JP4263656B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、電動機の駆動力によりエンジンのクランキングをアシストするエンジン始動装置に関する。

この種のエンジン始動装置にあっては、例えばオルタネータなどの発電機を電動機として動作させることで、エンジン始動時のクランキングをアシストする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。これは、発電電動機に通電することによってエンジンのクランキングをアシストし、エンジン回転速度がある値に達するとエンジンに着火して自力回転を開始させるものである。こうした発電電動機に対する通電・通電停止の切り替えは、一般にスイッチング素子を有するインバータを制御することにより行われる。

ところで、回転を停止している発電電動機に通電すると、次式（１）で導かれる電流（ステータ電流）が発電電動機のステータに流れる。

ステータ電流＝電源電圧÷（ステータ抵抗＋配線抵抗） …（１）

上記式（１）中の配線抵抗とは、電源と発電電動機との間におけるステータ以外の電気系での抵抗である。

上記スイッチング素子では、ステータ電流の２乗に比例したコレクタ損失が生ずる。このコレクタ損失によってジュール熱が発生し、スイッチング素子の温度が上昇する。一方、上記発電電動機においては、その回転速度と電流特性との間に次の関係が見られる。それは、発電電動機のステータ電流は回転速度が低いときには多く、同回転速度が高くなるに従い少なくなることである。従って、停止しているエンジンを始動させる際の発電電動機の回転速度が低いときには多くのステータ電流が流れて、スイッチング素子が大きく昇温する。

そして、エンジンの始動に際し、こうした多くのステータ電流が流れる状況が続くと、耐熱性のさほど高くない汎用のスイッチング素子が用いられている場合には、同素子の温度が定格温度を越えるおそれがある。上記状況は、例えば、始動時のエンジンフリクションが大きく発電電動機が回転しないとき（ロックしたとき）に起り得る。即ち、一般に、通電開始から所定時間（例えば数十ミリ秒）が経過しても発電電動機が作動しない場合に通電を停止させる機能（ロック保護機能）が設定されているが、この機能が働くまでは上述した多くのステータ電流が流れ続ける。

そこで、従来、こうした不具合の発生を回避するために、スイッチング素子として、内部抵抗を小さくして大電流の通電に耐え得るように低オン抵抗化したものや、高温に耐え得るように大熱容量化されたものが用いられている。
特開平６−６２５５３号公報（第２−４頁）

しかしながら、これらの低オン抵抗化或いは大熱容量化されたスイッチング素子は、新規に開発されたものが多いこともあって高価であり、エンジン始動装置のコストの大幅な増加を招いている。そこで、こうした高価なスイッチング素子を用いなくても上記の不具合を解消できるエンジン始動装置の出現が望まれている。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、大電流が流れることによるスイッチング素子の過剰な昇温を抑制できるエンジン始動装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、エンジンに駆動連結されるとともに、スイッチング素子を有するインバータを介して電源に接続された発電電動機と、前記エンジンの始動時に前記インバータの制御を通じて前記発電電動機に通電することにより、前記エンジンの出力軸を前記発電電動機にて回転させる通電制御手段とを備えるエンジン始動装置において、前回のエンジン停止時に、混合気が生成された状態で膨張行程で停止された気筒に対して着火を行うことにより前記出力軸を回転させる膨張行程着火始動手段と、前記発電電動機の回転速度を直接又は間接的に検出する回転速度検出手段と、前記膨張行程着火始動手段による着火後、前記回転速度検出手段による回転速度が所定値以上となるまで前記通電制御手段による前記発電電動機への通電を禁止する通電禁止手段とを備えることをその要旨とする。

同構成によれば、エンジンの停止時にはその出力軸及び発電電動機が停止している。また、エンジンの特定の気筒は、混合気が生成された状態で膨張行程で停止されている。こうした状態からエンジンが始動される際には、先ず膨張行程着火始動手段により出力軸が回転駆動される。即ち、エンジンの停止状態で膨張行程にある上記特定気筒に対して着火が行われる。前記着火に伴う混合気の燃焼によりエンジンの出力軸が回転される。同出力軸の回転速度が「０」から上昇するとともに、同エンジンに駆動連結された発電電動機の回転速度も上昇する。

一方、膨張行程着火始動手段による着火後、発電電動機の回転速度が回転速度検出手段によって検出され、同回転速度が所定値以上になるまで通電制御手段による発電電動機への通電が、通電禁止手段によって禁止される。そのため、一般に、発電電動機に対しその回転速度が低いときに通電すると、そのステータに多くの電流（ステータ電流）が流れてスイッチング素子が大きく昇温するが、前述した通電停止により、この大電流に起因するスイッチング素子の昇温が抑制される。

