(57)【要約】    【課題】エンジン始動時に、エンジンの始動性を確保しつつ、エンジンをクランキングする電動モータの電力消費を抑制する。    【解決手段】始動時に電動モータ１６によってエンジン１０をクランキングする構成において、エンジン１０の着火を検出し、エンジンの着火が検出されると、可変電圧装置１８を介して電動モータ１６に供給する電圧を減少させて電動モータ１６の出力（電動モータ１６のトルク）を低下させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
始動時にエンジンをクランキングする電動モータと、
前記エンジンの着火を検出する着火検出手段と、
前記エンジンの着火が検出されると、前記電動モータのトルクを低下させるモータ制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジンの始動装置。
【請求項２】
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段を備え、
前記着火検出手段は、検出されたエンジン回転速度に基づいて前記エンジンの着火、非着火を検出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】
エンジン回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段を備え、
前記モータ制御手段は、所定の目標クランキング回転速度と検出されたエンジン回転速度との偏差に基づいて前記電動モータのトルク低下量を設定することを特徴とする請求項１又は請求項２記載のエンジンの始動装置。
【請求項４】
前記電動モータに供給する電圧を可変する可変電圧手段を備え、
前記モータ制御手段は、前記エンジンの着火が検出されるまでの間は、第１電圧を供給して前記電動モータを一定出力で動作させる一方、
前記エンジンの着火が検出された後は、前記第１電圧よりも低い第２電圧を供給して前記電動モータを一定出力で動作させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載のエンジンの始動装置。
【請求項５】
エンジン非着火時において、
前記モータ制御手段は、始動開始から前記目標クランキング回転速度よりも低い所定回転速度となるまでは、あらかじめ設定した上限トルクとなるように前記電動モータに電圧を供給し、
前記所定回転速度を超えると、前記第１電圧を前記電動モータに供給し、該電動モータによって前記エンジンを前記目標クランキング回転速度で回転させることを特徴とする請求項４記載のエンジンの始動装置。
【請求項６】
エンジン着火時において、
前記モータ制御手段は、前記第２電圧を前記電動モータに供給し、該電動モータと着火により発生するエンジントルクとによって前記エンジンを前記目標クランキング回転速度で回転させることを特徴とする請求項４又は請求項５記載のエンジンの始動装置。
【請求項７】
前記モータ制御手段は、前記エンジンの着火を検出した後に非着火が検出されると、前記第１電圧を供給して前記電動モータを動作させることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一つ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、エンジンの始動装置に関し、特に、エンジンをクランキングする電動モータの始動時おける電力消費を抑制する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、始動時にバルブタイミングを始動に適したバルブタイミング（以下、「始動用タイミング」という）へと制御し、バルブタイミングが始動用バルブタイミングとなってから燃料の供給を開始させるエンジンが開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２４０７６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記従来のエンジンでは、バルブタイミングが始動用タイミングとなるまでの間、すなわち、バルブタイミング変換中においては、モータのみでエンジンを回転させることになるため、モータによるバッテリ消費（電力消費）が大きくならざるを得ない。特に、低温時においてはフリクションが増加することから、モータによるバッテリ消費がさらに大きくなり、バッテリ電力不足となってしまうおそれがある。
【０００４】
したがって、始動時のモータによるバッテリ消費（電力消費）を低減する技術が望まれているが、このことは、始動時にバルブタイミングを始動用バルブタイミングへと制御する上記従来のエンジンのみならず、すべてのエンジンについても同様である。
【０００５】
