JP2018123739A - 始動可否判定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度なエンジンの始動可否判定が可能なエンジン始動可否判定装置を提供する。
【解決手段】エンジン始動可否判定装置は、バッテリと、バッテリから供給される電力によって駆動されるスタータモータと、スタータモータによるクランクシャフトの回転によって始動されるエンジンとを有するエンジンシステムに設けられ、エンジンの始動期間中に、バッテリの電圧を測定する電圧測定部と、測定されたバッテリの電圧の時間変化パターンに基づいて、始動期間中の所定期間におけるクランクシャフトの回転数を算出する回転数算出部と、測定されたバッテリの電圧の所定期間における平均電圧値を算出する平均電圧算出部と、算出された回転数と平均電圧値との組が、所定の範囲内に存在する場合、エンジンの次回の始動が可能であると判定する判定部とを備える。
【選択図】図５

Description

本発明は、車両に搭載され、バッテリでのエンジン始動の可否を判定する始動可否判定装置に関する。

車両のエンジンは、一般にバッテリ（二次電池）の電力でスタータモータを駆動してクランクシャフトを回転させることによって始動する。エンジンを始動させることができるか否か（始動可否）を事前に正確に判定できれば、バッテリの交換頻度の抑制や、車両停止時のエンジンの自動停止／再始動システムの作動条件の緩和等が期待できる。

従来、エンジンの始動可否の判定を行う方法として、例えば、特許文献１は、過去のエンジン始動時におけるバッテリ（二次電池）の動的内部抵抗を、その時点に近い時点におけるエンジン停止時等における静的内部抵抗と現時点の静的内部抵抗との比に基づいて補正することにより、現時点でエンジンを始動したと仮定した場合における動的内部抵抗を推定し、推定した値と所定の閾値（始動限界値）との比較結果に基づいて、現時点での始動可否を判定することを開示している。

特開２０１２−１８３９５０号公報

特許文献１が開示する従来の方法はバッテリの内部抵抗に基づいてエンジンの始動可否を判定する。しかし、従来の方法では、エンジンの始動可否に影響を与える、エンジンやスタータモータの状態といった他の要因については、判定に用いないか、あるいは、所定の状態を仮定して用いるしかなく、判定精度が低かった。

本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、バッテリだけでなくエンジンやスタータモータの状態を反映した高精度なエンジンの始動可否判定が可能なエンジン始動可否判定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の一局面は、バッテリと、前記バッテリから供給される電力によって駆動されるスタータモータと、スタータモータによるクランクシャフトの回転によって始動されるエンジンとを有するエンジンシステムに設けられるエンジン始動可否判定装置である。エンジン始動可否判定装置は、エンジンの始動期間中に、バッテリの電圧を測定する電圧測定部と、測定されたバッテリの電圧の時間変化パターンに基づいて、始動期間中の所定期間におけるクランクシャフトの回転数を算出する回転数算出部と、測定されたバッテリの電圧の所定期間における平均電圧値を算出する平均電圧算出部と、算出された回転数と平均電圧値との組が、所定の範囲内に存在する場合、エンジンの次回の始動が可能であると判定する判定部とを備える。クランキング回転数は、バッテリ、スタータモータ、エンジンの状態の影響を受け、エンジン始動可能性に直接的に影響する要因であるので、エンジンの始動可否の判定にこれを用いることで高精度な始動可否判定が可能となる。

本発明によれば、クランキング回転数を判定に用いるので、エンジンの始動可否判定を高精度に行うエンジン始動可否判定装置を提供することができる。

エンジンの始動可否の要因を説明する概念図 本発明の実施形態に係るエンジン始動可否判定装置の機能ブロックを示す図 本発明の実施形態に係るエンジン始動可否判定処理を示すフローチャート 本発明の実施形態に係るバッテリ電圧の変化の例を示す図 本発明の実施形態に係る次回始動可能領域を示す判定マップの例を示す図

（概要）
本発明に係るエンジン始動可否判定装置は、エンジン始動期間中のバッテリの電圧を測定して、バッテリの平均電圧とクランキング回転数とを算出し、これらの値の組が判定マップ上の所定の範囲内にあるか否かに基づいて、次回もエンジンを始動させることができるか否かを判定する。スタータモータ、エンジン等の状態が反映され、エンジン始動可能性に直接影響するクランキング回転数を判定に用いるため高精度な始動可否判定が可能となる。また、クランキング回転数をバッテリの電圧の変動パターンに基づいて算出するため、簡易な構成で実現可能である。

