JP2006063867A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 比較的簡単な構成で、スタータの保護を図りつつ、機関の確実な始動を可能とする始動制御装置を提供する。
【解決手段】 スタータ２への電流供給が開始されると、該開始時点からの経過時間に応じて、機関回転数ＮＥＳＴＣＲＫと、３つの判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ０，ＮＥＳＴＣＲＫ１，ＮＥＳＴＣＲＫ２との比較が行われる（Ｓ１９〜Ｓ２４）。機関回転数ＮＥＳＴＣＲＫが、判定回転数を下回ると、異常が発生したと判定し、スタータ２への電流供給を停止する（Ｓ２５）。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関の始動制御装置に関し、特にスタータの作動状態を監視して、通電制御を行うものに関する。

寒冷時においては、内燃機関の潤滑油の粘性が大きくなるため、スタータに電流を流し続けると、スタータモータコイルが過熱する場合がある。そこで特許文献１には、スタータを作動させたときスタータに流れる電流を検出し、該検出した電流が所定閾値以上となったとき、スタータへの電流供給を停止して、スタータを保護するようにした始動制御装置が示されている。

実開昭５７−１９３０６３号公報

上記従来の装置では、過電流を検出するための回路が必要となるが、コスト低減のためには、過電流検出回路を設けずにスタータの保護を図ることが望ましい。さらに、上記従来の装置では、機関回転数を考慮していないため、過電流を判断するための所定閾値を、安全側（比較的小さな値）に設定せざるを得ず、始動が可能であるのに、スタータを停止してしまう場合があった。

本発明はこの点に着目してなされたものであり、比較的簡単な構成で、スタータの保護を図りつつ、機関の確実な始動を可能とする始動制御装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため請求項１に記載の発明は、内燃機関（１）をクランキングするスタータ（２）と、該スタータ（２）の通電制御を行うスタータ制御手段と、前記機関の回転数（ＮＥＳＴＣＲＫ）を検出する回転数検出手段（４，５）とを有する内燃機関の始動制御装置において、前記スタータ（２）の通電開始時点からの経過時間を計測する計時手段（ＴＳＴＣＬＣＫ）と、前記経過時間に応じて判定回転数（ＮＥＳＴＣＲＫ０，１，２）を設定する判定回転数設定手段とを備え、前記スタータ制御手段は、前記機関の回転数（ＮＥＳＴＣＲＫ）が前記判定回転数（ＮＥＳＴＣＲＫ０，１，２）より低いときに、前記スタータ（２）への通電を停止させることを特徴とする。

前記判定回転数設定手段は、経過時間が増加するほど、前記判定回転数（ＮＥＳＴＣＲＫ０，１，２）を高くすることが望ましい。また、前記機関の温度を示す温度パラメータ（ＴＷ）を検出する機関温度パラメータ検出手段と、検出される温度パラメータ（ＴＷ）に応じて設定される上限回転数（ＮＥＳＴＣＮＴ）を設定する上限回転数設定手段とを備え、前記スタータ制御手段は、前記機関の回転数（ＮＥＳＴＣＲＫ）が前記上限回転数（ＮＥＳＴＣＮＴ）に達したとき、前記スタータ（２）への通電を停止させることが望ましい。

請求項１に記載の発明によれば、スタータの通電開始時点からの経過時間に応じて判定回転数が設定され、機関回転数が判定回転数より低いときに、スタータへの通電が停止される。したがって、スタータに流れる電流を検出する必要がないため、構成を簡略化することができる。さらに例えば寒冷時において潤滑油の粘性が大きくなった場合には、機関回転数（スタータ回転数）は、徐々に増加していくので、前記経過時間に応じて判定回転数を増加させることにより、正確な判定を行うことができる。その結果、スタータが正常であるときは、クランキングを許可し、機関を確実に始動させることができるとともに、過大な負荷または他の原因によりスタータが正常に回転しないときは、直ちに通電が停止され、コイルの焼損を確実に回避することができる。

以下本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１は本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその始動制御装置の構成を示す図である。内燃機関（以下「エンジン」という）１は、スタータ２によりギヤ３を介して回転駆動可能に構成されている。スタータ２は、バッテリ（図示せず）から供給される電力により回転する電動モータであり、その作動は、電子制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）により制御される。

エンジン１には、エンジン冷却水温（以下「エンジン水温」という）ＴＷを検出するエンジン水温センサ６と、エンジン回転数を検出する第１のエンジン回転数センサ４と、同様にエンジン回転数を検出する第２のエンジン回転数センサ５とが設けられている。これらのセンサの検出信号は、ＥＣＵ７に供給される。以下、第１のエンジン回転数センサ４により検出されるエンジン回転数を、第１エンジン回転数ＮＥ１といい、第２のエンジン回転数センサ５により検出されるエンジン回転数を、第２エンジン回転数ＮＥ２という。エンジン回転数センサが２つ設けられているのは、何れか一方の故障時に、他方の検出値を使用するためのである。

