JP6351803B2 - エンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、発電機能とエンジン始動時のモータ機能を備えたモータジェネレータと、エンジン始動時にモータジェネレータを補助してエンジンのクランキングを行うスタータと、を搭載した車両のエンジン始動制御に関し、特に、エンジン始動時にモータジェネレータとスタータを最適に併用することにより、それぞれの負荷を軽減し、モータジェネレータ、モータジェネレータのインバータ、およびスタータの低コスト化を実現するエンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法に関するものである。

発電機能とエンジン始動機能を備えたモータジェネレータと、エンジン始動時にエンジンのクランキングを行うスタータとが搭載され、設定された条件によりエンジンを自動停止し、再始動の要求によりエンジンを再始動させる、アイドリングストップ機能が搭載された車両が、従来からよく知られている。

この種の車両においては、エンジンと連動するモータジェネレータを用いて、エンジン出力を発電電力に変換するとともに、モータジェネレータとスタータを状況により使い分け、もしくは併用して、エンジンを始動するようになっている（例えば、特許文献１参照）。

すなわち、通常運転時には、エンジンの回転出力によりモータジェネレータからバッテリが充電され、エンジン始動時には、バッテリ電力によりモータジェネレータおよびスタータに駆動トルクが供給される。

例えば、特許文献１に記載されたエンジン始動制御装置では、エンジンの温度に関する情報と補機に関する情報のうちの少なくとも一方と、エンジンをクランキングするのに必要なトルク等の情報とに基づいて、モータジェネレータによるクランキングと、スタータによるクランキングと、モータジェネレータとスタータの両方によるクランキングのうちのいずれかを選択して、エンジンを始動することが明記されている。

さらに、特許文献１に記載されたエンジン始動制御装置では、エンジンのクランキング開始後にベルトのスリップ状態（以下、ベルトの滑りと称す）を判定し、始動制御装置は、エンジンのクランキング開始後にベルトの滑りに基づいて、モータジェネレータによるクランキングとスタータによるクランキングのうちの一方を選択して、エンジンを始動完了までクランキングする制御方法が明記されている。

特開２０１４−１３４１３０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のエンジン始動制御装置では、エンジン始動においては、所定の条件下では、スタータによりエンジンを始動させ、また、別の所定の条件下では、モータジェネレータによりエンジンを再始動させる制御になっている。さらに、それら以外の所定の条件下では、モータジェネレータとスタータの両方によりエンジンを始動させる制御になっている。

前記のような制御でエンジンを始動させる場合、ベルトの滑りがない場合に、スタータを停止させることとなる。このため、例えば、エンジンのフリクショントルクの大きい低回転領域でスタータを停止させた場合には、スタータの停止に伴い、再度、ベルトの滑りが発生する可能性が懸念される。また、ベルトの滑りがある場合には、スタータのみでエンジンを始動完了させないといけない。すなわち、モータジェネレータを搭載しないタイプの車両に搭載されるスタータと同等の駆動トルクや回転速度を有する、回転性能が必要となる。この結果、モータジェネレータを搭載しないタイプの車両に搭載されるものと同等の機能・サイズが必要になり、モータジェネレータと相まって、エンジン始動制御装置が大型化してしまう問題があった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、モータジェネレータとスタータとを併用した最適なエンジン始動制御を行うことにより、ベルトの滑りを抑制し、ベルトの耐久性向上と、モータジェネレータとスタータの出力性能の適正化を図り、耐久性向上と小型化を実現することのできるエンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法を得ることを目的としている。

本発明に係るエンジン始動制御装置は、ベルトによりエンジンに常時連結されて、エンジン始動時に駆動トルクを発生させてクランキングを行う第１電動機と、エンジン始動時にギヤによりエンジンに連結されて、補助トルクを発生させてクランキングを行う第２電動機と、エンジン始動時に、第１電動機と第２電動機を併用してエンジンを併用クランキングする始動制御器と、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出器と、第１電動機の回転速度を検出する第１電動機回転速度検出器とを有するエンジン始動制御装置であって、始動制御器は、併用クランキング中にエンジン回転速度検出器により検出されたエンジンの回転速度と、第１電動機回転速度検出器により検出された第１電動機の回転速度との相対回転速度差を導出する機能を有し、エンジンの始動が完了するまで、エンジンの上死点において導出された相対回転速度差が第１の判定用回転速度差よりも大きい場合には、第１電動機の駆動トルクを下げる方向に調整する制御を継続するものである。

また、本発明に係るエンジン始動制御方法は、ベルトによりエンジンに常時連結されて、エンジン始動時に駆動トルクを発生させてクランキングを行う第１電動機と、エンジン始動時にギヤによりエンジンに連結されて、補助トルクを発生させてクランキングを行う第２電動機と、エンジン始動時に、第１電動機と第２電動機を併用してエンジンを併用クランキングする始動制御器と、エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出器と、第１電動機の回転速度を検出する第１電動機回転速度検出器とを有するエンジン始動制御装置により実行されるエンジン始動制御方法であって、始動制御器において、エンジンに対してエンジン始動要求が発生したか否かを判定する第１ステップと、第１ステップによりエンジン始動要求が発生したと判定された場合には、第１電動機と第２電動機を併用してエンジンを併用クランキングする第２ステップと、第２ステップにより併用クランキングを開始した後に、エンジン回転速度検出器により検出されたエンジンの回転速度と、第１電動機回転速度検出器により検出された第１電動機の回転速度との相対回転速度差を導出する第３ステップと、エンジンの上死点において、第３ステップで導出された相対回転速度差が第１の判定用回転速度差よりも大きい場合には、第１電動機の駆動トルクを下げる方向に調整する第４ステップとを有し、エンジンの始動が完了するまで、エンジンの上死点において、第３ステップおよび第４ステップを継続するものである。

