JP2012167626A - アイドルストップ制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】ブラシを介して給電されるスタータを駆動してエンジン自動停止・再始動を行わせる場合でも、確実にエンジン自動停止・再始動が行われるようにし得る装置を提供する。
【解決手段】ブラシ(21)を介して給電されるスタータ(11)を備え、第一の条件が成立したらエンジンを自動停止し、その後に第二の条件が成立したらスタータ(11)を用いてエンジンを再始動させるエンジン自動停止・再始動装置において、1回の始動時のブラシ摩耗量を算出する始動時ブラシ摩耗量算出手段(3)と、この1回の始動時のブラシ摩耗量を積算して総ブラシ摩耗量を算出する総ブラシ摩耗量算出手段(3)と、この総ブラシ摩耗量がスタータ(11)の駆動保証摩耗量以上となったときエンジンの自動停止を禁止するエンジン自動停止禁止手段(3)とを備える。
【選択図】図1

Description

この発明は第一の条件が成立したらエンジンを自動停止し、その後に第二の条件が成立したら前記スタータを用いてエンジンを再始動させるアイドルストップ制御装置の改良に関する。
スタータの総駆動回数Tがスタータの駆動保証回数以上となったときスタータの駆動が正常に行われない可能性があると判断し、エンジンの自動停止を禁止するものがある(特許文献1参照)。このものでは、手動始動時のスタータ駆動回数の積算値Cmと自動始動時のスタータ駆動回数の積算値Caとを別々に求めると共に、手動始動と自動始動の負荷の違いを考慮して、負荷割合をα:βを導入する。そして、スタータの総駆動回数Tを、
T=α×Cm+β×ca
の式により算出している。この場合、負荷割合α:βを決定する要因としてバッテリ電圧、エンジン冷間状態(エンジン水温、外気温)を挙げている。
特開2001−65440号公報
ところで、ブラシを介して給電されるスタータは、スタータを駆動するたびにブラシが摩耗していく。従って、ブラシ摩耗量を考慮してスタータの総駆動回数を求める必要がある。
しかしながら、上記特許文献1の技術では、スタータの耐久劣化に至る要因として、ピニオンギアとリングギアとのかみ合いによる摩耗を挙げるのみで、ブラシ摩耗量については言及されていない。
そこで本発明は、ブラシを介して給電されるスタータを駆動してエンジン自動停止・再始動を行わせる場合でも、確実にエンジン自動停止・再始動が行われるようにし得る装置を提供することを目的とする。
本発明のエンジン自動停止・再始動装置は、ブラシを介して給電されるスタータを備え、第一の条件が成立したらエンジンを自動停止し、その後に第二の条件が成立したら前記スタータを用いてエンジンを再始動させるものである。そして、1回の始動時のブラシ摩耗量を算出する始動時ブラシ摩耗量算出手段と、この1回の始動時のブラシ摩耗量を積算して総ブラシ摩耗量を算出する総ブラシ摩耗量算出手段と、この総ブラシ摩耗量が前記スタータの駆動保証摩耗量以上となったときエンジンの自動停止を禁止するエンジン自動停止禁止手段とを備えている。
本発明によれば、1回の始動時のブラシ摩耗量の総和である総ブラシ摩耗量に基づいてエンジンの自動停止を禁止するか否かを決定しているので、ブラシを介して給電されるスタータを駆動してエンジン自動停止・再始動を行わせる場合でも、確実にエンジン自動停止・再始動を行わせることができる。
本発明の第1実施形態のアイドルストップ制御装置の概略構成図である。 第1実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 第1実施形態のエンジン自動停止・再始動の処理を説明するためのフローチャートである。 第2実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。である。 第2実施形態のブラシ温度に対する増分の特性図である。 第3実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 始動時のバッテリ電圧の変化を示す特性図である。 第3実施形態の差電圧に対する増分の特性図である。 第4実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 第4実施形態のスタータ回転量に対する増分の特性図である。 第5実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 第6実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 第7実施形態のアイドルストップ制御装置の構成を示すブロック図である。 第7実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 第7実施形態のエンジン始動の処理を説明するためのフローチャートである。 第8実施形態のブラシ劣化フラグの設定を説明するためのフローチャートである。 第8実施形態の総駆動回数に対するブラシ摩耗量の特性図である。 第8実施形態の総駆動回数に対する総ブラシ摩耗量の特性図である。
(第1実施形態)
図1は本発明の第1実施形態のアイドルストップ制御装置の概略構成図である。このアイドルストップ制御装置は車両(図示しない)に搭載されている。
図1においてスタータ11は、モータ12とエンジン側との結合離脱を行うためのマグネットスイッチ13を備えており、このマグネットスイッチ13は、シフトレバー16を介してオーバランニングクラッチ17を図1の左右に移動させる。このとき、オーバランニングクラッチ17が図1の右方向に押し出されると、ピニオンギア18がリングギア19に噛み合い、モータ12の駆動力がリングギア19(エンジン側)に伝達される。
詳細には、マグネットスイッチ13は吸引コイル13aと保持コイル13bとを有し、スタータスイッチ2が投入されることにより、バッテリ1から吸引コイル13aと保持コイル13bとに矢印の方向に電流が流れる。すると、このとき発生する吸引力によりプランジャ13cが図1の左側へ移動し、シフトレバー16を介してピニオンギア18を押し出し、ピニオンギア18とリングギア19とが噛み合う。こうしてプランジャ13cが移動するとき、マグネットスイッチ13の主接点13dが閉じてバッテリ1からブラシ21を介してコンミテータ22(モータ12)に電流が流れモータ12が回転する。モータ12の回転に伴うトルクがピニオンギア18を介してリングギア19に伝達され、エンジンが始動する。
