JP4158633B2 - アイドルストップ車のエンジン始動制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、歯車を用いた始動装置、ベルトを用いた始動装置でエンジンの始動を行うアイドルストップ車のエンジン始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車では、無駄なエンジンの運転を抑えるべく、アイドルストップ機能を装備したアイドルストップ車が多く登場するようになった。アイドルストップ機能は、走行している自動車が停止するなど所定の停止条件を満たしたとき、エンジンの運転を停止させ、その後、自動車を発進させるなど所定の再始動条件を満たしたとき、エンジンを再始動させる機能をいう。
【０００３】
通常、エンジンの始動には、リダクション歯車式などの歯車伝動機構を介して、動力をエンジンに伝達するスタータ（第１の始動装置）が用いられる。一般にはスタータには、出力軸にピニオンギヤが組付けたスタータモータ（直流）が用いられる。そして、スタータモータのピニオンギヤをエンジンのフライホイールの外周部に有るリングギヤに噛合わせ、スタータモータからフライホイールへ動力を伝えることにより、エンジンを始動し、エンジン始動後にピニオンギヤがリングギヤから離脱するようにしてある。
【０００４】
アイドルストップ車は、こうしたスタータにより自動的にエンジンの再始動が行われる。
【０００５】
ところが、スタータは、ピニオンギヤがリングギヤと噛合って動力を伝える構造のために、異音を伴う始動音が生じる。この始動音は、乗員に不快感を与える。特にアイドルストップ機能の再始動は、都市部では、信号待ちなどで頻繁に行われる傾向にあるので、乗員は不快感を感じやすい。しかも、エンジンの再始動は、イグニションキーを操作（マニュアル操作）してエンジンを始動するときとは異なり、発進操作の一部をトリガー信号としてスタータが自動的に作動するために、運転者にはエンジン始動をしているという意識がなく、同じ始動時でも自動始動時は、特に始動音が不快感を伴いやすい。
【０００６】
そこで、アイドルストップ車では、エンジンに組付いているオルタネータの代わりに、モータ・ジェネレータ（第２の始動装置に相当）を設けて、このモータ・ジェネレータから出力される動力を、ベルトを介して（ベルト伝動機構）、エンジンのクランクシャフトへ伝えて、歯車の噛合いなく、エンジンを始動させる構造が採用される傾向にある。
【０００７】
ところで、静粛性を図るためには、キー操作でエンジンを始動するときの場合も、ベルトから伝わる動力でエンジンを始動することが望まれるが、キー操作で始動するときのエンジンは冷態時の場合が多い。
【０００８】
ところが、このときのエンジンは、フリクション（オイルの粘度の低下などによる）の増大により、始動に求められるトルクは、温態時のそれよりも、かなり多く、ベルトの限られたトルク伝達容量では、求められる始動トルクがエンジンへ伝えられない場合が多い。このため、アイドルストップ車は、温態下となる走行中の再始動には、静粛性に優れるベルト式のモータ・ジェネレータを用い、それ以外のキー操作によるエンジン始動にはトルク伝達性に優れる歯車噛合い式のスタータを用いるという、使い分けを行っている。
【０００９】
ところが、これでは静粛性は十分に確保されない。そこで、静粛性を高めるために、従来、アイドリングストップ車は、フリクションの大小が温度に相関関係にあるという物理的現象を利用して、エンジンの冷却水温に基づきエンジンのフリクションの大小を判断し、この判断の結果、始動トルクがベルトの伝達容量の範囲であるときには、冷態時でも、キー操作のエンジン始動には、モータ・ジェネレータを選んでエンジンを始動させる技術が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−１６１１０２号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、冷却水温に基づきモータ・ジェネレータの使用を選択してエンジンを始動する技術だと、例えばエンジンの出力で駆動されるエンジン補機が、冷態時においてエンジンに対して接続されたり切り離されたりする場合での始動のときに問題が生ずることがある。