(57)【要約】【課題】エンジンの始動時間を短縮できると共に、エンジン始動時におけるバッテリからの供給電流量を低減できること。【解決手段】エンジン１１の始動時にクランクシャフト１２を正転または逆転方向に回転可能とするスタータジェネレータ１３と、エンジン１１の始動時にエンジンの暖機または冷機状態を検出する冷却水温度センサ１４と、この冷却水温度センサからの検出結果に基づき、エンジンが始動時に冷機状態にあるときには、停止状態のクランクシャフト１２を一旦逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるスイングバック方式を実行させるべくスタータジェネレータ１３を駆動制御し、エンジンが始動時に暖機状態にあるときには、停止状態のクランクシャフト１２を直接正転方向に回転させるべくスタータジェネレータ１３を駆動制御するエンジンコントロールユニット１６と、を有するものである。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの始動時にクランクシャフトを正転または逆転方向に回転可能とするモータと、
前記エンジンの始動時に前記エンジンの暖機または冷機状態を検出する暖冷機検出手段と、
この暖冷機検出手段からの検出結果に基づき、前記エンジンが始動時に冷機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを一旦逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるスイングバック方式を実行させるべく前記モータを駆動制御し、前記エンジンが始動時に暖機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを直接正転方向に回転させるべく前記モータを駆動制御する制御手段と、を有することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項２】
前記モータは、エンジンの始動時にはクランクシャフトを回転駆動するスタータモータとして機能し、前記エンジンの始動後には前記クランクシャフトにより駆動されて発電するジェネレータとして機能するスタータジェネレータであることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項３】
前記制御手段は、エンジンの暖機状態においてクランクシャフトを直接正転方向に回転させることによる前記エンジンの始動に失敗した際には、次にスイングバック方式を実行させるべくモータを駆動制御することを特徴とする請求項１または２に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項４】
前記クランクシャフトの回転速度を検出する回転速度検出手段を備え、制御手段は、前記回転速度検出手段にて検出された前記クランクシャフトの回転速度に基づいて、エンジンの始動の成功または失敗を判定することを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動制御装置。
【請求項５】
エンジンの始動時にクランクシャフトを正転または逆転方向に回転可能とするモータを用意し、
前記エンジンが始動時に冷機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを一旦逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるスイングバック方式を実行させるべく前記モータを駆動制御し、
前記エンジンが始動時に暖機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを直接正転方向に回転させるべく前記モータを駆動制御することを特徴とするエンジン始動制御方法。
【請求項６】
前記エンジンの暖機状態においてクランクシャフトを直接正転方向に回転させることによる前記エンジンの始動に失敗した際には、次にスイングバック方式を実行させるべくモータを駆動制御することを特徴とする請求５に記載のエンジン始動制御方法。
【請求項７】
前記クランクシャフトの回転速度に基づいて、エンジンの始動の成功または失敗を判定することを特徴とする請求項６に記載のエンジン始動制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、クランクシャフトを正転または逆転方向に回転可能なモータを用いてエンジンを始動させるエンジン始動制御装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
クランクシャフトを正転または逆転方向に回転可能とするスタータジェネレータを用い、スイングバック方式を実行させることでエンジンを始動させる装置が特許文献１に開示されている。
【０００３】
