JP2017524865A - エンジン始動プロセス - Google Patents

Abstract

エンジンの駆動軸に作用する電動モータを使用し、エンジンを停止するときに作動される位置決めステップと、始動制御後に作動されるスイッチングオンステップと、を設け、エンジンを始動する方法であって、位置決めステップは、所定の順回転角による順回転と、否定の場合には、所定の最大順回転角に達するまで追加的な順回転が続く、起こり得る停止状態の検出と、所定の逆回転角による逆回転と、否定の場合には、所定の最大逆回転角に達するまで追加的な逆回転が続く、起こり得る停止状態の検出と、を含むエンジン始動プロセス。【選択図】 図２

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）の始動プロセスに関し、エンジンの駆動軸に作用する電動モータが使用される。

このプロセスは、特にエンジンを始動する手順の実行に有利であり、車両が静止しているときにエンジンの自動スイッチングオフが実行され、好ましくは、それはスクーター等の車両用単気筒モータに適しており、発電機としても明らかに作用する電動モータが駆動軸に直接取り付けられている。

この構成において、電動モータがその機能を実行できるサイズおよびトルクの最適化が試みられている。

この目的のため、モータを再始動する必要があるとき、すなわち車両が停止し、モータがスイッチオフする場合、再始動手順が用いられ、再始動を一瞬の間に行わなければならないことを考慮することにより、シリンダ内でのピストンの停止を確実に避けることにより、シリンダ内において、再始動のための可能な最少トルクを要求する位置にピストンを配置するように、電動モータの回転を実行する。

米国特許第５，４５８，０９８号には、自動車タイプの多気筒モータ用に考案されたこの種の手順が記載されている。

一般に、電動モータは、この段階では、限定されたトルクで回転されるため、ピストンは、駆動軸を前後両方に回転させることにより、圧縮段階に対応する上死点を越えることができない。

上記文献において、各停止時に後方回転が実行され、前記逆回転は最も近い圧縮段階からピストンを離れるように動かす。すなわち、始動のために、電動モータ上のこの箇所から前方に回転され、前方回転中に蓄積される運動エネルギーは、かなり近づいた段階から始動することにより、トルクが、最も近い圧縮段階を越えるのに十分ではない場合であっても、エンジンを再始動することによって、最も近い圧縮段階を越えることを可能にする。

逆回転は、ピストンが左記に逆回転を妨げない限り、予め決められた回転角（４シリンダのエンジンの場合／４、この場合にはπ／２の回転毎に圧縮段階がある）により、または予め決められた回転時間実行される。

しかしながら、単気筒エンジンにおいては、隣接する圧縮段階は、回転角に関して、それらの間で２πの角度だけ離間されているため、再始動が必ず実行されなければならない固定角および／または逆回転時間を確立することが困難である。

米国特許第５，７１３，３２０号にも、前述と同様の手順が記載されており、この場合、電動モータは、最も近い圧縮段階に達するまで、低出力で逆回転される。

欧州特許出願公開第１，０４６，８１３号には、逆回転手順が記載され、この場合、センサの介入が行われ、逆回転が終わるタイミングを理解するために、その間の摩擦を検出する。

一方、この種のセンサは、必然的にスイッチングオフシステムの追加的な構成要素でなければならず、管理すべき余分なリソースであることに留意する必要がある。

対照的に、欧州特許出願公開第１，２３３，１７５号には、駆動軸の絶対角位置を検出できるセンサを用いる手順が記載されており、したがって、前述の文献のコメントは有効である。

同様に、欧州特許出願公開第１，３２１，６６６号には、やはり、クランク軸に適用される逆回転角が検出される手順が記載されている。

欧州特許出願公開第１，３６５，１４５号には、上記文献と同様のものが記載されている。

欧州特許出願公開第１，３７５，９０７号に記載された手順では、逆回転を中断しなければならない場合を理解するために、それに伴って追加的なセンサの存在を要求することにより、クランク軸の位置ではなく、クランク軸の速度が検出される。

対照的に、米国特許第６，８７７，４７０号には、完全な逆回転量が実際に使用できるように、圧縮段階まで、順回転が逆回転に先行する手順が記載されている。しかしながら、この手順は、小回転および高トルクを伴う自動車分野のために考案されている。

欧州特許出願公開第１，０５５，８１６（Ａ１）号には、再始動を実行するために、エンジンの角度位置を高精度で知り、位置決めを行う必要がある手順が記載されている。

本発明の根底にある技術的課題は、従来技術に関連して述べた欠点を取り除くことが可能なスイッチングオンプロセスを提供することにある。

このような課題は、エンジンを停止するときに作動される位置決めステップと、始動制御後に作動されるスイッチングオンステップと、を備えた上記始動プロセスによって解決され、前記位置決めステップは、
・ 所定の順回転角による順回転と、
・ 否定の場合には、所定の最大順回転角に達するまで追加的な順回転が続く、起こり得る停止状態（possible stall state）の検出と、
・ 所定の逆回転角による逆回転と、
・ 否定の場合には、所定の最大逆回転角に達するまで追加的な逆回転が続く、起こり得る停止状態の検出と、を含んでいる。

