JP2015063933A - エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バッテリからスタータモータに大電流を供給することによるエンジン始動の回数を低減する。
【解決手段】エンジンの始動制御装置は、エンジン１０の初回始動を予測した場合に、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２を充電するために、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続し、ドライバによるエンジン始動操作に応じてキャパシタ２の電力をスタータモータ４に供給することによって、エンジン１０の始動を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの始動制御装置に関する。

従来、蓄電手段としてバッテリとキャパシタを備え、エンジン始動時には、バッテリからスタータモータに電力を供給してスタータモータを作動させることによって、エンジン始動を行うシステムが知られている（非特許文献１参照）。

マツダ技報Ｎｏ．３０（２０１２）、３７−４２頁、「減速エネルギ回生システム"ｉ−ＥＬＯＯＰ"の開発」

ここで、スタータモータを作動させるためには大電流が必要となるが、バッテリの放電電流が大きいほどバッテリの劣化度合いが大きくなる。従って、バッテリの耐久性を考慮すると、バッテリからスタータモータに大電流を供給することによるエンジン始動の回数は、少ない方が好ましい。

本発明は、バッテリからスタータモータに大電流を供給することによるエンジン始動の回数を低減することができる技術を提供することを目的とする。

本発明によるエンジンの始動制御装置は、エンジンの初回始動を予測した場合に、バッテリの電力を用いてキャパシタを充電し、ドライバによるエンジン始動操作に応じてキャパシタの電力をスタータモータに供給して、スタータモータを作動させてエンジンを始動することを特徴とする。

本発明によれば、エンジンの初回始動を予測すると、バッテリの電力を用いてキャパシタを充電し、キャパシタの充電電力をスタータモータに供給することによってエンジンを始動するので、バッテリからスタータモータに大電流を供給することによるエンジン始動の回数を低減することができる。

図１は、一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置を含むエンジン始動系の構成を示す図である。 図２は、一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置によって行われるエンジン始動時の処理の流れを示すフローチャートである。

図１は、一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置を含むエンジン始動系の構成を示す図である。本実施形態におけるエンジンの始動制御装置は、ガソリンエンジンを搭載するガソリン車、ディーゼルエンジンを搭載するディーゼル車、走行駆動源としてエンジンおよびモータを備えるハイブリッド車などの車両に搭載される。

一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置は、バッテリ１と、キャパシタ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、スタータモータ４と、切替スイッチ５と、コントローラ７と、電圧センサ８とを備える。

バッテリ１は、例えば、鉛酸バッテリであり、スタータモータ４および／または電気負荷９に電力を供給する。

キャパシタ２は、例えば、電気二重層キャパシタである。キャパシタ２は、バッテリ１に比べて、充放電による劣化が少なく、短時間で充放電を行うことができるという特徴がある。車両の回生制動時等において、オルタネータ６の回生運転によって発電された電力は、キャパシタ２に充電される。ただし、この回生発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して、バッテリ１に充電することも可能である。キャパシタ２の電力は、電気負荷９やスタータモータ４に供給可能である。なお、車両の回生制動時とは、ドライバによるブレーキ操作が行われた時や、車両の走行中に、ドライバがアクセルペダルを離して減速する時などが含まれる。

スタータモータ４は、供給された電力によって回転駆動して、クランクシャフトを回転させて、エンジン１を始動させる。なお、図１では、エンジン１０とオルタネータ６を離れた位置に示しているが、オルタネータ４はエンジン１０の回転力によって回生運転を行うため、実際には近くに配置されている。

バッテリ１とキャパシタ２との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、キャパシタ２からスタータモータ４や電気負荷９、バッテリ１に電力を供給する際に、電圧を調整する。また、バッテリ１からキャパシタ２に電力を供給する際に、電圧を調整（電流値を制限）する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御は、後述するコントローラ７によって行われる。

ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、また、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に断続可能であり、図示しないイグニッションスイッチのオフ後には、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に切断する。これは、イグニッションスイッチのオフ後にバッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続していると、バッテリ１からキャパシタ２に電力が供給され続けることになり、また、キャパシタ２の自己放電によって、キャパシタ２およびバッテリ１の双方の電力が失われるからである。

切替スイッチ５は、後述するコントローラ７によって制御され、コントローラ７からの指令信号に基づいて、スタータモータ４への電力供給ルートを、バッテリ１とキャパシタ２との間で切り替える。

電圧センサ８は、キャパシタ２の電圧を検出する。

コントローラ７は、車両全体の制御を行う。特に、コントローラ７は、後述するエンジン始動処理を行う。

図２は、一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置によって行われるエンジン始動時の処理の流れを示すフローチャートである。ステップＳ１から始まる処理は、コントローラ７によって行われる。

