JP3285531B2 - モータジェネレータ搭載エンジンの始動装置 - Google Patents

モータジェネレータ搭載エンジンの始動装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、発電機能を備え
たハイブリッド車両に用いられるモータジェネレータ搭
載エンジンの始動装置に関し、特にエンジンのアシスト
要求トルクが高い低温始動時でのモータジェネレータの
負荷を軽減することにより、各回路要素を小形化および
小容量化してコストダウンを実現したモータジェネレー
タ搭載エンジンの始動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来より、発電機能（モータジェネレー
タ）を備えたハイブリッド車両は、よく知られている。
この種の車両においては、エンジンと連動するモータジ
ェネレータを用いて、エンジン出力を発電電力に変換す
るとともに、必要に応じてエンジン出力をアシストする
ようになっている。
【０００３】すなわち、通常運転時にはエンジンの回転
出力によりバッテリが充電され、エンジン始動時などの
トルクアシスト時には、バッテリ出力によりエンジンに
始動トルクが供給される。したがって、キースイッチに
応動する始動モータを不要とすることができる。
【０００４】図３は従来のハイブリッド車両に用いられ
るモータジェネレータ搭載エンジンの始動装置を概略的
に示すブロック図である。図３において、エンジン１に
は、誘導発電機式のモータジェネレータ２が直結されて
いる。
【０００５】モータジェネレータ２には、モータジェネ
レータ２の電源として機能するインバータ３が接続され
ている。インバータ３には、バッテリ４およびモータジ
ェネレータ制御回路５が接続されている。
【０００６】インバータ３は、交流端子、直流端子およ
び制御端子を有しており、交流端子にはモータジェネレ
ータ２が接続され、直流端子にはバッテリ４が接続さ
れ、制御端子にはモータジェネレータ制御回路５が接続
されている。
【０００７】また、モータジェネレータ制御回路５に
は、たとえばキースイッチ６からの始動信号Ｑｅのみな
らず、他の各種センサからの運転情報が入力されてお
り、モータジェネレータ制御回路５は、エンジン１の運
転状態に応じてインバータ３を制御する。
【０００８】すなわち、モータジェネレータ制御回路５
は、モータジェネレータ２を駆動用のモータとして機能
させる場合（たとえば始動時など）には、バッテリ４の
電力を、インバータ３により直流から交流に変換してモ
ータジェネレータ２を駆動制御する。
【０００９】また、モータジェネレータ制御回路５は、
モータジェネレータ２を発電機として機能させる場合に
は、エンジン１の回転によるモータジェネレータ２の発
電電力を、インバータ３により交流から直流に変換して
バッテリ４に充電する。
【００１０】これにより、モータジェネレータ２は、エ
ンジン１の始動時などのトルクアシスト時には駆動モー
タとして動作し、走行時およびブレーキ動作時などの電
力回生時には発電機として動作する。
【００１１】このように、モータジェネレータ搭載エン
ジンの始動装置は、モータジェネレータ２を用いて、エ
ンジン１のトルクアシスト機能および発電機能を満たす
ことができる。
【００１２】また、エンジン１が暖機状態であれば、始
動時の要求トルクが小さいので、モータジェネレータ２
を小形化することができるうえ、インバータ３内の電力
素子およびバッテリ４を小容量化することができる。
【００１３】しかし、エンジン１が十分に暖機されてい
ない低温始動時においては、エンジン１の要求トルクが
大きくなるので、モータジェネレータ２のみを用いてエ
ンジン１のトルク不足を補うためには、モータジェネレ
ータ２を大形化するとともに、高価なインバータ３内の
電力素子およびバッテリ４を大容量化する必要がある。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】従来のモータジェネレ
ータ搭載エンジンの始動装置は以上のように、モータジ
ェネレータ２のみを用いてエンジン１の出力トルクをア
シストしているので、十分なアシスト機能を実現するた
めには、モータジェネレータ２を大形化し、且つインバ
ータ３およびバッテリ４を大容量化する必要があり、コ
