JP2021080842A - エンジン始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最低な位置に適切に設定して、その後に、エンジンを始動又は再始動するエンジン始動制御装置を提供する。【解決手段】本実施形態のエンジン始動制御装置１００では、制御部１３６は、エンジンを逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、逆回転の際の初期値から漸減させるように制御する。【選択図】図２

Description

本発明は、エンジン始動制御装置に関し、特に、鉛バッテリ等の二次電池を三相交流発電機により充電すると共に、その三相交流発電機を用いて内燃機関を始動する車両の電子制御装置に関する。

近年、自動車等の車両において、内燃機関であるエンジンのクランクシャフト（クランク軸）に連結されその回転に伴って駆動される界磁束発生用磁石を有する回転子及び発電出力発生用の固定子巻線が巻回された固定子を備える三相交流発電機をスタータモータと兼用して、鉛バッテリ等の二次電池を充電するように制御すると共に、エンジンのクランクシャフトを回転させることによりエンジンを始動するように制御する電子制御装置が提案されている。

かかる状況下で、特許文献１は、エンジン始動装置に関し、エンジンを正逆回転させることができるスタータモータを有し、エンジンの始動操作に応答して圧縮上死点と排気弁の開閉動作範囲との間に予め設定された位置までエンジンを逆回転させた後、更にスタータモータをそれまでよりも小トルクで駆動して、エンジンを逆回転方向に予定時間付勢して停止させる構成を開示する。

また、特許文献２は、エンジン始動制御装置に関し、スイングバック制御部による逆転駆動時のモータ電流値より、アイドルストップ開始時巻き戻し制御部による逆転駆動時のモータ電流値の方が小さく設定されている構成を開示する。

特許３９６９６４１号公報 特許５２４７５５４号公報

しかしながら、本発明者の検討によれば、特許文献１が開示する構成では、エンジンの始動時に予め設定された位置までエンジンを逆回転させた後、更にスタータモータをそれまでよりも小トルクで駆動して、エンジンを逆回転方向に予定時間付勢して停止させる構成を有するものであるため、エンジンの温度状態や外部環境に応じてエンジンの停止位置にばらつきが生じ、改善の余地がある。

また、本発明者の検討によれば、特許文献２が開示する構成では、スイングバック制御部による逆転駆動時のモータ電流値より、アイドルストップ開始時巻き戻し制御部による逆転駆動時のモータ電流値の方が小さく設定されている構成を有するものであるため、エンジンの回転位置が所定の停止位置に到達にするまでに多くの時間が必要となり、エンジンの始動性が悪化することから改善の余地がある。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最適な位置に適切に設定して、その後に、エンジンを始動又は再始動するエンジン始動制御装置を提供することを目的とする。

以上の目的を達成するべく、本発明は、車両のエンジンを始動させるために、前記エンジンを逆回転で回転させてから正回転で回転させることが可能なスタータモータの出力トルクを制御する制御部を備えるエンジン始動制御装置であって、前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記逆回転の際の初期値から漸減させるように制御することを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記制御部は、前記エンジンの回転位置が所定の停止位置に到達するまで、前記エンジンを前記逆回転で回転させ、前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記エンジンの前記回転位置が前記所定の停止位置に近づくにつれて、漸減させるように制御することを第２の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記制御部は、前記エンジンの回転位置の変化量が所定の変化量になるまで、前記エンジンを前記逆回転で回転させ、前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記エンジンの前記回転位置の変化量が前記所定の変化量に近づくにつれて、漸減するように制御することを第３の局面とする。

また、本発明は、第１から第３のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記エンジンの温度に応じた大きさになるように制御することを第４の局面とする。

また、本発明は、第１から第４のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、大気圧又は大気温度に応じた大きさになるように制御することを第５の局面とする。

また、本発明は、第１から第５のいずれかの局面に加えて、前記制御部は、前記車両のスタータスイッチがオン状態にされることに応じて、前記エンジンを始動させる第１の始動制御と、前記エンジンのスロットル開度又は前記車両のアクセル開度が増大されることに応じて、前記エンジンをアイドルストップ状態から再始動させる第２の始動制御と、を実行し、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記第１の始動制御において得られる前記スタータモータの前記出力トルクの初期値と、前記第２の始動制御において得られる前記スタータモータの前記出力トルクの初期値と、を互いに等しく設定することを第６の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかるエンジン始動制御装置によれば、制御部は、エンジンを逆回転で回転させる際に、スタータモータの出力トルクを、逆回転の際の初期値から漸減させるように制御するものであるため、スタータモータの回転位置、つまりエンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最適な位置に適切に設定することができ、その後に、エンジンを始動又は再始動することができる。

また、本発明の第２の局面にかかるエンジン始動制御装置によれば、制御部は、エンジンの回転位置が所定の停止位置に到達するまで、エンジンを逆回転で回転させ、制御部は、エンジンを逆回転で回転させる際に、スタータモータの出力トルクを、エンジンの回転位置が所定の停止位置に近づくにつれて、漸減させるように制御するものであるため、エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最適な位置により適切に設定することができる。

