JP4696765B2 - エンジンの始動方法及びエンジンの始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン（内燃機関）をその出力軸に連結された電気モータ（以下単にモータという）を用いて始動するエンジンの始動装置に関する。

燃費向上のためのアイドルストップ装置として、エンジンを再始動する際にモータに所定の起動用トルクを発生させる指令を与えてモータを起動し、モータ回転速度が目標回転速度付近の所定回転速度に達したら、実際のモータ回転速度が目標回転速度と一致するようにモータ供給電力をフィードバック制御するものがある（特許文献１参照）。
特開２００１−２６３２０９号公報

ところで、アイドルストップ車両に適用されるエンジンに、燃費向上と振動低減とを狙ってエンジン再始動時に吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化するようにしたエンジンがあり、このエンジンでは、単位シリンダ当たりの充填効率が小さい（つまりシリンダ内で圧縮する空気が少ない）ためにピストンによる圧縮温度が低く、特に車両の置かれた環境が低温状態である場合には圧縮行程を何度も繰り返さなければ当該エンジンが燃焼を開始しない（着火が生じない）。

そこで、当該エンジンにおいて早く始動させようとクランキング時の目標回転速度を高くしてクランキングを行おうとすれば、バッテリの持続時間が短くなり始動できない可能性があるため、燃焼開始するまでは始動できる範囲においてできるだけ低い回転速度を目標回転速度に設定しその目標回転速度を維持させたほうがよい。その理由は、燃焼開始するまでは始動できる範囲においてできるだけ低い回転速度の目標回転速度を維持させたほうが、トータルでのバッテリの消費電力が低減することとなり、バッテリの持続時間を長くすることができ、始動の機会を増やすことができるためである。

一方、クランキング時の燃料供給と点火とにより着火が生じ燃焼開始（初爆）するとエンジンが発生するトルクによりエンジン回転速度が上昇し、クランキング開始当初に設定していた上記の目標回転速度以上になるため、燃焼開始後には目標回転速度をクランキング開始当初の目標回転速度より高くすることが必要である。また、燃焼開始後に目標回転速度を高くするとフリクショントルク低下時間が短くなり始動までの時間も短くなるため、燃焼開始後にはクランキング開始当初の目標回転速度よりも高い回転速度へと目標回転速度を切換える必要がある。

しかしながら、上記特許文献１には、エンジン再始動時に特に吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化するようにしたエンジンにおいて、確実にエンジン始動を行わせるために目標回転速度を段階的に設定するようにしたエンジンの始動方法について一切記載がない。

そこで本発明では、エンジン再始動時に特に吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化したエンジンにおいても、燃焼開始（着火）させるために必要なクランキング回転速度をできるだけ低くしてバッテリ放電量を最小限に抑えることができるようにすることを目的とする。

本発明は、モータによりエンジンのクランクシャフトをクランキングすることによって始動するエンジンの始動方法やエンジンの始動装置において、クランキング時に燃料供給と点火とを実行し、この燃料供給と点火とにより着火が生じたか否かを判定し、この着火判定結果に基づいて、クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力を制御する
ように構成する。

本発明によれば、モータによりエンジンのクランクシャフトをクランキングすることによって始動するエンジンの始動方法やエンジンの始動装置において、クランキング時に燃料供給と点火とを実行し、この燃料供給と点火とにより着火が生じたか否かを判定し、この着火判定結果に基づいて、クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力を制御するので、着火させるために必要なクランキング回転速度をできるだけ低くしてバッテリ放電量を最小限に抑えることができることから、エンジン再始動時に特に吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化しているエンジンにおいても、クランキング継続時間を長くとることができ、始動不良に陥る可能性を少なくすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１はエンジンの始動方法の実施に直接使用するエンジンの始動装置をアイドルストップ車両に適用した概略構成を示している。

エンジン１の出力軸にモータ（モータジェネレータ）２の回転軸を直結してある。こうして、エンジン１の出力側に、モータ２を介してトルクコンバータ３付きの自動変速機４を連結し、この変速機４の出力軸５によりデファレンシャルギヤ６を介して駆動輪７、８を駆動するようにしてある。

上記のモータ２は、高電圧バッテリ９にインバータ１０を介して接続されており、始動時（エンジンキースイッチによる始動時及びアイドルストップ後の始動時）に、高電圧バッテリ９から電力の供給を受けて作動し、始動時以外は、発電機として、バッテリ９に充電するようになっている。このように、モータ２を主にアイドルストップ装置の始動用とすることで、バッテリ９の小型化等を図ることができる。

