(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の出力軸の動力により駆動する複数の補機と、
前記複数の補機による前記内燃機関の出力軸への負荷を調整する負荷調整手段と、
前記内燃機関を始動するとき、前記複数の補機による前記出力軸への負荷が小さくなるよう前記負荷調整手段を制御すると共に該内燃機関を始動する始動手段と、
始動直後の運転状態時にある前記内燃機関の出力軸への前記複数の補機による負荷を増加するとき、該内燃機関の運転状態の変動を抑制する変動抑制手段と
を備える内燃機関を始動する始動装置であって、
前記負荷調整手段は、前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、前記複数の補機のうちの少なくとも一つの補機の負荷を変更する負荷変更手段とを備え、
前記始動手段は、前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御して前記内燃機関を始動する手段であり、
前記変動抑制手段は、前記少なくとも一つの補機の負荷が小さくなるよう前記負荷変更手段を制御した状態で前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機とが接続されるよう接続解除手段を制御し、その後前記少なくとも一つの補機の負荷が大きくなるよう前記負荷変更手段を制御する手段である
内燃機関の始動装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の始動装置であって、
前記負荷変更手段は、前記少なくとも一つの補機の始動と停止を行なう手段であり、
前記変動抑制手段は、前記少なくとも一つの補機が停止状態となるよう前記負荷変更手段を制御した状態で前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機とが接続されるよう接続解除手段を制御する手段である
内燃機関の始動装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の始動装置であって、
前記負荷調整手段は、前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機のうちの少なくとも二つの補機との接続および接続の解除を各々行なう接続解除手段を備え、
前記始動手段は、前記内燃機関の出力軸と前記少なくとも二つの補機との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御して前記内燃機関を始動する手段であり、
前記変動抑制手段は、前記少なくとも二つの補機を異なるタイミングで順次接続するよう前記接続解除手段を制御する手段である
内燃機関の始動装置。
【請求項４】
前記変動抑制手段は、前記内燃機関の出力軸への前記複数の補機による負荷を増加するとき、該増加される負荷に相当するトルク分だけ該増加のタイミングに合わせて前記内燃機関の出力トルクを増加する手段である請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の始動装置。
【請求項５】
前記内燃機関の出力軸に出力可能な電動機を備える請求項１ないし３いずれか記載の内燃機関の始動装置。
【請求項６】
前記変動抑制手段は、前記内燃機関の出力軸への前記複数の補機による負荷を増加するとき、該増加される負荷に相当するトルク分だけ該増加のタイミングに合わせて前記内燃機関の出力トルクおよび／または前記電動機の出力トルクを増加する手段である請求項５記載の内燃機関の始動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の内燃機関の始動装置としては、補機を切り離して内燃機関を始動するものが提案されている（例えば、実開平４−７９９４２号公報など）。この装置では、内燃機関の出力軸と補機との接続および接続の解除を行なうクラッチを設け、内燃機関の出力軸と補機との接続を解除した状態として内燃機関を始動することにより、内燃機関の始動性の向上を図っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、こうした内燃機関の始動装置では、内燃機関の始動後に補機を接続する際に内燃機関の運転状態が変動し、車両などの内燃機関を搭載した機器に振動が生じる場合がある。始動直後の内燃機関は、通常、アイドリング運転状態となるよう運転制御されている。この状態の内燃機関の出力軸に補機を接続すると、接続に伴って内燃機関の出力軸のトルクが急変することにより、内燃機関は一時的にアイドル回転数より低い回転数となって予期しない振動を生じてしまう。
【０００４】
本発明の内燃機関の始動装置は、内燃機関の良好な始動性を確保すると共に始動直後の内燃機関の運転状態の変動を抑制することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明の内燃機関の始動装置は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。
