(57)【要約】【課題】簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができるエンジンの始動装置を提供する。【解決手段】ＥＣＵ５０は、エンジン１の始動時にモータジェネレータ１５で発生させる始動トルクＴｑを、モータジェネレータ１５の出力回転数Ｎを目標回転数Ｎｔに到達させるまでの起動時間ｔｓを用いて制御し、当該起動時間ｔｓをテンショナ２８の作動油の油温Ｔに基づいて可変制御する。これにより、モータジェネレータ１５に対する電流フィードバック制御や粘着制御等を行うことなく、簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランク軸に固設されたクランクプーリと、
電動機の回転軸に固設された補機プーリと、
前記クランクプーリと前記補機プーリに巻き掛けられたベルトと、
前記ベルトに張力を付与する油圧式のテンショナと、
前記電動機の出力制御を通じてエンジンの始動を行う制御手段とを備え、
前記制御手段は、エンジン始動時に前記電動機の出力回転数を目標回転数に到達させるまでの起動時間を、前記テンショナの油温に応じて可変制御することを特徴とするエンジンの始動装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記テンショナの油温が高温時の前記起動時間を、低温時よりも長く設定することを特徴とする請求項１記載のエンジンの始動装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記テンショナの油温を、エンジン油温或いはエンジン冷却水温の少なくとも何れか一方に基づいて推定することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジンの始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの始動時に、電動機で発生させた駆動力をクランク軸にベルトを介して伝達するエンジンの始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費向上による排出ガス低減策の一環として、アイドリング時にエンジンを停止させる、所謂、アイドリングストップシステムが開発されている。このようなアイドリングストップシステムを採用した車両では、特に、発進・停止が頻繁に繰り返される市街地走行時等において、排出ガスを有効に低減することが可能となる。
【０００３】
その一方で、アイドリングストップ制御を行った場合、行わない場合に比べてエンジンの始動回数が格段に増加する。従って、アイドリングストップシステムに供されるエンジンの始動装置には、高い耐久性や低振動騒音性等が要求され、走行当初の始動のみを想定したギヤ式のスタータをそのまま適用することが困難であった。そこで、この種のエンジンの始動装置には、スタータモータ（電動機）の回転をベルトによりエンジンに伝達して始動を行う、ベルト式のスタータが多く採用される傾向にある。
【０００４】
ここで、ベルト式スタータの電動機にはオルタネータ等の発電機が兼用されることが一般的であり、このような場合、電動機（電動発電機）は、一般に、他の補機類等と共にベルトを介してクランクプーリに連結される。従って、この種のベルトシステムには、始動時の電動機からの突入トルク等によってベルトのスリップが発生することを防止するためのテンショナが設けられ、このテンショナによってベルトに所定の張力が付与される（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
この場合、エンジンフリクションが最大となる冷態時の始動を可能とするため、一般に、テンショナには、エンジンの冷態始動時に電動機からの伝達トルクによってベルトに引張り力が作用した際に、当該引張り力に反発可能なリークダウン特性（ダンピング特性）が設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１１−１９０２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特に、アイドリングストップシステムを採用した車両では、冷態時から暖機時にかけての広範な条件下でエンジンの始動を頻繁に行う必要があり、エンジンフリクションやテンショナの特性等の各始動条件は冷態時と暖機時とで変化するため、単に、冷態時を基準とする画一的な始動制御等を行っただけではベルトスリップを的確に防止することが困難となる虞がある。
【０００８】
これに対処し、例えば、電動機に対する電流フィードバック制御や粘着制御等を行うことで始動時のベルトスリップを防止することも考えられるが、これらの制御は、電流センサや高精度の回転センサ等を必要とするため、コストアップ等の要因となる。
【０００９】
その一方で、テンショナのダンピング特性等をエンジンの冷態時基準のものよりも所定に高く設定することも考えられるが、このような場合、ベルトシステムのフリクション等が過剰に増大して燃費の悪化等を招く虞がある。
