JP2004183570A

JP2004183570A - エンジンの始動装置

Info

Publication number: JP2004183570A
Application number: JP2002352300A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Nishi; 宏樹西
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-12-04
Filing date: 2002-12-04
Publication date: 2004-07-02

Abstract

【課題】バッテリの大容量化やコンデンサの追加等を敢えて必要としない簡素な構造でありながら、エンジンの始動に伴うオーバーシュートを適切に抑制する。
【解決手段】エンジンの再始動指令が入力されると（Ｓ１００）、モータジェネレータを力行モードで作動して、エンジンの始動を開始する（Ｓ１１０）。エンジンの始動完了を検出すると（Ｓ１６０）、モータジェネレータを発電モードで作動する（１７２）。この発電モードにおけるモータジェネレータの発電電圧を、通常発電時の電圧値よりも高い高電圧値に設定する。あるいは、モータジェネレータの界磁電流を、通常発電時の電流値よりも高い高電流値に設定する。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、アイドルストップ車両に特に好適に用いられるエンジンの始動装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃費性能や排気性能の向上を図るために、信号待ちのような車両の一時停止時にエンジンを自動停止し、その後に車両を発進するような場合にエンジンを自動再始動するアイドルストップ車両が実用化されている。このようなアイドルストップ車両では、エンジンの自動再始動の開始直後、つまりモータジェネレータによりエンジンを回転駆動（クランキング）している状態では、静摩擦を含むエンジンの大きな負荷抵抗に打ち勝ってエンジン回転数を速やかに上昇させるために、大きなトルクでエンジンを駆動する必要がある。一方、エンジンの始動が完了し、エンジンが燃料を燃焼することにより駆動トルクを自ら発生するエンジン完爆後の自立運転状態には、エンジンが自ら駆動トルクを発生するために、エンジン回転数が急激に増加するいわゆるオーバーシュートが発生し、大きな振動や騒音が発生して静粛性や耐久性が損なわれるおそれがある。
【０００３】
この対策として、特許文献１には、エンジンが始動して自ら駆動トルクを発生するようになれば、モータジェネレータヘの供給電力を削減し、エンジンおよびモータジェネレータの駆動トルクの合計が急激に増大するのを防止する技術が開示されている。また、モータジェネレータによるエンジンの始動が完了したら（所定の回転数に達したら）、エンジンのオーバーシュートを検出し、このオーバーシュートを抑制するようにモータジェネレータを発電モードで作動する技術が開示されている。
【０００４】
特許文献２では、バッテリとは別に大容量コンデンサを設け、エンジン始動完了後のオーバーシュートを抑制するために、モータジェネレータを回生制御する場合には、モータジェネレータを大容量コンデンサに接続して、余分な発電電力を吸収する技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平７−１１９５９４号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開平９−７１１３８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１のように、モータジェネレータの駆動を停止するだけではオーバーシュートを十分に抑制できないことがある。また、オーバーシュート発生時にモータジェネレータを発電モードにしてエンジンの駆動トルクを吸収する手法では、バッテリで吸収可能なエネルギー分しかエンジンのオーバーシュートを抑制できない。つまり、バッテリの定格・容量により吸収可能なオーバーシュートが制限されてしまう。特許文献２のように、バッテリとは別に大容量コンデンサを設けると、このコンデンサの分、サイズ，重量およびコストの面で負担が大きくなる。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、バッテリの大容量化やコンデンサの追加等を敢えて必要としない簡素な構造で、エンジンの始動に伴い発生するエンジンのオーバーシュートを適切に抑制し得る新規なエンジンの始動装置を提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