エンジン始動後、スタータスイッチ2をオフすると、プランジャ13cの吸引力が解消され、リターンスプリング14の付勢力によりプランジャ13cが元の位置に戻る。従って、マグネットスイッチ13の主接点13dが開いてモータ12への通電が遮断されると共に、ピニオンギア18とリングギア19とが離れる。
エンジンコントローラ3では、アクセルペダルの踏み込み量に応じて、燃料噴射弁4からの燃料供給と、点火プラグ5による点火時期とを制御するほか、燃費の一層の向上を目指して所定の条件が成立したときにエンジンの自動停止・再始動の処理を行う。このエンジンの自動停止・再始動の処理では、エンジンコントローラ3がドライバに代わってスタータ11を駆動するため、スタータスイッチ2と並列に常開の第2スタータスイッチ6を設けている。この第2スタータスイッチ6はエンジンコントローラ3からの指示に従って開閉される。
エンジンコントローラ3による車両停車中のエンジン自動停止は、エンジンの暖機運転完了後の車両停止中に車両停止中のエンジン自動停止許可条件(第一の条件)が成立したときに、燃料カットを行ってエンジンを自動停止させる。その後に車両停車中のエンジン自動停止解除条件(第二の条件)が成立したとき第2スタータスイッチ6を閉じてスタータ11を駆動しエンジンのクランキングを行いつつ燃料供給を再開してエンジンを再始動させるものである。エンジンを自動停止させている期間で燃料が消費されることがないので、燃費を向上させることができる。ここで、燃料カットとは、燃料噴射弁4からの燃料供給をカットすることをいう。
さて、図1では詳述していないが、スプリングによりブラシ21をコンミテータ22に押しつけるように構成している。これによって、ブラシ21とコンミテータ22との良好な接触を確保し、コンミテータ22の回転時にもブラシ21からコンミテータ22へと給電が効率的に行われる。このように、ブラシ21を介して給電されるスタータ11では、車両停車中のエンジン自動停止解除条件(第二の条件)が成立して駆動されるたびにブラシ21がわずかではあるが摩耗していく。具体的にはブラシ21のほうがコンミテータ22より材質が柔らかいので、ブラシ21のほうが摩耗しブラシ21の長さが短くなってゆく。
このため、ブラシ21を介して給電されるスタータ11を用いてエンジン自動停止・再始動を行わせるときには、総ブラシ摩耗量から定まるスタータ11の駆動保証回数N1を予め定めておき、スタータ11の総駆動回数Nがこのスタータ11の駆動保証回数N1以上となったとき、スタータ11の駆動を禁止することを考えなければならない。
そこで本発明の第1実施形態では、エンジン始動時のブラシ温度Tと所定値T1を比較し、エンジン始動時のブラシ温度Tが所定値T1未満のときには、ブラシ21に許容値以下の摩耗が生じると判断してスタータ11の総駆動回数Nを増やしていく。一方、エンジン始動時のブラシ温度Tが所定値T1以上のときには、ブラシ21に許容値を超える摩耗が生じると判断し、このときにはスタータ11の総駆動回数Nを増やさない。これは、1回の始動時に生じるブラシ摩耗量が許容値を超える場合にも、1回の始動時に生じるブラシ摩耗量が許容値以下の場合と同じに扱ってスタータ11の総駆動回数Nを増やしたのでは、総駆動回数Nに誤差が生じてしまうためである。
エンジンコントローラ3で行われるこの制御をフローチャートに基づいて説明する。
図2のフローチャートは、ブラシ劣化フラグを設定するためのものである。図2のフローはエンジンが始動した後(エンジンの始動毎)に実行する。
ステップ1では、エンジン始動がエンジン自動停止後であるか否かをみる。エンジンを自動停止するのはエンジンコントローラ3であるので、エンジンを自動停止したか否かはエンジンコントローラ3が知っている。エンジン始動がエンジン自動停止後でなければそのまま処理を終了する。
エンジン始動がエンジン自動停止後であればステップ2に進み、始動時のブラシ温度Tと所定値T1を比較する。所定値T1はブラシ21が許容値を超えて摩耗すると判定するための温度で、例えば100℃以上の値を予め設定しておく。始動時のブラシ温度Tは温度センサ31(図1参照)によって検出する。始動時のブラシ温度Tは推定するようにしてもかまわない。
始動時のブラシ温度Tが所定値T1未満であれば、ブラシ21は許容値を超えて摩耗しないと判断しステップ3に進み前回までのスタータ11の駆動回数N[回]を1[回]だけ加算した値を今回までのスタータ11の駆動回数Nとして、つまり
N=N+1 …(1)
の式により今回までのスタータ11の駆動回数Nを算出する。以下、今回までのスタータ11の駆動回数を「スタータの総駆動回数」という。スタータの総駆動回数Nは新品のスタータ11の使用を開始してからスタータの駆動を行った回数を表す。スタータの総駆動回数Nは、車両の工場出荷時にまたは工場でのエンジン組み立て時にゼロ[回]に初期設定しておく。あるいは、スタータ11の新品への交換時にゼロ[回]に初期設定する。
ステップ4では、このスタータの総駆動回数Nとスタータ11の駆動保証回数N1[回]を比較する。スタータ11の駆動保証回数N1はそれ以上のスタータの総駆動回数になると、ブラシ21の摩耗に起因してコンミテータ22への給電が効率よく行われないためにスタータ11の駆動が正常に行われない可能性がある値である。この値はスタータ11の仕様等から予め定めておく。スタータの総駆動回数Nがスタータ11の駆動保証回数N1未満であれば、ステップ5に進みブラシ劣化フラグ=0とする。ブラシ劣化フラグ=0であるときにはスタータ11を正常に駆動し得るので、後述するようにエンジンの自動停止が許可される。
一方、スタータの総駆動回数Nがスタータ11の駆動保証回数N1以上になったときにはブラシ21の摩耗でスタータ11の駆動が正常に行われない可能性があると判断してステップ6に進み、ブラシ劣化フラグ=1とする。ブラシ劣化フラグ=1であるときには、後述するようにエンジンの自動停止が許可されない(エンジンの自動停止が禁止される)。
