(57)【要約】【課題】エンジンと自動始動用モータとを連接するベルト・プーリ機構のベルト切れを回転センサを用いることなく診断する。【解決手段】エンジン１の運転中にモータ３への電力供給を行い、この時のバッテリ６の電圧を監視する。ベルト切れ時にはモータ３はエンジン１に駆動されることなく自立回転を開始し、このとき電圧が低下するため、バッテリ電圧を判定基準値と比較することでベルト切れと判定することができる。【選択図】        図１
2004204814.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンに始動トルクを供給するモータと、
モータの回転をエンジンに伝達する回転伝達装置と、
モータに電力を供給する電源と、
電源からモータへの電力供給を制御する始動制御装置と、
エンジン運転中にモータへの電力供給を行い、この時のモータ−電源間の電気的特性に基づいて前記回転伝達装置の異常の有無を判定する診断装置と
を備えたことを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
車両に搭載されたエンジンに始動トルクを供給するモータと、
モータの回転をエンジンに伝達する回転伝達装置と、
モータに電力を供給する電源と、
車両停止時にエンジンを停止させ、車両発進時にエンジンを始動するエンジン自動停止・再始動制御装置と、を備えた車両において、
エンジン運転中にモータへの電力供給を行い、この時のモータ−電源間の電気的特性に基づいて前記回転伝達装置の異常の有無を判定する診断装置
を備えたことを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項３】
前記診断装置は、前記電気的特性として電力供給時の電源電圧を検出し、前記電源電圧が判定基準値よりも低いときに異常発生と判定する請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記回転伝達装置は、ベルト・プーリ機構である請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記モータはブラシレスモータからなり、回転伝達装置は前記モータとエンジンとを常時回転伝達可能に連接している請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項６】
前記回転伝達装置はモータへの電力供給時に締結される電磁クラッチを備え、ブラシ付DCモータからなるモータの回転をクラッチ接続時にエンジンに伝達するようにした請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項７】
前記診断装置は、車両走行中に車両の質量、車速変化、駆動力に基づいて車両停止時期を推定し、当該推定した車両停止時期から異常判定に要する時間以前の所定時期に異常判定を開始するようにした請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項８】
前記エンジンは、所定の停止条件成立時にエンジンを停止させ、所定の始動条件成立時に前記始動制御装置を介してエンジンを始動するエンジン自動停止・再始動制御装置を備える請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項９】
前記診断装置は、エンジン運転中に前記所定の停止条件が成立する時期を推定し、当該停止条件成立時期から異常判定に要する時間以前の所定時期に異常判定を開始するようにした請求項８に記載のエンジン始動装置。
【請求項１０】
