JP2006046279A - エンジン自動停止始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルストップ機能を持つエンジンにおいて、エンジンの始動信頼性を向上させ、確実な再始動を確保したエンジン自動停止始動制御装置を提供することにある。
【解決手段】車両に搭載されたバッテリ４により供給される電力でエンジン１を始動させる交流発電電動機２及び直流電動機３を備えたエンジン自動停止始動制御装置において、前記エンジン１の自動停止中に自動始動の条件が成立したとき、前記交流発電電動機２にて前記バッテリ４の充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態か否かを判断する始動トルク判断手段６ａを備え、前記始動トルク判断手段６ａが前記交流発電電動機２にて前記バッテリ４の充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態でないと判断したとき、前記直流電動機３にて前記エンジン１を始動することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン自動停止始動制御装置に関する。特に、アイドルストップ機能を持つエンジンに適用して好適なものである。

アイドルストップ機能をもつエンジンではエンジンを自動停止した場合には確実な再始動動作と再始動に必要な駆動装置の信頼性確保が重要である。
再始動に必要な駆動装置の信頼性確保の方法として、エンジン自動停止前にエンジンを再始動させる交流発電電動機（モータジェネレータ：ＭＧ）の駆動装置（インバータ）内部のスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）温度を検出し、次の再始動時に許容値温度を越えるかどうかを判定し、越えると予想される場合には自動停止を行わない方法が考えられている。
特開２００４−１５６５８９ 特開２０００−２５７５３９

しかしながら、スイッチング素子温度上昇の要因は、交流発電電動機の駆動時に発生する自己発熱以外に外部からの受熱もあるため、エンジン自動停止前にエンジン停止後の外部からの受熱を正確に想定する必要がある。
また、例えインバータのスイッチング素子温度が許容レベルを越えないと思われる場合においても、エンジンに直付けされ、高温環境下にある交流発電電動機の固定子巻線温度が高くなると、通電抵抗が大きくなるため、迅速な再始動に必要なトルクを発生させることが出来なくなる。

つまり、スイッチング素子温度でアイドリングストップ可否を判断しても、再始動時に交流発電電動機の始動トルクが不足し、エンジンを再始動出来なくなる可能性がある。
そのため、エンジンを再始動させる場合にはモータ及びインバータ両方の温度を考慮し、最適な始動方法を選択する必要がある。

同様に、寒冷地などバッテリの温度が低く内部抵抗が大きい場合にも、再始動時に交流発電電動機の始動トルクが不足し、エンジンを迅速な再始動出来なくなる可能性があり、エンジンを再始動させる場合にはバッテリ温度を考慮し、最適な始動方法を選択する必要もある。

なお、インバータ温度が高いときにはエンジン自動停止は行わないが、エンジン停止後にインバータの温度が上昇した（始動により上昇する可能性がある）場合、交流発電電動機ではなくスタータで始動させる方法が既に知られている（特許文献１参照）。
この方法では、インバータ温度は閾値を越えていなくとも熱に厳しい場所に配置されている交流発電電動機においては、熱の影響により要求されるトルクを発生できなくなるという虞れがある。

更に、エンジン温度が所定範囲外のときスタータで始動させる方法も既に知られている（特許文献２参照）。
この方法では、バッテリの充電量に対応するトルクを常に発生できることが前提になっており、このトルクを発生させてもエンジンを始動できないときスターターで始動させるものであり、交流発電電動機がバッテリの充電量に対応するトルクを発生可能か否かの判断をしているものではない。

本発明は、上記従来技術に鑑みてなされたものであり、エンジンの始動信頼性を向上させ、確実な再始動を確保したエンジン自動停止始動制御装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の請求項１に係るエンジン自動停止始動制御装置は、車両に搭載されたバッテリにより供給される電力でエンジンを始動させる交流発電電動機及び直流電動機を備えたエンジン自動停止始動制御装置において、前記エンジンの自動停止中に自動始動の条件が成立したとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態か否かを判断する始動トルク判断手段を備え、前記始動トルク判断手段が前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態でないと判断したとき、前記直流電動機にて前記エンジンを始動することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項２に係るエンジン自動停止始動制御装置は、請求項１において、前記始動トルク判断手段は、前記交流発電電動機の温度を検出する交流発電電動機温度検出手段を備え、前記交流発電電動機温度検出手段により検出された前記交流発電電動機の温度が所定値以上のとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項３に係るエンジン自動停止始動制御装置は、請求項２において、前記始動トルク判断手段は、前記バッテリからの直流電流を前記交流発電電動機へ交流電流に変換して供給するインバータの温度を検出するインバータ温度検出手段を備え、前記インバータ温度検出手段により検出された前記インバータの温度が所定値以上のとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断することを特徴とする。

