JP2021017874A - エンジン始動システム及びエンジン始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】スタータモータとＩＳＧを協調させてエンジン始動を行うエンジン始動システムにおいて、鉛バッテリとリチウムイオンバッテリの劣化を抑えつつ、常に同じ操作感でエンジンを作動させる。【解決手段】スタータモータ２とＩＳＧ３を有するエンジン始動システム１にて、スタータモータ２のみが作動する第１モードと、ＩＳＧ３のみが作動する第２モードと、スタータモータ２とＩＳＧ３が共に作動する第３モードと、を切り替える作動モード切替部３８を設ける。作動モード切替部３８は、エンジン４の乗り越し位置を基準として、第１モードから第３モードに切り替え、第３モード実施の後、第３モードから第２モードに切り替え、ＩＳＧ３の回転数を制御した状態でエンジン４の始動を行って常に同じ回転数でエンジン４を始動させる。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン始動技術に関し、特に、スタータモータとインテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ（ＩＳＧ）を協調させてエンジン始動を行うエンジン始動システム及び始動方法に関する。

自動車などの車両に搭載されるエンジンでは、その始動のため、電動モータを用いたスタータモータが広く使用されている。また、昨今では、スタータとジェネレータを兼ねると共に、エンジンの動力補助や回生ブレーキなどの機能を備えた回転電機であるインテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ（以下、ＩＳＧと略記する）と呼ばれる装置も登場している。

特開２０１７−１２８１４７号公報

ところが、スタータモータのみにてエンジンを始動する従来のシステムでは、モータの回転数を特に制御していないため、バッテリ電圧や温度によって、スタータモータの回転数にバラツキが生じてしまう。このため、クランキング時間が長かったり、短かったり、エンジン点火後の吹け上がり回転数が高かったり、低かったりなど、始動時のフィーリングが一定にならないという課題があった。

また、近年、燃費向上や環境保全のため、車両停止時に一時的にエンジンを停止させるアイドリングストップ車が実用化されているが、アイドリングストップ後のエンジン始動に毎回スタータモータを使用すると、鉛バッテリ（鉛蓄電池）の劣化が早くなる。さらに、使用頻度が高くなる分、スタータ自体も耐久劣化が生じ易くなる。加えて、鉛バッテリのＳＯＣ（State of charge：充電率）が低い状態でスタータモータを使用すると、バッテリ電圧が下がり、鉛バッテリから電源供給を行っている他の機器が動作しなくなるおそれがあるという問題があった。

一方、ＩＳＧは、リチウムイオンバッテリ（リチウムイオン電池）を電源とし、ハイブリッド車などに使用され、アイドリングストップ後の再スタートにも利用されている。しかし、ＩＳＧでは、アイドリングストップに伴い、リチウムイオンバッテリから大電流を流すモードを繰り返し行うと、バッテリの寿命を短くしてしまうという問題がある。特に、低温時は、リチウムイオンバッテリから大電流を取り出すと電圧低下が大きく、エンジン始動の際に大電流を流すと、バッテリ寿命への影響が大きいことから、バッテリから持ち出せる電流が非常に少なくなる。このため、リチウムイオンバッテリから電源を供給するＩＳＧでは、低温時の始動が課題となっており、寒冷地での使用を考慮すると、ＩＳＧのみでエンジンの始動を賄うのは難しいという問題があった。

本発明の目的は、スタータモータとＩＳＧを協調させてエンジン始動を行うエンジン始動システムにおいて、鉛バッテリとリチウムイオンバッテリの劣化を抑えつつ、常に同じ操作感でエンジンを作動させることにある。

