JP3979637B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジン始動装置に関し、特にエンジン着火開始後のエンジン回転数上昇に伴って始動用電動機（以下、「スタータモータ」という）がエンジンから駆動力を受けるのを抑制するのに好適なエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジン始動装置においてエンジンのクランキングに用いられるスタータモータは、回転数をほぼ一定の目標回転数に収斂するように制御されてエンジンを駆動する。したがって、着火開始後は、エンジン回転数の上昇に伴って前記目標回転数が相対的にエンジン回転数より低くなるため、スタータモータがエンジンに連結されたままの状態にあると、エンジンから駆動力を得てスタータモータが回転する、いわゆる連れ回りを生ずる。この結果、スタータモータが負荷となってエンジンの回転を妨げる。
【０００３】
したがって、この連れ回りを防止するために、着火開始後は、スタータモータとエンジンとを連結するギヤの噛み合わせを外すとか、スタータモータとエンジンとの間に設けたクラッチを切り離すとかすることが行われている。ところが、始動後にはスタータモータをエンジンで駆動される発電機として使用する、いわゆる発電電動機を使用するシステムにおいては、着火開始後であってもエンジンとスタータモータつまり発電機とを機械的に分離することができない。そこで、特開平３−３９６９号公報に開示されているように、着火開始後の適当な時期にはスタータモータの励磁電流の供給を停止することが行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、エンジンが確実に自立運転に移ったと判別できる回転数はクランキング回転数よりもずっと高い。したがって、エンジン着火開始後の回転数上昇中の早期にスタータモータの励磁を停止してしまった場合、完爆状態になっていなくて結果的に起動が失敗することがある。
【０００５】
また、スタータモータとして、回転子の位置検出センサを有していないブラシレスモータを使用する場合がある。この場合、通常は固定子巻線に誘起される電圧と位相信号などから回転子の位置を推定しているので、一旦通電を止めてしまうとそれ以後は回転速度や回転位置の検出ができなくなってしまう。したがって、一旦起動を失敗すると、回転数が低下してエンジンが停止するまで次の始動操作を行えない。このように、従来の始動装置では、一旦起動に失敗すると再始動に時間がかかってしまうという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記課題を解消し、エンジン着火開始後にスタータモータがエンジン回転の負荷とならないようにして、始動をすみやかに、かつ円滑に行えるようにしたエンジン始動装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、エンジンを始動するモータと、前記モータの目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記モータの回転速度を前記目標回転速度に収斂するよう制御する制御手段と、エンジン始動時に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を予定値以上上回ったことを検出する回転速度判定手段と、前記回転速度判定手段で、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を予定値以上上回ったことが検出された場合に、前記モータの回転速度で前記目標速度を置き換える目標値置換手段とを具備した点に第１の特徴がある。
【０００８】
第１の特徴によれば、エンジン始動時にモータの回転速度が目標回転速度を上回った場合に、このモータ回転速度つまり実回転速度で目標回転速度が置き換えられるので、モータの回転速度がエンジンの回転速度に追随するように制御される。したがって、エンジン着火開始後の回転数上昇過程でモータが大きなブレーキとして動作することがなくなる。そしてこの作用を目標回転速度を置換するだけの簡単な処理で実現できる。
【０００９】
