JP2005201166A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなく、かつ再始動時におけるバッテリの電圧の大幅な低下を回避できる。
【解決手段】 内燃機関の始動装置１００は、エンジン１０２の停止時に膨張行程にある気筒内へ燃料を噴射し、再始動時に気筒内に点火処理を行なう内燃機関の始動装置である。エンジン１０２は、点火処理に基づいて回転力を出力するクランクシャフト１２２を有する。始動装置１００は、電力の供給を受けて、出力軸を回転させるモータジェネレータ１１２と、モータジェネレータ１１２の動作を制御するための制御部１１８とを含む。制御部１１８は、点火処理後であって、かつクランクシャフト１２２の回転数が予め定められた回転数以上になると、モータジェネレータ１１２への電力の供給を開始するように制御するための手段を含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の始動装置に関し、特に、エンジンの再始動時の電動機の制御に関する。

地球温暖化の防止や省資源化の観点から、交差点等において赤信号で車両が停車するとエンジンを自動的に停止させて、再び走行を始めようと運転者が操作すると（たとえばアクセルペダルを踏んだり、あるいはブレーキペダルの踏み込みを止めたり、シフトレバーを前進走行ポジションに切り替えるなどの操作を行なうと）、エンジンが再始動するアイドリングストップシステム（エコノミーランニングシステム、エンジンオートマチックストップアンドスタートシステムとも呼ばれる。以下、エコランとも記載する。）が実用化されている。

また、駆動源としてエンジンおよび車両走行用モータを用いるハイブリッド車両においては、車両の停止中だけでなく、走行状態やバッテリの充電状態に応じてエンジンの停止、始動を行なう。

このような車両においては、エンジンの停止中における補機類（エアコンディショナ、ヘッドランプ、オーディオなど）への電力供給のために、充放電可能な蓄電手段（たとえば、鉛蓄電池、リチウム電池などの二次電池）を搭載する。エンジンの停止中は、このような蓄電手段からこれらの補機類に電力が供給される。

そして、エンジンの停止時には、たとえば、膨張行程にある気筒に燃料噴射をさせておいて機関を停止させる場合がある。これは、エンジンの再始動時には、膨張行程にある気筒に点火処理を行ない、点火処理とともに蓄電手段の電力を用いて電動機（スタータあるいは走行用モータなど）によりクランクシャフトを回転させるいわゆるクランキングを行なってエンジンを再始動させるためである。このようなエンジンの再始動時には、確実にエンジンを始動させる必要がある。

そこで、このような問題に鑑みて、特許文献１（特開２００２−４９８５号公報）は、通常のクランキングなしで筒内噴射型内燃機関の始動を確実なものとする筒内噴射型内燃機関の始動装置を開示する。この筒内噴射型内燃機関の始動装置は、燃焼室内に直接燃料を噴射可能な筒内噴射型内燃機関において、内燃機関をクランキングさせるための電動機と、内燃機関の運転が停止した状態で膨張行程にある気筒を検出する気筒検出手段と、検出した膨張行程にある気筒内に燃料を噴射する噴射制御手段と、膨張行程にある気筒内に燃焼を生起させて内燃機関を始動させる始動手段と、前記始動手段による内燃機関の始動状態に応じて電動機の作動を制御する電動機制御手段と具備する。

特許文献１によると、内燃機関の停止状態で膨張行程にある気筒内に燃焼を生起させた場合、その燃焼圧だけで完爆させることができる場合もあれば、燃焼圧の不足により始動が不完全となる場合も起こり得る。このため、電動機の制御においては始動状態が成功（完爆）であれば特に電動機を作動させる必要はなく、一方、始動状態が不完全である場合は電動機を作動させ、クランキングを付け足すことで始動を確実にするものである。
特開２００２−４９８５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された筒内噴射型内燃機関の始動装置においては、始動状態が不完全であることを検知してから電動機を作動させて、クランキングを行なう。そのため、エンジンの再始動が大きく遅れる場合がある。

できるだけ応答性よくエンジンを再始動させるためには点火処理と同時にクランキングさせることが一般的には好ましい。しかしながら、点火処理とともにクランキングを行なうことは、エンジンの出力軸の回転の停止状態、すなわち回転数０からの起動となる。すなわち、エンジンの再始動時に点火処理とともにクランキングを行なうと、燃焼トルクを十分に引き出せないうちに電動機を駆動することになるため、電動機に要求されるトルクが大きくなってしまう問題があった。

