JP2023167603A - 車両制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランク角センサを省略しながら、内燃機関の温度に影響を受けることを抑制した態様で、電動機を逆回転するように駆動しながら内燃機関が逆回転から正回転に転じたことに基づき、クランク角を高精度に特定することが可能な車両制御装置を提供する。
【解決手段】車両制御装置１００では、電動機１１０が逆回転で回転されることにより逆回転で回転されていた内燃機関１が正回転で回転するように、内燃機関１の回転が転じたことに応じて、内燃機関１のクランク角を特定するクランク角特定部１３３を備え、クランク角特定部１３３が、クランク角を特定する際の内燃機関１の温度が低くなればなる程、特定するクランク角をより進角した側のクランク角として特定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両制御装置に関し、特に、車両に搭載され、内燃機関を正回転させることに加え逆回転させることが可能な電動機を制御する車両制御装置に関する。

近年、自動車等の車両において、内燃機関の始動性を向上するために、内燃機関のクランク軸を電動機で一旦逆回転させ、そのクランク軸を内燃機関の圧縮上死点から若干進角側の角度となるクランク角に位置させた後に、内燃機関の始動のためにクランク軸を正回転させる制御を実行する車両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、車両制御装置に関し、アイドルストップ制御による内燃機関の停止の直後に、クランク軸５１を所定位置まで逆転駆動させるアイドルストップ開始時巻き戻し制御部１００を備える構成を開示する。

特開２０２０－０５００５３号公報

ここで、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、モータ角度センサ２９の出力信号に基づいてクランク軸が正転に転じたことを検知することにより、電動機で一旦逆回転させた内燃機関のクランク軸が、内燃機関の圧縮上死点から若干進角側の角度となるクランク角に位置されたこと判定するものであるため、内燃機関の各行程（吸気、圧縮、膨張及び排気）も含め７２０度のクランク角を概略的には特定可能となり、これにより、クランク角を検出するクランク角センサは省略可能となると考えられる。しかしながら、特許文献１が開示する構成では、内燃機関の温度が低いとき程、内燃機関の潤滑油の機能が低下し、クランク軸の逆回転に対するフリクションが大きくなることから、電動機を逆回転するように駆動しながら内燃機関が逆回転から正回転に転じる実際の回転位置は、内燃機関の温度が低いとき程、圧縮上死点から進角側に遠くなる位置（膨張下死点に近くなる位置）となってしまい、クランク角を高精度に特定できない可能性があるため、この点で改良の余地があるものである。

本発明は、以上の検討を経てなされたものであり、クランク角センサを省略しながら、内燃機関の温度に影響を受けることを抑制した態様で、電動機を逆回転するように駆動しながら内燃機関が逆回転から正回転に転じたことに基づき、クランク角を高精度に特定することが可能な車両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、車両に搭載された内燃機関を始動させるように前記内燃機関を駆動する電動機を、逆回転で回転させてから正回転で回転させることにより、前記内燃機関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制御部を備えた車両制御装置であって、前記電動機が逆回転で回転されることにより逆回転で回転されていた前記内燃機関が正回転で回転するように、前記内燃機関の回転が転じたことに応じて、前記内燃機関のクランク角を特定するクランク角特定部を更に備え、前記制御部は、前記クランク角特定部の特定した前記クランク角に基づき、前記電動機を制御し、前記クランク角特定部は、前記クランク角を特定する際の前記内燃機関の温度が低くなればなる程、特定する前記クランク角をより進角した側のクランク角として特定することを第１の局面とする。

また、本発明は、第１の局面に加えて、前記クランク角特定部は、前記電動機の前記回転位置を示す３相のセンサ信号を送出するセンサから送出される前記３相のセンサ信号の電圧の立ち上がり及び立ち下がりの間の期間が、前記３相のセンサ信号の全てにおいて、所定時間以上になるときに、前記内燃機関の前記回転が転じたとして前記クランク角を特定することを第２の局面とする。