また、本発明は、前記目標回転速度が、予定のクランキング回転数である点に第２の特徴がある。第２の特徴によれば、モータの回転速度がクランキング回転数を予定値以上上回ったときに目標回転速度が実回転速度に置き換えられる。
【００１０】
また、本発明は、前記モータの回転速度が前記予定値以上上回った状態から、前記クランキング回転数近傍に設けられる失火判断速度以下に低下した場合には、前記目標回転速度を前記クランキング回転数に戻すように構成された点に第３の特徴がある。第３の特徴によれば、一旦クランキング回転数に到達して失火した場合に、目標回転速度を元に戻すだけで再度クランキングが開始される。
【００１１】
また、本発明は、前記モータが、ブラシレスモータであり、３相固定子巻線のうち、２相に駆動用通電をしたときに通電されていない巻線に誘起される電圧信号に基づいて回転子の回転位置信号および回転速度信号を形成するように構成され、前記回転速度検出手段が、前記回転速度信号に基づいてモータの回転速度を検出する点に第４の特徴がある。
【００１２】
さらに、本発明は、前記モータが、ブラシレスモータであり、固定子巻線に通電するための電流出力値と前記固定子巻線での電流測定値との偏差に基づいて回転子の回転位置信号および回転速度信号を形成するように構成され、前記回転速度検出手段が、前記回転速度信号に基づいてモータの回転速度を検出する点に第５の特徴がある。
【００１３】
第４および第５の特徴によれば、巻線の誘起電圧または巻線に供給される電流に基づいてモータの回転速度つまり始動時のエンジンの回転速度が検出され、モータやエンジンの回転位置センサを設けずに、この回転速度に基づいてモータの回転速度を検出することができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図２はスタータモータとしてブラシレスモータを使用したエンジン発電装置の側面図、図３は図２のＶ−Ｖ断面図である。エンジン発電装置１は４サイクル内燃エンジン（以下、単に「エンジン」という）２と磁石式多極発電機である発電機３とを備える。発電機３は発電電動機であり、後述するように電動機としても動作する。エンジン２のクランク軸４は、クランクケース５の側壁５ａに設けられる軸受６等で支持された状態でエンジン２の外部に引き出される。クランク軸４を囲むクランクケース５の側壁５ａの周縁ボス部には環状星型鉄心７がボルト８０によって固着される。鉄心７は環状の継鉄部７ａとそれから放射状に突出せられる２７個の突極部７ｂとからなる。前記突極部７ｂには、３相の巻線が順次交互に巻回されてステータ８を構成する。
【００１５】
クランク軸４の先端には鍛造品のハブ９が嵌着され、このハブ９にロータヨークを兼ねるフライホイール１０が結合される。フライホイール１０は高張力鋼板をカップ状にプレス成形して形成されたディスク部１０ａと円筒部１０ｂとからなる。ディスク部１０ａがハブ９に固着され、円筒部１０ｂが鉄心７の突極部７ｂ外側を覆うように取り付けられる。
【００１６】
フライホイール１０の円筒部１０ｂの内周面には高い磁力を有するネオジウム系の磁石１１が周方向に亘って１８個固着されてアウタロータ型磁石ロータ１２を構成する。このようなロータ１２は磁石１１を円筒部１０ｂの内周面に敷き詰めてあることで十分なマス（質量）を確保してフライホイールとしての機能を果たすことができる。
【００１７】
フライホイール１０のディスク部１０ａには冷却ファン１３が取り付けられる。冷却ファン１３は、円環状の基板１３ａの一方の側面に複数の羽根１３ｂが周方向に亘り立設されたもので、基板１３ａはフライホイール１０のディスク部１０ａの外表面に固着される。冷却ファン１３を覆うファンカバー１４は、フライホイール１０の側方からエンジン２に至る冷却風の導風路１４ａを形成する。
【００１８】
図４は、エンジン発電装置１のシステム図である。発電機３はエンジン２で駆動されて３相交流を発生する。発電機３の出力交流は半導体整流素子をブリッジに組んだ整流回路からなるコンバータ１５で全波整流されて直流に変換される。コンバータ１５から出力される直流はコンデンサ平滑回路１６で平滑化されてインバータ１７に入力され、インバータ１７を構成するＦＥＴのブリッジ回路で所定周波数の交流に変換される。インバータ１７から出力される交流は復調フィルタ１８に入力され、低周波成分（例えば商用周波数）のみが通過する。復調フィルタ１８を通過した交流は、リレー１９およびヒューズ２０を介して出力端子２１に接続される。リレー１９はエンジン２の始動時には「開」になり、エンジン２が所定程度まで始動された後は「閉」になる。
