JP6645046B2 - スタータモータ交換判定装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの始動に用いるスタータモータの交換を判断するスタータモータ交換判定装置に関する。

従来、エンジンの始動に用いるスタータモータの寿命を推定するために、キースイッチのＯＮないしＯＦＦの累積回数を用いた技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平０６−２５５４２８号公報

或る特定の１つのスタータモータについては、キースイッチのＯＮ及びＯＦＦの累積回数が多くなるほど劣化する傾向にはあるといえる。しかしながら、スタータモータが異なると、累積回数が同じであっても、スタータモータの使用状況によって劣化の状態が大きく異なるので、累積回数をスタータモータの交換を推定する指標として用いると、交換の必要性の推定精度が低くなる虞がある。

本発明は、スタータモータの交換の必要性を適切に判定することのできる技術を提供することを目的とする。

上述の目的を達成するため、本発明の一観点に係るスタータモータ交換判定装置は、エンジンを始動させるためにクランクシャフトを回転させるスタータモータの交換を判定するスタータモータ交換判定装置であって、スタータモータの動作時のエンジンの回転数に基づいて、スタータモータの動作時毎におけるスタータモータの回転数を特定する動作時毎回転数特定手段と、スタータモータの回転数に基づいて、所定の時点からのスタータモータの累積回転数を求める累積回転数算出手段と、累積回転数に基づいて、スタータモータの交換が必要であるか否かを判定する交換判定手段と、を有する。

上記スタータモータ交換判定装置において、エンジンと、スタータモータとは、エンジンのクランクシャフトの回転速度が所定の基準回転速度を超える場合には、スタータモータの動力がエンジンのクランクシャフトへ伝達されないように接続されており、動作時毎回転数特定手段は、エンジンの回転速度が基準回転速度以下の場合にはスタータモータの動作時のエンジンの回転数に基づいて、スタータモータの回転数を特定し、エンジンの回転速度が基準回転速度を超える場合には、スタータモータの無負荷時の回転速度に基づいて、スタータモータの回転数を特定するようにしてもよい。

また、上記スタータモータ交換判定装置において、動作時毎回転数特定手段は、無負荷時の回転速度をスタータモータに供給される電圧値に基づいて特定するようにしてもよい。

また、上記スタータモータ交換判定装置において、交換判定手段により、スタータモータの交換が必要であると判定された場合に、スタータモータの交換が必要である旨を報知する報知手段をさらに有するようにしてもよい。

また、上記スタータモータ交換判定装置において、交換判定手段により、スタータモータの交換が必要であると判定された場合に、所定の条件を満たす場合にエンジンを停止させるアイドルストップ制御を実行させないようにする実行制限手段をさらに有するようにしてもよい。

本発明によれば、スタータモータの交換の必要性を適切に判定することができる。

本発明の一実施形態に係る車両を示す模式的な全体構成図である。 本発明の一実施形態に係る電子制御ユニット及び関連する構成を示す機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係るスタータモータ交換判定処理のフローチャートである。

以下、添付図面に基づいて、本発明の一実施形態に係るスタータモータ交換判定装置を備えた車両を説明する。同一の部品には同一の符号を付してあり、それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰返さない。

図１は、本発明の一実施形態に係る車両を示す模式的な全体構成図である。エンジン１０のクランクシャフト１０ａには、変速機１２のインプットシャフト１２ａがクラッチ１１を介して断接可能に接続されている。変速機１２の図示しないアプトプットシャフトには、プロペラシャフト１３、差動装置１４、ドライブシャフト１５を介して駆動輪（左右後輪）１６Ｌ，１６Ｒが接続されている。

オルタネータ２０は、クランクシャフト１０ａにベルト、プーリ等を介して接続されており、エンジン１０の回転力で発電駆動する。オルタネータ２０で発電された電力は、電気的に接続された車載バッテリ２８に蓄電される。

スタータモータ２１のシャフトは、ワンウェイクラッチ２４を介して、ピニオンギヤ２２のシャフトに接続されている。ワンウェイクラッチ２４は、スタータモータ２１のシャフトからピニオンギヤ２２のシャフトへの方向へのみ動力を伝達可能となっている。ピニオンギヤ２２は、シャフト方向に移動可能となっており、クランクシャフト１０ａに取り付けられたリングギヤ１６と噛合する位置と、リングギヤ１６と噛合しない位置とに位置することができる。ピニオンギヤ２２は、ソレノイド２３によってシャフト方向に移動される。