以上の本発明の第１の局面にかかる車両制御装置によれば、電動機が逆回転で回転されることにより逆回転で回転されていた内燃機関が正回転で回転するように、内燃機関の回転が転じたことに応じて、内燃機関のクランク角を特定するクランク角特定部を備え、クランク角特定部が、クランク角を特定する際の内燃機関の温度が低くなればなる程、特定するクランク角をより進角した側のクランク角として特定するものであるため、内燃機関の温度が低いとき程、内燃機関の潤滑油の機能が低下し、内燃機関のクランク軸が逆回転する際のフリクションが大きくなることを考慮して、特定するクランク角を進角側のクランク角にすることができ、内燃機関の温度に不要な影響を受けることを抑制した態様で、電動機を逆回転するように駆動しながら内燃機関が逆回転から正回転に転じたことに基づき、内燃機関のクランク角を高精度に特定することができる。

また、本発明の第２の局面にかかる車両制御装置によれば、クランク角特定部が、電動機の回転位置を示す３相のセンサ信号を送出するセンサから送出される３相のセンサ信号の電圧の立ち上がり及び立ち下がりの間の期間が、３相のセンサ信号の全てにおいて、所定時間以上になるときに、内燃機関の回転が転じたとしてクランク角を特定するものであるため、電動機を逆回転するように駆動しながら内燃機関が逆回転から正回転に転じたことをより確実に把握して、内燃機関のクランク角をより高精度に特定することができる。

図１は、本発明の実施形態における車両制御装置を、エンジン、エンジン制御装置及び三相交流始動発電機と共に示す模式図である。 図２は、本実施形態における車両制御装置の回路構成及び機能ブロックの概略を、エンジン制御装置及び三相交流始動発電機と共に示す模式図である。 図３は、本実施形態における車両制御装置がエンジンのクランク角を特定する際の位相センサからの３相の出力信号の波形の状態を、エンジンの行程やモータステージと共に示すタイムチャートである。 図４は、本実施形態における車両制御装置に用いられる変換テーブルを示し、図４（ａ）は、エンジン温度が１００℃である場合に、エンジンにおいて逆回転から正回転への反転があったときのモータステージを、エンジンのクランク角の変換する変換テーブルを示し、図４（ｂ）は、エンジン温度が２５℃である場合に、エンジンにおいて逆回転から正回転への反転があったときのモータステージを、エンジンのクランク角の変換する変換テーブルを示す。

以下、図面を適宜参照して、本発明の実施形態における車両制御装置につき、詳細に説明する。なお、本実施形態では、車両制御装置をエンジン制御装置とは別体のものとして例示するが、もちろん車両制御装置は、エンジン制御装置と一体化された制御装置を成すものであってもかまわない。

〔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車両制御装置が協働するエンジン制御装置の制御対象であ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車両制御装置を、エンジン、エンジン制御装置及び三相交流始動発電機と共に示す模式図である。

図１に示すように、エンジン１は、典型的には、図示を省略する二輪自動車等の車両に搭載されて、１サイクルが４ストロークの内燃機関であり、エンジン制御装置５０によりその動作が制御されるもので、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、回転軸を有するクランクシャフト７に連結されている。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、図示を省略する点火コイルへの通電が制御されることにより制御される。

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。スロットルバルブ１５に対しては、その開度を検出するスロットル開度センサ１０６が設けられている。なお、燃料噴射弁１４の燃料噴射動作（開弁動作）は、図示を省略するそのソレノイドバルブへの通電が制御されることにより制御される。また、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。

〔制御装置の構成及び動作〕
次に、更に図２から図４をも参照して、本実施形態におけるエンジン制御装置及び車両制御装置の構成について、それらの動作と共に、詳細に説明する。

