JP2008038828A - エンジン始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンをクランキングするときにバッテリ電力を無駄に消費することを低減するエンジン始動制御装置を提供する。
【解決手段】スタータモータでエンジンをクランキングして始動するエンジン始動制御装置であって、エンジンの回転速度を検出するエンジン速度検出手段(ステップＳ１１)と、検出エンジン回転速度が大きいほど、スタータモータのクランキングトルクを小さく計算するクランキングトルク計算手段(ステップＳ１３〜Ｓ１６)とを備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、エンジンの始動を制御する装置に関する。

車両用エンジンは、始動時にモータでクランキングされる。このとき、例えば特許文献１では、モータの出力トルク(クランキングトルク)は一定である。
特開２００４−１４３９５７号公報

しかし、前述した従来のエンジン始動制御装置は、クランキング時のモータの出力トルク(クランキングトルク)を一定にするので、必要以上にバッテリ電力を消費してしまう。そのためバッテリを大容量化しておかなければならない。また余計なバッテリ消費を補充するためにエンジンによる発電が必要となり、燃費が悪化してしまう。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、バッテリ電力の消費を低減できるエンジン始動制御装置を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、スタータモータ(１２)でエンジン(５０)をクランキングして始動するエンジン始動制御装置であって、前記エンジン(５０)の回転速度を検出するエンジン速度検出手段(１１；ステップＳ１１)と、前記検出エンジン回転速度が大きいほど、前記スタータモータ(１２)のクランキングトルクを小さく計算するクランキングトルク計算手段(２０；ステップＳ１３〜Ｓ１６)とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、エンジンの回転速度が大きいほど、スタータモータのクランキングトルクを小さくするようにしたので、バッテリ電力を無駄に消費することを防止でき、バッテリ電力消費を低減できる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明によるエンジン始動制御装置の基本構成を示すブロック図である。

エンジン始動制御装置１は、エンジン回転速度検出手段１１と、クランキングトルク計算手段２０と、スタータモータ１２とを備え、エンジン５０の始動を制御する。

エンジン回転速度検出手段１１は、例えばエンジンのクランクシャフトの回転速度Ｎｒを検出するクランク角センサである。

クランキングトルク計算手段２０は、エンジン回転速度検出手段１１で検出したエンジン回転速度に基づいてスタータモータ１２がクランキングするときに必要なモータの出力トルク(クランキングトルク)を計算し、スタータモータ１２を作動を制御するコントローラである。このようなコントローラは中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。なお複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。クランキングトルク計算手段２０の具体的な制御ロジックについては後述する。

スタータモータ１２は、エンジン５０を始動するモータである。スタータモータ１２は、例えばエンジン５０のフライホイールを回転駆動する。なお本発明によるエンジン始動制御装置をハイブリッド車両に適用する場合には、スタータモータ１２はジェネレータを兼用するモータであってもよい。

図２は、本発明によるエンジン始動制御装置の第１実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。

クランキングトルク計算手段２０は、目標クランキング回転速度設定部２１と、ＰＩ制御部２２とを備える。

目標クランキング回転速度設定部２１は、エンジンの初爆に最低限必要な回転速度を目標クランキング回転速度Ｎｔとして設定する。具体的には例えば想定しうる最も厳しい環境条件でも初爆を確保できる回転速度を目標クランキング回転速度Ｎｔとして設定する。なお、初爆に最低限必要な回転速度は吸気温や空気密度によって変化する。そこで、吸気温センサや大気圧センサによって吸気温、空気密度を検出し、その検出値に基づいて目標クランキング回転速度Ｎｔを設定してもよい。

ＰＩ制御部２２は、目標クランキング回転速度Ｎｔと、エンジン回転速度検出手段１１で検出した回転速度Ｎｒとの偏差(Ｎｔ−Ｎｒ)に応じて、目標クランキング回転速度Ｎｔを維持するためのクランキングトルク(フィードバックトルク)を計算する。

図３は、コントローラの第１実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。なおコントローラ２０はこの処理を微少時間(例えば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行している。