前記エンジン自動停止・再始動制御装置は、診断装置が異常発生と判定したときにはエンジンの自動停止を行わないようにした請求項２または請求項８に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はエンジンの始動装置に関し、特に始動のためのモータとエンジンとを連接する回転伝達装置の異常を診断する機能を備えた始動装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの始動装置として、特許文献１に示したようなものが知られている。これはエンジンの始動と停止を頻繁に繰り返すハイブリッド車両等に適用されるもので、スタータモータの回転をベルトによりエンジンに伝達して始動を行うようになっている。この種の始動装置では車両の運行中に停止したエンジンを速やかに再始動する必要があるので高い信頼性が求められる。このため前記従来の装置ではベルトの異常をスタータモータとエンジンの回転数差から検出するようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−１６５０１９号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって前記従来の装置では、回転数差を検出するためにエンジンのみならずスタータモータにも回転数センサを設ける必要があり、このために装置が複雑化しコストも高いものとなる。
【０００５】
【発明の概要】
本発明では、エンジンに始動トルクを供給するモータ、モータの回転をエンジンに伝達する回転伝達装置と、モータに電力を供給する電源、電源からモータへの電力供給を制御する始動制御装置を備えたエンジン始動装置において、エンジン運転中にモータへの電力供給を行った時のモータ−電源間の電気的特性に基づいて前記回転伝達装置の異常の有無を診断する。
【０００６】
前記構成において、例えば前記電気的特性として電力供給時の電源電圧または電流量を検出し、前記電源電圧または電流量を判定基準値と比較することで異常発生の有無を判定することができる。
【０００７】
本発明によれば、このようにエンジン運転中にモータに電力供給したときのモータ−電源間の電気的特性に基づいて回転伝達装置の異常を判定するようにしたことから、回転センサ等の高価な装置を用いることなくベルト切れ等の異常の有無を診断することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明を適用したエンジン自動・停止制御装置を備えた車両システムの機械的構成を示している。
【０００９】
図において、エンジン１には通常始動用のスタータモータ２と自動始動用のモータ３とが備えられている。スタータモータ２は、車両の運行開始時やモータ３による始動に失敗したときに運転者のスタータスイッチ操作によりエンジン始動するためのものである。これに対して自動始動用のモータ３はエンジン自動停止後の再始動のためのものである。すなわち、エンジン１はコントロールユニット４により運行中の信号待ち等による停車時に自動停止され、自動停止された状態からの発進時には前述のモータ３により自動始動される。
【００１０】
エンジン自動始動用モータ３は、回転伝達装置５を介してエンジン１に連接されている。この実施形態では、回転伝達装置５は、モータプーリ５ａ、ベルト５ｂ、クランクプーリ５ｃからなるベルト・プーリ機構で構成されている。モータ３の回転は前記回転伝達装置５を介して所定の減速比でエンジンクランク軸に伝達され、エンジン１の再始動が行われる。モータ３および回転伝達装置５は、エンジン１のアイドル回転数までは無負荷でも回転上昇しないが、エンジンの始動に必要十分なトルクを得ることはできるようになっている。
【００１１】
一般に、モータ３としてブラシ付DCモータを適用する場合には、ブラシの磨耗を抑えるために回転伝達装置５に電磁クラッチを備え、モータ回転をエンジン１に伝達するときにのみ電磁クラッチを接続するように構成される。モータ３として同期電動機のようなブラシレスモータを適用する場合にはモータ３とエンジン１は常に連動回転するように構成される。
【００１２】
モータ３には電源としてのバッテリ６から電力が供給される。この電力供給は、コントロールユニット４によりエンジンの再始動時および回転伝達装置５の異常判定時に行われる。コントロールユニット４は、マイクロコンピュータおよびその周辺装置からなり、本発明の始動制御装置またはエンジン自動停止・再始動制御装置および異常判定装置の機能を備えている。コントロールユニット４には、電圧センサ１１からのバッテリ電圧信号、アクセルセンサ１２からのアクセル操作量信号、ブレーキセンサ１３からのブレーキ操作量信号、車速センサ１４からの車速信号、イグニッションスイッチ１５からの起動状態信号に基づいて、エンジン１の自動停止・自動始動および回転伝達装置５の診断を行う。
