JP7263798B2 - エンジン装置およびエンジン装置の制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン装置、詳しくは、エンジンと、発電機と、制御装置と、を備えるエンジン装置および当該エンジン装置の制御方法に関する。

実開平４－７９９４２号公報（特許文献１）には、クランク軸を有するエンジンと、ベルトを介して当該クランク軸に接続されたオルタネータと、当該オルタネータを制御する制御装置と、を備えるエンジン装置が記載されている。

当該エンジンでは、エンジンの始動開始からエンジン回転数が設定回転数に達するまでの間、オルタネータを電気的に無負荷状態に制御することによってオルタネータを空転させ、エンジンの回転変動が大きいエンジン始動時に生じるオルタネータ負荷を抑制し、以てエンジン始動時にベルトの滑りに起因して生じる騒音、所謂ベルト鳴きの発生を抑制している。

実開平４－７９９４２号公報

しかしながら、上述した公報に記載のエンジンでは、オルタネータの駆動態様については、何ら言及がされておらず、例えば、エンジンの始動開始からエンジン回転数が設定回転数に達したときにオルタネータをフル稼働した場合など、オルタネータの駆動態様によっては、ベルト滑りが生じてベルト鳴きが発生する場合がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、エンジン始動時にベルトの滑りに起因して生じる騒音を確実に抑制し得る技術を提供することを目的の一つとする。

本発明のエンジン装置およびエンジン装置の制御方法は、上述の目的を達成するために以下の手段を採った。

本発明に係るエンジン装置の好ましい形態によれば、クランクシャフトを有するエンジンと、ベルトを介してクランクシャフトに接続された発電機と、エンジンが完爆後、発電機の発電を開始させて、目標発電状態となるように発電機を制御する制御装置と、を備えている。エンジンが完爆後、エンジンが発電機を起動する際に、エンジンが生起するトルクが発電機の起動トルクを下回ることにより発生するベルトのベルト鳴きを防止可能なエンジンの第１所定回転数として、エンジンが発電機の起動トルク以上のトルクを生起し得るエンジン回転数があらかじめ設定される。制御装置は、エンジンが完爆後、エンジン回転数が第１所定回転数となったときに発電を開始し、エンジン回転数が第１所定回転数になったときから所定時間経過したときに目標発電状態となるよう発電機を制御する。ここで、本発明における「エンジンが完爆」とは、エンジンの始動を開始してから（イグニッションコイルに点火してから）、エンジン回転数が所定回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）まで到達した状態として規定され、本発明における「第１所定回転数」は、「エンジンが完爆」したと判定される当該所定回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）よりも高い回転数として規定される。また、本発明における「目標発電状態」とは、典型的には、発電機による発電電圧が目標値に達する状態として規定されるが、発電電流が目標値に達する状態を好適に包含する。

本発明によれば、エンジンが完爆後、エンジン回転数が第１所定回転数となったとき、即ち、発電機の起動トルク以上の十分なトルクがエンジンにより生起されたときに発電を開始するため、エンジン始動開始時に生じるベルト鳴きを良好に抑制することができる。また、エンジン回転数が第１所定回転数になったときから所定時間経過したときに目標発電状態となるように発電機を制御するため、エンジンからのトルクが発電機に急激に入力されることを良好に抑制でき、ベルト鳴きの発生を確実に抑制することができる。

本発明に係るエンジン装置の更なる形態によれば、制御装置は、エンジンが完爆後、第２所定時間経過してもエンジン回転数が第１所定回転数に至らない場合には、第２所定時間経過後に発電を開始するように発電機を制御する。

本形態によれば、エンジンの冷却水温度が高くアイドル回転数が低い場合や、エンジンの摺動部のフリクションが大きい場合、バッテリの電圧が低い場合などで、エンジンが完爆後、第２所定時間経過してもエンジン回転数が第１所定回転数まで到達しない場合であっても、エンジンが完爆後、第２所定時間経過後に発電を開始するため、バッテリ上がり（バッテリ容量不足）が発生することを良好に防止できる。なお、この場合、発電機の駆動態様としては、第２所定時間経過後に発電機をフル稼働する態様や、第２所定時間経過後に発電機の駆動を開始し、所定時間かけて目標発電状態となるように発電機を制御する態様が考えられる。

