JP2017040218A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の始動性を向上させる。
【解決手段】車両１に搭載した駆動用バッテリ１１から供給された電力により駆動して、エンジン２を始動させるモータジェネレータ９を備えたエンジン２の始動装置であって、エンジンコントロールユニット２２の始動時燃料補正制御部５０は、ハイブリッドコントロールユニット２０において推定した駆動用バッテリ１１の電池劣化率ＳＯＨが閾値Ｓa以下に低下した場合に、エンジン２の始動の際におけるエンジン２への燃料噴射量を増加させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の始動時における燃料噴射制御に関する。

従来より、車両に搭載された内燃機関の始動には、車両に搭載されたバッテリ（電池）から電力を供給されて駆動するスタータモータ等の回転電機が広く使用されている。そして、この回転電機は、内燃機関を始動させる際に大電流を必要とする。したがって、例えば内燃機関の温度が低下して、内燃機関がすぐに始動できずに回転電機の駆動時間が長引くと、バッテリの充電率が低下して、内燃機関の始動が困難になる虞がある。

そこで、特許文献１では、回転電機を駆動して始動不能であった場合には、再始動時に燃料噴射量を増加させて、内燃機関の始動性を向上させる技術が開示されている。

特開２０１２−２３６５６８号公報

しかしながら、上記特許文献１のように、始動不能であった場合に燃料噴射量を増加させて始動性を向上させたとしても、回転電機を駆動して始動不能であった際にバッテリの電力を大幅に消費してしまい、例え燃料噴射量を増加させたとしても始動できない可能性がある。特に、バッテリの容量が少ない場合や、スタータモータの駆動用バッテリと車両走行用バッテリとを共用している電気自動車等のように、バッテリの充電率が低下する頻度の高い車両では、再始動時に内燃機関を始動させることが困難となってしまう虞がある。

本発明は、この様な問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、回転電機によって始動させる内燃機関において、内燃機関の始動性を向上させる始動装置を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の請求項１に係る内燃機関の始動装置は、車両に搭載した電池から供給された電力により駆動して、内燃機関を始動させる回転電機を備えた内燃機関の始動装置であって、前記電池の劣化率を検出する劣化率検出部と、
前記劣化率に基づいて、前記内燃機関の始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量を制御する始動時燃料噴射制御部と、を備えたことを特徴とする。

また、好ましくは、前記始動時燃料噴射制御部は、前記劣化率が所定の閾値以下である場合には、前記始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量を、前記劣化率が所定の閾値より高い場合よりも増加させるとよい。
また、好ましくは、前記始動装置は、前記電池の温度を検出する電池温度検出部を更に備え、前記始動時燃料噴射制御部は、前記電池の温度と前記劣化率に基づいて、前記内燃機関の始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量を制御するとよい。

また、好ましくは、前記始動装置は、前記内燃機関の温度を検出する機関温度検出部を更に備え、前記始動時燃料噴射制御部は、前記始動の際での前記内燃機関の温度が低下するに伴って、前記閾値を低下させるとよい。
また、好ましくは、前記始動時燃料噴射制御部は、少なくとも前記劣化率に基づいて、前記内燃機関の始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量が連続的に変化するように制御するとよい。

本願発明によれば、電池の劣化率に基づいて、内燃機関の始動の際での内燃機関への燃料噴射量が制御されるので、電池の劣化率に伴って変化する回転電機へ供給可能な電力量に合わせて、燃料噴射量を制御することができる。
電池は充電率が高くとも劣化率が低下していると供給可能な電力量が低下するので、劣化率に基づいて燃料噴射量を制御することで、特に内燃機関の始動用の回転電機のように電力消費量が大きい場合に、始動により充電率が低下する前から燃料噴射量を増加させて始動性を向上させることができる。

本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車の概略構成図である。 本実施形態に係るエンジン及び制御系の構成図である。 燃料補正制御要領を示すフローチャートである。 劣化係数の演算用テーブルである。 温度係数の演算用テーブルである。 劣化率及び充電率とバッテリの出力との関係の一例を示すグラフである。

