JP2006233977A - 車両の制御装置およびモータジェネレータユニット - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリングストップシステムを低コストで実現する。
【解決手段】ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジン１００を一時的に停止するアイドリングストップ制御を実行する。エンジン１００は、モータジェネレータ３０００またはスタータモータ３２００により再始動される。ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、インバータ３１００の冷却フィンの温度に基づく温度依存性を有するロック判定時間（冷却フィン温度が低いほどロック判定時間が長い）に基づいて、モータジェネレータ３０００によるエンジン１００の再始動時においてロック判定時間を経過しても、エンジン１００が再始動されない場合には、スタータモータ３２００によりエンジン１００を再始動するように切り替えられる。
【選択図】図１

Description

本発明はエンジンとバッテリを動力源とするモータジェネレータとを備える車両の制御装置に関し、特に、アイドリング時において車両のエンジンをできるだけ停止して、地球温暖化の防止や省資源化を図ることができる車両の制御装置およびその制御装置に適したモータジェネレータユニットに関する。

地球温暖化の防止や省資源化の観点から、交差点等において赤信号で車両が停車するとエンジンを自動的に停止させて、再び走行を始めようと運転者が操作すると（たとえばアクセルペダルを踏んだり、あるいはブレーキペダルの踏み込みを止めたり、シフトレバーを前進走行ポジションに切り替えるなどの操作を行なうと）、エンジンが再始動するアイドリングストップシステム（エコノミーランニングシステム、エンジンオートマチックストップアンドスタートシステムとも呼ばれる。以下、エコランシステムと記載する場合もある。）が実用化されている。このシステムにおいては、車両の停車中における補機類（エアコンディショナ、ヘッドランプ、オーディオなど）への電力供給のために、鉛蓄電池、リチウム電池などの二次電池を搭載する。車両の停車中は、この二次電池からこれらの補機類に電力が供給される。また、エンジンの再始動時には、この二次電池の電力を用いてモータジェネレータやスタータモータなどの電動機によりクランクシャフトを回転させてエンジンを再始動させる。

このようなエンジンの再始動をモータジェネレータやスタータモータなどの電動機を用いて行なう場合、いわゆる温間ロックといわれる現象が生じることがある。エンジン始動時には、このような電動機によりエンジンがクランキングされてトルクが付与され、この付与されたトルクによりエンジン燃焼室内の圧縮圧力およびピストンとシリンダ内壁面との摩擦による機械抵抗に抗してエンジンが回転される。このとき、たとえば温間始動時には圧縮圧力が高くなるため、ピストンが上死点近くで停止してしまってそれ以上にエンジンが回らない。これが、いわゆる温間ロックといわれる現象である。

このような温間ロック等によるエンジン始動不良が生じると、エンジンの正回転方向に電動機でトルクを与えてもピストンが上死点近くに停止した状態に保持され、これに対する機械抵抗は静止摩擦によるものとなるためその抵抗値は大きく、かつフライホイール等による慣性トルクも得られない状態になる。この状態でさらに電動機を作動させると、この電動機に流れる電流値が大きくなりその発熱で電動機の温度が上昇したり、電動機への電力の供給が遮断されたりする。これが、電動機がロックされた状態とよばれる現象である。

特開平３−３９６９号公報（特許文献１）は、このような課題を解決するエンジンの始動制御装置を開示する。この始動制御装置は、始動指令信号に応じてエンジンに始動用のトルクを付与する始動用電動機と、この始動用電動機が作動している状態で所定時間以上エンジンが停止している始動不良状態を検出する始動不良検出回路と、この始動不良検出回路により始動不良状態が検出されたときに始動用電動機によるエンジン正回転方向へのトルク付与動作を断続させる始動動作制御回路とを備える。

特許文献１に開示された始動制御装置によると、始動不良時に、始動用電動機によりエンジン正方向回転へのトルク付与動作が断続されるので、ピストンが上死点近くよりいったん下死点側へ戻された後に再び上死点側に動かされるというように揺動される。そして、この揺動により燃焼室内のガスが逃がされる一方、機械抵抗が動摩擦によるものとなって軽減され、かつ始動用電動機からのトルクに加えて慣性トルクが作用することになる。

特開２００１−２１２３９１号公報（特許文献２）は、車両に搭載されるモータではないが、ミシンモータが短時間に繰り返しロックされた場合のミシンモータの故障を防止するミシンモータの制御装置を開示する。この制御装置は、ミシンモータの温度を検出する温度検出部と、ミシンモータのロックを検出するロック検出回路と、ロック検出回路の検出結果に基づきミシンモータを停止して通電禁止状態とし、通電禁止状態の解除に基づきミシンモータへの通電を可能とする制御回路とを備えたミシンモータの制御装置であって、温度検出部により検出された温度に基づいて、制御回路によるミシンモータの制御方法に変更を加える制御方法変更回路とを備える。特に、ロック検出回路が、ミシンモータのロック状態が所定の検出時間の間継続された場合にミシンモータのロックを検出して、制御方法変更回路が、温度検出部によって検出されるミシンモータの温度に基づいて、所定の検出時間を変更する。

