JP2016023558A - モータの制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】モータによってエンジンを始動させる際に、エンジンをスムーズに始動させる。【解決手段】エンジン20のクランク軸に連結されるモータ22と、エンジン20の回転数を検出するエンジン回転数検出部14と、車両の減速中にエンジンを停止させる減速時アイドルストップ部12とを備えた車両のモータの制御装置10において、車両の減速中において減速時アイドルストップ部12によりエンジンの回転数が減少しているときにエンジンを再始動させる場合であって、エンジン20が圧縮上死点を越えることができない状態にあると判断された場合に、エンジンの回転数が所定の第1の回転数以下となったことを判定する(ステップS25)ことでモータ22を駆動してエンジン20を駆動する。【選択図】図1

Description

本発明は、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置に関する。
エンジンの燃料消費量削減を目的とするアイドリングストップ制御装置は、所定条件が成立した場合にエンジンを停止させる。また、エンジンの停止中に所定条件が成立した場合にエンジンを再始動させる。この際、ドライバビリティ向上のため、運転者の要求に応じて速やかなエンジンの再始動が必要となるが、円滑な再始動を行うためには一定のトルクが必要となる。
運転者から、エンジン回転数降下時にブレーキリリースなどによって再始動要求があった場合、モータの制御装置は、モータにトルク出力を指示し円滑なエンジン始動を試みる。この際、エンジンが圧縮上死点の直前からトルク出力を行う場合、エンジンには圧縮反力が生じるため、モータにはエンジン停止状態からの始動時と同じ大きさのトルクまたはそれ以上の大きさのトルクが求められる。
このため、ピストンが圧縮上死点を乗り越えるために必要なトルクがモータ出力可能トルクを上回った場合、モータ内半導体素子が発熱すること、必要以上に電力が消費すること、エンジン始動に時間がかかることなどの懸念が生じている。
エンジン始動の信頼性を向上させる方法として、特許文献1のように、モータジェネレータの温度およびインバータの温度から、エンジンを始動させるためのモータジェネレータの始動トルクが不足するか否かを判断し、モータジェネレータの始動トルクが不足する場合にはスタータを用いてエンジン始動をするものが知られている。
特開2006−46279号公報
しかし、エンジンを再始動する際に、エンジンが圧縮上死点よりも前からトルク出力を行う場合には、エンジン停止状態からの始動時以上に始動トルクが必要となる。このため、特許文献1のようにエンジンの再始動の可否を判断する際にモータジェネレータの温度およびインバータの温度を見るだけでは、モータジェネレータによるエンジン始動が失敗するおそれがある。
そこで、本発明は、モータによってエンジンを始動させる際に、エンジンをスムーズに始動させることのできるモータの制御装置を提供することを目的とする。
本発明に係るモータの制御装置は、エンジンのクランク軸に連結されるモータと、前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出部と、車両の減速中にエンジンを停止させる減速時アイドルストップ部とを備えた車両のモータの制御装置において、前記車両の減速中において前記減速時アイドルストップ部により前記エンジンの回転数が減少しているときに前記エンジンを再始動させる場合であって、前記エンジンが圧縮上死点を越えることができない状態にあると判断された場合に、前記エンジンの回転数が所定の第1の回転数以下となったことを判定することで前記モータを駆動して前記エンジンを始動することを特徴とする。
本発明によると、モータによってエンジンを始動させる際に、エンジンをスムーズに始動させることができる。
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置を含む装置のブロック図である。 図2は、本発明の第1の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置において、モータトルク出力の可否を判定するためのフローチャートの一例を示す図である。 図3は、本発明の第1の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置において、図2に示すフローチャートによってモータトルク出力を実行した際のエンジン回転数Neおよびトルク出力の変動例の一例を示す図である。 図4は、本発明の第2の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置において、モータトルク出力の可否を判定するためのフローチャートの一例を示す図である。 図5は、本発明の第2の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置において、図4に示すフローチャートによってモータトルク出力を実行した際のエンジン回転数Ne、クランク角度θおよびトルク出力の変動例の一例を示す図である。 図6は、本発明の第3の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置において、モータトルク出力の可否を判定するためのフローチャートの一例を示す図である。
