JP2012031820A - Engine stop start control device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン停止始動制御装置に関するものである。 The present invention relates to an engine stop / start control device.
従来、例えばアクセル操作やブレーキ操作などといった停車又は発進のための動作等を検知してエンジンの自動停止及び自動再始動を行う、所謂アイドルストップ機能を備えるエンジン制御システムが知られている。このアイドルストップ制御により、エンジンの燃費低減等の効果を図っている。 2. Description of the Related Art Conventionally, there is known an engine control system having a so-called idle stop function that detects an operation for stopping or starting such as an accelerator operation or a brake operation to automatically stop and restart an engine. By this idle stop control, effects such as engine fuel consumption reduction are achieved.
エンジンを再始動させる場合、ドライバビリティ向上等の観点からすると、再始動要求があった後できるだけ速やかにエンジンを始動させるのが望ましく、そのための技術が種々提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1には、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に再始動要求があった場合、エンジンの回転が完全に停止するのを待たずに、スタータを用いてエンジンのクランキングを行うことが開示されている。この特許文献1では、再始動要求があった時点(図4のt2)でモータに調速通電を行ってピニオンを回転させ、その後、ピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期した時点でピニオンをリングギヤに噛み合わせる。これにより、できるだけ速やかにエンジンを運転状態に復帰させるようにしている。また、ピニオンとリングギヤとが回転同期した時点で両者の噛み合いを行うことにより、噛み合い音の抑制やピニオンの磨耗の抑制等を図っている。
When restarting the engine, from the viewpoint of improving drivability, it is desirable to start the engine as soon as possible after a restart request, and various techniques have been proposed for that purpose (see, for example, Patent Document 1). ). In
しかしながら、上記特許文献1では、再始動要求のタイミングでスタータの通電を行うため、再始動要求時のエンジン回転速度が高い場合には、ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度とが同期するまでの時間が長くなり、モータの通電時間が長くなることが懸念される。また、ピニオンとリングギヤとを回転同期させるのに際し、モータの調速制御を行う必要があり、エンジン再始動時のスタータ駆動制御が複雑になるおそれがある。
However, in
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを簡単な制御でありながら適正なタイミングで実施することができるエンジン停止始動制御装置を提供することを主たる目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and provides an engine stop / start control device capable of performing engagement of a pinion and a ring gear at an appropriate timing while being simple control. Main purpose.
本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。 The present invention employs the following means in order to solve the above problems.
本発明は、エンジンの出力軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせる噛み合い手段と、電源からの電力供給により回転し前記ピニオンに回転力を付与するモータとを備えるスタータを用いてクランキングが実施されるエンジンに適用され、所定の自動停止条件が成立した場合に前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立した場合に前記スタータによるクランキングを実施して前記エンジンを再始動するエンジン停止始動制御装置に関するものである。 The present invention performs cranking using a starter that includes a meshing means for meshing a pinion with a ring gear connected to an output shaft of an engine, and a motor that rotates by supplying power from a power source and applies a rotational force to the pinion. The engine is automatically stopped when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and after the automatic stop condition is satisfied, cranking is performed by the starter when a predetermined restart condition is satisfied. The present invention relates to an engine stop / start control device that restarts the engine.
請求項1に記載の発明は、前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に前記再始動条件が成立した場合に、噛み合わせ点における前記ピニオンと前記リングギヤとの各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が電力供給に伴い上昇可能な最大回転速度に到達する前に所定値以下になるように前記モータの通電タイミングを制御するモータ制御手段と、前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になったタイミングで、前記噛み合い手段により前記ピニオンと前記リングギヤとを噛み合わせる噛み合い制御手段と、を備えることを特徴とする。 According to the first aspect of the present invention, when the restart condition is satisfied during a period when the engine rotation speed when the engine is automatically stopped, the teeth of the pinion and the ring gear pass at the meshing point. Motor control means for controlling the energization timing of the motor so that the difference in speed becomes equal to or less than a predetermined value before the motor rotation speed reaches the maximum rotation speed that can be increased with power supply; and the passing speed of each tooth And a meshing control means for meshing the pinion and the ring gear by the meshing means at a timing when the difference between them becomes equal to or less than the predetermined value.
要するに、上記構成では、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間中に再始動条件が成立した場合、モータ回転速度が通電開始によって上昇可能な最大回転速度に到達する前の回転上昇期間でピニオンとリングギヤとの各歯の通過速度を略一致させるべくモータ通電を開始し、両者の各歯の通過速度が略一致したタイミングでピニオンとリングギヤとを噛み合わせる。この構成によれば、モータの通電を開始してからピニオンとリングギヤとの各歯の通過速度が略一致するまでの間に、モータ回転速度を最大回転速度で保持する期間を設ける必要がないため、モータ通電時間が必要以上に長くなるのを抑制することができる。 In short, in the above-described configuration, when the restart condition is satisfied during the engine rotation speed decrease period when the engine is automatically stopped, the rotation increase period before the motor rotation speed reaches the maximum rotation speed that can be increased by the start of energization. Then, the motor energization is started so that the passing speeds of the teeth of the pinion and the ring gear substantially coincide with each other, and the pinion and the ring gear are engaged with each other at the timing when the passing speeds of the respective teeth of the both are substantially the same. According to this configuration, since it is not necessary to provide a period for maintaining the motor rotation speed at the maximum rotation speed after the energization of the motor is started until the passage speeds of the teeth of the pinion and the ring gear substantially coincide with each other. The motor energization time can be suppressed from becoming longer than necessary.