ステップＳ１１においてコントローラ２０は、エンジン回転速度検出手段１１で検出した回転速度Ｎｒを入力する。

ステップＳ１２においてコントローラ２０は、エンジンが完爆したか否かを判定する。具体的には回転速度Ｎｒが完爆判定速度を超えたか否かによって判定する。完爆していなければステップＳ１３に処理を移行し、完爆していれば一旦処理を抜ける。

ステップＳ１３においてコントローラ２０は、回転速度偏差ΔＮを次式(1)に基づいて計算する。

ステップＳ１４においてコントローラ２０は、比例項トルクＴｐを次式(2)に基づいて計算する。

なお比例ゲインＧｐはあらかじめ実験を通じて設定され、ＲＯＭに格納されている。

ステップＳ１５においてコントローラ２０は、積分項トルクＴｉを次式(3)に基づいて計算する。

なお積分ゲインＧｉはあらかじめ実験を通じて設定され、ＲＯＭに格納されている。

ステップＳ１６においてコントローラ２０は、クランキングトルクＴｃを次式(4)に基づいて計算する。

コントローラ２０は、このようにして求めたクランキングトルクでクランキングできるようにスタータモータ１２を制御する。

本実施形態によれば、現在のエンジン回転速度Ｎｒを検出し、その回転速度Ｎｒと目標クランキング回転速度(エンジンの初爆に最低限必要な回転速度)Ｎｔとの偏差に基づいてスタータモータのクランキングトルクを決定するようにした。このようにしたので、スタータモータを、エンジン初爆に最低限必要な回転速度で駆動することができ、必要以上にバッテリ電力を浪費しない。

（第２実施形態）
図４は、本発明によるエンジン始動制御装置の第２実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。

なお以下では前述した実施形態と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。

本実施形態のクランキングトルク計算手段２０は、第１実施形態に対してさらにエンジンフリクション計算部２３と、加算部２４とを備える。

エンジンフリクション計算部２３は、エンジン回転速度検出手段１１で検出した回転速度Ｎｒ及びエンジン油温検出手段１３で検出したエンジン油温Ｔｏに基づいてエンジンフリクショントルクＴｆを計算する。なおエンジンフリクショントルクＴｆは、回転速度Ｎｒ及びエンジン油温ＴｏとフリクショントルクＴｆとの関係をあらかじめ計測して求めたマップをＲＯＭに格納しておき、このマップに基づいて設定するが、フリクショントルクＴｆはエンジン油温Ｔｏが低いほど大きい。

加算部２４は、ＰＩ制御部２２で計算したトルク(Ｔｐ＋Ｔｉ)と、フリクショントルクＴｆとを加算してクランキングトルクＴｃを求める。

図５は、コントローラの第２実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。なおコントローラ２０はこの処理を微少時間(例えば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行している。

ステップＳ１１〜Ｓ１５は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

コントローラ２０は、ステップＳ２１においてエンジンフリクショントルクＴｆを求め、ステップＳ２２において次式(5)に基づいてクランキングトルクＴｃを計算する。

本実施形態によれば、エンジンフリクションをも考慮してクランキングトルクＴｃを設定するようにしたので、第１実施形態よりも短時間でエンジン回転速度を、目標クランキング回転速度(エンジンの初爆に最低限必要な回転速度)に到達させることができる。

なお本実施形態においては、エンジン油温を検出するようにしているが、エンジン油温はエンジン水温とほぼ等しい。そこでエンジン油温に代えてエンジン水温に基づいてエンジンフリクションＴｆを計算するようにしてもよい。また本実施形態においてはエンジン回転速度Ｎｒに基づいてエンジンフリクションＴｆを計算しているが、エンジン回転速度が低速度(初爆以下の速度)ではエンジンフリクションの変化が小さい。そこでエンジン回転速度Ｎｒに代えて目標クランキング回転速度Ｎｔに基づいてエンジンフリクションＴｆを計算するようにしてもよい。これらの変形形態によっても上記と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
図６は、本発明によるエンジン始動制御装置の第３実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。

第１、第２実施形態では、エンジン回転速度Ｎｒと目標クランキング回転速度Ｎｔとの偏差に基づいてクランキングトルクＴｃを決定するというフィードバック制御を行っていた。本実施形態では、クランキングトルク計算部２５でクランキングトルクＴｃを計算してスタータモータ１２を制御する。クランキングトルク計算部２５は、クランキング軸出力(Ｔｃ×Ｎｒ)が一定となるように、エンジン回転速度Ｎｒに基づいてクランキングトルクＴｃを設定する。なお一般的なモータのトルク線図を一点鎖線で示す。クランキング軸出力(Ｔｃ×Ｎｒ)は、一般的なモータのトルク線図よりも小さいので斜線部分のエネルギ分を低減できる。