特許文献２に開示されたミシンモータの制御装置によると、検出時間変更回路によって、ロック状態にあるミシンモータがロック検出回路によってモータロックが検出されるまでの時間が、ミシンモータの温度に基づいて変更されるので、ロック状態にあるミシンモータへの通電時間が変更されそのときのミシンモータの温度に応じてモータロックによるミシンモータの内部温度の上昇を制御することができる。具体的には、温度検出部によって検出されたミシンモータの温度が所定の温度を越えていた場合には、ミシンモータの温度が所定の温度以下の場合に比べて、検出時間変更回路は、所定の検出時間を短く設定する。
特開平３−３９６９号公報 特開２００１−２１２３９１号公報

しかしながら、上述した公報は、以下のような問題点がある。
特許文献１に開示された始動制御装置では、エンジンを始動用電動機でクランキングする際に、始動用電動機のスイッチング素子が許容温度を超えない限りにおいて、予め定められた時間（モータロック判定時間）が経過するまでに、エンジンが正常な完爆状態にならないと、始動不良であることを検知する。アイドリングストップシステムのエンジンの再始動が良好に行なえないと、エンジン停止の頻度を下げてしまい、燃費を向上させることができなくなる可能性がある。すなわち、アイドリングストップシステムにおいて、始動不良を検知すると、次回のエンジン停止条件が成立してもエンジンを停止させないようにするためである。

一般的に、モータロック判定時間は、スイッチング素子の温度上昇による破壊を未然に防ぐべく、短く設定される。その結果、エンジン始動不良が頻繁に検知され、アイドリングストップシステムにおいてエンジンの一時的な停止が行なわれなくなる傾向が強まる。

特許文献２に開示された制御装置では、ミシンに対して適用されるものであって、上述したような車両に適するものではない。特に、以下に示すような、低価格のアイドリングストップシステムを実現しようとする場合の問題を解決できるものではない。

低価格のアイドリングストップシステムを実現する場合、以下のような設計方針が採用される。エンジンを再始動する電動機の電力源は１つのバッテリ（たとえば、既に広く普及してコストが安価な１４Ｖ系鉛蓄電池）のみであること、エンジンの再始動は、スタータモータのようにギヤの噛み合いによる異音の発生がなくスタータモータよりも始動応答性の良い、エンジンのクランク軸にベルトを介して接続されたモータジェネレータを用いること、モータジェネレータおよびモータジェネレータの駆動回路であるインバータ回路を含むＰＣＵ（Power Control Unit）をできる限り安価にすることである。

モータジェネレータおよびＰＣＵを安価にするためには、現在、車両に一般的に搭載されて広く普及しコストが安価なオルタネータを改良したり（たとえばオルタネータの電機子部分と回転子部分をそのまま使用して整流回路をインバータ回路に置換える）、水冷ではなく空冷のＰＣＵにしたりすることが考えられている。

このようなシステムを実現する場合において、アイドリングストップシステムにおけるエンジンの再始動には、できる限りモータジェネレータを使用することが、異音の発生がないことや応答性が高いことから好ましい。その一方で、電機子部分と回転子部分などは汎用オルタネータの部品を使用してモータとして駆動させてエンジンをクランキングする。このクランキングには、非常に大きなトルクが必要となるので、汎用オルタネータと空冷ＰＣＵにとっては過酷な条件でのエンジン再始動が行われる。このような過酷な条件のもとで温間ロックが発生すると、モータジェネレータおよびインバータ回路に大電流が流れるので、モータジェネレータの電気回路およびインバータ回路を保護するために、エンジンの再始動をスタータモータで行なうように切り替えるような制御が考えられる。このようなスタータモータによるエンジン再始動は、ギヤの噛み合いによる異音の発生があるとともに、エンジン再始動の応答性の悪いので、できるだけ避けたい。

このような場合において、たとえばＰＣＵの冷却フィンの温度（インバータ回路のパワー素子の温度を間接的に検知する）が予め定められた温度を超えることになる電流印加時間を越えないまでモータジェネレータによるエンジン再始動が行なわれ、その時間を経過してもエンジンが再始動しない場合（エンジンが完爆してエンジン回転数が一定回転数以上にならない場合）、スタータモータよるエンジン再始動が行なわれるように切り替えられる。

