(57)【要約】【課題】簡単な構成によって始動時の車体振動を低減したエンジン始動装置を提供する。【解決手段】エンジン２のクランクシャフトを回転駆動するスタータモータ３と、スタータモータのトルクを制御するトルク制御手段５と、クランクシャフトの角度位置を検出するクランク角センサ６とを備えるエンジン始動装置１を、トルク制御手段は、スタータモータの起動直前におけるクランクシャフトの角度位置に応じて、スタータモータの起動時のトルク増加率を変化させる構成とする。【選択図】図８
2013092130.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンのクランクシャフトを回転駆動するスタータモータと、
前記スタータモータのトルクを制御するトルク制御手段と、
前記クランクシャフトの角度位置を検出するクランク角センサと
を備えるエンジン始動装置であって、
前記トルク制御手段は、前記スタータモータの起動直前における前記クランクシャフトの角度位置に応じて、前記スタータモータの起動時のトルク増加率を変化させること
を特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
前記トルク制御手段は、前記スタータモータの起動直前における前記クランクシャフトの角度位置が所定の範囲内である場合に、その他の場合に対して、前記スタータモータの起動時のトルク増加率を低下させること
を特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記トルク制御手段は、前記スタータモータの起動直前における前記クランクシャフトの角度位置に応じて、前記スタータモータの起動時のトルク増加率を段階的又は連続的に変化させること
を特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等のエンジンを始動させるエンジン始動装置に関し、特に簡単な構成によって始動時の車体振動を低減したものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等のエンジンは、一般にスタータモータ等を用いて、クランクシャフトを回転駆動することによって始動を行なう。
エンジンの始動装置に関する従来技術として、例えば、特許文献１には、エンジンの再始動性能を向上することを目的として、エンジンに設けられた再始動用モータを制御して、エンジンの停止時に、クランクシャフトが所定の角度で停止するように制御する技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１６９９８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
近年、エンジン−電気ハイブリッド車や、発進時にエンジンを自動始動させるアイドルストップ車が普及している。
このような車両においては、車両の運行中にエンジンの始動が頻繁に行なわれることから、エンジン始動時の車体振動を抑制することが特に強く求められている。
従来の知見から、エンジンが始動時に発生する振動は、クランクシャフトを駆動開始する際のクランクシャフトの角度位置（クランク角）に応じて変化することが知られている。
【０００５】
上述した特許文献１に記載された技術を応用し、エンジン停止時のクランクシャフト位置が、始動時の車体振動が低くなる所定の位置となるように制御すれば、エンジン始動時の車体振動を抑制することが可能である。
また、このようにクランクシャフトの停止時に制御を行なうことに代えて、エンジンの再始動時に、クランクシャフトをモータ等で所定の角度まで回転させてから、始動動作を開始させることも考えられる。
【０００６】
しかし、これらのように、クランクシャフトが再始動時に所定の角度位置となるように制御しようとした場合、装置のハードウェア構成、制御の内容とも複雑となってしまう。
特に、エンジンの始動直前にクランクシャフトを回転させる場合、この回転駆動に伴うタイムラグも問題となる。
本発明の課題は、簡単な構成によって始動時の車体振動を低減したエンジン始動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１に係る発明は、エンジンのクランクシャフトを回転駆動するスタータモータと、前記スタータモータのトルクを制御するトルク制御手段と、前記クランクシャフトの角度位置を検出するクランク角センサとを備えるエンジン始動装置であって、前記トルク制御手段は、前記スタータモータの起動直前における前記クランクシャフトの角度位置に応じて、前記スタータモータの起動時のトルク増加率を変化させることを特徴とするエンジン始動装置である。
なお、本明細書、特許請求の範囲において、「トルク増加率」とは、スタータモータを起動後、トルクがほぼ一定値（実質的に最大値）に収束するまでの単位時間あたりのトルクの増加量（増加速度）を示すものとする。
本発明によれば、スタータモータの始動直前のクランクシャフトの角度位置が、通常のスタータモータ駆動ではエンジンの振動が発生しやすい角度位置であった場合に、スタータモータの起動時のトルク増加率（増加速度）を変化させることによって、クランクシャフトの回転開始からエンジンの振動発生（回転数変動の発生）までのタイミングをずらし、始動時の車体振動を低減することができる。