エンジンに接続されたモータジェネレータと、このモータジェネレータを力行モードで作動して、エンジンの始動を開始するエンジン始動手段と、上記エンジンの始動完了を検出する始動完了検出手段と、上記エンジンの始動完了を検出すると、エンジンのオーバーシュートを抑制するように、上記モータジェネレータを発電モードで作動するオーバーシュート抑制手段と、を有する。上記発電モードにおけるモータジェネレータの発電電圧を、通常発電時の電圧値よりも高い高電圧値に設定する。あるいは、上記発電モードにおけるモータジェネレータの界磁電流を、通常発電時の電流値よりも高い高電流値に設定する。
【００１０】
【発明の効果】
本発明によれば、バッテリの大容量化やコンデンサの追加等を敢えて必要としない簡素な構造でありながら、エンジンの始動に伴うオーバーシュートを適切に抑制することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明に係る車両のエンジン始動装置を示す概略構成図である。この車両は、車両推進源としてエンジン５０とモータジェネレータ４０とを併用するハイブリッド車両であり、かつ、交差点での信号待ちのような所定の条件が成立するときにエンジン５０を自動的に停止し、かつ、その後に車両を発進する場合のように、エンジン自動停止中に別の所定の条件が成立するとエンジン５０を自動的に再始動するアイドルストップ車両である。
【００１２】
上記のモータジェネレータ４０と、エンジン５０と、エアコンコンプレッサ等の補機類６０とは、プーリ及びベルト７０を介して動力伝達可能に接続されている。モータジェネレータ４０及びエンジン５０と、補機類６０と、の動力伝達経路には、その動力の伝達を断続する補機用電磁クラッチ６５が設けられている。モータジェネレータ４０は、インバータ３０を介してバッテリ１０と電気的に接続されており、力行運転及び回生運転の双方が可能である。例えば、モータジェネレータ４０は、バッテリ１０の電力を消費して力行運転を行い、車両推進力を付与したりエンジン５０をクランキングする機能と、エンジン５０の駆動力や車両走行エネルギーにより発電を行う機能と、を有している。このような発電による回生電力は、バッテリ１０に充電され、あるいは車両に搭載されている複数の電装品２０〜２ｎにより消費される。
【００１３】
バッテリ１０の状態、つまり電流値，電圧値，及び充電量（ＳＯＣ）は、車両制御系の一つとしてのバッテリコントローラ１６により検知・演算される。このバッテリコントローラ１６は、電源分配器１８を介して複数の車両電装品２０〜２ｎと接続されている。電源分配器１８は、バッテリコントローラ１６からの制御信号に基づいて、車両電装品２０〜２ｎのＯＮ・ＯＦＦを選択的に切り換えることができる。車両電装品２０〜２ｎとしては、酸素センサ用のヒータ、リアデフォッカー、モータファン、トランクルームランプ、グローブボックスランプ、トランスミッション用電動オイルポンプ、電動エアコンコンプレッサ、ウォーターポンプ，電磁クラッチ等が挙げられる。
【００１４】
図２は、本発明の第１実施形態に係るエンジン自動再始動における制御処理を示すフローチャートである。このルーチンは、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ及び入出力インターフェースを備えた周知のコントロールユニット（図示省略）により記憶・実行される。図３は、このエンジン自動再始動におけるエンジン回転数とモータジェネレータ４０のトルクとの変化を示すタイムチャートである。
【００１５】
