP 2006075196 A JP2006075196 A JP 2006075196A JP 2007246030 A JP2007246030 A JP 2007246030A
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Abstract

【課題】ハイブリッド車両に搭載されるエンジンの始動性を向上させる。
【解決手段】ハイブリッド車両には、クランク軸に直結されるモータジェネレータが設けられるとともに、クランク軸に減速ギヤを介して連結されるスタータモータが設けられている。エンジンを始動する際には、スタータモータを駆動させてエンジンを初爆状態までクランキングさせた後に、モータジェネレータを駆動させてエンジンを完爆状態までクランキングさせる。これにより、スタータモータおよびモータジェネレータを効率の良い領域で使用することができるため、消費電力を抑制するとともにエンジンを確実に始動させることが可能となる。
【選択図】図５The startability of an engine mounted on a hybrid vehicle is improved.
A hybrid vehicle is provided with a motor generator directly connected to a crankshaft and a starter motor connected to the crankshaft via a reduction gear. When starting the engine, the starter motor is driven to crank the engine to the initial explosion state, and then the motor generator is driven to crank the engine to the complete explosion state. Thereby, since the starter motor and the motor generator can be used in an efficient area, it is possible to suppress power consumption and to start the engine reliably.
[Selection] Figure 5

Description

本発明は、エンジンとこれに連結される電動モータとを備えるハイブリッド車両のエンジン始動装置に関する。   The present invention relates to an engine starter for a hybrid vehicle including an engine and an electric motor connected to the engine.

エンジンおよび電動モータを駆動源とするハイブリッド車両の駆動方式としては、エンジンを発電用の動力源として駆動する一方、電動モータを走行用の動力源として駆動するようにしたシリーズ方式や、エンジンを車両走行時の主要な動力源として駆動する一方、電動モータを発進時や加速時に補助的に駆動するようにしたパラレル方式がある。また、シリーズ方式とパラレル方式とを組み合わせることにより、走行状況に応じてエンジンと電動モータの一方または双方を駆動するようにしたシリーズ・パラレル方式も開発されている。   As a driving method of a hybrid vehicle using an engine and an electric motor as a driving source, a series method in which the engine is driven as a power source for power generation while the engine is driven as a driving power source, or the engine is used as a vehicle. There is a parallel system in which the electric motor is driven as a main power source at the time of traveling, while the electric motor is driven auxiliary when starting or accelerating. In addition, a series / parallel system has been developed in which one or both of the engine and the electric motor are driven in accordance with the running situation by combining the series system and the parallel system.

このようなハイブリッド車両にあっては、エンジンに連結される電動モータを備えることから、この電動モータを用いてエンジンを始動させることが一般的である。しかしながら、走行によって高電圧バッテリの充電状態が低下した場合や、高電圧バッテリの温度低下によって内部抵抗が増大した場合などには、大きな駆動電流を電動モータに対して供給することが困難となり、エンジンの始動性を低下させてしまうおそれがある。そこで、電動モータに対する供給電流を段階的に引き下げることにより、少ない消費電力によってエンジンを始動させるようにしたエンジン始動装置が提案されている(たとえば、特許文献１参照)。   Since such a hybrid vehicle includes an electric motor connected to the engine, it is common to start the engine using this electric motor. However, when the state of charge of the high voltage battery decreases due to traveling or when the internal resistance increases due to a decrease in the temperature of the high voltage battery, it becomes difficult to supply a large drive current to the electric motor. There is a possibility that the startability of the battery is reduced. In view of this, an engine starter has been proposed in which the engine is started with low power consumption by stepping down the supply current to the electric motor (see, for example, Patent Document 1).

また、ハイブリッド車両に搭載される大型の電動モータは、エンジンを始動する際の低回転低負荷領域において駆動効率が低下することも多く、大きな回転トルクが要求される極低温時にはエンジンの始動が困難となっていた。そこで、極低温時など電動モータによる始動が困難な状況においては、電動モータに代えて従来のスタータモータを用いるようにしたエンジン始動装置も提案されている。
特開平１１−８２２５９号公報 In addition, large electric motors mounted on hybrid vehicles often have low driving efficiency in the low-rotation and low-load region when starting the engine, making it difficult to start the engine at extremely low temperatures where large rotational torque is required. It was. Therefore, an engine starter that uses a conventional starter motor instead of the electric motor has been proposed in situations where it is difficult to start with an electric motor, such as at a very low temperature.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-82259

ところで、ハイブリッド車両は、高膨張比(ミラーサイクル)エンジンなど燃費性能を向上させるようにしたエンジンを備えることが多い。このような低燃費エンジンにあってはエンジントルクの低下に伴って始動性が低下していることも多く、特に、潤滑油の粘度が増大する極低温時に低燃費エンジンを始動させることが困難となっていた。このような極低温時におけるエンジンの始動性を向上させるためには、スタータモータの高出力化を図って始動回転数を引き上げる必要があるが、スタータモータの高出力化を図ることはエンジン始動装置の大型化や高コスト化を招く要因となる。   By the way, a hybrid vehicle is often provided with an engine that improves fuel efficiency such as a high expansion ratio (mirror cycle) engine. In such a fuel-efficient engine, startability often decreases as the engine torque decreases, and it is particularly difficult to start the fuel-efficient engine at extremely low temperatures when the viscosity of the lubricating oil increases. It was. In order to improve the startability of the engine at such an extremely low temperature, it is necessary to increase the starter motor to increase the output speed of the starter motor. It becomes a factor which leads to increase in size and cost.