【００１０】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができるエンジンの始動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、エンジンのクランク軸に固設されたクランクプーリと、電動機の回転軸に固設された補機プーリと、前記クランクプーリと前記補機プーリに巻き掛けられたベルトと、前記ベルトに張力を付与する油圧式のテンショナと、前記電動機の出力制御を通じてエンジンの始動を行う制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジン始動時に前記電動機の出力回転数を目標回転数に到達させるまでの起動時間を、前記テンショナの油温に応じて可変制御することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のエンジンの始動装置によれば、簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エンジンの始動装置を示す概略構成図
【図２】テンショナの作動油温度とリークダウン特性との関係を示す特性図
【図３】エンジン始動時のモータ制御特性を示す特性図
【図４】エンジン始動制御ルーチンを示すフローチャート
【図５】エンジン始動時のテンショナの伸縮特性を示す特性図
【図６】エンジンのベルトシステムの変形例を示す概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図面を参照して本発明の形態を説明する。図面は本発明の一実施形態に係わり、図１はエンジンの始動装置を示す概略構成図、図２はテンショナの作動油温度とリークダウン特性との関係を示す特性図、図３はエンジン始動時のモータ制御特性を示す特性図、図４はエンジン始動制御ルーチンを示すフローチャート、図５はエンジン始動時のテンショナの伸縮特性を示す特性図、図６はエンジンのベルトシステムの変形例を示す概略構成図である。
【００１５】
図１に示すエンジン１は、例えば、アイドリングストップ機能を備えた水平対向エンジンであり、このエンジン１のエンジン本体５は左右一対のシリンダブロック６を有する。
【００１６】
各シリンダブロック６は、シリンダ７と、当該シリンダ７の基部側に一体形成されたクランクケース半体８を有して構成されている。これらクランクケース半体８の基端部は互いに接合され、これにより、エンジン本体５の中央部にはクランクケースが形成されている。また、各シリンダ７は、クランクケースの両側に配置され、その頂部にシリンダヘッド９がそれぞれ取り付けられている。
【００１７】
また、クランクケース半体８の接合部には、図示しないベアリング等を介してクランク軸１０が回転自在に支承され、エンジン本体５の前面側において、このクランク軸１０にはクランクプーリ１１が固設されている。
【００１８】
また、エンジン本体５の上部には、モータジェネレータ１５、パワーステアリング用オイルポンプ１６、及び、エアコン用コンプレッサ１７等の各種補機類が配設されている。各補機類１５〜１７の回転軸１５ａ〜１７ａには、補機プーリとしてのモータジェネレータプーリ１８、オイルポンププーリ１９、及び、コンプレッサプーリ２０がそれぞれ固設され、これらはクランクプーリ１１と同一平面上に配設されている。
【００１９】
そして、これら各プーリ１８〜２０及びクランクプーリ１１は、一連のベルト２１が巻き掛けられることにより、互いに動力伝達可能なベルトシステムを構成する。これにより、エンジン１の駆動時には、クランクプーリ１１からのエンジン駆動力が、ベルト２１を介して、モータジェネレータ１５、パワーステアリング用オイルポンプ１６、エアコン用コンプレッサ１７に伝達される。一方、エンジン１の始動時において、後述する電子制御ユニット（ＥＣＵ）５０からの制御を通じてモータジェネレータ１５が電動機として駆動すると、当該モータジェネレータ１５で発生した駆動力は、ベルト２１を介してクランクプーリ１１に伝達される。
【００２０】
ここで、このような構成のベルトシステムにおいて、モータジェネレータプーリ１８とオイルポンププーリ１９との間には、アイドラプーリ２２が配設されている。このアイドラプーリ２２は図示しないブラケット等を介してエンジン本体５に回動自在に支持され、ベルト２１に対して外面側から当接されている。そして、このアイドラプーリ２２の当接によってベルト２１の一部が内側に湾曲されることにより、モータジェネレータプーリ１８及びオイルポンププーリ１９に対するベルト２１の巻き掛け長が確保されている。
【００２１】
また、クランクプーリ１１とオイルポンププーリ１９との間には、オートテンショナ２５が配設されている。本実施形態において、オートテンショナ２５は、例えば、一端側がピボット２６ａを介してパワーステアリング用オイルポンプ１６に揺動自在に支持されたアーム２６と、このアーム２６の他端側に回動自在に支持されたベルトテンショナプーリ２７と、固定端側がエンジン本体５に連結されると共に自由端側がアーム２６の中途に連結された油圧式のテンショナ２８と、を備えて構成されている。そして、オートテンショナ２５は、ベルトテンショナプーリ２７を介してベルト２１を外面側から付勢することにより、当該ベルト２１に所定の張力を付与する。