また、本発明の第３の局面にかかるエンジン始動制御装置によれば、制御部は、エンジンの回転位置の変化量が所定の変化量になるまで、エンジンを逆回転で回転させ、制御部は、エンジンを逆回転で回転させる際に、スタータモータの出力トルクを、エンジンの回転位置の変化量が所定の変化量に近づくにつれて、漸減するように制御するものであるため、エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最適な位置により適切に設定することができる。

また、本発明の第４の局面にかかるエンジン始動制御装置によれば、制御部は、エンジンを逆回転で回転させる際に、スタータモータの出力トルクを、エンジンの温度に応じた大きさになるように制御するものであるため、エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最適な位置に、エンジンの作動抵抗に影響するエンジンの温度に応じて、より適切に設定することができる。

また、本発明の第５の局面にかかるエンジン始動制御装置によれば、制御部は、エンジンを逆回転で回転させる際に、スタータモータの出力トルクを、大気圧又は大気温度に応じた大きさになるように制御するものであるため、エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最適な位置に、エンジンの吸入効率に影響するエンジンの周囲の大気圧又は大気温度に応じて、より適切に設定することができる。

また、本発明の第６の局面にかかるエンジン始動制御装置によれば、制御部は、車両のスタータスイッチがオン状態にされることに応じて、エンジンを始動させる第１の始動制御と、エンジンのスロットル開度又は車両のアクセル開度が増大されることに応じて、エンジンをアイドルストップ状態から再始動させる第２の始動制御と、を実行し、エンジンを逆回転で回転させる際に、第１の始動制御において得られるスタータモータの出力トルクの初期値と、第２の始動制御において得られるスタータモータの出力トルクの初期値と、を互いに等しく設定するものであるため、始動時及び再始動時の制御を簡素化しながら、エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に最適な位置に設定することができる。

図１は、本発明の実施形態におけるエンジン始動制御装置が適用されるエンジンの構成を示す模式図である。 図２は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置の構成の概略を示す回路図である。 図３は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置の再始動時の動作の一例を示すフローチャートである。 図４は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置の再始動時の動作の一例を示すタイムチャートである。 図５は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置の通常始動時の動作の一例を示すフローチャートである。 図６は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置の通常始動時の動作の一例を示すタイムチャートである。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態におけるエンジン始動制御装置につき、詳細に説明する。

〔エンジンの構成〕
まず、図１を参照して、本実施形態におけるエンジン始動制御装置が適用されるエンジンの構成について、詳細に説明する。

図１は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置が適用されるエンジンの構成を示す模式図である。

図１に示すように、内燃機関であるエンジン１は、図示を省略する二輪自動車等の車両に搭載され、シリンダブロック２を備えている。シリンダブロック２の側壁内には、シリンダブロック２及びその内部等を冷却するための冷却水が流通する冷却水通路３が形成されている。冷却水通路３には、冷却水通路３を流通する冷却水の温度を検出するための水温センサ４が設けられている。

なお、図１中では、説明の便宜上、エンジン１を単気筒として示しているが、エンジン１は複数の気筒を有するものであってもよく、気筒の配列も直列、水平対向やＶ型等であってもよい。また、図１中では、説明の便宜上、エンジン１を水冷式として示しているが、空冷式であってもよく、かかる場合には、水温センサ４の代わりにエンジン１の温度を検出自在な温度センサをシリンダブロック２等に装着してもよい。

シリンダブロック２の内部には、ピストン５が配置されている。ピストン５は、コンロッド６を介してクランクシャフト７に連結されている。クランクシャフト７の近傍には、クランクシャフト７の回転角度を検出するクランク角センサ８が、エンジン１の回転速度を検出すべく設けられている。シリンダブロック２の上部には、シリンダヘッド９が装着されている。ピストン５の上面と、シリンダブロック２及びシリンダヘッド９の各々の内面とが画成する内部空間は燃焼室１０となる。

シリンダヘッド９には、燃焼室１０内の混合気に点火する点火プラグ１１が設けられている。点火プラグ１１の点火動作は、ＥＣＵ１３０が図示を省略する点火コイルへの通電を制御することによって制御される。

また、シリンダヘッド９には、燃焼室１０と吸気通路１２とを開閉自在に連通する吸気バルブ１３が設けられている。吸気通路１２は、シリンダヘッド９に装着される吸気管ＩＭ内に形成され、吸気管ＩＭは、吸気通路１２内に燃料を噴射する燃料噴射弁１４及び燃料噴射弁１４の上流側に配置されるスロットルバルブ１５を備えている。なお、燃料噴射弁１４は、燃焼室１０内に直接燃料を噴射するものであってもよい。

シリンダヘッド９には、吸気管ＩＭの反対側に排気管ＥＭが装着され、排気管ＥＭ内には、燃焼室１０と連通する排気通路１６が形成されている。かかるシリンダヘッド９には、燃焼室１０と排気通路１６とを開閉自在に連通する排気バルブ１７が設けられている。