【００１９】
エンジン発電装置１の発電機３は、前述のように発電電動機であって、エンジン２を始動するためのスタータモータとして使用することができる。以下、スタータモータとして使用する場合は、発電機３をスタータモータ３ａとして説明する。スタータモータ３ａのためのスタータドライバ２２が設けられる。スタータドライバ２２にエンジン２の始動のための電流を供給するため、整流回路２３と平滑回路２４とが設けられる。整流回路２３には高調波フィルタ２３１およびコンバータ２３２が設けられる。高調波フィルタ２３１は出力端子２１に接続される。
【００２０】
発電機３の出力側は、例えば、交流２００Ｖの単相電源２５に接続され、エンジン始動時にはこの電源２５から交流が供給される。この交流は高調波フィルタ２３１に入力されて高調波が除去され、コンバータ２３２で直流に変換された後、さらに平滑回路２４を介してスタータドライバ２２に制御用電源として供給される。
スタータドライバ２２の出力側は、リレー２６を介して発電機３の３相巻線の各相に接続される。リレー２６はエンジン２の始動時には「閉」になり、エンジン２が所定程度まで始動された後は「開」になる。エンジン２の始動のため、発電機３の３相巻線の各相に予定の順序で順次電流を供給する。各相の巻線に電流を順次供給するためのスイッチング素子（ＦＥＴ）２２１と、ＣＰＵ２２２と、ロータ１２の位置を検出するためのセンサを使用しないセンサレス駆動部２２３とが設けられる。
【００２１】
図５は、センサレス駆動部２２３の要部機能を示すブロック図である。同図において、誘起電圧検出部２７は、インバータ回路つまりスイッチング素子２２１によってステータ８の２相間に通電されてロータが回転したときに残りの１相と中点との間に誘起される電圧信号の波形を検出する。位置検出部２８は、検出された電圧波形に基づいてステータ８の各相とロータ１２の各磁石との位置関係つまり回転位置を判別する。駆動演算回路２９は、ステータ８の各相とロータ１２の各磁石との位置関係に基づき、スイッチング素子２２１を駆動するための周期を演算する。駆動部３０は駆動演算回路２９で算出された周期に基づいてインバータ回路２２１に通電信号を供給する。
【００２２】
図６は、エンジン発電装置１の始動制御の全体動作を示すタイムチャートである。タイミングｔ１でエンジン始動指令が入力されて、制御装置（ＥＣＵ）のスタート信号がオンとなり、待機時間（例えば１秒）の後、リレー１９，２６をスタータモータ３ａ制御用に切り換えて、タイミングｔ２でスタータモータ３ａを正回転させる。そして、正回転中に回転速度が所定値以下に低下したことによって判断される高負荷域に達するタイミングｔ３でスタータモータ３ａを逆回転させる。この正回転および逆回転では、スタータモータ３ａは定常運転時に供給される電流よりも小さい初期励磁電流で駆動される。このような初期励磁電流によって回転速度を抑制することにより、正回転および逆回転時に、高負荷位置つまり反転時に十分な始動トルクが期待できる位置で容易にスタータモータ３ａを停止できるし、高負荷位置を乗り越えられないときの反作用力（回転速度が大きいと反作用力も大きい）を抑制することができる。
【００２３】
スタータモータ３ａを正・逆回転させて、十分な始動トルクが期待できる位置にクランク軸４を位置決めしたときに、タイミングｔ４で正回転方向に加速を開始する。この正回転では、初期励磁電流よりも高い始動電流をスタータモータ３ａに供給する。
【００２４】
タイミングｔ５でスタータモータ３ａがクランキングの目標回転速度になると、クランキング中はこの回転速度が維持される。そして、点火タイミングｔ６のエンジン初爆後はエンジンの回転数は上昇を始め、タイミングｔ７でリレー１９を閉じ、リレー２６を開いて発電機３の制御に切り換える。タイミングｔ８まで（例えばタイミングｔ１から１０秒）はスタート信号は維持されるが、タイミングｔ８までに規定回転数（例えば１５００ｒｐｍ）に達しない場合は始動失敗であり、初爆後に始動を失敗したと判断され、予定時間（例えば１０秒）をおいて、再びスタート信号をオンにする。
【００２５】