本発明は、このような課題に着目してなされたものであり、始動性を確保しつつ、始動時の電動モータによる電力消費を抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このため、本発明に係るエンジンの始動装置は、始動時にエンジンをクランキングする電動モータと、前記エンジンの着火を検出する着火検出手段と、前記エンジンの着火が検出されると、前記電動モータのトルクを低下させるモータ制御手段と、を備えることを特徴とする。前記着火検出手段は、例えば、エンジン回転速度に基づいてエンジンの着火、非着火を検出し、前記モータ制御手段は、例えば、供給する電圧（駆動電圧）を減少させて前記電動モータの出力を低下させる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エンジンの着火を検出し、着火が検出されると、エンジンをクランキングする電動モータのトルクを低下させるので、始動性を確保しつつ、始動時における電動モータによる電力消費を抑制することができる。なお、低下させるトルクは、着火により発生するエンジントルク以下であればよいが、電動モータの電力消費を効果的に抑制するため、着火により発生するエンジントルク分を低下させるようにするのが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図に基づいて説明する
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示している。図１において、エンジン１０のクランクシャフト１２には、ギヤ等の動力伝達機構１４を介して電動モータ１６が接続されている。電動モータ１６は、可変電圧装置１８を介してバッテリ２０に接続されており、始動時に動作してエンジン１０をクランキングする。可変電圧装置１８は、バッテリ２０から電動モータ１６に供給する電圧を可変して電動モータ１６の出力を制御する。
【０００９】
エンジン１０の吸気バルブ２２、排気バルブ２４は、それぞれクランクシャフト１２に連動して回転する吸気カムシャフト２６に設けられた吸気カム２８、同じく排気カムシャフト３０に設けられた排気カム３２によって開閉される。
【００１０】
吸気カムシャフト２６の一端側（図では左側）には、可変動弁機構としてのバルブタイミング制御装置（ＶＴＣ）３４が取り付けられている。このＶＴＣ３４は、クランクシャフト１２に対する吸気カムシャフト２６の回転位相を変化させることによって吸気バルブ２２の開閉タイミングを変化させる。この種のＶＴＣ３４は、例えば特開２００５−２４０７６８号公報にも記載されているように公知であるので、その説明は省略する。
【００１１】
電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０は、各種センサ等からの入力信号に基づいてエンジン運転条件等を判断し、エンジン１０、電動モータ１６（可変電圧装置１８）及びＶＴＣ３４の動作を制御する。特に、エンジン始動時においては、まず電動モータ１６を動作させて該電動モータ１６のトルクのみによってエンジン１０のクランキングを行い、エンジン１０が着火した後は、着火により発生するエンジントルクに合わせて電動モータ１６のトルクを低下させて、電動モータ１６のトルクとエンジントルクとによってエンジン１０を所定回転速度でクランキングする。
【００１２】
なお、ＥＣＵ４０に入力される信号としては、吸入空気量を検出するエアフロメータ、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、アクセル操作量を検出するアクセルセンサ、クランクシャフト１２の回転角度を検出するクランクセンサ４２、吸気カムシャフト２２の回転角度を検出するカムセンサ４４、バッテリ２０の電圧、電流等を検出するバッテリセンサ４６、エンジン冷却水温度を検出する水温センサ４８などの検出信号のほか、キースイッチやアイドルスイッチなどのスイッチ類のＯＮ／ＯＦＦ信号などがある。
【００１３】
エンジン回転速度Ｎｅは、クランクセンサ４２の検出信号（例えば、基準クランク角信号の周期）に基づいて算出される。また、吸気バルブ２２の開閉タイミングは、クランクセンサ４２及びカムセンサ４４の検出信号に基づいて、クランクシャフト１２に対する吸気カムシャフト２６の回転位相として算出される。但し、これに限るものではなく、他のセンサ等によりエンジン回転速度Ｎｅ、吸気バルブ２２の開閉タイミングを検出（又は算出）してもよい。
【００１４】
次に、始動時に実行される電動モータ１６（可変電圧装置１８）の制御について説明する（第１実施形態）。本実施形態における電動モータ１６の制御は、クランキング中にエンジン１０の着火を検出し、着火が検出された場合には、電動モータ１６に供給する電圧（駆動電圧）を減少させることで始動時の電動モータ１６による電力消費を抑制するものである。
【００１５】
図２〜図４は、上記電動モータ１６の制御の概要を示している。
【００１６】
