JP6062324B2 - エンジン始動装置およびエンジン始動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両のエンジン始動装置およびエンジン始動制御方法に関する。

低コスト化の要求を満たしながら、エンジン再始動性を向上させるエンジン自動停止始動制御装置が開示されている（例えば、特許文献１参照）。そのエンジン自動停止始動制御装置においては、スタータモータに比較的大きな電流を通電する必要がないように、スタータモータへの通電をオン／オフするモータ用の機械式リレーとスイッチング素子とが並列に設けられている。エンジン停止位置制御を行う場合には、スイッチング素子によりモータの通電電流が精度良く制御される。

特開２０１０−１０６８２５号公報

特許文献１に開示されたエンジン自動停止始動制御装置においては、バッテリの充電が不十分である場合、またはバッテリが劣化している場合は、そのバッテリによって電力が供給される電装品がリセットしてしまうことがある。

（１）請求項１に記載のエンジン始動装置は、バッテリによって駆動される直流モータの回転力をエンジンへ伝達することによってエンジンを始動させるエンジン始動装置であって、バッテリのバッテリ電圧を取得するバッテリ電圧取得部と、バッテリ電圧取得部によって取得されるバッテリ電圧に基づき、バッテリから直流モータへ供給されるモータ電流の目標電流値を算出する目標電流値算出部と、直流モータのモータ回転数を取得するモータ回転数取得部と、モータ電流のモータ電流値を目標電流値に近づけるように、バッテリ電圧取得部によって取得されるバッテリ電圧と、モータ回転数取得部によって取得されるモータ回転数とに基づき、直流モータに接続されてモータ電流が流れる回路素子を制御するモータ電流制御部とを備えることを特徴とする。
（２）請求項７に記載のエンジン始動制御方法は、バッテリによって駆動される直流モータの回転力をエンジンへ伝達することによってエンジンを始動させるエンジン始動を制御するエンジン始動制御方法であって、バッテリのバッテリ電圧を取得し、直流モータ以外の他の電気機器がバッテリからの電力供給に応じて作動するのに必要な作動電圧に基づいて定められる目標電圧とバッテリ電圧との電圧差分と、バッテリから直流モータへ供給されるモータ電流の目標電流値の基準電流値とに基づき、目標電流値を算出し、モータ電流のモータ電流値を目標電流値に近づけるように、バッテリ電圧とモータ回転数とに基づき、直流モータに接続されてモータ電流が流れる回路素子を制御し、
基準電流値は、電圧差分が無いとき、目標電流値に等しい電流値を示すモータ電流がバッテリから直流モータへ供給されることに起因して生じるバッテリの電圧降下によってバッテリ電圧が作動電圧を下回ることを防止するように、予め設定されることを特徴とする。

本発明によれば、バッテリの充電が不十分である場合やバッテリが劣化している場合でも、そのバッテリによって電力が供給される電装品がリセットしない範囲で素早くエンジンを始動させることができる。

本発明の一実施形態による車両のエンジン始動装置およびその関連装置の構成図である。 エンジン始動装置に含まれるモータに対する通電制御に用いられるＰＷＭ制御の通電信号の説明図である。 バッテリおよびスタータの簡易的な回路図である。 モータ電流の目標電流値およびモータの通電比率の決定方法を示した図である。 エンジン始動制御方法の内容を示すフローチャートである。 モータ回転数の推測手順を示すフローチャートである。 エンジン始動制御の時間的変化の一例を示す波形図である。 バッテリと、スタータと、エンジン始動装置以外の他の電気機器とを表す簡易的な回路図である。

近年の自動車には、エネルギー資源の節約と環境保全を目的として、運転中に所定の条件が成立した時にエンジンを一時停止させるアイドルストップシステムが搭載されている。このアイドルストップシステムにおいては、例えば信号待ちなどで運転者が車両を停止させる際などにエンジンを自動的に停止し、その後、運転者の再始動要求が生じた時点や、エンジンの稼働が必要になった時に自動的にエンジンが再始動する。いわゆるピニオン押し出し式のスタータモータがピニオンを押し出し、ピニオンがエンジン軸と直結されているリングギヤに噛合わさって、スタータモータによるクランキングによってエンジンが始動する。

エンジン始動の際、スタータモータへの通電によりバッテリに電流が流れ、バッテリの特性上、電流に対応して電圧が下がることが知られている。運転中も頻繁にエンジンを停止、再始動させるアイドルストップシステムにおいては、電圧が下がると例えばカーナビゲーションシステムなどの電装品がリセットしてしまうことになる。このため、従来のアイドルストップシステムを搭載している車両においては、補助電源等で対応されているが、搭載性の悪化やコストアップに繋がる。

従来、直流モータを用いて車両のエンジンを始動させるエンジン始動装置として、回路に抵抗を追加することで突入電流を低減し、それによりエンジン始動初期のバッテリ電圧降下を抑制し、その後は抵抗を短絡することで電流を流し、クランキングトルクを確保するエンジン始動装置が知られている。