このスイングバック方式によるエンジンの始動は、スタータジェネレータによりクランクシャフトを圧縮工程の上死点付近まで逆転方向に回転させた後、スタータジェネレータの回転方向を反転して、クランクシャフトを正転方向に回転させ、慣性力を利用してクランクシャフトを、圧縮工程上死点を超えて回転させるものであり、これによりエンジンを始動させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１８４７１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、上述のようなスイングバック方式を用いたエンジンの始動は、クランクシャフトを、逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるので、クランクシャフトを逆転方向に回転させる分だけ、エンジンの始動時間が長くなると共に、エンジンの始動に必要なバッテリからの供給電流量が増大してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、上述の事情を考慮してなされたものであり、エンジンの始動時間を短縮できると共に、エンジン始動時におけるバッテリからの供給電流量を低減できるエンジン始動制御装置及び方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係るエンジン始動制御装置は、エンジンの始動時にクランクシャフトを正転または逆転方向に回転可能とするモータと、前記エンジンの始動時に前記エンジンの暖機または冷機状態を検出する暖冷機検出手段と、この暖冷機検出手段からの検出結果に基づき、前記エンジンが始動時に冷機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを一旦逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるスイングバック方式を実行させるべく前記モータを駆動制御し、前記エンジンが始動時に暖機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを直接正転方向に回転させるべく前記モータを駆動制御する制御手段と、を有することを特徴とするものである。
【０００８】
また、本発明に係るエンジン始動制御方法は、エンジンの始動時にクランクシャフトを正転または逆転方向に回転可能とするモータを用意し、前記エンジンが始動時に冷機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを一旦逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるスイングバック方式を実行させるべく前記モータを駆動制御し、前記エンジンが始動時に暖機状態にあるときには、停止状態の前記クランクシャフトを直接正転方向に回転させるべく前記モータを駆動制御することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、エンジンが暖機状態にあるときに、停止状態のクランクシャフトを逆転方向に回転させることなく、直接正転方向に回転させるようにモータを駆動してエンジンを始動させるので、クランクシャフトの逆転方向の回転がない分だけ、エンジンの始動時間を短縮できると共に、エンジン始動時におけるバッテリからの供給電流量を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係るエンジン始動制御装置の一実施形態を示すブロック図。
【図２】図１のエンジンコントロールユニットが実行するエンジン始動制御を示すフローチャート。
【図３】クランクシャフトを直接正転方向に回転させることによるエンジンの始動制御を説明するためのグラフ。
【図４】クランクシャフトを一旦逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるスイングバック方式によるエンジンの始動制御を説明するためのグラフ。
【図５】クランクシャフトを直接正転方向に回転させることによるエンジンの始動が失敗したときにスイングバック方式によりエンジンを始動させる制御を説明するためのグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を実施するための実施形態を図面に基づき説明する。
図１は、本発明に係るエンジン始動制御装置の一実施形態を示すブロック図である。本実施形態のエンジン始動制御装置１０は、モータとしてのスタータジェネレータ１３を用いてエンジン１１のクランクシャフト１２を回転させてエンジン１１を始動させるものであり、前記スタータジェネレータ１３、暖冷機検出手段としての冷却水温度センサ１４、回転速度検出手段としてのホールセンサ１５、及び制御手段としてのエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１６を有して構成される。
【００１２】