【００２２】
ここで、本実施形態のテンショナ２８は、エンジンフリクションが最大となる冷態時の始動条件に基づいて、そのリークダウン特性（ダンピング特性）等が設定されている。すなわち、ベルト２１に対する張力の過剰な付与によってベルトシステムに過大なフリクション等が発生することを防止するため、テンショナ２８のダンピング特性等は、冷態始動時に必要な所定の始動トルクＴｑ０をモータジェネレータ１５で発生させた場合にもベルトスリップを防止するに必要十分な特性に設定されている。
【００２３】
その一方で、油圧式のテンショナ２８のダンピング力は、内部に封入された作動油の粘性等に大きく依存し、この作動油の粘性は温度上昇と共に低下する。従って、例えば、図２に示すように、テンショナ２８のダンピング力（リークダウン時間）は、温度上昇と共に低下する。この場合、仮に、上述の始動トルクＴｑ０でエンジン１の始動を行う際に、ベルトスリップの防止を保証するリークダウン時間が３．２（ｓ／ｍｍ）であったとすると、図２の例では、テンショナ２８の温度（油温）Ｔが３８℃以上となったとき、ベルトスリップが発生する可能性が高くなる。
【００２４】
そこで、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、エンジン始動時のモータジェネレータ１５の出力回転数Ｎを目標回転数Ｎｔに到達させるまでの時間（起動時間）をテンショナ２８内部の作動油の油温Ｔに応じて可変制御することで、実質的な始動トルクＴｑの可変制御を行い、ベルトスリップの発生を抑制する。
【００２５】
具体的には、ＥＣＵ５０には、エンジン始動時のモータジェネレータ１５に対する制御特性として、例えば、冷態時特性と暖機時特性とが予め設定されて格納されており、ＥＣＵ５０は、これらの制御特性を油温Ｔに応じて選択的に用いることでエンジン１の始動制御を行う。この場合、ＥＣＵ５０には、冷態時特性として、例えば、図３に示すように、エンジン始動時のモータジェネレータ１５の出力回転数Ｎを設定起動時間ｔｓ１（例えばｔｓ１＝０．５秒）かけて目標回転数Ｎｔまで上昇させるための制御値がマップ化されて格納されている。また、ＥＣＵ５０には、暖機時特性として、例えば、図３に示すように、エンジン始動時のモータジェネレータ１５の出力回転数Ｎを設定起動時間ｔｓ２（例えば、ｔｓ２＝１秒）かけて目標回転数Ｎｔまで上昇させるための制御値がマップ化されて格納されている。
【００２６】
ここで、油温Ｔは、専用のサーミスタ等を用いて直接的に検出することも可能であるが、構成の簡素化のため、エンジン本体５側の検出温度に基づいて推定することが望ましい。例えば、油温Ｔは、油温センサ５１で検出されたエンジン油温、或いは、水温センサ５２で検出されたエンジン冷却水温の少なくとも何れか一方に基づいて推定することが可能である。本実施形態において、ＥＣＵ５０には、例えば、エンジン油温に基づいてテンショナ２８の油温を推定するためのマップ等と、エンジン冷却水温に基づいてテンショナ２８の油温を推定するためのマップ等とが格納されており、ＥＣＵ５０は、例えば、各マップで推定した油温のうち、高温のものを最終的なテンショナ２８の油温Ｔとして推定する。
【００２７】
このように、本実施形態において、ＥＣＵ５０は、制御手段としての機能を実現する。
【００２８】
次に、ＥＣＵ５０で実行されるエンジン始動制御について、図３に示すエンジン始動制御ルーチンのフローチャートに従って説明する。このルーチンは、例えば、図示しないイグニッションスイッチ等からの信号に基づいてエンジン１の始動を判定したとき、或いは、アイドリングストップ時の図示しないアクセルペダルセンサやブレーキペダルセンサ等からの信号に基づいてエンジン１の再始動を判定したとき等に実行されるもので、ルーチンがスタートすると、ＥＣＵ５０は、先ず、ステップＳ１０１において、テンショナ２８内の作動油の油温Ｔを推定する。すなわち、ＥＣＵ５０は、油温センサ５１で検出されたエンジン油温に基づいてマップ等からテンショナ２８の油温を推定するとともに、水温センサ５２で検出されたエンジン水温に基づいてマップ等からテンショナ２８の油温を推定し、これらのうち高温のものを最終的なテンショナ２８の油温Ｔとして推定する。
【００２９】
そして、ステップＳ１０１からステップＳ１０２に進むと、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０１で推定した油温Ｔが、予め設定された閾値Ｔ０以下であるか否かを調べる。本実施形態において、例えば、閾値Ｔ０は３８℃に設定されており、ＥＣＵ５０は、油温Ｔが閾値Ｔ０以下であると判定した場合、ステップＳ１０２からステップＳ１０３に進み、モータジェネレータ１５に対する制御特性として冷態時特性を選択した後、ステップＳ１０５に進む。
【００３０】
一方、ステップＳ１０２において、油温Ｔが閾値Ｔ０よりも高いと判定した場合、ＥＣＵ５０は、ステップＳ１０４に進み、モータジェネレータ１５に対する制御特性として暖機時特性を選択した後、ステップＳ１０５に進む。
