JP2017020360A - 内燃機関の始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】機関始動に要する時間を短縮する。【解決手段】内燃機関のクランクシャフト４に取り付けられたクランクプーリ４ｐと、モータジェネレータ８の回転シャフト８ｓに取り付けられたモータプーリ８ｐとをベルト１０により互いに連結する。内燃機関を始動すべきときには、内燃機関の点火作用を行うことなく、モータジェネレータを始動時トルクでもって駆動し、それによりベルトを介してクランクシャフトを回転させ、その後、内燃機関の点火作用が開始される。内燃機関の点火作用が開始されるときに始動時トルクを増大する。【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の始動制御装置に関する。

内燃機関のクランクシャフトに取り付けられたクランクプーリと、電気モータの出力シャフトに取り付けられたモータプーリとをベルトにより互いに連結し、内燃機関を始動すべきときに電気モータを始動時トルクでもって駆動し、それによりベルトを介してクランクシャフトを回転させるようにした、内燃機関の始動制御装置が公知である（例えば、特許文献１参照）。

一方、電気モータの駆動開始直後には機関燃焼室内に十分な空気が存在しない場合があるので、例えば電気モータの駆動開始と同時に点火作用を開始しても、燃料を良好に燃焼させることができないおそれがある。そこで、内燃機関を始動すべきときには点火作用を行うことなく電気モータを駆動し、次いで例えば機関回転数が高くなったときに点火作用を開始するのが一般的である。

特開２００７−２９２０７９号公報

しかしながら、電気モータの駆動中に点火作用が開始されると、クランクシャフトの回転速度が大幅に上昇するのでベルトの張力が低下する。このようにベルトの張力が低下すると電気モータの駆動力をクランクシャフトに十分に伝達することができない。その結果、クランクシャフトの回転速度を良好に上昇させることができず、したがって機関始動を完了するのに要する時間が長くなるおそれがある。

本発明によれば、内燃機関のクランクシャフトに取り付けられたクランクプーリと、電気モータの出力シャフトに取り付けられたモータプーリとをベルトにより互いに連結し、前記内燃機関を始動すべきときには前記内燃機関の点火作用を行うことなく前記電気モータを始動時トルクでもって駆動し、それにより前記ベルトを介して前記クランクシャフトを回転させるようにし、その後、前記内燃機関の点火作用を開始するようにした、内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関の点火作用が開始されるときに前記始動時トルクを増大する、内燃機関の始動制御装置が提供される。

電気モータの駆動力をクランクシャフトに良好に伝達することができるので、機関始動に要する時間を短縮することができる。

内燃機関の全体図である。 クランクプーリ、モータプーリ等の配置を示す概略図である。 始動制御の第１実施例を説明するためのタイムチャートである。 始動制御の第１実施例を実行するためのルーチンを示すフローチャートである。 始動制御の第２実施例を説明するための線図である。 始動制御の第２実施例における第２の設定トルクの振幅ＡＭＴＱ２のマップを示す図である。 始動制御の第２実施例を説明するためのタイムチャートである。

図１を参照すると、１は火花点火式又は圧縮着火式の内燃機関本体、２は気筒、３は変速機、４はクランクシャフトをそれぞれ示す。クランクシャフト４の一端にはディファレンシャル５を介して車軸６が連結され、車軸６の両端には車輪７がそれぞれ取り付けられる。クランクシャフト４の他端にはクランクプーリ４ｐが固定される。また、モータジェネレータ８の回転シャフト８ｓにはモータプーリ８ｐが固定される。モータジェネレータ８は電気モータ又は発電機として作動される。モータジェネレータ８が電気モータとして作動される場合、上述の回転シャフト８ｓは出力シャフトして作用する。一方、補機９の回転シャフト９ｓには補機プーリ９ｐが固定される。補機９には例えば空気調整機用のコンプレッサ、冷却水ポンプ、潤滑油ポンプなどが含まれる。