しかも、本発明者は、モータ通電時におけるモータ回転速度の推移に着目し、モータ回転速度が最大回転速度に到達するまでの回転上昇期間では、最大回転速度に到達した後よりも、スタータ温度等の相違によるモータ回転速度のばらつきが小さいという知見を得た。つまり、モータ回転速度が最大回転速度に到達する前に噛み合いを実施する本構成によれば、モータの通電タイミングを制御することにより、スタータ状態の相違に起因するピニオン回転速度のばらつきが小さい領域で両者の噛みあわせを実施することができる。したがって、上記構成によれば、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを、比較的簡単な制御でありながら適正なタイミングで実施することができる。 In addition, the present inventor pays attention to the transition of the motor rotation speed when the motor is energized, and the starter temperature, etc. is higher in the rotation increase period until the motor rotation speed reaches the maximum rotation speed than after reaching the maximum rotation speed. It was found that the variation in the motor rotation speed due to the difference in the motor was small. In other words, according to the present configuration in which meshing is performed before the motor rotation speed reaches the maximum rotation speed, by controlling the motor energization timing, the pinion rotation speed variation due to the difference in the starter state is small. The both can be engaged. Therefore, according to the above configuration, the engagement of the pinion and the ring gear can be performed at an appropriate timing while being relatively simple control.
具体的には、請求項2に記載の発明のように、前記モータの時定数に基づいて前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出し、該算出したタイミングに基づいて前記通電タイミングを算出するとよい。この場合、例えば、モータの通電タイミングから、時定数+α(例えばα=10%)に相当する時間が経過したタイミング又はその経過前に、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせが実施されるようにモータの通電タイミングを制御するとよい。 Specifically, as in the second aspect of the invention, the timing at which the difference between the passing speeds of the teeth is equal to or less than the predetermined value is calculated based on the time constant of the motor, and based on the calculated timing. Thus, the energization timing may be calculated. In this case, for example, the engagement of the pinion and the ring gear is performed before or after the time corresponding to the time constant + α (for example, α = 10%) has elapsed from the energization timing of the motor. It is preferable to control the energization timing.
請求項3に記載の発明は、前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測する回転予測手段を備え、前記回転予測手段により予測した予測回転速度に基づいて、前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出する。 The invention according to claim 3 is provided with a rotation prediction means for predicting the engine rotation speed during the decrease in the engine rotation speed when the engine is automatically stopped, and the predicted rotation predicted by the rotation prediction means. Based on the speed, a timing at which the difference between the passing speeds of the teeth becomes equal to or less than the predetermined value is calculated.
エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測することにより、ピニオンとリングギヤとの各歯の通過速度の差が所定値以下になるタイミング、すなわち噛み合いタイミングを正確に定めることができる。また、噛み合いタイミングを正確に定めることができれば、モータの通電タイミングを適正なタイミングに設定することができ、その結果、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを、モータの通電開始後であって最大回転速度に到達する前に確実に行うことができる。 When the engine rotation speed is decreasing when the engine is automatically stopped, by predicting the engine rotation speed during the decrease, the timing at which the difference in the passing speed of each tooth between the pinion and the ring gear falls below a predetermined value, that is, meshing Timing can be determined accurately. In addition, if the meshing timing can be accurately determined, the motor energization timing can be set to an appropriate timing. As a result, the meshing between the pinion and the ring gear can be performed after the motor energization has started and the maximum rotational speed. Can be done reliably before reaching.
請求項4に記載の発明は、前記クランキングの際に前記ピニオンから前記リングギヤへの動力伝達を行わせるモータ回転速度範囲としてクランキング回転速度領域が定められており、モータ回転速度が前記クランキング回転速度領域を超える前に前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるように前記通電タイミングを制御する。 According to a fourth aspect of the present invention, a cranking rotational speed region is defined as a motor rotational speed range in which power is transmitted from the pinion to the ring gear during the cranking, and the motor rotational speed is determined by the cranking. The energization timing is controlled so that the difference between the passing speeds of the teeth is equal to or less than the predetermined value before exceeding the rotation speed region.
モータでは、モータ回転速度と出力トルクとが相反する関係にあり、モータ回転速度が高いほど、モータからピニオンへの伝達トルクが小さくなるといった特性がある(図6参照)。一方、クランキング時には、エンジン出力軸を回転させるのに十分なトルクをモータから出力する必要があり、例えばモータ無負荷状態で出力可能な回転速度よりも小さい回転速度領域(クランキング回転速度領域)でモータを駆動してピニオンを回転させる必要がある。したがって、クランキング回転速度領域よりも高い回転速度で噛み合わせを実施した場合には、その高回転状態ではエンジンの出力軸に十分な回転力を付与することができず、モータ回転速度をクランキング回転速度まで低下させる必要が生じる。 In the motor, the motor rotational speed and the output torque are in a contradictory relationship, and there is a characteristic that the higher the motor rotational speed, the smaller the torque transmitted from the motor to the pinion (see FIG. 6). On the other hand, at the time of cranking, it is necessary to output a torque sufficient to rotate the engine output shaft from the motor. For example, a rotational speed region (cranking rotational speed region) that is smaller than a rotational speed that can be output in a motor-free state. Therefore, it is necessary to rotate the pinion by driving the motor. Therefore, if meshing is performed at a higher rotational speed than the cranking rotational speed region, sufficient rotational force cannot be applied to the engine output shaft in the high rotational state, and the motor rotational speed is cranked. It is necessary to reduce the rotational speed.
