JP2010216381A

JP2010216381A - 内燃機関始動装置

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Publication number: JP2010216381A
Application number: JP2009064382A
Authority: JP
Inventors: Yukihiro Fukushima; 幸裕福嶋; Toshihiro Shibata; 智弘柴田
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2009-03-17
Filing date: 2009-03-17
Publication date: 2010-09-30
Anticipated expiration: 2029-03-17
Also published as: JP5311647B2

Abstract

【課題】インバータを用いない場合であっても、確実な内燃機関の始動と消費燃料の低減の両立が可能な内燃機関始動装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１０を始動する電動機２０と電動機２０に電力を供給する蓄電器３０とを含む始動デバイスと、始動デバイスの状態を検出する状態検出部と、状態検出部の検出結果に基づいて、電動機２０の実回転数を検出する回転数検出部２０ｒと、電動機２０が内燃機関１０を始動する際の電動機２０の目標回転数を導出し、電動機２０の実回転数が目標回転数に到達した以降、内燃機関１０への燃料噴射を許可するＥＣＵ４０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を始動する内燃機関始動装置に関する。

従来の車両（例えばガソリン車両）では、スタータモータを用いて内燃機関を始動することが行われている。この車両では、車両にイグニッションキーを差し込んで回すと接点が入り、スタータモータが回転を開始し、スタータモータの回転開始と同時に内燃機関が始動するようになっている。

また、他の従来の車両（例えばハイブリッド車両）では、高圧モータを用いて内燃機関を始動することが行われている。この車両では、内燃機関の冷却水温度、吸気温度に応じて高圧モータの目標回転数を決定し、目標回転数もしくは目標負圧に応じて、内燃機関を始動するようになっている（例えば、特許文献１参照）。したがって、内燃機関の回転数を上昇させて負圧を用いて燃料噴射を行うので、燃料消費量を低減することができる。

特開２０００−１８６６５４号公報

しかしながら、従来のスタータモータを用いて内燃機関を始動する車両では、スタータモータが全く制御されていないため、スタータモータの回転開始と同時に燃料噴射を開始するとき、内燃機関において確実に燃料が燃焼するように燃料を通常運転時よりも多く使用するため、消費燃料が多くなる。

また、従来の高圧モータを用いて内燃機関を始動する車両では、高圧モータへ電力を供給する蓄電器の温度は参照しているが、蓄電器の充電状態（ＳＯＣ：State Of Charge）や電圧に依存せずに一定トルクを出力するために、スイッチング素子を用いた高価なインバータが必要となる。一方、この高価なインバータを用いず、例えばブラシモータやインバータを必要としないモータを使用すると、高圧モータに印加される電圧によって回転数上昇度や到達可能な回転数が異なる。つまり、所望のトルク出力を行うことができず、モータの回転数にバラツキが生じることになる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、インバータを用いない場合であっても、確実な内燃機関の始動と消費燃料の低減の両立が可能な内燃機関始動装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決して係る目的を達成するために、請求項１に記載の発明の内燃機関始動装置は、内燃機関（例えば、実施形態での内燃機関１０）を始動する電動機（例えば、実施形態での電動機２０）と、前記電動機に電力を供給する蓄電器（例えば、実施形態での蓄電器３０）と、を含む始動デバイスと、前記始動デバイスの状態（例えば、実施形態での蓄電器３０の電圧）を検出する状態検出部（例えば、実施形態での電圧検知部３０ｖ）と、前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記電動機が前記内燃機関を始動する際の前記電動機の目標回転数を導出する目標回転数導出部（例えば、実施形態でのＥＣＵ４０）と、前記電動機の実回転数を検出する実回転数検出部（例えば、実施形態での回転数検出部２０ｒ）と、前記実回転数検出部によって検出された前記実回転数が前記目標回転数導出部によって導出された前記目標回転数に到達した以降、前記内燃機関への燃料噴射を許可する燃料噴射制御部（例えば、実施形態でのＥＣＵ４０）と、を備えることを特徴とする。