クランクプーリ４ｐ及びモータプーリ８ｐの周りにはベルト１０が巻き掛けられ、これらクランクプーリ４ｐ及びモータプーリ８ｐはベルト１０により互いに連結される。本発明による実施例では図２に示されるように、クランクプーリ４ｐ、モータプーリ８ｐ、補機プーリ９ｐ、及びアイドルプーリ１１ｐの周りにベルト１０が巻き掛けられ、これらクランクプーリ４ｐ、モータプーリ８ｐ、補機プーリ９ｐ、及びアイドルプーリ１１ｐはベルト１０により互いに連結される。図示しない別の実施例では、ベルト１０の張力を調節するためのベルトテンショナが設けられる。

再び図１を参照すると、機関本体１には、機関本体１の温度である機関温度を検出するための温度センサ１３が取り付けられる。機関温度は例えば機関冷却水温又は機関潤滑油温によって表され、したがって温度センサ１３は例えば機関冷却水温センサ又は機関潤滑油温センサから構成される。

図１に示される実施例ではモータジェネレータ８は動作電圧が４８Ｖのモータジェネレータから構成される。この場合、モータジェネレータ８はインバータ２０を介して一方では４８Ｖバッテリ２１に電気的に接続され、他方ではＤＣ−ＤＣコンバータ２２を介して１２Ｖバッテリ２３及び電気負荷２４にそれぞれ電気的に接続される。インバータ２０はモータジェネレータ８で発生された交流電力を直流電力に変換し、又は４８Ｖバッテリ２１もしくは１２Ｖバッテリ２３からモータジェネレータ８に供給される直流電力を交流電力に変換する。ＤＣ−ＤＣコンバータ２２は直流電圧を４８Ｖから１２Ｖに、又は１２Ｖから４８Ｖに変換する。電気負荷２４は例えば車両のライト、オーディオ機器などを含む。図示しない別の実施例ではモータジェネレータ８は動作電圧が４８Ｖ以外の例えば１２Ｖのモータジェネレータから構成される。この場合、モータジェネレータ８はインバータ２０を介して１２Ｖバッテリ２３及び電気負荷２４にそれぞれ電気的に接続される。

電子制御ユニット（制御器）３０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５及び出力ポート３６を具備する。温度センサ１３の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、アクセルペダル３９にはアクセルペダル３９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４０が接続され、負荷センサ４０の出力電圧は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に、クランクシャフト４が例えば３０度回転するごとに出力パルスを発生するクランク角センサ４１が入力ポート３５に接続される。ＣＰＵ３４ではクランク角センサ４１からの出力パルスに基づいて機関回転数が算出される。更に、イグニッションスイッチ５０が入力ポート３５に接続され、イグニッションスイッチ５０がオンにされたことを表す信号が入力ポート３５に入力される。一方、出力ポート３６は対応する駆動回路３８を介してモータジェネレータ８、補機９、インバータ２０、ＤＣ−ＤＣコンバータ２２、及び電気負荷２４に接続される。

さて、本発明による実施例では機関を始動すべきときに次のような始動制御が行われる。すなわち、機関を始動すべき信号が発せられると、モータジェネレータ８が電気モータとして作動される。その結果、ベルト１０を介してクランクシャフト４が回転され、いわゆるモータリングが開始される。次いで、機関回転数があらかじめ定められた第１の設定回転数Ｎｅ１を越えると燃料噴射作用及び点火作用が開始される。なお、本発明による実施例では機関回転数が第１の設定回転数Ｎｅ１を越えたときにはすでに気筒判別が完了している。したがって、機関回転数が第１の設定回転数Ｎｅ１を越えかつ気筒判別が完了したときに燃料噴射作用及び点火作用が開始されるという見方もできる。次いで、機関回転数があらかじめ定められた第２の設定回転数Ｎｅ２（＞Ｎｅ１）を越えると、すなわち機関始動が完了すると、モータジェネレータ８の駆動が停止される。

次に、始動制御の第１実施例を、図３を参照しながら説明する。

図３において、時間ｔａ１は機関を始動すべき信号が発せられた時間を表している。本発明による実施例では、機関を始動すべき信号はイグニッションスイッチ５０がオンにされたことを表す信号から構成される。機関を始動すべき信号が発せられると、上述したようにモータジェネレータ８が電気モータとして作動される。この場合、モータジェネレータ８のトルクであるモータトルクＭＴＱはあらかじめ定められた第１の設定トルクＭＴＱ１に設定される。図３に示される例では、第１の設定トルクＭＴＱ１はゼロから一定の増大割合でもって徐々に増大され、次いで或る一定値に維持されるものである。一方、このとき機関回転数Ｎｅはゼロのままであり、すなわちクランクシャフト４は回転していない。その結果、モータプーリ８ｐとクランクプーリ４ｐとの間のベルト１０の部分の張力であるベルト張力ＢＴＮが次第に増大する。なお、ベルト張力ＢＴＮがあらかじめ定められたしきい値ＢＴＮＸを越えないようにモータトルクＭＴＱの第１の設定トルクＭＴＱ１が設定される。

