JP2019065791A

JP2019065791A - エンジンの始動装置

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Publication number: JP2019065791A
Application number: JP2017193234A
Authority: JP
Inventors: 金田　直人; Naoto Kaneda; 直人金田; 今村　直樹; Naoki Imamura; 直樹今村; 亀井　光一郎; Koichiro Kamei; 光一郎亀井
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2017-10-03
Filing date: 2017-10-03
Publication date: 2019-04-25
Anticipated expiration: 2037-10-03
Also published as: JP6419285B1

Abstract

【課題】始動用電動機と発電電動機との間で、バッテリ及び電力供給装置を共通化することにより、始動用電動機専用のバッテリ及び電力供給装置を不要として、車両内のスペースの有効活用と、コストダウンを図ることができるエンジンの始動装置を提供する。【解決手段】共通のバッテリ４の電力を、始動用電動機３又は発電電動機２に切り替えて供給する電力供給装置２１を備え、電力供給装置２１は、エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、始動用電動機３に電力を供給し、スタータ始動条件が成立していない場合は、発電電動機２に電力を供給するエンジンの始動装置１０。【選択図】図２

Description

この発明は、エンジンを駆動する始動用電動機及び発電電動機を備えたエンジンの始動装置に関するものである。

従来から、エンジンの停止条件が成立するとエンジンを自動停止させ、その後再始動条件が成立するとエンジンを再始動させるエンジン自動停止及び再始動制御を行う車両において、エンジンの始動時にエンジンのクランキングを行う始動用電動機（スタータ）及び発電電動機が搭載されているものが知られている。

このような車両では、エンジンの始動時のクランキングにおいて、発電電動機とスタータとを状況に応じて使い分けて、エンジンを始動するようになっている。

ここで、エンジン自動停止後の再始動において、リチウムイオンバッテリと、リチウムイオンバッテリに接続されるモータジェネレータ（発電電動機）を備えた第１始動系によりエンジンをクランキングし、第１始動系に異常が発生した場合には、鉛バッテリと、鉛バッテリに接続されるスタータモータ（スタータ）を備える第２始動系でエンジンをクランキングして再始動するエンジンの始動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジンに係る温度が、所定の温度以下のときは低電圧のスタータモータ（スタータ）によりエンジンをクランキングし、それ以外では高電圧のベルト式統合型スタータジェネレータ（発電電動機）でエンジンをクランキングして、エンジンを始動するエンジンの始動装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１６−１９４２５３号公報特開２０１５−１５２０１１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。例えば、特許文献１では、発電電動機はリチウムイオンバッテリの電力を使用し、スタータは鉛バッテリの電力を使用してエンジンをクランキングしている。また、特許文献２では、発電電動機は高電圧バッテリの電力を使用し、スタータは低電圧電源の電力を使用してエンジンをクランキングしている。

従来のエンジンの始動装置では、発電電動機系の異常時や、所定の温度以下の低温時などでスタータがエンジンをクランキングして始動しているが、始動する機会が発電電動機と比べて相対的に少ないスタータに専用バッテリが付いているのが一般的で、当該バッテリ配置が車両内のスペース圧迫し、またコストアップの要因であった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、始動用電動機と発電電動機との間で、バッテリ及び電力供給装置を共通化することにより、始動用電動機専用のバッテリ及び電力供給装置を不要として、車両内のスペースの有効活用と、コストダウンを図ることを目的とする。

この発明に係るエンジンの始動装置は、エンジンを駆動する始動用電動機及び発電電動機を備えたエンジンの始動装置であって、共通のバッテリの電力を、前記始動用電動機又は前記発電電動機に切り替えて供給する電力供給装置を備え、前記電力供給装置は、前記エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、前記始動用電動機に電力を供給し、前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記発電電動機に電力を供給するものである。

本発明に係るエンジンの始動装置によれば、バッテリを発電電動機と始動用電動機とで共用することにより、バッテリを１つに削減することができ、始動用電動機専用のバッテリを不要として、車両内のスペースの有効活用と、コストダウンを図ることができる。

本発明の実施の形態１に係るエンジンの始動装置を搭載した車両の概略構成図である。本発明の実施の形態１に係るエンジンの始動装置の概略回路図である。本発明の実施の形態２に係るエンジンの始動装置を搭載した車両の概略構成図である。本発明の実施の形態２に係るエンジンの始動装置の概略回路図である。本発明のその他の実施の形態に係るエンジンの始動装置の概略回路図である。

