(57)【要約】【課題】１個の位置センサを用いたスタータモータによりエンジンを始動させる。【解決手段】エンジン(２０)を正転および逆転させることができるスタータモータ(１０)と、前記スタータモータの電気角(θ)を検出してパルス信号(θＰＳ)を出力する１個の位置センサ(１２)と、エンジンの始動指令(ＳＴＣ)に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長(Ａ)だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長(Ｂ)停止させ、その後で前記位置センサ(１２)の前記パルス信号(θＰＳ)に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる制御ユニット(１００)と、を備える、エンジン始動制御装置。【選択図】図１
2018193868.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータと、
前記スタータモータの電気角を検出してパルス信号を出力する１個の位置センサと、
エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長停止させ、その後で前記位置センサの前記パルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる制御ユニットと、
を備える、エンジン始動制御装置。
【請求項２】
前記スタータモータを前記第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を前記第２の設定時間長停止させて、通電停止中でエンジンの圧縮反力による正回転するときの前記位置センサのパルス信号から前記スタータモータの電気角を検出する電気角演算部を備える、請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項３】
エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータと、
前記スタータモータの電気角を検出してパルス信号を出力する複数の位置センサと、
前記スタータモータの回転時に複数の前記パルス信号から正常な１個の位置センサを選択する正常センサ選択部と、
エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長停止させ、その後で前記正常センサ選択部で選択した１個の位置センサのパルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる制御ユニットと、
を備える、エンジン始動制御装置。
【請求項４】
エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータの電気角を１個の位置センサで検出してパルス信号を出力し、
エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長停止させ、その後で前記位置センサの前記パルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる、
エンジン始動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、位置センサを用いたスタータモータによるエンジン始動制御装置および始動制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン始動時にエンジンの圧縮負荷を乗り越えるため、スタータモータを逆転させて所定位置まで戻して、この所定位置からクランク軸を正転駆動するようにしたエンジン始動制御装置がある。例えば、下記特許文献１には、三相モータであるスタータモータを予め決められた設定位置まで逆回転させて、その後さらにスタータモータをそれまでよりも小トルクで駆動して逆回転方向に予め決められた設定時間付勢して逆回転方向の上死点手前で停止させることで、エンジンの軽負荷域から慣性力を十分に利用した始動を行う技術が提案されている。停止状態からモータを始動するためには、パルス信号を出力する位置センサを複数個使用して、モータ電気角を検出する必要がある。
【０００３】
また、下記特許文献２には、複数の位置センサを使用せず、１個の位置センサを用いて停止状態からモータを始動させるための方法が提案されている。特許文献２では、１個の位置センサを用いたファンモータの制御装置において、始動用励磁パターンを印加することによって停止状態から始動し、始動用励磁パターンの速度と位置センサにより検出される速度が一致した後に位置センサにより検出された位置に基づく制御に切り換える方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第３９６９６４１号明細書(図１)
