JP4103566B2 - Engine starter for vehicle - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動および発電を行う電動発電機を有する車両用エンジン始動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、エンジン始動と、エンジン始動後の発電とを少なくとも行う電動発電機を装備する車両用エンジン始動装置が公知である。また、エンジンと電動発電機とをクラッチ機構を通じて連結し、電動発電機に補機(たとえばエアコン用コンプレッサ)を連結し、エンジン運転中は発電を行い、エンジン停止状態にて補機を駆動する技術(エンジン停止時補機駆動技術ともいう)も提案されている。
【0003】
上記したエンジン始動と発電とを一つの交流回転電機で行う技術は、直流モータと発電専用の交流回転電機とを用いる従来の車両用電機系に比較して、回転電機の個数を低減できるとともに、整流子摩耗の心配がないため頻繁なエンジン始動が要求されるアイドルストップ車の信頼性を向上できる。
【0004】
しかしながら、上記したエンジン始動・発電兼用の交流回転電機(通常同期機)には、エンジン始動に要求される大トルク発生のために、体格重量が従来の発電専用交流回転電機に比較して格段に増大するという問題があった。
【0005】
これに対して、下記の特許文献1は、エンジン始動に際してクラッチ機構を切り離して電動発電機をある回転数まで回転させてからクラッチ機構を継合してエンジン始動に電動発電機の慣性エネルギーを利用することにより電動発電機の必要トルクを低減し、その小型軽量化を図ることを提案している。
【0006】
【特許文献1】
特開2002−89417号公報
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した公報のエンジン始動法(以下、慣性始動法とも呼ぶものとする)では、電動発電機の回転数立上げ時間の分だけエンジン始動に要する時間が延長されるため、迅速なエンジン始動を行えないという欠点の他、回転軸対をそれらの静止状態でクラッチ機構を継合できないためクラッチ機構の消耗も問題となるという問題があった。
【0008】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、エンジン始動に要する時間の延長やクラッチ機構の消耗を抑止しつつ、電動発電機の小型軽量化を実現可能な車両用エンジン始動装置を提供することをその目的としている。
【0009】
【課題を解決するための手段】
本発明の車両用エンジン始動装置は、いわゆるアイドルストップ車に好適に適用されるものであり、ロータの回転角を検出する回転角センサを有するとともにエンジンにクラッチ機構を介して双方向動力伝達可能に連結される同期機からなる電動発電機と、直流電源および電気負荷と前記電動発電機との間に配置されて双方向直交電力変換を行うともに前記電動発電機の電動動作時に前記電動発電機にパルス電圧又は段階的に変化するステップ電圧を印加するインバータ回路と、エンジン始動指令入力時に前記回転角に基づいて前記インバータ回路を制御することにより前記電動発電機の発生トルクを前記クラッチ機構を通じて前記エンジンに伝達して前記エンジンを始動させるエンジン始動動作を行うコントローラとを備える車両用エンジン始動装置において、
前記コントローラが、前記エンジンの始動に際して、予め前記クラッチ機構が切り離された状態で前記ロータを発生トルク最大位置近傍へ回動させておくロータ予備回動動作を前記エンジン始動のための前記クラッチの接続を行う前に実施することを特徴としている。これにより、エンジン始動および発電を行う電動発電機を用いてエンジン始動場合においてエンジン始動に要する時間の延長を防止し、クラッチ機構の消耗を抑止しつつ、電動発電機の小型軽量化を実現することができる。
【0010】
すなわち、前記電動発電機にパルス電圧又は段階的に変化するステップ電圧を印加する場合、電動トルクの大きさは、ロータの回転角、正確にはロータ磁極位置の変化により周期的に変化することが知られている。たとえば三相同期機では、電気角π/3ごとに発生トルク最大位置点が生じる。
【0011】
本発明者は、電動発電機がエンジンにクラッチ機構を通じて連結される装置構成においては、エンジン停止状態にてクラッチ機構を切り離して電動発電機を自由に回動できることと、上記電動発電機の周期的なトルク変動現象との組み合わせに着目したものであり、電動発電機の自由回動機能を利用してエンジン始動前に電動発電機を上記周期的変動における発生トルク最大位置に予め回動しておくことにより、その後のエンジン始動に際して電動発電機のトルクすなわちエンジン始動トルクを最大とすることができるのでその分だけ電動発電機を小型化でき、更に上記慣性始動を行わないためクラッチ機構の摩耗も低減することができる。
【0012】
好適態様において、前記電動発電機は、前記クラッチ機構を介さずに所定の補機に連結され、前記コントローラは、前記エンジン始動指令入力時に前記電動発電機が前記補機を駆動している場合に前記ロータ予備回動動作を実施することなく前記エンジン始動動作を実施することを特徴としている。
【0013】
これにより、たとえばエンジン停止時に補機(通常はエアコン用コンプレッサ)駆動を行うアイドルストップ車用のエンジン始動・発電・独立補機駆動機能をもつ電動発電機装置において、電動発電機が補機駆動している場合にはロータ予備回動動作を行うことなく自己の慣性エネルギーを利用してただちにエンジン始動を行うことができ、エンジン始動指令入力後にわざわざロータ予備回動動作を行うことによりエンジン始動に要する時間が長くなるという不具合を解消することができ、結局、電動発電機が停止している場合も補機駆動している場合も小型の電動発電機により速やかなエンジン始動を実現することができる。
【0017】