（エンジンの始動可否の要因）
本発明の説明に先立ち、エンジンの始動可否（始動可能性）を定める要因について説明する。図１はこのような要因を説明するためのエンジンシステムの概念図である。

エンジン１００の始動には、エンジン１００内のクランクシャフト１１０が十分な回転数で回転していること、および、クランクシャフト１１０の回転に対応した所定のタイミングで、点火系システム２００がエンジン１００内の点火プラグ（不図示）を点火し、かつ、燃料系システム３００がエンジン１００内のシリンダ（不図示）に燃料を噴霧することが必要である。このようにクランクシャフト１１０の回転数（クランキング回転数）は、エンジン１００の始動可能性に直接関係する重要な要因である。

エンジン１００の始動時には、クランクシャフト１１０は、スタータモータ４００が出力するトルクによって回転される。スタータモータ４００はバッテリ（二次電池）５００が供給する電力によって駆動される。そのため、クランキング回転数は、バッテリ５００の電圧に影響を受けるだけでなく、スタータモータ４００の出力性能やクランクシャフト１１０のフリクション等のエンジン１００内の状態にも影響を受ける。

なお、点火プラグはバッテリ５００が供給する電力によって点火されるため、点火性能も、バッテリ５００の電圧による影響を受ける。

（実施形態）
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

＜構成＞
図２は本実施形態に係るエンジン始動可否判定装置１０の機能ブロックおよび外部との接続態様を示す図である。エンジン始動可否判定装置１０は、バッテリ５００に接続され、スタータモータ４００や点火系システム２００等にバッテリ５００が供給する電圧を取得する。図２では、スタータモータ４００以外の電圧供給先の図示を省略する。スタータモータ４００は、バッテリ５００の電圧によってエンジン１００のクランクシャフト１１０を回転駆動する。

エンジン始動可否判定装置１０の各機能ブロックの概要を説明する。電圧測定部１１は、エンジン始動時のバッテリ５００の電圧を測定する。回転数算出部１２は、電圧測定部１１が測定した電圧の時間変動パターンに基づいて、クランキング回転数を算出する。平均電圧算出部１３は、電圧測定部１１が測定した電圧の時間平均値である平均電圧を算出する。判定部１４は、平均電圧とクランキング回転数とに基づき、次回に再びエンジン１００の始動が可能か否かを判定する。判定結果は、適宜外部の出力先（不図示）に出力される。例えば、エンジンの自動停止／再始動システムに出力され、エンジン１００の自動停止を行うか否かの判定に用いられたり、あるいは図示しない報知手段に出力され、ユーザに報知されたりする。

＜処理＞
図３は、エンジン始動可否判定装置１０が行うエンジン始動可否判定処理を示すフローチャートである。以下に処理の流れを説明する。

〔ステップＳ１〕：エンジン始動可否判定処理は、エンジン１００の始動時に開始される。電圧測定部１１は、スタータモータ４００にバッテリ５００からの電力供給が開始された時点（スタータＯＮ）以降、エンジン１００の始動が完了する（完爆する）までの始動期間に、バッテリ５００の電圧の測定を行う。

〔ステップＳ２〕：回転数算出部１２は、電圧測定部１１が測定したバッテリ５００の電圧を取得し、その時間変動パターンに基づいて、始動期間中のクランクシャフトの回転速度であるクランキング回転数を算出する。この算出方法を以下に説明する。図４は、エンジン１００の始動時における、バッテリ５００の電圧の時間変化の一例を示すグラフである。参考として、クランキング回転数とバッテリ５００の電流の時間変化も示す。バッテリ電圧の時間変化パターンはクランクシャフト１１０の回転位相に対応して複数の谷（極小値）を含む。隣接する谷と谷との間の期間の各々（例えば図４に示す期間Ｔ）は、エンジンのピストンのストローク（上死点と下死点との間の行程）に対応する。この対応関係に着目し、谷と谷との間の時間間隔に基づいて実際のクランキング回転数を算出することができる。バッテリ電圧の谷は始動期間中３つ以上存在するが、例えば、これらのうちから所定の規則に基づいて２つの谷を選択してそれらの間の期間を算出に用いればよい。