次いで、時間ｔａ２になると、機関回転数Ｎｅが上昇し始める。すなわち、クランクシャフト４が回転し始める。その結果、ベルト張力ＢＴＮが低下し始める。

次いで、時間ｔａ３において、モータトルクＭＴＱが上述の一定値に達し、一定値に維持される。また、図３に示される例では、時間ｔａ３においてしきい値ＢＴＮＸを越えない範囲でベルト張力ＢＴＮが上昇し始める。

次いで、時間ｔａ４において機関回転数があらかじめ定められた第１の設定回転数Ｎｅ１を越えると、燃料噴射作用及び点火作用が開始される。すなわち、例えば時間ｔａ３の後に初めて吸気行程が到来する気筒において燃料噴射作用が行われる。次いで、当該気筒のピストンが上死点に到達する直前に当該気筒において点火作用が行われる。その結果、当該気筒において燃焼が開始される。このようにして内燃機関において点火作用又は燃焼が開始される。図３に示される例では、時間ｔａ５において点火作用が開始されている。点火作用が開始されると、機関回転数Ｎｅの上昇速度が高められる。

図３において点線は、点火作用が開始された後にもモータトルクＭＴＱが上述の一定値に維持された場合を示している。この場合、点火作用が開始されると、ベルト張力ＢＴＮは低下し始める。上述したように、点火作用が開始されると、機関回転数Ｎｅの上昇速度が高められるからである。ベルト張力ＢＴＮが低下すると、モータトルクＭＴＱがクランクシャフト４に良好に伝達されず、好ましくない。

そこで始動制御の第１実施例では、図３に実線で示されるように、点火作用が開始されるときにモータトルクＭＴＱが第１の設定トルクＭＴＱ１からあらかじめ定められた第２の設定トルクＭＴＱ２（＞ＭＴＱ２）に増大される。図３に示される例では、第２の設定トルクＭＴＱ２は一定の増大割合でもって増大されるものである。その結果、図３に実線で示されるように、ベルト張力ＢＴＮが低下せず、高く維持される。したがって、モータトルクＭＴＱがクランクシャフト４に良好に伝達される。しかも、このとき、増大された第２の設定トルクＭＴＱ２がクランクシャフト４に良好に伝達される。その結果、クランクシャフト４の上昇速度が更に高められ、機関始動を速やかに完了することができる。

図３に示される例では、点火作用が開始された後のベルト張力ＢＴＮはほぼ一定に維持される。言い換えると、点火作用が開始された後のベルト張力ＢＴＮがほぼ一定に維持されるように第２の設定トルクＭＴＱ２が設定される。図示しない別の実施例では、点火作用が開始された後のベルト張力ＢＴＮがあらかじめ定められたしきい値ＢＴＮＸを越えない限りで増大するように、第２の設定トルクＭＴＱ２が設定される。なお、第１の設定トルクＭＴＱ１及び第２の設定トルクＭＴＱ２はあらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。

したがって、包括的に表現すると、内燃機関を始動すべきときには内燃機関の点火作用を行うことなく電気モータ８を始動時トルクでもって駆動し、それによりベルト１０を介してクランクシャフト４を回転させるようにし、その後、内燃機関の点火作用を開始するようにし、内燃機関の点火作用が開始されるときに始動時トルクを増大する、ということになる。本発明による実施例において、始動時トルクは点火作用が行われる前は第１の設定トルクＭＴＱ１であり、点火作用が開始された後は第２の設定トルクＭＴＱ２である。

