(57)【要約】【課題】バッテリの電力を用いたエンジン始動ができない場合でもエンジンの始動を可能とする。【解決手段】エンジンの始動制御装置は、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能であると判定すると、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２を充電するために、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続し、キャパシタ２の充電後に、スタータモータ４の電力供給源をバッテリ１からキャパシタ２に切り替えるように切替スイッチ５を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
バッテリおよびスタータモータを備え、前記バッテリの電力を用いて前記スタータモータを作動させることによってエンジンを始動するエンジンの始動制御装置であって、
充放電が可能なキャパシタと、
前記スタータモータの電力供給源を前記バッテリと前記キャパシタとの間で切り替える切替手段と、
前記バッテリと前記キャパシタとの間を電気的に断続する断続手段と、
前記バッテリの電力を用いた前記エンジンの始動が可能か否かを判定する判定手段と、
前記切替手段の切替および前記断続手段の断続を制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記エンジンの始動時に、前記バッテリの電力を用いて前記エンジンの始動が不可能であると判定されると、前記バッテリの電力を用いて前記キャパシタを充電するために、前記バッテリと前記キャパシタとの間を電気的に接続するように前記断続手段を制御し、前記キャパシタの充電後に、前記スタータモータの電力供給源を前記バッテリから前記キャパシタに切り替えるように前記切替手段を制御することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記バッテリの電力を用いて前記キャパシタを充電する際の前記バッテリの出力電流を所定電流以下に制限する電流制限手段をさらに備えることを特徴とするエンジンの始動制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記制御手段は、前記キャパシタの電圧が所定電圧以上となるまで、前記バッテリと前記キャパシタとの間を電気的に接続するように前記断続手段を制御することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記判定手段は、前記バッテリから前記スタータモータに電力を供給しているにもかかわらず、エンジン回転数が所定回転数より低い場合に、前記バッテリの電力を用いた前記エンジンの始動が不可能であると判定することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のエンジンの始動制御装置において、
前記バッテリの状態を演算するバッテリ状態演算手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記バッテリの状態に基づいて、前記バッテリの電力を用いた前記エンジンの始動が可能か否かを判定することを特徴とするエンジンの始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、蓄電手段としてバッテリとキャパシタを備え、エンジン始動時には、バッテリからスタータモータに電力を供給してスタータモータを作動させることによって、エンジン始動を行うシステムが知られている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】マツダ技報Ｎｏ．３０（２０１２）、３７−４２頁、「減速エネルギ回生システム“ｉ−ＥＬＯＯＰ”の開発」
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、エンジンを始動させるための電力がバッテリに蓄えられていない場合、キャパシタからスタータモータに電力を供給して、スタータモータを作動させることが考えられる。しかしながら、キャパシタの容量はバッテリの容量と比較して小さく、また、キャパシタは、自己放電によって比較的短期間で電圧が低下するため、エンジン始動時に、スタータモータを作動させるだけの電力がキャパシタに蓄えられていない場合には、エンジン始動ができなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は、エンジンを始動させるための電力がバッテリに蓄えられていない場合に、キャパシタの電力を用いてエンジンを始動する技術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】
【０００６】
本発明によるエンジンの始動制御装置は、バッテリの電力を用いたエンジンの始動が不可能であると判定すると、バッテリの電力を用いてキャパシタを充電し、キャパシタの充電後に、キャパシタの電力をスタータモータに供給して、スタータモータを作動させてエンジンを始動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バッテリの電力を用いたエンジンの始動が不可能であると判定すると、バッテリの電力を用いてキャパシタを充電してから、キャパシタの電力を用いてスタータモータを作動させるので、エンジンを始動させるための電力がバッテリに蓄えられていない場合でも、エンジン始動を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置を含むエンジン始動系の構成を示す図である。