まず始動初期には、可変電圧装置１８を介して所定の電圧（第１電圧）を電動モータ１６に供給し、フリクショントルク（図２の破線）に対して所定の目標クランキング回転速度を実現するように、換言すると、上記目標クランキング回転速度において、フリクショントルクとつり合うトルクを発生するように電動モータ１６を動作させる（図２の実線：出力一定ライン参照）。これにより、エンジン１０は電動モータ１６のトルクのみによってクランキングされ、その回転速度は目標クランキング回転速度へと上昇する（ａ点）。ここで、目標クランキング回転速度は、エンジン１０の着火及び燃焼性を確保できるエンジン回転速度であり、例えば、図３に示すようなエンジン１０の着火特性に基づいて、筒内圧縮温度が所定温度以上となるエンジン回転速度として設定される。
【００１７】
エンジン１０は、エンジン回転速度が目標クランキング回転速度（又はその近傍）となると着火して所定のエンジントルクを発生する。これにより、クランキングトルクは、電動モータ１６のトルクに、着火により発生したエンジントルクが加算された値となる（ａ点→ｂ点）。なお、図中の破線は、上記出力一定ラインにエンジントルクを加算した着火時トルクラインを示している。この結果、着火により発生したエンジントルク分、エンジン回転速度が上昇することになる（ｂ点→ｃ点）。
【００１８】
始動性を確保するためのエンジン回転速度（クランキング回転速度）は、上記目標クランキング回転速度を維持すればよいから、エンジン着火後は、電動モータ１６のトルクからエンジントルク分を減じることが可能である。そこで、可変電圧装置１８を介して電動モータ１６に供給する電圧を減少させて（第１電圧→第２電圧）電動モータ１６のトルクを低下させ、電動モータ１６のトルクと着火により発生したエンジントルクとによって目標クランキング回転速度を維持する（出力一定ライン（実線）上を推移する）ように制御する。換言すると、目標クランキング回転速度において、フリクショントルクから着火により発生するエンジントルク分を減じたトルクとつり合うトルクを発生するように電動モータ１６を動作させる。この結果、エンジン回転速度は目標クランキング回転速度を維持することになる（ｃ点→ｄ点→ａ点）。
【００１９】
すなわち、図４に示すように、始動開始からエンジン着火までは（区間Ａ）、可変電圧装置１８を介して電動モータ１６に駆動電圧として第１電圧を供給し、電動モータ１６を第１出力（ｋＷ）で動作させる（定出力運転する)。
【００２０】
そして、エンジン１０の着火を判定し、エンジン着火から完爆に至るまでは（区間Ｂ）、可変電圧装置１８を介して電動モータ１６に駆動電圧として第２電圧（＜第１電圧）を供給し、電動モータ１６を第２出力（＜第１出力）（ｋＷ）で動作させる（定出力運転する）。これにより、電動モータ１６のトルクが着火により発生するエンジントルク分低下する。
【００２１】
その後、エンジン回転速度が徐々に上昇し始めるが（区間Ｃ）、エンジン回転速度が所定回転速度以上となると、エンジン１０が完爆したと判断して電動モータ１６を停止させる。
【００２２】
図５は、上記電動モータ１６の制御（第１実施形態）を示すフローチャートである。
【００２３】
図５において、Ｓ１１では、始動開始判定を行う。かかる判定は、例えばキースイッチのＯＮ／ＯＦＦ信号に基づいて行われる。キースイッチがＯＮされて始動開始を判定するとＳ１２に進む。
【００２４】
Ｓ１２では、エンジン１０のクランキングを開始する。すなわち、可変電圧装置１８を制御してバッテリ２０から所定電圧（第１電圧）を電動モータ１６に供給し、電動モータ１６を第１出力（ｋｗ）で動作させる。これにより、電動モータ１６のトルクのみによってエンジン回転速度が目標クランキング回転速度へと上昇する。
【００２５】
Ｓ１３では、エンジン１０の着火判定を行う。かかる着火判定は、エンジン回転速度が目標クランキング回転速度になったか否かにより行う。上述したように、目標クランキング回転速度は着火及び燃焼性の観点より設定されており、かかる目標クランキング回転速度となるとエンジン１０が着火すると考えられるからである。エンジン回転速度が目標クランキング回転速度となっていれば、エンジン１０が着火したと判定してＳ１４に進み、目標クランキング回転速度よりも低ければ、電動モータ１６への第１電圧の供給（第１出力での低出力運転）を維持する。
【００２６】
但し、より確実な着火を判定するため、目標クランキング回転速度とは別に着火判定回転速度を設定するようにしてもよい。このような場合には、例えば目標クランキング回転速度の５〜１０％増の値を着火判定回転速度とすることが考えられる。また、エンジン回転速度に基づいて着火判定を行うのではなく、筒内温度や筒内圧力を検出（又は推定）し、この検出（又は推定）した筒内温度や筒内圧力に基づいて着火判定を行ってもよい。
【００２７】
Ｓ１４では、電動モータ１６の出力を低下させる。すなわち、可変電圧装置１８を制御して電動モータ１６に供給する電圧を減少させ（第１電圧→第２電圧）、電動モータ１６を第２出力（＜第１出力）で動作させる。このように、電動モータ１６の駆動電圧を第１電圧から第２電圧へと低下させることにより、電動モータ１６のトルクとエンジントルクとによって目標クランキング回転速度を維持することになる。