【００１３】
図２に前記コントロールユニット４により実行されるエンジン自動停止・再始動制御と診断の処理手順を示す。また、図３，４に前記処理手順を実行したときのタイミングチャートを示す。図３は正常判定時、図４は異常判定時の状態を表している。
【００１４】
この処理では、車両が運行中に停止したときにエンジンを自動停止し、その状態から発進するときにエンジンを自動始動するいわゆるアイドルストップ車両を前提として、当該アイドルストップ制御の過程でエンジン運転中に停車時期を予測して事前にベルト切断等の異常判定を行う。図および以下の説明において符号Sは処理ステップ番号である。
【００１５】
図２において、まずS10にてイグニッションスイッチ１６の状態を判定し、イグニッションスイッチ１６がONでエンジン運転中であることを条件にS20以下を一定周期で実行する。S20,S30,S40にてそれぞれアクセル操作量Qa、ブレーキ操作量Fba、車速Vsをそれぞれ検出し、S50にて前記検出結果に基づいて駆動力Fを演算する。次式１はこのための演算式の一例である。
【００１６】
【式１】
F＝(Te×Gt×Gf×R)−Fb
ただし、Te：エンジントルク
Gt：変速機ギア比
Gf：ファイナルギア比
R ：タイヤ動半径
Fb：ブレーキ制動力  である。
【００１７】
エンジントルクTeは、車両駆動系の総減速比Gt×Gf、タイヤ動半径R、車速Vsの関係から求まるエンジン回転数と、アクセル操作量Qaの関数として、またブレーキ制動力Fbはブレーキ操作量Fbaの関数として、それぞれ決定することができる。前記の関係を演算して求める代わりに、前記各検出量をパラメータとして駆動力を与えるように予め形成したマップを検索することで駆動力Fを得るようにしてもよい。減速時の制御においてはアクセル操作量は常にゼロになるとみなせば、エンジントルクTeは回転数のみの関数として表すこともできる。
【００１８】
次いで、S60にて現時点から車両が減速して停止するまでの時間ΔTを前記駆動力Fと車速Vを用いて推定する。次式２はこのための演算式である。
【００１９】
【式２】
ΔT＝M(Vo −V)／F
ただし、M ：車両質量
Vo：目標車速(=0km/h)
V ：現車速  である。
【００２０】
目標車速Voは、ここでは停止までの時間を求めるのでVo=0となる。ΔTもマップ検索により求めるようにすることができる。
【００２１】
ここで、式２中のM(Vo −V)の項は車両が走行している場合には負の値をとるので、現在の駆動力が負の値をとる場合、つまりブレーキ制動力Fbがエンジン駆動力Fより大きい場合またはエンジンブレーキ作用によりエンジン駆動力Fそのものが負となる場合には、ΔTは正の値をとる。
【００２２】
次いで、S70にて前記推定した停止までの時間ΔTが、ある所定時間以下となったか否かを判定する。前記所定時間としては、コントロールユニット４が回転伝達装置５の診断を完了するのに要する時間に所要の余裕時間を加えた値を設定する。所定時間以下に達するまでは前記S20〜S70の処理を繰り返す。
【００２３】
このように所定時間として、コントロールユニット４が回転伝達装置５の診断を完了するのに要する時間に所定の余裕時間を加えた値を設定することで、診断の結果、回転伝達装置５が正常であり、アイドルストップ条件成立時にはエンジン停止を早く行うことができるので、エンジン１を停止することのできる期間を長くすることができる。また、上述のように所定時間を設定することで、今後停止（車速＝０km/h）する可能性の高いときに回転伝達装置５の診断を行うので、むやみにモータ３に対して通電することがなく、バッテリ６の消費電力を少なくすることができる。
【００２４】
ΔTが所定時間以下となったときには、次いでS80にてモータ３に駆動電流を通電すると共に、通電時間を規律するタイマを起動する（図３，４の▲１▼,▲２▼点）。S90では、バッテリセンサ１１からのバッテリ電圧を検出し、S100にてバッテリ電圧が判定値以下であるかどうかを判定する。S110ではS80で起動したタイマが所定時間経過を示しているか否かを判定し、経過するまではS80に戻りモータ３への通電を継続する。
