(57)【要約】【課題】簡素な１８０°通電のフルデューティ方式を踏襲することで安価なままであって、さらに始動時のトルク抑制が可能となり過剰なベルト耐量が不要になり、またエンジン再始動までの時間の短縮してもたつき感を防止可能であって、特にアイドルストップ装置に好適に使用可能なエンジン始動システムを提供する。【解決手段】エンジン１１と、モータ１２と、モータ１２の動力をエンジン１１に伝達する伝達手段１３と、エンジン始動条件が成立したか否かを判断するエンジン始動条件成立判断手段と、エンジン始動条件が成立した場合に、モータ１２に界磁電流を供給する界磁電流供給手段と、界磁電流を検出する界磁電流検出手段１２ｄと、検出された界磁電流がエンジンを始動するのに十分なトルクを発生可能な界磁電流に達したか否かを判断する判断手段と、達したと判断された場合にモータに三相交流電流を供給する交流電流供給手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンと、
モータと、
前記モータの動力を前記エンジンに伝達する伝達手段と、
エンジン始動条件が成立したか否かを判断するエンジン始動条件成立判断手段と、
エンジン始動条件が成立した場合に、前記モータに界磁電流を供給する界磁電流供給手段と、
前記界磁電流を検出する界磁電流検出手段と、
検出された界磁電流が前記エンジンを始動するのに十分なトルクを発生可能な界磁電流に達したか否かを判断する判断手段と、
達したと判断された場合に、前記モータに三相交流電流を供給する交流電流供給手段と、
を備えるエンジン始動システム。
【請求項２】
前記界磁電流検出手段は、前記界磁電流の通電開始からの経過時間に基づいて界磁電流を推定する手段である、
ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動システム。
【請求項３】
前記伝達手段はベルトである、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン始動システム。
【請求項４】
前記エンジン始動条件成立判断手段は、
（１）エンジン水温＜所定値
（２）車速＞所定値
（３）アクセルペダル開度＞所定値
（４）エアコン作動
（５）バッテリＳＯＣ＜所定値
（６）ブレーキマスターバック負圧＜所定値
のうちの少なくともいずれかが成立した場合に、エンジン始動条件が成立したと判断する、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジン始動システム。
【請求項５】
前記モータは、始動時にはエンジンを始動するとともに、エンジン始動後はエンジンによって駆動されて発電を行うオルタネータである、
ことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のエンジン始動システム。
【請求項６】
エンジンと、
モータと、
前記モータの動力を前記エンジンに伝達する伝達手段と、
を備えるエンジンの始動方法であって、
エンジン始動条件が成立したか否かを判断するエンジン始動条件成立判断行程と、
エンジン始動条件が成立した場合に、前記モータに界磁電流を供給する界磁電流供給行程と、
前記界磁電流を検出する界磁電流検出行程と、
検出された界磁電流が前記エンジンを始動するのに十分なトルクを発生可能な界磁電流に達したか否かを判断する判断行程と、
達したと判断された場合に、前記モータに三相交流電流を供給する交流電流供給手行程と、
を備えることを特徴とするエンジン始動方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の運転条件に応じてエンジンの停止及び再始動を行う、いわゆるアイドルストップ装置に特に好適に使用可能なエンジン始動システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両の運転条件に応じてエンジンの停止及び再始動を行う、いわゆるアイドルストップ装置が知られている（特許文献１参照）。このようなアイドルストップ装置のひとつとして、エンジンクランク軸からベルト駆動されるクローポール型オルタネータに、インバータ駆動装置を付加することでスタータとしてのモータ動作機能をも持たせた廉価なシステムがある。ところでクローポール型オルタネータをモータとして機能させると、ロータの界磁を立ち上げるのに時間がかかる。そこで、エンジンを始動させるときには、まずロータヘ界磁電流を流して界磁を立ち上げた後に、ステータに電流を流すことで、エンジンを回転させるための所望のトルクを出力するようにしている。また、モータ動作時のインバータの制御方式は、オルタネータ構造を転用するため、界磁電流の直流制御と三相交流の制御とを独立で制御可能な方式とし、三相交流も１８０°通電のフルデューティ方式による簡素な制御方式をベースとしている。