また、エンジンの停止時あるいは始動直前にクランクシャフトの角度位置が所定の位置となるように制御する従来技術と異なり、スタータモータ起動時のトルク制御のみで振動低減を実現することができ、装置の構成や制御の内容を簡素化することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、前記トルク制御手段は、前記スタータモータの起動直前における前記クランクシャフトの角度位置が所定の範囲内である場合に、その他の場合に対して、前記スタータモータの起動時のトルク増加率を低下させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置である。
これによれば、簡単な制御によって上述した効果を得ることができる。
また、クランクシャフトの角度位置が所定の範囲内にある場合にのみトルク増加率を低下させる制御を行うことによって、その他の場合におけるエンジンの始動時間が遅くなることを防止できる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、前記トルク制御手段は、前記スタータモータの起動直前における前記クランクシャフトの角度位置に応じて、前記スタータモータの起動時のトルク増加率を段階的又は連続的に変化させることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置である。
これによれば、クランクシャフトの角度位置に応じて、振動低減のため適切なトルク増加率を予め設定しておくことによって、より効果的に振動の低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
上述したように、本発明によれば、簡単な構成によって始動時の車体振動を低減したエンジン始動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明を適用したエンジン始動装置の実施例１の構成を示すブロック図である。
【図２】実施例１のエンジン始動装置におけるスタータモータのトルク制御を示すフローチャートである。
【図３】実施例１のエンジン始動装置におけるスタータモータ起動時のトルク推移を示すグラフである。
【図４】本発明を適用したエンジン始動装置の実施例２におけるスタータモータのトルク制御を示すフローチャートである。
【図５】実施例２のエンジン始動装置におけるスタータモータ起動時のトルク推移を示すグラフである。
【図６】本発明の比較例であるエンジン始動装置におけるスタータモータ起動時のトルク推移を示すグラフである。
【図７】実施例１、実施例２、比較例のエンジン始動装置におけるエンジン始動時の回転数の推移を示すグラフである。
【図８】実施例１、実施例２、比較例のエンジン始動装置におけるエンジン起動時の振動レベルの分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明は、簡単な構成によって始動時の車体振動を低減したエンジン始動装置を提供する課題を、クランクシャフトの角度位置が、始動時に振動が発生しやすい所定の角度範囲に含まれる場合に、スタータモータの起動時のトルク増加率を、通常の制御に対して低下又は増加させることによって解決した。
【実施例１】
【００１３】
以下、本発明を適用したエンジン始動装置の実施例１について説明する。
実施例１のエンジン始動装置は、例えば、ガソリンエンジンを搭載し、アイドルストップ機能を有する乗用車等の自動車に設けられるものである。
図１は、エンジン始動装置１の構成を示すブロック図である。図１において、破線は機械的な接続を示し、実線は電気的な接続を示している。
エンジン始動装置１は、エンジン２を始動するものであって、スタータモータ３、モータトルク制御部４、モータトルク演算部５、クランク角センサ６、クランク角−トルクデータベース７等を備えて構成されている。
【００１４】
エンジン２は、例えば、４ストロークのレシプロガソリンエンジンであって、車両の走行用動力源として用いられるものである。
スタータモータ３は、エンジン２の出力軸であるクランクシャフトを回転駆動して、エンジン２を始動させるものである。
【００１５】
モータトルク制御部４は、スタータモータ３に対して、制御目標トルクに応じた電力を供給し、スタータモータ３の出力トルクを制御するものである。
モータトルク制御部４は、スタータモータ３の起動時に、スタータモータ３のトルクが所定の最大トルクまで増加する際の、トルクの時間あたり増加率（以下、単に「トルク増加率」と称する）を変化させる機能を備えている。
【００１６】
モータトルク演算部５は、スタータモータ３の起動時のトルク増加率を決定し、モータトルク制御部４に対して指示するものである。指示を受けたモータトルク制御部４は、スタータモータ３の実際のトルク増加率がモータトルク演算部５からの指示と一致するようにスタータモータ３のトルクを制御する。
クランク角センサ６は、エンジン２のクランクシャフトの角度位置（クランク角）を検出するものである。
クランク角−トルクデータベース７は、例えばＲＯＭやＲＡＭ等の記憶手段に、エンジン２の始動時（クランキング開始時）におけるクランク角が、スタータモータ３起動時のトルク増加率を抑制する必要がある要制御領域（ワースト領域）であるか否かを記録したものである。このような要制御領域は、例えば、実機を用いた実験結果や、シミュレーション等において、エンジン始動時の車体振動が顕著な領域に設定される。