好適態様において、前記コントローラは、前記予備回動により、前記電動発電機のロータを最大トルク位置ー10度〜最大トルク位置+10度の範囲に回動させる。これにより、電動発電機が発生するエンジン始動トルクを良好に増大させることができる。
【0018】
好適態様において、前記電動発電機は、三相同期機からなり、前記エンジン始動の少なくとも初期に前記インバータ回路を120度通電制御し、前記エンジン回転数が所定値を超えれば前記インバータ回路を180度通電制御する。
【0019】
同期機は、120度通電制御される場合に起動トルクが最大となるが、高速時のトルクは180度通電もしくは正弦波通電により制制御される場合の方が大きい。したがって、この態様によれば、エンジン始動開始時点のトルクすなわち起動トルクを向上するとともに、エンジン始動によりエンジン回転数が上昇した後のエンジン回転数の増加を速やかとして(吹き上がりを改善して)、エンジン始動に要する時間を一層短縮することができる。
【0020】
【発明の実施の形態】
本発明の車両用エンジン始動装置の好適実施態様を図1に示すブロック図を参照して以下に説明する。
【0021】
(全体構成の説明)
図1において、1はエンジン、2は電動発電機、3は回転角センサ、4はバッテリ、5は電気負荷、6はインバータ回路、7はクラッチ機構、8はコントローラ、9はベルト、10はエアコン用コンプレッサ(補機)である。
【0022】
エンジン1は、エンジンプーリに内蔵されるクラッチ機構7を通じてエンジンプーリに連結され、エンジンプーリは、電動発電機2およびエアコン用コンプレッサ(補機)10の回転軸にそれぞれ固定されたプーリとベルト9により連結されている。
【0023】
電動発電機2は、三相同期機からなり、インバータ回路6を通じてバッテリ4と電力を授受するとともに電動発電機2に給電している。
【0024】
インバータ回路6は、電動発電機2とバッテリ4とを双方向直交電力変換可能に接続し、電動発電機2の電動動作においてバッテリ4から給電される直流電力を三相交流電力に変換して電動発電機2に給電し、電動発電機2の発電動作において電動発電機2が発電した三相交流電力を三相全波整流してバッテリ4および電気負荷5に供給する。なお、この実施例では、インバータ回路6は、三相インバータ回路であって、3つの上アームと3つの下アームを有し、各アームはスイッチング素子およびそれと逆並列接続されたダイオードからなる。MOSトランジスタを用いる場合にはスイッチング素子はダイオードを兼ねることができるthコントローラ8は、電動発電機2の電動動作時に回転角センサ3が出力する回転角信号に基づいてインバータ回路6の各アームを構成するスイッチング素子を断続制御するとともに、クラッチ機構7を構成する電磁クラッチの離合を制御する。
【0025】
上記した車両用エンジン始動装置は周知の構成であり、これ以上の詳細説明は省略する。
【0026】
図1に示す車両用エンジン始動装置の電気回路系を図2に示す。図2において、2aは電動発電機2のロータ、2bは電動発電機2のステータコイルを構成する3つの相コイルである。
【0027】
電動発電機2のトルク変動現象を図3に図示する。電動発電機2の三相のステータコイルに正弦波を通電する正弦波通電制御(図4参照)を行う場合には、電動トルクの周期変動はほとんど生じないが、120度通電制御(図6参照)や180度通電制御(図5参照)を行う場合には、電気角60度周期でトルクリップルが生じる。このトルクリップルの原因は、これら120度通電制御や180度通電制御では印加電圧波形が正弦波から相当に歪んでいるために、この歪みに対応してトルクが変動するためである。
【0028】
(同期電動機のトルク脈動の説明)
次に、各通電制御方式の違いによるモータ起動時の起動トルクの違いについて図7〜図12を参照して以下に説明する。なお、図7〜図12は、U相ベクトル電圧を紙面上下方向としたU、V、W座標系における各相のベクトル電圧およびそれらの合成ベクトル電圧を示す。U、V、W座標軸上の矢印記号と同じ向きのベクトル電圧を正方向の電圧値をもつとし、逆向きのベクトル電圧は負方向の電圧値をもつものとする。各ベクトル電圧の長さは電圧の大きさを示し、各ベクトル電圧近傍に記載する数字はそのベクトル電圧の大きさを示し、太字で記載する数字は三相合成ベクトル電圧の大きさを示す。
【0029】
図7〜図9はそれぞれ、左から順にロータが電気角度0度、30度、60度、90度の位置にある場合の各相のベクトル電圧およびそれらの合成ベクトル電圧を示し、図10〜図12はそれぞれ、左から順にロータが電気角度0度、15度、30度の位置にある場合の合成ベクトル電圧(実線で示す)およびこの合成ベクトル電圧を所定位相の軸線に投影した投影ベクトル電圧(破線で示す)を示す。
【0030】
この所定位相の軸線とは、電動機の発生トルクが最大となるような通電位相をもつ軸線であり、図中では一点鎖線で示す。実際には、この通電位相は電流や回転子仕様等の条件により多少変化するが、ここでは簡単に回転子の主磁束よりも電気角度90度進んだ位相であると仮定する。
【0031】
図7は、正弦波通電制御を行う場合における相ベクトル電圧および合成ベクトル電圧を示す。正弦波通電制御では、合成ベクトル電圧は常に同じ大きさで連続的に回転子位置に追従して回転する。
【0032】
図8は、180度通電制御を行う場合における相ベクトル電圧および合成ベクトル電圧を示す。180度通電制御では、正弦波通電制御のそれと等しい大きさの合成ベクトル電圧が電気角60度間隔で断続的に回転子位置に追従して回転する(切り替わる)。
【0033】
図9は、120度通電制御を行う場合における相ベクトル電圧および合成ベクトル電圧の変化を示す。120度通電制御では、正弦波通電制御や180度通電制御よりも合成ベクトル電圧の大きさは大きくなるが、その位相は180度通電と同様に60度間隔で断続的に回転子位置に追従して回転する(切り替わる)。
【0034】