そして、発電電動機の回転速度が上昇して上記所定値以上となり、そのことが回転速度検出手段によって検出されると、上記通電禁止手段による通電禁止が解除される。通電制御手段による、インバータの制御を通じた発電電動機への通電が開始される。この通電により発電電動機が回転し、エンジンのクランキングがアシストされる。

このように、請求項１に記載の発明によれば、大電流が流れることによるスイッチング素子の過剰な昇温を抑制することが可能となり、特別なスイッチング素子を使用しなくてもすむ。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記所定値は、前記発電電動機の回転速度について、前記始動時に前記スイッチング素子に許容される温度上昇量の最大値に対応する値に設定されていることをその要旨とする。

上記構成によれば、発電電動機の回転速度について上記条件を満たす値を所定値とし、この所定値を、通電の可否を判断する際の閾値とすることで、スイッチング素子の温度上昇量がエンジンの始動時にスイッチング素子に許容される温度上昇量の最大値を越えるのを抑制することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記始動時における温度上昇量の最大値は、前記スイッチング素子の定格温度から、前記スイッチング素子の雰囲気温度の最大値、及び発電に伴う温度上昇量の最大値を減算することにより算出されるものであることをその要旨とする。

ここで、発電電動機への通電後におけるスイッチング素子の温度上昇量を左右する要素としては、一般に、スイッチング素子の周囲の温度（雰囲気温度）、発電に伴う温度上昇量、及び始動による温度上昇量が考えられる。これらの合計値がスイッチング素子の定格温度を越えなければ、スイッチング素子は設計通りの性能を発揮する。スイッチング素子の定格温度から、雰囲気温度が採り得る最大値と、発電に伴う温度上昇量が採り得る最大値とを減算した残りが、始動時にスイッチング素子に許容される温度上昇量の最大値となる。

この点、請求項３に記載の発明では、スイッチング素子の定格温度から、雰囲気温度の最大値と、発電に伴う温度上昇量の最大値とを減算し、その残りを始動時における温度上昇量の最大値としている。そのため、この温度上昇量の最大値に対応する回転速度を所定値とすることで、上述した請求項１に記載の発明の効果が確実に得られる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記通電制御手段による前記発電電動機への通電開始後に前記回転速度検出手段による回転速度が前記所定値を下回ると前記発電電動機への通電を停止する通電停止手段を更に備えることをその要旨とする。

同構成によれば、通電禁止手段による発電電動機への通電禁止が解除されて、通電制御手段による通電が開始された後であっても、何らかの原因により発電電動機の回転速度が低下して上記所定値を下回ることも考えられる。この場合には、前記と同様に、発電電動機に多くのステータ電流が流れてスイッチング素子が大きく昇温するおそれがある。

この点、請求項４に記載の発明では、こうした状況が起って発電電動機の回転速度が所定値を下回ったことが回転速度検出手段によって検出されると、通電制御手段による発電電動機への通電が通電停止手段によって停止される。従って、この通電停止により、発電電動機に多くのステータ電流が流れることによるスイッチング素子の過昇温を抑制することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、本発明のエンジン始動装置を具体化した第１実施形態について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。

図１は、このエンジン始動装置と同装置が適用されるエンジン１１とその周辺構成とを示す概略構成図である。先ず、エンジン１１及びその周辺構成について簡単に説明する。
エンジン１１には、トルクコンバータ１２を介して自動変速機１３が取り付けられている。このエンジン１１の出力は、クランクシャフト１１ａからトルクコンバータ１２及び自動変速機１３の出力軸１３ａを介して最終的に図示しない駆動輪に伝達される。

また、エンジン１１には、空調機用コンプレッサ、パワーステアリングポンプ、エンジン冷却用ウォータポンプなどの各種補機２０が取り付けられている。そして、エンジン１１の出力は、クランクシャフト１１ａに接続される電磁クラッチ２１及びエンジン側プーリ２２を介してベルト２３にも伝達され、このベルト２３の周回に伴い、補機２０に接続された補機側プーリ２４がそれぞれ回転される。尚、この補機駆動力伝達系としては、上述したような各プーリ２２，２４及びベルト２３によるものに代えて、例えばギア或いはチェーンによるものを採用することもできる。クランクシャフト１１ａと上記補機駆動力伝達系との連結／非連結は電磁クラッチ２１の断接により切り替えられる。