【特許文献２】特開２００６−１７４６４７号公報(図３)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１の方法は、上述のように停止状態からモータを始動するためには、パルス信号を出力する位置センサを複数個使用して、モータ電気角を検出する必要がある。
特許文献２の方法は、始動用励磁パターンの速度と位置センサにより検出される速度が一致するまでモータを回転させ続ける必要がある。しかし、特許文献２の方法をエンジン始動装置に適用する場合、エンジンの圧縮負荷が回転範囲の制約となり、モータを回転させ続けることができない。そのため、始動用励磁パターンを印加しても、正回転方向の圧縮上死点手前でスタータモータが停止し、エンジンを始動することができない。
【０００６】
この発明の目的は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、１個の位置センサを用いたスタータモータによってエンジンの圧縮負荷を乗り越えた始動が可能なエンジン始動制御装置および始動制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータと、前記スタータモータの電気角を検出してパルス信号を出力する１個の位置センサと、エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長停止させ、その後で前記位置センサの前記パルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる制御ユニットと、を備える、エンジン始動制御装置等にある。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、１個の位置センサを用いたスタータモータによってエンジン圧縮負荷を乗り越えた始動が可能なエンジン始動制御装置および始動制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１によるエンジン始動制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１における制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。
【図３】この発明の実施の形態１における始動制御実行時のエンジン回転数とエンジンクランク角のタイムチャートである。
【図４】この発明の実施の形態１におけるパルス信号から電気角演算値を求める方法説明するための図である。
【図５】この発明によるエンジン始動制御装置を備えるシステムのハードウェア構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるエンジン始動制御装置の一例の機能ブロック図である。
【図７】この発明の実施の形態２における制御動作の一例を説明するフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態２のセンサ異常時始動部の構成の一例の機能ブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明によるエンジン始動制御装置および始動制御方法を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、各実施の形態において、同一もしくは相当部分は同一符号で示し、重複する説明は省略する。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動制御装置の一例の機能ブロック図である。エンジン始動制御装置１において、三相モータであるスタータモータ１０は、インバータ１１により通電されて駆動する。スタータモータ１０の電気角(θ)は、１個の位置センサ１２により検出され、制御ユニット１００に出力される。制御ユニット１００は、逆転制御部１０１、通電停止部１０２、正転制御部１０３を備えており、制御選択部１０４がこのいずれかを選択し、インバータ１１へ通電信号ＥＮＳを出力する。
なお、逆転制御部１０１、通電停止部１０２、正転制御部１０３、制御選択部１０４、電気角演算部１２０が始動制御部を構成する。
【００１２】
このように構成されるエンジン始動制御装置の動作について説明する。図２は、エンジン始動制御装置の制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。最初はエンジン始動指令(ＳＴＣ)が与えられたときに(ステップＳ１)、逆転制御部１０１による逆転制御を開始する。逆転制御では、位置センサ１２の信号を使用せず、一定周波数の励磁通電で逆転を行う(ステップＳ２)。次に、逆転制御を開始してから第１の設定時間長Ａが経過した後(ステップＳ３)、通電停止部１０２により通電停止を行う(ステップＳ４)。そして、通電を停止してから第２の設定時間長Ｂが経過した後(ステップＳ５)、正転制御部１０３により正転制御を開始する(ステップＳ６)。正転制御の開始後、スタータモータ１０の回転数が設定回転数に到達するとエンジン始動が完了する(ステップＳ７)。制御選択部１０４は、パルス信号(θＰＳ)に基づいて得られる設定されたそれぞれのタイミンで逆転制御部１０１、通電静止部１０２、正転制御部１０３のそれぞれにブロック有効信号(ＥＮ１、ＥＮ２、ＥＮ３)を出力し、動作が指示された制御部のみが動作して通電信号ＥＮＳをインバータ１１に供給する。