〔エンジン始動制御装置の構成〕
次に、更に図２をも参照して、本実施形態におけるエンジン始動制御装置の構成について、詳細に説明する。

図２は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置の構成の概略を示す回路図である。

図２に示すように、本実施形態におけるエンジン始動制御装置１００は、二次電池である鉛バッテリ１０１を三相交流発電機１１０の発電により充電すると共に、三相交流発電機１１０をスタータモータとして用いてエンジン１のクランクシャフト７を回転させることによりエンジン１を始動するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１３０を備えている。なお、図中、符号１０２は、負荷を示し、及び符号１０３は、位相センサを示している。また、二次電池としては、鉛バッテリ以外に、ニッケル水素バッテリやリチウムイオンバッテリも利用可能である。

三相交流発電機１１０は、その詳細な構成は省略するが、Ｕ相のコイル１１０ａ、Ｖ相のコイル１１０ｂ及びＷ相のコイル１１０ｃから成る３相の発電出力発生用のコイル（固定子巻線）が巻回された固定子と、これらの各相のコイル１１０ａ、コイル１１０ｂ及び１１０ｃに対応する界磁束発生用の永久磁石が各々装着されると共に固定子の外周側を周回するように配設された回転子と、を備え、かかる回転子が図１に示すエンジンの１クランクシャフト７に図示を省略する減速ギヤ系を介して連結される。よって、かかるギヤ系を介して、三相交流発電機１１０の回転子の回転数と、エンジンの１クランクシャフト７の回転数と、は比例関係にある。

Ｕ相のコイル１１０ａは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の一方のＵ相のスイッチング素子１３１ａの他方の端子と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の他方のＵ相のスイッチング素子１３１ｂの一方の端子と、に電気的に接続する接続端子１１１ａを有している。Ｖ相のコイル１１０ｂは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の一方のＶ相のスイッチング素子１３１ｃの他方の端子と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の他方のＶ相のスイッチング素子１３１ｄの一方の端子と、に電気的に接続する接続端子１１１ｂを有している。また、Ｗ相のコイル１１０ｃは、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の一方のＷ相のスイッチング素子１３１ｅの他方の端子と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の他方のＷ相のスイッチング素子１３１ｆの一方の端子と、に電気的に接続する接続端子１１１ｃを有している。

ＥＣＵ１３０は、マイクロコンピュータ等を含む演算処理装置であり、図示を省略するメモリやタイマを有している。かかるメモリには、必要な制御プログラム及び制御データが記憶され、ＥＣＵ１３０は、メモリから必要な制御プログラム及び制御データを読み出して、制御プログラムを実行することによって、エンジン始動制御装置１００全体の動作を制御する制御装置である。

具体的には、ＥＣＵ１３０は、電力変換器であるＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ１３１、回転位置検出部１３２、回転速度検出部１３３、エンジン回転数検出部１３４、エンジン温度検出部１３５及び制御部１３６を備えている。なお、図２中では、回転位置検出部１３２、回転速度検出部１３３、エンジン回転数検出部１３４、エンジン温度検出部１３５及び制御部１３６を、ＥＣＵ１３０が制御プログラムを実行する際のその機能ブロックとして各々示している。また、回転位置検出部１３２、回転速度検出部１３３、エンジン回転数検出部１３４、エンジン温度検出部１３５及び制御部１３６を機能ブロックとして機能させるプログラムは、メモリ中に予め記憶されている。

ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１は、典型的には３相ブリッジ接続されたスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆを有し、制御部１３６からの制御信号に従って、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々をオン状態又はオフ状態にして三相交流発電機１１０から供給された３相交流電流を直流電流に変換すると共に、直流電流を鉛バッテリ１０１に供給する。かかる場合には、三相交流発電機１１０は、エンジンにより駆動され、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１を介して制御部１３６でいわゆる遅角制御される発電機として機能する。また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１は、制御部１３６からの制御信号に従って、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々をオン状態又はオフ状態にして鉛バッテリ１０１から供給された直流電流を３相交流電流に変換すると共に、三相交流発電機１１０に三相交流電流を供給する。かかる場合には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１は、ＤＣ／ＡＣコンバータとして機能すると共に、三相交流発電機１１０は、その回転子の回転を減速ギヤ系を介してエンジン１のクランクシャフト７に伝達することにより、エンジン１を駆動するスタータモータとして機能する。なお、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆは、典型的には各々トランジスタであり、図２中では、一例として、Ｎ型のＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ−Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｆｉｅｌｄ−Ｅｆｆｅｃｔ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）として各々示している。なお、スタータモータとしては、三相交流発電機１１０を兼用品として用いるのではなく、発電機能を有さないスタータモータの専用品を別途用いてもかまわない。

具体的には、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３相の各相に対して、一対のスイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆを各々対応して有している。

つまり、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１では、Ｕ相の一対のスイッチング素子１３１ａとスイッチング素子１３１ｂとが電気的に接続されており、スイッチング素子１３１ａがオン状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｂがオフ状態の場合にＵ相の駆動電圧をハイレベルにし、スイッチング素子１３１ａがオフ状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｂがオン状態の場合にＵ相の駆動電圧をローレベルにする。