本発明のエンジン始動システムは、エンジンと、前記エンジンを始動させるスタータモータと、前記エンジンのクランクシャフトに接続され、前記エンジンを始動させるスタータと前記エンジンの回転により発電を行うジェネレータの両機能を有する回転電機と、を有するエンジン始動システムであって、前記エンジンの回転位置を検出するエンジン回転位置検出部と、前記スタータモータと前記回転電機の動作を制御し、前記スタータモータのみが作動する第１モードと、前記回転電機のみが作動する第２モードと、前記スタータモータと前記回転電機が共に作動する第３モードと、を切り替える作動モード切替部と、を有し、前記作動モード切替部は、前記エンジンの乗り越し位置を基準として、前記スタータモータと前記回転電機の作動モードを前記第１モードから前記第３モードに切り替え、該第３モード実施の後、前記作動モードを前記第３モードから前記第２モードに切り替えることを特徴とする。

本発明にあっては、スタータモータのみが作動する第１モードと、回転電機のみが作動する第２モードと、スタータモータと回転電機が共に作動する第３モードと、を切り替える作動モード切替部を設け、この作動モード切替部により、エンジンの乗り越し位置を基準として、第１モードから第３モードに切り替え、第３モード実施の後、第３モードから第２モードに切り替える。これにより、回転電機の回転数を制御した状態でエンジンの始動を行うことができ、常に同じ回転数でのエンジン始動が可能となり、始動フィーリングを常に一定にすることが可能となる。

前記エンジン始動システムにおいて、前記第２モードの実施により前記エンジンが所定回転数に到達したところで前記エンジンに点火し、該エンジンを始動させるエンジン点火制御部をさらに設けて良い。これにより、より確実に同じ回転数でエンジンを始動させることができる。

また、前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記作動モード切替部により、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、低温時におけるリチウムイオンバッテリの使用を抑えることができ、バッテリ寿命の延命化を図ることができると共に、低温での確実なエンジン始動が可能となる。

前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記作動モード切替部により、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、低充電率下でのリチウムイオンバッテリの使用を抑えることができ、バッテリ寿命の延命化を図ることができる。

前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記作動モード切替部により、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記鉛バッテリの充電率が所定値以下のときは、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第２モードのみにて前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、低充電率下での鉛バッテリの使用を抑えることができ、バッテリ寿命の延命化を図ることができる。

前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記作動モード切替部により、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えており、かつ、前記鉛バッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記第１〜第３モードを併用して前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、スタータモータと回転電機を適宜併用でき、鉛バッテリやスタータモータの負荷が低減され、それらの寿命の延命化も図られる。

本発明のエンジン始動方法は、エンジンと、前記エンジンを始動させるスタータモータと、前記エンジンのクランクシャフトに接続され、前記エンジンを始動させるスタータと前記エンジンの回転により発電を行うジェネレータの両機能を有する回転電機と、を有するエンジン始動システムにおけるエンジン始動方法であって、前記エンジンの回転位置を検出し、前記スタータモータと前記回転電機の動作を制御し、前記スタータモータのみが作動する第１モードと、前記回転電機のみが作動する第２モードと、前記スタータモータと前記回転電機が共に作動する第３モードと、を設け、前記エンジンの乗り越し位置を基準として、前記スタータモータと前記回転電機の作動モードを前記第１モードから前記第３モードに切り替え、該第３モード実施の後、前記作動モードを前記第３モードから前記第２モードに切り替えることを特徴とする。

本発明にあっては、スタータモータのみが作動する第１モードと、回転電機のみが作動する第２モードと、スタータモータと回転電機が共に作動する第３モードと、を設け、エンジンの乗り越し位置を基準として、第１モードから第３モードに切り替え、第３モード実施の後、第３モードから第２モードに切り替える。これにより、回転電機の回転数を制御した状態でエンジンの始動を行うことができ、常に同じ回転数でのエンジン始動が可能となり、始動フィーリングを常に一定にすることが可能となる。

前記エンジン始動方法において、前記第２モードの実施により前記エンジンが所定回転数に到達したところで前記エンジンに点火し、該エンジンを始動させるようにしても良い。これにより、より確実に同じ回転数でエンジンを始動させることができる。