【特許文献１】特開２００１−３５５４８０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前述した従来のアイドルストップ装置においては、フルデューティ方式でモータを制御し、最大トルク運転を行っている。そのため、エンジン始動時には本来始動に必要とするよりも過大なトルクが発生してしまう。そのため、エンジンとモータと巻き回されているベルトの耐量を大きいものとしなければならない。これを回避するには、例えば定格の小さいモータを使用して最大発生トルクを少なくすることが考えられる。しかし、そのようにすると、オルタネータとして機能するときの発電量が少なくなってしまい、必要な発電トルクが得られなくなってしまう。このように発電トルクとエンジン始動時の駆動トルクとの両立は困難である。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、簡素な１８０°通電のフルデューティ方式を踏襲することで安価なままであって、さらに始動時のトルク抑制が可能となり過剰なベルト耐量が不要になり、特にアイドルストップ装置に好適に使用可能なエンジン始動システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、エンジン（１１）と、モータ（１２）と、前記モータの動力を前記エンジンに伝達する伝達手段（１３）と、エンジン始動条件が成立したか否かを判断するエンジン始動条件成立判断手段（ステップＳ２１）と、エンジン始動条件が成立した場合に、前記モータに界磁電流を供給する界磁電流供給手段（ステップＳ３２）と、前記界磁電流を検出する界磁電流検出手段（１２ｄ）と、検出された界磁電流が前記エンジンを始動するのに十分なトルクを発生可能な界磁電流に達したか否かを判断する判断手段（ステップＳ３３）と、達したと判断された場合に、前記モータに三相交流電流を供給する交流電流供給手段（ステップＳ３４）とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、エンジン始動条件が成立した場合にモータに界磁電流を供給し、その界磁電流がエンジンを始動するのに十分なトルクを発生可能な界磁電流に達したときは、モータに三相交流電流を供給するようにしたので、発生トルクの最大値を小さくすることができ、ベルト耐量が大きなベルトを使用しなくてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。
【０００９】
図１は本発明によるエンジン始動システムの一実施形態を示す図である。
【００１０】
エンジン始動システム１は、エンジン１１と、モータ１２と、ベルト１３と、インバータ１４と、アイドルストップ判定コントローラ１５と、電源１６とを備える。
【００１１】
インバータ１４は、界磁電流を生成する界磁電流生成部１４ａと三相交流電流を生成する三相交流生成部１４ｂとを備える。インバータ１４は、モータ１２のロータヘ界磁電流を流して、モータ１２のステータに三相交流電流を流す。
【００１２】
モータ１２はインバータ１４で制御された界磁電流及び三相交流電流によって、力行運転、発電（回生）運転、三相短絡運転を行う。このような運転を行うために、モータ１２は回転速度及びロータ位置を検出する回転センサ１２ｃと、界磁電流センサ１２ｄとを備えている。
【００１３】
ベルト１３は、モータ軸１２ｂに取り付けられたプーリ１２ａと、エンジン１１のクランクプーリ１１ａとに巻き回されている。エンジン再始動にはモータ１２の回転動力をエンジン１１に伝達し、発電時にはエンジン１１の回転動力をモータ１２に伝達する。
【００１４】
アイドルストップ判定コントローラ１５は、エンジン水温信号、車速信号、アクセルペダル開度信号、Ａ／Ｃ（エアコン）作動状況信号、バッテリＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ  ｏｆ  Ｃｈａｒｇｅ）信号、ブレーキマスタバック負圧信号、インバータ温度信号、モータ温度信号をセンサから直接又はそれらの信号をモニタするコントローラから通信（ＣＡＮやＳＣＩ等）経由で受信し、エンジン停止、エンジン再始動、発電開始判定を行う。
【００１５】
なお、本実施形態では、理解を容易にするために、アイドルストップ判定コントローラ１５として専用コントローラを図示しているが、それに限られることなく、例えば、インバータに内蔵したり、エンジンコントローラに内蔵してもよいということは言うまでもない。
【００１６】
