JP2013217362A - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】設計の複雑化を抑制できるエンジン始動装置を提供する。
【解決手段】スタータモータ２１とバッテリ２２との間に直列配置された抵抗体２３と、前記抵抗体２３に対し並列配置されたバイパス回路２４aと、前記バイパス回路２４aを開閉する切り替え手段２４bと、を備え、前記切り替え手段２４bは、エンジン始動開始直後、エンジンが最初の下死点を乗り越えるまではバイパス回路２４aを開き、当該下死点を乗り越えた後にバイパス回路２４aを閉じる。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン始動装置に関する。

従来のエンジン始動装置では、スタータモータへの通電初期（クランク軸回転開始時）に大電流が流れるため、バッテリの出力電圧がその特性に依存して低下する。この電圧降下は、車両に搭載された電装品にノイズ混入や電源断等の影響を及ぼす。
これに対し、特許文献１に記載されたエンジン始動装置では、スタータモータへの通電初期時におけるバッテリの電圧降下の抑制と、クランキング時の出力確保との両立を目的とし、バッテリとスタータモータとの間に抵抗体とバイパス回路とを並列に配置し、エンジン始動開始後、エンジンが最初の上死点を乗り越えるまでバイパス回路を開き、乗り越えた後にバイパス回路を閉じる構成を採用している。

特開２００４−２５７３６９号公報

しかしながら、上記従来技術にあっては、エンジンの回転が開始した後にバッテリが最小電圧となるため、当該最小電圧が電装品に影響を与えない許容値以上となるように、エンジンの変動パラメータ（回転変動や補機類の駆動負荷）、逆起電力等を考慮してエンジン始動装置を設計しなければならず、設計の複雑化を招くという問題があった。
本発明の目的は、設計の複雑化を抑制できるエンジン始動装置を提供することにある。

本発明では、エンジン始動開始直後、エンジンが最初の下死点を乗り越えるまではバイパス回路を開き、当該下死点を乗り越えた後にバイパス回路を閉じる。

本発明では、エンジンの回転が開始する前にバッテリが最小電圧となるため、エンジンの変動パラメータや逆起電力等を考慮する必要がなく、設計の複雑化を抑制できる。

実施例１の車両の駆動系を示すシステム図である。 実施例１のエンジン始動装置1aの回路構成図である。 実施例１のコントローラ29で実行されるバイパスリレー24bのON/OFF切り替え処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のバイパスリレーON/OFF切り替え作用を示すタイムチャートである。

以下、本発明のエンジン始動装置を実施するための形態を、図面に示す実施例に基づいて説明する。

〔実施例１〕
まず、実施例１の構成を説明する。
図１は、実施例１の車両の駆動系を示すシステム図である。エンジン1から入力された回転駆動力は、トルクコンバータ2を介してベルト式無段変速機3に入力され、所望の変速比によって変速された後、駆動輪4に伝達される。
エンジン1は、エンジン始動を行うエンジン始動装置1aを有する。具体的には、スタータモータ21（図２参照）が備えられ、エンジン始動指令に基づいてエンジンクランキングを行うと共に、燃料を噴射し、エンジン1が自立回転可能になると、スタータモータ21を停止する。

エンジン1の出力側には、停車速域でトルク増幅を行うと共に、所定車速（例えば、14km/h程度）以上では、相対回転を禁止するロックアップクラッチを有するトルクコンバータ2が設けられている。トルクコンバータ2の出力側にはベルト式無段変速機3が接続されている。
ベルト式無段変速機3は、発進クラッチと、プライマリプーリおよびセカンダリプーリと、これら両プーリに掛け渡されたベルトとから構成され、プーリ溝幅を油圧制御によって変更することで所望の変速比を達成する。また、ベルト式無段変速機3内には、エンジン1によって駆動されるオイルポンプが設けられ、エンジン作動時には、オイルポンプを油圧源としてトルクコンバータ2のコンバータ圧やロックアップクラッチ圧を供給し、また、ベルト式無段変速機3のプーリ圧やクラッチ締結圧を供給する。
さらに、ベルト式無段変速機3には電動オイルポンプ3aが設けられており、エンジン自動停止によってオイルポンプによる油圧供給ができない場合には、電動オイルポンプ3aが作動し、必要な油圧を各アクチュエータに供給可能に構成されている。よって、エンジン停止時であっても、所望の変速比を達成し、また、クラッチ締結圧を維持することができる。