【０００６】
本発明の内燃機関の始動装置は、
内燃機関の出力軸の動力により駆動する複数の補機と、前記複数の補機による前記内燃機関の出力軸への負荷を調整する負荷調整手段と、前記内燃機関を始動するとき、前記複数の補機による前記出力軸への負荷が小さくなるよう前記負荷調整手段を制御すると共に該内燃機関を始動する始動手段と、始動直後の運転状態時にある前記内燃機関の出力軸への前記複数の補機による負荷を増加するとき、該内燃機関の運転状態の変動を抑制する変動抑制手段とを備える内燃機関を始動する始動装置であって、
前記負荷調整手段は、前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機との接続および接続の解除を行なう接続解除手段と、前記複数の補機のうちの少なくとも一つの補機の負荷を変更する負荷変更手段とを備え、前記始動手段は、前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御して前記内燃機関を始動する手段であり、前記変動抑制手段は、前記少なくとも一つの補機の負荷が小さくなるよう前記負荷変更手段を制御した状態で前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機とが接続されるよう接続解除手段を制御し、その後前記少なくとも一つの補機の負荷が大きくなるよう前記負荷変更手段を制御する手段であることを要旨とする。
【０００７】
この本発明の内燃機関の始動装置では、複数の補機による内燃機関の出力軸への負荷が小さな状態で内燃機関を始動するから、内燃機関の良好な始動性を確保することができる。しかも、始動直後の運転状態時にある内燃機関の出力軸への複数の補機による負荷を増加するときに、変動抑制手段により内燃機関の運転状態の変動が抑制されるから、内燃機関が予期しない振動を生じるのを抑制することができる。さらに、接続解除手段による補機の内燃機関の出力軸への接続の際と負荷変更手段による補機の負荷の増加の際に分けて内燃機関の出力軸に作用する負荷を増加、即ち段階的に負荷を増加するから、内燃機関の運転状態が大きく変動するのを抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記負荷変更手段は前記少なくとも一つの補機の始動と停止を行なう手段であり、前記変動抑制手段は前記少なくとも一つの補機が停止状態となるよう前記負荷変更手段を制御した状態で前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機とが接続されるよう接続解除手段を制御する手段であるものとすることもできる。
【００１２】
あるいは、本発明の内燃機関の始動装置において、前記負荷調整手段は前記内燃機関の出力軸と前記複数の補機のうちの少なくとも二つの補機との接続および接続の解除を各々行なう接続解除手段を備え、前記始動手段は前記内燃機関の出力軸と前記少なくとも二つの補機との接続が解除されるよう前記接続解除手段を制御して前記内燃機関を始動する手段であり、前記変動抑制手段は前記少なくとも二つの補機を異なるタイミングで順次接続するよう前記接続解除手段を制御する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の良好な始動性を確保すると共に内燃機関の出力軸への負荷の段階的な増加を行なうことができる。
【００１３】
また、本発明の内燃機関の始動装置において、前記変動抑制手段は、前記内燃機関の出力軸への前記複数の補機による負荷を増加するとき、該増加される負荷に相当するトルク分だけ該増加ののタイミングに合わせて前記内燃機関の出力トルクを増加する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転状態の変動を抑止することができる。
【００１４】
本発明の内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の出力軸に出力可能な電動機を備えるものとすることもできる。この態様の本発明の内燃機関の始動装置において、前記変動抑制手段は、前記内燃機関の出力軸への前記複数の補機による負荷を増加するとき、該増加される負荷に相当するトルク分だけ該増加ののタイミングに合わせて前記内燃機関の出力トルクおよび／または前記電動機の出力トルクを増加する手段であるものとすることもできる。こうすれば、内燃機関の運転状態の変動を抑止することができる。ここで、「内燃機関の出力トルクおよび／または電動機の出力トルクを増加する」とは、内燃機関の出力トルクは増加するが電動機の出力トルクは増加しない場合や逆に電動機の出力トルクは増加するが内燃機関の出力トルクは増加しない場合を含む他、内燃機関の出力トルクも電動機の出力トルクも増加する場合も含まれる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を実施例を用いて説明する。図１は、本発明の一実施例として車両の動力出力装置として搭載されたエンジン２２の始動装置２０の構成の概略を示す構成図である。