本発明に係るエンジン装置の制御方法の好ましい形態によれば、クランクシャフトを有するエンジンと、ベルトを介してクランクシャフトに接続された発電機と、を備えるエンジン装置の制御方法が構成される。当該エンジン装置の制御方法では、エンジンが完爆後、エンジン回転数が第１所定回転数となったときに発電を開始し、エンジン回転数が第１所定回転数になったときから所定時間経過したときに目標発電状態となるように発電機を制御する。ここで、本発明における「エンジンが完爆」とは、エンジンの始動を開始してから（イグニッションコイルに点火してから）、エンジン回転数が所定回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）まで到達した状態として規定され、本発明における「第１所定回転数」は、「エンジンが完爆」したと判定される当該所定回転数（例えば、１０００ｒｐｍ）よりも高い回転数として規定される。また、本発明における「目標発電状態」とは、典型的には、発電機による発電電圧が目標値に達する状態として規定されるが、発電電流が目標値に達する状態を好適に包含する。

本発明によれば、エンジンが完爆後、エンジン回転数が第１所定回転数となったとき、即ち、発電機の起動トルク以上の十分なトルクがエンジンにより生起されたときに発電を開始するため、エンジン始動開始時に生じるベルト鳴きを良好に抑制することができる。また、エンジン回転数が第１所定回転数になったときから所定時間経過したときに目標発電状態となるように発電機を制御するため、エンジンからのトルクが発電機に急激に入力されることを良好に抑制でき、、ベルト鳴きの発生を確実に抑制することができる。

本発明に係るエンジン装置の制御方法の更なる形態によれば、エンジンが完爆後、第２所定時間経過してもエンジン回転数が第１所定回転数に至らない場合には、第２所定時間経過後に発電を開始するように発電機を制御する。

本形態によれば、エンジンの冷却水温度が高くアイドル回転数が低い場合や、エンジンの摺動部のフリクションが大きい場合、バッテリの電圧が低い場合などで、エンジンが完爆後、第２所定時間経過してもエンジン回転数が第１所定回転数まで到達しない場合であっても、エンジンが完爆後、第２所定時間経過後に発電を開始するため、バッテリ上がり（バッテリ容量不足）が発生することを良好に防止できる。なお、この場合、発電機の駆動態様としては、第２所定時間経過後に発電機をフル稼働する態様や、第２所定時間経過後に発電機の駆動を開始し、所定時間かけて目標発電状態となるように発電機を制御する態様が考えられる。

本発明によれば、エンジン始動時にベルトの滑りに起因して生じる騒音を確実に抑制することができる。

本発明の実施の形態に係るエンジン装置１の構成の概略を示す概略構成図である。 エンジン２の構成の概略を示す構成概略図である。 エンジン２の始動時におけるＳＳＧ４の制御の際のイグニッションスイッチＳＷ、エンジン回転数Ｎｅ、発電電圧Ｖ、および、発電電流Ｉの時間変化の様子を示す説明図である。 エンジン２が完爆後、所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過してもエンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊に到達しないときのＳＳＧ４の制御の際のイグニッションスイッチＳＷ、エンジン回転数Ｎｅ、発電電圧Ｖ、および、発電電流Ｉの時間変化の様子を示す説明図である。

次に、本発明を実施するための最良の形態を実施例を用いて説明する。

本発明の実施の形態に係るエンジン装置１は、図１に示すように、クランクシャフト２ａを有するエンジン２と、タイミングベルトＴＢを介してクランクシャフト２ａに接続されたスタータモータ兼発電機として機能するＳＳＧ（Ｓｉｄｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）４と、コンバータ３を介してＳＳＧ４と電気的に接続されたバッテリ６と、エンジン装置１全体をコントロールする電子制御ユニット７０と、を備えている。ここで、ＳＳＧ４は、本発明における「発電機」に対応し、タイミングベルトＴＢは、本発明における「ベルト」に対応する実施構成の一例である。

エンジン２は、ガソリンまたは代替燃料などの炭化水素系の燃料により動力を出力する内燃機関として構成されており、図２に示すように、ＳＳＧ４の他にウォータポンプＷＰやエアコンプレッサＡＣなどの補機がタイミングベルトＴＢを介してクランクシャフト２ａに接続されている。エンジン２は、図１に示すように、燃焼室ＣＣに吸入された空気と燃料噴射装置１４により噴射された燃料との混合気を、点火プラグ１２による電気火花によって爆発燃焼させて、そのエネルギにより押し下げられるピストン１６の往復運動をクランクシャフト２ａの回転運動に変換する。