図２は、本実施形態における車両制御装置の回路構成及び機能ブロックの概略を、エンジン制御装置及び三相交流始動発電機と共に示す模式図である。図３は、本実施形態における車両制御装置がエンジンのクランク角を特定する際の位相センサからの３相の出力信号の波形の状態を、エンジンの行程やモータステージと共に示すタイムチャートであり、下から上に向かって順に、三相交流始動発電機１１０の回転位置を示すモータステージのステージ値の経時変化、位相センサ１０３のＶ相用位相センサの出力信号の電圧の経時変化、位相センサ１０３のＵ相用位相センサの出力信号の電圧の経時変化、及び位相センサ１０３のＷ相用位相センサの出力信号の電圧の経時変化を示している。また、図４は、本実施形態における車両制御装置に用いられる変換テーブルを示し、図４（ａ）は、エンジン温度が１００℃である場合に、エンジンにおいて逆回転から正回転への反転があったときのモータステージを、エンジンのクランク角の変換する変換テーブルを示し、図４（ｂ）は、エンジン温度が２５℃である場合に、エンジンにおいて逆回転から正回転への反転があったときのモータステージを、エンジンのクランク角の変換する変換テーブルを示す

図２に示すように、エンジン制御装置５０は、スタータスイッチ１０５がオン状態となって起動され、エンジン１の動作を制御するもので、詳細を後述する車両制御装置１００が特定したエンジン１のクランク角を示して車両制御装置１００から送出される出力信号や、水温センサ４及びスロットル開度センサ１０６等から送出される出力信号等に基づき、主として、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り点火プラグ１１の点火動作を制御すると共に、燃料噴射弁１４への通電を制御することにより燃料噴射弁１４の燃料噴射動作（開弁動作）を制御するエンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６０を備えている。エンジンＥＣＵ６０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・処理プログラム及び制御・処理データが記憶され、エンジンＥＣＵ６０は、メモリから必要な制御・処理プログラム及び制御・処理データを読み出して、制御・処理プログラムを実行することにより、点火プラグ１１や燃料噴射弁１４等の動作を制御することになる。なお、エンジン制御装置５０は、車両制御装置１００が特定したエンジン１のクランク角を用いて規定される７２０度ステージ（エンジン１のクランクシャフト７の回転軸周りの２回転の角度である７２０度を７２等分したステージ０から７１を有するように規定されたステージ）を用いることにより、点火プラグ１１や燃料噴射弁１４等の動作を制御することが可能となり、エンジン１のクランク角を検出するクランク角センサの適用を省略可能である。

ここで、車両制御装置１００は、発電電動機である三相交流始動発電機１１０の動作を制御するための始動発電ＥＣＵ１３０を備えている。具体的には、始動発電ＥＣＵ１３０は、スタータスイッチ１０５がオン状態となって起動され、二次電池である鉛バッテリ１０１を、三相交流始動発電機１１０を発電させることにより充電すると共に、三相交流始動発電機１１０をスタータモータとして機能させてエンジン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ＥＣＵ６０と協働しながら、エンジン１を始動する。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。また、図中、符号１０２は、鉛バッテリ１０１に接続される負荷を示し、及び符号１０３は、三相交流始動発電機１１０の図示を省略する筐体等に装着された典型的にはホールセンサである位相センサを示している。なお、本実施形態では、車両制御装置１００に対して、発電機能及び駆動機能の双方を有する発電電動機である三相交流始動発電機１１０を制御対象として適用した構成を例に挙げて説明するが、発電機能と駆動機能とが分離された各々個別の電機部品である発電機及び電動機を適用した構成を適用することも可能であり、かかる場合には、発電機とは切り離された電動機（スタータモータ）を用いて、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ＥＣＵ６０と協働しながら、エンジン１を始動することになる。

発電機の機能と電動機の機能とを兼ね備えた構成例として示す三相交流始動発電機１１０は、その詳細な構成は省略するが、典型的にはＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御されるもので、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、かかる回転子がエンジン１のクランクシャフト７に、図示を省略する減速ギヤ系を介して機械的に連結される。よって、かかるギヤ系を介して、三相交流始動発電機１１０の回転位置、つまり回転子の回転位置（模式的に図１に示す回転軸１１２周りの回転位置）と、エンジン１の回転位置、つまりクランクシャフト７の回転位置であるクランク角と、は１対１の対応関係にある。位相センサ１０３は、Ｕ相用位相センサ、Ｖ相用位相センサ及びＷ相用位相センサを有し、Ｕ相用位相センサ、Ｖ相用位相センサ及びＷ相用位相センサは、典型的には回転子の永久磁石の回転位置の変化に対応して、回転子において各々対応するＵ相の回転位置、Ｖ相の回転位置及びＷ相の回転位置を示す出力信号を、始動発電ＥＣＵ１３０に送出する。