また、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１では、Ｖ相の一対のスイッチング素子１３１ｃとスイッチング素子１３１ｄとが電気的に接続されており、スイッチング素子１３１ｃがオン状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｄがオフ状態の場合にＶ相の駆動電圧をハイレベルにし、スイッチング素子１３１ｃがオフ状態で、且つ、スイッチング素子１３１ｄがオン状態の場合にＶ相の駆動電圧をローレベルにする。

更に、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１では、Ｗ相の一対のスイッチング素子１３１ｅとスイッチング素子１３１ｆとが電気的に接続されており、スイッチング素子１３１ｅがオン状態、且つ、スイッチング素子１３１ｆがオフ状態の場合にＷ相の駆動電圧をハイレベルにし、スイッチング素子１３１ｅがオフ状態、且つ、スイッチング素子１３１ｆがオン状態の場合にＷ相の駆動電圧をローレベルにする。

ここで、スイッチング素子１３１ａは、制御部１３６に電気的に接続された制御端子と、鉛バッテリ１０１の高電位側に電気的に接続された一方の入力端子と、スイッチング素子１３１ｂ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ａに電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ａは、その制御端子に対して制御部１３６から印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときは、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。

また、スイッチング素子１３１ｂは、制御部１３６に電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ａ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ａに電気的に接続された一方の入力端子と、鉛バッテリ１０１の低電位側に電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｂは、その制御端子に対して制御部１３６から印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。

また、スイッチング素子１３１ｃは、制御部１３６に電気的に接続された制御端子と、鉛バッテリ１０１の高電位側に電気的に接続された一方の入力端子と、スイッチング素子１３１ｄ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ｂに電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｃは、その制御端子に対して制御部１３６から印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。

また、スイッチング素子１３１ｄは、制御部１３６に電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ｃ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ｂに電気的に接続された一方の入力端子と、鉛バッテリ１０１の低電位側に電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｄは、その制御端子に対して制御部１３６から印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。

また、スイッチング素子１３１ｅは、制御部１３６に電気的に接続された制御端子と、鉛バッテリ１０１の高電位側に電気的に接続された一方の入力端子と、スイッチング素子１３１ｆ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ｃに電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｅは、その制御端子に対して制御部１３６から印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。

更に、スイッチング素子１３１ｆは、制御部１３６に電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ｅ及び三相交流発電機１１０の接続端子１１１ｃに電気的に接続された一方の入力端子と、鉛バッテリ１０１の低電位側に電気的に接続された他方の入力端子と、を有している。かかるスイッチング素子１３１ｆは、その制御端子に対して制御部１３６から印加される所定の制御信号に従って、オン／オフ動作し、それがオン状態のときには、一方の入力端子から他方の入力端子へ電流が流れる。

回転位置検出部１３２は、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置を検出する。具体的には、回転位置検出部１３２は、位相センサ１０３が検出した三相交流発電機１１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の回転子の回転角を回転位置として検出し、制御部１３６にその検出した回転位置を示す信号を送出する。また、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置としては、例えばＵ相等の各相の内のいずれかの相の回転子の回転位置を用いれば足り、かかる三相交流発電機１１０の回転子の回転位置は、エンジン１のクランクシャフト７の回転位置、つまりエンジン１の回転位置に対応する。

回転速度検出部１３３は、三相交流発電機１１０の回転子の回転速度を検出する。具体的には、回転速度検出部１３３は、位相センサ１０３が検出した三相交流発電機１１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の回転子の回転角の経時変化から回転子の回転速度を検出し、制御部１３６にその検出した回転速度を示す信号を送出する。なお、三相交流発電機１１０三相交流発電機１１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の発電電圧を示す出力信号の波形から回転子の回転速度を検出するようにしてもよい。また、エンジン１の回転速度と三相交流発電機１１０の回転子の回転速度との間には相関関係があるので、クランク角センサ８によって検出されたクランクシャフト７の回転角度から回転子の回転速度を検出するようにしてもよい。

エンジン回転数検出部１３４は、クランク角センサ８によって検出されたクランクシャフト７の回転角度に基づいてエンジン１の回転数を検出し、このように検出したエンジン回転数を示す電気信号を制御部１３６に送出する。なお、エンジン回転数検出部１３４は、エンジン１の回転方向をも示すエンジン回転速度も併せて検出する。

エンジン温度検出部１３５は、水温センサ４が検出したエンジン１の冷却水の温度をエンジン１の温度として検出し、このように検出したエンジン温度を示す電気信号を制御部１３６に送出する。

制御部１３６は、回転位置検出部１３２が検出し三相交流発電機１１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の回転子の回転位置に基づいて、スイッチング素子１３１ａ、１３１ｂ、１３１ｃ、１３１ｄ、１３１ｅ及び１３１ｆの各々のオン状態とオフ状態とを切り替えるスイッチング制御を行う。また、制御部１３６は、三相交流発電機１１０の各相のコイルの通電タイミング（遅角量）と、回転速度検出部１３３によって検出された回転子の回転速度と、に基づいて鉛バッテリ１０１の充電状態を測定し、測定結果に基づいて三相交流発電機１１０を制御することにより鉛バッテリ１０１を充電する。