その点、上記構成では、モータ回転速度がクランキング回転速度領域を超える前にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを実施するため、モータ回転速度を引き下げる必要がない。したがって、無駄な電力消費を抑制できるとともに、エンジン始動を速やかに実施することができる。 In that respect, in the above-described configuration, the pinion and the ring gear are engaged before the motor rotation speed exceeds the cranking rotation speed region, so that it is not necessary to reduce the motor rotation speed. Therefore, useless power consumption can be suppressed, and the engine can be started quickly.
以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、エンジン制御システムのエンジン停止始動制御装置に具体化している。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット(以下、ECUという)を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御、アイドルストップ制御等を実施する。この制御システムの全体概略を示す構成図を図1に示す。 DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the invention will be described with reference to the drawings. This embodiment is embodied in an engine stop / start control device of an engine control system. In the control system, fuel injection amount control, ignition timing control, idle stop control, and the like are performed with an electronic control unit (hereinafter referred to as ECU) as a center. FIG. 1 is a block diagram showing the overall outline of this control system.
図1において、スタータ10にはモータ11が設けられており、バッテリ12からの電力供給によりモータ11が回転駆動されるようになっている。モータ11の図示しない回転軸にはピニオン軸13が係合されており、そのピニオン軸13の一端において、ピニオン14が、ピニオン軸13とピニオン14との間で動力の伝達を断続するワンウエイクラッチ15と一体に支持されている。
In FIG. 1, a
ピニオン軸13は、軸16を中心に回動するレバー17の一端に支持されている。レバー17の他端には、コイル18及びプランジャ19により構成される第1ソレノイドSL1が配置されており、コイル18内に配置されたプランジャ19がレバー17によって支持されている。コイル18の非通電状態では、ピニオン14が、エンジン20の出力軸(クランク軸)21に連結されたリングギヤ22に対して非接触の状態で配置されている。
The
ピニオン14とリングギヤ22との非接触状態において、バッテリ12からコイル18に通電されると、その通電によりプランジャ19が軸線方向に移動し、更にその移動に伴いレバー17が軸16を中心に回動する。これにより、ピニオン14がリングギヤ22に向かう方向に押し出されて、ピニオン14とリングギヤ22とが噛み合わされる。
When the
また、ピニオン14とリングギヤ22とが噛み合わされた状態において、コイル18の通電が遮断されることにより、図示しないスプリングの付勢力によりピニオン軸13がリングギヤ22に向かう方向とは反対方向に変位する。このピニオン軸13の変位により、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合いが解除され、両者の接触状態が解除される。
Further, when the
スタータ10とバッテリ12との間にはIGスイッチ23が設けられており、ドライバの操作に基づくIGスイッチ23のオンにより、バッテリ12からスタータ10への通電が可能になる。また、コイル18とバッテリ12との間には、制御信号に基づいて第1ソレノイドSL1の通電/非通電を切り替えるSL1駆動リレー24が設けられており、モータ11とバッテリ12との間には、モータ11の電磁子に接続され接点の開閉により通電/非通電が切り替えられる第2ソレノイドSL2と、制御信号に基づいて第2ソレノイドSL2の通電/非通電を切り替えるSL2駆動リレー25とが設けられている。
An
その他、本システムには、エンジン20の所定クランク角毎に(例えば30°CA周期で)矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ31や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ32などの各種センサが設けられている。
In addition, the present system includes a
ECU40は、周知のマイクロコンピュータ等を備えてなる電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果等を入力し、それに基づいて燃料噴射量制御や点火時期制御、アイドルストップ制御などの各種エンジン制御や、スタータ10の駆動制御等を実施する。
The
上記のシステム構成において実施されるアイドルストップ制御について詳述する。アイドルストップ制御は、エンジン20のアイドル運転時に所定の停止条件が成立すると当該エンジン20を自動停止させるとともに、その後、所定の再始動条件が成立するとエンジン20を再始動させるものである。エンジン停止条件としては、例えば、アクセル操作量がゼロになったこと(アイドル状態になったこと)、ブレーキペダルの踏込み操作が行われたこと、車速が所定値以下まで低下したこと等の少なくともいずれかが含まれる。また、エンジン再始動条件としては、例えばアクセルの踏込み操作が行われたこと、ブレーキ操作量がゼロになったこと等の少なくともいずれかが含まれる。
The idle stop control performed in the above system configuration will be described in detail. The idle stop control is to automatically stop the
スタータ10の駆動制御について、ECU40は、SL1駆動リレー24のオン/オフ信号を出力する出力ポートP1と、SL2駆動リレー25のオン/オフ信号を出力する出力ポートP2とを備えている。この出力ポートP1,P2からの制御信号により、スタータ10の通電を自動的に(図示しないスタータスイッチの切り替え状態にかかわらず)行うことが可能になっている。また、これらの制御信号により、モータ11及びコイル18の通電状態をそれぞれ個別に切り替え可能になっている。
Regarding the drive control of the
また、本実施形態では、エンジン20を自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立した場合、モータ11によりピニオン14を回転させ、その回転したままの状態でピニオン14をリングギヤ22に噛み合わせるピニオン先回し制御を実施することとしている。
Further, in the present embodiment, when the engine restart condition is satisfied during the period when the engine rotation speed when the