【００２８】
ここで、着火により発生するエンジントルクを求め、電動モータ１６に供給する電圧低下量（電動モータ１６のトルク低下量）をあらかじめ設定しておいてもよいが、エンジン回転速度を検出し、検出したエンジン回転速度と目標クランキング回転速度との偏差に基づいてトルク低下量（駆動電圧低下量）を設定するようにしてもよい。この場合には、例えば、上記偏差に基づいて図６に示すようなテーブルを検索してトルク低下量を求め、可変電圧装置１８を介してこのトルク低下量に相当する分の電圧を減少させて、電動モータ１６の出力を第１出力から第２出力へと低下させる。
【００２９】
Ｓ１５では、完爆判定を行う。かかる判定は、例えば、エンジン回転速度Ｎｅがあらかじめ設定した完爆判定回転速度（＞目標クランキング回転速度）となったか否かを判定することにより行う。エンジン回転速度が完爆判定回転速度となれば、完爆したと判断してＳ１６に進み、完爆判定回転速度よりも低い場合は、そのまま電動モータ１６への第２電圧の供給（第２出力での定出力運転）を維持する。
【００３０】
但し、完爆判定は、これに限るものではなく、筒内温度や筒内圧力を検出（又は推定）し、この検出（又は推定）した筒内温度や筒内圧力に基づいて完爆判定を行うようにしてもよい。
【００３１】
Ｓ１６では、エンジン１０が完爆したので電動モータ１６の動作を停止させる。
【００３２】
以上説明した実施形態によれば、次のような効果を有する。
【００３３】
すなわち、始動開始からエンジン着火に至るまでは、電動モータ１６を、目標クランキング回転速度を実現できる必要最小限の出力、すなわち、目標クランキング回転速度においてフリクションとつり合うトルクを発生するように第１出力で動作させ、着火後は、着火により発生するエンジントルク相当分を減じた、すなわち、目標クランキング回転速度においてエンジントルクと合わせてフリクションとつり合うトルクを発生する第２出力で動作させるので、始動時に目標クランキング回転速度を維持して始動性を確保しつつ、電動モータ１６によるバッテリ消費（電力消費）を大幅に抑制できる。これにより、バッテリ２０の大型化を招くことなく、目標クランキング回転速度を長時間維持することが可能となり、特に低温時におけるバッテリ２０の電力不足を防止して安定した始動を実現できる。
【００３４】
ところで、フリクショントルクは温度に応じて変化する。フリクショントルクが変化すれば、図７（図２に相当する図である）に示すように、目標クランキング回転速度を実現するモータ出力（出力一定ライン）も変化することになる。したがって、上記電動モータ１６の制御においてフリクションの変化（温度変化）を考慮することが望ましい。そのような場合には、例えば、図８に示すような「エンジン冷却水温度−モータ出力（駆動電圧）」マップをあらかじめ作成しておき、図５のＳ１２において、エンジン冷却水を検出し、検出したエンジン冷却水温度に基づいてモータ出力（駆動電圧）を設定するようにすればよい。
【００３５】
次に、始動時における電動モータ１６の制御の他の実施形態（第２実施形態）を説明する。本実施形態では、エンジン非着火時の電動モータ１６のトルクを設定する第１トルクマップと、エンジン着火時の電動モータ１６のトルクを設定する第２トルクマップとを作成しておき、着火、非着火に応じて参照するトルクマップを切り換えるようにする。
【００３６】
図９は、エンジン非着火時用の第１トルクマップを示している。この第１トルクマップは、（１）目標クランキング回転速度においてフリクション最大値以上のトルクを与える、（２）消費電力の節約をするため必要最小限のモータ出力とする（出力一定とする）、（３）低回転域においては上限トルクを設定して過剰に大きなトルクを発生することを防止する、という観点から作成されている。
【００３７】
具体的には、目標クランキング回転速度においてフリクション最大値とつり合うトルクを発生する出力（出力Ｘ１とする）で電動モータ１６を動作させてときの「回転速度−トルク」特性を基本とし（図９のａ部）、低回転域（Ｎｅ１以下）では該トルク特性上で発生するトルクよりも小さな上限トルク（図９のｂ部）を設定して作成される。なお、温度に応じてフリクションが変化することから、第１トルクマップは、エンジン冷却水温度毎に作成されている。
【００３８】
図１０は、エンジン着火時用の第２トルクマップを示している。この第２トルクマップは、（１）着火によるエンジントルク（最小値）と電動モータ１６のトルクとの和がフリクション最大値以上となる、（２）消費電力を節約するため必要最小限のモータ出力とする（出力一定とする）、という観点から作成されている。
【００３９】
すなわち、上記第１トルクマップ（図９）のａ部（出力Ｘ１ライン）からエンジントルク（最小値）分を減じたもの（出力Ｘ２ライン）として作成される。したがって、かかる第２トルクマップもエンジン冷却水温度毎に作成されている。
【００４０】
この結果、かかる第２トルクマップを参照することで、エンジン着火時においては電動モータ１６がエンジン非着火時よりも低い出力（出力Ｘ２とする）で動作され、目標クランキング回転速度を維持する。