また、制御部１３６は、スロットル開度センサ１０６によって検出されたスロットルバルブ１５の開度、エンジン回転数検出部１２４によって検出されたエンジン回転数及びエンジン温度検出部１３５によって検出されたエンジン温度等に基づいて、アイドルストップ制御におけるエンジン１のアイドルストップの実行／不実行を決定する。

ここで、制御部１３６は、スタータスイッチ１０５がオン状態となってそれから送出されたエンジン１の始動指令信号を受けた場合、又は図示を省略するアクセル開度センサによって検出された車両のアクセル開度が所定開度以上になった場合に、三相交流発電機１１０の出力トルクをそれに印加する駆動制御信号のデューティを制御することにより、エンジン１のクランクシャフト７を回転させて、アイドルストップの実行時以外の通常時のエンジン１の始動、又はアイドルストップの実行時のエンジン１の再始動を制御する。この際、制御部１３６は、エンジン１を始動又は再始動させるために、エンジン１を逆回転で回転させてから正回転で回転させるように三相交流発電機１１０の出力トルクを制御する。具体的には、制御部１３６は、エンジン１を逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、それに印加する駆動制御信号のデューティを制御することにより、逆回転の際の初期値から漸減させるように制御する。これにより、三相交流発電機１１０の回転位置、つまりエンジン１の回転位置を、エンジン１の始動時又は再始動時に最適な所定の停止位置に適切に設定することができ、その後に、エンジン１を確実に始動又は再始動することができる。また、この際、制御部１３６は、エンジン１の回転位置が所定の停止位置に到達するまで、エンジン１を逆回転で回転させると共に、エンジン１を逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、エンジン１の回転位置が所定の停止位置に近づくにつれて、漸減させるように制御することが好ましい。これにより、エンジン１の回転位置を、エンジン１における始動時又は再始動時に最適な所定の停止位置により適切に設定することができる。なお、アイドルストップの実行時のエンジン１の再始動は、スロットル開度センサ１０６によって検出されたスロットルバルブ１５の開度が所定開度以上となった場合に実行するようにしてもかまわない。

また、この際、制御部１３６は、エンジン１の回転位置の所定の停止位置として適用される回転位置として、典型的には三相交流発電機１１０の回転子の回転位置に基づき、エンジン１の動作サイクルの圧縮行程における典型的は圧縮上死点等のエンジン１の回転位置を検出する。なお、制御部１３６は、三相交流発電機１１０がエンジン１のクランクシャフト７の駆動を開始した際の所定の初期時間における鉛バッテリ１０１の電圧である第１の電圧と、かかる所定の初期期間よりも後の鉛バッテリ１０１の電圧である第２の電圧と、を比較することにより得られた比較結果に基づき、エンジン１の圧縮上死点等のエンジン１の回転位置を検出してもよい。

なお、制御部１３６は、エンジン１の回転位置の経時的な変化量が所定の変化量になるまで、エンジン１を逆回転で回転させ、エンジン１を逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、エンジン１の回転位置の経時的な変化量が、エンジン１の回転位置が圧縮行程における典型的は圧縮上死点等の所定の回転位置になったことを示す所定の変化量に近づくにつれて、漸減するように制御してもよい。このような構成によれば、エンジン１の回転位置を、エンジン１の再始動時に最適な位置により適切に設定することができる。

また、制御部１３６は、エンジン１を逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、エンジン温度検出部１３５によって検出されたエンジン温度に応じた大きさになるように制御してもよい。このような構成によれば、エンジン１の回転位置を、エンジン１の再始動時に最適な位置に、エンジン１の作動抵抗に影響する冷却水温や油温等のエンジン温度に応じて、より適切に設定することができる。

また、制御部１３６は、エンジン１を逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、大気圧又は大気温度に応じた大きさになるように制御してもよい。このような構成によれば、エンジン１の回転位置を、エンジン１の再始動時に最適な位置に、エンジン１の吸入効率に影響するエンジン１の周囲の大気圧又は大気温度に応じて、より適切に設定することができる。

このような構成を有するエンジン始動制御装置１００は、エンジン１のアイドルストップ状態からの再始動時に、以下に示す逆転デューティ制御処理を実行することにより、エンジン１の回転位置をエンジン１の再始動時に最適な位置に適切に設定する。以下、図３及び図４をも参照して、再始動時に逆転デューティ制御処理を実行する際のエンジン始動制御装置１００の動作について説明する。

〔再始動時の逆転デューティ制御処理〕
図３は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置１００の再始動時の動作の一例を示すフローチャートである。また、図４は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置１００の再始動時の動作の一例を示すタイムチャートである。

図３に示すフローチャートは、スタータスイッチ１０５がオン状態となってそれから送出されたエンジン１の始動指令信号を受けたエンジン始動制御装置１００が稼働したタイミングで開始となり、逆転デューティ制御処理はステップＳ１１の処理に進む。