燃焼とは、電気火花により混合気が着火して火炎核が発生し、その後火炎に成長してシリンダ内の未燃焼の混合気へ次々と伝播していく化学反応である。そのため、燃焼トルクが最大になるには点火後ある程度の時間が必要である。これは点火直後においては、燃焼トルクが発生しない、あるいは燃焼トルクが小さいからである。このため点火後に燃焼トルク最大となる前に、電動機でクランクシャフトの駆動（膨張行程におけるピストン下降を意味する。）を行なうと、シリンダ内圧力がより負圧側に推移する。そのため、十分に燃焼トルクが利用できないため、熱効率が低下する。その結果、電動機に要求されるトルクが大きくなる。

また、回転数が０の状態からクランキングを行なうと、バッテリから電動機に、ロック電流（突入電流ともいう。）といわれる大電流が流れる。そのため、バッテリの電圧低下が大きくなる。電動機の駆動時にバッテリ電圧の低下が大きいため、車両内の各ＥＣＵ等の電源遮断が発生する恐れがあるという問題があった。電源が遮断されると、電動パワーステアリングの引っかかり、ナビゲーションの初期化などが発生する可能性がある。

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなく、かつ再始動時におけるバッテリの電圧の大幅な低下を回避できる内燃機関の始動装置を提供することである。

第１の発明に係る内燃機関の始動装置は、内燃機関の停止時に膨張行程にある燃焼室へ燃料を噴射し、再始動時に燃焼室に点火処理を行なう内燃機関の始動装置である。内燃機関は、点火処理に基づいて回転力を出力する出力軸を有する。始動装置は、電力の供給を受けて、出力軸を回転させる電動機と、電動機の動作を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、点火処理後であって、かつ出力軸の回転数が予め定められた回転数以上になると、電動機への電力の供給を開始するように制御するための手段を含む。

第１の発明によると、始動装置は、電力の供給を受けて、内燃機関における出力軸（たとえば、レシプロエンジンにおけるクランクシャフト）を回転させる電動機（たとえば、補機モータ、車両走行用モータあるいはスタータ）と、電動機の動作を制御するための制御手段（たとえば、制御コントローラ）とを含む。制御コントローラは、点火処理後であって、かつクランクシャフトの回転数が予め定められた回転数以上（たとえば、回転数が０以上であることを検知、すなわち少しでも回転し始めると）になると、電動機への電力の供給を開始するように制御する。内燃機関において点火処理後、着火が進行し燃焼トルクがある程度大きくなる。燃焼トルクの増大に伴うクランクシャフトの回転数が０以上になると、電動機への電力の供給を開始するように制御して、クランキングを行なう。これにより、燃焼時の燃焼室内の圧力が負圧側に推移しなくなる。そのため、熱効率の低下を抑制できる。したがって、燃焼トルクを有効にクランクシャフトに付与することが可能となり、電動機に要求されるトルクの低減が図れる。すなわち、電動機において消費電力の低減が図れる。また、クランクシャフトが回転を始めてからクランキングを行なうため、バッテリ等の蓄電機構から電動機へのロック電流（突入電流）が流れる時間が短縮される。これにより電動機および電動機の駆動素子の発熱を抑制できる。さらに、バッテリの電圧低下が抑制されるため車両内の各ＥＣＵの電源遮断を防止することができる。したがって、再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなく、かつ再始動時におけるバッテリの電圧の大幅な低下を回避できる内燃機関の始動装置を提供することができる。

第２の発明に係る内燃機関の始動装置においては、第１の発明の構成に加えて、始動装置は、出力軸が内燃機関による回転力により回転したか否かを検知するための検知手段をさらに含む。

第２の発明によると、始動装置は、出力軸（たとえば、レシプロエンジンにおけるクランクシャフト）が内燃機関（たとえば、レシプロエンジン）による回転力により回転したか否かを検知するための検知手段（たとえば、補機モータ、車両走行用モータに設けられる回転センサまたはクランクポジションセンサ）を含む。これにより、クランクシャフトが回転したか否かを正確に検知することが可能となる。

第３の発明に係る内燃機関の始動装置は、内燃機関の停止時に膨張行程にある燃焼室へ燃料を噴射し、再始動時に燃焼室に点火処理を行なう内燃機関の始動装置である。内燃機関は、点火処理に基づいて回転力を出力する出力軸を有する。始動装置は、電力の供給を受けて、出力軸を回転させる電動機と、電動機の動作を制御するための制御手段とを含む。制御手段は、点火処理後であって、かつ予め定められた時間が経過すると、電動機への電力の供給を開始するように制御するための手段を含む。

