JP3997683B2

JP3997683B2 - 内燃機関の始動装置

Info

Publication number: JP3997683B2
Application number: JP2000077573A
Authority: JP
Inventors: 幹雄松本; 祐樹中島
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-03-21
Filing date: 2000-03-21
Publication date: 2007-10-24
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2001263209A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関（以下単にエンジンという）をその出力軸に連結された電気モータ（以下単にモータという）を用いて始動するエンジンの始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃費向上のためのアイドルストップ装置として、所定のアイドルストップ条件（停止条件）が満足されるとエンジンを自動的に停止させ、その後、所定のアイドルストップ解除条件（始動条件）が満足されるとエンジンを自動的に始動させ、この始動時にエンジンの出力軸に連結されたモータを用いるものがある。尚、モータ用のバッテリには、エンジンによる車両走行中にモータを発電機として用いて充電する。
【０００３】
この場合のエンジンの始動方法としては、特開平９−１１７０１２号公報に記載されているように、モータ（発電機の電動機動作）により停止状態のエンジンを該エンジンに固有の予め定められたアイドル回転数にほぼ等しい回転数まで回転させ、これによりエンジンの回転数がアイドル回転数にほぼ達した後にエンジンに燃料供給並びに点火動作を開始し、その後、モータの作動（発電機の電動機としての作動）を解除することが提案されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような従来のアイドルストップ車両におけるエンジンの始動装置にあっては、モータによりエンジン回転数を目標とするアイドル回転数まで上昇させる際に、エンジンの始動直後の発生トルクによっては、エンジン回転数が上昇し過ぎてしまい（オーバーシュート）、特にクラッチを設けることなく、トルクコンバータ付きの自動変速機を用いて、Ｄレンジで始動する場合に、クリープ駆動力が所望以上となるような回転数にまで、エンジン回転が上昇して、車両へのショックが発生したり、エンジン回転数が変動している間に、始動のための燃料噴射及び点火が行われてしまい、始動の確実性が損なわれるという問題点があった。
【０００５】
また、エンジンが確実に始動できてない時点で、モータの作動を解除した場合、多少ともエンジン回転の落ち込みを生じたり、回転変動を生じるという問題点があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑み、比較的速やかに、かつ回転変動等を生じることなく、エンジンを確実に始動できるようにすることを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
図１を参照し、請求項１に係る発明では、エンジンをその出力軸に連結されたモータを用いて始動するエンジンの始動装置において、エンジンの始動に先立って、モータ回転数が目標回転数付近に達するまで、モータに所定の起動用トルクを発生させる指令を与えるトルク制御手段と、モータ回転数が目標回転数付近に達した後に、モータにモータ回転数と目標回転数との偏差に応じたトルク指令を与えて、モータ回転数を目標回転数にフィードバック制御する回転数制御手段と、前記トルク制御手段によるトルク制御から前記回転数制御手段による回転数制御に移行した後、所定時間経過した時点、あるいは目標回転数に収束した時点で、内燃機関の始動操作を行う始動操作手段と、を設けたことを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明では、エンジンの始動操作後に、エンジンがトルクを発生したか否かを判定するエンジントルク発生判定手段を設けたことを特徴とする。