すなわち、エンジンが回転しない状態でモータジェネレータがロックした状態で、インバータ回路から電流がモータジェネレータのステータコイルに三相電力が印加されると、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相のいずれか一相のパワー素子の温度が極端に上昇する。これによるパワー素子の破壊を回避しなければならない。

ミシンのように必ず室内で使用される場合と異なり、車両は必ず外気温の影響を受ける。たとえば、このモータジェネレータのロックを検知するための温度（ＰＣＵ冷却フィン温度）を予め定められた一定の温度にしておく。この場合には、外気温が最も高い場合を想定してこの一定の温度が定められる。たとえば、外気温を４０℃（あるいはもっと過酷な高い温度）に設定して、冷却フィンが６０℃程度（この温度は、パワー素子の種類により異なる。）になるまでの時間を、モータジェネレータによるロック判定時間（１５ｍｓｅｃ）とする。この状態であると、外気温が低い場合でも（たとえば１０℃）、電流印加開始から１５ｍｓｅｃ経過後には、パワー素子の温度が４０℃程度でもロック判定されてしまう。その結果、アイドリングストップシステムにおいて、最も過酷な外気温に基づいてロック時間を設定すると、モータジェネレータによるエンジン再始動よりもスタータモータによるエンジン再始動の機会が多くなり、異音の発生や応答性の点で好ましくない。

一方、このような大電流にも耐え得る電機子や回転子を有するモータジェネレータはオルタネータの部品を流用することができないので高価になる。また、水冷のＰＣＵにすると高価になる。

本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、安価なアイドリングストップシステムを実現するための、車両の制御装置およびモータジェネレータユニットを提供することである。

第１の発明に係る車両の制御装置は、車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止するアイドリングストップシステムを搭載した車両を制御する。車両は、一時的な停止後にエンジンの再始動を行なう回転電機と、回転電機に電力を供給する電池とが搭載される。この制御装置は、電池に接続され、回転電機を駆動する駆動回路と、回転電機または駆動回路の温度を検知するための検知手段と、検知手段により検知された温度に基づいてロック判定時間を設定するための設定手段と、設定されたロック判定時間に基づいて回転電機のロック状態を判定するための判定手段とを含む。

第１の発明によると、判定手段は、設定手段により設定されたロック判定時間に基づいてエンジンを再始動するモータジェネレータなどの回転電機のロックを判定する。このロック判定時間は、設定手段により、回転電機または駆動回路の温度に基づいて（たとえば、この温度が低いほどロック判定時間は長く）設定される。すなわち、このロック判定時間は、温度依存性を有する。このように温度依存性を有すると、外気温が低くインバータ回路などの駆動回路のパワー素子の温度が限界温度になるまでの時間が長い場合には、ロック判定時間を長く、外気温が高くインバータ回路などの駆動回路のパワー素子の温度が限界温度までなるまでの時間が短い場合には、ロック判定時間を短くすることができる。このようにすると、たとえば、エンジンと、エンジンを再始動するモータジェネレータと、モータジェネレータによるエンジン再始動ができなかった場合にエンジンを再始動するスタータモータを搭載したアイドリングストップシステムにおいて、外気温が高い場合を想定して一律に設定したロック判定時間ではなく、温度依存性を有するロック判定時間にするので、モータジェネレータによるエンジン再始動の機会を増やすことができる。スタータモータによるエンジン再始動よりもモータジェネレータによるエンジン再始動のほうが、ギヤの噛み込みによる異音の発生もなく、エンジンの再始動の応答性も好ましい。また、温度依存性を有するロック判定時間にすると、モータジェネレータやその駆動回路であるインバータ回路の温度設計値を緩く設定できるので、安価なモータジェネレータや空冷のインバータ回路を実現できる。その結果、安価なアイドリングストップシステムを実現するための車両の制御装置を提供することができる。

第２の発明に係る車両の制御装置においては、第１の発明の構成に加えて、設定手段は、温度が低いほどロック判定時間を長く設定するための手段を含む。

第２の発明によると、ロック判定時間が温度依存性を有すると、外気温が低くインバータ回路などの駆動回路のパワー素子の温度が限界温度になるまでの時間が長い場合には、ロック判定時間を長く設定することができる。モータジェネレータまたはスタータモータでエンジンを再始動する場合に、外気温が高い場合を想定して一律に設定したロック判定時間ではなく、温度依存性を有するロック判定時間にするので、モータジェネレータによるエンジン再始動の機会を増やすことができる。