第３の発明によると、始動装置は、電力の供給を受けて、内燃機関における出力軸（たとえば、レシプロエンジンにおけるクランクシャフト）を回転させる電動機（たとえば、スタータ、補機モータまたは車両走行用モータ）と、電動機の動作を制御するための制御手段（たとえば、制御コントローラ）とを含む。制御コントローラは、点火処理後であって、かつ予め定められた時間が経過すると、電動機への電力の供給を開始するように制御する。内燃機関において点火処理後、着火が進行し燃焼トルクがある程度大きくなる。点火処理後予め定められた時間が経過すると燃焼トルクは増大する。このとき、電動機への電力の供給を開始するように制御して、クランキングを行なう。これにより燃焼時の燃焼室内の圧力が負圧側に推移しなくなる。そのため、熱効率の低下を抑制できる。したがって、燃焼トルクを有効にクランクシャフトに付与することが可能となり、電動機に要求されるトルクの低減が図れる。すなわち、電動機において消費電力の低減が図れる。また、燃焼トルクによりクランクシャフトが回転を始めてからクランキングを行なうと、バッテリから電動機へのロック電流（突入電流）が流れる時間が短縮される。これにより電動機および電動機の駆動素子の発熱を抑制できる。さらに、バッテリの電圧低下が抑制されるため車両内の各ＥＣＵの電源遮断を防止することができる。したがって、再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなく、かつ再始動時におけるバッテリの電圧の大幅な低下を回避できる内燃機関の始動装置を提供することができる。

第４の発明に係る内燃機関の始動装置においては、第１〜３のいずれかの発明の構成に加えて、始動装置は、始動時において出力軸が回転可能になる燃料噴射量になるように調整するための調整手段をさらに含む。

第４の発明によると、始動装置は、出力軸（たとえば、レシプロエンジンにおけるクランクシャフト）が回転可能になる燃料噴射量になるように調整する。停止時の膨張行程にある燃焼室（たとえば、レシプロエンジンにおける気筒内）に噴射する燃料を、クランクシャフトを回転させられるだけの燃料噴射量に調整することにより、再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなくエンジンの再始動を確実に行なう。さらに、噴射量をクランクシャフトの回転に必要最小限の燃料噴射量とすることができる。そのため、燃料の消費量を抑制することができる。

第５の発明に係る内燃機関の始動装置においては、第１〜４のいずれかの発明の構成に加えて、予め定められた回転数は、出力軸が回転し始める０より大きい回転数である。

第５の発明によると、予め定められた回転数を出力軸（たとえば、レシプロエンジンにおけるクランクシャフト）が回転し始めることを示す０より大きい回転数とすることにより、クランクシャフトが回転し始めると、電動機への電力の供給を開始するように制御することができる。

第６の発明に係る内燃機関の始動装置においては、第１〜５のいずれかの発明の構成に加えて、内燃機関は、レシプロエンジンを含む。出力軸は、クランクシャフトである。

第６の発明によると、内燃機関の始動装置をレシプロエンジンに適用することで、レシプロエンジンが搭載された車両において、再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなくエンジンを確実に再始動させることができ、かつ再始動時におけるバッテリの電圧の大幅な低下を回避できる
第７の発明に係る内燃機関の始動装置においては、第１〜６のいずれかの発明の構成に加えて、電動機は、スタータ、補機モータおよび車両走行用モータのいずれかである。

第７の発明によると、再始動時に内燃機関の出力軸（たとえば、レシプロエンジンのクランクシャフト）に回転力を付与できる電動機として、クランクシャフトにギアまたはベルト等の伝達機構を介して接続されたスタータ、補機モータまたは車両走行用モータを用いることができる。たとえば、ハイブリッド車両においては、補機モータあるいは車両走行用モータを用いることができる。また、エンジン駆動源とし、アイドリングストップシステムを有する車両においてはスタータを用いることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態に係る内燃機関の始動装置について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。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。

＜第１の実施の形態＞
図１を参照して、第１の実施の形態に係る内燃機関の始動装置１００について説明する。本実施の形態に係る内燃機関の始動装置は、内燃機関と電動機との駆動力を組み合わせて走行するハイブリッド車両に適用される。内燃機関は、本実施の形態において、レシプロエンジンを一例として説明するが特に限定されない。点火処理後に回転力を出力する出力軸を有する内燃機関であればよい。