すなわち、この場合、冷態時のエンジンの始動は、エンジン補機の負荷が加わった状態、エンジン補機の負荷が加わらない状態のいずれかから行われることになるが、冷却水温だけの判定で、始動形態を選ぶ場合、実際はエンジン補機の負荷がエンジンに加わるという、ベルト式のモータ・ジェネレータのトルク伝達容量では始動が困難な状況であるときに、モータ・ジェネレータによる始動が選ばれてしまうことがある。これでは、エンジンの始動性が損なわれる。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、冷態時のエンジン始動の際、歯車噛合い式の始動装置、ベルト式の始動装置の選択が良好に行われるアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、上記目的を達成するために、エンジンのクランクシャフトから出力する動力を接断可能なクラッチ機構を有し、このクラッチ機構が接の場合に、前記クランクシャフトから出力する動力により駆動されるエンジン補機を有するアイドルストップ車のエンジン始動制御装置において、歯車伝動機構を介して前記エンジンへ動力を伝達することにより、該エンジンを始動可能とした第１の始動装置と、ベルト伝動機構を介して前記エンジンへ動力を伝達することにより、該エンジンを始動可能とした第２の始動装置と、前記エンジンの始動時、前記エンジンの冷却水温、及び、前記クラッチ機構の接断による前記エンジンのフリクションの大小から、前記エンジンの始動に要求される燃料量を算出し、この算出された燃料量に基づき前記第１の始動装置と前記第２の始動装置とを使い分ける始動態様選択手段とを具備した構成を採用した。
【００１４】
すなわち、エンジンの始動に要求される燃料量は、エンジンを始動させるのに必要な始動トルクを表すパラメータである。これにより、エンジン補機がエンジンに接続されて、エンジンの負荷が大きくなる冷態時のエンジン始動の場合、要求される燃料量は、エンジン負荷も考慮した量に設定されているから、同燃料量にしたがい始動装置を選択すると、ベルト式でなく、歯車噛合い式の始動装置が選ばれて、エンジンの始動が行われるようになる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図１〜図４に示す一実施形態にもとづいて説明する。
【００１６】
図１は、アイドルストップ機能付き車両（以下、アイドルストップ車）、例えばＡＴを採用したアイドルストップ車に搭載されるエンジン系を示していて、図１中１は走行用のエンジン、例えば多気筒のレシプロエンジンを示している。エンジン１は、例えば電子制御燃料噴射式のガソリンエンジンが用いられている。つまり、エンジン１は、気筒内に収められたピストン（いずれも図示しない）が往復動することにより、所定の燃焼サイクル、例えば吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程が繰り返し行われ、クランクシャフト１ａ（図１に一部だけ図示）から動力を発生させる。そして、このエンジン１のクランクシャフト１ａが変速装置２に接続され、同変速装置２から走行輪（図示しない）へ、走行に必要な動力（回転）として出力されるようにしている。
【００１７】
エンジン１の後側（出力側）の側部には、通常、使用される始動装置、例えばリダクション歯車式など歯車伝動機構４を介して動力をエンジン１へ伝達するスタータ５（第１の始動装置に相当）が設けられている。例えば歯車伝動機構４には、スタータモータ５ａの出力軸にピニオンギヤが組付け、同ピニオンギヤと噛合い可能なリングギヤ（いずれも図示しない）をクランクシャフト後端に有るフライホイール（図示しない）の外周部に設けた構造が用いられる。つまり、スタータ５は、ピニオンギヤをエンジン１のリングギヤに突入して噛合わせ、スタータモータ５ａからフライホイールへ動力（回転）を伝えることにより、エンジン１の始動が行えるようにしてある。なお、エンジン始動後、ピニオンギヤはリングギヤから離脱する。
【００１８】