図７は、コントローラの第３実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。なおコントローラ２０はこの処理を微少時間(例えば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行している。

ステップＳ１１〜Ｓ１２は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ３１においてコントローラ２０は、次式(6)に基づいてクランキングトルクＴｃを計算する。

ステップＳ３２においてコントローラ２０は、計算したクランキングトルクＴｃが出力可能最大値Ｔｃmaxを超えているか否かを判定する。超えていればステップＳ３３へ処理を移行し、超えていなければ一旦処理を抜ける。

ステップＳ３３においてコントローラ２０は、出力可能最大値ＴｃmaxをクランキングトルクＴｃとして設定する。

本実施形態によれば、クランキングに用いられるバッテリ電力がほぼ一定となるので、バッテリの負担が低減される。

また第１実施形態や第２実施形態では、エンジン回転速度Ｎｒと目標クランキング回転速度Ｎｔとの偏差に基づいてクランキングトルクＴｃを決定して、目標クランキング回転速度Ｎｔを維持するというフィードバック制御を行っている。このような制御では、エンジン回転速度Ｎｒが変動すると、フィードバック制御のためのクランキングトルクＴｃも変動してバッテリ電力も変動する。すると平均電力としてはバッテリ定格内に収まるが、瞬時電力としては定格を超えてしまう場合がある。

しかしこの第３実施形態では、目標クランキング軸出力を一定としているので、バッテリ電力が大きく変動することがなく、バッテリの電力定格内でのクランキングすることができる。

またクランキングトルクＴｃに上限値を設定するようにしたので、バッテリ電力が過大になることを防止できる。

なおエンジン油温や水温によってエンジンフリクションが変化するので、エンジン油温や水温に応じて目標クランキング軸出力を変化させてもよい。すなわちエンジンフリクショントルクだけ目標クランキング軸出力を増してもよい。

（第４実施形態）
図８は、本発明によるエンジン始動制御装置の第４実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。また図９は、第４実施形態のポイントを説明する図である。

図９に示すように、エンジン初爆後は、モータトルクに燃焼トルク(図９のハッチング部)が加算される。したがってエンジン初爆後は、その燃焼トルク分をモータトルクから減算しても十分なクランキングトルクを得ることができる。そこで本実施形態では、このような考えに基づき、エンジン初爆後は燃焼トルク分を減算してモータのトルクを発生させるようにした。

なおエンジンの回転速度はエンジン行程(圧縮、膨張)によって変動する。そのためひとつの基準速度で初爆前制御と初爆後制御とを切り替えては、初爆前の膨張行程において初爆後制御を実行してしまったり、初爆後の圧縮行程において初爆前制御を実行してしまうおそれがある。そこで初爆前制御→初爆後制御の切り替えは、膨張行程において初爆に十分な回転速度が出ていることを判定する初爆判定回転速度Ｎ１を超えたら実行する。また圧縮行程において初爆の可能性のある最低回転速度Ｎ０を下回らなければ、初爆後制御→初爆前制御の切り替えは行わない。本実施形態では、このような考えに基づき、エンジン初爆前後の制御を切り替えるようにしたのである。

具体的な構成を図８に示す。本実施形態のクランキングトルク計算手段２０は、初爆前クランキングトルク計算部２５と、初爆後クランキングトルク計算部２６と、クランキングトルク計算切替部２７とを備える。

初爆前クランキングトルク計算部２５は、エンジンが初爆していないときに必要なクランキングトルク(モータトルク)を計算する。具体的には第３実施形態のクランキングトルク計算部２５と同じである。

初爆後クランキングトルク計算部２６は、エンジンが初爆後に必要なクランキングトルク(モータトルク)を計算する。エンジンが初爆していないときに必要なクランキングトルク(モータトルク)からエンジンの燃焼によって発生する燃焼トルクを減算して求める。