他の例として、エンジン再始動時にスイッチング素子によってモータへの通電を制御し、ＰＷＭ制御によりデューティ比を徐々に大きくしてモータの印加電圧を上昇させることで、通電開始直後のバッテリ電圧降下を防止するエンジン始動装置が知られている。

しかしながら、従来のエンジン始動装置では、バッテリ電流が時間と共に低下するように制御されているため、スタータモータの出力トルクが減少し、エンジンのクランキングを十分に行えず、エンジン再始動に時間がかかるおそれがある。また、バッテリの充電が不十分である場合、またはバッテリが劣化している場合においては、許容出来るバッテリ電圧を実際のバッテリ電圧が下回ってしまい、電装品がリセットしてしまうことがある。

本発明によるエンジン始動装置およびエンジン始動制御方法は、バッテリ電圧降下の許容範囲内で最大限に素早くエンジンを再始動させ、なおかつバッテリの状態が変化しても同様にバッテリ電圧効果を許容範囲内に留めることができる。本発明によるエンジン始動装置およびエンジン始動制御方法は、特に、アイドルストップシステムでエンジンを再始動する際に好適である。以下、図１〜図８を用いて、本発明の一実施形態によるエンジン始動装置およびエンジン始動制御方法、ならびにそれらの変形例について説明する。

図１は、本発明の一実施形態による車両のエンジン始動装置１００およびその関連装置の構成図である。エンジン始動装置１００は、スタータ１０１と、マグネットスイッチ１０２を通電するためのスイッチ１０６と、モータ１０５を通電するためのスイッチング素子１０７と、制御装置１０９とを含む。スタータ１０１は、マグネットスイッチ１０２と、ピニオンギヤ１０３と、モータ１０５とを含む。モータ１０５は、いわゆる直流モータであり、直流の電圧を付加することで回転駆動力が発生する。ピニオンギヤ１０３においては、必要な時にマグネットスイッチ１０２がレバー１１１を引っ張ることでワンウェイクラッチ１０８がモータ回転軸上を移動し、エンジン軸と直結されているリングギヤ１０４と噛み合う。ピニオンギヤ１０３とリングギヤ１０４とが噛合った状態であれば、モータ１０５に通電することでモータ１０５は回転し、モータ１０５の回転力はワンウェイクラッチ１０８を通じてリングギヤ１０４に伝達され、不図示のエンジンが回る。

制御装置１０９は、通常の燃料噴射制御、点火制御、空気制御（電子制御スロットル）を行うとともに、ブレーキペダル状態および車速等の各種情報に基づき、アイドルストップを制御する。

モータ回転検知センサ１１０は、モータ１０５の回転を検知する。検知されたモータ回転数の情報は、制御装置１０９に入力される。なお、モータ１０５の回転をモータ回転検知センサ１１０で直接検知することに代えて、エンジン回転検知センサ１１２によって検知されるエンジン回転を使って間接的にモータ１０５の回転数を検知しても良い。

マグネットスイッチ１０２は、スイッチ１０６を介して制御装置１０９によって制御される。スイッチ１０６は、例えば機械式リレースイッチである。また、モータ１０５への通電も、スイッチング素子１０７を介して制御装置１０９によってＰＷＭ制御される。スイッチング素子１０７は、例えばＭＯＳＦＥＴなどの半導体を用いたスイッチング素子である。

図２は、エンジン始動装置１００に含まれるモータ１０５に対する通電制御に用いられるＰＷＭ制御の通電信号の説明図である。制御装置１０９は、図２に示すＰＷＭ信号を通電信号として出力する。そのＰＷＭ信号にしたがって、スイッチング素子１０７がモータ１０５に対する通電をオン／オフ制御する。

図２において、ＰＷＭ制御の１周期の長さＴは、例えばＰＷＭ制御の周波数を１０ＫＨｚに設定した場合は、０．１ｍｓとなる。本実施形態では、モータの電気的時定数よりも十分に早い制御となるようにＰＷＭ制御の周波数を決定する。

ＰＷＭ制御における通電比率Ｄを、１周期の中での通電する区間の割合と定義する。通電比率Ｄは、次式（１）のように、１周期の中でモータへ通電する区間Ｔ_ＯＮ［ｓ］と、１周期の長さＴ［ｓ］との比として表される。

通電比率Ｄは、０．０〜１．０の間で値を変化させることができる変数である。制御装置１０９は、通電比率Ｄを変えることで、モータへの通電量を制御する。

図３を用いて、本実施形態によるエンジン始動装置１００を駆動するための電力を供給するバッテリ３０１の特性について説明する。図３は、バッテリ３０１およびスタータ１０１の簡易的な回路図を示している。一般的に自動車では多くの機器がバッテリによって駆動されるが、ここではバッテリ３０１およびそのバッテリ３０１によって駆動されるモータ１０５を含むスタータ１０１のみを示している。バッテリ３０１を流れる電流（バッテリ電流）Ｉ_ｂはモータ１０５を流れるモータ電流Ｉ_ｍと等しい。バッテリ３０１は内部抵抗Ｒ_ｂを有しているとすると、そのバッテリ３０１の内部抵抗Ｒ_ｂ［Ω］と、バッテリ３０１の初期電圧（電流が流れていない時の電圧）Ｖ_０［Ｖ］と、バッテリ電流Ｉ_ｂ［Ａ］とに基づき、バッテリ３０１の出力電圧（バッテリ電圧）Ｖ_ｂ［Ｖ］は、次式（２）によって決まる。

