(57)【要約】【課題】ベルトの耐久性低下を抑制可能にした内燃機関の電動機制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０は、クランクシャフトに設けられたクランクプーリ２０と、モータジェネレータ９０と、モータジェネレータ９０の回転軸に設けられたモータプーリ５０と、クランクプーリ２０及びモータプーリ５０に巻き掛けられたベルト７０と、機関始動時にクランクシャフトを回転させるスタータ機構８０とを備える。制御装置１００は、モータジェネレータ９０の回転速度を制御する。この制御装置１００は、スタータ機構８０による機関始動が開始された後に機関回転速度の変動率が予め定められた値以上であるときには、クランクプーリ２０の直径でモータプーリ５０の直径を除した値であるプーリ比をモータジェネレータ９０の回転速度に乗じた値が機関回転速度と同じになるようにモータジェネレータ９０の回転速度を制御する同期処理を実行する。【選択図】図１
2019137363.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトに設けられたクランクプーリと、電動機と、前記電動機の回転軸に設けられた電動機プーリと、前記クランクプーリ及び前記電動機プーリに巻き掛けられたベルトと、機関始動時に前記クランクシャフトを回転させるスタータ機構と、を備える内燃機関に適用されて、前記電動機の回転速度を制御する制御装置であって、
前記スタータ機構による機関始動が開始された後に機関回転速度の変動率が予め定められた値以上であるときには、前記クランクプーリの直径で前記電動機プーリの直径を除した値であるプーリ比を前記電動機の回転速度に乗じた値が機関回転速度と同じになるように前記電動機の回転速度を制御する同期処理を実行する
内燃機関の電動機制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の電動機制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１には、クランクシャフトに設けられたクランクプーリと、電動機と、この電動機の回転軸に設けられた電動機プーリと、クランクプーリ及び電動機プーリに巻き掛けられるベルトとを備える内燃機関が開示されている。
【０００３】
この内燃機関では、内燃機関の始動指令に応じて電動機を力行作動させる際、ベルトの負荷が高負荷状態になると、電動機の出力トルクを減少させることにより、ベルトの張力増加を抑えるようにしている。そして、同文献１に記載の装置では、ベルトの張力が大きくなると、ベルトに張力を与えるテンショナプーリの位置が変化するため、そうしたテンショナプーリの位置に基づいてベルトの負荷状態、つまり張力を把握するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１７−１２９０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、テンショナプーリの位置に基づいてベルトの張力を把握する場合には、ベルトの張力が実際に大きくなってテンショナプーリの位置が変化した後に、張力の増加を抑える制御が開始されるため、一時的ではあるもののベルトに過大な負荷がかかることを避けることはできず、ベルトの耐久性が低下するおそれがある。
【０００６】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、ベルトの耐久性低下を抑制可能にした内燃機関の電動機制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決する内燃機関の電動機制御装置は、クランクシャフトに設けられたクランクプーリと、電動機と、前記電動機の回転軸に設けられた電動機プーリと、前記クランクプーリ及び前記電動機プーリに巻き掛けられたベルトと、機関始動時に前記クランクシャフトを回転させるスタータ機構と、を備える内燃機関に適用されて、前記電動機の回転速度を制御する制御装置である。そして、この制御装置は、前記スタータ機構による機関始動が開始された後に機関回転速度の変動率が予め定められた値以上であるときには、前記クランクプーリの直径で前記電動機プーリの直径を除した値であるプーリ比を前記電動機の回転速度に乗じた値が機関回転速度と同じになるように前記電動機の回転速度を制御する同期処理を実行する。なお、上記プーリ比は、クランクプーリの直径を「Ａ」、電動機プーリの直径を「Ｂ」としたときに、「Ｂ／Ａ」にて表される値である。