実施の形態１．
実施の形態１に係るエンジンの始動装置１０について、図面を参照して説明する。図１は、エンジンの始動装置１０を搭載した車両の概略構成図である。図２は、エンジンの始動装置１０の概略回路図である。

図１に示すように、エンジンの始動装置１０は、エンジン１（クランク軸１１）を駆動する始動用電動機３（いわゆるスタータ）及び発電電動機２を備えている。エンジンの始動装置１０は、共通のバッテリ４の電力を、始動用電動機３又は発電電動機２に切り替えて供給する電力供給装置２１を備えている。

エンジンの始動装置１０は、エンジン１のクランク軸１１を回転駆動し、クランク軸１１の回転速度を上昇させ、エンジン１を始動させる。エンジン１は、エンジン制御装置５により制御される。エンジン１は、従来のイグニッションキーのオンによるエンジン始動の機能に加えて、アイドリング中、電動モータの駆動力を用いた電動走行中にエンジン１を自動停止させる自動停止機能及び再始動機能を有している。

＜発電電動機２＞
発電電動機２は、発電機の機能及び電動機の機能の双方を有している。発電電動機２は、３相巻線４１、４２、４３を有する交流機とされている。本実施の形態では、発電電動機２は、巻線界磁式の同期機とされており、ロータには、界磁巻線４４が設けられ、ステータには、３相巻線４１、４２、４３が設けられている。ロータの回転軸は、ベルト及びプーリ機構１２によりクランク軸１１に常時連結されている。発電（回生）のときは、エンジン１の回転駆動力を用いて、発電電動機２が発電し、バッテリ４に充電する。力行のときは、バッテリ４の電力を用いて、発電電動機２が力行し、エンジン１を回転駆動する。エンジン１の始動時は、発電電動機２が力行し、始動完了後は、発電電動機２が発電する。また、始動完了後において、エンジン１のトルクを補助する時は、発電電動機２が力行する場合もある。

＜始動用電動機３＞
始動用電動機３は、３相巻線５１、５２、５３を有する交流機とされている。本実施の形態では、発電電動機２は、永久磁石界磁式の同期機とされており、ロータには、永久磁石が設けられ、ステータには、３相巻線５１、５２、５３が設けられている。なお、始動用電動機３は、３相誘導機とされてもよい。始動用電動機３は、ロータの回転軸に連結され、軸方向に移動可能なピニオンギヤ３１と、ピニオンギヤ３１をエンジン１のリングギヤ１３側に押し出して噛み合わせる電磁ソレノイド３２と、を有している。

＜電力供給装置２１＞
図２に示すように、電力供給装置２１は、バッテリ４の直流電力を交流電力に変換して３相巻線に供給するインバータ回路６０を備えている。インバータ回路６０は、バッテリ４の正極に接続される正極側のスイッチング素子（上アーム）と、バッテリ４の負極に接続される負極側のスイッチング素子（下アーム）と、が直列接続された直列回路（レッグ）を、３相各相の巻線に対応して３セット設けている。各スイッチング素子には、ダイオードが逆並列接続されている。本実施の形態では、Ｕ相を第１相とし、Ｖ相を第２相とし、Ｗ相を第３相として説明する。なお、Ｕ相を第２相又は第３相としてもよく、Ｖ相を第１相又は第３相としてもよく、Ｗ相を第１相又は第２相としてもよい。

また、電力供給装置２１は、バッテリ４から界磁巻線４４への電力供給をオンオフする界磁巻線用のスイッチング素子６４を備えている。各スイッチング素子には、ＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）、ＩＧＢＴ（Insulated Gate Bipolar Transistor）等が用いられる。

電力供給装置２１は、第１相用の直列回路６１の中間接続点を、発電電動機２の第１相の巻線４１、又は始動用電動機３の第１相の巻線５１に切り替えて接続する第１切換えスイッチ７１と、第２相用の直列回路６２の中間接続点を、発電電動機２の第２相の巻線４２、又は始動用電動機３の第２相の巻線５２に切り替えて接続する第２切換えスイッチ７２と、第３相用の直列回路６３の中間接続点を、発電電動機２の第３相の巻線４３、又は始動用電動機３の第３相の巻線５３に切り替えて接続する第３切換えスイッチ７３と、を備えている。本実施の形態では、第１、第２、第３切換えスイッチ７１、７２、７３は、コイルの駆動力により、接点を切り替える電磁スイッチである。