上記十分な始動トルクが期待できる位置にスタータモータ３ａを動かすための正回転および逆回転の停止位置は、スタータモータ３ａの回転速度が予定値以下になったことで判断する。スタータモータ３ａの回転速度は、例えば、前記誘起電圧波形の周期に基づいて算出することができる。
【００２６】
図７、図８はエンジン発電装置１の始動制御のフローチャートであり、図９は始動制御のタイムチャートである。図７のステップＳ１では、エンジン始動指令の有無を判別する。エンジン始動指令が入力されたならばステップＳ２に進み、スタータモータ３ａを正回転つまりエンジン２の正回転方向に駆動する。ステップＳ３では、ステップＳ２の正回転動作開始から時間Ｔ１（例えば０．３秒）が経過したか否かが判断される。時間Ｔ１は正回転方向への駆動の可否を判断する時間である。ステップＳ４では、スタータモータ３ａの回転速度が始動完了速度（例えば、３３ｒｐｍ）以上か否かが判断される。これによって、スタータモータ３ａが回転し始めたかどうかが判断される。時間Ｔ１が経過するまでに回転速度が始動完了速度以上にならない場合はステップＳ１１に進んで逆回転を開始させる（図９▲１▼）。
【００２７】
スタータモータ３ａが始動完了速度以上になると、ステップＳ４は肯定となってステップＳ５に進み、位置合わせのための正回転目標速度（例えば２３０ｒｐｍ）に収斂するよう速度制御を伴う正回転が行われる。ステップＳ６では、ステップＳ５の正回転動作開始から時間Ｔ２（例えば０．５秒）が経過したか否かが判断される。時間Ｔ２は、位置合わせの必要性と逆転動作への移行とを判断する時間である。時間Ｔ２が経過するまではステップＳ７に進む。
【００２８】
ステップＳ７では、スタータモータ３ａの回転速度が反転判定速度（例えば、そこまでの最高速度の７５％）まで低下したか否かが判断される。これによって、クランク角が上死点前の高負荷位置の近くで減速してしまったかどうかが判断される。時間Ｔ２が経過しても（ステップＳ６が肯定）、回転速度が低下しない場合（ステップＳ７が否定）は、エンジンが上死点後の軽負荷域にあると判断されるので、逆回転には移らず、加速正回転のためステップＳ２３（図８）に進む（図９▲２▼）。
【００２９】
回転速度が反転判定速度まで低下したならばステップＳ７は肯定となり、ステップＳ８に進んでブレーキ制御によりスタータモータ３ａの正回転を停止させる。停止判断のための時間Ｔ３（例えば０．２秒）が経過する（ステップＳ９肯定）か、回転停止とみなされる速度（例えば２３ｒｐｍ（図９▲４▼））以下になる（ステップＳ１０肯定）と、スタータモータ３ａはそれ以上正回転しないと判断してステップＳ１１に進む。
【００３０】
ステップＳ１１では、スタータモータ３ａを逆回転させてエンジン２を逆回転させる。ステップＳ１２では、ステップＳ１１の逆回転動作開始から時間Ｔ４（例えば０．３秒）が経過したか否かが判断される。時間Ｔ４は速度制御を伴う逆回転動作に移るための判断時間である。時間Ｔ４が経過するまでに始動完了速度（例えば、３３ｒｐｍ）に達した場合は、ステップＳ１３が肯定となりステップＳ１４に進む。時間Ｔ４が経過しても始動完了速度以上にならない場合はステップＳ２０に進む（図９▲３▼）。
【００３１】
ステップＳ１４では、速度制御を伴う逆回転動作が行われる。ステップＳ１５では、ステップＳ１４の逆回転動作開始から時間Ｔ５（例えば０．５秒）が経過したか否かが判断される。時間Ｔ５は逆回転停止判断のための時間である。時間Ｔ５が経過するまではステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、スタータモータ３ａの回転速度が反転判定速度（例えば、そこまでの最高速度の７５％）まで低下したか否かが判断される。これによって、エンジン負荷が大きくなり、クランク角が上死点前（正回転方向の上死点後に対応）の高負荷位置に到達したかどうかが判断される。
【００３２】
時間Ｔ５が経過した場合（ステップＳ１５が肯定）、または回転速度が低下した場合（ステップＳ１６が肯定）は、ステップＳ１７に進んでブレーキ制御によりスタータモータ３ａの逆回転を停止させる。停止判断のための時間Ｔ６（例えば０．２秒）が経過した場合（ステップＳ１８肯定）、または回転停止とみなされる速度（例えば２３ｒｐｍ（図９▲５▼））以下になる（ステップＳ１９肯定）と、スタータモータ３ａを加速正回転させるため、ステップＳ２０（図８）に進む。
