(57)【要約】【課題】内燃機関の回転速度のオーバーシュートを簡便に抑制することができる抑制装置及び抑制方法を提供する。【解決手段】内燃機関１の始動時に、上記内燃機関のクランク軸１Ａに直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関１の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置２及び上記始動充電装置２を駆動運転もしくはブレーキ運転することにより、上記内燃機関の回転数を制御する制御装置４を備えた構成とする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置及び上記始動充電装置を駆動運転もしくはブレーキ運転することにより、上記内燃機関の回転数を制御する制御装置を備えたことを特徴とする内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置。
【請求項２】
内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置及び上記始動充電装置の電機子相間端子を短絡して上記始動充電装置に負のトルクを瞬時に発生させることにより上記内燃機関の回転速度のオーバーシュートを抑制する制御装置を備えたことを特徴とする内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置。
【請求項３】
上記始動充電装置の電機子相間端子の短絡は、電機子の各相端子に接続された接続線間に開閉器を接続し、上記開閉器を閉路することによって行なうことを特徴とする請求項２記載の内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置。
【請求項４】
上記始動充電装置に界磁コイルを設けると共に、上記電機子電流と上記界磁コイルの電流を制御して上記始動充電装置の急激なトルク変動を抑制するようにしたことを特徴とする請求項２または請求項３記載の内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置。
【請求項５】
内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置を備え、上記始動充電装置を駆動運転もしくはブレーキ運転することにより、上記内燃機関の回転数を制御するようにしたことを特徴とする内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法。
【請求項６】
内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置を備え、上記始動充電装置の電機子相間端子を短絡して上記始動充電装置に負のトルクを瞬時に発生させることにより上記内燃機関の回転速度のオーバーシュートを抑制するようにしたことを特徴とする内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法。
【請求項７】
上記始動充電装置の電機子相間端子の短絡は、電機子の各相端子に接続された接続線間に開閉器を接続し、上記開閉器を閉路することによって行なうことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法。
【請求項８】
上記始動充電装置に界磁コイルを設けると共に、上記電機子電流と上記界磁コイルの電流を制御して上記始動充電装置の急激なトルク変動を抑制するようにしたことを特徴とする請求項６または請求項７記載の内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置及び抑制方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、内燃機関を始動する場合には、周知のように、内燃機関に連結された始動装置によって内燃機関のクランク軸を回転駆動する。一般的に、始動時の内燃機関の回転速度は、２００〜３００ｒｐｍにまで回転され、その後は内燃機関の自己着火により回転速度をアイドル回転速度もしくは内燃機関の制御装置により制御される回転速度まで増大される。
また、内燃機関の始動時において、アイドル回転速度以下での着火性を向上させるために、内燃機関の制御装置は点火タイミングの制御や燃料の増量を行ない、自己着火による運転を促進せしめるような制御を行なう。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１９１１９２号公報（段落０００２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来の内燃機関の始動は以上のように行なわれていたため、燃料の増量における始動時においては、内燃機関の空気系、燃料系における機械的な遅れと、内燃機関の回転速度を検知し、それに応じた空気量、燃料噴射量、点火タイミングの指令を出す制御系の遅れから、内燃機関が自己着火を開始した時点においては、その回転速度をアイドル回転速度もしくは内燃機関の制御装置により指令された目標回転速度に到達させるために必要なトルク以上のトルクが発生することとなり、内燃機関の回転速度のオーバーシュートが発生していた。