本実施の形態に係る内燃機関の始動装置１００は、エンジン１０２と、クランクシャフト１２２と、変速機１０４と、クランクシャフトプーリ１０６と、ベルト１０８と、モータプーリ１１０と、モータジェネレータ１１２と、インバータ１１４と、バッテリ１１６と、制御部１１８と、燃料噴射装置１２０とから構成される。

エンジン１００において、燃料噴射装置１２０から気筒内に噴射された燃料と空気との混合気をスパークプラグ（図示せず）により着火させて点火処理が行なわれる。混合気が着火すると、燃焼して気筒内に設けられるピストン（図示せず）を押し下げる力、いわゆる燃焼トルクが発生する。ピストンは、クランク機構を介して出力軸であるクランクシャフト１２２に接続されている。そのため、気筒内の燃焼トルクにより生じたピストンの上下運動に応じて、クランクシャフト１２２は回転運動をする。クランクシャフト１２２は、点火処理により生じた回転力を出力する。

クランクシャフト１２２の一方端は、変速機１０４に接続される。変速機１０４は、特に限定されるものではないが、たとえば、手動変速機であってもよいし、有段式あるいは無段式の自動変速機であってもよい。クランクシャフト１２２の他方端には、クランクシャフトプーリ１０６が固定される。

モータジェネレータ１１２は、ロータとステータとから構成される回転電機である。１１２は、インバータ１１４を介して蓄電機構であるバッテリ１１６と接続されている。モータジェネレータ１１２は、バッテリ１１６からの電力の供給を受けるとモータとして機能する。すなわち、モータジェネレータ１１２は、回転力を発生させる。なお、モータジェネレータ１１２は、車両の補機類を駆動させる補機モータであってもよいし、車両走行用モータであってもよい。

モータジェネレータ１１２の回転軸には、モータプーリ１１０が固定されている。そして、前述のクランクシャフトプーリ１０６とモータプーリ１１０とがベルト１０８を介して接続されている。そのため、モータジェネレータ１１２の回転軸の回転力は、ベルト１０８を介してクランクシャフト１２２に伝達される。また、クランクシャフト１２２の回転力は、ベルト１０８を介してモータジェネレータ１１２に伝達される。

モータジェネレータ１１２は、エンジンの始動または車両の発進に用いられる。そして、エンジンの動作中において、モータジェネレータ１１２は、ジェネレータとして機能する。エンジン１０２により動作するクランクシャフト１２２の回転に応じてモータジェネレータ１１２の回転軸は回転する。回転軸の回転に応じて発電が行なわれ、発電された電力はインバータ１１４を介してバッテリ１１６を充電する。

また、モータジェネレータ１１２の内部には、たとえば、ホール素子から構成される回転センサが設けられている。回転センサは、極低回転でも逆転、正転を判別できるセンサであって、ロータの回転角度、回転速度および回転数等を検出する。なお、回転センサは、ロータの角度、回転速度および回転数が検出できるものであれば、特に限定されない。回転センサにおいて検知された回転検知信号は、制御部１１８に送信される。この回転センサに基づいて、ロータの回転角度、回転速度および回転数だけでなく、ベルト１０８を介して接続されたクランクシャフト１２２の回転角度、回転速度および回転数も検出することができる。

インバータ１１４は、制御部１１８からモータ制御信号を受信する。インバータ１１４は、モータ制御信号に基づいて、モータジェネレータ１１２に対して電力の供給を行なう。

燃料噴射装置１２０は、制御部１１８から燃料噴射量制御信号を受信する。そして、燃料噴射装置１２０は、受信した燃料噴射量制御信号に基づいて、エンジン１０２に設けられるそれぞれの気筒に予め定められた時期に予め定められた量の燃料を噴射する。燃料噴射装置１２０は、たとえば、インジェクタ等で構成される。本実施の形態において、たとえば、エンジン１０２は４気筒である。そのため、インジェクタは、４つの気筒のそれぞれに設けられる。

制御部１１８は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）（図示せず）とメモリ（図示せず）とから構成される。制御部１１８は、メモリに格納されたプログラムをＣＰＵに実行させることによりモータジェネレータ１１２あるいは燃料噴射装置１２０の動作を制御する。

以上のような構成における内燃機関の始動装置１００において、予め定められたエンジン停止条件の成立に応じて停止したエンジン１０２を、予め定められた始動条件が成立すると始動させる制御を行なう。