本発明の始動プロセスの主な利点は、最大トルクおよびサイズに関して最適化された電動モータを用いることによって確実な始動を可能にすることにある。

実際には、逆回転始動位置および終了位置は、次の２つの条件、すなわち起こり得る停止（possible reached stall）に関する条件および最大回転角（maximum rotation angle）のパフォーマンスに関する条件の少なくとも一つを満たすことによって決定される。

本願明細書では、後に明確になるように、これらの条件を決定するために、電動モータをモニタリングするユニットによる追加的なセンサを用いる必要はない。

以下、本発明の一例として記載した非限定的で好適な実施の形態を、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の始動プロセスを実行するスイッチングオンシステムの図である。 図２は、本発明の始動プロセスの位置決め方策を示すブロック図である。 図３は、本発明の再始動プロセスの位置決め方策を示すブロック図である。

図１には、本実施の形態の一例の始動プロセスを実行しやすいスイッチングオンシステムが示されている。

このシステムは、バッテリーからの電流を受け取る作動装置（モータドライバー）によって駆動される、永久磁石を有するブラシレスタイプの三相電動モータ（三相機関）を備えている。

作動装置とバッテリーはともに、適切な入力からエンジンをオンするコマンド（始動コマンド）を受け取るため、予め配置された電動モータを監視するユニット（ＥＭＵ）によって管理されている。具体的なケースでは、この入力は、ボタンによって、キーを回すことによって、アクセルから来る燃料を供給するシステムのスロットルバルブを開くことによって、運転者によってコマンド、アクセルのペダルまたはノブに及ぼされる始動信号をシフトまたは検出することによって、およびその他によって生成された信号を受け取ることができる。

上記最後の２つのタイプの始動信号は、エンジンがそれまで切られていなかったかのように、運転者が走行を続ける意思を示した場合に、再びエンジンを自動的に入れるために、車両の停止時に、またはある期間を越える長い停止時にエンジンを切るために予め構成されたエンジンおよびスイッチングオンシステムに用いられる信号である。

エンジンモニタリングユニット（ＥＭＵ）は、１つ以上の特定のセンサ（電流センサ）から電動モータへの電流供給に関する１つの情報を受け取り、さらに電動モータの回転子の固定子に対する相対位置を表すパルスを受け取る。

本実施の形態の一例において、このようなパルスは、電動モータの固定子の位相センサ（ポジションセンサ）によって生成された位相パルスであり、すなわちホール効果を伴う３つのセンサが固定子に備えられている。

電動モータは、電動モータの軸と一致するクランク軸によって、直接的にエンジンに機械的に接続されている。

また、電動モータの固定子には、固定子に対する回転子の回転方向を表す信号を生成する特定のセンサも備えられている。

例えばホール効果を伴う２つのサブセンサを備えるセンサによって生成されたこのような信号は、電動モータをモニタリングするユニットには接続されていないが、エンジンをモニタリングして、エンジンの電力供給、すなわち点火プラグと可燃混合気の供給とを調節するユニット（ＥＣＵ）には接続されている。

本実施の形態の一例を参照すると、このようなスイッチングオンシステムは、実質的にオートバイの４ストローク単気筒モータ用に予め構成されている。

これとは反対に、図２には、電動モータを切った後、すなわち車両が停止したときに行われる第１の位置決めステップが詳述されている。

このような位置決めステップは、第１の所定の順回転角による電動モータの第１の順回転を含んでいる。この回転により、エンジンのピストンを、その後の圧縮段階に近づけられる。理想的には０°〜７２０°から成る回転角で回転される。

前記第１の順回転の第１の所定の角度は３５０°〜７００°、好ましくは５５０°とすることができる。

この回転中に、電動モータが停止位置に達したとき、すなわちピストンが圧縮段階に達したとき、電動モータをモニタリングするユニット（ＥＭＵ）は、電流強度センサを用いて、または早々に中断する位相パルスをカウントすることによって停止を検出する。この時点で、電動モータは逆回転で制御される準備ができている。

否定の場合、すなわち、起こりうる停止状態が検出されない場合、電動モータは、所定の最大順回転角に達するまで、モニタリングユニット（ＥＭＵ）により、追加的な順回転で制御される。

このような最大順回転は、前記位相センサによって検出された位相パルスの数Ｎによって決定される。パルスの数Ｎの選択は、順方向圧縮段階に確実に適合するように回転角を保証するように行われる。