エンジン１にはカムスプロケット１ｄと吸気弁用カムシャフト１ｅとの間に介在して、作動角一定のまま吸気弁用カムの位相を連続的に制御しうる吸気バルブタイミングコントロール機構（以下「ＶＴＣ機構」という。）１１を備える。ここで、カムスプロケット１ｄ及びクランクスプロケット１ａにはタイミングチェーン１ｃが掛け回されており、クランクシャフト１ａの動力が吸気弁用カムシャフト１ｅに伝達されるようになっている。

統合コントロールユニット３１は、エンジン１（具体的には燃料供給装置２５、点火装置２６及びスロットル装置２７）、モータ２及び自動変速機４の作動に加えてＶＴＣ機構１１の作動を制御するもので、エンジンキースイッチ３４、クランクシャフトポジションセンサ３２、カムシャフトポジションセンサ３３、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ３５、スロットル弁（スロットル装置２７の一部）の開度を検出するスロットルセンサ３６、アクセルペダルの踏込み無しあるいはスロットル弁全閉のときにＯＮとなるアイドルスイッチ３７、ブレーキペダルの踏込みによりＯＮとなるブレーキスイッチ３８、車速を検出する車速センサ３９、エンジンの冷却水温を検出する水温センサ４０からの信号等から信号が入力されている。ここで、エンジン回転速度（モータ回転速度）Ｎｅはクランクシャフトポジションセンサ３２、カムシャフトポジションセンサ３３からの信号に基づいて算出されている。

さて、上記のエンジン１では、燃費向上と振動低減とを狙って、エンジン再始動時にＶＴＣ機構１１を用いて吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化するようにしている。こうしたエンジンでは、エンジン再始動時に単位シリンダ当たりの充填効率が小さい（つまり圧縮する空気が少ない）ためにピストンによる圧縮温度が低く、特に低温環境下では圧縮行程を何度も繰り返さなければ当該エンジンが燃焼を開始しない（着火が生じない）。

そこで、当該エンジンにおいて早く始動させようとクランキング時の目標回転速度を高くしてクランキングを行おうとすれば、バッテリ９の持続時間が短くなりエンジンを再始動できない可能性があるため、燃焼開始するまでは始動できる範囲においてできるだけ低い回転速度を目標回転速度に設定しその目標回転速度を維持させたほうがよい。その理由は、燃焼開始するまでは始動できる範囲においてできるだけ低い回転速度の目標回転速度を維持させたほうが、トータルでのバッテリ９の消費電力が低減することとなり、バッテリ９の持続時間を長くすることができるためである。

一方、クランキング時の燃料供給と点火とにより着火が生じ燃焼開始（初爆）するとエンジンが発生するトルクによりエンジン回転速度が上昇し、クランキング開始当初に設定していた上記の目標回転速度以上になるため、燃焼開始後には目標回転速度を上昇させることが必要である。また、燃焼開始後に目標回転速度を上昇させるとエンジンのフリクショントルク低下時間が短くなり始動に要する時間も短くなるため、燃焼開始後にはクランキング開始当初の目標回転速度よりも高い回転速度へと目標回転速度を切換える必要がある。

そこで本実施形態では、クランキング開始当初は着火可能下限回転速度を第１目標回転速度Ａ（第１回転速度）として設定して、この第１目標回転速度Ａ（初爆サポート用）がえられるようにクランキングを実行し、実際のクランキング回転速度としきい値との比較により実際のクランキング回転速度が所定回転速度以上に上昇した（つまり着火が生じた）か否かを判定し、実際のクランキング回転速度が所定回転速度以上に上昇した（着火が生じた）ときには第１目標回転速度Ａより高い第２目標回転速度Ｂ（第２回転速度）に切換え、この第２目標回転速度Ｂ（完爆サポート用）が得られるようにクランキングを継続して完爆させ、エンジン始動に至らせる。

統合コントローラ３１で実行されるこの制御を図２のフローチャートに基づいて説明する。

図２はエンジンの始動制御を実行するためのフローチャートで、時間に沿った制御の流れを示している。一定時間毎に実行するものではない。

図２においてステップ１では、起動要求フラグ＝１（起動要求有り）か否かをみる。この起動要求フラグは、エンジンキースイッチ３４（スタートスイッチ）による通常のエンジン始動時の他、アイドルストップ条件においてエンジンを自動的に停止した後、アイドルストップ解除条件においてエンジンを自動的に始動させる場合に、別ルーチンにより１にセットされる。