ステップ2でブラシ温度Tが所定値T1を超えたときにもステップ6に進んでブラシ劣化フラグ=1とする。
図3は、エンジン自動停止・再始動の処理を行わせるためのものである。図3のフローは制御の流れを示すもので、一定時間毎に繰り返すものでない。
ステップ11では、エンジン自動停止許可条件が成立しているか否かをみる。ここで、エンジン自動停止許可条件とは、次の(ア)、(イ)の2つの条件を共に満足することである。
(ア)一般的なエンジン自動停止許可条件が成立している。
(イ)ブラシ劣化フラグ=0である。
上記(ア)、(イ)のいずれかの条件が成立していなければ、つまりブラシ劣化フラグ=1(ブラシ21が劣化している)ときにはエンジン自動停止許可条件が成立していないと判断しそのまま待機する(エンジン自動停止が許可されない)。このように、エンジン自動停止許可条件として(イ)の条件を新たに加えている。
上記(ア)、(イ)の条件を共に満たせばエンジン自動停止許可条件が成立していると判断しステップ12に進んで燃料カットを実行する。
ステップ13では、エンジン自動停止解除条件が成立しているか否かをみる。ここで、エンジン自動停止解除条件とは、次の(ウ)の条件を満足することである。
(ウ)一般的なエンジン自動停止解除条件が成立している。
上記(ウ)の条件が成立していなければエンジン自動停止解除条件が成立していないと判断しそのまま待機する。
上記(ウ)の条件を満たせばエンジン自動停止解除条件が成立していると判断しステップ14、15に進む。ステップ14、15では第2スタータスイッチ6を閉成してスタータ11を駆動することによりクランキングを行わせると共に、燃料噴射弁4からの燃料供給を再開する。これによってエンジンが始動(再始動)される。
ここで、第1実施形態の作用効果を説明する。
始動時のブラシ温度Tが所定値T1未満の条件でブラシ21に許容値未満の摩耗が生じるとして、スタータ11の駆動保証回数N1を定めている場合に、始動時のブラシ温度Tが所定値T1以上のときには、ブラシ21に許容値以上の摩耗が生じる。例えば簡単のため、始動時のブラシ温度Tが所定値T1以上のときのブラシ摩耗量は、始動時のブラシ温度Tが所定値T1未満の条件でのブラシ摩耗量の2倍であるとする。このときにもスタータの総駆動回数Nに1[回]を積算(加算)するとすれば、スタータの総駆動回数Nに誤差が生じる。つまり、相対的に高温状態でのスタータ11の駆動によって1回の始動時のブラシ摩耗量が2回の駆動分生じる場合にも、総駆動回数Nに1[回]として加算したのでは、総駆動回数Nは1回不足することとなり、実際より小さな値を見積もることになる。この結果、スタータの総駆動回数Nがスタータ11の駆動保証回数N1に到達する以前に実際にはブラシ21の摩耗でスタータ11の駆動が正常に行われない可能性があるのに、スタータ11の駆動を許可することになってしまう。
一方、第1実施形態では、始動時のブラシ温度Tが所定値以上のときには総駆動回数Nを増やさないようにするので、スタータの総駆動回数Nに誤差が生じないようにすることができる。
このように第1実施形態によれば、1回の始動時のブラシ摩耗量を始動時のスタータブラシ温度Tによって推定するので、ブラシ摩耗が進行する所定値T1以上の高温状態でスタータを駆動することがあっても、確実にエンジン自動停止・再始動が行わせることができる。
(第2実施形態)
図4のフローチャートは第2実施形態のブラシ劣化フラグを設定するためのもので、第1実施形態の図2と置き換わる。図2と同一部分には同一のステップ番号を付している。
第1実施形態では1回の始動時毎にスタータの総駆動回数Nを1ずつカウントアップ(算出)しているので、スタータの総駆動回数Nの単位は[回]であり、従ってカウントアップ分(以下「増分」という。)は1[回]であった(図2のステップ3参照)。一方、第2実施形態は増分k[回]として始動時のブラシ温度T[℃]に応じた1以上の回数、つまり回数相当値を設定するものである。
第1実施形態と相違する部分を主に説明すると、図4においてステップ21では始動時のブラシ温度T[℃]から図5の特性を内容とするテーブルを検索して増分k[回]を1以上の整数で設定する。
図5では横軸を始動時のブラシ温度T、縦軸を増分kとしている。始動時のブラシ温度に第1基準温度T1[℃]、第2基準温度T2[℃]、第3基準温度T3[℃]、第4基準温度T4[℃](T1<T2<T3<T4)を採り、始動時のブラシ温度Tが第1基準温度以下(T≦T1)のとき増分kを1[回]としている。このときは、第1実施形態と同じである。
一方、始動時のブラシ温度が第1基準温度T1を超えかつ第2基準温度T2以下(T1<T≦T2)のとき増分kを2[回]、始動時のブラシ温度が第2基準温度T2を超えかつ第3基準温度T3以下(T2<T≦T3)のとき増分kを3[回]、・・・としている。これは、例えば始動時のブラシ温度がT1<T≦T2のときには、1回の始動であってもT≦T1のときより始動時のブラシ温度が相対的に高くて、1回の始動時のブラシ摩耗量が、始動時のブラシ温度が第1基準温度T1以下のときより2倍になることを意味している。従って、T≦T1での1回の始動時のブラシ摩耗量を基準に考えると、T1<T≦T2のときには1回の始動で2回分のブラシ摩耗が生じるので、スタータの総駆動回数Nに2[回]を加算する必要があるのである。
さらに述べると、始動時のブラシ温度がT1を超えている相対的に高い温度状態でスタータ11を駆動するときのほうが、始動時のブラシ温度がT1以下の相対的に低い温度状態でスタータ11を駆動するときより1回の始動時のブラシ摩耗量が相対的に大きくなる。つまり、相対的に低いブラシ温度状態でスタータ11を駆動するときの駆動保証回数N1lowと、相対的に高いブラシ温度状態でスタータ11を駆動するときの駆動保証回数N1highとでは相違し、N1low>N1highとなるはずである。従って、相対的に低いブラシ温度状態でスタータ11を駆動するときに駆動保証回数N1を適合している場合に、相対的に高いブラシ温度状態でスタータ11を駆動するときには、駆動保証回数N1が適切な値を与えず、適切な値より大き過ぎることになる。そこで、相対的に高いブラシ温度状態でスタータ11を駆動するときには相対的に低いブラシ温度状態でスタータ11を駆動するときより増分kを増やす。これによって、相対的に低いブラシ温度状態でスタータ11を駆動するときより早期に駆動保証回数N1に到達するようにするのである。
