JP6589696B2 - エンジン始動システム - Google Patents
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Description
ところで、エンジンが完全に停止する前に始動要求が発生して、クランク軸が逆回転している間にスタータを作動させると、エンジンのリングギヤに噛み合うピニオンに過大な負荷が掛かるため、ピニオンを損傷することがある。
これに対し、特許文献1には、アイドリングストップによりエンジンが自動停止する過程で始動要求が発生した際に、クランク軸の逆回転が検出あるいは推定される間はクランキングを禁止する技術が開示されている。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、エンジン始動要求の発生からクランキング開始までのタイムロスを小さくしてエンジンの始動時間を短縮できるエンジン始動システムを提供することにある。
参考例のエンジン始動システムは、図1に示すように、エンジン1のクランク軸1aに常時連結される第1始動機2と、クランク軸1aに連結可能な第2始動機3と、第1始動機2および第2始動機3の動作を制御する制御装置4とを備える。
第1始動機2は、例えば、電動機及び発電機として機能するモータジェネレータであり、ロータ軸2aがベルト5を介してクランク軸1aに連結される。この第1始動機2は、ロータの回転角度を検出できる回転角センサ6を備える。回転角センサ6は、例えば、二つの検出コイルから出力される電圧信号によってロータの回転角度及び回転方向を検出できるレゾルバを使用できる。
電磁スイッチは、通電によって電磁力を発生するソレノイドを内蔵し、このソレノイドが発生する電磁力を利用してピニオン7を押し出す働きと、モータ回路に設けられるメイン接点を開閉してモータに流れる電流をオンオフする働きを有する。
リングギヤ8は、クランク軸1aに取り付けられるAT車のドライブプレートまたはMT車のフライホイールの外周に設けられてクランク軸1aと一体に回転する。
ステップS10…アイドリングストップが実行された後、エンジン1の始動要求が入力された否かを判断する。始動要求が入力されるまでステップS10を繰り返し、始動要求が入力された後、ステップS20へ進む。エンジン1の始動要求は、例えば、運転者がブレーキペダルを緩める、シフトレバーをNレンジからDレンジに入れる等の動作が行われた時にエンジンECU12(図1参照)より出力される。エンジンECU12は、エンジン1の運転状態を制御する電子制御装置である。
ステップS30…第1始動機2と第2始動機3のどちらか一方に駆動指令を出力する。第1始動機2と第2始動機3のどちらか一方を選択する条件は、例えば温度であり、具体例として、極低温の場合は第2始動機3を選択し、常温〜高温の場合は第1始動機2を選択する。第1始動機2あるいは第2始動機3に発生する回転力がクランク軸1aに伝達されてクランキングが開始された後、次のステップS40へ進む。
ステップS40…エンジン1が完爆したか否かを判定する。エンジン1が完爆するまでステップS40を繰り返し、完爆したと判定された後に本処理を終了する。エンジン1の完爆は、例えば、予め設定される完爆回転数によって判定できる。つまり、エンジン回転数が完爆回転数を超えた場合にエンジン1が完爆したと判定できる。
参考例のエンジン始動システムは、クランク軸1aが逆回転している間にステップS
30へ進むことはない。つまり、クランク軸1aが逆回転している間をクランキング禁止
期間として設定している。
図4に示すように、エンジン1の停止要求に応じてアイドリングストップが実施される
と、エンジン回転数が次第に低下して完全に停止する前にクランク軸1aが逆回転するこ
とがある。このクランク軸1aが逆回転する間は、エンジン1の始動要求が発生しても、
直ちにクランキングを開始することはなく、逆回転から正回転へ移行したことが検出され
た時に第1始動機2と第2始動機3のどちらか一方を駆動してクランキングを開始する。
なお、「逆回転から正回転へ移行したことが検出された時」とは、ステップS20の判定
結果がYESからNOに変わった時である。
また、逆転期間の間に始動要求が発生した時に、その始動要求が発生する逆転期間が終了して正回転へ移行したことが検出された時にクランキングを開始する。つまり、最初の逆転期間中に始動要求が発生した時に、2回目以降の逆転期間が終了するまで待つ必要はなく、最初の逆転期間が終了して正回転へ移行したことが検出された時にクランキングを開始できるので、早期にエンジン1を再始動できる。
なお、参考例と共通する部品および構成を示すものは、参考例と同一の符号を付与して詳細な説明は省略(参考例を参照)する。
