JP5839005B2

JP5839005B2 - エンジン始動装置及びエンジン始動方法

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Publication number: JP5839005B2
Application number: JP2013173962A
Authority: JP
Inventors: 和勇灰屋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-08-23
Filing date: 2013-08-23
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2033-08-23
Also published as: JP2015040561A; RU2014134055A

Description

本発明は、エンジン始動装置及びエンジン始動方法に係り、特に、通電により駆動されるスタータを用いてエンジンを始動させるエンジン始動装置及びエンジン始動方法に関する。

従来、通電により駆動されるスタータを用いてエンジンを始動させるエンジン始動装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このエンジン始動装置において、スタータは、直流電源からスタータリレーの励磁コイルに励磁電流が供給されることにより駆動される。スタータが駆動されると、エンジンが始動される。また、このエンジン始動装置においては、エンジンの始動中にスタータが所定時間継続して駆動停止（ロック）していることが検出されると、スタータへの通電が遮断される。かかる通電遮断制御によれば、エンジン始動中にスタータがロックしても、そのスタータに大きな拘束電流（ロック電流）が流れるのを回避することができる。従って、上記のエンジン始動装置によれば、エンジン始動時、大きなロック電流が継続して流通することに起因するスタータの損傷・故障を防止することができ、スタータの保護性能を確保することができる。

特開平１０−１９６５０１号公報

ところで、エンジンの始動中にスタータへの通電を遮断するのに要するスタータの駆動停止が継続すべき所定時間が比較的短いと、スタータの保護性能は向上するが、エンジンの始動性が低下することとなる。一方、上記の所定時間が比較的長いと、エンジンの始動性は維持されるが、スタータの保護性能が低下することとなる。

エンジンを冷却する冷却水の温度（エンジン水温）が低いほど、スタータはロックし易い。スタータがロックし易い状態で上記の所定時間が比較的長い時間に設定されるものとすると、スタータのロック発生時に通電が遮断され難くなるので、スタータの保護性能が低下してしまう。また、エンジン水温が高いほど、スタータはロックし難い。スタータがロックし難いにもかかわらず上記の所定時間が比較的短い時間に設定されるものとすると、スタータのロックが一旦発生した際に通電が遮断され易くなるので、エンジンの始動性が低下してしまう。従って、上記の所定時間がエンジン水温に関係なく一定値に維持されていると、エンジン水温が低いときのスタータの保護性能とエンジン水温が高いときのエンジンの始動性とを両立できなくなる。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、エンジン水温が低いときのスタータの保護性能とエンジン水温が高いときのエンジンの始動性とを両立させることが可能なエンジン始動装置及びエンジン始動方法を提供することを目的とする。

上記の目的は、エンジンを始動させるために通電により駆動されるスタータと、前記エンジンの始動中に前記スタータが所定時間継続して駆動停止した場合、該スタータへの通電を遮断する通電停止手段と、を備えるエンジン始動装置であって、前記エンジンを冷却する冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段と、前記所定時間を、前記エンジン水温検出手段により検出される前記冷却水の温度が低いほど短くし、また、前記冷却水の温度が高いほど長くする判定時間変更手段と、を備えるエンジン始動装置により達成される。

また、上記の目的は、エンジンの始動中に該エンジンを始動させるために通電により駆動されるスタータが所定時間継続して駆動停止した場合、該スタータへの通電を遮断するエンジン始動方法であって、前記エンジンを冷却する冷却水の温度を検出するエンジン水温検出ステップと、前記所定時間を、前記エンジン水温検出ステップにおいて検出される前記冷却水の温度が低いほど短くし、また、前記冷却水の温度が高いほど長くする判定時間変更ステップと、を備えるエンジン始動方法により達成される。