図5では基準温度(T1〜T4)の数を4つ、増分kを1以上の整数としているが、これに限定されるものでない。基準温度の数は少なくとも1つあればよく、増分kは1以上の小数でもかまわない。基準温度の数及び増分kは最終的には適合により設定する。また、図5では増分kを不連続値で設置しているが、連続値で設定することもできる。
図4に戻りステップ22ではスタータの総駆動回数Nに増分kを加算した値を改めてスタータの総駆動回数Nとする、つまり
N=N+k …(2)
の式によりスタータの総駆動回数Nを算出する。
ステップ22ではスタータの総駆動回数Nを加算の形式で算出する場合で示したが、乗算の形式で算出する、つまり
N=N・k1 …(3)
の式によりスタータの総駆動回数Nを計算するようにしてもかまわない。ここで、(3)式のk1は増分率[%]である。
第2実施形態によれば、ブラシ21を介して給電されるスタータ11を備え、車両停止中のエンジン自動停止許可条件(第一の条件)が成立したらエンジンを自動停止し、その後に車両停車中のエンジン自動停止解除条件(第二の条件)が成立したらスタータ11を用いてエンジンを再始動させるアイドルストップ制御装置において、始動時のブラシ温度(1回の始動時のブラシ摩耗量相当)に応じて回数相当値としての増分kを設定し、この増分kを積算した値をスタータの総始動回数Nとして算出し、このスタータの総再始動回数Nがスタータの駆動保証回数N1以上となったときブラシ劣化フラグ=1とする(エンジンの自動停止を禁止する)ので(図4のステップ21、22、4、6参照)、ブラシ21を介して給電されるスタータ11を駆動してエンジン自動停止・再始動を行わせる場合でも、確実にエンジン自動停止・再始動を行わせることができる。
第2実施形態によれば、始動時のブラシ温度Tが高いほど1回の始動時のブラシ摩耗量が大きくなると推定するので、始動時のブラシ温度Tが相違しても、1回の始動時のブラシ摩耗量を精度よく推定できる。
(第3実施形態)
図6のフローチャートは第3実施形態のブラシ劣化フラグを設定するためのもので、第2実施形態の図4と置き換わる。図4と同一部分には同一のステップ番号を付している。
第2実施形態は始動時のブラシ温度Tに応じて増分kを設定するものであった。第3実施形態は、スタータ11の作動に関連する値である電圧、電流、電力、インターバルの少なくとも1つに応じて増分kを設定するものである。ここで、「電圧」とは1回の始動時にスタータ11に印加する電圧のことである。「電流」とは1回の始動時にスタータ11に流れる電流のことである。「電力」とは1回の始動時のスタータ11の使用電力のことである。「インターバル」とは1回の始動時にスタータ11を駆動している期間のことである。
電圧、電流、電力、インターバルの少なくとも1つに応じて増分kを設定するのは、これら電圧、電流、電力、インターバルが始動時のブラシ温度(1回の始動時のブラシ摩耗量)と密接に関係しているためである。例えば、始動時にスタータ11に印加される電圧は、図7に示したように変化する。この場合に、始動前のバッテリ電圧と始動直後に生じるバッテリ電圧最小値との差電圧ΔVは、始動時のブラシ温度と相関があり、始動時のブラシ温度Tが高いほどこの差電圧ΔVが大きくなることが分かっている。従って、差電圧ΔVに対する増分kの特性を図8に示したように設定する。すなわち、差電圧に第1基準差電圧ΔV1[V]、第2基準差電圧ΔV2[V]、第3基準差電圧ΔV3[V]、第4基準差電圧ΔV4[V](ΔV1<ΔV2<ΔV3<ΔV4)を採り、差電圧ΔVが第1基準差電圧ΔV1以下(ΔV≦ΔV1)のとき増分kを1[回]とする。このときは、第1実施形態と同じである。
一方、差電圧が第1基準差電圧温度ΔV1を超えかつ第2基準差電圧ΔV2以下(ΔV1<ΔV≦ΔV2)のとき増分kを2[回]、差電圧が第2基準差電圧ΔV2を超えかつ第3基準差電圧ΔV3以下(ΔV2<ΔV≦ΔV3)のとき増分kを3[回]、・・・としている。これは、例えば差電圧がΔV1<ΔV≦ΔV2のときには、1回の始動であってもΔV≦ΔV1のときより始動時のブラシ温度が高くて1回の始動時のブラシ摩耗量が2倍になることを意味している。従って、ΔV≦ΔV1での1回の始動時のブラシ摩耗量を基準に考えると、ΔV1<ΔV≦ΔV2のときには1回の始動で2回分の摩耗がブラシ21に生じるので、スタータの総駆動回数Nに2[回]を加算する必要があるのである。
ここで、差電圧ΔVが第1基準差電圧ΔV1のときが、第2実施形態において始動時のブラシ温度Tが第1基準温度T1であるときに、差電圧ΔVが第2基準差電圧ΔV2のときが、第2実施形態において始動時のブラシ温度Tが第2基準温度T2であるときに相当する。また、差電圧ΔVが第3基準差電圧ΔV3のときが、第2実施形態において始動時のブラシ温度Tが第3基準温度T3であるときに、差電圧ΔVが第4基準差電圧ΔV4のときが、第2実施形態において始動時のブラシ温度Tが第4基準温度T4であるときに相当する。
図8では基準差電圧(ΔV1〜ΔV4)の数を4つ、増分kを1以上の整数としているが、これに限定されるものでない。基準差電圧の数は少なくとも1つあればよく、増分kは1以上の小数でもかまわない。基準差電圧の数及び増分kは最終的には適合により設定する。また、図8では増分kを不連続値で設置しているが、連続値で設定することもできる。
同様にして、電流、電力、インターバルについても始動時のブラシ温度や1回の始動時のブラシ摩耗量との相関性を適合により予め求めておき、この相関性を用いて電流、電力、インターバルのいずれかと増分kとの関係を図8に示したのと同様の特性にしておき、電流、電力、インターバルのいずれかからその特性を内容とするテーブルを検索することにより増分kを設定するようにすればよい。例えば、使用した電力量により始動時のブラシ温度を予測することができる。スタータそのものの抵抗値(電圧差)を測定することにより、始動時のブラシ温度を予測することもできる。隣り合うインターバルとインターバルの間が相対的に狭いときには、隣り合うインターバルとインターバルの間が相対的に広いときより増分kを大きく設定する。また、短いインターバルが連続する場合は短いインターバルが連続しない場合より増分kを大きく設定する等が考えられる。