【００３１】
そして、ステップＳ１０３或いはステップＳ１０４からステップＳ１０５に進むと、ＥＣＵ５０は、選択した制御特性に基づくモータジェネレータ１５の出力制御を通じて、エンジン１の始動制御（クランキング制御）を行った後、ルーチンを抜ける。
【００３２】
すなわち、冷態時特性が選択されている場合、ＥＣＵ５０は、比較的短い起動時間ｔｓ１かけてモータジェネレータ１５の回転数Ｎを目標回転数Ｎｔまで上昇させる制御を行う。そして、このようにモータジェネレータ１５の回転数Ｎを短時間で目標回転数Ｎｔまで上昇させることにより、エンジン本体５のフリクションが高い冷態時にもエンジン１を始動させるに十分な始動トルクＴｑを発生させることが可能となる。勿論、冷態時には、このような始動トルクＴｑに対して十分なダンピング力がテンショナ２８で発生しているため、始動トルク（突入トルク）Ｔｑによってベルト２１の張力が増大した場合にも、テンショナ２８の反力が維持され（図５（ａ）参照）、ベルトスリップの発生を的確に防止することができる。
【００３３】
一方、暖機時特性が選択されている場合、ＥＣＵ５０は、冷態時特性よりも長い起動時間ｔｓ２かけてモータジェネレータ１５の回転数Ｎを目標回転数Ｎｔまで上昇させる制御を行う。そして、このようにモータジェネレータ１５の回転数Ｎを比較的長い時間で目標回転数Ｎｔまで上昇させることにより、モータジェネレータ１５では冷態時よりも相対的に低い始動トルクＴｑが発生するが、エンジン本体５側のフリクションが低い暖機時においては、エンジン１を始動させるに十分な始動トルクを確保することが可能となる。加えて、モータジェネレータ１５で発生する始動トルクＴｑが低く抑えられるため、ダンピング力が低下した場合にもベルト２１に対するテンショナ２８の反力が維持され（図５（ｂ）参照）、ベルトスリップの発生を的確に防止することができる。なお、例えば、図５（ｂ）中に一点鎖線で示すように、暖機時に冷態時特性を用いてエンジン１の始動制御を行った場合、テンショナ２８の推力（ダンピング力）に対してベルト２１の張力が勝ってしまい、テンショナ２８が押し戻されてベルト２１の張力が低下することにより、ベルトスリップが発生する。
【００３４】
このような実施形態によれば、エンジン１の始動時にモータジェネレータ１５で発生させる始動トルクＴｑを、モータジェネレータ１５の出力回転数Ｎを目標回転数Ｎｔに到達させるまでの起動時間ｔｓを用いて制御し、当該起動時間ｔｓをテンショナ２８の作動油の油温Ｔに基づいて可変制御することにより、モータジェネレータ１５に対する電流フィードバック制御や粘着制御等を行うことなく、簡単な構成で始動時におけるベルトスリップを的確に防止することができる。より具体的には、エンジン１の暖機時にはエンジンフリクションが低下する一方でテンショナ２８の油温Ｔが高温となってダンピング力が低下することに着目し、暖機時の起動時間ｔｓ２を冷態時の起動時間ｔｓ１よりも長く設定して、モータジェネレータ１５で発生させる始動トルクＴｑを低く抑えることにより、暖機時にもベルトスリップの発生を的確に抑制してエンジン１の良好な始動性を得ることができる。換言すれば、冷態時と暖機時とでモータジェネレータ１５の起動時間ｔｓを可変制制御するだけの簡単な制御により、ベルトスリップを的確に防止してエンジン１の良好な始動性を得ることができる。
【００３５】
なお、上述の実施形態においては、アイドラプーリ２２をモータジェネレータプーリ１８とオイルポンププーリ１９との間に配設し、オートテンショナ２５をクランクプーリ１１とオイルポンププーリ１９との間に配設した一例について説明したが、これらの配置は上述のものに限定されるものではなく、例えば、図６に示すように、アイドラプーリ２２をクランクプーリ１１とオイルポンププーリ１９との間には移設し、オートテンショナ２５をモータジェネレータプーリ１８とオイルポンププーリ１９との間に配設することも可能である。
【符号の説明】
【００３６】
１  …  エンジン
５  …  エンジン本体
６  …  シリンダブロック
７  …  シリンダ
８  …  クランクケース半体
９  …  シリンダヘッド
１０  …  クランク軸
１１  …  クランクプーリ
１５  …  モータジェネレータ（電動機）
１６  …  パワーステアリング用オイルポンプ
１７  …  エアコン用コンプレッサ
１８  …  モータジェネレータプーリ（補機プーリ）
１９  …  オイルポンププーリ
２０  …  コンプレッサプーリ
２１  …  ベルト
２２  …  アイドラプーリ
２５  …  オートテンショナ
２６  …  アーム
２６ａ  …  ピボット
２７  …  ベルトテンショナプーリ
２８  …  テンショナ
５０  …  電子制御ユニット（制御手段）
５１  …  油温センサ
５２  …  水温センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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