また、前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、低温時におけるリチウムイオンバッテリの使用を抑えることができ、バッテリ寿命の延命化を図ることができると共に、低温での確実なエンジン始動が可能となる。

前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、低充電率下でのリチウムイオンバッテリの使用を抑えることができ、バッテリ寿命の延命化を図ることができる。

前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記鉛バッテリの充電率が所定値以下のときは、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第２モードのみにて前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、低充電率下での鉛バッテリの使用を抑えることができ、バッテリ寿命の延命化を図ることができる。

前記スタータモータを鉛バッテリを電源として駆動し、前記回転電機をリチウムイオンバッテリを電源として駆動し、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えており、かつ、前記鉛バッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記第１〜第３モードを併用して前記エンジンを始動するようにしても良い。これにより、スタータモータと回転電機を適宜併用でき、鉛バッテリやスタータモータの負荷が低減され、それらの寿命の延命化も図られる。

本発明のエンジン始動システムは、エンジンを始動させるスタータモータと、エンジンを始動させるスタータとジェネレータの両機能を有する回転電機と、を有するエンジン始動システムにて、スタータモータのみが作動する第１モードと、回転電機のみが作動する第２モードと、スタータモータと回転電機が共に作動する第３モードと、を切り替える作動モード切替部を設け、この作動モード切替部により、エンジンの乗り越し位置を基準として、第１モードから第３モードに切り替え、第３モード実施の後、第３モードから第２モードに切り替えるようにしたので、回転電機の回転数を制御した状態でエンジンの始動を行うことができる。これにより、常に同じ回転数でのエンジン始動が可能となり、始動フィーリングを常に一定にすることが可能となる。

本発明のエンジン始動方法は、エンジンを始動させるスタータモータと、エンジンを始動させるスタータとジェネレータの両機能を有する回転電機と、を有するエンジン始動システムにて、スタータモータのみが作動する第１モードと、回転電機のみが作動する第２モードと、スタータモータと回転電機が共に作動する第３モードと、を設け、エンジンの乗り越し位置を基準として、第１モードから第３モードに切り替え、第３モード実施の後、第３モードから第２モードに切り替える。これにより、回転電機の回転数を制御した状態でエンジンの始動を行うことができ、常に同じ回転数でのエンジン始動が可能となり、始動フィーリングを常に一定にすることが可能となる。

本発明の一実施形態であるエンジン始動システムの構成を示す説明図である。 図１のエンジン始動システムにおけるエンジン始動処理の流れを示すフローチャートである。 始動モード判定処理の手順を示すフローチャートである。 エンジン始動時における負荷トルクとエンジン回転数を、時間を横軸として示した説明図であり、（ａ）は、当該エンジン始動システムによるエンジン始動、（ｂ）はエンジンスタータのみによる従来のエンジン始動における負荷トルクとエンジン回転数をそれぞれ示している。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態であるエンジン始動システムの構成を示す説明図であり、本発明によるエンジン始動方法も当該システムによって実施される。図１のエンジン始動システム１は、スタータモータ２とＩＳＧ（回転電機）３を用いて自動車のエンジン４を始動させるシステムである。図１に示すように、エンジン始動システム１では、スタータモータ２には鉛バッテリ５から電源が供給され、ＩＳＧ３にはリチウムイオンバッテリ６から電源が供給される。リチウムイオンバッテリ６には、バッテリ温度を検出する温度センサ４１とＳＯＣを検出するバッテリ状態センサ４２、また、鉛バッテリ５にはＳＯＣを検出するバッテリ状態センサ４３がそれぞれ設けられている。

スタータモータ２とＩＳＧ３は、システムコントロールユニット７によって制御され、運転者がイグニッションスイッチ８をＯＮさせると、スタータモータ２とＩＳＧ３が協働しエンジン４を始動させる。このとき、当該システムでは、各センサ４１〜４３の検出値に基づき、リチウムイオンバッテリ６と鉛バッテリ５の状態（温度やＳＯＣ）に応じてスタータモータ２とＩＳＧ３の動作を制御し、バッテリの劣化を抑えつつ、常に同じ操作感でエンジンを作動させる。