ステップＳ１１の処理では、制御部１３６が、エンジン１のアイドルストップ制御処理におけるアイドルストップ実行用のアクセル開度、エンジン回転数や車速等の各種条件の判定処理が開始されたことに応じて（図４に示す時刻ｔ＝ｔ１）、これに応じて各種条件が満足されたか否かを判別する。判別の結果、かかる各種条件が満足されていない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、制御部１３６は、エンジン１の逆回転動作は不要であると判断し、逆転デューティ制御処理をステップＳ１６の処理に進める。一方、かかる各種条件が満足されている場合（図４に示す時刻ｔ＝ｔ２）、制御部１３６は、エンジン１の逆回転動作が必要であると判断し（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、逆転デューティ制御処理をステップＳ１２の処理に進める。なお、逆転デューティ制御処理は、アイドルストップ制御処理と別の処理としてもよいし、アイドルストップ制御処理の中に組み込まれていてもよい。

ステップＳ１２の処理では、制御部１３６が、逆転時の固定デューティ（例えば、図中では１００％）で三相交流発電機１１０の出力トルクを制御することによってエンジン１を逆回転させることにより、クランクシャフト７の回転位置を所定の停止位置に近付けるように、つまり三相交流発電機１１０の回転位置（モータステージ）をエンジン１の圧縮上死点に対応したステージ２０に近付けるように調整する（図４に示す時刻ｔ＝ｔ３から時刻ｔ＝ｔ４までの期間）。これにより、ステップＳ１２の処理は完了し、逆転デューティ制御処理はステップＳ１３の処理に進む。なお、三相交流発電機１１０の発電動作は、時刻ｔ＝ｔ３から停止している。

ステップＳ１３の処理では、制御部１３６が、回転位置検出部１３２によって、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置に対して、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置が接近し始めたか否かを判別する。判別の結果、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する回転子の回転位置に接近し始めたことが検出された場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、制御部１３６は、逆転デューティ制御処理をステップＳ１４の処理に進める。一方、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する回転子の回転位置に接近し始めたことが検出されていない場合には（ステップＳ１３：Ｎｏ）、制御部１３６は、再度ステップＳ１３の処理を実行する。ここで、 時刻ｔ＝ｔ４の時点でモータステージのステージ２０に対する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置の偏差を示すモータステージ偏差の値が、−５から−４に増加して０に相対的に近づいており、このタイミングで、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置に対して、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置が接近し始めている。なお、

ステップＳ１４の処理では、制御部１３６が、回転位置検出部１３２によって、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置に、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置が到達したか否かを判別する。判別の結果、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する回転子の回転位置到達したことが検出された場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御部１３６は、逆転デューティ制御処理をステップＳ１６の処理に進める。一方、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する回転子の回転位置に到達したことが検出されていない場合には（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御部１３６は、逆転デューティ制御処理をステップＳ１５の処理に進める。ここで、時刻ｔ＝ｔ８の時点でモータステージのステージ２０に対する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置の偏差を示すモータステージ偏差の値が、−１から０に変化しており、このタイミングで、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置に対して、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置が到達している。

なお、ステップＳ１２の処理でエンジン１を逆回転させる場合、クランクシャフト７の回転位置を所定の停止位置に近付ける、つまり三相交流発電機１１０の回転位置（モータステージ）をエンジン１の圧縮上死点に対応したステージ２０に近付ける際に、エンジン１が一旦正回転に転じることが確実である場合には、ステップＳ１４の処理では、上述したステップＳ１４の処理内容ではなく、以下の処理内容を実行してもよい。つまり、制御部１３６が、エンジン回転数検出部１３４によって検出されたエンジン回転速度に基づいてエンジン１の正回転状態を検出する。判別の結果、エンジン１が正回転状態にある場合、制御部１３６は、逆転デューティ制御処理をステップＳ１５の処理に進める。一方、エンジン１の正回転状態が検出されない場合には、制御部１３６は、逆転デューティ制御処理をステップＳ１６の処理に進める。

ステップＳ１５の処理では、制御部１３６が、所定時間ΔＳ毎にデューティを逆回転の際の初期値（図４に示す例では１００％）から、所定値ΔＤずつ減少させるように三相交流発電機１１０の出力トルクを制御することにより、クランクシャフト７の位置が所定の停止位置により近づいて最終的にはそれに到達するように微調整する（図４に示す時刻ｔ＝ｔ４から時刻ｔ＝ｔ８までの期間）。なお、制御部１３６は、エンジンの回転位置を、エンジンの再始動時に最適な位置により精度よく設定するように、モータステージ偏差の値の大小に応じて所定時間ΔＳの長短を設定してもよいし、エンジン回転数の増減に応じて所定値ΔＤの大小を設定してもよく、かかる所定時間ΔＳや所定時間ΔＳについては、予め設定してメモリに記憶しておいたものを読み出して用いてもよい。また、このように所定時間ΔＳ毎にデューティを減少させるのに代えて、かかる逆転デューティ制御処理におけるデューティの値をモータステージ偏差の値に応じて予め設定してメモリに記憶しておき、そのようにメモリに記憶しておいたものを読み出して用いてもよい。ここで、逆転デューティ制御処理中に、エンジン１は、圧縮上死点付近で燃焼室内の高まった気圧に起因して、逆回転から多少の正回転に転じる場合があるが（図４中では、時刻ｔ＝ｔ４で逆回転から正解転に転じている）、このような逆回転中と正回転中とで、互いに異なるデューティの値をモータステージ偏差の値に応じて設定してもよい。これにより、ステップＳ１５の処理は完了し、逆転デューティ制御処理はステップＳ１６の処理に進む。