更に、エンジン１１には、始動時にクランキングを行うスタータモータ３０が連結されている。
前記エンジン始動装置は、発電機能とモータ機能とを有する発電電動機であるモータジェネレータ（以下、「Ｍ／Ｇ」と記す）４０、このＭ／Ｇ４０の機能の切り替えを行うインバータ４１、Ｍ／Ｇ４０の電源であるバッテリ４２、及びＭ／Ｇ４０の動作などを制御する電子制御装置（ＥＣＵ）４３を備えて構成されている。

Ｍ／Ｇ４０の回転軸にはＭ／Ｇ側プーリ４０ａが装着されており、このＭ／Ｇ側プーリ４０ａには前記ベルト２３が巻回されている。ここでは、例えばＭ／Ｇ４０の回転軸がクランクシャフト１１ａの２倍の速度で回転するように、Ｍ／Ｇ側プーリ４０ａ及びエンジン側プーリ２２の径などが設定されている。Ｍ／Ｇ４０は、バッテリ４２から電力が供給されているときにはモータとして機能し、エンジン１１（クランクシャフト１１ａ）や各種補機２０に対して回転トルクを付与する。また、Ｍ／Ｇ４０は、エンジン１１から付与される回転トルクにより作動しているときには発電機として機能し、付与される回転トルクを電気エネルギーに変換してバッテリ４２に充電する。尚、回転を停止しているＭ／Ｇ４０に対しクランキングのために通電が行われると、そのステータには既述した式（１）で表されるステータ電流が流れる。

前記インバータ４１にはスイッチング素子４４が内蔵されており、このスイッチング素子４４を介してＭ／Ｇ４０の発電機能及びモータ機能の切り替えが行われる。本実施形態では、スイッチング素子４４として、耐熱性能があまり高くない廉価な絶縁ゲート形電界効果トランジスタ（ＭＯＳ−ＦＥＴ）が用いられている。このスイッチング素子４４では、一般に前記ステータ電流の２乗に比例したコレクタ損失が生ずる。このコレクタ損失によってジュール熱が発生し、スイッチング素子４４の温度が上昇する。

前記ＥＣＵ４３には、エンジン１１や車両の状態を検出する各種センサやスイッチが接続され、それらからの検出信号が入力される。これらのセンサ及びスイッチとしては、例えば次のものが挙げられる。

・クランクシャフト１１ａの回転角度を検出するクランク角センサ５１。
・アクセルペダル６０の踏み込み量を検出するアクセルセンサ５２。
・アクセルペダル６０が踏み込まれた状態にあることを検出するアクセルスイッチ５３。

・ブレーキペダル６１が踏み込まれた状態にあることを検出するブレーキスイッチ５４。
・自動変速機１３のシフトポジションを検出するシフト位置センサ５５。

・車速を検出する車速センサ５６。
尚、上記クランク角センサ５１によって検出されるクランクシャフト１１ａの回転角度は、クランクシャフト１１ａの時間当りの回転数であるエンジン回転速度の算出に用いられる。

更に、ＥＣＵ４３には、インバータ４１、スタータモータ３０、電磁クラッチ２１、エンジン１１の各気筒に燃料を噴射供給するインジェクタ、各気筒に供給された燃料と空気との混合気に着火する点火プラグなどが接続されており、ＥＣＵ４３はこれらに対して作動信号を出力する。このＥＣＵ４３は、各種センサ５１，５２，５５，５６やスイッチ５３，５４の検出結果に基づき、エンジン１１の運転や車両の走行にかかる各種制御処理、例えばエンジン１１の自動停止処理や自動始動処理などを行う。

また、本実施形態では、ＥＣＵ４３は、上記自動停止処理に際して、エンジン１１のクランクシャフト１１ａの停止位置を制御するクランク停止位置制御を併せて行う。
更に、ＥＣＵ４３は前記自動始動処理に際し、停止状態にあるエンジン１１の膨張行程気筒の混合気に着火する膨張行程着火始動処理や、同始動処理により回転するクランクシャフト１１ａの回転トルクが付与されるＭ／Ｇ４０に対して通電する。尚、自動停止処理は、例えば、次の各種自動停止条件が全て成立するときに行われる。