【００１３】
図２のフローチャート実行時のスタータモータ１０に接続されたエンジン２０のエンジン回転数とエンジンクランク角のタイムチャートを図３に示す。図３のエンジンクランク角は、例として単気筒エンジンに本エンジン始動制御装置を適用した場合の動作を示している。最初の逆転制御では、一定周波数の励磁通電で逆転を行い、逆転側の圧縮上死点手前で励磁通電による駆動トルクと圧縮負荷による反力が釣り合って停止する。このとき、逆転制御の実行時間である第１の設置時間長Ａは、正回転方向の圧縮上死点手前から逆回転方向の圧縮上死点手前まで移動するのに十分な時間とする。この後、通電を停止すると、スタータモータ１０は圧縮負荷の反力により微小な正転を開始する。このとき、通電を停止する第２の設置時間長Ｂは、位置センサ１２が少なくとも１回以上パルスを出力するのに十分な時間とする。そして、正転制御による通電を開始して設定回転数まで上昇させる。
【００１４】
図４に、通電停止から正転制御に切り替わるときのスタータモータ１０の電気角(θ)と、位置センサ１２の出力するパルス信号(θＰＳ)と、位置センサ１２の出力パルス信号(θＰＳ)を用いて計算した電気角演算値(θＣＡ)の関係を示す。スタータモータ１０は通電停止の状態から圧縮負荷の反力で正転し、その後正転制御によって加速していく様子を示している。説明の簡単化のため、位置センサ１２の出力信号は、電気角が０〜１８０ｄｅｇに対して０、１８０〜３６０ｄｅｇに対して１が出力されるとする。そして、正転制御を開始する直前の位置センサ１２のパルス信号(θＰＳ)のパルス間隔Ｔ１と、最後に出力信号が変化してからの経過時間ｔを用いることでパルス信号(θＰＳ)を補間して電気角演算値(θＣＡ)を求めることができる。図４の場合、正転制御の開始直後の電気角はθ＝１８０×ｔ／Ｔ１と検出することができる。
【００１５】
以上のことから例えば制御ユニット１００は位置センサ１２のパルス信号(θＰＳ)から、パルス信号(θＰＳ)を補間して電気角演算値(θＣＡ)を求める電気角演算部１２０を備える。この電気角演算部１２０は、図１に例示するように正転制御部１０３の直前に設けてもよいし、または正転制御部１０３内部に設けてもよい。
【００１６】
従来は、例えば正転の始動用励磁パターンでの始動では、始動用励磁パターンの速度と位置センサにより検出される速度が一致するまで、モータが正転していると判断して位置センサの信号を用いた制御に切り替えることができないため、モータを回転させ続ける必要がある。しかし、エンジン始動制御装置の場合、エンジンの圧縮負荷が回転範囲の制約となり、モータを回転させ続けることができないため、始動を行うことができない。
【００１７】
この発明の方式では、最初に励磁通電により逆転させて、逆転側の圧縮負荷と駆動トルクが釣り合う点に移動するのに十分な時間だけ励磁通電を行った後に通電停止をすることで、圧縮負荷の反力による正転状態を作り出すことができる。そして、この正転状態から位置センサ１２のパルス信号(θＰＳ)を用いた正転制御を開始することで、即座に位置センサ１２のパルス間隔を用いた電気角が検出可能となり、そのまま加速してエンジン始動が可能となる。
【００１８】
図５は、この発明によるエンジン始動制御装置を備えるシステムのハードウェア構成の一例を示す機能ブロック図である。制御ユニット１００は、ハードウェアとしてのプロセッサ２００と、記憶装置２０１とにより実現される。記憶装置２０１は、図示していないが、ランダムアクセスメモリ等の揮発性記憶装置と、フラッシュメモリ等の不揮発性の補助記憶装置とを備える。また、記憶装置２０１は、図示していないが、不揮発性の補助記憶装置の代わりにハードディスク等の補助記憶装置を具備してもよい。
【００１９】
プロセッサ２００は、記憶装置２０１から入力されたプログラムを実行する。プログラムは、制御ユニット１００のアルゴリズムに相当する。記憶装置２０１が補助記憶装置と揮発性記憶装置とを備えるため、プロセッサ２００に、補助記憶装置から揮発性記憶装置を介してプログラムが入力される。また、プロセッサ２００は、演算結果等のデータを記憶装置２０１の揮発性記憶装置に出力して記憶させてもよいし、揮発性記憶装置を介して補助記憶装置に前記データを保存してもよい。
【００２０】
プロセッサ２００は上位制御系２０２から始動指令(ＳＴＣ)を受け取る。上位制御系２０２は運転者の始動操作にもとづき始動指令(ＳＴＣ)を生成してもよい。また、アイドルストップ制御によりエンジンが停止している状態から、運転者のアクセル操作にもとづき始動指令(ＳＴＣ)を生成してもよい。プロセッサ２００は制御ユニット１００のアルゴリズムにより演算した通電信号(ＥＮＳ)をインバータ１１へ出力する。また、スタータモータ１０の電気角を示すパルス信号(θＰＳ)を位置センサ１２から取得する。