図2は、ピニオン先回し制御を説明するためのタイムチャートである。図2では、エンジン自動停止条件が成立した後のエンジン回転速度Ne(ピニオン回転速度)の推移、及びモータ駆動時のピニオン回転速度Npの推移をそれぞれ示してある。図中のエンジン回転速度Neの推移を示す線のうち、実線は実回転速度を示し、破線はクランク角センサ31による測定値を示す。なお、図2において、回転速度の推移は、SL1駆動リレー24及びSL2駆動リレー25がオフの状態の場合をそれぞれ示してある。
FIG. 2 is a time chart for explaining the pinion advance control. FIG. 2 shows the transition of the engine rotational speed Ne (pinion rotational speed) after the engine automatic stop condition is satisfied, and the transition of the pinion rotational speed Np when the motor is driven. Of the lines indicating the transition of the engine rotation speed Ne in the figure, the solid line indicates the actual rotation speed, and the broken line indicates the value measured by the
エンジン自動停止条件の成立に伴い燃焼停止した後では、図2に示すように、エンジン回転速度Neは、シリンダ容積の増減変化に伴い増減変化しながら降下したり、あるいは直線的に降下したりして、やがてゼロに収束する。一方、ピニオン回転速度Npは、モータ特性により、バッテリ12からモータ11への電力供給の開始に伴い、回転開始当初において急速に立ち上がり、時間とともに回転速度の上昇速度が遅くなり、やがて最高到達回転速度Nmaxで一定になる。
After the combustion is stopped due to the establishment of the automatic engine stop condition, as shown in FIG. 2, the engine rotational speed Ne decreases or increases or decreases as the cylinder volume increases or decreases, or decreases linearly. Eventually it will converge to zero. On the other hand, the pinion rotation speed Np rises rapidly at the beginning of rotation with the start of power supply from the
エンジン回転速度の降下期間にエンジン再始動条件が成立した場合には、まず、タイミングt11でSL2駆動リレー25にオン信号を出力し、モータ11の通電を開始する。続いて、タイミングt12でSL1駆動リレー24にオン信号を出力する。これにより、ピニオン14が回転した状態のままリングギヤ22に向かって押し出され、その後、タイミングt13でピニオン14の歯部がリングギヤ22の歯部に噛み合わされ、ピニオン14からリングギヤ22への動力伝達が可能な状態になる。なお、タイミングt12〜t13までの時間は、ピニオン14の押し出しを開始してからピニオン14とリングギヤ22とが噛み合うまでに要する時間(噛み合い所要時間TA)に相当する。
When the engine restart condition is satisfied during the engine speed reduction period, first, an ON signal is output to the
モータ11の通電タイミングt11及びピニオン14の押出しタイミングt12について、本実施形態では、現時点よりも後の期間におけるエンジン回転速度Ne及びピニオン回転速度Npを予測し、その予測データに基づいて決定することとしている。例えば、現在、図2中のA点のタイミングであれば、まず、そのA点以降のエンジン回転降下軌道及びピニオン回転上昇軌道を予測する。次に、それらの予測データを用いて、ピニオン14とリングギヤ22との回転速度差が所定値以下となるタイミング(噛み合いタイミング)を算出する。そして、その噛み合いタイミング(t13)よりも噛み合い所要時間TAだけ前のタイミングを押出しタイミング(t12)とし、噛み合いタイミング(t13)よりも、ピニオン回転速度Npが噛み合い時の回転速度に到達するまでに要する時間だけ前のタイミングを通電タイミング(t11)として定めている。これにより、ピニオン回転速度Npとリングギヤ回転速度Nrとが略一致するタイミングで、両者の噛み合いが実施されるようにしている。
In the present embodiment, the energization timing t11 of the motor 11 and the push-out timing t12 of the
なお、本明細書では、便宜上、リングギヤ22の外周縁に設けられた歯の通過速度とピニオン14の外周縁に設けられた歯の通過速度とが所定値以下の状態を、リングギヤ22とピニオン14との回転速度差が所定値以下の状態(略一致した状態)と表現している。したがって、例えば、リングギヤ22の回転速度とピニオン14の回転速度とが等しいと表現した場合は、リングギヤ22の外周縁に設けられた歯の通過速度とピニオン14の外周縁に設けられた歯の通過速度とが等しい場合であり、ピニオン14の実際の回転速度はリングギヤ22の直径とピニオン14の直径との比に応じた回転速度となっている。例えば、ピニオン14とリングギヤ22との各歯の通過速度が等しいと表現した場合、リングギヤ22の直径がピニオン14の直径の10倍であれば、ピニオン14の実際の回転速度はリングギヤ22の実際の回転速度の10倍の回転速度になる。
In this specification, for the sake of convenience, the
エンジン回転降下軌道の予測方法としては、例えば、エンジン20のロストルク(フリクショントルク)、エンジン回転速度及びイナーシャをパラメータとして、シリンダ容積の増減変化に伴い増減変化するエンジン回転速度の降下軌道を予測する方法が挙げられる。あるいは、過去のエンジン回転速度(瞬時回転速度)をパラメータとして、現在以降のエンジン回転速度の減少変化の回転軌道を予測してもよい。
As a method for predicting the engine rotational descending trajectory, for example, a method for predicting the engine rotational speed descending trajectory that increases / decreases as the cylinder volume increases / decreases using the
また、ピニオン回転上昇軌道の予測方法としては、例えば、ピニオン14の回転上昇軌道を所定の時定数τの一次遅れモデルでモデル化した下記式(1)を用いる方法を用いることができる。
Np=Npmax{1−exp(−t/τ)} …(1)
Npはピニオン回転速度、Npmaxはピニオンの最高到達回転速度、tは時間を示す。
As a method for predicting the pinion rotation ascending trajectory, for example, a method using the following formula (1) obtained by modeling the rotation ascending trajectory of the
Np = Npmax {1-exp (-t / τ)} (1)
Np represents the pinion rotation speed, Npmax represents the maximum pinion rotation speed, and t represents time.
