JP5271226B2 - Engine starter - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジンの始動時に、電動機で発生させた駆動力をクランク軸にベルトを介して伝達するエンジンの始動装置に関する。 The present invention relates to an engine starter that transmits a driving force generated by an electric motor to a crankshaft via a belt when the engine is started.
近年、燃費向上による排出ガス低減策の一環として、アイドリング時にエンジンを停止させる、所謂、アイドリングストップシステムが開発されている。このようなアイドリングストップシステムを採用した車両では、特に、発進・停止が頻繁に繰り返される市街地走行時等において、排出ガスを有効に低減することが可能となる。 In recent years, a so-called idling stop system that stops an engine at idling has been developed as part of a measure for reducing exhaust gas by improving fuel efficiency. In a vehicle that employs such an idling stop system, it is possible to effectively reduce exhaust gas, particularly when traveling in an urban area where start and stop are frequently repeated.
その一方で、アイドリングストップ制御を行った場合、行わない場合に比べてエンジンの始動回数が格段に増加する。従って、アイドリングストップシステムに供されるエンジンの始動装置には、高い耐久性や低振動騒音性等が要求され、走行当初の始動のみを想定したギヤ式のスタータをそのまま適用することが困難であった。そこで、この種のエンジンの始動装置には、スタータモータ(電動機)の回転をベルトによりエンジンに伝達して始動を行う、ベルト式のスタータが多く採用される傾向にある。 On the other hand, when the idling stop control is performed, the number of engine starts is significantly increased as compared with the case where the idling stop control is not performed. Therefore, the engine starter used in the idling stop system is required to have high durability, low vibration noise, and the like, and it is difficult to directly apply a gear type starter that assumes only the start at the beginning of traveling. It was. Therefore, this type of engine starting device tends to employ a belt type starter that transmits the rotation of a starter motor (electric motor) to the engine by a belt to start the engine.
ここで、ベルト式スタータの電動機にはオルタネータ等の発電機が兼用されることが一般的であり、このような場合、電動機(電動発電機)は、一般に、他の補機類等と共にベルトを介してクランクプーリに連結される。従って、この種のベルトシステムには、始動時の電動機からの突入トルク等によってベルトのスリップが発生することを防止するためのテンショナが設けられ、このテンショナによってベルトに所定の張力が付与される(例えば、特許文献1参照)。 Here, it is common that the generator of the belt type starter is also used as a generator such as an alternator. In such a case, the motor (motor generator) generally has a belt together with other auxiliary machines. To the crank pulley. Therefore, this type of belt system is provided with a tensioner for preventing belt slippage due to rush torque from the electric motor at the time of starting, and a predetermined tension is applied to the belt by this tensioner ( For example, see Patent Document 1).
この場合、エンジンフリクションが最大となる冷態時の始動を可能とするため、一般に、テンショナには、エンジンの冷態始動時に電動機からの伝達トルクによってベルトに引張り力が作用した際に、当該引張り力に反発可能なリークダウン特性(ダンピング特性)が設定される。 In this case, in order to enable starting in a cold state in which engine friction is maximum, the tensioner generally has a tensile force applied when a tensile force acts on the belt by a transmission torque from the electric motor during the cold starting of the engine. Leak-down characteristics (damping characteristics) that can repel forces are set.
しかしながら、特に、アイドリングストップシステムを採用した車両では、冷態時から暖機時にかけての広範な条件下でエンジンの始動を頻繁に行う必要があり、エンジンフリクションやテンショナの特性等の各始動条件は冷態時と暖機時とで変化するため、単に、冷態時を基準とする画一的な始動制御等を行っただけではベルトスリップを的確に防止することが困難となる虞がある。 However, especially in vehicles that employ an idling stop system, it is necessary to frequently start the engine under a wide range of conditions from cold to warm-up, and each start condition such as engine friction and tensioner characteristics is Since it changes between when it is cold and when it is warming up, it may be difficult to accurately prevent belt slip by simply performing uniform starting control based on the time when it is cold.