車両１は、エンジン回転数センサ３０、電圧センサ３１、エンジン始動スイッチ３２、スタータモータ交換判定装置の一例としての電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと称する）４０、表示装置５０を備える。

エンジン回転数センサ３０は、エンジン１０のクランクシャフト１０ａの回転数及び回転速度を検出する。電圧センサ３１は、車載バッテリ２８の電圧を検出する。エンジン始動スイッチ３２は、エンジンを始動させる運転者の指示を受け付ける。これら各種センサ３０，３１のセンサ値は、電気的に接続されたＥＣＵ４０に送信される。また、エンジン始動スイッチ３２は、ＥＣＵ４０と電気的に接続されており、エンジン始動スイッチ３２のオン／オフの状態をＥＣＵ４０が検出可能となっている。表示装置５０は、例えば、運転者の視認可能な位置に配置され、各種情報を表示する。

ＥＣＵ４０は、エンジン１０、スタータモータ２１、ソレノイド２３、クラッチ１１、変速機１２等の各種制御を行うもので、公知のＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭ、入力ポート、出力ポート等を備える。

図２は、本発明の一実施形態に係る電子制御ユニット及び関連する構成を示す機能ブロック図である。

ＥＣＵ４０は、エンジン始動制御部４１と、動作時毎回転数特定手段の一例としての動作時毎回転数特定部４２と、累積回転数算出手段の一例としての累積回転数算出部４３と、交換判定手段、報知手段、及び実行制限手段の一例としての交換判定部４４と、記憶部４５とを一部の機能要素として有する。これら各機能要素は、本実施形態では一体のハードウェアであるＥＣＵ４０に含まれるものとして説明するが、これらのいずれか一部を別体のハードウェアに設けることもできる。

記憶部４５は、車両１における制御や処理に用いる設定等の情報を記憶する。

エンジン始動制御部４１は、エンジン１０を始動させる所定の条件が整った場合に、エンジン１０を始動する制御（エンジン始動制御）を行い、エンジン１０の始動が完了した後に、スタータモータ２１をオフにする制御（スタータモータオフ制御）を行う。

エンジン１０を始動させる条件としては、例えば、エンジン始動ボタン３２が運転者によりオンされたことを検出したことや、エンジン１０を停止させるアイドルストップ制御が実行されている場合に、アイドルストップ制御を停止させる条件（例えば、アクセル操作が行われたこと等）が整ったこと等がある。

エンジン始動制御では、エンジン始動制御部４１は、ソレノイド２３を作動させてピニオンギヤ２２をリングギヤ１６と噛合う位置に移動させ、スタータモータ２１に電力を供給させてオンにし、エンジン１０への燃料供給を開始させ、スタータモータ２１をオンにしたことを動作時毎回転数特定部４２に通知する。

スタータモータオフ制御では、エンジン始動制御部４１は、ソレノイド２３を作動させてピニオンギヤ２２をリングギヤ１６と噛合わない位置に移動させ、スタータモータ２１への電力の供給を停止してオフにし、スタータモータ２１をオフにしたことを動作時毎回転数特定部４２に通知する。

動作時毎回転数特定部４２は、スタータモータ２１の動作時において、基本的には、エンジン回転数センサ３０からのエンジン回転数に基づいて、１回の動作時におけるスタータモータ２１の回転数を特定する。

ここで、スタータモータ２１のシャフトと、ピニオンギヤ２２のシャフトとは、上述のように、ワンウェイクラッチ２４を介して接続されている。このため、スタータモータ２１からピニオンギヤ２２を介してクランクシャフト１０ａには動力が伝達されるが、クランクシャフト１０ａからピニオンギヤ２４を介してスタータモータ２１には動力が伝達されない。したがって、スタータモータ２１がピニオンギヤ２２を回転させることにより実現できるクランクシャフト１０ａの回転速度よりもクランクシャフト１０ａの実際の回転速度が速い場合には、ピニオンギヤ２２の回転速度がスタータモータ２１の回転速度を上回ってしまい、ワンウェイクラッチ２４による動力の伝達が行われずに、スタータモータ２１は、無負荷の状態で回転することとなる。なお、スタータモータ２１の動力の伝達が行われる場合における上限のエンジンの回転速度を基準回転速度ということとする。このようにスタータモータ２１が無負荷の状態で回転する場合には、エンジン回転数センサ３０により検出されたエンジン回転数から、スタータモータ２１の回転数を特定できない。