噛み合いタイミング(t13)について、本実施形態では、リングギヤ回転速度Nr(エンジン回転速度)がピニオン回転速度Npよりも高く(Nr>Np)、かつリングギヤ回転速度Nrとピニオン回転速度Npとの回転速度差が所定値α(例えば200rpm)未満(Nr−Np<α)となるタイミングとしている。「Nr>Np」の条件が成立する場合では、ワンウエイクラッチ15によってピニオン14が空転されるため、ピニオン14の回転はピニオン軸13に伝達されない。よって、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合い時において、ピニオン14の歯部とリングギヤ22の歯部との衝突を抑制することができ、これにより、噛み合い音やピニオン14の磨耗を好適に抑制できるからである。
Regarding the meshing timing (t13), in this embodiment, the ring gear rotational speed Nr (engine rotational speed) is higher than the pinion rotational speed Np (Nr> Np), and the rotational speed difference between the ring gear rotational speed Nr and the pinion rotational speed Np. Is a timing at which the value becomes less than a predetermined value α (for example, 200 rpm) (Nr−Np <α). When the condition “Nr> Np” is satisfied, the
次に、モータ11の通電タイミング(t11)について詳しく説明する。 Next, the energization timing (t11) of the motor 11 will be described in detail.
本発明者は、モータ通電のオフからオンへの切り替えに伴い、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達するまでの回転上昇期間では、最高到達回転速度に到達した後よりも、スタータ10の状態の相違に起因するモータ回転速度のばらつきが小さいという知見を得た。
In accordance with the switching from off to on of the motor energization, the inventor is in a state where the
図3は、モータ11の立ち上がり特性を示す図である。図中、(a)はスタータ温度ごとの立ち上がり特性を示し、(b)はバッテリ12の充電量(SOC)ごとの立ち上がり特性を示す。
FIG. 3 is a diagram illustrating the rising characteristics of the motor 11. In the figure, (a) shows the rising characteristic for each starter temperature, and (b) shows the rising characteristic for each charge amount (SOC) of the
図3において、モータ回転速度は、通電開始当初において急速に立ち上がり、やがて最高到達回転速度で一定となる。このとき、スタータ温度が低いほど、又はSOCが低いほど、モータ11の最高到達回転速度が低くなっている。また、回転速度が収束した状態では、スタータ温度又はSOCの相違によるモータ回転速度のばらつきが大きく、具体的には、例えば図3(a)において、収束後のタイミングtaでは、モータ回転速度のばらつきがΔN1となるのに対し、収束前のタイミングtbでは、モータ回転速度のばらつきがΔN1よりも小さいΔN2となっている。 In FIG. 3, the motor rotation speed rises rapidly at the beginning of energization and eventually becomes constant at the maximum rotation speed. At this time, the lower the starter temperature or the lower the SOC, the lower the maximum rotation speed of the motor 11. Further, in the state where the rotation speed has converged, the variation in the motor rotation speed due to the difference in the starter temperature or the SOC is large. Specifically, for example, in the timing ta after the convergence in FIG. Is equal to ΔN1, whereas at the timing tb before convergence, the variation in the motor rotation speed is ΔN2, which is smaller than ΔN1.
モータ回転上昇軌道の相違は、スタータ温度やSOCといったパラメータの他に、スタータ10の劣化によっても生じる。この場合、スタータ10の劣化が進行するほど、モータ11の最高到達回転速度が低くなり、その結果、モータ回転速度の収束後では、収束前に比べて、スタータの劣化程度の相違によるモータ回転速度のばらつきが大きくなってしまう。
The difference in the motor rotation rising trajectory occurs due to deterioration of the
このようなスタータ10の状態の相違によるモータ回転速度のばらつきは、ピニオン回転速度のばらつきに繋がる。また、スタータ10の状態によるピニオン回転速度のばらつきが大きいと、噛み合いタイミング(t13)の予測を正確に行うことができないことが考えられる。
Such a variation in the motor rotation speed due to the difference in the state of the
図4に、ピニオン回転速度Npの回転上昇軌道と噛み合いタイミングとの関係を示す。なお、図4では、スタータ温度ごとの立ち上がり特性を示している。図4に示すように、噛み合いタイミングtx〜tz、すなわち、ピニオン回転速度Npとリングギヤ回転速度Nrとが略一致するタイミングは、回転上昇軌道の相違に起因してスタータ温度に応じて異なり、スタータ温度が低いほど、噛み合いタイミングが遅くなっている。 FIG. 4 shows the relationship between the rotation rising trajectory of the pinion rotational speed Np and the meshing timing. FIG. 4 shows the rising characteristics for each starter temperature. As shown in FIG. 4, the meshing timings tx to tz, that is, the timing at which the pinion rotation speed Np and the ring gear rotation speed Nr substantially coincide with each other depends on the starter temperature due to the difference in the rotation ascending trajectory. The lower the is, the slower the meshing timing is.