【００３３】
図８のステップＳ２０では、加速正回転を行う。位置決め後の正回転では、まず、速度制御を行わないで、電流値を固定して加速正回転させる。スタータモータ３ａの回転速度が制御開始速度（例えば、１９８ｒｐｍ（図９▲６▼））になると、速度制御を伴う正回転に切り換える。初期の制御目標値は、例えば、３３１ｐｍとする。そして、この制御目標値を予定の加速度（例えば３３００ｒｐｍ／ｓｅｃ）で変化させていく。
【００３４】
すなわち、ステップＳ２１では、一定電流での加速制限時間Ｔ７が経過したか否かが判断される。ステップＳ２２では、制御開始速度以上になったか否かが判断される。時間Ｔ６が経過するかスタータモータ３ａの回転速度が制御開始速度以上になると、ステップＳ２３に進み、制御目標値に従って速度制御を行う。制御目標値は徐々に増大させていくので、実際の回転速度も増大していく。ステップＳ２４では、回転速度がクランキング速度（例えば、８００ｒｐｍ）に到達したか否かが判断される。回転速度が増大してステップＳ２４が肯定となれば、回転速度をクランキング速度に維持するため、制御目標値をクランキング回転数に対応する値に維持して、始動のシーケンスは終了される。
【００３５】
なお、ステップＳ２３での速度制御開始後、ステップＳ２４が肯定にならないで予定の時間が経過した場合は、故障と判断して始動動作を停止してこの処理を終了するのがよい。そのために、予定時間Ｔ８が経過したか否かの判断をするステップＳ２３ａを設ける。
【００３６】
図１０は、クランキング開始制御の要部機能ブロック図である。誘起電圧検出部２７で検出された誘起電圧の波形はモータ回転速度算出部３１に入力される。モータ回転速度算出部３１は誘起電圧の周期に基づいてスタータモータ３ａの回転速度を算出する。最大速度記憶部３２は始動制御でそれまでに検出されたスタータモータ３ａの最大速度をラッチする。最大速度は回転方向が変わるとクリアされる。速度低下判定部３３は、現在のスタータモータ３ａの回転速度と予定の反転判定速度（例えば、前記最大速度の７５％）とを比較し、現在の回転速度が反転判定速度以下になっていれば、速度低下検出信号を正・逆転制御部３４に出力する。
【００３７】
正・逆転制御部３４は該速度低下検出信号に応答して、スタータモータ３ａを停止させて反転させる反転指示を駆動部３０に供給する。正・逆転制御部３４は、前記反転指示とともに正回転および逆回転時の制御目標値を駆動演算回路２９に入力し、駆動演算回路２９はスタータモータの回転速度をこの制御目標値に制御すべくスイッチング素子２２１を駆動するための周期を演算する。スタータモータ３ａは、スイッチング素子２２１の駆動周期で決定される速度で回転するよう制御される。電流供給部３５は、位置決め時およびその後の加速正回転時に初期励磁電流および始動電流をそれぞれスタータモータ３ａに供給する。
【００３８】
本実施形態によれば、最初にエンジン負荷が大きくなる位置まで正回転させ、その後、逆回転させて再びエンジン負荷が大きくなる位置で停止させる。そして、その位置から一気にクランキング可能な速度まで加速する。このように、エンジン負荷が大きくなる位置で停止させることによって、続く反転時には軽負荷になるので、加速が容易である。したがって、正・逆回転による位置決め後に始動電流を供給することにより慣性力を使用でき、圧縮行程を容易に乗り越えてクランキング動作をさせることができる。
【００３９】
なお、上述の説明では、モータの回転速度をスタータモータの誘起電圧の周期に基づいて算出するように構成した。しかし、スタータモータを次に示す方法によって制御する場合は、スタータモータの固定子巻線に供給する電流によって回転速度を算出することができる。
【００４０】