ステップＳ１６の処理では、制御部１３６が、スロットル開度センサ１０６によって検出されたスロットル開度が所定開度以上であるか否かを判別することにより再始動要求があるか否かを判別する。判別の結果、スロットル開度が所定開度以上である場合（ステップＳ１６：Ｙｅｓ）、制御部１３６は、再始動要求があると判断し、逆転デューティ制御処理をステップＳ１７の処理に進める。一方、スロットル開度が所定開度未満である場合には（ステップＳ１６：Ｎｏ）、制御部１３６は、再始動要求はないと判断し、再度ステップＳ１６の処理を実行する。

ステップＳ１７の処理では、制御部１３６が、通常始動時の固定デューティで三相交流発電機１１０の出力トルクを制御することによってエンジン１を正回転させる（図４に示す時刻ｔ＝ｔ９以後）。これにより、ステップＳ１７の処理は完了し、今回の一連の逆転デューティ制御処理は終了する。なお、三相交流発電機１１０の発電動作は、時刻ｔ＝ｔ９以降で、エンジン１の通常始動時と同様に、発電動作を再開している。

本実施形態のエンジン始動制御装置１００では、制御部１３６が、エンジン１を逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、逆回転の際の初期値から漸減させるように制御するので、三相交流発電機１１０の回転位置、つまりエンジン１の回転位置を、エンジン１の再始動時に最適な位置に適切に設定することができ、その後に、エンジン１を再始動することができる。

また、本実施形態のエンジン始動制御装置１００では、制御部１３６が、エンジン１の回転位置が所定の停止位置に到達するまで、エンジン１を逆回転で回転させ、エンジン１を逆回転で回転させる際に、三相交流発電機１１０の出力トルクを、エンジン１の回転位置が所定の停止位置に近づくにつれて、漸減させるように制御するので、エンジン１の回転位置を、エンジン１の再始動時に最適な位置により適切に設定することができる。

〔通常始動時の逆転デューティ制御処理〕
次に、図５及び図６をも参照して、アイドルストップの再始動時以外の通常始動時に逆転デューティ制御処理を実行する際のエンジン始動制御装置１００の動作について説明する。本実施形態では、制御部１３６は、エンジン１を逆回転で回転させる際、通常始動時における三相交流発電機１１０の出力トルクの初期値と、再始動時における三相交流発電機１１０の出力トルクの初期値と、を互いに等しく設定する。

図５は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置１００の通常始動時の動作の一例を示すフローチャートである。また、図６は、本実施形態におけるエンジン始動制御装置１００の通常始動時の動作の一例を示すタイムチャートである。

図５に示すフローチャートは、スタータスイッチ１０５がオン状態となってそれから送出されたエンジン１の始動指令信号を受けたエンジン始動制御装置１００が稼働したタイミング（図６に示す例では時刻ｔ＝ｔ１１）で開始となり、逆転デューティ制御処理はステップＳ２１の処理に進む。

ステップＳ２１の処理では、制御部１３６が、再始動時の逆転デューティ制御処理におけるステップＳ１２の処理と同様に、逆転時の固定デューティ（例えば、図中では１００％）で三相交流発電機１１０の出力トルクを制御することによってエンジン１を逆回転させることにより、クランクシャフト７の回転位置を所定の停止位置に近付けるように、つまり三相交流発電機１１０の回転位置（モータステージ）をエンジン１の圧縮上死点に対応したステージ２０に近付けるように調整する（図６に示す時刻ｔ＝ｔ１１から時刻ｔ＝ｔ１２までの期間）。この際、制御部１３６は、通常始動時の逆転デューティ制御処理における三相交流発電機１１０の出力トルクの初期値と、再始動時の逆転デューティ制御処理における三相交流発電機１１０の出力トルクの初期値と、を互いに等しく設定する。これにより、ステップＳ２１の処理は完了し、逆転デューティ制御処理はステップＳ２２の処理に進む。