第３の発明に係る車両の制御装置においては、第１または２の発明の構成に加えて、回転電機はモータジェネレータであって車両の回生制動時に発電機として機能して電池を充電するものである。駆動回路はインバータ回路であるものである。

第３の発明によると、回転電機をモータジェネレータとし、駆動回路をモータジェネレータに三相電力を供給するインバータ回路とした、アイドリングストップシステムを実現することができる。

第４の発明に係る車両の制御装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、モータジェネレータの電機子および回転子はオルタネータの部品であるものである。インバータ回路は空冷のインバータ回路であるものである。

第４の発明によると、モータジェネレータをオルタネータの部品を用いて製作するので、安価に製作することができる。さらに、インバータ回路を水冷ではなく空冷にするので、インバータ回路を含むＰＣＵを安価に製作することができる。

第５の発明に係る車両の制御装置においては、第３または４の発明の構成に加えて、モータジェネレータとインバータ回路とは近接して設けられるものである。

第５の発明によると、モータジェネレータとインバータ回路とを近接して設けて、その両方の温度を代表して検知することにより検知センサを１つにすることができるとともに、モータジェネレータとインバータ回路とをユニット化しやすくなる。

第６の発明に係る車両の制御装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、回転電機はモータジェネレータとスタータモータとであって、駆動回路はモータジェネレータを駆動するインバータ回路である。制御装置は、判定手段によりロック状態であることが判定されると、モータジェネレータによるエンジン再始動から、スタータモータによるエンジン再始動に切り替えるための切替手段をさらに含む。

第６の発明によると、切替手段によりエンジンの再始動をスタータモータに切り替えることにより、モータジェネレータによりエンジンを再始動してロック判定時間を経過したことによりモータジェネレータによるエンジンの再始動ができなくても、エンジンを再始動できる。

第７の発明に係るモータジェネレータユニットは、第３〜５のいずれかの発明の構成のモータジェネレータとインバータ回路とが一体化されたモータジェネレータユニットである。

第７の発明によると、アイドリングストップシステムを安価に実現できるモータジェネレータユニットを提供することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰返さない。

図１を参照して、本発明の実施の形態に係る車両の制御ブロック図について説明する。なお、以下の説明においては、この車両のパワートレインは、トルクコンバータと歯車式変速機構とを有するものとして説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、歯車式変速機構ではなく、ベルト式やトロイダル式などのＣＶＴ（Continuously Variable Transmission：無段変速機）などであってもよい。

図１に示すように、この車両のパワートレインは、一般的な内燃機関としてのエンジン１００と、そのエンジン１００の出力軸に接続され、トルク増幅機能を有する流体継手であるトルクコンバータ２００と、トルクコンバータ２００の出力軸に接続された歯車式変速機構３００とを有する。エンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２は、モータジェネレータ３００のモータジェネレータプーリ４００、エアコンコンプレッサ１１０２のエアコンコンプレッサプーリ４０４およびウォーターポンプ１１０４のウォータポンププーリ４０６と、ベルト４１０を介して接続されている。

この車両は、ＨＶ＿ＥＣＵ（Hybrid Vehicle-Electronic Control Unit）１０００によりアイドリングストップシステムを実行する。アイドリングストップシステムは、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００に入力されたエコラン条件が予め定められた条件を満足すると、図示しないエンジンＥＣＵに対してエンジン１００の停止指令を出力する。エコラン条件が成立しなくなると、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００はモータジェネレータ３０００にインバータ３１００から二次電池２０００の電力を供給してモータジェネレータ３０００をモータとして機能させてモータジェネレータプーリ４１０およびベルト４００を介してエンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２を回転させて、エンジン１００を再始動（クランキング）させる。

このとき、モータジェネレータ３０００およびインバータ３１００とＨＶ＿ＥＣＵ１０００との間において、本実施の形態の特徴である制御が実行される。ここで、インバータ３１００は空冷のインバータであって、空冷フィン温度がＨＶ＿ＥＣＵ１０００に入力される。

ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、インバータ３１００に駆動指令信号を出力する。モータジェネレータ３０００およびインバータ３１００を用いたエンジン１００の再始動に失敗すると（モータジェネレータ３０００のロックが発生すると）、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００はスタータモータ３２００によりエンジン１００の再始動（クランキング）を行なうように、エンジンの再始動の制御を切り替える。

二次電池２０００は、定格電圧が１４Ｖの一般的な鉛蓄電池が用いられる。二次電池２０００からインバータ３１００およびスタータモータ３２００に電力が供給され、モータジェネレータ３０００またはスタータモータ３２００によりアイドリングストップ後のエンジン１００の再始動が行なわれる。なお、イグニションスイッチをスタート位置にしたときにおいては、通常通りに、スタータモータ３２００によりエンジン１００が始動される。