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。

始動発電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・処理プログラム及び制御・処理データが記憶され、ＥＣＵ１３０は、メモリから必要な制御・処理プログラム及び制御・処理データを読み出して、制御・処理プログラムを実行することにより、発電電動機である三相交流始動発電機１１０の動作を制御する。

具体的には、始動発電ＥＣＵ１３０は、電力変換器であるＡＣ（Ａｌｔｅｒｎａｔｅ Ｃｕｒｒｅｎｔ）／ＤＣ（Ｄｉｒｅｃｔ Ｃｕｒｒｅｎｔ）コンバータ１３１と、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１の動作を制御すべくそれに制御信号を送出する制御部１３２と、エンジン１を始動させるようにエンジン１を駆動すると共にエンジン１により駆動されて発電するように三相交流始動発電機１１０を制御する制御部１３２と、エンジン１のクランク角を特定するクランク角特定部１３３と、を備えている。なお、図中では、制御部１３２及びクランク角特定部１３３は、各々制御・処理プログラムを実行する際の機能ブロックとして示し、クランク角特定部１３３は、制御部１３２の中に含まれるものとして示すが、これは、制御部１３２の外にあって同等の機能を発揮するものでもよい。

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１３２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始動発電機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、三相交流始動発電機１１０は、エンジン１により駆動され、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１を介して制御部１３２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１３２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、その三相交流電流を三相交流始動発電機１１０に供給する。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、三相交流始動発電機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。

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１３２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及び三相交流始動発電機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１３２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１３２に電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ａ及び三相交流始動発電機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１３２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１３２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及び三相交流始動発電機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１３２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１３２に電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ｃ及び三相交流始動発電機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１３２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１３２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及び三相交流始動発電機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１３２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１３２に電気的に接続された制御端子と、スイッチング素子１３１ｅ及び三相交流始動発電機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１３２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。

ここで、制御部１３２は、クランク角特定部１３３が特定したエンジン１のクランク角に基づき、三相交流始動発電機１１０の動作、つまりその駆動や発電を、ＡＣ／ＤＣコンバータ１３１への制御を介して、制御することになる。具体的には、制御部１３２は、クランク角特定部１３３が特定したエンジン１のクランク角に基づき、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。

典型的には、エンジン１の始動時において、制御部１３２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の始動指令信号が入力された際に三相交流始動発電機１１０の回転位置に基づきながら、三相交流始動発電機１１０に印加する駆動制御信号のデューティを制御するように、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ことにより、三相交流始動発電機１１０の出力トルクを制御して、エンジン１のクランクシャフト７を回転させ、エンジン１の始動を制御する。この際、制御部１３２は、エンジン１を始動させるために、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始動発電機１１０の出力トルクを制御する。このように三相交流始動発電機１１０を逆回転で回転させることによりエンジン１を逆回転で回転させて一旦停止させる位置としては、エンジン１の動作サイクルの圧縮行程における典型的には圧縮上死点に近接した回転位置が好ましい。ここで、制御部１３２が位相センサ１０３の出力信号から検出する三相交流始動発電機１１０の回転子の１回転における回転位置は、エンジン１のクランクシャフト７の回転位置に１対１で対応しているため、かかる回転子の回転位置がエンジン１の動作サイクルの圧縮行程における圧縮上死点に近接した回転位置に相当することになるタイミングで、制御部１３２は、エンジン１の逆回転を一旦停止させるように三相交流始動発電機１１０の逆回転を一旦停止させる、つまり三相交流始動発電機１１０の出力トルクをゼロにするように、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一旦停止することになる。この際、クランク角特定部１３３に特定されるエンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角が適切に特定されていると、そのクランク角に対応する回転位置を含む三相交流始動発電機１１０の回転位置が適切に検出されて、エンジン１を始動させるために、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動作がより適切に実行されることになる。