これに対処し、例えば、電動機に対する電流フィードバック制御や粘着制御等を行うことで始動時のベルトスリップを防止することも考えられるが、これらの制御は、電流センサや高精度の回転センサ等を必要とするため、コストアップ等の要因となる。 To deal with this, for example, it may be possible to prevent belt slip at the start by performing current feedback control, adhesion control, etc. on the motor, but these controls require a current sensor, a high-precision rotation sensor, etc. Therefore, it becomes a factor of cost increase.
その一方で、テンショナのダンピング特性等をエンジンの冷態時基準のものよりも所定に高く設定することも考えられるが、このような場合、ベルトシステムのフリクション等が過剰に増大して燃費の悪化等を招く虞がある。 On the other hand, it may be possible to set the damping characteristics of the tensioner to a predetermined value higher than that of the engine when the engine is cold. In such a case, however, the friction of the belt system will increase excessively and fuel consumption will deteriorate. Etc. may be caused.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができるエンジンの始動装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an engine starter capable of accurately preventing belt slip at the time of start-up with a simple configuration.
本発明は、エンジンのクランク軸に固設されたクランクプーリと、電動機の回転軸に固設された補機プーリと、前記クランクプーリと前記補機プーリに巻き掛けられたベルトと、前記ベルトに張力を付与する油圧式のテンショナと、前記電動機の出力制御を通じてエンジンの始動を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジン始動時に前記電動機の出力回転数を目標回転数に到達させるまでの起動時間を、前記テンショナの油温に応じて可変制御することを特徴とする。 The present invention includes a crank pulley fixed to a crankshaft of an engine, an auxiliary pulley fixed to a rotating shaft of an electric motor, a belt wound around the crank pulley and the auxiliary pulley, and the belt A hydraulic tensioner that applies tension, and a control unit that starts the engine through output control of the electric motor, the control unit until the output rotational speed of the electric motor reaches a target rotational speed when the engine is started. The starting time is variably controlled according to the oil temperature of the tensioner.
本発明のエンジンの始動装置によれば、簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができる。 According to the engine starting device of the present invention, belt slip at the time of starting can be accurately prevented with a simple configuration.
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図1はエンジンの始動装置を示す概略構成図、図2はテンショナの作動油温度とリークダウン特性との関係を示す特性図、図3はエンジン始動時のモータ制御特性を示す特性図、図4はエンジン始動制御ルーチンを示すフローチャート、図5はエンジン始動時のテンショナの伸縮特性を示す特性図、図6はエンジンのベルトシステムの変形例を示す概略構成図である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The drawings relate to an embodiment of the present invention, FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an engine starting device, FIG. 2 is a characteristic diagram showing a relationship between a hydraulic oil temperature of a tensioner and a leak-down characteristic, and FIG. FIG. 4 is a flow chart showing an engine start control routine, FIG. 5 is a characteristic view showing a tensioner expansion / contraction characteristic at the time of engine start, and FIG. 6 is a schematic configuration showing a modification of the engine belt system. FIG.
図1に示すエンジン1は、例えば、アイドリングストップ機能を備えた水平対向エンジンであり、このエンジン1のエンジン本体5は左右一対のシリンダブロック6を有する。
An
各シリンダブロック6は、シリンダ7と、当該シリンダ7の基部側に一体形成されたクランクケース半体8を有して構成されている。これらクランクケース半体8の基端部は互いに接合され、これにより、エンジン本体5の中央部にはクランクケースが形成されている。また、各シリンダ7は、クランクケースの両側に配置され、その頂部にシリンダヘッド9がそれぞれ取り付けられている。