＜制御装置２２＞
電力供給装置２１は、各スイッチング素子、各切換えスイッチ等を制御する制御装置２２を備えている。制御装置２２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置、記憶装置、演算処理装置に外部の信号を入力する入力回路、演算処理装置から外部に信号を出力する出力回路、及びエンジン制御装置５等の外部装置とデータ通信を行う通信装置等を備えている。入力回路は、ロータの回転角度センサ、電流センサ、電圧センサ等のセンサの出力信号を演算処理装置に入力するＡ／Ｄ変換器等からなる。出力回路は、各スイッチング素子のゲート端子のオンオフ駆動信号を出力するゲート駆動回路、各切換えスイッチのコイル、電磁ソレノイド３２への通電をオンオフする駆動回路等からなる。通信装置は、通信線を介してＣＡＮ（Controller Area Network）等に基づくデータ通信を行う。制御装置２２の各制御は、演算処理装置が、記憶装置に記憶されたソフトウェア（プログラム）を実行し、記憶装置、入力回路、出力回路、通信装置等の制御装置２２の他のハードウェアと協働することにより実現される。本実施の形態では、発電電動機２、電力供給装置２１、及び制御装置２２は、一体的に構成されている。なお、図２（後述する図４、図５も同様）において、制御装置２２と、各スイッチング素子、各コイルとを接続する接続線の図示を省略している。

制御装置２２は、エンジン１の始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、始動用電動機３に電力を供給し、スタータ始動条件が成立していない場合は、発電電動機２に電力を供給する。

本実施の形態では、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立している場合は、第１、第２、第３切換えスイッチ７１、７２、７３を始動用電動機３側の接続に切り替え、インバータ回路６０の各スイッチング素子をオンオフ制御して、始動用電動機３に交流電力を供給し、力行トルクを発生させる。また、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立している場合は、電磁ソレノイド３２に電力を供給し、ピニオンギヤ３１をリングギヤ１３に噛み合わせる。一方、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立しなくなった場合は、電磁ソレノイド３２への電力供給を停止し、ピニオンギヤ３１とリングギヤ１３との噛合せを解除する。なお、エンジン制御装置５が、電磁ソレノイド３２への通電をオンオフするように構成されてもよい。

制御装置２２は、スタータ始動条件が成立していない場合は、第１、第２、第３切換えスイッチ７１、７２、７３を発電電動機２側の接続に切り替え、インバータ回路６０が備えた各スイッチング素子をオンオフ制御して、始動用電動機３に交流電力を供給し、力行トルクを発生させる。また、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立していない場合は、界磁巻線用のスイッチング素子６４をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりオンオフする。

スタータ始動条件には、発電電動機２及び始動用電動機３の仕様等に応じて、様々なバリエーションが考えられる。例えば、制御装置２２は、エンジンの始動開始後、スタータ始動条件が成立していると判定し、始動用電動機３に交流電力を供給して、力行トルクを発生させる。そして、制御装置２２は、エンジン１の回転速度が予め設定された切換え回転速度以上になった場合に、スタータ始動条件が成立していないと判定して、発電電動機２に交流電力を供給して、力行トルクを発生させる。この場合は、始動用電動機３を低回転速度で高トルクの仕様にし、発電電動機２を高回転速度で高トルクの仕様にしてもよい。

或いは、制御装置２２は、運転者がイグニションキーをオンしたことによる初回の始動時は、スタータ始動条件が成立していると判定して、始動用電動機３に交流電力を供給して、力行トルクを発生させる。制御装置２２は、初回の始動後に、アイドリング中のエンジン自動停止、電動走行中のエンジン自動停止を行った後にエンジン１を再始動させる時は、スタータ始動条件が成立していないと判定して、発電電動機２に交流電力を供給して、力行トルクを発生させる。

或いは、制御装置２２は、始動時の水温等のエンジン１に係る温度が、予め設定された判定温度以下である時は、スタータ始動条件が成立していると判定して、始動用電動機３に交流電力を供給し、力行トルクを発生させてもよい。一方、制御装置２２は、始動時のエンジン１に係る温度が判定温度より大きい時は、スタータ始動条件が成立していないと判定して、発電電動機２に交流電力を供給し、力行トルクを発生させてもよい。