【００４１】
図１１は、第２実施形態に係る電動モータ１６の制御を示すフローチャートである。
【００４２】
本フローは、始動開始判定後に所定時間毎に実行される。
【００４３】
Ｓ２１では、始動開始判定フラグが設定されているか否かを判定する。始動開始フラグが設定されていれば（始動開始フラグ＝１であれば）Ｓ２２に進み、始動開始フラグが設定されていなければ（始動開始フラグ＝０であれば）本フローを終了する。なお、始動開始フラグは、図５のＳ１１と同様に始動開始判定を行って始動開始を判定したときに設定される。
【００４４】
Ｓ２２では、エンジン着火フラグが設定されているか否かを判定する。エンジン着火フラグが設定されていなければ（エンジン着火フラグ＝０であれば）Ｓ２３に進み、エンジン着火フラグが設定されていれば（エンジン着火フラグ＝１であれば）Ｓ２８に進む。
【００４５】
Ｓ２３では、エンジン回転速度を検出する。
【００４６】
Ｓ２４では、エンジン着火判定を行う。かかるエンジン着火判定は図５のＳ１３と同様である。エンジン１０が着火していなければＳ２５に進み、エンジン１０が着火していればエンジン着火フラグを設定し、Ｓ２７に進む。
【００４７】
Ｓ２５では、エンジン冷却水温度を検出する。
【００４８】
Ｓ２６では、エンジン冷却水温度、エンジン回転速度に基づいて、エンジン非着火時用の第１トルクマップを参照して電動モータ１６のトルクを設定する。これにより、電動モータ１６は、所定エンジン回転速度（Ｎｅ１）以下の低回転域においては、そのトルクが一定（上限トルク）となるように制御され、所定エンジン回転速度（Ｎｅ１）を超えると、その出力が一定（出力Ｘ１）に制御される。これにより、電動モータ１６によってエンジン１０がクランキングされ、エンジン１０の回転速度が目標クランキング回転速度へと上昇する。
【００４９】
Ｓ２７では、エンジン着火フラグを設定する（エンジン着火フラグ＝１）。
【００５０】
Ｓ２８では、エンジン冷却水温度を検出する。
【００５１】
Ｓ２９では、エンジン冷却水温度、エンジン回転速度に基づいて、エンジン着火時用の第２トルクマップを参照して電動モータ１６のトルクを設定する。これにより、電動モータ１６は、その出力が一定（出力Ｘ２）に制御され、電動モータ１６のトルクと着火により発生したエンジントルクとによって、エンジン１０は目標クランキング回転速度（以上）を維持する。
【００５２】
Ｓ３０では、完爆判定を行う。かかる判定は、図５のＳ１５と同様である。完爆していればＳ３１に進み、電動モータ１６の動作を停止させて電動モータ１６のトルク制御を終了する。同時に、エンジン着火判定フラグ及び始動開始フラグの設定を解除する。
【００５３】
この実施形態によると、上記第１実施形態と同様の効果を有することに加えて、さらに次のような効果を有する。
【００５４】
すなわち、低回転領域にて電動モータ１６の上限トルクが設定されているので、始動時の電動モータ１６による電力消費をさらに抑制することができる。また、エンジン１０の着火、非着火に応じて参照するマップを切り換えるので、エンジン着火を検出した後に、エンジン非着火となった場合であっても、目標クランキング回転速度を維持すべく速やかに制御が切り換わるので、より安定した始動を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】始動時における電動モータの制御の概要を説明する図である。
【図３】始動時における電動モータの制御の概要を説明する図である。
【図４】始動時における電動モータの制御の概要を説明する図である。
【図５】電動モータの制御を示すフローチャートである。
【図６】モータ出力低下量を設定するテーブルの一例を示す図である。
【図７】温度（フリクション）と目標クランキング回転速度を実現するモータ出力との関係を示す図である。
【図８】「エンジン冷却水温度−モータ出力」のマップの一例を示す図である。
【図９】エンジン非着火時の電動モータのトルクを設定する第１トルクマップの一例を示す図である。
【図１０】エンジン着火時の電動モータのトルクを設定する第２トルクマップの一例を示す図である。
【図１１】他の電動モータの制御を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５６】
１０…エンジン、１２…クランクシャフト、１６…電動モータ、１８…可変電圧装置、２０…バッテリ、２２…吸気バルブ、２６…吸気カムシャフト、２８…吸気カム、３４…ＶＴＣ、４０…ＥＣＵ、４２…クランクセンサ、４４…カムセンサ、４６…バッテリセンサ、４８…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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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