(57)【要約】【課題】アイドルストップ車両等のエンジン再始動時にモータジェネレータによる始動の可否を速やかに判定しベルト切れ等の異常発生にかかわらず短時間でのエンジン再始動を可能にする。【解決手段】モータジェネレータによる始動開始から時間Ｔ１の経過時にエンジン回転数ＮＥがＮ１に達しないときはスタータモータによる始動を行う。Ｔ１でのＮＥがＮ１以上であるときにはモータジェネレータによる始動を継続し、その後時間Ｔ２までの間に完爆しないときにはスタータモータによる始動を行う。【選択図】        図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれエンジンを始動する第１、第２モータと、
前記各モータを制御する制御装置と、
エンジン回転数を検出する回転数検出装置と、を備え、
前記制御装置を、
第１モータによるエンジン始動の開始から第１基準時間が経過したときのエンジン回転数が第１基準回転数未満であるときに第２モータによる始動を開始し、第１基準時間経過時のエンジン回転数が第１基準回転数以上であるときは第１モータによるエンジン始動を継続し、
当該第１モータによる始動継続中、第２基準時間が経過するまでの間にエンジンが完爆しなかったときには第２モータによる始動を開始するように構成したことを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
前記制御装置は、第２モータによる始動開始後にエンジンが完爆しなかったときには始動を中止する請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記制御装置は、エンジン回転数が第２基準回転数（ただし第２基準回転数＞第１基準回転数）以上の状態を所定時間継続したときに完爆と判定し始動を終了する請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記第１モータはエンジン駆動により発電する機能を有するモータジェネレータ、第２モータは主としてエンジン始動に用いるスタータモータであリ、前記モータジェネレータはその発生電力を蓄える高圧電源により作動し、前記スタータモータは前記高圧電源よりも低圧のバッテリにより作動する請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記制御装置は、第１基準時間が経過したときのエンジン回転数が第１基準回転数未満であるときに、前記バッテリの電圧が基準電圧値以上であるときにのみ第２モータによる始動を開始する請求項４に記載のエンジン始動装置。
【請求項６】
前記第１モータとエンジンとはベルト・プーリ機構により相互の回転伝達が行われる請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項７】
前記第１モータによるエンジン始動の開始から第１基準時間が経過したときのエンジン回転数が第１基準回転数未満であるときには故障発生と判定する故障判定手段を備える請求項１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、エンジンとモータを併用するハイブリッド車両など、エンジンの停止と始動を頻繁に繰り返す用途に好適なエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のハイブリッド車両に適用されているエンジン始動装置には、始動専用のスタータモータの他に、モータジェネレータにエンジン始動の機能を持たせたものがある。モータジェネレータは、車両の走行または発電を行うために一般にスタータモータよりも大型のものが用いられる。そこで、車両運行中のエンジンの一時的停止状態から再始動を行う際にはモータジェネレータを用いることで速やかに始動を完了させるようにしている。
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−４１７０７号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
始動時のモータジェネレータ制御においては、そのトルク指令値が所定の判定基準値を下回った場合にエンジンが完爆したと判定している。これは、トルク指令値はモータジェネレータの力行により上昇し、その後エンジンが完爆して自力回転するとエンジントルク発生によりモータジェネレータの負荷が減少し、トルク指令値も相応に下降することによる。
【０００５】
モータジェネレータや回転伝達系の故障等により、始動クランキングを開始してからある時間が経過しても完爆しないときには、スタータモータによる始動が行われる。このとき、前記のモータジェネレータによる完爆判定に長時間を要することから、故障発生時には再始動が遅くなり、これがハイブリッド車両についてはその運転性を損なう一因となる。
