JP3861728B2

JP3861728B2 - エンジンの始動判定装置

Info

Publication number: JP3861728B2
Application number: JP2002086486A
Authority: JP
Inventors: 昌彦祐谷
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-26
Filing date: 2002-03-26
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2022-03-26
Also published as: JP2003286929A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンのスタータモータによる始動を判定する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記エンジンの始動判定をソフトウエア的に行う技術として、従来、エンジン回転速度が一定値以上になると始動したと判定し、エンジン始動時制御から通常制御に切り換えるものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、低水温時などで始動時エンジン回転速度の上昇速度が遅いとき、ユーザーがスタータモータを停止させて、始動判定を停止し、通常制御に移行したい状態でもエンジン回転速度が始動判定を停止させる回転速度まで到達しないため、エンジン始動時制御が継続し、最悪の場合、燃料噴射量過多により点火プラグのかぶり、始動不良などが発生する可能性がある。
【０００４】
特開２０００−１７９３９４号に開示される技術では、バッテリ電圧を検出して始動判定を行っているが、例えば、バッテリ放電時など、外部電源から電力供給して始動を行う場合、電圧変動は外部電源の影響を受けるためエンジンの状態を正確に判定することができず、始動不良となることがある。
本発明は、このような従来の課題に着目してなされたもので、簡易な方式で確実にエンジン始動を判定できるようにしたエンジンの始動判定装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１に係る発明は、
バッテリから電力を供給されて駆動するスタータモータにより始動されるエンジンの始動判定装置であって、
バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
検出されたバッテリ電圧が、エンジン始動前の電圧値以下の第１の所定電圧よりも小さい電圧値を経験した後に、バッテリ電圧がエンジン駆動前の電圧値以上の第２の所定電圧より大きくなった場合に、エンジンが始動したと判定する電圧始動判定手段と、
バッテリ電圧が前記第２の所定電圧値以上となるのに先立って、エンジン始動前の電圧値以下の第１の所定電圧より小さい値を経験していない場合には、エンジン回転速度が所定回転速度以上となった場合にエンジンが始動したと判定する回転速度始動判定手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００６】
請求項１に係る発明によると、
通常は、バッテリ電圧のみで始動判定を行うことができるので簡単な構造で、冷機時でもエンジン始動を判定することができ、エンジン始動制御を適切な期間で終了することができるとともに、外部電源を用いてのエンジン始動時にも始動を判定できる。
【０００７】
例えば、請求項２、請求項３に係る発明のように、バッテリの定格電圧が１２［Ｖ］のとき、第１の所定電圧を１１［Ｖ］とし、第２の所定電圧を１３．５［Ｖ］とすればよい。
また、請求項４に係る発明は、
バッテリから電力を供給されて駆動するスタータモータにより始動されるエンジンの始動判定装置であって、
バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
検出されたバッテリ電圧が、エンジン始動前の電圧値から第１の所定量電圧低下した後に、バッテリ電圧がエンジン駆動前の電圧値から第２の所定量電圧上昇した場合に、エンジンが始動したと判定する電圧始動判定手段と、
バッテリ電圧が前記エンジン駆動前の電圧値から第２の所定量電圧上昇するのに先立って、エンジン始動前の電圧値から第１の所定量電圧低下していない場合には、エンジン回転速度が所定回転速度以上となった場合にエンジンが始動したと判定する回転速度始動判定手段と、
を含んで構成したことを特徴とする。
【０００８】
請求項４に係る発明も請求項１に係る発明と同様の効果が得られ、かつ、環境変化によって、バッテリ電圧の絶対値（エンジン駆動前の電圧値）が変化したような場合にも、変化量を用いてエンジン始動を確実に判定することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明にかかるエンジンの始動判定装置の実施形態におけるシステム構成を示す。