図10は、正弦波通電制御における合成ベクトル電圧とロータとの位相関係を示す。ロータは合成ベクトル電圧に対して常に同期回転しているため、回転子の位相(回転位置)に関わらず常に一定のトルクが発生する。
【0035】
図11は、180度通電制御における合成ベクトル電圧とロータとの位相関係を示す。上述したように180度通電制御では合成ベクトル電圧の位相が段階的に切り替わるために、たとえば電気角0度や15度では、合成ベクトル電圧位相とロータ位相とがずれてしまい、合成ベクトル電圧のうち一点鎖線上に投影したベクトル成分(トルク発生する電圧成分)は、小さくなり、結局、トルクはロータの回転に応じて電気角60度周期で変動する。
【0036】
図12は、120度通電制御における合成ベクトル電圧とロータとの位相関係を示す。上述したように120度通電制御でも合成ベクトル電圧の位相が段階的に切り替わるために、たとえば電気角15度や30度では、合成ベクトル電圧位相とロータ位相とがずれてしまい、合成ベクトル電圧のうち一点鎖線上に投影したベクトル成分(トルク発生する電圧成分)は、小さくなり、結局、トルクはロータの回転に応じて電気角60度周期で変動する。
【0037】
なお、図3に示すように、120度通電制御における最大トルクは180度通電制御における最大トルクよりも約15%大きくなる。したがって、エンジン始動開始時点では、120度通電制御を採用することが好ましい。ただし、これにもかかわらず、180度通電制御が通常採用されているのは、180度通電制御は120度通電制御よりも有効平均電圧が高くなるためである。
【0038】
(エンジン始動制御の説明)
次に、上記説明したこの実施例の車両用エンジン始動装置の制御例を図13に示すフローチャートを参照して以下に説明する。
【0039】
まず、回転角センサ3からの入力信号により電動発電機2が回転中かどうかを判定し(S100)、回転中であればクラッチ機構7に継合を指令し(S102)、通常の通電制御方法により電動発電機2を電流制御駆動してエンジン1を始動し(S104)、エンジン回転数又は電動発電機2の回転数が所定値に達したらエンジン始動完了と判定して(S105)、このエンジン始動制御を終了する。電動発電機2が回転中であるということは、通常、電動発電機2がエアコン用コンプレッサ(補機)10を駆動中であることを意味している。この場合には、電動発電機2は、自己の慣性エネルギー(運動エネルギー)も用いてエンジン始動を行うため、たとえ発生トルクが多少小さくても問題なくエンジンを始動することができる。
【0040】
次に、ステップS100においてエンジン1が停止中と判定した場合には、回転角センサ3からの入力信号に基づいてロータ回転位置が予め記憶する最大トルク発生位置近傍(その前後に電気角で+/ー10度の範囲内)かどうかを判定し(S106)、そうでなければ現在のロータ回転位置を読み込み(S108)、この現在のロータ回転位置に最も近い(又は所定の)最大トルク発生位置との間の位相差を算出し(S110)、この位相差を減らす方向へロータを回動させるべく、電動発電機2のステータコイルに所定時間通電を行い(S112)、ステップS106にリターンするルーチンを繰り返して、ロータ回転位置を上記最大トルク発生位置近傍とする。
【0041】
ステップS106において、ロータ回転位置が予め記憶する最大トルク発生位置近傍となったら、ステップS114に進んでクラッチ機構7に継合を指令し(S114)、ロータ回転数が所定値を超えたかどうかを判定し(S116)、超えていなければ120度通電制御により電動発電機2を起動し(S118)、ステップS116にリターンする。ステップS116において、ロータ回転数が所定値を超えれば、180度通電制御に切り替えて電動発電機2を駆動し(S120)、ステップS105に進む。
【0042】
(変形態様)
上記実施例の変形態様を図14に示す。
【0043】
この変形態様では、クラッチ機構7は、電動発電機2のプーリに内蔵される。この場合においても上記と同様の作用効果を奏することができる。
【0044】
(変形態様)
上記実施例の変形態様を図15に示す。
【0045】
この変形態様では、クラッチ機構7は、電動発電機2のプーリに内蔵され(もしくは電動発電機プーリと電動発電機2の回転軸との間に配置され)、かつ、補機10が省略されている。この場合においても上記と同様の作用効果を奏することができる。なお、この変形態様において、電動発電機2の回転軸に補機を直結することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の車両用エンジン始動装置の好適実施態様を示すブロック図である。
【図2】 図1に示す車両用エンジン始動装置の電気回路の要部を示す回路図である。
【図3】電動発電機のトルク変動現象示すタイミングチャートである。
【図4】電動発電機の三相のステータコイルに正弦波を通電する正弦波通電制御を示すタイミングチャートである。
【図5】電動発電機を120度通電制御する場合の各相電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図6】電動発電機を180度通電制御する場合の各相電圧の変化を示すタイミングチャートである。
【図7】正弦波通電制御における各相のベクトル電圧およびそれらの合成ベクトル電圧を示すベクトル図である。
【図8】180度通電制御における各相のベクトル電圧およびそれらの合成ベクトル電圧を示すベクトル図である。
【図9】120度通電制御における各相のベクトル電圧およびそれらの合成ベクトル電圧を示すベクトル図である。
【図10】正弦波通電制御における合成ベクトル電圧とロータとの位相関係を示すベクトル図である。
【図11】180度通電制御における合成ベクトル電圧とロータとの位相関係を示すベクトル図である。
【図12】120度通電制御における合成ベクトル電圧とロータとの位相関係を示すベクトル図である。
【図13】この実施例におけるエンジン始動制御動作を示すフローチャートである。