ステップＳ１では、エンジン１０の初回始動があると予測したか否かを判定する。エンジン１０の初回始動とは、イグニッションスイッチがオフの状態からのエンジン１０の始動のことである。ここでは、乗員による車両のドアロック解除操作、ドアを開ける開操作、イグニッションスイッチのオン操作のうちの少なくとも一つの操作を検出すると、エンジン１０の初回始動があると予測する。すなわち、車両に乗るために乗員が車両のドアロックを解除した場合、車両に乗るために乗員がドアを開ける開操作を行った場合、または、乗員がイグニッションスイッチをオンした場合には、その後に、エンジン１０の始動操作が行われることが予測される。従って、上記３つの状況のうちの少なくとも一つの操作を検出すると、エンジン１０の初回始動があると予測する。エンジン１０の初回始動があると予測すると、ステップＳ２に進む。

ステップＳ２では、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧が所定電圧より低いか否かを判定する。所定電圧は、エンジン１０を始動するために、スタータモータ４を作動させるために必要な電圧である。キャパシタ２の電圧が所定電圧より低いと判定すると、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２の充電を行うために、ステップＳ３に進む。一方、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上であると判定すると、キャパシタ２の充電を行うことなく、キャパシタ２の電力を用いてエンジン１０の始動を行うために、ステップＳ７に進む。

ステップＳ３では、ドライバによるエンジン始動操作が行われたか否かを判定する。エンジン始動操作が行われたと判定するとステップＳ１０に進む。ステップＳ１０では、ドライバによるエンジン始動操作に応じて即座にエンジン１０の始動を行うために、バッテリ１からスタータモータ４へと電力を供給することによって、スタータモータ４の作動を開始する。すなわち、切替スイッチ５は、スタータモータ４とバッテリ１との間を接続する。

一方、ステップＳ３において、ドライバによるエンジン始動操作が行われていないと判定すると、ステップＳ４に進む。ステップＳ４では、バッテリ１からキャパシタ２に、所定電流以下に制限した状態で電流を供給することによって、キャパシタ２の充電を行う。キャパシタ２の充電を行う際の電流値の制限は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を調整することによって行う。キャパシタ２の充電に応じて、キャパシタ２の電圧は高くなるので、キャパシタ２の電圧の上昇に応じてＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を上昇させると、バッテリ１からキャパシタ２に流れる電流を一定に保つことができる。

キャパシタ２の充電を行う際に、バッテリ１の放電電流を所定電流以下に制限する理由について説明しておく。キャパシタ２の充電を行う際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３によって、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続すると、バッテリ１の電圧が一瞬大きく降下する瞬低という現象が起こる。従って、キャパシタ２の充電時の電流を所定電流以下に制限することによって、瞬低が生じるのを防いで、バッテリ１からコントローラ７への電力供給が途絶えるのを防ぐことができる。

ステップＳ５では、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧が所定電圧以上であるか否かを判定する。所定電圧は、エンジン１０を始動するために、スタータモータ４を作動させるために必要な電圧である。キャパシタ２の電圧が所定電圧未満であると判定するとステップＳ３に戻る。一方、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上であると判定すると、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を停止する。これにより、キャパシタ２の充電は終了する。

ステップＳ７では、スタータモータ４の電力供給源をキャパシタ２とするための制御信号を切替スイッチ５に送信する。切替スイッチ５は、この制御信号に基づいて、スタータモータ４とキャパシタ２との間を接続する。

ステップＳ８では、ドライバによるエンジン始動操作が行われたか否かを判定する。エンジン始動操作が行われていないと判定するとステップＳ８で待機し、エンジン始動操作が行われたと判定するとステップＳ９に進む。

ステップＳ９では、図示しないスタータリレーをオンして、キャパシタ２からスタータモータ４へと電力を供給することによって、スタータモータ４を作動させて、エンジンの始動を行う。

以上、一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置によれば、エンジン１０の初回始動を予測した場合に、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２を充電するために、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御し、ドライバによるエンジン始動操作に応じてキャパシタ２の電力をスタータモータ４に供給するように制御する。キャパシタ２の充電時にバッテリ１からキャパシタ２に流れる電流は、スタータモータ４を作動させる時にバッテリ１からスタータモータ４に流れる電流と比べて小さいので、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２を充電した後に、キャパシタ２の電力を用いてエンジン１０の始動を行うことにより、エンジン１０の始動時にバッテリ１から大電流を流す回数を低減させることができ、バッテリ１の耐久性を向上させることができる。

