JP4122571B2 - 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、特に低温時のエンジン始動性を改善したものである。
【０００２】
【従来の技術とその問題点】
バッテリーの電力をスターターモーターに供給して駆動し、エンジンを始動するエンジン始動装置が知られている。
【０００３】
低温時にはバッテリーの出力が低下するので、エンジンを始動できなくなることがある。また、低温時にバッテリー出力の低下によりエンジンの始動回転数が低いか、あるいはエンジンがほとんど回転しない場合には、乗員がエンジン始動不能と簡単にあきらめてしまう。
【０００４】
本発明の目的は、低温時のエンジンの始動性を向上させることにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
一実施の形態の構成を示す図１および図２に対応づけて本発明を説明すると、
（１） 請求項１の発明は、バッテリー１５から始動用モーター１へ電力を供給してエンジン２を始動するエンジン始動装置に適用される。
そして、エンジン２の始動可否を判定する始動可否判定手段１６と、エンジン始動指令に応答して、エンジン始動可能の判定がなされるまでバッテリー１５から始動用モーター１へ電力を供給して駆動し続け、エンジン始動可能の判定がなされると燃料噴射装置３０によりエンジン２へ燃料を供給してエンジン２の発火運転を起動する始動制御手段１６と、バッテリー１５の温度と充電状態を検出するバッテリー状態検出手段２１、２３と、バッテリー１５の温度と充電状態に基づいてエンジン２の始動時間を予測する始動時間予測手段１６と、予測始動時間を表示する表示手段３２とを備えることにより、上記目的を達成する。
（２） 請求項２のエンジン始動装置は、始動可否判定手段１６によって、始動時のエンジン回転速度が所定値以上であれば始動可能と判定するようにしたものである。
（３） 請求項３のエンジン始動装置は、バッテリー１５から始動用モーター１へ供給される電力を調節する電力調節手段１１を備え、始動制御手段１６によって、エンジン始動可能の判定がなされるまで電力調整手段１１によりバッテリー１５の最大出力を始動用モーター１へ供給するようにしたものである。
（４） 請求項４のエンジン始動装置は、エンジン始動可能の判定がなされるまでバッテリー１５が暖機中であることを表示する表示手段３２を備える。
【０００６】
上述した課題を解決するための手段の項では、説明を分かりやすくするために一実施の形態の図を用いたが、これにより本発明が一実施の形態に限定されるものではない。
【０００７】
【発明の効果】
（１） 請求項１の発明によれば、低温時にバッテリーの昇温動作が自動的に行われ、エンジンの始動性を向上させることができる上に、エンジンの始動時間を正確に予測でき、この始動待ち時間を知らせることによって乗員に安心感を与え、バッテリーの昇温途中で早まってキースイッチを切るようなことを避けることができる。
（２） 請求項２の発明によれば、始動時のエンジン回転速度のみにより簡単にエンジンの始動可否を判定することができる。
（３） 請求項３の発明によれば、バッテリーの昇温速度が速くなり、エンジン始動時間を短くすることができる。
（４） 請求項４の発明によれば、エンジンの始動待ち中であることを知らせることによって乗員に安心感を与えることができ、バッテリーの昇温途中で早まってキースイッチを切るようなことを避けることができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
本発明をハイブリッド車両に適用した一実施の形態を説明する。なお、本発明はハイブリッド車両に限定されず、従来のエンジン車両を含む、バッテリーの電力により始動用モーターを駆動してエンジンを始動するあらゆる車両に適用することができる。
【０００９】
図１は一実施の形態の構成を示す図である。図において、太い実線は機械力の伝達経路を示し、太い破線は電力線を示す。また、細い実線は制御線を示し、二重線は油圧系統を示す。
この車両のパワートレインは、モーター１、エンジン２、クラッチ３、モーター４、無段変速機５、減速装置６、差動装置７および駆動輪８から構成される。モーター１の出力軸、エンジン２の出力軸およびクラッチ３の入力軸は互いに連結されており、また、クラッチ３の出力軸、モーター４の出力軸および無段変速機５の入力軸は互いに連結されている。
【００１０】
クラッチ３締結時はエンジン２とモーター４が車両の推進源となり、クラッチ３解放時はモーター４のみが車両の推進源となる。エンジン２および／またはモーター４の駆動力は、無段変速機５、減速装置６および差動装置７を介して駆動輪８へ伝達される。無段変速機５には油圧装置９から圧油が供給され、ベルトのクランプと潤滑がなされる。油圧装置９のオイルポンプ（不図示）はモーター１０により駆動される。
【００１１】
モータ１，４，１０は三相同期電動機または三相誘導電動機などの交流機であり、モーター１は主としてエンジン始動と発電に用いられ、モーター４は主として車両の推進と制動に用いられる。また、モーター１０は油圧装置９のオイルポンプ駆動用である。なお、モーター１，４，１０には交流機に限らず直流電動機を用いることもできる。また、クラッチ３締結時に、モーター１を車両の推進と制動に用いることもでき、モーター４をエンジン始動や発電に用いることもできる。