請求項３に係る発明では、前記エンジントルク発生判定手段は、モータの回生電力に基づいて、エンジンがトルクを発生したか否かを判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項４に係る発明では、前記エンジントルク発生判定手段によりエンジンがトルクを発生したことを判定した後に、前記回転数制御手段による回転数制御を解除する回転数制御解除手段を設けたことを特徴とする。
【００１１】
請求項５に係る発明では、前記回転数制御手段による回転数制御開始時の初期トルクを、前記トルク制御手段によるトルク制御時の所定の起動用トルクとすることを特徴とする。
【００１２】
請求項６に係る発明では、車両走行用の駆動源としてエンジンとモータとを備える車両であって、所定のアイドルストップ条件にてエンジンを自動的に停止させた後、所定のアイドルストップ解除条件にてエンジンを自動的に始動させるアイドルストップ装置を有するものに適用することを特徴とする。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に係る発明によれば、エンジンの始動に先立って、モータ回転数（エンジン回転数）が目標回転数付近に達するまで、モータに所定の起動用トルクを発生させる指令を与え、モータ回転数が目標回転数付近に達した後に、モータにモータ回転数と目標回転数との偏差に応じたトルク指令を与えて、モータ回転数を目標回転数にフィードバック制御することで、トルク制御によりモータを早期に目標回転数付近まで起動できる一方、起動後は回転数制御により回転を一定に保つことで回転変動を防止して回転安定性を向上し、確実な始動を実現できる。
【００１４】
また、トルク制御から回転数制御に移行した後に、エンジンの始動操作（具体的には燃料供給、点火等）を行うことで、エンジン始動の確実性を向上し、また始動時の不要トルクの発生等を防止できる。すなわち、吸気流速が十分に上昇して、燃焼しやすい状態で始動することにより、確実な始動を実現でき、また、回転を一定に保つように制御し始めてから始動することで、吸気量が大き過ぎる場合の不要トルクの増大や、吸気量が小さ過ぎる場合のトルクの落ち込み等によるトルク変動を防止できる。
特に、トルク制御から回転数制御に移行した後、所定時間経過した時点、あるいは目標回転数に収束した時点で、エンジンの始動操作を行うことで、モータの回転数制御により回転を一定に保った状態でエンジンを始動することにより、確実に始動できる。
【００１５】
請求項２に係る発明によれば、エンジンの始動操作後に、エンジンがトルクを発生したか否かを判定することで、エンジンの自立運転が可能か否かを確実に判定することができる。
【００１６】
請求項３に係る発明によれば、モータの回生電力に基づいて、エンジンがトルクを発生したか否かを判定することで、すなわち、エンジンのトルク発生により、モータに負のトルク（回生トルク）が発生して、回生電力が得られたか否かにより判定することで、判定のための特別なセンサ等の追加が不要でありながら、確実に完爆判定を行うことができる。
【００１７】
請求項４に係る発明によれば、エンジンがトルクを発生したことを判定した後に、回転数制御を解除することで、エンジン自立がばらついた際の回転変動を防止することができる。
【００１８】
請求項５に係る発明によれば、回転数制御開始時の初期トルクを、トルク制御時の所定の起動用トルクとすることで、モータ制御切換時（トルク制御→回転数制御の切換時）のトルク変動を抑制することができる。
【００１９】
請求項６に係る発明によれば、アイドルストップ装置を有する車両に適用することで、アイドルストップ後のエンジンの再始動を確実なものとすることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態について説明する。
図２は本発明の一実施形態を示すアイドルストップ車両のシステム図である。
【００２１】
エンジン１の出力軸にモータ（モータジェネレータ）２の回転軸を直結してある。こうして、エンジン１の出力側に、モータ２を介して、トルクコンバータ３付きの自動変速機４を連結し、この変速機４の出力軸５によりデフ６を介して車軸７を駆動するようにしてある。
【００２２】