この内燃機関の回転速度のオーバーシュートは、特にアイドルストップを行なうようにしている場合の内燃機関の再始動時に、内燃機関の回転速度が急激に立ち上がることから、トランスミッションと内燃機関との連結部の媒体である油の圧力が急激に上昇し、車両の急発進やショックを発生して、安全面や快適性の面から問題となっていた。
【０００５】
このような問題点に対処するため、例えば、特許文献１では、内燃機関の目標回転速度と実際の回転速度との偏差を計算し、偏差に応じて始動充電装置のトルクを正もしくは負に切り替え制御する制御方法が提案されている。しかしながらこの方式では、瞬時に内燃機関のオーバーシュート抑制を行なうものであるため、十分な抑制時間を確保することは困難であり、また、状態によって変化する内燃機関のトルク発生特性の把握や、内燃機関と始動充電装置を含めたトルク特性を把握することが必要であり、キャリブレーションに煩雑になってしまう側面を含んでいるという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点に対処するためになされたもので、内燃機関の回転速度のオーバーシュートを簡便に抑制することができる内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置及び抑制方法を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置は、内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置及び上記始動充電装置を駆動運転もしくはブレーキ運転することにより、上記内燃機関の回転数を制御する制御装置を備えたものである。
【０００７】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置は、また、内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置及び上記始動充電装置の電機子相間端子を短絡して上記始動充電装置に負のトルクを瞬時に発生させることにより上記内燃機関の回転速度のオーバーシュートを抑制する制御装置を備えたものである。
【０００８】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置は、また、電機子の各相端子に接続された接続線間に開閉器を接続し、この開閉器を閉路することによって上記始動充電装置の電機子相間端子の短絡を行なうものである。
【０００９】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置は、また、上記始動充電装置に界磁コイルを設けると共に、上記電機子電流と上記界磁コイルの電流を制御して上記始動充電装置の急激なトルク変動を抑制するようにしたものである。
【００１０】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法は、内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置を備え、上記始動充電装置を駆動運転もしくはブレーキ運転することにより、上記内燃機関の回転数を制御するようにしたものである。
【００１１】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法は、また、内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置を備え、上記始動充電装置の電機子相間端子を短絡して上記始動充電装置に負のトルクを瞬時に発生させることにより上記内燃機関の回転速度のオーバーシュートを抑制するようにしたものである。
【００１２】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法は、また、電機子の各相端子に接続された接続線間に開閉器を接続し、この開閉器を閉路することによって上記始動充電装置の電機子相間端子の短絡を行なうものである。
【００１３】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制方法は、また、上記始動充電装置に界磁コイルを設けると共に、上記電機子電流と上記界磁コイルの電流を制御して上記始動充電装置の急激なトルク変動を抑制するようにしたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図にもとづいて説明する。図１は、実施の形態１の構成及び方法を示す概略図である。この図において、内燃機関１の始動充電装置２は、例えば３相同期回転機によって構成され、上記内燃機関１のクランク軸１Ａにベルト３を介して連結されている。なお、始動充電装置２はベルト３を介さずに直接クランク軸１Ａに結合される場合もある。