スタータモータ２は、第１及び第２スタータカットリレー１１,１２（以下、第１カットリレー１１，第２カットリレー１２とそれぞれ略記する）によってＯＮ／ＯＦＦが制御される。第１及び第２カットリレー１１,１２は、システムコントロールユニット７によって制御されており、ノーマルオープンの両リレー１１,１２が共にＯＮされると、スタータモータ２のマグネットスイッチ１３がＯＮ状態となる。これにより、スタータモータ２のスイッチプランジャ（図示せず）が作動し、鉛バッテリ５からスタータモータ２に電源が供給され、スタータモータ２が作動する。

ＩＳＧ３には、ＳＲモータ（スイッチトリラクタンスモータ）が使用されており、そのロータ回転軸はエンジンのクランクシャフトに接続（ここでは直結）されている。ＩＳＧ３は、システムコントロールユニット７のマイクロコントローラ（以下、マイコンと略記する）１４からの指示に基づき、パワー回路１５によって駆動される。ＩＳＧ３のロータ回転位置は、レゾルバ１６によって検出されており、システムコントロールユニット７は、ロータの回転位置に基づいてパワー回路１５を制御する。パワー回路１５は、リチウムイオンバッテリ６と接続されており、マイコン１４の制御の下、ＩＳＧ３の各相コイルを適宜通電し、ＩＳＧ３を作動させる。

システムコントロールユニット７には、前述のマイコン１４とパワー回路１５と共に、イグニッションスイッチ８のＯＮ／ＯＦＦを検知するイグニッションスイッチ検出部２１と、第１カットリレー１１のＯＮ／ＯＦＦを制御する第１カットリレー駆動部２２、第２カットリレー１２のＯＮ／ＯＦＦを制御する第２カットリレー駆動部２３が設けられている。また、システムコントロールユニット７には、第１カットリレー１１のＯＮ故障（ノーマルオープンのリレーが常時ＯＮとなってしまっている状態）を検知するリレー故障検知部２４が設けられている。

一方、マイコン１４には、ＣＰＵ３１と、各センサの検出値や各モータの動作データ等を記憶するＲＡＭ３２、エンジン始動制御プログラム等が格納されたＲＯＭ３３、スタータモータ２やＩＳＧ３の動作時間等を計時するタイマ３４が設けられている。このうち、ＣＰＵ３１には、レゾルバ１６の検知信号に基づき、ＩＳＧ３のロータ回転位置を検知するロータ回転位置検出部３５と、ロータ回転位置からエンジン４のクランクシャフトの回転位置（エンジン回転位置）を把握するエンジン回転位置検出部３６、レゾルバ１６の検知信号に基づき、ＩＳＧ３の回転数を検出するモータ回転数検出部３７の各機能部が設けられている。また、ＣＰＵ３１には、スタータモータ２とＩＳＧ３の動作形態（作動モード）を切り替える作動モード切替部３８、エンジン４の点火タイミングを制御するエンジン点火制御部３９の各機能部も設けられている。

このようなエンジン始動システム１では、エンジン回転位置あるいはバッテリ状態に応じて、スタータモータ２のみが作動する第１モードと、ＩＳＧ３のみが作動する第２モードと、スタータモータ２とＩＳＧ３が共に作動する第３モードを適宜切り替えてエンジン４の始動動作が行われる。図２は、エンジン始動システム１におけるエンジン始動処理の流れを示すフローチャートである。

図２に示すように、ここではまず、イグニッションスイッチ８がＯＮされると、システムコントロールユニット７は、イグニッションスイッチ検出部２１にてそれを検知する（ステップＳ１）。イグニッションスイッチＯＮを検知したシステムコントロールユニット７は、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣ、鉛バッテリ５のＳＯＣに基づいて、スタータモータ２とＩＳＧ３の動作形態を調整する始動モード判定処理を実施する（ステップＳ２）。