エンジン1は、エンジンコントロールユニット10によって作動状態が制御される。エンジンコントロールユニット10には、ドライバのブレーキペダル操作によりON信号を出力するブレーキスイッチ11からのブレーキ信号、ドライバのアクセルペダル操作量を検出するアクセル開度センサ12からのアクセル信号、ブレーキペダル操作量に基づいて生じるマスタシリンダ圧を検出するマスタシリンダ圧センサ13からのブレーキ操作量信号（マスタシリンダ圧）、各輪に備えられた車輪速センサ14からの車輪速信号、後述するCVTコントロールユニット20からのCVT状態信号、エンジン水温、クランク角やエンジン回転数等の信号を入力する。エンジンコントロールユニット10は、上記各種信号に基づいてエンジン1の始動もしくは自動停止を実施する。なお、マスタシリンダ圧センサ13に代えてブレーキペダルストローク量やブレーキペダル踏力を検出する踏力センサ、もしくはホイルシリンダ圧を検出するセンサ等の用い、これによりブレーキペダル操作量を検出することでドライバの制動意思を検出してもよい。

CVTコントロールユニット20は、エンジンコントロールユニット10との間でエンジン作動状態とCVT状態の信号を送受信し、これら信号に基づいてベルト式無段変速機3の変速比等を制御する。具体的には、走行レンジが選択されているときには、発進クラッチの締結を行うと共に、アクセルペダル開度と車速とに基づいて変速比マップから変速比を決定し、各プーリ油圧を制御する。また、車速が所定車速未満のときは、ロックアップクラッチを開放し、所定車速以上のときはロックアップクラッチを締結し、エンジン1とベルト式無段変速機3とを直結状態とする。さらに、走行レンジ選択中におけるエンジン自動停止時には、電動オイルポンプ3aを作動させ、必要な油圧を確保する。

［アイドルストップ制御］
次に、エンジンコントロールユニット10におけるアイドルストップ制御について説明する。
エンジンコントロールユニット10は、所定のエンジン停止条件の成立時にエンジン1を自動停止し、所定のエンジン再始動条件の成立時にスタータモータ21（図２参照）を作動させてエンジン1を再始動する、いわゆるアイドルストップ制御を行う。
アイドルストップ制御のエンジン停止条件は、例えば、以下の4条件がすべて成立している場合とし、エンジン再始動条件は、4条件のうちいずれか1つが不成立の場合とする。
1.ブレーキスイッチ11がON
2.アクセルペダル操作量がゼロ
3.走行レンジ（Dレンジ）選択中
4.車速ゼロが所定時間継続

［エンジン始動装置］
図２は、実施例１のエンジン始動装置1aの回路構成図である。
スタータモータ21の出力軸は、図外のベルトを介してエンジン1に接続されている。
バッテリ22は、スタータモータ21に直流電流を供給する。
バッテリ22とスタータモータ21との間には、抵抗体23とバイパス回路24aとが並列接続された突入電流抑制回路25が介装されている。抵抗体23は、エンジン始動時、スタータモータ21へ流れ込む電流を所定値以下に抑えるためのものである。

バイパス回路24aには、バイパスリレー（切り替え手段）24bが設けられている。バイパスリレー24bは、常開接点26を有し、駆動用リレー27からの電流供給により動作する（接点を閉じる）。以下、バイパス回路24aが開いた状態（常開接点26が開いた状態）をOFF、閉じた状態（常開接点26が閉じた状態）をONと称す。
駆動用リレー27は、常開接点28を有し、コントローラ29からの指令により動作する（接点を閉じる）。駆動用リレー27の常開接点28が閉じると、電流供給経路30からバイパスリレー24bに電流が供給される。

コントローラ29は、イグニッションキースイッチ（不図示）がON位置に設定された場合、または、アイドルストップ制御のエンジン再始動条件が成立した場合、駆動用リレー27に対し常開接点28を開く指令を出力することでバイパスリレー24bへの電流供給を遮断してバイパス回路24aをOFFし、エンジン1が最初の下死点を乗り越えたとき常開接点28を閉じる指令を出力することでバイパスリレー24bに電流供給経路30からの電流を供給してバイパス回路24aをONする。