さらに、請求項２に記載の発明の内燃機関始動装置は、前記状態検出部の検出結果に前記始動デバイスの複数の状態値が含まれるとき、前記目標回転数導出部が、前記複数の状態値の各々に基づいて、前記電動機の目標回転数をそれぞれ導出し、前記燃料噴射制御部が、前記目標回転数導出部が導出した複数の目標回転数のうち最も低い目標回転数に前記実回転数が到達した以降、前記内燃機関への燃料噴射を許可することを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明の内燃機関始動装置は、前記複数の状態値が、前記電動機の温度、前記蓄電器の温度、及び前記蓄電器の電圧の少なくとも２つの値であることを特徴とする。

さらに、請求項４に記載の発明の内燃機関始動装置は、当該内燃機関始動装置が、前記電動機及び前記内燃機関の少なくとも一方からの動力によって走行する車両に搭載されることを特徴とする。

請求項１に記載の発明の内燃機関始動装置によれば、インバータを用いない場合であっても、確実な内燃機関の始動と消費燃料の低減の両立が可能である。

請求項２に記載の発明の内燃機関始動装置によれば、複数の目標回転数の候補のうち最も低い候補を正式な目標回転数として選択することで、より消費燃料の低減を図ることができる。

請求項３に記載の発明の内燃機関始動装置によれば、電動機の実回転数に影響を与える状態値を検出することで、最適な目標回転数を選択することができる。

請求項４に記載の発明の内燃機関始動装置によれば、当該内燃機関始動装置が搭載された車両が、高価なインバータを用いずに、確実な内燃機関の始動を実現できるとともに、消費燃料の低減を実現することが可能である。

本発明の実施形態における車両の主要な構成の一例を示すブロック図本発明の実施形態における電動機の回路構成の一例を示す図本発明の実施形態におけるＥＣＵが蓄電器の電圧を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャート本発明の実施形態における蓄電器の電圧と目標回転数との関係の一例を示す図本発明の実施形態におけるＥＣＵが蓄電器の温度を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャート本発明の実施形態におけるＥＣＵが電動機の温度を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャート本発明の実施形態におけるＥＣＵが電動機及び蓄電器を含む始動デバイスの状態値を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャート本発明の実施形態におけるＥＣＵが内燃機関を始動する際の動作の一例を示すフローチャート本発明の実施形態における内燃機関への燃料噴射状態、電動機の駆動状態、及び電動機の実回転数の状態遷移の一例を示す図

本発明の実施形態における内燃機関始動装置について、図面を参照しながら以下に説明する。

本実施形態の車両は、ＨＥＶ（Hybrid Electrical Vehicle：ハイブリッド電気自動車）つまりハイブリッド車両であり、当該車両は、電動機及び／又は内燃機関の駆動力によって走行する。以下、電動機（例えば発電電動機）の駆動軸は、内燃機関の駆動軸に直結されていない状態を想定しているが、直結されている状態であっても同様の効果が得られる。

図１は、本発明の実施形態における車両の主要な構成の一例を示すブロック図である。図１に示す車両１は、内燃機関（エンジン）１０、電動機（モータ）２０、蓄電器（バッテリ）３０、ＥＣＵ（Electric Control Unit）４０を備える。車両１の一部もしくは全体が、内燃機関始動装置としての機能を有する。

内燃機関１０は、原動機として動作するものであり、ＥＣＵ４０からの燃料噴射指令及び点火指令に応じて、インジェクタから噴射供給される燃料を燃焼することで、動力（トルク）を発生する。また、不図示の水温検出部により、内燃機関１０の冷却水温度を検知する。また、不図示の回転数検出部により、内燃機関１０の回転数を検出する。

電動機２０は、例えば発電電動機であり、内燃機関１０を始動する。電動機２０の内部構成の詳細については後述する。また、ＥＣＵ４０からのトルク指令値に基づいて電動機２０が駆動することで、車両１は電動走行を行う。また、内燃機関１０と発電機２０との間では、ベルト伝達により動力が伝達される。また、第２温度検知部２０ｔは、電動機２０の温度を検知する。また、回転数検出部２０ｒは、電動機２０の実際の回転数（実回転数）を検出する。