本発明の目的は、ハイブリッド車両に搭載されるエンジンの始動性を向上させることにある。   An object of the present invention is to improve the startability of an engine mounted on a hybrid vehicle.

本発明のハイブリッド車両のエンジン始動装置は、エンジンと、前記エンジンに連結されて走行動力を出力する電動モータと、前記エンジンを始動回転する始動モータとを備えるハイブリッド車両のエンジン始動装置であって、前記始動モータに始動信号を出力して前記エンジンを初爆状態まで始動回転させた後に、前記電動モータに始動信号を出力して前記エンジンを完爆状態まで始動回転させるモータ制御手段を有することを特徴とする。   An engine starter for a hybrid vehicle according to the present invention is an engine starter for a hybrid vehicle comprising an engine, an electric motor connected to the engine for outputting traveling power, and a starter motor for starting and rotating the engine, Motor control means for outputting a start signal to the start motor and starting and rotating the engine to an initial explosion state, and then outputting a start signal to the electric motor and starting and rotating the engine to a complete explosion state; Features.

本発明のハイブリッド車両のエンジン始動装置は、前記モータ制御手段は、前記エンジンが初爆状態に達した後に前記始動モータに対する始動信号を停止し、前記エンジンが完爆状態に達した後に前記電動モータに対する始動信号を停止することを特徴とする。   In the engine starter for a hybrid vehicle according to the present invention, the motor control means stops the start signal for the start motor after the engine reaches the initial explosion state, and the electric motor after the engine reaches the complete explosion state. The start signal for is stopped.

本発明のハイブリッド車両のエンジン始動装置は、前記モータ制御手段は、エンジン回転数の上昇率に基づいて前記エンジンの初爆状態を判定し、エンジン回転数に基づいて前記エンジンの完爆状態を判定することを特徴とする。   In the engine starter for a hybrid vehicle according to the present invention, the motor control means determines the initial explosion state of the engine based on the rate of increase of the engine speed, and determines the complete explosion state of the engine based on the engine speed. It is characterized by doing.

本発明のハイブリッド車両のエンジン始動装置は、前記モータ制御手段は、前記エンジンの冷却水温が所定温度を下回るときに前記始動モータと前記電動モータとを用いて前記エンジンを始動回転させることを特徴とする。   The engine starter for a hybrid vehicle according to the present invention is characterized in that the motor control means starts and rotates the engine using the starter motor and the electric motor when the coolant temperature of the engine falls below a predetermined temperature. To do.

本発明のハイブリッド車両のエンジン始動装置は、前記モータ制御手段は、前記エンジンを始動回転する前記電動モータの動力をエンジン回転数の変化率に基づいて制御することを特徴とする。   In the engine starter for a hybrid vehicle according to the present invention, the motor control means controls the power of the electric motor for starting and rotating the engine based on a rate of change of the engine speed.

本発明のハイブリッド車両のエンジン始動装置は、前記モータ制御手段は、前記電動モータに電力を供給する蓄電機器の充電状態が所定値を下回るときに前記電動モータに対する始動信号の出力を禁止することを特徴とする。   In the engine starter for a hybrid vehicle according to the present invention, the motor control means prohibits the output of a start signal to the electric motor when a state of charge of a power storage device that supplies electric power to the electric motor falls below a predetermined value. Features.

本発明によれば、エンジンが初爆状態に達するまでは始動モータを用いてエンジンを始動回転させ、エンジンが完爆状態に達するまでは電動モータを用いてエンジンを始動回転させるようにしたので、始動モータや電動モータを効率の良い領域で使用することができ、消費電力を抑制しながらエンジンの始動性を向上させることが可能となる。   According to the present invention, the engine is started and rotated using the starter motor until the engine reaches the initial explosion state, and the engine is started and rotated using the electric motor until the engine reaches the complete explosion state. The starter motor and the electric motor can be used in an efficient region, and the engine startability can be improved while suppressing power consumption.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１はハイブリッド車両に搭載されるパワーユニット１０を示すスケルトン図であり、このパワーユニット１０が備えるエンジン１１は、本発明の一実施の形態であるエンジン始動装置によって始動される。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a skeleton diagram showing a power unit 10 mounted on a hybrid vehicle. An engine 11 provided in the power unit 10 is started by an engine starter according to an embodiment of the present invention.

