JP2003184712A - Control device for internal combustion engine starter generator - Google Patents

Control device for internal combustion engine starter generator

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JP2003184712A
JP2003184712A JP2001383978A JP2001383978A JP2003184712A JP 2003184712 A JP2003184712 A JP 2003184712A JP 2001383978 A JP2001383978 A JP 2001383978A JP 2001383978 A JP2001383978 A JP 2001383978A JP 2003184712 A JP2003184712 A JP 2003184712A
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Japan
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internal combustion
combustion engine
inverter circuit
crankshaft
starter generator
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Application number
JP2001383978A
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Japanese (ja)
Inventor
Mitsuyoshi Shimazaki
充由 島崎
Masanori Nakagawa
昌紀 中川
Shuichi Muramatsu
秀一 村松
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Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
Original Assignee
Kokusan Denki Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an internal combustion engine starter generator capable of surely preventing a piston of an engine from exceeding a top dead center when a starter generator is rotated in a reverse direction at once in start of the engine. <P>SOLUTION: The device is provided with a PWM control means controlling an inverter circuit 3, when the inverter circuit 3 is controlled so as to reversely rotate a crankshaft in starting the internal combustion engine, to make a wave shape of a drive current supplied to armature coils Lu-Lw of a starter generator 1 from a battery through the inverter circuit 3 a PWM wave form that intermits at a set duty ratio. The piston of the engine is prevented from exceeding the top dead center by controlling the duty ratio when the crankshaft is reversely rotated. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は、内燃機関を始動す
るスタータモータ(始動用電動機)とバッテリを充電す
るジェネレータ(発電機)とを兼ねる内燃機関用スター
タジェネレータ(内燃機関始動用電動機及びバッテリ充
電用発電機兼用回転電機)に関するものである。 【0002】 【従来の技術】一般に内燃機関を停止させる際には、点
火装置による点火動作を停止させたり、機関への燃料の
供給を停止させたりして、シリンダ内での燃焼を停止さ
せるようにしている。シリンダ内で燃焼が行われなくな
ると、機関は、慣性によりしばらく回転を続けた後、ピ
ストンが圧縮上死点に向けて上昇していく過程で、ピス
トン側からクランク軸にかかる負荷がピークに達するま
での間に停止する。従って、機関の停止位置(機関が停
止した時のクランク角位置)は、次に機関を始動する際
にスタータモータにかかる負荷がピークに達する位置の
手前の位置であるのが一般的である。 【0003】図7は、単気筒4サイクル内燃機関の行程
変化とシリンダ内の圧力の変化との関係を示したもの
で、シリンダ内の圧力は燃焼行程でピークから低下して
いき、排気行程の終期に最低値を示した後、吸入行程か
ら圧縮行程にかけて上昇していく。内燃機関を停止させ
るため、シリンダ内での燃焼を停止させると、機関はシ
リンダ内の圧力がピークに向けて上昇していく過程の例
えばA点で停止する。この状態で機関を始動するため
に、スタータモータを駆動すると、その直後にモータに
かかる負荷トルクがピークに達し、その後負荷トルクが
ピークを過ぎるとスタータモータにかかる負荷が軽くな
っていく。 【0004】このように、機関の始動時には、スタータ
モータを起動した直後に該モータに大きな負荷がかかる
ため、機関の始動を支障なく行わせるためには、スター
タモータとして起動トルクが非常に大きいものを用いる
必要があり、モータが大形化するのを避けられない。ま
た、スタータモータとして、大きな起動トルクを有する
ものを用いたとしても、バッテリーの消耗状態によって
は、始動時にかかる負荷を克服することができず、機関
の始動に失敗することがある。 【0005】このような問題が発生するのを防止するた
め、機関の始動時に一旦クランク軸を始動方向と反対の
逆転方向に(例えば図7のA点からB点まで)回転させ
て、スタータモータにかかる負荷を軽減させた後に、ス
タータモータの回転方向を反転させてクランク軸を始動
方向(正転方向)に回転させ、このときに生じる慣性力
を利用することにより、比較的小さいトルクでピストン
が最初の圧縮上死点を越える際にスタータモータにかか
る負荷を克服するようにしたスタータモータの制御方法
が提案されている。このようにスタータモータを制御す
れば、従来用いられていたスタータモータよりも起動ト
ルクが小さいモータをスタータモータとして用いて、機
関を始動させることができる。 【0006】ところで、上記のように、機関の始動時
に、クランク軸を一旦逆転方向に回転させた後その回転
方向を反転させて始動方向に回転させる方法をとる場合
には、クランク軸を逆転させた際に、ピストンが上死点
を越えないように、その逆転の際の回転角度範囲を制限
する必要がある。 【0007】この問題を解決するため、特開2000−
283010号に示されているように、クランク軸の逆
転を開始した直後に予め定めた位置(例えば図7におい
てクランク角が排気行程の上死点に相当する角度に達す
る前の設定位置)でクランク軸の回転速度を検出して、
この回転速度に応じてスタータモータを停止させるタイ
ミングを定めるようにした内燃機関始動制御装置が提案
された。 【0008】 【発明が解決しようとする課題】特開2000−283
010号に示された制御装置のように、クランク軸の逆
転を開始させた直後に、予め定めた位置でクランク軸の
回転速度を検出して、その回転速度に応じてクランク軸
の停止タイミングを定めるようにするためには、始動操
作を開始した後、直ちにクランク角を検出する必要があ