蓄電器３０は、直列に接続された複数の蓄電セルを有し、例えば１００〜２００Ｖの高電圧を供給する高圧バッテリであり、例えばリチウムイオン電池などの蓄電池が搭載されている。また、蓄電器３０は、電動機２０へ電力を供給する。また、第１温度検知部３０ｔは、蓄電器３０の温度を検知する。また、電圧検知部３０ｖは、蓄電器３０の端子間電圧を検知する。

ＥＣＵ４０は、第２温度検知部２０ｔにより検出される電動機２０の温度、第１温度検知部３０ｔにより検知される蓄電器３０の温度、及び電圧検知部３０ｖにより検出される蓄電器３０の電圧の少なくとも１つに基づいて、電動機２０が内燃機関１０を始動する際の電動機２０の目標回転数を導出する。ここで、「導出する」とは、上記温度及び電圧の少なくとも１つから目標回転数が一意に定まるマップをあらかじめ図示しない記憶部に用意しておき、当該マップを参照することで目標回転数を取得すること、また、上記温度及び電圧の少なくとも１つから目標回転数を演算により求めることの双方を含む。また、ＥＣＵ４０は、回転数検出部２０ｒにより検出された実回転数が導出された目標回転数に到達した以降、インジェクタから内燃機関１０への燃料噴射及び点火を許可する。

また、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０からの内燃機関１０の回転数及び冷却水温度の情報に応じて、内燃機関１０に対して燃料噴射指令、点火指令を送り、内燃機関１０の制御を行う。また、ＥＣＵ４０は、電動機２０からの電動機１０の実回転数、トルク実行値、及び電動機２０の温度の情報、蓄電器３０からの蓄電器３０の電圧及び温度の情報に基づいて、電動機２０に対してトルク指令値を送り、電動機２０の駆動制御を行う。

次に、電動機２０の構成の詳細について説明する。
電動機２０は、インバータを必要としない電動機であり、例えば相切替による発電電動機である。図２は、電動機２０の回路構成の一例を示す図である。

図２に示す電動機２０は、３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）の直流モータであり、図示しない相切替制御部が、図示しない回転角度検出部により検知される電動機２０の回転角度に応じて、通電する相のみ電流が流れるようスイッチ群２１（半導体スイッチ群）のオンオフを制御する。この電動機２０では、オームの法則により、電動機２０への供給電圧となる蓄電器３０の電圧に応じて、各相を流れる電流が決定される。また、当該電流の大きさにより電動機２０により発生するトルク出力が決定され、当該トルク出力により電動機２０の実回転数が決定される。

したがって、蓄電器３０の電圧が変化する場合、電動機２０の実回転数も必然的に変化する。また、蓄電器３０の温度が変化する場合、蓄電器３０の内部抵抗値が変化して蓄電器３０の出力電圧が変化するため、電動機２０の実回転数も必然的に変化する。また、電動機２０の温度が一定でない場合、電動機２０の負荷抵抗部２２の抵抗値が変化するため、各相を流れる電流が変化し、電動機２０の実回転数も必然的に変化する。

このように、本実施形態の車両１は、電動機２０や蓄電器３０の状態に応じて電動機２０の実回転数が変化することになるが、本実施形態のＥＣＵ４０による目標回転数の導出及び内燃機関の始動制御を行うことで、高価なインバータを備えなくても、適正な目標回転数を設定することができ、確実な内燃機関１０の始動を行うとともに消費燃料の低減を図ることができる。