具体的には、エンジン１０２の停止条件の成立に応じたエンジン１０２の停止時において、制御部１１８は、膨張行程にある気筒に対して、予め定められた量の燃料を噴射しておく。エンジン１０２が停止されたとき、制御部１１８は、膨張行程にある気筒を判定する。膨張行程にある気筒の判定は、たとえば、回転センサから受信する回転検知信号に基づいて、制御部１１８により行なわれる。すなわち、制御部１１８は、ロータの回転角度あるいは回転速度に対応したクランクシャフト１２２の回転角度あるいは回転速度等に基づいて、膨張行程にある気筒を判定する。制御部１１８は、判定された気筒をメモリ等に記憶しておく。

そして、制御部１１８は、膨張行程にある気筒に対して予め定められた量の燃料を噴射するように制御する。すなわち、制御部１１８は、燃料噴射装置１２０に対して、燃料噴射量制御信号を送信する。そして、燃料噴射装置１２０は、燃料噴射量制御信号を受信すると、膨張行程にある気筒に対して燃料噴射する。

そして、エンジン１０２の停止中に始動条件が成立すると、制御部１１８は、メモリに記憶された膨張行程にある気筒に対して点火処理を行なう。すなわち、制御部１１８は、気筒に設けられるスパークプラグに対して電力を供給する制御を行なう。本発明は、エンジン１０２の再始動時のモータジェネレータ１１２の駆動の制御に特徴を有する。制御部１１８は、点火処理後であって、かつクランクシャフト１２２の回転数が予め定められた回転数以上になると、モータジェネレータ１１２への電力の供給を開始するように制御する。なお、エンジンの停止条件および始動条件は、特に限定されるものではないが、たとえば、シフトポジション、ブレーキのオン、オフ、バッテリ１１６の電圧、バッテリ１１６の温度等により決定される条件である。また、予め定められた回転数は、出力軸が回転し始めたことを示す０より大きい回転数であれば、特に限定されない。

図２を参照して、制御部１１８で実行されるプログラムの制御構造について説明する。

ステップ（以下、ステップをＳと略して記載する。）１０００にて、制御部１１８は、予め定められたエンジン１０２の始動条件が成立するか否かを判断する。エンジン１０２の始動条件が成立すると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、処理はＳ１１００に移される。もしそうでないと（Ｓ１０００にてＮＯ）、制御部１１８は、エンジン１０２の始動条件が成立するまで処理を繰返す。

Ｓ１１００にて、制御部１１８は、エンジン１０２の停止時に燃料を充填した膨張行程にある気筒に対して点火処理を行なう。上述したとおり、膨張行程の気筒の判定は、停止時に回転センサから検知される回転検知信号に基づいて、制御部１１８により行なわれる。制御部１１８は、膨張行程にある気筒を判定したとき、メモリに判定した気筒を記憶させる。したがって、制御部１１８は、メモリに記憶された気筒対して点火処理を行なう。

Ｓ１２００にて、制御部１１８は、クランクシャフト１２２が回転したか否かを判断する。制御部１１８は、回転センサから送信される回転検知信号に基づいて、クランクシャフト１２２が回転したか否かを判断する。クランクシャフト１２２が回転を始めると（Ｓ１２００にてＹＥＳ）、処理はＳ１３００に移される。もしそうでないと（Ｓ１２００にてＮＯ）、制御部１１８は、クランクシャフト１２２が回転するまで処理を繰返す。ここで、制御部１１８は、回転センサから送信される回転検知信号に基づいて、クランクシャフト１２２の回転数が予め定められた回転数以上であるか否かを判断して、クランクシャフト１２２が回転したか否かを判断する。

Ｓ１３００にて、制御部１１８は、インバータ１１４に対して、モータ制御信号を送信する。そして、インバータ１１４は、モータ制御信号に応じて、バッテリ１１６の電力をモータジェネレータ１１２に供給する。

Ｓ１４００にて、制御部１１８は、回転センサから送信される回転検知信号に基づいて、クランクシャフト１２２の回転数が予め定められたエンジン回転数またはクランク角度が予め定められた角度であるか否かを判断する。クランクシャフト１２２の回転数が予め定められたエンジン回転数になると、または、クランクシャフト１２２の回転角度が予め定められたクランク角度になると（Ｓ１４００にてＹＥＳ）、処理はＳ１５００に移される。もしそうでないと（Ｓ１４００にてＮＯ）、クランクシャフト１２２の回転数が予め定められたエンジン回転数となるか、または、クランクシャフト１２２の回転角度が予め定められたクランク角度になるまで制御部１１８は、処理を繰返す。