続いて、クランキング開始後のスタータモータ切り離し制御について説明する。エンジン回転速度がクランキング速度に達した後、スタータモータ３ａによるエンジンの駆動を終了するための制御、つまりスタータモータ切り離し制御に移行する。図１１は、スタータモータ切り離し制御のタイムチャートである。図１１において、タイミングｔ５でスタータモータ３ａの回転速度が目標速度（８００ｒｐｍ）に到達した後は、制御目標値を８００ｒｐｍに維持してクランキングが開始される。タイミングｔ６でエンジンが点火されると徐々にエンジン回転数は増大し、それに伴ってスタータモータ３ａの回転速度が増大する。このまま制御目標値を固定してスタータモータ３ａを制御すると、エンジン回転数が制御目標値を超えた時点からスタータモータ３ａがエンジン２の負荷となる。そこで、スタータモータ３ａの回転速度が制御開放目標値（１０００ｒｐｍ）に到達した時点（ｔ６’）でスタータモータ３ａの制御目標値を維持した制御を停止（制御開放）し、制御目標値を実際のエンジン回転数に追随させる。タイミングｔ７でスタータモータ３ａの回転速度がリレー切換目標値（１２５０ｒｐｍ）に到達したら、リレー１９，２６を切り換える。さらにスタータモータ３ａの回転速度が完全に始動したと判断される始動完了速度（１５００ｒｐｍ）に到達したタイミングｔ８でＥＣＵのスタート信号をオフにする。
【００４１】
タイミングｔ６’で制御開放した後、エンジン２が失速して回転速度が低下してくると再び速度制御を行ってクランキングを続ける。すなわち、回転速度が第３速度に対応する失火判断速度（９００ｒｐｍ）まで低下したタイミングｔ９で制御目標値をクランキング速度（８００rpm）に設定して速度制御を伴うクランキングを再開する。
【００４２】
上記切り離し制御を、図１２のフローチャートを参照して説明する。ステップＳ３０では制御目標値を維持してクランキングが行われる。ステップＳ３１ではエラー判断のための時間Ｔ８が経過したか否かが判断される。ステップＳ３２ではスタータモータ３ａの回転速度がエンジン２の初爆開始速度（制御開放目標値）以上になったか否かが判断される。初爆開始速度以上であれば、ステップＳ３３に進む。時間Ｔ８が経過してもスタータモータ３ａの回転速度が初爆開始速度以上にならない場合は、ステップＳ３１からステップＳ３８に進んでスタータモータ３ａの駆動を停止する。
【００４３】
ステップＳ３３では、スタータモータ３ａの制御目標値を実際の回転速度に追随して変化させる。ステップＳ３４ではエラー判断のための時間Ｔ９が経過したか否かが判断される。ステップＳ３５ではスタータモータ３ａの回転速度がエンジン２の失火判断速度以下に低下したか否かで失火の有無が判断される。
【００４４】
失火していなければステップＳ３６に進んでスタータモータ３ａの回転速度がエンジン２の完爆速度以上になったか否かが判断される。完爆速度以上になったならばステップＳ３７に進んで、リレー１９，２６が発電回路側に切り換えられる。
【００４５】
ステップＳ３４で時間Ｔ９が経過したときはステップＳ３８に進んでスタータモータ３ａの駆動を停止する。ステップＳ３５で失火と判断されればステップＳ３０に進んで再びクランキングが開始される。発電回路側への切換が行われたならば、ステップＳ３８に進み、スタータモータ３ａの駆動を停止してこの切り離し制御を終了する。
【００４６】
図１はスタータモータ切り離し制御の要部機能を示すブロック図であり、図１０と同符号は同一または同等部分を示す。速度判定部３６は、モータ回転速度算出部３１で算出されたスタータモータの回転速度を監視し、モータ回転速度が制御開放目標値以上か、失火判断速度以下に低下したか、リレー切換速度以上か等を判定し、それぞれの判定結果に従って制御開放信号ｓ１、失火信号ｓ２、リレー切換信号ｓ３を出力する。駆動演算回路２９は、スタータモータ３ａの実回転速度が制御目標値設定部３７に設定された制御目標値に収斂するように、スイッチング素子２２１の駆動周期を演算する。
【００４７】
制御目標値設定部３７には、クランキング速度が制御目標値として記憶されていて、速度制御中（タイミングｔ５〜ｔ６’の間）はこの制御目標値が駆動演算回路２９に入力される。目標値置換部３８はこの制御目標値をスタータモータ３の現在の回転速度で置き換える。つまり、制御開放信号ｓ１が目標値置換部３８に入力されると、制御開放信号ｓ１に応答して制御目標値設定部３７に設定される制御目標値が実回転速度で置き換えられる。また、目標値置換部３８は、失火信号ｓ２が入力されると、目標値の置き換えを解除して、制御目標値設定部３７の制御目標値を再クランキングのため再びクランキング速度に再び戻す。リレー制御部３９はリレー切換信号ｓ３に応答してリレー１９を発電機側に接続し、リレー２６を開放する。
【００４８】