本発明によれば、併用クランキング中にエンジンとモータジェネレータ（第一電動機）の回転速度を比較することで、ベルトの滑りを検出し、ベルトの滑りが発生しているときは、モータジェネレータ（第一電動機）がベルトの伝達能力以上の駆動トルクを発生させていると判断し、駆動トルクを下げることでベルトの滑りを減少させることのできる構成を備えている。この結果、モータジェネレータとスタータとを併用した最適なエンジン始動制御を行うことにより、ベルトの滑りを抑制し、ベルトの耐久性向上と、モータジェネレータとスタータの出力性能の適正化を図り、耐久性向上と小型化を実現することのできるエンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るエンジン始動制御装置を搭載する車両の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１による始動制御器において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２による始動制御器において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３による始動制御器において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態４による始動制御器において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明のエンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るエンジン始動制御装置を搭載する車両の概略構成を示すブロック図である。図１において、エンジン１は、アイドリングストップのエンジン停止、あるいはエンジン再始動を判断する機能を含む、エンジン１の制御を行うエンジン制御装置（以下、エンジンＥＣＵと称する）６により駆動制御されている。

エンジン１のクランクシャフト１１には、ベルト１２を介して、例えば第１電動機としてのモータジェネレータ２が常時連結されている。また、例えば第２電動機としてのスタータ３の補助トルクの出力部となるピニオン３１は、クランクシャフト１１と一体となったリングギヤ１３に補助トルクを伝達する。そして、このスタータ３は、リングギヤ１３に着脱可能な状態で装着されている。なお、以下では、スタータ３から出力される駆動トルクを、補助トルクと称して説明する。

モータジェネレータ２には、モータジェネレータ２の電源として機能するインバータ２１が接続されている。さらに、インバータ２１は、バッテリ４と、モータジェネレータ２の発電および駆動の制御を行うモータジェネレータ制御回路（以下、ＭＧ制御回路と称する）２２とに接続されている。

スタータ３は、スタータ３へ電力の供給を行うための電気接点の開閉機能を持った電磁スイッチ３２を備えている。そして、電磁スイッチ３２は、バッテリ４に接続されている。

ＭＧ制御回路２２および電磁スイッチ３２の励磁端子３２ａは、それぞれエンジン始動時の制御を行うエンジン始動制御装置５に接続されている。なお、以下では、エンジン始動制御装置５を始動制御器５と称して説明する。

また、始動制御器５は、エンジンＥＣＵ６に接続されており、エンジン１の始動制御手段を有する。なお、始動制御器５は、エンジンＥＣＵ６に内蔵される構成とすることも可能である。

さらに、エンジン１は、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサー１４を備えており、クランク角度信号は、エンジンＥＵＣ６に送信されるとともに、エンジンＥＣＵ６経由か、もしくは、直接に、始動制御器５へ送信される。

ここで、エンジン回転速度検出器としては、例えば、クランク角センサー１４の出力信号を演算することにより、エンジン１のクランクシャフトの回転速度を導出する手法を採用することが可能である。

次に、モータジェネレータ２の機能について説明する。モータジェネレータ２は、発電機の機能と、モータの機能の２つの機能を有している。発電機として機能するときは、エンジン１が稼働状態の場合であり、エンジン１の駆動トルクにより、クランクシャフト１１からベルト１２を介して常時回転している状態で、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１で発電電力を整流して、バッテリ４の充電を行っている。

また、モータとして機能するときは、エンジン１へ駆動トルクを供給する場合であり、バッテリ４の電力を使用し、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１を介して電力供給を受け、モータとして駆動される。さらに、ベルト１２を介してクランクシャフト１１へ駆動トルクが伝達され、エンジン１が駆動される。

なお、モータジェネレータ２は、エンジン１の始動が完了した後には、モータの機能を停止し、発電機の機能を開始する。また、エンジン１へ駆動トルクを供給するときは、エンジン１の始動時と、エンジン１の発生トルクを補うトルクアシスト時の２つがある。

ここで、第１電動機回転速度検出器であるモータジェネレータ回転速度検出器としては、例えば、インバータ２１でのモータジェネレータ２駆動用の電流周波数などの情報から演算することにより、モータジェネレータ２の回転速度を導出する手法を採用することが可能である。

次に、スタータ３の機能について説明する。スタータ３は、エンジン始動時に使用され、電磁スイッチ３２の励磁端子３２ａに電圧が印加されることにより、電磁スイッチ３２の電気接点が閉路されて、スタータ３のモータ部へ電力が供給されるとともに、ピニオン３１がリングギヤ１３側へ移動する。そして、リングギヤ１３とピニオン３１が噛合うことにより、スタータ３のモータ部で発生する補助トルクが、クランクシャフト１１へ伝達され、エンジン１を駆動する。

モータ部の出力軸とピニオン３１を含むピニオン移動体とは、モータ部が回転駆動したときに、ピニオン移動体が静止位置からリングギヤ１３側への推進力が発生する角度を持ったヘリカルスプラインで係合されている。

エンジン１側でスタータ３の補助トルクが不要となった場合には、励磁端子３２ａの電圧の印加が解消される。これにより、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力の供給がなくなる。

モータジェネレータ２は、エンジン始動時には、ＭＧ制御回路２２やインバータ２１によって駆動されるモータとして機能する。そして、モータジェネレータ２からエンジン１への駆動トルクの伝達は、ベルト１２で行われる。この場合、低温時や駆動トルクが大きい時のベルト１２の滑りが懸念される。