・アクセルペダル６０が踏み込まれていないこと。
・車両が停止していること。
・エンジン１１の回転速度が所定速度以下であること。

・バッテリ４２の充電量が所定量以上であること。
・ブレーキペダル６１が踏み込まれているか或いは自動変速機１３のシフトレバーがパーキングポジション又はニュートラルポジションにあること。

尚、自動停止条件としては、この他の種々の条件が適宜加えられたり置き換えられたりしてもよい。
また、前記クランク停止位置制御は、自動停止処理によるエンジン１１の停止に際し、目標停止位置でクランクシャフト１１ａを停止させる制御である。目標停止位置は、クランクシャフト１１ａの回転角度について、エンジン１１の次回自動始動時にフリクションが小さくなる回転角度である。クランク停止位置制御では、点火が行われず、Ｍ／Ｇ４０の駆動力によってエンジン１１の回転がアシストされ、クランクシャフト１１ａが目標停止位置にて停止される。尚、Ｍ／Ｇ４０に代えて、クランクシャフト１１ａに動力を伝達する別のモータを設け、このモータによってエンジン１１の回転をアシストし、クランクシャフト１１ａを目標停止位置で停止させてもよい。

また、このクランク停止位置制御では、図２に示されるように、次回の自動始動時の膨張行程着火始動処理に備えるべく、エンジン１１の停止時にピストンが下降する膨張行程となる気筒（この例では第１気筒）に対して、クランクシャフト１１ａの回転が停止する直前に燃料噴射を実施する。

次に、エンジン１１の自動始動処理にかかる一連の処理の一例について、図３のフローチャートを参照して説明する。このフローチャートに示される一連の処理は、前記自動停止処理によってエンジン１１の運転が停止されていることを条件に実行される。

この一連の処理に際しては、先ず、自動始動条件が成立しているか否かが判断される（ステップ１００）。ここでは、例えば、次の各種条件のうち少なくとも一つが成立したときに自動始動条件が成立したものと判断される。

・自動変速機１３のシフトレバーがドライブポジションにあるときに、ブレーキペダル６１の踏み込みが解除され、かつアクセルペダル６０が踏み込まれること（車両発進時）。

・シフトレバーがドライブポジションにあるときに、ブレーキペダル６１の踏み込みが解除され、かつその解除から所定時間が経過すること。
・シフトレバーがパーキングポジション又はニュートラルポジションからそれら以外のシフトポジションに操作された後に、所定時間が経過すること。

・車両走行速度が所定速度以上であること。
尚、自動始動条件としては、この他の種々の条件が適宜加えられたり置き換えられたりしてもよい。

前記自動始動条件が成立していない場合（ステップ１００：ＮＯ）には、同条件が成立するまでステップ１００の判断が繰返し行われる。この場合、即ちエンジン１１の停止時には、クランクシャフト１１ａ及びＭ／Ｇ４０の回転がともに停止している。また、エンジン１１の特定気筒では、ピストンが膨張行程において下降する途中で停止している。同気筒内には、前回のエンジン停止時におけるクランク停止位置制御により、クランクシャフト１１ａの回転停止直前に噴射された燃料と空気との混合気が燃焼されずに残っている。こうしたエンジン停止状態から、同条件が成立すると（ステップ１００：ＹＥＳ）、エンジン１１の始動に関わる各部位に対してＥＣＵ４３からエンジン始動指令が出力される（ステップ１０１）。

ここでは、ＥＣＵ４３は前記膨張行程着火始動処理を実行すべく、エンジン１１の各気筒のうち膨張行程にある気筒、即ち前記のように混合気が残っている気筒の点火プラグに対して作動信号が出力される。これにより、上記膨張行程にある気筒の点火プラグが点火され（ステップ１０２）、その気筒内の混合気の着火・燃焼によってピストンが押下げられて、クランクシャフト１１ａが極低回転速度で回転される。また、このクランクシャフト１１ａの回転トルクがベルト２３、プーリ２２，４０ａなどを介してＭ／Ｇ４０に伝達され、このＭ／Ｇ４０の回転軸が回転される。これに伴いクランクシャフト１１ａ及びＭ／Ｇ４０の各回転速度が上昇する。

前記膨張行程着火始動処理に伴うＭ／Ｇ４０の回転開始後、そのＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎが所定値Ｎ１（例えば６５０ｒｐｍ）以上であるか否かが判断される（ステップ１０３）。この回転速度Ｎとしては、クランク角センサ５１によって検出されるクランクシャフト１１ａの回転速度（エンジン回転速度）を２倍した値が用いられる。