先ずＳ（ステップ）１００では、各種センサ類からの検出信号等に基づいてエンジン５０の再始動指令が入力したかを判定する。例えば、エンジンの自動停止中に、バッテリ１０のＳＯＣが所定値以下に低下した場合、あるいはブレーキペダルが開放されるとともにアクセルペダルが踏み込まれた場合等に、エンジンの自動再始動条件が成立したとして、エンジン再始動指令が出力される。この再始動指令が入力されていない場合にはメインルーチンへ戻り、他の制御処理が行われる。
【００１６】
エンジン再始動指令が入力したら、Ｓ１１０へ進み、インバータ３０及びモータジェネレ−タ４０を力行モードで作動する。これにより、モータジェネレータ４０の出力トルクがベルト７０を介してエンジン５０へ伝達され、図３のエンジン始動開始時期Ｔ１に示すように、エンジン５０の回転駆動（クランキング）、すなわちエンジン５０の自動再始動が開始される（エンジン始動手段）。
【００１７】
その後、エンジン回転数が所定の点火回転数Ｎｅ１に達すると、エンジン５０の燃料噴射及び火花点火を開始する（Ｓ１２０，Ｓ１３０，Ｓ１４０，Ｔ２）。同時に、図３の斜線Ｌ１に示すように、主としてエンジン回転数の急激な上昇を抑制するように、モータジェネレータ４０の力行トルクを徐々に減少させていく。
【００１８】
Ｓ１６０では、Ｓ１５０で検出されたエンジン回転数に基づいて、エンジンの始動完了を検出する（始動完了検出手段）。具体的には、図３の始動完了時期Ｔ３に示すように、エンジン回転数が所定の始動完了回転数Ｎｅ２に達したかを判定する。この始動完了回転数Ｎｅ２は、エンジンが燃料を燃焼することにより駆動力を発生し、自身の駆動力により自立して運転可能な回転数（例えばアイドル回転数）に相当し、少なくとも上記の点火回転数Ｎｅ１よりも高い値に設定される。
【００１９】
エンジンの始動完了が検出されると、図３の破線Ｌ２に示すようなエンジンのオーバーシュートを適切に抑制するために、本実施形態の要部をなすＳ１７２の処理が実行される。このＳ１７２では、インバータ３０とモータジェネレータ４０を高電位の発電モードヘ切り換えて作動する（オーバーシュート抑制手段）。つまり、エンジンのオーバーシュートを過不足なく適切に抑制するように、モータジェネレータ４０の電圧値を、車両電装品２０〜２ｎの作動等に悪影響のない範囲で、通常発電時の電圧値よりも高い高電圧値に設定する。例えば、２０℃における通常発電時は１４．４［Ｖ］で発電するが、上記エンジン始動完了直後の発電モードではそれよりも高い１６．０［Ｖ］で発電を行う。
【００２０】
図３に示すように、上記発電モードにおけるモータジェネレータ４０の高電圧値は発電トルクＴｑに対応し、この発電トルクＴｑは、通常発電時の基本発電トルクＴｑ１に、エンジンのオーバーシュートを抑制するのに必要なオーバーシュート吸収トルクＴｑ２を上乗せした値に相当する。
【００２１】
Ｓ２００では、Ｓ１９０で検出されるエンジン回転数に基づいて、オーバーシュートを適切に抑制し終えたかを判定する。具体的には、エンジン回転数がオーバーシュート抑制終了回転範囲Ｎｅ３で安定した場合に、オーバーシュートの抑制を終了したと判定する（図３のオーバーシュート抑制終了時期Ｔ４参照）。オーバーシュートの抑制が終了すると、Ｓ２１２へ進み、Ｓ１７２において強制的に高電圧値としたモータジェネレータ４０の発電電力を通常発電時の電圧値へ戻す。
【００２２】
図４は、モータジェネレータ４０の発電電圧値に対応するバッテリ１０への印加電圧と、バッテリ１０の充電電流と、の関係を示している。同図に示すように、印加電圧が高くなるとバッテリ１０の充電電流すなわち充電量も増加するものの、印加電圧が通常発電時の電圧値よりも高い領域Ｒ１では、電圧値の増加に対する充電電流の増加（変化率）が比較的低くなる。このため本実施形態のように、エンジンのオーバーシュートを適切に抑制するように、発電モードにおけるモータジェネレータ４０の発電電圧を、通常発電時の電圧値よりも高い高電圧値に設定しても、バッテリ１０の充電量が過度に増加することはない。従って、バッテリの大容量化やコンデンサの追加等を必要としない簡素かつ安価な構成でありながら、エンジン５０のオーバーシュートを適切に抑制することができる。
【００２３】