式（２）から分かるように、バッテリ電圧Ｖ_ｂはバッテリ電流Ｉ_ｂによって決められるため、バッテリ電流Ｉ_ｂを所定の値にコントロールできれば、バッテリ電圧Ｖ_ｂも所定の値にコントロールすることができる。バッテリ３０１の充電が不十分の場合は、バッテリ３０１の初期電圧Ｖ_０が十分に充電された状態よりも低くなることがある。また、バッテリ３０１の経年劣化等により、バッテリ３０１の内部抵抗Ｒ_ｂが増大し、バッテリ電流Ｉ_ｂが流れている時のバッテリ電圧Ｖ_ｂが低下することがある。バッテリ３０１の充電が不十分である場合、またはバッテリ３０１が劣化している場合は、同じバッテリ電流Ｉ_ｂが流れていてもバッテリ電圧Ｖ_ｂが低下し、許容できるバッテリ電圧、例えば電装品がバッテリ３０１からの電力供給に応じて作動するのに必要な作動電圧を下回ってしまうことが起きる可能性がある。

図４は、モータ電流の後述する目標電流値および上述したＰＷＭ制御におけるモータの通電比率の計算方法を示した図である。これらの計算は、制御装置１０９によって行われる。制御装置１０９は、不図示のバッテリ電圧検知装置等により検知されたバッテリ電圧Ｖ_ｂ、すなわち検知電圧４０１を、そのバッテリ電圧検知装置等から取得する。図４（ａ）に示すように、制御装置１０９は、その取得した検知電圧４０１と予め設定された目標電圧４０２とを比較演算４０３によって比較する。目標電圧４０２は、電装品などの最低作動電圧などに基づいて予め決定され、制御装置１０９の内部に記憶させておく。

制御装置１０９は、検知電圧４０１と目標電圧４０２とを比較する際、両者の電圧値の差分を算出する。電圧値の差分に対し、電流換算４０４では予め決められた定数を用い電流に換算し、その電圧値の差分に比例した電流を基準電流値４０５に加える。電圧値の差分が負の値であるときは、電圧値の差分に比例した電流を基準電流値４０５から減らす。このような演算により、スタータ１０１のモータ１０５に流すべきバッテリ電流Ｉ_ｂの目標電流値４０９を決める。つまり、いわゆるフィードバック制御により、バッテリ電圧を目標電圧４０２に近づけるようにバッテリ３０１からモータ１０５へ供給されるバッテリ電流Ｉ_ｂを制御する。電圧の差分に比例して電流を増減させる方式はいわゆる比例制御と呼ばれる。電圧の差分と微分値とに基づいて、または電圧の差分と積分値とに基づいて電流を制御するいわゆるＰＩＤ制御と呼ばれる手法をとっても良い。

電圧値の差分を電流に換算する際に用いられるその予め決められた定数とは、実験によって定められるフィードバックゲインであり、これを小さくすると収束が遅くなる。電圧値の差分を電流に換算する際、その予め決められた定数を用いる代わりに、予め定められた換算テーブルを用いることとしてもよい。基準電流値４０５は、電圧値の差分が無いとき、バッテリ３０１の電圧降下によってバッテリ電圧Ｖ_ｂが電装品などの最低作動電圧を下回ることを防止するように、予め設定される。そのバッテリ３０１の電圧降下とは、目標電流値４０９に等しい電流値を示すモータ電流Ｉ_ｍ（バッテリ電流Ｉ_ｂに対応）がバッテリ３０１からモータ１０５へ供給されることに起因して生じる。こうして予め設定された基準電流値４０５を、制御装置１０９が記憶する。

電圧値の差分に比例した電流を基準電流値４０５に加えた場合、バッテリ電流Ｉ_ｂの目標電流値４０９は大きくなるため、その分、早くエンジンを始動させることが可能である。電圧値の差分に比例した電流を基準電流値４０５から減らした場合、エンジン始動に時間がかかるものの、電装品などの最低作動電圧以上の大きさのバッテリ電圧Ｖ_ｂを確保することができる。

制御装置１０９は、モータ回転検知センサ１１０から、モータ１０５のモータ回転数を取得する。制御装置１０９は、こうして取得したモータ回転数と、検知電圧４０１とに基づき、モータ電流Ｉ_ｍ（バッテリ電流Ｉ_ｂに対応）の電流値を目標電流値４０９に近づけるように、スイッチング素子１０７を制御する。すなわち、図４（ｂ）に示すように、目標電流値４０９に対して、モータ回転数の情報を用いた通電比率演算４０７によって出力する通電比率を決定する。通電比率演算４０７の詳細を、図３を用いて説明する。

