(57)【要約】【課題】機関運転状態に係らずにスタータモータの作動を必要最小限とすることができる内燃機関の始動制御装置を提供する。【解決手段】機関始動時においてスタータモータ２の無負荷状態を判断する判断手段と、判断手段により無負荷状態と判断されたことに基づきスタータモータの作動を停止する停止手段５とを具備する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関始動時においてスタータモータの無負荷状態を判断する判断手段と、前記判断手段により前記無負荷状態と判断されたことに基づき前記スタータモータの作動を停止する停止手段とを具備することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【請求項２】
前記判断手段は、前記スタータモータの通電電流が所定値となった時に前記無負荷状態と判断することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項３】
前記停止手段は、前記判断手段により前記無負荷状態と判断されてから設定期間の経過後に前記スタータモータの作動を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項４】
前記設定期間は機関状態に基づき設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項５】
前記機関状態は機関温度であることを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項６】
前記設定期間は、前記スタータモータの作動開始から前記判断手段により前記無負荷状態と判断されるまでの時間に基づき設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項７】
前記設定期間は、前記スタータモータの作動開始から前記判断手段により前記無負荷状態と判断されるまでのサイクル数に基づき設定されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置。
【請求項８】
始動時燃料噴射制御を、前記停止手段によって前記スタータモータの作動が停止された以降も、少なくとも始動完了時までは継続することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の始動制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の始動時には、スタータモータの機関駆動トルクにより内燃機関は駆動されて機関回転数が徐々に高められ、この間で内燃機関の燃焼が開始される。燃焼開始後は、スタータモータのトルクに機関トルクが加わり、機関回転数は、例えば、８００又は９００ｒｐｍのような始動完了回転数まで高められる。運転者は、一般的に、この時になって、スタータモータのスイッチをオフするが、始動完了回転数に達する以前にスタータモータのトルクは機関回転数を高めることにおいて不必要となっており、これでは、必要以上にスタータモータを作動することとなってしまう。
【０００３】
スタータモータの作動を必要最小限とするために、機関回転数が設定値まで高まった時に、スタータモータのスイッチを自動的にオフとすることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平２−２１１３８０号公報
【特許文献２】
特開２００１−１７３４９０号公報
【特許文献３】
特開２００２−１８８５４８号公報
【特許文献４】
特開平９−２９６７７１号公報
【特許文献５】
特開平８−２１８９９０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述の従来技術において、機関回転数が設定値となった時にスタータモータが作動停止されるが、機関運転状態によっては、この時において、内燃機関がスタータモータのトルクを依然として必要としていたり、また、内燃機関がスタータモータのトルクを既に完全に不必要としていたりすることがあり、スタータモータの作動を必要最小限としていないことがある。
【０００６】
従って、本発明の目的は、機関運転状態に係らずにスタータモータの作動を必要最小限とすることができる内燃機関の始動制御装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明による請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置は、機関始動時においてスタータモータの無負荷状態を判断する判断手段と、前記判断手段により前記無負荷状態と判断されたことに基づき前記スタータモータの作動を停止する停止手段とを具備することを特徴とする。
【０００８】
また、本発明による請求項２に記載の内燃機関の始動制御装置は、請求項１に記載の内燃機関の始動制御装置において、前記判断手段は、前記スタータモータの通電電流が設定値となった時に前記無負荷状態と判断することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明による請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置は、請求項１又は２に記載の内燃機関の始動制御装置において、前記停止手段は、前記判断手段により前記無負荷状態と判断されてから設定期間の経過後に前記スタータモータの作動を停止することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明による請求項４に記載の内燃機関の始動制御装置は、請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置において、前記設定期間は機関状態に基づき設定されることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