上記課題を解決する本発明の請求項４に係るエンジン自動停止始動制御装置は、請求項１において、前記始動トルク判断手段は、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段を備え、前記バッテリ温度検出手段により検出された前記バッテリの温度が所定値以下のとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断することを特徴とする。

本発明のエンジン自動停止始動制御装置は、交流発電電動機にてバッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態か否かを判断し、始動トルクを発生可能な状態にないと判断されたとき、交流発電電動機によるエンジンの始動を禁止し、直流電動機にてエンジンを始動させるので、エンジンの始動信頼性を向上させ、確実な再始動を確保することができる。
即ち、高温環境下にある交流発電電動機の固定子巻線温度が高くなると、通電抵抗が大きくなるため、再始動に必要なトルクを発生させることが出来なくなる。また、インバータの温度が高いときもスイッチング素子の許容温度に制約があるため、十分なトルクを発生できなくなる。

そこで、交流発電電動機又はインバータの温度を検出し、所定値以上のときには、交流発電電動機にてバッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能なトルクを発生可能な状態にないと判断するものである。
更に、バッテリの温度が低く、その内部抵抗が大きい場合にも、再始動に必要なトルクを発生させることが出来なくなるので、同様に、交流発電電動機にてバッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能なトルクを発生可能な状態にないと判断するものである。

本発明を実施するための最良の形態の一つは、バッテリに接続されたインバータにより電力の供給を受けてエンジンを始動させる交流発電電動機とバッテリの温度を検出する温度検出器とエンジン停止及び始動を指令するアイドルストップ制御部を有するエンジンにおいて、確実な再始動を行うために、再始動時には交流発電電動機の固定子巻線およびインバータのスイッチング素子温度を検出または演算し、何れも閾値温度以下の場合は交流発電電動機で再始動を行い、少なくとも一方が閾値温度以上である場合は、交流発電電動機での再始動を禁止し、ＤＣスタータにて再始動を行う。
このように、交流発電電動機又はインバータの温度を検出し、所定値以上のときには、交流発電電動機にてバッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能なトルクを発生可能な状態にないと判断するので、交流発電電動機の再始動起動トルク不足を回避することができる。

本発明を実施するための最良の形態の他の一つは、バッテリに接続されたインバータにより電力の供給を受けてエンジンを始動させる交流発電電動機とバッテリの温度を検出する温度検出器とエンジン停止及び始動を指令するアイドルストップ制御部を有するエンジンにおいて、エンジン自動停止後の再始動動作においてバッテリの温度を検出することによりバッテリの内部抵抗を演算しバッテリの内部抵抗が許容レベルの場合は交流発電電動機で再始動を行い、許容レベルを超えていると思われる場合は、交流発電電動機での再始動を禁止し、ＤＣスタータにて再始動を行う。
このように、バッテリの温度を検出することにより、バッテリの内部抵抗が許容レベルを超えているときには、交流発電電動機にてバッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態にないと判断するので、交流発電電動機の再始動起動トルク不足を回避することができる。

本発明の実施例１に係るエンジン自動停止始動制御装置を図１に示す。本実施例は、アイドルストップ機能を持つエンジンを備えた車両に適用したものである。
即ち、エンジン１には交流発電電動機２及び直流電動機（ＤＣスタータ）３が設けられ、バッテリ４より直流電動機３へ直流電力が供給されると、直流電動機３でエンジン１を始動することができる。

また、バッテリ４からの直流電流をインバータ５を介して交流電流に変換して交流発電電動機２へ供給すると、交流発電電動機２をスタータとして動作させてエンジン１を始動することができる。
更に、交流発電電動機２で発生した交流電流をインバータ５を介して直流電流に変換してバッテリ４へ充電することにより、交流発電電動機２をオルタネータとして発電動作させることができる。

いずれにしても、バッテリ４により交流発電電動機２又は直流電動機３へ電力が供給されるとエンジン１は自動始動し、また、アイドルストップ制御部６により、所定のアイドルストップ条件が成立すると判断されると、エンジン１は自動停止（アイドルストップ）する。
更に、本実施例では、交流発電電動機２には温度センサ７が、インバータ５には温度センサ８がそれぞれ取り付けられ、温度センサ７は交流発電電動機２の固定子巻線温度を検出し、また、温度センサ８はインバータ５のＭＯＳ−ＦＥＴの温度を検出する。