そこで、本実施形態においては、スタータモータ２１の動力がクランクシャフト１０ａを回転させている場合（負荷時）と、スタータモータ２１が無負荷の状態で回転している場合（無負荷時）とでスタータモータ２１の回転数の特定方法を変えている。

具体的には、エンジン回転速度が、基準回転速度（例えば、２００ｒｐｍ）以下の場合、すなわち、負荷時には、動作時毎回転数特定部４２は、スタータモータ２１の今回の動作中の負荷時における総エンジン回転数に対して、ピニオンギヤ２２に対するリングギヤ１６のギヤ比を乗算することにより、今回の動作中の負荷時におけるスタータモータ２１の総回転数（今回負荷時総モータ回転数）を特定する。

一方、エンジン回転速度が基準回転速度を超える場合、すなわち、無負荷時には、動作時毎回転数特定部４２は、スタータモータ２１の無負荷時の回転速度（無負荷時回転速度）と、スタータモータ２１の今回の動作中の無負荷での動作時間とを乗算することにより、スタータモータ２１の今回の動作中の無負荷時におけるスタータモータ２１の総回転数（今回無負荷時総モータ回転数）を特定する。無負荷時回転速度は、スタータモータ２１の性能や供給される電圧等により特定することができる。

ここで、無負荷時回転速度を一定の値として用いてもよいが、スタータモータ２１に供給される車載バッテリ２８の電圧値が変化して無負荷時回転速度が変化する場合もあるので、これに対処するために、車載バッテリ２８の電圧値と、無負荷時回転速度との対応関係を予め把握しておき、動作時毎回転数特定部４２は、車載バッテリ２８の電圧値に基づいて、用いる無負荷時回転速度を決定するようにしてもよい。このようにすると、より高精度にスタータモータ２１の回転数を特定することができる。

累積回転数算出部４３は、動作時毎回数特定部４２によって特定された、今回の動作時におけるスタータモータ２１の総回転数（今回無負荷時総モータ回転数及び今回負荷時総モータ回転数）を、記憶部４５に記憶された所定の時点（例えば、車両１の製造直後）からのスタータモータ２１の累積の回転数（累積回転数）に加算し、加算後の値を新たな累積回転数として記憶部４５に格納する。

交換判定部４４は、累積回転数算出部４３に算出された累積回転数が、スタータモータ２１の交換が必要であると想定される基準の回転数（寿命回転数）以上であるか否かを判定し、寿命回転数以上である場合には、スタータモータ２１の交換が必要であると考えられるので、スタータモータ２１の交換が必要であるとの設定を記憶部４５に記憶し、表示装置５０にスタータモータ２１の交換が必要であることを示す情報を表示させる。ここで、記憶部４５にスタータモータ２１の交換が必要であるとの設定をしておくと、ＥＣＵ４０は、記憶部４５の設定を参照し、アイドルストップ制御を行わないように制御する。これにより、車両１による移動の途中において、アイドルストップ制御が行われてしまって、その後にスタータモータ２１が動作せずにエンジン１０の起動ができないといった事態の発生を適切に防止することができる。

次に、本発明の一実施形態に係るスタータモータ交換判定装置によるスタータモータ交換判定処理について説明する。

図３は、本発明の一実施形態に係るスタータモータ交換判定処理のフローチャートである。

このスタータモータ交換判定処理は、例えば、車両１の電源ＯＮ（イグニッションスイッチのキースイッチＯＮ）と同時に開始される。

動作時毎回転数特定部４２は、エンジン始動制御部４１からスタータモータ２１をオン（ＯＮ）したとの通知を受け取ったか否かを判定する（Ｓ１１）。この結果、スタータモータ２１をオンしたとの通知を受け取っていない場合（Ｓ１１：ＮＯ）には、動作時毎回転数特定部４２は、処理をステップＳ１１に進める。