図３は、始動モード判定処理の手順を示すフローチャートである。図３に示すように、ステップＳ２ではまず、温度センサ４１の検出値に基づいて、リチウムイオンバッテリ６の温度が判断される（ステップＳ２１）。前述のように、リチウムイオンバッテリ６は低温時における電源供給に課題があり、システムコントロールユニット７は、リチウムイオンバッテリ６の温度が所定値（ここでは、−３０°Ｃ）以下の場合、温度が低く、リチウムイオンバッテリ６によるエンジン始動は不適と判断する。そして、バッテリ温度が低く−３０°Ｃ以下のときは、ステップＳ２２に進み、以後のエンジン始動動作では、リチウムイオンバッテリ６を電源とするＩＳＧ３は使用せず、スタータモータ２のみを作動させる第１モードのみを実施してエンジン４を始動させルーチンを抜ける。

ステップＳ２１にて、リチウムイオンバッテリ６の温度が−３０°Ｃを超えている場合、システムコントロールユニット７は、使用温度条件は満たしていると判断し、ステップＳ２３に進み、リチウムイオンバッテリ６のＳＯＣを判定する。ステップＳ２３にて、リチウムイオンバッテリ６のＳＯＣが所定値（ここでは、５０％）以下であること検知された場合、システムコントロールユニット７は、リチウムイオンバッテリ６の充電率が低く、リチウムイオンバッテリ６によるエンジン始動は不適と判断する。そして、ステップＳ２２に進み、前述同様、以後のエンジン始動動作ではＩＳＧ３は使用せず、この場合もスタータモータ２のみを作動させる第１モードのみを実施してエンジン４を始動させルーチンを抜ける。

これに対し、リチウムイオンバッテリ６のＳＯＣが５０％を超えている場合は、リチウムイオンバッテリ６の使用条件は満たしていると判断し、ステップＳ２４に進み、鉛バッテリ５のＳＯＣを判定する。ステップＳ２４にて、鉛バッテリ５のＳＯＣが所定値（ここでは、７０％）以下であること検知された場合、システムコントロールユニット７は、鉛バッテリ５の充電率が低く、鉛バッテリ５によるエンジン始動は不適と判断する。そして、ステップＳ２５に進み、スタータモータ２は使用せず、ＩＳＧ３のみを作動させる第２モードのみを実施してエンジン４を始動させルーチンを抜ける。

一方、ステップＳ２４にて、鉛バッテリ５のＳＯＣが７０％を超えている場合は、鉛バッテリ５の使用条件は満たしていると判断し、ステップＳ２を抜けて図２のステップＳ３に進む。すなわち、リチウムイオンバッテリ６と鉛バッテリ５が共に使用条件を満たしていると判断し得る場合、システムコントロールユニット７は、スタータモータ２とＩＳＧ３を協調させ、作動モード切替部３８によって第１〜第３モードを適宜切り替えつつエンジン始動を行うスタータ・ＩＳＧ併用始動（ステップＳ３以下）を実施する。

このように、当該エンジン始動システム１では、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣ、鉛バッテリ５のＳＯＣに応じて、スタータモータ２による単独始動（第１モード：ステップＳ１２）、ＩＳＧ３による単独始動（第２モード：ステップＳ１５）、スタータとＩＳＧの併用始動（第１〜第３モード切替：ステップＳ３以下）の始動モードを選択する。これにより、リチウムイオンバッテリ６の寿命の延命化を図ることができると共に、低温での確実なエンジン始動が可能となる。また、鉛バッテリ５やスタータモータ２の負荷を低減させることができ、それらの寿命の延命化も図られる。