図３のモータ部１０１にて、配線抵抗、モータ内部の内部抵抗、スイッチング素子の抵抗などを含むモータ抵抗Ｒ_ｍと、バッテリ電流Ｉ_ｂ（モータ電流Ｉ_ｍ）［Ａ］と、モータ回転による逆起電圧Ｖ_ｅ［Ｖ］またはモータ１０５の逆起電圧係数ｋ_ｅ［Ｖ／ｒｐｍ］およびモータ１０５のモータ回転数Ｎ_ｍ［ｒｐｍ］とを用いて、バッテリ電圧Ｖ_ｂ［Ｖ］は、次式（３）によって表すことができる。

ここで、式（２）および（３）により、次式（４）が得られる。

式（４）からも分かるように、一般的には直流モータにおいてモータ回転数Ｎ_ｍが０の時、つまり通電し始めの時に電流が一番多く流れ、回転数が大きくなれば電流は少なくなる。

式（４）においては、スイッチング素子１０７を介した制御装置１０９によるＰＷＭ制御が考慮されていない。すなわち式（４）は、モータ１０５に対する通電が継続している状態に対応している。本発明の発明者らの研究によると、ＰＷＭ制御において、通電比率Ｄに対し電流は次式（５）で近似できることが発見された。式（５）を用いると、ＰＷＭ制御の通電比率Ｄを変化させることで電流を一定に制御することができる。

式（５）から分かるように、本実施形態ではＰＷＭ制御においてバッテリに流れる電流Ｉ_ｂは通電比率Ｄの２乗に比例する。図３に示す構成では、スタータ１０１のモータ１０５に流れるモータ電流Ｉ_ｍは、バッテリ電流Ｉ_ｂに等しいため、モータ電流Ｉ_ｍは直流モータ１０５への通電をＰＷＭ制御する際の通電比率Ｄの２乗に比例すると近似できる。この近似は、本発明の発明者らの研究により実験的に観測したうえで理論的に決定したものである。ただし、式（５）は、ＰＷＭの１周期がモータの電気的時定数に対し十分速いと見なせる範囲においてのみ成立する近似であり、バッテリ電流Ｉ_ｂが、定数と、モータ回転数Ｎ_ｍおよび通電比率Ｄからなる二つの変数とによって決められることを表している。この近似を逆に利用し、所定のバッテリ電流Ｉ_ｂが得られるように通電比率Ｄを決めるには、式（５）を次式（６）のように変形する。

式（６）により、本実施形態では、バッテリ電流Ｉ_ｂを目標電流値４０９に設定したうえで、モータ回転数Ｎ_ｍにより通電比率Ｄを決定する。ただし式（６）によって計算された通電比率Ｄが１．０を超えた場合は通電比率を１．０とする。

図５は、本実施形態によるエンジン始動装置１００において制御装置１０９が行うエンジン始動制御方法の内容を示すフローチャートである。図５に示すように、エンジンの始動要請が発生すると、ステップＳ５１０にて、図１に示した制御装置１０９は、スタータ１０１と不図示のエンジンとを連結させる。ピニオン押出し方式の場合は、図１のピニオンギヤ１０３を押し出し、エンジンに直結されているリングギヤ１０４と噛合わせる。スタータ１０１とエンジンとが連結状態にあるアイドルストップ方式が適用されている場合、アイドルストップ中においては始動要請が発生した時点で既にスタータ１０１とエンジンとが連結状態となっている。その場合は、ステップＳ５１０における処理は行われる必要がない。

ステップＳ５２０において、制御装置１０９は、予め記憶していたモータ抵抗Ｒ_ｍとモータの逆起電圧係数ｋ_ｅとを取得する。ステップＳ５３０において、制御装置１０９は、不図示のバッテリ電圧検知装置等により検知されたバッテリ電圧Ｖ_ｂを取得する。ステップＳ５４０において、制御装置１０９は、電装品などの最低作動電圧に基づいて定められる目標電圧４０２とバッテリ電圧Ｖ_ｂとの差分を算出する。ステップＳ５５０において、制御装置１０９は、目標電圧４０２とバッテリ電圧Ｖ_ｂとの差分と、予め記憶していた基準電流値４０５とに基づき、図４（ａ）に示す手順で目標電流値４０９を算出する。ステップＳ５６０において、制御装置１０９は、モータ回転検知センサ１１０からモータ回転数Ｎ_ｍを取得する。

ステップＳ５７０にて、制御装置１０９は、ステップＳ５２０からＳ５６０までの各処理ステップで得られた変数および定数を利用し、式（６）にてＰＷＭ制御の通電比率Ｄを計算し、ＰＷＭ制御の波形信号をスイッチング素子１０７へ出力し、スイッチング素子１０７を制御する。制御装置１０９によるスイッチング素子１０７に対するＰＷＭ制御によりモータ１０５に電流が流れ始め、モータ１０５のトルクがエンジンに伝達され、エンジンが回転を始める。