また、一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置によれば、乗員によるドアロック解除操作、ドアの開操作、およびイグニッションスイッチのオン操作のうちの少なくとも一つの操作を検出すると、エンジン１０の初回始動があると予測するので、ドライバによるエンジン始動操作の前からキャパシタ２の充電を開始することができ、ドライバによるエンジン始動操作が行われたときに、キャパシタ２の電力を用いて素早くエンジン１０の始動を行うことができる。

さらに、エンジン１０の初回始動が予測された場合に、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上の場合には、キャパシタ２の充電を行わずに、キャパシタ２の電力をスタータモータ４に供給するように制御するので、キャパシタ２の電力を用いてエンジン１０の始動を行える状態の場合には、バッテリ１からキャパシタ２への無駄な電力の持ち出しを防止することができる。

また、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２を充電する際に、バッテリ１の出力電流を所定電流以下に制限するので、キャパシタ２の充電時に、バッテリ１の電圧が瞬間的に大きく低下して、コントローラ７への電力供給が途絶えるのを防ぐことができる。

一実施の形態におけるエンジンの始動制御装置によれば、キャパシタ２の充電完了前にドライバがエンジン始動操作を行った場合には、バッテリ１の電力をスタータモータ４に供給するように制御する。これにより、ドライバのエンジン始動操作に応じて即座にエンジン１０の始動を行うことができる。すなわち、キャパシタ２の充電完了前にドライバがエンジン始動操作を行った場合でもキャパシタ２の電力を用いてエンジン１０の始動を行おうとすると、キャパシタ２の充電が完了するまでエンジン１０の始動を行うことができなくなり、ドライバに違和感が生じるが、バッテリ１の電力をスタータモータ４に供給することにより、即座にエンジン１０の始動を行うことができる。

キャパシタ２の充電では、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上となるまで、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御するので、所定電圧以上となったキャパシタ２の電力を用いてスタータモータ４を作動させることにより、確実にエンジン１０を始動させることができる。また、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上になると、キャパシタ２の充電を終了するので、キャパシタ２の充電時間をできるだけ短くすることによって、エンジン始動までの時間を短くすることができる。

本発明は、上述した一実施の形態に限定されることはない。例えば、バッテリ１の一例として鉛酸バッテリを挙げたが、鉛酸バッテリに限定されることはない。同様に、キャパシタ２の一例として電気二重層キャパシタを挙げたが、電気二重層キャパシタに限定されることはない。

キャパシタ２の充電を行う際のバッテリ１の放電電流の制限は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３によって行ったが、バッテリ１の放電電流を所定電流以下に制限するための電流制限器を別途設けるようにしてもよい。

１…バッテリ
２…キャパシタ
３…ＤＣ／ＤＣコンバータ（断続手段、電流制限手段）
４…スタータモータ
５…切替スイッチ（切替手段）
７…コントローラ（エンジン初回始動予測手段、制御手段）
１０…エンジン

Claims (6)

1. 充放電が可能なバッテリと、
   充放電が可能なキャパシタと、
   供給電力により回転駆動してエンジンを始動させるスタータモータと、
   前記バッテリと前記キャパシタとの間を電気的に断続する断続手段と、
   前記エンジンの初回始動を予測するエンジン初回始動予測手段と、
   前記エンジンの初回始動が予測された場合に、前記バッテリの電力を用いて前記キャパシタを充電するために、前記バッテリと前記キャパシタとの間を電気的に接続するように前記断続手段を制御し、ドライバによるエンジン始動操作に応じて前記キャパシタの電力を前記スタータモータに供給するように制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの始動制御装置。
2. 請求項１に記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記エンジン初回始動予測手段は、乗員によるドアロック解除操作、ドアの開操作、およびイグニッションスイッチのオン操作のうちの少なくとも一つの操作を検出すると、前記エンジンの初回始動があると予測することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記制御手段は、前記エンジンの初回始動が予測された場合に、前記キャパシタの電圧が所定電圧以上の場合には、前記キャパシタの充電を行わずに、前記キャパシタの電力を前記スタータモータに供給するように制御することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記バッテリの電力を用いて前記キャパシタを充電する際の前記バッテリの出力電流を所定電流以下に制限する電流制限手段をさらに備えることを特徴とするエンジンの始動制御装置。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記スタータモータの電力供給源を前記バッテリと前記キャパシタとの間で切り替える切替手段をさらに備え、
   前記制御手段は、前記キャパシタの充電完了前にドライバがエンジン始動操作を行った場合には、前記バッテリの電力を前記スタータモータに供給するように前記切替手段を制御することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれか一項に記載のエンジンの始動制御装置において、
   前記制御手段は、前記キャパシタの充電では、前記キャパシタの電圧が所定電圧以上となるまで、前記バッテリと前記キャパシタとの間を電気的に接続するように前記断続手段を制御することを特徴とするエンジンの始動制御装置。

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