ここで、アイドルストップ条件とは、例えば、アイドルスイッチ３７のＯＮで、エンジン回転速度Ｎｅがアイドル回転速度付近で、車速＝０のアイドル運転時であって、かつブレーキスイッチ３８がＯＮのときとする。アイドルストップ解除条件とは、アイドルストップ後に、例えば、アイドルスイッチ３７がＯＦＦ（アクセルペダル踏込み）で、ブレーキスイッチ３８がＯＦＦとなったときとする。

起動要求フラグ＝１（起動要求有り）の場合にはステップ２に進み、水温センサ４０により検出される冷却水温Ｔｗ（エンジン水温）と規定値を比較する。ここで、規定値は本実施形態のエンジン始動制御を実行するか否かを判定するための値で、例えば−１０〜２０℃といった値である。冷却水温Ｔｗが規定値未満であるときには本実施形態のエンジン始動制御を実行するため、ステップ３以降に進む。

ステップ３、４では、ステップ３、４の操作を同時に行う。

まず、ステップ３ではインバータ１０を介してモータ２の回転速度制御を行う。このモータ２の回転速度制御は、モータ回転速度（＝エンジン回転速度）Ｎｅと第１目標回転速度Ａとの偏差に応じたトルク指令をモータ２に与えて、実際のエンジン回転速度Ｎｅが第１目標回転速度Ａと一致するようにフィードバック制御するものである。例えば、図３に示したように、クランキング開始タイミングのｔ０で目標回転速度（一点鎖線参照）が第１目標回転速度Ａへとステップ的に大きくなるとき、実際のエンジン回転速度（実線参照）はこの第１目標回転速度Ａに対して一次遅れで追従する。

ステップ４ではエンジン１に対し始動操作を行う。具体的には、燃料供給装置２５を介してエンジン１への燃料供給を開始し、また点火装置２６を介して点火を開始する。こうした燃料供給と点火の各制御は従来と同じである。ここでの燃料供給装置２５としては、吸気ポートに臨んで燃料噴射弁を設けているものを考えている。また、始動時には理論空燃比を目標空燃比として燃料噴射弁により供給する燃料噴射量を設定している。

ステップ５ではエンジンに着火（燃焼開始）が生じたか否かをみる。燃焼開始すると、燃焼エネルギーによりエンジンがトルクを発生し図３に示したように実際のエンジン回転速度がそれまでの回転速度（Ａ）より上昇するので、ステップ３で得ている第１目標回転速度Ａに所定値ΔＮ１を加算した値をしきい値とし、実際のエンジン回転速度とこのしきい値（＝Ａ＋ΔＮ１）とを比較し、実際のエンジン回転速度がこのしきい値を超えたとき燃焼開始した（着火が生じた）と判定すればよい。

ステップ５で着火が生じないあいだはそのまま待機し、着火が生じたときにはステップ６に進みインバータ１０を介してモータ２の回転速度制御を行う。このモータ２の回転速度制御は、モータ回転速度（＝エンジン回転速度）Ｎｅと、上記の第１目標回転速度Ａよりも高い第２目標回転速度Ｂとの偏差に応じたトルク指令をモータ２に与えて、実際のエンジン回転速度Ｎｅが第２目標回転速度Ｂと一致するようにフィードバック制御するものである。例えば、図３に示したように、着火判定タイミングのｔ１で目標回転速度が第１目標回転速度Ａより第２目標回転速度Ｂへとステップ的に大きくなるとき、実際のエンジン回転速度（実線参照）はこの第２目標回転速度Ｂに対しても一次遅れで追従する。

ここで、上記の目標回転速度Ａ、Ｂの設定方法及び着火判定方法について図４〜図１３を参照してさらに詳述する。

図４は着火前（燃焼開始前）のモータ出力、エンジン回転速度の変化を示している。このうち破線は従来装置の場合である。従来装置によれば、クランキング回転速度を着火可能下限回転数以上に上昇させている時間が長く、無駄にバッテリを消費していることを示している。すなわち、従来装置によれば、図４上段に示したように、クランキング開始タイミングのｔ０より、一定時間経過後のｔ２までの期間、大きなモータ出力Ｐ１を与えた後に、徐々にモータ出力を小さくしてｔ３のタイミングでモータ出力がゼロとなるようにしている。このとき、図４下段に示したようにｔ０よりｔ３までのモータが働く全区間でエンジン回転速度は着火可能下限回転速度を大きく超えている。こうした従来装置よれば、ｔ３までの区間（従来装置のクランキング持続時間）にエンジンを始動できなければ始動不能となってしまう。