当該エンジン２は、エンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）６０によって、燃料噴射制御や点火制御，吸入空気量調節制御などの運転制御を受けている。エンジンＥＣＵ６０は、図示しないが、ＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭやデータを一時的に記憶するＲＡＭ，入出力ポート，通信ポートを備えている。エンジンＥＣＵ６０には、エンジン２を運転制御するのに必要な各種センサからの信号が入力ポートを介して入力されている。また、エンジンＥＣＵ６０からは、エンジン２を運転制御するための種々の制御信号、例えば、図示しないスロットル弁への駆動信号や、燃料噴射装置１４の燃料噴射時期を制御する制御信号、点火プラグ１２の点火時期を制御する制御信号などが出力ポートを介して出力されている。また、エンジンＥＣＵ６０は、クランクポジションセンサ１８からのクランク角に基づいて、エンジン回転数Ｎｅを演算している。なお、エンジンＥＣＵ６０は、電子制御ユニット７０と通信しており、当該電子制御ユニット７０からの制御信号によりエンジン２を運転制御すると共に必要に応じてエンジン２の運転状態に関するデータを電子制御ユニット７０に出力する。

バッテリ６は、例えば、鉛蓄電池として構成されており、電力ラインＬ１を介してコンバータ３に接続されている。バッテリ６は、ＳＳＧ４から生じた電力により充電されると共にＳＳＧ４の駆動や車両の電装部品（点火プラグ１２やライト、カーエアコンなど）への給電などにより放電される。また、バッテリ６は、バッテリ用電子制御ユニット（以下、バッテリＢＣＵという）６２によって管理されている。

バッテリＢＣＵ６２は、図示しないＣＰＵ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、ＣＰＵの他に、処理プログラムを記憶するＲＯＭ、データを一時的に記憶するＲＡＭ、入出力ポート、通信ポートを備えている。バッテリＢＣＵ６２には、バッテリ６を管理するのに必要な信号、例えば，バッテリ６の端子間に設置された図示しない電圧センサからの端子間電圧，バッテリ６の出力端子に接続された図示しない電力ラインに取り付けられた電流センサ（図示せず）からの充放電電流，バッテリ６に取り付けられた図示しない温度センサからの電池温度などが入力されており、必要に応じてバッテリ６の状態に関するデータを通信により電子制御ユニット７０に出力する。

電子制御ユニット７０は、ＣＰＵ７２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、ＣＰＵ７２の他に処理プログラムを記憶するＲＯＭ７４と、データを一時的に記憶するＲＡＭ７６と、図示しない入出力ポートおよび通信ポートとを備えている。電子制御ユニット７０には、コンバータ３内に取り付けられた図示しない電流センサからのＳＳＧ４への供給電流や、ＳＳＧ４に取り付けられた図示しない回転数センサからの回転数、バッテリ６の出力端子近傍に取り付けられた図示しない電圧センサや電流センサからの端子間電圧や充放電電流などが入力ポートを介して入力されており、電子制御ユニット７０からは、ＳＳＧ４を駆動制御するためのコンバータ３へのスイッチング制御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７０は、前述したように、通信ポートを介してエンジンＥＣＵ６０やバッテリＢＣＵ６２と接続されており、必要に応じてエンジンＥＣＵ６０やバッテリＢＣＵ６２と各種制御信号やデータのやりとりを行なっている。電子制御ユニット７０は、本発明における「制御装置」に対応する実施構成の一例である。

次に、こうして構成された本発明の実施の形態に係るエンジン装置１の動作、特に、エンジン２の始動時におけるＳＳＧ４の駆動制御について、図３および図４を参照しながら説明する。図３に示すように、時間ｔ１においてイグニッションスイッチＳＷがオンされると、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、まず、エンジン２が完爆したか否かを判定する処理を実行する。エンジン２が完爆したか否かの判定は、本実施の形態では、エンジン回転数Ｎｅが完爆判定回転数Ｎｅｃｅとなったか否かを検出することにより行う構成とした。ここで、完爆判定回転数Ｎｅｃｅは、エンジン２が継続運転可能、即ち、エンジン２がＳＳＧ４のアシストなしに継続してクランクシャフト２ａを回転し続けることが可能な状態となったと判定し得る回転数として規定され、例えば、１０００ｒｐｍなどに設定される。