一方、スタータモータ２１をオンしたとの通知を受け取った場合（Ｓ１１：ＹＥＳ）には、動作時毎回転数特定部４２は、エンジン回転数センサ３０により検出されるエンジン回転速度が基準回転速度を超えるか否かを判定する（Ｓ１２）。

エンジン回転速度が基準回転速度を超えていない場合（Ｓ１２：ＮＯ）には、スタータモータ２１がクランクシャフト１０ａを回転する駆動力を伝達している負荷時であることを意味しているので、動作時毎回転数特定部４２は、今回の動作中の負荷時の総エンジン回転数（今回負荷時総エンジン回転数）に、エンジン回転数センサ３０により検出されているエンジン回転数（負荷時エンジン回転数）を加算し（Ｓ１３）、処理をステップＳ１５に進める。

一方、エンジン回転速度が基準回転速度を超える場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）には、スタータモータ２１が無負荷で動作している無負荷時であることを意味しているので、動作時毎回転数特定部４２は、今回の動作中の無負荷時の総動作時間（今回無負荷時総動作時間）に、経過している時間（無負荷時動作時間）を加算し（Ｓ１４）、処理をステップＳ１５に進める。

ステップＳ１５では、動作時毎回転数特定部４２は、エンジン始動制御部４１からスタータモータ２１をオフ（ＯＦＦ）したとの通知を受け取ったか否かを判定する。この結果、スタータモータ２１をオフしたとの通知を受け取っていない場合（Ｓ１５：ＮＯ）には、動作時毎回転数特定部４２は、処理をステップＳ１２に進める。これにより、スタータモータ２１がオフにされるまでの間、ステップＳ１３又はステップＳ１４の処理が繰り返されて、スタータモータ２１の今回の動作時における今回負荷時総エンジン回転数と、今回無負荷時総動作時間とが特定されることとなる。

一方、スタータモータ２１をオフしたとの通知を受け取った場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）には、動作時毎回転数特定部４２は、今回負荷時総エンジン回転数に対して、ピニオンギヤ２２に対するリングギヤ１６のギヤ比を乗算することにより、今回の動作中の負荷時におけるスタータモータ２１の総回転数（今回負荷時総モータ回転数）を算出する（Ｓ１６）。次いで、動作時毎回転数特定部４２は、今回無負荷時総動作時間に対して、無負荷時回転速度を乗算することにより、今回の動作中の無負荷時におけるスタータモータ２１の総回転数（今回無負荷時総モータ回転数）を算出する（Ｓ１７）。

次いで、累積回転数算出部４３は、動作時毎回転数特定部４２によって特定された今回無負荷時総モータ回転数及び今回負荷時総モータ回転数を、記憶部４５に記憶された累積回転数に加算し、加算後の値を新たな累積回転数として記憶部４５に格納する（Ｓ１８）。

次いで、交換判定部４４は、累積回転数算出部４３に算出された累積回転数が、スタータモータ２１の交換が必要であると想定される寿命回転数以上であるか否かを判定する（Ｓ１９）。この結果、累積回転数が寿命回転数以上でない場合（Ｓ１９：ＮＯ）には、スタータモータ２１の交換が必要ないことを意味しているので、交換判定部４４は、処理をステップＳ１１に進める。

一方、累積回転数が寿命回転数以上である場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）には、スタータモータ２１の交換が必要であることを意味しているので、交換判定部４４は、記憶部４５にスタータモータ２１の交換が必要であるとの設定を記憶する（Ｓ２０）。これにより、ＥＣＵ４０は、記憶部４５に記憶されたスタータモータ２１の交換が必要であるとの設定を参照することにより、車両１における各種制御を変えることができる。例えば、記憶部４５にスタータモータ２１の交換が必要であるとの設定が記憶されている場合においては、ＥＣＵ４０は、アイドルストップ制御を実行しないようにすることができる。

次いで、交換判定部４４は、表示装置５０にスタータモータ２１の交換が必要であることを示す情報を表示させ（Ｓ２１）、処理をステップＳ１１に進める。

以上説明したように、本実施形態に係るスタータモータ交換判定装置によると、適切にスタータモータ２１の累積回転数を特定することができ、このスタータモータ２１の累積回転数により交換が必要であるかを適切に判定できる。スタータモータ２１の累積回転数は、スタータモータ２１の使用状態を適切に表しているので、交換が必要であるか否かを高精度に判定することができる。