【０００６】
本発明は、スタータモータによるエンジン始動を速やかに行なうことのできるエンジン始動装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【発明の概要】
本発明では、エンジン始動のために第１のモータと第２のモータとを備える。前記第１モータと第２モータは、回転検出装置により検出したエンジン始動時の回転数に応じて制御装置によりそれぞれの駆動状態を次のように制御する。
（１）第１モータによるエンジン始動の開始から第１基準時間が経過したときのエンジン回転数が第１基準回転数未満であるときに第２モータによる始動を開始する。
（２）第１基準時間経過時のエンジン回転数が第１基準回転数以上であるときは第１モータによるエンジン始動を継続する。
（３）当該第１モータによる始動継続中、第２基準時間が経過するまでの間にエンジンが完爆しなかったときには第２モータによる始動を開始する。
【０００８】
前記（１）の制御における第１基準時間と第１基準回転数は、第１モータによる始動（クランキング）でエンジンが始動可能か否かの目安としてエンジンに応じて決定された時間および回転数であり、すなわち第１基準時間が経過するまでにエンジン回転数が第１基準回転数に達しない場合は第１モータによる始動完爆は不能と判定して第２モータによる始動を開始する。
【０００９】
第１モータによる始動開始から第１基準時間が経過した時点でエンジン回転数が第１基準回転数以上であって未完爆であるときには、（２）の制御により第１モータによる始動が継続される。これは第１基準回転数以上となっていれば第１モータによる始動完爆の可能性が高いことによる。
【００１０】
また、前記第１モータによる始動継続中、第２基準時間が経過するまでの間にエンジンが完爆しないときにも（３）の制御により第２モータを使用した始動に切り換える。
【００１１】
本発明では、このように第１モータによる始動可否の基準となる第１基準回転数および第１基準時間を設定して、第１モータによる始動を継続するかもしくは第２モータによる始動を開始するかを判定するようにしたので、第１モータの回転伝達系の異常等の発生にかかわらず最小限の時間でエンジンを再始動することが可能である。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。これは、信号待ち等の一時停止・発進時に自動的にエンジンの停止・再始動を行うようにしたいわゆるアイドルストップ車両のエンジンに本発明を適用した実施形態である。図１にそのエンジンシステムを示す。図において、１はエンジン本体、２はモータジェネレータ、３はスタータモータ、４はコントローラである。
【００１３】
モータジェネレータ２は、ベルト・プーリ機構５によりエンジン１に連接されており、エンジン駆動により発電機として機能すると共に、力行制御時の発生トルクによりエンジン１を始動する始動電動機としても機能する。モータジェネレータ２は、インバータ６を介して高圧電源としての第１バッテリ７との間で電力の授受を行う。スタータモータ３はエンジン始動専用であり、比較的低圧の第２バッテリ８を電源として作動する。本発明との関係では、モータジェネレータ２が第１モータ、スタータモータ３が第２モータに相当する。
【００１４】
コントローラ４は、ＣＰＵおよびその周辺装置からなるマイクロコンピュータにより構成されており、エンジン運転状態を代表する各種の信号によりエンジン１の燃料噴射量、点火時期、スロットル開度、モータジェネレータ２の充放電の制御および本発明に係るアイドルストップ制御などエンジン１を総合的に制御する制御装置である。９はバッテリコントローラであり、第１バッテリ７の電圧、電流を監視してその充電状態（ＳＯＣ）を前記充放電制御のためにコントローラ４に供給する。
【００１５】
アイドルストップ制御に関して、コントローラ４には車両の走行状態を判定するための信号として、車速センサ１０からの車速信号、ブレーキセンサ１１からのブレーキ作動信号、アクセルセンサ１２からのアクセルペダル操作量信号、水温センサ１３からのエンジン冷却水温信号が入力する。アイドルストップ制御の手法は各種知られているが、前記構成においては、アクセルオフ、車速ゼロ、ブレーキ作動、水温基準値以上の条件がすべて成立したときにエンジン停止、その状態からブレーキ解放またはアクセルペダル踏み込みによりエンジン再始動を行う。
【００１６】