エンジン１を始動するスタータモータ２は、バッテリ３にリレー４を介して接続されたキースイッチ５をスタート位置としたときに駆動される。エンジン回転速度Ｎｅを検出するクランク角センサ６が設けられ、該クランク角センサ６からのエンジン回転速度信号Ｎｅは、前記バッテリ電圧信号ＶＢ等と共にエンジン制御用のコントロールユニット７に入力される。
【００１０】
前記コントロールユニット７は、エンジン回転速度Ｎｅ及びバッテリ電圧ＶＢに基づいて、エンジンの始動（始動完了）を判定する。
従来のエンジン回転速度Ｎｅが一定値以上となったときに始動判定を停止し、通常制御に移行する判定方式では、例えば低水温条件下でエンジンフリクショントルクが大きいときなど始動時のエンジン回転速度の上昇速度が遅い場合、車両のユーザーがスタータモータを停止し、始動判定を停止させたい場合でも、エンジン回転速度Ｎｅが前記一定値に到達するまで時間がかかるため、始動判定停止が遅れる。これにより、要求に対して過剰に燃料噴射を行うため、プラグかぶり、オーバーリッチなどによる始動不良が発生する可能性がある。
【００１１】
そこで、本発明では上記の事態を防止するため、バッテリ電圧（端子電圧）の挙動に基づく始動判定と、エンジン回転速度に基づく始動判定とを併用して始動時制御を終了させることにより、始動時制御を必要以上に長時間行わないようにする。
図２は、第１の実施形態にかかるエンジンの始動判定制御フローを示す。このルーチンは、キースイッチ５をスタート位置としたことを検出するなどして、始動操作を検出したときに起動される。
【００１２】
ステップ１では、始動時に対応した燃料噴射量や点火時期などの制御を行う。
ステップ２では、バッテリ電圧ＶＢを読み込む。
ステップ３では、前記バッテリ電圧ＶＢがエンジン駆動前の電圧値以上の第２の所定電圧ＳＴＯＦＦＶＢＬ以上であるかを判定する。ここで、該第２の所定電圧ＳＴＯＦＦＶＢＬは、エンジン駆動前つまりキースイッチをＯＦＦとした停止状態での電圧値に対して、エンジン始動（完了）後スタータモータの駆動が停止されると共にエンジン駆動されるオルタネータの回転速度が上昇することによって増大する電圧値近傍に設定してあり、例えば、バッテリの定格電圧が１２［Ｖ］である場合、１３．５［Ｖ］程度に設定する。
【００１３】
そして、ステップ３でＶＢ≧ＳＴＯＦＦＶＢＬと判定されたときは、ステップ４へ進み、前記バッテリ電圧ＶＢがエンジン始動前の電圧値以下の第１の所定電圧ＳＴＯＮＶＢＬ以下の状態を経験したかを判定する。ここで、該第１の所定電圧ＳＴＯＮＶＢＬはスタータモータの駆動電流急増により低下する電圧値近傍に設定してある。
【００１４】
そして、第１の所定電圧ＳＴＯＮＶＢＬ以下の状態を経験したと判定されたときは、ステップ５へ進んでエンジンが始動したと判定し、ステップ１の始動時制御を停止し、通常制御に切り換える。
即ち、スタータモータ駆動に伴う駆動電流急増により、一旦、バッテリ電圧が低下し、その後、ユーザーが完爆（始動完了）を認識してスタータモータを停止した場合に、消費電流の急減と発電電流の急増に伴い、バッテリ電圧が回復するというバッテリ電圧の特性から、エンジンの始動を判定できる。
【００１５】
また、ステップ４バッテリ電圧ＶＢが第１の所定電圧ＳＴＯＮＶＢＬ以下の状態を経験していないと判定されたときは、ステップ６へ進んでエンジン回転速度Ｎｅを検出し、エンジン回転速度Ｎｅが完爆による始動を判定できる設定回転速度ＮＳＴＯＦＦＡ以上であるかを判定し、ＮＳＴＯＦＦＡ以上となったときに始動判定を停止し、ステップ５へ進んで始動時制御から通常制御に切り換える。
【００１６】
図３は、低水温時の始動時のエンジン回転速度及びバッテリ電圧の経過時間に応じた変化を示す。スタータモータ停止位置で始動判定を停止し、通常制御に移行させたいが、従来のようにエンジン回転速度のみによる判定の場合、エンジン回転速度が上昇するのに時間が掛かるため、始動判定を停止するタイミングは図中「始動制御停止タイミングエンジン回転速度」で示されたタイミングとなり、要求に対して遅れてしまう。
【００１７】
一方、本発明の基本とするバッテリ電圧による始動判定では、スタータモータ停止と同時にバッテリ電圧が上昇するため始動判定を停止するタイミングは図中「始動制御停止タイミングバッテリ電圧」で示されたタイミングとなり、要求と略一致する。
