JP3351042B2 - 車両用内燃機関始動装置 - Google Patents

車両用内燃機関始動装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関を始動する車
両用内燃機関始動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】特開平3−3969号公報は、始動指令
に応じて内燃機関に一定時間、正転方向へ初期始動用の
正転トルクを付与するとともに、温間ロックなどにより
始動不良と判定した場合には所定時間の正転及び逆転を
交互に繰り返すことにより、始動性を改善することを開
示している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の装置では、最初の初期始動用の正転トルクの付
与後、所定時間後に回転停止を判別して始動失敗を検出
するので、この始動失敗検出までの時間が余分にかか
り、始動に成功しても運転者にとって始動しにくいとい
う不満を抱かせるという問題があった。
【0004】次に、上記した従来の装置では負荷トルク
の変化方向にかかわらず一律に最初に正転を行うので、
もし最初の正転が負荷トルクが増大する方向に行われる
と、ほとんど回転することなく停止してしまい、その
間、無駄な電力を給電する場合も生じてしまう。本発明
は、上記問題点に鑑みなされたものであり、始動性の向
上及び始動時間の短縮が可能な車両用内燃機関始動装置
を提供することを、その目的としている。
【0005】
【0006】
【課題を解決するための手段】本 発明の車両用内燃機関
始動装置は、車両の内燃機関を始動する正逆回転可能な
始動電動機と、前記内燃機関のクランク角を検出するク
ランク角検出手段と、前記クランク角に基づいて前記始
動電動機を制御する制御手段とを備える車両用内燃機関
始動装置において、前記制御手段は、検出した前記クラ
ンク角に基づいて決定した負荷トルク減少方向への前記
始動電動機の予備回転を指令した後、正規の正転を指令
するものであることを特徴としている。
【0007】好適な態様において、前記制御手段は、前
記予備回転の後、それぞれ所定回転角又は所定時間の正
転及び逆転からなる第2次予備回転を指令した後、前記
正規の正転を指令するものである。
【0008】
【作用及び発明の効果】発明の装置は、車両の内燃機
関を正逆回転可能に駆動する。
【0009】発明では特に、始動に際し、始動電動機
を負荷トルク減少方向へ所定回転角だけ予備回転した
後、正規の正転を指令する。これにより、負荷トルクが
正転方向へ減少する場合には、始動直後から直ちに正転
方向へ発電電動機を駆動する。この場合、初期始動トル
クが静摩擦抵抗を含む初期負荷トルクに打ち克てば、発
電電動機は、ほとんどの場合において負荷トルクの減少
とともに順調に回転する。逆に、負荷トルクが逆転方向
へ減少する場合には、始動直後から直ちに逆転方向へ発
電電動機を駆動する。この場合、初期始動トルクが静摩
擦抵抗を含む初期負荷トルクに打ち克てば、発電電動機
は逆転方向へ円滑に駆動される。したがって、その後の
正転では、上記逆転(予備回転)により各摩擦面が例え
ばオイルの広がりなどにより略動摩擦面化(摩擦係数が
低下)しており、そのために負荷トルク(負荷抵抗)が
減少しており、始動命令後、ただちに正転するよりも始
動性が向上することになる。
【0010】なお、逆転により内燃機関の始動性が向上
する理由について以下に説明する。すなわち、始動時の
負荷トルク(負荷抵抗)は、摩擦抵抗、加速抵抗、仕事
(ガス圧縮などの)抵抗により発生する。最初の正転に
よりこれら抵抗を克服しつつ機関が始動するが、これら
の抵抗が大きいと回転速度は小さいままで上昇せず、そ
の内に、仕事(ガス圧縮などの)抵抗が増加する領域に
入ったり、又は、バッテリが消耗したり、局部的に摩擦
抵抗が増大したりして、駆動トルクが負荷抵抗に負け、
回転が停止してしまう。
【0011】そこで、正転前に予め逆転しておくと、次
の正転において、各摩擦面はいままで回転した面になる
ので、摩擦状態はほぼ動摩擦状態(摩擦が最初より減少
した状態)と考えることができ、上記した最初の正転よ
りも容易に回転することができ、始動が実現する。した
がって、本発明によれば、始動性の向上及び電力の節
約、始動時間の短縮が実現する。
【0012】
【実施例】
(実施例1)本発明の内燃機関用発電電動機の制御装置
の一実施例を図1に示す。この内燃機関用発電電動機
は、車両の内燃機関1のクランク軸にトルク授受可能に
連結されて蓄電手段(バッテリ)8と電力授受する発電
機及び電動機の両機能を併せ持つ発電電動機3と、この
発電電動機3の発電動作と電動動作を切り替えるととも
に界磁電流を制御する電力制御部(本発明でいう制御手