図１に示すように、パワーユニット１０には、駆動源としてのエンジン１１とモータジェネレータ(電動モータ)１２とが設けられており、モータジェネレータ１２の後方側にはトランスミッション１３が設けられている。エンジン１１やモータジェネレータ１２から出力される走行動力は、ミッションケース１４内に組み込まれる変速機構１５を介して変速された後に、複数のデファレンシャル機構１６，１７を経て各駆動輪に分配される。なお、図示するパワーユニット１０はパラレル方式のパワーユニットであり、走行用の主要な駆動源としてエンジン１１が駆動される一方、発進時や加速時には補助的な駆動源としてモータジェネレータ１２が駆動される。また、減速時や定常走行時にはモータジェネレータ１２を発電駆動させることにより、減速エネルギや余剰動力を電気エネルギに変換して回収することが可能となっている。   As shown in FIG. 1, the power unit 10 is provided with an engine 11 and a motor generator (electric motor) 12 as drive sources, and a transmission 13 is provided on the rear side of the motor generator 12. The traveling power output from the engine 11 and the motor generator 12 is shifted through a transmission mechanism 15 incorporated in the mission case 14 and then distributed to each drive wheel through a plurality of differential mechanisms 16 and 17. The illustrated power unit 10 is a parallel power unit, and the engine 11 is driven as a main driving source for traveling, while the motor generator 12 is driven as an auxiliary driving source at the time of start or acceleration. Further, when the motor generator 12 is driven to generate power during deceleration or steady running, the deceleration energy and surplus power can be converted into electric energy and recovered.

エンジン１１の後方側に設けられるモータジェネレータ１２は、モータケース２０に固定されるステータ２１と、エンジン１１のクランク軸２２に連結されるロータ２３とを備えており、ロータ２３はドライブプレート２４を介してトルクコンバータ２５に連結されている。トルクコンバータ２５は、コンバータケース２６に固定されるポンプインペラ２７と、このポンプインペラ２７に対向するタービンランナ２８とを備えており、トルクコンバータ２５内の作動油を介してポンプインペラ２７からタービンランナ２８に動力が伝達される。さらに、トルクコンバータ２５にはロックアップクラッチ２９が組み込まれており、定常走行時にはロックアップクラッチ２９を締結して動力伝達効率を向上させることが可能となっている。   The motor generator 12 provided on the rear side of the engine 11 includes a stator 21 fixed to the motor case 20 and a rotor 23 connected to the crankshaft 22 of the engine 11. The rotor 23 is connected via a drive plate 24. To the torque converter 25. The torque converter 25 includes a pump impeller 27 that is fixed to the converter case 26 and a turbine runner 28 that faces the pump impeller 27, and the turbine runner 28 is connected from the pump impeller 27 via the hydraulic oil in the torque converter 25. Power is transmitted to. Further, a lockup clutch 29 is incorporated in the torque converter 25, and it is possible to improve the power transmission efficiency by fastening the lockup clutch 29 during steady running.

また、トルクコンバータ２５の近傍には始動モータとしてのスタータモータ３０が設けられており、このスタータモータ３０が備えるピニオン３１はコンバータケース２６に固定されるリングギヤ３２に噛み合うようになっている。さらに、スタータモータ３０のピニオン３１は、リングギヤ３２に噛み合う突出位置と噛み合わない退避位置とに移動するようになっており、ピニオン３１を突出位置に移動させてスタータモータ３０を駆動することにより、コンバータケース２６およびロータ２３を介してエンジン１１をクランキングさせることが可能となる。なお、スタータモータ３０は低電圧の直流電流によって駆動される直流モータとなっている。   Further, a starter motor 30 as a starter motor is provided in the vicinity of the torque converter 25, and a pinion 31 provided in the starter motor 30 meshes with a ring gear 32 fixed to the converter case 26. Further, the pinion 31 of the starter motor 30 is moved to a projecting position that meshes with the ring gear 32 and a retracted position that is not meshed. By driving the starter motor 30 by moving the pinion 31 to the projecting position, the converter The engine 11 can be cranked through the case 26 and the rotor 23. The starter motor 30 is a direct current motor driven by a low voltage direct current.

さらに、トルクコンバータ２５には、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備える変速機構１５が変速入力軸３３を介して接続されている。この変速機構１５内のクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、変速機構１５内の動力伝達経路を切り換えて変速することが可能となる。さらに、変速出力軸３４と後輪出力軸３５との間には、前後輪に駆動トルクを分配する複合遊星歯車式のセンタデファレンシャル機構１６が装着されており、このセンタデファレンシャル機構１６を介して前輪出力軸３６と後輪出力軸３５とに動力が分配される。   Further, a transmission mechanism 15 including a planetary gear train, a clutch, a brake, and the like is connected to the torque converter 25 via a transmission input shaft 33. By selectively engaging the clutch and the brake in the transmission mechanism 15, the power transmission path in the transmission mechanism 15 can be switched to change the speed. Further, a compound planetary gear type center differential mechanism 16 that distributes drive torque to the front and rear wheels is mounted between the transmission output shaft 34 and the rear wheel output shaft 35, and the front wheels are connected via the center differential mechanism 16. Power is distributed to the output shaft 36 and the rear wheel output shaft 35.