上記のＳ１７２において、エンジンのオーバーシュートを抑制するために、モータジェネレータの発電電圧を増加することに加えて、補機用電磁クラッチ６５を強制的に接続して、補機類６０の負荷をエンジン５０のフリクションとして与えるようにしてもよい。
【００２４】
図５は、第２実施形態に係る制御の流れを示すフローチャートである。この第２実施形態では、エンジン始動完了後のＳ１８０，Ｓ１８４の処理内容のみが、上記の第１実施形態と異なっている。Ｓ１８０では、バッテリコントローラ１６によりバッテリの充電量（ＳＯＣ）等の状態を検出する。Ｓ１８４では、このバッテリの状態に基づいて、インバータ３０及びモータジェネレータ４０を調整電位発電モードで作動する。すなわち、モータジェネレータ４０の発電電圧を、車両電装品２０〜２ｎの作動等に問題がなく、かつ、通常発電時の電圧値よりも高い範囲で調整する。例えば、２０℃における通常発電時は１４．４［Ｖ］で発電するが、Ｓ１８４では１４．４〜１６．０［Ｖ］の範囲で電圧値を調整する。この第２実施形態によれば、上記第１実施形態と同様、簡素な構造でエンジンのオーバーシュートを有効に抑制することができることに加え、バッテリ１０の状態に応じてこのバッテリ１０をより確実に保護することができる。
【００２５】
図６は、本発明の第３及び第４実施形態に係り、図１のバッテリ１０とインバータ３０とモータジェネレータ４０を含む電気回路図を示している。モータジェネレータ４０は、三相交流モータからなり、スター結線された三相アーマチャーコイル４２と、界磁コイル４４と、により大略構成される。インバータ３０は、一対のｎｐｎトランジスタ（またはＭＯＳやＩＧＢＴ）Ｔｕ〜Ｔｗ，Ｔｘ〜Ｔｚを直列接続してなる各相のインバータアーム３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗと、界磁電流制御用のトランジスタ３４と、により大略構成されている。各相のインバータアーム３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの直流側はバッテリ１０の両端に接続され、上記各相のインバータアーム３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗを構成する各トランジスタＴｕ〜Ｔｗ，Ｔｘ〜Ｔｚは、ダイオードＤｕ〜Ｄｗ，Ｄｘ〜Ｄｚと並列に接続されている。界磁コイル４４の一端はバッテリ１０の低電位側に接続され、他端はトランジスタ３４を通してバッテリ１０の高電位側に接続されている。インバータ３０の各インバータアーム３２Ｕ，３２Ｖ，３２Ｗの開閉タイミングを制御することにより、力行モードと発電モードとを切り換えることができる。界磁電流制御用のトランジスタ３４を断続することにより、界磁電流通電デューティ比を制御して、通電電流、すなわち界磁電流を増減することができる。
【００２６】
図７は、第３実施形態に係る制御の流れを示すフローチャートである。Ｓ１００〜Ｓ１６０までの処理は上記第１実施形態と同様である。つまり、エンジン再始動指令が入力すると、インバータ３０とモータジェネレータ４０を力行モードで作動・制御し、モータジェネレータ４０によりエンジンのクランキングを開始する。次いで、エンジン回転数が点火回転数Ｎｅ１まで上昇すると、エンジン５０の燃料噴射及び火花点火を開始する。次いで、エンジン回転数が始動開始回転数Ｎｅ２まで上昇すると、本実施形態の要部をなすＳ１７３の処理を行う。
【００２７】
このＳ１７３では、インバータ３０及びモータジェネレータ４０を大界磁電流の発電モードで作動する。すなわち、インバータ３０の界磁電流制御用トランジスタ３４を介してモータジェネレータ４０の界磁コイル４４に通電する界磁電流を、通常発電時の電流値よりも高い高電流値に設定する。つまり、エンジン５０のオーバーシュートを過不足なく相殺するように、界磁コイル４４の界磁電流を増加させる。
【００２８】
Ｓ２００では、Ｓ１９０で検出されるエンジン回転数に基づいて、オーバーシュートを適切に抑制し終えたかを判定する。具体的には、エンジン回転数がオーバーシュート抑制終了回転範囲Ｎｅ３で安定した場合に、オーバーシュートの抑制を終了したと判定する（図３のオーバーシュート抑制終了時期Ｔ４参照）。オーバーシュートの抑制が終了すると、Ｓ２１２へ進み、Ｓ１７３において強制的に高電流値とした界磁電流を、通常発電時の電流値へ戻す。
