(57)【要約】【課題】スタータモータの空転を適切に判定可能なエンジン始動装置を提供する。【解決手段】クランクシャフトと、このクランクシャフトの回転に応じた信号を出力する回転信号出力手段１３，１４と、この回転信号出力手段から出力された信号を検出する回転検出手段１０とを備えたエンジン１１０を始動するエンジン始動装置１を、クランクシャフトを回転駆動するスタータモータ３０と、スタータモータの作動時に、回転信号出力手段から出力される信号が、回転検出手段によって所定の空転判定時間以上にわたって検出されなかった際に、スタータモータの空転が生じていると判定する空転判定手段とを備える構成とする。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと、該クランクシャフトの回転に応じた信号を出力する回転信号出力手段と、該回転信号出力手段から出力された信号を検出する回転検出手段とを備えたエンジンを始動するエンジン始動装置であって、
前記クランクシャフトを回転駆動するスタータモータと、
該スタータモータの作動時に、前記回転信号出力手段から出力される信号が、前記回転検出手段によって所定の空転判定時間以上にわたって検出されなかった際に、前記スタータモータの空転が生じていると判定する空転判定手段と
を備えることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
前記回転信号出力手段は、前記クランクシャフトの回転により前記信号を出力するクランク角センサ、及び、前記クランクシャフトと連動して回転するカムシャフトの回転により前記信号を出力するカム角センサを有し、
前記空転判定手段は、前記クランク角センサ及び前記カム角センサから出力される前記信号がともに、前記回転検出手段によって前記空転判定時間以上にわたって検出されなかった際に、前記スタータモータの空転が生じていると判定すること
を特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記回転検出手段は、前記信号が所定の異常判定時間以上にわたって検出されなかった際に、装置に異常が生じていると判定する異常診断手段を備え、
前記空転判定手段における前記空転判定時間は、前記異常判定時間よりも短く設定されること
を特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記空転判定手段によって、前記スタータモータの空転が生じていると判定された際に、前記スタータモータを停止させるスタータモータ停止手段を有すること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのクランクシャフトを回転駆動してエンジンを始動させるスタータモータを有するエンジン始動装置に関し、特にスタータモータの空転を判定するものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両に搭載されるエンジンは、スタータモータによってクランクシャフトを回転駆動（クランキング）することによってその始動を行う。スタータモータはピニオンギアを駆動し、このピニオンギアによりフライホイールの外周縁部に形成されたリングギアを駆動することによってクランキングを行う。ピニオンギアは、その回転軸方向に移動可能とされている。ピニオンギアは、通常時はリングギアから離間するよう軸方向に引き込まれ、エンジン始動時のみ突き出されてリングギアと噛合うようになっている。
【０００３】
また、エンジン始動装置において、ドライバが例えばプッシュスイッチ等のいわゆるワンタッチ操作によってクランキング開始操作のみを行い、クランキングの停止は自動的に行われるようにした自動始動制御（オートクランキング）を行うものが提案されている。
例えば、特許文献１には、スタータスイッチがオン状態とされることによりセルモータ回転時間制御手段に電気信号が入力されるエンジン始動装置において、スタータスイッチの操作状態とは関係なく予め設定されたセルモータ回転時間又は始動エンジン回転数になるまでセルモータに通電するものが記載されている。
また、特許文献２には、エンジン始動装置において、スタータスイッチ信号の入力後、エンジンの完爆判定が成立するまでクランキングを行うとともに、エンジン回転数が異常な回転数まで上昇した場合やクランキング許容時間を超過した場合にはクランキングを中止することが記載されている。