また、典型的には、エンジン１の始動時以外の運転時において、制御部１３２は、三相交流始動発電機１１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相のコイルの通電タイミング（遅角量）と、三相交流始動発電機１１０のＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相に対応する回転子の回転位置（より好ましくは、制御部１３２が算出する回転子の回転位置の時間変化量である回転速度）と、に基づいて鉛バッテリ１０１への充電状態を推定し、この推定結果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って三相交流始動発電機１１０を制御することにより、鉛バッテリ１０１を充電することになる。この際、クランク角特定部１３３に特定されるエンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角が適切に特定されていると、そのクランク角に対応する回転位置を含む三相交流始動発電機１１０の回転位置や回転速度が適切に検出されて、鉛バッテリ１０１がより適切に充電されることになる。

さて、クランク角特定部１３３が、エンジン１のクランクシャフト７の回転軸回りの回転角度（回転位置）であるクランク角を検出するクランク角センサを用いることなく、かつエンジン１の温度に不要な影響を受けることを抑制して、エンジン１の基準となるクランク角としてその圧縮上死点に相当するクランク角を特定することにより、制御部１３２は、そのクランク角特定部１３３が特定したエンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角に対応する回転位置を含む三相交流始動発電機１１０の回転位置を用いて、三相交流始動発電機１１０の動作を適切に制御することが可能となる。以下、かかるエンジン１の基準となるクランク角を特定する特定処理について、詳細に説明する。

図３に示すように、クランク角特定部１３３がエンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角を特定するには、まず、制御部１３２が、三相交流始動発電機１１０を逆回転で回転させることによりエンジン１を逆回転で回転させ始めることになる。この際、クランク角特定部１３３は、位相センサ１０３からのＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の出力信号の電圧の変化を経時的に検出していく。すると、エンジン１の回転が逆回転から正回転に転じる際に、時刻ｔ２から時刻ｔ４の間の期間で、位相センサ１０３からのＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の出力信号において、Ｖ相の出力信号の電圧の立ち上がりと立ち下がりとの間の期間Ｔ３は、それ以前の立ち上がりと立ち下がりとの間の期間Ｔ１や立ち下がりと立ち上がりとの間の期間Ｔ２に比較して明らかに長くなる。また、期間Ｔ３に比較して引き伸ばされたような態様にはなるが、Ｕ相の出力信号の電圧の立ち下がりと立ち上がりとの間の期間Ｔ’３は、それ以前の立ち下がりと立ち上がりとの間の期間Ｔ’１や立ち上がりと立ち下がりとの間の期間Ｔ’２に比較して明らかに長くなり、かつＷ相の出力信号の電圧の立ち上がりと立ち下がりとの間の期間Ｔ”３は、それ以前の立ち上がりと立ち下がりとの間の期間Ｔ”１や立ち下がりと立ち上がりとの間の期間Ｔ”２に比較して明らかに長くなっていることが分かる。そこで、クランク角特定部１３３は、このようなＵ相、Ｖ相及びＷ相の各相の出力信号の電圧の対応する立ち上がり及び立ち下がり間の期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３において、エンジン１の逆回転時にピストン５が上昇して燃焼室１０内の圧力が上昇することにより、ピストン５を下降させる向きの圧縮反力が増大して逆回転から正回転への反転が生じ得るとの観点から、かかる期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３において、エンジン１の圧縮行程における上死点である圧縮上死点が存在すると判定し、典型的には、かかる期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３の時系列的に中央の時刻ｔ２に圧縮上死点が存在すると判定して、時刻ｔ２でのクランク角が圧縮上死点に到達したクランク角（例えば６０度）であるというように圧縮上死点に相当するクランク角を特定する。また、かかる期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３が、それらの前の対応する比較期間よりも明らかに長いと実用的に判定するためには、かかる期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３が、例えば数秒程度である所定時間以上継続したものであれば足りる。また、その他の判定の手法としては、その内容が煩雑とはなるが、かかる期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３が、例えば、それらの前の対応する比較期間よりも２倍以上長い時間継続したものとしてもよい。なお、図中では、エンジン１の圧縮行程は、時刻ｔ１と時刻ｔ５との間の期間に示されている。

