JP4243267B2 - エンジンの始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転軸に設けた駆動プーリとエンジンのクランク軸に設けた従動プーリとにトルクを伝達する無端摩擦伝動部材を巻き掛け、モータ制御手段がモータ回転数検出手段で検出したモータ回転数に基づいてモータの出力トルクを制御しながらクランク軸をクランキングすることでエンジンを始動するエンジンの始動制御装置に関する。

モータの出力トルクで無端ベルトを介してエンジンのクランク軸をクランキングしてエンジンを始動する際に、モータ回転数センサで検出したモータ回転数とクランク回転数センサで検出したクランク回転数（エンジン回転数）との差回転を算出し、この差回転が閾値を超えた場合に無端ベルトがスリップしたと判断してモータの出力トルクを低減してスリップを解消するものが、下記特許文献１により公知である。
特開２００４−１０８３１０号公報

しかしながら、上記従来のものは、モータ回転数を検出するモータ回転数センサおよびクランク回転数を検出するクランク回転数センサの二つのセンサが必要となるだけでなく、モータ回転数およびクランク回転数の差回転を算出する必要があるため、部品点数が増加したり電子制御ユニットの演算負荷が増加したりする問題があった。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、エンジンのクランク軸をクランキングするモータの出力トルクを伝達する無端摩擦伝動部材のスリップを簡単かつ確実に抑制することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、モータの回転軸に設けた駆動プーリとエンジンのクランク軸に設けた従動プーリとにトルクを伝達する無端摩擦伝動部材を巻き掛け、モータ制御手段がモータ回転数検出手段で検出したモータ回転数に基づいてモータの出力トルクを制御しながらクランク軸をクランキングすることでエンジンを始動するエンジンの始動制御装置において、前記モータ制御手段は、モータ回転数検出手段で検出したモータ回転数がエンジン始動後回転数以下のときには、モータの出力トルクを駆動プーリおよび無端摩擦伝動部材間の摩擦力が正常な状態で伝達可能なトルクよりも低い値に制御し、かつモータ回転数検出手段で検出したモータ回転数がエンジン始動後回転数よりも所定量高い回転数以上のときには、モータの出力トルクを所定出力トルク以下に制御し、前記所定出力トルクは、駆動プーリおよび無端摩擦伝動部材間の摩擦力が低下した状態でも伝達可能な大きさに設定されることを特徴とするエンジンの始動制御装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、前記エンジン始動後回転数よりも所定量高い回転数の前後でモータの出力トルクは段差を有して変化することを特徴とするエンジンの始動制御装置が提案される。

また請求項３に記載された発明によれば、請求項１または請求項２の構成に加えて、前記所定出力トルクはゼロよりも大きいトルクであることを特徴とするエンジンの始動制御装置。

尚、実施例の無端ベルト１５は本発明の無端摩擦伝動部材に対応し、実施例の電子制御ユニットＵは本発明のモータ制御手段に対応する。

請求項１の構成によれば、モータの出力トルクでエンジンを始動する際に、モータ回転数検出手段で検出したモータの回転数がエンジン始動後回転数以下のときには、つまり無端摩擦伝動部材がスリップしていないか、スリップが小さいときには、モータの出力トルクを駆動プーリおよび無端摩擦伝動部材間の摩擦力が正常な状態で伝達可能なトルクよりも低い値に制御するので、無端摩擦伝動部材のスリップの増加を抑制することができる。またモータ回転数検出手段で検出したモータ回転数がエンジン始動後回転数よりも所定量高い回転数以上のときには、つまり無端摩擦伝動部材のスリップが大きいときには、モータの出力トルクを所定出力トルク以下に制御するので、スリップを速やかに収束させてエンジンの始動を支障なく行うことができる。特に、前記所定出力トルクは、駆動プーリおよび無端摩擦伝動部材間の摩擦力が低下した状態でも伝達可能な大きさに設定されるので、スリップを確実に収束させることができる。このように、エンジン回転数をパラメータとせずにモータ回転数だけをパラメータとして無端摩擦伝動部材のスリップを抑制するので、センサの数を削減してコストダウンを図ることができる。

請求項２の構成によれば、エンジン始動後回転数よりも所定量高い回転数の前後でモータの出力トルクが段差を有して変化するので、駆動プーリおよび無端摩擦伝動部材間のスリップが大きくなったときにモータの出力トルクを急激に低下させてスリップを早期に収束させることができる。

請求項３の構成によれば、無端摩擦伝動部材のスリップが大きいときにモータの出力トルクを所定出力トルク以下に制御しても、その出力トルクがゼロになることがないのでエンジンの始動の遅れを最小限に抑えることができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図７は本発明の一実施例を示すもので、図１は始動用モータを備えた自動車のエンジンを示す図、図２は一般的なモータの回転数と出力トルクとの関係を示すグラフ、図３はスリップが発生しない場合のモータ回転数（エンジン回転数）の変化特性を示すグラフ、図４はプーリおよび無端ベルト間のスリップ速度に応じた摩擦力の変化を示すグラフ、図５はスリップが発生した場合のエンジン回転数およびモータ回転数の変化特性を示すグラフ、図６は本実施例によるモータ回転数と出力トルクとの関係を示すグラフ、図７は本実施例によるモータ回転数およびエンジン回転数の変化特性を示すグラフである。

