JP2012097600A - Engine start apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、エンジン始動時の圧縮行程にかかる高負荷域に対応して、クランク軸を一旦逆方向に回転させるスイングバック機能を用いたエンジン始動装置に関する。 The present invention relates to an engine starter using a swingback function that temporarily rotates a crankshaft in the reverse direction in response to a high load range in a compression stroke at the time of engine start.
従来、エンジンの始動時にクランク角を検出してスイングバックを行うエンジン始動装置の先行技術が知られている(特許文献1参照)。すなわちこの先行技術は、エンジン始動時に検出したクランク角に基づいてクランク軸を圧縮上死点の手前まで逆回転させ、そこから正方向に回転させてクランキングを行うものである。このようなスイングバック機能を用いれば、エンジンの正回転方向でみた軽負荷域となる位置(逆方向の圧縮上死点手前)からクランキングを開始できるため、モータの出力トルクが比較的小さい場合でも圧縮上死点近傍の高負荷域を容易に乗り越えることができると考えられる。 Conventionally, a prior art of an engine starter that performs swingback by detecting a crank angle when the engine is started is known (see Patent Document 1). That is, in this prior art, cranking is performed by reversely rotating the crankshaft just before the compression top dead center based on the crank angle detected at the time of starting the engine and then rotating in the forward direction. If such a swingback function is used, cranking can be started from a position that is in a light load range as viewed in the forward rotation direction of the engine (before the compression top dead center in the reverse direction), so the output torque of the motor is relatively small However, it is considered that the high load range near the compression top dead center can be easily overcome.
上記の先行技術は、スイングバック機能の実現に際して機械的なクランク角を検出しており、そのためのセンシングデバイスとしてロータ角度センサを用いている。ロータ角度(位置)センサはホール素子や磁気抵抗(MR)素子で構成されており、上記の先行技術においても、クランク角と連動したロータ角度を正確に検出するため、複数個のセンサ素子がロータの周辺(例えばボスの外周)に実装されている。 The above prior art detects a mechanical crank angle when realizing the swingback function, and uses a rotor angle sensor as a sensing device for that purpose. The rotor angle (position) sensor is composed of a Hall element or a magnetoresistive (MR) element. Even in the above-described prior art, a plurality of sensor elements are used to detect the rotor angle in conjunction with the crank angle. It is mounted on the periphery (for example, the outer periphery of the boss).
またロータ角度センサは、ブラシレスモータを駆動する際の位相制御(通電制御)にも利用することができる。すなわち、一般にブラシレスモータの駆動制御回路(モータドライバ)は、ロータ角度センサの出力を基準としてモータの回転に関する位置(位相)を検出し、ステータコイルに対する通電タイミングを制御している。 The rotor angle sensor can also be used for phase control (energization control) when driving a brushless motor. That is, in general, a drive control circuit (motor driver) for a brushless motor detects a position (phase) relating to the rotation of the motor with reference to the output of the rotor angle sensor, and controls energization timing for the stator coil.
しかし、ホール素子や磁気抵抗素子等の非接触式センサでロータ角度を正確に検出するためには、個々のセンサ素子を極めて高精度に配置する必要があり、その実装には高度な技術が要求される。また、必要に応じてロータとは別に位置検出用磁石等を実装しなければならないため、それだけ部品点数が多くなるという問題がある。 However, in order to accurately detect the rotor angle with a non-contact sensor such as a Hall element or a magnetoresistive element, it is necessary to arrange the individual sensor elements with extremely high accuracy, and advanced technology is required for their mounting. Is done. Moreover, since a position detecting magnet or the like must be mounted separately from the rotor as required, there is a problem that the number of parts increases accordingly.
このため、モータの小型化や低コスト化の観点からすれば、ホール素子等のデバイスを用いずにロータの角度(位置)を検出し、センサレスで駆動制御を行う技術の実現が望まれている。ところが、モータの駆動制御において完全にセンサを廃止してしまうと、今度はエンジンの始動時にロータ位置と連動したクランク角を検出することができなくなり、この場合は、上記のスイングバック機能を実現することができなくなるという別の問題が生じる。 For this reason, from the viewpoint of miniaturization and cost reduction of the motor, it is desired to realize a technology for detecting the angle (position) of the rotor without using a device such as a Hall element and performing drive control without a sensor. . However, if the sensor is completely abolished in the drive control of the motor, it will no longer be possible to detect the crank angle linked to the rotor position at the start of the engine. In this case, the above swing back function is realized. Another problem arises that it becomes impossible.
そこで本発明は、センサレスでモータの駆動制御を行う場合であっても、エンジンの始動に際してスイングバック機能を有効に活用できる技術の提供を課題とする。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a technique that can effectively use the swingback function when starting the engine even when the motor drive control is performed without a sensor.
上記の課題を解決するため、本発明は以下の解決手段を採用する。
本発明のエンジン始動装置は、エンジンの始動操作に応じてエンジンを逆回転させる方向へモータを駆動した後、コイルに供給される電流値の変化に基づいて、エンジンを正回転させる方向にモータの駆動を切り換えるものである。
In order to solve the above problems, the present invention employs the following solutions.
The engine starter according to the present invention drives the motor in the direction of rotating the engine in reverse according to the start operation of the engine, and then moves the motor in the direction of rotating the engine forward based on the change in the current value supplied to the coil. The drive is switched.