また、二次電池２０００は、電圧降下防止機構２１００（たとえばバックアップブーストコンバータ、キャパシタ、リチウム電池など）を経由して補機ＥＣＵ１１００に接続される。補機ＥＣＵ１１００からエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４に接続され、補機ＥＣＵ１１００はエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４を制御する。アイドリングストップ時においてエンジン１００が停止しているため、エンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２を介してベルト４１０によりエアコンコンプレッサプーリ４０４やウォータポンププーリ４０６が回転させることができない。このため、補機ＥＣＵ１１００は、二次電池２０００の電力を用いてエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４を駆動させるように制御する。

また、図示しないオイルポンプについてもウォータポンプ１１０４と同様に、アイドリングストップ時において二次電池２０００を用いて作動される。

なお、エアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４は、その内部に、エンジンコンプレッサプーリ４０４やウォータポンププーリ４０６から駆動するか、二次電池２０００からの電力によるモータにより駆動するかのいずれかを選択する機能を有する。また、これらの機能の代わりにエンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２に電磁クラッチを設けるようにして、アイドリングストップ時には電磁クラッチを非伝達の状態にしてエンジン１００を切離して、モータジェネレータ３０００によりエアコンコンプレッサ１１０２やウォータポンプ１１０４を作動させるようにしてもよい。

図２に、図１のモータジェネレータ３０００の構成を示す。図２に示すように、本実施の形態に係る車両に用いられるモータジェネレータ３０００は汎用オルタネータ部の部品を用いた、コストの安価なモータジェネレータである。

通常、オルタネータは、エンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２とベルト４１０を介して接続されたプーリ３０３０により回転され、オルタネータロータ部３０１０が回転することによりオルタネータステータ部３０２０に発生した電力をレクチファイアと呼ばれる整流回路により交流から直流に変換して、発生した電力を二次電池２０００に供給する。

このような汎用オルタネータは、一般的な車両に広く採用され、その製造コストは非常に安価なものである。本発明の実施の形態に係るモータジェネレータ３０００のロータ部とステータ部は、このオルタネータロータ部３０１０とオルタネータステータ部３０２０とを用いる。図２に示すプーリ３０３０は、図１に示すモータジェネレータプーリ４００と同じである。

レクチファイアと呼ばれる整流回路の代わりにインバータ３１００を用いる。このインバータ３１００は、オルタネータロータ部３０１０およびオルタネータステータ部３０２０を、モータジェネレータ３０００として機能させる。このインバータ３１００は空冷のインバータである。これは、水冷のインバータに比べて空冷のインバータとすることによりコストを安価にすることができる。

図３に、モータジェネレータ３０００の電気回路図およびインバータ３１００の電気回路図を示す。図３に示すように、インバータ３１００は、複数のスイッチング回路により三相分の電力をオルタネータステータ部３０２０に供給するように構成される通常のインバータ回路を有する。また、オルタネータロータ部３１０に流れる界磁電流Ｉｆを制御することにより、モータジェネレータ３０００をモータとして機能させるときにはモータジェネレータ３０００から発生するトルクを制御することができ、モータジェネレータ３０００をジェネレータとして機能させるときには発電量を制御することができる。

二次電池２０００は、インバータ３１００のスイッチング回路に電力を供給し、オルタネータステータ部３０２０や、オルタネータロータ部３０１０に電力を供給する。

このようなモータジェネレータ３０００に、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００から駆動指令信号を受信したインバータ３１００により、電力が供給されて、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相から構成されるオルタネータステータ部３０２０に電力が供給される。この場合、エンジンの再始動が行なわれるわけであるが、エンジン１００の温間ロックが発生していると、モータジェネレータ３０００がロック状態となり、Ｕ相、Ｖ相およびＷ相のいずれか一相に電流が集中してその相のＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field-Effect Transistor）の温度が上昇する。この温度上昇を放置すると、ＭＯＳＦＥＴの温度破壊に至る。

図４にＭＯＳＦＥＴの温度変化を表わす。横軸は時間軸であって、縦軸がＭＯＳＦＥＴの温度である。ロックが発生している場合をフィンの温度が高い場合と中位の場合と低い場合に分けて実線で示す。また、ロックが発生していない場合を同じくフィン温度が３種類の場合に分けて一点鎖線で示す。

ロックが発生していない場合には、フィン温度が高い場合であっても中位であっても低い場合であっても限界温度であるＴ（ＴＬ）に到達しない。すなわち、限界温度Ｔ（ＴＬ）に到達する前にモータジェネレータ３０００によるエンジン１００のクランキングが完了してエンジンが完爆しエンジンがアイドリング回転数に到達することによりモータジェネレータ３０００の駆動指令信号が停止する。そのため、冷却フィン温度が限界温度Ｔ（ＴＬ）に到達しない。