ステップＳ２からＳ３に進むと、システムコントロールユニット７は、第１及び第２カットリレー駆動部２２,２３により、第１及び第２カットリレー１１,１２をＯＮさせる。これにより、スタータモータ２のマグネットスイッチ１３がＯＮとなり、スタータモータ２のスイッチプランジャが作動し（ステップＳ４）、鉛バッテリ５からスタータモータ２に電源が供給され、スタータモータ２が作動して第１モードが実施される（ステップＳ５）。スタータモータ２が作動すると、システムコントロールユニット７は、エンジン回転位置検出部３６にて、スタータモータ２のロータ位置からエンジン回転位置を把握し、エンジン回転位置が乗り越し位置（圧縮行程中に存在する最大クランキングトルク位置）を越えたか否かを判定する（ステップＳ６）。

ステップＳ６にてエンジンの乗り越し位置を越えていない場合には、そのままスタータモータ２のみによるエンジン始動（第１モード）を継続する。そして、乗り越し位置を越えたことが確認されたところで、システムコントロールユニット７は、ＩＳＧ３を作動させる（ステップＳ７）。すなわち、乗り越し位置を越えた後、ロータ回転位置に従ってマイコン１４からパワー回路１５に指令が出され、スタータモータ２に加えてＩＳＧ３が作動し、スタータモータ２とＩＳＧ３が同時に併用される第３モードによる始動動作が実施される。

両モータ併用による第３モードが開始された後、システムコントロールユニット７は、併用動作が所定時間（例えば、０.２秒）経過したか、又は、エンジン４が所定回転数（例えば、５００ｒｐｍ）に達したか、を判断し（ステップＳ８）、これらの併用解除条件に至るまで、スタータモータ２とＩＳＧ３を同時に作動させる。そして、所定の併用解除条件が満たされると、システムコントロールユニット７は、まず、スタータモータ２を停止させる（ステップＳ９）。すなわち、第１及び第２カットリレー駆動部２２,２３により、第１及び第２カットリレー１１,１２をＯＦＦさせ、マグネットスイッチ１３をＯＦＦ状態とし、スイッチプランジャを初期位置に戻し、鉛バッテリ５からスタータモータへの電源供給を遮断してスタータモータ２を停止させる。

スタータモータ２を停止させた後、システムコントロールユニット７は、作動モードを第３モードから第２モードに切り替え、ＩＳＧ３のみにより、エンジン４の回転数を目標回転数（例えば、７００ｒｐｍ）まで上げる。そして、目標回転数に達したところで、エンジン点火制御部３９により、エンジン４に点火し、エンジン４を始動させる（ステップＳ１０→Ｓ１１）。この際、ＩＳＧ３は、スタータモータ２とは異なり回転数の制御が可能であることから、システムコントロールユニット７は、ＩＳＧ３の回転数をフィードバック制御しながら、エンジン４を目標回転数まで作動させ、エンジン４に点火する。これにより、エンジン４は、常に所定の目標回転数にて始動する（ステップＳ１２）。エンジン４が始動すると、システムコントロールユニット７は、ＩＳＧ３を停止させて第２モードを終了し（ステップＳ１３）、ルーチンを抜ける。

図４は、エンジン始動時における負荷トルクとエンジン回転数を、時間を横軸として示した説明図であり、（ａ）は、当該エンジン始動システムによるエンジン始動動作、（ｂ）はエンジンスタータのみによる従来のエンジン始動動作をそれぞれ示している。図４（ｂ）に示すように、従来のエンジン始動動作では、モータ回転数を制御しないことから、エンジン点火に至るまで間、乗り越し位置にて負荷トルクが増減するとエンジン回転数が変動し（図４（ｂ）Ｐ部）、エンジン点火のタイミングが安定せず、クランキング時間にバラツキが生じる。また、エンジン点火後はエンジン負荷が軽くなるため、エンジンスタータの回転数が上がり、エンジン回転数がオーバーシュートしてしまう場合（図４（ｂ）Ｑ部）があった。