ストアップにつながるという問題点があった。
【００１５】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、エンジンに対するモータジェネ
レータのアシスト負荷を軽減することにより、各回路要
素を小形化および小容量化してコストダウンを実現する
とともに、ラッシュ電流による回路誤動作を確実に防止
したモータジェネレータ搭載エンジンの始動装置を得る
ことを目的とする。
【００１６】
【課題を解決するための手段】この発明に係るモータジ
ェネレータ搭載エンジンの始動装置は、エンジンに直結
されたモータジェネレータと、インバータを介してモー
タジェネレータに接続されたバッテリと、インバータを
介してモータジェネレータを制御するモータジェネレー
タ制御回路と、始動時にエンジンに連結される始動モー
タと、バッテリから始動モータへの給電を選択的に切り
換える開閉スイッチと、エンジンの運転状態を検出する
各種センサと、エンジンの運転状態に基づいてエンジン
の始動状態を判定して、開閉スイッチおよびモータジェ
ネレータ制御回路に選択的にオン信号を出力する始動状
態判定回路とを備え、始動モータは、直流モータからな
り、各種センサは、エンジンの始動時に始動信号を生成
するキースイッチと、エンジンの温度に対応した温度信
号を生成する温度センサとを含み、始動状態判定回路
は、温度信号がエンジンの暖機状態に相当する所定温度
以上を示す第１の始動状態においては、モータジェネレ
ータ制御回路のみにオン信号を出力してモータジェネレ
ータをモータとして起動させ、温度信号が所定温度未満
を示す第２の始動状態においては、開閉スイッチおよび
モータジェネレータ制御回路の両方にオン信号を出力し
て、始動モータおよびモータジェネレータの両方を起動
させるとともに、最初に始動モータを起動し、始動モー
タのラッシュ電流期間に相当する遅延時間の経過後に、
モータジェネレータを起動させ、遅延時間は、０．０１
秒〜０．５秒の範囲内に設定されたものである。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
【００２２】
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について説明する。図１はこの発明の
実施の形態１の概略構成を示すブロック図であり、前述
（図３参照）と同様の要素については、同一符号を付し
て詳述を省略する。
【００２３】また、図３内の構成と対応する要素につい
ては、各符号の後に「Ａ」を付して詳述を省略する。な
お、モータジェネレータ２は、直流ブラシレス発電機に
より構成されてもよい。
【００２４】この場合、エンジン１には、モータジェネ
レータ２のみならず始動モータ１０が連結される。ま
た、エンジン１には、運転状態を検出するための各種セ
ンサとして、回転センサ１１および温度センサ１２が取
り付けられている。直流モータからなる始動モータ１０
は、始動時のみにエンジン１に連結され、減速比の大き
い伝達機構を介して十分に大きい出力トルクを発生す
る。
【００２５】回転センサ１１および温度センサ１２は、
エンジン１の運転情報として回転信号Ｒｅ（エンジン回
転数）および温度信号Ｔｅ（エンジン温度）を生成し、
各信号を始動状態判定回路２０に入力する。
【００２６】始動状態判定回路２０は、後述するよう
に、始動信号Ｑｅに応答し且つエンジン１の運転状態に
応じて、始動モータ１０およびモータジェネレータ２に
対するオン信号Ｍ１およびＭ２を選択的に出力する。
【００２７】回転センサ１１は、たとえばエンジン１の
クランク軸に設けられたクランク角センサからなり、回
転信号Ｒｅとしてクランク角信号を生成してもよい。ま
た、温度センサ１２は、たとえばエンジン１の冷却水温
度（または、オイル温度）を検出する水温センサ（また
は、油温センサ）からなり、温度信号Ｔｅとして水温信
号（または、油温信号）を生成してもよい。
【００２８】一方、始動モータ１０には、半導体スイッ
チまたは電磁リレースイッチなどからなる開閉スイッチ
２１を介して、バッテリ４Ａが接続されている。開閉ス
イッチ２１は、始動状態判定回路２０からのオン信号Ｍ
１に応答して閉成（オン）動作し、バッテリ４Ａの電力
を始動モータ１０に供給する。
【００２９】次に、図２のフローチャートを参照しなが