クランキングトルク計算切替部２７は、クランキングトルクの計算を初爆前クランキングトルク計算部２５で行うのか、初爆後クランキングトルク計算部２６で行うのかを切り替える。具体的にはエンジン回転速度が初爆判定回転速度Ｎ１を超えたら初爆後クランキングトルク計算部２６に切り替える。またエンジン回転速度が最低回転速度Ｎ０を下回らなければ初爆前クランキングトルク計算部２５に切り替えない。

図１０は、コントローラの第４実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。なおコントローラ２０はこの処理を微少時間(例えば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行している。また初爆判定フラグＦの初期値は０(初爆前)である。

ステップＳ１１〜Ｓ１２は、第１実施形態と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ４１においてコントローラ２０は、エンジン回転速度Ｎｒが初爆判定回転速度Ｎ１を超えたか否かを判定する。超えるまではステップＳ４３へ処理を移行し、超えたらステップＳ４２へ処理を移行して初爆判定フラグＦに１(初爆後)をセットする。

ステップＳ４３においてコントローラ２０は、エンジン回転速度Ｎｒが最低回転速度Ｎ０を下回ったか否かを判定する。下回るまではステップＳ４５へ処理を移行し、下回ったらステップＳ４４へ処理を移行して初爆判定フラグＦに０(初爆前)をセットする。

ステップＳ４５においてコントローラ２０は、初爆前か否かを判定する。初爆前であればステップＳ３０へ処理を移行し、初爆後であればステップＳ４６へ処理を移行する。

コントローラ２０は、ステップＳ３０において初爆前クランキングトルクを計算して初爆前処理を実行し、ステップＳ４６において初爆後クランキングトルクを計算して初爆後処理を実行する。具体的には以下である。

図１１はクランキングトルク計算ロジックのサブルーチンを示すフローチャートであり、図１１(Ａ)は初爆前クランキングトルク計算ロジック、図１１(Ｂ)は初爆後クランキングトルク計算ロジックである。

なお初爆前クランキングトルク計算ロジックＳ３０は、ステップＳ３１〜Ｓ３３で構成されるが、これは第３実施形態(図７)のステップＳ３１〜Ｓ３３と同じであるので説明を省略する。

ステップＳ４６１においてコントローラ２０は、次式(7)に基づいてクランキングトルクＴｃを計算する。

ステップＳ４６２においてコントローラ２０は、計算したクランキングトルクＴｃが出力可能最大値Ｔｃ1maxを超えているか否かを判定する。超えていればステップＳ４７３へ処理を移行し、超えていなければ一旦処理を抜ける。

ステップＳ４７３においてコントローラ２０は、出力可能最大値Ｔｃ1maxをクランキングトルクＴｃとして設定する。

本実施形態によれば、エンジン初爆後は燃焼トルク分を減算してモータのトルクを発生させるようにしたので、バッテリ電力の消費量をさらに低減できる。また膨張行程においても十分な回転速度が出ていることを判定する初爆判定回転速度Ｎ１を超えたら、初爆前制御→初爆後制御の切り替えを行い、圧縮行程において初爆の可能性のある最低回転速度Ｎ０を下回らなければ、初爆後制御→初爆前制御の切り替えは行わないようにし、Ｎ１とＮ０との差が、１行程内の膨張時最高回転数と圧縮時最低回転数との差よりも大きく(すなわち、Ｎ１−Ｎ０＞１行程内の膨張時最高回転数−圧縮時最低回転数)したので、初爆前制御←→初爆後制御の切り替えによるハンチングを防止できる。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

例えば、第２実施形態においてはエンジン油温を検出するようにしているが、エンジン油温はエンジン水温とほぼ等しい。そこで第２実施形態においてもエンジン油温に代えてエンジン水温に基づいてエンジンフリクションＴｆを計算するようにしてもよい。

また第２実施形態においてはエンジン回転速度Ｎｒに基づいてエンジンフリクションＴｆを計算しているが、エンジン回転速度が低速度(初爆以下の速度)ではエンジンフリクションの変化が小さい。そこでエンジン回転速度Ｎｒに代えて目標クランキング回転速度Ｎｔに基づいてエンジンフリクションＴｆを計算するようにしてもよい。