エンジン１の前側の側部には、ベルト伝動機構６を介して動力をエンジン１へ伝達するスタータ（第２の始動装置に相当）、例えばベルト式スタータ・オルタネータ７（以下、ＢＳＧ７という）が設けられている。具体的には、ＢＳＧ７は、例えば入出力軸にプーリ８を有している。またモータとして作動する機能とオルタネータとして作動する機能とを併せもつ。そして、このプーリ８とエンジン１の前部から突き出るクランクシャフト端に有るプーリ９との間は、無端状のベルト１０で掛け渡され、ベルト１０を通じて動力が伝達されるようにしてある。これにより、ＢＳＧ７をモータとして作動させると、ＢＳＧ７からクランクシャフト１ａへ始動トルクが伝えられ、オルタネータとして作動させると、クランクシャフト１ａの軸出力（回転）を受けて発電が行われるようにしてある。
【００１９】
またエンジン１の前側の側部には、例えばクランクシャフト１ａの動力で駆動されるエンジン補機１２が組付けてある。なお、エンジン補機１２は、クランクシャフト端との間に掛け渡された無端状のベルト１３を介して、エンジン１から動力（回転）が伝達される。このエンジン補機１２には、例えばエンジン１側からの入力に対して接・断を行うクラッチ機構１２ａが内蔵された構造が用いられている。そして、クラッチ機構１２ａが、外部からの信号を受けて制御されるようになっていて、エンジン補機１２が、エンジン１の冷態時を含み、種々の状況で、エンジン１と接続されたり、エンジン１から切り離されたりするようにしてある。
【００２０】
図２には、こうした２種類のスタータ５、ＢＳＧ７を用いたエンジン１の始動制御装置１５の構成が概略的に示されている。同装置１５について説明すると、スタータモータ５ａ（直流）およびＢＳＧ７（交流）７は、車載のバッテリ１６を介装した電源回路１７に並列に接続されている。むろん、ＢＳＧ７とバッテリ１６との間には、インバータ１８が介装されていて、バッテリ１２からの電力で、スタータモータ５ａを作動させたり、ＢＳＧ７をモータとして作動させるようにしてある。
【００２１】
またスタータモータ５ａのＳ端子から延びる信号ライン２０には、通常スタータ用の入切り部、例えば常開式のリレー２１（例えば開閉端子２１ａ、開閉端子２１ａを閉じるソレノイド駆動の接片２１ｂからなる）が設けられている。ＢＳＧ７のＳ端子から延びる信号ライン２３には、ＢＳＧ用の入切り部、例えば常開式のリレー２４（例えば開閉端子２４ａ、開閉端子２４ａを閉じるソレノイド駆動の接片２４ｂからなる）が設けられている。これらリレー２１，２４を介装した信号ライン２０，２３が並列に接続してある。そして、この並列回路が、イグニション用のリレー２６（例えば開閉端子２６ａ、開閉端子２６ａを閉じるソレノイド駆動の接片２６ｂからなる）を介装したコントロール用電源回路２７の信号ライン２８に接続されている。またリレー２６のソレノイドには、イグニションスイッチ２９（イグニションキーで操作されるスイッチ）が接続されていて、イグニションキーをスタート位置まで操作すると、イグニションスイッチ２９がオンされ、各リレー２１，２４へ制御電圧Ｖｄが加わるようにしてある。このような回路により、イグニッションスイッチ２９がオンされた状態から、リレー２１あるいはリレー２４が閉じると、Ｓ端子へ入力される制御電圧Ｖｄにしたがい、通常のスタータ５あるいはＢＳＧ７がスタータモータとして作動するようにしてある。
【００２２】
これらリレー２１，２４がＥＣＵ３０（例えばマイクロコンピュータを有して構成されるコントロールユニット）に接続してある。
【００２３】
ＥＣＵ３０には、車両走行中、所定の停止条件が満たされるとき、例えばＡＴの変速レバーのポジションを検出するシフトポジションセンサ（いずれも図示しない）を検出しているとき、車速センサが車速０を検出し、ブレーキセンサからブレーキペダルが踏込まれている状態を検出したとき、燃料噴射系や点火系を制御して、エンジン１の運転を停止させるアイドルストップ機能を有している。
【００２４】