【００２５】
S100の判定においてバッテリ電圧が判定電圧以下となっている場合はベルト切れ等の異常が発生したものと判定して（図４の▲３▼−▲５▼点）、S130にてモータ３への通電を終了すると共に（図４の▲７▼点）、回転伝達装置５の異常発生下でのエンジン自動停止を禁止するための準備としてS140にてアイドルストップ禁止フラグをオンにセットしてからS150以下のアイドルストップ制御の処理に移る。S100にて前記異常判定がなされないままS110でのタイマ設定時間が経過した場合は回転伝達装置５に異常は発生していないと判定できるので、S120にてモータへの通電を終了すると共にアイドルストップ禁止フラグをオフにリセットしてS150以下に移る（図３の▲３▼〜▲６▼点）。
【００２６】
ここで、前記バッテリ電圧降下による異常判定の考え方を説明する。まずモータ3としてブラシ付DCモータを適用した場合について説明する。診断時にはエンジンは自律回転を行っている状態であるので、ベルト等に異常がないとすれば、モータ３はエンジンにクラッチを介して接続され、エンジンに連れ回されて磁気回路的なモータ３の力行限界を超えた回転数で回転を開始することとなる（図３の▲３▼点）。このときのモータ３の電力面での特性は、次式３の関係で表される。
【００２７】
【式３】
Ea＝Ra×Ia＋Eb，Ia=(Ea−Eb)／Ra
ただし、Ea：バッテリ電圧
Ra：巻線抵抗
Ia：電流値
Eb：逆起電圧  である。
【００２８】
前記逆起電圧Ebはモータ回転数と比例関係にあり、診断時のバッテリ電圧Eaでの磁気回路上の力行可能回転数を大きく超えた回転数でモータ３が回された場合、バッテリ電圧Ea＜逆起電圧Ebとなるため、モータ系での消費電流Iaがマイナスの値となり、バッテリに対して電力の供給を行うためバッテリ電圧の降下は起こさない。また、診断時のバッテリの電圧での磁気回路上の力行可能回転数を超えてはいるものの、値として近い回転数で回転を行っており逆起電圧Ebがバッテリ電圧Eaを超えない場合でも、バッテリ電圧Eaが逆起電圧Eb以下の電圧となることは無く、モータ３による電流Iaは少ないため、大幅な電圧の降下は発生しない。
【００２９】
これに対して、ベルトが切断している場合は、モータ３にはエンジンの発生トルクが伝達されないため、0回転より診断実施時のバッテリの電圧での磁気回路上の力行可能回転数まで、力行を行う事となる（図４の▲３▼−▲７▼点）。そのため、モータ３は内部メカフリクション分、回転ロータの慣性モーメント分、磁気回路損失分、巻線抵抗分を相殺するための電力を消費することとなるので、バッテリ電圧の降下が発生する（図４の▲４▼点）。
【００３０】
このときの電圧降下量Ecは次式４の関係で表される。
【００３１】
【式４】
Ec＝Ea−[Rb×｛(Ea−Eb)／Ra｝+Ic]
ただし、Rb：バッテリ内部抵抗
Ib：モータ消費電流
Ic：システム消費電力  である。
【００３２】
この場合、バッテリ電圧Eaが、0回転からモータが力行した場合の電圧降下後電圧Ecまで低下した場合に、ベルト切断等によりモータ動力をエンジンに伝達できない異常が発生したと判定することができ、すなわち電圧センサ１１のみで異常発生を判定することが可能となる。
【００３３】
モータ３として同期電動機を用いた場合にも前記と同様の考え方で異常判定を行うことができる。すなわち、ベルトが正常であるとすると、診断時には磁気回路的なモータの力行限界を超えた回転数でモータが回転している状態でモータに対して診断用の通電を開始することとなる。このため、消費電流Iaがマイナスまたは0に近い値で、モータの力行を行う要求が発生するため、モータの電流制御を行う電源装置が励磁を行うことができずバッテリとモータを遮断するように制御を行う。そのためモータによる電圧降下は発生しない。
【００３４】
これに対して、ベルトが切断している場合は、ブラシ付DCモータの場合と同様に、0回転より診断実施時のバッテリの電圧での磁気回路上の力行可能回転数まで、力行を行うこととなる。そのため、モータは内部メカフリクション分、回転ロータの慣性モーメント分、磁気回路損失分、巻線抵抗分の電力を消費することとなり、バッテリ電圧の降下が発生する。