以下、図1から図3を参照しながら本発明の第1の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置について詳細に説明する。
図1は、車両の概略の構成を示し、特に、本発明の第1の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置10に関連する装置を示す。
制御装置10は、制御部11と、減速時アイドルストップ部12と、クランク角検出部13と、エンジン回転数検出部14とを備える。
図1に示すように、制御部11には、減速時アイドルストップ部12、クランク角検出部13およびエンジン回転数検出部14が接続されている。また、制御部11には、バッテリ16、エンジン20およびモータ22が接続されている。モータ22は、エンジンのクランク軸に連結されている。
バッテリ16は、制御部11、エンジン20およびモータ22に直接に電力を供給するとともに、制御部11を経由して、減速時アイドルストップ部12、クランク角検出部13、エンジン回転数検出部14等にも電力を供給する。
モータ22は直流モータであるが、これに代えて交流モータを用いてもよい。ただし、交流モータを用いた場合には、インバータを設けて、バッテリ16からインバータを経由して交流モータに交流電力を供給するように構成する。
制御部11は、クランク角検出部13およびエンジン回転数検出部14を含む図示していない各検出部からの信号に基づいてエンジン20およびモータ22の駆動制御を行う。エンジン20の駆動力はタイヤ30に伝達される。
減速時アイドルストップ部12は、車両の減速中に、車速が所定車速以下で、かつ、ブレーキペダルの踏み込みがされていることを検出したときに、減速時アイドルストップを制御部11に要求する。
制御部11は、減速時アイドルストップ部12から減速時アイドルストップの要求を受け取ると、それに応答して、エンジン20への燃料噴射を禁止するかもしくは点火を禁止するかまたは燃料噴射および点火の両方を禁止する。
また、減速時アイドルストップ部12は、運転者からエンジン20の再始動の要求があると、制御部11にエンジン20の再始動を要求する。減速時アイドルストップ部12は、例えば、運転者がブレーキペダルをリリースしたことを検出すると、それを再始動の要求と判断する。
クランク角検出部13は、上死点を基準としてクランク軸のクランク角度を検出する。エンジン回転数検出部14は、エンジン20の回転数を検出する。
また、制御部11は、図示しない記憶部を備える。記憶部には、エンジン20の所定の第1の回転数Ne*、第2の回転数Ne2および第3の回転数Ne1と、所定の第1のクランク角θ1および第2のクランク角θ2と、エンジン回転数の所定の降下速度Ned*とが記憶されている。後述するように、制御部11は、必要に応じて、これらの記憶された値を読み出して使用する。
図2は、本実施の形態に係る制御部11において実行される、モータ22のトルク出力の可否を判定するためのフローチャートの一例を示す。
制御部11は、最初に、減速時アイドルストップが作動しているか否かを判別する(ステップS21)。減速時アイドルストップ部12は、車両の速度が所定値以下になっていて、さらに、運転者によるブレーキペダルの踏み込みが実施されていることを検出すると、制御部11に減速時アイドルストップを要求する。制御部11は、この要求の有無により減速時アイドルストップが作動したか否かを判別する。
減速時アイドルストップが作動しているときには、制御部11は、減速時アイドルストップを実施するため、エンジン20への燃料噴射禁止および点火禁止の少なくとも一方を実行してエンジン20の燃焼を中止させている。
制御部11は、ステップS21において、減速時アイドルストップが作動していると判定したとき(YESのとき)には、エンジンの再始動要求がされているか否かを判別する(ステップS22)。例えば、減速時アイドルストップ部12は、運転者によってブレーキリリース等が行われたことを検出すると、制御部11にエンジン再始動の要求を出力する。これにより、制御部11は、エンジンの再始動要求があったと判定する。
ステップS21において、制御部11は、減速時アイドルストップが作動していないと判定したとき(NOのとき)、または、ステップS22において、エンジンの再始動が要求されていないと判定したとき(NOのとき)には、いずれの場合にも、モータ22のトルク出力の可否を判別する必要がないため、この処理を終了する。
ステップS22において、制御部11は、エンジンの再始動が要求されていると判定したとき(YESのとき)には、エンジン回転数検出部14によって検出されたエンジン回転数Neが、所定の第3の回転数Ne1と所定の第2の回転数Ne2との間にあるか否かを判別する(ステップS23)。
第3の回転数Ne1および第2の回転数Ne2は、ともに減速中の低エンジン回転数であり、第3の回転数Ne1は第2の回転数Ne2よりも小さい。
