JPWO2013035168A1 - 車両用始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンを始動する際に発生するエンジンの振動を小さくして、車両の振動を小さくすることができる車両用始動装置を提供する。【構成】この発明による車両用始動装置は、車両に搭載されたエンジンを始動するエンジン始動装置を備えた車両用始動装置であって、前記エンジン始動装置は、前記エンジンが点火する前は前記エンジンのクランキング回転速度を前記エンジンの共振周波数に相当する回転速度以下とし、前記エンジンが点火すれば前記エンジンの回転速度を前記共振周波数に相当する回転速度以上に増加させるように構成される。

Description

この発明は、車両に搭載されたエンジンを始動する車両用始動装置に関するものである。

近年、燃費の向上や、環境基準への適合を目的として、車両に発電電動機を搭載し、車両の停止時にエンジンを停止させ車両の発進時に発電電動機を用いてエンジンの再始動を行う、所謂、アイドルストップを行う車両用始動装置が開発されている。このような制御に用いる車両用の発電電動機は、小型、低コスト、高トルクが求められるため、巻線界磁式発電電動機を用いることが多い。

このような巻線界磁式発電電動機を利用するアイドルストップシステムでは、エンジン始動時にエンジンをより早く始動させるために、特許文献１に示されるように、始動装置を最大トルク制御してエンジンをクランキングさせて点火させることがある。

特開２００３−１１３７６３号公報

しかし、特許文献1に示された従来の装置では、エンジンクランキング時にクランキング回転速度がエンジンの共振周波数領域に一致し、エンジンの振動が大きくなり、車両の振動を大きくするため、運転者や搭乗者に不快感を与えることがあった。

この発明は、従来の車両始動装置の制御装置における前述のような課題を解決するためになされたもので、エンジンを始動する際に発生するエンジンの振動を小さくして、車両の振動を小さくすることができる車両用始動装置を提供することを目的とする。

この発明による車両用始動装置は、車両に搭載されたエンジンを始動するエンジン始動装置を備えた車両用始動装置であって、前記エンジン始動装置は、前記エンジンが点火する前は前記エンジンのクランキング回転速度を前記エンジンの共振周波数に相当する回転速度以下とし、前記エンジンが点火すれば前記エンジンの回転速度を前記共振周波数に相当する回転速度以上に増加させるようにしたものである。

この発明による車両用始動装置によれば、エンジンを始動する際に発生するエンジンの振動を小さくすることができ、車両の振動を小さくすることができる。

この発明の実施の形態１による車両用始動装置を搭載した車両システムの説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用始動装置の詳細を示す説明図である。 この発明の実施の形態１による車両用始動装置の動作を説明するフローチャートである。 この発明の実施の形態２による車両用始動装置の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１による車両用始動装置について、図を参照して説明する。この発明の実施の形態１による車両用始動装置を搭載した車両システムの説明図である。図1において、エンジン始動装置1は、インバータ１１と回転電機１２とにより構成されている。また、エンジン始動装置１は、インバータ１１を制御する制御装置１１１を備えている。

回転電機１２は、例えばベルト等の動力伝達装置4を介してエンジン３に接続されている。エンジン３を始動させるとき、エンジン始動装置１は、バッテリ若しくはキャパシタである電源装置２から電力が供給され、回転電機１２を電動機として動作し、動力伝達装置４を介してエンジン３を回転させる。エンジン始動装置１は、図1では省略しているが、外部のアイドルストップシステムのコントローラもしくはキースイッチなどによって運転モードが指令され、その指令に応じた運転モードで動作する。

図２は、この発明の実施の形態１による車両用始動装置の詳細を示す説明図である。図２において、エンジン始動装置１は、前述のようにインバータ１１と回転電機１２により構成され、後述するように発電電動機として動作するように構成されている。回転電機１２は、巻線界磁式発電電動機により構成され、回転子に設けられた界磁巻線１２１と、固定子に設けられた電機子巻線１２２を備える。又、回転電機１２には、回転子の回転位置を検出する回転センサ１２３が設けられている。

インバータ１１は、界磁巻線１２１の電力を制御する電力変換素子を備えた界磁電力変換部１１２と、電機子巻線１２２の電力を制御する電力変換素子を備えた電機子電力変換部１１３と、界磁電力変換部１１２の電力変換素子と電機子電力変換部１１３の電力変換素子のオン・オフ指令を行う制御装置１１１と、界磁電流を検出するための電流センサ１１４とを備える。

界磁電力変換部１１２は、制御装置１１１からの電力変換素子のオン・オフ指令によって動作し、界磁コイル１２１へ通電させる界磁電流をＰＷＭ制御により制御する。この界磁電力変換部１１２は、一般的には、電力変換素子としてのＭＯＳ型電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）を用いて構成されたハーフブリッジ回路により構成される。