〔実施例1〕
実施例1は、第1始動機2と第2始動機3とを併用してクランキングを行う事例である。
以下、エンジン1の始動要求に応答してクランキングを実行する手順を図6に示すフローチャートに従って説明する。なお、ステップS10、S20、S40は、参考例と同じであり、参考例のステップS30に替えて、ステップS31、S32、S33を実行する。
ステップS32…エンジン1のピストンが最初の圧縮行程の上死点(以下、圧縮上死点と言う)を乗り越したか否かを判断する。ピストンが圧縮上死点を乗り越したか否かは、クランク軸1aを介してクランク軸1aに常時連結されている第1始動機2の回転数、トルク、および電流の少なくとも一つの情報を基に判断できる。ピストンが圧縮上死点を乗り越したと判断できるまでステップS32を繰り返し、乗り越したと判断してからステップS33へ進む。
これにより、図7のタイムチャートに示すように、ピストンが圧縮上死点を乗り越すまでは、第2始動機3からクランク軸1aにトルクが伝達されてクランク軸1aを駆動し、ピストンが圧縮上死点を乗り越した後は、第1始動機2からクランク軸1aにトルクが伝達されてクランク軸1aを駆動する。
この実施例1では、クランク軸1aが逆回転から正回転へ移行したことが検出されると、第2始動機3でクランク軸1aを駆動し、ピストンが圧縮上死点を乗り越してから第1始動機2を駆動するので、第1始動機2を小型化できる。つまり、ピストンが圧縮上死点を乗り越すのに必要なトルク(乗り越しトルクとも言う)より第1始動機2の設計トルクを小さくできるので、その分、第1始動機2の小型化が可能である。
さらに、第1始動機2は、ベルト5を介してクランク軸1aに連結されるので、ピストンが圧縮上死点を乗り越した後、静粛なエンジン始動ができる。
また、クランク軸1aが逆回転から正回転へ移行してから第2始動機3を駆動する、つまり、クランク軸1aの逆回転中に第2始動機3を駆動することはないので、ピニオン7に過大な負荷が掛かることはなく、ピニオン7の損傷を回避できる。
実施例2は、第1始動機2によりクランク軸1aの逆回転を抑制する事例である。
図8または図9のフローチャートに示すように、ステップS20の判定結果がYESの時に、ステップS21を実行する。なお、図8のフローチャートは、参考例と同様に、第1始動機2と第2始動機3のどちらか一方を駆動してクランキングを行う場合の手順を示す。図9のフローチャートは、実施例2と同様に、第1始動機2と第2始動機3を併用してクランキングを行う場合の手順を示す。
ステップS21…第1始動機2の動作を制御してクランク軸1aの逆回転を抑制する。
なお、図10〜図12は、第1始動機2のみでクランキングを行う場合(図10)、第2始動機3のみでクランキングを行う場合(図11)、第1始動機2と第2始動機3を併用してクランキングを行う場合(図12)のタイムチャートである。また、図10〜図12において、エンジン1の停止要求が発生する前は、第1始動機2がエンジン1に駆動されて発電機として働き、停止要求が発生した後は、第1始動機2が回生ブレーキとして機能することにより、第1始動機2のトルクが変化することを表している。
実施例3は、第1始動機2に出力する駆動指令と第2始動機3に出力する駆動指令とを別系統に構成した事例である。
第2始動機3への駆動指令は、必ずしも制御装置4から出力する必要はなく、例えば、図13に示すように、エンジンECU12から制御装置4を経由することなく第2始動機3へ出力することもできる。
実施例4は、制御装置4が第1始動機2の動作を制御するために管理している物理量(例えば、スイッチング素子4aあるいは電流センサ10等に流れる電流、もしくは電圧)を基に、回転判別部11がクランク軸1aの回転方向を判別する事例である。
この場合、図14に示すように、第1始動機2が回転角センサ6を有していない構成、つまり、回転角センサ6が無くてもクランク軸1aの逆回転を検出できるので、コストの低減が可能である。
実施例5は、回転判別部11を制御装置4の外部に有する構成である。回転判別部11は、必ずしも制御装置4の一機能として設ける必要はなく、例えば、図15に示すように、制御装置4の外部に配置して、回転判別部11の情報を制御装置4へ出力する構成でも良い。
参考例では、温度を基準に第1始動機2と第2始動機3のどちらか一方を選択する事例を記載したが、温度に関わり無く、どちらか一方の始動機を優先して駆動することもできる。例えば、第1始動機2より伝達トルクの大きい第2始動機3を優先してクランキングを行うこともできる。あるいは、第1始動機2と第2始動機3の故障判定を行い、一方の始動機が故障と判断された場合は、他方の始動機でクランキングを行うこともできる。