図２はハイブリッド車両の始動制御系を示すブロック図である。なお、図１に示す部材と同一の部材については、同一の符号を付してその説明を省略する。図２に示すように、ハイブリッド車両には、モータジェネレータ１２に電力を供給する蓄電機器として高電圧バッテリ(たとえばリチウムイオンバッテリ)４０が搭載されるとともに、スタータモータ３０に電力を供給する低電圧バッテリ(たとえば１２Ｖの鉛蓄電池)４１が搭載されている。また、高電圧バッテリ４０と低電圧バッテリ４１とはコンバータ４２を介して接続されており、このコンバータ４２によって高電圧電流を低電圧電流に変換することにより、高電圧バッテリ４０から低電圧バッテリ４１に電力を供給することが可能となっている。   FIG. 2 is a block diagram showing a start control system of the hybrid vehicle. In addition, about the member same as the member shown in FIG. 1, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted. As shown in FIG. 2, the hybrid vehicle is equipped with a high voltage battery (for example, a lithium ion battery) 40 as a power storage device that supplies electric power to the motor generator 12 and a low voltage battery that supplies electric power to the starter motor 30. (For example, a 12V lead-acid battery) 41 is mounted. Further, the high voltage battery 40 and the low voltage battery 41 are connected via a converter 42, and the converter 42 converts the high voltage current into the low voltage current, thereby changing the high voltage battery 40 to the low voltage battery 41. Electric power can be supplied.

また、ハイブリッド車両には、高電圧バッテリ４０の電圧や電流を制御して充放電量を制御するとともに、電圧、電流、セル温度に基づき高電圧バッテリ４０の充電状態ＳＯＣ(state of charge)を算出するバッテリＥＣＵ４３が設けられている。さらに、エンジントルクやエンジン回転数を制御するエンジンＥＣＵ４４が設けられており、このエンジンＥＣＵ４４から、スロットルバルブ、インジェクタ、イグナイタ等に対して制御信号が出力されている。さらに、モータジェネレータ１２やスタータモータ３０に対して制御信号を出力するモータ制御手段としてのハイブリッドＥＣＵ４５が設けられている。これらのＥＣＵ４３〜４５は、制御信号等を演算するＣＰＵを備えるとともに、制御プログラム、演算式、マップデータ等を格納するＲＯＭや、一時的にデータを格納するＲＡＭを備えている。なお、ＥＣＵ４３〜４５は、通信ネットワークを介して相互に接続されており、制御信号や検出信号を共有している。   In the hybrid vehicle, the charge and discharge amount is controlled by controlling the voltage and current of the high voltage battery 40, and the state of charge (SOC) of the high voltage battery 40 is calculated based on the voltage, current, and cell temperature. A battery ECU 43 is provided. Further, an engine ECU 44 for controlling the engine torque and the engine speed is provided, and a control signal is output from the engine ECU 44 to a throttle valve, an injector, an igniter and the like. Furthermore, a hybrid ECU 45 is provided as a motor control unit that outputs a control signal to the motor generator 12 and the starter motor 30. These ECUs 43 to 45 include a CPU that calculates control signals and the like, and also includes a ROM that stores control programs, arithmetic expressions, map data, and the like, and a RAM that temporarily stores data. The ECUs 43 to 45 are connected to each other via a communication network and share control signals and detection signals.

また、ハイブリッドＥＣＵ４５には、バッテリＥＣＵ４３から充電状態ＳＯＣが入力されるとともに、エンジンＥＣＵ４４からエンジントルク、エンジン回転数、エンジン水温等が入力されるようになっている。さらに、ハイブリッドＥＣＵ４５には、スタータスイッチ４６からエンジン始動時の操作信号が入力されるとともに、図示しない各種センサから、アクセル開度、車速、シフトレンジ等が入力されるようになっている。そして、ハイブリッドＥＣＵ４５は、これらの入力信号に基づいてハイブリッド車両の車両状態を判定するとともに、車両状態に応じた制御信号をモータジェネレータ１２やスタータモータ３０に対して出力することになる。   Further, the state of charge SOC is input from the battery ECU 43 to the hybrid ECU 45, and engine torque, engine speed, engine water temperature, and the like are input from the engine ECU 44. Further, the hybrid ECU 45 receives an operation signal at the time of starting the engine from the starter switch 46, and inputs an accelerator opening, a vehicle speed, a shift range, and the like from various sensors (not shown). The hybrid ECU 45 determines the vehicle state of the hybrid vehicle based on these input signals and outputs a control signal corresponding to the vehicle state to the motor generator 12 and the starter motor 30.

なお、モータジェネレータ１２の駆動状態を制御するため、高電圧バッテリ４０とモータジェネレータ１２との間にはインバータ４７が設けられている。ハイブリッドＥＣＵ４５からインバータ４７に対して制御信号を出力することにより、インバータ４７を介して交流電流の電流値や周波数を制御することができ、交流同期型モータであるモータジェネレータ１２のモータトルクやモータ回転数を制御することが可能となっている。   An inverter 47 is provided between the high voltage battery 40 and the motor generator 12 in order to control the driving state of the motor generator 12. By outputting a control signal from the hybrid ECU 45 to the inverter 47, the current value and frequency of the AC current can be controlled via the inverter 47, and the motor torque and motor rotation of the motor generator 12 which is an AC synchronous motor. The number can be controlled.