これに対し、本発明によるエンジン始動システム１では、負荷トルクが大きい最初の乗り越し位置をスタータモータ２によってクリアし、その後、回転数制御が可能なＩＳＧ３によってエンジン４を始動させる。つまり、まず初動期のエンジン始動負荷が最も高い区間は、スタータモータ２による第１モードによってトルクをかける。そして、その後の負荷が軽い区間でのクランキングは、ＩＳＧ３による第２モードにより、回転数を制御しながら目標回転数まで回転数を上げ、エンジン４に点火する。その際、当該システムでは、スタータモータ２とＩＳＧ３の同時併用区間（第３モード）を設け、トルクを確保しつつ、回転数のバラツキを抑えながらエンジン回転数を目標回転数に向けて上げて行く。そして、所定の目標回転数に至ったところで、エンジン４に点火する。

なお、前述のように、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣが所定値以下の場合には、図４（ａ）とは異なり、エンジンの回転位置に関わらず、スタータモータ２による第１モードのみにてエンジン４を始動する（図３：Ｓ１１〜Ｓ１３）。また、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣが所定温度を越えている場合であっても、鉛バッテリ５のＳＯＣが所定値以下の場合には、エンジンの回転位置に関わらず、ＩＳＧ３による第２モードのみにてエンジン４を始動する（図３：Ｓ１４,Ｓ１５）。すなわち、図４は、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣが所定値を越えており、かつ、鉛バッテリのＳＯＣが所定値を越えている場合に、第１〜第３モードを併用してエンジン４を始動するケース（図２：Ｓ２→Ｓ３以下）を示している。

このように、本発明によるエンジン始動システム１では、スタータモータ２とＩＳＧ３の協調制御により、毎回ほぼ同じ回転数にてエンジン始動が可能となり、始動フィーリングが常に一定となる。また、前述のように、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣ、鉛バッテリ５のＳＯＣに応じて、モータの使用形態（作動モード）を調整するため、バッテリやスタータモータの寿命を延ばすことができると共に、低温時においても確実にエンジンを始動させることができる。すなわち、両モータの協調制御により、先の一定回転数でのエンジン始動も含め、エンジンの始動性向上を図ることが可能となる。さらに、スタータモータ２は、乗り越し位置を越えられるトルクを備えれば足りるため、モータをより小型化することも可能となる。

本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることは言うまでもない。
例えば、前述の実施形態では、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣ、鉛バッテリ５のＳＯＣの閾値として各数値を挙げたが、各所定値は、諸条件により適宜設定され、本発明は前記数値には限定されない。また、エンジン始動システム・始動方法としては、Ｓ２の始動判定モードのみの構成（図３）を実施するようにしても良い。すなわち、リチウムイオンバッテリ６の温度やＳＯＣが所定値以下の場合は第１モード、リチウムイオンバッテリ６の動作条件はクリアしているが鉛バッテリ５のＳＯＣが所定値以下の場合は第２モード、リチウムイオンバッテリ６や鉛バッテリ５の動作条件に問題がない場合は第３モード、とする構成のみを実施することも可能である。

前述の実施の形態では、本発明のシステム・方法を自動車エンジンの始動に適用した例を示したが、自動車以外の車両に搭載されるエンジンにも本発明は適用可能である。

１ エンジン始動システム
２ スタータモータ
３ ＩＳＧ（回転電機）
４ エンジン
５ 鉛バッテリ
６ リチウムイオンバッテリ
７ システムコントロールユニット
８ イグニッションスイッチ
１１ 第１スタータカットリレー
１２ 第２スタータカットリレー
１３ マグネットスイッチ
１４ マイクロコントローラ
１５ パワー回路
１６ レゾルバ
２１ イグニッションスイッチ検出部
２２ 第１カットリレー駆動部
２３ 第２カットリレー駆動部
２４ リレー故障検知部
３１ ＣＰＵ
３２ ＲＡＭ
３３ ＲＯＭ
３４ タイマ
３５ ロータ回転位置検出部
３６ エンジン回転位置検出部
３７ モータ回転数検出部
３８ 作動モード切替部
３９ エンジン点火制御部
４１ 温度センサ
４２ リチウムイオンバッテリのバッテリ状態センサ
４３ 鉛バッテリのバッテリ状態センサ