【００１２】
クラッチ３はパウダークラッチであり、伝達トルクを調節することができる。なお、このクラッチ３に乾式単板クラッチや湿式多板クラッチを用いることもできる。無段変速機５はベルト式やトロイダル式などの無段変速機であり、変速比を無段階に調節することができる。
【００１３】
モーター１，４，１０はそれぞれ、インバーター１１，１２，１３により駆動される。なお、モーター１，４，１０に直流電動機を用いる場合には、インバーターの代わりにＤＣ／ＤＣコンバーターを用いる。インバーター１１〜１３は共通のＤＣリンク１４を介してメインバッテリー１５に接続されており、メインバッテリー１５の直流充電電力を交流電力に変換してモーター１，４，１０へ供給するとともに、モーター１，４の交流発電電力を直流電力に変換してメインバッテリー１５を充電する。インバーター１１〜１３は互いにＤＣリンク１４を介して接続されているので、回生運転中のモーターにより発電された電力をメインバッテリー１５を介さずに直接、力行運転中のモーターへ供給することができる。なお、この明細書では電池とバッテリーとを同義として用いる。
【００１４】
コントローラー１６は、マイクロコンピューターとその周辺部品や各種アクチュエータなどを備え、エンジン２の回転速度、出力およびトルク、クラッチ３の伝達トルク、モーター１，４，１０の回転速度およびトルク、無段変速機５の変速比、メインバッテリー１５の充放電などを制御する。
【００１５】
コントローラー１６には、図２に示すようにキースイッチ２０、バッテリー温度センサー２１、エンジン回転センサー２２、バッテリーＳＯＣ検出装置２３、燃料噴射装置３０、点火装置３１、ディスプレイ３２などが接続される。
【００１６】
キースイッチ２０は、車両のメインキー（不図示）がON位置またはSTART位置に設定されると閉路する。以下、スイッチの閉路をオンまたはON、開路をオフまたはOFFと呼ぶ。バッテリー温度センサー２１はメインバッテリー１５の温度Ｔbを検出し、エンジン回転センサー２２はエンジン２の回転速度Ｎeを検出する。バッテリーＳＯＣ検出装置２３は、メインバッテリー１５の充電状態ＳＯＣ（State of Charge）を検出する。また、燃料噴射装置３０は、コントローラー１６の燃料噴射指令にしたがってエンジン２への燃料の供給、停止、噴射量を制御する。さらに、点火装置３１は、エンジン２の点火指令にしたがって点火プラグを駆動して点火する。
【００１７】
図３は、メインバッテリー１５の温度特性を示す。ここでは、２５℃において２５kwの出力が得られるリチウム・イオン電池の初期品の、出力時間１０secの特性を例に上げて説明するが、他の種類の電池も同様な特性を有している。
電池は、ＳＯＣを一定とすると温度が低下するほど出力が低下するので、低温になるほど所定の出力を得るためには大きなＳＯＣが必要となる。例えば、モーター１によりエンジン２を始動するのに必要な電池出力（目標値）を５kwとすると、−２０℃ではＳＯＣが２５％もあれば始動可能であるが、−３０℃になるとＳＯＣが７５％も必要になる。
【００１８】
一般に、電池は、放電の進行にともなって電池自体の温度が上昇し、それにより出力も増加する。そこで、この実施の形態では、電池の温度が低くて所定の出力が得られない場合は、所定の出力が得られるまで電池を放電させて電池の温度を上げる。
【００１９】
図４は一実施の形態のエンジン始動処理を示すフローチャートである。このフローチャートにより、一実施の形態の動作を説明する。
コントローラー１６は、車両運行開始時にエンジン２の温度（エンジン冷却水温度）が所定値以下の場合、エンジン２の駆動力による走行モードへ移行する場合、運行中にメインバッテリー１５のＳＯＣが所定値を下回ってモーター１による発電が必要になった場合など、エンジン２の始動条件が成立するとこの制御プログラムを実行してエンジン２の始動処理を行う。ステップ１において、モーター１を駆動してエンジン２のクランキングを開始する。この時、メインバッテリー１５の温度を早く上げるために、最大出力で放電させることが望ましい。なお、始動時にメインバッテリー１５からモーター１へ供給される電力は、コントローラー１６の指令にしたがってインバーター１１により調節される。
【００２０】
続くステップ２で、エンジン回転センサー２２により検出されたエンジン回転速度Ｎeに基づいて、エンジン始動不能か否かを確認する。エンジン２は、始動可能な所定速度以上で回転している時に燃料が噴射されて発火されると、発火運転に移行して始動する。ところが、メインバッテリー１５のＳＯＣが低く、エンジン２の回転速度が始動可能な所定速度に達しない場合は、エンジン２は始動しない。この実施の形態では、始動時のエンジン回転速度Ｎeに基づいて始動可否を判定する例を示すが、始動可否の判定方法はこの実施の形態に限定されず、例えばエンジンの吸気圧などに基づいて始動可否を判定するようにしてもよい。エンジン回転速度Ｎeが始動可能な所定速度以上の場合は、エンジン始動可能としてステップ３へ進み、燃料噴射装置３０により燃料を噴射するとともに、点火装置３１により点火してエンジン２の発火運転を起動し、エンジン始動処理を終了する。