続いて、エンジン１１の始動制御について説明する。図３は始動方法とエンジン水温との関係を示す説明図であり、図４は始動方法と充電状態ＳＯＣとの関係を示す説明図である。まず、図３に示すように、エンジン１１の始動方法としては３種類の始動方法が設定されており、これらの始動方法はエンジン水温(冷却水温)に基づいて切り換えられている。つまり、エンジン水温が−１０℃よりも高い常温領域にあっては、モータジェネレータ１２単体によってクランク軸２２を始動回転させるジェネレータモードが設定され、エンジン水温が−２０℃から−１０℃までの低温領域にあっては、スタータモータ３０単体によってクランク軸２２を始動回転させるスタータモードが設定される。そして、エンジン水温が−２０℃よりも低い極低温領域にあっては、潤滑油の粘度が増大してエンジン始動が困難となるため、スタータモータ３０とモータジェネレータ１２とを併用してクランク軸２２を始動回転させる併用モードが設定される。   Next, start control of the engine 11 will be described. FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the starting method and the engine water temperature, and FIG. 4 is an explanatory diagram showing the relationship between the starting method and the state of charge SOC. First, as shown in FIG. 3, three types of starting methods are set as starting methods of the engine 11, and these starting methods are switched based on the engine water temperature (cooling water temperature). That is, when the engine water temperature is in a normal temperature range higher than −10 ° C., a generator mode in which the crankshaft 22 is started and rotated by the motor generator 12 alone is set, and the engine water temperature is a low temperature range from −20 ° C. to −10 ° C. In this case, a starter mode in which the crankshaft 22 is started and rotated by the starter motor 30 alone is set. In an extremely low temperature range where the engine water temperature is lower than −20 ° C., the viscosity of the lubricating oil increases, making it difficult to start the engine. Therefore, the starter motor 30 and the motor generator 12 are used in combination, and the crankshaft 22 The combined mode for starting and rotating the is set.

ここで、図５は併用モードにおけるスタータモータ３０およびモータジェネレータ１２の作動状態を示すタイミングチャートである。図２および図５に示すように、運転手によってスタータスイッチ４６が操作されると、ハイブリッドＥＣＵ４５からスタータモータ３０に対して始動信号が出力され、スタータモータ３０はエンジン１１の始動回転(以下、クランキングという)を開始する。また、エンジンＥＣＵ４４はインジェクタやイグナイタ等に対して制御信号を出力し、シリンダ内の混合気に対する点火制御を開始する。そして、エンジン回転数の上昇率が所定の初爆判定値(たとえば０．１秒間の上昇率が１０％)を上回り、ハイブリッドＥＣＵ４５によってエンジン１１の初爆状態が判定された場合には、ハイブリッドＥＣＵ４５からインバータ４７に対して始動信号が出力され、モータジェネレータ１２はエンジン１１のクランキングを開始する。なお、エンジン１１の初爆状態とは、いずれかの気筒内における混合気の燃焼が開始された状態であり、エンジン１１が自力運転に至っていない状態である。   Here, FIG. 5 is a timing chart showing operating states of the starter motor 30 and the motor generator 12 in the combined mode. As shown in FIGS. 2 and 5, when the starter switch 46 is operated by the driver, a start signal is output from the hybrid ECU 45 to the starter motor 30. Start). Further, the engine ECU 44 outputs a control signal to the injector, igniter, etc., and starts ignition control for the air-fuel mixture in the cylinder. When the rate of increase in the engine speed exceeds a predetermined initial explosion determination value (for example, the rate of increase in 0.1 seconds is 10%) and the hybrid ECU 45 determines the initial explosion state of the engine 11, the hybrid ECU 45 A start signal is output from the inverter 47 to the inverter 47, and the motor generator 12 starts cranking the engine 11. Note that the initial explosion state of the engine 11 is a state in which the combustion of the air-fuel mixture in any of the cylinders has started, and the engine 11 has not yet reached its own operation.

次いで、モータジェネレータ１２によるクランキングが開始されると、スタータモータ３０に対する始動信号が停止され、エンジン１１はモータジェネレータ１２からの動力のみによってクランキングされる。そして、エンジン回転数が所定の判定時間(たとえば１秒間)に渡って所定の完爆判定値(たとえば１６００ｒｐｍ)を上回り、ハイブリッドＥＣＵ４５によってエンジン１１の完爆状態が判定された場合には、ハイブリッドＥＣＵ４５からインバータ４７に対する始動信号が停止され、モータジェネレータ１２によるエンジン１１のクランキングが停止されることになる。なお、エンジン１１の完爆状態とは、すべての気筒内における混合気の燃焼が開始された状態であり、エンジン１１が自力運転に至った状態である。   Next, when cranking by the motor generator 12 is started, the start signal for the starter motor 30 is stopped, and the engine 11 is cranked only by the power from the motor generator 12. When the engine speed exceeds a predetermined complete explosion determination value (for example, 1600 rpm) over a predetermined determination time (for example, 1 second) and the hybrid ECU 45 determines that the complete explosion state of the engine 11 is detected, the hybrid ECU 45 Thus, the start signal for the inverter 47 is stopped, and the cranking of the engine 11 by the motor generator 12 is stopped. Note that the complete explosion state of the engine 11 is a state in which the combustion of the air-fuel mixture in all the cylinders has started, and the engine 11 has reached its own operation.