図１３は、変形例に係るスタータモータ制御装置の構成を示すブロック図である。なお、以下の説明では、スタータモータ３ａのロータ１２の外周に沿って設けられる磁石１１で形成される磁束がロータ１２を径方向に貫く軸をｄ軸と呼ぶ。また、ステータコイルで形成される磁束がロータ１２を径方向に貫く軸をｑ軸と呼ぶ。これらｄ軸およびｑ軸に各層の電流をベクトル分解することによりスタータモータ３ａの動作を把握し、その結果に基づいて制御が行われる。
【００４９】
図１３において、スタータモータ制御装置は、電流目標値演算部４１、２相／３相変換部４２、ＰＷＭ制御部４３、インバータ回路つまりスイッチング素子２２１、３相／２相変換部４４、および回転角度推定部４５を備える。電流目標値演算部４１は回転速度目標値に基づいて決定されたｑ軸電流目標値と実際にスタータモータ３ａに供給された電流（ｑ軸電流測定値）とに基づいてｑ軸電流出力値を演算するとともに、ｄ軸電流測定値および回転角度推定部４５で推定された回転速度とに基づいてｄ軸電流出力値を演算する。ｑ軸電流出力値およびｄ軸電流出力値は２相／３相変換部４２と回転角度推定部４５に入力される。
【００５０】
２相／３相変換部４２は入力を３相のＰＷＭデータに変換してＰＷＭ制御部４３に出力する。ＰＷＭ制御部４３はＰＷＭデータに基づいてインバータ回路２２１の各スイッチング素子のオン・オフデューティを算出し、インバータ回路２２１にオン・オフ信号を入力する。インバータ回路２２１は、各相の電流を検出し、３相／２相変換部４４に入力する。３相／２相変換部４４から出力されるｑ軸電流測定値とｄ軸電流測定値は回転角度推定部４５および電流目標値演算部４１に入力される。
【００５１】
回転角度推定部４５は、前回のｑ軸電流出力値およびｄ軸電流出力値と今回のｑ軸電流測定値およびｄ軸電流測定値との偏差により回転角度(rad)と回転速度(rad/sec)とを推定する。回転角度は２相／３相変換部４２および３相／２相変換部４４に供給され、回転速度は電流目標値演算部４１に供給される。なお、回転角度推定部４５は、例えば、特開平８−３０８２８６号公報に開示された構成とすることができる。
【００５２】
本実施形態の始動制御において、クランク軸４の位置決めのための正・逆回転および始動のための加速正回転、並びにクランキング開始後の速度制御で使用されるスタータモータ３ａの回転速度情報は、前記回転角度推定部４５で推定される回転速度に基づいて決定できる。
【００５３】
図１４は、ｑ軸電流による回転速度制御のフローチャートである。図１４において、ステップＳ３０では、モータ回転速度の目標値と推定回転速度との差を算出する。ステップＳ３１では、ステップＳ３０で算出された速度差に基づいてｑ軸電流出力値を算出する。速度差が大きいほどｑ軸電流出力値が大きくなるように設定した算出式が使用される。ステップＳ３２では、ｑ軸電流測定値と現在の回転速度に基づいてｄ軸電流出力値を算出する。ｑ軸電流測定値と現在の回転速度が大きいほどｄ軸電流出力値が大きくなるように設定した算出式が使用される。ステップＳ３３では、ｑ軸電流出力値およびｄ軸電流出力値により決定されたインバータ回路２２１を制御するＰＷＭ信号が出力される。この制御では、ｄ軸電流値によりｑ軸電流の位相ずれが生じる。そして、この位相ずれによって電機子反作用効果による減磁効果が発生し、スタータモータ３ａの界磁が減少する。したがって、スタータモータ３ａの回転速度は目標回転速度に制御される。
【００５４】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、請求項１〜請求項５の発明によれば、エンジンに接続されたモータの速度制御をエンジン始動後も維持する場合であっても、該モータがエンジンの回転に対してブレーキとして作用することを抑制することができる。特に、この効果を速度制御の目標値を置き換えるだけの簡単な処理で達成できる。
【００５５】
また、請求項２の発明によれば、モータの回転速度がクランキング回転数を予定値以上上回ったとき、つまりモータがエンジンに連れ回りしたと判断されたときに目標回転速度を実回転速度に置き換えて、連れ回り発生時に、エンジンに対してモータが負荷となることを回避することができる。
【００５６】
また、請求項３の発明によれば、エンジン回転速度が一旦クランキング回転数に到達して失火した場合、つまり完爆後に起動失敗しても速やかに再始動手順に移行できる。