すなわち上記の解決手段では、ロータ位置やエンジンのクランク角を検出しなくても、逆回転時にコイルに供給される電流値(検出電流)の変化から圧縮上死点の近傍に達したこと(スイングバック終了)を判断し、そこで逆回転から正回転へモータの駆動を切り換えている。これにより、特にロータ位置センサを用いることなく、エンジン始動時のスイングバック機能を実現することができる。 That is, in the above solution, even if the rotor position and the crank angle of the engine are not detected, the vicinity of the compression top dead center is reached from the change in the current value (detected current) supplied to the coil during reverse rotation (swing) In this case, the motor drive is switched from reverse rotation to normal rotation. Thereby, a swingback function at the time of starting the engine can be realized without using a rotor position sensor.
好ましくは、上記の解決手段において、エンジンを逆回転させる方向へモータを駆動中に検出された電流値が所定の設定値以上となった場合、エンジンを正回転させる方向にモータの駆動を切り換えることとする。 Preferably, in the above solution, when the current value detected while driving the motor in the direction of rotating the engine in the reverse direction is equal to or greater than a predetermined set value, the driving of the motor is switched in the direction of rotating the engine in the forward direction. And
停止状態からエンジンを逆回転させた場合に、その逆方向圧縮上死点前でどの程度の負荷が発生し、結果としてモータのコイルに供給される電流値がどの程度を示すかは、予め実験等を通して知ることができる。したがって、逆方向の圧縮上死点手前(近傍)で発生すると予想される電流値から上記の設定値を予め定めておけば、実際の始動時に検出された電流値の変化に基づいて、容易に逆回転から正回転の方向へモータの駆動を切り換えることができる。 When the engine is reversely rotated from a stopped state, the load generated before the reverse compression top dead center and the current value supplied to the motor coil as a result will be tested in advance. We can know through etc. Therefore, if the above set value is determined in advance from the current value expected to occur before (in the vicinity of) the compression top dead center in the reverse direction, it can be easily determined based on the change in the current value detected at the actual start. The driving of the motor can be switched from the reverse rotation to the forward rotation.
また好ましくは、上記の解決手段において、エンジンを逆回転させる方向へモータを駆動中に検出された電流値が所定の設定値以上である状態が所定の設定時間にわたり継続した場合、エンジンを正回転させる方向にモータの駆動を切り換えることもできる。 Preferably, in the above solution, when the current value detected while driving the motor in the direction of rotating the engine in the reverse direction continues for a predetermined set time, the engine rotates forward. The driving of the motor can be switched in the direction to be generated.
この場合、実際には逆方向の圧縮上死点近傍に達していない状況で、何らかの要因(例えば外来ノイズ等)によって電流値が設定値以上に変化することがあったとしても、その変化が継続的なものでなく、一時的なものであれば、引き続きモータを逆回転に駆動することができる。これにより、エンジン始動時の誤動作を防止し、スイングバック機能を確実に実現することができる。 In this case, even if the current value may change beyond the set value due to some factor (for example, external noise) in the situation where the compression top dead center in the reverse direction is not actually reached, the change continues. If it is not typical but temporary, the motor can be continuously driven in reverse rotation. Thereby, malfunction at the time of engine starting can be prevented, and a swing back function can be realized reliably.
また本発明のエンジン始動装置において、エンジンを逆回転させる方向へモータを駆動している間に、モータのコイルに電流が供給される通電時間の割合を減少させる制御を合わせて実行することもできる。 In the engine starter according to the present invention, it is also possible to execute the control for reducing the ratio of the energization time during which the current is supplied to the motor coil while the motor is being driven in the reverse direction of the engine. .
上記のように始動時のスイングバックにおいては、逆方向の圧縮上死点近傍でモータに流れる電流値が設定値以上に変化することが分かっている。これは、複数あるコイルのインダクタンスがほぼ均一であることを想定した上でのことであるが、実際には各コイルが同じ巻数であっても、製造上のばらつきによってコイル同士で巻線の全長が異なっていたり、使用する巻線そのものがコイルごとに均質でなかったりすることがある。このため実用上では、全てのコイルでインダクタンスが全く均一になるということは考えにくい。 As described above, in the swingback at the time of starting, it is known that the value of the current flowing through the motor near the compression top dead center in the reverse direction changes to a set value or more. This is based on the assumption that the inductance of a plurality of coils is almost uniform. Actually, even if each coil has the same number of turns, the total length of the windings between the coils due to manufacturing variations May be different, or the windings used may not be homogeneous from coil to coil. Therefore, in practical use, it is unlikely that the inductance is completely uniform in all coils.
このため、エンジン始動時のスイングバックにおいて、実際には未だ圧縮上死点近傍にまで達していなくても、平均より突出して大きいインダクタンスを持ったコイルに通電されると、その間に電流値が目立って上昇することがある。この場合、表面的な電流値の変化だけからスイングバックを終了させることは適切でなく、モータの駆動制御にはより慎重な配慮が求められる。 For this reason, in the swingback at the time of starting the engine, even if the compression top dead center is not yet reached, if a coil having a large inductance that protrudes above the average is energized, the current value becomes conspicuous during that time. May rise. In this case, it is not appropriate to end the swingback only from a change in the surface current value, and more careful consideration is required for motor drive control.