上記のようになるメカニズムをより詳細に説明すると、通常スタータモータを回転させるとバッテリ電圧は初期電圧に対して低下し、スタータモータを停止させると電圧が回復し、初期状態よりも高い電圧となる（図４参照）。すなわち、スタータモータの消費電力が大きいため、スタータモータを回転させると電圧降下が発生するため初期電圧より低下するが、スタータモータを停止すると消費されていた電力を供給する必要がなくなるため、電圧が回復する。また、始動が完了してスタータモータを停止させる時にはエンジン回転速度が上昇しオルタネータが発電を開始しているため、供給電力が消費電力を上回り、バッテリ電圧はオルタネータが供給する電圧まで上昇する。
【００１８】
したがって、通常始動時は、始動判定を停止する電圧値（ＳＴＯＦＦＶＢＬ）をクランキング中のバッテリ電圧（図４黒斜め四角）以上、オルタネータが供給する電圧未満（図４黒四角）に設定しておけば、スタータモータが停止したことがわかるため、バッテリ電圧がＳＴＯＦＦＶＢＬ以上になれば始動制御を停止すればよい。
【００１９】
また、オルタネータ供給電圧は、エンジン水温低く（高く）エンジンフリクションが大きい（小さい）ときほど、エンジン駆動されるオルタネータの回転速度の上昇が小さく（大きく）なるのに伴って小さく（大きく）なる。そこで、前記始動判定停止用の電圧値ＳＴＯＦＦＶＢＬをエンジン水温に応じて可変に設定する構成とすれば、始動判定精度を高められる。
【００２０】
始動時に考えられるシチュエーションとして、図５のように、自車バッテリ以外の、外部電源８より電力供給されて始動を行う場合がある。この場合、始動判定を開始しエンジンが始動する前に供給電圧が上昇する。供給電力が大きければ始動判定を停止するレベル（図５ＳＴＯＦＦＶＢＬ）まで達するため、エンジン１が始動する前に前述の電圧上昇による始動判定停止が行われて、エンジン制御が始動時制御から通常制御へ移行し、始動不良となる可能性がある。
【００２１】
これを防止するため、図６のように継続してバッテリ電圧をモニタし、電圧降下が小さい（最低電圧がＳＴＯＮＶＢＬ以下にならない）場合は、クランキング時の電力供給が外部電源より行われていると判断し、図６の「始動制御停止タイミング外部電源供給時」と示されている電圧による始動判定停止を行わず、「始動制御制御タイミングエンジン回転速度」で始動判定停止を行い、通常制御に移行する。すなわち、始動判定中に電圧が一定値ＳＴＯＮＶＢＬ以下を経験したときだけ、電圧による始動判定停止（図６中「始動制御停止タイミング通常始動時」）を行う。
【００２２】
このものの、上記のようになるメカニズムをより詳細に説明すると、スタータモータ２は消費電流が大きいため、バッテリ３とスタータモータ２からなる一般的な始動系システムにおいては電圧降下が大きく、相場的に見るとクランキング中の電圧は図７（Ａ）に示すようにＳＴＯＮＶＢＬ以下となる。自車のみの独立した始動系で始動させるときは、一瞬は必ずこの電圧を下回る｛図７（Ｂ）×｝。一方、例えば、バッテリ放電状態で自力始動が不可能である場合などは、図５のように外部電源８より電力供給して始動させる。このとき、始動時の電圧変動は、外部電源８から供給される電力量の影響を受ける。供給電力量がスタータモータ消費電力量に対して非常に大きい場合、スタータモータ２の起動による電圧降下は小さく、スタータモータ２の作動ではなく外部電源８の電圧変動の影響を受ける。エンジン始動完了前にバッテリ電圧が外部電源８により上昇した場合、エンジン１が始動していなくても始動判定を停止するため、最悪の場合エンジン１を始動できない状態になる（外部電源電圧が最初からＳＴＯＦＦＶＢＬを上回っているような場合も考えられ、その場合は、電源供給と同時に始動判定が停止されて通常制御に移行するので始動できない可能性がより高くなる）。
【００２３】
このような場合、電圧降下は自力始動時に対して小さい。この特性を利用し、常時バッテリ電圧をモニタし続け、電圧変動の最小値がＳＴＯＮＶＢＬ以上である場合は外部より電源供給されていると判断し、バッテリ電圧による始動判定停止を行わない。すなわち、始動判定中のバッテリ電圧がＳＴＯＶＢＬ以下になることを経験したときのみバッテリ電圧による始動判定停止を行う。
【００２４】
なお、電圧変動の最小値がＳＴＯＮＶＢＬ以上に維持されるときは、従来同様のエンジン回転速度による始動判定停止を行うが、バッテリ電圧がＳＴＯＦＦＶＢＬ以上であることも条件としてエンジン回転速度による始動判定停止を行うので、より正確に始動判定停止を判断することができる。
図８は、第２の実施形態（請求項４に対応）にかかるエンジンの始動判定制御フローを示す。
【００２５】
ステップ１１で始動時制御を行い、ステップ１２でバッテリ電圧ＶＢを読み込むことは第１の実施形態と同様である。
ステップ１３では、前記バッテリ電圧ＶＢがエンジン駆動直前に読み込んだ駆動前の電圧値から第２の所定量ΔＳＴＯＦＦＶＢＬ電圧上昇したかを判定する。この第２の所定量ΔＳＴＯＦＦＶＢＬは、エンジン駆動前つまりキースイッチをＯＦＦとした停止状態での電圧値に対して、エンジン始動（完了）後スタータモータの駆動が停止されると共にエンジン駆動されるオルタネータの回転速度が上昇することによって増大する電圧量近傍に設定してある。