一方、実線が本実施形態の場合である。図４上段に示したように、クランキング開始当初は短い期間（ｔ０〜ｔ１）だけ大きなモータ出力Ｐ１を与えるけれども、着火可能下限回転速度を第１目標回転速度Ａとして設定し、ｔ１のタイミングより実際のエンジン回転速度がこの第１目標回転速度Ａと一致するようにモータ出力をフィードバック制御するため、図４下段に示したようにエンジン回転速度が第１目標回転速度Ａの付近に保たれ、従って、本実施形態のクランキング持続時間はｔ４まで延びている。このように、本実施形態ではバッテリ９を使用可能な時間がｔ３よりｔ４へと長くなり、ｔ４までの区間（本実施形態のクランキング持続時間）内であればエンジンを始動させることが可能となる。

図５は図４とは別の角度から従来装置と本実施形態の相違を表したものである。図５に示した特性曲線は、エンジン回転速度（クランキング回転速度）を大きくするほどピストンによる燃焼室内ガスの圧縮温度が高くなり着火性がよくなることを表している。この場合に、本実施形態は、着火性限界のエンジン回転速度（つまり目標回転速度Ａ）でクランキングを開始するものである。これに対して、従来装置は、着火性限界のエンジン回転速度よりも大きなエンジン回転速度Ｃでクランキングを行っていることに相当する。従って、本実施形態によれば、図示のエンジン回転速度の低下分（＝Ｃ−Ａ）だけ、バッテリ９の電力消費を低減できることとなる。

図６は吸気弁閉時期の相違がクランキング時のエンジン回転速度に与える影響を示している。図１で前述したようにエンジン１はアイドルストップ車両に適用したエンジンであるため、エンジンの再始動時にＶＴＣ機構１１を働かせて通常エンジン（一点鎖線参照）よりも、吸気弁閉時期を圧縮上死点近傍にまで遅くしている（実線参照）。ここで、通常エンジンとは、吸気弁閉時期が下死点過ぎの圧縮行程内の時期にあるエンジンのことである。アイドルストップ車両に適用したエンジンとして、エンジンの再始動時に圧縮上死点近傍の吸気弁閉時期とするのは、圧縮上死点近傍にまで吸気弁閉時期を遅くすることにより単位シリンダ当たりの充填効率を小さくし（つまりシリンダ内で圧縮する空気を少なくする）、これによりエンジン再始動時の燃料消費を低減するとともに振動を抑制して静かな始動を行わせるためである。

このようなアイドルストップ車両に適用したエンジン、つまり吸気弁閉時期が圧縮上死点近傍にあるエンジンについて、クランキング時に通常エンジンと同じ圧縮温度を得るためには、通常エンジンよりもエンジン回転速度を高くする必要がある。クランキング時の同じエンジン回転速度のとき、通常エンジンよりも、吸気弁閉時期が圧縮上死点近傍にあるエンジンのほうが圧縮温度が低いのは、吸気弁閉時期が圧縮上死点近傍にあると、ピストンによる圧縮熱が逃げがちとなり、かつ燃焼室の空気も吸気ポートへと戻りがちとなるためである。従って、この二つの原因を解消して、通常エンジンと同じ圧縮温度を得るためにはクランキング時のエンジン回転速度を上昇させる必要がある。

なお、本実施形態は、吸気弁閉時期が圧縮上死点近傍にあるエンジンを対象としているが、本発明としてはこのエンジンだけを対象とするものでなく、通常エンジンに対しても適用がある。例えば、吸気弁閉時期が圧縮上死点近傍にあるエンジンと通常エンジンとでは図６に示したクランキング回転速度の相違があるので（図６左側参照）、通常エンジンを対象とするときは図示のＡ’を第１目標回転速度Ａとして設定してやればよい。

さて、図３に示した２段階の目標回転速度Ａ、Ｂ（一点鎖線参照）を実現するため、第１目標回転速度Ａとしては、着火可能時間とバッテリ持続時間とが両立する範囲で、また第２目標回転速度Ｂとしては、フリクショントルク低下時間とバッテリ持続時間が両立する範囲で設定する。すなわち、図７に示したようにクランキング回転速度が大きくなるほどバッテリ持続時間は直線で低下し、着火可能時間は反比例で低下するので、図示のハッチングの領域（第１目標回転速度Ａが存在する領域）が出現するように、かつ図８に示したようにクランキング回転速度が大きくなるほどバッテリ持続時間は直線で低下し、フリクション低下時間は反比例で低下するので、図示のハッチングの領域（第２目標回転速度Ｂが存在する領域）が出現するように、エンジン１やモータ２やバッテリ９の各仕様を決定する。