ＥＣＵ７は、入力回路、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、記憶回路、及び出力回路を備えている。入力回路は、上記センサからの入力信号波形を整形し、電圧レベルを所定レベルに修正し、アナログ信号値をデジタル信号値に変換する機能を有する。記憶回路は、ＣＰＵで実行される演算プログラム及び演算結果等を記憶する。出力回路は、スタータ２に制御信号を出力する。

図２は、スタータ２の通電制御処理のフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ７のＣＰＵで所定時間（例えば１０ミリ秒）毎に実行される。
ステップＳ１１では、第１エンジン回転数ＮＥ１が比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫより高いか否かを判別する。ＮＥ１＞ＮＥＳＴＣＲＫであるときは、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫを、その第１エンジン回転数ＮＥ１に設定し（ステップＳ１２）、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１１の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ１３に進む。

ステップＳ１３では、第２エンジン回転数ＮＥ２が比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫより高いか否かを判別する。ＮＥ２＞ＮＥＳＴＣＲＫであるときは、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫを、その第２エンジン回転数ＮＥ２に設定し（ステップＳ１４）、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１３の答が否定（ＮＯ）であるときは直ちにステップＳ１５に進む。ステップＳ１１〜Ｓ１４により、エンジン回転数の高い方の値が、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫとして設定される。

ステップＳ１５では、通電フラグＦＳＴＲＣＮＴＲが「１」であるか否かを判別する。通電フラグＦＳＴＲＣＮＴＲは、スタータ２に実際に電流が供給されているとき「１」に設定される。ステップＳ１５でＦＳＴＲＣＮＴＲ＝０であって、スタータ２に電流が供給されていないときは、エンジン水温ＴＷに応じて図３に示すＮＥＳＴＣＮＴテーブルを検索し、上限回転数ＮＥＳＴＣＮＴを算出する。ＮＥＳＴＣＮＴテーブルは、エンジン水温ＴＷが高くなるほど、上限回転数ＮＥＳＴＣＮＴが減少するように設定されている。図３に示す所定エンジン水温ＴＷ１，ＴＷ２，ＴＷ３は、それぞれ例えば−３０℃，０℃，５０℃に設定され、所定回転数ＮＥＴ１，ＮＥＴ２，ＮＥＴ３は、それぞれ例えば１５００ｒｐｍ，１２００ｒｐｍ，９００ｒｐｍに設定される。

続くステップＳ１８では、ダウンカウントタイマＴＳＴＣＬＣＫを所定時間ＴＭＳＴＣＬＣＫ（例えば５秒）にセットしてスタートさせ、ステップＳ２７に進む。

スタータ２に実際に電流が供給されているときは、ステップＳ１５からステップＳ１６に進み、判定完了フラグＦＤＮＳＴＬＣＫが「１」であるか否かを判別する。最初はこの答は否定（ＮＯ）であるので、ステップＳ１９に進んで、ステップＳ１８でスタートしたタイマＴＳＴＣＬＣＫの値が第１判定時間ＴＭＳＴＣＬＣＫ０（例えば４秒）より大きいか否かを判別する。その答が肯定（ＹＥＳ）である間は直ちにステップＳ２７に進み、タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が第１判定時間ＴＭＳＴＣＬＣＫ０に達すると、ステップＳ２０に進む。

ステップＳ２０では、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫが第１判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ０（例えば１０ｒｐｍ）より低いか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、エンジン回転数、換言すればスタータ２の回転数が低すぎるので、異常が発生していると判定し、停止フラグＦＳＴＣＬＣＫを「１」に設定する（ステップＳ２５）。停止フラグＦＳＴＣＬＣＫが「１」に設定されると、スタータ２への電流供給が停止される。続くステップＳ２６で、判定完了フラグＦＤＮＳＴＬＣＫを「１」に設定してステップＳ２７に進む。判定完了フラグＦＤＮＳＴＬＣＫが「１」に設定された後は、ステップＳ１６の答が肯定（ＹＥＳ）となり、前記ステップＳ１７に進む。

ステップＳ２０でＮＥＳＴＣＲＫ≧ＮＥＳＴＣＲＫ０であるときは、タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が第２判定時間ＴＭＳＴＣＬＣＫ１（例えば２秒）より大きいか否かを判別する（ステップＳ２１）。その答が肯定（ＹＥＳ）である間は直ちにステップＳ２７に進み、タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が第２判定時間ＴＭＳＴＣＬＣＫ１に達すると、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫが第２判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ１（例えば３０ｒｐｍ）より低いか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、スタータ２の回転数が低すぎるので、異常が発生していると判定し、前記ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２２でＮＥＳＴＣＲＫ≧ＮＥＳＴＣＲＫ１であるときは、タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が「０」より大きいか否かを判別する（ステップＳ２３）。その答が否定（ＮＯ）である間は直ちにステップＳ２７に進み、タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が「０」に達すると、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫが第３判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ２（例えば５０ｒｐｍ）より低いか否かを判別する。この答が肯定（ＹＥＳ）であるときは、スタータ２の回転数が低すぎるので、異常が発生していると判定し、前記ステップＳ２５に進む。