モータ２は、高電圧バッテリ８にインバータ９を介して接続されており、始動時（エンジンキースイッチによる始動時及びアイドルストップ後の始動時）に、高電圧バッテリ８から電力の供給を受けて作動し、始動時以外は、発電機として、バッテリ８に充電するようになっている。このように、モータ２を主にアイドルストップ装置の始動用とすることで、バッテリ８の小型化等を図ることができる。
【００２３】
コントロールユニット１０は、エンジン１、モータ２及び自動変速機４の作動を制御するもので、エンジンキースイッチ、クランク角信号を出力しこれによりエンジン回転数（モータ回転数）Ｎを検出可能なクランク角センサ、アクセルペダルの踏込み量ＡＰＯを検出するアクセルペダルセンサ、スロットル弁の開度ＴＶＯを検出するスロットルセンサ、アクセルペダルの踏込み無し或いはスロットル弁全閉のときにＯＮとなるアイドルスイッチ、ブレーキペダルの踏込みによりＯＮとなるブレーキスイッチ、車速ＶＳＰを検出する車速センサ等から信号が入力されている。但し、これらのセンサ・スイッチの図示は省略した。
【００２４】
図３はエンジン始動用ルーチンのフローチャートであり、図５のタイムチャートを併せて参照しつつ説明する。
ステップ１（図にはＳ１と記す。以下同様）では、起動要求フラグ＝１（起動要求有り）か否かを判定する。
【００２５】
この起動要求フラグは、エンジンキースイッチ（スタートスイッチ）による通常のエンジン始動時の他、アイドルストップ条件にてエンジンを自動的に停止した後、アイドルストップ解除条件にてエンジンを自動的に始動させる場合に、別ルーチンにより１にセットされる。
【００２６】
ここで、アイドルストップ条件とは、例えば、アイドルスイッチＯＮで、エンジン回転数Ｎがアイドル回転数付近で、車速ＶＳＰ＝０のアイドル運転時であって、かつブレーキスイッチＯＮのときとする。アイドルストップ解除条件とは、アイドルストップ後に、例えば、アイドルスイッチＯＦＦ（アクセルペダル踏込み）で、ブレーキスイッチＯＦＦとなったときとする。
【００２７】
起動要求フラグ＝１（起動要求有り）の場合は、ステップ２へ進む。
ステップ２では、モータ２をトルク制御する。すなわち、モータ２に所定の起動用トルク（最大トルク）Ｔｍｘを発生させる指令を与え、これによりモータ２を起動する。従って、トルク指令値Ｔｍ＝Ｔｍｘである。このように、モータ２をトルク制御で起動させることで、早期に起動できる。
【００２８】
ステップ３では、モータ２のトルク制御により、モータ回転数（エンジン回転数）Ｎが目標回転数（目標アイドル回転数）Ｎ０付近、より具体的には、目標回転数Ｎ０より５０〜１００rpm 低い所定回転数Ｎｓに達したか否かを判定し、モータ回転数Ｎ≧所定回転数Ｎｓとなった場合に、ステップ４へ進む。
【００２９】
ステップ４では、モータ２のトルク制御を終了し、これに代えて、モータ２の回転数制御を開始する。
モータ２の回転数制御は、モータ回転数（エンジン回転数）Ｎと目標回転数Ｎ０との偏差に応じたトルク指令を与えて、モータ回転数Ｎを目標回転数Ｎ０にフィードバック制御する。
【００３０】
具体的には、図４に回転数制御のフローチャートを示すように、先ずステップ１１にて、回転数制御開始時か否かを判定し、回転数制御開始時は、ステップ１２にて、トルク指令値Ｔｍをトルク制御中の所定の起動用トルクＴｍｘとする（Ｔｍ＝Ｔｍｘ）。これにより、モータ制御切換時（トルク制御→回転数制御の切換時）のトルク変動を抑制できる。
【００３１】
その後、ステップ１３にて、モータ回転数Ｎと目標回転数Ｎ０との回転数偏差ΔＮ＝Ｎ０−Ｎを算出し、ステップ１４にて、ＰＩＤ制御により、回転数偏差ΔＮに応じて、トルク指令値Ｔｍを前回値に対し増大又は減少させる。
【００３２】
詳しくは、次式により、トルク指令値Ｔｍを算出する。

すなわち、前回のトルク指令値Ｔｍｚに、回転数偏差（Ｎ０−Ｎ）に比例ゲインＫｐを乗じた値、回転数偏差の積分値Σ（Ｎ０−Ｎ）に積分ゲインＫｉを乗じた値、回転数偏差の微分値（Ｎ０−Ｎ）’に微分ゲインＫｄを乗じた値を加算して、トルク指令値Ｔｍを更新する。
【００３３】
ステップ５では、回転数制御開始後、所定時間経過したか（あるいは目標回転数Ｎ０に収束したか）否かを判定し、所定時間経過した場合に、ステップ６へ進む。
【００３４】
ステップ６では、エンジン１に対し始動操作を行って、始動させる。具体的には、燃料の供給を開始し、また点火を開始して、始動させる。このように、モータ２の回転数制御により回転を一定に保った状態でエンジン１を始動することにより、確実に始動できる。