また、特許文献３には、内燃機関の自動始動制御装置において、クラッチ系、ブレーキ系、シフトレバー位置の検出系の異常診断を行い、異常発生時には自動始動制御を禁止したものが記載されている。
【特許文献１】特開平１１−３０１７２号公報
【特許文献２】特開２００７−２５５３８３号公報
【特許文献３】特開２００７−１１３３９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来技術のように、オートクランキングを行うエンジン始動装置においては、一般にクランク角センサ等から求めたエンジン回転数が所定値以上となった場合等に、エンジン完爆と判定してスタータモータを停止している。
しかし、スタータモータのピニオンギアは、リングギアとの噛合に失敗して空転を生じる場合がある。こうした空転が生じた場合、スタータモータ駆動中であってもエンジンのクランクシャフトは停止したままであるので、完爆判定が成立せず、空転状態が継続される。また、空転が生じると、乗員等にとって不快なギア鳴り騒音を生じさせるとともに、ギアやスタータモータが損傷する場合がある。このような空転は、例えば、ドライバがクラッチを踏み込んだ状態でプッシュスイッチを押してクランキング開始後、エンジンの完爆前にドライバがクラッチを戻し、その後すぐに踏み直す操作をすると発生する場合がありうる。この場合、エンジンが完全に停止する前にスタータモータのピニオンが突き出し、噛み合わないままスタータモータが空転し、その後すぐにエンジン側は圧縮反力により停止する。このような場合には、ピニオンギアとリングギアとが噛合わない状態でスタータモータの回転が上昇してしまう。
これに対し、エンジンが始動できない場合に、所定時間でスタータモータを停止することも考えられるが、この時間はエンジンが始動しにくい最悪条件を想定して設定する必要があり、長時間にわたって空転が継続してしまう。
本発明の課題は、スタータモータの空転を適切に判定可能なエンジン始動装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、クランクシャフトと、該クランクシャフトの回転に応じた信号を出力する回転信号出力手段と、該回転信号出力手段から出力された信号を検出する回転検出手段とを備えたエンジンを始動するエンジン始動装置であって、前記クランクシャフトを回転駆動するスタータモータと、該スタータモータの作動時に、前記回転信号出力手段から出力される信号が、前記回転検出手段によって所定の空転判定時間以上にわたって検出されなかった際に、前記スタータモータの空転が生じていると判定する空転判定手段とを備えることを特徴とするエンジン始動装置である。
【０００６】
請求項２の発明は、前記回転信号出力手段は、前記クランクシャフトの回転により前記信号を出力するクランク角センサ、及び、前記クランクシャフトと連動して回転するカムシャフトの回転により前記信号を出力するカム角センサを有し、前記空転判定手段は、前記クランク角センサ及び前記カム角センサから出力される前記信号がともに、前記回転検出手段によって前記空転判定時間以上にわたって検出されなかった際に、前記スタータモータの空転が生じていると判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置である。
請求項３の発明は、前記回転検出手段は、前記信号が所定の異常判定時間以上にわたって検出されなかった際に、装置に異常が生じていると判定する異常診断手段を備え、前記空転判定手段における前記空転判定時間は、前記異常判定時間よりも短く設定されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン始動装置である。
請求項４の発明は、前記空転判定手段によって、前記スタータモータの空転が生じていると判定された際に、前記スタータモータを停止させるスタータモータ停止手段を有することを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジン始動装置である。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、以下の効果を得ることができる。
（１）スタータモータの作動時に、回転信号出力手段から出力される信号が所定の空転判定時間以上にわたって検出されなかった際に、スタータモータの空転が生じていると判定することによって、簡単な構成の装置によりスタータモータの空転有無を確実に判定することができる。