図１に示すように、自動車用のエンジンＥには始動用のモータＭが設けられており、モータＭの回転軸１１に固定した駆動プーリ１２とエンジンＥのクランク軸１３に固定した従動プーリ１４とに無端ベルト１５が巻き掛けられる。モータＭを駆動すると、回転軸１１のトルクが駆動プーリ１２、無端ベルト１５および従動プーリ１４を介してクランク軸１３に伝達され、クランク軸１３がクランキングされてエンジンＥが始動する。本実施例では、便宜的に駆動プーリ１２の直径と従動プーリ１４の直径とが等しく設定されている。モータ回転数検出手段Ｓで検出したモータＭの回転数（以下、モータ回転数Ｎｍという）が入力される電子制御ユニットＵは、そのモータ回転数Ｎｍに基づいてモータＭの出力トルクを制御する。

図２は一般的なモータの回転数と出力トルクとの関係を示すグラフであって、モータ回転数Ｎｍが所定回転数に達するまで出力トルクは一定であり、所定回転数を越えるとモータ回転数Ｎｍの増加に伴って出力トルクが双曲線状に減少する。図２における符号ＮｍｉはモータＭのエンジン始動後回転数である。エンジン始動後回転数Ｎｍｉとは、エンジンＥが完爆状態になって始動が完了するエンジン回転数に対応するモータ回転数Ｎｍであり、本実施例では駆動プーリ１２および従動プーリ１４が同一直径であるため、モータＭのエンジン始動後回転数Ｎｍｉは、そのときのエンジン回転数に一致する。

図３は無端ベルト１５にスリップが発生しない場合のモータ回転数Ｎｍ（エンジン回転数）の変化特性を示すグラフである。クランク軸１３をクランキングするとシリンダ内でピストンが往復動して周期的な負荷変動が発生するため、モータ回転数Ｎｍがリニアに増加するようにモータＭの駆動を制御すると無端ベルト１５の張力が周期的に変化してしまう。その結果、無端ベルト１５の張力が増加した瞬間に駆動プーリ１２と無端ベルト１５との間にスリップが発生し、モータＭの出力トルクをクランク軸１３に効率的に伝達できなくなる。そこでクランキングに伴うクランク軸１３の周期的な負荷変動に応じてモータ回転数Ｎｍを図３のように制御することで、無端ベルト１５の張力を一定に保持してスリップの発生を抑制することができる。

ところで、駆動プーリ１２および無端ベルト１５間の摩擦力が正常である場合、図３に示すようにモータ回転数Ｎｍを制御することでエンジンＥを支障なく始動することができるが、無端ベルト１５が被水したような悪条件時には、駆動プーリ１２および無端ベルト１５間の摩擦力が減少して無端ベルト１５がスリップするために正常な始動が困難になる。図４は駆動プーリ１２および無端ベルト１５間のスリップ速度に応じた摩擦力の変化を示すグラフであって、正常時に比べて悪条件時の摩擦力が低くなっており、かつ正常時および悪条件時の両方において、摩擦力がスリップ速度の増加に伴って増加してピーク値に達した後、減少に転じて最終的に一定値に収束することがわかる。

さて、エンジンＥを始動すべくモータＭを駆動してクランク軸１３をクランキングする過程で、駆動プーリ１２および無端ベルト１５間にスリップが発生すると、図５に示すように、スリップによって負荷が減少したためにモータ回転数Ｎｍは急激に増加し、またモータＭの出力トルクがエンジンＥに伝達されなくなってエンジン回転数が０に低下してしまい、エンジンＥの始動が不可能になる。

そこで本実施例では、図６に示すように、モータ回転数センサＳで検出したモータ回転数Ｎｍがエンジン始動後回転数Ｎｍｉよりも所定量α高い回転数Ｎｍα以上になると、電子制御ユニットＵからの指令でモータＭのトルクをＴｐまで急激に減少させる。このトルクＴｐは、無端ベルト１５が被水して摩擦力が低下した悪条件の下でも駆動プーリ１２および無端ベルト１５間にスリップが発生しない程度の値であり、図４の摩擦力ｆｐに対応する。

その結果、図７のａ１点において駆動プーリ１２および無端ベルト１５間にスリップが発生してモータ回転数Ｎｍが急激に増加し、そのモータ回転数Ｎｍがｂ１点でエンジン始動後回転数Ｎｍｉよりも所定量α高い回転数Ｎｍα以上になるとモータＭの出力トルクが図６のＴｐまで急激に減少する。この出力トルクＴｐは無端ベルト１５が被水する等の悪条件の下でも駆動プーリ１２および無端ベルト１５間にスリップが発生しない程度の値であるため、駆動プーリ１２および無端ベルト１５間のスリップ速度が減少してモータ回転数Ｎｍは減少に転じる。そして駆動プーリ１２および無端ベルト１５間のスリップ速度がｃ１点において下限値（図４参照）まで低下すると、モータＭは再び通常の出力トルクを発生するため、ａ２点において再び駆動プーリ１２および無端ベルト１５間にスリップが発生してモータ回転数Ｎｍが急激に増加する。