時間ｔ２でエンジン２が完爆したと判定されると、続いて、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となったか否かを判定する処理を実行する。ここで、発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊は、ＳＳＧ４の起動トルク以上の十分なトルクがエンジン２により生起される状態のエンジン回転数Ｎｅとして設定される。

そして、時間ｔ３でエンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となったときに、ＳＳＧ４による発電を開始するようにコンバータ３にスイッチング制御信号を出力する。このように、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となったときにＳＳＧ４による発電を開始するため、エンジン２の始動開始時に生じるベルト鳴きを良好に抑制することができる。ここで、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となったときに、ＳＳＧ４による発電を開始するようにコンバータ３にスイッチング制御信号を出力する電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、本発明における「制御装置」に対応する実施構成の一例である。

なお、本実施の形態では、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となったときに、直ちにＳＳＧ４による発電電圧Ｖが目標発電電圧Ｖ＊となるようにコンバータ３をスイッチング制御するのではなく、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となってから所定時間経過したとき、即ち、時間ｔ４となったときに、目標発電電圧Ｖ＊となるようにコンバータ３をスイッチング制御する。即ち、発電電圧Ｖが徐々に上昇するようにコンバータ３をスイッチング制御するのである。これにより、ＳＳＧ４にエンジントルクが急激に入力されることを良好に抑制でき、ベルト鳴きの発生を確実に抑制することができる。ここで、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となってから所定時間経過したときに、目標発電電圧Ｖ＊となるようにコンバータ３をスイッチング制御する電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、本発明における「制御装置」に対応し、発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊は、本発明における「第１所定回転数」に対応する実施構成の一例である。

また、本実施の形態では、図４に示すように、電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、エンジン２が完爆後、第２所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過してもエンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊に到達しないときには、ＳＳＧ４による発電を開始するようにコンバータ３をスイッチング制御する。この場合、ＳＳＧ４による発電電圧Ｖが直ちに目標発電電圧Ｖ＊となるようにコンバータ３をスイッチング制御することが望ましいが、図４に示すように、第２所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過後に所定時間（ｔ４’－ｔ３’）かけて発電電圧Ｖが目標発電電圧Ｖ＊となるようにコンバータ３をスイッチング制御しても良い。ここで、エンジン２が完爆後、第２所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過してもエンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊に到達しないときには、ＳＳＧ４による発電を開始するようにコンバータ３をスイッチング制御する電子制御ユニット７０のＣＰＵ７２は、本発明における「制御装置」に対応する実施構成の一例である。

このように、エンジン２の冷却水温度が高くアイドル回転数が低い場合や、エンジン２の摺動部のフリクションが大きい場合、バッテリ６の電圧が低い場合などで、エンジン２が完爆後、第２所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過してもエンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊まで到達しない場合には、第２所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過後にＳＳＧ４による発電電圧Ｖが目標発電電圧Ｖ＊となるようにコンバータ３をスイッチング制御するため、バッテリ上がり（バッテリ容量不足）が発生することを良好に防止できる。

以上説明した実施の形態に係るエンジン装置１によれば、エンジン２が完爆後、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊となったとき、即ち、ＳＳＧ４の起動トルク以上の十分なトルクがエンジンにより生起されたときに、ＳＳＧ４による発電を開始するため、エンジン２の始動開始時に生じるベルト鳴きを良好に抑制することができる。また、エンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊になったときから所定時間経過したときに、目標発電電圧Ｖ＊となるようにＳＳＧ４を制御するため、エンジン１からのトルクがＳＳＧ４に急激に入力されることを良好に抑制でき、ベルト鳴きの発生を確実に抑制することができる。

また、実施の形態に係るエンジン装置１によれば、エンジン２の冷却水温度が高くアイドル回転数が低い場合や、エンジン２の摺動部のフリクションが大きい場合、バッテリ６の電圧が低い場合などで、エンジン２が完爆後、第２所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過してもエンジン回転数Ｎｅが発電制限解除判定回転数Ｎｅ＊まで到達しない場合には、第２所定時間（ｔ３’－ｔ２）経過後にＳＳＧ４による発電電圧Ｖが目標発電電圧Ｖ＊となるようにコンバータ３をスイッチング制御するため、バッテリ上がり（バッテリ容量不足）が発生することを良好に防止できる。