またＥＣＵ３０には、アイドルストップ後、所定の再始動条件が満たされたとき、例えばシフトポジションセンサがＤポジションを検出しているとき、ブレーキセンサからブレーキペダルの戻りを示す信号が検出されると、スタータ５あるいはＢＳＧ７を選択してエンジン１を再始動する再始動機能が設定されている。この再始動機能は、エンジン１が始動時に要求される燃料量に基づいてスタータ５かＢＳＧ７かを選択する機能で形成されている（始動態様選択手段）。すなわち、エンジンの始動に要求される燃料量は、エンジン１のフリクションの大小に相関している。つまり、エンジン１は、フリクションが小であれば始動に要求される始動トルクは小、フリクションが大であれば始動に要求される始動トルクは大となる。そのため、エンジン始動に要求される燃料量にしたがい２種類のスタータを選ぶようにしている。なお、再始動時は、エンジン１は温態時にあり、要求される始動トルクが小さいので、ＢＳＧ７が選ばれて、エンジン１が始動される。またこのエンジン１の始動要求燃料量に基づきスタータ５かＢＳＧ７かを選択する機能（始動態様選択手段）は、イグニションキーの操作（キー操作）によるエンジン１の冷態時からの始動にも用いられている。すなわち、エンジン１の始動要求燃料量は、図４にもエンジン１の冷却水温に相関しているので、ある水温以下の温度域では、求められる始動トルクは大きく、トルク伝達容量の制約により、ＢＳＧ７では始動が行えないことがわかる。しかも、キー操作による始動の際、エンジン補機１２がエンジン１に接続されて、エンジン負荷が増加していれば、エンジン１の始動要求燃料量はそれに応じ増加するので、求められる始動トルクは大きく、同じ理由で、ＢＳＧ７では始動が行えないことがわかる。つまり、エンジン１の始動要求燃料量は、エンジンを始動させるのに必要な始動トルクを表すパラメータとなるだけでなく、エンジン１の冷態時における種々の状況での始動で用いるときのスタータ５、ＢＳＧ７の使い分けに適したパラメータとなる。ＥＣＵ３０は、この始動要求燃料量にも基づいて、キー操作によるエンジン１の始動の際、スタータ５、ＢＳＧ７を使い分けるようにしてある。この制御が図３に示すフローチャートに示されている。
【００２５】
このフローチャートにもとづき冷態時のエンジン１における始動制御を説明すると、今、エンジン１を始動させるべく、例えばイグニションキーのキー操作でスタート位置まで操作したとする。すると、イグニッションスイッチ２９は、キー操作を受けて閉じる。
【００２６】
一方、ＥＣＵ３０は、エンジン１の冷却水温やエンジン補機１２の接続状況などに基づき、エンジン１の始動に必要な燃料量を算出している。そして、ＥＣＵ３０では、例えばこの始動要求燃料量から定まるインジェクタ駆動用の始動燃料パルス幅ＰＷ−ＳＩＤＯＵ（以下、始動燃料パルス幅ＰＷという）と、スタータ５とＢＳＧ７の使用を選択するしきい値、例えばＢＳＧ７が伝達しうるトルク限界に基づき設定したＢＳＧ使用判定燃料パルス幅ＰＷ１とを比較する（ステップＳ１）。
【００２７】
ここで、例えば高外気温によりエンジン１のフリクションが小さいうえ、エンジン補機１２がエンジン１から切り離されている（エンジン負荷：小）とすると、そのエンジン状態に応じたエンジン１の始動要求燃料量（小）が定められる。
【００２８】
すると、ＥＣＵ３０は、始動要求燃料量から定まる始動燃料パルス幅ＰＷが、ＢＳＧ使用判定燃料パルス幅ＰＷ１よりも小さいと判定し、ＢＳＧ７が使用できる旨を示すフラグを立てる（ステップＳ２）。その後、クランキングモード（ステップＳ３）に入り、続いてＳＧ７の使用するか、通常の歯車噛合い式のスタータ５を使用するかの始動態様の選択が行われる（ステップＳ４）。ここで、ＢＳＧ７の使用のフラグが設定してあるから、ＢＳＧを使用するを選択して、リレー２１をオンさせる。これにより、ＢＳＧ７が作動され（ステップＳ５）、ＢＳＧ７が発生する始動トルクが、ベルト１０を介して、エンジン１のクランクシャフト１ａへ伝達され、エンジン１を始動させる。これで、エンジン１は、静粛性が確保されながら始動される。
【００２９】
また低外気温により、エンジン１のフリクションが、ＢＳＧ７では始動が行えないような状態になっているとする。このときのエンジン１の始動要求燃料量は、同エンジン１の始動に適したエンジン１の始動要求燃料量（大）となる。
【００３０】
このときＥＣＵ３０は、始動要求燃料量から定まる始動燃料パルス幅ＰＷが、ＢＳＧ使用判定燃料パルス幅ＰＷ１よりも大きいと判定し（ステップＳ１）、クランキングモード（ステップＳ３）を経てから、ＢＳＧ７を使用するか、通常の歯車噛合い式のスタータ５を使用するかの始動態様の選択が行われる（ステップＳ４）。ここで、ＢＳＧ７の使用のフラグは無いから、通常のステータ５を使用するを選択して、リレー２４をオンさせる。これにより、通常のスタータ５が作動され（ステップＳ６）、スタータモータ５ａのピニオンギヤとフライホイールのリングギヤとの噛合いが行われ、スタータモータ５ａが発生する始動トルクが、歯車伝動機構４を介して、エンジン１のクランクシャフト１ａへ伝達され、エンジン１を始動させる。