本発明によれば、エンジン水温が低いときのスタータの保護性能とエンジン水温が高いときのエンジンの始動性とを両立させることができる。

本発明の一実施例であるエンジン始動装置のブロック構成図である。スタータの通電時間と温度との関係を、スタータの正常回転時とスタータのロック時とで比較した図である。本実施例における（Ａ）スタータの正常回転時及び（Ｂ）スタータのロック時それぞれの各種信号の時間波形を表した図である。本実施例のエンジン始動装置において実行されるメインルーチンの一例のフローチャートである。本実施例におけるＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥと所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋとの関係を表した図を示す。本実施例のエンジン始動装置において実行されるサブルーチンの一例のフローチャートである。

以下、図面を用いて、本発明に係るエンジン始動装置及びエンジン始動方法の具体的な実施の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施例であるエンジン始動装置１０のブロック構成図を示す。本実施例のエンジン始動装置１０は、例えば車両に搭載されており、通電により駆動されるスタータ１２を用いてエンジン１４を始動させる装置である。スタータ１２とエンジン１４とは、エンジン１４の始動時に機械的に連結される。スタータ１２は、通電により回転駆動されることでエンジン１４を始動させるトルクを発生させる電動機である。エンジン１４は、スタータ１２から付与されるトルクに従って始動される。エンジン１４は、始動動作の完了後は、気筒内での点火により車輪を回転させる動力を発生する。

エンジン始動装置１０は、マイクロコンピュータを主体に構成された電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称す）１６を備えている。ＥＣＵ１６には、外部のＥＣＵなどからエンジン１４の始動を要求する指令（ＥＮＧ始動要求指令）が入力されると共に、スタータ１２（具体的には、スタータ１２に通電するためのスタータリレー）が接続されている。ＥＣＵ１６は、外部からのＥＮＧ始動要求指令が入力されると、その指令に従ってスタータ１２に対して回転駆動を実施させるための信号（スタータ駆動信号）を供給する。スタータ１２は、ＥＣＵ１６からスタータ駆動信号が供給されると、車載バッテリから通電されて回転駆動される。

エンジン１４には、ＮＥセンサ２０が配設されている。ＮＥセンサ２０は、エンジン１４の回転数に応じた時間間隔でパルス（ＮＥパルス）を出力するセンサであって、エンジン１４の運転中における燃料噴射や点火などの各種制御に用いられるセンサである。ＮＥセンサ２０は、ＥＣＵ１６に接続されている。ＮＥセンサ２０の出力信号は、ＥＣＵ１６に供給される。ＥＣＵ１６は、ＮＥセンサ２０から供給される信号に基づいてＮＥパルスを検知して、エンジン１４の回転数を検出する。

尚、ＥＣＵ１６は、エンジン１４の始動開始後、検出したエンジン回転数が所定回転数に達した場合に、スタータ１２へのスタータ駆動信号の供給を停止してそのスタータ１２の回転駆動を停止させることとしてもよい。スタータ１２は、ＥＣＵ１６からのスタータ駆動信号の供給が停止されると、通電遮断されて駆動停止される。

エンジン１４には、また、水温センサ２２が配設されている。水温センサ２２は、エンジン１４を冷却する冷却水の温度（ＥＮＧ水温）Ｔ_ＮＥに応じた信号を出力するセンサであって、エンジン１４の運転中における燃料噴射や点火などの各種制御に用いられるセンサである。水温センサ２２は、ＥＣＵ１６に接続されている。水温センサ２２の出力信号は、ＥＣＵ１６に供給される。ＥＣＵ１６は、水温センサ２２から供給される信号に基づいてＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥを検出する。

次に、図２〜図６を参照して、本実施例のエンジン始動装置１０の動作について説明する。

図２は、スタータ１２の通電時間と温度との関係を、スタータ１２がスタータ駆動信号に対して正常に回転駆動される正常回転時と、スタータ１２がスタータ駆動信号に対して駆動停止するロック時と、で比較した図を示す。図３は、本実施例における（Ａ）スタータ１２の正常回転時及び（Ｂ）スタータ１２のロック時それぞれの各種信号の時間波形を表した図を示す。図４は、本実施例のエンジン始動装置１０においてＥＣＵ１６が実行するメインルーチンの一例のフローチャートを示す。図５は、本実施例におけるＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥと所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋとの関係を表した図を示す。また、図６は、本実施例のエンジン始動装置１０においてＥＣＵ１６が実行するサブルーチンの一例のフローチャートを示す。