そして、目標回転速度Ａ、Ｂは、具体的には図９に示したように、冷却水温が同じ条件であれば、バッテリ容量（特にバッテリ残容量）を表すＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）に応じて設定する。冷却水温が同じ条件でＳＯＣが高いときには第１、第２の目標回転速度Ａ、Ｂを高くして、短時間でのエンジン始動を目指す。冷却水温が同じ条件でＳＯＣが低いときには第１、第２の目標回転速度Ａ、Ｂを低くして確実にエンジンを始動させるようにする。

また、第１、第２の目標回転速度Ａ、Ｂは図１０に示したように、ＳＯＣが同じ条件であれば冷却水温Ｔｗに応じて設定する。図１０のように、ＳＯＣが同じ条件で冷却水温Ｔｗが低いときに第１、第２の目標回転速度Ａ、Ｂを低くするのは、冷却水温Ｔｗが低いときにはエンジンのフリクショントルクが大きくなるためである。

次に、上記ステップ５での着火判定方法としては、クランキング時の実際のエンジン回転速度に燃焼開始に伴う回転速度の上昇が生じたか否かにより行う。これについて図１１を参照して説明すると、図１１において破線はエンジン回転速度に対するモータトルクの特性を示している。いま、図示の運転点ａでのクランキング回転速度をＡとし、燃焼開始してエンジンがトルクを発生したとすると、運転点はａより平行移動してｂ（このとき回転速度Ｂ）へと移る。つまり、全体としてのトルクは燃焼開始の前と後とで変わらないのに、燃焼開始後にはエンジン回転速度がＡより回転速度上昇代ΔＮ２だけ上昇する。

ここで、図示のＡ、Ｂはそれぞれ第１目標回転速度、第２目標回転速度である。クランキング開始時のフリクショントルクは冷却水温（あるいは油温）に依存するため、運転点ａ、ｂは冷却水温Ｔｗが低くてフリクショントルクが大きくなれば、それぞれ破線、実線の特性曲線に沿って上方に移動し、この逆に冷却水温Ｔｗが高くてフリクショントルクが小さくなれば、それぞれ破線、実線の特性曲線に沿って下方に移動する。従って、運転点ａ、ｂでの目標回転速度Ａ、Ｂは冷却水温Ｔｗに依存させて設定することが必要であり、これが上記の図１０で示したように、第１、第２の目標回転速度Ａ、Ｂを冷却水温Ｔｗに依存させて設定している理由である。

従って、ステップ３で得ている第１目標回転速度Ａに、燃焼開始に伴う回転速度上昇代ΔＮ２を加えた値をしきい値ＳＬとし、このしきい値ＳＬと実際のエンジン回転速度Ｎｅとを比較し、実際のエンジン回転速度Ｎｅがこのしきい値ＳＬを超えていなければ燃焼開始（着火）していないと、これに対して実際のエンジン回転速度Ｎｅがしきい値ＳＬを超えたときに燃焼開始（着火）していると判定する。あるいは、Ａ＋ΔＮ２＝Ｂであるから、実際のエンジン回転速度Ｎｅと第２目標回転速度Ｂを比較し、実際のエンジン回転速度Ｎｅがこの第２目標回転速度Ｂを超えていなければ燃焼開始していないと、これに対して実際のエンジン回転速度Ｎｅが第２目標回転速度Ｂを超えたときに燃焼開始していると判定する。なお、図１１では第２目標回転速度Ｂと第１目標回転速度Ａとの差を回転速度上昇代ΔＮ２としているが、図３に示した回転速度上昇代ΔＮ１としては第２目標回転速度Ｂと第１目標回転速度Ａとの差より小さい値を採用している。回転速度上昇代ΔＮ１とΔＮ２のいずれを選択するかは適合により定めればよい。

なお、ステップ５での着火判定は、あくまでクランキング中のエンジンに初爆が生じたか否かをみるためのものであって、完爆が生じたか否かをみているのではない。完爆が生じたか否かをみるのは後述するステップ７である。