電機子電力変換部１１３は、一般的には電力変換素子としてのＭＯＳＦＥＴを用いて構成された３相ブリッジ回路により構成される。電機子電力変換部１１３は、エンジン始動時には、制御装置１１１からの電力変換素子のオン・オフ指令によってインバータとして動作し、電源装置２の直流電力を３相交流電力に変換して回転電機１２の電機子コイル１２２へ電機子電流を通電させ、回転電機１２を電動機として動作させる。又、エンジン始動装置１は、回転電機１２を発電機としても動作させる場合がある。この場合は、電機子電力変換部１１３は、制御装置１１１からの電力変換素子のオン・オフ指令によってコンバータとして動作し、電機子巻線１２２に発電された３相交流電力を直流電力に変換して電源装置２や他の負荷に供給する。

次に、以上のように構成されたこの発明による車両用始動装置の動作について説明する。図３は、この発明の実施の形態１による車両用始動装置の動作を説明するフローチャートである。図３において、まず、ステップＳ３０１において、アイドルストップシステムのコントローラや、キースイッチなどからの駆動指令があるかどうかを判定する。駆動指令がある場合（ＹＥＳ）、ステップＳ３１１へ進む。駆動指令がない場合（ＮＯ）、駆動処理は行わないので、処理を終了する。

なお、図３ではこの発明に関連する部分のみを示しているため省略しているが、たとえ駆動指令があったとしても、エンジン始動装置１の状態が異常であったり、電源電圧が規定の範囲外であった場合には駆動を行わない。

ステップＳ３１１では、制御装置１１１は、電源電圧に応じて目標始動装置回転速度となる界磁電流と電機子電流、あるいは、電機子電流を達成する通電位相角を算出する。ここで目標始動装置回転速度とは、エンジン始動装置１における回転電機１２が点火前のエンジン３をクランキングするときの、回転電機１２の目標回転速度を意味している。このとき制御装置１１１により演算される目標始動装置回転速度は、エンジン３の共振周波数に相当する振動がエンジン３に発生する回転速度より小さい値とする。

周知のように、点火前のエンジンをクランキングするとき、エンジン３が特定の回転速度で回転するとその回転によるエンジン３の振動周波数が、エンジン３に固有の共振周波数に合致し、エンジン３が大きく振動する。エンジン３が共振周波数で振動する原因となるエンジンの回転速度は、エンジン３の仕様やエンジン３を搭載する車両の構造等によりそのエンジンに固有のものであり、演算若しくは実験等により予め知ることができる。

そこで、ステップＳ３１１において、制御装置１１１は、エンジン３が共振周波数で振動するのを避けるために、予め得たエンジン３の前述の特定の回転速度より小さい回転速度でエンジン３が回転するように、エンジン３をクランキングする回転電機１２の目標始動装置回転速度を前述の特定の回転速度より小さく設定し、その目標始動装置回転速度を得るための界磁電流と電機子電流の値を電源電圧に応じて算出する。なお、このとき、前述の界磁電流と電機子電流の値の算出に代えて、それ等の電流値を得るための各電力変換素子の通電位相角を算出するようにしても良いことは勿論である。

続いてステップＳ３１２では、制御装置１１１は、界磁電力変換部１１２に対して前述の算出結果に基づいてその電力変換素子のオン・オフ指令を行ない、界磁電力変換部１１２はこの指令に基づいて界磁巻線１２１への界磁電流の通電制御を行う。界磁電流通電制御の方法は、ＰＩ制御を行ってもいいし、界磁電流の応答性を高めるために、目標界磁電流に達成するまではＰＷＭ制御の導通率を１００［％］とする制御を行ってもよい。

次に、ステップＳ３１３では、制御装置１１１は、電機子電力変換部１１３に対して前述の算出結果に基づいてその電力変換素子のオン・オフ指令を行い、電機子電力変換部１１３はこの指令に基づいて電機子巻線１２２への通電制御を開始する。このとき、電機子電流は通電位相角により制御される。

前述のステップＳ３１２による界磁電流制御、およびステップＳ３１３による電機子電流制御により、回転電機１２が前述の特定の回転速度より小さい速度で回転してエンジン３をクランキングするが、続くステップＳ３１５では、そのクランキングによりエンジン３が点火したか否かを判定する。ここで、エンジン３が点火したか否かの判定は、エンジンの回転数若しくは回転数の変化により判断しても良いし、或いは点火信号が発生したことを電気的に検出して判断するようにしても良い。ステップＳ３１５での判定の結果、エンジン３が点火したと判定すれば（ＹＥＳ）、ステップＳ３１４へ進み、エンジン３は通常の運転状態に入ってトルク増大が行われ、車両の始動は完了する。