好ましくは、Ｎは３５〜７０から成り、例えば５５に等しい。

この第２の条件を満たすため、位置決めステップは、順回転の場合に説明したのと同様の様態で行われる逆回転を含んでいる。

最初に、第１の所定の逆回転角による第１の逆回転が実行され、好ましくはその逆回転角は３５０°〜７００°、例えば５５０°であり、停止状態に達して前述したように電動モータをモニタリングするユニット（ＥＭＵ）によって検出されたとき、電動モータは、後のスイッチングオン段階の準備ができている。

否定の場合、すなわち、停止が検出されない場合、電動モータは、所定の最大逆回転角に達するまで、そのモニタリングユニット（ＥＭＵ）によって追加的な逆回転で制御される。

ここでも、このような最大逆回転角は、停止を確実にするために、前記位相センサによって検出された位相パルスの数Ｍに対応している。好ましくは、Ｍは３５〜７０から成り、例えば５５である。

この第２の条件を満たすため、位置決めステップが終了する。スイッチングオンシステムは、後のスイッチングオン段階の準備ができている（図３）。

スイッチングオン段階は、前述した同様のモードに従う。

最初に、電動モータは、前述の回転が全く必要ではなかった条件で、最大トルクで順方向制御される。

先に実行された位置決めが正確で、かつ他の全ての周辺条件が始動を許可するとき、後の圧縮段階を乗り越えることによってエンジンが入る。

この段階では、この１つの情報が電動モータをモニタリングするユニットによって管理されることなく、エンジンをモニタリングするユニット（ＥＣＵ）は、方向センサによって受け取られた信号に基づいて、点火プラグのスイッチングオンおよび混合気供給を許可することに留意する必要がある。

エンジンがかからない場合、追加的な停止の状態にあることになる。この場合、位置決め手順が、位置決めステップのための前述した逆回転のみによって繰り返される。

この逆回転中には、点火プラグのスイッチングオンおよび混合気供給は、圧縮段階の起こりうる到達時には、前記方向センサによって受け取られた信号を用いて、エンジンをモニタリングするユニット（ＥＣＵ）により直接、禁止されることに留意する必要がある。

第２の所定の逆回転角に対しても実行できる逆回転の終了時には、スイッチングオンまで、またはシステムが故障状態を示唆する終了時に所定数Ｘの試みを実行するまで、スイッチングオン段階が再び実行される等々である。

上述したエンジンを始動する方法に関して、当業者は、追加的および付随する要求を満たすために、幾つかの追加的な変更および変形を、添付クレームによって定義されている本発明の保護範囲内で導入することができる。

Claims (10)

1. エンジンの駆動軸に作用する電動モータを使用し、
   前記エンジンを停止するときに作動される位置決めステップと、始動制御後に作動されるスイッチングオンステップと、を設け、前記エンジンを始動する方法であって、前記位置決めステップは、
   ・ 所定の順回転角による順回転と、
   ・ 否定の場合には、所定の最大順回転角に達するまで追加的な順回転が続く、起こり得る停止状態の検出と、
   ・ 所定の逆回転角による逆回転と、
   ・ 否定の場合には、所定の最大逆回転角に達するまで追加的な逆回転が続く、起こり得る停止状態の検出と、を含むエンジン始動プロセス。
2. 前記停止状態は、電気センサ（電流センサ）によって前記電動モータへの電流供給に関する情報を受け取るエンジンモニタリングユニット（ＥＭＵ）によって検出される、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
3. 前記停止状態は、前記電動モータの固定子の位相センサによって検出された位相パルスの数に関する情報を受け取るエンジンモニタリングユニット（ＥＭＵ）によって検出される、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
4. 前記電動モータの固定子には、前記エンジンをモニタリングして、前記エンジンの電力供給、すなわち点火プラグと可燃混合気の供給とを調節するユニット（ＥＣＵ）に送られる、前記固定子に対する前記回転子の回転方向を表す信号を生成するセンサが備えられている、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
5. 前記第１の順回転の前記所定の順回転角は、３５０°〜７００°の間の角度である、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
6. 前記最大順回転角は、前記位相センサによって検出された位相パルスの数Ｎによって決定される、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
7. 前記第１の順回転の前記所定の逆回転角は、３５０°〜７００°の間の角度である、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
8. 前記最大逆回転角は、前記位相センサによって検出された位相パルスの数Ｍによって決定される、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
9. 前記エンジンの始動を決定する順回転を提供するスイッチングオンステップを含む、請求項１に記載のエンジン始動プロセス。
10. 前記始動が実施されないとき、前記スイッチングオンステップまで、前記位置決めステップでは逆回転によって位置決めを実行し、または所定回数Ｘ繰り返し、最後に故障状況を示す、請求項９に記載のエンジン始動プロセス。

Images