或いは、制御装置２２は、発電電動機２の異常が発生している時に、スタータ始動条件が成立していると判定して、始動用電動機３に交流電力を供給し、力行トルクを発生させてもよい。或いは、制御装置２２は、始動用電動機３の異常が発生している時に、スタータ始動条件が成立していないと判定して、発電電動機２に交流電力を供給し、力行トルクを発生させてもよい。

なお、エンジン制御装置５が、スタータ始動条件が成立しているか否かの判定を行って、判定結果を制御装置２２に伝達するように構成されてもよい。

エンジン１の始動が完了した後は、制御装置２２は、第１、第２、第３切換えスイッチ７１、７２、７３を発電電動機２側の接続に切り換え、インバータ回路６０が備えた各スイッチング素子をオンオフ制御して、発電電動機２に回生トルク又は力行トルクを発生させると共に、界磁巻線用のスイッチング素子６４をＰＷＭ制御によりオンオフする。

エンジン１の始動のために、始動用電動機３に電力を供給している場合は、通常、発電電動機２に電力を供給しないので、電力供給装置２１を発電電動機２と始動用電動機３とで共用しても問題ない。よって、第１、第２、第３切換えスイッチ７１、７２、７３を設けて、バッテリ４及び電力供給装置２１（インバータ回路６０）を発電電動機２と始動用電動機３とで共用することにより、インバータ回路及びその制御装置を１つに削減することができ、コスト削減を図ることができる。仮に、発電電動機２に回生トルクを発生させている状態であっても、エンジン１の始動を行う期間だけ、電力供給装置２１から始動用電動機３に電力を供給するように切り替えることで対応できる。

バッテリ４の定格電圧が、始動用電動機３の定格電圧よりも高い場合、例えば、バッテリ４の定格電圧が４８Ｖであり、始動用電動機３の定格電圧が１２Ｖである場合は、制御装置２２は、インバータ回路６０の各スイッチング素子のオンオフ制御において、オン期間を減少させ、始動用電動機３の３相コイルに印加される実効交流電圧を１２Ｖに低下させる。

以上で説明したエンジンの始動装置１０によれば、共用の１つのバッテリ４と１つの電力供給装置２１（インバータ回路６０）により発電電動機２及び始動用電動機３に電力を供給できるため、始動用電動機３の専用のバッテリ及び電力供給装置を必要とせず、これまで始動用電動機３専用のバッテリ及び電力供給装置のコストを低減することができる共に、配置スペースを低減することができる。

実施の形態２．
次に、実施の形態２に係るエンジンの始動装置１０について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態では、発電電動機２は、実施の形態１と同様の３相巻線を有する交流機であるが、始動用電動機３は、実施の形態１とは異なり直流機とされている。それに伴って、電力供給装置２１の構成が異なる。図３は、本実施の形態に係るエンジンの始動装置１０を搭載した車両の概略構成図である。図４は、本実施の形態に係るエンジンの始動装置１０の概略回路図である。

本実施の形態でも、電力供給装置２１は、共通のバッテリ４の電力を、始動用電動機３又は発電電動機２に切り替えて供給する。発電電動機２は、実施の形態１と同様に、３相巻線４１、４２、４３を有する交流機である。

＜始動用電動機３＞
始動用電動機３は、実施の形態１と異なり、直流機とされている。本実施の形態では、始動用電動機３は、直流整流子電動機とされている。ステータには、永久磁石が設けられ、ロータには、巻線３４が設けられている。また、ステータには、直流電力が供給される一対のブラシが設けられ、ロータには、巻線３４に電力を供給する整流子が設けられている（不図示）。始動用電動機３は、外部の直流電源が接続される一対の直流電力供給端子３３を設けており、直流電力供給端子３３とブラシとが接続されている。始動用電動機３は、ロータの回転軸に連結され、軸方向に移動可能なピニオンギヤ３１と、ピニオンギヤ３１をエンジン１のリングギヤ１３側に押し出して噛み合わせる電磁ソレノイド３２と、を有している。