以下、本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るプラグインハイブリッド車（以下、車両１という）の概略構成図である。
本実施形態に係る車両１は、エンジン２（内燃機関）の出力によって前輪３を駆動して走行可能であるとともに、前輪３を駆動する電動のフロントモータ４及び後輪５を駆動する電動のリヤモータ６を備えた４輪駆動車である。

エンジン２は、フロントトランスアクスル７を介して前輪３の駆動軸８を駆動可能であるとともに、フロントトランスアクスル７を介してモータジェネレータ９（回転電機）を駆動して発電させることが可能となっている。また、エンジン２と前輪３とは、フロントトランスアクスル７内に配置されたクラッチ１６を介して接続されている。
フロントモータ４は、フロントコントロールユニット１０を介して、車両１に搭載された駆動用バッテリ１１（電池）及びモータジェネレータ９から高電圧の電力を供給されて駆動し、フロントトランスアクスル７を介して前輪３の駆動軸８を駆動する。

リヤモータ６は、リヤコントロールユニット１２を介して駆動用バッテリ１１から高電圧の電力を供給されて駆動し、リヤトランスアクスル１３を介して後輪５の駆動軸１４を駆動する。
モータジェネレータ９によって発電された電力は、フロントコントロールユニット１０を介して駆動用バッテリ１１を充電可能であるとともに、フロントモータ４及びリヤモータ６に電力を供給可能である。

また、モータジェネレータ９は、駆動用バッテリ１１から電力を供給されて駆動し、エンジン２を始動させるスタータモータとしての機能を有する。
駆動用バッテリ１１は、リチウムイオン電池等の二次電池で構成され、複数の電池セルをまとめて構成された図示しない電池モジュールを有している。また、駆動用バッテリ１１には、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣを検出する充電率検出部１１ａと、駆動用バッテリ１１の温度を検出する電池温度センサ１１ｂ（電池温度検出部）を備えている。

フロントコントロールユニット１０は、車両に搭載されたハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号に基づき、フロントモータ４の出力を制御するとともに、モータジェネレータ９の発電量及び出力を制御する機能を有する。
リヤコントロールユニット１２は、ハイブリッドコントロールユニット２０(劣化率検出部)からの制御信号に基づきリヤモータ６の出力を制御する機能を有する。

エンジンコントロールユニット２２は、エンジン２の制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。エンジンコントロールユニット２２は、ハイブリッドコントロールユニット２０からの制御信号（要求出力）に基づき、エンジン２の駆動制御を行う。
また、車両１には、エンジン２に燃料を供給する燃料を貯留する燃料タンク１７と、駆動用バッテリ１１を外部電源によって充電する図示しない充電機が備えられている。

ハイブリッドコントロールユニット２０は、車両１の総合的な制御を行うための制御装置であり、入出力装置、記憶装置（ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性ＲＡＭ等）、中央演算処理装置（ＣＰＵ）及びタイマ等を含んで構成される。
ハイブリッドコントロールユニット２０の入力側には、フロントコントロールユニット１０、リヤコントロールユニット１２、エンジンコントロールユニット２２が接続されており、これらの機器からの検出及び作動情報が入力される。

一方、ハイブリッドコントロールユニット２０の出力側には、フロントコントロールユニット１０、リヤコントロールユニット１２、エンジンコントロールユニット２２、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６が接続されている。
そして、ハイブリッドコントロールユニット２０は、車両１のアクセル操作情報度等の各種検出量及び各種作動情報に基づいて、車両１の走行駆動に必要とする車両要求出力を演算し、エンジンコントロールユニット２２、フロントコントロールユニット１０、リヤコントロールユニット１２に制御信号を送信して、走行モード（ＥＶモード、シリーズモード、パラレルモード）の切換え、エンジン２とフロントモータ４とリヤモータ６の出力、モータジェネレータ９の発電電力及び出力、フロントトランスアクスル７におけるクラッチ１６の断接を制御する。