【０００８】
スタータ機構による機関始動が開始された後に機関回転速度の変動率が予め定められた値以上に大きいときには、ベルトの張力が大きくなる傾向がある。より詳細には、そうした機関回転速度の大きな変動（以下、回転変動という）が起きており、クランクプーリの周速（プーリの外周が１秒間に移動する距離）が電動機プーリの周速よりも速くなると、電動機プーリの下流側のベルトがクランクプーリに引っ張られるようになり、そうした下流側においてベルトの張力が大きくなる。逆に、そうした大きな回転変動が起きており、クランクプーリの周速が電動プーリの周速よりも遅くなると電動機プーリの上流側のベルトが電動機プーリに引っ張られるようになり、そうした上流側においてベルトの張力が大きくなる。
【０００９】
そこで、同構成では、回転変動が大きいときには、ベルトに大きな張力がかかる可能性があると推定して、上記同期処理が実行される。この同期処理が実行されると、電動機の回転速度にプーリ比を乗じた値が回転変動中の機関回転速度と同じになるように電動機の回転速度が制御される。例えば、回転変動中において機関回転速度が上昇するときには、電動機を力行作動させて電動機の回転速度を高める。これにより電動機の回転速度にプーリ比を乗じた値は機関回転速度と同様に増大して上昇中の機関回転速度と同期される。逆に、回転変動中において機関回転速度が下降するときには、電動機を回生作動させて電動機の回転速度を低下させる。これにより電動機の回転速度にプーリ比を乗じた値は機関回転速度と同様に低下して下降中の機関回転速度と同期される。このようにして電動機の回転速度にプーリ比を乗じた値が回転変動中の機関回転速度と同じになるようにすると、電動機プーリの周速とクランクプーリの周速との差が小さくなるため、ベルト張力の増大が抑制される。
【００１０】
ここで、同構成では、ベルト張力の把握が機関回転速度の変動率に基づいて行われるため、そうした張力の判定に際しては実際のベルト張力の大きさが関与しない。そのため、ベルト張力が実際に大きくなる前に上記同期処理を開始することが可能になり、これによりベルトの耐久性低下を抑制することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】一実施形態にかかる電動機制御装置及び内燃機関を示す模式図。
【図２】同実施形態における始動時制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】同実施形態における同期処理の作用を示すタイミングチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、内燃機関の電動機制御装置を具体化した一実施形態について、図１〜図３を参照して説明する。
本実施形態の内燃機関１０は、いわゆるマイルドハイブリッド車両に搭載される内燃機関であって、所定の自動始動条件が成立すると、後述のモータジェネレータ９０が力行作動されることにより、内燃機関１０の自動始動が実施される。また、車両の低速走行時や、加速時にもモータジェネレータ９０は力行作動されてクランクシャフトの回転を補助する。また、車両の減速時などには、モータジェネレータ９０は回生作動されて発電を行う。
【００１３】
図１に示すように、内燃機関１０のクランクシャフトには、クランクプーリ２０が固定されている。内燃機関１０のウォータポンプの回転軸には、ウォータポンププーリ４０が固定されている。電動機である上記モータジェネレータ９０の回転軸には、電動機プーリであるモータプーリ５０が固定されている。エアコンディショナの圧縮機の回転軸には、エアコンプーリ６０が固定されている。
【００１４】