る。排気ガスによる大気の汚染を抑制するために、内燃
機関をこまめに停止させる制御を行う場合のように、イ
グニッションスイッチを閉じたままの状態で機関の始
動、停止を繰り返す場合には、機関が停止しているとき
にも機関を制御する制御ユニット(ECU)が機関のク
ランク角を正しく認識しているため、機関の始動時にク
ランク軸の逆転を開始させた直後からクランク軸の回転
角度位置を正確に認識することが可能である。 【0009】しかしながら、イグニッションスイッチを
閉じた後、最初に機関を始動する際には、ECUがクラ
ンク軸の位置を正確に検出することができず、クランク
軸の逆転を開始した直後にその回転速度を正確に検出す
ることができないことが多いため、上記の方法によって
は、クランク軸を逆転させる際のモータの停止タイミン
グを適確に定めることができず、クランク軸を逆転させ
た際にピストンが上死点を越えてしまうおそれがあっ
た。 【0010】本発明の目的は、イグニッションスイッチ
を閉じた後、最初に機関を始動する際にも、ピストンが
逆転時の上死点に到達する前に確実にスタータモータを
停止させることができるようにして、機関の始動を確実
に行わせることができるようにした内燃機関用スタータ
ジェネレータの制御装置を提供することにある。 【0011】 【課題を解決するための手段】本発明は、内燃機関のク
ランク軸に取り付けられる磁石回転子と、該磁石回転子
の磁極に対向する磁極部を有する電機子鉄心にn相(n
は2以上の整数)の電機子コイルを巻回してなる固定子
と、該固定子の各相の電機子コイルに対して磁石回転子
の回転角度位置を検出する位置センサとを備えた内燃機
関用スタータジェネレータと、ブリッジの各アームがス
イッチ素子と該スイッチ素子に並列に接続された帰還用
ダイオードとからなっていて交流側端子が前記n相の電
機子コイルから導出された入出力端子に接続されるとと
もに直流側端子がバッテリに接続されるブリッジ形のイ
ンバータ回路と、内燃機関の始動時にスタータジェネレ
ータをブラシレス直流電動機として動作させて内燃機関
のクランク軸を一旦始動方向と反対の逆転方向に回転さ
せた後始動方向に回転させるように位置センサの出力に
応じてインバータ回路を制御し、内燃機関が始動した後
はスタータジェネレータを発電機として動作させて電機
子コイルからインバータ回路の帰還用ダイオードにより
構成された整流回路を通してバッテリに供給される充電
電流を制御するようにインバータ回路を制御するインバ
ータ回路制御装置とを備えた内燃機関用スタータジェネ
レータの制御装置を対象とする。 【0012】本発明においては、上記インバータ回路制
御装置が、内燃機関の始動時にクランク軸を逆転方向に
回転させるようにインバータ回路を制御する際に該イン
バータを通して電機子コイルに供給される駆動電流の波
形を設定されたデューティ比で断続するPWM波形とす
るべくインバータ回路を制御するPWM制御手段を備え
ている。そして、内燃機関の始動時にクランク軸を逆転
方向に駆動するべくインバータ回路を制御した際に磁石
回転子がクランク軸に与えるトルクを、内燃機関の逆転
時に該機関のピストンを上死点に到達させるためにクラ
ンク軸に与える必要があるトルクよりも小さい値に制限
するように、上記デューティ比が設定される。 【0013】上記のように、機関を始動するために一旦
クランク軸を逆転する際に、スタータジェネレータに与
える駆動電流をPWM波形として、クランク軸を逆転さ
せる際に、磁石回転子からクランク軸に与えるトルク
を、内燃機関の逆転時にピストンを上死点に到達させる
ためにクランク軸に与える必要があるトルクよりも小さ
い値に制限するように駆動電流のデューティ比を設定し
ておくと、機関の始動時にクランク軸を逆転させる際
に、特に制御を行わなくても、機関のピストンが上死点
を越えて変位するのを確実に防止することができるた
め、イグニッションスイッチを閉じたままの状態で機関
の始動と停止とを繰り返し行わせる場合はもちろん、イ
グニッションスイッチを閉じた後、最初に機関を始動す
る際にも、機関の始動を確実に行わせることができる。 【0014】 【発明の実施の形態】以下図1ないし図4を参照して本
発明に係わる内燃機関用スタータジェネレータの制御装
置の実施形態を説明する。 【0015】図1は本発明に係わるスタータジェネレー
タ制御装置の構成例を示したもので、同図において1は
内燃機関用スタータジェネレータ、2はバッテリ、3は
バッテリ2とスタータジェネレータ1との間に設けられ
たインバータ回路、4は電子式制御ユニット(ECU)
である。 【0016】図示のスタータジェネレータ1は、回転子
ヨークと該回転子ヨークに取り付けられた磁石界磁とを
有して図示しない内燃機関のクランク軸に直接取り付け
られる磁石回転子(図示せず。)と、該磁石回転子の磁
極に対向する磁極部を有する電機子鉄心と該電機子鉄心
に巻回された3相の電機子コイルLu〜Lwとを有して
該3相の電機子コイルが星形結線された固定子と、該固
定子のU,V,W3相の電機子コイルLu〜Lwに対し
てそれぞれ磁石回転子の回転角度位置を検出する位置セ
ンサhu,hv及びhwとを備えた内燃機関用スタータ
ジェネレータである。このスタータジェネレータは、ブ
ラシレス直流電動機及び磁石式交流発電機と同様の構造
を有するもので、機関の始動時にはブラシレス直流電動
機として駆動されて、機関のクランク軸を駆動するスタ
ータモータとして用いられる。また機関が始動した後、
磁石回転子が内燃機関により駆動される状態になったと
きには、バッテリ充電用のジェネレータ(磁石発電機)
として運転される。 【0017】位置センサhu,hv及びhwは例えば、
電気角で120度離れた位置でスタータジェネレータ1
の磁石回転子の磁極の極性を検出するホールICからな
っていて、磁石回転子のN極を検出しているときとS極
を検出しているときとでそれぞれ異なるレベルを示す矩
形波状の位置検出信号を出力する。磁石回転子が2極に
構成されている場合に、回転子の正転時(クランク軸を
始動方向に回転させるとき)に位置センサhu〜hwか
らそれぞれ得られる位置検出信号Hu〜Hwの一例をそ
れぞれ図2(A)ないし(C)に示した。図2において
横軸のθはクランク軸の回転角を示し、Hレベル及びL
レベルはそれぞれ高レベル及び低レベル(または零レベ
ル)を示している。 【0018】また回転子が逆転したときに位置センサh
u〜hwから得られる位置検出信号Hu〜Hwはそれぞ
れ図3(A)ないし(C)のようになる。 【0019】図示のインバータ回路3は、周知の3相ブ
リッジ形のインバータ回路で、3相ブリッジの上段の3
つのアームのスイッチ素子をそれぞれ構成するNPNト
ランジスタTu,Tv及びTwと、これらのトランジス
タのコレクタエミッタ間に(スイッチ素子の両端に)そ
れぞれ逆並列接続された帰還用ダイオードDu,Dv及
びDwと、ブリッジの下段の3つのアームのスイッチ素
子をそれぞれ構成するNPNトランジスタTx,Ty及
びTzと、これらのトランジスタのコレクタエミッタ間
に(スイッチ素子の両端に)それぞれ逆並列接続された
帰還用ダイオードDx,Dy及びDzとからなってい
る。 【0020】このインバータ回路3においては、ブリッ
ジの上段のアームのスイッチ素子を構成するトランジス
タTu〜Twのコレクタが共通に接続されてその共通接
続点から正極性の直流側端子3aが導出され、該直流端
子3aがバッテリ2の正極端子に接続されている。また
ブリッジの下段のアームのスイッチ素子を構成するトラ
ンジスタTx〜Tzのエミッタが共通に接続されて、そ
の共通接続点に電流検出用のシャント抵抗器rの一端が
接続され、該抵抗器rの他端から負極性の直流側端子3
bが導出されている。この直流側端子3bはバッテリ2
の負極端子に接続されている。 【0021】またトランジスタTu〜Twのそれぞれの
エミッタとトランジスタTx〜Tzのそれぞれのコレク
タとが接続されて、これらの接続点からそれぞれU,
V,W3相の交流側端子3u,3v及び3wが導出さ
れ、これらの交流側端子3u,3v及び3wがそれぞれ
スタータジェネレータ1の星形結線された3相の電機子
コイルLu,Lv及びLwの非中性点側端子からそれぞ
れ導出された入出力端子1u,1v及び1wに接続され
ている。 【0022】ECU4は、CPU4a,ROM4b,R
