(57)【要約】【課題】所定の条件が成立すると自動でアイドルストップを行う自動アイドルストップシステム車両に搭載され、アイドルストップ直後のエンジンの惰性回転中にピニオンギヤとリングギヤを噛み合わせるエンジン始動装置において、特別なセンサを追加したり、従来から構造を変更することなく、再始動要求があったときに確実にピニオンがリングギヤと噛合し、エンジンを始動できるようにする。【解決手段】アイドルストップ条件成立後のエンジン惰性回転中に、回転再始動制御が不可能なエンジン回転速度となった時、惰性回転中のエンジン回転速度の低下のみを監視し、再始動要求に応じて上記ピニオンギヤ押し出し手段の駆動を行ってから上記スタータモータに通電するようにした。【選択図】図４
2011252485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの回転を伝えるクランク軸の回転角あるいは回転数を検出するクランク角センサと、上記クランク軸に連結しエンジンの回転を伝達するリングギヤと、エンジンを始動するためのスタータモータと、上記スタータモータの回転を上記リングギヤに伝達するピニオンギヤと、上記ピニオンギヤを押し出して上記リングギヤと連結させるピニオンギヤ押し出し手段と、上記ピニオンギヤ押し出し手段の駆動タイミングを制御するピニオンギヤ押し出し制御手段を備え、上記ピニオンギヤ押し出し制御手段は、アイドルストップ条件成立後のエンジン惰性回転中に、回転再始動制御が不可能なエンジン回転速度となった時、惰性回転中のエンジン回転速度の低下のみを監視し、エンジン回転速度が所定設定速度以下となった時、前記ピニオン押し出し手段に通電した後、所定の時間Ｔ１が経過するまでに再始動要求がなければ、上記ピニオンギヤ押し出し手段への通電をOFFし、その後
に再始動要求があった場合には、上記ピニオンギヤ押し出し手段への通電をONした後、所定時間Ｔ２の経過後にスタータモータに通電することを特徴としたエンジン始動装置。
【請求項２】
エンジン回転速度が所定設定速度以下となった時、前記ピニオン押し出し手段に通電し、所定の時間Ｔ１が経過するまでに再始動要求があった場合は、前記ピニオン押し出し手段の通電から所定の時間Ｔ２が経過しておれば、上記スタータモータに通電するようにしたことを特徴とした請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
所定時間Ｔ１はピニオンギヤ押し出し手段の駆動を開始してから、エンジンが完全に停止するまでの時間であることを特徴とした請求項１あるいは２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
所定時間Ｔ２はピニオンギヤが静止位置にあるときに、ピニオンギヤ押し出し手段の通電を開始してからピニオンギヤがリングギヤに当接し、安定した押圧が確保できるまでの時間であることを特徴とした請求項１あるいは２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】
この発明は、エンジンのアイドルストップを自動的に行うエンジン始動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車の燃費改善・環境負荷低減等を目的として、アイドリング状態のときに所定の条件が満たされると自動でアイドルストップを行うと共に必要に応じて速やかにエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムが開発されてきた。この自動アイドルストップシステムにおいて、エンジンを再始動させるためにスタータを駆動してピニオンをリングギヤに噛み合せる際の衝撃を緩和する方法が種々提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献1に記載のスタータでは、エンジンが停止した後にマグネットスイッ
チを駆動させ、更にプランジャストッパによってマグネットスイッチのプランジャを保持することによって、ピニオンがリングギヤに噛み合った状態を維持するようにしている。
また、特許文献２に記載のスタータにおいては、上記プランジャストッパを省略するために、動力伝達体が移動する際に生じる移動抵抗によってエンジン停止状態でピニオンとリングギヤが噛み合った状態を維持するように構成している。
更に、特許文献３に記載のスタータにおいては、ピニオンギヤとリングギヤのメイン噛合の開始後にスタータモータを先ず遮断し、ピニオンギヤとリングギヤの十分な深さの噛合の後にスタータモータを先ず部分負荷にて駆動し、それに続いてスタータモータを全負荷にて駆動するようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０４５９２０
【特許文献２】特開２００８−１６３８１８
【特許文献３】特開２０００−３１４３６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、特許文献１のエンジン始動装置、始動方法及びスタータモータにおいては、マグネットスイッチのプランジャを保持するだけのために、ソレノイドからなるプランジャストッパを設けている。このため、搭載性が悪くなってしまうといった問題があった。