ＥＶモードでは、エンジン２を停止し、駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。
シリーズモードでは、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６を切断し、エンジン２によりモータジェネレータ９を作動する。そして、モータジェネレータ９により発電された電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によりフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。また、シリーズモードでは、エンジン２の回転速度を効率のよい値に設定し、余剰出力によって発電した電力を駆動用バッテリ１１に供給して駆動用バッテリ１１を充電する。

パラレルモードでは、フロントトランスアクスル７のクラッチ１６を接続し、エンジン２からフロントトランスアクスル７を介して機械的に動力を伝達して前輪３を駆動させる。また、エンジン２によりモータジェネレータ９を作動させて発電した電力及び駆動用バッテリ１１から供給される電力によってフロントモータ４やリヤモータ６を駆動して走行させる。

ハイブリッドコントロールユニット２０は、例えば、高速領域のように、エンジン２の効率のよい領域では、走行モードをパラレルモードとする。また、パラレルモードを除く領域、即ち中低速領域では、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣに基づいてＥＶモードとシリーズモードとの間で切換える。したがって、ハイブリッドコントロールユニット２０は、ＥＶモードからシリーズモードに切換える際にはエンジンコントロールユニット２２に始動信号を出力して、エンジン２を始動させる。

図２は、本実施形態に係るエンジン２及び制御系の構成図である。
本実施形態に係るエンジン２は、例えば複数の気筒を備えたガソリンエンジンであり、図２では、複数の気筒のうち１つの気筒を示している。
図２に示すように、エンジンコントロールユニット２２の入力側には、エンジン２の吸入空気流量を検出するエアフローセンサ４２、エンジン２の実回転速度を検出する回転速度センサ４３、エンジン２の温度として冷却水の温度であるエンジン水温Ｔwを検出する水温センサ４４（機関温度検出部）、その他各種センサが接続されており、各種検出信号を入力する。また、エンジンコントロールユニット２２は、ハイブリッドコントロールユニット２０から、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣ、電池劣化率ＳＯＨ、電池温度Ｔb、車両のアクセル操作量、車速、走行モードを入力する。

一方、エンジンコントロールユニット２２の出力側には、スロットルバルブ３７、燃料噴射弁４５、点火装置（点火コイル、点火プラグ）４６等が接続されている。
エンジンコントロールユニット２２は、アクセル操作量等の各種信号に基づいて演算されたエンジン２の目標出力トルクが得られるように、スロットルバルブ３７の開度、燃料噴射弁４５による燃料噴射量及び燃料噴射時期、点火装置４６による点火時期を作動制御する。

エンジンコントロールユニット２２は、更にエンジン始動時における燃料噴射量を補正制御する始動時燃料補正制御部５０（始動時燃料噴射制御部）を備えている。
図３は、本実施形態のエンジン始動時における燃料噴射量補正制御要領を示すフローチャートである。図４は、劣化係数の演算用テーブルである。図５は、温度係数の演算用テーブルである。

図３に示す燃料噴射量補正制御のルーチンはエンジン始動時に行なわれる。
図３に示すように、始めにステップＳ１０では、ハイブリッドコントロールユニット２０から駆動用バッテリ１１の現在の電池劣化率ＳＯＨを入力する。電池劣化率ＳＯＨは、出荷時の満充電容量に対する現在の満充電容量の比率である公知の指標である。電池劣化率ＳＯＨは、例えば駆動用バッテリ１１の使用時において駆動用バッテリ１１の入出力電流に対する駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣの変化に基づいて逐次演算され、ハイブリッドコントロールユニット２０に記憶されている。そして、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、ステップＳ１０で入力した電池劣化率ＳＯＨに基づいて劣化係数Ｋ1を演算する。劣化係数Ｋ1は、例えば図４に示すようなマップを用いて電池劣化率ＳＯＨから演算される。図４に示すように、電池劣化率ＳＯＨが増加するに伴って劣化係数Ｋ1も増加する。そして、ステップＳ３０に進む。
ステップＳ３０では、電池温度センサ１１ｂから電池温度Ｔbを入力する。そして、ステップＳ４０に進む。