この際、エンジン１のクランクシャフト７の回転軸と、三相交流始動発電機１１０の回転子の回転軸１１２と、は、ギヤ系を介して機械的に連結されているため、そのギヤ系のギヤ比が分かれば、エンジン１の行程（１サイクルが４ストロークの場合には、１サイクルはクランク角の７２０度の角度範囲に相当する）と、三相交流始動発電機１１０の回転位置を示すモータステージと、の対応関係を規定することができる。ここで一例として、モータステージを、三相交流始動発電機１１０の回転軸１１２周りの１回転の角度である３６０度を６等分したステージ０から５を有するものとし、かつモータステージのステージ０をエンジン１の圧縮上死点に対応させれば、図３に示すように、モータステージのステージ０の長さが、それ以前のステージ１等の長さに比較して経時的に引き延ばされたような長さを呈することになる。

また、このように、クランク角特定部１３３は、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相の出力信号の電圧の対応する立ち上がり及び立ち下がり間の期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３において、エンジン１の逆回転時における圧縮反力が増大しているとの観点から、かかる期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３において、エンジン１の圧縮行程における上死点である圧縮上死点が存在すると判定するものであるが、エンジン１の逆回転時における圧縮反力は、エンジン１の潤滑油の粘度が高くなる程、エンジン１内部のフリクションが大きくなるために大きくなる傾向にある。更に、エンジン１の潤滑油の種類を１つに固定したとしても、典型的にはエンジン１の水温で代表されるエンジン１の温度が低くなる程、潤滑油の粘度が大きくなるためにエンジン１内部のフリクションが大きくなって、エンジン１の逆回転時における圧縮反力も大きくなる傾向がある。このような潤滑油の粘度の温度に対する特性線は、非線形であってエンジン１の温度が低くなる程、負の傾きが漸次大きくなるものであるから、エンジン１の逆回転時におけるエンジン１内部のフリクションの特性線、ひいては圧縮反力の特性線も、これと同様のものとなる。

つまり、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相の出力信号の電圧の対応する立ち上がり及び立ち下がり間の期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３は、エンジン１の温度が低くなる程、図３でより早い時刻に出現するようになるものである。このことは、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の各相の出力信号の電圧の対応する立ち上がり及び立ち下がり間の期間Ｔ３、Ｔ３’、Ｔ”３は、エンジン１の温度が低くなる程、よりエンジン１の進角側のクランク角で出現するようになることを意味するから、エンジン１の圧縮上死点は、エンジン１の温度が低くなる程、エンジン１の進角側のクランク角の値を呈することになる。

よって、クランク角特定部１３３は、エンジン１の温度が低くなる程、エンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角をより進角側の角度として特定することになる。これを、図４に示すように、エンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角と三相交流始動発電機１１０のモータステージとの関係で示せば、例えば、エンジン温度が１００℃の場合の図４（ａ）では、圧縮上死点に相当するクランク角が５０度でモータステージ０に対応しているとすると、エンジン温度が２５℃の場合の図４（ｂ）では、圧縮上死点に相当するクランク角が６０度で同じモータステージ０に対応することとなり、エンジン温度が１００℃の場合の図４（ａ）では、圧縮上死点に相当するクランク角が４０度でモータステージ１に対応しているとすると、エンジン温度が２５℃の場合の図４（ｂ）では、圧縮上死点に相当するクランク角が５０度で同じモータステージ１に対応することとなる。これをより一般化して、例えば、－３０℃から＋１００℃のエンジン１の温度の範囲内で、圧縮上死点に相当するクランク角の値とモータステージの値との関係を各々のエンジン１の温度における変換テーブルとして用意してこれをデータ化しておけば、エンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角の値が特定されれば、かかる変換テーブルのデータを用いて、特定されたクランク角をモータステージの値に変換することにより、エンジン１のクランク角に適切に対応した三相交流始動発電機１１０の回転位置を用いて、三相交流始動発電機１１０の制御が可能となる。また、車両制御装置１００は、このようにクランク角特定部１３３が特定したエンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角に関する情報を示す出力信号をエンジン制御装置５０に送出することにより、これを受けたエンジン制御装置５０は、エンジン１の圧縮上死点に相当するクランク角に基づいてエンジン１の燃料噴射や点火等の制御を行うことが可能となる。