電力供給装置２１は、実施の形態１と同様のインバータ回路６０及び界磁巻線用のスイッチング素子６４を備えている。

本実施の形態では、電力供給装置２１は、第１相用の直列回路６１の中間接続点を、発電電動機２の第１相の巻線４１、又は始動用電動機３の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子３３の一端（本例では正極端子）に切り替えて接続する第１切換えスイッチ７１と、発電電動機２の第２相の巻線４２、又は始動用電動機３の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子３３の他端（本例では負極端子）に切り替えて接続する第２切換えスイッチ７２と、を備えている。また、電力供給装置２１は、第３相用の直列回路６３の中間接続点を、発電電動機２の第３相の巻線４３、又は電磁ソレノイド３２の一端（本例では正極端子）に切り替えて接続する第３切換えスイッチ７３を備えている。電磁ソレノイド３２の他端（本例では負極端子）は、グランド（バッテリ４の負極）に接続されている。

本実施の形態でも、制御装置２２は、エンジン１の始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、始動用電動機３に電力を供給し、スタータ始動条件が成立していない場合は、発電電動機２に電力を供給する。

本実施の形態では、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立している場合は、第１、第２切換えスイッチ７１、７２を始動用電動機３側の接続に切り替え、第１相用の直列回路６１及び第２相用の直列回路６２の各スイッチング素子をオンオフ制御して、始動用電動機３に直流電力を供給する。具体的には、制御装置２２は、第１相用の直列回路６１について、正極側のスイッチング素子６１ａをオンにし、負極側のスイッチング素子６１ｂをオフにすると共に、第２相用の直列回路６２について、正極側のスイッチング素子６２ａをオフにし、負極側のスイッチング素子６２ｂをオンにする。これにより、始動用電動機３の直流電力供給端子３３にバッテリ４の直流電圧が印加される。

また、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立している場合は、第３切換えスイッチ７３を始動用電動機３側の接続に切り替え、第３相用の直列回路６３の各スイッチング素子をオンオフ制御して、電磁ソレノイド３２に電力を供給する。具体的には、制御装置２２は、第３相用の直列回路６３について、正極側のスイッチング素子６３ａをオンにし、負極側のスイッチング素子６３ｂをオフにする。これにより、電磁ソレノイド３２にバッテリ４の直流電圧が印加され、ピニオンギヤ３１がリングギヤ１３に噛み合う。

バッテリ４の定格電圧が、始動用電動機３の定格電圧よりも高い場合、例えば、バッテリ４の定格電圧が４８Ｖであり、始動用電動機３の定格電圧が１２Ｖである場合は、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立している場合は、バッテリ４の定格電圧に対する始動用電動機３の定格電圧の電圧比に応じたオンデューティ比（例えば、１２／４８×１００％＝２５％）で、直流電力供給端子３３に直流電力を供給するスイッチング素子をオンオフ制御する。具体的には、制御装置２２は、第１相用の直列回路６１の正極側のスイッチング素子６１ａ及び第２相用の直列回路６２の負極側のスイッチング素子６２ｂを、電圧比に応じたオンデューティ比で同期してオンオフ制御する。インバータ回路６０のスイッチング素子を用いているので、高速のＰＷＭ制御を行うことができ、高い定格電圧のバッテリ４を用いる場合であっても、低い定格電圧の始動用電動機３を用いることができる。

なお、制御装置２２は、第１相用の直列回路６１の負極側のスイッチング素子６１ｂ及び第２相用の直列回路６２の正極側のスイッチング素子６２ａを、常時オフする。また、バッテリ４の定格電圧が、始動用電動機３の定格電圧と同等である場合は、第１相用の直列回路６１の正極側のスイッチング素子６１ａ及び第２相用の直列回路６２の負極側のスイッチング素子６２ｂを常時オンする（１００％のオンデューティ比）。

〔その他の実施形態〕
最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の各実施の形態においては、発電電動機２が、ベルト及びプーリ機構１２によりクランク軸１１に連結された発電電動機である場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、発電電動機２は、車両に搭載された任意の発電電動機とされてもよい。例えば、発電電動機２は、エンジン１と変速装置との動力伝達経路に設けられた発電電動機とされてもよく、変速装置に組み込まれた発電電動機とされてもよい。

（２）上記の各実施の形態においては、発電電動機２、電力供給装置２１（インバータ回路６０、制御装置２２）が、一体的に構成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、発電電動機２と、電力供給装置２１とが、別体になっていてもよい。