そこで本発明では、始動時のスイングバックにおいて、逆方向へのモータの駆動時に通電時間の割合を減少させる制御を合わせて実行することにより、コイルごとのインダクタンスのばらつきによる影響を取り除いている。すなわち、モータの駆動時にコイルに対する通電時間の割合を減少させると、それに伴ってコイルに流れる電流値も通常は減少すると考えられる。このような現象は、平均よりもインダクタンスが突出して大きいコイルに対しても平等に現れる。 Therefore, in the present invention, in the swingback at the time of starting, the influence due to the inductance variation for each coil is removed by executing together with the control for reducing the ratio of the energization time when the motor is driven in the reverse direction. That is, when the ratio of the energization time to the coil is reduced during driving of the motor, the value of the current flowing through the coil is usually considered to be reduced accordingly. Such a phenomenon appears evenly with respect to a coil having a larger inductance than the average.
したがって、スイングバック時に通電時間の割合を減少させているにもかかわらず、これに反して実際の電流値が明らかに上昇(変化)することがあれば、それはコイルごとのインダクタンスのばらつきによるものではなく、スイングバックによって逆方向での圧縮上死点近傍に達したことを正確に表していると理解(判断)することができる。これにより、電流値の変化に基づいて適正な位置でスイングバックを終了させ、その位置からエンジンを正回転させて好適にエンジンを始動させることができる。 Therefore, if the actual current value clearly rises (changes) on the contrary even though the ratio of the energization time is reduced at the time of swingback, this is not due to the variation in inductance among coils. In other words, it can be understood (determined) that it accurately represents that the vicinity of compression top dead center in the reverse direction has been reached by swingback. As a result, the swing back can be ended at an appropriate position based on the change in the current value, and the engine can be normally rotated from the position to start the engine appropriately.
またこの場合、モータのコイルに電流が供給される通電時間の割合を複数段階にわたって次第に減少させることもできる。例えば、回転初期の通電時間の割合を最大とし、そこからモータの回転が進むにつれて、通電時間の割合を段階的に減少させていくことが好ましい。 In this case, the ratio of the energization time during which the current is supplied to the motor coil can be gradually reduced over a plurality of stages. For example, it is preferable to maximize the ratio of energization time at the initial stage of rotation and gradually decrease the ratio of energization time as the rotation of the motor proceeds from there.
この場合、回転初期には最大の割合でコイルに通電されるため、停止状態からのイナーシャに抗して充分なトルクを得ることができる。その後、スイングバックの過程でモータが円滑に回転していくと、それに伴って要求トルクも減少していくため、通電時間の割合を段階的に減少させていっても、引き続き逆方向へのトルクを充分に得ることができる。 In this case, since the coil is energized at the maximum rate at the initial stage of rotation, a sufficient torque can be obtained against the inertia from the stopped state. After that, if the motor rotates smoothly during the swingback process, the required torque also decreases accordingly.Therefore, even if the energization time ratio is decreased step by step, the torque in the reverse direction continues. Can be sufficiently obtained.
さらにこの後、ある程度まで通電時間の割合を減少させた段階で、実際にコイルに流れる電流値が目立って変化することがあれば、それは実際に逆方向での圧縮上死点近傍に達したことを意味するので、その位置で好適にスイングバックを終了させることができる。そして、この位置からエンジンを正回転させる方向へモータの駆動を切り換えれば、正回転方向の軽負荷域から容易にエンジンをクランキングさせ、その慣性力を利用してスムーズにエンジンを始動させることができる。 After that, if the current value actually flowing through the coil changes noticeably at the stage when the ratio of the energization time is reduced to some extent, it has actually reached the vicinity of the compression top dead center in the reverse direction. Therefore, the swing back can be suitably terminated at that position. If the motor drive is switched from this position to the direction of normal rotation of the engine, the engine can be easily cranked from the light load range in the normal rotation direction, and the engine can be started smoothly using its inertial force. Can do.