一方、ロックが発生すると、フィン温度が高いほど速くＭＯＳＦＥＴ温度が限界温度Ｔ（ＴＬ）に到達する。すなわちこの図４に示すように、ロックが発生する場合においては、フィン温度が高い順に限界温度Ｔ（ＴＬ）に到達する時間が短くなっている。フィン温度が低い場合には、ロックが発生する場合であっても時間が長くかかることがわかる。

従来は、このような傾向を有する場合においても、フィンの温度に関係なく限界温度Ｔ（ＴＬ）に到達するまでの時間をロック判定時間として一律に決定していた。

本発明の実施の形態においては、このように一律に決定されていたロック判定時間を図５に示すように冷却フィン温度に依存するロック判定時間とした。すなわち、図５に示すようにＨＶ＿ＥＣＵ１０００のメモリに記憶されるマップには、冷却フィン温度が低いほどロック判定時間が長く冷却フィン温度が高いほどロック判定時間が短くなるように設定されている。

図６を参照して、本実施の形態に係る車両に搭載されたＨＶ＿ＥＣＵ１０００で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、エコランシステムにおいてエンジンを停止させる。このとき、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００に入力されるエコラン条件に基づいて、予め定められた条件を満足するか否かによりエンジン１００を停止させるか否かを判断する。予め定められた条件を満足しているとＨＶ＿ＥＣＵ１０００はエンジンを停止させる。より具体的には、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、図１に図示しないエンジンＥＣＵに対してエンジン停止信号を送信する。

Ｓ１０２にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、エンジン再始動指令を行なうか否かを判断する。この判断は、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００に入力されたエコラン条件が成立しなくなった場合にエンジンを再始動する指令を行なうように判断される。エンジン再始動の指令が行なわれると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、処理はＳ１０４へ移される。もしそうでないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、処理はＳ１００へ戻され、エコランシステムにおいてエンジン１００が停止した状態が継続する。

Ｓ１０４にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００はインバータ３１００の冷却フィン温度を検知する。インバータ３１００の冷却フィン付近にはサーミスタが取付けられ、冷却フィン温度としてＨＶ＿ＥＣＵ１０００に入力されている。このサーミスタからの信号に基づいてＨＶ＿ＥＣＵはインバータ３１００の冷却フィン温度を検知する。

Ｓ１０６にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、図５に示すマップからロック判定時間を算出する。Ｓ１０８にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、インバータ３１００に駆動指令信号を出力する。このとき、ステータコイルがインバータ３１００から出力される三相電力により励磁される。ステータコイルが励磁されたモータジェネレータ３０００により、モータジェネレータプーリ４００およびベルト４１０を介して、エンジン１００のクラックシャフトプーリ４２０が回転されてエンジン１００がクランキングされる。

Ｓ１１０にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、エンジン１００の回転数を検知する。この処理は、エンジン１００のクランクシャフトなどに設けられた回転数センサからの信号がＨＶ＿ＥＣＵ１０００に入力されることにより、または、図１に図示しないエンジンＥＣＵを経由して回転数センサからの信号がＨＶ＿ＥＣＵ１０００に入力されることにより、エンジン回転数が検知される。

Ｓ１１２にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、エンジン１００が始動したか否かを判断する。この判断は、エンジン１００の回転数が予め定められたアイドル回転数以上になったか否かにより判断される。エンジン１００が始動すると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、処理はＳ１２０へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１２にてＮＯ）、処理はＳ１１４へ移される。

Ｓ１１４にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、ロック判定時間を経過したか否かを判断する。なお、ロック判定時間は、インバータ３１００に駆動指令信号を出力した時間をスタート時間として計測されている。ロック判定時間を経過すると（Ｓ１１４にてＹＥＳ）、処理はＳ１１６へ移される。もしそうでないと（Ｓ１１４にてＮＯ）、処理はＳ１０８ヘ戻され、インバータ３１００に駆動指令信号を出力し続けるので、ステータコイルが励磁され続けて、モータジェネレータ３０００がモータとして機能して、クランクシャフトプーリ４０２を介してエンジン１００をクランキングする。

Ｓ１１６にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、インバータ３１００への駆動指令信号の出力を停止する。Ｓ１１８にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、スタータモータ３２００に駆動指令信号を出力する。すなわち、温度依存性を有するロック判定時間を経過してもエンジン１００が始動したという判断が行なわれなかったためモータジェネレータ３０００によるエンジン１００の再始動からスタータモータ３２００によるエンジン１００の再始動に切り替えられる。