（２）空転判定手段は、クランク角センサ及びカム角センサの信号がともに空転判定時間以上にわたって検出されなかった際に、スタータモータの空転が生じていると判定することによって、クランク角センサ、カム角センサのいずれかに故障や断線等の異常が生じた場合であっても空転判定を行うことができる。一方、実際に空転が生じている場合には、クランク角センサ及びカム角センサからの信号がともに検出されないため、これをもって空転判定を行うことができる。
（３）空転判定時間を回転検出手段に設けられる異常診断手段の異常判定時間よりも短く設定することによって、空転が生じた場合に、異常判定が誤って成立する前に空転判定を成立させることができ、スタータモータの空転判定と異常診断手段による異常判定とを両立させることができる。
（４）スタータモータの空転が生じていると判定された際に、スタータモータを停止させることによって、ピニオンギア、リングギア等の各種部品を保護することができ、また、不快なギア鳴り音の発生を防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明は、スタータモータの空転を適切に判定可能なエンジン始動装置を提供する課題を、スタータモータの通電中にエンジンのクランク角センサ及びカム角センサからの信号が所定の空転判定時間以上にわたって検出されなかった場合にスタータモータの空転を判定することによって解決した。
【実施例】
【０００９】
以下、本発明を適用したエンジン始動装置の実施例について説明する。
図１は、実施例のエンジン始動装置のシステム構成を示す図である。
エンジン始動装置１は、エンジンＥＣＵ１０、電源ＥＣＵ２０、スタータモータ３０、スタータリレー４０、クラッチスタートスイッチ５０、スタータカットリレー６０、ＩＧ１リレー７０、ＩＧ１Ｓリレー８０、バッテリ９０等を備えて構成されている。
図２は、実施例のエンジン始動装置１を備えた車両のパワートレーンの配置を示す図である。車両１００は、エンジン１１０及びトランスミッション１２０を備えている。
【００１０】
車両１００は、例えば、乗用車等の自動車であって、前端部にエンジンルームを備えている。
エンジン１１０は、例えば、車両１００に対して縦置き搭載される水平対向エンジンである。
トランスミッション１２０は、エンジン１１０の後方側に接続される縦置きの手動変速機である。トランスミッション１２０のケース内には、ドライバからの変速操作に応じて選択されるギア列によって減速又は増速を行う変速機に加え、前輪に駆動力を伝達するフロントディファレンシャル及び後輪側へ駆動力を伝達するＡＷＤトランスファが内蔵されている。なお、このようなパワートレーンのレイアウトは本発明の一実施例に過ぎず、特に限定されるものではない。
【００１１】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１１０及びその補器類を統括的に制御する情報処理装置である。
また、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１１０の電子制御スロットル開度、燃料噴射時期及び噴射量、点火時期等を制御する。
【００１２】
エンジンＥＣＵ１０は、エンジン回転数に応じたＮｅパルス出力を、電源ＥＣＵ２０及び図示しないメータユニットに伝達する。
また、エンジンＥＣＵ１０は、電源ＥＣＵ２０からスタータスイッチ信号が入力されると、これに応じてスタータリレー４０にスタータモータ３０への通電を開始させる制御電流（スタータリレー出力）を出力する。また、エンジンＥＣＵ１０は、エンジン１１０の完爆を、例えばエンジン１１０の回転数等に基づいて判定し、完爆判定が成立した場合には、スタータカットリレー６０にスタータモータ３０への通電をカットさせる制御電流（スタータカットリレー出力）を出力する。
また、スタータモータ３０の駆動時には、エンジンＥＣＵ１０は、電源ＥＣＵ２０に対してアクセサリ（ＡＣＣ）電源カット要求を出力する。これを受けて電源ＥＣＵ２０は、アクセサリ電源の供給を停止してスタータモータ３０駆動用の電力を確保する。
【００１３】
エンジンＥＣＵ１０には、ＩＤコードボックス１１、ニュートラルスイッチ１２、クランク角センサ１３、カム角センサ１４等が接続されている。