電流供給経路30は、IGN2ラインに接続されている。IGN2ラインは、イグニッションキースイッチがON位置に設定された場合にはバッテリ22から電流を供給され、イグニッションキースイッチがエンジン始動位置STに設定された場合にはバッテリ22からの電流供給が遮断される経路である。IGN2ラインには、電流供給経路30の他、エンジン運転中は動作する必要があるが、ドライバのキー操作に基づくエンジン始動時（ドライバ操作に基づく初回エンジン始動時）には動作する必要がない電装品（例えば、エアコン、計器類等）が接続されている。

バッテリ22とスタータモータ21との間であって、抵抗体23および突入電流抑制回路25よりもスタータモータ21側の位置には、エンジンコントロールユニット10によりON/OFFされるコイルリレー31が設けられている。エンジンコントロールユニット10は、イグニッションキースイッチがエンジン始動位置STに設定されたとき、およびアイドルストップ制御によるエンジン1の再始動要求がなされたとき、エンジン回転数が設定値（例えば、クランキング回転数）に達するまでの間、コイルリレー31をONし、バッテリ22からスタータモータ21へ電流を供給してスタータモータ21を駆動する。

［バイパスリレーON/OFF切り替え処理］
図３は、実施例１のコントローラ29で実行されるバイパスリレー24bのON/OFF切り替え処理の流れを示すフローチャートであり、以下、各ステップについて説明する。
ステップS1では、イグニッションキースイッチがON位置に設定されたか否か、または、アイドルストップ制御のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、YESの場合はステップS2へ進み、NOの場合はリターンへ進む。
ステップS2では、バイパスリレー24bをOFF（開）にして、バイパス回路24aを開く。

ステップS3では、エンジン1が最初の下死点を乗り越えたか否か、すなわち、エンジン始動中にバッテリ電圧が極大値付近になったか否かを判定し、YESの場合はステップS4へ進み、NOの場合はステップS2へ戻る。ここで、下死点を乗り越えたか否かは、クランク角が所定角度であるか否か、筒内圧が最小値であるか否か、バッテリ電圧、バッテリ電流またはエンジン回転数の微分値がゼロよりも大きい値からゼロに変化したか否か（バッテリ電圧、バッテリ電流またはエンジン回転数が極大となったか否か）により判定できる。また、スタータモータ21への通電開始から所定時間経過したか否かにより判定しても良い。さらに、バッテリ電圧が所定電圧を越えたか否か、あるいは、エンジン回転数が所定回転数を越えたか否かにより判定しても良い。ここで、所定電圧および所定回転数はバッテリ電圧が極大値となる直前の値となるようあらかじめ定めておけば良い。
ステップS4では、バイパスリレー24bをON（閉）にして、バイパス回路24aを閉じる。
ステップS5では、エンジン回転数がクランキング回転数（エンジン始動の完了を判定する回転数）に達したか否かを判定し、YESの場合はステップS6へ進み、NOの場合はステップS5を繰り返す。
ステップS6では、バイパスリレー24bをOFF（開）にして、バイパス回路24aを開く。

次に、作用を説明する。
図４は、実施例１のバイパスリレーON/OFF切り替え作用を示すタイムチャートである。
従来技術では、図４の破線で示すように、スタータモータへの通電開始後にエンジンが上死点を乗り越えたとき(t2)にバイパスリレーをOFFからONに切り替えている。ここで、エンジンフリクションは圧縮圧が最大となる上死点付近が最も大きくなるため、エンジンが最初の上死点を乗り越す際(t2)の電圧降下（２回目の電圧降下）時の電圧降下量(ΔV2)は、クランク軸回転開始時(t0)における電圧降下（１回目の電圧降下）時の電圧降下量(ΔV0)よりも大きくなり、バッテリは２回目の電圧降下時に最小電圧となる。

このため、最小電圧が許容値を下回らないようにエンジン始動装置（抵抗体の抵抗値等）を設計する必要があるが、２回目の電圧降下時は既にエンジンが回転を開始した後の電圧降下であるため、バッテリの最小電圧を予測するためには、エンジンの回転変動や補機（オイルポンプ等）の駆動負荷などのエンジンの変動パラメータを考慮しなければならない。さらに、２回目の電圧降下時の最小電圧はクランク軸回転開始時に発生する逆起電力に大きく依存するのに対し、逆起電力は様々な要因でばらつきが生じる。
よって、上記従来技術にあっては、エンジンの変動パラメータ、逆起電力に影響を及ぼす種々の要因に基づいて抵抗体のみならず電装品やスタータモータを設計しなければならないため、設計の複雑化を招くという問題があった。