実施例の始動装置２０は、図示するように、ガソリンを燃料としエンジン用制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）２４により運転制御されるエンジン２２と、エンジン２２の出力軸であるクランクシャフト２６にトルクを出力可能でモータ用電子制御ユニット（以下、モータＥＣＵという）３８により駆動制御される駆動用モータ３６と、エンジン２２を始動するスタータ４０と、クランクシャフト２６の他端にクラッチ４２および補機駆動用ベルト４４を介して接続された補機としての再始動用のモータジェネレータ４６，パワーステアリング用ポンプ４８，エアコン用コンプレッサ５０と、始動制御装置としての電子制御ユニット６０とを備える。なお、クランクシャフト２６に出力されたトルクは、ダンパ２８やトルクコンバータ３０，変速機３２を介して駆動軸３４に出力されるようになっている。
【００１６】
電子制御ユニット６０は、ＣＰＵ６２を中心とするマイクロプロセッサとして構成されており、処理プログラムを記憶したＲＯＭ６４と、一時的にデータを記憶するＲＡＭ６６と、入出力ポート（図示せず）と、通信ポート（図示せず）とを備える。この電子制御ユニット６０には、イグニッションスイッチ７０からのイグニッション信号や車両全体をコントロールする電子制御ユニットからのエンジン２２の再始動を指示する再始動指示信号などが入力ポートを介して入力されている。また、電子制御ユニット６０からは、スタータ４０への駆動信号やクラッチ４２への駆動信号，モータジェネレータ４６やパワーステアリング用ポンプ４８，エアコン用コンプレッサ５０への駆動信号などが出力ポートを介して出力されている。また、電子制御ユニット６０は、エンジンＥＣＵ２４やモータＥＣＵ３８と通信ポートを介して通信している。
【００１７】
次に、こうして構成された実施例の始動装置２０の動作、特にエンジン２２の始動動作とエンジン２２の再始動動作について説明する。図２は、エンジン２２を始動する際に電子制御ユニット６０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、イグニッションスイッチ７０がオンとされたときに実行される。
【００１８】
始動時制御ルーチンが実行されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、クラッチ４２を駆動してモータジェネレータ４６やパワーステアリング用ポンプ４８，エアコン用コンプレッサ５０などの補機とエンジン２２のクランクシャフト２６との接続を解除する処理を実行する（ステップＳ１００）。続いて、スタータ４０を用いてクランキングしてエンジン２２を始動する（ステップＳ１０２）。このとき、電子制御ユニット６０からエンジンＥＣＵ２４にも始動信号が出力され、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２がアイドリング運転状態となるよう吸入空気量や燃料噴射量，点火のタイミングが制御される。なお、吸入空気量を調節するスロットルバルブや燃料噴射弁，点火プラグなどのエンジン２２に付属する機器や機構については本発明の中核をなさないから図示は省略した。
【００１９】
エンジン２２が始動してアイドリング運転状態になると、すべての補機をオフとした状態でクラッチ４２を接続する際にエンジン２２のアイドリング運転状態を維持するために必要なトルク増加分やクラッチ４２を接続した後にパワーステアリング用ポンプ４８やエアコン用コンプレッサ５０，モータジェネレータ４６を順次オンする際にエンジン２２のアイドリング運転状態を維持するために必要なトルク増加分を入力する（ステップＳ１０４）。実施例では、トルク増加分の読み込みは、予め実験により各トルク増加分を求めてマップとしてＲＯＭ６４に記憶したものを読み込むものとした。そして、すべての補機をオフとした状態でクラッチ４２を接続すると共にクラッチ４２の接続する際にエンジン２２のアイドリング運転状態を維持するために必要なトルク増加分だけ接続のタイミングに合わせてエンジン２２または駆動用モータ３６の出力を増加する（ステップＳ１０６）。実施例では、エンジン２２の出力を増加すると共にクランクシャフト２６の回転数が変動しないよう駆動用モータ３６を回転数制御するものとした。具体的には、電子制御ユニット６０からエンジンＥＣＵ２４にトルク増加分の信号を出力すると共にモータＥＣＵ３８に回転数制御の信号を出力することにより、トルク増加分の信号を入力したエンジンＥＣＵ２４がトルク増加分に相当するエネルギの燃料噴射量を増加する制御を行なうと共に回転数制御の信号を入力したモータＥＣＵ３８がクランクシャフト２６の回転数が維持されるよう駆動用モータ３６を駆動制御することにより行なわれる。
【００２０】
クラッチ４２を接続すると、補機を所定時間毎に順次オンすると共に各補機をオンする際にエンジン２２のアイドリング運転状態を維持するために必要なトルク増加分をオンする補機のタイミングに合わせてエンジン２２または駆動用モータ３６の出力を順次増加して（ステップＳ１０８）、始動時制御を終了する。ここで、補機を順次オンする間隔としての所定時間は、補機のオンのタイミングに合わせて出力を増加したエンジン２２がアイドリング運転状態で安定するのに要する時間として設定されるものである。また、補機のオンの際の出力の増加は、クラッチ４２の接続時と同様に、エンジン２２の出力を増加すると共にクランクシャフト２６の回転数が変動しないよう駆動用モータ３６を回転数制御するものとした。