Ｓ１２０にて、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００はエンジン再始動判定を行なう。なお、Ｓ１１８においてスタータモータ３２００に駆動指令信号を出力して実際にエンジン回転数がアイドル回転数まで上昇したか否かが判断されて、エンジン１００は再始動したと判定される。

以上のような構造およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る制御装置であるＨＶ＿ＥＣＵ１０００、モータジェネレータ３０００およびインバータ３１００を搭載した車両の動作について説明する。

この車両が交差点において赤信号などにおいて停止し、予め定められたエコラン条件が成立するとＨＶ＿ＥＣＵ１０００によりエンジン１００を停止する信号が出力される（Ｓ１００）。車両の運転者がブレーキペダルから足を離しアクセルペダルを踏み込んだりすると、エコラン条件が不成立となりエンジン１００の再始動が指令される（Ｓ１０２にてＹＥＳ）。

インバータ３１００の冷却フィン温度が検知され（Ｓ１０４）、図５に示すマップからロック判定時間が算出される（Ｓ１０６）。このマップにおいては、冷却フィン温度が低いほどロック判定時間が長く、冷却フィン温度が高いほどロック判定時間が短く設定されている。

インバータ３１００に駆動指令信号が出力されステータコイルが励磁される（Ｓ１０８）。ステータコイルが励磁されることによりモータジェネレータ３０００のロータが回転してモータジェネレータプーリ４００およびベルト４１０を介して、エンジン１００のクランクシャフトプーリ４０２が回転されエンジン１００がクランキングされる。

このとき、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００は、エンジンＥＣＵに対してエンジン始動信号を送信しているため、エンジンＥＣＵによりエンジン１００に燃料が噴射されモータジェネレータ３０００によるクランキングと同期してエンジンの始動が開始される。エンジン回転数が検知され（Ｓ１１０）、エンジン回転数がアイドル回転数付近まで上昇するとエンジン１００が再始動したと判断される（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、これによりエンジン１００が再始動したと判定される（Ｓ１２０）。

一方、インバータ３１００に駆動指令信号を出力してからロック判定時間を経過するまでにエンジン１００が始動したと判定されないと（Ｓ１１２にてＮＯ、Ｓ１１４にてＹＥＳ）、ＨＶ＿ＥＣＵ１０００によりインバータ３１００への駆動指令信号の出力が停止され（Ｓ１１６）、スタータモータ３２００に駆動指令信号が出力される（Ｓ１１８）。スタータモータ３２００はＨＶ＿ＥＣＵ１０００からの駆動指令信号に基づいてエンジン１００をクランキングして再始動させる。

図７および図８を参照して、このときの動作について説明する。図７が、本発明の実施の形態に係る車両におけるエンジン再始動の状態を示すタイミングチャートであって、図８が、従来の車両におけるエンジン再始動の状態を示すタイミングチャートである。

これらの図に示すように、従来の車両においては、図８に示すように、ロック判定時間が温度依存性を有せずに温度によらず一律のロック判定時間としている。この点が本発明の実施の形態と異なる。図７および図８を比較すれば明らかなように、図７においてはフィン温度が高い場合のロック判定時間は短くフィン温度が低い場合のロック判定時間が長く設定されているのに対して、図８においてはフィン温度によらずロック判定時間が短い方に設定される。

そのため、図７に示すように、フィン温度が低い場合のロック判定時間は長いため、ＭＯＳＦＥＴ温度の限界温度Ｔ（ＴＬ）に到達するまでにスタータモータによるエンジン再始動に切り替える前にモータジェネレータ３０００によりエンジンが始動することになる。

一方、図８に示すように、同じ条件（冷却フィン温度が低い場合）であっても、従来の場合にはフィン温度によらないロック判定時間が設定されているためＭＯＳＦＥＴ温度が限界温度Ｔ（ＴＬ）に到達する前に、冷却フィン温度が低い場合であってもロックが発生したと判断される。モータジェネレータ３０００によるエンジン１００の再始動からスタータモータ３２００によるエンジン１００の再始動に切り替えられる。

スタータモータ３２００によるエンジン１００の再始動時においては、フライホイールのギヤにスタータモータ３２００のピニオンギヤをマグネットスイッチを用いて強制的に噛み込ませる。すなわち、エンジン１００のフライホイールのギヤに、スタータモータ３２００のピニオンギヤが強制的に接続されてクランキングを行なうため、そのときに異音が発生する。また、スタータモータ３２００によりエンジン１００を再始動する場合には、モータジェネレータ３０００によりエンジン１００を再始動する場合よりも、フライホイールのギヤにスタータモータのピニオンギヤを噛み込ませるための時間が必要になるため、応答性が悪い。したがって、モータジェネレータ３０００によりエンジン１００を再始動する方がより好ましい。