図6に戻りステップ22では総駆動回数Nにこの増分kを加算した値を改めて総駆動回数Nとして、つまり上記の(2)式により総駆動回数Nを算出する。
第3実施形態によれば、第2実施形態と同様の作用効果を奏する。
(第4実施形態)
図9のフローチャートは第4実施形態のブラシ劣化フラグを設定するためのもので、第2実施形態の図4と置き換わる。図4と同一部分には同一のステップ番号を付している。
図4に示す第2実施形態は、始動時のブラシ温度Tを検出するか推定し、この始動時のブラシ温度Tが高くなるほど1回の始動時のブラシ摩耗量が大きくなるとして増分kを設定するものであった。一方、第4実施形態は、1回の始動時のモータ12の回転量(このモータ12の回転量を以下「スタータ回転量」という。)Rを検出し、この1回の始動時のスタータ回転量Rが大きいほど1回の始動時のブラシ摩耗量が大きくなる、つまり1回の始動時のスタータ回転量Rが大きいほど大きくなる増分kを設定するものである。
第2実施形態と相違する部分を主に説明すると、図9においてステップ41で、1回の始動時のスタータ回転量Rを、モータ12に備えさせた角度センサ(図示しない)により検出する。1回の始動時のスタータ回転量Rは推定するようにしてもよい。例えば、1回の始動時のスタータ11の起動時間や通電時間と1回の始動時のスタータ回転量Rの関係を特性にして予め求めておけば、1回の始動時のスタータの起動時間や通電時間からこの特性を内容とするテーブルを検索することにより、1回の始動時のスタータ回転量Rを推定することができる。1回の始動時のスタータ11の起動時間や通電時間はエンジンコントローラ3が知り得る。
ステップ42では、この求めた1回の始動時のスタータ回転量Rから図10の特性を内容とするテーブルを検索して、増分k[回]を設定する。
図10では横軸を1回の始動時のスタータ回転量R、縦軸を増分kとしている。1回の始動時のスタータ回転量に第1基準スタータ回転量R1、第2基準スタータ回転量R2、第3基準スタータ回転量R3、第4基準スタータ回転量R4(R1<R2<R3<R4)を採り、1回の始動時のスタータ回転量Rが第1基準スタータ回転量以下(R≦R1)のとき増分kを1[回]とする。このときは、第1実施形態と同じである。
一方、1回の始動時のスタータ回転量が第1基準スタータ回転量R1を超えかつ第2基準スタータ回転量R2以下(R1<R≦R2)のとき増分kを2[回]、1回の始動時のスタータ回転量が第2基準スタータ回転量R2を超えかつ第3基準スタータ回転量R3以下(R2<R≦R3)のとき増分kを3[回]、・・・としている。これは、例えば1回の始動時のスタータ回転量がR1<R≦R2のときには、1回の始動であってもR≦R1のときより1回の始動時のブラシ摩耗量が2倍になることを意味している。従って、R≦R1での1回の始動時のブラシ摩耗量を基準に考えると、R1<R≦R2のときには1回の始動で2回分のブラシ摩耗が生じるので、スタータの総駆動回数Nに2[回]を加算する必要があるのである。
ステップ22ではスタータの総駆動回数Nにこのステップ42で設定した増分kを加算した値を改めてスタータの総駆動回数Nとして、つまり上記の(2)式によりスタータの総駆動回数Nを算出する。
第4実施形態によれば、1回の始動時のブラシ摩耗量を1回の始動時のスタータ回転量Rによって推定するので、1回の始動時のスタータ回転量Rが相違しても、1回の始動時のブラシ摩耗量を精度よく推定することができる。
第4実施形態によれば、1回の始動時のスタータ回転量Rが大きいほど1回の始動時のブラシ摩耗量が大きくなると推定するので、1回の始動時のスタータ回転量Rが相違しても、1回の始動時のブラシ摩耗量を精度よく推定することができる。
(第5実施形態)
図11のフローチャートは第5実施形態のブラシ劣化フラグを設定するためのもので、第4実施形態の図9と置き換わる。図9と同一部分には同一のステップ番号を付している。
図9に示す第4実施形態は自動始動による1回の始動時のスタータ回転量Rについて考えたものであった。第5実施形態は、さらに手動始動による1回の始動時のスタータ回転量R2、R3についても考慮し、この手動始動による1回の始動時のスタータ回転量R2、R3をスタータの総駆動回数Nに含ませるようにしたものである。
第4実施形態と相違する部分を主に説明すると、図11においてステップ1でエンジン始動がエンジン自動停止後でない、つまり手動始動(ドライバが行う始動)であるときにはステップ51に進み、手動始動の方式がキー始動方式であるか否かをみる。
手動始動の方式には、プッシュボタン始動方式とキー始動方式とがある。ここで、「プッシュボタン始動方式」とは、運転席にあるプッシュボタンをドライバが押すとボディコントロールモジュール等の制御装置がドライバに代わって上記第2スタータスイッチ6を閉成させることによりスタータ11を始動させる方式である。一方、「キー始動方式」とはスタータスイッチ2(図1参照)をドライバが閉成している間、スタータ11が起動し続ける方式である。いずれの始動方式にするかは車両の仕様によって予め定まっている。
ステップ51で手動始動の方式がキー始動方式であるときにはステップ52に進み、キー始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R2を検出し、ステップ53でこの求めたキー始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R2に応じて増分kを設定する。ステップ52、53の操作はステップ41、42と同様である。すなわち、ステップ52ではキー始動方式での1回の始動時のスタータの回転量R2をモータ12に備えさせた角度センサ(図示しない)により検出してもよいし、キー始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R2を推定するようにしてもよい。また、ステップ53ではキー始動方式での1回の始動時のスタータ11の起動時間や通電時間と、キー始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R2との関係を示す特性を適合により予め求めておき、キー始動方式での1回の始動時のスタータ11の起動時間や通電時間からこの特性を内容とするテーブルを検索することにより、キー始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R2を推定することができる。ここで、キー始動方式での1回の始動時のスタータ11の起動時間や通電時間はエンジンコントローラ3が知り得る。