次に、本実施の形態１における始動制御器５による一連動作について説明する。図２は、本発明の実施の形態１による始動制御器５において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、始動制御器５は、エンジンＥＣＵ６へ入力されるエンジンおよび車両の運転状態等を示す運転状態信号に基づいて、エンジン１の始動のためのエンジン始動要求があるか否かを判定する。

そして、ステップＳ１１０での判定の結果、エンジン始動要求がない場合（ＮＯ）には、始動制御器５は、エンジン始動要求があるまで、状態を維持して待機する。一方、ステップＳ１１０での判定の結果、エンジン始動要求がある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１１に進む。

そして、ステップＳ１１１において、始動制御器５は、電磁スイッチ３２を駆動して電気接点を閉路する。この結果、モータ回路に通電がなされることにより、電流がスタータ３のモータ部に供給され、モータ部に補助トルクが発生し、スタータ３が起動される。

また、電磁スイッチ３２を駆動して電気接点を閉路することによって、ピニオン３１は、リングギヤ１３に噛み合う位置に移動する。その結果、モータ部の補助トルクが、噛み合ったピニオン３１とリングギヤ１３とを介してクランクシャフト１１に伝達され、エンジン１を回転駆動することとなる。そして、燃料噴射が開始される。

さらに、ステップＳ１１１において、始動制御器５は、バッテリ４の電力を使用して、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１を介して、モータジェネレータ２へ電力を供給する。この結果、モータジェネレータ２は、モータとして駆動され、ベルト１２を介してクランクシャフト１１へ駆動トルクを伝達することで、エンジン１を駆動する。

このようなエンジン始動後、エンジンＥＣＵ６は、クランク角センサー１４からのクランク角信号により得られる現在のクランク角度およびクランク角信号の周期に基づいて、エンジン１の回転速度、つまり、リングギヤ１３の回転速度を演算して、監視している。

始動制御器５は、ステップＳ１１１において、スタータ３とモータジェネレータ２による併用クランキングを開始した後、ステップＳ１１２において、現在のクランク角度をモニターし、上死点付近でのエンジン１の回転速度が、判定用として設定された所定の回転速度以上か否かを判定する。

ここで、本実施の形態１において、所定の回転速度を、例えば、エンジン１のクランク角度が上死点のときのスタータ３の回転速度とした場合には、始動制御器５は、ステップＳ１１２において、上死点でのエンジン１の回転速度が、そのときのスタータ３の回転速度以上か否かを判定することになる。

このとき、エンジン１の回転速度とスタータ３の回転速度は、リングギヤ１３の歯数とピニオン３１の歯数による回転速度の相関性を考慮した回転速度同士で比較される。

そして、ステップＳ１１２での判定の結果、上死点でのエンジン１の回転速度が、そのときのスタータ３の回転速度以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１３に進み、始動制御器５は、スタータ３を停止させる。すなわち、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力の供給がなくなる。

スタータ３を停止させた後、ステップＳ１１４において、始動制御器５は、エンジン１が完爆したか否か、すなわち、エンジン１が始動完了したか否かの判定を行う。ステップＳ１１４での判定の結果、エンジン１が始動完了していない場合（ＮＯ）には、始動制御器５は、エンジン１が始動完了する判定が行われるまで、状態を維持して待機する。

一方、ステップＳ１１４での判定の結果、エンジン１が完爆している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１５へと進む。そして、ステップＳ１１５において、始動制御器５は、ＭＧ制御回路２２によるモータジェネレータ２への電力供給を停止し、モータの機能を停止させる。

一方、先のステップＳ１１２での判定の結果、上死点でのエンジン１の回転速度が、そのときのスタータ３の回転速度以上でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２３に進み、始動制御器５は、エンジン１が完爆したか否か、すなわち、エンジン１が始動完了したか否かの判定を行う。

ステップＳ１２３での判定の結果、エンジン１が始動完了していない場合（ＮＯ）には、再度ステップＳ１１２に戻り、始動制御器５は、上死点でのエンジン１の回転速度とその時のスタータ３の回転速度を比較し、上死点でのエンジン１の回転速度が、そのときのスタータ３の回転速度以上か否かを判断する。

一方、ステップＳ１２３での判定の結果、エンジン１が完爆している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２４へと進む。そして、ステップＳ１２４において、始動制御器５は、スタータ３を停止させ、さらにＭＧ制御回路２２によるモータジェネレータ２への電力供給を停止し、モータの機能を停止させる。

これらの一連処理により、エンジン始動における、モータジェネレータ２とスタータ３による併用始動制御が終了する。

このように構成された始動制御器５によれば、以下の特徴を実現できる。
（特徴１）併用クランキング中にエンジン１の回転速度が落ち込む上死点付近の回転速度が、スタータ３の補助トルクが有効でない所定の回転速度以上であれば、スタータ３を停止できると判断できる。

特に、所定の回転速度を、エンジン１のクランク角度が上死点のときのスタータ３の回転速度とすることで、所定の回転速度以上の時点において、スタータ３がエンジン始動に不要と判断できる。つまり。モータジェネレータ２の駆動トルクのみでクランキングしている状態であると判断できるため、スタータ３を停止させても差し支えないことになる。

以上の結果、実施の形態１によれば、以下の２点の効果を得ることができる。
（効果１）スタータを早く停止させることができることで、スタータの使用時間の短縮化を図ることができる。この結果、スタータの劣化が抑制され、スタータの耐久性向上の効果が得られる。

（効果２）エンジン完爆回転域では、モータジェネレータの駆動トルクが働いていることとなる。このことにより、スタータによる補助トルクが要求されなくなるので、スタータを低回転・小出力仕様とすることができ、小型化の効果が得られる。