このように、大きな回転トルクが要求されるエンジン１１の初爆状態までは、スタータモータ３０によってエンジン１１をクランキングさせ、回転トルクの引き下げが可能なエンジン１１の完爆状態までは、モータジェネレータ１２によってエンジン１１をクランキングさせるようにしたので、スタータモータ３０およびモータジェネレータ１２を効率良く使用することができ、消費電力を抑制するとともにエンジン１１を確実に始動させることが可能となる。特に、潤滑油の粘度が増大してクランク軸２２の回転抵抗が増大するとともに、高電圧バッテリ４０の放電特性が低下する極低温領域において、スタータモータ３０とモータジェネレータ１２とを併用してエンジン１１をクランキングさせることにより、エンジン１１を確実に始動させることが可能となる。また、エンジン１１が完爆状態に達するまで、スタータモータ３０によってエンジン回転数を引き上げる必要がないため、スタータモータ３０の小型化を図ることができ、エンジン始動装置の低コスト化を図ることが可能となる。さらに、スタータモータ３０単体よりも高いエンジン回転数でエンジン１１を完爆状態に移行させることができるため、始動時における排出ガスの清浄化を図ることも可能となる。   Thus, until the initial explosion state of the engine 11 requiring a large rotational torque, the engine 11 is cranked by the starter motor 30, and until the complete explosion state of the engine 11 in which the rotational torque can be reduced, the motor generator 12 is used. Therefore, the starter motor 30 and the motor generator 12 can be used efficiently, power consumption can be suppressed, and the engine 11 can be started reliably. In particular, the starter motor 30 and the motor generator 12 are used in combination in the engine 11 in an extremely low temperature region where the viscosity of the lubricating oil increases to increase the rotational resistance of the crankshaft 22 and the discharge characteristics of the high voltage battery 40 deteriorate. The engine 11 can be reliably started by cranking. Further, since it is not necessary to increase the engine speed by the starter motor 30 until the engine 11 reaches the complete explosion state, the starter motor 30 can be reduced in size, and the cost of the engine starting device can be reduced. It becomes. Furthermore, since the engine 11 can be shifted to the complete explosion state at a higher engine speed than the starter motor 30 alone, it is possible to purify the exhaust gas at the time of starting.

また、図５に破線αで示すように、モータジェネレータ１２に供給される電流値や周波数を制御することにより、エンジン始動時におけるモータジェネレータ１２の動力を徐々に引き下げるようにしても良い。このような、モータジェネレータ１２の出力制御をエンジン回転数の変化率に基づいて実行することにより、エンジン回転数の過度な吹け上がりや落ち込みを抑制することができ、エンジン回転数を滑らかに収束させることが可能となる。さらに、モータジェネレータ１２によってエンジン１１のクランキングを開始する際に、モータジェネレータ１２の動力を徐々に引き上げることによって、クランキングの動力源を滑らかに切り換えるようにしても良い。   Further, as indicated by a broken line α in FIG. 5, the power of the motor generator 12 at the time of starting the engine may be gradually reduced by controlling the current value and frequency supplied to the motor generator 12. By executing the output control of the motor generator 12 based on the rate of change of the engine speed, it is possible to suppress an excessive increase or drop in the engine speed, and to smoothly converge the engine speed. It becomes possible. Further, when the cranking of the engine 11 is started by the motor generator 12, the power source of the motor generator 12 may be gradually increased to smoothly switch the cranking power source.

続いて、前述した始動方法を図６のフローチャートに従って説明する。図６はエンジン１１の始動手順を示すフローチャートである。図６に示すように、まず、ステップＳ１では、エンジン水温が−２０℃を下回るか否かが判定される。エンジン水温が−２０℃を下回る極低温領域である場合には、ステップＳ２に進み、高電圧バッテリ４０の充電状態ＳＯＣが３５％を上回るか否かが判定される。そして、エンジン水温が−２０℃を下回り、かつ充電状態ＳＯＣが３５％を上回る場合には、併用モードによってエンジン１１を始動するため、続くステップＳ３においてスタータモータ３０によるエンジン１１のクランキングが開始される。続くステップＳ４においてエンジン１１が初爆状態に至ったか否かが判定され、初爆状態に至っていないと判定された場合には、スタータモータ３０によるクランキングが継続される一方、エンジン１１が初爆状態に至ったと判定された場合には、続くステップＳ５においてモータジェネレータ１２によるクランキングが開始された後に、続くステップＳ６においてスタータモータ３０によるエンジン１１のクランキングが停止される。このようにクランキングの動力源がスタータモータ３０からモータジェネレータ１２に切り換えられると、ステップＳ７に進み、エンジン１１が完爆状態に至ったか否かが判定される。そして、ステップＳ７において、完爆状態に至っていないと判定された場合には、モータジェネレータ１２によるクランキングが継続される一方、完爆状態に至ったと判定された場合には、ステップＳ８においてモータジェネレータ１２によるクランキングが停止される。このように、エンジン始動が困難な極低温領域においては、スタータモータ３０およびモータジェネレータ１２を効率良く使用することにより、消費電力を抑制しながらエンジン１１を確実に始動させることが可能となる。   Next, the above-described starting method will be described with reference to the flowchart of FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a starting procedure of the engine 11. As shown in FIG. 6, first, in step S1, it is determined whether or not the engine water temperature is below −20 ° C. When the engine water temperature is in a very low temperature region below -20 ° C, the process proceeds to step S2 and it is determined whether or not the state of charge SOC of the high voltage battery 40 exceeds 35%. When the engine water temperature is lower than −20 ° C. and the state of charge SOC exceeds 35%, the engine 11 is started in the combined mode, and therefore, the cranking of the engine 11 by the starter motor 30 is started in the subsequent step S3. The In subsequent step S4, it is determined whether or not the engine 11 has reached the initial explosion state. If it is determined that the engine 11 has not reached the initial explosion state, cranking by the starter motor 30 is continued, while the engine 11 is in the initial explosion state. When it is determined that the state has been reached, cranking by the motor generator 12 is started in the subsequent step S5, and then cranking of the engine 11 by the starter motor 30 is stopped in the subsequent step S6. When the cranking power source is switched from the starter motor 30 to the motor generator 12 in this way, the process proceeds to step S7, where it is determined whether or not the engine 11 has reached a complete explosion state. If it is determined in step S7 that the complete explosion state has not been reached, the cranking by the motor generator 12 is continued, whereas if it is determined that the complete explosion state has been reached, the motor generator is determined in step S8. The cranking by 12 is stopped. As described above, in the extremely low temperature region where it is difficult to start the engine, by efficiently using the starter motor 30 and the motor generator 12, it is possible to reliably start the engine 11 while suppressing power consumption.