【００２１】
図３は、エンジン２２の始動時のエンジン回転数とエンジン出力トルクと補機接続必要トルクとクランクシャフト出力トルクとの関係を時系列に例示した説明図である。図３における補機接続必要トルクは、クラッチ４２の接続に必要なトルクと各補機のオンに必要なトルクとを含み、負の値として示した。図示するように、時間ｔ１でスタータ４０によるクランキングが行なわれ、時間ｔ２でエンジン２２はアイドリング運転状態となる。そして、時間ｔ３ですべての補機をオフとした状態でクラッチ４２を接続すると共にこの接続に必要なトルク増加分だけエンジン出力トルクを増加する。この結果、エンジン２２はアイドリング運転状態を維持することができ、クランクシャフト２６の出力トルクの変動を防止することができる。時間ｔ４でパワーステアリング用ポンプ４８をオンすると共にパワーステアリング用ポンプ４８をオンするのに必要なトルク増加分だけエンジン出力トルクを増加し、時間ｔ５および時間ｔ６でエアコン用コンプレッサ５０およびモータジェネレータ４６が順次オンすると共にエアコン用コンプレッサ５０やモータジェネレータ４６をオンするのに必要なトルク増加分だけオンするタイミングに合わせてエンジン出力トルクを増加する。こうした補機のオン動作でも、エンジン出力をオン動作のタイミングに合わせて増加することにより、エンジン２２はアイドリング運転状態を維持することができる。この結果、クランクシャフト２６の出力トルクの変動は生じない。なお、説明の容易のために、図３中の時間ｔ３〜時間ｔ６の間隔を大きく表示した。
【００２２】
以上説明した実施例の始動装置２０の始動時制御によれば、補機とエンジン２２のクランクシャフト２６との接続をクラッチ４２により解除した状態でスタータ４０によりクランキングするから、エンジン２２の良好な始動性を得ることができる。また、実施例の始動装置２０の始動時制御によれば、始動したエンジン２２がアイドリング運転状態になった後にすべての補機をオフした状態でクラッチ４２を接続し、その後、補機を順次オンするから、エンジン２２の運転状態を急激な変動を抑制することができる。この結果、振動の発生を抑止することができる。しかも、クラッチ４２の接続や補機のオンに必要なトルク増加分だけ接続やオンのタイミングに合わせてエンジン２２や駆動用モータ３６の出力を増加するから、エンジン２２のアイドリング運転状態を安定して維持することができる。
【００２３】
次に、実施例の始動装置２０でエンジン２２を再始動するときの様子について説明する。図４は、エンジン２２を再始動する際に電子制御ユニット６０により実行される再始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。このルーチンは、イグニッションスイッチ７０がオンの状態でエンジン２２が停止され、必要に応じて車両全体をコントロールする電子制御ユニットからエンジン２２を再始動する再始動指示信号が入力されたときに実行される。
【００２４】
再始動時処理ルーチンが実行されると、電子制御ユニット６０のＣＰＵ６２は、まず、クラッチ４２を接続する処理を実行する（ステップＳ２００）。続いて、すべての補機をオフし（ステップＳ２０２）、モータジェネレータ４６を用いてクランキングしてエンジン２２を始動する（ステップＳ２０４）。このとき、電子制御ユニット６０からエンジンＥＣＵ２４にも始動信号が出力され、エンジンＥＣＵ２４によりエンジン２２がアイドリング運転状態となるよう吸入空気量や燃料噴射量，点火のタイミングが制御される。
【００２５】
エンジン２２が始動してアイドリング運転状態になると、パワーステアリング用ポンプ４８とエアコン用コンプレッサ５０を順次オンする際にエンジン２２のアイドリング運転状態を維持するために必要なトルク増加分を入力し（ステップＳ２０６）、パワーステアリング用ポンプ４８とエアコン用コンプレッサ５０を所定時間毎に順次オンすると共に入力したトルク増加分をオンする補機のタイミングに合わせてエンジン２２または駆動用モータ３６の出力を順次増加して（ステップＳ２０８）、再始動時制御を終了する。
【００２６】
以上説明した実施例の始動装置２０の再始動時制御によれば、クラッチ４２を接続し、すべての補機をオフした状態でモータジェネレータ４６によりクランキングするから、エンジン２２の良好な再始動性を得ることができる。また、実施例の始動装置２０の再始動時制御によれば、始動したエンジン２２がアイドリング運転状態になった後にオフ状態にある補機を順次オンするから、エンジン２２の運転状態を急激な変動を抑制することができる。この結果、振動の発生を抑止することができる。しかも、補機のオンに必要なトルク増加分だけオンのタイミングに合わせてエンジン２２や駆動用モータ３６の出力を増加するから、エンジン２２のアイドリング運転状態を安定して維持することができる。