ここで、エンジン始動装置１によりエンジン３をクランキングできる回転速度の最大値は、前述のエンジン３の共振周波数に相当する回転速度よりも大きいように設定されている。このようにエンジン始動装置１のみでエンジン３をクランキングできるエンジンの回転速度が、エンジンの共振周波数に相当する回転速度よりも大きいため、エンジン点火後のトルク増大によるエンジン回転速度の加速を大きくすることが可能となり、より短い時間でエンジンの共振周波数領域を通過させることが可能となり、共振によるエンジン振動を低減でき、車両の振動を抑えられる。

又、エンジン点火後にエンジン始動装置１がエンジン３に与えるトルクは、エンジン始動装置１つまり回転電機１２の最大トルクである。このように、エンジン点火後に加速するトルクが最大となるので、エンジン点火後のトルク増大によるエンジン回転速度の加速をさらに大きくすることが可能となる。したがって、より短い時間でエンジンの共振周波数領域を通過させることが可能となり、共振によるエンジン振動を低減でき、車両の振動を抑えることができる。

ステップＳ３１５での判定の結果、エンジン３が点火していないと判定されれば（ＮＯ）、ステップＳ３１１へ戻り、以降、エンジン３の点火が確認されるまで前述のステップＳ３１１乃至ステップＳ３１５での処理を繰り返す。

以上述べたように、この発明の実施の形態１による車両用始動装置によれば、エンジン再始動時のエンジンの振動を抑制して、電源電圧に応じた最適な再始動制御が可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２では、前述の実施の形態１に対して、回転速度フィードバック制御を行うようにしたものである。その他の部分については実施例1と同様である。図４は、この発明の実施の形態２による車両用始動装置の動作を説明するフローチャートである。以下、実施の形態１と相違する部分を主体に説明する。

図４に於いて、ステップＳ３１６では、回転センサ１２３により検出した回転電機１２の回転速度と目標回転速度とを比較し、その偏差がある閾値内となるように回転速度フィードバック制御を行ない、回転電機１２の回転速度が目標回転速度に到達すれば（ＹＥＳ），次のステップＳ３１５に進む。ここで目標回転速度とは、前述の実施の形態１にて説明したステップＳ３１１における目標始動装置回転速度である。

ステップ３１６において目標回転速度に達していないと判定されれば（ＮＯ）、ステップＳ３１１に戻り、以降、回転電機１２が目標回転速度になるようにステップＳ３１１乃至Ｓ３１６での処理を繰り返す。

以上のように、この発明の実施の形態２による車両用始動装置によれば、電源電圧に応じた、最適な回転速度制御が可能となる。また、フィードバックにより回転速度の精度が向上し、振動が低減できる。

この発明による車両用始動装置は、自動車産業分野、とりわけエンジンの制御装置の分野において利用することができる。

１ エンジン始動装置、 ２ バッテリ、 ３ エンジン、
４ 動力伝達手段、１１ インバータ、 １２ 回転電機、
１１１ 制御装置、 １１２ 界磁電力変換部、
１１３ 電機子電力変換部、 １１４ 界磁電流センサ、
１２１ 界磁コイル、 １２２ 電機子コイル、 １２３ 回転センサ

Claims (6)

1. 車両に搭載されたエンジンを始動するエンジン始動装置を備えた車両用始動装置であって、
   前記エンジン始動装置は、前記エンジンが点火する前は、前記エンジンのクランキング回転速度を前記エンジンの共振周波数に相当する回転速度以下とし、前記エンジンが点火すれば、前記エンジンの点火前よりも出力を増加させることにより、前記エンジンの回転速度を前記共振周波数に相当する回転速度以上により迅速に増加させる、
   ことを特徴とする、車両用始動装置。
2. 前記エンジン始動装置は、前記クランキングすることができる回転速度の最大値として前記エンジンの共振周波数に相当する回転速度よりも大きい値を有する、
   ことを特徴とする、請求項1に記載の車両用始動装置。
3. 前記エンジンの点火後に前記エンジン始動装置が前記エンジンに与えるトルクは、前記始動装置の最大トルクである、
   ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の車両用始動装置。
4. 前記エンジン始動装置は、前記エンジン始動装置の回転速度を検出する回転検出手段を有し、前記回転速度の制御を、前記回転検出手段による前記回転速度の検出に基づいてフィードバックにより行う、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちの何れか一項に記載の車両用始動動装置。
5. 前記エンジン始動装置は、ベルトを介して前記エンジンを始動する、ことを特徴とする請求項１乃至４のうちの何れか一項に記載の車両用始動動装置。
6. 前記エンジン始動装置は、
   界磁巻線と電機子巻線を有する発電電動機と、
   前記界磁巻線の界磁電流を制御する界磁電力変換部と、
   前記電機子巻線の電機子電流を制御する電機子電力変換部と、
   前記界磁電力変換部と前記電機子電力変換部とを制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とする請求項１乃至５のうちの何れか一項に記載の車両用始動動装置。

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