本実施例のエンジン始動装置１０において、スタータ１２は、ＥＣＵ１６から回転駆動を実施させるためのスタータ駆動信号が供給された場合、通常は、車載バッテリから通電されて回転駆動される。一方、スタータ１２は、ＥＣＵ１６から上記のスタータ駆動信号が供給されても、回転駆動せず或いは回転駆動を継続できずに駆動停止（ロック）することがある。エンジン１４の始動中にスタータ１２がロックしているにもかかわらずそのスタータ１２への通電が長時間に亘って継続すると、スタータ１２に大きな電流が流れてスタータ１２の温度が急激に上昇してそのスタータ１２が焼損し或いは故障することがある。

そこで、本実施例のエンジン始動装置１０においては、上記の不都合を回避するため、ＥＣＵ１６は、エンジン１４の始動中にスタータ１２が所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋ継続してロックしたことを検知した場合、そのスタータ１２への通電を遮断する制御（通電遮断制御）を実行する。

具体的にはまず、ＥＣＵ１６は、外部のＥＣＵなどからＥＮＧ始動要求指令が入力された場合、その指令に従ってスタータ１２に対するスタータ駆動信号への供給（すなわち、スタータ１２への通電）を開始する（時刻ｔ＝ｔ０；ステップ１００）。また、ＥＣＵ１６は、上記ステップ１００においてスタータ１２へのスタータ駆動信号の供給が開始された後、そのスタータ１２が正常に回転駆動されているか或いはロックしているか否かを判別する。

スタータ１２が正常に回転駆動されているときは、そのスタータ１２の回転駆動に伴ってエンジン１４が回転するので、ＮＥセンサ２０からオン／オフが繰り返されるＮＥパルスが出力される。一方、スタータ１２がロックしているときは、エンジン１４が回転しないので、ＮＥセンサ２０から上記のＮＥパルスが出力されない。そこで、ＥＣＵ１６は、上記したスタータ１２のロック有無の判別として、ＮＥセンサ２０からのＮＥパルスが検知されるか否かを判別する（時刻ｔ＝ｔ１；ステップ１０２）。

ＮＥセンサ２０からのＮＥパルスが検知される場合は、スタータ１２が正常に回転してエンジン１４が回転していると判断できる。ＥＣＵ１６は、上記ステップ１０２においてＮＥセンサ２０からのＮＥパルスが検知されたと判別すると、ＮＥパルスが検知されない時間の始期を示す基準時刻ｔ０を更新する処理を実行する（ステップ１０４）。この基準時刻ｔ０の更新処理は、上記ステップ１０２でＮＥパルスが検知された時刻ｔ１へ更新されるものである。

上記ステップ１０４において基準時刻ｔ０の更新処理が行われた場合、及び、上記ステップ１０２においてＮＥセンサ２０からのＮＥパルスが検知されないと判別された場合、ＥＣＵ１６は、次に、ＮＥパルスの非検知が継続する時間（パルス無し時間）ｔ２を計算する処理を実行する（ｔ２＝ｔ１−ｔ０；ステップ１０６）。そして、その計算したパルス無し時間ｔ２が所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋ以上に達しているか否かを判別する（ステップ１０８）。

尚、上記した所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋは、スタータ１２が通電されている状態でそのスタータ１２のロックが発生してから、そのスタータ１２の通電を遮断させるのに要するそのロックの継続時間のことである。