一方、ステップＳ１において、エンジン水温が−２０℃を上回ると判定された場合には、ステップＳ１１に進み、エンジン水温が−１０℃を下回るか否かが判定される。つまり、エンジン水温が−２０℃から−１０℃までの低温領域である場合には、スタータモードによってエンジン１１が始動されることになるため、続くステップＳ１２において、スタータモータ３０によるエンジン１１のクランキングが開始される。また、エンジン水温が−２０℃を下回る極低温領域であっても、ステップＳ２において充電状態ＳＯＣが３５％を下回ると判定された場合には、モータジェネレータ１２に電力を供給することが困難であるため、ステップＳ１２に進み、モータジェネレータ１２を使用しないスタータモードが選択されることになる。そして、エンジン１１が完爆状態に達するまでスタータモータ３０によるクランキングが継続され、ステップＳ１３においてエンジン１１が完爆状態に達したと判定されると、続くステップＳ１４においてスタータモータ３０によるクランキングが停止される。このように、スタータモータ３０によるエンジン始動が可能な温度領域においては、スタータモータ３０のみを用いてエンジン１１を始動させることにより、高電圧バッテリ４０の消費電力を抑制することが可能となる。   On the other hand, when it is determined in step S1 that the engine water temperature is higher than −20 ° C., the process proceeds to step S11, and it is determined whether or not the engine water temperature is lower than −10 ° C. That is, when the engine water temperature is in the low temperature range from −20 ° C. to −10 ° C., the engine 11 is started in the starter mode. Therefore, in the subsequent step S12, the cranking of the engine 11 by the starter motor 30 is performed. Is started. Further, even in an extremely low temperature region where the engine water temperature is lower than −20 ° C., it is difficult to supply electric power to the motor generator 12 if it is determined in step S2 that the state of charge SOC is lower than 35%. Therefore, the process proceeds to step S12, and the starter mode that does not use the motor generator 12 is selected. Then, cranking by the starter motor 30 is continued until the engine 11 reaches the complete explosion state. When it is determined in step S13 that the engine 11 has reached the complete explosion state, cranking by the starter motor 30 is performed in the subsequent step S14. Stopped. As described above, in the temperature range where the starter motor 30 can start the engine, the power consumption of the high voltage battery 40 can be suppressed by starting the engine 11 using only the starter motor 30.

また、ステップＳ１１において、エンジン水温−１０℃を上回ると判定された場合には、ジェネレータモードによってエンジン１１が始動されることになるため、続くステップＳ２１において、モータジェネレータ１２によるエンジン１１のクランキングが開始される。そして、エンジン１１が完爆状態に達するまでモータジェネレータ１２によるクランキングが継続され、ステップＳ２２においてエンジン１１が完爆状態に達したと判定されると、続くステップＳ２３においてモータジェネレータ１２によるクランキングが停止される。このように、モータジェネレータ１２によるエンジン始動が可能な温度領域においては、モータジェネレータ１２のみを用いてエンジン１１を始動させることにより、低電圧バッテリ４１の消費電力を抑制することができるだけでなく、始動時のエンジン回転数を引き上げて排出ガスの清浄化を図ることが可能となる。   If it is determined in step S11 that the engine water temperature exceeds −10 ° C., the engine 11 is started in the generator mode. Therefore, in the subsequent step S21, the cranking of the engine 11 by the motor generator 12 is performed. Be started. Then, cranking by the motor generator 12 is continued until the engine 11 reaches the complete explosion state. When it is determined in step S22 that the engine 11 has reached the complete explosion state, cranking by the motor generator 12 is performed in the subsequent step S23. Stopped. Thus, in a temperature range where the engine can be started by the motor generator 12, the power consumption of the low-voltage battery 41 can be suppressed by starting the engine 11 using only the motor generator 12, as well as starting. It becomes possible to clean the exhaust gas by increasing the engine speed at that time.

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、図示するエンジン１１は、吸気バルブの閉タイミングを遅らせることにより、圧縮比よりも膨張比を大きく設定するようにした高膨張比(ミラーサイクル)エンジンであるが、このような高膨張比エンジンに限られることはなく、他の形式のエンジンであっても本発明を有効に適用することが可能である。   It goes without saying that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. For example, the illustrated engine 11 is a high expansion ratio (Miller cycle) engine in which the expansion ratio is set to be larger than the compression ratio by delaying the closing timing of the intake valve. The present invention is not limited to this, and the present invention can be effectively applied to other types of engines.