Each
また、クランクケース半体8の接合部には、図示しないベアリング等を介してクランク軸10が回転自在に支承され、エンジン本体5の前面側において、このクランク軸10にはクランクプーリ11が固設されている。
A
また、エンジン本体5の上部には、モータジェネレータ15、パワーステアリング用オイルポンプ16、及び、エアコン用コンプレッサ17等の各種補機類が配設されている。各補機類15〜17の回転軸15a〜17aには、補機プーリとしてのモータジェネレータプーリ18、オイルポンププーリ19、及び、コンプレッサプーリ20がそれぞれ固設され、これらはクランクプーリ11と同一平面上に配設されている。
Various auxiliary machines such as a
そして、これら各プーリ18〜20及びクランクプーリ11は、一連のベルト21が巻き掛けられることにより、互いに動力伝達可能なベルトシステムを構成する。これにより、エンジン1の駆動時には、クランクプーリ11からのエンジン駆動力が、ベルト21を介して、モータジェネレータ15、パワーステアリング用オイルポンプ16、エアコン用コンプレッサ17に伝達される。一方、エンジン1の始動時において、後述する電子制御ユニット(ECU)50からの制御を通じてモータジェネレータ15が電動機として駆動すると、当該モータジェネレータ15で発生した駆動力は、ベルト21を介してクランクプーリ11に伝達される。
The
ここで、このような構成のベルトシステムにおいて、モータジェネレータプーリ18とオイルポンププーリ19との間には、アイドラプーリ22が配設されている。このアイドラプーリ22は図示しないブラケット等を介してエンジン本体5に回動自在に支持され、ベルト21に対して外面側から当接されている。そして、このアイドラプーリ22の当接によってベルト21の一部が内側に湾曲されることにより、モータジェネレータプーリ18及びオイルポンププーリ19に対するベルト21の巻き掛け長が確保されている。
Here, in the belt system having such a configuration, an
また、クランクプーリ11とオイルポンププーリ19との間には、オートテンショナ25が配設されている。本実施形態において、オートテンショナ25は、例えば、一端側がピボット26aを介してパワーステアリング用オイルポンプ16に揺動自在に支持されたアーム26と、このアーム26の他端側に回動自在に支持されたベルトテンショナプーリ27と、固定端側がエンジン本体5に連結されると共に自由端側がアーム26の中途に連結された油圧式のテンショナ28と、を備えて構成されている。そして、オートテンショナ25は、ベルトテンショナプーリ27を介してベルト21を外面側から付勢することにより、当該ベルト21に所定の張力を付与する。
An
ここで、本実施形態のテンショナ28は、エンジンフリクションが最大となる冷態時の始動条件に基づいて、そのリークダウン特性(ダンピング特性)等が設定されている。すなわち、ベルト21に対する張力の過剰な付与によってベルトシステムに過大なフリクション等が発生することを防止するため、テンショナ28のダンピング特性等は、冷態始動時に必要な所定の始動トルクTq0をモータジェネレータ15で発生させた場合にもベルトスリップを防止するに必要十分な特性に設定されている。
Here, the
その一方で、油圧式のテンショナ28のダンピング力は、内部に封入された作動油の粘性等に大きく依存し、この作動油の粘性は温度上昇と共に低下する。従って、例えば、図2に示すように、テンショナ28のダンピング力(リークダウン時間)は、温度上昇と共に低下する。この場合、仮に、上述の始動トルクTq0でエンジン1の始動を行う際に、ベルトスリップの防止を保証するリークダウン時間が3.2(s/mm)であったとすると、図2の例では、テンショナ28の温度(油温)Tが38℃以上となったとき、ベルトスリップが発生する可能性が高くなる。
On the other hand, the damping force of the
そこで、本実施形態において、ECU50は、エンジン始動時のモータジェネレータ15の出力回転数Nを目標回転数Ntに到達させるまでの時間(起動時間)をテンショナ28内部の作動油の油温Tに応じて可変制御することで、実質的な始動トルクTqの可変制御を行い、ベルトスリップの発生を抑制する。
Therefore, in the present embodiment, the
具体的には、ECU50には、エンジン始動時のモータジェネレータ15に対する制御特性として、例えば、冷態時特性と暖機時特性とが予め設定されて格納されており、ECU50は、これらの制御特性を油温Tに応じて選択的に用いることでエンジン1の始動制御を行う。この場合、ECU50には、冷態時特性として、例えば、図3に示すように、エンジン始動時のモータジェネレータ15の出力回転数Nを設定起動時間ts1(例えばts1=0.5秒)かけて目標回転数Ntまで上昇させるための制御値がマップ化されて格納されている。また、ECU50には、暖機時特性として、例えば、図3に示すように、エンジン始動時のモータジェネレータ15の出力回転数Nを設定起動時間ts2(例えば、ts2=1秒)かけて目標回転数Ntまで上昇させるための制御値がマップ化されて格納されている。
Specifically, the
ここで、油温Tは、専用のサーミスタ等を用いて直接的に検出することも可能であるが、構成の簡素化のため、エンジン本体5側の検出温度に基づいて推定することが望ましい。例えば、油温Tは、油温センサ51で検出されたエンジン油温、或いは、水温センサ52で検出されたエンジン冷却水温の少なくとも何れか一方に基づいて推定することが可能である。本実施形態において、ECU50には、例えば、エンジン油温に基づいてテンショナ28の油温を推定するためのマップ等と、エンジン冷却水温に基づいてテンショナ28の油温を推定するためのマップ等とが格納されており、ECU50は、例えば、各マップで推定した油温のうち、高温のものを最終的なテンショナ28の油温Tとして推定する。
Here, the oil temperature T can be detected directly using a dedicated thermistor or the like, but it is desirable to estimate it based on the detected temperature on the engine body 5 side in order to simplify the configuration. For example, the oil temperature T can be estimated based on at least one of the engine oil temperature detected by the
このように、本実施形態において、ECU50は、制御手段としての機能を実現する。 Thus, in this embodiment, ECU50 implement | achieves the function as a control means.