また、上記した所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋは、エンジン１４に実際に生じているＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥに応じて変更される。具体的には、所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋは、ＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが低いほど短くされ、また、ＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが高いほど長くされる。例えば図５に示す如く、常温域内（例えば、−２０℃〜＋２０℃）ではＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが高くなるほどリニアに長くされると共に、常温域外（例えば、−２０℃以下、及び、＋２０℃以上）ではＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが高くなるほど、常温域内のものに比べて小さい傾きで長くされる。

ＥＣＵ１６は、ＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥと所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋとの関係を表す図５に示す如きマップを予めメモリに記憶している。ＥＣＵ１６は、上記ステップ１０８の処理直前において、水温センサ２２からの信号に基づいてＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥを検出する（ステップ２００）。そして、メモリに記憶している上記マップを参照して、その検出したＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥに基づいて、上記ステップ１０８の処理に用いる所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋを設定する（ステップ２０２）。

上記ステップ２０２の処理が行われると、上記ステップ１０８の処理に用いる所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋが設定されることで、そのステップ１０８において、パルス無し時間ｔ２が、その設定された所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋ以上に達しているか否かの判別が行われる。

ＥＣＵ１６は、上記ステップ１０８の処理の結果、パルス無し時間ｔ２が所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋ以上に達せず、ｔ２＜ｔｌｏｃｋが成立すると判別した場合は、スタータ１２のロックがそのスタータ１２の通電を遮断すべき程度の時間まで継続していないと判断でき、次に、外部からのＥＮＧ始動要求が未だあるか否かを判別する（ステップ１１０）。そして、外部からのＥＮＧ始動要求があると判別した場合は、以後、何ら処理を進めることなく今回のルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１１０において外部からのＥＮＧ始動要求がないと判別した場合、及び、上記ステップ１０８においてパルス無し時間ｔ２が所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋ以上に達し、ｔ２≧ｔｌｏｃｋが成立すると判別した場合、ＥＣＵ１６は、スタータ１２に対するスタータ駆動信号への供給を停止する（ステップ１１２）。この場合、スタータ１２は、通電遮断されて駆動停止されることとなる。

かかる処理においては、スタータ１２への通電を開始してエンジン１４の始動を開始した後、スタータ１２のロックが継続するロック継続時間が所定時間に達しなければ、原則としてスタータ１２の通電が遮断されることはない一方、そのロック継続時間が所定時間に達した場合は、スタータ１２の通電が遮断される。

このため、本実施例によれば、エンジン始動中にスタータ１２のロックが生じても、そのスタータ１２に対して長時間に亘る通電が行われることは回避されるので、スタータ１２に大きな電流が流れるのを抑制することができ、スタータ１２の焼損・故障を防止してスタータ１２の保護性能を向上させることができる。また、エンジン始動中にスタータ１２のロックが生じても、そのロック発生後直ちにスタータ１２に対する通電が遮断される訳ではないので、スタータ１２のロックが短時間しか生じなかったときにエンジン１４の始動が直ちに中止されるのを回避することができ、エンジン１４の始動性が損なわれるのを回避することができる。

また、本実施例において、スタータ１２への通電によるエンジン始動中にそのスタータ１２のロックに起因した通電遮断を行うのに必要なスタータ１２のロック継続時間（所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋ）は、エンジン１４のＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥに応じて変更される。具体的には、ＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが低いほど短くされ、また、ＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが高いほど長くされる。

かかる構成においては、スタータ１２がロックし易いＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが低いときほど、スタータ１２のロック時に通電が遮断され易くなるので、スタータ１２の保護を優先してスタータ１２の焼損・故障を確実に防止することが可能となる。また、スタータ１２がロックし難いＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが高いときほど、スタータ１２のロック時に通電が遮断され難くなるので、エンジン１４の始動性を優先してエンジン１４の始動を確実に実現させることができる。

従って、本実施例のエンジン始動装置１０によれば、ＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥに応じて所定のロック判定時間ｔｌｏｃｋを変更することで、ＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが低いときのスタータ１２の保護性能とＥＮＧ水温Ｔ_ＮＥが高いときのエンジン１４の始動性とを両立させることができる。