このようにして、ａ１→ｂ１→ｃ１と同様の制御を、ａ２→ｂ２→ｃ２、ａ３→ｂ３→ｃ３と繰り返す間に、エンジン回転数（破線参照）は非スリップ時の増加特性（鎖線参照）にやや遅れながら増加し、やがてエンジン回転数がエンジン始動後回転数Ｎｍｉまで上昇してエンジンＥが支障なく始動される。上述したエンジンＥの始動過程において、モータＭの出力トルクが周期的に増減することで、スリップ速度も図４の下限値および上限値間で周期的に増減するが、そのスリップ速度の下限値および上限値間に摩擦力のピーク値が存在するため、一旦スリップした無端ベルト１５を駆動プーリ１２に再び食いつかせてスリップを効果的に抑制することができる。

また駆動プーリ１２および無端ベルト１５間にスリップが発生してモータ回転数Ｎｍが回転数Ｎｍα以上になると、モータＭの出力トルクをＴｐまで急激に減少させるので、モータＭの出力トルクをゆっくりと減少させる場合に比べてスリップを早期に収束させることができる。

以上のように本実施例によれば、エンジン回転数をパラメータとせずにモータ回転数Ｎｍだけをパラメータとして無端ベルト１５のスリップを抑制するので、センサの数を削減してコストダウンを図ることができる。

以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例では駆動プーリ１２および従動プーリ１４を同一直径としているが、異なる直径であっても良い。

また本発明の無端摩擦伝動部材は実施例の無端ベルト１５に限定されず、無端ロープのような他の部材であっても良い。

また駆動プーリ１２および無端ベルト１５間にスリップが発生したときにモータＭの出力トルクを減少させる目標値であるＴｐはゼロであっても良いが、ゼロよりも大きい値であることが望ましい。なぜならば、モータＭの出力トルクをゼロまで減少させてしまうと、エンジンＥの始動が遅れる虞があるからである。

始動用モータを備えた自動車のエンジンを示す図 一般的なモータの回転数と出力トルクとの関係を示すグラフ スリップが発生しない場合のモータ回転数（エンジン回転数）の変化特性を示すグラフ プーリおよび無端ベルト間のスリップ速度に応じた摩擦力の変化を示すグラフ スリップが発生した場合のエンジン回転数およびモータ回転数の変化特性を示すグラフ 本実施例によるモータ回転数と出力トルクとの関係を示すグラフ 本実施例によるモータ回転数およびエンジン回転数の変化特性を示すグラフ

符号の説明

１１ 回転軸
１２ 駆動プーリ
１３ クランク軸
１４ 従動プーリ
１５ 無端ベルト（無端摩擦伝動部材）
Ｅ エンジン
Ｍ モータ
Ｎｍ モータ回転数
Ｎｍｉ エンジン始動後回転数
Ｎｍα エンジン始動後回転数よりも所定量α高い回転数
Ｓ モータ回転数検出手段
Ｔｐ 所定出力トルク
Ｕ 電子制御ユニット（モータ制御手段）

Claims (3)

1. モータ（Ｍ）の回転軸（１１）に設けた駆動プーリ（１２）とエンジン（Ｅ）のクランク軸（１３）に設けた従動プーリ（１４）とにトルクを伝達する無端摩擦伝動部材（１５）を巻き掛け、モータ制御手段（Ｕ）がモータ回転数検出手段（Ｓ）で検出したモータ回転数（Ｎｍ）に基づいてモータ（Ｍ）の出力トルクを制御しながらクランク軸（１３）をクランキングすることでエンジン（Ｅ）を始動するエンジンの始動制御装置において、
   前記モータ制御手段（Ｕ）は、
   モータ回転数検出手段（Ｓ）で検出したモータ回転数（Ｎｍ）がエンジン始動後回転数（Ｎｍｉ）以下のときには、モータ（Ｍ）の出力トルクを駆動プーリ（１２）および無端摩擦伝動部材（１５）間の摩擦力が正常な状態で伝達可能なトルクよりも低い値に制御し、
   かつモータ回転数検出手段（Ｓ）で検出したモータ回転数（Ｎｍ）がエンジン始動後回転数（Ｎｍｉ）よりも所定量（α）高い回転数（Ｎｍα）以上のときには、モータ（Ｍ）の出力トルクを所定出力トルク（Ｔｐ）以下に制御し、
   前記所定出力トルク（Ｔｐ）は、駆動プーリ（１２）および無端摩擦伝動部材（１５）間の摩擦力が低下した状態でも伝達可能な大きさに設定されることを特徴とするエンジンの始動制御装置。
2. 前記エンジン始動後回転数（Ｎｍｉ）よりも所定量（α）高い回転数（Ｎｍα）の前後でモータ（Ｍ）の出力トルクは段差を有して変化することを特徴とする、請求項１に記載のエンジンの始動制御装置。
3. 前記所定出力トルク（Ｔｐ）はゼロよりも大きいトルクであることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載のエンジンの始動制御装置。
   

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