ＩＤコードボックス１１は、図示しないアクセスキーの照合を行うとともに、照合結果に応じて防盗装置のセット、アンセット信号を出力するものである。
ニュートラルスイッチ１２は、トランスミッション１２０がニュートラル状態であるときにオンされるスイッチである。
【００１４】
クランク角センサ１３は、エンジン１１０のシリンダブロック前端部に設けられ、クランクシャフトに固定されたスプロケットと隣接して配置されている。クランク角センサ１３は、クランクシャフトの回転時に、例えばクランクシャフトの１０°回転毎に発信されるパルス信号であるクランク角信号を出力する。
エンジンＥＣＵ１０は、クランク角信号の有無によりクランクシャフトの回転有無を判別することができる。また、エンジンＥＣＵ１０は、クランク角信号の周期によりクランクシャフトの回転数（回転速度）を検出することができる。また、エンジンＥＣＵ１０は、クランク角信号をカウントすることによって、クランクシャフトの角度位置を検出することができる。
【００１５】
カム角センサ１４は、エンジン１１０のシリンダヘッドのカムシャフトサポートに設けられている。カムシャフトは、例えばタイミングベルト、タイミングチェーン等によってクランクシャフトの１／２の回転数で駆動され、動弁系の開閉駆動を行うものである。
カム角センサ１４は、カムスプロケットに設けられたボスがセンサ近傍を通過する際にパルス状の信号であるカム角信号を出力する。
エンジンＥＣＵ１０は、カム角信号の有無によりカムシャフトの回転有無を判別することができる。また、エンジンＥＣＵ１０は、カム角信号に基づいて、カムシャフトの角度位置を検出することができる。
なお、上述したクランク角センサ１３及びカム角センサ１４は、本発明にいう回転信号出力手段として機能し、エンジンＥＣＵ１０は、各センサの信号検出結果に基づいてエンジン１１０の回転を検出する回転検出手段、及び、スタータモータ３０の空転を判定する空転判定手段として機能する。エンジンＥＣＵ１０は、この空転判定のため、スタータモータ３０への通電中であるにも関わらずクランク角信号及びカム角信号がともに入力されない場合にカウントアップされるカウンタを備えている。この点については、後に詳しく説明する。
【００１６】
また、エンジンＥＣＵ１０は、メインスイッチの状態がエンジンオンであるにも関わらず、クランク角信号、カム角信号が所定の異常診断時間以上にわたって入力されなかった場合に、各センサに設けられた配線の断線、センサ自体の故障等の異常を検出する異常診断機能を備えている。すなわち、エンジンＥＣＵ１０は、本発明にいう異常診断手段としても機能する。
【００１７】
電源ＥＣＵ２０は、車両１００の電装系を統括的に制御する情報処理装置である。
電源ＥＣＵ２０には、プッシュエンジンスイッチ２１が接続されている。
プッシュエンジンスイッチ２１は、例えば車室内のインストルメントパネル等に設けられ、ドライバがエンジン１１０の始動操作を入力する押しボタンスイッチである。
アクセスキーを携帯するドライバは、クラッチペダルを踏込んだ状態でプッシュエンジンスイッチ２１を押すことによって、エンジンの始動操作を行う。このときの操作はいわゆるワンプッシュ操作でよく、エンジン１１０が完爆するまでプッシュエンジンスイッチ２１を押し続ける必要はない。
また、電源ＥＣＵ２０は、ドライバによって選択される車両１００の電源状態がイグニッション状態である場合には、各種電装品（ＩＧ１負荷）への電力供給を可能とするため、ＩＧ１リレー７０に制御電流（ＩＧ１リレー出力）を出力する。
【００１８】
スタータモータ３０は、エンジン１１０の始動時にクランクシャフトを回転駆動（クランキング）するものである。スタータモータ３０は、小型の高速型モータを利用し、アーマチュアの回転をギア列で減速し、ピニオンギアを駆動するリダクション式のものである。スタータモータ３０のピニオンギアは、クランクシャフトの後端部に固定されたフライホイールの外周縁部に形成されたリングギアと噛合し、これを駆動する。
スタータモータ３０は、アクチュエータを用いてピニオンギアをその軸方向に移動する機能を備えている。ピニオンギアは、スタータモータ３０への非通電時には、軸方向に引き込まれてリングギアと噛合しない待機状態となっている。一方、スタータモータ３０への通電時には、ピニオンギアはアクチュエータによって繰出され、リングギアと噛合し、リングギアの駆動を行う。そして、エンジン１１０の完爆後にスタータモータ３０への通電が停止されると、ピニオンギアは引き込まれ、再び待機状態に戻る。