なお、上述した実施の形態１では、所定の回転速度を、エンジン１のクランク角度が上死点のときのスタータ３の回転速度であるとして説明した。この場合、スタータ３の回転速度は、実際のスタータ３の回転速度を測定して用いてもよい。ただし、実際のスタータ３の回転速度を測定して用いる場合には、スタータ３の回転速度を測定する回転センサーが、別途、必要になる。

そこで、スタータ３の回転速度を測定する回転センサーを用いない形でスタータ３の回転速度を得る、以下のような手法を採用することもできる。この手法においては、スタータ３の特性に応じて、スタータ３の起動時点を起点とした所定の時間毎に、スタータ回転速度をスタータ回転速度マップとしてあらかじめ設定して備えておく。そして、エンジン１のクランク角度が上死点時のスタータ３の回転速度を、あらかじめ設定したスタータ回転速度マップのデータより補完により導出することができる。

既存のシステムにおいて、エンジン１とモータジェネレータ２の回転速度は、モニターできるが、スタータ３の回転速度は、モニターできない。このため、起動からの時間に対応した回転速度マップをあらかじめ用意することで、回転センサーを追加する必要がなくなり、システムの低コスト化の効果が得られる。

さらに、スタータ回転速度マップは、エンジン水温またはエンジンオイル温度など、エンジン１に係る温度において、所定の温度毎に対応した複数のマップデータとすることができる。このように複数のマップデータを用いることで、温度変化によるスタータ３の特性変化、およびエンジン１のフリクショントルクの変化を考慮して、適切なデータを設定することができ、より精度のよい制御が可能となる効果が得られる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、所定の回転速度を、その時点のスタータ３の回転速度とする場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、所定の回転速度を、あらかじめ設定された一定の回転速度とする場合について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２による始動制御器５において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。先の実施の形態１における図２のフローチャートと比較すると、本実施の形態２における図３のフローチャートは、ステップＳ１１２の処理内容が異なるとともに、ステップＳ１２３、ステップＳ１２４を不要としている点が異なっている。そこで、これらの相違点を中心に、以下に説明する。

本実施の形態２における図３のステップＳ１１２において、始動制御器５は、現在のクランク角度をモニターし、上死点付近でのエンジン１の回転速度が、所定の回転速度以上か否かを判定する。

ここで、本実施の形態２において、所定の回転速度を、例えば、スタータ３の特性から得られる無負荷回転速度とした場合には、始動制御器５は、ステップＳ１１２において、上死点でのエンジン１の回転速度が、スタータ３の無負荷回転速度以上か否かを判定することになる。

このとき、エンジン１の回転速度とスタータ３の回転速度は、リングギヤ１３の歯数とピニオン３１の歯数による回転速度の相関性を考慮した回転速度同士で比較される。

ステップＳ１１２での判定の結果、上死点でのエンジン１の回転速度が、あらかじめ設定された所定の回転速度以上でない場合（ＮＯ）には、上死点でのエンジン１の回転速度が、あらかじめ設定された所定の回転速度以上になるまで、状態を維持して待機する。

一方、ステップＳ１１２での判定の結果、上死点でのエンジン１の回転速度が、あらかじめ設定された所定の回転速度以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１３に進み、先の実施の形態１と同様の処理を行うこととなり、説明を省略する。

このように構成された始動制御器５によれば、以下の特徴を実現できる。
（特徴１）所定の回転速度を、スタータ３の無負荷回転速度以上、つまり、スタータ３が補助トルクを発生できない回転速度以上とすることで、その時点において、スタータ３がエンジン始動に不要か否かを判断できる。換言すると、モータジェネレータ２の駆動トルクのみでクランキングしている状態であることを判断できるため、スタータ３を停止させても差し支えないことになる。

以上の結果、実施の形態２によれば、以下の３点の効果を得ることができる。
（効果１）スタータを早く停止させることができることで、スタータの使用時間の短縮化を図ることができる。この結果、スタータの劣化が抑制され、スタータの耐久性向上の効果が得られる。

（効果２）エンジン完爆回転域では、モータジェネレータの駆動トルクが働いていることとなる。このことにより、スタータによる補助トルクが要求されなくなるので、スタータを低回転・小出力仕様とすることができ、小型化の効果が得られる。

（効果３）さらに、上死点でのエンジン１の回転速度を、スタータの無負荷回転速度である一定値と比較することができる。この結果、制御がシンプルになり、制御性向上の効果が得られるとともに、回転センサーを追加する必要がないので、システムの低コスト化の効果が得られる。

なお、スタータの無負荷回転速度である所定の回転速度は、エンジン水温またはエンジンオイル温度など、エンジン１に係る温度において、所定の温度毎に対応した複数のデータとすることができる。このように複数のデータを用いることで、温度変化によるスタータ３の特性変化、およびエンジン１のフリクショントルクの変化を考慮して、適切なデータを設定することができ、より精度のよい制御が可能となる効果が得られる。

実施の形態３．
先の実施の形態１、２では、上死点でのエンジン１の回転速度が所定の回転速度以上であるか否かを判定するステップＳ１１２を有する併用始動制御について説明した。これに対して、本実施尾形態３では、ステップＳ１１２とは別の判断ステップを有する併用始動制御について説明する。

図４は、本発明の実施の形態３による始動制御器５において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。先の実施の形態１における図２のフローチャートと比較すると、本実施の形態３における図４のフローチャートは、ステップＳ１１３〜ステップＳ１１５の処理の代わりに、ステップＳ１２０、ステップＳ１２２を備えている点が異なっている。そこで、これらの相違点を中心に、以下に説明する。

