JP2004183571A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両電装品を利用して、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】エンジンに接続されたモータジェネレータを備える。エンジン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）、エンジン回転数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所定の発電トルクで作動する（Ｓ１７０）。この発電トルクと、バッテリの充電状態に基づいて（Ｓ１８０）、幾つかの電装品を選択的に作動する（Ｓ１８２）。
【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、エンジンが燃料を燃焼することにより駆動力を自ら発生する自立運転状態、つまりエンジン始動完了後（エンジン完爆後）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。
【０００８】
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る分、サイズ，重量およびコストの面で負担が大きくなる。また、バッテリと同様、コンデンサの充電状態によって吸収可能なエネルギー量も異なるため、オーバーシュートを安定して抑制することができない。
【０００９】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、既存の電装品を利用した簡素な構造で、エンジンの始動完了直後に発生するエンジン回転数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主たる目的としている。
【００１０】
【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を備える。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し、このエンジンの始動完了を検出すると、エンジン回転数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所定の発電トルクで作動する。この発電トルクに基づいて、複数の電装品の中から、上記モータジェネレータの発電した電力を吸収して強制的に作動する電装品を選択する。
【００１１】
【発明の効果】
本発明によれば、既存の電装品を利用した簡素な構造で、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。
【００１２】
【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、本発明の第１実施形態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。
【００１３】
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。
【００１４】
バッテリ１０の状態、つまり電流値，電圧値，及び充電量ＳＯＣ（ステート・オブ・チャージ）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。
【００１５】
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。
【００１６】
図２は、エンジン自動再始動に関す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、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の授受トルクとの変化を示すタイムチャートである。
【００１７】
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。
【００１８】
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）。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
エンジンの始動完了が検出されると、エンジン（回転数）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Ｓ１７０，Ｓ１８０及びＳ１８２の処理が実行される。
【００２２】
Ｓ１７０では、インバータ３０とモータジェネレータ４０を力行モードから発電（回生）モードへ切り換えて、発電を開始する。このときの発電トルクＴｑは、エンジンのオーバーシュートを過不足なく相殺・吸収するように設定される。具体的には、発電トルクＴｑは、既に作動している電装品やバッテリの最低限の充電等に要求される基本発電トルクＴｑ１に、エンジンのオーバーシュートを相殺・吸収するのに要求される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。このオーバーシュート吸収トルクＴｑ２は、この実施形態では一定（均一）の固定値を用いており、制御の簡素化が図られている。但し、エンジン回転数等に応じてオーバーシュート吸収トルクＴｑ２を可変制御するようにしてもよい。また、予め設定されたマップやテーブル等を参照して、オーバーシュート吸収トルクＴｑ２を設定するようにしてもよい。
【００２３】
Ｓ１８０では、バッテリ１０の状態、具体的にはＳＯＣ及びバッテリ温度等を検出する。このバッテリ１０の状態に応じて、バッテリ１０の充電可能電力、つまり充電電力の最大値を算出する。
【００２４】
Ｓ１８２では、上記バッテリ１０の状態に基づいて、電源分配器１８により車両電装品２０〜２ｎの幾つかを選択し、選択された電装品を、モータジェネレータ４０の発電した電力を吸収して強制的に作動させる。詳しくは、発電トルクＴｑにより得られる発電電力からバッテリの充電可能電力を差し引いた余剰電力の分、新たに作動させる車両電装品２０〜２ｎにより電力が消費されるように、電源分配器１８によりＯＦＦからＯＮへ切り換えるべき車両電装品２０〜２ｎの幾つかを選択し、選択された電装負荷を強制的にＯＦＦからＯＮへ切り換える。あるいは、電装品の電力を調整できる場合、その電力を増加させてもよい。電装品の選択に際しては、車両運転状態に支障を来すことがなく、かつ運転者に違和感を与えることのない電装品から優先的に選択していく。
【００２５】
一方、モータジェネレータ４０の発電電力に対してバッテリ１０の充電可能電力に余裕があるような場合には、Ｓ１８２において車両電装品２０〜２ｎを敢えてＯＮへ切り換える必要がないので、いずれの電装品２０〜２ｎも選択されることはない。
【００２６】