また、スタータモータ２１が無負荷で回転する場合には、スタータモータ２１の無負荷時回転速度に基づいて、スタータモータ２１の回転数を特定するようにしたので、スタータモータ２１の回転数をより高精度に特定することができる。

なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、適宜変形して実施することが可能である。

例えば、上記実施形態では、累積回転数のみでスタータモータ２１の交換の必要性を判定するようにしていたが、本発明はこれに限られず、例えば、スタータモータ２１の始動回数と、累積回転数とに基づいて、スタータモータ２１の交換の必要性を判定するようにしてもよい。具体的には、始動回数Ｘと、累積回転数Ｙとのスタータモータ２１の交換に与える影響を実験等により把握して、関係式ａＸ＋ｂＹ＞ｃ（ａ、ｂは、始動回数Ｘ、累積回数Ｙのそれぞれが交換に与える影響の重みを示す定数であり、ｃは、スタータモータ２１の交換の基準となる閾値を示す定数である。）を用意しておき、この関係式を満たす場合には、スタータモータ２１の交換が必要であると判定し、この関係式を満たさない場合には、スタータモータ２１の交換が必要でないと判定するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、車載バッテリ２８の電圧を電圧センサ３１により直接測定していたが、本発明はこれに限られず、例えば、車載バッテリ２８によって電圧が印加される部位（例えば、ＥＣＵ４０）等において電圧を測定してもよく、要は、車載バッテリ２８の電圧に相当する電圧値が測定できれば、いずれの部位で測定してもよい。

１ 車両
１０ エンジン
１０ａ クランクシャフト
１１ クラッチ
１２ 変速機
１３ プロペラシャフト
１４ 差動装置
１５ ドライブシャフト
１６Ｌ，Ｒ 駆動輪
２０ オルタネータ
２１ スタータモータ
２２ ピニオンギヤ
２３ ソレノイド
２４ ワンウェイクラッチ
２８ 車載バッテリ
３０ エンジン回転数センサ
３１ 電圧センサ
３２ エンジン始動スイッチ
４０ ＥＣＵ
４１ エンジン始動制御部
４２ 動作時毎回転数特定部
４３ 累積回転数算出部
４４ 交換判定部

Claims (3)

1. エンジンを始動させるためにクランクシャフトを回転させるスタータモータの交換を判定するスタータモータ交換判定装置であって、
   前記エンジンと前記スタータモータとは、前記エンジンのクランクシャフトの回転速度が所定の基準回転速度を超える場合には、前記スタータモータの動力が前記エンジンの前記クランクシャフトへ伝達されずに、前記スタータモータが無負荷の状態で回転するように接続されており、
   前記スタータモータに供給される電圧値を測定するセンサと、
   前記電圧値と前記無負荷時の前記スタータモータの回転速度との対応関係を予め記憶した記憶手段と、
   前記エンジンの回転速度が前記基準回転速度を超える場合には、前記センサにより測定された前記電圧値と前記記憶手段とに基づいて前記無負荷時の前記スタータモータの回転速度を決定し、前記無負荷の状態での動作時間を乗算することにより前記無負荷時における前記スタータモータの回転数を特定する回転数特定手段と、
   前記スタータモータの回転数に基づいて、所定の時点からの前記スタータモータの累積回転数を求める累積回転数算出手段と、
   前記累積回転数に基づいて、前記スタータモータの交換が必要であるか否かを判定する交換判定手段と、
   を有するスタータモータ交換判定装置。
2. 前記交換判定手段により、前記スタータモータの交換が必要であると判定された場合に、前記スタータモータの交換が必要である旨を報知する報知手段を
   さらに有する
   請求項１に記載のスタータモータ交換判定装置。
3. 前記交換判定手段により、前記スタータモータの交換が必要であると判定された場合に、所定の条件を満たす場合にエンジンを停止させるアイドルストップ制御を実行させないようにする実行制限手段をさらに有する
   請求項１又は２に記載のスタータモータ交換判定装置。

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