段の一部)5と、クランク軸の角度を検出するアブソリ
ュートロータリーエンコーダからなるクランク角センサ
14と、センサ14からの信号に基づいて電力制御部5
を制御して発電電動機3の動作を制御するコントローラ
(本発明でいう制御手段の残部)4とからなる。コント
ローラ4は内燃機関制御用コンピュータであるエンジン
コントロールユニット(ECU)と、本実施例の各種マ
ップを記憶するROMとからなる。上記センサ14及び
制御手段4、5は本発明でいう制御装置を構成してい
る。
【0013】図2にこの装置の電気回路図を示す。発電
電動機(本発明でいう始動電動機)3は三相同期機から
なり、そのロータコア(図示せず)には励磁コイル31
が巻装されており、そのステータコア(図示せず)には
スター接続された三相アーマチャコイル32が巻装され
ている。電力制御部5はクランク角に基づいて開閉制御
される三相インバータ回路51と、励磁電流断続用のト
ランジスタ52とからなり、三相インバータ回路51
は、一対のnpnトランジスタ(又はIGBT)を直列
接続してなる各相のインバータ5u,5v,5wからな
り、各相のインバータ5u,5v,5wの両端をバッテ
リ8の両端に接続され、三相インバータ回路51の上記
各トランジスタ(又はIGBT)はダイオードと並列接
続されている。そして、各相のインバータ5u,5v,
5wの出力接点が三相アーマチャコイル32の各出力端
に接続されている。励磁コイル31の一端はバッテリ8
の低位端に接続され、他端はトランジスタ52を通じて
バッテリの高位端に接続されている。
【0014】ECU13の指令による三相インバータ回
路51の各トランジスタの開閉タイミングの制御により
発電動作と電動動作とが切り換えられ、また、励磁電流
制御用トランジスタ52の断続により励磁電流の通電デ
ューティ比が制御されるが、上記事項は周知であるので
これ以上の詳細説明は省略する。これにより、発電電動
機3は、発電動作及び電動動作を行って内燃機関1とト
ルク授受し、またバッテリ8と電力授受する。
【0015】クランク角センサ14は内燃機関1のクラ
ンク角を検出し、車速センサ15は車速を検出する。以
下、この実施例の制御装置の動作を、図3のフローチャ
ートを参照して説明する。まず、イグニッションスイッ
チがオンしたかどうか(始動命令が発せられたかどう
か)を入力し(100)、入力していない場合にはEC
U13は他のルーチンを行い、所定時間後に再度ステッ
プ100を実施する。
【0016】イグニッションスイッチがオンすれば、ク
ランク角センサ14からクランク角度Θを読み込み(1
01)、このクランク角度Θに応じた電動位相モードで
電力制御部5の各トランジスタを断続して発電電動機3
を逆方向へ電動動作させる。また、電力制御部5の界磁
電流断続用トランジスタに100%デューティ比での界
磁電流通電を指令し、この界磁電流断続用トランジスタ
に界磁電流を連続通電する(103)。これにより、発
電電動機3は最大トルクで逆転する。 次に、クランク
角ΘでΠ/4だけ逆転したか(104)又は逆転開始か
らΔt時間経過したかどうかを調べ(106)、Yes
であればステップ108に進み、Noであれば、ステッ
プ101にリターンする。
【0017】ステップ108では、絶対クランク角度Θ
に応じた電動位相モードで電力制御部5の各トランジス
タを断続して発電電動機3を正方向へ電動動作させる。
なお、電力制御部5の界磁電流断続用トランジスタに1
00%デューティ比での界磁電流通電を指令するのは前
と同じである。これにより、発電電動機3は最大トルク
で逆転する。
【0018】次に、正転開始から所定時間Δt経過した
かどうかを調べ(110)、Yesであれば始動失敗と
してステップ101にリターンして再度逆転を実施し、
経過していなければクランク角Θの読み込みによりエン
ジン回転数nがしきい値回転数nthを超過したかどう
かを調べ(112)、超過していれば始動成功としてス
テップ114にて発電電動機3の電動モード運転を停止
し、超過していなければステップ108へリーンして正
転を持続する。
【0019】すなわちこの実施例では、逆転、正転から
なる始動サイクルを所定回転数に達するまで所定時間経
過毎に実施する構成を採用するので、始動に成功するま
で同じ摩擦面を往復することになり、油の回りなどによ
り徐々に摩擦抵抗が減少することにより、無駄な電力消
費を回避しつつ始動性を向上することができる。図4に
この実施例の動作状態を図示する。なお、点線は逆転−
正転サイクルを2回実施する場合を示す。
【0020】(変形態様)クランク角(0〜2Π)の変
動に応じて負荷トルク(負荷抵抗)が変化するので、こ
れに応じて逆転−正転サイクル又は逆転時間又は逆転角