本発明のエンジン始動装置によれば、ロータ位置の検出用にセンサを用いなくとも、始動時のスイングバック機能を実現してエンジンの始動性を高めることができる。これにより、モータの小型軽量化や低コスト化を実現し、全体として部品点数が少なく、より安価な製品を市場に多く供給することができる。 According to the engine starter of the present invention, the startability of the engine can be improved by realizing the swingback function at the start without using a sensor for detecting the rotor position. As a result, the motor can be reduced in size and weight and cost can be reduced, and as a whole, the number of parts can be reduced and more inexpensive products can be supplied to the market.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。
図1は、一実施形態のエンジン始動装置10の構成を概略的に示す図である。このエンジン始動装置10は、例えば三相交流電動機である三相モータ12を用いてエンジン14を始動する。エンジン14は、例えば4サイクル単気筒型の内燃機関であり、図示しない動力システム(例えば自動二輪車)に搭載されることで、動力システムの駆動源として機能する。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram schematically illustrating a configuration of an
三相モータ12は、例えばU相、V相、W相のコイル(モータコイル、ステータコイル等)12u,12v,12wを有する他、図示しないロータとして例えば永久磁石(マグネット)を有している。なお永久磁石は、U相、V相、W相のコイル12u,12v,12wにそれぞれ対応して3つずつ設けられている。また図示しないロータには、例えば三相モータ12の出力軸が接続されており、この出力軸がエンジン14のクランク軸(図示しない)に連結されている。
The three-
またエンジン始動装置10は、センサレス式のモータドライバユニット20を備えている。すなわちモータドライバユニット20は、三相モータ12の駆動制御をセンサレスで行うことができる。ここでいう「センサレス」とは、三相モータ12にホール素子や磁気抵抗素子等のロータ位置センサを実装せずにロータ位相を検出し、三相モータ12の駆動制御を実現することを意味している。なお、このようなセンサレス式の駆動制御については公知であるため、ここではその詳細を省略する。
The
モータドライバユニット20は、例えば三相ドライバ22を内蔵している。三相ドライバ22はその内部にて、例えば6つのスイッチング素子(図示しないMOSFET)を用いた三相ブリッジを構成している。三相ブリッジの構成は公知であるため、ここでは図示とともにその説明を省略する。
The
またモータドライバユニット20は、三相ドライバ22に繋がる3つのドライバ端子20a,20b,20cを有しており、これらドライバ端子20a,20b,20cは、それぞれ三相モータ12の端子12a,12b,12cに接続されている。
さらにモータドライバユニット20は、三相ドライバ22に繋がる3つの電力端子20x,20yを有している。これら電力端子20x,20yには、バッテリ24の正負(+,−)端子がそれぞれ接続されている。
The
Further, the
モータドライバユニット20は電流検出器26を有している。電流検出器26は、例えばホール効果を用いた磁気比例方式の電流センサであり、この電流検出器26は、三相ドライバ22を通じて三相モータ12のコイル12u,12v,12wに供給される電流値を検出する。
The
またモータドライバユニット20はCPU(中央処理装置)30を有している。CPU30は、例えばEEPROM30aや図示しないメインRAMを内蔵した半導体集積回路であり、CPU30は三相ドライバ22を用いた三相モータ12の位相制御を実行する。EEPROM30aには制御プログラムが格納されている他、三相ドライバ22の各MOSFETに対する通電パターンを予め定めた通電制御マップや、三相モータ12の位相制御に必要な位相角テーブル等(いずれも図示していない)が格納されている。
The
その他に、モータドライバユニット20はプリドライバ32を内蔵している。このプリドライバ32は、例えばFET等のトランジスタアレイであり、CPU30から位相制御信号を受けて三相ドライバ22に対する駆動信号を出力する。
In addition, the
図示しない動力システムにはスタータスイッチ34が付属しており、このスタータスイッチ34は、例えば動力システムのユーザがエンジン14を始動させる際に操作されるスイッチ部品(例えばメカニカルプッシュスイッチ)である。
A
スタータスイッチ34の信号線はモータドライバユニット20の外部端子20dに接続されており、スタータスイッチ34に対して始動操作(例えば押下する操作)がなされると、外部端子20dを通じて始動操作信号(ON信号)がCPU30に入力される。なお始動操作がされていない状態では、スタータスイッチ34が通常OFF(ノーマリオープン)となっている。
The signal line of the
またCPU30は、上記の電流検出器26からの検出信号を入力することで、三相モータ12のコイル12u,12v,12wに供給されている電流値を読み取ることができる。読み取られた電流値は、CPU30によるモータ位相制御に利用される他、以下のエンジン始動制御にも利用することができる。
Further, the
〔エンジン始動制御〕
図2は、エンジン14の始動制御に関してCPU30が実行する始動制御メイン処理の手順例を示すフローチャートである。この始動制御メイン処理は、CPU30のEEPROM30aに制御プログラムとして格納されている。以下、始動制御メイン処理について順を追って説明する。
[Engine start control]
FIG. 2 is a flowchart illustrating a procedure example of a start control main process executed by the
ステップS10:先ずCPU30は、電流検出器26からの入力信号に基づき、三相モータ12のコイル12u,12v,12wに供給されている電流値を取り込む。なお、エンジン14の停止時で、特に三相モータ12を駆動していない状態(停止時)であれば、ここで取り込んだ電流値は「0A」を示している。
Step S10: First, the