明による請求項５に記載の内燃機関の始動制御装置は、請求項４に記載の内燃機関の始動制御装置において、前記機関状態は機関温度であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明による請求項６に記載の内燃機関の始動制御装置は、請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置において、前記設定期間は、前記スタータモータの作動開始から前記判断手段により前記無負荷状態と判断されるまでの時間に基づき設定されることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明による請求項７に記載の内燃機関の始動制御装置は、請求項３に記載の内燃機関の始動制御装置において、前記設定期間は、前記スタータモータの作動開始から前記判断手段により前記無負荷状態と判断されるまでのサイクル数に基づき設定されることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明による請求項８に記載の内燃機関の始動制御装置は、請求項１から７のいずれか一項に記載の内燃機関の始動制御装置において、始動時燃料噴射制御を、前記停止手段によって前記スタータモータの作動が停止された以降も、少なくとも始動完了時までは継続することを特徴とする。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明による内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。同図において、１はオルタネータであり、２はスタータモータである。３はバッテリであり、オルタネータ１により発電された電力を蓄えると共に、スタータモータ２へ電力を供給する。スタータモータ２への電力供給回路には、直列に、スタータスイッチ４と、常時閉の強制開放スイッチ５と、電流計６とが任意の順序で配置されている。
【００１６】
機関始動時において、運転者がスタータスイッチ４をオンとすることによりスタータモータ２へはバッテリの電力が供給される。こうして、スタータモータ２は作動され、その機関駆動トルクによって内燃機関は駆動され、機関回転数は徐々に高められる。この間において、ディーゼルエンジン及びガソリンエンジンのいずれにおいても燃料噴射が開始され、ガソリンエンジンでは点火も開始される。それにより燃焼が開始すると、スタータモータのトルクに機関トルクが加わり、機関回転数は、例えば、８００又は９００ｒｐｍのような始動完了回転数まで高められる。
【００１７】
運転者は、一般的に、この時になって、スタータスイッチ４をオフするが、始動完了回転数に達する以前にスタータモータ２の機関駆動トルクは急激に低下して機関回転数を高めることにおいて不必要となっており、この時以降においてスタータモータ２を作動することは、バッテリ３の電気エネルギを無駄に消費するだけでなく、スタータモータ２が内燃機関の負荷となり、機関始動時における機関回転数の上昇を妨げることとなる。
【００１８】
図２は、内燃機関において燃焼が開始された後におけるスタータモータ２への通電電流Ｉの変化を示すグラフである。機関発生トルクの増大に伴ってスタータモータ２の機関駆動トルクは急激に低下し、遂には、スタータモータ２の発生トルクは自身の回転を維持するだけとなり、この時において内燃機関を駆動するための機関駆動トルクは０となり、すなわち、スタータモータ２は無負荷状態（内燃機関がスタータモータにとって負荷とならなくなる）となって機関回転数を高めることに全く寄与しなくなる。このような機関駆動トルクの変化に伴って、通電電流Ｉは、急激に低下して、点線で示すように、時刻ｔ１において機関駆動トルクとしては０であって自身の回転を維持するための発生トルクに対応する電流値Ｉ０で推移する。スタータモータ２の無負荷状態は、機関温度等により内燃機関の摩擦力が変化するために、この時の機関回転数は機関温度によって変化する。それにより、スタータモータ２の無負荷状態を正確に判断するために、機関回転数を利用することはできない。
【００１９】
本実施形態では、電流計６によりスタータモータ２の通電電流Ｉを監視して、通電電流Ｉが所定値Ｉ０となったことを検出しており、こうして、機関状態に係らずに、スタータモータ２の無負荷状態を正確に判断することができる。それにより、この時刻ｔ１において、強制開放スイッチ５を開放すれば、運転者がスタータスイッチ４を依然としてオンし続けても、スタータモータ２への電力供給が停止され、スタータモータ２の不必要な作動を防止することができる。
【００２０】
ところで、通電電流Ｉが所定値Ｉ０となった時刻は、機関状態に係らずに、確実にスタータモータ２の機関駆動トルクが０となった時刻に対応しているが、機関状態によっては、その後に、燃焼悪化等によって機関発生トルクが低下して、再び、スタータモータ２の機関駆動トルクが必要とされることがある。これに備えて、通電電流が所定値Ｉ０となった時刻ｔ１から設定期間ＴＳ後の時刻ｔ２において、強制開放スイッチ５を開放することが好ましい。
【００２１】
機関状態に応じて機関発生トルクの低下の起こり易さに違いあるために、設定期間ＴＳは、機関状態に基づき決定することが好ましい。例えば、図３に示すように、機関状態としての機関温度、すなわち、冷却水温ＴＨＷに応じて設定期間ＴＳを設定するようにしても良い。冷却水温ＴＨＷが低いほど、燃焼悪化が発生し易く、この時には、設定期間ＴＳが長くされる。こうして、機関発生トルクが低下しても、この設定期間ＴＳの間は、スタータモータ２は作動されているために、機関発生トルクの低下分をスタータモータ２の機関駆動トルクによって補うことができ（この時には、通電電流Ｉは所定値Ｉ０から上昇することとなる。）、機関始動時の機関回転数が意図するように上昇しない回転もたつきを防止することができる。
【００２２】