【００２７】
実施例の始動装置２０の始動時制御や再始動時制御では、クラッチ４２の接続や補機のオンに必要なトルク増加分だけ接続やオンのタイミングに合わせてエンジン２２の出力を増加すると共にクランクシャフト２６の回転数が変動しないよう駆動用モータ３６を回転数制御するものとしたが、接続やオンのタイミングに合わせて、エンジン２２の出力は増加するが駆動用モータ３６の回転数制御はしないものとしたり、エンジン２２の出力は増加せずに駆動用モータ３６の出力を増加するものとしたり、増加分の和がトルク増加分となるようエンジン２２の出力の増加分と駆動用モータ３６の出力の増加分を設定して共に増加するものとしてもよい。また、実施例の始動装置２０の始動時制御や再始動時制御では、クラッチ４２の接続や補機のオンに必要なトルク増加分だけ接続やオンのタイミングに合わせてエンジン２２や駆動用モータ３６の出力を増加したが、クラッチ４２の接続や補機のオンのタイミングに合わせてエンジン２２や駆動用モータ３６の出力を増加しないものとしてもよい。この場合、クラッチ４２の接続や補機のオンのときにエンジン２２の回転数はアイドル回転数から若干低下するが、クラッチ４２の接続や補機のオンが段階的に行なわれることやエンジン２２がアイドル回転数制御されていることから、エンジン２２は直ぐにアイドリング運転状態となる。
【００２８】
実施例の始動装置２０の始動時制御や再始動時制御では、クラッチ４２の接続や補機のオンを段階的に行なうと共に接続やオンのタイミングに合わせてエンジン２２や駆動用モータ３６の出力を増加したが、クラッチ４２の接続や補機のオンを段階的に行なわないものとしてもよい。即ち、すべての補機をオンした状態でクラッチ４２を接続してもよい。この場合、クラッチ４２の接続に必要なトルク増加分だけ接続のタイミングに合わせてエンジン２２や駆動用モータ３６の出力を増加すればよい。
【００２９】
実施例の始動装置２０では、補機としてモータジェネレータ４６やパワーステアリング用ポンプ４８，エアコン用コンプレッサ５０を例示したが、エンジン２２のクランクシャフト２６の動力を用いて駆動する他の機器に適用するものとしてもよい。また、実施例の始動装置２０では、モータジェネレータ４６やパワーステアリング用ポンプ４８，エアコン用コンプレッサ５０を補機駆動用ベルト４４とクラッチ４２とを介してクランクシャフト２６に接続されるものとしたが、各補機が各々のクラッチを介してクランクシャフト２６に接続されるものとしてもよい。この場合、始動時制御や再始動時制御において各クラッチの接続を段階的に行なうものとすることができる。実施例の始動装置２０では、クランクシャフト２６に出力可能な駆動用モータ３６を備えるものとしたが、駆動用モータ３６を備えないものとしてもよい。
【００３０】
実施例の始動装置２０では、始動時制御ではスタータ４０によりクランキングし、再始動時制御ではモータジェネレータ４６によりクランキングするものとしたが、再始動時制御でもスタータ４０によりクランキングするものとしてもよいし、始動時制御でもモータジェネレータ４６によりクランキングするものとしてもよい。
【００３１】
実施例の始動装置２０では、車両に搭載されたエンジン２２の始動や再始動の制御について説明したが、車両以外の船舶や航空機などの移動体に搭載されたエンジンの始動や再始動の制御に適用してもよく、移動体以外のシステムに組み込まれたエンジンの始動や再始動の制御に適用するものとしてもよい。
【００３２】
以上、本発明の実施の形態について実施例を用いて説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例として車両の動力出力装置として搭載されたエンジン２２の始動装置２０の構成の概略を示す構成図である。
【図２】  エンジン２２を始動する際に電子制御ユニット６０により実行される始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【図３】  エンジン２２の始動時のエンジン回転数とエンジン出力トルクと補機接続必要トルクとクランクシャフト出力トルクとの関係を時系列に例示した説明図である。
【図４】  エンジン２２を再始動する際に電子制御ユニット６０により実行される再始動時制御ルーチンの一例を示すフローチャートである。
【符号の説明】
２０  始動装置、２２  エンジン、２４  エンジン用電子制御ユニット、２６クランクシャフト、２８  ダンパ、３０  トルクコンバータ、３２  変速機、３４  駆動軸、３６  駆動用モータ、３８  モータ用電子制御ユニット、４０  スタータ、４２  クラッチ、４４  補機駆動用ベルト、４６  モータジェネレータ、４８  パワーステアリング用ポンプ、５０  エアコン用コンプレッサ、６０電子制御ユニット、６２  ＣＰＵ、６４  ＲＯＭ、６６  ＲＡＭ、７０  イグニッションスイッチ。
【図１】
0003775202.tif 000002
【図２】
0003775202.tif 000003
【図３】
0003775202.tif 000004
【図４】
0003775202.tif 000005