AM4c,タイマ4d等を有するマイクロコンピュータ
と、CPUから与えられる指令に応じてインバータ回路
のトランジスタTu〜Tw及びTx〜Tzにそれぞれ駆
動信号Su〜Sw及びSx〜Szを与えるドライバ回路
4eと、バッテリ2の両端の電圧の検出値をデジタル信
号に変換してCPU4aに入力するA/D変換器4f
と、機関を始動する際に閉じられるセルスイッチ5の状
態を検出してその検出結果をCPU4aに入力する検出
回路4gと、内燃機関に吸気管内に導入する空気の流量
を調節するスロットルバルブの開度を検出するスロット
ルセンサ6の出力をデジタル信号に変換してCPU4a
に入力するA/D変換器4hとを備えている。ECU4
のマイコンは、図示しないイグニッションスイッチが閉
じられて、バッテリ2から図示しない電源回路を通して
電源電圧が与えられたときに動作状態になる。 【0023】スタータジェネレータ1をスタータモータ
として駆動する際の電機子コイルの励磁パターンを定め
るため、位置センサhu〜hwが出力する位置検出信号
Hu〜HwがCPU4aに入力されている。CPU4a
は、位置検出信号Hu〜Hwのレベルの組合わせから、
スタータジェネレータを所定の回転方向に回転駆動する
ために必要な電機子コイルの励磁パターンを決定し、決
定した励磁パターンに応じて、所定の相の電機子コイル
に駆動電流を流すべく、インバータ回路3の各トランジ
スタ(スイッチ素子)に駆動信号(スイッチ素子を導通
させるための信号)を与えるか否かを指令する指令信号
をドライバ回路4eに与える。ドライバ回路4eは、C
PUから与えられる指令信号に応じて、インバータ回路
3の所定のトランジスタに駆動信号を与える。 【0024】スタータジェネレータ1をスタータモータ
として動作させて、機関のクランク軸を始動方向(正転
方向)に回転させる際にインバータ回路のトランジスタ
Tu〜Tw及びTx〜Tzのベースにそれぞれ与えられ
る駆動信号Su〜Sw及びSx〜Szを図2の(D)〜
(F)及び(G)〜(I)に示し、スタータジェネレー
タ1を始動方向と反対の逆転方向に回転させる際にイン
バータ回路のトランジスタTu〜Tw及びTx〜Tzの
ベースにそれぞれ与えられる駆動信号Su〜Sw及びS
x〜Szを図3の(D)〜(F)及び(G)〜(I)に
示した。 【0025】トランジスタTu〜Tw及びTx〜Tz
は、それぞれのベースに与えられる駆動信号Su〜Sw
及びSx〜SzがそれぞれHレベルになっている期間オ
ン状態になって電機子コイルLu〜Lwに所定の相順で
転流する駆動電流を流し、スタータジェネレータの回転
子を所定の方向に回転させる。 【0026】インバータ回路3に設けられたシャント抵
抗器rの両端の電圧は、過電流検出回路7に入力されて
いる。過電流検出回路7は、抵抗器rの両端の電圧を、
駆動電流に制限値を与える基準電圧と比較する回路から
なっていて、インバータ回路を通してスタータジェネレ
ータに流れる駆動電流が制限値を超えて、抵抗器rの両
端の電圧が基準電圧を超えたときに、ECUのドライバ
回路4eにインバータ回路駆動停止指令信号を与える。
ドライバ回路4eは、この駆動停止指令信号が与えられ
たときにインバータ回路3への駆動信号の供給を停止し
て、スタータジェネレータ1への駆動電流の供給を停止
させるように構成されている。 【0027】また8は内燃機関のクランク角位置が第1
の基準位置θa及び第2の基準位置θbにそれぞれ一致
したときにパルス信号Vsa及びVsbを発生するパルサ
で、このパルサの出力は波形整形回路9を通してECU
4のCPUに入力されている。第1の基準位置θaは上
死点位置(ピストンが上死点に達したときのクランク角
度位置)に対して十分に進角した位置に設定され、第2
の基準位置θbは機関の始動時及び低速時の点火時期に
相応する位置に設定されている。CPUは、パルサ8が
出力するパルス信号からクランク軸の回転情報(クラン
ク角度位置の情報と回転速度情報)を得るとともに、ス
ロットルセンサ6からスロットルバルブの開度情報を得
て、機関の点火時期の演算を行い、演算した点火時期を
検出したときに、図示しない内燃機関用点火装置に点火
信号を与えて点火動作を行わせる。CPUはまたパルサ
8から与えられる回転情報と、スロットルセンサから与
えられるスロットルバルブの開度と、図示しないセンサ
から与えられる更に他の制御条件とに対して燃料の噴射
時間を演算し、所定の燃料噴射時期が検出されたときに
演算した噴射時間の間インジェクタから吸気管内または
シリンダ内に燃料を噴射させる。これら点火時期の制御
や、燃料噴射時間の制御を行わせるためにCPUにより
実現する機能実現手段は、従来のものと同様でよい。 【0028】本実施形態では、CPU4aがROM4b
に記憶されたプログラムを実行することにより、インバ
ータ回路3を制御するインバータ制御手段を構成する。
このインバータ制御手段は、内燃機関の始動時にスター
タジェネレータ1をブラシレス直流電動機として動作さ
せて内燃機関のクランク軸を一旦始動方向と反対の逆転
方向に回転させた後始動方向に回転させるように位置セ
ンサhu〜hwの出力に応じてインバータ回路3を制御
し、内燃機関が始動した後はスタータジェネレータ1を
発電機として動作させて電機子コイルLu〜Lwからイ
ンバータ回路3の帰還用ダイオードDu〜Dw及びDx
〜Dzにより構成された整流回路を通してバッテリ2に
供給される充電電流を制御するようにインバータ回路3
を制御するように構成される。 【0029】本発明においては、このインバータ制御手
段が、内燃機関の始動時にクランク軸を逆転方向に回転
させるようにインバータ回路を制御する際に、該インバ
ータ回路を通して電機子コイルに供給する駆動電流の波
形を設定されたデューティ比DFで断続するPWM波形
とするようにインバータ回路を制御するPWM制御手段
を備えた構成とする。 【0030】上記PWM制御手段は、インバータ回路3
のスイッチ素子に駆動信号を与える際に、該インバータ
回路の下段のスイッチ素子に与える駆動信号及び上段の
スイッチ素子に与える駆動信号の少なくとも一方を所定
のデューティ比DFで断続する波形とすることにより、
スタータジェネレータの電機子コイルに供給する駆動電
流をデューティ比DFで断続するPWM波形とする。ス
タータジェネレータの回転子を逆転方向に駆動する際に
インバータ回路3の下段のスイッチ素子に与える駆動信
号Sx〜Szを断続波形とする場合の駆動信号のパター
ンの一例を図4(A)ないし(F)に示した。 【0031】上記PWM制御手段が駆動電流をPWM制
御する際のデューティ比DFは、内燃機関の始動時にク
ランク軸を逆転方向に駆動するべくインバータ回路を制
御した際にスタータジェネレータの磁石回転子からクラ
ンク軸に与えられるトルクを、内燃機関の逆転時に該機
関のピストンを上死点に到達させるためにクランク軸に
与える必要があるトルクよりも小さい値に制限するよう
な大きさに設定される。 【0032】上記インバータ制御手段を構成するために
CPU4aに実行させるプログラムのアルゴリズムの一
例を示すフローチャートを図5に示した。このアルゴリ
ズムに従う場合には、先ずステップ1でセルスイッチ5
がオン状態にされているか否かを判定する。その結果、
セルスイッチ5がオン状態になっていると判定されたと
きには、次いでステップ2において図4に示したパター
ンでインバータ回路のスイッチ素子に駆動信号を与え
て、スタータジェネレータ(SG)の回転子を逆転方向
に回転させる。このときインバータ回路3の下段のスイ
ッチ素子に与える駆動信号Sx〜Szをデューティ比D
Fで断続する波形として、スタータジェネレータからク
ランク軸に与えるトルクを、機関の逆転時にピストンを
上死点を越えて変位させるために必要なトルクよりも小
さい値に制限する。このように、スタータジェネレータ
に与える駆動電流をPWM制御して該スタータジェネレ
ータからクランク軸に与えるトルクを制限しつつクラン
ク軸を逆転させると、スタータジェネレータは、ピスト
ンが上死点に達する前に停止するため、クランク軸を逆
転させた際にピストンが上死点を越えるのを確実に防ぐ
ことができる。 【0033】ステップ3においてスタータジェネレータ
1が停止したと判定されるまでの間スタータジェネレー
タを逆転させるためのインバータ回路の制御を継続し、
ステップ3でスタータジェネレータが停止したと判定さ