【図２】図２は、第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置によって行われるエンジン始動時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図３】図３は、第２の実施形態におけるエンジンの始動制御装置によって行われるエンジン始動時の処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜第１の実施形態＞
図１は、第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置を含むエンジン始動系の構成を示す図である。本実施形態におけるエンジンの始動制御装置は、ガソリンエンジンを搭載するガソリン車、ディーゼルエンジンを搭載するディーゼル車、走行駆動源としてエンジンおよびモータを備えるハイブリッド車などの車両に搭載される。
【００１０】
第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置は、バッテリ１と、キャパシタ２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３と、スタータモータ４と、切替スイッチ５と、コントローラ７と、電圧センサ８とを備える。
【００１１】
バッテリ１は、例えば、鉛酸バッテリであり、スタータモータ４および／または電気負荷９に電力を供給する。
【００１２】
キャパシタ２は、例えば、電気二重層キャパシタである。キャパシタ２は、バッテリ１に比べて、充放電による劣化が少なく、短時間で充放電を行うことができるという特徴がある。車両の回生制動時等において、オルタネータ６の回生運転によって発電された電力は、キャパシタ２に充電される。ただし、この回生発電電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３を介して、バッテリ１に充電することも可能である。キャパシタ２の電力は、電気負荷９やスタータモータ４に供給可能である。なお、車両の回生制動時とは、ドライバによるブレーキ操作が行われた時や、車両の走行中に、ドライバがアクセルペダルを離して減速する時などが含まれる。
【００１３】
スタータモータ４は、供給された電力によって回転駆動して、クランクシャフトを回転させて、エンジン１０を始動させる。なお、図１では、エンジン１０とオルタネータ６を離れた位置に示しているが、オルタネータ４はエンジン１０の回転力によって回生運転を行うため、実際には近くに配置されている。
【００１４】
バッテリ１とキャパシタ２との間には、ＤＣ／ＤＣコンバータ３が設けられている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、キャパシタ２からスタータモータ４や電気負荷９、バッテリ１に電力を供給する際に、電圧を調整する。また、バッテリ１からキャパシタ２に電力を供給する際に、電圧を調整（電流値を制限）する。ＤＣ／ＤＣコンバータ３の制御は、後述するコントローラ７によって行われる。
【００１５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３は、また、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に断続可能であり、図示しないイグニッションスイッチのオフ後には、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に切断する。これは、イグニッションスイッチのオフ後にバッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続していると、バッテリ１からキャパシタ２に電力が供給され続けることになり、また、キャパシタ２の自己放電によって、キャパシタ２およびバッテリ１の双方の電力が失われるからである。
【００１６】
切替スイッチ５は、後述するコントローラ７によって制御され、スタータモータ４への電力供給ルートを、バッテリ１とキャパシタ２との間で切り替える。通常は、バッテリ１とスタータモータ４との間を接続することによって、バッテリ１からスタータモータ４へと電力を供給するが、後述するように、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能であると判定した場合には、キャパシタ２とスタータモータ４との間を接続して、キャパシタ２からスタータモータ４へと電力を供給する。
【００１７】
電圧センサ８は、キャパシタ２の電圧を検出する。
【００１８】
コントローラ７は、車両全体の制御を行う。特に、コントローラ７は、後述するエンジン始動処理を行う。
【００１９】
図２は、第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置によって行われるエンジン始動時の処理の流れを示すフローチャートである。ドライバによってエンジン始動操作が行われると、コントローラ７は、ステップＳ１の処理を開始する。