【図14】本発明の車両用エンジン始動装置の変形態様を示すブロック図である。
【図15】本発明の車両用エンジン始動装置の変形態様を示すブロック図である。
【符合の説明】
1 エンジン
2 電動発電機
3 回転角センサ
4 バッテリ
5 電気負荷
6 インバータ回路
7 クラッチ機構
8 コントローラ
9 ベルト
10 エアコン用コンプレッサ(補機)
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a vehicle engine starter having a motor generator for starting and generating power.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, a vehicular engine starter equipped with a motor generator that performs at least engine start and power generation after engine start is known. Technology that connects the engine and motor generator through a clutch mechanism, connects an auxiliary machine (for example, an air conditioner compressor) to the motor generator, generates power while the engine is running, and drives the auxiliary machine when the engine is stopped (Also referred to as auxiliary machine drive technology when the engine is stopped) has also been proposed.
[0003]
The technology for performing engine start and power generation with one AC rotating electric machine can reduce the number of rotating electric machines as compared with a conventional vehicle electric system using a DC motor and an AC rotating electric machine dedicated to power generation, Since there is no concern about commutator wear, the reliability of an idle stop vehicle that requires frequent engine start can be improved.
[0004]
However, the AC rotating electric machine (generally synchronous machine) for both engine starting and power generation described above has a large physique weight compared to conventional AC rotating electric machines dedicated to power generation because of the large torque required for engine starting. There was a problem of increasing.
[0005]
On the other hand, Patent Document 1 below uses the inertial energy of the motor generator to start the engine by separating the clutch mechanism when starting the engine and rotating the motor generator to a certain number of rotations and then connecting the clutch mechanism. By doing so, it has been proposed to reduce the required torque of the motor generator and reduce its size and weight.
[0006]
[Patent Document 1]
JP 2002-89417 A
[Problems to be solved by the invention]
However, in the engine start method described above (hereinafter also referred to as inertia start method), the time required for starting the engine is extended by the time required to start up the rotational speed of the motor generator. In addition to the disadvantage that the clutch mechanism cannot be engaged, the clutch mechanism cannot be engaged with the pair of rotating shafts in their stationary state.