【００２６】
そして、ステップ１３で第２の所定量ΔＳＴＯＮＶＢＬ電圧上昇したと判定されたときは、ステップ１４へ進み、前記バッテリ電圧ＶＢがエンジン始動前の電圧値から第１の所定量ΔＳＴＯＮＶＢＬの電圧低下を経験したかを判定する。ここで、該第１の所定量ΔＳＴＯＮＶＢＬはスタータモータの駆動電流急増により低下する電圧値近傍に設定してある。また、エンジン始動前の電圧値は水温に応じて可変に設定したり、前記エンジン駆動前の電圧値と該駆動前電圧値の基準値との偏差を求め、始動前電圧値の基準値から前記偏差を差し引いて設定するなど環境変化に応じて可変に設定する。または、前記第１の所定量ΔＳＴＯＮＶＢＬを水温等に応じて可変に設定するようにしてもよい。
【００２７】
そして、第１の所定量電圧ΔＳＴＯＮＶＢＬの低下を経験したと判定されたときは、ステップ１５へ進んでエンジンが始動したと判定し、ステップ１１の始動時制御を停止し、通常制御に切り換える。
また、ステップ１４でバッテリ電圧ＶＢが第１の所定量電圧ΔＳＴＯＮＶＢＬの低下を経験していないと判定されたときは、ステップ１６へ進んでエンジン回転速度Ｎｅを検出し、エンジン回転速度Ｎｅが完爆による始動を判定できる設定回転速度ＮＳＴＯＦＦＡ以上であるかを判定し、ＮＳＴＯＦＦＡ以上となったときに始動判定を停止し、ステップ１５へ進んで始動時制御から通常制御に切り換える。
【００２８】
本実施形態では、環境変化によってバッテリ電圧の絶対値（エンジン駆動前の電圧値）が変化したような場合にも、エンジン始動を確実に判定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかるエンジンの始動判定装置のシステム構成図。
【図２】第１の実施形態にかかる始動判定制御ルーチンを示すフローチャート。
【図３】バッテリ電圧による始動判定とエンジン回転速度による始動判定とを比較して示すタイムチャート。
【図４】同上実施形態における始動判定用のバッテリ電圧（第２の所定電圧値）の設定条件を説明するための図。
【図５】同上実施形態の外部電源を使用して始動したときのシステム構成図。
【図６】同上実施形態の始動時のバッテリ電圧の変化の様子を示すタイムチャート。
【図７】同上実施形態における始動判定用のバッテリ電圧（第１の所定電圧値）の設定条件を説明するための図。
【図８】第１の実施形態にかかる始動判定制御ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１エンジン
２スタータモータ
３バッテリ
５キースイッチ
６クランク角センサ
７コントロールユニット

Claims

バッテリから電力を供給されて駆動するスタータモータにより始動されるエンジンの始動判定装置であって、
バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
検出されたバッテリ電圧が、エンジン始動前の電圧値以下の第１の所定電圧よりも小さい電圧値を経験した後に、バッテリ電圧がエンジン駆動前の電圧値以上の第２の所定電圧より大きくなった場合に、エンジンが始動したと判定する電圧始動判定手段と、
バッテリ電圧が前記第２の所定電圧値以上となるのに先立って、エンジン始動前の電圧値以下の第１の所定電圧より小さい値を経験していない場合には、エンジン回転速度が所定回転速度以上となった場合にエンジンが始動したと判定する回転速度始動判定手段と、
を含んで構成したことを特徴とするエンジンの始動判定装置。
バッテリの定格電圧が１２［Ｖ］であって、第２の所定電圧が１３．５［Ｖ］であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動判定装置。
バッテリの定格電圧が１２［Ｖ］であって、第１の所定電圧が１１［Ｖ］であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動用制御装置。
バッテリから電力を供給されて駆動するスタータモータにより始動されるエンジンの始動判定装置であって、
バッテリ電圧を検出する電圧検出手段と、
検出されたバッテリ電圧が、エンジン始動前の電圧値から第１の所定量電圧低下した後に、バッテリ電圧がエンジン駆動前の電圧値から第２の所定量電圧上昇した場合に、エンジンが始動したと判定する電圧始動判定手段と、
バッテリ電圧が前記エンジン駆動前の電圧値から第２の所定量電圧上昇するのに先立って、エンジン始動前の電圧値から第１の所定量電圧低下していない場合には、エンジン回転速度が所定回転速度以上となった場合にエンジンが始動したと判定する回転速度始動判定手段と、
を含んで構成したことを特徴とするエンジンの始動判定装置。