Claims (12)

1. エンジンと、
   前記エンジンを始動させるスタータモータと、
   前記エンジンのクランクシャフトに接続され、前記エンジンを始動させるスタータと前記エンジンの回転により発電を行うジェネレータの両機能を有する回転電機と、を有するエンジン始動システムであって、
   前記エンジンの回転位置を検出するエンジン回転位置検出部と、
   前記スタータモータと前記回転電機の動作を制御し、前記スタータモータのみが作動する第１モードと、前記回転電機のみが作動する第２モードと、前記スタータモータと前記回転電機が共に作動する第３モードと、を切り替える作動モード切替部と、を有し、
   前記作動モード切替部は、前記エンジンの乗り越し位置を基準として、前記スタータモータと前記回転電機の作動モードを前記第１モードから前記第３モードに切り替え、該第３モード実施の後、前記作動モードを前記第３モードから前記第２モードに切り替えることを特徴とするエンジン始動システム。
2. 請求項１記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記第２モードの実施により前記エンジンが所定回転数に到達したところで前記エンジンに点火し、該エンジンを始動させるエンジン点火制御部をさらに有することを特徴とするエンジン始動システム。
3. 請求項１又は２記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
   前記作動モード切替部は、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動システム。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
   前記作動モード切替部は、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動システム。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
   前記作動モード切替部は、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記鉛バッテリの充電率が所定値以下のときは、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第２モードのみにて前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動システム。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
   前記作動モード切替部は、前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えており、かつ、前記鉛バッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記第１〜第３モードを併用して前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動システム。
7. エンジンと、
   前記エンジンを始動させるスタータモータと、
   前記エンジンのクランクシャフトに接続され、前記エンジンを始動させるスタータと前記エンジンの回転により発電を行うジェネレータの両機能を有する回転電機と、を有するエンジン始動システムにおけるエンジン始動方法であって、
   前記エンジンの回転位置を検出し、
   前記スタータモータと前記回転電機の動作を制御し、前記スタータモータのみが作動する第１モードと、前記回転電機のみが作動する第２モードと、前記スタータモータと前記回転電機が共に作動する第３モードと、を設け、
   前記エンジンの乗り越し位置を基準として、前記スタータモータと前記回転電機の作動モードを前記第１モードから前記第３モードに切り替え、該第３モード実施の後、前記作動モードを前記第３モードから前記第２モードに切り替えることを特徴とするエンジン始動方法。
8. 請求項７記載のエンジン始動方法において、
   前記第２モードの実施により前記エンジンが所定回転数に到達したところで前記エンジンに点火し、該エンジンを始動させることを特徴とするエンジン始動方法。
9. 請求項７又は８記載のエンジン始動方法において、
   前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
   前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動方法。
10. 請求項７〜９の何れか１項に記載のエンジン始動方法において、
    前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
    前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値以下の場合、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第１モードのみにて前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動方法。
11. 請求項７〜１０の何れか１項に記載のエンジン始動方法において、
    前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
    前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記鉛バッテリの充電率が所定値以下のときは、前記エンジンの回転位置に関わらず、前記第２モードのみにて前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動方法。
12. 請求項７〜１１の何れか１項に記載のエンジン始動方法において、
    前記スタータモータは鉛バッテリを電源として駆動され、前記回転電機はリチウムイオンバッテリを電源として駆動され、
    前記リチウムイオンバッテリの温度が所定温度を越えており、前記リチウムイオンバッテリの充電率が所定値を越えており、かつ、前記鉛バッテリの充電率が所定値を越えている場合、前記第１〜第３モードを併用して前記エンジンを始動することを特徴とするエンジン始動方法。

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