【００１９】
スタータリレー４０は、エンジンＥＣＵ１０からの制御電流（スタータリレー出力）に応じて、バッテリ９０からスタータモータ３０へ電力を供給する配線に設けられた接点を閉じ、スタータモータ３０を作動させるものである。
【００２０】
クラッチスタートスイッチ５０は、スタータリレー４０に制御電流を供給する配線に設けられ、ドライバによるクラッチ操作時（クラッチペダル踏込み時）にのみ接点を閉じて、スタータリレー４０への制御電流を通電させるものである。
クラッチスタートスイッチ５０は、クラッチが接続された状態でスタータモータ３０が作動し、車両が動き出すことを防止するものである。
【００２１】
スタータカットリレー６０は、エンジンＥＣＵ１０からの制御電流（スタータカットリレー出力）に基づいて、バッテリ９０からスタータリレー４０を介してスタータモータ３０へ電力を供給する配線に設けられた接点を開き、スタータモータ３０に供給される電力をカットするものである。
【００２２】
ＩＧ１リレー７０は、電源ＥＣＵ２０からのＩＧ１リレー出力を制御電流として、バッテリ９０からＩＧ１負荷へ電力を供給する配線に設けられた接点を閉じ、ＩＧ１負荷への電極供給を開始するものである。また、ＩＧ１リレー７０の出力電流は、ＩＧ１Ｓリレー８０の制御電流としても用いられる。
【００２３】
ＩＧ１Ｓリレー８０は、ＩＧ１リレー７０の出力電流を制御電流としてバッテリ９０からスタータモータ３０へ電力を供給する配線に設けられた接点を閉じ、スタータカットリレー６０及びスタータリレー４０を介してスタータモータ３０へ電力を供給するものである。
【００２４】
バッテリ９０は、例えば鉛蓄電池等の２次電池である。バッテリ９０は、エンジン１１０によって駆動される図示しないオルタネータによって充電されるとともに、スタータモータ３０を含む各種電装品に電力を供給するものである。
【００２５】
以下、本実施例におけるスタータモータ３０の空転判定方法について説明する。
図３は、実施例のエンジン始動装置１における空転判定時の動作を示すフローチャートである。以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ０１：クランキング中判断＞
エンジンＥＣＵ１０は、スタータモータ３０の通電状態を検出し、スタータモータ３０が通電中である場合はクランキング中であると判断し、ステップＳ０２に進む。具体的には、スタータリレー出力がオンであり、スタータカットリレー出力がオフである場合、又はスタータスイッチ２がオンである場合に通電中（クランキング中）であると判断する。
一方、スタータモータ３０が通電中でない場合には、クランキング中ではないものと判断し、再びステップＳ０１を繰り返す。
【００２６】
＜ステップＳ０２：クランク角センサ・カム角センサ入力判断＞
エンジンＥＣＵ１０は、クランク角センサ１３からのクランク角信号、及び、カム角センサ１４からのカム角信号がともに入力されない場合は、スタータモータ３０の空転が生じている可能性があるものとしてステップＳ０４に進む。一方、クランク角信号、カム角信号の少なくとも一方が入力されている場合は、スタータモータ３０は空転していないものとして、ステップＳ０３に進む。
【００２７】
＜ステップＳ０３：カウンタリセット＞
エンジンＥＣＵ１０は、上述したカウンタのカウンタ値を０としてリセットする。
その後、ステップＳ０１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
【００２８】
＜ステップＳ０４：カウンタインクリメント＞
エンジンＥＣＵ１０は、上述したカウンタのカウンタ値をインクリメント（カウントアップ）する。
その後、ステップＳ０５に進む。
【００２９】
＜ステップＳ０５：スタータモータ空転判定＞
エンジンＥＣＵ１０は、カウンタのカウンタ値（クランク角信号及びカム角信号が検出されなかった時間）が予め設定された所定値である空転判定値（空転判定時間）以上であるか判断する。
そして、カウンタ値が空転判定値以上である場合は、所定の空転判定時間以上にわたってクランク角信号及びカム角信号の入力がなく、スタータモータ３０の空転が生じているものと判定し、ステップＳ０６に進む。
一方、カウンタ値が空転判定値未満である場合は、スタータモータ３０の空転が生じていないものと判定し、ステップＳ０１に戻り、それ以降の処理を繰り返す。