Ｓ１５００にて、制御部１１８は、モータジェネレータ１１２の駆動を終了させる。すなわち、制御部１１８は、インバータ１１４に対して、モータ制御信号を送信する。インバータ１１４は、受信したモータ制御信号に基づいて、モータジェネレータ１１２への電力の供給を停止する。

以上のような構成およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の始動装置の動作について図３を用いて説明する。

ハイブリッド車両の走行中、あるいは停止中において、予め定められたエンジン停止条件が成立すると、制御部１１８は、エンジン１０２を停止させる制御を行なう。エンジン１０２を停止させた時、制御部１１８は、膨張行程にある気筒を判定して、予め定められた量の燃料を噴射しておく。このとき、予め定められた量とは、点火したときにクランクシャフト１２２の回転が可能になるような燃料噴射量である。そして、エンジン１０２の始動条件が成立すると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、図３（Ａ）に示すように、制御部１１８において、エンジンの始動指令を受信する。制御部１１８は、エンジンの始動指令を受信すると、図３（Ｂ）に示すように点火信号をスパークプラグに送信して点火処理を行なう（Ｓ１１００）。このとき、エンジン１０２の停止時に燃料が充填された膨張行程にある気筒のスパークプラグにおいて電力が供給されて、気筒内の燃料が点火される。気筒内で燃料が着火し燃焼すると、図３（Ｃ）に示すように燃焼トルクが発生する。そして、燃焼トルクによりピストンが押し下げられて、図３（Ｄ）に示すように、回転センサからパルス信号が出力されて、クランクシャフトの回転が検出されると（Ｓ１２００にてＹＥＳ）、インバータ１１４からバッテリ１１６の電力がモータジェネレータ１１２に供給される。電力の供給を受けてモータジェネレータ１１２の駆動が開始される（Ｓ１３００）。そして、クランクシャフトの回転数が予め定められた回転数または、クランクシャフトの回転角度が予め定められた角度になると（Ｓ１４００にてＹＥＳ）、モータジェネレータ１１２の駆動を終了される（Ｓ１５００）。

以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関の始動装置によると、始動装置は、電力の供給を受けて、レシプロエンジンにおけるクランクシャフトを回転させる電動機（たとえば、ベルト等の伝達機構を介して接続された補機モータあるいは車両走行用モータ）と、電動機の動作を制御するための制御部とを含む。制御部は、点火処理後であって、かつクランクシャフトの回転数が０以上になると、電動機への電力の供給を開始するように制御する。内燃機関において点火処理後、着火が進行し燃焼トルクがある程度大きくなる。燃焼トルクの増大に伴うクランクシャフトの回転数が０以上になると、電動機への電力の供給を開始するように制御して、クランキングを行なう。これにより燃焼時の燃焼室内の圧力が負圧側に推移しなくなる。そのため、熱効率の低下を抑制できる。

したがって、燃焼トルクを有効にクランクシャフトに付与することが可能となり、電動機に要求されるトルクの低減が図れる。すなわち、電動機において消費電力の低減が図れる。また、クランクシャフトが回転を始めてからクランキングを行なうため、バッテリ等の蓄電機構から電動機へのロック電流（突入電流）が流れる時間が短縮される。これにより電動機および電動機の駆動素子の発熱を抑制できる。さらに、バッテリの電圧低下が抑制されるため車両内の各ＥＣＵの電源遮断を防止することができる。

したがって、再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなく、かつ再始動時におけるバッテリの電圧の大幅な低下を回避できる内燃機関の始動装置を提供することができる。

また、始動装置は、レシプロエンジンにおけるクランクシャフトが回転可能になる燃料噴射量になるように調整する。停止時の膨張行程にある気筒内に噴射する燃料を、クランクシャフトを回転させられるだけの燃料噴射量に調整する。これにより、噴射量をクランクシャフトの回転に必要最小限の燃料噴射量とすることができる。そのため、燃料の消費量を抑制することができる。