[0008]
The present invention has been made in view of the above problems, and provides a vehicle engine starter capable of realizing a reduction in the size and weight of a motor generator while suppressing an increase in time required for engine start and consumption of a clutch mechanism. That is the purpose.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The vehicle engine starter of the present invention is suitably applied to a so-called idle stop vehicle, has a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the rotor, and can transmit bidirectional power to the engine via a clutch mechanism. an electric generator comprising a synchronous machine which is connected a DC power supply and an electrical load to the motor generator when disposed performs bidirectional orthogonal power conversion between both the electric generator during the electric operation of the motor generator An inverter circuit that applies a pulse voltage or a step voltage that changes stepwise to the inverter circuit, and controls the inverter circuit based on the rotation angle when an engine start command is input, thereby generating torque generated by the motor generator through the clutch mechanism. A vehicle engine comprising: a controller for performing an engine start operation for transmitting to the engine to start the engine In emissions starting device,
Connection of the clutch for starting the engine is performed when the controller starts rotating the rotor in a state where the clutch mechanism is disengaged in advance and the rotor is rotated near the maximum generated torque position. It is characterized by being implemented before the As a result, it is possible to reduce the size and weight of the motor generator while preventing the extension of the time required for engine start in the case of engine start using a motor generator that performs engine start and power generation, and suppressing consumption of the clutch mechanism. Can do.
[0010]
That is, when a pulse voltage or a step voltage that changes stepwise is applied to the motor generator, the magnitude of the electric torque may change periodically depending on the rotation angle of the rotor, more precisely, the position of the rotor magnetic pole. Are known. For example, in a three-phase synchronous machine, a generated torque maximum position point is generated every electrical angle π / 3.
[0011]
In the device configuration in which the motor generator is connected to the engine through the clutch mechanism, the inventor can freely rotate the motor generator by disconnecting the clutch mechanism when the engine is stopped, and the periodicity of the motor generator. The torque generator is focused on the combination with the torque fluctuation phenomenon, and the motor generator is rotated in advance to the maximum generated torque position in the periodic fluctuation before starting the engine by using the motor generator free rotation function. As a result, the torque of the motor generator, that is, the engine starting torque can be maximized at the time of subsequent engine starting, so that the motor generator can be reduced in size, and further, since the inertia starting is not performed, the wear of the clutch mechanism is also reduced. can do.
[0012]
In a preferred aspect, the motor generator is connected to a predetermined auxiliary machine without passing through the clutch mechanism, and the controller is configured to drive the auxiliary machine when the engine start command is input. The engine starting operation is performed without performing the rotor preliminary rotating operation.
[0013]
As a result, for example, in a motor generator apparatus having an engine start / power generation / independent auxiliary drive function for an idle stop vehicle that drives an auxiliary machine (usually an air conditioner compressor) when the engine is stopped, the motor generator drives the auxiliary machine. In this case, it is possible to start the engine immediately using its own inertia energy without performing the preliminary rotation operation of the rotor, and it is necessary to start the engine by performing the preliminary rotation operation of the rotor after inputting the engine start command. The problem that the time is long can be solved, and as a result, even when the motor generator is stopped and when the auxiliary machine is driven, a quick engine start can be realized by a small motor generator.
[0017]
In a preferred aspect, the controller rotates the rotor of the motor generator within a range from a maximum torque position of −10 degrees to a maximum torque position of +10 degrees by the preliminary rotation. Thereby, the engine starting torque which a motor generator generate | occur | produces can be increased favorably.
[0018]
In a preferred embodiment, the motor generator is a three-phase synchronous machine, and the inverter circuit is energized and controlled at 120 degrees at least at the initial stage of the engine start. When the engine speed exceeds a predetermined value, the inverter circuit is rotated 180 degrees. Energize control.
[0019]
The synchronous machine has the maximum starting torque when 120-degree energization control is performed, but the torque at high speed is greater when the control is controlled by 180-degree energization or sinusoidal energization. Therefore, according to this aspect, the torque at the time of starting the engine, that is, the starting torque is improved, and the increase in the engine speed after the engine speed is increased by the engine start is quickly increased (improves the blow-up). The time required for starting the engine can be further reduced.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
A preferred embodiment of the vehicle engine starter of the present invention will be described below with reference to the block diagram shown in FIG.
[0021]
(Description of overall configuration)
In FIG. 1, 1 is an engine, 2 is a motor generator, 3 is a rotation angle sensor, 4 is a battery, 5 is an electric load, 6 is an inverter circuit, 7 is a clutch mechanism, 8 is a controller, 9 is a belt, and 10 is an air conditioner. Compressor (auxiliary machine).
[0022]
The engine 1 is connected to the engine pulley through a clutch mechanism 7 built in the engine pulley, and the engine pulley is constituted by a pulley and a belt 9 fixed to the rotating shafts of the motor generator 2 and the air conditioner compressor (auxiliary machine) 10, respectively. It is connected.