制御部11は、ステップS23において、検出されたエンジン回転数Neが、第3の回転数Ne1と第2の回転数Ne2との間にはないと判定したとき(NOのとき)は、モータ22にトルクを出力させて(ステップS26)エンジン20を所定回転数まで回転させ、燃料噴射を経てエンジン20を再始動させる。
このように、検出されたエンジン回転数Neが、第3の回転数Ne1と第2の回転数Ne2との間にはないときには、モータ駆動によってエンジン20のピストンが圧縮上死点を越えることができるため、モータトルクを出力させるようにする。
一方、制御部11は、ステップS23において、検出されたエンジン回転数Neが第3の回転数Ne1よりも大きくかつ第2の回転数Ne2よりも小さいと判定したとき(YESのとき)には、続いて、検出されたエンジン回転数Neが、既定の所定の第1の回転数Ne*以下であるか否かを判別する(ステップS25)。
検出されたエンジン回転数Neが、第3の回転数Ne1と第2の回転数Ne2との間にあるときには、モータ駆動によってエンジン20のピストンが圧縮上死点を越えることは困難である。しかし、エンジン回転数Neが、Ne1よりさらに低い既定の所定の第1の回転数Ne*以下のときには、モータ22のトルク出力によってエンジン20のピストンが圧縮上死点を越えることができるからである。
このため、第1の回転数Ne*は、第3の回転数Ne1よりも小さい回転数で、エンジン20が停止したと判断または停止すると予測できる程度の値である。第1の回転数Ne*として、例えば、0rpmから100rpmの回転数が該当する。
制御部11は、ステップS25において、検出したエンジン回転数Neが、第1の回転数Ne*より大であると判定したとき(NOのとき)には、エンジン回転数Neが、第1の回転数Ne*以下になったと判断できるまでステップS25の処理を繰り返す。
制御部11は、ステップS25において、検出したエンジン回転数Neが、第1の回転数Ne*以下であると判定したとき(YESのとき)には、モータ22にトルクを出力させて(ステップS26)エンジン20を回転させ、燃料噴射を経てエンジン20を再始動させる。
これにより、モータ22のトルク出力の可否を判定するための処理は終了する。
図3は、図2に示すフローチャートによってモータ22のトルク出力を実行した際のエンジン回転数Neおよびトルク出力の変動例の一例を示す。図3において、横軸は時間を表し、縦軸は各要素の大きさを表す。
図3において、エンジン回転数が、一度下降した後に上昇しているときのT0の時点で、減速時アイドルストップが作動する。すなわち、T0の時点で、車両速度が所定車速以下になっていて、さらに、運転者がブレーキペダルを踏み込んでいる状態である。このとき、図2のステップS21の処理が実行されると、判定はYESとなって、処理はステップS22に進む。
図3に示すように、T0から、減速時アイドルストップが作動するため、その後エンジン回転数は減少し続ける。
エンジン回転数が減少し続けているとき、T1の時点で、例えば、ブレーキリリースが行われると、制御部11は、減速時アイドルストップ部12からエンジン20の再始動の要求を受け取る。このとき、図2のステップS22の処理が実行されると、判定はYESとなって、処理はステップS23に進む。
T1の時点で、エンジン回転数Neは、第2の回転数Ne2より低いが第3の回転数Ne1よりも高い。このため、この時点で、図2のステップS23の処理が実行されると、判定はYESとなって、処理はステップS25に進む。
T1の時点では、モータ22のトルク出力ではエンジン20のピストンが圧縮上死点を乗り越えることは困難なため、エンジン回転数Neがさらに降下することを待つ。これは、図2のステップS25の処理の判定がNOのときに相当する。
T2の時点では、エンジン回転数Neは、第3の回転数Ne1よりも下がって第1の回転数Ne*になっている。このとき、図2のステップS25の処理が実行されると、判定はYESとなって処理はステップS26に進む。
このため、制御部11は、T2の時点で、モータ22にトルク出力をONにする指示を出す。これにより、エンジン20が再始動し、エンジン回転数NeがT2の時点以降上昇する。このように、この実施の形態によると、エンジン20の停止を待つことなく、エンジンを再始動することができる。
図4は、本発明の第2の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置において、モータトルク出力の可否を判定するためのフローチャートの一例を示す。
図4に示すフローチャートは、図2に示すフローチャートで実行されるステップS21からステップS23、ステップS25およびステップS26を含む。このため、それらのステップについてのここでの説明は省略する。
図4に示すフローチャートでは、図2に示すフローチャートで示すステップS21からステップS23までの処理と同一の処理が実行され、ステップ23において、制御部11は、検出されたエンジン回転数Neが第3の回転数Ne1よりも大きくかつ第2の回転数Ne2よりも小さいと判定したとき(YESのとき)には、ステップS24の処理に進む。