前記回転速度Ｎが所定値Ｎ１未満であると、ステップ１０３の処理が繰返し行われる。この場合には、Ｍ／Ｇ４０への通電が行われない。これに対し、回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上である（ステップ１０３：ＹＥＳ）と、インバータ４１の制御を通じてＭ／Ｇ４０への通電が開始される。このようにして、回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上となるまでＭ／Ｇ４０への通電が禁止される。

ここで、Ｍ／Ｇ４０に通電するか否かの可否判断に用いられる閾値である所定値Ｎ１の設定の仕方について説明する。
スイッチング素子４４に通電した場合に、その温度上昇に影響を及ぼす要素としては、次の（ｉ）〜（iii ）の３つが挙げられる。
（ｉ）スイッチング素子４４の近傍の温度：雰囲気温度Ｔａ、
（ii）Ｍ／Ｇ４０の発電に伴うスイッチング素子４４の温度上昇量：発電温度上昇量Ｔｇ、
（iii ）エンジン１１の自動始動に伴うスイッチング素子４４の温度上昇量：始動温度上昇量Ｔｍ。

そして、Ｍ／Ｇ４０の通電後のスイッチング素子４４の温度をＴとすると、Ｍ／Ｇ４０の発電によってスイッチング素子４４の温度が既に上昇している状態で、そのＭ／Ｇ４０の通電が行われた場合、上記温度Ｔは次式（２）で表される。

Ｔ＝Ｔａ＋Ｔｇ＋Ｔｍ …（２）

また、スイッチング素子４４が所定の性能を発揮し得る設計上の最大温度を「定格温度Ｔｓｐｅｃ」とする。更に、雰囲気温度Ｔａ、発電温度上昇量Ｔｇ及び始動温度上昇量Ｔｍが採り得る最大値をそれぞれＴａｍａｘ，Ｔｇｍａｘ，Ｔｍｍａｘとする。ここでは、最大値Ｔａｍａｘ及びＴｇｍａｘが略一定の値であると考え、実機計測により得た値を用いている。

この場合、スイッチング素子４４が設計通りの性能を発揮するには、次式（３）を満たしていることが必要である。

Ｔｓｐｅｃ≧Ｔａｍａｘ＋Ｔｇｍａｘ＋Ｔｍｍａｘ …（３）

エンジン始動時にスイッチング素子４４に許容される温度上昇量は、上記式（３）を変形した次式（４）を満たす必要がある。

Ｔｓｐｅｃ−Ｔａｍａｘ−Ｔｇｍａｘ≧Ｔｍｍａｘ …（４）

よって、例えば、Ｔｓｐｅｃ＝１５０〔℃〕、Ｔａｍａｘ＝９０〔℃〕、Ｔｇｍａｘ＝４９〔℃〕とすると（Ｍ／Ｇ４０として例えば５０００ｒｐｍで８０Ａの発電能力を有するものを使用した場合）、エンジン１１の自動始動時にスイッチング素子４４に許容される温度上昇量（始動温度上昇量Ｔｍ）は最大でも１１℃であることが分かる。

一方、Ｍ／Ｇ４０においては、その回転速度Ｎと電流特性との間に次の関係が見られる。それは、Ｍ／Ｇ４０のステータに流れる電流（ステータ電流）は回転速度Ｎが低いときには多く、同回転速度Ｎが高くなるに従い少なくなることである。こうした現象が起るのは、ステータに逆起電力が発生し、前記式（１）中の電源電圧との電位差が小さくなって、同式（１）中の右辺の分子が小さくなるからである。

ここで、スイッチング素子４４では、既述したように、ステータ電流の２乗に比例したコレクタ損失が生じ、このコレクタ損失によってスイッチング素子４４の温度が上昇するところ、Ｍ／Ｇ４０の回転速度が高くなるに従い上記のようにステータ電流が少なくなることから、コレクタ損失が減る。その結果、図４に示すように、スイッチング素子４４の始動温度上昇量Ｔｍの最大値Ｔｍｍａｘは、Ｍ／Ｇ４０の回転速度Ｎが低いときには多く、同回転速度Ｎが高くなるに従い少なくなる傾向にある。