【００３１】
一方、エンジン１が、例えば高外気温によりエンジン１のフリクションが小さいが、エンジン補機１２がエンジン１に接続された状態（エンジン負荷：大）にあるとする。このときのエンジン１の要求始動トルクは、エンジン補機１２の負荷が加わるために、ＢＳＧ７では伝達できない程、大きくなる傾向にあり、それに応じてエンジン１の始動要求燃料量も増加する。
【００３２】
このとき、冷却水温に基づいてＢＳＧ７を使用するか通常のスタータ５を使用するのかを判定するのであれば、誤った判定（ＢＳＧ７を使用）が行われて、エンジン１の始動が困難になることがあるが、エンジン１の始動時の始動要求燃料量に基づいてＢＳＧ７を使用するか通常のスタータ５を使用するのかを判定するのであるから、ステップＳ１からステップＳ３、ステップＳ４を経て、ステップＳ６へ至り、十分な始動トルクを発揮し得る通常のスタータ５が選ばれて、エンジン１の始動が行われる。
【００３３】
それ故、静粛性に優れるＢＳＧ７によるエンジン始動領域を拡大できるだけでなく、冷態時、エンジン補機１２の影響による誤りなく、良好にエンジン１を始動させることができる。
【００３４】
なお、本発明は上述した一実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施しても構わない。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように請求項１に記載の発明によれば、エンジンの始動時、エンジンの始動に要求される燃料量に基づき、歯車伝動機構でエンジンに動力を伝達する第１の始動装置と、ベルト伝動機構でエンジンに動力を伝達する第２の始動装置とを使い分けるようにしたから、たとえエンジンの負荷が大きくなる冷態時のエンジン始動のときでも、選択を誤らずに、特性に合わせて始動装置を使用できるとともに、第２の始動装置の耐久性を確保でき、始動装置の信頼性をより高めることができる。
【００３６】
それ故、冷態時、エンジン補機の影響による誤りなく、良好にエンジンを始動させることができる。しかも、静粛性に優れる第２の始動装置の使用がもたらすエンジン始動の領域は十分に確保できる。
【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制御装置で始動されるエンジンおよびその周辺の構造を示す図。
【図２】同エンジン始動制御装置の概略的な構成を示す回路図。
【図３】同エンジン始動制御装置の始動時の制御を説明するためのフローチャート。
【図４】同エンジン始動制御装置で使用されるエンジンの始動要求燃料量が冷却水温に関係していることを説明するための線図。
【符号の説明】
１…エンジン、４…歯車伝動機構、５…スタータ（第１の始動装置）、６…ベルト伝動機構、７…ベルト式スタータ・オルタネータ（第２の始動装置）、１２…エンジン補機、３０…ＥＣＵ（始動態様選択手段）。

Claims (1)

1. エンジンのクランクシャフトから出力する動力を接断可能なクラッチ機構を有し、このクラッチ機構が接の場合に、前記クランクシャフトから出力する動力により駆動されるエンジン補機を有するアイドルストップ車のエンジン始動制御装置において、
   歯車伝動機構を介して前記エンジンへ動力を伝達することにより、該エンジンを始動可能とした第１の始動装置と、
   ベルト伝動機構を介して前記エンジンへ動力を伝達することにより、該エンジンを始動可能とした第２の始動装置と、
   前記エンジンの始動時に、前記エンジンの冷却水温、及び、前記クラッチ機構の接断による前記エンジンのフリクションの大小から、前記エンジンの始動に要求される燃料量を算出し、この算出された燃料量に基づき前記第１の始動装置と前記第２の始動装置とを使い分ける始動態様選択手段と
   を具備したことを特徴とするアイドルストップ車のエンジン始動制御装置。

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