（３）第１、第２、第３切換えスイッチ７１、７２、７３は、電力供給装置２１のケース内に設けられてもよいし、電力供給装置２１のケース外に設けられてもよい。

（４）上記の各実施の形態においては、始動用電動機３は、ピニオンギヤ３１をエンジン１のリングギヤ１３側に押し出して噛み合わせる電磁ソレノイド３２を有している場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、始動用電動機３は、ピニオンギヤ３１がエンジン１のリングギヤ１３に常時噛み合う常時噛み合い式とされ、電磁ソレノイド３２、及び電磁ソレノイド３２への通電をオンオフする駆動回路又は第３切換えスイッチ７３が備えられなくてもよい。

（５）上記の実施の形態２においては、電力供給装置２１は、第１相用の直列回路６１の中間接続点を、発電電動機２の第１相の巻線４１、又は始動用電動機３の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子３３の一端（本例では正極端子）に切り替えて接続する第１切換えスイッチ７１と、発電電動機２の第２相の巻線４２、又は始動用電動機３の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子３３の他端（本例では負極端子）に切り替えて接続する第２切換えスイッチ７２と、を備えている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、図５に示すように、電力供給装置２１は、実施の形態２の第２切換えスイッチ７２を備えておらず、第１相用の直列回路６１の中間接続点を、発電電動機２の第１相の巻線４１、又は始動用電動機３の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子３３の一端（本例では正極端子）に切り替えて接続する第１切換えスイッチ７１を備えており、直流電力供給端子３３の他端（本例では負極端子）がグランド（バッテリ４の負極）に接続されてもよい。

この場合は、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立している場合は、第１切換えスイッチ７１を始動用電動機３側の接続に切り替え、第１相用の直列回路６１の各スイッチング素子をオンオフ制御して、始動用電動機３に直流電力を供給する。具体的には、制御装置２２は、第１相用の直列回路６１について、正極側のスイッチング素子６１ａをオンにし、負極側のスイッチング素子６１ｂをオフにする。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

１エンジン、２発電電動機、３始動用電動機、４バッテリ、５エンジン制御装置、１０エンジンの始動装置、１２ベルト及びプーリ機構、１３リングギヤ、２１電力供給装置、３１ピニオンギヤ、３２電磁ソレノイド、３３直流電力供給端子、４１、４２、４３３相巻線、４４界磁巻線、５１、５２、５３３相巻線、６０インバータ回路、６１、６２、６３直列回路、７１第１切換えスイッチ、７２第２切換えスイッチ、７３第３切換えスイッチ

この発明に係るエンジンの始動装置は、エンジンを駆動する始動用電動機及び発電電動機を備えたエンジンの始動装置であって、共通のバッテリの電力を、前記始動用電動機又は前記発電電動機に切り替えて供給する電力供給装置を備え、
前記発電電動機は、３相巻線を有する交流機であり、
前記始動用電動機は、直流機であり、
前記電力供給装置は、
前記バッテリの正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記バッテリの負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータ回路と、
第１相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第１相の巻線、又は前記始動用電動機の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子の一端に切り替えて接続する第１切換えスイッチと、を備え、
前記エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、前記第１切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第１相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に直流電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第１切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に交流電力を供給するものである。

この発明に係るエンジンの始動装置は、エンジンを駆動する始動用電動機及び発電電動機を備えたエンジンの始動装置であって、共通のバッテリの電力を、前記始動用電動機又は前記発電電動機に切り替えて供給する電力供給装置を備え、
前記発電電動機は、３相巻線を有する交流機であり、
前記始動用電動機は、直流機であり、
前記電力供給装置は、
前記バッテリの正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記バッテリの負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータ回路と、
第１相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第１相の巻線、又は前記始動用電動機の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子の一端に切り替えて接続する第１切換えスイッチと、を備え、
前記エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、前記第１切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第１相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に直流電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第１切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記発電電動機に交流電力を供給するものである。

制御装置２２は、スタータ始動条件が成立していない場合は、第１、第２、第３切換えスイッチ７１、７２、７３を発電電動機２側の接続に切り替え、インバータ回路６０が備えた各スイッチング素子をオンオフ制御して、発電電動機２に交流電力を供給し、力行トルクを発生させる。また、制御装置２２は、スタータ始動条件が成立していない場合は、界磁巻線用のスイッチング素子６４をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）制御によりオンオフする。