れたときにステップ4に移行してスタータジェネレータ
1の回転子を機関の始動方向(正転方向)に回転させる
べく、図2に示したパターンでインバータ回路のスイッ
チ素子に駆動信号を与える。このときクランク軸からス
タータジェネレータ1にかかる負荷は軽くなっているた
め、スタータジェネレータは一気に加速してクランク軸
を始動方向に回転させ、大きな慣性力により機関のピス
トンを圧縮上死点を超えて変位させる。 【0034】したがって、機関の始動は支障なく行われ
る。 【0035】ステップ5で機関の始動が完了したと判定
されるまでインバータ回路に駆動信号を与え、機関の始
動が完了したと判定されたときに、ステップ6に移行し
てインバータ回路への駆動信号の供給を停止し(駆動信
号Su〜Sw及びSx〜Szのすべてを零レベルと
し)、インバータ回路のすべてのスイッチ素子をオフ状
態にしてモータの駆動を停止させる。 【0036】ステップ3においては、スタータジェネレ
ータが停止したか否かを判定するが、この判定は、例え
ば位置センサhu〜hwから与えられる位置検出信号H
u〜Hwのレベル変化が検出されなくなったときにスタ
ータジェネレータが停止したと判定する方法により行う
ことができる。 【0037】また機関の始動が完了したことの判定は、
例えば、位置センサから得られる位置検出信号Hu〜H
wのレベル変化の周期から検出した機関の回転速度が始
動完了回転速度に達したか否かを判定することにより行
うことができる。 【0038】機関の始動が完了すると、スタータジェネ
レータの回転子が機関により駆動される状態になるた
め、スタータジェネレータ1はジェネレータ(磁石発電
機)として動作し、その電機子コイルに3相交流電圧が
誘起する。この交流電圧はインバータ回路3の帰還用ダ
イオードDu〜Dw及びDx〜Dzにより構成される3
相ダイオードブリッジ全波整流回路により整流されてバ
ッテリ2に印加されるため、バッテリ2に充電電流が供
給される。 【0039】機関が始動した後、スタータジェネレータ
1をジェネレータとして動作させる際には、バッテリの
過充電を防止するために、A/D変換器4fを通して検
出されるバッテリの端子電圧を設定値以下に抑えるよう
にインバータ回路3を制御する。例えば、バッテリ2の
端子電圧が設定値以下のときには、インバータ回路3の
すべてのスイッチ素子をオフ状態に保って、スタータジ
ェネレータ1からバッテリに充電電流を供給し、バッテ
リの端子電圧が設定値を超えたときには、インバータ回
路3の下段のトランジスタTx〜Tzを同時にオン状態
にして、スタータジェネレータ1の出力を短絡すること
によりバッテリ2への充電電流の供給を停止させる。 【0040】なおバッテリの端子電圧が設定値を超えた
ときには、インバータ回路3の下段のトランジスタTx
〜Tzを同時にオン状態にする代りに、インバータ回路
の上段のトランジスタを同時にオン状態にするようにし
てもよい。 【0041】機関が始動した後、バッテリの充電を制御
するために、所定の時間間隔で(例えば2msec間隔で)
CPU4aに実行させるプログラムのアルゴリズムの一
例を示したフローチャートを図6に示した。このアルゴ
リズムによる場合には、まずステップ1でバッテリの端
子電圧のデジタル変換値VBを読み込んで、ステップ2
でバッテリの端子電圧VBが設定値を超えているか否か
を判定し、設定値を超えていない場合には、ステップ3
に進んでインバータ回路のすべてのスイッチ素子をオフ
状態に保つ。ステップ2でバッテリの端子電圧が設定値
を超えていると判定されたときに、ステップ4に進んで
インバータ回路の下段のトランジスタTx〜Tzを同時
にオン状態にしてバッテリの充電を停止させる。 【0042】上記の例では、図5に示したフローチャー
トの一連の過程及び図6に示したフローチャートの一連
の過程により、内燃機関の始動時にスタータジェネレー
タをブラシレス直流電動機として動作させて内燃機関の
クランク軸を一旦始動方向と反対の逆転方向に回転させ
た後始動方向に回転させるように位置センサの出力に応
じてインバータ回路を制御し、内燃機関が始動した後は
スタータジェネレータを発電機として動作させて電機子
コイルからインバータ回路の帰還用ダイオードにより構
成された整流回路を通してバッテリに供給される充電電
流を制御するようにインバータ回路を制御するインバー
タ制御手段が構成される。そして、特に図5に示したフ
ローチャートのステップ2により、内燃機関の始動時に
クランク軸を逆転方向に回転させるようにインバータ回
路を制御する際に該インバータ回路を通して電機子コイ
ルに供給される駆動電流の波形を設定されたデューティ
比で断続するPWM波形とするべくインバータ回路を制
御するPWM制御手段が構成される。 【0043】上記の例では、インバータ回路のブリッジ
の各アームを構成するスイッチ素子としてトランジスタ
を用いたが、インバータ回路のブリッジの各アームを構
成するスイッチ素子としてMOSFETやIGBT等の
他のオンオフ制御が可能な半導体スイッチ素子を用いる
こともできる。MOSFETをスイッチ素子用いる場合
には、そのドレインソース間に形成されている寄生ダイ
オードを帰還用ダイオードとして利用することができ
る。 【0044】上記の例では、固定子側に3相の電機子コ
イルを有するスタータジェネレータを用いたが、一般に
固定子側にn相(nは2以上の整数)の電機子コイルを
有するスタータジェネレータを用いる場合に本発明を適
用することができる。 【0045】図5に示した例では、ステップ3において
スタータジェネレータが停止したか否かを判定するよう
にして、スタータジェネレータが停止したと判定された
ときにその回転方向を始動方向に反転させるようにした
が、スタータジェネレータの始動方向と逆方向への回転
を開始させた後一定の時間が経過したときにスタータジ
ェネレータの回転方向を始動方向に反転させるようにし
てもよい。即ち、スタータジェネレータの逆転方向への
駆動を設定された一定時間の間だけ行わせるようにして
もよい。 【0046】 【発明の効果】以上のように、本発明によれば、機関を
始動するために一旦クランク軸を逆転させる際に、スタ
ータジェネレータに与える駆動電流をPWM波形とし
て、クランク軸を逆転させる際に、磁石回転子からクラ
ンク軸に与えるトルクを、内燃機関の逆転時にピストン
を上死点に到達させるためにクランク軸に与える必要が
あるトルクよりも小さい値に制限するように駆動電流の
デューティ比を設定するようにしたので、機関の始動時
にクランク軸を逆転させる際に、特に制御を行わなくて
も、機関のピストンが上死点を越えて変位するのを確実
に防止することができる。したがって、本発明によれ
ば、イグニッションスイッチを閉じたままの状態で機関
の始動と停止とを繰り返し行わせる場合はもちろん、イ
グニッションスイッチを閉じた後、最初に機関を始動す
る際にも、機関の始動を確実に行わせることができる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for starting an internal combustion engine.
Charge the starter motor (starting motor) and battery
Star for internal combustion engine that doubles as generator (generator)
Generator (motor for starting the internal combustion engine and charging the battery)
And a rotating electric machine that also serves as an electric generator). 2. Description of the Related Art Generally, when an internal combustion engine is stopped,
Stop the ignition by the fire device, or supply fuel to the engine.
Stop the combustion in the cylinder by stopping the supply.