ステップＳ４０では、電池温度Ｔbに基づいて温度係数Ｋ2を演算する。温度係数Ｋ2は、例えば図５に示すようなマップを用いて演算される。図５に示すように、電池温度Ｔbが増加するに伴って温度係数Ｋ2も増加する。そして、ステップＳ５０に進む。
ステップＳ５０では、始動時における燃料噴射量の補正を行なう。始動時の燃料噴射量は、エンジンの回転速度等に基づいて設定される基本燃料噴射量に、暖機補正量、非同期噴射量、始動直後噴射量等を加算して演算される。暖機補正量は冷態駆動時にエンジン運転を安定化させるための燃料補正（増加）量、非同期噴射量はエンジンの回転速度とは関連させずに設定される燃料噴射量、始動直後噴射量はエンジン始動時において増量補正する燃料噴射量である。そして、下式（１）に示すように、電池劣化率ＳＯＨが閾値Ｓa以下となった場合に、暖機補正量、非同期噴射量、始動直後噴射量に対して、夫々ステップＳ２０で演算した劣化係数Ｋ1とステップＳ２０で演算した温度係数Ｋ2を積算することで燃料噴射量の補正が行なわれる。

燃料噴射量（始動時）＝基本燃料噴射量＋暖機補正量×Ｋ1×Ｋ2＋非同期噴射量×Ｋ1×Ｋ2＋始動直後噴射量×Ｋ1×Ｋ2・・・（１）
なお、劣化係数Ｋ1及び温度係数Ｋ2については、暖機補正量、非同期噴射量、始動直後噴射量毎に異なるマップを用意しておき異なる値に設定してもよい。そして、本ルーチンを終了する。

なお、このステップＳ５０において用いられる閾値Ｓaについて、図６を用いて説明する。
図６は、電池劣化率ＳＯＨ及び充電率ＳＯＣと駆動用バッテリ１１の最高出力Ｐmaxとの関係の一例を示すグラフである。
例えば図６に示すように、駆動用バッテリ１１が出力可能な最高出力Ｐmaxは、充電率ＳＯＣが上昇し、満充電（１００％）に近くなると略一定になる。しかし、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣが満充電に近くとも、電池劣化率ＳＯＨが低下するに伴って、駆動用バッテリ１１の最高出力Ｐmaxは低下する。そして、電池劣化率ＳＯＨが閾値Ｓa（図６では、約６０パーセント以下）に低下すると、充電率ＳＯＣが満充電であっても駆動用バッテリ１１の最高出力Ｐmaxはエンジン始動可能出力Ｐsよりも低くなり、エンジン２の始動が不能となってしまう。このようなエンジン始動可能出力Ｐs及び閾値Ｓaを、あらかじめ確認してステップＳ５０における演算に用いればよい。

なお、エンジン始動可能出力Ｐsは、エンジン２の始動に必要な駆動用バッテリ１１の出力であり、エンジン温度によって変化する。詳しくはエンジン温度が低下するに伴ってエンジン始動可能出力Ｐsが上昇するので、ステップＳ５０において更にエンジン水温Ｔwを入力して、エンジン水温Ｔwが低下するに伴ってエンジン始動可能出力Ｐsを上昇させ、これに伴って閾値Ｓaを変更するとよい。

以上のような制御により、本実施形態では、始動時における燃料噴射量を駆動用バッテリ１１の電池劣化率ＳＯＨ及び電池温度Ｔbに基づいて補正する。これにより、駆動用バッテリ１１から可能な出力に応じて始動時における燃料噴射量を補正して、エンジン２の始動性を向上させることができる。
詳しくは、電池劣化率ＳＯＨが閾値Ｓa以下の場合に、駆動用バッテリの電池劣化率ＳＯＨが低下するに伴って、始動時における燃料噴射量を増加するように補正するので、エンジン２の始動性を確保することができる。