特許文献２のスタータにおいては、エンジンが停止したことを判断してピニオンとリングギヤを噛合せるため、エンジンが停止するまでの待ち時間が発生するとともに、ピニオンとリングギヤが噛合ったことを判断しスタータ電磁駆動機構の通電を切っているが、スタータモータを回転させてピニオンを噛合せるため電力消費が多くなる。
【０００６】
また、エンジンが完全に停止する前の惰性回転中にもピニオンとリングギヤとが噛合うように電磁駆動機構を制御しているが、エンジンが回転しているためピニオンとリングギヤとが噛合わない状態が発生してピニオンとリングギヤに損傷を与えたり、ピニオンとリングギヤが噛合ったと判断された場合、まだエンジンが完全に停止していない状態であっても電磁駆動機構の通電を切るためピニオンとリングギヤとの噛合いが外れる可能性があった。
また、電磁駆動機構への通電をOFFした後に、ピニオンギヤとリングギヤの噛合いを保
持するには両者の摩擦係数が重要となり、使用状況により摩擦係数が変化したり、リングギヤが逆回転した場合には噛合いがはずれる可能性があった。
【０００７】
更に、別リレーと抵抗を取り付けることにより、エンジンが上死点を超えることが出来ないトルクでスタータモータを駆動することでアイドリングストップ時にはその時のリングギヤからの反力により噛合いを保持するようにしているが、環境条件により抵抗値が低下し、上死点を超えるトルクとなった場合、アイドリングストップが出来ずにクランキングし続けることになる可能性があった。これ以外にも、ピニオンギヤとリングギヤが噛合っていることを確認するためのセンサや、上記機構により、始動装置の搭載性の悪化、コスト上昇、消費電力の増加となる欠点があった。
【０００８】
また、特許文献３のスタータにおいては、ピニオンの噛合深さを判定するために距離センサを用いており、これにより事前噛合される構成部材に固定された磁気フィルムをセンシングし、該フィルムに設けられた磁気的対向領域に対してピニオン距離に比例した信号が形成されるようにしているので、装置として構成し難く、高価になるという欠点があった。
【０００９】
本発明は係る問題を解決するためになされたものであり、その目的はアイドルストップによるエンジンの惰性回転中にピニオンギヤとリングギヤを確実に噛合わすことができ、ピニオンギヤやリングギヤの磨耗による摩擦係数の変化や環境変化の影響を受けずに、安価に電力消費を抑制することが可能であり、しかも既存の構造から大きな変更を必要とせず信頼性および部品の長寿命化を達成することができるエンジン始動装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明になるエンジン制御手段は、  エンジンの回転を伝えるクランク軸の回転角あるいは回転数を検出するクランク角センサと、上記クランク軸に連結しエンジンの回転を伝達するリングギヤと、エンジンを始動するためのスタータモータと、上記スタータモータの回転を上記リングギヤに伝達するピニオンギヤと、上記ピニオンギヤを押し出して上記リングギヤと連結させるピニオンギヤ押し出し手段と、上記ピニオンギヤ押し出し手段の駆動タイミングを制御するピニオンギヤ押し出し制御手段を備え、上記ピニオンギヤ押し出し制御手段は、アイドルストップ条件成立後のエンジン惰性回転中に、回転再始動制御が不可能なエンジン回転速度となった時、惰性回転中のエンジン回転速度の低下のみを監視し、エンジン回転速度が所定設定速度以下となった時、前記ピニオン押し出し手段に通電した後、所定の時間Ｔ１が経過するまでに再始動要求がなければ、上記ピニオンギヤ押し出し手段への通電をOFFし、その後に再始動要求があった場合には、上記ピニオンギ
ヤ押し出し手段への通電をONした後、所定時間Ｔ２の経過後にスタータモータに通電するようにしたことを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
アイドルストップによるエンジンの惰性回転中にピニオンギヤとリングギヤを確実に噛合わすことができ、ピニオンギヤやリングギヤの磨耗による摩擦係数の変化や環境変化の影響を受けずに、安価に電力消費を抑制することが可能となり、しかも既存の構造から大きな変更を必要とせず信頼性および部品の長寿命化を達成することができる効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の制御概略構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置のスタータ構造を示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態１におけるアイドルストップ制御の流れを示すフローチャートである。
【図４】本発明の実施の形態１における通常始動制御の流れを示すフローチャートである。
【図５】本発明の実施の形態１におけるピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）とモータ駆動リレー（ＭＤＲ）の通電タイミングチャートの一例を示す図である。