そして、制御装置１０９は、ステップＳ５８０に示すエンジン始動完了条件が成立するまで、ステップ５３０〜Ｓ５７０での処理を継続する。ステップＳ５８０のエンジン始動完了条件として、例えばエンジン回転が所定の回転数以上になったこととする。こうした完了条件が満たされると、エンジン始動が完了したと判断することができる。エンジン始動完了までは、制御装置１０９は、一定間隔（例えば２ｍｓ間隔）でバッテリ電圧Ｖ_ｂとモータ回転数Ｎ_ｍとを検知し、通電比率Ｄを計算し出力を更新する。こうすることでモータ通電開始からエンジン始動完了までの間バッテリ電流はほぼ一定で、設定した電流値となるためバッテリ電圧Ｖ_ｂもほぼ一定となり許容範囲内で、かつ、許容値に近い値に抑えられる。

−−−変形例−−−
（１）エンジン始動が完了するまではモータ１０５の回転力をエンジンに伝達するためにスタータ１０１とエンジンとは連結状態にあるので、エンジン回転数から間接的にモータ回転数Ｎ_ｍを得ることもできる。

図５のステップＳ５１０以降、つまりスタータ１０１のモータ１０５と不図示のエンジンとが連結状態にあるならば、エンジンのエンジン回転数からモータのモータ回転数Ｎ_ｍを間接的に計算することができる。多くの自動車には、図１に示すように、エンジン回転数を検知するエンジン回転検知センサ１１２が搭載される。検知されているエンジン回転数から間接的にスタータ１０１のモータ１０５の回転数を計算することで、モータ回転検知センサ１１０を搭載する必要がなくなり、コスト低減に繋がる。エンジン回転数Ｎ_ｅ［ｒｐｍ］と回転数変換係数ｇとからモータ１０５のモータ回転数Ｎ_ｍ［ｒｐｍ］を計算する際は、例えば次式（７）を使うことができる。

式（７）における回転数変換係数ｇは、エンジンとモータ１０５とのギヤ比によって得ることができる。具体的には、ピニオンギヤ１０３とリングギヤ１０４とでモータ１０５とエンジンとが連結されている場合、ピニオンギヤ１０３およびリングギヤ１０４のそれぞれの歯数によって決まるギヤ比と、スタータ１０１内部でモータ１０５とピニオンギヤ１０３との間に減速機構が設けられている場合は減速機構の減速比とによって、回転数変換係数ｇを得ることができる。回転数変換係数ｇは予め制御装置１０９に記憶させておき、検知されたエンジン回転数Ｎ_ｅを制御装置１０９内部にてモータ回転数Ｎ_ｍに変換する。

（２）多くのスタータはモータからエンジンへ回転力を伝達する間にワンウェイクラッチを設け、スタータ側からのみ回転力を伝達する構成になっている。エンジンが燃焼を開始しスタータによる回転よりも回転数が大きくなるとクラッチの接続が切れるようになっているため、この時エンジン回転数から計算したスタータ回転数と実際のスタータ回転数とは一致しない。

エンジン回転数から計算して間接的にモータ回転数を取得する場合、計算した値と実際のモータ回転数とに乖離が発生した時のモータ回転数を推測する方法について説明する。多くのスタータ１０１はモータ１０５から不図示のエンジンへ回転力を伝達する間にワンウェイクラッチ１０８が設けられ、スタータ１０１側からのみ回転力を伝達する構成になっている。つまりモータ１０５の回転力によってエンジンを回転させることはできるが、エンジンがモータ１０５を回転させることはないため、実際のモータ回転数よりエンジン回転数から計算して間接的に取得したモータ回転数の方が高い値を示すことがある。その時は、モータ回転数を推測する。

図６は、モータ１０５の回転数の推測手順を示すフローチャートである。燃焼によりエンジン回転数が跳ね上がった際はクラッチの接続が切れ、ほぼ無負荷の状態となったモータ１０５は一定の傾きで回転数が上がると仮定する。そのような仮定のうえで、間接的に取得したモータ回転数Ｎ_ｍに対し、制御周期毎の回転数の上昇に上限を設けることでエンジン回転の急上昇に対しモータ回転数を推測する。

エンジン回転検知センサ１１２が検知したエンジン回転数Ｎ_ｅに基づいて間接的に取得されたモータの回転数Ｎ_ｍに対し、そのモータの回転数Ｎ_ｍが実際のモータ回転数から乖離している可能性を考慮して推測された推測モータ回転数Ｎｍ＿ｏｕｔを使い、通電比率Ｄを計算する。これを制御周期毎に繰り返し、１制御周期前の計算結果をＮｍ＿ｏｕｔ_ｔ−１として制御装置内で記憶しておく。また、制御周期毎のモータ回転数の上昇の上限として上限値ΔＮを予め設定しておく。

ステップＳ６１０にて、図１の制御装置１０９は、推測モータ回転数Ｎｍ＿ｏｕｔ_ｔ−１に上限値ΔＮを加えて新たに推測した推測モータ回転数をＮｍ´とする。新たに推測した推測モータ回転数Ｎｍ´は、１周期前の推測モータ回転数Ｎｍ＿ｏｕｔ_ｔ−１に対し１制御周期内で上昇し得る最大の値と考えられる。