以上のようにして、本実施の形態に係るＨＶ＿ＥＣＵにおいては、アイドリングストップシステムにおけるエンジンの再始動をできる限りモータジェネレータを用いて行なうようにするために、モータジェネレータおよびインバータのロック判定時間に温度依存性を持たせた。ロック判定時間はたとえばインバータの冷却フィン温度が低いほど長く設定されているため、インバータのＭＯＳＦＥＴ温度が限界温度に達するまでに従来はスタータモータによるエンジンの再始動に切り替えられていた状態がモータジェネレータによるエンジン再始動の状態にすることができる。その結果、スタータモータによるエンジンの再始動の機会をできる限り少なくしモータジェネレータによりエンジンを再始動することにより異音の発生がなくエンジン再始動の応答性をよくすることができる。

また、上述したように、本実施の形態におけるモータジェネレータ３０００は、そのロータ部とステータ部とを、汎用のオルタネータのロータ部とステータ部とを使用した。そのため、安価なモータジェネレータを実現できる。

このモータジェネレータの駆動回路であるインバータは、水冷ではなく空冷としている。このため、インバータを含むＰＣＵを安価にすることができる。

また、二次電池として、広く普及している１４Ｖ系の鉛蓄電池のみを搭載している。そのため、たとえばアイドリングストップ時のエンジン停止時における補機駆動用の４２Ｖ系バッテリを併設する場合に比べて、安価なアイドリングストップシステムを提供できる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

本発明の実施の形態に係る車両の制御ブロック図である。 図１のモータジェネレータの構成を示す図である。 モータジェネレータの電気回路図である。 ＭＯＳＦＥＴの温度変化を表わす図である。 ＨＶ＿ＥＣＵのメモリに記憶されるマップを示す図である。 ＨＶ＿ＥＣＵで実行されるプログラムの制御構造を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態に係る車両におけるエンジン再始動の状態を示すタイミングチャートである。 従来の車両におけるエンジン再始動の状態を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１００ エンジン、２００ トルクコンバータ、３００ 歯車式変速機構、４００ モータジェネレータプーリ、４０２ クランクシャフトプーリ、４０４ エアコンコンプレッサプーリ、４０６ ウォータポンププーリ、４１０ ベルト、１０００ ＨＶ＿ＥＣＵ、１１００ 補機ＥＣＵ、２０００ 二次電池、２１００ 電圧降下防止機構、３０００ モータジェネレータ、３１００ インバータ、３２００ スタータモータ、３０１０ オルタネータロータ部、３０２０ オルタネータステータ部、３０３０ プーリ。

Claims (7)

1. 車両の状態が予め定められた条件を満足するとエンジンを一時的に停止するアイドリングストップシステムを搭載した車両の制御装置であって、前記車両は、前記一時的な停止後に前記エンジンの再始動を行なう回転電機と、前記回転電機に電力を供給する電池とを搭載し、前記制御装置は、
   前記電池に接続され、前記回転電機を駆動する駆動回路と、
   前記回転電機または前記駆動回路の温度を検知するための検知手段と、
   前記検知手段により検知された温度に基づいてロック判定時間を設定するための設定手段と、
   前記設定されたロック判定時間に基づいて前記回転電機のロック状態を判定するための判定手段とを含む、車両の制御装置。
2. 前記設定手段は、前記温度が低いほどロック判定時間を長く設定するための手段を含む、請求項１に記載の車両の制御装置。
3. 前記回転電機はモータジェネレータであって前記車両の回生制動時に発電機として機能して前記電池を充電し、前記駆動回路はインバータ回路である、請求項１または２に記載の車両の制御装置。
4. 前記モータジェネレータの電機子および回転子はオルタネータの部品であって、前記インバータ回路は空冷のインバータ回路である、請求項１〜３のいずれかに記載の車両の制御装置。
5. 前記モータジェネレータと前記インバータ回路とは近接して設けられる、請求項３または４に記載の車両の制御装置。
6. 前記回転電機はモータジェネレータとスタータモータとであって、前記駆動回路はモータジェネレータを駆動するインバータ回路であって、
   前記制御装置は、前記判定手段によりロック状態であることが判定されると、前記モータジェネレータによるエンジン再始動から、前記スタータモータによるエンジン再始動に切り替えるための切替手段をさらに含む、請求項１〜５のいずれかに記載の車両の制御装置。
7. 請求項３〜５のいずれかに記載のモータジェネレータとインバータ回路とが一体化されたモータジェネレータユニット。

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