【００２０】
ステップＳ１では、バッテリ１からスタータモータ４へと電力を供給することによって、スタータモータ４の作動を開始する。すなわち、切替スイッチ５は、バッテリ１とスタータモータ４との間を接続するように制御されている。
【００２１】
ステップＳ２では、スタータモータ４の作動を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する。コントローラ７は、スタータモータの作動を開始してからの経過時間を計測し、所定時間が経過したと判定すると、ステップＳ３に進む。なお、所定時間は、スタータモータ４を作動させることによって、エンジン１０の始動が完了する時間よりは長い時間に設定しておく。
【００２２】
ステップＳ３では、エンジン回転数が所定回転数より低いか否かを判定する。エンジン回転数が所定回転数以上であると判定すると、エンジンの始動が完了したと判断して、フローチャートの処理を終了する。一方、エンジン回転数が所定回転数より低いと判定すると、スタータモータ４を所定時間作動させたにもかかわらず、エンジン１０が始動していないため、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能である（バッテリ１の出力可能電流値がスタータモータ４の作動に必要な電流値より低い）と判断して、ステップＳ４に進む。
【００２３】
ステップＳ４では、バッテリ１からキャパシタ２に、所定電流以下に制限した状態で電流を供給することによって、キャパシタ２の充電を行う。バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能である（バッテリ１の出力可能電流値がスタータモータ４の作動に必要な電流値より低い）場合でも、バッテリ１は、キャパシタ２に少量の電流を供給し続けることによって、キャパシタ２の充電を行うことができる。ただし、キャパシタ２の充電を行う際に、ＤＣ／ＤＣコンバータ３によって、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続すると、バッテリ１の電圧が一瞬大きく降下する瞬低という現象が起こるため、バッテリ１の放電電流を所定電流以下に制限することによって、瞬低が生じるのを防ぐ。これにより、バッテリ１の電圧が瞬間的に大きく低下することによってコントローラ７への電力供給が途絶えるのを防ぐことができる。なお、バッテリ１の放電電流の制限は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の目標出力電圧を調整することによって行うことができる。
【００２４】
ステップＳ５では、電圧センサ８によって検出されるキャパシタ２の電圧が所定電圧以上であるか否かを判定する。所定電圧は、エンジン１０を始動するために、スタータモータ４を作動させるために必要な電圧である。キャパシタ２の電圧が所定電圧未満であると判定するとステップＳ４に戻って、キャパシタ２の充電を継続して行う。一方、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上であると判定すると、ＤＣ／ＤＣコンバータ３の出力を停止することによってキャパシタ２の充電を終了して、ステップＳ６に進む。
【００２５】
ステップＳ６では、スタータモータ４への電力供給ルートをバッテリ側からキャパシタ側へと切り替えるための制御信号を切替スイッチ５に送信する。切替スイッチ５は、この制御信号に基づいて、スタータモータ４への電力供給ルートをバッテリ側からキャパシタ側へと切り替える。
【００２６】
ステップＳ７では、キャパシタ２からスタータモータ４へと電力を供給することによって、スタータモータ４を作動させて、エンジン１０の始動を行う。
【００２７】
以上、第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置によれば、エンジン１０の始動時に、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能であると判定すると、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２を充電するために、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御し、キャパシタ２の充電後に、スタータモータ４の電力供給源をバッテリ１からキャパシタ２に切り替えるように切替スイッチ５を制御する。これにより、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能であり、かつ、自己放電によってキャパシタ２の電圧が低下しているような場合でも、バッテリ１からキャパシタ２に電流を供給することによってキャパシタ２を充電してから、キャパシタ２の電力を用いてエンジン１０を始動させることができる。
【００２８】
また、バッテリ１の電力を用いてキャパシタ２を充電する際に、バッテリ１の出力電流を所定電流以下に制限するので、キャパシタ２の充電時に、バッテリ１の電圧が瞬間的に大きく低下して、コントローラ７への電力供給が途絶えるのを防ぐことができる。
【００２９】