ステップＳ６２０にて、制御装置１０９は、間接的に取得したモータ回転数Ｎ_ｍと推測モータ回転数Ｎｍ´とを比較し、実際のモータ回転数からの乖離が発生しているかどうかを判定する。ステップＳ６２０にて、制御装置１０９は、Ｎ_ｍ≧Ｎｍ´を否定判定した場合は、間接的に取得したモータ回転数と実際のモータ回転数との間に乖離はないと判断する。ステップＳ６４０にて、制御装置１０９は、間接的に取得したモータ回転数Ｎ_ｍをそのまま推測モータ回転数Ｎｍ＿ｏｕｔに代入し、推測モータ回転数Ｎｍ＿ｏｕｔを通電比率Ｄの計算に使う。

ステップＳ６２０にて、制御装置１０９は、Ｎｍ≧Ｎｍ´を肯定判定した場合は、間接的に取得したモータ回転数と実際のモータ回転数との間に乖離があると判断する。その場合はステップＳ６３０にて、制御装置１０９は、推測モータ回転数Ｎｍ´を推測モータ回転数Ｎｍ＿ｏｕｔに代入し、推測モータ回転数Ｎｍ＿ｏｕｔを通電比率Ｄの計算に使う。こうすることで、エンジン回転数から計算して間接的にモータ回転数を求めた場合に実際のモータ回転数から乖離が発生しても正しく通電比率Ｄを計算することができる。

図７は、エンジン始動制御の時間的変化の一例を示す波形図であり、エンジン回転数、制御装置１０９から出力された通電比率Ｄ、バッテリ電圧、およびバッテリ電流の時間的変化を、対応付けて示している。

図７に示す例では、エンジン回転数のみを用いて通電比率を計算している。制御装置１０９は、エンジン回転数から計算によって間接的にモータ回転数を取得しているため、推測したモータ回転数と実際のモータ回転数との間の乖離を考慮してモータの回転数の推測を行う。このように制御装置１０９が推測したモータ回転数をモータとエンジンとのギヤ比に基づいてエンジン軸上の回転数に換算した値を、点線７０３で示す。通電時のバッテリ電流７０５は、図７に示すように通電開始からほぼ横ばいで一定に保たれており、ほぼ設定したバッテリ電流（モータ電流）の目標電流値になっている。通電時のバッテリ電圧７０４も同様に、図７に示すように横ばいで許容最低電圧を下回ることなくエンジンを再始動させたことがわかる。バッテリが劣化した場合でも同様に許容最低電圧を下回ることなくエンジンを再始動させたことも確認している。

（３）通電比率Ｄの他の決定方法について説明する。図８は、スタータ１０１と、バッテリ３０１と、スタータ１０１のモータ１０５以外の他の電気機器８０３とを表す簡易的な回路図である。バッテリ３０１からの電力は、スタータ１０１のモータ１０５だけでなく、他の電気機器８０３にも供給される。スタータ１０１のモータ１０５以外の他の電気機器の電力需要に合わせてモータ１０５に流すモータ電流を適宜変更する方法について説明する。図３の簡易的な回路図において、バッテリから流れるバッテリ電流は、ほとんどモータ電流としてモータに流れる。しかし、実際の車両では、スタータ１０１のモータ１０５以外にも電流が流れる他の電気機器８０３が存在する。

バッテリ３０１を流れるバッテリ電流Ｉ_ｂと、バッテリ３０１からスタータ１０１のモータ１０５に供給されてモータ１０５を流れる電流Ｉ_ｍと、バッテリ３０１からモータ１０５以外の他の電気機器８０３に供給されて他の電気機器８０３を流れる合計の供給電流Ｉｅとの間には、次式（８）に示す関係が成り立つ。

式（８）に示すように、バッテリ電流Ｉ_ｂはモータ電流Ｉ_ｍとモータ以外の電気機器を流れる供給電流Ｉ_ｅとの和である。バッテリ電流Ｉ_ｂは、バッテリ３０１の電圧降下によってバッテリ電圧Ｖ_ｂが電装品などの最低作動電圧を下回ることとならないように、許容されるバッテリ電流以上の電流値を有する必要がある。許容されるバッテリ電流値からモータ１０５以外の他の電気機器８０３の供給電流Ｉ_ｅを差し引いた電流値を、モータ電流Ｉ_ｍの上限値として設定することで、トータルとしてバッテリ電流Ｉ_ｂを許容されるバッテリ電流値に一定に保つ構成にする。モータ１０５以外の他の電気機器８０３を流れる供給電流Ｉ_ｅは、直接的または間接的に取得され得る構成にする。例えば、モータ１０５以外の他の電気機器８０３を流れる供給電流Ｉ_ｅを電流センサが直接計測し、その計測値を制御装置１０９が電流センサから取得する。他の電気機器８０３に含まれる複数の電気機器が通常使用する電流を個々に予め制御装置１０９に記憶させておき、それらの電気機器が使用されている場合には、制御装置１０９が、記憶しておいた電流が流れるものとして、間接的にモータ１０５以外の他の電気機器８０３を流れる供給電流の電流値を算出する。こうして制御装置１０９がモータ１０５以外の他の電気機器８０３の供給電流Ｉ_ｅを取得することによって、バッテリ電流Ｉ_ｂを許容されるバッテリ電流値に一定に保つためにモータ１０５へ流すモータ電流Ｉ_ｍの目標電流値を算出することができる。制御装置１０９は、次式（９）を用いてモータ１０５への通電比率Ｄを計算する。