始動充電装置２の制御ユニット４は電機子３相線５を介して始動充電装置２に接続され、始動充電装置２が始動トルク（正のトルク）やブレーキトルク（負のトルク）を発生できるように制御する。
【００１５】
電源線７を介して制御ユニット４に接続されたバッテリ６は、制御ユニット４の電源を構成すると共に、始動充電装置２が内燃機関１の始動装置として動作する時は、制御ユニット４及び電機子３相線５を介して始動充電装置２に電力を供給し、内燃機関１が自己着火して自己運転を確立した後は、充電発電機として動作する始動充電装置２によって充電されるようになっている。
内燃機関１の制御ユニット８は、内燃機関１から回転速度や吸入空気に関する情報、温度に関する情報などがインプットされ、これらに対応する吸入空気量や燃料噴射量、点火タイミングなどの制御指令をアウトプットとして内燃機関１に与えると共に、制御ユニット４に対する上位の制御ユニットとして制御ユニット４に対して指令信号や内燃機関１の回転速度の情報等を送ることができる機能も有している。
【００１６】
図２は、実施の形態１における始動充電装置２の制御フローを示すものである。
ステップＳ１で制御ユニット８から制御ユニット４に始動指令を与え、ステップＳ２で制御ユニット４に対し始動充電装置２を始動モータとして動作させるためのトルク指令を与える。ステップＳ３で制御ユニット４は上記トルク指令にもとづいて始動充電装置２にバッテリ６からの電力を送電して駆動する。
この場合、始動充電装置２を例えばベクトル制御によるトルク制御を行なうこととし、トルクのベクトル成分に対応した電流を決定する。ステップＳ４では内燃機関１の回転速度信号が制御ユニット８にインプットされ、制御ユニット８によって回転速度信号を監視する。内燃機関１の自己着火時には、回転速度が急激に増加するため、回転速度信号の監視によって自己着火したか否かの判定を行なうことができる。この場合、回転速度の急激な増加は、例えば、内燃機関の回転速度の変化割合が一定値を超えたか否かで検知することができ、また、上記回転速度が一定値を超過した時点で自己着火完了と判定することもできる。
【００１７】
次いで、ステップＳ５で制御ユニット４は内燃機関の自己着火時における始動充電装置２の回転速度のオーバーシュートを防止するために、始動充電装置２の電機子電力を制御して負のトルクを発生させる。負のトルク量や負のトルクを発生させる期間は予めキャリブレーションにより設定された値を用いることにより、開ループ制御によって簡便に制御することができる。
その後、ステップＳ６で制御ユニット４は、負のトルクの発生終了信号を上位の制御ユニットもしくは内燃機関１の制御ユニット８へ返し、始動充電装置２を発電運転モードで運転する。
【００１８】
実施の形態２．
次に、この発明の実施の形態２を図にもとづいて説明する。図３は、実施の形態２における始動充電装置とその制御ユニットを示す概略図である。この図において、図１と同一もしくは相当部分には同一符号を付して説明を省略する。
始動充電装置２の制御ユニット４は、一対のスイッチング素子を直列接続した各相アームからなるインバータ部４１とその制御部４２とを有し、上位の制御ユニットもしくは内燃機関の制御ユニット８からの指令にもとづいて始動充電装置２に対する電力の供給制御を行なう。一方、上位の制御ユニットもしくは内燃機関の制御ユニット８は、内燃機関１の回転速度をモニターしており、内燃機関１の回転速度信号にもとづいて上述のように、内燃機関１が自己着火したか否かを判定する。
【００１９】
内燃機関１の始動過程において、内燃機関１は始動充電装置２によりクランキングされる回転速度から自己着火によりアイドル回転速度もしくは内燃機関の制御ユニット８により制御される回転速度まで加速するのに必要なトルクを発生するために、始動過程における燃料噴射量は通常のアイドル回転速度を維持するのに必要な燃料噴射量よりも、増量させている。これが内燃機関１の回転速度をオーバーシュートさせる要因となっている。このため、始動充電装置２の制御ユニット４は、上位の制御ユニットもしくは内燃機関の制御ユニット８から内燃機関の自己着火の信号を受けた際、予め決められた時間だけ、インバータ部４１の各相アームのうち、図３において破線で囲んだ下側アームのスイッチング素子を短絡させ、始動充電装置２を３相短絡状態とする。この結果、始動充電装置２には短絡電流が流れ、負のトルクが急激に発生する。この負のトルクによって内燃機関１の回転速度のオーバーシュートは抑制され、車両におけるショックを和らげることが可能となる。
【００２０】
実施の形態３．
次に、この発明の実施の形態３を図にもとづいて説明する。図４は、実施の形態３における始動充電装置とその制御ユニットを示す概略図である。この図において、図３と同一もしくは相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、始動充電装置２の電機子３相線５の各線間に開閉器９１、９２を設け、上位の制御ユニットもしくは内燃機関の制御ユニット８からの内燃機関１の自己着火の信号によって上記開閉器９１、９２を閉路し、一定時間だけ３相短絡状態として始動充電装置２に負の短絡トルクを発生させるようにした点である。