また、始動時における燃料噴射量を更に電池温度Ｔbに基づいて補正するので、電池温度Ｔbの変化に伴って出力が低下する場合に対応して燃料噴射量を増加するように補正することができ、始動性を更に向上させることができる。
また、燃料噴射量を補正する際に、電池劣化率ＳＯＨ及び電池温度Ｔbに基づいて連続的に変化するように補正するので、始動性を確保しながら燃料噴射量を適切な量に抑えることが可能となる。

このようにして駆動用バッテリ１１の電池劣化に拘わらず始動性を確保することができるとともに、始動時間を短縮させて駆動用バッテリ１１の充電率低下を抑制することができる。
また、エンジン水温Ｔwに基づいて、燃料噴射量を補正する電池劣化率ＳＯＨの閾値Ｓaを変化させるので、始動性を確保しながら燃料噴射量を更に適切な量に抑えることが可能となる。

なお、駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣが低下した場合に始動時における燃料噴射量を増加するように補正する方法が考えられるが、エンジン始動に用いるモータジェネレータ９のように大電力を消費するものでは、例え駆動用バッテリ１１の充電率ＳＯＣが満充電に近くとも始動性を確保することができなくなる可能性があるので、本実施形態のように電池劣化率ＳＯＨに基づいて始動時の燃料噴射量の補正をすることで、始動性をより確保することができる。

以上で発明の実施形態の説明を終えるが、発明の形態は本実施形態に限定されるものではない。
例えば、上記実施形態では、電池劣化率ＳＯＨに基づく燃料噴射量の補正を連続的に変化するようにしているが、燃料噴射量の補正を段階的に行なってもよい。
また、本実施形態では、エンジンコントロールユニット２２において、燃料噴射量の補正制御を行なっているが、ハイブリッドコントロールユニット２０等、車両１に搭載された他のコントロールユニットで行なってもよい。

また、上記実施形態では、電池劣化率ＳＯＨ、電池温度Ｔb、エンジン水温Ｔwに基づいて始動時の燃料噴射量を補正しているが、本発明は少なくとも電池劣化率ＳＯＨに基づいて始動時の燃料噴射量を補正すればよい。
また、本実施形態では、プラグインハイブリッド車に本発明を適用しているが、電池から供給される電力によって駆動する回転電機によって始動する内燃機関に広く適用することができる。

１ 車両
２ エンジン(内燃機関)
９ モータジェネレータ（回転電機）
１１ 駆動用バッテリ（電池）
１１ｂ 電池温度センサ（電池温度検出部）
２０ ハイブリッドコントロールユニット（劣化率検出部）
２２ エンジンコントロールユニット
４４ 水温センサ(機関温度検出部)
５０ 始動時燃料補正制御部（始動時燃料噴射制御部）

Claims (5)

1. 車両に搭載した電池から供給された電力により駆動して、内燃機関を始動させる回転電機を備えた内燃機関の始動装置であって、
   前記電池の劣化率を検出する劣化率検出部と、
   前記劣化率に基づいて、前記内燃機関の始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量を制御する始動時燃料噴射制御部と、を備えたことを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 前記始動時燃料噴射制御部は、前記劣化率が所定の閾値以下である場合には、前記始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量を、前記劣化率が所定の閾値より高い場合よりも増加させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 前記始動装置は、前記電池の温度を検出する電池温度検出部を更に備え、
   前記始動時燃料噴射制御部は、前記電池の温度と前記劣化率に基づいて、前記内燃機関の始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量を制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 前記始動装置は、前記内燃機関の温度を検出する機関温度検出部を更に備え、
   前記始動時燃料噴射制御部は、前記始動の際での前記内燃機関の温度が低下するに伴って、前記閾値を低下させることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の始動装置。
5. 前記始動時燃料噴射制御部は、少なくとも前記劣化率に基づいて、前記内燃機関の始動の際での前記内燃機関への燃料噴射量が連続的に変化するよう制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の内燃機関の始動装置。

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