次に、ECU50で実行されるエンジン始動制御について、図3に示すエンジン始動制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。このルーチンは、例えば、図示しないイグニッションスイッチ等からの信号に基づいてエンジン1の始動を判定したとき、或いは、アイドリングストップ時の図示しないアクセルペダルセンサやブレーキペダルセンサ等からの信号に基づいてエンジン1の再始動を判定したとき等に実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ECU50は、先ず、ステップS101において、テンショナ28内の作動油の油温Tを推定する。すなわち、ECU50は、油温センサ51で検出されたエンジン油温に基づいてマップ等からテンショナ28の油温を推定するとともに、水温センサ52で検出されたエンジン水温に基づいてマップ等からテンショナ28の油温を推定し、これらのうち高温のものを最終的なテンショナ28の油温Tとして推定する。
Next, engine start control executed by the
そして、ステップS101からステップS102に進むと、ECU50は、ステップS101で推定した油温Tが、予め設定された閾値T0以下であるか否かを調べる。本実施形態において、例えば、閾値T0は38℃に設定されており、ECU50は、油温Tが閾値T0以下であると判定した場合、ステップS102からステップS103に進み、モータジェネレータ15に対する制御特性として冷態時特性を選択した後、ステップS105に進む。
Then, when the process proceeds from step S101 to step S102, the
一方、ステップS102において、油温Tが閾値T0よりも高いと判定した場合、ECU50は、ステップS104に進み、モータジェネレータ15に対する制御特性として暖機時特性を選択した後、ステップS105に進む。
On the other hand, if it is determined in step S102 that the oil temperature T is higher than the threshold value T0, the
そして、ステップS103或いはステップS104からステップS105に進むと、ECU50は、選択した制御特性に基づくモータジェネレータ15の出力制御を通じて、エンジン1の始動制御(クランキング制御)を行った後、ルーチンを抜ける。
Then, when the process proceeds from step S103 or step S104 to step S105, the
すなわち、冷態時特性が選択されている場合、ECU50は、比較的短い起動時間ts1かけてモータジェネレータ15の回転数Nを目標回転数Ntまで上昇させる制御を行う。そして、このようにモータジェネレータ15の回転数Nを短時間で目標回転数Ntまで上昇させることにより、エンジン本体5のフリクションが高い冷態時にもエンジン1を始動させるに十分な始動トルクTqを発生させることが可能となる。勿論、冷態時には、このような始動トルクTqに対して十分なダンピング力がテンショナ28で発生しているため、始動トルク(突入トルク)Tqによってベルト21の張力が増大した場合にも、テンショナ28の反力が維持され(図5(a)参照)、ベルトスリップの発生を的確に防止することができる。
That is, when the cold state characteristic is selected, the
一方、暖機時特性が選択されている場合、ECU50は、冷態時特性よりも長い起動時間ts2かけてモータジェネレータ15の回転数Nを目標回転数Ntまで上昇させる制御を行う。そして、このようにモータジェネレータ15の回転数Nを比較的長い時間で目標回転数Ntまで上昇させることにより、モータジェネレータ15では冷態時よりも相対的に低い始動トルクTqが発生するが、エンジン本体5側のフリクションが低い暖機時においては、エンジン1を始動させるに十分な始動トルクを確保することが可能となる。加えて、モータジェネレータ15で発生する始動トルクTqが低く抑えられるため、ダンピング力が低下した場合にもベルト21に対するテンショナ28の反力が維持され(図5(b)参照)、ベルトスリップの発生を的確に防止することができる。なお、例えば、図5(b)中に一点鎖線で示すように、暖機時に冷態時特性を用いてエンジン1の始動制御を行った場合、テンショナ28の推力(ダンピング力)に対してベルト21の張力が勝ってしまい、テンショナ28が押し戻されてベルト21の張力が低下することにより、ベルトスリップが発生する。
On the other hand, when the warm-up characteristic is selected, the