〔ステップＳ３〕：平均電圧算出部１３は、電圧測定部１１が測定したバッテリ５００の電圧に基づいて、所定期間における、バッテリ５００の平均電圧値（時間平均値）を算出する。ここで所定期間とは、例えばステップＳ２で、回転数算出部１２がクランキング回転数を算出するのに用いたのと同一の期間とすればよい。一例として図４に示す期間Ｔを算出に用いた場合、平均電圧値は図４に示す電圧Ｖ_Ｔとなる。なお、本ステップＳ３の実行タイミングは、ステップＳ２の実行タイミングの前後いずれでもよく、同時でもよい。

〔ステップＳ４〕：判定部１４は、回転数算出部１２が算出したクランキング回転数と平均電圧算出部１３が算出した平均電圧値とに基づき、次回に再びエンジン１００を始動することが可能か否かを判定する。図５は、クランキング回転数および平均電圧値を軸にとった判定マップの一例であり、エンジン１００の始動が可能であると判断するクランキング回転数および平均電圧値の組の範囲を示したものである。判定マップは、実験データ等に基づいて、実際にエンジン始動が可能であるクランキング回転数および平均電圧値の組の範囲（第１の範囲）を求め、第１の範囲を狭めた範囲を次回始動可能領域とすることで予め作成される。図５の例では、次回始動可能領域の境界線である閾値曲線は第１の範囲の境界線である始動限界線から所定のマージンだけ離れている。判定部１４には、このような判定マップが提供されている。判定部１４は、判定マップを参照し、ステップＳ２で回転数算出部１２が算出したクランキング回転数およびステップＳ３で平均電圧算出部１３が算出した平均電圧値の組が、次回始動可能領域内に存在するか否かを判断する。クランキング回転数および平均電圧値の組が次回始動可能領域内に存在する場合はステップＳ５に進み、存在しない場合はステップＳ６に進む。

〔ステップＳ５〕：判定部１４は、エンジン１００の次回始動が可能であると判定する。その判定結果を、上述したような外部の出力先に出力する。以上によりエンジン始動可否判定処理が終了する。

〔ステップＳ６〕：判定部１４は、エンジン１００の次回始動が不可能であると判定する。その判定結果を、上述したような外部の出力先に出力する。以上によりエンジン始動可否判定処理が終了する。

なお、判定マップにおいて、上述のように、所定のマージンを設けて次回始動可能領域を狭めることによって、エンジン１００やスタータモータ４００の個体差や環境による性能差、および現在から次回始動時までに想定されるバッテリ５００の電圧低下等による影響により、実際には次回始動不可能であるにもかかわらず、始動可能であると誤判定するおそれを低減することができる。

（効果）
本発明では、バッテリ、スタータモータ、エンジンの状態が反映され、エンジンの始動性に直接的に影響するクランキング回転数を用いて、エンジンの始動可否を判定するので、高精度な始動可否判定が可能となる。また、バッテリの平均電圧値も補助的に判定に用いるので、さらに精度を向上させることができる。判定精度の向上により、例えばバッテリの交換頻度の抑制や、車両停止時のエンジンの自動停止／再始動システムの作動条件の緩和等を図ることができる。

また、本発明では、クランキング回転数をバッテリの電圧変化パターンに基づいて算出する。そのため、上述の始動可否判定処理の各ステップは、バッテリ電圧の測定以外は、プロセッサによってソフトウェア的に実行できる。そのため、本発明は、ハードウェアとしてはバッテリ電圧を測定する測定器が設けられていればよく、特殊なセンサ等を設けることなく、低コストで実施可能である。

本発明は、車両に搭載されるエンジンシステムに有用である。

１０ エンジン始動可否判定装置
１１ 電圧測定部
１２ 回転数算出部
１３ 平均電圧算出部
１４ 判定部
１００ エンジン
１１０ クランクシャフト
２００ 点火系システム
３００ 燃料系システム
４００ スタータモータ
５００ バッテリ

Claims (1)

1. バッテリと、前記バッテリから供給される電力によって駆動されるスタータモータと、前記スタータモータによるクランクシャフトの回転によって始動されるエンジンとを有するエンジンシステムに設けられるエンジン始動可否判定装置であって、
   前記エンジンの始動期間中に、前記バッテリの電圧を測定する電圧測定部と、
   測定された前記バッテリの電圧の時間変化パターンに基づいて、前記始動期間中の所定期間における前記クランクシャフトの回転数を算出する回転数算出部と、
   測定された前記バッテリの電圧の前記所定期間における平均電圧値を算出する平均電圧算出部と、
   算出された前記回転数と前記平均電圧値との組が、所定の範囲内に存在する場合、前記エンジンの次回の始動が可能であると判定する判定部とを備える、エンジン始動可否判定装置。

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