ステップS12:次にCPU30は、スタータスイッチ34からの操作信号に基づき、スタータスイッチ34に対するユーザの操作がOFFからONへの確定後であるか否かを確認する。なお、ここでは過度な誤作動を防止するため、スタータスイッチ34のON信号に遅延タイマを用いてOFFからONへの確定後を判定してもよい。例えば、スタータスイッチ34からのON信号は、実際にユーザが始動操作を開始してから、その始動操作がある程度の遅延時間(例えば数十ms)継続した場合に出力されることとする。これにより、ユーザが間違ってスタータスイッチ34に触れた場合の誤作動を防止し、これ以降の安定したエンジン14の始動制御が可能となる。
Step S12: Next, based on the operation signal from the
このとき実際にユーザが始動操作を行った場合、CPU30はスタータスイッチ34のOFFからONへの確定後であることを確認し(ステップS12:Yes)、次のステップS14を実行する。
If the user actually performs a starting operation at this time, the
ステップS14:CPU30は、現在の制御状態がスイングバック前であるか否かを確認する。ここでいう「制御状態」は、例えばCPU30がプログラム上で設定するステータス値(フラグ値)であり、デフォルトの状態では「スイングバック前(00H)」に設定されているものとする。また「制御状態」を表すステータス値は、例えば内蔵RAMのステータス領域に格納しておくことができる。したがって、初回は「制御状態」が「スイングバック前」であるため(ステップS14:Yes)、CPU30は次にステップS16に進む。
Step S14: The
ステップS16:ここでCPU30は、モータ12に対する通電デューティ(単位時間あたりの通電時間の割合)を決定する。通電デューティの決定には、例えばEEPROM30aに予め記憶されているデューティ制御マップ(図示していない)を用いすることができる。すなわち、図示しないデューティ制御マップには、エンジン14のスイングバック開始時からの経過時間に応じて、三相モータ12に対する通電デューティを段階的に減少させる特性が設定されている。通電デューティは、例えば初期状態を100%とし、その後は一定時間(数十ms程度)が経過するごとに10%ずつ減少させていくこととする。ただし、このようなマップの設定は単に一例であり、これ以外の設定であってもよい。
Step S16: Here, the
ステップS18:先のステップS16で通電デューティを決定すると、CPU30は決定した通電デューティで三相モータ12を逆転駆動する。具体的には、現在のロータ位相に対して、エンジン14を逆回転させる方向に三相モータ12を駆動するための通電パターンを選択し、三相ドライバ22に対する駆動信号を出力する。これにより、三相ドライバ22の内部で各MOSFETがスイッチングされ、コイル12u,12v,12wの通電方向(逆転駆動時)が制御される。なお、三相モータ12の駆動制御そのものは公知であるため、ここではその詳細な説明を省略する。
Step S18: When the energization duty is determined in the previous step S16, the
ステップS20:三相モータ12の逆転駆動を実行すると、CPU30はスイングバック終了判定処理を実行する。この処理では、スイングバックを終了するか否か、つまり、エンジン14のクランク角が逆方向の圧縮上死点近傍に達したか否かを判定する。ここで「スイングバック終了」の判定条件を満たした場合、CPU30は上記の「制御状態」を「スイングバック終了後」に設定する。一方、未だ「スイングバック終了」の判定条件を満たしていなければ、CPU30は「制御状態」を特に変更することなく始動制御メイン処理に復帰する。なお、具体的な判定手法については、さらに別のフローチャートを用いて後述する。
Step S20: When reverse rotation driving of the three-
〔スイングバック前(スイングバック終了判定不成立)〕
「制御状態」が「スイングバック前」である場合、CPU30は上記のステップS10〜ステップS18を繰り返す。この間、エンジン14を逆回転させる方向に三相モータ12が駆動され、エンジン14のスイングバックが実行される。また、スイングバック開始から時間の経過に伴い、コイル12u,12v,12wに対する通電デューティは段階的に減少していく(ステップS18)。
[Before swingback (Swingback end determination is not established)]
When the “control state” is “before swingback”, the
〔スイングバック終了後〕
この後、実際にスイングバック終了判定が成立し、「制御状態」が「スイングバック終了後」に設定された場合、CPU30は上記のステップS10〜ステップS14(No「スイングバック終了後」)を経てステップS22に進む。
[After swing back]
Thereafter, when the swing back end determination is actually established and the “control state” is set to “after swing back end”, the
ステップS22:この場合、CPU30は三相モータ12を正転駆動する。具体的には、現在のロータ位相に対して、エンジン14を正回転させる方向に三相モータ12を駆動するための通電パターンを選択し、三相ドライバ22に対する駆動信号を出力する。これにより、三相ドライバ22の内部で各MOSFETがスイッチングされ、コイル12u,12v,12wの通電方向(正転駆動時)が制御される。これにより、実際にエンジン14のクランキングが行われる。
Step S22: In this case, the
エンジン14のクランキング中はユーザがスタータスイッチ34を操作し続けることで、同じくCPU30はステップS10〜ステップS14(No「スイングバック終了後」)を経てステップS22を繰り返し実行する。
As the user continues to operate the
やがてエンジン14が始動し、ユーザがスタータスイッチ34の操作をやめると、スタータスイッチ34からの信号はOFFになる。この場合、ステップS12ではOFFからONの確定後が確認できなくなるため(ステップS12:No「その他」)、CPU30はステップS24を実行する。
When the
ステップS24:この場合、CPU30は三相モータ12の駆動を停止する。これにより、エンジン14の始動制御に関して三相モータ12への電力供給が停止する。
この後、特にスタータスイッチ34のOFFからONへの確定後でないと判断している間(ステップS12:No「その他」)、CPU30はステップS10〜ステップS12(No「その他」)を経てステップS24を繰り返す。
Step S24: In this case, the
Thereafter, while it is determined that the
〔スイングバック終了判定処理〕
図3は、スイングバック終了判定処理の具体的な手順例を示すフローチャートである。以下、手順例に沿ってスイングバック終了判定処理の内容について説明する。
[Swingback end determination processing]
FIG. 3 is a flowchart illustrating a specific procedure example of the swingback end determination process. Hereinafter, the contents of the swingback end determination process will be described along a procedure example.