【図６】本発明の実施の形態１におけるピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）とモータ駆動リレー（ＭＤＲ）の通電タイミングチャートの他の例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下この発明によるエンジン始動装置を各実施の形態に従って図を用いて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の制御概略構成を示すブロック図である。エンジンＥＣＵ１０はアイドルストップ条件が成り立つか否かを判定し、これをエンジン始動装置１９へと入力する。アイドルストップ条件とは例えば冷却水温度が適切か、バッテリー電圧が所定値以上か等のエンジンのコンディションによる条件や、前回のアイドルストップ以降、車速何ｋｍ/h以上のスピードを出していなければアイドルストップを行わない等の運転操作状況による条件がある。エンジン始動装置１９は、エンジンのクランク軸２１に連結しエンジンの回転を伝えるリングギヤ１１と、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ１２と、スタータ１８と、アイドルストップを制御するコントローラ１３とから構成されている。
【００１４】
スタータ１８はモータ駆動リレー２０と、これにより駆動されるスタータモータ１７と、スタータモータ１７の回転を伝えるピニオンギヤ１４と、ピニオンギヤ１４を押し出してリングギヤ１１と噛み合わせるためのプランジャ１５と、通電することによりプランジャ１５を可動させることができるピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）１６を備える。
アイドルストップコントローラ１３は、スタータモータ１７への通電を行うモータ駆動リレー２０に対する通電制御と、ピニオンギヤ駆動用のプランジャ１５を付勢するピニオン駆動ソレノイド１６に対する通電制御を行うものである。
【００１５】
なお、図１ではコントローラ１３とエンジンＥＣＵ１０を別々のものとして示しているが、コントローラ１３を備える代わりに、エンジンＥＣＵ１０が一括して処理を行っても良く、従ってエンジン始動装置１９のコントローラ１３はエンジンＥＣＵ１０を含み得る。プランジャ１５とピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）１６がピニオンギヤ押し出し手段を構成し、コントローラ１３および／あるいはエンジンＥＣＵ１０がピニオンギヤ押し出し制御手段を構成する。
【００１６】
図２は、上述したエンジン始動装置１９のスタータ１８の実際の構成例を示すものである。スタータモータ１７の出力軸１は、フロントブラケット２に設けた軸受部２aとリア
ブラケット３に設けた軸受部３aとにより支持されている。また出力軸１にはピニオンギ
ヤ１４が摺動可能に支持され、このピニオンギヤ１４は、ピニオン駆動ソレノイド１６の動力によりシフトレバー４を介して出力軸１の軸方向に移送される。
【００１７】
一方、このピニオンギヤ１４の対向位置にリングギヤ１１が配置され、これに上記ピニオンギヤ１４が噛合わされた状態でスタータモータ１７が回転すると図示しないエンジンが駆動されるようになっており、６はスタータ１８をエンジンへ取り付けるスタータ取付部を示している。ピニオン駆動ソレノイド１６は内部にプランジャ１５を有し、その付勢時には図の左側に吸引されシフトレバー４を介してピニオンギヤ１４をリングギヤ１１側に移動させる。また、ピニオン駆動ソレノイド１６の消勢時にはプランジャ１５はスプリング７の反発力により図の右側に移動され、ピニオンギヤ１４とリングギヤ１１との噛合せを解除する。
【００１８】
次に、図３、図４のフローチャートおよび図５、図６のピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）とモータ駆動リレー（ＭＤＲ）の通電タイミングチャートを参照して本発明の第１の実施形態の動作について説明する。これらの動作は上記ピニオンギヤ押し出し制御手段を構成するコントローラ１３およびエンジンＥＣＵ１０で処理されるものである。最初に図３を用いてピニオンギヤ１４とリングギヤ１１を噛み合せる前までのアイドルストップ制御を説明する。
【００１９】
先ず、エンジンＥＣＵ１０に入力される信号でアイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する(S110)。成立していなければ成立するまでこの状態を維持する。ステップS110でアイドルストップ条件が成立していたならば、アイドルストップ制御を開始し(S111)、エンジンＥＣＵ１０の制御によりエンジンへの燃料供給をストップさせる。そして、エンジンの惰性回転によりリングギヤ１１の回転速度が降下する間(図５のリングギヤ回転数を参照)に、クランク角センサ１２でエンジン回転速度を監視し、監視しているリングギヤ１１の回転速度が、ピニオンギヤ１４と噛合して回転噛合せ再始動制御が可能な回転速度以上かどうかを判断する(S112)。回転噛合せ再始動制御が可能な場合は、エンジンＥＣＵ１０への信号でドライバからのエンジン再始動要求(例えばブレーキペダルから足を離す等)があるか否かを判定し(S113)、再始動要求があった場合には、ステップS114に進み、更に、リングギヤ回転速度Ｎｒがエンジン自己復帰可能回転速度(例えば５００ｒｐｍ)以上か否かの判定を行う。
【００２０】
ここで、リングギヤ回転速度Ｎｒは、クランク角センサ１２からのセンサ入力周期よりコントローラ１３で演算しているが、代わりにエンコーダやパルス発生器からの信号のＦＶ(周波数−電圧)変換等による別の手段を用いてリングギヤ回転速度Ｎｒを検出してもよい。なお、エンジン自己復帰可能回転速度とは、スタータ１８によるクランキングを行わずに、燃料を噴射し着火するだけで再始動可能な回転速度のことであり、例えば燃料を多めに噴射することで、燃焼させやすくする等の制御があるが、エンジン自己復帰の制御の詳細に関しては、この発明の範囲ではない。