電源１６は車載電源である１２Ｖ系のバッテリである。
【００１７】
なお、上記では、モータ１２に設けた界磁電流センサ１２ｄによって界磁電流の大きさを検出しようとしているが、事前に通電開始からの界磁電流の時間に対する立上がり特性を測定しておき、その特性をデータとして内蔵し、界磁電流の通電開始からの経過時間で通電電流値を推定することでモータ１２に界磁電流センサ１２ｄを設けることなく界磁電流の大きさを検出してもよい。すなわちこの方法であれば界磁電流センサは不要である。
【００１８】
次に、具体的な制御ロジックについてフローチャートに沿って説明する。
【００１９】
図２（Ａ）はエンジンランニング中のエンジン停止制御のフローチャートである。
【００２０】
ステップＳ１１においてエンジン停止条件が成立したら、ステップＳ１２へ進んでエンジンコントローラへエンジン停止信号を送信する。なお、エンジン停止条件は、下記の（１）〜（８）のすべてが揃ったときに「成立」と判定する。
（１）エンジン水温＞所定値、
（２）車速＜所定値、
（３）アクセルペダル開度＜所定値、
（４）Ａ／Ｃ非作動、
（５）バッテリＳＯＣ＞所定値、
（６）ブレーキマスターバック負圧＞所定値、
（７）インバータ温度＜所定値、
（８）モータ温度＜所定値。
【００２１】
図２（Ｂ）はエンジン停止（アイドルストップ）中のエンジン再始動制御のフローチャートである。
【００２２】
ステップＳ２１においてエンジン再始動条件が成立したら、ステップＳ２２以降へ進む。なお、エンジン再始動条件は、下記の（１）〜（６）のうちの少なくともひとつが揃ったときに「成立」と判定する。
（１）エンジン水温＜所定値、
（２）車速＞所定値、
（３）アクセルペダル開度＞所定値、
（４）エアコン作動、
（５）バッテリＳＯＣ＜所定値、
（６）ブレーキマスターバック負圧＜所定値。
【００２３】
なお、これら所定値の決め方は、例えば、以下のように決める。エンジン水温が低いときは、触媒温度が低く、排ガス浄化性能が劣ることとなる。そこで、エンジン水温が所定温度よりも下がったときは再始動する。この温度は実験的に求めておくものであるが、例えば８０℃程度である。車速が上昇した場合や、アクセルペダルの踏込量が所定値以上になったときは、ドライバの走行意志の表れであるので、そのときも再始動する。具体的な値は実験的に求めておくものであるが、一例を挙げるならば例えば車速は２ｋｍ／ｈ程度、アクセルペダル開度は２ｄｅｇ程度である。またエアコンの動力はバッテリから供給するので、充電量を下げないために再始動する。また、バッテリＳＯＣが低下した場合も再始動する。この値も実験的に求めておくものであるが、一例を挙げるならば例えば６０％程度である。さらに、ブレーキマスターバック負圧が下がったときは、ドライバがブレーキペダルから足を離したと判定できるので、このときも発進に備え、エンジンを再始動する。この値も実験的に求めておくものであるが、一例を挙げるならば例えば８Ｍｐａ程度である。
【００２４】
なお、上記数値はあくまで一例であり、本発明は、そのような数値に限定されるものではない。また、例えば、停止条件で「エンジン水温＞所定値」となっており、再始動条件で「エンジン水温＜所定値」となっており、等号がないが、それは、停止条件を判断する「所定値」と、再始動条件を判断する「所定値」とが異なるためである。
【００２５】
ステップＳ２２では、エンジンコントローラ、インバータへエンジン再始動要求信号を送信する。
【００２６】
ここで、このエンジン再始動要求信号を受信したインバータの制御ロジックについて図３のフローチャートに沿って説明する。
【００２７】
図３はエンジン再始動時におけるインバータの界磁電流及び交流電流の通電開始制御を示すフローチャートである。
【００２８】
ステップＳ３１において、ステップＳ２２で送信したエンジン再始動要求信号を受信したら、ステップＳ３２以降へ進む。
【００２９】
ステップＳ３２では、界磁電流の通電を開始する。
【００３０】
ステップＳ３３では、その界磁電流が基準値を超えたか否かを判断する。所定値を超えるまではその状態を保持し、超えたらステップＳ３４へ進む。なお、界磁電流が所定値を超えたか否かは、本実施形態では界磁電流の経路に設けた界磁電流センサ１２ｄで検出している。また、判断基準値としては、オルタネータに対して１８０°通電のフルデューティ三相交流通電することで界磁電流が立ち上がり、エンジンクランキング開始に十分なモータトルクを発生できる界磁電流値を事前に実験的に求めておき、その値を設定しておく。
【００３１】
ステップＳ３４では、三相交流電流の通電を開始する。
【００３２】
再び、図２（Ｂ）に戻る。
【００３３】