ステップS30:先ずCPU30は、取り込んだ電流値が設定値以上であるか否かを確認する。ここでいう「設定値」は、エンジン14の逆方向の圧縮上死点近傍で三相モータ12のトルクが高負荷域となった場合に流れる電流値を基準として予め設定しておくことができる。なお「設定値」は、実際のエンジン14や三相モータ12を用いて実験的に設定すればよい。電流値が設定値に達していなければ(No「その他」)、CPU30はここでスイングバック終了判定処理を終え、上記の始動制御メイン処理に復帰する。
Step S30: First, the
これに対し、取り込んだ電流値が設定値以上であった場合(ステップS30:Yes)、CPU30は次のステップS32に進む。
ステップS32:ここでCPU30は、タイマカウンタを起動して継続時間の計測を実行する。なおタイマカウンタは、先のステップS30で電流値が設定値以上でないと判断されるか、もしくは、これ以降で「制御状態」が「スイングバック終了後」に設定されるまで使用される。
On the other hand, when the acquired current value is equal to or greater than the set value (step S30: Yes), the
Step S32: Here, the
ステップS34:CPU30は、計測中のタイマカウンタの値から、ここまでの継続時間が設定時間以上であるか否かを判断する。ここでいう「設定時間」は、エンジン14のクランク角が実際に逆方向の圧縮上死点近傍に到達し、三相モータ12のトルクが高負荷域で持続している場合の時間を基準として予め設定しておくことができる。ここでも同様に、「設定時間」は実際のエンジン14や三相モータ12を用いて実験的に設定すればよい。ここまでの継続時間が設定時間に達していなければ(No「その他」)、CPU30はここでスイングバック終了判定処理を終了し、上記の始動制御メイン処理に復帰する。
Step S34: The
ステップS36:これに対し、継続時間が設定時間以上であることを確認した場合(ステップS34:Yes)、CPU30はここで「制御状態」の設定を「スイングバック終了後」に変更する。これにより、制御上で「スイングバック終了判定」が行われたことになる。
Step S36: On the other hand, when it is confirmed that the duration time is equal to or longer than the set time (step S34: Yes), the
ステップS38:スイングバック終了を判定すると、CPU30はここで三相モータ12の逆転駆動を停止する。そしてCPU30は、スイングバック終了判定処理を終了して始動制御メイン処理に復帰する。
Step S38: When the end of the swingback is determined, the
復帰した先の始動制御メイン処理(図2)では、上記のようにステップS14(No「スイングバック終了後」)からステップS22に進むため、CPU30による三相モータ12の制御は正転駆動となる。これにより、スイングバック終了判定後からエンジン14のクランキングをスムーズに開始することができる。
In the starting control main process (FIG. 2) after the return, since the process proceeds from step S14 (No “after swingback is completed”) to step S22 as described above, the control of the three-
〔単純化モデル〕
図4は、始動制御メイン処理、及びスイングバック終了判定処理を通じて各種の値や状態が時間的に変化していく様子を示したタイミングチャートである。なお、ここでは説明の煩雑化を防止するため、各種の値や状態をある程度まで単純化して示している。
[Simplified model]
FIG. 4 is a timing chart showing how various values and states change over time through the start control main process and the swingback end determination process. Here, various values and states are simplified to some extent to prevent complication of the description.
〔時刻t0〕
例えば、図4中の横軸中、ある時刻t0でユーザによる始動操作がなされ、スタータスイッチ34のOFFからONへの変化が確定した場合を想定する。この場合、CPU30による制御上でステップS12の判定が(Yes)となり、ステップS14以降でスイングバック動作(三相モータ12の逆転駆動)が開始される。
[Time t0]
For example, it is assumed that the start operation by the user is performed at a certain time t0 on the horizontal axis in FIG. 4 and the change of the
〔電流値の変化〕
図4中(A):ここでは、単純化モデルとしての電流波形が示されている。三相モータ12の逆転駆動開始に伴い、電流値の波形は位相の切り替わり点(60°)ごとに周期的な変化を示すものとして観測される。例えば、先の時刻t0で三相モータ12に通電が開始されると、検出される電流値は一次遅れ応答に近い波形を示しつつピーク値まで立ち上がる。そして、次の位相切り替わり点(例えば時刻t1)で電流値の波形は一旦立ち下がると、そこから再度、一次遅れ応答に近い波形を示しつつ次のピーク値まで立ち上がる。以後、位相の変化点(例えば時刻t2,t3,t4)ごとに電流値の波形は周期的な変化を示す。
[Change in current value]
In FIG. 4, (A): Here, a current waveform as a simplified model is shown. With the start of reverse drive of the three-
〔通電デューティ〕
図4中(B):単純化モデルとしての通電デューティは、例えば始動制御の開始初期(時刻t0)を100%とすると、以後、一定時間が経過するごとに10%ずつ段階的に減少する。この単純化例では、例えば始動制御の開始(時刻t0)から一定時間経過後(時刻t1)に通電デューティは90%に減少し、次の一定時間経過後(時刻t2)に通電デューティは80%に減少し、また次の一定時間経過後(時刻t3)に通電デューティが70%に減少し、さらに次の一定時間経過後(時刻t4)に通電デューティは60%にまで減少している。また、このような段階的な通電デューティの減少に伴い、(A)の電流波形に現れるピーク値は次第に減少していることが分かる。なお、ここでは説明の単純化のため、時間軸上でモータ12の位相切り替わり点ごとに通電デューティを変化させているが、実際の制御上で位相の切り替わり点と通電デューティの変化点とが必ずしも一致している必要はない。
[Energizing duty]
In FIG. 4, (B): The energization duty as the simplified model is decreased stepwise by 10% every time a certain time elapses, for example, assuming that the start initial time (time t0) of the start control is 100%. In this simplified example, for example, the energization duty is reduced to 90% after a lapse of a certain time (time t1) from the start of the start control (time t0), and the energization duty is 80% after the elapse of the next certain time (time t2). The energization duty decreases to 70% after the next fixed time has elapsed (time t3), and further decreases to 60% after the next fixed time has elapsed (time t4). Further, it can be seen that the peak value appearing in the current waveform (A) gradually decreases as the energization duty decreases gradually. Here, for simplification of explanation, the energization duty is changed for each phase switching point of the
〔逆転駆動〕
図4中(C):始動制御の開始に伴い、CPU30による制御上で時刻t0から逆転駆動のステータス(例えば駆動信号)がONになっている。
[Reverse drive]
In FIG. 4, (C): With the start of the start control, the reverse drive status (for example, drive signal) is ON from time t0 on the control by the
〔制御状態〕
図4中(D):また「制御状態」は、上記のようにデフォルトで「スイングバック前」に設定されている。このため、始動制御の開始時(時刻t0)からスイングバック終了判定がなされるまでの間、「制御状態」は「スイングバック前」のままである。
[Control state]
In FIG. 4, (D): “Control state” is set to “Before swingback” by default as described above. For this reason, the “control state” remains “before swingback” from the start of start control (time t0) until the swingback end determination is made.