Claims

エンジンを駆動する始動用電動機及び発電電動機を備えたエンジンの始動装置であって、
共通のバッテリの電力を、前記始動用電動機又は前記発電電動機に切り替えて供給する電力供給装置を備え、
前記電力供給装置は、前記エンジンの始動時に、予め設定されたスタータ始動条件が成立している場合は、前記始動用電動機に電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記発電電動機に電力を供給するエンジンの始動装置。
前記発電電動機は、３相巻線を有する交流機であり、
前記始動用電動機は、直流機であり、
前記電力供給装置は、
前記バッテリの正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記バッテリの負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータ回路と、
第１相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第１相の巻線、又は前記始動用電動機の巻線に直流電力を供給する直流電力供給端子の一端に切り替えて接続する第１切換えスイッチと、を備え、
前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記第１切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第１相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に直流電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第１切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に交流電力を供給する請求項１に記載のエンジンの始動装置。
前記電力供給装置は、
第２相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第２相の巻線、又は前記直流電力供給端子の他端に切り替えて接続する第２切換えスイッチを更に備え、
前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記第１切換えスイッチ及び前記第２切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第１相用の直列回路及び前記第２相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に直流電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第１切換えスイッチ及び前記第２切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に交流電力を供給する請求項２に記載のエンジンの始動装置。
前記始動用電動機は、ロータの回転軸に連結されたピニオンギヤを前記エンジンのリングギヤ側に移動させる電磁ソレノイドを備え、
前記電力供給装置は、第３相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第３相の巻線、又は前記電磁ソレノイドに切り替えて接続する第３切換えスイッチを備え、
前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記第３切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記第３相用の直列回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記電磁ソレノイドに電力を供給する請求項２又は３に記載のエンジンの始動装置。
前記バッテリの定格電圧は、前記始動用電動機の定格電圧よりも高く、
前記電力供給装置は、前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記バッテリの定格電圧に対する前記始動用電動機の定格電圧の電圧比に応じたオンデューティ比で、前記直流電力供給端子に直流電力を供給する前記スイッチング素子をオンオフ制御する請求項２から４のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。
前記発電電動機は、３相巻線を有する交流機であり、
前記始動用電動機は、３相巻線を有する交流機であり、
前記電力供給装置は、
前記バッテリの正極に接続される正極側のスイッチング素子と、前記バッテリの負極に接続される負極側のスイッチング素子と、が直列接続された直列回路を、３相各相に対応して３セット設けたインバータ回路と、
第１相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第１相の巻線、又は前記始動用電動機の第１相の巻線に切り替えて接続する第１切換えスイッチと、
第２相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第２相の巻線、又は前記始動用電動機の第２相の巻線に切り替えて接続する第２切換えスイッチと、
第３相用の前記直列回路の中間接続点を、前記発電電動機の第３相の巻線、又は前記始動用電動機の第３相の巻線に切り替えて接続する第３切換えスイッチと、を備え、
前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記第１切換えスイッチ、前記第２切換えスイッチ、及び第３切換えスイッチを前記始動用電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に電力を供給し、
前記スタータ始動条件が成立していない場合は、前記第１切換えスイッチ、前記第２切換えスイッチ、及び前記第３切換えスイッチを前記発電電動機側の接続に切り替え、前記インバータ回路の各スイッチング素子をオンオフ制御して、前記始動用電動機に電力を供給する請求項１に記載のエンジンの始動装置。
前記始動用電動機は、ロータの回転軸に連結されたピニオンギヤを前記エンジンのリングギヤ側に移動させる電磁ソレノイドを備え、
前記電力供給装置は、前記スタータ始動条件が成立している場合は、前記電磁ソレノイドに電力を供給する請求項６に記載のエンジンの始動装置。
前記電力供給装置は、前記エンジンの始動開始後、前記スタータ始動条件が成立していると判定して、前記始動用電動機に電力を供給し、前記エンジンの回転速度が予め設定された切換え回転速度以上になった場合に、前記スタータ始動条件が成立していないと判定し、前記発電電動機に電力を供給する請求項１から７のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。
前記発電電動機は、前記エンジンのクランク軸にベルト及びプーリ機構により常時連結されている請求項１から８のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。
前記電力供給装置は、前記発電電動機と一体になっている請求項１から９のいずれか一項に記載のエンジンの始動装置。