なお、このようなモータトルク制御部４、モータトルク演算部５、クランク角―トルクデータベース７は、それぞれ独立したハードウェアによって構成してもよいが、例えばエンジン２を統括的に制御するエンジン制御ユニットの機能の一部として、ソフトウェアによって構成してもよい。
【００１７】
以下、上述したエンジン始動装置１におけるスタータモータのトルク制御について説明する。
図２は、エンジン始動装置１におけるトルク制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【００１８】
＜ステップＳ０１：停止時のクランク角を取得＞
モータトルク演算部５は、クランク角センサ６から、エンジン２が停止しているときのクランク角を取得する。
その後、ステップＳ０２に進む。
【００１９】
＜ステップＳ０２：クランク角要制御領域判断＞
モータトルク演算部５は、ステップＳ０１において取得したクランク角を、クランク角−トルクデータベース７に照会し、起動時にトルク変化率の抑制が必要な要制御領域であるか否かを判断する。
現在のクランク角が要制御領域に含まれない場合は、ステップＳ０３に進み、要制御領域に含まれる場合は、ステップＳ０４に進む。
【００２０】
＜ステップＳ０３：フルトルク制御実施＞
モータトルク演算部５は、モータトルク制御部４に、トルク増加率の抑制を行なわないフルトルク制御（通常制御）の実行を指示し、スタータモータ３の駆動を行なわせて一連の処理を終了する。
【００２１】
＜ステップＳ０４：トルク増加率抑制制御実施＞
モータトルク演算部５は、モータトルク制御部４に、トルク増加率の抑制を行うトルク増加率抑制制御の実行を指示し、スタータモータ３の駆動を行なわせて一連の処理を終了する。
【００２２】
図３は、実施例１におけるスタータモータ起動時のトルク推移を示すグラフである。
図３において、横軸は時間を示し、縦軸はスタータモータのトルクを示している（後述する図５、図６において同じ）。
また、図３において、フルトルク制御を実線で示し、トルク増加率抑制制御を破線で示している。
【００２３】
図３に示すように、スタータモータ３のトルクは、所定の一定値となるまで、時間に比例して増加するようになっている。
トルク増加率抑制制御は、このときのトルクの時間あたり増加率（図３におけるグラフの傾き）が、フルトルク制御よりも小さくなるように設定されている。
以上説明した実施例１の効果は、以下説明する実施例２の効果とともに後に詳しく説明する。
【実施例２】
【００２４】
次に、本発明を適用したエンジン始動装置の実施例２について説明する。
なお、以下説明する実施例２及び比較例の説明において、上述した実施例１と実質的に共通する箇所については同じ符号を付して説明を省略し、主に相違点について説明する。
実施例２におけるクランク角−トルクデータベース７は、例えばＲＯＭやＲＡＭ等の記憶手段に、車体振動が低減されるよう予め実験又はシミュレーション等によって設定されたスタータモータ３の起動時のトルク増加率を、エンジン２の始動時におけるクランク角に応じて、例えばマップ等のデータベースとして蓄積したものである。
図４は、実施例２のエンジン始動装置におけるトルク制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
【００２５】
＜ステップＳ１１：停止時のクランク角を取得＞
モータトルク演算部５は、クランク角センサ６から、エンジン２が停止しているときのクランク角を取得する。
その後、ステップＳ１２に進む。
【００２６】
＜ステップＳ１２：クランク角からトルク増加率を決定＞
モータトルク演算部５は、ステップＳ１１において取得したクランク角を、クランク角−トルクデータベース７に照会し、クランク角−トルクデータベース７から当該クランク角に対応して予め設定されたスタータモータ３起動時のトルク増加率を読み出す。
その後、ステップＳ１３に進む。
【００２７】
＜ステップＳ１３：決定されたトルク増加率でスタータ駆動＞
モータトルク演算部５は、モータトルク制御部４に、ステップＳ１２において決定されたトルク増加率を指示し、スタータモータ３の駆動を行なわせて一連の処理を終了する。
【００２８】
図５は、実施例２におけるスタータモータ起動時のトルク推移を示すグラフである。
実施例２においては、クランク角に応じて、トルク増加率を段階的（離散的）に、例えば三段階に変化させるようにしている。
図５に示すように、実施例２においては、実施例１と同様のフルトルク制御に加え、これよりもトルク増加率を小さくしたトルク制御１、及び、トルク制御１よりもさらにトルク増加率を小さくしたトルク制御２を行なっている。
なお、このような三段階の制御は一例であって、四段階以上の多段階の制御を行なったり、クランク角に応じてトルク増加率が連続的に変化する制御としてもよい。
【００２９】
次に、上述した実施例１、実施例２の効果を、以下説明する本発明の比較例のエンジン始動装置と対比して説明する。
比較例のエンジン始動装置は、始動時におけるクランク角に関わらず、常に一定のトルク増加率でスタータモータ３を起動するものである。