[0023]
The motor generator 2 is composed of a three-phase synchronous machine. The motor generator 2 exchanges power with the battery 4 through the inverter circuit 6 and supplies power to the motor generator 2.
[0024]
The inverter circuit 6 connects the motor generator 2 and the battery 4 so as to be capable of bidirectional orthogonal power conversion, converts the DC power fed from the battery 4 into three-phase AC power in the electric operation of the motor generator 2, and is electrically driven. Power is supplied to the generator 2, and three-phase AC power generated by the motor generator 2 in the power generation operation of the motor generator 2 is three-phase full-wave rectified and supplied to the battery 4 and the electric load 5. In this embodiment, the inverter circuit 6 is a three-phase inverter circuit, which has three upper arms and three lower arms, and each arm is composed of a switching element and a diode connected in reverse parallel thereto. When the MOS transistor is used, the th controller 8 whose switching element can also serve as a diode constitutes each arm of the inverter circuit 6 based on the rotation angle signal output from the rotation angle sensor 3 during the electric operation of the motor generator 2. The switching element to be controlled is intermittently controlled and the disengagement of the electromagnetic clutch constituting the clutch mechanism 7 is controlled.
[0025]
The above-described vehicle engine starting device has a well-known configuration, and a detailed description thereof is omitted.
[0026]
FIG. 2 shows an electric circuit system of the vehicle engine starter shown in FIG. In FIG. 2, reference numeral 2 a denotes a rotor of the motor generator 2, and 2 b denotes three phase coils constituting a stator coil of the motor generator 2.
[0027]
The torque fluctuation phenomenon of the motor generator 2 is shown in FIG. When performing sine wave energization control (see FIG. 4) for energizing a sine wave to the three-phase stator coil of the motor generator 2, the period fluctuation of the electric torque hardly occurs, but 120 degree energization control (see FIG. 6). ) Or 180-degree energization control (see FIG. 5), torque ripple occurs at an electrical angle of 60 degrees. The cause of this torque ripple is that in these 120 degree energization control and 180 degree energization control, the applied voltage waveform is considerably distorted from the sine wave, and therefore the torque varies in response to this distortion.
[0028]
(Description of synchronous motor torque pulsation)
Next, the difference in starting torque at the time of starting the motor due to the difference in each energization control method will be described below with reference to FIGS. 7 to 12 show the vector voltages of the respective phases in the U, V, and W coordinate systems with the U-phase vector voltage in the vertical direction on the paper, and their combined vector voltages. Assume that a vector voltage in the same direction as the arrow symbols on the U, V, and W coordinate axes has a positive voltage value, and a reverse vector voltage has a negative voltage value. The length of each vector voltage indicates the magnitude of the voltage, the number described in the vicinity of each vector voltage indicates the magnitude of the vector voltage, and the number described in bold indicates the magnitude of the three-phase combined vector voltage.
[0029]
7 to 9 show the vector voltages of the respective phases and their combined vector voltages when the rotor is located at the electrical angles of 0 degrees, 30 degrees, 60 degrees, and 90 degrees in order from the left, respectively. Reference numeral 12 denotes a combined vector voltage (shown by a solid line) when the rotor is at an electrical angle of 0 degrees, 15 degrees, and 30 degrees in order from the left, and a projected vector voltage obtained by projecting the combined vector voltage on an axis of a predetermined phase ( (Shown with a broken line).
[0030]
The axis of the predetermined phase is an axis having an energization phase that maximizes the torque generated by the electric motor, and is indicated by a one-dot chain line in the drawing. Actually, this energization phase changes somewhat depending on conditions such as current and rotor specifications, but here, it is assumed that it is a phase advanced by an electrical angle of 90 degrees from the main magnetic flux of the rotor.
[0031]
FIG. 7 shows the phase vector voltage and the combined vector voltage in the case of performing sine wave energization control. In sine wave energization control, the combined vector voltage is always the same magnitude and continuously follows the rotor position and rotates.
[0032]
FIG. 8 shows the phase vector voltage and the combined vector voltage when 180-degree energization control is performed. In the 180-degree energization control, the combined vector voltage having the same magnitude as that of the sine wave energization control rotates (switches) intermittently following the rotor position at an electrical angle interval of 60 degrees.
[0033]
FIG. 9 shows changes in the phase vector voltage and the combined vector voltage when the 120-degree energization control is performed. In 120-degree energization control, the magnitude of the combined vector voltage is larger than in sine-wave energization control and 180-degree energization control, but the phase intermittently follows the rotor position at 60-degree intervals as in 180-degree energization control. Rotate (switch).
[0034]
FIG. 10 shows the phase relationship between the combined vector voltage and the rotor in the sinusoidal conduction control. Since the rotor always rotates synchronously with the combined vector voltage, a constant torque is always generated regardless of the phase (rotation position) of the rotor.