＜第２の実施の形態＞
以下、図４を参照して、第２の実施の形態に係る内燃機関の始動装置について説明する。本実施の形態に係る内燃機関の始動装置は、エンジンを駆動源とする車両の停止時において、できるだけエンジンを停止する制御を行なうアイドルストップシステムが搭載された車両に適用される。内燃機関は、本実施の形態において、レシプロエンジンを一例として説明するが特に限定されない。点火処理後に回転力を出力する出力軸を有する内燃機関であればよい。

本実施の形態に係る内燃機関の始動装置は、エンジン１０２と、クランクシャフト１２２と、変速機１０４と、タイミングロータ１２６と、制御部１２８と、燃料噴射装置１２０と、クランクポジションセンサ１２４とから構成される。

上述した第１の実施の形態と同様の構成には、同じ符号を付してある。その機能も同じである。したがって、その詳細な説明は繰返さない。

クランクポジションセンサ１２４は、特に限定されるものではないが、極低回転でも逆転、正転を判別できるセンサである。クランクポジションセンサ１２４は、タイミングロータ１２６に対向して設けられている。そして、クランクシャフト１２２の回転角度、回転速度あるいは回転数に対応した回転検知信号を制御部１２８に送信する。

制御部１２８は、アイドリングストップシステムを実行する。アイドリングストップシステムは、制御部１２８に入力されたエコラン条件に基づいて、エンジン１０２の停止条件が成立すると、エンジン１０２を停止させる制御を行なう。このとき、制御部１２８は、エンジン１０２の停止時に、膨張行程にある気筒を判定する。具体的には、クランクポジションセンサ１２４からの回転検知信号に基づいて、制御部１２８はクランクシャフト１２２の回転角度、回転速度あるいは回転数を検知する。そして、クランクシャフト１２２の回転角度、回転速度あるいは回転数に基づいて、制御部１２８は膨張行程にある気筒を判定する。

そして、制御部１２８に入力されたエコラン条件に基づいて、エンジン１０２の始動条件が成立すると、制御部１２８は、スタータ１３０に電力を供給して回転させて、エンジン１００を再始動（クランキング）させる。具体的には、制御部１２８は、膨張行程にある気筒に点火処理を行なう。すなわち、制御部１２８は、膨張行程にある気筒のスパークプラグに対して電力を供給する制御を行なう。本発明は、エンジン１０２の再始動時のスタータ１３０の駆動の制御に特徴を有する。制御部１２８は、点火処理後であって、かつ予め定められた時間が経過すると、スタータ１３０への電力の供給を開始するように制御する。なお、予め定められた時間は、点火処理後にクランクシャフト１２２が回転し始めるまでの時間であれば特に限定されない。

図５を参照して、制御部１２８で実行されるプログラムの制御構造について説明する。なお、上述した第１の実施の形態において説明した図２のフローチャートの同じ処理については、同じステップ番号を付してある。したがって、その詳細な説明は繰返さない。

Ｓ２０００にて、制御部１２８は、エンジン１０２の膨張行程の気筒に点火処理を行なった後、予め定められた時間が経過したか否かを判断する。予め定められた時間が経過したか否かの判断は、たとえば、制御部１２８の内部のタイマーにより、点火処理を行なった後、カウントする。そして、制御部１２８は、カウントされた時間に基づいて、予め定められた時間が経過したか否かを判断する。

以上のような構成およびフローチャートに基づく、本実施の形態に係る内燃機関の始動装置２００の動作について説明する。

アイドリングストップシステムを有する車両の停止時かつエンジン１０２のアイドリング状態において、予め定められたエンジン停止条件が成立すると、制御部１２８は、エンジン１０２が停止するように制御する。エンジン１０２を停止させた時、制御部１１８は、膨張行程にある気筒を判定して、予め定められた量の燃料を噴射しておく。このとき、予め定められた量とは、点火したときにクランクシャフト１２２の回転が可能になるような燃料噴射量である。そして、エンジン１０２の始動条件が成立すると（Ｓ１０００にてＹＥＳ）、制御部１２８は、エンジン１０２の始動条件が成立すると出力される点火信号に基づいて点火処理を行なう（Ｓ１１００）。このとき、制御部１１８は、エンジン１０２の停止時に燃料が充填された膨張行程にある気筒のスパークプラグに電力を供給して気筒内の燃料に点火する。そして、点火処理後、予め定められた時間が経過すると（Ｓ２０００にてＹＥＳ）、スタータ１３０の駆動が開始される（Ｓ１３００）。クランクシャフトの回転数が予め定められた回転数または、クランクシャフトの回転角度が予め定められた角度になると（Ｓ１４００にてＹＥＳ）、スタータの駆動を終了する。