【００３５】
なお、無負荷でのモータの消費電流Ibは、先に挙げた関係から次式５のように表される。
【００３６】
【式５】
Ib=[(Ea−Eb)／Ra]
この関係から、モータは慣性を打ち消して回転上昇を行っている最中は逆起電圧が低いため必要な電流の量も多くなり電力消費量が多くなり、またこのIbがモータの内部フリクション相当のトルクを発生するのに要する電流量となった場合には無負荷でのモータの回転数が飽和する。これにより、無負荷状態で回転数が飽和するまで上昇した場合は電流量が減少するため、回転飽和前の電力消費の大きい時期にS100の判定を行うことがより好ましといえる。また、前記の関係から、モータ３とバッテリ６との間の電流量により異常判定を行うことも可能である。
【００３７】
図２に戻り、S150以下のアイドルストップ制御について説明すると、S150〜S170にてそれぞれアクセル操作量、ブレーキ操作量、車速を検出する。次いでS180にてアイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する。アイドルストップ条件の判定論理は種々知られているが、通常はアクセル操作量が所定値未満、ブレーキ操作量が所定量以上、車速＝0km/hの全条件が成立した場合であり、このときエンジン停止を行う。
【００３８】
ただしこの制御では、前記アイドルストップ条件成立時であっても、S190にてS140によるアイドルストップ禁止フラグの状態を調べ、フラグがオンの場合にはアイドルストップを禁止してS20へ戻る（図４の▲６▼点）。この処理によりエンジンは運転状態が継続し、ベルト切れ等の異常が発生した状態でエンジン停止して事後の再始動が不能になる事態が回避される。前記アイドルストップ禁止フラグがオフであれば、これは回転伝達装置５が異常なく機能する場合であるので、通常のアイドルストップ制御の手順としてS200にてエンジンを停止させる（図３の▲７▼−▲９▼点）。次いで、S210にてアイドルストップ解除条件が成立するのを待ち、成立したときにS220にてモータ３を駆動してエンジン再始動を行い、制御ルーチンの当初(S10)に戻る。前記アイドルストップ解除条件としては、例えばアクセル操作量が所定値以上、ブレーキ操作量が所定量未満、車速が所定値以上のいずれかである。
【００３９】
ところで、減速中の駆動力Fは、ドライバの操作によるブレーキ操作量が変わった場合にはブレーキ制動力の変化に伴い変化する。そこで、例えば運転者が停止前にブレーキ操作量を増やし診断が完了する前に車速が0となった場合は、診断完了を待ってエンジンの自動停止を行うこととする。また、車両停止前にブレーキを緩めた場合は、診断を開始し、再度診断不要な停止推定時間となるまでは診断を行わずにエンジンの自動停止を行うようにする。
【００４０】
上記実施形態は本発明をアイドルストップ車両に適用した例を示しているが、これに限られず本発明は例えば発電用の定置式エンジンなど所定の条件下で始動と停止を自動制御するように構成されたエンジンシステムに広く適用して、その作動の信頼性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明をアイドルストップ車両のエンジンに適用した一実施形態の機械的構成を示す概略図。
【図２】前記実施形態の制御内容を示す流れ図。
【図３】前記制御の結果を示す第1のタイミングチャート。
【図４】前記制御の結果を示す第2のタイミングチャート。
【符号の説明】
１    エンジン
３    モータ
４    コントロールユニット
５    ベルト・プーリ機構（回転伝達装置）
５ａ  モータプーリ
５ｂ  ベルト
５ｃ  エンジンプーリ
６    バッテリ（電源）
１１    電圧センサ
１２    アクセルセンサ
１３    ブレーキセンサ
１４    車速センサ
１５    エンジン回転センサ
【図１】
2004204814.tif 000003
【図２】
2004204814.tif 000004
【図３】
2004204814.tif 000005
【図４】
2004204814.tif 000006