スタータジェネレータ１３は、例えばｕ相、ｖ相、ｗ相のコイル（モータコイル、ステータコイル）１３ｕ、１３ｖ、１３ｗと、これらの各コイル１３ｕ、１３ｖ、１３ｗに対応する永久磁石（不図示）を備えた図示しないロータと、を有して構成される。このロータにスタータジェネレータ１３の出力軸が一体に設けられ、この出力軸がエンジン１１のクランクシャフト１２に連結されている。
【００１３】
このスタータジェネレータ１３は、エンジン１１の始動時にはクランクシャフト１２を回転駆動するスタータモータとして機能し、エンジン１１の始動後にはクランクシャフト１２により駆動されて発電するジェネレータとして機能する。スタータジェネレータ１３は、特にエンジン１１の始動時にクランクシャフト１２を正転方向または逆転方向に回転駆動可能とする。また、スタータジェネレータ１３にて発電された電力は、各種電装機器へ供給されると共に、バッテリ１７に充電される。
【００１４】
冷却水温度センサ１４は、エンジン１１を冷却する冷却水の温度を検出するセンサである。エンジン１１の始動時における冷却水温度センサ１４の検出値に基づいて、エンジン１１が始動時に暖機状態にあるかまたは冷機状態にあるかが検出される。
【００１５】
ホールセンサ１５は、スタータジェネレータ１３のロータの周囲に配置されてロータの回転角度（ロータ角）を検出するものである。このホールセンサ１５の検出値に基づいて、エンジン１１のクランクシャフト１２の回転角度及び回転速度が検出される。
【００１６】
エンジンコントロールユニット１６は、冷却水温度センサ１４からの検出結果に基づき、エンジン１１が始動時に冷機状態にあると判断したときには、停止状態のクランクシャフト１２を一旦逆転方向に回転させた後に正転方向に回転させるスイングバック方式を実行させるべくスタータジェネレータ１３を駆動制御し、また、エンジン１１が始動時に暖機状態にあると判断したときには、停止状態のクランクシャフト１２を直接正転方向に回転させるべくスタータジェネレータ１３を駆動制御する。更に、エンジンコントロールユニット１６は、エンジン１１の暖機状態においてクランクシャフト１２を直接正転方向に回転させることによるエンジン１１の始動について、ホールセンサ１５が検出したクランクシャフト１２の回転速度に基づきエンジン１１の始動の成功、失敗を判定し、始動が失敗した際には、次に上述のスイングバック方式を実行させるべくスタータジェネレータ１３を駆動制御する。
【００１７】
つまり、エンジン１１では、圧縮工程の上死点位置で筒（シリンダ）内圧力が最大になり、この上死点位置で図示しないピストンを介してクランクシャフト１２に作用する負荷が最大になる。従って、エンジン１１の停止時には、一般に、ピストンが圧縮上死点の手前になる位置でクランクシャフト１２が停止する。このため、スタータジェネレータ１３を用いたエンジン１１の始動時には、スタータジェネレータ１３には、本来、クランクシャフト１２に作用する最大の負荷を乗り越えることができるトルクが必要になる。
【００１８】
本実施形態のスタータジェネレータ１３では、上述の必要なトルクよりも低いトルクを発生するスタータジェネレータであっても、クランクシャフト１２に作用する最大の負荷を乗り越えてこのクランクシャフト１２を回転させることができるように、エンジン１１の冷機状態下では上述のスイングバック方式を採用し、慣性力を利用してエンジン１１を始動する。
【００１９】
但し、本実施形態のスタータジェネレータ１３がスタータモータとして機能するときのＴＮ（トルク−回転数）特性は、エンジン１１が冷機状態にあったり、バッテリ１７の蓄電電圧が規定値の半分程度である等のシビアコンディション下でクランクシャフト１２を回転させるクランキング試験を実施して同定されたものである。このため、エンジン１１の暖機状態ではスタータモータとして機能するスタータジェネレータ１３に余裕があり、エンジン１１の始動時にクランクシャフト１２を逆転方向に回転させずに直接正転方向に回転させることでも、クランクシャフト１２に作用する最大負荷を乗り越えてクランクシャフト１２を回転させることができ、エンジン１１を始動させることが可能になる。
【００２０】
具体的には、エンジンコントロールユニット１６は、図１及び図２に示すように、スタータスイッチ（イグニッションスイッチ）１８がＯＮ操作されて、始動指令信号が入力されたとき（Ｓ１）、冷却水温度センサ１４の検出値からエンジン１１が暖機状態にあるか冷機状態にあるかを判定する（Ｓ２）。エンジンコントロールユニット１６は、エンジン１１が始動時に暖機状態にあってクランクシャフトのクランキング負荷が低いと判断したときに、停止状態のクランクシャフト１２を直接正転方向に回転させるべくスタータジェネレータ１３を駆動制御する（Ｓ３）。これにより、図３に示すように、クランクシャフト１２は停止位置（始動開始位置）から正転方向に回転し、筒内圧力が最大になる圧縮工程の上死点を乗り越えて回転する。
【００２１】