噛み合いタイミング(t13)を正確に算出できない場合、噛み合いに適したタイミングでピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせを実施できないことが考えられる。かかる場合、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合い音が大きくなったり、噛み合いによる衝撃が生じたりすることが懸念される。特に、スタータ温度については、冷却水温センサ32により検出されるエンジン水温に基づいて予測可能であるものの、エンジン水温に基づく場合では、スタータ温度を精度良く予測できないおそれがある。また、スタータ温度検出用のセンサを別途設けることも考えられるが、その場合、部品数の増加やコスト増大などの問題が懸念される。このように、モータ立ち上がり特性のばらつきは温度による補正では解消しにくいという問題がある。
When the meshing timing (t13) cannot be calculated accurately, it is considered that the meshing of the
さらに、ピニオン先回し制御において、通電タイミングが早すぎる場合、例えばエンジン再始動条件の成立タイミングでモータ通電を開始する場合には、モータ回転速度を最高到達回転速度で待機させておく期間が生じることがある。かかる場合、モータ11の電力消費が必要以上に大きくなることが考えられる。 Further, in the pinion advance control, when the energization timing is too early, for example, when the motor energization is started at the timing when the engine restart condition is satisfied, there is a period in which the motor rotation speed is kept at the maximum reached rotation speed. There is. In such a case, it is considered that the power consumption of the motor 11 becomes larger than necessary.
そこで、本実施形態では、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立した場合、ピニオン14とリングギヤ22との各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達する前に所定値以下になるようにモータ11の通電タイミングを制御し、各歯の通過速度の差が所定値以下になったタイミングでピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせを実施することとしている。つまり、本制御では、モータ11のオン/オフの切り替えタイミングを制御し、モータ回転速度については成り行きで上昇させることにより、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせが適正なタイミングで実施されるようにしている。
Therefore, in this embodiment, when the engine restart condition is satisfied during a period when the engine rotation speed when the engine is automatically stopped, the difference between the passing speeds of the teeth of the
図5は、本実施形態のスタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ECU40により所定周期毎に実行される。
FIG. 5 is a flowchart illustrating a processing procedure of starter drive control according to the present embodiment. This process is executed by the
図5において、まずステップS11では、エンジン20を自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、肯定判定される場合には、ステップS12へ進む。
In FIG. 5, first, in step S11, it is determined whether or not an engine restart condition is satisfied during a period in which the engine speed when the
ステップS12では、モータ11の通電タイミング(t11)及びピニオン14の押出しタイミング(t12)を設定する(タイミング設定処理)。本実施形態では、噛み合いタイミング(t13)が、モータ回転速度Nmがその最高到達回転速度に到達する前のタイミングになるように、噛み合いタイミングを基準に、通電タイミング及び押出しタイミングを設定する。
In step S12, the energization timing (t11) of the motor 11 and the push-out timing (t12) of the
噛み合いタイミングについて、特に本実施形態では、モータ回転速度Nmが最高到達回転速度に到達する前の期間のうち、エンジン20のクランキングの際にピニオン14からリングギヤ22への動力伝達を行わせるモータ回転速度範囲(クランキング回転速度領域Ncr)を超える前としており、より詳しくは、モータ11の通電開始後であって最高到達回転速度に到達するまでの過程における時定数τに基づき設定したタイミングとしている。
With regard to the meshing timing, particularly in the present embodiment, the motor rotation for transmitting power from the
ここで、噛み合いタイミング(t13)を、クランキング回転速度に到達する前のタイミングとするのは以下の理由からである。 Here, the meshing timing (t13) is set to the timing before reaching the cranking rotation speed for the following reason.
すなわち、モータ11の特性は、図6に示すように、モータ回転速度とトルクとが相反する関係になっており、モータ回転速度が高いほど、モータ11からピニオン14への伝達トルクが小さくなる。また、エンジン20のクランキング時では、クランク軸21を回転させるのに十分なトルクをモータ11から出力する必要があるため、モータ無負荷状態で出力可能な回転速度Nmnよりも小さい回転速度範囲(クランキング回転速度領域Ncrに相当)でモータ11を駆動してピニオン14を回転させる必要がある。そのため、クランキング回転速度領域Ncrよりも高い回転速度までモータ11を回転させたとしても、その状態ではクランク軸21に十分な回転力を付与することができず、結局、モータ回転速度をクランキング回転速度まで低下させる必要が生じるからである。
That is, as shown in FIG. 6, the characteristics of the motor 11 are such that the motor rotation speed and the torque are in conflict with each other. The higher the motor rotation speed, the smaller the transmission torque from the motor 11 to the
図7は、タイミング設定処理のサブルーチンである。図7において、まずステップS21では、図示しない別ルーチンで予測した現時点以降のエンジン回転速度の降下軌道及びピニオン回転速度の上昇軌道の予測データを読み込む。続くステップS22では、読み込んだピニオン回転上昇軌道の予測データを用いて、噛み合いタイミングでのエンジン回転速度として噛み合い回転速度Neτを算出する。本実施形態では、予測データにおけるピニオン回転速度の最大値の例えば(63+α)%よりも小さい回転速度を噛み合い回転速度Neτとする。 FIG. 7 is a subroutine of timing setting processing. In FIG. 7, first, in step S21, prediction data of a descending trajectory of the engine rotational speed and an ascending trajectory of the pinion rotational speed predicted by another routine (not shown) is read. In the subsequent step S22, the meshing rotational speed Neτ is calculated as the engine rotational speed at the meshing timing using the read prediction data of the pinion rotation ascending trajectory. In the present embodiment, a rotational speed smaller than, for example, (63 + α)% of the maximum value of the pinion rotational speed in the prediction data is set as the meshing rotational speed Neτ.