そして、クランクプーリ２０、ウォータポンププーリ４０、モータプーリ５０、エアコンプーリ６０の順にベルト７０が巻き掛けられている。なお、本実施形態では、クランクプーリ２０とウォータポンププーリ４０との間のベルト７０にアイドラプーリ３０が巻き掛けられており、また、ベルト７０の送り方向は、図１において右回り（図１に示す矢印Ｒ方向）になっている。
【００１５】
モータプーリ５０に巻き掛けられているベルト７０には、テンショナ３００によって所定の張力が付与されている。このテンショナ３００は、ベルト７０の送り方向においてモータプーリ５０の上流側に位置するベルト７０（より詳細にはモータプーリ５０とウォータポンププーリ４０との間のベルト７０）に張力をかける第１テンショナプーリ３１０を備えている。この第１テンショナプーリ３１０は、中央付近に設けられた第１軸３３０によって回動可能に支持された第１アーム３２０の先端に回転可能に支持されている。また、テンショナ３００は、ベルト７０の送り方向においてモータプーリ５０の下流側に位置するベルト７０（より詳細にはモータプーリ５０とエアコンプーリ６０との間のベルト７０）に張力をかける第２テンショナプーリ３５０を備えている。この第２テンショナプーリ３５０は、中央付近に設けられた第２軸３７０によって回動可能に支持された第２アーム３６０の先端に回転可能に支持されている。そして、第１アーム３２０において第１テンショナプーリ３１０が配設された端部の反対側の端部と、第２アーム３６０において第２テンショナプーリ３５０が配設された端部の反対側の端部とは、それら各端部を離す方向に付勢するスプリング３８０で繋がっている。このスプリング３８０の付勢力により、第１テンショナプーリ３１０及び第２テンショナプーリ３５０は互いに近づくように付勢されており、これによりモータプーリ５０の上流側に位置するベルト７０及びモータプーリ５０の下流側に位置するベルト７０には、トルク伝達を行う上で最適な張力が付与されている。
【００１６】
内燃機関１０は、車両運転者によるイグニッションスイッチ２２０の操作を通じて機関始動を行う場合にクランクシャフトを回転させるスタータ機構８０を備えている。このスタータ機構８０は、電動式のスタータモータ８２と、ワンウェイクラッチを介してスタータモータ８２の回転軸に固定されたピニオンギヤ８１と、内燃機関１０のクランクシャフトに固定されておりピニオンギヤ８１に噛み合うスタータギヤ２２と、スタータモータ８２に電力を供給する駆動回路８５とを備えている。
【００１７】
制御装置１００は、内燃機関１０を制御対象とし、内燃機関の各種操作対象機器（燃料噴射弁など）を操作することによって、内燃機関１０の各種制御を実施する。また、制御装置１００は、上記モータジェネレータ９０に接続された駆動回路９５を制御することにより、モータジェネレータ９０の力行作動や回生作動といった電動機制御を実施する。
【００１８】
制御装置１００は、各種制御を実施する際、クランク角センサ２１０の出力信号Ｓｃｒから算出される機関回転速度ＮＥを参照する。また、制御装置１００は、回転速度センサ２３０によって検出されるモータジェネレータ９０の回転速度であるモータ回転速度ＮＭを参照する。制御装置１００は、ＣＰＵ１１０、ＲＯＭ１２０及びＲＡＭ１３０を備えており、ＲＯＭ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより、内燃機関１０の各種制御を実行する。
【００１９】
制御装置１００は、上記スタータ機構８０による機関始動時において、ベルト７０に過大な張力がかかることを抑えるために、以下の同期処理を含む始動時制御を実行する。
図２に、制御装置１００が実行する上記始動時制御の処理手順を示す。この図２に示す処理は、ＲＯＭ１２０に記憶されたプログラムをＣＰＵ１１０が実行することにより実現される。なお、図２に示す処理は、上記スタータ機構８０による機関始動が開始された以降、例えば内燃機関１０が自立して運転を始める完爆状態になるまで、所定周期毎に繰り返し実行される。ちなみに、完爆状態の判定は、例えば機関回転速度ＮＥが所定の完爆判定速度以上になったことをもって完爆状態になったと判定することができる。また、以下では、先頭に「Ｓ」を付与した数字によってステップ番号を表現する。