プッシュボタン始動方式の場合には適正な時間のみのスタータ回転量にとどまるが、キー始動方式の場合、特に低温始動時にはスタータ11を起動し続ける時間が長くなる傾向があり、キー始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R2は増加する。
ステップ54ではスタータの総駆動回数Nに、このステップ53で設定した増分k2を加算した値を改めてスタータの総駆動回数Nとして、つまり
N=N+k2 …(4)
の式によりスタータの総駆動回数Nを算出する。
一方、ステップ51で手動始動の方式がキー始動方式でない、つまりプッシュボタン始動方式であるときにはステップ55に進み、プッシュボタン始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R3を検出し、ステップ56でこの求めたプッシュボタン始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R3に応じて増分k3を設定する。ステップ55、56の操作はステップ52、53の操作とは多少相違する。すなわち、プッシュボタン始動方式でのスタータ11の起動は、ドライバが指示するとはいえ、スタータ11を駆動するのはボディコントロールモジュール等の制御装置である。このため、どのくらいの時間、スタータ11を駆動するのか、つまりプッシュボタン始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R3は予め定まっている。従って、この予め定まっている値(一定値)をプッシュボタン始動方式での1回の始動時のスタータ回転量R3とし、そのスタータ回転量R3に応じて増分k3(これも1以上の一定値)を設定する。
ステップ57ではスタータの総駆動回数Nにこのステップ56で設定した増分k3を加算した値を改めてスタータの総駆動回数Nとして、つまり
N=N+k3 …(5)
の式によりスタータの総駆動回数Nを算出する。
このように、自動始動による1回の始動時のスタータ回転量Rに加えて、手動始動による1回の始動時のスタータ回転量R2、R3をもスタータの総駆動回数Nに含ませるようにした第5実施形態によれば、第4実施形態と同様の作用効果を奏する。
(第6実施形態)
図12のフローチャートは第6実施形態のブラシ劣化フラグを設定するためのもので、第4実施形態の図9と置き換わる。図9と同一部分には同一のステップ番号を付している。
さて、エンジンの自動停止によってエンジン回転速度がアイドル状態よりゼロに向かって低下している途中にスタータプリエンゲージが行われることがある。ここで、「スタータプリエンゲージ」とは、エンジンの自動停止からの再始動に備えてスタータ11のピニオンギア18とリングギア19とを予め噛み合わせておく操作のことである。
スタータプリエンゲージについて簡単に説明すると、クランクシャフトの後端に取り付けたフライホイールの外周にリングギア19が形成されている。スタータ11は始動要求を受けてこのリングギア19に対しピニオンギア18を噛み合わせることによってリングギア19を駆動する(クランキングを行わせる)ものである。スタータ11のピニオンギア18は、常時はリングギア19と噛み合っていない。従って、ピニオンギア18をリングギア19に噛み合わせるにはある時間を要することになっている。その一方で、自動停止からの再始動時には一刻も早くクランキング(始動)を行わせたいという要求がある。この要求に応えるために考え出されたのが、スタータプリエンゲージである。すなわち、エンジンの自動停止からの再始動に備えてスタータ11のピニオンギア18とリングギア19を予め噛み合わせておくことによって、始動に際してピニオンギア18をリングギア19に噛み合わせる操作が不要となり、その分クランキングを速やかに行わせることができる。
このように、スタータプリエンゲージの機能を備えるアイドルストップ制御装置では、スタータプリエンゲージの機能を備えていないアイドルストップ制御装置よりも1回の始動時のスタータ回転量Rが実質的に増すこととなる。そこで、第5実施形態は、スタータプリエンゲージの機能を有するアイドルストップ制御装置を対象として、スタータプリエンゲージに伴い回転したスタータ回転量を1回の始動時のスタータ回転量Rに含める(加算する)ものである。
第4実施形態と相違する部分を主に説明すると、図12においてステップ61でスタータプリエンゲージが行われているか否かをみる。スタータプリエンゲージが行われているか否かは、エンジンコントローラ3が予め知り得る。スタータプリエンゲージが行われていない場合には、ステップ42、22の操作を実行する。これは、第4実施形態と同じである。
一方、スタータプリエンゲージが行われている場合にはステップ61よりステップ62に進み、1回の始動時のスタータ回転量Rに一定値ΔRを加算した値を改めて1回の始動時のスタータ回転量Rとする。ここで、一定値ΔRはスタータプリエンゲージに伴うスタータ回転量である。一定値ΔRは適合により予め求めておく。
第6実施形態によれば、スタータプリエンゲージに伴い回転したスタータ回転量を1回の始動時のスタータ回転量Rに含めるので、アイドルストップ制御装置がスタータプリエンゲージの機能を備える場合であっても、スタータの総駆動回数Nを精度よく求めることができる。
(第7実施形態)
図13は第7実施形態のアイドルストップ制御装置の構成を示すブロック図である。図1と同一部分には同一番号を付している。