ステップS23では、エンジン回転降下軌道の予測データを用いて、エンジン回転速度Neが噛み合い回転速度Neτに到達するタイミング(噛み合いタイミング)を算出し、ステップS24において、その噛み合いタイミングを基準にして、モータ11の通電タイミング(t11)及びピニオン14の押出しタイミング(t12)を算出する。このとき、モータ通電タイミングについては、時定数τに基づいて算出した時間、より具体的には、ピニオン回転速度が噛み合い回転速度Neτまで上昇するのに要する時間TBを考慮し、例えばその所要時間TBだけ噛み合いタイミングよりも前のタイミングとする。また、ピニオン押出しタイミングについては、噛み合いタイミングより噛み合い所要時間TAだけ前のタイミングとする。そして本処理を終了する。
In step S23, the timing at which the engine rotational speed Ne reaches the meshing rotational speed Neτ (meshing timing) is calculated using the predicted data of the engine rotational descending trajectory. In step S24, the motor 11 is used with reference to the meshing timing. The energization timing (t11) and the push-out timing (t12) of the
図5の説明に戻り、ステップS13では、モータ11の通電タイミング(t11)になったか否かを判定し、モータ通電タイミングになった場合には、ステップS14へ進み、SL2駆動リレー25にオン信号を出力し、第2ソレノイドSL2を通電オフからオンの状態に切り替える。これにより、モータ11が回転され、ピニオン14が回転される。
Returning to the description of FIG. 5, in step S13, it is determined whether or not the energization timing (t11) of the motor 11 has been reached. If the motor energization timing has been reached, the process proceeds to step S14, and the
ステップS15では、ピニオン14の押出しタイミング(t12)になったか否かを判定し、ピニオン押出しタイミングになった場合には、ステップS16へ進み、SL1駆動リレー24にオン信号を出力し、第1ソレノイドSL1を通電オフからオンの状態に切り替える。この通電切り替えに伴いプランジャ19が変位し、そのプランジャ19の変位に伴い、ピニオン軸13が、モータ11により回転力が付与された状態のままリングギヤ22に向かう方向に変位する。これにより、ピニオン14がリングギヤ22に噛み合わされ、エンジン20のクランキングが開始される。
In step S15, it is determined whether or not the push-out timing (t12) of the
ステップS17では、エンジン回転速度Neが始動回転速度Nef(例えば400〜500rpm)以上であるか否かを判定する。この始動回転速度Nefは、クランキング回転速度よりも所定速度だけ高い値に設定してある。そして、エンジン回転速度が始動回転速度Nef以上であることを条件にステップS18へ進み、SL1駆動リレー24及びSL2駆動リレー25にオフ信号を出力する。これにより、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせが解除され、モータ11の回転が停止される。
In step S17, it is determined whether or not the engine rotational speed Ne is equal to or higher than the starting rotational speed Nef (for example, 400 to 500 rpm). This starting rotational speed Nef is set to a value higher by a predetermined speed than the cranking rotational speed. Then, the process proceeds to step S18 on condition that the engine rotational speed is equal to or higher than the starting rotational speed Nef, and an off signal is output to the
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。 According to the embodiment described in detail above, the following excellent effects can be obtained.
エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立した場合、ピニオン14とリングギヤ22との各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達する前に所定値以下になるようにモータ11の通電タイミングを制御する構成としたため、スタータ10の状態の相違に起因するピニオン回転速度のばらつきが小さい領域で両者の噛みあわせを実施することができる。しかも、モータ11のオン/オフの切り替えタイミングを制御し、モータ回転速度については成り行きで上昇させることから、本構成によれば、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせを、比較的簡単な制御でありながら適正なタイミングで実施することができる。
If the engine restart condition is satisfied during the period when the engine speed decreases when the engine is automatically stopped, the difference in the passing speed of each tooth between the
また、モータ回転速度を最大到達回転速度で保持する期間を設ける必要がないため、モータ通電時間が必要以上に長くなるのを抑制することができる。 Moreover, since it is not necessary to provide a period for holding the motor rotation speed at the maximum reached rotation speed, it is possible to prevent the motor energization time from becoming longer than necessary.