I try to make it. Combustion no longer occurs in the cylinder
Then, after the engine continues to rotate for a while due to inertia,
As Ston rises toward compression top dead center,
From the ton side until the load on the crankshaft reaches a peak.
Stop during at. Therefore, the stop position of the engine (the engine stops
The crank angle position when the engine is stopped) will be
At the position where the load on the starter motor reaches its peak
It is generally the position in front. FIG. 7 shows the stroke of a single-cylinder four-cycle internal combustion engine.
Shows the relationship between the change and the pressure change in the cylinder
The pressure in the cylinder drops from the peak during the combustion stroke.
And then show the lowest value at the end of the exhaust stroke.
To the compression stroke. Stop the internal combustion engine
Therefore, if combustion in the cylinder is stopped, the engine will shut down.
Example of the process in which the pressure in the Linda rises to its peak
For example, stop at point A. To start the engine in this state
When the starter motor is driven,
Such load torque reaches a peak, and then the load torque
After the peak, the load on the starter motor decreases.
Go on. As described above, when starting the engine, the starter
A large load is applied to the motor immediately after starting the motor
Therefore, in order to start the engine without any trouble,
Use a motor with very high starting torque
It is necessary, and it is inevitable that the motor becomes large. Ma
Also has a large starting torque as a starter motor
Even if you use something, depending on the battery consumption
Can not overcome the load applied at the start,
May fail to start. To prevent such a problem from occurring,
Therefore, when starting the engine, once turn the crankshaft
Rotate in the reverse direction (for example, from point A to point B in FIG. 7)
After reducing the load on the starter motor,
Start the crankshaft by reversing the rotation direction of the tarter motor
Rotation in the normal direction (forward rotation direction)
Utilizes the piston with a relatively small torque
The starter motor when the motor exceeds the first compression top dead center
Control method of starter motor to overcome overload
Has been proposed. Controlling the starter motor in this way
Start-up motor than the conventionally used starter motor
Using a motor with a small torque as the starter motor
Seki can be started. As described above, when the engine is started,
After rotating the crankshaft once in the reverse direction,
When using the method of reversing the direction and rotating in the starting direction
When the crankshaft is reversed, the piston
Limit the rotation angle range when reversing so that it does not exceed
There is a need to. To solve this problem, Japanese Patent Laid-Open No. 2000-2000
No. 283010, the reverse of the crankshaft
Immediately after starting the rotation, a predetermined position (for example, in FIG.
The crank angle reaches the angle corresponding to the top dead center of the exhaust stroke
At the set position before the crankshaft)
A tie that stops the starter motor according to this rotation speed
Internal combustion engine start control device that determines the timing
Was done. [0008] Japanese Patent Application Laid-Open No. 2000-283
As shown in the control device of No.010, the reverse of the crankshaft
Immediately after starting rotation, the crankshaft is
Detects the rotation speed and sets the crankshaft according to the rotation speed.
In order to determine the stop timing of
It is necessary to detect the crank angle immediately after starting operation.
You. In order to reduce air pollution by exhaust gas, internal combustion
As in the case of controlling to stop the engine frequently,
Start the engine with the ignition switch closed.
When the engine is stopped
The control unit (ECU) that controls the engine also
When the engine is started, the
Immediately after starting the reverse rotation of the rank axis, the rotation of the crankshaft
It is possible to accurately recognize the angular position. However, the ignition switch must be
When starting the engine for the first time after closing, the ECU
Cannot accurately detect the position of the crankshaft,
Immediately after starting the reverse rotation of the shaft, the rotation speed is accurately detected.
In many cases, the above method
Is the motor stop timing when reversing the crankshaft
The crankshaft is reversed.
May cause the piston to go over top dead center
Was. An object of the present invention is to provide an ignition switch.
When the engine is started for the first time after closing the
Make sure to starter motor before reaching top dead center during reverse rotation.
Be able to stop the engine to ensure the engine starts
Starter for an internal combustion engine
A control device for a generator is provided. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention relates to a compressor for an internal combustion engine.
Magnet rotor attached to rank shaft, and magnet rotor
Armature iron core having a magnetic pole portion facing the magnetic pole of n-phase (n
Is an integer of 2 or more)
And a magnet rotor for each armature coil of the stator.
Internal combustion engine equipped with a position sensor for detecting a rotational angle position of a vehicle
The starter generator for Seki and each arm of the bridge
For feedback connected in parallel with the switch element and the switch element
It consists of a diode and the AC terminal is the n-phase
When connected to the input / output terminals derived from the armature coil
A bridge-type inductor whose DC terminal is connected to the battery
The inverter circuit and the starter generator when starting the internal combustion engine
Operating the motor as a brushless DC motor
Once the crankshaft is rotated in the reverse direction
And then rotate it in the starting direction.
Control the inverter circuit accordingly and after the internal combustion engine starts
Operates the starter generator as a generator
From the child coil by the feedback diode of the inverter circuit
Charging delivered to the battery through a configured rectifier circuit
Inverter that controls the inverter circuit to control the current
Starter generator for internal combustion engine, comprising starter circuit control device
It is intended for the control device of the generator. In the present invention, the inverter circuit control
The control device rotates the crankshaft in the reverse direction when starting the internal combustion engine.
When controlling the inverter circuit to rotate,
Drive current wave supplied to the armature coil through the barter
If the shape is a PWM waveform that is intermittent at the set duty ratio,
PWM control means for controlling the inverter circuit as much as possible
ing. When the internal combustion engine starts, the crankshaft rotates
When the inverter circuit is controlled to drive in the direction
The torque that the rotor gives to the crankshaft
Occasionally, the piston of the engine is closed to reach top dead center.
Limited to less than the torque that needs to be applied to the link shaft
Thus, the duty ratio is set. As described above, once the engine is started,
When reversing the crankshaft, it is applied to the starter generator.
The drive current is changed to a PWM waveform, and the crankshaft is
Torque from the magnet rotor to the crankshaft
To reach the top dead center when the internal combustion engine reverses
Less than the torque that needs to be applied to the crankshaft
Set the duty ratio of the drive current to
If the crankshaft is reversed when starting the engine,
In addition, the engine piston can be moved to TDC without any special control.
Can be reliably prevented from displacing beyond
Engine with the ignition switch closed.
When starting and stopping the engine repeatedly,
Start the engine first after closing the ignition switch
In this case, the engine can be reliably started. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Referring to FIGS.
Control device for starter generator for internal combustion engine according to the invention
An embodiment of the device will be described. FIG. 1 shows a starter generator according to the present invention.
1 shows an example of the configuration of a data controller. In FIG.
Starter generator for internal combustion engine, 2 is battery, 3 is
Provided between the battery 2 and the starter generator 1
Inverter circuit, 4 is an electronic control unit (ECU)
It is. The illustrated starter generator 1 includes a rotor
The yoke and the magnet field attached to the rotor yoke
Directly attached to the internal combustion engine crankshaft (not shown)
Magnet rotor (not shown), and the magnet rotor
Armature core having magnetic pole portion facing pole and armature core
And three-phase armature coils Lu to Lw wound around
A stator in which the three-phase armature coils are star-connected;
For U, V, W three-phase armature coils Lu to Lw
To detect the rotational angle position of each magnet rotor.
Starter for internal combustion engine having sensors hu, hv and hw
It is a generator. This starter generator
Similar structure to Lasiles DC motor and magnet AC generator
The brushless DC motor is used when starting the engine.