【００５７】
さらに、請求項４，５の発明によれば、回転子の位置検出用センサを設けずに巻線の誘起電圧または巻線に供給される電流に基づいてモータの制御を行うモータを含む始動装置において、エンジンの回転速度を検出してエンジン始動後にモータがブレーキとして作用することを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施形態に係るエンジン始動装置の要部であるモータ切り離し制御の機能ブロック図である。
【図２】 スタータモータとしてブラシレスモータを使用したエンジン発電装置の側面図である。
【図３】 図２のＶ−Ｖ断面図である。
【図４】 エンジン発電装置のシステム図である。
【図５】 センサレス駆動部の要部機能を示すブロック図である。
【図６】 エンジン発電装置の始動制御の全体動作を示すタイムチャートである。
【図７】 エンジン発電装置の始動制御のフローチャート（その１）である。
【図８】 エンジン発電装置の始動制御のフローチャート（その２）である。
【図９】 始動制御の要部タイムチャートである。
【図１０】 エンジン始動時の始動位置決め制御の機能ブロック図である。
【図１１】 モータ切り離し制御のタイムチャートである。
【図１２】 モータ切り離し制御のフローチャートである。
【図１３】 変形例に係るスタータモータ制御装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】 回転速度制御のフローチャートである。
【符号の説明】
３…発電機、 ３ａ…モータ、 ４…クランク軸、 ８…ステータ、 １９，２６…リレー、 ２２…スタータドライバ、 ２３…整流回路、 ２７…誘起電圧検出部、 ２８…位置検出部、 ２９…駆動演算回路、 ３０…駆動部、 ３１…モータ回転速度算出部、 ３６…速度判定部、 ３７…制御目標値設定部、３８…目標値置換部、 ２２１…スイッチング素子（インバータ）

Claims (5)

1. エンジンを始動するモータと、
   前記モータの目標回転速度を設定する目標回転速度設定手段と、
   前記モータの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   前記モータの回転速度を前記目標回転速度に収斂するよう制御する制御手段と、
   エンジン始動時に、前記モータの回転速度が前記目標回転速度を予定値以上上回った初爆開始速度になったことを検出する回転速度判定手段と、
   前記回転速度判定手段で、前記モータの回転速度が前記初爆開始速度になったことが検出された場合に、前記モータの回転速度で前記目標回転速度を置き換える目標値置換手段とを具備したことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記目標回転速度が、予定のクランキング回転数であることを特徴とする請求項１記載のエンジン始動装置。
3. 前記モータの回転速度が前記予定値以上上回った状態から、前記クランキング回転数近傍に設けられる失火判断速度以下に低下した場合には、前記目標回転速度を前記クランキング回転数に戻すように構成されたことを特徴とする請求項２記載のエンジン始動装置。
4. 前記モータが、ブラシレスモータであり、
   ３相固定子巻線のうち、２相に駆動用通電をしたときに通電されていない巻線に誘起される電圧信号に基づいて回転子の回転位置信号および回転速度信号を形成するように構成され、
   前記回転速度検出手段が、前記回転速度信号に基づいてモータの回転速度を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン始動装置。
5. 前記モータが、ブラシレスモータであり、
   固定子巻線に通電するための電流出力値と前記固定子巻線での電流測定値との偏差に基づいて回転子の回転位置信号および回転速度信号を形成するように構成され、
   前記回転速度検出手段が、前記回転速度信号に基づいてモータの回転速度を検出することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン始動装置。

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