本実施形態では、スタータモータ兼発電機として機能するＳＳＧ（Ｓｉｄｅ Ｍｏｕｎｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）４の駆動制御に適用する構成としたが、これに限らない。例えば、ＳＳＧ４に替えて単なる発電機の駆動制御に適用しても良い。

本実施形態は、本発明を実施するための形態の一例を示すものである。したがって、本発明は、本実施形態の構成に限定されるものではない。

１ エンジン装置（エンジン装置）
２ エンジン（エンジン）
２ａ クランクシャフト（クランクシャフト）
３ コンバータ
４ ＳＳＧ（発電機）
６ バッテリ
１２ 点火プラグ
１４ 燃料噴射装置
１６ ピストン
１８ クランクポジションセンサ
６０ エンジンＥＣＵ
６２ バッテリＢＣＵ
７０ 電子制御ユニット（制御装置）
７２ ＣＰＵ
７４ ＲＯＭ
７６ ＲＡＭ
ＣＣ 燃焼室
Ｌ１ 電力ライン
Ｎｅ エンジン回転数
Ｎｅｃｅ 完爆判定回転数
Ｎｅ＊ 発電制限解除判定回転数（第１所定回転数）
ＡＣ エアコンプレッサ
ＷＰ ウォータポンプ
ＴＢ タイミングベルト（ベルト）
Ｖ 発電電圧
Ｖ＊ 目標発電電圧（目標発電状態）
Ｉ 発電電流
ｔ１ 時間
ｔ２ 時間
ｔ３ 時間
ｔ３’ 時間
ｔ４ 時間
ｔ４’ 時間

Claims (4)

1. クランクシャフトを有するエンジンと、
   ベルトを介して前記クランクシャフトに接続された発電機と、
   前記エンジンが完爆後、前記発電機の発電を開始させて、目標発電状態となるように前記発電機を制御する制御装置と、を備えるエンジン装置において、
   前記エンジンが完爆後、前記エンジンが前記発電機を起動する際に、前記エンジンが生起するトルクが前記発電機の起動トルクを下回ることにより発生する前記ベルトのベルト鳴きを防止可能な前記エンジンの第１所定回転数として、前記エンジンが前記発電機の起動トルク以上のトルクを生起し得るエンジン回転数をあらかじめ設定し、
   前記制御装置は、前記エンジンが完爆後、前記エンジン回転数が前記第１所定回転数となったときに発電を開始し、前記エンジン回転数が前記第１所定回転数になったときから所定時間経過したときに前記目標発電状態となるよう前記発電機を制御する、ように構成された、
   エンジン装置。
2. 前記制御装置は、前記エンジンが完爆後、第２所定時間経過しても前記エンジン回転数が前記第１所定回転数に至らない場合には、前記第２所定時間経過後に発電を開始するよう前記発電機を制御する、
   請求項１に記載のエンジン装置。
3. クランクシャフトを有するエンジンと、ベルトを介して前記クランクシャフトに接続された発電機と、を備えるエンジン装置の制御方法であって、
   前記エンジンが完爆後、前記発電機の発電を開始させて、目標発電状態となるように前記発電機を制御するとともに、
   前記エンジンが完爆後、前記エンジンが前記発電機を起動する際に、前記エンジンが生起するトルクが前記発電機の起動トルクを下回ることにより発生する前記ベルトのベルト鳴きを防止可能な前記エンジンの第１所定回転数として、前記エンジンが前記発電機の起動トルク以上のトルクを生起し得るエンジン回転数をあらかじめ設定し、
   前記エンジンが完爆後、前記エンジン回転数が前記第１所定回転数となったときに発電を開始し、前記エンジン回転数が前記第１所定回転数になったときから所定時間経過したときに前記目標発電状態となるよう前記発電機を制御する、
   エンジン装置の制御方法。
4. 前記エンジンが完爆後、第２所定時間経過しても前記エンジン回転数が前記第１所定回転数に至らない場合には、前記第２所定時間経過後に発電を開始するよう前記発電機を制御する、
   請求項３に記載のエンジン装置の制御方法。

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