図１２は着火後のトルク収支を示している。図において右向き矢印は着火に伴うエンジントルクの発生によって運転点が着火前の運転点ａよりエンジン回転速度が大きくなる側に移動することを表している。また、着火後の時間経過に伴うフリクショントルクの低下で、運転点はｃよりｄへと移るはずであるが、実際にはそうならず、左向き矢印で示したように、フリクショントルクの着火後の時間経過に伴う低下で運転点はエンジン回転速度が小さくなる側に移動する。これらの結果、図上では本実施形態の場合、運転点は、ａ→ｃ→ｂと動いて着火後の運転点ｂに落ち着くものと考えられる。

図１３はモータトルクとエンジントルクの合計を縦軸に取り直したものである。実線は従来装置、太破線は本実施形態である。図４でも示した従来装置によれば、モータトルクはクランキング開始当初に大きくその後に急激に小さくなり、ｔ１２のタイミングでゼロとなる。その後はエンジントルクのみとなるため、従来装置は図示のように折れ線で表される。この場合に、エンジンのフリクショントルクはクランキング開始時のｔ０より徐々に低下するため、仮に図示の位置にフリクショントルクがくるとすれば（一点鎖線参照）、従来装置の実線折れ線と、フリクショントルクの一点鎖線とが重なるため、ｔ１１よりｔ１３までの区間でモータトルクとエンジントルクの合計がフリクショントルクを下回り、これに起因してそれまでのエンジン回転を持続できずにエンジン停止に至ってしまうことが考えられる。

一方、本実施形態によれば、モータトルクとエンジントルクの合計は、フリクショントルクより所定値だけ上方を辿って小さくなりｔ１４のタイミングでモータトルクがゼロとなる。その後は従来装置と同じにエンジントルクのみとなるため、本実施形態も図示のように折れ線で表される。

しかしながら、本実施形態を示している太破線は、フリクショントルクの一点鎖線と交わるところがない。このように、本実施形態では、クランキング開始タイミングのｔ０より、モータトルクがゼロとなるｔ１４までの区間、つまりモータトルクが働いている全区間で継続してフリクショントルク以上のトルクを発生させているので、モータトルクが働いている全区間のうちのどこかのタイミングで着火（燃焼開始）が生じればエンジン始動が可能となる。なお、着火する前はエンジントルクは生じないので、図１３において太破線は着火しているとしたときの仮想の線である。従って、実際には、着火したタイミングでエンジントルク＋モータトルク＞フリクショントルクとなり、始動可能となる。

これで、図４〜図１３の説明を総て終える。

図２に戻り、図２のステップ２で冷却水温Ｔｗが規定値以上であるときにはステップ３、４、５を飛ばして即座にステップ６の操作を実行する。すなわち、クランキング開始時の冷却水温Ｔｗ（エンジン水温）が規定値以上であるときにはバッテリ９の状態が良くなるため、クランキング開始当初よりクランキング回転速度の目標値を第１目標回転速度Ａよりも高い第２目標回転速度Ｂとして、クランキング時のモータ回転速度を制御する。

これで図２のステップ６までの説明を終了する。

次に、ステップ７では、エンジン１がトルクを発生したか否かをみる。この完爆判定方法としては、モータ２の回生トルクによる回生電力に基づいて行う。すなわち、モータ２のトルクが正から負に反転したことをもって完爆が生じたと判定する。簡単には実際のエンジン回転速度と完爆回転速度（図３参照）との比較により、実際のエンジン回転速度が完爆回転速度以上となったとき完爆が生じたと判定すればよい。

ステップ７でエンジン１がトルクを発生したことを判定した場合にはステップ８へ進み、モータ２の回転速度制御を解除する。このように、エンジンがトルクを発生したことを判定した後に、モータ２の回転速度制御を解除することで、エンジン１の自立がばらついた際の回転変動を防止できる。なお、モータ２の回転速度制御の解除タイミングは、エンジン１の完爆判定の直後である必要はなく、図３においてｔ３以降であればいつでもよい。

最後に、ステップ９では、起動要求フラグ＝０にリセットして、このフローを終了する。

このように本実施形態（請求項１、９に記載の発明）によれば、モータ２によりエンジン１のクランクシャフト１ａをクランキングすることによって始動するエンジンの始動方法やエンジンの始動装置において、クランキング時に燃料供給と点火とを実行し（図２のステップ４）、この燃料供給と点火とにより着火が生じたか否かを判定し（図２のステップ５）、この着火判定結果に基づいて、クランキング時のモータ回転速度を制御する（図２のステップ３、５、６）ので、着火させるために必要なクランキング回転速度をできるだけ低くしてバッテリ放電量を最小限に抑えることができることから、エンジン再始動時に特に吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化しているエンジンにおいても、クランキング継続時間を長くとることができ、始動不良に陥る可能性を少なくすることができる。