図9に示す第4実施形態では1個のスタータ11を備えるアイドルストップ制御装置を対象としていた。一方、第7実施形態は2個のスタータを備えるアイドルストップ制御装置を対象とするものである。2個のスタータを備えるとは、簡単には、従来のオルタネータに代えて、ベルト24駆動のモータジェネレータ23を設けることによって、従来のスタータ11とは別に第2スタータの機能を備えさせたものである。
図13を参照して2個のスタータを備えるアイドルストップ制御装置を詳述する。スタータ11は、ドライバのエンジン始動操作に基づいて、ピニオンギア(図示しない)をエンジンのリングギア(図示しない)に噛み合わせ、モータ12からクランクシャフト22へ動力(回転)を伝えることにより、エンジン21の始動を行う。
モータジェネレータ23は、ベルト24によってエンジン21のクランクシャフト22に連結されている。モータジェネレータ23は、エンジン21を駆動源としてジェネレータ(発電機)として機能すると共に、エンジン21の自動停止からの再始動時にエンジン21を始動する第2スタータとしても機能する。
このように従来のオルタネータに代えて、ベルト24駆動のモータジェネレータ23を設ける構成としたのは、次の理由からである。すなわち、図1に示したブラシ21付きモータ12を有するスタータ11のみでエンジンの自動停止・再始動を繰り返すとすれば、ブラシ21の摩耗が早まり、スタータ11を用いたエンジン21の自動停止・再始動を行うことができなくなる。そこで、頻度の高いエンジンの自動停止・再始動用に第2スタータとしてベルト24駆動のモータジェネレータ23を用いることとしたものである。この場合、モータジェネレータ23としてはブラシレスのモータジェネレータを採用する。
バッテリ25は、スタータ11及びモータジェネレータ23に電流を供給する。電圧センサ26は、バッテリ25の電圧を検出して、エンジンコントローラ3に出力する。電流センサ27は、バッテリ25の充放電電流を検出して、エンジンコントローラ3に出力する。
このような2個のスタータ(11、23)を備えるアイドルストップ制御装置を対象とする場合、ブラシ摩耗が生じるのは、スタータ11の側のみである。
図14のフローチャートは第7実施形態のブラシ劣化フラグを設定するためのもので、第4実施形態の図9と置き換わる。図9と同一部分には同一のステップ番号を付している。
第4実施形態と相違する部分を主に説明すると、図14においてステップ1では、エンジン始動がエンジン自動停止後であるか否かをみる。エンジン始動がエンジン自動停止後であれば、スタータ11は用いられないので、そのまま処理を終了する。
エンジン始動がエンジン自動停止後でないとき、つまりスタータ11を用いての始動(手動始動)であるときにはステップ41以降に進み、第4実施形態と同様の操作を行って、ブラシ劣化フラグを設定する。ブラシ劣化フラグの値は、車両の運転終了後もその値が失われることがないようにEEPROMなどのメモリ28(図13参照)に保存しておく。
図15は第7実施形態のエンジン始動の処理を行わせるためのものである。図15のフローは車両の運転を開始する際のエンジンの始動毎に実行する。図14との関係では図14より先に実行する。すなわち、イグニッションキースイッチのON直後に図15の処理を実行し、その後にエンジンが始動された後に図14の処理を実行する。
図15においてステップ81では車両の運転開始後の初めてのエンジン始動であるか否かをみる。第5実施形態で説明したように、車両の運転開始後の初めてのエンジン始動ではキー始動方式かプッシュボタン始動方式のいずれかによりエンジン始動が行われる。キー始動方式であればスタータスイッチ2が、プッシュボタン始動方式であればプッシュボタンがそれぞれOFFよりONへと切換わることにより、車両の運転開始後の初めてのエンジン始動であることをエンジンコントローラ3が知り得る。車両の運転開始後の初めてのエンジン始動でなければそのまま処理を終了する。
車両の運転開始後の初めてのエンジン始動であればステップ81よりステップ82に進み、ブラシ劣化フラグをみる。ブラシ劣化フラグは図14により設定された後、前回の車両運転終了時にメモリ28に保存されている。今回の車両運転開始時にこのメモリ28よりブラシ劣化フラグの値を読み出し、ブラシ劣化フラグ=1であるときには、前回の車両運転時にスタータの総駆動回数Nがスタータ11の駆動保証回数N1以上となった。従って、今回の車両運転開始時には、ブラシ21の摩耗に起因してスタータ11の駆動が正常に行われない可能性があると判断する。このときには、スタータ11を駆動してのエンジン始動はもう行えないので、ステップ83に進み、モータジェネレータ23を第2スタータとして用いてエンジン始動することを指示する。
一方、ステップ82でブラシ劣化フラグ=0であるときには、前回の車両運転時にスタータの総駆動回数Nがスタータ11の駆動保証回数N1以上となっておらず、今回の車両運転時にもスタータ11をまだ駆動し得ると判断する。このときにはステップ84に進み、スタータ11を駆動してのエンジン始動を指示する。
第7実施形態によれば、ブラシ21を介して給電されるスタータ11と、第2スタータとしてのベルト24駆動のモータジェネレータ23との2個のスタータを備え、第2スタータとしてのモータジェネレータ23を用いてエンジンの自動停止・再始動を行う場合に、スタータ11の1回の始動時のロータ回転量に応じて増分k(回数相当値)を設定し、この増分kを積算した値をスタータの総駆動回数Nとして算出し、このスタータの総再始動回数Nがスタータ11の駆動保証回数N1以上となったとき、ブラシ21が劣化したことを表す情報を今回の車両運転終了後も保存し(ブラシ劣化フラグ=1とし、このフラグの値を今回の車両運転終了後に保存し)、次回の車両運転時にこの情報(ブラシ劣化フラグの値)をみて前回の車両運転時にブラシ21が劣化している(ブラシ劣化フラグ=1である)ときには、スタータ11に代えて第2スタータとしてのモータジェネレータ23を駆動してエンジン21を始動するので、スタータ11の総駆動回数Nが駆動保証回数N1を超えた後にも、車両運転開始時の初めてのエンジン始動時にエンジン21を始動させることができる。
(第8実施形態)