実施例1及び実施例2では、ピストンが圧縮上死点を乗り越したと判断した後に第2始動機3から第1始動機2へ切り換えているが、ピストンが圧縮上死点に達する前に乗り越せると判断できる場合は、その判断に基づいて第2始動機3から第1始動機2へ切り換えても良い。すなわち、第2始動機3から第1始動機2へ切り換える前に、クランク軸1a及びリングギヤ8を含む回転系に慣性エネルギーが蓄積されているため、トルクが小さい第1始動機2でも圧縮上死点を乗り越せる場合がある。従って、ピストンが圧縮上死点を乗り越す前にエンジン回転数等から乗り越せると判断できる場合は、ピストンが圧縮上死点を乗り越したか否かに関わり無く、第2始動機3から第1始動機2へ切り換えることもできる。
2 第1始動機 3 第2始動機
4 制御装置 4a スイッチング素子
4b 制御回路 5 ベルト
6 回転角センサ(回転角検出部)
7 ピニオン 8リングギヤ
11 回転判別部
Claims (11)
- エンジン(1)のクランク軸(1a)に回転力を伝達して前記クランク軸を駆動する始動装置(2、3)と、
前記エンジンの始動要求に応答して前記始動装置の動作を制御する制御装置(4)とを有するエンジン始動システムであって、
前記クランク軸の回転方向を判別できる回転判別部(11)を有し、
前記エンジンが停止する過程で前記クランク軸が逆回転する期間を逆転期間と呼ぶとき、
前記制御装置は、前記逆転期間の間を前記始動装置による前記クランク軸の駆動を禁止するクランキング禁止期間として設定し、前記逆転期間の間に前記始動要求が発生した時は、前記回転判別部の情報を基に、前記クランク軸が逆回転から正回転へ移行したことを検出した時に前記始動装置を動作させて前記クランク軸を駆動し、
前記始動装置は、前記クランク軸に常時連結される第1始動機(2)と、前記クランク軸に連結できる連結機能を備えた第2始動機(3)とを有し、
前記制御装置は、前記逆転期間の間に前記始動要求が発生した時に、前記第1始動機と前記第2始動機のどちらか一方、あるいは前記第1始動機と前記第2始動機の両方を併用して前記クランク軸を駆動し、
前記回転判別部は、前記制御装置が前記第1始動機の動作を制御するために管理している物理量を基に前記クランク軸の回転方向を判別し、
前記物理量は、前記第1始動機に流れる電流、または、電圧であることを特徴とするエンジン始動システム。 - エンジン(1)のクランク軸(1a)に回転力を伝達して前記クランク軸を駆動する始動装置(2、3)と、
前記エンジンの始動要求に応答して前記始動装置の動作を制御する制御装置(4)とを有するエンジン始動システムであって、
前記クランク軸の回転方向を判別できる回転判別部(11)を有し、
前記エンジンが停止する過程で前記クランク軸が逆回転する期間を逆転期間と呼ぶとき、
前記制御装置は、前記逆転期間の間を前記始動装置による前記クランク軸の駆動を禁止するクランキング禁止期間として設定し、前記逆転期間の間に前記始動要求が発生した時は、前記回転判別部の情報を基に、前記クランク軸が逆回転から正回転へ移行したことを検出した時に前記始動装置を動作させて前記クランク軸を駆動し、
前記始動装置は、前記クランク軸に常時連結される第1始動機(2)と、前記クランク軸に連結できる連結機能を備えた第2始動機(3)とを有し、
前記制御装置は、前記逆転期間の間に前記始動要求が発生した時に、前記第1始動機と前記第2始動機のどちらか一方、あるいは前記第1始動機と前記第2始動機の両方を併用して前記クランク軸を駆動し、
前記制御装置は、前記第1始動機と前記第2始動機の両方を併用して前記クランク軸を駆動する場合に、前記第2始動機を前記第1始動機より先に動作させて前記クランク軸を駆動し、前記第1始動機の回転数、トルク、および電流の少なくとも一つの情報を基に、前記エンジンのピストンが最初の圧縮行程における上死点を乗り越せるか否かを判断し、乗り越せると判断した後、前記第2始動機から前記第1始動機へ切り換えて前記クランク軸を駆動することを特徴とするエンジン始動システム。 - エンジン(1)のクランク軸(1a)に回転力を伝達して前記クランク軸を駆動する始動装置(2、3)と、
前記エンジンの始動要求に応答して前記始動装置の動作を制御する制御装置(4)とを有するエンジン始動システムであって、
前記クランク軸の回転方向を判別できる回転判別部(11)を有し、
前記エンジンが停止する過程で前記クランク軸が逆回転する期間を逆転期間と呼ぶとき、
前記制御装置は、前記逆転期間の間を前記始動装置による前記クランク軸の駆動を禁止するクランキング禁止期間として設定し、前記逆転期間の間に前記始動要求が発生した時は、前記回転判別部の情報を基に、前記クランク軸が逆回転から正回転へ移行したことを検出した時に前記始動装置を動作させて前記クランク軸を駆動し、