本実施形態（請求項３、１１に記載の発明）によれば、着火判定結果に基づき、着火が生じる前にはクランキング回転速度の目標値を着火可能下限回転速度である第１目標回転速度Ａ（第１回転速度）とし、着火が生じた後にはクランキング回転数の目標値を第１目標回転速度Ａよりも高い第２目標回転速度Ｂ（第２回転速度）へと切換えるので（図２のステップ３、５、６）、着火が生じる前後でクランキング回転速度の目標値を最適に設定できる。

本実施形態によれば、第１目標回転速度Ａ（第１回転速度）に着火に伴う回転速度上昇代ΔＮ１を加算した値をしきい値として、前記着火が生じたか否かを、このしきい値（Ａ＋ΔＮ１）と、実際のクランキング回転速度とを比較することによって判定するので（図２のステップ５）、エンジンが燃料開始に伴ってトルクを発生したことを容易に判定することができる。

本実施形態（請求項５、１３に記載の発明）によれば、着火判定結果に基づいてのクランキング時のモータ回転速度の制御を、クランキング開始時の冷却水温Ｔｗ（エンジン水温）が規定値より低いときに実行する（図２のステップ２、３〜６）。そして、クランキング開始時の冷却水温Ｔｗが規定値以上であるときにはバッテリ９の状態が良くなるため、クランキング開始当初よりクランキング回転速度の目標値を第１目標回転速度Ａよりも高い第２目標回転速度Ｂ（第２回転速度）として、クランキング時のモータ回転速度を制御する（図２のステップ２、６）。これにより、クランキング開始時の冷却水温Ｔｗが規定値以上であるときには、クランキング開始時の冷却水温Ｔｗが規定値より低いときより早期に始動できることになり、冷却水温Ｔｗに関係なく始動性能と発進性能を両立させることができる。

本実施形態（請求項７、１５に記載の発明）によれば、クランキング時の各目標値（Ａ、Ｂ）をクランキング開始時のバッテリのＳＯＣにより変化させ、ＳＯＣが大きいときには各目標値（Ａ、Ｂ）を高く、ＳＯＣが小さいときには始動できる範囲で低くするので（図９参照）、バッテリ容量（バッテリのＳＯＣ）が大きいときには始動時間が短縮され、バッテリ容量が小さいときには始動することが重視されることとなり、始動不能に陥らない範囲で始動時間を短縮化することができる。

実施形態では、クランキング時に燃料供給と点火とを実行し、この燃料供給と点火とにより着火が生じたか否かを判定し、この着火判定結果に基づいて、クランキング時のモータ回転速度を制御する場合で説明したが、着火判定結果に基づいて、クランキング時のモータ供給電力を制御するようにしてもかまわない（請求項１、９に記載の発明）。

実施形態では、着火判定結果に基づいてのクランキング時のモータ回転速度の制御を、クランキング開始時のエンジン水温が規定値より低いときに実行する場合で説明したが、着火判定結果に基づいてのクランキング時のモータ供給電力の制御を、クランキング開始時のエンジン水温が規定値より低いときに実行するようにしてもかまわない（請求項５に記載の発明）。また、着火判定結果に基づいてのクランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力の制御を、クランキング開始時のバッテリのＳＯＣが規定値より小さいときに実行するようにしてもかまわない（請求項６、１４に記載の発明）
実施形態では、本発明をアイドルストップ車両に適用した場合について説明したが、これに限られるものでなく、モータにはスタータが含まれる。従って、スタータによりエンジンのクランクシャフトをクランキングすることによって始動するものにも適用がある。

請求項１に記載の燃料供給・点火実行処理手順は図２のステップ４により、着火判定処理手順は図２のステップ５により、モータ回転速度・モータ供給電力制御処理手順は図２のステップ３、５、６により果たされている。

請求項９に記載の燃料供給・点火実行手段の機能は図２のステップ４により、着火判定手段の機能は図２のステップ５により、モータ回転速度・モータ供給電力制御手段の機能は図２のステップ３、５、６により果たされている。