また、図示する場合には、クランク軸２２に直結したモータジェネレータ１２によってエンジン１１をクランキングしているが、これに限られることはなく、クラッチ等を介してエンジン１１に連結される電動モータによってエンジン１１をクランキングさせるようにしても良い。   In the illustrated case, the engine 11 is cranked by the motor generator 12 directly connected to the crankshaft 22. However, the present invention is not limited to this, and an electric motor connected to the engine 11 via a clutch or the like is used. The engine 11 may be cranked.

また、モータジェネレータ１２に電力を供給する高電圧バッテリ４０としては、リチウムイオンバッテリに限られることはなく、ニッケル水素バッテリやキャパシタ等であっても良い。同様に、スタータモータ３０に電力を供給する低電圧バッテリ４１についても、鉛蓄電池に限られることなく、他の形式のバッテリを用いても良いことはいうまでもない。   The high voltage battery 40 that supplies power to the motor generator 12 is not limited to a lithium ion battery, and may be a nickel metal hydride battery, a capacitor, or the like. Similarly, the low-voltage battery 41 that supplies power to the starter motor 30 is not limited to the lead-acid battery, and it goes without saying that other types of batteries may be used.

ハイブリッド車両に搭載されるパワーユニットを示すスケルトン図である。It is a skeleton figure which shows the power unit mounted in a hybrid vehicle. ハイブリッド車両の始動制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the starting control system of a hybrid vehicle. 始動方法とエンジン水温との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a starting method and engine water temperature. 始動方法と充電状態との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between a starting method and a charge condition. 併用モードにおけるスタータモータおよびモータジェネレータの作動状態を示すタイミングチャートである。It is a timing chart which shows the operating state of the starter motor and motor generator in combined mode. エンジンの始動手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the starting procedure of an engine.

符号の説明Explanation of symbols

１１ エンジン
１２ モータジェネレータ(電動モータ)
３０ スタータモータ(始動モータ)
４０ 高電圧バッテリ(蓄電機器)
４５ ハイブリッドＥＣＵ(モータ制御手段) 11 Engine 12 Motor generator (electric motor)
30 Starter motor (starting motor)
40 High-voltage battery (power storage device)
45 Hybrid ECU (motor control means)

Claims (6)

エンジンと、前記エンジンに連結されて走行動力を出力する電動モータと、前記エンジンを始動回転する始動モータとを備えるハイブリッド車両のエンジン始動装置であって、
前記始動モータに始動信号を出力して前記エンジンを初爆状態まで始動回転させた後に、前記電動モータに始動信号を出力して前記エンジンを完爆状態まで始動回転させるモータ制御手段を有することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。 An engine starter for a hybrid vehicle comprising an engine, an electric motor connected to the engine to output travel power, and a start motor for starting and rotating the engine,
Motor control means for outputting a start signal to the start motor and starting and rotating the engine to an initial explosion state, and then outputting a start signal to the electric motor and starting and rotating the engine to a complete explosion state; An engine starter for a hybrid vehicle. 請求項１記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、前記エンジンが初爆状態に達した後に前記始動モータに対する始動信号を停止し、前記エンジンが完爆状態に達した後に前記電動モータに対する始動信号を停止することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。 The engine starting device for a hybrid vehicle according to claim 1,
The motor control means stops the start signal for the starter motor after the engine reaches the initial explosion state, and stops the start signal for the electric motor after the engine reaches the complete explosion state. An engine starter for a hybrid vehicle. 請求項１または２記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、エンジン回転数の上昇率に基づいて前記エンジンの初爆状態を判定し、エンジン回転数に基づいて前記エンジンの完爆状態を判定することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。 The engine starter for a hybrid vehicle according to claim 1 or 2,
The engine starter of the hybrid vehicle, wherein the motor control means determines an initial explosion state of the engine based on an increase rate of the engine speed, and determines a complete explosion state of the engine based on the engine speed. apparatus. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、前記エンジンの冷却水温が所定温度を下回るときに前記始動モータと前記電動モータとを用いて前記エンジンを始動回転させることを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。 The engine starter for a hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 3,
The engine starter for a hybrid vehicle, wherein the motor control means starts and rotates the engine using the starter motor and the electric motor when a coolant temperature of the engine falls below a predetermined temperature. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、前記エンジンを始動回転する前記電動モータの動力をエンジン回転数の変化率に基づいて制御することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。 The engine starter for a hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 4,
The engine starter for a hybrid vehicle, wherein the motor control means controls the power of the electric motor that starts and rotates the engine based on a rate of change in engine speed. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のハイブリッド車両のエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、前記電動モータに電力を供給する蓄電機器の充電状態が所定値を下回るときに前記電動モータに対する始動信号の出力を禁止することを特徴とするハイブリッド車両のエンジン始動装置。 In the engine starting device for a hybrid vehicle according to any one of claims 1 to 5,
The engine starter for a hybrid vehicle, wherein the motor control means prohibits the output of a start signal to the electric motor when a state of charge of a power storage device that supplies electric power to the electric motor falls below a predetermined value.
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