ら、図１に示したこの発明の実施の形態１の動作につい
て説明する。図２は始動状態判定回路２０の処理動作を
示している。まず、キースイッチ６をオンすると、始動
状態判定回路２０に始動信号Ｑｅが入力される。
【００３０】始動状態判定回路２０は、キースイッチ６
がオンされたか否かを判定しており（ステップＳ１）、
始動信号Ｑｅの入力時にキースイッチ６がオンされた
（すなわち、ＹＥＳ）と判定し、各種センサ（回転セン
サ１１および温度センサ１２）から、エンジン１の運転
状態（回転信号Ｒｅおよび温度信号Ｔｅ）を取り込む
（ステップＳ２）。
【００３１】続いて、始動状態判定回路２０は、温度セ
ンサ１２から入力される温度信号Ｔｅを参照して、エン
ジン１の始動状態（暖機始動状態か低温始動状態か）を
判定し、始動モータ１０およびモータジェネレータ２を
起動（オン信号Ｍ１およびＭ２を出力）すべきか否かを
判定する。
【００３２】具体的には、始動状態判定回路２０は、温
度信号Ｔｅをエンジン１の暖機状態に相当する所定温度
Ｔｏと比較し、温度信号Ｔｅ（エンジン温度）が所定温
度Ｔｏよりも小さいか否かを判定する（ステップＳ
３）。
【００３３】もし、Ｔｅ≧Ｔｏ（すなわち、ＮＯ）と判
定されれば、エンジン１が暖機状態（不足トルクが小さ
い状態）なので、始動状態判定回路２０は、オン信号Ｍ
２のみを出力してモータジェネレータ２をモータとして
起動させ（ステップＳ４）、ステップＳ８（後述する）
に進む。
【００３４】また、Ｔｅ＜Ｔｏ（すなわち、ＹＥＳ）と
判定されれば、エンジン１が低温始動状態（不足トルク
が大きい状態）なので、始動状態判定回路２０は、オン
信号Ｍ１およびＭ２を出力し、モータジェネレータ２お
よび始動モータ１０の両方を起動させる（ステップＳ
５）。
【００３５】このとき、始動状態判定回路２０は、ま
ず、オン信号Ｍ１を出力することにより、開閉スイッチ
２１を導通させて始動モータ１０を起動し、その後、
０．０１秒〜０．５秒の経過後にオン信号Ｍ２を出力す
ることにより、モータジェネレータ２をモータとして起
動する。
【００３６】なぜなら、直流モータからなる始動モータ
１０は、起動時に大きなラッシュ電流が流れてバッテリ
４Ａの出力電圧を一瞬大幅に低下させるので、このと
き、モータジェネレータ２を同時に起動すると、バッテ
リ電圧がさらに低下してしまうからである。
【００３７】上記のように、ラッシュ電流の流れている
期間（０．０１秒〜０．５秒）にわたって、モータジェ
ネレータ２の起動タイミングを遅延させることにより、
バッテリ電圧の異常低下を防止して、モータジェネレー
タ制御回路５Ａを含む装置全体の動作を確保することが
できる。
【００３８】通常、起動時の直流モータのラッシュ電流
は、０．０１秒〜０．２秒程度経過すれば十分に低減す
るが、バッテリ電圧の異常低下を確実に防止するため
に、モータジェネレータ２の起動遅延時間は、０．０１
秒〜０．５秒の範囲内に設定される。
【００３９】こうして、始動モータ１０およびモータジ
ェネレータ２を起動させることにより、エンジン１は十
分な回転トルクを受けてクランキング動作される。続い
て、始動状態判定回路２０は、回転信号Ｒｅ（エンジン
回転数）を第１の所定回転数Ｒ１（エンジン１のクラン
キング回転数に相当する）と比較し、回転信号Ｒｅが第
１の所定回転数Ｒ１以上を示すか否かを判定する（ステ
ップＳ６）。
【００４０】もし、Ｒｅ≧Ｒ１（すなわち、ＹＥＳ）と
判定されれば、エンジン回転数がクランキング回転数に
達した（不足トルクが軽減された）ので、始動状態判定
回路２０は、オン信号Ｍ１の出力を停止し、開閉スイッ
チ２１を遮断して始動モータ１０を停止させ、モータジ
ェネレータ２のみによるエンジン１の駆動を継続する
（ステップＳ７）。
【００４１】続いて、始動状態判定回路２０は、回転信
号Ｒｅを第２の所定回転数Ｒ２（アイドル回転数に相当
する）と比較し、回転信号Ｒｅが第２の所定回転数Ｒ２
以上を示すか否かを判定する（ステップＳ８）。
【００４２】もし、Ｒｅ≧Ｒ２（すなわち、ＹＥＳ）と
判定されれば、エンジン回転数がアイドル回転数に達し
て始動が完了したので、始動状態判定回路２０は、オン
信号Ｍ２の出力を停止し、モータジェネレータ２の駆動
を終了する（ステップＳ９）。
【００４３】その後、モータジェネレータ２は、エンジ
ン１の運転状態に応じて、トルクアシスト時にはモータ