このようにすることにより、内燃機関の回転速度のオーバーシュートを的確に抑制することができる。
この実施の形態は、開閉器９１、９２を設けて３相短絡状態とするものであるため、制御ユニット４のインバータ部４１の耐熱設計を最小に抑えることができ、制御ユニット４の小型化とコスト低減を図ることができる。
【００２１】
実施の形態４．
次に、この発明の実施の形態４を図にもとづいて説明する。図５は、実施の形態４における始動充電装置とその制御ユニットを示す概略図である。この図において、図３と同一もしくは相当部分には同一符号を付して説明を省略する。図３と異なる点は、制御ユニット４によって始動充電装置２の電機子電流と界磁コイル２１の界磁電流とを制御することにより、始動充電装置２の急激なトルク変動を抑制するようにした点である。
制御ユニット４は、上位の制御ユニット８から内燃機関１の自己着火を知らせる信号を受けると、電機子３相線５を短絡すると同時に、界磁コイル２１の電流を制御するようにされている。
【００２２】
図６は、実施の形態４の動作を説明するための説明図である。この図において、（ａ）は内燃機関１の回転速度の変化を示すものであり、（ｂ）は始動充電装置２の発生トルクを示す説明図、（ｃ）は界磁コイル２１の電流を示す説明図である。
始動充電装置２の界磁コイル２１は電機子コイルに比べて高インダクタンスを呈するために、大きな時定数をもっている。従って、内燃機関１が図６（ａ）（ｂ）のｔ０で自己着火し、それを知らせる信号が上位の制御ユニット８から制御ユニット４に与えられ、制御ユニット４がｔ０で電機子３相線５を短絡すると共に、界磁コイル２１の電流を遮断した場合には、界磁コイル２１の電流は図６（ｃ）に示すように、減少する一方、始動充電装置２のトルクは図６（ｂ）に示すように、電機子３相コイルの短絡のみによる場合よりも緩やかにｔ０から立ち上がり、一定時間後のｔ１において０に至る。ｔ１で界磁コイル２１に通電すると、界磁電流は図６（ｃ）に示すように、大きな時定数をもって増加する。界磁電流の増加とともに始動充電装置２のトルクはｔ１から負の方向に緩やかに増加する。
【００２３】
このように、始動充電装置２の負のトルクが緩やかに立ち上がるため、急激なトルク変動による衝撃が緩和でき、内燃機関１の回転速度は図６（ａ）にＢで示すように、オーバーシュートを伴うことなく緩やかに変化する。
なお、図６（ａ）のＡは負のトルクによるトルク吸収を行なっていない従来の内燃機関における回転速度の変化を示す。
一定時間後、ｔ２において界磁コイル２１の電流を遮断すると、図６（ｃ）に示すように、界磁電流が緩やかに減少し、始動充電装置２の電機子３相コイル短絡によるトルク（負のトルク）も図６（ｂ）に示すように、緩やかに減少する。
その後、ｔ３で電機子３相コイルの短絡及び界磁電流の遮断状態を解除することにより内燃機関の自己運転が確立され、始動充電装置２は充電発電機として運転される。
【００２４】
この実施の形態は以上のように構成され、始動充電装置２の電機子コイルの短絡と共に界磁コイル２１の電流を徐増減させることによって、電機子３相コイルの短絡と、その解除時における急激なトルクの変動を和らげ、回転速度のオーバーシュートを効果的に抑制することができる。
【００２５】
【発明の効果】
この発明に係る内燃機関の回転速度のオーバーシュート抑制装置は、内燃機関の始動時に、上記内燃機関のクランク軸に直接もしくは間接的に連結され、上記内燃機関の始動後もしくは自己運転確立後は充電発電機として運転される始動充電装置及び上記始動充電装置を駆動運転もしくはブレーキ運転することにより、上記内燃機関の回転数を制御する制御装置を備えたものであるため、内燃機関の回転速度のオーバーシュートを効果的に抑制することができ、快適性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態１における始動充電装置の制御フローを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態２における始動充電装置とその制御ユニットを示す概略図である。
【図４】この発明の実施の形態３における始動充電装置とその制御ユニットを示す概略図である。
【図５】この発明の実施の形態４における始動充電装置とその制御ユニットを示す概略図である。
【図６】実施の形態４の動作を説明するための説明図である。
【符号の説明】
１  内燃機関、      ２  始動充電装置、      ３  ベルト、
４  制御ユニット、      ５  電機子３相線、      ６  バッテリ、
７  電源線、      ８  内燃機関の制御ユニット。
【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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