この図４によると、最大値Ｔｍｍａｘが上記１１℃となるときのＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎは６５０ｒｐｍである。従って、Ｍ／Ｇ４０の回転速度が６５０ｒｐｍ以上であるときにそのＭ／Ｇ４０に通電すれば、始動温度上昇量Ｔｍが最も多い場合であっても１１℃以下となることが分かる。即ち、エンジン１１の自動始動に際してＭ／Ｇ４０の回転速度が６５０ｒｐｍ以上であるときにそのＭ／Ｇ４０の通電を行えば、その通電後のスイッチング素子４４の温度は定格温度Ｔｓｐｅｃ（１５０℃）の範囲内に確実に抑えられることが分かる。

前記ステップ１０４にてＭ／Ｇ４０の通電が開始されると、そのＭ／Ｇ４０はモータとして機能し、Ｍ／Ｇ４０の駆動力がベルト２３、プーリ４０ａ，２２などを介してクランクシャフト１１ａに伝達され、エンジン１１のクランキングがアシストされる。その後、エンジン１１の回転速度が上昇して自立運転が可能になると、Ｍ／Ｇ４０への通電が停止され、エンジン１１の自動始動制御が完了する（ステップ１０５）。このステップ１０５の処理をもってエンジン１１の自動始動処理にかかる一連の処理が終了される。上述した一連の処理は、例えば車両のイグニッションスイッチが「オフ」操作されるなど、運転者によりエンジン１１の運転が停止されるまで繰返し行われる。

尚、上記ＥＣＵ４３によるエンジン自動始動処理中、ステップ１０４の処理が通電制御手段に相当し、ステップ１０３の処理（ＮＯの場合にステップ１０３を繰返す処理）が通電禁止手段に相当する。また、ステップ１０２の処理が膨張行程着火始動手段に相当する。更に、クランク角センサ５１がＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎを間接的に検出する回転速度検出手段に相当する。

以上説明したように、この第１実施形態にかかるエンジン始動装置によれば、次のような効果を得ることができる。
（１）自動始動条件の成立に応じて出力されるエンジン始動指令により、エンジン１１の前回停止時に混合気が生成された状態で膨張行程で停止された気筒に対して着火を行い、ピストンを下降させてクランクシャフト１１ａを回転させるようにしている（ステップ１０２）。このため、始動時のエンジンフリクションが大きくてもＭ／Ｇ４０が回転しない（ロックする）不具合を解消することができる。

（２）また、上記着火後、Ｍ／Ｇ４０の回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上となるまでＭ／Ｇ４０への通電を禁止するようにしている（ステップ１０３：ＮＯ）。
そのため、一般に、Ｍ／Ｇ４０に対しその回転速度Ｎが低いときに通電すると、ステータに多くのステータ電流が流れてスイッチング素子４４が大きく昇温するが、前述した通電停止により、この多くのステータ電流に起因するスイッチング素子４４の昇温を抑制することができる。

そして、Ｍ／Ｇ４０の回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上となったところで通電禁止を解除し、インバータ４１の制御を通じたＭ／Ｇ４０への通電を開始することで、Ｍ／Ｇ４０を回転させてエンジン１１のクランキングをアシストするようにしている。

従って、大電流が流れることによるスイッチング素子４４の過剰な昇温を抑制することが可能となる。既存の廉価なスイッチング素子の使用が可能となり、特別なスイッチング素子を用いなくてもすむため、コストの低減を図ることができる。

（３）所定値Ｎ１を、Ｍ／Ｇ４０の回転速度Ｎについて、エンジン始動時にスイッチング素子４４に許容される温度上昇量の最大値に対応する値に設定している。こうした条件を満たす値を所定値Ｎ１とし、この所定値Ｎ１を、通電可否を判断する際の閾値とすることで、スイッチング素子４４の温度がエンジン１１の始動時に許容される温度上昇量の最大値Ｔｍｍａｘを越えるのを抑制することができる。

（４）上記（３）における始動による温度上昇量の最大値Ｔｍｍａｘを、スイッチング素子４４の定格温度Ｔｓｐｅｃから、雰囲気温度の最大値Ｔａｍａｘ、及び発電に伴う温度上昇量の最大値Ｔｇｍａｘを減算することにより算出している。こうして求めた最大値Ｔｍｍａｘに対応する回転速度Ｎを所定値Ｎ１とすることで、上述した（１）に記載した効果が確実なものとなる。

（５）クランクシャフト１１ａの回転速度とＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎとが１対１で対応していることから、クランク角センサ５１によるクランクシャフト１１ａの回転速度に基づきＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎを求め、これをＭ／Ｇ４０への通電の可否判断に用いている。そのため、Ｍ／Ｇ４０の回転速度を直接検出するためのセンサを新たに設けなくてもよく、その分、部品点数の削減を図ることができる。