なお、ここで用いる空転判定時間は、上述した各センサの異常診断時間よりも短く設定されている。
【００３０】
＜ステップＳ０６：スタータオフ＞
エンジンＥＣＵ１０は、スタータカットリレー出力を出力し、スタータカットリレー６０の接点を開き、スタータリレー４０を介したスタータモータ３０への通電を停止させ、スタータモータ３０を停止させて一連の処理を終了する。
【００３１】
以上説明した実施例によると、以下の効果を得ることができる。
（１）スタータモータ３０の作動時に、クランク角信号及びカム角信号が入力されない期間にカウントされたカウンタ値が、所定の空転判定値以上であるときに、スタータモータ３０の空転が生じていると判定することによって、簡単な構成の装置によりスタータモータ３０の空転有無を確実に判定することができる。
（２）エンジンＥＣＵ１０は、クランク角信号及びカム角信号がともに空転判定時間以上にわたって検出されなかった際にスタータモータ３０の空転が生じていると判定することによって、クランク角センサ１３、カム角センサ１４のいずれかに故障や断線等の異常が生じた場合であっても空転判定を行うことができる。一方、実際に空転が生じている場合には、クランク角センサ１３及びカム角センサ１４からの信号がともに検出されないため、これをもって空転判定を行うことができる。
（３）カウンタによる空転判定値の蓄積に要する空転判定時間を、クランク角センサ１３及びカム角信号１４の異常診断時間よりも短く設定することによって、空転が生じた場合に、異常判定が誤って成立する前に空転判定を成立させることができ、スタータモータ３０の空転判定と各センサの診断機能とを両立させることができる。
（４）スタータモータ３０の空転が生じていると判定された際に、スタータモータ３０を停止させることによって、ピニオンギア、リングギア等の各種部品を保護することができ、また、不快なギア鳴り音の発生を防止できる。
【００３２】
（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。例えば、本発明が適用されるパワートレーンの構成やレイアウトは上述した実施例に限定されず、適宜変更することができる。例えば、エンジンはガソリン、ディーゼルその他の内燃機関を用いることができ、搭載方向（縦置き、横置き）も特に限定されない。また、実施例では変速機はドライバによって操作されるクラッチを有する手動変速機であったが、自動変速機であってもスタータモータの空転が問題となりうる場合には適用できる。また、本発明は、ドライバの一時的なスイッチ操作によりスタータモータの駆動を行ういわゆるプッシュスタート式のエンジン始動装置に適用することが特に効果的であるが、ドライバがスイッチ操作を継続している場合にのみスタータモータを駆動する既存のエンジン始動装置にも適用は可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明を適用したエンジン始動装置の実施例のシステム構成を示す図である。
【図２】図１のエンジン始動装置を備える車両のパワートレーンの配置を示す図である。
【図３】図１のエンジン始動装置における空転判定時の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３４】
１    エンジン始動装置
１０    エンジンＥＣＵ                １１    ＩＤコードボックス
１２    ニュートラルスイッチ          １３    クランク角センサ
１４    カム角センサ
２０    電源ＥＣＵ                    ２１    プッシュエンジンスイッチ
３０    スタータモータ                ４０    スタータリレー
５０    クラッチスタートスイッチ      ６０    スタータカットリレー
７０    ＩＧ１リレー                  ８０    ＩＧ１Ｓリレー
９０    バッテリ                    １００    車両
１１０    エンジン                    １２０    トランスミッション
【図１】
2010133258.tif 000003
【図２】
2010133258.tif 000004
【図３】
2010133258.tif 000005