ステップＳ２２の処理では、制御部１３６が、再始動時の逆転デューティ制御処理におけるステップＳ１４の処理と同様に、回転位置検出部１３２によって、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置に、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置が到達したか否かを判別する。判別の結果、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する回転子の回転位置到達したことが検出された場合（ステップＳ２２：Ｙｅｓ）、制御部１３６は、逆転デューティ制御処理をステップＳ２３の処理に進める。一方、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する回転子の回転位置に到達したことが検出されていない場合には（ステップＳ２２：Ｎｏ）、制御部１３６は、再度ステップＳ２２の処理を実行する。ここで、時刻ｔ＝ｔ１２の時点でモータステージのステージ２０に対する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置の偏差を示すモータステージ偏差の値が１から０に変化しており、このタイミングで、クランクシャフト７の所定の停止位置に対応する三相交流発電機１１０の回転子の回転位置に対して、三相交流発電機１１０の回転子の回転位置が到達している。

ステップＳ２３の処理では、制御部１３６が、通常始動時の固定デューティで三相交流発電機１１０の出力トルクを制御することによってエンジン１を正回転させる（図６に示す時刻ｔ＝ｔ１３以後）。これにより、ステップＳ２３の処理は完了し、一連の逆転デューティ制御処理は終了する。

本実施形態におけるエンジン始動制御装置１００では、制御部１３６が、車両のスタータスイッチ１０５がオン状態にされることに応じて、エンジン１を始動させる第１の始動制御と、エンジン１のスロットル開度又は車両のアクセル開度が増大されることに応じて、エンジン１をアイドルストップ状態から再始動させる第２の始動制御と、を実行し、エンジン１を逆回転で回転させる際、第１の始動制御において得られる三相交流発電機１１０の出力トルクの初期値と、第２の始動制御において得られる三相交流発電機１１０の出力トルクの初期値と、を互いに等しく設定するので、始動時及び再始動時の制御を簡素化しながら、エンジン１の回転位置を、エンジン１の始動時又は再始動時に最適な位置に設定することができる。

なお、本発明は、部材の種類、形状、配置、個数等は前述の実施形態に限定されるものではなく、その構成要素を同等の作用効果を奏するものに適宜置換する等、発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能であることはもちろんである。

以上のように、本発明は、エンジンの回転位置を、エンジンの始動時又は再始動時に適切に設定して、その後に、エンジンを始動又は再始動するエンジン始動制御装置を提供することができるものであり、その汎用普遍的な性格から自動車に広く適用され得るものと期待される。

１…エンジン
２…シリンダブロック
３…冷却水通路
４…水温センサ
５…ピストン
６…コンロッド
７…クランクシャフト
８…クランク角センサ
９…シリンダヘッド
１０…燃焼室
１１…点火プラグ
１２…吸気通路
１３…吸気バルブ
１４…燃料噴射弁
１５…スロットルバルブ
１６…排気通路
１７…排気バルブ
１００…エンジン始動制御装置
１０１…鉛バッテリ
１０２…負荷
１０３…位相センサ
１０５…スタータスイッチ
１０６…スロットル開度センサ
１１０…三相交流発電機
１１０ａ…Ｕ相のコイル
１１０ｂ…Ｖ相のコイル
１１０ｃ…Ｗ相のコイル
１１１ａ、１１１ｂ、１１１ｃ…接続端子
１３０…ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）
１３１…ＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ
１３１ａ、１３１ｂ…Ｕ相のスイッチング素子
１３１ｃ、１３１ｄ…Ｖ相のスイッチング素子
１３１ｅ、１３１ｆ…Ｗ相のスイッチング素子
１３２…回転位置検出部
１３３…回転速度検出部
１３４…エンジン回転数検出部
１３５…エンジン温度検出部
１３６…制御部
ＥＭ…排気管
ＩＭ…吸気管

Claims (6)

1. 車両のエンジンを始動させるために、前記エンジンを逆回転で回転させてから正回転で回転させることが可能なスタータモータの出力トルクを制御する制御部を備えるエンジン始動制御装置であって、
   前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記逆回転の際の初期値から漸減させるように制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。
2. 前記制御部は、前記エンジンの回転位置が所定の停止位置に到達するまで、前記エンジンを前記逆回転で回転させ、
   前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記エンジンの前記回転位置が前記所定の停止位置に近づくにつれて、漸減させるように制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
3. 前記制御部は、前記エンジンの回転位置の変化量が所定の変化量になるまで、前記エンジンを前記逆回転で回転させ、
   前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記エンジンの前記回転位置の変化量が前記所定の変化量に近づくにつれて、漸減するように制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
4. 前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、前記エンジンの温度に応じた大きさになるように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
5. 前記制御部は、前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記スタータモータの前記出力トルクを、大気圧又は大気温度に応じた大きさになるように制御することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。
6. 前記制御部は、
   前記車両のスタータスイッチがオン状態にされることに応じて、前記エンジンを始動させる第１の始動制御と、
   前記エンジンのスロットル開度又は前記車両のアクセル開度が増大されることに応じて、前記エンジンをアイドルストップ状態から再始動させる第２の始動制御と、
   を実行し、
   前記エンジンを前記逆回転で回転させる際に、前記第１の始動制御において得られる前記スタータモータの前記出力トルクの初期値と、前記第２の始動制御において得られる前記スタータモータの前記出力トルクの初期値と、を互いに等しく設定することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載のエンジン始動制御装置。

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