【００３５】
ここで、エンジン１の出力を電制スロットル弁等の制御により目標回転数（目標アイドル回転数）Ｎ０相当値より増大させるようにし、その一方、モータ２の回転数制御によりモータ回転数（エンジン回転数）Ｎを目標アイドル回転数Ｎ０に制御することで、モータ２によりエンジン１の余分なトルクを発電トルクとして吸収させる。これにより、モータ２に負のトルク（回生トルク）を生じ、回生電力を生じる。
【００３６】
ステップ７では、エンジン１がトルクを発生したか否かを判定する（完爆判定）。これは、モータ２の回生トルクによる回生電力に基づいて行う。すなわち、モータ２のトルクが正から負に反転したことをもって、完爆と判定する。
【００３７】
エンジン１がトルクを発生したことを判定した場合は、ステップ８へ進む。
ステップ８では、モータ２の回転数制御を解除する。このように、エンジンがトルクを発生したことを判定した後に、モータ２の回転数制御を解除することで、エンジン１の自立がばらついた際の回転変動を防止できる。
【００３８】
但し、モータ２の回転数制御の解除は、エンジン１の完爆判定の直後である必要はなく、完爆判定以降であればいつでもよく、図５のタイムチャートでも、完爆判定後も回転数制御を続行している。
【００３９】
最後に、ステップ９では、起動要求フラグ＝０にリセットして、本ルーチンを終了する。
ここで、ステップ２，３の部分がトルク制御手段に相当し、ステップ３，４の部分が回転数制御手段に相当し、ステップ６の部分が始動操作手段に相当し、ステップ７の部分がエンジントルク発生判定手段に相当し、ステップ８の部分が回転数制御解除手段に相当する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の構成を示す機能ブロック図
【図２】本発明の一実施形態を示すアイドルストップ車両のシステム図
【図３】エンジン始動用ルーチンのフローチャート
【図４】回転数制御ルーチンのフローチャート
【図５】エンジン始動時のタイムチャート
【符号の説明】
１エンジン
２モータ
３トルクコンバータ
４自動変速機
８バッテリ
１０コントロールユニット

Claims

内燃機関をその出力軸に連結された電気モータを用いて始動する内燃機関の始動装置において、
内燃機関の始動に先立って、モータ回転数が目標回転数付近に達するまで、電気モータに所定の起動用トルクを発生させる指令を与えるトルク制御手段と、
モータ回転数が目標回転数付近に達した後に、電気モータにモータ回転数と目標回転数との偏差に応じたトルク指令を与えて、モータ回転数を目標回転数にフィードバック制御する回転数制御手段と、
前記トルク制御手段によるトルク制御から前記回転数制御手段による回転数制御に移行した後、所定時間経過した時点、あるいは目標回転数に収束した時点で、内燃機関の始動操作を行う始動操作手段と、
を設けたことを特徴とする内燃機関の始動装置。
内燃機関の始動操作後に、内燃機関がトルクを発生したか否かを判定するエンジントルク発生判定手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の始動装置。
前記エンジントルク発生判定手段は、電気モータの回生電力に基づいて、内燃機関がトルクを発生したか否かを判定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の始動装置。
前記エンジントルク発生判定手段により内燃機関がトルクを発生したことを判定した後に、前記回転数制御手段による回転数制御を解除する回転数制御解除手段を設けたことを特徴とする請求項２又は請求項３記載の内燃機関の始動装置。
前記回転数制御手段による回転数制御開始時の初期トルクを、前記トルク制御手段によるトルク制御時の所定の起動用トルクとすることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の始動装置。
車両走行用の駆動源として内燃機関と電気モータとを備える車両であって、所定のアイドルストップ条件にて内燃機関を自動的に停止させた後、所定のアイドルストップ解除条件にて内燃機関を自動的に始動させるアイドルストップ装置を有するものに適用することを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の内燃機関の始動装置。