図４は上述した始動制御の第１実施例を実行するルーチンを示している。このルーチンは一定時間ごとの割り込みによって実行される。

図４を参照すると、ステップ１００では機関を始動すべき信号が発せられたか否かが判別される。機関を始動すべき信号が発せられていないときには処理サイクルを終了する。機関を始動すべき信号が発せられたときにはステップ１０１に進み、モータトルクＭＴＱが第１の設定トルクＭＴＱ１に設定される。続くステップ１０２では機関回転数Ｎｅが第１の設定回転数Ｎｅ１を越えたか否かが判別される。Ｎｅ≦Ｎｅ１のときにはステップ１０１に戻る。Ｎｅ＞Ｎｅ１のときには次いでステップ１０３に進み、燃料噴射作用及び点火作用が開始される。続くステップ１０４ではモータトルクＭＴＱが第２の設定トルクＭＴＱ２に設定される。続くステップ１０５では機関回転数Ｎｅが第２の設定回転数Ｎｅ２を越えたか否かが判別される。Ｎｅ≦Ｎｅ２のときにはステップ１０４に戻る。Ｎｅ＞Ｎｅ２のときには次いでステップ１０６に進み、モータトルクＭＴＱがゼロに設定される。すなわち、モータジェネレータ８が停止される。

次に、始動制御の第２実施例を説明する。

図３において直線的に増大するように描かれている機関回転数Ｎｅは厳密に言うと機関回転数Ｎｅの平均値であって、実際の機関回転数Ｎｅは振動しながら増大する。このことを、内燃機関１が４つの気筒を有し、燃焼順序が＃１−＃３−＃４−＃２の場合を例にとって、図５を参照しながら説明する。

図５には、１番気筒＃１及び４番気筒＃４のピストン位置が曲線Ｘでもって、３番気筒＃３及び２番気筒＃２のピストン位置が曲線Ｙでもって、それぞれ示される。また、図５には、機関回転数の平均値Ｎｅａｖｅに対する実際の機関回転数Ｎｅの偏差ｄＮｅ（＝Ｎｅ−Ｎｅａｖｅ）が示される。図５からわかるように、クランク角が変化するのに伴いピストン位置が上死点ＴＤＣと下死点ＢＤＣとの間で振動すると、機関回転数の偏差ｄＮｅは振動する。

すなわち、１番気筒＃１の圧縮行程後半Ｃ１Ｌでは、１番気筒＃１における空気圧縮作用によりクランクシャフト４の回転速度が低下し、したがって機関回転数Ｎｅが低下する。その結果、機関回転数の偏差ｄＮｅが負値（＜０）まで減少する。続く１番気筒＃１の爆発行程前半Ｐ１Ｅでは１番気筒＃１における燃焼によりクランクシャフト４の回転速度が上昇し、したがって機関回転数Ｎｅは増大する。その結果、機関回転数の偏差ｄＮｅが正値（＞０）まで増大する。続く３番気筒＃３の圧縮行程後半Ｃ３Ｌでは機関回転数の偏差ｄＮｅが負値まで減少し、続く３番気筒＃３の爆発行程前半Ｐ３Ｅでは機関回転数の偏差ｄＮｅが正値まで増大する。このようにして、機関回転数の偏差ｄＮｅは振幅ＡＮｅでもって振動し、機関回転数Ｎｅも振幅ＡＮｅでもって振動する。

上述したように、機関回転数Ｎｅが上昇するとベルト張力ＢＴＮが低下する。したがって、このときモータトルクＭＴＱを増大させればベルト張力ＢＴＮを高く維持することができる。一方、機関回転数Ｎｅが低下するとベルト張力ＢＴＮが上昇する。したがって、このときモータトルクＭＴＱを低下させればベルト張力ＢＴＮが過度に高くなるのを抑制することができる。