（６）雰囲気温度Ｔａが採り得る最大値Ｔａｍａｘ、及び発電温度上昇量Ｔｇが採り得る最大値Ｔｇｍａｘとして、ともに実機にて計測した値を用いている。そして、これらの最大値Ｔａｍａｘ，Ｔｇｍａｘを用いてエンジン始動時にスイッチング素子４４に許容される温度上昇量の最大値Ｔｍｍａｘを求めている。そのため、こうした雰囲気温度Ｔａや発電温度上昇量Ｔｇを検出するためのセンサを別途設けなくてもすむ。

（第２実施形態）
次に、本発明を具体化した第２実施形態について第１実施形態との相違点を中心に説明する。

第１実施形態では、膨張行程着火始動処理と通電処理とを通じてＭ／Ｇ４０を回転させ、エンジン１１を自動始動している。しかしながら、例えばエンジン１１のフリクションが大きい場合などには、膨張行程着火始動処理の直後にＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎが一旦は所定値Ｎ１以上となっても、エンジン１１が自立運転するまでには至らずに同回転速度Ｎが低下する可能性がある。このような場合には、Ｍ／Ｇ４０の通電後にスイッチング素子４４を流れる電流がＭ／Ｇ４０（クランクシャフト１１ａ）の回転速度Ｎの低下に伴って増大し、そのスイッチング素子４４自身の温度が上昇する。そこで、第２実施形態では、そうした不具合を解消すべく、Ｍ／Ｇ４０の通電後であってエンジン１１が自立運転するには至っていないと判断される場合には、Ｍ／Ｇ４０の通電を強制的に停止するようにしている。

以下に、上記Ｍ／Ｇ４０の通電を強制的に停止する処理手順の一例を、図５を参照して説明する。尚、この処理は、エンジン１１の自動始動処理の一部としてＭ／Ｇ４０の通電（図３中のステップ１０４）が行われた後に実施される。

図５に示されるように、Ｍ／Ｇ４０への通電が開始される（ステップ１０４）と、Ｍ／Ｇ４０の回転速度Ｎが前述した所定値Ｎ１未満であるか否かが判断される（ステップ１１０）。即ちこのステップ１１０にて、エンジン１１が自立運転するまでに至っているか否かが判断される。このステップ１１０の判断は、例えば、Ｍ／Ｇ４０への通電が開始されてから所定期間が経過するまで繰返し行われる。尚、所定期間とは、通常、Ｍ／Ｇ４０への通電が開始されてからエンジン１１が自立運転するのに要する期間である。このステップ１１０の処理で、上記所定期間が経過するまでＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎが所定値Ｎ１未満とならなかった場合（ステップ１１０：ＮＯ）には、エンジン１１が自立運転しているものと考えられることから、エンジン１１の自動始動が完了され（ステップ１０５）、これらの一連の処理が終了される。

一方、ステップ１１０の処理で上記所定期間が経過する前にＭ／Ｇ４０の回転速度Ｎが所定値Ｎ１未満となった場合（ステップ１１０：ＹＥＳ）には、エンジン１１が自立運転していないと考えられることから、Ｍ／Ｇ４０への通電が強制的に停止される（ステップ１１１）。また、この通電停止と略同時にスタータモータ３０に対して電力が供給される（ステップ１１２）。これによりスタータモータ３０が作動し、エンジン１１がクランキングされる。

その後、エンジン１１の回転速度が上昇して自立運転が可能になると、スタータモータ３０への通電が停止され、エンジン１１の自動始動制御が完了される（ステップ１０５）。このステップ１０５の処理をもってエンジン１１の自動始動処理にかかる一連の処理が終了される。

上記ＥＣＵ４３による自動始動処理中、ステップ１１０，１１１の処理は通電停止手段に相当する。
以上説明したように、第２実施形態にかかるエンジン始動装置によれば、前記第１実施形態に記載した（１）〜（６）の効果に加えて、次の効果が得られる。

（７）Ｍ／Ｇ４０への通電開始後にその回転速度Ｎが所定値Ｎ１を下回ると、そのＭ／Ｇ４０への通電を強制的に停止するようにしている（ステップ１１０，１１１）。そのため、一旦は回転速度Ｎが所定値Ｎ１以上となって通電を開始したものの何らかの原因により同回転速度Ｎが低下して所定値Ｎ１を下回ったとしても、多くのステータ電流が流れることによるスイッチング素子４４の過昇温を抑制することができる。こうした点からも、特別なスイッチング素子の不要化に伴うコスト低減効果をより確実なものとすることができる。