〔時刻t5以降の変化〕
例えば、ある時刻t5で電流値が設定値(Ia)以上になった場合を想定する。この場合の設定値(Ia)は、上記のように本実施形態において逆方向の圧縮上死点近傍で高負荷域となった場合に発生し得る電流値である。
[Change after time t5]
For example, it is assumed that the current value becomes equal to or greater than the set value (Ia) at a certain time t5. The set value (Ia) in this case is a current value that can be generated when the high load region is reached in the vicinity of the compression top dead center in the reverse direction in the present embodiment as described above.
また電流値が設定値(Ia)以上になると、その時点(時刻t5)からCPU30による制御上でタイマカウンタによる継続時間の計測が開始される(図3中のステップS32)。
When the current value becomes equal to or greater than the set value (Ia), the measurement of the duration time by the timer counter is started under the control of the
〔時刻t6〕
この後、電流値が設定値(Ia)以上の状態が設定時間(τ)以上まで継続した場合を想定する。この場合、CPU30による制御上でスイングバック終了判定の条件が満たされることになる(図3中のステップS34:Yes)。
したがって、時刻t6で「制御状態」が「スイングバック終了後」に変更されるとともに、三相モータ12の逆転駆動は停止(OFF)されることになる。
[Time t6]
Thereafter, it is assumed that the state where the current value is equal to or greater than the set value (Ia) continues for the set time (τ) or longer. In this case, the condition for determining the end of the swingback is satisfied under the control of the CPU 30 (step S34 in FIG. 3: Yes).
Therefore, at time t6, the “control state” is changed to “after the completion of the swingback”, and the reverse drive of the three-
これ以降の変化は特に示していないが、上記のようにスイングバック終了後から三相モータ12は正転駆動され(図2中のステップS22)、正回転方向の軽負荷域からエンジン14のクランキングを開始することができる。
Although the change after this is not particularly shown, the three-
〔機械モデル〕
図5は、三相モータ12を6極で使用した場合の機械モデルを簡略化して示した概念図である。この場合、エンジン14の1回転(360°)あたり、6極の三相モータ12−1〜12−6が60°ごとに配置された構造となる。これら6極の三相モータ12−1〜12−6には、それぞれに三相のコイル12u,12v,12wが設けられている。なお図5中、煩雑化を防止するため、コイル12u,12v,12wの符号は1極の三相モータ12−1のみに付している。以下、6極の三相モータ12−1〜12−6を配置した構造において、上記のスイングバック機能を用いた場合の動作例について説明する。
[Machine model]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a simplified machine model when the three-
例えば、図5中の鉛直上方にエンジン14の圧縮上死点(TDC)が位置する場合を想定する。また図5中、反時計回り方向をエンジン14の正回転方向とする。ここでも簡略化のため、圧縮上死点(TDC)を基準として60°ごとに三相モータ12−1〜12−6までを配置した構造を示しているが、実際の配置が必ずしもこれと一致している必要はない。
For example, a case is assumed where the compression top dead center (TDC) of the
〔スイングバック開始〕
例えば、初期状態でエンジン14のクランク軸が逆方向の圧縮上死点前300°の近傍位置で停止していたとする。ここから始動制御が開始されると、三相モータ12の外周に沿って白抜きの矢印で示されているように、三相モータ12が全体として逆転駆動されることになる。
[Start swing back]
For example, assume that the crankshaft of the
簡略化モデルで考えると、このとき例えば、三相モータ12は全体として最初の60°(逆方向圧縮上死点前300°〜240°まで)の区間を通電デューティ100%で逆転駆動され、次の60°(逆方向圧縮上死点前240°〜180°まで)の区間については通電デューティ90%で逆転駆動される。そして、次の60°(逆方向圧縮上死点前180°〜120°)の区間については通電デューティ80%で逆転駆動され、その次の60°(逆方向圧縮上死点前120°〜60°)の区間については通電デューティ70%で逆転駆動される。
Considering the simplified model, for example, at this time, for example, the three-
〔逆方向圧縮上死点前〕
そして、最後の60°(逆方向圧縮上死点前60°〜0°)の区間については、通電デューティ60%で逆転駆動される。ただし、逆方向の圧縮上死点手前では三相モータ12が全体として高負荷域となり、上記のように各極の三相モータ12−1〜12−6に流れる電流値が設定値(Ia)以上にまで変化する。そして、電流値が設定値(Ia)以上の状態が設定時間(τ)以上にわたり継続すると、CPU30による制御上でスイングバック終了と判定し、三相モータ12の逆転駆動が停止される。
(Before reverse compression top dead center)
Then, the last 60 ° (60 ° to 0 ° before reverse compression top dead center) is reversely driven with an energization duty of 60%. However, before the compression top dead center in the reverse direction, the three-
そして、次に三相モータ12の外周に沿ってハッチング付きの矢印で示されているように、今度は逆方向の圧縮上死点手前の位置から三相モータ12が全体として正転駆動されることになる。したがって、正回転方向の軽負荷域からクランキングを開始することにより、圧縮上死点での負荷を容易に乗り越えてエンジン14の始動性を高めることができる。なお、ここでは簡略化のため、60°ごとに通電デューティを減少させているが、実際の制御上で60°ずつ正確に通電デューティを減少させていく必要はない。
Then, as indicated by the hatched arrows along the outer periphery of the three-
上述した一実施形態のエンジン始動装置10によれば、三相モータ12の駆動制御をセンサレス(ホール素子センサ不使用)で行う構成であっても、スイングバック機能を確実に実現してエンジン14の始動性を向上することができる。これにより、三相モータ12を含む動力システム全体の小型化や軽量化を促進するとともに、部品点数を削減して製造コストの低減を図ることに大きく寄与することができる。
According to the
また、スイングバック前の逆転駆動中に通電デューティを段階的に減少させていくことで、ノイズ等による電流値の一時的な上昇を誤認識することなく、正確にスイングバック終了を判定して正方向のクランキングを開始することができる。 In addition, by reducing the energization duty stepwise during reverse rotation drive before swingback, it is possible to accurately determine the end of swingback and correct it without erroneously recognizing a temporary increase in current value due to noise or the like. Direction cranking can be started.