Driven as a machine to drive the crankshaft of the engine
Used as a motor. Also, after the engine starts,
When the magnet rotor is driven by the internal combustion engine
Battery generator (magnet generator)
Driven as The position sensors hu, hv and hw are, for example,
Starter generator 1 at 120 degree electrical angle
A Hall IC that detects the polarity of the magnetic poles of the magnet rotor
When the N pole of the magnet rotor is detected and when the S pole
Squares that indicate different levels when detecting
Outputs a wave-shaped position detection signal. Magnet rotor has two poles
When the rotor is running forward (with the crankshaft
Position sensor hu to hw when rotating in the starting direction)
An example of the position detection signals Hu to Hw respectively obtained from
These are shown in FIGS. 2A to 2C, respectively. In FIG.
Θ on the horizontal axis indicates the rotation angle of the crankshaft, and the H level and L
The levels are high and low (or zero level, respectively).
). When the rotor rotates in the reverse direction, the position sensor h
The position detection signals Hu to Hw obtained from u to hw are respectively
3 (A) to 3 (C). The illustrated inverter circuit 3 has a well-known three-phase
Ridge type inverter circuit.
NPN transistors that constitute the switch elements of the two arms respectively
Transistors Tu, Tv and Tw and their transistors
Between the collector and emitter of the
Feedback diodes Du, Dv and
And Dw and the switch element of the lower three arms of the bridge
NPN transistors Tx, Ty and
And Tz between the collector and emitter of these transistors
(At both ends of the switch element)
It consists of feedback diodes Dx, Dy and Dz.
You. In this inverter circuit 3, the bridge
Transistors that constitute the switch element of the upper arm
Collectors Tu to Tw are connected in common and the common connection
A DC terminal 3a having a positive polarity is derived from the connection point, and is connected to the DC terminal.
The child 3 a is connected to the positive terminal of the battery 2. Also
A switch that constitutes the switch element of the lower arm of the bridge
The emitters of the transistors Tx to Tz are connected in common, and
One end of the shunt resistor r for current detection is connected to the common connection point of
Connected to the DC terminal 3 having a negative polarity from the other end of the resistor r.
b has been derived. The DC terminal 3b is connected to the battery 2
Is connected to the negative electrode terminal. Each of the transistors Tu-Tw
The respective collectors of the emitter and the transistors Tx to Tz
Are connected to each other, and U,
V, W three-phase AC side terminals 3u, 3v and 3w are derived.
And these AC terminals 3u, 3v and 3w are respectively
Star-connected three-phase armature of starter generator 1
From the non-neutral side terminals of the coils Lu, Lv and Lw respectively
Connected to the derived input / output terminals 1u, 1v and 1w.
ing. The ECU 4 has a CPU 4a, a ROM 4b, an R
Microcomputer having AM4c, timer 4d, etc.
And an inverter circuit according to a command given from the CPU.
To the transistors Tu to Tw and Tx to Tz, respectively.
Driver circuit for providing dynamic signals Su to Sw and Sx to Sz
4e and the detected value of the voltage across battery 2
A / D converter 4f which converts the signal into a signal and inputs it to CPU 4a
And the state of the cell switch 5 which is closed when starting the engine
Detection of detecting the state and inputting the detection result to the CPU 4a
Circuit 4g and flow rate of air introduced into the intake pipe to the internal combustion engine
Slot to detect throttle valve opening
CPU 4a converts the output of the sensor 6 into a digital signal.
And an A / D converter 4h for inputting the A / D signal to the A / D converter. ECU4
For microcomputers, the ignition switch (not shown) is closed.
Through the power supply circuit (not shown) from the battery 2
When the power supply voltage is applied, the operation state is set. The starter generator 1 is a starter motor
Determine the excitation pattern of the armature coil when driving as
Therefore, the position detection signals output by the position sensors hu to hw
Hu to Hw are input to the CPU 4a. CPU 4a
Is obtained from a combination of the levels of the position detection signals Hu to Hw.
Driving the starter generator in a predetermined rotation direction
To determine the excitation pattern of the armature coil necessary for
Armature coil of a predetermined phase according to the specified excitation pattern
In order to supply the drive current to the
Drive signal (switch element conducting)
Signal for giving or not giving
To the driver circuit 4e. The driver circuit 4e is C
Inverter circuit according to command signal given from PU
A drive signal is given to the third predetermined transistor. The starter generator 1 is a starter motor
And operate the engine crankshaft in the starting direction (forward rotation).
Direction) when rotating the inverter circuit transistor
Given to the bases of Tu-Tw and Tx-Tz, respectively
The drive signals Su to Sw and Sx to Sz shown in FIG.
(F) and (G) to (I), the starter generator
When rotating the motor 1 in the reverse direction opposite to the starting direction.
Of the transistors Tu to Tw and Tx to Tz of the inverter circuit
Drive signals Su to Sw and S respectively applied to the base
x to Sz are shown in (D) to (F) and (G) to (I) in FIG.
Indicated. Transistors Tu to Tw and Tx to Tz
Are the drive signals Su to Sw applied to the respective bases.
And when Sx to Sz are at the H level, respectively.
To the armature coils Lu to Lw in a predetermined phase order.
The commutating drive current is passed and the starter generator rotates.
The child is rotated in a predetermined direction. The shunt resistor provided in the inverter circuit 3
The voltage between both ends of the arrester r is input to the overcurrent detection circuit 7 and
I have. The overcurrent detection circuit 7 detects the voltage across the resistor r
From a circuit that compares with a reference voltage that limits the drive current
And the starter generator through the inverter circuit
When the drive current flowing through the resistor exceeds the limit,
When the terminal voltage exceeds the reference voltage, the ECU driver
An inverter circuit drive stop command signal is given to the circuit 4e.
The driver circuit 4e receives the drive stop command signal.
Supply of the drive signal to the inverter circuit 3 is stopped when
To stop supplying drive current to starter generator 1
It is configured to be. The reference numeral 8 indicates that the crank angle position of the internal combustion engine is the first.
Coincide with the reference position θa and the second reference position θb, respectively.
Pulser that generates pulse signals Vsa and Vsb when
The output of this pulser is passed through the waveform shaping circuit 9 to the ECU.
4 is input to the CPU. The first reference position θa is above
Dead center position (Crank angle when piston reaches top dead center
Angle position) and set to a position advanced enough to
The reference position θb is determined by the ignition timing when the engine is started and at low speed.
It is set at the corresponding position. The CPU uses the pulsar 8
From the output pulse signal, the crankshaft rotation information (crankshaft
Angle information and rotation speed information), and
Obtain throttle valve opening information from the rotary sensor 6
To calculate the ignition timing of the engine, and calculate the calculated ignition timing.
When detected, ignites an internal combustion engine ignition device (not shown).
The ignition operation is performed by giving a signal. CPU is also a pulsar
8 and the rotation information given from the throttle sensor.
Throttle valve opening and sensor not shown
Fuel injection for still other control conditions given by
Calculate the time and when the predetermined fuel injection timing is detected
During the calculated injection time from the injector to the intake pipe or
Inject fuel into the cylinder. Control of these ignition timings
Or by the CPU to control the fuel injection time
The function realizing means to be realized may be the same as the conventional one. In this embodiment, the CPU 4a is connected to the ROM 4b
By executing the program stored in the
The inverter control means for controlling the data circuit 3 is constituted.
This inverter control means starts the engine when the internal combustion engine is started.
Generator 1 is operated as a brushless DC motor.
And reverse the crankshaft of the internal combustion engine once in the opposite direction to the starting direction.
Rotation in the starting direction and then in the starting direction.
Controls the inverter circuit 3 according to the outputs of the sensors hu to hw
After the internal combustion engine starts, the starter generator 1
By operating as a generator, the armature coils Lu to Lw
Feedback diodes Du to Dw and Dx of the inverter circuit 3
To the battery 2 through a rectifier circuit composed of
The inverter circuit 3 controls the supplied charging current.