【００２０】
図２に示す処理を開始すると、まず、制御装置１００は、回転変動率ＮＥＲを読み込む（Ｓ１００）。この回転変動率ＮＥＲは、機関回転速度ＮＥの変動率を示す値であり、本処理とは別の処理にて算出される以下の値である。
【００２１】
図３に示すように、時刻ｔ１においてスタータ機構８０による機関始動が開始されると、実線Ｌ１に示すように、機関回転速度ＮＥは上昇及び下降を交互に繰り返して変動しながら増大していく。こうした機関回転速度ＮＥの回転変動では、機関回転速度ＮＥの極大値ＮＥＨと極小値ＮＥＬとが交互に現れる。制御装置１００は、機関始動が開始された以降、そうした極大値ＮＥＨ及び極小値ＮＥＬをモニタリングして、極大値ＮＥＨ及び極小値ＮＥＬの最新値を更新し、記憶するようにしている。そして、極大値ＮＥＨの最新値をＮＥＨｎとし、極小値ＮＥＬの最新値をＮＥＬｎとしたときに、次式（１）に基づいて回転変動率ＮＥＲを算出する。
【００２２】
ＮＥＲ＝（ＮＥＨｎ−ＮＥＬｎ）／（ＮＥＨｎとＮＥＬｎの相加平均値）…（１）
制御装置１００は、極大値ＮＥＨまたは極小値ＮＥＬのいずれか一方の最新値が更新されるたびに、上記式（１）に基づいて回転変動率ＮＥＲを算出して、回転変動率ＮＥＲの最新値を更新・記憶する。従って、例えば、図３に示す例の場合には、制御装置１００に記憶されている回転変動率ＮＥＲの値は、次のように変化していく。
【００２３】
「時刻ｔ２の極大値ＮＥＨと時刻ｔ３の極小値ＮＥＬとに基づいて算出された回転変動率ＮＥＲ」→「時刻ｔ４の極大値ＮＥＨと時刻ｔ３の極小値ＮＥＬとに基づいて算出された回転変動率ＮＥＲ」→「時刻ｔ４の極大値ＮＥＨと時刻ｔ５の極小値ＮＥＬとに基づいて算出された回転変動率ＮＥＲ」→「時刻ｔ６の極大値ＮＥＨと時刻ｔ５の極小値ＮＥＬとに基づいて算出された回転変動率ＮＥＲ」→「時刻ｔ６の極大値ＮＥＨと時刻ｔ７の極小値ＮＥＬとに基づいて算出された回転変動率ＮＥＲ」→「時刻ｔ８の極大値ＮＥＨと時刻ｔ７の極小値ＮＥＬとに基づいて算出された回転変動率ＮＥＲ」→「時刻ｔ８の極大値ＮＥＨと時刻ｔ９の極小値ＮＥＬとに基づいて算出された回転変動率ＮＥＲ」。
【００２４】
図２のＳ１００にて、現在記憶されている回転変動率ＮＥＲを制御装置１００が読み込みと、次に、制御装置１００は、読み込んだ回転変動率ＮＥＲが予め定めた閾値α以上であるか否かを判定する（Ｓ１１０）。閾値αとしては、回転変動率ＮＥＲが閾値α以上であることに基づき、ベルト７０の張力が、ベルト７０の耐久性に悪影響を及ぼす程度に大きくなる可能性があることを的確に判定することができるように、その値の大きさが設定されている。
【００２５】
そして、回転変動率ＮＥＲが閾値α未満である場合には（Ｓ１１０：ＮＯ）、制御装置１００は、本処理を一旦終了する。
一方、回転変動率ＮＥＲが閾値α以上である場合には（Ｓ１１０：ＹＥＳ）、制御装置１００は、回転速度の同期処理を実行して（Ｓ１２０）、本処理を一旦終了する。Ｓ１２０で実行される同期処理は、以下の処理である。
【００２６】
すなわち、クランクプーリ２０の直径を「Ａ」、モータプーリ５０の直径を「Ｂ」としたときに、クランクプーリ２０の直径でモータプーリ５０の直径を除した値であるプーリ比ＰＲ（＝Ｂ／Ａ）を現在のモータ回転速度ＮＭに乗じた値を同期速度ＮＳとする。
【００２７】
そして、制御装置１００は、同期処理として、この同期速度ＮＳと現在の機関回転速度ＮＥとが同じになるようにモータジェネレータ９０の回転速度を制御する処理を実行する。より詳細には、回転変動中において機関回転速度ＮＥが上昇するときには、モータジェネレータ９０を力行作動させてモータ回転速度ＮＭを高めつつ、同期速度ＮＳと機関回転速度ＮＥとが同じになるようにモータジェネレータ９０の回転速度を制御する。これにより同期速度ＮＳは機関回転速度ＮＥと同様に増大して上昇中の機関回転速度ＮＥと同期するようになる。
【００２８】
逆に、回転変動中において機関回転速度ＮＥが下降するときには、モータジェネレータ９０を回生作動させてモータ回転速度ＮＭを低下させつつ、同期速度ＮＳと機関回転速度ＮＥとが同じになるようにモータジェネレータ９０の回転速度（回生量）を制御する。これにより同期速度ＮＳは機関回転速度ＮＥと同様に低下して下降中の機関回転速度ＮＥと同期するようになる。