【００２１】
なお、以下に述べる実施の形態１以外の実施の形態の制御ユニット１００も、図５に示したハードウェア構成における記憶装置２０１に記憶されたプログラムを実行するプロセッサ２００、または図示していないシステムＬＳＩ等の処理回路により実施の形態１と同様に実現される。
【００２２】
実施の形態２．
図６は、この発明の実施の形態２によるエンジン始動制御装置の一例の機能ブロック図である。スタータモータ１０はインバータ１１により通電されて駆動する。スタータモータ１０の電気角(θ)は、複数の位置センサ１２ｎにより検出され、制御ユニット１００に出力される。図６では例えば３個の位置センサが示されている。制御ユニット１００は、センサ正常時始動部１０５とセンサ異常時始動部１０６を備えており、センサ異常検出部１０７で検出したセンサ異常の有無に応じて始動方式選択部１０８が、ブロック駆動信号ＥＮ−Ａ、ＥＮ−Ｂで、センサ正常時始動部１０５とセンサ異常時始動部１０６のいずれかを選択してインバータ１１へ通電信号ＥＮＳを出力させる。
センサ異常時始動部１０６にはセンサ異常検出信号ＳＡＤが入力されている。センサ正常時始動部１０５にはセンサは全て正常のため、センサ異常検出信号ＳＡＤは入力されていない。電気角演算値(θＣＡ)は、図８で後述するように、センサ異常時始動部１０６、センサ正常時始動部１０５の中で計算するため、図６では電気角演算部１２０の図示は省略されている。
【００２３】
このように構成されるエンジン始動制御装置の動作について説明する。図７は、実施の形態２におけるエンジン始動制御装置の制御動作の一例を説明するためのフローチャートである。最初はエンジン始動指令(ＳＴＣ)が与えられたときに(ステップＳ１)、センサ異常検出部１０７は、スタータモータ１０の回転時は常に３個の位置センサ１２のスタータモータ１０の電気角を示す３個のパルス信号(θ３ＰＳ)を入力して確認する。そしてセンサ異常検出部１０７は、スタータモータ１０の回転時に出力が変化しない位置センサを異常と判断して(ステップＳ２)、異常が発生した位置センサを示すセンサ異常検出信号(ＳＡＤ)を出力する。そして、始動方式選択部１０８は、センサ異常検出部１０７が異常を検出していない場合はセンサ正常時始動部１０５を選択し(ステップＳ４)、異常を検出した場合はセンサ異常時始動部１０６を選択する(ステップＳ３)。そして、選択した始動部からの通電信号(ＥＮＳ)でエンジン始動を行い、スタータモータ１０の回転数が設定回転数に到達するとエンジン始動が完了する(ステップＳ５)。
【００２４】
始動方式選択部１０８は、センサ異常時始動部１０６、センサ正常時始動部１０５のそれぞれにブロック駆動信号(ＥＮ-Ａ、ＥＮ-Ｂ)を出力し、動作が指示された制御部のみが動作して通電信号ＥＮをインバータ１１に供給する。
【００２５】
図８は、実施の形態２におけるセンサ異常時始動部１０６の構成の一例を示す機能ブロック図を示す。図６のセンサ正常時始動部１０５では、３個の位置センサ１２ｎの３個のパルス信号(θ３ＰＳ)を用いた従来方式と同じようにエンジン始動を行う。これに対し、図８のセンサ異常時始動部１０６では、センサ選択部１０９がセンサ異常検出部１０７からの異常が発生した位置センサを示すセンサ異常検出信号(ＳＡＤ)に基づいて、３個のパルス信号(θ３ＰＳ)から正常なセンサ１個のパルス信号(θＰＳ)を選択して始動を行わせる。このときの始動方法は、実施の形態１と同様に、図２のフローチャートに従い逆転制御、通電停止、正転制御と順々に実行して始動を行う。逆転制御部１０１、通電停止部１０２、正転制御部１０３、制御選択部１０４が図１の始動制御部に相当する。なお、センサ異常検出部１０７、センサ選択部１０９で正常センサ選択部(１０７，１０９)を構成する。
【００２６】
センサ選択部１０９における正常な位置センサのいずれを使用するかの選択については、例えば複数の位置センサ１２ｎに予め使用の優先順位を決めておき、この優先順位に従って位置センサを選択する。
【００２７】
制御選択部１０４はブロック駆動信号ＥＮ−Ａがあった場合に、センサ異常検出信号(ＳＡＤ)に従ったセンサ選択部１０９からの選択されたパルス信号(θＰＳ)に基づくブロック有効信号ＥＮ１，ＥＮ２，ＥＮ３のそれぞれのタイミングで逆転制御部１０１、通電停止部１０２、正転制御部１０３をそれぞれ動作させる。そして正転制御部１０３には正常な選択されたパルス信号(θＰＳ)に基づき電気角演算部１２０で演算された電気角演算値(θＣＡ)が入力される。
【００２８】
以上の動作により、複数の位置センサ１２ｎを有するエンジン始動制御装置において、いずれかの位置センサに故障が発生した場合においても、正常な位置センサ１個を選択してエンジンを始動することができる。
【符号の説明】
【００２９】
１  エンジン始動制御装置、１０  スタータモータ、１１  インバータ、