次に、ＥＣＵ４０が目標回転数を導出する際の動作について説明する。
図３は、ＥＣＵ４０が蓄電器３０の電圧を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャートである。図３の処理では、ＥＣＵ４０は、蓄電器３０の電圧に基づいて、目標回転数を所定のマップから検索する（ステップＳ１１）。ここで、所定のマップには、蓄電器３０の電圧から目標回転数が一意に定まる情報（例えば１対１に対応する情報）が含まれている。なお、当該マップでは、目標回転数は、所定の目標上限値及び所定の目標下限値の間となるように記述されている（図９参照）。なお、ＥＣＵ４０が、蓄電器３０の電圧に基づいて、目標回転数を演算により求めてもよい。図３の処理により、蓄電器３０の状態（電圧）に応じて、適正な電動機２０の目標回転数を設定することが可能となる。

ここで、図４は蓄電器３０の電圧と目標回転数との関係の一例を示す図である。電圧０〜ｖ１では低い目標回転数ｒ１で一定であるが、電圧ｖ１〜ｖ２の間では電圧が高くなるにつれ目標回転数が大きくなり、電圧がｖ２以上となると高い目標回転数ｒ２で一定となる。このように、電圧値に応じて適正な目標回転数を設定可能である。

図５は、ＥＣＵ４０が蓄電器３０の温度を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャートである。図５の処理では、ＥＣＵ４０は、蓄電器３０の温度に基づいて、目標回転数を所定のマップから検索する（ステップＳ２１）。ここで、所定のマップには、蓄電器３０の温度から目標回転数が一意に定まる情報（例えば１対１に対応する情報）が含まれている。なお、当該マップでは、目標回転数は、所定の目標上限値及び所定の目標下限値の間となるように記述されている（図９参照）。なお、ＥＣＵ４０が、蓄電器３０の温度に基づいて、目標回転数を演算により求めてもよい。図５の処理により、蓄電器３０の状態（温度）に応じて、適正な電動機２０の目標回転数を設定することが可能となる。

図６は、ＥＣＵ４０が電動機２０の温度を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャートである。図６の処理では、ＥＣＵ４０は、電動機２０の温度に基づいて、目標回転数を所定のマップから検索する（ステップＳ３１）。ここで、所定のマップには、電動機２０の温度から目標回転数が一意に定まる情報（例えば１対１に対応する情報）が含まれている。なお、当該マップでは、目標回転数は、所定の目標上限値及び所定の目標下限値の間となるように記述されている（図９参照）。なお、ＥＣＵ４０が、電動機２０の温度に基づいて、目標回転数を演算により求めてもよい。図６の処理により、電動機２０の状態（温度）に応じて、適正な電動機２０の目標回転数を設定することが可能となる。

図７は、ＥＣＵ４０が電動機２０及び蓄電器３０を含む始動デバイスの状態値を用いて目標回転数を導出する際の動作の一例を示すフローチャートである。図７の処理では、まずステップＳ１１、２１、３１と同様に、蓄電器３０の電圧に対応する目標回転数、蓄電器３０の温度に対応する目標回転数、電動機２０の温度に対応する目標回転数を検索し、これらの目標回転数を正式な目標回転数の候補とする。続いて、ＥＣＵ４０は、これらの候補のうち、回転数が最も低い候補を正式な目標回転数として選択する（ステップＳ４１）。このように、各検知部により検知された電圧及び温度に関する状態値（つまり電動機２０と蓄電器３０とを含む始動デバイスの１つの状態を示す状態値）が複数含まれるとき、ＥＣＵ４０が、複数の状態値の各々に基づいて、電動機２０の目標回転数をそれぞれ導出して候補とし、これらの候補の中から電動機２０の目標回転数が最も低くなる候補を正式な目標回転数として選択することで、更に消費燃料を低減できる。

次に、ＥＣＵ４０が内燃機関１０を始動する際の動作について説明する。
図８はＥＣＵ４０が内燃機関１０を始動する際の動作の一例を示すフローチャートである。

まず、初期状態として、ＥＣＵ４０は、インジェクタから内燃機関１０への燃料噴射を禁止している（ステップＳ５１）。続いて、ＥＣＵ４０は、回転数検出部２０ｒにより検出された実回転数が、図３、５、６、７に示したいずれかの方法で導出した目標回転数以上であるか否か判定する（ステップＳ５２）。実回転数が目標回転数以上である場合には、ＥＣＵ４０は、内燃機関１０への燃料噴射を許可する（ステップＳ５３）。一方、実回転数が目標回転数未満である場合には、実回転数が目標回転数以上となるまで、ステップＳ５２の処理を繰り返す。