モータ１０５以外の他の電気機器８０３を流れる供給電流Ｉ_ｅが変化しても、式（８）を用いてモータ１０５に流れるモータ電流Ｉ_ｍの目標電流値を決定し、モータ１０５への通電比率Ｄを式（９）を用いて計算することで、バッテリ電流Ｉ_ｂを一定に保つことができる。したがって、バッテリ３０１の電圧降下を許容範囲に抑えながら最大限にエンジンを素早く再始動させることができる。

（４）上述した実施形態またはその変形例によるエンジン始動装置１００において、制御装置１０９は、モータ１０５のモータ回転数Ｎ_ｍを、直接的に、または間接的に取得する。しかし、エンジン始動装置１００の製造時に、エンジン始動時のモータ１０５のモータ回転数Ｎ_ｍをモデル化して制御装置１０９に記憶させておくこととしてもよい。実際のエンジン始動時には、制御装置１０９は、適切なモデルを特定し、記憶しているモータ１０５のモータ回転数Ｎ_ｍのうちから、その特定した適切なモデルに対応するモータ回転数Ｎ_ｍを選択することによって取得する。

（５）上述した実施形態またはその変形例によるエンジン始動装置１００において、制御装置１０９は、モータ電流Ｉ_ｍのモータ電流値を目標電流値４０９に近づけるように、モータ１０５に接続されてモータ電流Ｉ_ｍが流れるスイッチング素子１０７を制御する。しかし、スイッチング素子１０７の代わりの回路素子として、スタータ１０１の内部に可変抵抗を配置することとしてもよい。制御装置１０９は、モータ電流Ｉ_ｍのモータ電流値を目標電流値４０９に近づけるように、モータ１０５に接続されてモータ電流Ｉ_ｍが流れる可変抵抗を制御して可変抵抗の抵抗値を調節する。

上述した実施形態またはその変形例によるエンジン始動装置１００は、バッテリ３０１によって駆動されるモータ１０５の回転力をエンジンへ伝達することによってエンジンを始動させるエンジン始動装置１０１であって、制御装置１０９を有する。制御装置１０９は、バッテリ３０１のバッテリ電圧Ｖ_ｂを取得する。制御装置１０９は、取得したバッテリ電圧Ｖ_ｂに基づき、バッテリ３０１からモータ１０５へ供給されるモータ電流Ｉ_ｍの目標電流値４０９を算出する。制御装置１０９は、モータ電流Ｉ_ｍのモータ電流値を目標電流値４０９に近づけるように、モータ１０５に接続されてモータ電流Ｉ_ｍが流れるスイッチング素子１０７または可変抵抗等の回路素子を制御する。このようなエンジン始動装置１００においては、次のような効果が得られる。すなわち、モータ通電開始からエンジン始動完了までの間、モータ電流Ｉ_ｍを制御してバッテリ電流Ｉ_ｂをほぼ一定の任意の値に保つことで、バッテリ電圧Ｖ_ｂもほぼ一定に保つことができる。特に、バッテリ電圧Ｖ_ｂを繰り返し取得してそのつどモータ電流Ｉ_ｍの目標電流値を再計算するので、急な電圧降下が生じるなどのバッテリ３０１の状態変化に応じてモータ電流Ｉ_ｍを調節可能である。そうすることで、バッテリの状態が変化してもバッテリ電圧降下を許容範囲内に留め、エンジン始動時にバッテリ電圧Ｖ_ｂが許容値（電装品などの最低作動電圧）を下回ることなく、その状態でなおかつ最大限にすばやくエンジンを始動させることができる。

上記回路素子としてスイッチング素子１０７が用いられる場合は、モータ回転数Ｎ_ｍをもとに、ＰＷＭ制御によるモータ１０５への通電比率Ｄを制御装置１０９が決定する。制御装置１０９が、その通電比率Ｄを変化させるＰＷＭ制御信号をスイッチング素子１０７に対して出力することによって、スイッチング素子１０７が、モータ電流Ｉ_ｍを変化させることができる。

変形例（１）および（２）においては、制御装置１０９が、エンジン回転数Ｎ_ｅから計算によって間接的にモータの回転数Ｎ_ｍを取得する。この場合、スタータ１０１にモータ１０５の回転検出用のモータ回転検知センサ１１０を取り付ける必要がないため、コスト低減に繋がる。

変形例（３）においては、制御装置１０９が、モータ１０５以外で同じバッテリ３０１を電源とする他の電気機器８０３に流れる電流Ｉ_ｅを取得し、バッテリ電流Ｉ_ｂをトータルで一定になるようにモータ電流Ｉ_ｍが流れる回路素子を制御する場合は、モータ１０５以外の他の電気機器８０３に大きな電流が流れてもバッテリ３０１の電圧降下を許容範囲内に抑えることができる。