１２，１２ｎ  位置センサ、２０  エンジン、１００  制御ユニット、
１０１  逆転制御部、１０２  通電停止部、１０３  正転制御部、
１０４  制御選択部、１０５  センサ正常時始動部、１０６  センサ異常時始動部、
１０７  センサ異常検出部、１０８  始動方式選択部、１０９  センサ選択部、
１２０  電気角演算部、２００  プロセッサ、２０１  記憶装置、
２０２  上位制御系。
【図１】
2018193868.tif 000003
【図２】
2018193868.tif 000004
【図３】
2018193868.tif 000005
【図４】
2018193868.tif 000006
【図５】
2018193868.tif 000007
【図６】
2018193868.tif 000008
【図７】
2018193868.tif 000009
【図８】
2018193868.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年2月19日(2018.2.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明は、エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータと、前記スタータモータの電気角を検出してパルス信号を出力する１個の位置センサと、エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長だけ停止させ、その後で前記位置センサの前記パルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる制御ユニットと、前記スタータモータを前記第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を前記第２の設定時間長だけ停止させたときの、通電停止中でエンジンの圧縮反力による正回転するときの前記位置センサのパルス信号から前記スタータモータの電気角を検出する電気角演算部と、を備える、エンジン始動制御装置等にある。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータと、
前記スタータモータの電気角を検出してパルス信号を出力する１個の位置センサと、
エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長だけ停止させ、その後で前記位置センサの前記パルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる制御ユニットと、
前記スタータモータを前記第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を前記第２の設定時間長だけ停止させたときの、通電停止中でエンジンの圧縮反力による正回転するときの前記位置センサのパルス信号から前記スタータモータの電気角を検出する電気角演算部と、
を備える、エンジン始動制御装置。
【請求項２】
エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータと、
前記スタータモータの電気角を検出してパルス信号を出力する複数の位置センサと、
前記スタータモータの回転時に複数の前記パルス信号から正常な１個の位置センサを選択する正常センサ選択部と、
エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長だけ停止させ、その後で前記正常センサ選択部で選択した１個の位置センサのパルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させる制御ユニットと、
前記スタータモータを前記第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を前記第２の設定時間長だけ停止させたときの、通電停止中でエンジンの圧縮反力による正回転するときの選択した１個の前記位置センサのパルス信号から前記スタータモータの電気角を検出する電気角演算部と、
を備える、エンジン始動制御装置。
【請求項３】
エンジンを正転および逆転させることができるスタータモータの電気角を１個の位置センサで検出してパルス信号を出力し、
エンジンの始動指令に応答して前記スタータモータを第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を第２の設定時間長だけ停止させ、その後で前記位置センサの前記パルス信号に従って前記スタータモータを正転させてエンジンを始動させ、
前記スタータモータを前記第１の設定時間長だけ逆転させた後、前記スタータモータへの通電を前記第２の設定時間長だけ停止させたときの、通電停止中でエンジンの圧縮反力による正回転するときの前記位置センサのパルス信号から前記スタータモータの電気角を検出する、
エンジン始動制御方法。