モータ11の時定数τに基づいて、ピニオン14とリングギヤ22との各歯の通過速度の差が所定値以下になるタイミングを算出する構成としたため、スタータ10の状態の相違に起因するピニオン回転速度のばらつきがより小さい領域で両者の噛み合わせを実施することができる。
Since the timing at which the difference between the passing speeds of the teeth of the
エンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測し、その予測データに基づいて、ピニオン14とリングギヤ22との各歯の通過速度の差が所定値以下になるタイミングを算出する構成としたため、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合いに最適なタイミングを正確に定めることができる。また、噛み合いタイミングを正確に定めることにより、モータ11の通電タイミングを適正なタイミングに設定することができ、その結果、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせを、モータ11の通電開始後であって最大回転速度に到達する前に確実に行うことができる。
During the engine speed decrease period, the engine speed during the decrease is predicted, and the timing at which the difference between the passing speeds of the teeth of the
モータ回転速度がクランキング回転速度領域Ncrを超える前にピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせを実施する構成としたため、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせの実施前において、モータ回転速度を引き下げる必要がない。したがって、無駄な電力消費を抑制できるとともに、エンジン始動を速やかに実施することができる。
Since the engagement between the
(他の実施形態)
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the description of the above embodiment, and may be implemented as follows, for example.
・ピニオン14とリングギヤ22との噛み合いタイミングは、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達する前であればよく、例えば、エンジン20のクランキングの際にピニオン14からリングギヤ22に動力伝達するための回転速度(クランキング回転速度)に到達した後のタイミングとしてもよい。また、モータ11の通電タイミングから、モータ通電タイミングから時定数τを超えた後のタイミングを噛み合いタイミングとしてもよい。
The meshing timing of the
・上記実施形態では、コイル18の通電/非通電を制御するSL1駆動リレー24と、モータ11の通電/非通電を制御するSL2駆動リレー25とを有するスタータ10を本発明に適用する場合について説明したが、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせ解除とモータ11の回転停止とを独立して制御可能なスタータであればよく、例えば従来のスタータにおいてモータ通電制御用のリレーを設けたものを本発明に適用してもよい。すなわち、この構成では、図1のスタータ10における第2ソレノイドSL2に代えて、プランジャ19において、レバー17とは反対側の端部にモータ通電用の接点が設けられている。また、本構成では、モータ11とバッテリ12との間において、ECU40からの制御信号に基づいてオン/オフの切り替え可能なモータ通電制御用のリレーが設けられている。この構成においても、SL1駆動リレー24とモータ通電制御用のリレーとを個別に制御することにより、ピニオン14とリングギヤ22との噛み合わせ動作とモータ11の回転動作とを独立して制御可能である。
In the above embodiment, the case where the
10…スタータ、11…モータ、14…ピニオン、18…コイル(噛み合い手段)、20…エンジン、21…クランク軸、22…リングギヤ、24…SL1駆動リレー、25…SL2駆動リレー、40…ECU(モータ制御手段、噛み合い制御手段、回転予測手段)、SL1…第1ソレノイド(噛み合い手段)、SL2…第2ソレノイド。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
所定の自動停止条件が成立した場合に前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立した場合に前記スタータによるクランキングを実施して前記エンジンを再始動するエンジン停止始動制御装置において、
前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に前記再始動条件が成立した場合に、噛み合わせ点における前記ピニオンと前記リングギヤとの各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が電力供給に伴い上昇可能な最大回転速度に到達する前に所定値以下になるように前記モータの通電タイミングを制御するモータ制御手段と、
前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になったタイミングで、前記噛み合い手段により前記ピニオンと前記リングギヤとを噛み合わせる噛み合い制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置。 An engine in which cranking is performed using a starter that includes a meshing means for meshing a pinion with a ring gear connected to an output shaft of the engine, and a motor that rotates by supplying power from a power source and applies a rotational force to the pinion. Applied,
The engine is automatically stopped when a predetermined automatic stop condition is satisfied, and after the automatic stop condition is satisfied, when the predetermined restart condition is satisfied, cranking is performed by the starter to restart the engine. In the engine stop / start control device,
When the restart condition is satisfied during a period in which the engine rotation speed when the engine is automatically stopped decreases, the difference in the passing speed of each tooth between the pinion and the ring gear at the meshing point is the motor rotation speed. Motor control means for controlling energization timing of the motor so as to be equal to or less than a predetermined value before reaching the maximum rotation speed that can be increased with power supply;
Meshing control means for meshing the pinion and the ring gear by the meshing means at a timing when the difference between the passing speeds of the teeth becomes equal to or less than the predetermined value;
An engine stop / start control device comprising:
前記モータ制御手段は、前記回転予測手段により予測した予測回転速度に基づいて、前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出する請求項2に記載のエンジン停止始動制御装置。 A rotation prediction means for predicting the engine rotation speed during the descent of the engine rotation speed when the engine is automatically stopped;
3. The engine stop / start control device according to claim 2, wherein the motor control unit calculates a timing at which a difference between the passing speeds of the teeth becomes equal to or less than the predetermined value based on the predicted rotation speed predicted by the rotation prediction unit. .
前記モータ制御手段は、モータ回転速度が前記クランキング回転速度領域を超える前に前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるように前記通電タイミングを制御する請求項1乃至3のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。 A cranking rotational speed region is defined as a motor rotational speed range for performing power transmission from the pinion to the ring gear during the cranking,
The said motor control means controls the said electricity supply timing so that the difference of the passing speed of each said tooth may become below the said predetermined value, before a motor rotational speed exceeds the said cranking rotational speed area | region. The engine stop / start control device according to claim 1.
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