これに対し、実施例１では、エンジン始動開始直後、エンジン1が最初の下死点を乗り越えた時点t1、すなわち、エンジン始動中にバッテリ電圧が極大値になったt1でバイパスリレー24bをOFFからONに切り替える。
エンジン1が最初の下死点を乗り越えたときにバイパス回路24aを閉じることで、１回目の電圧降下時の電圧降下量(ΔV0)が２回目の電圧降下時の電圧降下量(ΔV1)よりも大きくなる。換言すると、２回目の電圧降下時の電圧降下量(ΔV1)を１回目の電圧降下時の電圧降下量(ΔV0)よりも小さくできる。

このため、実施例１では、エンジン1が回転を開始する前のバッテリ22の最小電圧を予測して抵抗体23の抵抗値を設計すればよく、エンジン1の変動パラメータやクランク軸回転開始時の逆起電力を考慮する必要がないため、バッテリ22の最小電圧の予測が容易であり、設計の複雑化を抑制できる。
また、下死点ではバッテリ電圧が極大となり、エンジンフリクションが最小となるため、このタイミングでバイパスリレー24bをOFFからONに切り替えることで、バッテリ22の最小電圧が許容値を下回るのを回避できる。

実施例１のエンジン始動装置にあっては、以下の効果を奏する。
(1) スタータモータ21とバッテリ22との間に直列配置された抵抗体23と、抵抗体23に対し並列配置されたバイパス回路24aと、バイパス回路24aを開閉するバイパスリレー24bと、を備え、バイパスリレー24bは、エンジン始動開始直後、エンジン1が最初の下死点を乗り越えるまではバイパス回路24aを開き、当該下死点を乗り越えた後にバイパス回路24aを閉じる。
これにより、設計の複雑化を抑制できる。
(2) スタータモータ21とバッテリ22との間に直列配置された抵抗体23と、抵抗体23に対し並列配置されたバイパス回路24aと、バイパス回路24aを開閉するバイパスリレー24bと、を備え、バイパスリレー24bは、エンジン始動の開始に併せてバイパス回路24aを開き、エンジン始動中にバッテリ電圧が極大値付近になったときにバイパス回路24aを閉じる。
これにより、設計の複雑化を抑制できる。

（他の実施例）
以上、本発明に係るエンジン始動装置を、実施例に基づいて説明したが、上記構成に限られず本発明の範囲を逸脱しない範囲で他の構成を取り得る。

1 エンジン
1a エンジン始動装置
2 トルクコンバータ
3 ベルト式無段変速機
3a 電動オイルポンプ
4 駆動輪
10 エンジンコントロールユニット
11 ブレーキスイッチ
12 アクセル開度センサ
13 マスタシリンダ圧センサ
14 車輪速センサ
20 CVTコントロールユニット
21 スタータモータ
22 バッテリ
23 抵抗体
24a バイパス回路
24b バイパスリレー（切り替え手段）
25 突入電流抑制回路
26 常開接点
27 駆動用リレー
28 常開接点
29 コントローラ
30 電流供給経路
31 コイルリレー

Claims (2)

1. スタータモータとバッテリとの間に直列配置された抵抗体と、
   前記抵抗体に対し並列配置されたバイパス回路と、
   前記バイパス回路を開閉する切り替え手段と、
   を備え、
   前記切り替え手段は、エンジン始動開始直後、エンジンが最初の下死点を乗り越えるまでは前記バイパス回路を開き、当該下死点を乗り越えた後にバイパス回路を閉じることを特徴とするエンジン始動装置。
2. スタータモータとバッテリとの間に直列配置された抵抗体と、
   前記抵抗体に対し並列配置されたバイパス回路と、
   前記バイパス回路を開閉する切り替え手段と、
   を備え、
   前記切り替え手段は、エンジン始動の開始に併せて前記バイパス回路を開き、エンジン始動中にバッテリ電圧が極大値付近になったときに前記バイパス回路を閉じることを特徴とするエンジン始動装置。

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