１００…エンジン始動装置
１０１…スタータ
１０２…マグネットスイッチ
１０３…ピニオンギヤ
１０４…リングギヤ
１０５…モータ
１０６…スイッチ
１０７…スイッチング素子
１０８…ワンウェイクラッチ
１０９…制御装置
１１０…モータ回転検知センサ
１１１…レバー
１１２…エンジン回転検知センサ
３０１…バッテリ

Claims (7)

1. バッテリによって駆動される直流モータの回転力をエンジンへ伝達することによって前記エンジンを始動させるエンジン始動装置であって、
   前記バッテリのバッテリ電圧を取得するバッテリ電圧取得部と、
   前記バッテリ電圧取得部によって取得される前記バッテリ電圧に基づき、前記バッテリから前記直流モータへ供給されるモータ電流の目標電流値を算出する目標電流値算出部と、
   前記直流モータのモータ回転数を取得するモータ回転数取得部と、
   前記モータ電流のモータ電流値を前記目標電流値に近づけるように、前記バッテリ電圧取得部によって取得される前記バッテリ電圧と、前記モータ回転数取得部によって取得される前記モータ回転数とに基づき、前記直流モータに接続されて前記モータ電流が流れる回路素子を制御するモータ電流制御部とを備えることを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記モータ電流制御部は、前記直流モータ以外の他の電気機器が前記バッテリからの電力供給に応じて作動するのに必要な作動電圧に基づいて定められる目標電圧と、前記目標電流値の基準電流値とを記憶し、
   前記目標電流値算出部は、前記バッテリ電圧取得部によって取得される前記バッテリ電圧と前記目標電圧との電圧差分と、前記モータ電流制御部によって記憶される前記基準電流値とに基づいて、前記目標電流値を算出し、
   前記モータ電流制御部によって記憶される前記基準電流値は、前記電圧差分が無いとき、前記目標電流値に等しい電流値を示す前記モータ電流が前記バッテリから前記直流モータへ供給されることに起因して生じる前記バッテリの電圧降下によって前記バッテリ電圧が前記作動電圧を下回ることを防止するように、予め設定されることを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジン始動装置において、
   前記モータ電流制御部は、前記バッテリから前記直流モータへの通電の開始および停止を繰り返すＰＷＭ制御を、前記通電の前記開始から前記停止に至るまでの時間と前記通電の前記開始から前記停止を経て再び前記開始に至るまでの時間との比で表される通電比率に応じて前記回路素子を制御することによって行い、
   前記モータ電流制御部は、前記バッテリ電圧取得部によって取得される前記バッテリ電圧と、前記バッテリの内部抵抗と、前記目標電流値算出部によって算出される前記目標電流値と、前記モータ回転数取得部によって取得される前記モータ回転数と、前記直流モータが有するモータ抵抗と、前記直流モータの逆起電圧係数とに基づいて、前記通電比率を決定することを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項３に記載のエンジン始動装置において、
   前記モータ回転数取得部は、前記モータ回転数を検知するモータ回転検知部から前記モータ回転数を取得することを特徴とするエンジン始動装置。
5. 請求項３に記載のエンジン始動装置において、
   前記モータ回転数取得部は、前記エンジンのエンジン回転数を取得し、前記エンジン回転数に基づき、前記モータ回転数を取得することを特徴とするエンジン始動装置。
6. 請求項２に記載のエンジン始動装置において、
   前記バッテリから前記他の電気機器へ供給される供給電流を取得する供給電流取得部をさらに備え、
   前記目標電流値算出部は、前記バッテリ電圧取得部によって取得される前記バッテリ電圧と前記目標電圧との前記電圧差分と、前記モータ電流制御部によって記憶される前記基準電流値と、前記供給電流取得部によって取得される前記供給電流とに基づいて、前記目標電流値を算出することを特徴とするエンジン始動装置。
7. バッテリによって駆動される直流モータの回転力をエンジンへ伝達することによって前記エンジンを始動させるエンジン始動を制御するエンジン始動制御方法であって、
   前記バッテリのバッテリ電圧を取得し、
   前記直流モータ以外の他の電気機器が前記バッテリからの電力供給に応じて作動するのに必要な作動電圧に基づいて定められる目標電圧と前記バッテリ電圧との電圧差分と、前記バッテリから前記直流モータへ供給されるモータ電流の目標電流値の基準電流値とに基づき、前記目標電流値を算出し、
   前記直流モータのモータ回転数を取得し、
   前記モータ電流のモータ電流値を前記目標電流値に近づけるように、前記バッテリ電圧と前記モータ回転数とに基づき、前記直流モータに接続されて前記モータ電流が流れる回路素子を制御し、
   前記基準電流値は、前記電圧差分が無いとき、前記目標電流値に等しい電流値を示す前記モータ電流が前記バッテリから前記直流モータへ供給されることに起因して生じる前記バッテリの電圧降下によって前記バッテリ電圧が前記作動電圧を下回ることを防止するように、予め設定されることを特徴とするエンジン始動制御方法。
   

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