[0035]
FIG. 11 shows the phase relationship between the combined vector voltage and the rotor in the 180-degree energization control. As described above, in the 180-degree energization control, the phase of the combined vector voltage is switched stepwise. For example, when the electrical angle is 0 degrees or 15 degrees, the combined vector voltage phase and the rotor phase are shifted, and the combined vector voltage is The vector component projected on the alternate long and short dash line (the voltage component that generates torque) becomes smaller, and eventually the torque fluctuates at a period of 60 electrical angles according to the rotation of the rotor.
[0036]
FIG. 12 shows the phase relationship between the combined vector voltage and the rotor in 120-degree energization control. As described above, the phase of the combined vector voltage is switched stepwise even in the 120-degree energization control. For example, at an electrical angle of 15 degrees or 30 degrees, the combined vector voltage phase and the rotor phase shift, and the combined vector voltage The vector component projected on the alternate long and short dash line (the voltage component that generates torque) becomes smaller, and eventually the torque fluctuates at a period of 60 electrical angles according to the rotation of the rotor.
[0037]
As shown in FIG. 3, the maximum torque in the 120-degree energization control is about 15% larger than the maximum torque in the 180-degree energization control. Therefore, it is preferable to adopt 120-degree energization control at the start of engine start. However, in spite of this, the 180-degree energization control is usually adopted because the effective average voltage of the 180-degree energization control is higher than that of the 120-degree energization control.
[0038]
(Explanation of engine start control)
Next, a control example of the vehicle engine starter according to this embodiment described above will be described below with reference to a flowchart shown in FIG.
[0039]
First, it is determined whether or not the motor generator 2 is rotating based on an input signal from the rotation angle sensor 3 (S100). If the motor generator 2 is rotating, the clutch mechanism 7 is instructed to be engaged (S102). Thus, the motor generator 2 is controlled by current control to start the engine 1 (S104). When the engine speed or the motor generator 2 reaches a predetermined value, it is determined that the engine has been started (S105). End the start control. The fact that the motor generator 2 is rotating usually means that the motor generator 2 is driving the compressor (auxiliary device) 10 for the air conditioner. In this case, since the motor generator 2 starts the engine using its own inertia energy (kinetic energy), the engine can be started without any problem even if the generated torque is somewhat small.
[0040]
Next, when it is determined in step S100 that the engine 1 is stopped, the rotor rotational position is pre-stored based on the input signal from the rotational angle sensor 3 in the vicinity of the maximum torque generation position (the electrical angle +/- (Within a range of 10 degrees) (S106), if not, the current rotor rotational position is read (S108), and the maximum torque generation position closest (or predetermined) to the current rotor rotational position is determined. A routine for calculating a phase difference between the motor generator 2 (S110), energizing the stator coil of the motor generator 2 for a predetermined time to rotate the rotor in a direction to reduce the phase difference (S112), and returning to step S106. Repeatedly, the rotor rotation position is set near the maximum torque generation position.
[0041]
In step S106, when the rotor rotational position is close to the maximum torque generation position stored in advance, the process proceeds to step S114 to command the clutch mechanism 7 to engage (S114), and it is determined whether the rotor rotational speed has exceeded a predetermined value. If not (S116), the motor generator 2 is activated by 120-degree energization control (S118), and the process returns to step S116. In step S116, if the rotor rotational speed exceeds a predetermined value, the motor generator 2 is driven by switching to 180-degree energization control (S120), and the process proceeds to step S105.
[0042]
(Modification)
A modification of the above embodiment is shown in FIG.
[0043]
In this modification, the clutch mechanism 7 is built in the pulley of the motor generator 2. Even in this case, the same effect as described above can be obtained.
[0044]
(Modification)
A modified embodiment of the above embodiment is shown in FIG.
[0045]
In this modification, the clutch mechanism 7 is built in the pulley of the motor generator 2 (or disposed between the motor generator pulley and the rotating shaft of the motor generator 2), and the auxiliary machine 10 is omitted. Yes. Even in this case, the same effect as described above can be obtained. In this modification, an auxiliary machine can be directly connected to the rotating shaft of the motor generator 2.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a preferred embodiment of a vehicle engine starter according to the present invention.
FIG. 2 is a circuit diagram showing a main part of an electric circuit of the vehicle engine starter shown in FIG. 1;
FIG. 3 is a timing chart showing a torque fluctuation phenomenon of the motor generator.
FIG. 4 is a timing chart showing sine wave energization control for energizing a sine wave to a three-phase stator coil of a motor generator.
FIG. 5 is a timing chart showing changes in each phase voltage when the motor generator is subjected to 120-degree conduction control.
FIG. 6 is a timing chart showing changes in each phase voltage when the motor generator is subjected to 180-degree energization control.
FIG. 7 is a vector diagram showing vector voltages of respective phases and their combined vector voltages in sine wave energization control.