度を調節することもできる。例えば、負荷トルクが最高
値近傍でかつ正転とともに負荷トルクが増大する領域で
は始動が容易では無いので、何度か逆転−正転サイクル
を繰り返して回転し易くする。負荷トルクが最低値近傍
でかつ正転とともに負荷トルクが増大する領域では始動
がより簡単であるので、一度だけ逆転−正転サイクルを
繰り返して回転し易くする。正転とともに負荷トルクが
減少する領域では始動が容易であるので、ただちに正転
を行う。このようにすれば、無駄な電力消費を回避しつ
つ始動性を向上することができる。 (実施例2)他の実施例を図5のフローチャートを参照
して説明する。
【0021】この実施例は、実施例1のステップ101
〜108までを修正したものであって、まず、イグニッ
ションスイッチがオンしたかどうか(始動命令が発せら
れたかどうか)を入力し(100)、入力していない場
合にはECU13は他のルーチンを行い、所定時間後に
再度ステップ100を実施する。イグニッションスイッ
チがオンすれば、クランク角センサ14からクランク角
度Θを読み込み(101)、次に、読み込んだクランク
角Θ(の現在値)において、正転方向が負荷トルク増大
方向かどうかを調べる(102)。すなわち、内燃機関
1の負荷トルク(負荷抵抗)はクランク角Θとともに変
化するので、正転方向へ負荷トルクが増大する角度領域
を記憶しておき、読み込んだクランク角Θがこの領域に
あれば正転方向へ負荷トルクが増大することが判別で
き、そうでなければ逆転方向へ負荷トルクが増大するこ
とが判別できる。
【0022】もし正転方向が負荷トルク増大方向であれ
ば、実施例1のステップ103と同じように発電電動機
3を逆転方向へ最大トルクで逆転させ、クランク角Θが
Θxとなったかどうかを調べる(105)。なおここ
で、クランク角Θxは、負荷トルクの最小値より多少大
きく(例えば負荷トルクの最大値と最小値との差の20
%程度)、かつ、正転方向へ向けて負荷トルクが減少す
る角度位置である。
【0023】すなわち、このクランク角Θxから正転方
向へ駆動すれば、負荷トルクの最小値までは負荷トルク
が減少し、かつ、逆転により摩擦抵抗が減少しているの
で円滑に加速され、その後、正転方向へ向けて負荷トル
クが増大するが負荷トルクはまだ小さいので更に加速さ
れ、これらの加速により得た慣性エネルギに助勢されて
負荷トルクの最大点を乗り切ることができる。
【0024】ステップ105、106は実施例1と同じ
である。一方、ステップ102にてNoであれば、正転
とともに負荷トルクは減少するので、ステップ108に
直ちに進んで正転を実施する。以上説明したように本実
施例では、正転方向が負荷トルクの増大方向か減少方向
かにより逆転を実施するかどうかを判定するので、例え
ば、正転方向が負荷トルクの減少方向であれば、逆転な
しに始動を実施し、逆転に要する時間と消費電力を節約
することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の内燃機関用発電電動機の制御装置の一
実施例を示すブロック図である。
【図2】図1の装置の電気回路図である。
【図3】図1の制御装置の制御動作を示すフローチャー
トである。
【図4】図1の動作状態図である。
【図5】他の実施例の制御動作を示すフローチャートで
ある。
【図6】クレーム対応図である
【符号の説明】
1 内燃機関 3 発電電動機(始動電動機) 4 コントローラ(制御手段) 5 電力制御部(制御手段) 8 バッテリ 14 クランク角センサ(クランク角検出手段)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02N 11/08 F02N 11/00

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】車両の内燃機関を始動する正逆回転可能な
    始動電動機と、前記内燃機関のクランク角を検出するク
    ランク角検出手段と、前記クランク角に基づいて前記始
    動電動機を制御する制御手段とを備える車両用内燃機関
    始動装置において、 前記制御手段は、検出した前記クランク角に基づいて決
    定した負荷トルク減少方向への前記始動電動機の予備回
    転を指令した後、正規の正転を指令するものであること
    を特徴とする車両用内燃機関始動装置。
  2. 【請求項2】前記制御手段は、前記予備回転の後、それ
    ぞれ所定回転角又は所定時間の正転及び逆転からなる第
    2次予備回転を指令した後、前記正規の正転を指令する
    ものである請求項1記載の車両用内燃機関始動装置。
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