【００２１】
ステップS114においてリングギヤ回転速度がエンジン自己復帰回転速度以上と判定されたならば、ステップS115に進みエンジン自己復帰制御を行い、エンジンを再始動させる。また、ステップS113においてドライバからの再始動要求がなかった場合、およびステップS112においてリングギヤ回転速度が回転噛合せ再始動制御が可能な回転速度以下であった場合は、ステップS116へと進み通常再始動制御を行う。またステップS114においてリングギヤ回転速度がエンジン自己復帰可能回転速度以下であった場合は、ステップS117へと進み、スタータ１８によるクランキングを行って回転噛合せ再始動制御S117を行う。
【００２２】
次に本発明の対象である通常再始動制御時S116の動作を、図４及び図５、図６を用いて詳しく説明する。通常再始動制御S116へ進んだ場合、ピニオンギヤ１４がリングギヤ１１と噛合いが可能となるエンジン回転速度になるのを待つ(S210)。この時のエンジン回転速度の設定は、エンジンの低速領域に選ばれ、停止状態に設定しても良い。ステップS210でエンジン回転速度が予め設定されたピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）通電開始速度（例えば図５のＡ点）以下となったら、ピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）に通電開始を行う(S211)。
【００２３】
この状態で、前記ピニオン押し出し手段（ＰＤＳ）に通電してから所定の時間Ｔ１が経過するまでに再始動要求があった場合は、前記ピニオン押し出し手段の通電から所定の時間Ｔ２が経過しておれば(S213)、上記スタータモータ（MDR）を通電し(S214)、ピニオン
ギヤとリングギヤを噛合わせる。所定時間Ｔ２とはピニオンギヤが静止位置にあるときに、ピニオンギヤ押し出し手段の通電を開始してからピニオンギヤがリングギヤに当接し、安定した押圧が確保できるまでの時間である。その後、エンジンをスタータでクランキングし、エンジンか再始動したとする完爆判定を行う(S215)。完爆判定(S215)が行われたらピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）とモータ駆動リレー（ＭＤＲ）への通電を停止し(S216)、再始動制御を終了する。（図５を参照）
【００２４】
一方、ステップS212においてエンジン再始動要求がなかった場合は、所定時間Ｔ１経過の判断を行い(S217)、ここで所定時間Ｔ１を経過していないと判断されたならステップS212に戻り、引き続き再始動要求判定をする。所定時間Ｔ１とはプランジャ１５とピニオン駆動ソレノイド１６とからなるピニオンギヤ押し出し手段の駆動を開始してから、エンジンが完全に停止するまでの時間である。再始動要求がないまま所定時間Ｔ１を経過したならば、ピニオン駆動ソレノイド(ＰＤＳ)の通電を停止し(S218)、そのままの状態で再始動要求がくるのを待つ(S219)。例えば図６のＢ点で再始動要求があれば、再度ピニオン駆動ソレノイド（ＰＤＳ）に通電を開始し(S220)、所定時間Ｔ２の経過を待ち(S221)、その後モータ駆動リレー（ＭＤＲ）の通電を開始する(S214)。以降はステップS215、S216と進み、再始動制御を終了する。（図６を参照）
【００２５】
以上のように、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置は、エンジン回転速度が回転噛合せ再始動制御が不可能と判断された時、惰性回転中のエンジン回転速度の低下のみを監視し、再始動要求に応じて、ピニオン駆動ソレノイドすなわちピニオンギヤ押し出し手段の通電を行ってからピニオンギヤがリングギヤに当接し、安定した押圧が確保できるまでの時間T２を確保した後、モータ駆動リレーすなわちスタータモータに通電する
ようにしたので、ピニオンギヤとリングギヤの噛合いを行う際に、ピニオンギヤとリングギヤが損傷することなく確実に噛合わせることができ、しかもエンジン回転停止を確認するためのセンサや、ピニオンとリングギヤとの噛み合いを確認するセンサが不要となり、長寿命、低コストで構成することが可能となる。
【符号の説明】
【００２６】
１０    エンジンＥＣＵ、    １１    リングギヤ、    １２    クランク角センサ、１３    コントローラ、    １４    ピニオンギヤ、  １５    プランジャ、
１６    ソレノイド、      １７    スタータモータ、１８    スタータ、
１９    エンジン始動装置、２０    モータ駆動リレー、  ２１  クランク軸。
【図１】
2011252485.tif 000003
【図２】
2011252485.tif 000004
【図３】
2011252485.tif 000005
【図４】
2011252485.tif 000006
【図５】
2011252485.tif 000007
【図６】
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