Is configured to be controlled. In the present invention, the inverter control means
Stage rotates the crankshaft in the reverse direction when the internal combustion engine starts
When controlling the inverter circuit to cause
Of the drive current supplied to the armature coil through the motor circuit
PWM waveform intermittently with a set duty ratio DF
PWM control means for controlling an inverter circuit so that
The configuration is provided with. The PWM control means includes an inverter circuit 3
When a drive signal is supplied to the switch element of
The drive signal given to the lower switch element of the circuit and the upper
At least one of the drive signals given to the switch element is specified
By making the waveform intermittent at the duty ratio DF of
Drive power supplied to the armature coil of the starter generator
The flow is a PWM waveform intermittent with a duty ratio DF. S
When driving the rotor of the tarta generator in the reverse direction
Drive signal given to the lower switch element of the inverter circuit 3
Of drive signal when signals Sx to Sz are intermittent waveforms
FIGS. 4A to 4F show an example of such a case. The PWM control means controls the drive current by PWM control.
The duty ratio DF at the time of control is
Inverter circuit is controlled to drive the rank axis in the reverse direction.
The starter generator magnet rotor
When the internal combustion engine rotates in reverse, the torque applied to the
Seki piston on the crankshaft to reach the top dead center
Limit it to a value less than the torque you need to give
Is set to an appropriate size. In order to configure the inverter control means,
One of the algorithms of the program executed by the CPU 4a
A flowchart showing an example is shown in FIG. This algorithm
In the first case, the cell switch 5
It is determined whether or not is turned on. as a result,
When it is determined that the cell switch 5 is in the ON state
Next, in step 2, the pattern shown in FIG.
Drive signal to the switch element of the inverter circuit
And rotate the rotor of the starter generator (SG) in the reverse direction.
Rotate to. At this time, the lower switch of the inverter circuit 3
Drive signals Sx to Sz to be applied to the
As a waveform intermittent at F,
The torque given to the rank shaft is
Less than the torque required to displace beyond top dead center
Limit to a low value. Thus, the starter generator
PWM control of the drive current given to the starter generator
The torque applied to the crankshaft from the
When the shaft is reversed, the starter generator
The crankshaft to stop before the top dead center
Ensures that the piston does not cross top dead center when rotated
be able to. In step 3, the starter generator
Starter generator until it is determined that 1 has stopped
Control of the inverter circuit to reverse the
In step 3, it is determined that the starter generator has stopped.
To step 4 when the starter generator
Rotate the first rotor in the engine start direction (forward direction)
Therefore, the inverter circuit is switched in the pattern shown in FIG.
Drive signal to the switch element. At this time,
The load on the tartar generator 1 has been reduced
The starter generator accelerates at a stretch and the crankshaft
The engine is rotated in the starting direction,
Displace the ton beyond the compression top dead center. Therefore, the engine can be started without any trouble.
You. In step 5, it is determined that the start of the engine has been completed.
Drive signal to the inverter circuit until
When it is determined that the movement has been completed,
To stop supplying the drive signal to the inverter circuit.
The signals Su to Sw and Sx to Sz are all set to the zero level.
And all switch elements of the inverter circuit are turned off.
And stop driving the motor. In step 3, the starter generator
Data is stopped or not.
For example, the position detection signal H given from the position sensors hu to hw
When the level change of u to Hw is no longer detected,
Performed by a method that determines that the data generator has stopped
be able to. It is determined that the start of the engine has been completed.
For example, position detection signals Hu to H obtained from position sensors
The rotation speed of the engine detected from the cycle of the level change of w starts.
By determining whether or not the
I can. When the start of the engine is completed, the starter generator
The rotor of the generator becomes driven by the engine.
The starter generator 1 is a generator (magnet power generation)
Machine), and the three-phase AC voltage is applied to the armature coil.
Induce. This AC voltage is supplied to the feedback
3 composed of the ions Du to Dw and Dx to Dz
Rectified by the full-wave rectifier circuit
Is applied to the battery 2, so that the charging current is supplied to the battery 2.
Be paid. After the engine has started, the starter generator
When operating 1 as a generator,
In order to prevent overcharging, the detection is performed through the A / D converter 4f.
The output voltage of the battery should be kept below the set value.
To control the inverter circuit 3. For example, the battery 2
When the terminal voltage is below the set value, the inverter circuit 3
Keep all switch elements in the off state and start
The charging current is supplied from the generator 1 to the battery,
When the terminal voltage of the
The transistors Tx to Tz at the lower stage of the path 3 are simultaneously turned on.
To short-circuit the output of starter generator 1
As a result, supply of the charging current to the battery 2 is stopped. The terminal voltage of the battery has exceeded the set value.
Sometimes, the lower transistor Tx of the inverter circuit 3
~ Tz at the same time, instead of an inverter circuit
And turn on the upper transistors at the same time.
May be. After the engine is started, control the charging of the battery
To do so, at predetermined time intervals (eg, at 2 msec intervals)
One of the algorithms of the program executed by the CPU 4a
A flowchart showing an example is shown in FIG. This algo
In the case of rhythm, first, in step 1
Reading the digitally converted value VB of the slave voltage, and
Whether the terminal voltage VB of the battery exceeds the set value
Is determined, and if the set value is not exceeded, step 3
And turn off all switch elements of the inverter circuit
Keep in condition. In step 2, the battery terminal voltage is set
When it is determined that the value exceeds
Simultaneously use lower transistors Tx to Tz of the inverter circuit
To turn on the battery to stop charging the battery. In the above example, the flow chart shown in FIG.
And a series of flowcharts shown in FIG.
During the start of the internal combustion engine
Motor as a brushless DC motor
Rotate the crankshaft once in the reverse direction opposite to the starting direction.
And then respond to the position sensor output to rotate in the starting direction.
After the internal combustion engine starts, the inverter circuit is controlled
Armature by operating starter generator as generator
It is composed of the feedback diode of the inverter circuit from the coil.
Charging power supplied to the battery through the rectifier circuit
Inverter that controls the inverter circuit to control the flow
Data control means. In particular, the file shown in FIG.
According to step 2 of the flowchart, when starting the internal combustion engine,
Turn the inverter so that the crankshaft rotates in the reverse direction.
Armature coil through the inverter circuit when controlling the
The duty of the drive current supplied to the
Inverter circuit is controlled to make PWM waveforms intermittent by the ratio.
A PWM control means for controlling is configured. In the above example, the bridge of the inverter circuit
Transistor as a switch element that composes each arm of
However, each arm of the bridge of the inverter circuit is
Switch elements such as MOSFETs and IGBTs
Uses other semiconductor switch elements that can be controlled on and off
You can also. When MOSFET is used as a switching element
Has a parasitic die formed between its drain and source.
The diode can be used as a feedback diode.
You. In the above example, the three-phase armature core
Use a starter generator with an
An n-phase (n is an integer of 2 or more) armature coil on the stator side
When the present invention is used when a starter generator having
Can be used. In the example shown in FIG.
To determine whether the starter generator has stopped
It is determined that the starter generator has stopped
Sometimes the direction of rotation is reversed to the starting direction
Rotates in the direction opposite to the starter generator start direction
Start after a certain period of time
The rotation direction of the generator is reversed to the starting direction.
May be. That is, the starter generator
Drive only for a set period of time
Is also good. As described above, according to the present invention, the engine
Once the crankshaft is reversed to start,
The drive current given to the data generator is a PWM waveform
When rotating the crankshaft in reverse,
The torque applied to the crankshaft
Must be given to the crankshaft to reach top dead center.