【００２９】
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
（１）スタータ機構８０による機関始動が開始された後に機関回転速度ＮＥの変動率が予め定められた閾値α以上に大きいときには、ベルト７０の張力が大きくなる傾向がある。より詳細には、クランクシャフトに回転変動が起きており、クランクプーリ２０の周速がモータプーリ５０の周速よりも速くなると、モータプーリ５０の下流側のベルト７０がクランクプーリ２０に引っ張られるようになり、そうした下流側においてベルト７０の張力が大きくなる。逆に、大きな回転変動が起きており、クランクプーリ２０の周速がモータプーリ５０の周速よりも遅くなると、モータプーリ５０の上流側のベルト７０がモータプーリ５０に引っ張られるようになり、そうした上流側においてベルト７０の張力が大きくなる。
【００３０】
そこで、本実施形態では、上記回転変動率ＮＥＲが閾値α以上であり、回転変動が大きいときには、ベルト７０に大きな張力がかかる可能性があると推定して、上記同期処理が実行される。この同期処理が実行されると、上記同期速度ＮＳが機関回転速度ＮＥと同じになるようにモータジェネレータ９０の回転速度が制御される。
【００３１】
図３に示すように、例えば時刻ｔ７Ａにおいて、回転変動率ＮＥＲが閾値α以上であると判定されている場合には、この判定タイミング以降、同期処理が実行されることにより、同期速度ＮＳ（一点鎖線Ｌ２）は機関回転速度ＮＥ（実線Ｌ１）の変動に同期して上昇及び下降を繰り返しながら、機関回転速度ＮＥに近づくようになる。なお、好適には同期速度ＮＳが機関回転速度ＮＥと同じになるようにすることが望ましい。
【００３２】
このようにして同期速度ＮＳと機関回転速度ＮＥとが同じになるようにすると、モータプーリ５０の周速とクランクプーリ２０の周速との差が小さくなるため、ベルト７０の張力の増大が抑制される。
【００３３】
ここで、本実施形態では、ベルト張力の把握が機関回転速度ＮＥの変動率（回転変動率ＮＥＲ）に基づいて行われるため、そうした張力の判定に際しては実際のベルト張力の大きさが関与しない。そのため、ベルト張力が実際に大きくなる前に上記同期処理を開始することが可能になり、これによりベルト７０の耐久性低下を抑制することができるようになる。
【００３４】
本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・図２に示した処理は、内燃機関１０が自立して運転を始める完爆状態になるまで実行するようにしたが、スタータ機構８０による機関始動時においてベルト７０の張力が過剰になるおそれのあるクランクシャフトの回転変動が収まるまで実行されるのであれば、他の条件が成立するまで実行してもよい。例えば、スタータ機構８０による機関始動によって初爆が起きた後、燃焼が連続して規定回数（例えば２回など）以上起きるまで実行してもよい。
【００３５】
・上記式（１）を使った算出方法以外の方法で、機関回転速度の変動率（回転変動率ＮＲ）を算出してもよい。
・図１に示した各プーリの配置や、プーリを備える補機の種類は適宜変更することができる。
【符号の説明】
【００３６】
１０…内燃機関、２０…クランクプーリ、２２…スタータギヤ、３０…アイドラプーリ、４０…ウォータポンププーリ、５０…モータプーリ、６０…エアコンプーリ、７０…ベルト、８０…スタータ機構、８１…ピニオンギヤ、８２…スタータモータ、８５…駆動回路、９０…モータジェネレータ、９５…駆動回路、１００…制御装置、１１０…ＣＰＵ、１２０…ＲＯＭ、１３０…ＲＡＭ、２１０…クランク角センサ、２２０…イグニッションスイッチ、２３０…回転速度センサ、３００…テンショナ、３１０…第１テンショナプーリ、３２０…第１アーム、３３０…第１軸、３５０…第２テンショナプーリ、３６０…第２アーム、３７０…第２軸、３８０…スプリング。
【図１】
2019137363.tif 000003
【図２】
2019137363.tif 000004
【図３】
2019137363.tif 000005