ステップＳ２４で、ＮＥＳＴＣＲＫ≧ＮＥＳＴＣＲＫ２であるときは、スタータ２は正常に動作していると判定し、前記ステップＳ２６に進む。
ステップＳ２７では、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫが、ステップＳ１７で設定される上限回転数ＮＥＳＴＣＮＴ以上であるか否かを判別する。この答が否定（ＮＯ）であるときは、直ちに本処理を終了し、肯定（ＹＥＳ）であるとき、すなわち比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫが上限回転数ＮＥＳＴＣＮＴ以上であるときは、スタータ２の回転数が高すぎると判定し、停止フラグＦＳＴＣＬＣＫを「１」に設定して、スタータ２への電流供給を停止する。これによりスタータ２の回転数が過度に高くなることを防止し、スタータ２を保護することができる。

図４は、図２の処理による通電制御を説明するためのタイムチャートである。時刻ｔ０にイグニッションスイッチがオンされ（図４（ａ））、時刻ｔ１にスタータ２への電流供給が開始されると（図４（ｂ））、タイマＴＳＴＣＬＣＫのダウンカウントが開始される（図４（ｃ））。タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が第１判定時間ＴＭＳＴＣＬＣＫ０に達すると（時刻ｔ２）、第１判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ０と、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫとの比較が開始され、タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が第２判定時間ＴＭＳＴＣＬＣＫ１に達すると（時刻ｔ３）、第２判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ１と、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫとの比較が開始され、タイマＴＳＴＣＬＣＫの値が「０」に達すると（時刻ｔ４）、第３判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ２と、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫとの比較が開始される。

図４（ｄ）に実線で示すように比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫが判定回転数より常に高い場合には、正常と判定される。一方、破線で示すように比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫが判定回転数より低くなると（時刻ｔ５あるいはｔ３）、異常が発生したと判定され、スタータ２への電流供給が停止される。

以上のように本実施形態では、スタータ２への電流供給開始時点からの経過時間に対応するタイマＴＳＴＣＬＣＫの値に応じて、判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ０，ＮＥＳＴＣＲＫ１，またはＮＥＳＴＣＲＫ２が適用され、比較回転数（エンジン回転数）ＮＥＳＴＣＲＫが判定回転数ＮＥＳＴＣＲＫ０，ＮＥＳＴＣＲＫ１，またはＮＥＳＴＣＲＫ２を下回ったとき、直ちにスタータ２への電流供給が停止されるので、スタータ２に供給される電流を検出することなく、比較的簡単な構成で、スタータ２を保護することができる。

また例えば寒冷時において潤滑油の粘性が大きくなった場合には、比較回転数ＮＥＳＴＣＲＫ（スタータ回転数）は、徐々に増加していくので、経過時間に応じて判定回転数を増加させることにより、正確な判定を行うことができる。その結果、スタータ２が正常であるときは、クランキングを許可し、エンジン１を確実に始動させることができるとともに、過大な負荷または他の原因によりスタータ２が正常に回転しないときは、直ちに通電が停止され、コイルの焼損を確実に回避することができる。

本実施形態では、第１のエンジン回転数センサ４及び第２のエンジン回転数センサ５が、回転数検出手段に相当し、ＥＣＵ７がスタータ制御手段、計時手段、及び判定回転数設定手段を構成する。具体的には、図２のタイマＴＳＴＣＬＣＫが計時手段に相当し、ステップＳ１９，Ｓ２１，及びＳ２３が判定回転数設定手段に相当し、ステップＳ２０，Ｓ２２，Ｓ２４，Ｓ２５がスタータ制御手段に相当する。

なお本発明は上述した実施形態に限るものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上述した実施形態では、２つのエンジン回転数センサを設け、検出値の高い方を選択するようにしたが、エンジン回転数センサは１つでもよい。

本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びその始動制御装置の構成を示す図である。 スタータの制御を行う処理のフローチャートである。 図２の処理で使用されるテーブルを示す図である。 図２の処理を説明するためのタイムチャートである。

符号の説明

１ 内燃機関
２ スタータ
４ 第１のエンジン回転数センサ（回転数検出手段）
５ 第２のエンジン回転数センサ（回転数検出手段）
７ 電子制御ユニット（スタータ制御手段、計時手段、判定回転数設定手段）

Claims (1)

1. 内燃機関をクランキングするスタータと、該スタータの通電制御を行うスタータ制御手段と、前記機関の回転数を検出する回転数検出手段とを有する内燃機関の始動制御装置において、
   前記スタータの通電開始時点からの経過時間を計測する計時手段と、
   前記経過時間に応じて判定回転数を設定する判定回転数設定手段とを備え、
   前記スタータ制御手段は、前記機関の回転数が前記判定回転数より低いときに、前記スタータへの通電を停止させることを特徴とする内燃機関の始動制御装置。

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