ステップS24では、制御部11は、クランク角検出部13によって検出されたクランク角度θが、既定の第1のクランク角度θ1と第2のクランク角度θ2との間にあるか否かを判別する。
第1のクランク角度θ1は、圧縮上死点前のクランク角度であり、例えば、圧縮上死点を示す角度から30°から40°前の角度である。また、第2のクランク角度θ2は、圧縮上死点を示す角度である。
検出されたクランク角度θが、第1のクランク角度θ1より大きくかつ第2のクランク角度θ2より小さいときには、エンジン20のピストンは圧縮行程にあるので、この時点でのモータ22のトルクではピストンが圧縮上死点を越えることはできない。
このため、制御部11は、ステップS24において、検出されたクランク角度θが、第1のクランク角度θ1より大きくかつ第2のクランク角度θ2よりも小さいとき(YESのとき)には、続いて、検出されたエンジン回転数Neが、既定の所定の第1の回転数Ne*以下であるか否かを判別する(ステップS25)。
制御部11は、ステップS25において、検出したエンジン回転数Neが、第1の回転数Ne*以下であると判定したとき(YESのとき)には、モータ22にトルクを出力させて(ステップS26)エンジン20を回転させ、燃料噴射を経てエンジン20を再始動させる。
一方、制御部11は、ステップS24において、検出されたクランク角度θが、第1のクランク角度θ1と第2のクランク角度θ2との間にないと判定したとき(NOのとき)には、モータ22にトルクを出力させて(ステップS26)エンジン20を所定回転数まで回転させ、燃料噴射を経てエンジン20を再始動させる。
これにより、モータ22のトルク出力の可否を判定するための図4に示すフローチャートの処理は終了する。
図5は、図4に示すフローチャートによってモータ22のトルク出力を実行した際のエンジン回転数Ne、クランク角度θおよびトルク出力の変動例の一例を示す。図5において、横軸は時間を表し、縦軸は各要素の大きさを表す。
図5のエンジン回転数Neおよびトルク出力の変動例は、図3のエンジン回転数Neおよびトルク出力の変動例と同じである。図5には、図3に示されていない、クランク角度θの変動例の一例を示す。図4に示すフローチャートでは、モータ22のトルク出力を実行する際に以下のようにクランク角度θの変動が考慮される。
図5において、エンジン回転数が、一度下降した後に上昇しているときのT0の時点で、減速時アイドルストップが作動する。すなわち、T0の時点で、車両速度が所定車速以下になっていて、さらに、運転者がブレーキペダルを踏み込んでいる状態である。このとき、図4に示すフローチャートにおいて、ステップS21の処理が実行されると、判定はYESとなって、処理はステップS22に進む。
図5に示すように、T0から、減速時アイドルストップが作動するため、その後エンジン回転数は減少し続ける。
エンジン回転数が減少し続けているとき、T1の時点で、例えば、ブレーキリリースが行われると、制御部11は、減速時アイドルストップ部12からエンジン20の再始動の要求を受け取る。このとき、図4に示すフローチャートにおいて、ステップS22の処理が実行されると、判定はYESとなって、処理はステップS23に進む。
T1の時点で、エンジン回転数Neは、第2の回転数Ne2より低いが第3の回転数Ne1よりも高いため、T1の時点で、図4のステップS23の処理が実行されると、判定はYESとなって、処理はステップS24に進む。
一方、T1の時点でのクランク角度θは、第2のクランク角度θ2より小さいが第1のクランク角度θ1よりも大きい。
このため、T1の時点では、モータ22のトルク出力ではエンジン20のピストンが圧縮上死点を乗り越えることが困難である。このとき、図4のステップS24の処理が実行されると、判定はYESとなって、処理はステップS25に進む。
T2の時点で、クランク角度θは、依然として第2のクランク角度θ2と第1のクランク角度θ1との間にあるが、エンジン回転数Neは、第3の回転数Ne1よりも下がって第1の回転数Ne*になっている。
このとき、図4のステップS25の処理が実行されると、判定はYESとなって処理はステップS26に進む。
これにより、制御部11は、T2の時点で、モータ22にトルク出力をONにする指示を出す。これにより、エンジン20が再始動し、エンジン回転数NeがT2の時点以降上昇する。このように、この実施の形態によると、エンジン20の停止を待つことなく、エンジンを再始動することができる。
図6は、第3の実施の形態に係る、モータによりエンジンを始動させる機能を有する車両のモータの制御装置において、モータトルク出力の可否を判定するためのフローチャートの一例を示す図である。
図6に示すフローチャートは、図2に示すフローチャートで実行されるステップS21からステップS23、ステップS25およびステップS26を含む。このため、それらのステップについてのここでの説明は省略する。
図6に示すフローチャートでは、図2に示すフローチャートで示すステップS21からステップS23までの処理と同一の処理が実行され、ステップS23において、制御部11は、検出されたエンジン回転数Neが第3の回転数Ne1よりも大きくかつ第2の回転数Ne2よりも小さいと判定したとき(YESのとき)には、ステップS64の処理に進む。