【００２９】
図８は、モータジェネレータ４０の界磁コイル４４の界磁電流と発電電力との関係を示している。この図に示すように、界磁電流を増加すると、発電電力も増加するものの、この界磁電流が通常発電時の電流値よりも高くなると、図８の領域Ｒ２に示すように、界磁電流の増加に対する発電電力の増加（変化率）は低くなる。従って、本実施形態のように、オーバーシュートを適切に抑制するように、発電モードにおける界磁電流を、通常発電時よりも高い高電流値に設定しても、発電電力によるバッテリ１０の充電量を過度に増加させることはない。このため、バッテリの大容量化や追加のコンデンサ等を敢えて必要としない簡素な構造でありながら、エンジンの自動再始動に伴うオーバーシュートを適切に抑制することができる。
【００３０】
図９は、本発明の第４実施形態に係る制御の流れを示すフローチャートである。この第４実施形態は、エンジン始動完了後のＳ１８０，Ｓ１８６の処理内容のみが上記の第３実施形態と異なっている。Ｓ１８０では、バッテリ１０の状態、具体的には充電状態（ＳＯＣ）を検出する。続くＳ１８６では、バッテリ１０の状態に基づいて、インバータ３０とモータジェネレータ４０を界磁電流調整発電モードで作動する。すなわち、モータジェネレータ４０の界磁電流を、通常発電時の電流値よりも高い範囲で調整する。この第４実施形態によれば、上記第３実施形態と同様、簡素な構造でエンジンのオーバーシュートを有効に抑制できることに加え、バッテリ１０の状態に応じてバッテリ１０の保護をより確実なものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る車両の始動装置を示す概略構成図。
【図２】第１実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図３】エンジン自動再始動前後のエンジン回転数とモータジェネレータの授受トルクの変化を示すタイムチャート。
【図４】バッテリの印加電圧と充電電流との関係を示す特性図。
【図５】第２実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図６】第３，４実施形態に係る電気回路図。
【図７】第３実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図８】モータジェネレータの界磁電流と発電電力との関係を示す特性図。
【図９】第４実施形態に係る制御の流れを示すフローチャート。
【符号の説明】
１０…バッテリ
３０…インバータ
４０…モータジェネレータ
５０…エンジン

Claims

エンジンに接続されたモータジェネレータと、
このモータジェネレータを力行モードで作動して、エンジンの始動を開始するエンジン始動手段と、
上記エンジンの始動完了を検出する始動完了検出手段と、
上記エンジンの始動完了を検出すると、エンジンのオーバーシュートを抑制するように、モータジェネレータを発電モードで作動するオーバーシュート抑制手段と、を有し、
上記発電モードにおけるモータジェネレータの発電電圧を、通常発電時の電圧値よりも高い高電圧値に設定するエンジンの始動装置。
上記モータジェネレータと電力の授受を行うバッテリと、
このバッテリの状態を検出する手段と、
このバッテリの状態に基づいて、上記発電モードにおける発電電圧を調整する手段と、を有する請求項１に記載のエンジンの始動装置。
エンジンに接続されたモータジェネレータと、
このモータジェネレータを力行モードで作動して、エンジンの始動を開始するエンジン始動手段と、
上記エンジンの始動完了を検出する始動完了検出手段と、
上記エンジンの始動完了を検出すると、エンジンのオーバーシュートを抑制するように、モータジェネレータを発電モードで作動するオーバーシュート抑制手段と、を有し、
上記発電モードにおけるモータジェネレータの界磁電流を、通常発電時の電流値よりも高い高電流値に設定するエンジンの始動装置。
上記モータジェネレータと電力の授受を行うバッテリと、
このバッテリの状態を検出する手段と、
このバッテリの状態に基づいて、上記発電モードにおける界磁電流を調整する手段と、を有する請求項３に記載のエンジンの始動装置。