ステップＳ１１０において、始動制御器５は、エンジンＥＣＵ６へ入力されるエンジンおよび車両の運転状態等を示す運転状態信号に基づいて、エンジン１の始動のためのエンジン始動要求があるか否かを判定する。

そして、ステップＳ１１０での判定の結果、エンジン始動要求がない場合（ＮＯ）には、始動制御器５は、エンジン始動要求があるまで、状態を維持して待機する。一方、ステップＳ１１０での判定の結果、エンジン始動要求がある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１１に進む。

そして、ステップＳ１１１において、始動制御器５は、電磁スイッチ３２を駆動して電気接点を閉路する。この結果、モータ回路に通電がなされることにより、電流がスタータ３のモータ部に供給され、モータ部に補助トルクが発生し、スタータ３が起動される。

また、電磁スイッチ３２を駆動して電気接点を閉路することによって、ピニオン３１は、リングギヤ１３に噛み合う位置に移動する。その結果、モータ部の補助トルクが、噛み合ったピニオン３１とリングギヤ１３とを介してクランクシャフト１１に伝達され、エンジン１を回転駆動することとなる。そして、燃料噴射が開始される。

さらに、ステップＳ１１１において、始動制御器５は、バッテリ４の電力を使用して、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１を介して、モータジェネレータ２へ電力を供給する。この結果、モータジェネレータ２は、モータとして駆動され、ベルト１２を介してクランクシャフト１１へ駆動トルクを伝達することで、エンジン１を駆動する。

このようなエンジン始動後、エンジンＥＣＵ６は、クランク角センサー１４からのクランク角信号により得られる現在のクランク角度およびクランク角信号の周期に基づいて、エンジン１の回転速度、つまり、リングギヤ１３の回転速度を演算して、監視している。

始動制御器５は、ステップＳ１１１において、スタータ３とモータジェネレータ２による併用クランキングを開始した後、ステップＳ１２０において、エンジン１の回転速度とモータジェネレータ２の回転速度をモニターする。さらに、始動制御器５は、エンジン１の回転速度とモータジェネレータ２の回転速度との相対回転速度差を導出し、導出した相対回転速度差が、判定用として設定された第１所定の回転速度差以下であるか否かを判断する。

つまり、この相対回転速度差は、エンジン１とモータジェネレータ２を常時連結しているベルト１２の滑りに相当し、このベルト１２の滑りに対する許容値が、第１所定の回転速度差としてあらかじめ設定されている。

このとき、エンジン１の回転速度とモータジェネレータ２の回転速度は、ベルト１２を掛けられた各プーリのプーリ比による回転速度の相関性を考慮した回転速度同士で比較される。

そして、ステップＳ１２０での判定の結果、相対回転速度差が、第１所定の回転速度差以下である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２３に進み、始動制御器５は、エンジン１が完爆したか否か、すなわち、エンジン１が始動完了したか否かの判定を行う。

一方、相対回転速度差が第１所定の回転速度差以下でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２２に進み、始動制御器５は、モータジェネレータ２の駆動トルクを低減させた後、ステップＳ１２４に進み、エンジン１が完爆したか否かを判断する。

このステップＳ１２２におけるモータジェネレータ２の駆動トルクの低減量は、相対回転速度差に応じて低減されるか、もしくはあらかじめ設定された所定のトルク値を用いて低減されるものとする。

低減量が相対回転速度差に応じて低減される場合には、現時点のトルク指令値から相対回転数差に応じたトルク指令値へ変更することになる。また、あらかじめ設定された所定のトルク値を用いて低減される場合には、現時点のトルク指令値から所定のトルク値を減じたトルク指令値へ変更することになる。

ステップＳ１２３での判定の結果、エンジン１が始動完了していない場合（ＮＯ）には、始動制御器５は、エンジン１が始動完了する判定が行われるまで、再度、ステップＳ１２０からの制御を実施する。

一方、ステップＳ１２３での判定の結果、エンジン１が完爆している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２４へと進む。そして、ステップＳ１２４において、始動制御器５は、スタータ３を停止させる。すなわち、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力の供給がなくなる。さらに、始動制御器５は、ＭＧ制御回路２２によるモータジェネレータ２への電力供給を停止し、モータの機能を停止させる。

これらの一連処理により、エンジン始動における、モータジェネレータ２とスタータ３による併用始動制御が終了する。

このように構成された始動制御器５によれば、以下の特徴を実現できる。
（特徴１）併用クランキング中にエンジン１とモータジェネレータ２の回転速度を比較することで、ベルト１２の滑りを検出できる。そして、ベルト１２の滑りが発生しているときは、モータジェネレータ２がベルト１２の伝達能力以上の駆動トルクを発生させていると判断でき、駆動トルクを下げることで、ベルト１２の滑りを減少させることができる。よって、不要な電力消費を抑え、ベルト１２やプーリ等の機構部品の消耗を抑制することができる。

（特徴２）ベルト１２の滑りだけの判断でスタータ３を停止させるのではなく、完爆判定を経て、スタータ３を停止させている。この結果、スタータ３の停止に伴い、再度、ベルト１２の滑りが発生することを抑制することができる。

（特徴３）さらに、併用クランキング中にエンジン１の回転速度が落ち込む上死点付近の回転速度が、スタータ３の補助トルクが有効でない回転速度以上であれば、スタータ３を停止できると判断できる。つまり、モータジェネレータ２の駆動トルクのみでクランキングしている状態であると判断できるため、スタータ３を停止させても差し支えないことになる。

以上の結果、実施の形態３によれば、以下の２点の効果を得ることができる。
（効果１）スタータを早く停止させることができることで、スタータの使用時間の短縮化を図ることができる。この結果、スタータの劣化が抑制され、スタータの耐久性向上の効果が得られる。