以上のようにして、本実施の形態に係る内燃機関の始動装置によると、始動装置は、電力の供給を受けて、レシプロエンジンにおけるクランクシャフトを回転させる電動機（たとえば、スタータ）と、電動機の動作を制御するための制御部とを含む。制御部は、点火処理後であって、かつ予め定められた時間が経過すると、電動機への電力の供給を開始するように制御する。これにより、内燃機関において点火処理後、着火が進行し燃焼トルクがある程度大きくなる。点火処理後予め定められた時間が経過すると燃焼トルクは増大する。このとき、電動機への電力の供給を開始するように制御して、クランキングを行なう。これにより燃焼時の燃焼室内の圧力が負圧側に推移しなくなる。そのため、熱効率の低下を抑制できる。したがって、燃焼トルクを有効にクランクシャフトに付与することが可能となり、電動機に要求されるトルクの低減が図れる。すなわち、電動機において消費電力の低減が図れる。また、燃焼トルクによりクランクシャフトが回転を始めてからクランキングを行なうと、バッテリから電動機へのロック電流（突入電流）が流れる時間が短縮される。これにより電動機および電動機の駆動素子の発熱を抑制できる。さらに、バッテリの電圧低下が抑制されるため車両内の各ＥＣＵの電源遮断を防止することができる。したがって、再始動要求に対する内燃機関の始動の遅れを発生させることなく、かつ再始動時におけるバッテリの電圧の大幅な低下を回避できる内燃機関の始動装置を提供することができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

第１の実施の形態に係る内燃機関の始動装置のブロック図である。 第１の実施の形態に係る内燃機関の始動装置の制御構造を示すフローチャートである。 第１の実施の形態に係る内燃機関の始動装置の動作のタイミングチャートである。 第２の実施の形態に係る内燃機関の始動装置のブロック図である。 第２の実施の形態に係る内燃機関の始動装置の制御構造を示すフローチャートである。

符号の説明

１００，２００ 始動装置、１０２ エンジン、１０４ 変速機、１０６ クランクシャフトプーリ、１０８ ベルト、１１０ モータプーリ、１１２ モータジェネレータ、１１４ インバータ、１１６ バッテリ、１１８，１２８ 制御部、１２０ 燃料噴射装置、１２２ クランクシャフト、１２４ クランクポジションセンサ、１２６ タイミングロータ、１３０ スタータ。

Claims (7)

1. 内燃機関の停止時に膨張行程にある燃焼室へ燃料を噴射し、再始動時に前記燃焼室に点火処理を行なう内燃機関の始動装置であって、前記内燃機関は、前記点火処理に基づいて回転力を出力する出力軸を有し、
   前記始動装置は、
   電力の供給を受けて、前記出力軸を回転させる電動機と、
   前記電動機の動作を制御するための制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記点火処理後であって、かつ前記出力軸の回転数が予め定められた回転数以上になると、前記電動機への電力の供給を開始するように制御するための手段を含む、内燃機関の始動装置。
2. 前記始動装置は、前記出力軸が前記内燃機関による回転力により回転したか否かを検知するための検知手段をさらに含む、請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 内燃機関の停止時に膨張行程にある燃焼室へ燃料を噴射し、再始動時に前記燃焼室に点火処理を行なう内燃機関の始動装置であって、前記内燃機関は、前記点火処理に基づいて回転力を出力する出力軸を有し、
   前記始動装置は、
   電力の供給を受けて、前記出力軸を回転させる電動機と、
   前記電動機の動作を制御するための制御手段とを含み、
   前記制御手段は、前記点火処理後であって、かつ予め定められた時間が経過すると、前記電動機への電力の供給を開始するように制御するための手段を含む、内燃機関の始動装置。
4. 前記始動装置は、始動時において前記出力軸が回転可能になる燃料噴射量になるように調整するための調整手段をさらに含む、請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関の始動装置。
5. 前記予め定められた回転数は、前記出力軸が回転し始める０より大きい回転数である、請求項１〜４のいずれかに記載の内燃機関の始動装置。
6. 前記内燃機関は、レシプロエンジンを含み、
   前記出力軸は、クランクシャフトである、請求項１〜５のいずれかに記載の内燃機関の始動装置。
7. 前記電動機は、スタータ、補機モータおよび車両走行用モータのいずれかである、請求項１〜６のいずれかに記載の内燃機関の始動装置。

Images