以上のように、本実施形態における車両制御装置１００では、電動機１１０が逆回転で回転されることにより逆回転で回転されていた内燃機関１が正回転で回転するように、内燃機関１の回転が転じたことに応じて、内燃機関１のクランク角を特定するクランク角特定部１３３を備え、クランク角特定部１３３が、クランク角を特定する際の内燃機関１の温度が低くなればなる程、特定するクランク角をより進角した側のクランク角として特定するものであるため、内燃機関１の温度が低いとき程、内燃機関１の潤滑油の機能が低下し、内燃機関１のクランク軸が逆回転する際のフリクションが大きくなることを考慮して、特定するクランク角を進角側のクランク角にすることができ、内燃機関１の温度に不要な影響を受けることを抑制した態様で、電動機１１０を逆回転するように駆動しながら内燃機関１が逆回転から正回転に転じたことに基づき、内燃機関１のクランク角を高精度に特定することができる。

また、本実施形態における車両制御装置１００では、クランク角特定部１３３が、電動機１１０の回転位置を示す３相のセンサ信号を送出するセンサ１０３から送出される３相のセンサ信号の電圧の立ち上がり及び立ち下がりの間の期間が、３相のセンサ信号の全てにおいて、所定時間以上になるときに、内燃機関１の回転が転じたとしてクランク角を特定するものであるため、電動機１１０を逆回転するように駆動しながら内燃機関１が逆回転から正回転に転じたことをより確実に把握して、内燃機関１のクランク角をより高精度に特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、クランク角センサを省略しながら、内燃機関の温度に影響を受けることを抑制した態様で、電動機を逆回転するように駆動しながら内燃機関が逆回転から正回転に転じたことに基づき、クランク角を高精度に特定することが可能な車両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（内燃機関）
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
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
５０…エンジン制御装置
６０…エンジンＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）
１００…車両制御装置
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…発電電動機（三相交流始動発電機）
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
１１２…回転軸
１３０…始動発電ＥＣＵ
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…制御部
１３３…クランク角特定部
ＥＭ…排気管
ＩＭ…吸気管

Claims (2)

1. 車両に搭載された内燃機関を始動させるように前記内燃機関を駆動する電動機を、逆回転で回転させてから正回転で回転させることにより、前記内燃機関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制御部を備えた車両制御装置であって、
   前記電動機が逆回転で回転されることにより逆回転で回転されていた前記内燃機関が正回転で回転するように、前記内燃機関の回転が転じたことに応じて、前記内燃機関のクランク角を特定するクランク角特定部を更に備え、
   前記制御部は、前記クランク角特定部の特定した前記クランク角に基づき、前記電動機を制御し、
   前記クランク角特定部は、前記クランク角を特定する際の前記内燃機関の温度が低くなればなる程、特定する前記クランク角をより進角した側のクランク角として特定することを特徴とする車両制御装置。
2. 前記クランク角特定部は、前記電動機の前記回転位置を示す３相のセンサ信号を送出するセンサから送出される前記３相のセンサ信号の電圧の立ち上がり及び立ち下がりの間の期間が、前記３相のセンサ信号の全てにおいて、所定時間以上になるときに、前記内燃機関の前記回転が転じたとして前記クランク角を特定することを特徴とする請求項１に記載の車両制御装置。

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