図２はコントローラ４によって実行されるアイドルストップ制御の概要を示した流れ図である。この制御は例えば１０ｍｓ毎に周期的に実行されるものとする。なお、以下の説明および流れ図中で符号Ｓは処理ステップを表している。この制御ではまずＳ１にてエンジンがアイドルストップ中か否かを判定し、停止中であればＳ３にてアイドルストップ解除要求の有無を判定するために前述のセンサ信号による条件検出を行う。次いでＳ３にてアイドルストップ解除要求の条件が成立しているか否かを判定し、成立している場合にはＳ５にて再始動のための始動制御（詳細は図３、図４を用いて後述する）を開始する。Ｓ５にてアイドルストップ解除要求の条件不成立のときには何もせずに今回の処理を終了する。
【００１７】
Ｓ１にてアイドルストップ中ではない、つまりエンジン運転中と判定された場合にはＳ２に移り、エンジン停止禁止フラグのセット状態を判定する。これは、ベルト・プーリ機構でベルト切れ等の異常が発生している状態下でエンジンを停止してしまうと、その後エンジン始動ができなくなるおそれがあることから、このエンジン停止禁止フラグがセットされている場合には以降の処理を迂回して、今後仮にエンジン停止要求条件が成立したとしてもエンジン停止を行なわないようにするためである。エンジン停止禁止フラグがセットされていないときには、Ｓ４にてアイドルストップ要求の有無を判定するためにセンサ信号から運転条件を検出し、Ｓ５にてアイドルストップ要求の条件が成立しているか否かを判定する。アイドルストップ要求の条件が成立しているときにはＳ８にてアイドルストップ処理を行い、成立していないときには何もせずに今回の処理を終了する。
【００１８】
図３は前記Ｓ５におけるアイドルストップ状態からの始動制御の詳細を示した流れ図、図５はこの制御に係るタイミング図である。ここで、以下の処理で使用するタイマについて説明する。この制御では始動開始からの経過時間を示すタイマ値としてＴ１、Ｔ２（ただしＴ１＜Ｔ２）、完爆判定のためのタイマ値としてＴ３をそれぞれ適用する。これらはカウントダウンタイマであり、処理周期が１０ｍｓであるところから、初期値から１単位減じる都度に１０ｍｓずつ減算される。それぞれの初期値は例えばＴ１＝５０（５００ｍｓ）、Ｔ２＝３００（３ｓｅｃ）、Ｔ３＝１０（１００ｍｓ）であり、これらはアイドルストップによるエンジン停止の都度に初期化される。
【００１９】
図３において、アイドルストップ解除条件（図２のＳ３、Ｓ５）の成立によりエンジン始動が要求された場合、当初はスタータモータ３によるエンジン始動（以下「スタータ始動」という。）は許可されていないので、Ｓ１０からＳ１１へと進み、モータジェネレータ２に力行指令が出力されて、モータジェネレータ２によるエンジン始動が開始される。次のＳ１３はベルト・プーリ機構５でのベルト切れや滑り等の異常の有無を判定する処理（以下「ベルト判定」という。）であリ、その詳細を図４に示す。
【００２０】
図４において、まずＳ３０にてＴ２が初期値（Ｔ２＝３００）であるか否かを判定し、初期値であればＳ３１にて前記ベルト判定を許可状態とし、次のＳ３２での条件分岐によりＳ３３以降のベルト判定処理に移行させる。
【００２１】
ベルト判定許可状態は、後のＳ３８にてベルト判定終了とされるまで維持されるので、当該終了状態となるまではＳ３３以降の処理により、ベルト異常の有無の判断基準となるタイマ値Ｔ１を減算し、次いでＳ３４にてＴ１が０になったか否か、つまりこの場合始動開始から５００ｍｓが経過したか否かの判定の処理を繰り返す。Ｓ３４にてＴ１＝０となるのは、この時点までにエンジンが完爆しなかった場合であり、これはベルト切れやベルト滑り等の異常発生が予測される場合としてＳ３５以下の処理に移行する。なお図５はこのベルト異常時のエンジン回転数の変化を示している。
【００２２】
Ｓ３５とＳ３６の条件判断により、エンジン回転数ＮＥが第１基準回転数Ｎ１以上であるとき、またはスタータモータ９の電源である第２バッテリ８の電圧ＶＢが基準電圧Ｖ１未満であるときにはＳ３８に移行してベルト判定終了状態とし、Ｔ１を初期化して図３の流れに戻る。つまり、Ｔ１経過時点でエンジン回転数が第１基準回転数以上であり、またはバッテリ８の電圧が不十分であるときには、モータジェネレータ２によるエンジン始動が継続されることになる。
【００２３】
ただし、ＮＥ＜Ｎ１かつＶＢ≧Ｖ１であるときには、Ｓ３７にてエンジン停止禁止フラグをセットすると共にスタータモータ３による始動を許可し、その後ベルト判定終了状態として図３の流れに戻る。すなわち、Ｔ１経過時点でエンジン回転数が第１基準回転数未満でありかつバッテリ電圧が十分であるときには、図２のＳ２の処理により以後のアイドルストップ制御によるエンジン停止を禁止するように図ると共に、スタータモータ３によるエンジン始動へと切り換えるものとする。
【００２４】