【００２１】
エンジン回転速度Ｎeが始動可能な所定速度に達しない場合は、エンジン始動不能と判断してステップ４へ進み、キースイッチ２０がオフされたか否かを確認する。キースイッチ２０がオフされた時はエンジン始動処理を終了する。キースイッチ２０がオフされていない時はステップ５へ進み、ディスプレイ３２に”バッテリー暖機中”と表示して途中でキースイッチ２０をオフさせないようにする。
【００２２】
ステップ６において、エンジン始動完了までの始動待ち時間を予測し、ディスプレイ３２に表示する。始動待ち時間は、バッテリーＳＯＣ検出装置２３で検出されるＳＯＣとバッテリー温度センサー２１で検出されるバッテリー温度Ｔbとに基づいて、予め測定したバッテリー温度特性（図３参照）から現在の電池出力を求め、予め測定したバッテリー出力特性（図５参照）から電池出力がエンジン始動可能な目標値に達するまで時間を予測する。図５に示す特性は、電池の最大出力で放電した時の放電時間に対する電池出力を表す。この実施の形態では、バッテリーの温度とＳＯＣに基づいてエンジンの始動待ち時間を予測する例を示すが、始動待ち時間の予測方法はこの実施の形態に限定されない。例えば、エンジン始動時のエンジン回転速度と始動待ち時間との関係を予め測定し、クランキング開始後のエンジン回転速度に基づいて始動待ち時間を予測するようにしてもよい。
【００２３】
ステップ７で、エンジン２の回転速度が始動可能な所定速度に達したか、すなわちエンジン始動可能か否かを確認し、始動可能であればステップ８へ進み、燃料噴射装置３０と点火装置３１を駆動してエンジン２の発火運転を起動する。一方、エンジン２の回転速度が所定速度に達せず、エンジン始動不能の場合はステップ９へ進み、キースイッチ２０がオフされていないかどうかを確認する。キースイッチ２０がオフされている場合はエンジン始動処理を終了し、そうでなければステップ５へ戻ってメインバッテリー１５の暖機を続ける。
【００２４】
以上の一実施の形態の構成において、メインバッテリー１５がバッテリーを、モーター１が始動用モーターを、エンジン２がエンジンを、コントローラー１６が始動可否判定手段、始動制御手段および始動時間予測手段を、ディスプレイ３２が表示手段を、バッテリー温度センサー２１およびバッテリーＳＯＣ検出装置２３がバッテリー状態検出手段をそれぞれ構成する。
【００２５】
なお、上述した一実施の形態ではガソリンエンジンを例に上げて説明したが、例えばディーゼルエンジンなどの他の種類のエンジンに対しても本発明を適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施の形態の構成を示す図である。
【図２】図１に続く、一実施の形態の構成を示す図である。
【図３】バッテリーの温度特性を示す図である。
【図４】エンジン始動処理を示すフローチャートである。
【図５】バッテリーの出力特性を示す図である。
【符号の説明】
１ モーター
２ エンジン
３ クラッチ
４ モーター
５ 無断変速機
６ 減速装置
７ 差動装置
８ 駆動輪
９ 油圧装置
１１〜１３ インバーター
１４ ＤＣリンク
１５ メインバッテリー
１６ コントローラー
２０ キースイッチ
２１ バッテリー温度センサー
２２ エンジン回転センサー
２３ バッテリーＳＯＣ検出装置
３０ 燃料噴射装置
３１ 点火装置
３２ ディスプレイ

Claims (4)

1. バッテリーから始動用モーターへ電力を供給してエンジンを始動するエンジン始動装置において、
   前記エンジンの始動可否を判定する始動可否判定手段と、
   エンジン始動指令に応答して、エンジン始動可能の判定がなされるまで前記バッテリーから前記始動用モーターへ電力を供給して駆動し続け、エンジン始動可能の判定がなされると燃料噴射装置により前記エンジンへ燃料を供給してエンジンの発火運転を起動する始動制御手段と、
   前記バッテリーの温度と充電状態を検出するバッテリー状態検出手段と、
   前記バッテリーの温度と充電状態に基づいて前記エンジンの始動時間を予測する始動時間予測手段と、
   前記予測始動時間を表示する表示手段とを備えることを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記始動可否判定手段は、始動時のエンジン回転速度が所定値以上であれば始動可能と判定することを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置において、
   前記バッテリーから前記始動用モーターへ供給される電力を調節する電力調節手段を備え、
   前記始動制御手段は、エンジン始動可能の判定がなされるまで前記電力調整手段により前記バッテリーの最大出力を前記始動用モーターへ供給することを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載のエンジン始動装置において、
   エンジン始動可能の判定がなされるまで前記バッテリーが暖機中であることを表示する表示手段を備えることを特徴とするエンジン始動装置。

Images