（８）Ｍ／Ｇ４０への通電が強制的に停止された後、スタータモータ３０によりエンジン１１をクランキングする（ステップ１１２）ようにしている。このため、Ｍ／Ｇ４０の回転トルクではエンジン１１を始動させることができない場合でもエンジン１１を速やかに始動させることができる。

（その他の実施形態）
尚、各実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・前記各実施形態において、外気温や冷却水温（インバータ４１が水冷式の場合）など、スイッチング素子４４の近傍の雰囲気温度を検出する温度センサを設け、エンジン１１の自動始動制御を行う際にはその温度センサによって検出される温度を雰囲気温度Ｔａとし、所定値Ｎ１をその都度算出するようにしてもよい。同様に、スイッチング素子４４の温度を検出する温度センサを設け、その温度センサによって発電温度上昇量Ｔｇを検出して所定値Ｎ１を算出してもよい。これにより、所定値Ｎ１を比較的低い値にまで幅をもたせることができる。

・前記各実施形態において、Ｍ／Ｇ４０の回転速度Ｎを直接検出するセンサを別途設け、このセンサの検出値に基づきステップ１０３，１１０の少なくとも一方の判定を行うようにしてもよい。

・Ｍ／Ｇ４０はクランクシャフト１１ａの２倍の回転速度で回転する。このことから、図３におけるステップ１０３の処理を、「エンジン回転速度がＮ１／２〔ｒｐｍ〕以上であるか」に変更してもよい。同様に、図５におけるステップ１１０の処理を、「エンジン回転速度がＮ１／２〔ｒｐｍ〕未満であるか」に変更してもよい。

本発明の第１実施形態についてその全体構造を示す略図。 同実施形態でのクランク停止位置制御にかかる燃料噴射の実施時期を示すタイミングチャート。 同実施形態のエンジン自動始動処理を示すフローチャート。 Ｍ／Ｇの回転速度と始動温度上昇量Ｔｍとの関係を示す特性図。 第２実施形態のエンジン自動始動処理の一部を示すフローチャート。

符号の説明

１１…エンジン、１１ａ…クランクシャフト（エンジンの出力軸）、４０…Ｍ／Ｇ（発電電動機）、４１…インバータ、４２…バッテリ（電源）、４３…ＥＣＵ（通電制御手段、膨張行程着火始動手段、通電禁止手段、通電停止手段）、４４…スイッチング素子、５１…クランク角センサ（回転速度検出手段）、Ｎ…Ｍ／Ｇの回転速度、Ｎ１…所定値、Ｔｓｐｅｃ…定格温度、Ｔａ…雰囲気温度、Ｔｇ…発電温度上昇量、Ｔｍ…始動温度上昇量Ｔｍ、Ｔａｍａｘ，Ｔｇｍａｘ，Ｔｍｍａｘ…最大値。

Claims (4)

1. エンジンに駆動連結されるとともに、スイッチング素子を有するインバータを介して電源に接続された発電電動機と、
   前記エンジンの始動時に前記インバータの制御を通じて前記発電電動機に通電することにより、前記エンジンの出力軸を前記発電電動機にて回転させる通電制御手段と
   を備えるエンジン始動装置において、
   前回のエンジン停止時に、混合気が生成された状態で膨張行程で停止された気筒に対して着火を行うことにより前記出力軸を回転させる膨張行程着火始動手段と、
   前記発電電動機の回転速度を直接又は間接的に検出する回転速度検出手段と、
   前記膨張行程着火始動手段による着火後、前記回転速度検出手段による回転速度が所定値以上となるまで前記通電制御手段による前記発電電動機への通電を禁止する通電禁止手段と
   を備えることを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記所定値は、前記発電電動機の回転速度について、前記始動時に前記スイッチング素子に許容される温度上昇量の最大値に対応する値に設定されている請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記始動時における温度上昇量の最大値は、前記スイッチング素子の定格温度から、前記スイッチング素子の雰囲気温度の最大値、及び発電に伴う温度上昇量の最大値を減算することにより算出されるものである請求項２に記載のエンジン始動装置。
4. 前記通電制御手段による前記発電電動機への通電開始後に前記回転速度検出手段による回転速度が前記所定値を下回ると前記発電電動機への通電を停止する通電停止手段を更に備える請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジン始動装置。

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