Drive current should be limited to a value less than a certain torque.
Since the duty ratio is set, when starting the engine
No special control is required when reversing the crankshaft
Also ensure that the engine piston displaces beyond top dead center
Can be prevented. Therefore, according to the present invention
Engine with the ignition switch closed.
When starting and stopping the engine repeatedly,
Start the engine first after closing the ignition switch
In this case, the engine can be reliably started.

【図面の簡単な説明】 【図1】本発明に係わる制御装置の一実施形態の構成を
示す構成図である。 【図2】本発明のスタータジェネレータを正転方向に駆
動する際の位置センサの出力信号とインバータ回路に与
える駆動信号とを示した信号波形図である。 【図3】スタータジェネレータを逆転方向に駆動する際
の位置センサの出力信号とインバータ回路に与える駆動
信号とを示した信号波形図である。 【図4】本発明のスタータジェネレータを逆転方向に駆
動する際にインバータ回路に与える駆動信号を示した信
号波形図である。 【図5】本発明の実施形態においてインバータ制御手段
を実現するために始動時にCPUに実行させるプログラ
ムのアルゴリズムの一例を示したフローチャートであ
る。 【図6】本発明の実施形態において、機関が始動した後
バッテリの充電を制御する手段を実現するためにCPU
に実行させるプログラムのアルゴリズムの一例を示した
フローチャートである。 【図7】単気筒4サイクル内燃機関の行程変化とシリン
ダ内圧力との関係を示した説明図である。 【符号の説明】 1…スタータジェネレータ、2…バッテリ、3…インバ
ータ回路、4…ECU。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a configuration diagram showing a configuration of an embodiment of a control device according to the present invention. FIG. 2 is a signal waveform diagram showing an output signal of a position sensor and a drive signal given to an inverter circuit when the starter generator of the present invention is driven in a normal rotation direction. FIG. 3 is a signal waveform diagram showing an output signal of a position sensor and a drive signal given to an inverter circuit when driving a starter generator in a reverse rotation direction. FIG. 4 is a signal waveform diagram showing a drive signal given to an inverter circuit when driving a starter generator of the present invention in a reverse direction. FIG. 5 is a flowchart showing an example of an algorithm of a program executed by a CPU at the time of starting to realize an inverter control means in the embodiment of the present invention. FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a CPU according to an embodiment of the present invention.
Is a flowchart showing an example of an algorithm of a program to be executed by the program. FIG. 7 is an explanatory diagram showing a relationship between a stroke change and a cylinder internal pressure of a single-cylinder four-cycle internal combustion engine. [Description of Signs] 1 ... Starter generator, 2 ... Battery, 3 ... Inverter circuit, 4 ... ECU.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 村松 秀一 静岡県沼津市大岡3744番地 国産電機株式 会社内 Fターム(参考) 3G093 BA00 CA01 DA01 DA06 DA07 DA12 EA02 EB08 EC02 FA11 5H560 AA10 BB04 BB07 BB12 DA03 DC12 EB01 EB07 GG04 JJ02 TT12 TT15 UA02 XA12    ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page    (72) Inventor Shuichi Muramatsu             3744 Ooka, Numazu-shi, Shizuoka Japan Domestic Electric Stock             In the company F term (reference) 3G093 BA00 CA01 DA01 DA06 DA07                       DA12 EA02 EB08 EC02 FA11                 5H560 AA10 BB04 BB07 BB12 DA03                       DC12 EB01 EB07 GG04 JJ02                       TT12 TT15 UA02 XA12

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 内燃機関のクランク軸に取り付けられる
磁石回転子と、前記磁石回転子の磁極に対向する磁極部
を有する電機子鉄心にn相(nは2以上の整数)の電機
子コイルを巻回してなる固定子と、前記固定子の各相の
電機子コイルに対して前記磁石回転子の回転角度位置を
検出する位置センサとを備えた内燃機関用スタータジェ
ネレータと、ブリッジの各アームがスイッチ素子と該ス
イッチ素子に並列に接続された帰還用ダイオードとから
なっていて交流側端子が前記n相の電機子コイルから導
出された入出力端子に接続されるとともに直流側端子が
バッテリに接続されるブリッジ形のインバータ回路と、
前記内燃機関の始動時に前記スタータジェネレータをブ
ラシレス直流電動機として動作させて前記内燃機関のク
ランク軸を一旦始動方向と反対の逆転方向に回転させた
後始動方向に回転させるように前記位置センサの出力に
応じて前記インバータ回路を制御し、前記内燃機関が始
動した後は前記スタータジェネレータを発電機として動
作させて前記電機子コイルから前記インバータ回路の帰
還用ダイオードにより構成された整流回路を通して前記
バッテリに供給される充電電流を制御するように前記イ
ンバータ回路を制御するインバータ制御手段とを備えた
内燃機関用スタータジェネレータの制御装置において、 前記インバータ制御手段は、前記内燃機関の始動時に前
記クランク軸を逆転方向に回転させるように前記インバ
ータ回路を制御する際に該インバータ回路を通して前記
電機子コイルに供給される駆動電流の波形を設定された
デューティ比で断続するPWM波形とするべく前記イン
バータ回路を制御するPWM制御手段を備え、 前記内燃機関の始動時に前記クランク軸を逆転方向に駆
動するべく前記インバータ回路を制御した際に前記磁石
回転子がクランク軸に与えるトルクを、前記内燃機関の
逆転時に該機関のピストンを上死点に到達させるために
前記クランク軸に与える必要があるトルクよりも小さい
値に制限するように、前記デューティ比が設定されるこ
とを特徴とする内燃機関用スタータジェネレータの制御
装置。
Claims 1. An n-phase (n is an integer of 2 or more) magnet rotor attached to a crankshaft of an internal combustion engine and an armature iron core having a magnetic pole portion facing a magnetic pole of the magnet rotor. A) a starter generator for an internal combustion engine, comprising: a stator formed by winding an armature coil of the present invention; and a position sensor for detecting a rotation angle position of the magnet rotor with respect to the armature coil of each phase of the stator. , Each arm of the bridge includes a switch element and a feedback diode connected in parallel to the switch element, and an AC terminal is connected to an input / output terminal derived from the n-phase armature coil, and a DC A bridge-type inverter circuit whose side terminals are connected to the battery;
When the internal combustion engine is started, the starter generator is operated as a brushless DC motor to rotate the crankshaft of the internal combustion engine once in the reverse direction opposite to the start direction, and then in the output of the position sensor so as to rotate in the start direction. After the internal combustion engine is started, the starter generator is operated as a generator to supply the battery from the armature coil to the battery through a rectifier circuit configured by a feedback diode of the inverter circuit. A starter generator for an internal combustion engine, comprising: an inverter control means for controlling the inverter circuit so as to control a charging current to be supplied. The inverter control means rotates the crankshaft in a reverse direction when the internal combustion engine is started. Control the inverter circuit to rotate the PWM control means for controlling the inverter circuit so as to make the waveform of the drive current supplied to the armature coil through the inverter circuit into a PWM waveform intermittent at a set duty ratio when the internal combustion engine is started. Sometimes, when controlling the inverter circuit to drive the crankshaft in the reverse direction, the torque given to the crankshaft by the magnet rotor during the reverse rotation of the internal combustion engine to make the piston of the internal combustion engine reach the top dead center. The control device for a starter generator for an internal combustion engine, wherein the duty ratio is set so as to limit the duty ratio to a value smaller than a torque required to be applied to the crankshaft.
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