第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置によれば、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上となるまで、バッテリ１とキャパシタ２との間を電気的に接続するようにＤＣ／ＤＣコンバータ３を制御するので、所定電圧以上となったキャパシタ２の電力を用いてスタータモータ４を作動させることにより、確実にエンジン１０を始動させることができる。また、キャパシタ２の電圧が所定電圧以上になると、キャパシタ２の充電を終了するので、キャパシタ２の充電時間をできるだけ短くすることによって、エンジン始動までの時間を短くすることができる。
【００３０】
また、バッテリ１からスタータモータ４に電力を供給しているにもかかわらず、エンジン回転数が所定回転数より低い場合に、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能であると判定するので、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が可能であるか否かを確実に判定することができる。
【００３１】
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態におけるエンジンの始動制御装置では、バッテリ１からスタータモータ４へと電力を供給してスタータモータ４の作動を開始し、エンジン１０が始動しないと判定すると、キャパシタ２を充電してから、キャパシタ２の電力を用いてスタータモータ４を作動させた。第２の実施形態におけるエンジンの始動制御装置では、エンジンの始動時にバッテリ１の状態を演算し、バッテリ１の状態がエンジン始動不可能な状態であると判定すると、バッテリ１からスタータモータ４への電力供給は行わずにキャパシタ２を充電し、キャパシタ２の電力を用いてスタータモータ４を作動させる。
【００３２】
図３は、第２の実施形態におけるエンジンの始動制御装置によって行われるエンジン始動時の処理の流れを示すフローチャートである。図２に示すフローチャートの処理と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して詳しい説明は省略する。
【００３３】
ステップＳ１１では、バッテリ１の状態を演算する。バッテリ１の状態とは、例えば、ＳＯＣ(State Of Charge)やＳＯＨ（State Of Health）である。
【００３４】
ステップＳ１２では、ステップＳ１１で演算したバッテリ１の状態に基づいて、バッテリ１の状態がエンジン始動不可能な状態であるか否かを判定する。バッテリ１の状態としてＳＯＣを演算した場合には、ＳＯＣが所定のＳＯＣ以下であれば、バッテリ１の状態がエンジン始動不可能な状態であると判定し、バッテリ１の状態としてＳＯＨを演算した場合には、ＳＯＨが所定のＳＯＨ以下であれば、バッテリ１の状態がエンジン始動不可能な状態であると判定する。バッテリ１の状態がエンジン始動可能な状態であると判定すると、ステップＳ１３に進む。
【００３５】
ステップＳ１３では、バッテリ１からスタータモータ４へと電力を供給することによって、スタータモータ４を作動させて、エンジンの始動を行う。このとき、第１の実施形態と同様に、スタータモータ４の作動を開始してから所定時間が経過しても、エンジン回転数が所定回転数より低ければ、キャパシタ２の充電を行ってから、キャパシタ２の電力を用いてエンジン１０の始動を行うようにしてもよい。
【００３６】
一方、ステップＳ１２において、バッテリ１の状態がエンジン始動不可能な状態であると判定すると、ステップＳ４に進む。ステップＳ４〜ステップＳ７の処理は、図２のステップＳ４〜ステップＳ７の処理と同じである。
【００３７】
以上、第２の実施形態におけるエンジンの始動制御装置によれば、バッテリ１の状態を演算し、演算したバッテリ１の状態に基づいて、バッテリ１の電力を用いたエンジン１０の始動が不可能であると判定すると、バッテリ１からスタータモータ４への電力供給は行わずにキャパシタ２を充電し、キャパシタ２の電力を用いてスタータモータ４を作動させる。これにより、バッテリ１の電力を用いてエンジン始動を試みる場合に比べて、エンジン始動までの時間を短縮することができる。
【００３８】
本発明は、上述した実施形態に限定されることはない。例えば、バッテリ１の一例として鉛酸バッテリを挙げたが、鉛酸バッテリに限定されることはない。同様に、キャパシタ２の一例として電気二重層キャパシタを挙げたが、電気二重層キャパシタに限定されることはない。
【００３９】
キャパシタ２の充電を行う際のバッテリ１の放電電流の制限は、ＤＣ／ＤＣコンバータ３によって行ったが、バッテリ１の放電電流を所定電流以下に制限するための電流制限器を別途設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１…バッテリ
２…キャパシタ
３…ＤＣ／ＤＣコンバータ（断続手段、電流制限手段）
４…スタータモータ
５…切替スイッチ（切替手段）
７…コントローラ（制御手段、判定手段、バッテリ状態演算手段）
１０…エンジン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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