ステップＳ２３では、エンジンの回転速度が所定値（すなわち、エンジン始動回転速度）を上回ったか否かを判断し、上回るまでその状態を保持する。上回ったら、ステップＳ２４に進む。
【００３４】
ステップＳ２４では、インバータへ発電スタート要求信号を送信する。
【００３５】
（効果）
図４は本実施形態の効果を説明する図である。図４（Ａ）は従来例を比較として示し、図４（Ｂ）は本実施形態の効果を示す。
【００３６】
クローポール型オルタネータにスタータとしての機能をも持たせた従来のアイドルストップ装置のエンジン始動システムにおいては、フルデューティ方式でモータを制御し、最大トルク運転を行っている。そのため、図４（Ａ）に示すように、従来は発生トルクが大きく、エンジン始動時には本来始動に必要とするよりも過大なトルクが発生していた。したがって、エンジンとモータとに巻き回されているベルトの耐量を大きいものにする必要があった。これを回避するには、例えば定格の小さいモータを使用して最大発生トルクを少なくすることが考えられる。しかし、そのようにすると、オルタネータとして機能するときの発電量が少なくなってしまい、必要な発電トルクが得られなくなってしまう。このように発電トルクとエンジン始動時の駆動トルクとの両立は困難である。
【００３７】
また、従来は、図４（Ａ）に示すように、界磁電流が最大（Ｉｆ１）になったら、三相交流Ｉを通電するようにしていた。しかし、界磁電流は界磁コイルのインダクタンス成分などにより界磁電流Ｉｆの通電開始（時刻ｔ１）から三相交流Ｉの通電開始（時刻ｔ２）までの時間遅れ（Δｔ（＝ｔ２−ｔ１））が大きい。この時間遅れは、運転者が発進動作を開始してから実際に車両が発進するまでの時間に影響する。そのため、運転者は、アイドルストップ制御を行わない車両よりも、発進時のもたつき感を感じてしまうことがあった。
【００３８】
そこで本実施形態では、図４（Ｂ）に示すように、界磁電流が最大になる前であって、界磁電流の立上がりに対して三相交流電流の通電により得られるオルタネータのモータトルクによってエンジンを始動可能であるとあらかじめ実験的に求められている判断基準値Ｉｆ１’を超えたら、三相交流Ｉを通電するようにしたのである。このようにすることで、界磁電流Ｉｆの通電開始（時刻ｔ１）から三相交流Ｉの通電開始（時刻ｔ２’）までの時間遅れ（Δｔ’（＝ｔ２’−ｔ１））をΔｔに比べて小さくすることができた。したがって、もたつき感を防止することができた。また、トルクＴの最大値Ｔｍａｘ’をＴｍａｘに比べて小さくすることができたので、ベルト耐量が大きなベルトを使用しなくてもよいのである。
【００３９】
このように本実施形態によれば、エンジン再始動でのオルタネー夕のモータ駆動時、界磁電流の通電開始してから最大値に達する前の間であって、１８０°通電のフルデューティ三相交流通電で、エンジンクランキング開始に十分なモータトルクを発生できる界磁電流に達した時点で三相交流の通電を開始するようにしたので、簡素な１８０°通電のフルデューティ方式を踏襲することで安価なままであって、さらに、始動時のトルク抑制が可能となり過剰なベルト耐量が不要になり、また界磁電流が最大値に達する前にトルク発生を開始するためエンジン再始動条件成立からエンジン再始動までの時間の短縮を実現することが可能となったのである。
【００４０】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明と均等であることは明白である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明によるエンジン始動システムの一実施形態を示す図である。
【図２】具体的な制御ロジックについて説明するフローチャートである。
【図３】エンジン再始動時におけるインバータの界磁電流及び交流電流の通電開始制御を示すフローチャートである。
【図４】本実施形態の効果を説明する図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  エンジン始動システム
１１  エンジン
１２  モータ
１２ｄ  界磁電流センサ（界磁電流検出手段）
１３  ベルト（伝達手段）
１４  インバータ
１５  アイドルストップ判定コントローラ
ステップＳ２１  エンジン始動条件成立判断手段、エンジン始動条件成立判断行程
ステップＳ３２  界磁電流供給手段、界磁電流供給行程
ステップＳ３３  判断手段、判断行程
ステップＳ３４  交流電流供給手段、交流電流供給手行程
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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