図８の処理によれば、電動機２０の実回転数が目標回転数に到達するまで燃料噴射を禁止するため、確実に内燃機関１０の始動を行うために実回転数が低い状態で多量の燃料噴射を行うことを回避できる。

次に、内燃機関１０への燃料噴射状態、電動機２０の駆動状態、電動機２０の回転数の状態遷移について説明する。
図９は内燃機関１０への燃料噴射状態、電動機２０の駆動状態、電動機２０の回転数の状態遷移の一例を示す図である。

まず、時刻ｔ１において、ＥＣＵ４０は、電動機２０が駆動を開始するよう制御する。電動機２０は、駆動を開始することで回転数が上昇する。動力が伝達される内燃機関１０についても回転数が同様に上昇する。

続いて、時刻ｔ２において、ＥＣＵ４０は、電動機２０の実回転数が目標回転数に到達したとき、インジェクタから内燃機関１０への燃料噴射を許可する。このように、供給された燃料の燃焼により内燃機関１０の回転数を上昇させるのではなく、電動機２０の実回転数を目標回転数まで上昇させてから燃料噴射を開始することで、図９の斜線塗りつぶし部分Ｌ１の燃料消費を低減することが可能である。

続いて、時刻ｔ３において、ＥＣＵ４０は、電動機２０の実回転数が内燃機関が完全に始動した状態となる完全始動回転数に到達したとき、電動機２０の駆動を停止するよう制御する。なお、この完全始動回転数は目標上限値よりも大きい。

このような車両１の内燃機関１０を始動する内燃機関始動装置によれば、高価なインバータを設けることなく、確実な内燃機関１０の始動と消費燃料の低減の両立が可能である。

また、上記説明した車両と車両形態が異なるものであっても、本実施形態の内燃機関始動装置と同様の効果が得られる車両であれば適用可能である。

本発明は、インバータを用いない場合であっても、確実な内燃機関の始動と消費燃料の低減の両立が可能な内燃機関始動装置等に有用である。

１車両
１０内燃機関
２０電動機
２０ｔ第２温度検知部
２０ｒ回転数検出部
３０蓄電器
２０ｔ第１温度検知部
２０ｖ電圧検知部
４０ＥＣＵ

Claims

内燃機関を始動する電動機と、前記電動機に電力を供給する蓄電器と、を含む始動デバイスと、
前記始動デバイスの状態を検出する状態検出部と、
前記状態検出部の検出結果に基づいて、前記電動機が前記内燃機関を始動する際の前記電動機の目標回転数を導出する目標回転数導出部と、
前記電動機の実回転数を検出する実回転数検出部と、
前記実回転数検出部によって検出された前記実回転数が前記目標回転数導出部によって導出された前記目標回転数に到達した以降、前記内燃機関への燃料噴射を許可する燃料噴射制御部と、
を備える内燃機関始動装置。
請求項１に記載の内燃機関始動装置であって、
前記状態検出部の検出結果に前記始動デバイスの複数の状態値が含まれるとき、
前記目標回転数導出部は、前記複数の状態値の各々に基づいて、前記電動機の目標回転数をそれぞれ導出し、
前記燃料噴射制御部は、前記目標回転数導出部が導出した複数の目標回転数のうち最も低い目標回転数に前記実回転数が到達した以降、前記内燃機関への燃料噴射を許可する
内燃機関始動装置。
請求項２に記載の内燃機関始動装置であって、
前記複数の状態値は、前記電動機の温度、前記蓄電器の温度、及び前記蓄電器の電圧の少なくとも２つの値である内燃機関始動装置。
請求項１ないし３のいずれか１項に記載の内燃機関始動装置であって、
当該内燃機関始動装置は、前記電動機及び前記内燃機関の少なくとも一方からの動力によって走行する車両に搭載される内燃機関始動装置。