一方、冷却水温ＴＨＷが十分に高ければ、設定期間ＴＳは０とされるが、この時には、燃焼悪化は殆ど発生せず、機関発生トルクが低下することはないために、通電電流が所定値Ｉ０となった時刻ｔ１においてスタータモータ２の作動を停止し、それにより、バッテリ３の電力消費を最小とすることができる。
【００２３】
図４は機関始動時における機関回転数ＮＥの変化を示すタイムチャートである。図４において、実線Ａは、冷却水温ＴＨＷが高く、設定期間ＴＳが所定値より短くされた場合を示しており、スタータモータ２の機関駆動トルクが０となってから設定期間ＴＳ経過後の時刻ｔ３においてスタータモータ２の作動が停止される。それにより、機関回転数ＮＥは、時刻ｔ３において機関負荷となっていたスタータモータ２の作動が停止されるために、急激に始動完了回転数まで良好に高められる。一方、点線Ａ’は、この時において設定期間ＴＳが所定値とされている場合を示しており、スタータモータ２の機関駆動トルクが０となってから設定期間ＴＳ経過後の時刻ｔ４においてスタータモータ２の作動が停止される。それにより、機関回転数ＮＥは、時刻ｔ４において機関負荷となっていたスタータモータ２の作動が停止されるために、急激に始動完了回転数まで高められるが、実線Ａに比較して始動完了回転数までの吹き上がりが遅くなってしまう。
【００２４】
また、点線Ｂ’は、冷却水温ＴＨＷが低く、設定期間ＴＳが所定値とされた場合を示しており、スタータモータ２の機関駆動トルクが０となってから設定期間ＴＳ経過後の時刻ｔ４においてスタータモータ２の作動が停止される。この場合において時刻ｔ４以降において燃焼悪化が発生しており、それにより、機関回転数ＮＥは、燃焼悪化によって低下してスタータモータ２の機関駆動トルクを必要とするようになるが、既に、スタータモータ２の作動は停止されており、機関発生トルクだけによって、かなりの回転もたつきが発生した後に、徐々に機関回転数は高められる。
【００２５】
一方、実線Ｂは、冷却水温ＴＨＷが低く、設定期間ＴＳが所定値より長くされた場合を示しており、スタータモータ２の機関駆動トルクが０となってから設定期間ＴＳ経過後の時刻ｔ５においてスタータモータ２の作動が停止される。時刻ｔ４以降において燃焼悪化が発生し、機関回転数ＮＥが低下してスタータモータ２の機関駆動トルクを必要とするようになれば、スタータモータ２は依然として作動されているために、直ぐに、スタータモータ２の機関駆動トルクが機関回転数を高めるのに使用可能であり、この機関駆動トルクと機関発生トルクとによって、回転もたつきを抑制して比較的良好に機関回転数を高めることができる。
【００２６】
また、設定期間ＴＳは、スタータモータ２の作動開始からスタータモータ２が無負荷状態となるまでの時間Ｔに応じて設定期間ＴＳを設定するようにしても良い。この時間Ｔは、機関温度が低くて内燃機関内の摩擦力が大きいほど長くなり、また、内燃機関での燃焼が良好でないほど長くなる。それにより、この時間Ｔが長いほど、スタータモータ２が無負荷状態となった以降においても機関発生トルクの低下が起こり易い。
【００２７】
こうして、図５に示すように、スタータモータ２の作動開始時刻０からスタータモータ２が無負荷状態（機関駆動トルクが０）となった時刻ｔ６までの時間Ｔを測定し、この時間Ｔが長いほど設定期間ＴＳを長くするようにし、設定期間ＴＳ後の時刻ｔ７において、スタータモータ２の作動を停止するようにすれば良い。また、スタータモータ２の作動開始時刻０からスタータモータ２が無負荷状態（機関駆動トルクが０）となった時刻ｔ６までのサイクル数を測定し、このサイクル数が多いほど設定期間ＴＳを長くするようにしても良い。設定期間ＴＳに関しても、時間で設定しても良いし、サイクル数で設定しても良い。
【００２８】
ところで、機関始動時において、内燃機関では始動時燃料噴射制御が実施される。この始動時燃料噴射制御では、燃料噴射量を増量する等して、始動性の確保に重点を置いている。しかしながら、このような始動時燃料噴射制御を、通常運転時に実施すると、燃料消費を増大するだけでなく、排気エミッションを悪化させることとなる。それにより、一般的には、始動完了をスタータモータ２の作動停止により検出して、これと同時に始動時燃料噴射制御を通常燃料噴射制御に切り換えている。
【００２９】
前述した実施形態において、スタータモータ２は、機関回転数が始動完了回転数となる以前に作動停止されるために、この時に、始動燃料噴射制御から通常燃料噴射制御へ切り換えられると、始動性を確保することが困難となる。それにより、機関回転数が始動完了回転数に達するまでは、少なくとも始動燃料噴射制御を持続して、通常燃料噴射制御へ切り換えられないようにすることが好ましい。
【００３０】
【発明の効果】
本発明による内燃機関の始動制御装置は、機関始動時においてスタータモータの無負荷状態を判断する判断手段と、判断手段により無負荷状態と判断されたことに基づきスタータモータの作動を停止する停止手段とを具備している。スタータモータの機関駆動トルクが不必要となる機関回転数は機関状態によって変化するが、本発明によれば、このスタータモータの無負荷状態を確実に判断して、この時に基づきスタータモータの作動を停止することができるために、機関運転状態に係らずにスタータモータの作動を必要最小限とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による内燃機関の始動制御装置を示す概略図である。
【図２】スタータモータの通電電流の変化を示すタイムチャートである。
【図３】設定期間を設定するためのマップである。
【図４】機関始動時の機関回転数の変化を示すタイムチャートである。
【図５】機関始動時の機関回転数の変化を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
２…スタータモータ
３…バッテリ
４…スタータスイッチ
５…強制開放スイッチ
【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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