として動作し、電力回生時には発電機として動作するこ
とになる。
【００４４】このように、始動状態判定回路２０は、温
度信号Ｔｅ（エンジン温度）が所定温度Ｔｏ以上（暖
機）を示す場合（小さいアシストトルクでエンジン始動
が可能な場合）には、オン信号Ｍ２のみを出力してモー
タジェネレータ２を起動し、温度信号Ｔｅが所定温度Ｔ
ｏ未満を示す場合（低温始動時）には、オン信号Ｍ１お
よびＭ２を出力して始動モータ１０およびモータジェネ
レータ２を起動することができる。
【００４５】特に、直流モータ式の始動モータ１０の場
合、ブラシが摩耗し易いという問題があるが、温度信号
Ｔｅに応じて、モータジェネレータ２のみを起動する
か、始動モータ１０およびモータジェネレータ２の両方
を起動するか、が切り換えられるので、始動モータ１０
の起動を必要最小限に抑制することができ、ブラシ摩耗
を抑制することができる。
【００４６】また、モータジェネレータ２を搭載したエ
ンジン１の始動時において、減速比が大きく出力トルク
特性の優れた直流モータ式の始動モータ１０を用いたの
で、低温始動時においてもエンジン１に対するモータジ
ェネレータ２のアシスト負荷を軽減することができる。
【００４７】したがって、モータジェネレータ２の起動
時のトルク不足を解消することができるうえ、モータジ
ェネレータ２、インバータ３Ａおよびバッテリ４Ａなど
を小形化または小容量化して、コストダウンを実現する
ことができる。
【００４８】また、エンジン１の低温始動時において、
始動モータ１０のみが起動された後、０．０１秒〜０．
５秒の遅延時間経過後にモータジェネレータ２が起動さ
れるので、始動モータ１０の起動直後のラッシュ電流と
モータジェネレータ２の起動時のバッテリ負荷との重畳
による電圧異常低下を防止して、電子回路の誤動作を防
止することができる。
【００４９】また、始動時において、回転信号Ｒｅ（エ
ンジン回転数）が第１の所定回転数Ｒ１（クランキング
回転数）に達すると、始動モータ１０が停止されてモー
タジェネレータ２のみが駆動され、エンジン１に対する
必要最小限のアシストが行われるので、バッテリ４Ａに
対する不要な負荷を削減することができる。
【００５０】さらに、回転信号Ｒｅが第２の所定回転数
Ｒ２（アイドル回転数）に達してエンジン始動動作が完
了すると、モータジェネレータ２のモータとしての動作
が停止されるので、バッテリ４Ａに対する不要な負荷を
削減することができる。
【００５１】実施の形態２．なお、上記実施の形態１で
は、低温始動時のエンジン回転数の判定基準値として、
第１および第２の所定回転数Ｒ１およびＲ２を個別に設
定したが、単一の値に設定してもよい。
【００５２】たとえば、アイドル回転数に相当する所定
回転数Ｒ２のみを設定し、回転信号Ｒｅ（エンジン回転
数）が所定回転数Ｒ２に達した時点で、オン信号Ｍ１お
よびＭ２の出力を停止させてもよい。
【００５３】
【発明の効果】以上のようにこの発明の請求項１によれ
ば、エンジンに直結されたモータジェネレータと、イン
バータを介してモータジェネレータに接続されたバッテ
リと、インバータを介してモータジェネレータを制御す
るモータジェネレータ制御回路と、始動時にエンジンに
連結される始動モータと、バッテリから始動モータへの
給電を選択的に切り換える開閉スイッチと、エンジンの
運転状態を検出する各種センサと、エンジンの運転状態
に基づいてエンジンの始動状態を判定して、開閉スイッ
チおよびモータジェネレータ制御回路に選択的にオン信
号を出力する始動状態判定回路とを備え、始動モータ
は、直流モータからなり、各種センサは、エンジンの始
動時に始動信号を生成するキースイッチと、エンジンの
温度に対応した温度信号を生成する温度センサとを含
み、始動状態判定回路は、温度信号がエンジンの暖機状
態に相当する所定温度以上を示す第１の始動状態におい
ては、モータジェネレータ制御回路のみにオン信号を出
力してモータジェネレータをモータとして起動させ、温
度信号が所定温度未満を示す第２の始動状態において
は、開閉スイッチおよびモータジェネレータ制御回路の
両方にオン信号を出力して、始動モータおよびモータジ
ェネレータの両方を起動させるとともに、最初に始動モ
ータを起動し、始動モータのラッシュ電流期間に相当す
る遅延時間の経過後に、モータジェネレータを起動さ