本発明の第１実施形態のエンジンの始動装置をアイドルストップ車両に適用した概略構成図。 エンジンの始動を説明するためのフローチャート。 クランキング開始からのエンジン回転速度の変化波形図。 モータ出力、エンジン回転速度の時間的経過を示す波形図。 クランキング回転速度に対する圧縮温度の特性図。 クランキング回転速度、圧縮温度、着火までの時間の関係を示す特性図。 第１目標回転速度Ａの設定方法を示すための特性図。 第２目標回転速度Ｂの設定方法を示すための特性図。 バッテリＳＯＣに対する目標回転速度の特性図。 冷却水温に対する目標回転速度の特性図。 着火判定方法を示すための特性図。 着火後のトルク収支を説明するための特性図。 着火後のトルク収支を説明するための特性図。

符号の説明

１ エンジン
２ モータ
９ バッテリ
３１ 統合コントローラ

Claims (16)

1. モータによりエンジンのクランクシャフトをクランキングすることによって始動するエンジンの始動方法において、
   前記クランキング時に燃料供給と点火とを実行する燃料供給・点火実行処理手順と、
   この燃料供給と点火とにより着火が生じたか否かを判定する着火判定処理手順と、
   この着火判定結果に基づいて、前記クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力を制御するモータ回転速度・モータ供給電力制御処理手順と
   を含むことを特徴とするエンジンの始動方法。
2. 前記モータ回転速度・モータ供給電力制御処理手順は、着火が生じた後のクランキング回転速度が、着火が生じる前のクランキング回転速度より高くなるように、着火判定結果に基づいて、クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力を制御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方法。
3. 着火が生じる前には前記クランキング回転速度の目標値を着火可能下限回転速度である第１回転速度とし、前記着火判定結果に基づき着火が生じた後には前記クランキング回転数の目標値を前記第１回転速度よりも高い第２回転速度へと切換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動方法。
4. 実際のクランキング回転速度が前記クランキング回転速度の各目標値と一致するように前記モータ供給電力をフィードバック制御することを特徴とする請求項３に記載のエンジンの始動方法。
5. 前記着火判定結果に基づいての前記クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力の制御を、前記クランキング開始時のエンジン水温が規定値より低いときに実行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方法。
6. 前記着火判定結果に基づいての前記クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力の制御を、前記クランキング開始時のバッテリのＳＯＣが規定値より小さいときに実行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方法。
7. 前記クランキング開始時のバッテリのＳＯＣが小さいほど前記クランキング時の各目標値を低く設定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方法。
8. 前記エンジンは、少なくともエンジン再始動時に吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化しているエンジンであることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動方法。
9. モータによりエンジンのクランクシャフトをクランキングすることによって始動するエンジンの始動装置において、
   前記クランキング時に燃料供給と点火とを実行する燃料供給・点火実行手段と、
   この燃料供給と点火とにより着火が生じたか否かを判定する着火判定手段と、
   この着火判定結果に基づいて、前記クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力を制御するモータ回転速度・モータ供給電力制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの始動装置。
10. 前記モータ回転速度・モータ供給電力制御手段は、着火が生じた後のクランキング回転速度が、着火が生じる前のクランキング回転速度より高くなるように、着火判定結果に基づいて、クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力を制御することを特徴とする請求項９に記載のエンジンの始動方法。
11. 着火が生じる前には前記クランキング回転速度の目標値を着火可能下限回転速度である第１回転速度とし、前記着火判定結果に基づき着火が生じた後には前記クランキング回転数の目標値を前記第１回転速度よりも高い第２回転速度へと切換えることを特徴とする請求項９に記載のエンジンの始動装置。
12. 実際のクランキング回転速度が前記クランキング回転速度の各目標値と一致するように前記モータ供給電力をフィードバック制御することを特徴とする請求項１１に記載のエンジンの始動装置。
13. 前記着火判定結果に基づいての前記クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力の制御を、前記クランキング開始時のエンジン水温が規定値より低いときに実行することを特徴とする請求項９に記載のエンジンの始動装置。
14. 前記着火判定結果に基づいての前記クランキング時のモータ回転速度またはモータ供給電力の制御を、前記クランキング開始時のバッテリのＳＯＣが規定値より小さいときに実行することを特徴とする請求項９に記載のエンジンの始動装置。
15. 前記クランキング開始時のバッテリのＳＯＣが小さいほど前記クランキング時の各目標値を低く設定することを特徴とする請求項９に記載のエンジンの始動装置。
16. 前記エンジンは、少なくともエンジン再始動時に吸気弁閉位置を圧縮上死点近傍にまで遅角化しているエンジンであることを特徴とする請求項９に記載のエンジンの始動装置。
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