図６は、比較例におけるスタータモータ起動時のトルク推移を示すグラフである。
比較例においては、実施例１におけるフルトルク制御に相当する制御をクランク角に関わらず行なっている。
【００３０】
図７は、実施例１、実施例２、比較例のエンジン始動装置におけるエンジン始動時の回転数の推移を示すグラフである。
図７（ａ）は比較例、図７（ｂ）は実施例１、図７（ｃ）は実施例２を示しており、いずれも横軸は時間、縦軸はエンジン回転数を示している。
図８は、実施例１、実施例２、比較例のエンジン始動装置におけるエンジン起動時の振動レベルの分布を示すグラフである。
図８（ａ）は比較例、図８（ｂ）は実施例１、図８（ｃ）は実施例２を示しており、いずれも横軸はクランキング開始時のクランク角を示し、縦軸は振動レベル（加速度）を示している。
【００３１】
比較例においては、図７（ａ）に示すように、車体振動が最も小さくなるベストクランク角から始動した場合と、最も大きくなるワーストクランク角から始動した場合とでは、クランキング開始から回転数の変動が始まる（エンジン起因の振動が発生する）までのタイミングが大きく異なっている。
また、クランク角がベストクランク角とワーストクランク角との中間となる中位クランク角から始動した場合においては、クランキング開始から回転数の変動が始まるまでのタイミングは、ベストクランク角とワーストクランク角との中間となっている。
その結果、図８（ａ）に示すように、ベストクランク角から始動した場合に対して、中位クランク角から始動した場合の振動レベルは悪化し、ワーストクランク角から始動した場合にはさらに悪化することになる。
【００３２】
実施例１においては、ワーストクランク角の場合にトルク増加率抑制制御を行うことによって、図７（ｂ）に示すように、ワーストクランク角から始動した場合のクランキング開始から回転数の変動が始まるまでのタイミングを、中位クランク角から始動した場合と実質的に同等とすることができる。
その結果、図８（ｂ）に示すように、ワーストクランク角から始動した場合の振動レベルを、中位クランク角から始動した場合と実質的に同等まで改善することができる。
【００３３】
実施例２においては、中位クランク角及びワーストクランク角の場合に、それぞれトルク増加率抑制制御１、２を行なうことによって、図７（ｃ）に示すように、中位クランク角及びワーストクランク角から始動した場合のクランキング開始から回転数の変動が始まるまでのタイミングを、ベストクランク角から始動した場合と実質的に同等とすることができる。
その結果、図８（ｃ）に示すように、中位クランク角及びワーストクランク角から始動した場合の振動レベルを、ベストクランク角から始動した場合と実質的に同等まで改善することができる。
【００３４】
以上説明したように、実施例１、２によれば、一般的なエンジンに通常設けられているクランク角センサからの情報を用いて、スタータモータの起動時のトルク増加率を変化させるという簡単な制御によって、エンジン始動時の車体振動を効果的に低減することができる。
これによって、エンジン停止時あるいは始動直前にクランク角を制御する従来技術に対して、装置の構成や制御の内容を簡素化することができる。
【００３５】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）エンジン始動装置の構成は、上述した実施例に限らず、適宜変更することが可能である。また、適用対象となるエンジンもガソリンに限らず、例えばディーゼルエンジン等の他種の内燃機関であってもよい。
また、スタータモータも、エンジン始動にのみ用いられるものに限らず、オルタネータを兼用したものや、駆動力を発生可能なモータジェネレータであってもよい。
（２）エンジン始動装置が搭載される車両は、エンジンのみを動力とする車両であってもよく、エンジン−電気ハイブリッド車両であってもよい。また、エンジンの自動停止、自動再始動を行なうアイドルストップ機能の有無も特に限定されない。
（３）図８に示すクランク角は一例であって、トルク増加率の制御を実行するクランク角は、個々のエンジンの種類や特性に応じて適宜変更することが可能である。
（４）実施例１、２においては、クランク角が振動が悪化する領域に含まれる場合に、トルク増加率を低下させることによって振動低減を行なっているが、トルク増加率を増加（トルクの立ち上がりを早く）してエンジンのクランキング開始から振動発生までのタイミングを変化させ、振動低減を行なうようにしてもよい。
【符号の説明】
【００３６】
１    エンジン始動装置                ２    エンジン
３    スタータモータ                  ４    モータトルク制御部
５    モータトルク演算部              ６    クランク角センサ
７    クランク角−トルクデータベース
【図１】
2013092130.tif 000003
【図２】
2013092130.tif 000004
【図３】
2013092130.tif 000005
【図４】
2013092130.tif 000006
【図５】
2013092130.tif 000007
【図６】
2013092130.tif 000008
【図７】
2013092130.tif 000009
【図８】
2013092130.tif 000010