図16のフローチャートは第8実施形態のブラシ劣化フラグを設定するためのもので、第4実施形態の図9と置き換わる。図2と同一部分には同一のステップ番号を付している。
図9に示す第4実施形態では、1回の始動時のスタータ回転量Rが大きいほど1回の始動時のブラシ摩耗量が大きくなると判断し、1回の始動時のスタータ回転量Rを増分kに反映させるものであった。一方、第8実施形態は、1回の始動時のブラシ摩耗量ΔAbrそのものに直接着目するものである。
第4実施形態と相違する部分を主に説明すると、図16においてステップ1でエンジン始動がエンジン自動停止後であればステップ3に進んでスタータの総駆動回数N[回]を1[回]だけ加算した値を改めてスタータの総駆動回数Nとして、つまり上記(1)式によりスタータの総駆動回数Nを算出する。
ステップ91では、このスタータの総駆動回数Nから図17を内容とするテーブルを検索して、1回の始動時のブラシ摩耗量ΔAbr[mm]を算出する。
1回の始動時のブラシ摩耗量ΔAbrは図17のように、スタータの総駆動回数Nが大きくなるほど小さくなる値である。これは、図18の実線特性より得られるものである。すなわち、図18はスタータの総駆動回数Nに対して総ブラシ摩耗量Abrがどのように増えていくかを示している。図18においてスタータの総駆動回数Nが相対的に小さい領域では、ブラシ摩耗が急速に進み、スタータの総駆動回数Nが相対的に大きい領域になるとブラシ摩耗が進む程度が落ちてゆっくりとしたものとなっている。このような上に凸の曲線特性となるのは、ブラシ21の構成による。すなわち、図1では図示しなかったが、スプリングによりブラシ21をコンミテータ22に押しつけることによってコンミテータ22との良好な電気接触を確保し、コンミテータ22の回転時にもブラシ21からコンミテータ22へと給電が効率よく行われるようにしている。スタータ11の機種にもよるが、一般的にはスタータの総駆動回数Nが相対的に大きくなりブラシ21の長さが短くなってくると、スプリング張力等の関係からブラシ磨耗が、スタータの総駆動回数Nが相対的に小さいときより少なくなる傾向がある。この傾向によって総ブラシ摩耗量の特性は図18のように上に凸の曲線となるわけである。
ステップ92では、総ブラシ摩耗量Abr[mm](車両の工場出荷時にまたは工場でのエンジン組み立て時にゼロに初期設定)にこの1回の始動時のブラシ摩耗量ΔAbrを加算した値を改めて総ブラシ摩耗量Abr[mm]とする、つまり
Abr=Abr+ΔAbr …(6)
の式により総ブラシ摩耗量Abrを算出する。
ステップ93では、この総ブラシ摩耗量Abrと駆動保証摩耗量Abr1を比較する。駆動保証摩耗量Abr1はそれ以上の総ブラシ摩耗量になると、ブラシ21の摩耗に起因してスタータ11の駆動が正常に行われない可能性がある値である。この駆動保証摩耗量Abr1はスタータ11の仕様等から予め定めておく。総ブラシ摩耗量Abrが駆動保証摩耗量Abr1未満であれば、ステップ5に進みブラシ劣化フラグ=0とする。ブラシ劣化フラグ=0であるときには、エンジン自動停止が許可される。
一方、総ブラシ摩耗量Abrが駆動保証摩耗量Abr1以上になったときにはブラシ21の摩耗でスタータ11の駆動が正常に行われない可能性があると判断しステップ6に進み、ブラシ劣化フラグ=1とする。ブラシ劣化フラグ=1であるときには、エンジン自動停止が許可されない。
このようにして設定されるブラシ劣化フラグは図3のエンジン自動停止・再始動の処理において用いられる。
第8実施形態によれば、1回の始動時のブラシ摩耗量ΔAbrを算出し、この1回の始動時のブラシ摩耗量ΔAbrを積算(加算)して総ブラシ摩耗量Abrを算出し、この総ブラシ摩耗量Abrがスタータ11の駆動保証摩耗量Abr1以上となったとき、ブラシ劣化フラグ=1とする(エンジンの自動停止を禁止する)ので、ブラシ21を介して給電されるスタータ11を使用してエンジン自動停止・再始動を行わせる場合でも、確実にエンジン自動停止・再始動を行わせることができる。
3 エンジンコントローラ
11 スタータ
21 ブラシ
31 温度センサ

Claims (6)

  1. ブラシを介して給電されるスタータを備え、
    第一の条件が成立したらエンジンを自動停止し、その後に第二の条件が成立したら前記スタータを用いてエンジンを再始動させるエンジン自動停止・再始動装置において、
    1回の始動時のブラシ摩耗量を算出する始動時ブラシ摩耗量算出手段と、
    この1回の始動時のブラシ摩耗量を積算して総ブラシ摩耗量を算出する総ブラシ摩耗量算出手段と、
    この総ブラシ摩耗量が前記スタータの駆動保証摩耗量以上となったときエンジンの自動停止を禁止するエンジン自動停止禁止手段と
    を備えることを特徴とするアイドルストップ制御装置。
  2. 前記1回の始動時のブラシ摩耗量を始動時のスタータブラシ温度によって推定することを特徴とする請求項1に記載のアイドルストップ制御装置。
  3. 前記始動時のブラシ温度が高いほど前記1回の始動時のブラシ摩耗量が大きくなると推定することを特徴とする請求項2に記載のアイドルストップ制御装置。
  4. 前記1回の始動時のブラシ摩耗量を前記1回の始動時のスタータ回転量によって推定することを特徴とする請求項1に記載のアイドルストップ制御装置。
  5. 前記1回の始動時のスタータ回転量が大きいほど前記1回の始動時のブラシ摩耗量が大きくなると推定することを特徴とする請求項4に記載のアイドルストップ制御装置。
  6. ブラシを介して給電されるスタータを備え、
    第一の条件が成立したらエンジンを自動停止し、その後に第二の条件が成立したら前記スタータを用いてエンジンを再始動させるエンジン自動停止・再始動装置において、
    1回の始動時のブラシ摩耗量に応じて回数相当値(k)を設定する回数相当値設定手段と、
    この回数相当値を積算した値を前記スタータの総始動回数として算出する総再始動回数算出手段と、
    このスタータの総再始動回数が前記スタータの駆動保証回数以上となったときエンジンの自動停止を禁止するエンジン自動停止禁止手段と
    を備えることを特徴とするアイドルストップ制御装置。
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