（効果２）エンジン完爆までスタータを使用する頻度が減少する上、エンジン完爆回転域では、モータジェネレータの駆動トルクが働いていることとなる。このことにより、スタータによる補助トルクが要求されなくなるので、スタータ３を低回転・小出力仕様とすることができ、小型化の効果が得られる。

なお、上述した実施の形態３では、ステップＳ１２２でモータジェネレータ２の駆動トルク指令値を変更させる制御としたが、直接的にモータジェネレータ２の電流を変更させる制御としても、同様の効果が得られる。

さらに、相対回転速度差を判断するに当たっては、上死点付近のエンジン１の負荷が大きくなり回転速度が落ち込むときのエンジン１の回転速度とモータジェネレータ２の回転速度から、判断する制御としてもよい。この場合、ベルト１２の滑りが最も大きく発生しやすい、上死点付近での相対回転速度差を確認することで、相対回転速度を常時確認する必要がなく、より効率よく判断ができ、制御性向上の効果が得られる。

さらに、第１所定の回転速度差以下の値として判定用に設定された第２所定の回転速度差を用いて、相対回転速度差がこの第２所定の回転速度差以下の場合には、始動制御器５は、ベルト１２の滑りの発生がないと判断してスタータ３を停止し、モータジェネレータ２のみでのクランキングを実施してもよい。

この場合、スタータ３を早く停止させることで、スタータ３の使用時間の短縮化を図ることにより、スタータの劣化が抑制される。さらに、エンジン完爆までスタータを使用する頻度が減少し、完爆回転域での補助トルクが要求されなくなるため、低回転仕様とすることができる。よって、低耐久・低回転仕様による低コスト化の効果が得られる。

また、相対回転速度差が第１所定の回転速度差以下になり、ベルト１２の滑りが許容値以下となった場合には、始動制御器５は、現時点のトルク指令値から所定のトルク上昇値を加算したトルク指令値へ変更する制御を実施して、段階的にトルク指令値を上昇させてもよい。このとき、トルク指令値の上昇は、ベルト１２の滑り状況である相対回転速度差をモニターしながら、比較的ゆるやかに上昇させることが望ましい。

実施の形態４．
本実施の形態４では、先の実施の形態３におけるエンジン始動のための併用始動制御に対して、上死点付近でのエンジン１の回転速度が、所定の回転速度以上か否かを判定して、スタータ３を停止する先の実施の形態１または２の制御を追加する場合について説明する。

図５は、本発明の実施の形態４による始動制御器５において実行される、併用始動制御の流れを示すフローチャートである。本実施の形態４における図５のフローチャートは、先の実施の形態１における図２のフローチャートと、先の実施の形態３における図４のフローチャートを組合せるとともに、ステップＳ１２１をさらに追加した構成となっている。

ステップＳ１１０、ステップＳ１１１については、先の実施の形態３と同一であるため、説明を省略する。

ステップＳ１２０での判定の結果、相対回転速度差が、第１所定の回転速度差以下である場合（ＹＥＳ）には、ステップ１２１に進み、始動制御器５は、相対回転速度差が第２所定の回転速度差以下であるか否かを判断する。ここで、第２所定の回転速度差は、第１所定の回転速度差以下に設定されている。

一方、相対回転速度差が、第１所定の回転速度差以下でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２２に進み、始動制御器５は、モータジェネレータ２の駆動トルクを低減させた後、ステップＳ１２３に進む。

ステップＳ１２１での判定の結果、相対回転速度差が第２所定の回転速度差以下である場合（ＹＥＳ）には、ステップ１１２に進み、始動制御器５は、現在のクランク角度をモニターし、上死点でのエンジン１の回転速度が、所定の回転速度以上か否かを判断する。

一方、ステップＳ１２１での判定の結果、相対回転速度差が第２所定の回転速度差以下でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２３に進む。

ステップ１１２での判定の結果、上死点でのエンジン１の回転速度が、所定の回転速度以上である場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１３に進み、始動制御器５は、スタータ３を停止させる。すなわち、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力の供給がなくなる。

一方、ステップ１１２での判定の結果、上死点でのエンジン１の回転速度が、所定の回転速度以上でない場合（ＮＯ）には、ステップＳ１２３に進む。

始動制御器５は、ステップ１１３において、スタータ３を停止させた後、ステップＳ１１４において、エンジン１が完爆したか否か、すなわち、エンジン１が始動完了したか否かの判定を行う。ステップＳ１１４での判定の結果、エンジン１が始動完了していない場合（ＮＯ）には、始動制御器５は、エンジン１が始動完了する判定が行われるまで、状態を維持して待機する。

一方、ステップＳ１１４での判定の結果、エンジン１が完爆している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１５へと進む。そして、ステップＳ１１５において、始動制御器５は、ＭＧ制御回路２２によるモータジェネレータ２への電力供給を停止し、モータの機能を停止させる。

一方、ステップ１２３に進んだ場合には、始動制御器５は、エンジン１が完爆したか否かの判定を行う。ステップＳ１２３での判定の結果、エンジン１が始動完了していない場合（ＮＯ）には、始動制御器５は、エンジン１が始動完了する判定が行われるまで、再度、ステップＳ１２０からの制御を実施する。

一方、ステップＳ１２３での判定の結果、エンジン１が完爆している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２４へと進む。そして、ステップＳ１２４において、始動制御器５は、スタータ３を停止させる。すなわち、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力の供給がなくなる。