また第３実施形態においては、クランキング軸出力が一定となるようにクランキングトルクを計算しているが、モータ回転速度に対する電力損失変動が大きい場合は、等電力となるようにクランキングトルクを計算してもよい。

本発明によるエンジン始動制御装置の基本構成を示すブロック図である。 本発明によるエンジン始動制御装置の第１実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。 コントローラの第１実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。 本発明によるエンジン始動制御装置の第２実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。 コントローラの第２実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。 本発明によるエンジン始動制御装置の第３実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。 コントローラの第３実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。 本発明によるエンジン始動制御装置の第４実施形態におけるクランキングトルク計算手段を説明するブロック図である。 第４実施形態のポイントを説明する図である。 コントローラの第４実施形態のクランキングトルク計算ロジックを示すフローチャートである。 クランキングトルク計算ロジックのサブルーチンを示すフローチャートである。

符号の説明

１ エンジン始動制御装置
１１；ステップＳ１１ エンジン回転速度検出手段
１２ スタータモータ
２０；ステップＳ１３〜Ｓ１６、Ｓ２１〜Ｓ２２、Ｓ３０、Ｓ４６ クランキングトルク計算手段
２３；ステップＳ２１ フリクション計算部(フリクション計算手段)
５０ エンジン
ステップＳ４５ トルク計算切替部

Claims (10)

1. スタータモータでエンジンをクランキングして始動するエンジン始動制御装置であって、
   前記エンジンの回転速度を検出するエンジン速度検出手段と、
   前記検出エンジン回転速度が大きいほど、前記スタータモータのクランキングトルクを小さく計算するクランキングトルク計算手段と、
   を備えるエンジン始動制御装置。
2. クランキング時の目標回転速度を設定する目標クランキング回転速度手段をさらに備え、
   前記クランキングトルク計算手段は、前記検出エンジン回転速度と前記目標クランキング回転速度との偏差が小さいほど前記クランキングトルクを小さく計算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
3. 前記目標クランキング回転速度手段は、想定しうる最も厳しい環境条件でも初爆を確保できる回転速度を目標クランキング回転速度として設定する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動制御装置。
4. 前記クランキングトルク計算手段は、エンジンをクランキングするときのクランキング軸出力が一定になるように、前記検出エンジン回転速度が大きいほど、前記スタータモータのクランキングトルクを小さく計算する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
5. 前記クランキングトルク計算手段は、
   エンジン初爆前にエンジンをクランキングするときのクランキング軸出力が一定になるように、前記検出エンジン回転速度が大きいほど、前記スタータモータのクランキングトルクを小さく計算する初爆前トルク計算部と、
   エンジン初爆後にエンジンの燃焼によって発生する燃焼トルクを、エンジン初爆前に必要なクランキングトルクから減算して、前記検出エンジン回転速度が大きいほど、前記スタータモータのクランキングトルクを小さく計算する初爆後トルク計算部と、
   を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
6. 前記クランキングトルク計算手段は、前記検出エンジン回転速度が、膨張行程において初爆に十分な回転速度を超えるまでは、前記初爆前トルク計算部で前記スタータモータのクランキングトルクを計算し、その回転速度を超えたら前記初爆後トルク計算部で前記スタータモータのクランキングトルクを計算するように、トルク計算部を切り替えるトルク計算切替部をさらに備える、
   ことを特徴とする請求項５に記載のエンジン始動制御装置。
7. 前記トルク計算切替部は、圧縮行程において初爆の可能性のある最低回転速度を下回らなければ、前記初爆前トルク計算部に切り替えることなく前記初爆後トルク計算部で前記スタータモータのクランキングトルクを計算する、
   ことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のエンジン始動制御装置。
8. 前記クランキングトルク計算手段は、前記検出エンジン回転速度が所定値よりも小さいときには、前記スタータモータのクランキングトルクを一定値に固定する、
   ことを特徴とする請求項４から請求項７までのいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
9. エンジンフリクションを計算するフリクション計算手段をさらに備え、
   前記クランキングトルク計算手段は、前記エンジンフリクションが大きいほど前記クランキングトルクを大きく計算する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項８までのいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
10. 前記フリクション計算手段は、エンジンの油温又は水温が小さいほどエンジンフリクションを大きく計算する、
    ことを特徴とする請求項９に記載のエンジン始動制御装置。

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