これら温度センサ７，８で検出された固定子巻線温度及びＭＯＳ−ＦＥＴの温度は、アイドルストップ制御部６内の始動機選択手段６ａに入力される。
始動機選択手段６ａは、所定のエンジン再始動の条件が成立したときに、検出された固定子巻線温度及びＭＯＳ−ＦＥＴの温度に基づいて、交流発電電動機２又は直流電動機３の何れかを選択する手段である。

即ち、始動機選択手段６ａは、交流発電電動機２にてバッテリ４の充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態か否かを判断する始動トルク判断手段であり、検出された固定子巻線温度が所定値（例えば、１７０℃）以上のとき、又は、検出されたＭＯＳ−ＦＥＴの温度が所定値（例えば、１１０℃）以上のとき、交流発電電動機２にてバッテリ４の充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断し、直流電動機３へ始動指令を出力する。

逆に、検出された固定子巻線温度が所定値より低く、かつ、検出されたＭＯＳ−ＦＥＴの温度が所定値より低いとき、交流発電電動機２にてバッテリ４の充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態であると判断し、交流発電電動機２へ始動指令を出力する。
本実施例では、温度センサ７，８で固定子巻線温度及びＭＯＳ−ＦＥＴの温度を検出しているが、演算により求めてもよいし、モータトルクに影響を及ぼす他の部位の温度を検出又は演算により求めても良い。

上記構成を有するエンジン自動停止始動制御装置における始動機選択の手順を図２のフローチャートに示す。
先ず、アイドルストップ条件が成立するか否か判定し（Ｓ１）、アイドルストップ条件が成立するとエンジン１を自動停止（アイドルストップ）する（Ｓ２）。
次に、エンジン再始動の条件が成立し、再始動指令が入力されると（Ｓ３）、交流発電電動機２の固定子巻線温度（もしくはモータトルクに影響を及ぼす他の部位の温度）を検出または演算する。

検出または演算した固定子巻線温度が閾値温度（例えば、１７０℃）以下か否かを始動機選択手段６ａにて判定し（Ｓ４）、閾値温度を越えていれば直流電動機３の始動を指令し（Ｓ５）、交流発電電動機２での始動を禁止する。
固定子巻線温度が閾値温度を超えていれば、バッテリ４の充電量に対応した始動トルクを交流発電電動機２で発生可能な状態ではないと判断できるからである。
引き続き、固定子巻線の温度が閾値温度以下であれば、インバータ５のＭＯＳ−ＦＥＴの温度を検出または演算する。

検出または演算したＭＯＳ−ＦＥＴの温度が閾値温度（例えば、１１０℃）以下がどうかを始動機選択手段６ａにて判定し（Ｓ６）、閾値温度を越えていれば、直流電動機３の始動を指令し（Ｓ５）、交流発電電動機２での始動を禁止する。
ＭＯＳ−ＦＥＴの温度が閾値温度を超えていれば、バッテリ４の充電量に対応した始動トルクを交流発電電動機２で発生可能な状態ではないと判断できるからである。

一方、交流発電電動機２の固定子巻線温度が閾値温度以下であり、かつ、インバータ５のＭＯＳ−ＦＥＴの温度が閾値温度以下であれば、交流発電電動機２の始動をインバータ５に指令する（Ｓ７）。
その後、始動動作後のエンジン回転数より始動が完了したかどうかを判定し（Ｓ８）、始動が完了すればインバータ５に再始動動作終了を指令し、交流発電電動機２に発電動作を指令する（Ｓ９）。

上述したように、本実施例のエンジン自動停止始動制御装置は、アイドルストップ機能を持つエンジンを備えた車両において、交流発電電動機２の温度およびインバータ５の素子温度を検出することにより、確実な再始動を行う事が可能となる。

即ち、エンジン１を再始動させる交流発電電動機２のインバータ５のスイッチング素子（ＭＯＳ−ＦＥＴ）温度を検出し、その温度が許容値温度を越えるかどうかを判定するだけでは、高温環境下にある交流発電電動機２の固定子巻線温度が高くなると、通電抵抗が大きくなり、再始動に必要なトルクを発生させることが出来なく虞がある。

そこで、本実施例では、交流発電電動機２の固定子巻線温度を検出し、その温度が閾値を超えるときにも、交流発電電動機２では、バッテリ４の充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断し、直流電動機３の始動を指令し、交流発電電動機２での始動を禁止することにより、確実な再始動を確保することができる。
なお、図２に示すフローチャートは、始動機選択手段６ａによりハードウェア的に実現しても良いが、ソフトウェア的に実現しても良い。

本発明の実施例２に係るエンジン自動停止始動制御装置を図３を参照して説明する。図３は、本実施例に係るエンジン自動停止始動制御装置における始動機選択の手順を示すフロチャートである。
本実施例においても、図１に示すように、エンジン１、交流発電電動機２、直流電動機３、インバータ５及びアイドルストップ制御部６を備える点は実施例１と共通するが、温度センサ７，８に代えて、バッテリ４の温度を検出する温度センサ（図示省略）を設ける点が異なる。