特に、図5に示されるような複数(6極)の三相モータ12−1〜12−6を配置した構造においては、各コイル12u,12v,12wの製造上のばらつきによって1つ1つのインダクタンス値が不均一となることが多い。この場合、平均より突出してインダクタンス値の大きいコイル12u,12v,12wがあると、そこで流れる電流値が一時的に大きくなる傾向にある。これについて本実施形態では、逆転駆動中の電流値が設定値(Ia)以上となり、その状態が設定時間(τ)以上まで継続したことを条件としてスイングバック終了を判定しているため、インダクタンス値のばらつきによる電流値の上昇を誤認識することなく、正確にスイングバック終了を判定して正方向のクランキングを開始することができる点でも優位である。
In particular, in the structure in which a plurality of (six poles) three-phase motors 12-1 to 12-6 are arranged as shown in FIG. 5, the inductances of the
本発明は上述した実施形態に制約されることなく、種々に変形して実施することができる。一実施形態では、通電デューティを10%ずつ減少させているが、このような減少幅は任意に変更してもよい。また、通電デューティを減少させるパターンは段階的なものに限らず、無段階で連続的に減少させるパターンを採用してもよい。 The present invention is not limited to the embodiments described above, and can be implemented with various modifications. In one embodiment, the energization duty is decreased by 10%, but such a decrease width may be arbitrarily changed. Further, the pattern for decreasing the energization duty is not limited to a stepwise pattern, and a pattern that continuously decreases without stepping may be employed.
また、図4,図5等で挙げている状態モデルや機械モデルはあくまで一例であり、実用上はその他に各種のモデルが考えられることは言うまでもない。 Further, the state model and the machine model listed in FIGS. 4 and 5 are merely examples, and it goes without saying that various models can be considered in practice.
10 エンジン始動装置
12 三相モータ
12u,12v,12w コイル
14 エンジン
20 モータドライバユニット
22 三相ドライバ
24 バッテリ
26 電流検出器
30 CPU
34 スタータスイッチ
DESCRIPTION OF
34 Starter switch
Claims (5)
前記モータのコイルに供給される電流値を検出する電流検出器と、
前記エンジンの始動操作に応じて前記エンジンを逆回転させる方向へ前記モータを駆動した後、前記電流検出器により検出された電流値の変化に基づいて、前記エンジンを正回転させる方向に前記モータの駆動を切り換える制御手段と
を備えたエンジン始動装置。 A motor that applies torque in the forward direction or the reverse direction to the stopped engine;
A current detector for detecting a current value supplied to the coil of the motor;
After driving the motor in a direction to rotate the engine in reverse according to the start operation of the engine, based on a change in the current value detected by the current detector, the motor in the direction to rotate the engine in the normal direction. An engine starter comprising control means for switching driving.
前記制御手段は、
前記エンジンを逆回転させる方向へ前記モータを駆動中に前記電流検出器により検出された電流値が所定の設定値以上となった場合、前記エンジンを正回転させる方向に前記モータの駆動を切り換えることを特徴とするエンジン始動装置。 The engine starter according to claim 1,
The control means includes
When the current value detected by the current detector becomes greater than or equal to a predetermined set value while driving the motor in the direction of rotating the engine in the reverse direction, the driving of the motor is switched in the direction of rotating the engine in the forward direction. An engine starter characterized by.
前記制御手段は、
前記エンジンを逆回転させる方向へ前記モータを駆動中に前記電流検出器により検出された電流値が所定の設定値以上である状態が所定の設定時間にわたり継続した場合、前記エンジンを正回転させる方向に前記モータの駆動を切り換えることを特徴とするエンジン始動装置。 The engine starter according to claim 1,
The control means includes
A direction in which the engine is rotated forward when a state in which the current value detected by the current detector is equal to or greater than a predetermined set value while driving the motor in the reverse rotation direction of the engine continues for a predetermined set time. An engine starter characterized by switching the drive of the motor.
前記制御手段は、
前記エンジンを逆回転させる方向へ前記モータを駆動している間に、前記モータのコイルに電流が供給される通電時間の割合を減少させる制御を合わせて実行することを特徴とするエンジン始動装置。 The engine starting device according to any one of claims 1 to 3,
The control means includes
An engine starter characterized in that, while driving the motor in a direction to reversely rotate the engine, a control for reducing a ratio of energization time during which a current is supplied to a coil of the motor is also executed.
前記制御手段は、
前記モータのコイルに電流が供給される通電時間の割合を複数段階にわたって次第に減少させることを特徴とするエンジン始動装置。 The engine starting device according to claim 4,
The control means includes
An engine starter characterized by gradually reducing the ratio of energization time during which current is supplied to the motor coil over a plurality of stages.
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