また、本実施例において、スタータ１２への通電によるエンジン始動中にそのスタータ１２がロックしているか否かの判別は、エンジン１４の回転数を検出するためのＮＥセンサ２０を用いて行われる。ＮＥセンサ２０は、一般的に、エンジン１４の各種制御に用いられるセンサである。この点、本実施例によれば、スタータ１２への通電によるエンジン始動中にそのスタータ１２がロックしているか否かを判別するのに、エンジン制御に用いられる既存のＮＥセンサ２０を用いることとすれば十分であり、専用のセンサを設けることは不要である。従って、本実施例によれば、センサの数を増やすことなくスタータ１２のロックを検知することができ、スタータ１２の通電遮断制御を簡素な構成で実行することができる。

尚、上記の実施例においては、ＥＣＵ１６が図４に示すルーチン中ステップ１１２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「通電停止手段」が、ＥＣＵ１６が図６に示すルーチン中ステップ２００の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「エンジン水温検出手段」及び「エンジン水温検出ステップ」が、ＥＣＵ１６がステップ２０２の処理を実行することにより特許請求の範囲に記載した「判定時間変更手段」及び「判定時間変更ステップ」が、それぞれ実現されている。また、ＮＥセンサ２０からのＮＥパルスが検知されるか否かが特許請求の範囲に記載した「エンジンの回転数が所定値以下であるか否か」に相当する。

ところで、上記の実施例においては、スタータ１２への通電によるエンジン始動中にそのスタータ１２がロック（駆動停止）しているか否かの判別を、エンジン１４の回転数に応じた時間間隔でパルスを出力するＮＥセンサ２０を用いて行うこととしている。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、スタータ１２に直接に専用のセンサを設け、そのセンサを用いてエンジン始動中でのスタータ１２のロック有無を判別することとしてもよい。

また、上記の実施例においては、ＮＥパルスを出力するＮＥセンサ２０からのＮＥパルスが検知されるか否かに基づいてスタータ１２のロックの有無が判別される。しかし、本発明はこれに限定されるものではなく、ＥＣＵ１６が、エンジン１４の回転数を検出して、その検出した回転数が所定値以下であるか否かに基づいてスタータ１２のロックの有無を判別することとしてもよい。

１０エンジン始動装置
１２スタータ
１４エンジン
１６電子制御ユニット（ＥＣＵ）
２０ＮＥセンサ
２２水温センサ

Claims

エンジンを始動させるために通電により駆動されるスタータと、前記エンジンの始動中に前記スタータが所定時間継続して駆動停止した場合、該スタータへの通電を遮断する通電停止手段と、を備えるエンジン始動装置であって、
前記エンジンを冷却する冷却水の温度を検出するエンジン水温検出手段と、
前記所定時間を、前記エンジン水温検出手段により検出される前記冷却水の温度が低いほど短くし、また、前記冷却水の温度が高いほど長くする判定時間変更手段と、
を備えることを特徴とするエンジン始動装置。
前記エンジンの始動中における前記スタータの駆動停止の有無判定は、始動される該エンジンの回転数が所定値以下であるか否かに基づいて行われることを特徴とする請求項１記載のエンジン始動装置。
エンジンの始動中に該エンジンを始動させるために通電により駆動されるスタータが所定時間継続して駆動停止した場合、該スタータへの通電を遮断するエンジン始動方法であって、
前記エンジンを冷却する冷却水の温度を検出するエンジン水温検出ステップと、
前記所定時間を、前記エンジン水温検出ステップにおいて検出される前記冷却水の温度が低いほど短くし、また、前記冷却水の温度が高いほど長くする判定時間変更ステップと、
を備えることを特徴とするエンジン始動方法。
前記エンジンの始動中における前記スタータの駆動停止の有無判定は、始動される該エンジンの回転数が所定値以下であるか否かに基づいて行われることを特徴とする請求項３記載のエンジン始動方法。