さらに、始動制御器５は、ＭＧ制御回路２２によるモータジェネレータ２への電力供給を停止し、モータの機能を停止させる。これらの一連処理により、エンジン始動における、モータジェネレータ２とスタータ３による併用始動制御が終了する。

このように構成された始動制御器５によれば、以下の特徴を実現できる。
（特徴１）併用クランキング中にエンジン１とモータジェネレータ２の回転速度を比較することで、ベルト１２の滑りを検出できる。そして、ベルト１２の滑りが発生しているときは、モータジェネレータ２がベルト１２の伝達能力以上の駆動トルクを発生させていると判断でき、駆動トルクを下げることで、ベルト１２の滑りを減少させることができる。よって、不要な電力消費を抑え、ベルト１２やプーリ等の機構部品の消耗を抑制することができる。

（特徴２）ベルト１２の滑りだけの判断でスタータ３を停止させるのではなく、完爆判定を経て、スタータ３を停止させている。この結果、スタータ３の停止に伴い、再度、ベルト１２の滑りが発生することを抑制することができる。

（特徴３）さらに、第１所定の回転速度差以下の値に設定された第２所定の回転速度差と相対回転速度差とを比較することで、ベルト１２の滑りが少ないもしくはほぼないと判断した上で、併用クランキング中にエンジン１の回転速度が落ち込む上死点付近の回転速度が、スタータ３の補助トルクが有効でない回転速度以上であれば、スタータ３を停止できると判断できる。つまり、モータジェネレータ２の駆動トルクのみでクランキングしている状態であると判断できるため、スタータ３を停止させても差し支えないことになる。

以上の結果、実施の形態４によれば、以下の２点の効果を得ることができる。
（効果１）スタータを早く停止させることができることで、スタータの使用時間の短縮化を図ることができる。この結果、スタータの劣化が抑制され、スタータの耐久性向上の効果が得られる。

（効果２）エンジン完爆までスタータを使用する頻度が減少する上、エンジン完爆回転域では、モータジェネレータの駆動トルクが働いていることとなる。このことにより、スタータによる補助トルクが要求されなくなるので、スタータ３を低回転・小出力仕様とすることができ、小型化の効果が得られる。

なお、第２所定の回転速度差は、第１所定の回転速度差よりも小さい値にして、ベルト１２の滑りに対する安全率を大きく設定してもよいし、すでに第１所定の回転速度で十分な安全率を有するときは、同じ値としても差し支えない。

また、図５におけるステップＳ１１２は、先の実施の形態１における図２のステップＳ１１２の代わりに、先の実施の形態２における図３のステップＳ１１２を用いることもできる。

上述した実施の形態１〜４におけるエンジン１の始動においては、併用始動制御手段の具体例を説明した。しかしながら、始動制御器５は、モータジェネレータ２のみでエンジン１をクランクングする単独始動制御手段も備えている。従って、併用始動制御手段と単独始動制御手段の２つの始動制御手段を、所定の条件に応じて使い分けることも可能である。

例えば、エンジン水温またはエンジンオイル温度など、エンジン１に係る温度において、所定温度以下のときに併用始動制御が実施され、所定温度より高い温度域のときには、単独始動制御のモータジェネレータ２によるエンジン１の始動が実施されるように使い分けてもよい。

また、車両の状態に応じて、自動でエンジン１を停止・再始動させるアイドリングストップ機能が搭載された車両において、運転手のキー操作によるエンジン１の始動時には、併用始動制御が実施され、アイドリングストップによるエンジン１の停止状態からの再始動時には、単独始動制御のモータジェネレータ２によるエンジン１の始動が実施されるように使い分けてもよい。

このような、併用始動制御手段と単独始動制御手段の２つの始動制御手段を所定の条件に応じて使い分ける制御とした場合には、エンジン１の始動制御方法としては、併用始動制御手段とモータジェネレータ２での単独始動制御手段の２つしかない。このため、スタータ３が単独でエンジン１の始動を完了させることがない。よって、スタータ３の小出力化・低回転仕様化による小型化・低コスト化の効果が得られる。

また、ベルト１２の滑りが発生しやすく、エンジン１のフリクショントルクが大きくなる、エンジン温度が所定の温度以下では、併用始動制御を実施し、ベルト１２の滑りが発生しにくく、エンジン１のフリクショントルクが小さくなる、エンジン温度が所定の温度を超える高温時では、単独始動制御を実施するように使い分けてもよい。

このように、温度に応じて２つの始動制御手段を使い分けることで、モータジェネレータ２とスタータ３は、それぞれで、低温時の大きなフリクショントルクに対応する必要がなく、ベルト１２の滑りも抑制される。よって、モータジェネレータ２とスタータ３の小出力化による小型化・低コスト化の効果と、ベルト１２の耐久性向上の効果が得られる。

また、上述した実施の形態１〜４におけるエンジン１の併用始動制御において、始動制御器５は、ステップ１１１でスタータ３とモータジェネレータ２をともに起動する説明を行った。このとき、スタータ３の起動と同時にモータジェネレータ２を起動してもよいし、スタータ３の起動に対して前後してモータジェネレータ２を起動しても、どちらでもよく、本発明の効果は、同様に得られる。

ただし、始動初期は、モータジェネレータ２を起動してクランキングを開始し、遅れ時間を設けてスタータ３を起動する場合には、すでに回転を始めているリングギヤ１３にスタータ３のピニオン３１を噛合せることになる。このため、スタータ３の起動と同時にモータジェネレータ２を起動するか、スタータ３の起動に対して遅れ時間を設けてモータジェネレータ２を起動することが望ましい。

例えば、スタータ３のみでクランキングを開始し、スタータ３の起動により発生するラッシュ電流が収まる時間以降か、または、スタータ３が起動された後のエンジン１の第１圧縮工程を経過した以降に、モータジェネレータ２を起動する制御としてもよい。