せ、遅延時間は、０．０１秒〜０．５秒の範囲内に設定
されたので、エンジンに対するモータジェネレータのア
シスト負荷が軽減され、各回路要素を小形化および小容
量化してコストダウンを実現するとともに、ラッシュ電
流による回路誤動作を確実に防止したモータジェネレー
タ搭載エンジンの始動装置が得られる効果がある。
【００５４】
【００５５】
【００５６】
【００５７】
【００５８】
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１を概略的に示すブロ
ック図である。
【図２】 この発明の実施の形態１の動作を示すフロー
チャートである。
【図３】 従来のモータジェネレータ搭載エンジンの始
動装置を概略的に示すブロック図である。
【符号の説明】
１ エンジン、２ モータジェネレータ、３Ａ インバ
ータ、４Ａ バッテリ、５Ａ モータジェネレータ制御
回路、６ キースイッチ、１０ 始動モータ、１１ 回
転センサ、１２ 温度センサ、２０ 始動状態判定回
路、２１ 開閉スイッチ、Ｍ１、Ｍ２ オン信号、Ｑｅ
始動信号、Ｒｅ 回転信号、Ｒ１ 第１の所定回転
数、Ｒ２ 第２の所定回転数、Ｔｅ 温度信号、Ｔｏ
所定温度、Ｓ１ 始動を判定するステップ、Ｓ３ 始動
時の温度を判定するステップ、Ｓ４モータジェネレータ
のみを起動するステップ、Ｓ５ 始動モータおよびモー
タジェネレータを起動するステップ、Ｓ６ 第１の所定
回転数以上を判定するステップ、Ｓ７ 始動モータを停
止させるステップ、Ｓ８ 第２の所定回転数以上を判定
するステップ、Ｓ９ モータジェネレータを停止させる
ステップ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｎ 11/00 Ｆ０２Ｎ 11/08 Ｇ 11/08 Ｈ Ｙ Ｂ６０Ｋ 9/00 ＺＨＶＥ (56)参考文献 特開 昭59−82575（ＪＰ，Ａ) 特開 平11−82259（ＪＰ，Ａ) 特開 平10−136508（ＪＰ，Ａ) 実開 平６−25556（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02N 11/00 - 11/08 B60K 6/02 - 6/04 B60L 11/14 F02D 29/00 - 29/06

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンに直結されたモータジェネレー
    タと、 インバータを介して前記モータジェネレータに接続され
    たバッテリと、 前記インバータを介して前記モータジェネレータを制御
    するモータジェネレータ制御回路と、 始動時に前記エンジンに連結される始動モータと、 前記バッテリから前記始動モータへの給電を選択的に切
    り換える開閉スイッチと、 前記エンジンの運転状態を検出する各種センサと、 前記エンジンの運転状態に基づいて前記エンジンの始動
    状態を判定して、前記開閉スイッチおよび前記モータジ
    ェネレータ制御回路に選択的にオン信号を出力する始動
    状態判定回路とを備え、前記始動モータは、直流モータからなり、 前記各種センサは、前記エンジンの始動時に始動信号を
    生成するキースイッチと、前記エンジンの温度に対応し
    た温度信号を生成する温度センサとを含み、 前記始動状態判定回路は、 前記温度信号が前記エンジンの暖機状態に相当する所定
    温度以上を示す第１の始動状態においては、前記モータ
    ジェネレータ制御回路のみにオン信号を出力して前記モ
    ータジェネレータをモータとして起動させ、 前記温度信号が前記所定温度未満を示す第２の始動状態
    においては、前記開閉スイッチおよび前記モータジェネ
    レータ制御回路の両方にオン信号を出力して、前記始動
    モータおよび前記モータジェネレータの両方を起動させ
    るとともに、最初に前記始動モータを起動し、前記始動
    モータのラッシュ電流期間に相当する遅延時間の経過後
    に、前記モータジェネレータを起動させ、 前記遅延時間は、０．０１秒〜０．５秒の範囲内に設定
    された ことを特徴とするモータジェネレータ搭載エンジ
    ンの始動装置。
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