本実施例では、寒冷時などバッテリ４の温度が低く内部抵抗が大きい場合にも、再始動時に交流発電電動機２の始動トルクが不足し、エンジン１を再始動出来なくなる可能性があり、エンジン１を再始動させる場合にはバッテリ温度を考慮し、図３に示すフローチャートに従い、最適な始動機を選択するものである。

先ず、アイドルストップ条件が成立するか否か判定し（Ｔ１）、アイドルストップ条件が成立するとエンジン１を自動停止（アイドルストップ）する（Ｔ２）。
次に、エンジン再始動の条件が成立し、再始動指令が入力されると（Ｔ３）、バッテリ温度を測定する（Ｔ４）。

引き続き、測定したバッテリ温度をバッテリ内部抵抗値に演算（換算）し（Ｔ５）、バッテリ内部抵抗値が閾値（例えば、１０ｍΩ）以下か否か判定する（Ｔ６）。
そして、バッテリ内部抵抗値が閾値を超えていれば、直流電動機３の始動を指令し（Ｔ７）、交流発電電動機２での始動を禁止する。
バッテリ内部抵抗値が閾値温度を超えていれば、バッテリ４の充電量に対応した始動トルクを交流発電電動機２で発生可能な状態ではないと判断できるからである。

一方、バッテリ内部抵抗値が閾値以下であれば、交流発電電動機２の始動をインバータ５に指令する（Ｔ８）。
その後、始動動作後のエンジン回転数より始動が完了したかどうかを判定し（Ｔ９）、始動が完了すればインバータ５に再始動動作終了を指令し、交流発電電動機２に発電動作を指令する（Ｔ１０）。

上述したように、本実施例のエンジン自動停止始動制御装置は、アイドルストップ機能を持つエンジンを備えた車両において、バッテリ温度を測定することにより、確実な再始動を行う事が可能となる。

即ち、エンジンの自動停止後の再始動時に始動トルク不足が予想される寒冷時において、バッテリ温度を検出してその内部抵抗を換算し、その内部抵抗が閾値を越えるときには、交流発電電動機２ではバッテリ４の充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断し、直流電動機３の始動を指令し、交流発電電動機２での始動を禁止することにより、確実な再始動を確保することができる。

本発明のエンジン自動停止始動制御装置は、アイドルストップ機能を持つエンジンに利用可能なものであり、確実な再始動動作と再始動に必要な駆動装置の信頼性を確保をできる。

本発明の実施例１に係るエンジン自動停止始動制御装置を示す概略構成図である。 本発明の実施例１に係るエンジン自動停止始動制御装置の始動機選択の手順を示すフローチャートである。 本発明の実施例２に係るエンジン自動停止始動制御装置の始動機選択の手順を示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン
２ 交流発電電動機（モータジェネレータ：ＭＧ）
３ 直流発電機（ＤＣスタータ）
４ バッテリ
５ インバータ
６ アイドルストップ制御部
６ａ 始動機選択手段
７，８ 温度センサ

Claims (4)

1. 車両に搭載されたバッテリにより供給される電力でエンジンを始動させる交流発電電動機及び直流電動機を備えたエンジン自動停止始動制御装置において、前記エンジンの自動停止中に自動始動の条件が成立したとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態か否かを判断する始動トルク判断手段を備え、前記始動トルク判断手段が前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態でないと判断したとき、前記直流電動機にて前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
2. 前記始動トルク判断手段は、前記交流発電電動機の温度を検出する交流発電電動機温度検出手段を備え、前記交流発電電動機温度検出手段により検出された前記交流発電電動機の温度が所定値以上のとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断することを特徴とする請求項１記載のエンジン自動停止始動制御装置。
3. 前記始動トルク判断手段は、前記バッテリからの直流電流を前記交流発電電動機へ交流電流に変換して供給するインバータの温度を検出するインバータ温度検出手段を備え、前記インバータ温度検出手段により検出された前記インバータの温度が所定値以上のとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断することを特徴とする請求項２記載のエンジン自動停止始動制御装置。
4. 前記始動トルク判断手段は、前記バッテリの温度を検出するバッテリ温度検出手段を備え、前記バッテリ温度検出手段により検出された前記バッテリの温度が所定値以下のとき、前記交流発電電動機にて前記バッテリの充電量に対応した始動トルクを発生可能な状態ではないと判断することを特徴とする請求項１記載のエンジン自動停止始動制御装置。

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