この場合には、電圧降下時にモータジェネレータ２を使用しないことによる、さらなる電圧降下の抑制が可能になる。この結果、モータジェネレータ２を駆動するインバータやモータ制御回路が、電圧降下によりリセットしてしまうことを防止できる。

また、低温時の最も負荷の大きい領域でモータジェネレータ２を使用せず、停止状態からの起動を行わないことが可能となる。この結果、駆動トルク・電流を抑制でき、モータジェネレータ２やインバータ２１の大型化を抑制できる効果が得られる。

さらに、上述した実施の形態１〜４におけるスタータ３の停止においては、エンジン１のピストンストロークが下死点の直前のストローク域から上死点の直後のストローク域までを含むストローク域にあるかを予測し、スタータ３とエンジン１の連結を解除する時点を決定し、連結の解除を実施することができる。このような解除処理を実行することにより、連結解除時の異音の発生を抑制することができる。

さらに、上述した実施の形態１、２、４におけるスタータ３は、生涯にわたって、エンジン１の完爆判定の回転速度まで回転することがなく、リングギヤ側から回転駆動されることがない。このため、通常は備えられているワンウェイクラッチを備えていなくても、モータ部が高回転により破損することがない。この結果、ワンウェイクラッチをなくすことで、さらなる低コスト化の効果が得られる。

また、上述した実施の形態１〜４では、モータジェネレータ２とスタータ３への電力の供給は、１つのバッテリ４で行い、モータジェネレータ２とスタータ３が同じ電圧で使用されるシステムとして説明している。しかしながら、本発明は、このような場合に限定されるものではなく、例えば、モータジェネレータ２がスタータ３に比べ高電圧で使用される仕様に対しても、適用可能である。

このような仕様の場合には、例えば、バッテリ４とスタータ３の間には、バッテリ４の電圧を降圧する降圧ＤＣ／ＤＣコンバータが必要となる。また、モータジェネレータ２とスタータ３のそれぞれには、別々のバッテリが接続されていて、その電圧においては、特に制限されない構成であってもよい。また、バッテリではなく、キャパシタ等の別の電源であってもよい。

１ エンジン、２ モータジェネレータ（第１電動機）、３ スタータ（第２電動機）、４ バッテリ、５ エンジン始動制御装置、６ エンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）、１１ クランクシャフト、１２ ベルト、１３ リングギヤ、１４ クランク角センサー、２１ インバータ、２２ モータジェネレータ制御回路（ＭＧ制御回路）、３１ ピニオン、３２ 電磁スイッチ。

Claims (3)

1. ベルトによりエンジンに常時連結されて、エンジン始動時に駆動トルクを発生させてクランキングを行う第１電動機と、
   前記エンジン始動時にギヤにより前記エンジンに連結されて、補助トルクを発生させてクランキングを行う第２電動機と、
   前記エンジン始動時に、前記第１電動機と前記第２電動機を併用して前記エンジンを併用クランキングする始動制御器と、
   前記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出器と、
   前記第１電動機の回転速度を検出する第１電動機回転速度検出器と
   を有するエンジン始動制御装置であって、
   前記始動制御器は、
   前記併用クランキング中に前記エンジン回転速度検出器により検出された前記エンジンの回転速度と、前記第１電動機回転速度検出器により検出された前記第１電動機の回転速度との相対回転速度差を導出する機能を有し、
   前記エンジンの始動が完了するまで、前記エンジンの上死点において導出された前記相対回転速度差が第１の判定用回転速度差よりも大きい場合には、前記第１電動機の前記駆動トルクを下げる方向に調整する制御を継続する
   エンジン始動制御装置。
2. 前記相対回転速度差は、所定の判定用回転速度差よりも小さく、
   前記始動制御器は、前記併用クランキング中に前記エンジン回転速度検出器により検出された前記エンジンの上死点での回転速度が、判定用回転速度以上であると判定した場合には、前記第２電動機と前記エンジンとの前記ギヤによる連結を解除するとともに、前記第２電動機を停止させる
   請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
3. ベルトによりエンジンに常時連結されて、エンジン始動時に駆動トルクを発生させてクランキングを行う第１電動機と、
   前記エンジン始動時にギヤにより前記エンジンに連結されて、補助トルクを発生させてクランキングを行う第２電動機と、
   前記エンジン始動時に、前記第１電動機と前記第２電動機を併用して前記エンジンを併用クランキングする始動制御器と、
   前記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出器と、
   前記第１電動機の回転速度を検出する第１電動機回転速度検出器と
   を有するエンジン始動制御装置により実行されるエンジン始動制御方法であって、
   前記始動制御器において、
   前記エンジンに対してエンジン始動要求が発生したか否かを判定する第１ステップと、
   前記第１ステップにより前記エンジン始動要求が発生したと判定された場合には、前記第１電動機と前記第２電動機を併用して前記エンジンを併用クランキングする第２ステップと、
   前記第２ステップにより併用クランキングを開始した後に、前記エンジン回転速度検出器により検出された前記エンジンの回転速度と、前記第１電動機回転速度検出器により検出された前記第１電動機の回転速度との相対回転速度差を導出する第３ステップと、
   前記エンジンの上死点において、前記第３ステップで導出された前記相対回転速度差が第１の判定用回転速度差よりも大きい場合には、前記第１電動機の駆動トルクを下げる方向に調整する第４ステップと
   を有し、
   前記エンジンの始動が完了するまで、前記エンジンの上死点において、前記第３ステップおよび前記第４ステップを継続する
   エンジン始動制御方法。

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