前記始動装置は、前記クランク軸に常時連結される第1始動機(2)と、前記クランク軸に連結できる連結機能を備えた第2始動機(3)とを有し、
前記制御装置は、前記逆転期間の間に前記始動要求が発生した時に、前記第1始動機と前記第2始動機のどちらか一方、あるいは前記第1始動機と前記第2始動機の両方を併用して前記クランク軸を駆動し、
前記制御装置は、前記第1始動機と前記第2始動機の両方を併用して前記クランク軸を駆動する場合に、前記第2始動機を前記第1始動機より先に動作させて前記クランク軸を駆動し、前記第1始動機の回転数、トルク、および電流の少なくとも一つの情報を基に、前記エンジンのピストンが最初の圧縮行程における上死点を乗り越したか否かを判断し、乗り越したと判断した後、前記第2始動機から前記第1始動機へ切り換えて前記クランク軸を駆動することを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項2または請求項3に記載したエンジン始動システムにおいて、
前記第1始動機から前記クランク軸に伝達されるトルクより前記第2始動機から前記クランク軸に伝達されるトルクの方が大きいことを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項2ないし請求項4の内のいずれか1つに記載したエンジン始動システムにおいて、
前記始動装置は、前記クランク軸に常時連結される第1始動機(2)と、前記クランク軸に連結できる連結機能を備えた第2始動機(3)とを有し、
前記制御装置は、前記逆転期間の間に前記始動要求が発生した時に、前記第1始動機と前記第2始動機のどちらか一方、あるいは前記第1始動機と前記第2始動機の両方を併用して前記クランク軸を駆動し、
前記回転判別部は、前記制御装置が前記第1始動機の動作を制御するために管理している物理量を基に前記クランク軸の回転方向を判別し、
前記物理量は、前記第1始動機に流れる電流、または、電圧であることを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項1ないし請求項5の内のいずれか1つに記載したエンジン始動システムにおいて、
前記制御装置は、前記クランク軸が1回目の逆回転から正回転へ移行したことを検出した時に前記始動装置を動作させて前記クランク軸を駆動することを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項1ないし請求項6の内のいずれか1つに記載したエンジン始動システムにおいて、
前記制御装置は、前記回転判別部の情報を基に前記クランク軸の逆回転を検出した時に、前記第1始動機を動作させて前記クランク軸の逆回転を抑制することを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項2ないし請求項7の内のいずれか1つに記載したエンジン始動システムにおいて、
前記第1始動機は、自身の回転位置を検出できる回転角検出部(6)を有し、
前記回転判別部は、前記回転角検出部で検出される前記第1始動機の回転位置を入力して前記クランク軸の回転方向を判別することを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項1ないし請求項8の内のいずれか1つに記載したエンジン始動システムにおいて、
前記第1始動機は、電源周波数に応じて回転速度を可変する交流機であり、
前記制御装置は、前記交流機に印加する周波数をオンオフ動作に応じて可変するスイッチング素子(4a)と、このスイッチング素子のオンオフ動作を制御すると共に、前記第2始動機の駆動タイミングを管理する制御回路(4b)とを有するインバータであることを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項1ないし請求項9の内のいずれか1つ記載したエンジン始動システムにおいて、
前記第2始動機の前記連結機能は、前記クランク軸に連結されるリングギヤ(8)に噛み合うことができるピニオン(7)と、前記制御装置より出力される駆動指令に応答して電磁力を発生するソレノイドとを含んで構成され、前記ソレノイドの電磁力を利用して前記ピニオンを前記リングギヤに向けて押し出すことを特徴とするエンジン始動システム。 - 請求項1ないし請求項10の内のいずれか1つに記載したエンジン始動システムにおいて、
前記第1始動機は、ベルト(5)を介して前記クランク軸に連結されていることを特徴とするエンジン始動システム。
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