図２に示すステップＳ２において、エンジンコントロールユニット１６は、エンジン１１が冷機状態にあると判断したときに、スイングバック方式を実行すべくスタータジェネレータ１３を駆動制御する（Ｓ４）。これにより、図４に示すように、クランクシャフト１２は、停止位置（始動開始位置）から一旦逆方向に回転し、その後、筒内圧力が最大となる手前で反転して正転方向に回転し、慣性力を利用して筒内圧力が最大となる圧縮工程上死点を乗り越えて正転方向に回転し、エンジン１１が始動する（Ｓ６）。
【００２２】
次に、エンジンコントロールユニット１６は、上述の図２に示すステップＳ３において実行した、スタータジェネレータ１３によるクランクシャフト１２の正転方向のみの回転により、エンジン１１の始動が成功したか否かを判断する（Ｓ５）。この判断に際し、エンジンコントロールユニット１６は、ホールセンサ１５が検出したクランクシャフト１２の回転速度が設定値Ａを超えている場合に、クランクシャフト１２が圧縮工程上死点を乗り越えてエンジン１１の始動が成功したと判定し、また、クランクシャフト１２の回転速度が設定値Ａ以下である場合に、クランクシャフト１２が圧縮工程上死点を乗り越えることができずに、エンジン１１の始動が失敗したと判定する。
【００２３】
ステップＳ５において成功と判定されたとき、エンジン１１は始動する（Ｓ６）。また、エンジンコントロールユニット１６は、ステップＳ５において失敗と判定したときに、スイングバック方式を実行させるべくスタータジェネレータ１３を駆動制御する（Ｓ４）。即ち、図５に示すように、クランクシャフト１２は、停止位置（始動開始位置）から正転方向に回転し、筒内圧力が最大になる圧縮工程上死点の乗り越えに失敗したときに逆転方向に回転し、その後、筒内圧力が最大となる手前で反転して正転方向に回転し、慣性力を利用して圧縮工程上死点を乗り越えて正転方向に回転し、エンジン１１が始動する。
【００２４】
尚、図１に示すエンジンコントロールユニット１６は、エンジン１１の始動時にスタータジェネレータ１３を駆動制御するほか、燃料インジェクタからの燃料の噴射や点火プラグの点火を制御してエンジン１１を始動させる。更に、エンジンコントロールユニット１６は、エンジン１１の始動後には、ホールセンサ１５からのクランクシャフト１２の回転速度（エンジン回転数）や、冷却水温度センサ１４からの冷却水温度、図示しないスロットルバルブの開度などの各種信号を取り込んでエンジン１１の運転状態を把握し、この運転状態に応じてエンジン１１を制御する。
【００２５】
また、図４及び図５において、クランクシャフト１２を逆転方向の回転から正転方向の回転に切り換えるタイミングは、クランクシャフト１２の回転速度が設定値Ｂ以下になった時点、またはクランクシャフト１２のクランク角度が圧縮工程上死点に接近した時点等によりエンジンコントロールユニット１６が判断する。
【００２６】
以上のように構成されたことから、本実施形態によれば、次の効果（１）及び（２）を奏する。
（１）エンジンコントロールユニット１６は、エンジン１１が暖機状態にあるときに、停止状態のクランクシャフト１２を逆転方向に回転させることなく、直接正転方向に回転させるようにスタータジェネレータ１３を駆動してエンジン１１を始動させる。この結果、クランクシャフト１２の逆転方向の回転がない分だけ、エンジン１１の始動時間を短縮できると共に、エンジン１１の始動に必要なバッテリ１７からの供給電流量を低減できる。
【００２７】
（２）クランクシャフト１２を直接正転方向に回転させることによるエンジン１１の始動に失敗した際には、その失敗と判断した際に即座に、スイングバック方式におけるクランクシャフト１２の逆転方向の回転を実行させるので、クランクシャフト１２の停止位置を考慮することなく、クランクシャフト１２の逆転方向における回転開始のための電流制御を実施できる。
【００２８】
以上、本発明の実施形態を説明したが、この実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。この実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。
【００２９】
例えば、エンジン１１の暖機状態での始動制御において、クランクシャフト１２を正転方向に回転させることによるエンジン１１の始動に失敗した際に、スイングバック方式を実施するのではなく、図２の２点鎖線に示すように、クランクシャフト１２を再度正転方向に回転させて圧縮工程上死点を乗り越えさせてもよい。また、暖冷機検出手段として、冷却水温度センサ１４の代わりにシリンダの温度を検出するエンジン温度センサを用いてもよい。
【符号の説明】
【００３０】
１０  エンジン始動制御装置
１１  エンジン
１２  クランクシャフト
１３  スタータジェネレータ（モータ）
１４  冷却水温度センサ（暖冷機検出手段）
１５  ホールセンサ（回転速度検出手段）
１６  エンジンコントロールユニット（制御手段）
【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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