図３に戻って、前記Ｓ１３でのベルト判定に次いで、Ｓ２５にてスタータ始動許可条件か否かを判定する。図４について説明したように、始動開始の当初から少なくともＴ１が経過するまではスタータ始動許可とはならないので、次のＳ１４に進み、タイマ値Ｔ２を１単位減算する。次いで、Ｓ１５〜Ｓ１８の処理により、タイマ値Ｔ３を用いて完爆判定を行う。すなわちエンジン回転数ＮＥが完爆判定の基準となる第２基準回転数Ｎ２以上の状態を基準時間Ｔ３以上継続すればＴ３＝０となってＳ１９以降の処理に移り、継続しない場合はＴ３を初期値に維持したままＳ２０以降の処理に移る。始動開始からＴ１までにエンジンが始動完爆すれば、Ｓ１９にてエンジン停止禁止フラグをリセット、Ｓ２３にて始動要求を解除、さらにＳ２４にてタイマ等の再初期化処理を行う。Ｓ２４での再初期化処理では、モータジェネレータ２およびスタータモータ３をＯＦＦとし、Ｔ２とＴ３を初期値に戻す。
【００２５】
完爆に至らない場合、まずＳ２０にて第２基準時間Ｔ２の経過の有無を判定する。当初はＴ２が経過していないのでＳ２１以降を迂回して今回の処理を終了し、ルーチンの当初に戻る。この時点ではスタータ始動許可となっていないので、Ｓ１０に戻ると以下のＳ２０までの処理により、エンジンが完爆するかもしくはＴ２が経過するまでモータジェネレータ２による始動クランキングが継続される。Ｔ２までに完爆すればＳ１９以降の終了処理がなされ、Ｔ２までに完爆しなかった場合にはＳ２１に進む。ここまでの処理は、Ｓ１３のベルト判定（図４）においてスタータ始動許可状態とされないままＳ２５に戻ったときに行われる処理であるから、次のＳ２１の条件判定からＳ２２へと進んでスタータ始動許可状態としたうえで、Ｓ２４にて再初期化処理し、ルーチンの当初に戻る。
【００２６】
次回以降の処理では、Ｓ１０にてスタータ始動許可状態と判定されることから、Ｓ１２にてスタータモータ３が起動され、スタータモータ３によるエンジン始動が開始される。スタータモータ起動の後は、Ｓ１４以降の処理により、その時点からＴ２が経過するまでの間に完爆すればＳ１８〜Ｓ２３の処理により始動を終了し、もし完爆しなかった場合にはＳ１８〜Ｓ２１〜Ｓ２３と進んで始動を中断する。
【００２７】
既述したＳ１３のベルト判定の処理において、第１基準時間が経過した時点でエンジン回転数ＮＥが第１基準回転数Ｎ１に達しておらず、かつバッテリ電圧ＶＢが基準電圧Ｖ１以上であるとき、つまりベルト異常発生時にはスタータ始動許可状態で図３のＳ２５に戻る。この場合は、Ｓ２５での判定により直接にＳ２４の再初期化を実行したのちルーチンの当初に戻る。この場合も、Ｓ１０にてスタータ始動許可状態と判定されることから、Ｓ１２にてスタータモータ３が起動され、スタータモータ３によるエンジン始動が開始される。
【００２８】
この制御によれば、モータジェネレータ２による始動開始からある時間Ｔ１が経過するまでのあいだに、エンジン回転数が始動可能なクランキング回転数Ｎ１に達したか否かを判定し、ベルト切れ等の異常によりＮ１に達しない場合にはスタータモータ３への始動へ切り換えるので、異常発生時においてもエンジン始動を短時間で行うことができる。また、Ｔ１経過時点でのエンジン回転数がＮ１以上となっている場合にはそのままモータジェネレータ２による始動を継続するので、正常時はもちろん、軽いベルトスリップ程度の条件下ではモータジェネレータ２のみで始動を完了させることができる。また、この実施形態ではスタータモータ３の電源であるバッテリ８の電圧が十分であるときにのみスタータモータ３を起動するようにしているので、スタータ始動の迅速性および確実性をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用したエンジンの一実施形態の概略構成図。
【図２】本発明の実施形態の制御動作内容を表す第１の流れ図。
【図３】本発明の実施形態の制御動作内容を表す第２の流れ図。
【図４】本発明の実施形態の制御動作内容を表す第３の流れ図。
【図５】本発明の実施形態の制御に係るタイミング図。
【符号の説明】
１    エンジン本体
２    モータジェネレータ（第１のモータ）
３    スタータモータ（第２のモータ）
４    コントローラ（制御装置）
５    ベルト・プーリ機構
６    インバータ
７    第１バッテリ
８    第２バッテリ
９    バッテリコントローラ
１０    車速センサ
１１    ブレーキセンサ
１２    アクセルセンサ
１３    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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