FIG. 8 is a vector diagram showing vector voltages of respective phases and their combined vector voltages in 180 degree energization control.
FIG. 9 is a vector diagram showing vector voltages of respective phases and their combined vector voltages in 120-degree energization control.
FIG. 10 is a vector diagram showing a phase relationship between a combined vector voltage and a rotor in sine wave energization control.
FIG. 11 is a vector diagram showing a phase relationship between a combined vector voltage and a rotor in 180-degree energization control.
FIG. 12 is a vector diagram showing a phase relationship between a combined vector voltage and a rotor in 120-degree energization control.
FIG. 13 is a flowchart showing an engine start control operation in this embodiment.
FIG. 14 is a block diagram showing a modification of the vehicle engine starter according to the present invention.
FIG. 15 is a block diagram showing a modification of the vehicle engine starter according to the present invention.
[Explanation of sign]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Engine 2 Motor generator 3 Rotation angle sensor 4 Battery 5 Electric load 6 Inverter circuit 7 Clutch mechanism 8 Controller 9 Belt 10 Air conditioner compressor (auxiliary machine)

Claims (4)

ロータの回転角を検出する回転角センサを有するとともにエンジンにクラッチ機構を介して双方向動力伝達可能に連結される同期機からなる電動発電機と、
直流電源および電気負荷と前記電動発電機との間に配置されて双方向直交電力変換を行うともに前記電動発電機の電動動作時に前記電動発電機にパルス電圧又は段階的に変化するステップ電圧を印加するインバータ回路と、
エンジン始動指令入力時に前記回転角に基づいて前記インバータ回路を制御することにより前記電動発電機の発生トルクを前記クラッチ機構を通じて前記エンジンに伝達して前記エンジンを始動させるエンジン始動動作を行うコントローラと、
を備える車両用エンジン始動装置において、
前記コントローラは、
前記エンジンの始動に際して、予め前記クラッチ機構が切り離された状態で前記ロータを発生トルク最大位置近傍へ回動させておくロータ予備回動動作を前記エンジン始動のための前記クラッチの接続を行う前に実施することを特徴とする車両用エンジン始動装置。
A motor generator comprising a synchronous machine having a rotation angle sensor for detecting the rotation angle of the rotor and coupled to the engine via a clutch mechanism so that bidirectional power transmission is possible;
Step voltage the varying pulse voltage or stepwise to the motor generator when the electric operation of the arrangement has been performed bidirectional orthogonal power conversion both the motor generator between a DC power source and an electric load and the electric generator An inverter circuit to be applied;
A controller for performing an engine start operation for starting the engine by transmitting the torque generated by the motor generator to the engine through the clutch mechanism by controlling the inverter circuit based on the rotation angle when an engine start command is input;
In a vehicle engine starter comprising:
The controller is
Before starting the engine, a rotor pre-rotation operation in which the rotor is rotated in the vicinity of the maximum generated torque position with the clutch mechanism disengaged in advance is performed before the clutch is connected for starting the engine. An engine starter for a vehicle characterized by being implemented.
請求項1記載の車両用エンジン始動装置において、
前記電動発電機は、前記クラッチ機構を介さずに所定の補機に連結され、
前記コントローラは、
前記エンジン始動指令入力時に前記電動発電機が前記補機を駆動している場合に前記ロータ予備回動動作を実施することなく前記エンジン始動動作を実施することを特徴とする車両用エンジン始動装置
The vehicle engine starter according to claim 1,
The motor generator is connected to a predetermined auxiliary machine without the clutch mechanism,
The controller is
A vehicle engine starter that performs the engine start operation without performing the rotor pre-rotation operation when the motor generator drives the auxiliary machine when the engine start command is input .
請求項1記載の車両用エンジン始動装置において、
前記コントローラは、
前記予備回動により、前記電動発電機のロータを発生トルク最大位置ー10度〜発生トルク最大位置+10度の範囲に回動させる車両用エンジン始動装置。
The vehicle engine starter according to claim 1,
The controller is
A vehicle engine starter that rotates the rotor of the motor generator within a range of a maximum generated torque position of -10 degrees to a maximum generated torque position of +10 degrees by the preliminary rotation.
請求項1乃至のいずれか記載の車両用エンジン始動装置において、
前記電動発電機は、三相同期機からなり、
前記コントローラは、
前記エンジン始動の少なくとも初期に前記インバータ回路を120度通電制御し、前記エンジン回転数が所定値を超えれば前記インバータ回路を180度通電もしくは正弦波通電により制御する車両用エンジン始動装置。
The vehicle engine starter according to any one of claims 1 to 3 ,
The motor generator consists of a three-phase synchronous machine,
The controller is
A vehicle engine starter that performs energization control of the inverter circuit at 120 degrees at least at the initial stage of the engine start, and controls the inverter circuit by energization of 180 degrees or sine wave if the engine speed exceeds a predetermined value.
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