そこで始動制御の第２実施例では、点火作用が開始された後において、機関回転数Ｎｅの振動に合わせてモータトルクＭＴＱが振動するように第２の設定トルクＭＴＱ２が設定される。具体的には、始動制御の第２実施例における第２の設定トルクＭＴＱ２は、始動制御の第１実施例における直線状に増大する第２の設定トルクＭＴＱ２を中心として振動する。すなわち、始動制御の第１実施例における第２の設定トルクＭＴＱ２を第２の設定トルクの平均値ＭＴＱ２ａｖｅと称すると、第２の設定トルクの平均値ＭＴＱ２ａｖｅに対する第２の設定トルクＭＴＱ２の偏差ｄＭＴＱ２は図５に示されるように、機関回転数の偏差ｄＮｅが増大したときすなわち機関回転数Ｎｅが上昇したときに増大し、したがって第２の設定トルクＭＴＱ２が増大する。これに対し、機関回転数の偏差ｄＮｅが減少したときすなわち機関回転数Ｎｅが低下したときに第２の設定トルクの偏差ｄＭＴＱ２低下し、したがって第２の設定トルクＭＴＱ２が低下する。このように、第２の設定トルクの偏差ｄＭＴＱ２は振幅ＡＭＴＱ２でもって振動し、第２の設定トルクＭＴＱ２も振幅ＡＭＴＱ２でもって振動する。なお、機関回転数Ｎｅが増大又は低下するタイミングはクランク角からわかる。

機関回転数の偏差の振幅ＡＮｅが大きくしたがって機関回転数の偏差ｄＮｅの絶対値が大きいときには、上述したベルト張力ＢＴＮの増大量又は低下量が大きい。そこで、機関回転数の偏差の振幅ＡＮｅが大きいときには第２の設定トルクＭＴＱ２の振幅ＡＭＴＱ２を大きくする必要がある。これに対し、機関回転数の偏差の振幅ＡＮｅが小さくしたがって機関回転数の偏差ｄＮｅの絶対値が小さいときには上述したベルト張力ＢＴＮの増大量又は低下量が小さい。そこで、機関回転数の偏差の振幅ＡＮｅが小さいときには第２の設定トルクＭＴＱ２の振幅ＡＭＴＱ２を小さくする必要がある。一方、機関回転数又は機関回転数の偏差の振幅ＡＮｅは機関回転数Ｎｅが上昇するにつれて小さくなる。そこで始動制御の第２実施例では、図６に示されるように機関回転数Ｎｅが上昇するにつれて小さくなるように、第２の設定トルクの振幅ＡＭＴＱ２が設定される。その結果、機関回転数Ｎｅに関わらず、すなわち機関回転数の偏差ｄＮｅに関わらず、ベルト張力ＢＴＮが過度に高くなるのが抑制されつつ、クランクシャフト４の上昇速度が更に高められ、したがって機関始動を速やかに完了することができる。なお、振幅ＡＭＴＱ２は図６に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ３２内に記憶されている。図示しない別の実施例では、第２の設定トルクの振幅ＡＭＴＱ２は機関回転数Ｎｅに関わらず一定に維持される。

すなわち、始動制御の第２実施例では図７に示されるように、時間ｔｂ１において機関を始動すべき信号が発せられると、モータトルクＭＴＱが第１の設定トルクＭＴＱ１に設定される。次いで、時間ｔｂ２において機関回転数Ｎｅが上昇し始める。次いで、時間ｔｂ３においてモータトルクＭＴＱが第２の設定トルクＭＴＱ２に増大される。この場合、モータトルクＭＴＱは第２の設定トルクの平均値ＭＴＱ２ａｖｅを中心として、機関回転数Ｎｅの振動に応じて、振動する。その結果、ベルト張力ＢＴＮが過度に高くなるのが抑制されつつ、クランクシャフト４の上昇速度が更に高められ、したがって機関始動を速やかに完了することができる。

始動制御の第２実施例のその他の構成および作用は始動制御の第１実施例と同様であるので、説明を省略する。

１ 機関本体
４ クランクシャフト
４ｐ クランクプーリ
８ モータジェネレータ
８ｐ モータプーリ
１０ ベルト

Claims (1)

1. 内燃機関のクランクシャフトに取り付けられたクランクプーリと、電気モータの出力シャフトに取り付けられたモータプーリとをベルトにより互いに連結し、前記内燃機関を始動すべきときには前記内燃機関の点火作用を行うことなく前記電気モータを始動時トルクでもって駆動し、それにより前記ベルトを介して前記クランクシャフトを回転させるようにし、その後、前記内燃機関の点火作用を開始するようにした、内燃機関の始動制御装置であって、前記内燃機関の点火作用が開始されるときに前記始動時トルクを増大する、内燃機関の始動制御装置。

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