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、Ｓ２１０へ進み、Ｓ１８２において強制的に作動した車両電装品２０〜２ｎを再び停止状態（ＯＦＦ）へ切り換える。
【００２７】
エンジン５０がオーバーシュートしてしまう原因は余分なエンジンの駆動トルクである。この駆動トルクは、ベルト７０を介してモータジェネレータ４０ヘ伝達される。伝達された駆動トルク（発電トルクＴｑ）は、モータジェネレータ４０により機械エネルギーから電気エネルギーへ変換される。モータジェネレータ４０は電気エネルギーを三相交流電力としてインバータ３０へ出力する。インバータ３０は三相交流電力を変換して直流電力を出力する。このインバータ３０の出力する直流電力は、バッテリ１０の充電、あるいは車両電装品２０〜２ｎにより消費される。
【００２８】
本実施形態では、エンジンの始動完了に伴うエンジンのオーバーシュート（図３の破線Ｌ２参照）を適切に抑制するように、モータジェネレータ４０を所定の発電トルクＴｑで作動し、この発電トルクＴｑに基づいて、電装品２０〜２ｎを選択的に作動させている。すなわち、車両運転性・操安性に悪影響を与えることのない範囲で、車両電装品２０〜２ｎの幾つかを電源分配器１８で選択的に作動させて、直流電力の消費量を調整することにより、エンジン５０の余分なオーバーシュートトルクを過不足なく抑制して、エンジン回転数をオーバーシュートのないほぼ均一な特性とすることができ、これにより、エンジン自動再始動の際の静粛性を確保することができる。
【００２９】
また、Ｓ１８０において、バッテリ１０の状態をバッテリコントローラ１６で検知して、バッテリ１０の充電可能電力を算出し、この充電可能電力の範囲で可能な限り充電を行うようにしているため、無駄な電装品の作動を最小限に抑制でき、エネルギー効率の面で有利である。つまり、オーバーシュートトルクをバッテリ１４により吸収しきれない場合には、その余剰分を、車両電装品２０〜２ｎを選択的に作動・負荷調整することにより吸収するようにしているため、オーバーシュートトルクを吸収するためにバッテリ１４の大型化を招いたりコンデンサ等の追加部品を敢えて必要とせず、軽量化，低コスト化及び設置スペースの小型化等を図ることができる。
【００３０】
上記のＳ１８２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、車両電装品を選択的に作動させることに加えて、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。
【００３１】
なお、図１ではベルト７０を介してエンジン５０を駆動する構造で説明をしたが、エンジン５０とトランスミッション間の動力伝達経路にモータジェネレータ４０を直列に配設する構造でも同様の効果が得られる。
【００３２】
図４は、本発明の第２実施形態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。この第２実施形態では、複数の電源、すなわち弱電系（例えば１２Ｖ）の副バッテリ１２と、強電系（例えば３６Ｖ）の主バッテリ１４と、が設定されている点で、第１実施形態と異なっている。なお、以下の説明では、第１実施形態と重複する構成や制御処理には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００３３】
副バッテリ１２は、主として車両電装品２０〜２ｎ，各種コントローラ及び補機類等へ電力を供給する。この副バッテリ１２の電流値，電圧値及び充電値ＳＯＣは、副バッテリコントローラ１１により検出・演算される。主バッテリ１４は、主として、走行駆動源として用いられるモータジェネレータ４０と電力の授受を行う。この主バッテリ１４の電流値，電圧値及び充電値ＳＯＣは、主バッテリコントローラ１５により検出・演算される。副バッテリ１２と主バッテリ１４とは、電圧を変換するＤＣ／ＤＣコンバータ８０を介して電気的に接続されている。
【００３４】
第１電源分配器１３は、複数の車両電装品２０〜２ｎに接続されており、副バッテリコントローラ１１からの制御信号に基づいて、車両電装品２０〜２ｎのＯＮ・ＯＦＦの切り換えを選択的に行うことができる。第２電源分配器１７は、別の複数の車両電装品９０〜９ｎに接続されており、主バッテリコントローラ１５からの制御信号に基づいて、車両電装品９０〜９ｎのＯＮ・ＯＦＦの切り換えを選択的に行うことができる。
【００３５】
この第２実施形態の構造の場合、図２のＳ１８０では、副バッテリコントローラ１１により副バッテリ１２の状態と、主バッテリコントローラ１５により主バッテリ１４の状態と、の双方が検知され、これら双方のバッテリ状態に基づいて、バッテリ全体の充電可能電力が演算される。また、Ｓ１８２では、車両電装品２０〜２ｎ及び車両電装品９０〜９ｎの幾つかが選択的に作動される。このような第２実施形態においても、上記の第１実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンの始動装置を示す概略構成図。
【図２】本発明に係る制御の流れを示すフローチャート。
【図３】本発明に係るエンジン回転数とモータジェネレータの授受トルクとのタイミングチャート。
【図４】本発明の第２実施形態に係るエンジンの始動装置を示す概略構成図。
【符号の説明】
１０…バッテリ
２０〜２ｎ…電装品
１６…バッテリコントローラ
４０…モータジェネレータ

Claims (4)

1. 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、
   エンジンの始動完了を検出すると、エンジン回転数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所定の発電トルクで作動するオーバーシュート抑制手段と、
   上記発電トルクに基づいて、複数の電装品の中から、上記モータジェネレータの発電した電力を吸収して強制的に作動する電装品を選択する電装品選択手段と、を有するエンジンの始動装置。
2. 上記モータジェネレータと電気的に接続されたバッテリと、
   このバッテリの状態に基づいて、バッテリの充電可能電力を演算する手段と、を有し、
   上記電装品選択手段は、上記発電トルクと上記充電可能電力とに基づいて、上記モータジェネレータの発電した電力を吸収して強制的に作動する電装品を選択する請求項１に記載のエンジンの始動装置。
3. エンジン及びモータジェネレータと補機との動力伝達経路に介装されるクラッチと、
   上記発電トルクに基づいて、クラッチを強制的に接続する手段と、を有するエンジンの始動装置。
4. 所定の条件が成立すると、エンジンの自動停止を行うエンジン自動停止手段と、
   このエンジンの自動停止中に、別の所定の条件が成立すると、エンジンの自動再始動を行うエンジン自動再始動手段と、を有する請求項１〜３のいずれかに記載のエンジンの始動装置。

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