このような実施形態によれば、エンジン1の始動時にモータジェネレータ15で発生させる始動トルクTqを、モータジェネレータ15の出力回転数Nを目標回転数Ntに到達させるまでの起動時間tsを用いて制御し、当該起動時間tsをテンショナ28の作動油の油温Tに基づいて可変制御することにより、モータジェネレータ15に対する電流フィードバック制御や粘着制御等を行うことなく、簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができる。より具体的には、エンジン1の暖機時にはエンジンフリクションが低下する一方でテンショナ28の油温Tが高温となってダンピング力が低下することに着目し、暖機時の起動時間ts2を冷態時の起動時間ts1よりも長く設定して、モータジェネレータ15で発生させる始動トルクTqを低く抑えることにより、暖機時にもベルトスリップの発生を的確に抑制してエンジン1の良好な始動性を得ることができる。換言すれば、冷態時と暖機時とでモータジェネレータ15の起動時間tsを可変制制御するだけの簡単な制御により、ベルトスリップを的確に防止してエンジン1の良好な始動性を得ることができる。
According to such an embodiment, the starting torque Tq generated by the
なお、上述の実施形態においては、アイドラプーリ22をモータジェネレータプーリ18とオイルポンププーリ19との間に配設し、オートテンショナ25をクランクプーリ11とオイルポンププーリ19との間に配設した一例について説明したが、これらの配置は上述のものに限定されるものではなく、例えば、図6に示すように、アイドラプーリ22をクランクプーリ11とオイルポンププーリ19との間には移設し、オートテンショナ25をモータジェネレータプーリ18とオイルポンププーリ19との間に配設することも可能である。
In the above-described embodiment, an example in which the
1 … エンジン
5 … エンジン本体
6 … シリンダブロック
7 … シリンダ
8 … クランクケース半体
9 … シリンダヘッド
10 … クランク軸
11 … クランクプーリ
15 … モータジェネレータ(電動機)
16 … パワーステアリング用オイルポンプ
17 … エアコン用コンプレッサ
18 … モータジェネレータプーリ(補機プーリ)
19 … オイルポンププーリ
20 … コンプレッサプーリ
21 … ベルト
22 … アイドラプーリ
25 … オートテンショナ
26 … アーム
26a … ピボット
27 … ベルトテンショナプーリ
28 … テンショナ
50 … 電子制御ユニット(制御手段)
51 … 油温センサ
52 … 水温センサ
DESCRIPTION OF
16 ... Oil pump for
DESCRIPTION OF
51 ...
Claims (3)
電動機の回転軸に固設された補機プーリと、
前記クランクプーリと前記補機プーリに巻き掛けられたベルトと、
前記ベルトに張力を付与する油圧式のテンショナと、
前記電動機の出力制御を通じてエンジンの始動を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、エンジン始動時に前記電動機の出力回転数を目標回転数に到達させるまでの起動時間を、前記テンショナの油温に応じて可変制御することを特徴とするエンジンの始動装置。 A crank pulley fixed to the crankshaft of the engine;
An auxiliary pulley fixed to the rotating shaft of the electric motor;
A belt wound around the crank pulley and the auxiliary pulley;
A hydraulic tensioner that applies tension to the belt;
Control means for starting the engine through output control of the electric motor,
The engine starter characterized in that the control means variably controls the start-up time until the output rotational speed of the electric motor reaches the target rotational speed when the engine is started according to the oil temperature of the tensioner.
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