ステップS64では、制御部11は、所定時間ごとにエンジン回転数検出部14によって検出されたエンジン回転数からエンジン回転数降下速度Nedを算出し、また、制御部11の記憶部から所定の降下速度Ned*を読み出し、NedがNed*よりも小さいか否かの判別を行う。
エンジン回転数降下速度Nedが所定の降下速度Ned*よりも小さい場合には、降下速度が不足していてこの時点でのモータ22のトルクではピストンが圧縮上死点を越えることはできない。
このため、制御部11は、ステップS64において、エンジン回転数降下速度Nedが所定の降下速度Ned*よりも小さいと判定したとき(YESのとき)には、検出されたエンジン回転数Neが、既定の所定の第1の回転数Ne*以下であるか否かを判別する(ステップS25)。
制御部11は、ステップS25において、検出したエンジン回転数Neが、第1の回転数Ne*以下であると判定したとき(YESのとき)には、モータ22にトルクを出力させて(ステップS26)エンジン20を回転させ、燃料噴射を経てエンジン20を再始動させる。
一方、制御部11は、ステップS64において、エンジン回転数降下速度Nedが所定の降下速度Ned*以上であると判定したとき(NOのとき)には、モータ22にトルクを出力させて(ステップS26)エンジン20を所定回転数まで回転させ、燃料噴射を経てエンジン20を再始動させる。
これにより、モータ22のトルク出力の可否を判定するための図6に示すフローチャートの処理は終了する。
上記の実施の態様の説明において、クランク角度θについては1気筒におけるクランク角度θに着目した。このため、例えば3気筒エンジンの場合には、クランク軸が2回転する間に各気筒に関してモータ22のトルク出力の可否を判定し、3気筒すべてについてモータ22のトルク出力が可能と判定されたときに、制御装置10がモータ22のトルク出力を行うものとする。
上記の第1の形態のモータ22の制御装置10は、エンジン20のクランク軸に連結されるモータ22と、エンジン20の回転数を検出するエンジン回転数検出部14と、車両の減速中にエンジン20を停止させる減速時アイドルストップ部12とを備え、車両の減速中において減速時アイドルストップ部12によりエンジン20の回転数が減少しているときにエンジン20を再始動させる場合であって、エンジン20が圧縮上死点を越えることができない状態にあると判断された場合に、エンジン20の回転数が所定の第1の回転数以下となったことを判定することでモータ22を駆動してエンジン20を駆動することを特徴とする。
この特徴により、エンジン20が、圧縮上死点を越えることができずエンジン20の始動がスムーズに行えないと判断された場合には、エンジン20の回転数が第1の回転数以下となることを条件としてモータ22を用いてエンジン20の再始動を行う。これにより、エンジン20の再始動時のモータ22の過熱、バッテリ16の電力の浪費、エンジン20の再始動に要する時間が長くなることを防止することができる。
また、このモータ22の制御装置10において、エンジン20の回転数が所定の第1の回転数よりも大きい所定の第2の回転数未満となり、圧縮行程中にある気筒が存在する場合には、圧縮上死点を超えることができないと判断するようにしてもよい。
これによると、エンジン20の再始動時に、エンジン回転数からエンジン20が圧縮上死点を越えてエンジン始動ができないことを判断することができる。
上述の通り、本発明のいくつかの実施の形態について説明したが、当業者によって本発明の範囲を逸脱することなく変更、修正または改変が加えられうることは明白である。そのような変更、修正または改変したものおよび等価物が特許請求の範囲に含まれることは意図されている。
10 制御装置
11 制御部
12 減速時アイドルストップ部
13 クランク角検出部
14 エンジン回転数検出部
16 バッテリ
20 エンジン
22 モータ
30 タイヤ

Claims (2)

  1. エンジンのクランク軸に連結されるモータと、
    前記エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出部と、
    車両の減速中にエンジンを停止させる減速時アイドルストップ部と
    を備えた車両のモータの制御装置において、
    前記車両の減速中において前記減速時アイドルストップ部により前記エンジンの回転数が減少しているときに前記エンジンを再始動させる場合であって、前記エンジンが圧縮上死点を越えることができない状態にあると判断された場合に、前記エンジンの回転数が所定の第1の回転数以下となったことを判定することで前記モータを駆動して前記エンジンを始動することを特徴とするモータの制御装置。
  2. 前記エンジンの回転数が前記所定の第1の回転数よりも大きい所定の第2の回転数未満となり、圧縮行程中にある気筒が存在する場合に、圧縮上死点を越えることができないと判断することを特徴とする請求項1に記載のモータの制御装置。
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