(57)【要約】【課題】安価な飛び込み式スタータを用いて燃費を向上しつつエンジンを始動できるエンジン始動装置を提供する。【解決手段】エンジン始動装置１では、エンジン２のクランキングを開始してから４５０ｒｐｍ以上の回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング時間Ｔａが、回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング音によってユーザーに不快感を与えないクランキング時間の許容限界値として予め設定された時間以内の時間である。これにより、クランキング音による不快感を緩和しつつ、燃焼によらずスタータによってエンジン回転数を４５０ｒｐｍ以上の高速回転域まで引き上げることができる。従って、安価な飛び込み式スタータを用いて燃費を向上しつつエンジンを始動できるエンジン始動装置を提供することができる。【選択図】図２
2015135098.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転力を発生するモータ（７）、このモータ（７）の回転力が伝達されて回転するピニオン（８）、バッテリからの前記モータ（７）への電力供給をオン／オフするモータ通電手段（９）、及び前記ピニオン（８）をエンジン（２）のリングギヤ（１１）と噛合う噛合位置まで移動させる移動手段（９）を有するスタータ（３）と、
前記スタータ（３）の駆動を制御するスタータ制御手段（４）とを備え、
前記ピニオン（８）を前記リングギヤ（１１）に噛み合わせた状態で前記モータ（７）を回転させることで前記エンジン（２）のクランキングを実施し、前記ピニオン（８）と前記リングギヤ（１１）との噛み合わせを解除する、もしくは、前記モータ（７）への通電を停止させることで前記エンジン（２）のクランキングを停止するエンジン始動装置であって、
４５０ｒｐｍ以上の所定の回転数を回転数Ｎ１とすると、
前記エンジン（２）のクランキングを開始してから前記回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング時間Ｔａは、前記回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング音によってユーザーに不快感を与えないクランキング時間の許容限界値として予め設定された時間以内であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジン始動装置において、
前記クランキング時間Ｔａは０．３秒以下であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のエンジン始動装置において、
前記回転数Ｎ１は５００ｒｐｍ以上であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
前記回転数Ｎ１はアイドル回転数以下であり、
前記エンジン（２）のクランキング停止時期は、前記エンジン（２）の回転数がアイドル回転数に達する以前であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
前記エンジン（２）のクランキング停止時期は、前記エンジン（２）の燃焼室で着火が生じる着火時期よりも前であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項６】
請求項１〜３に記載のエンジン始動装置において、
前記エンジン（２）は火花点火式エンジンであって、
前記エンジン（２）のクランキング停止時期は、点火プラグの点火時期より前であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項７】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
前記エンジン（２）は圧縮着火式エンジンであって、
前記エンジン（２）のクランキング停止時期は、燃料噴射時期より前であることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項８】
請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
前記スタータ制御手段（４）は、前記バッテリの残充電量の減少もしくは経時劣化による前記モータ（７）への印加電圧の降下レベルを判定し、
前記降下レベルが予め設定された許容範囲内である場合には、前記エンジン（２）のクランキング停止時期を、前記エンジン（２）の燃焼室で着火が生じる着火時期よりも前とし、
前記降下レベルが前記許容範囲外である場合には、前記エンジン（２）のクランキング停止時期を、前記エンジン（２）の燃焼室で着火が生じる着火時期よりも後にすることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項９】
回転力を発生するモータ（７）、このモータ（７）の回転力が伝達されて回転するピニオン（８）、バッテリからの前記モータ（７）への電力供給をオン／オフするモータ通電手段（９）、及び前記ピニオン（８）をエンジン（２）のリングギヤ（１１）と噛合う噛合位置まで移動させる移動手段（９）を有するスタータ（３）と、
前記スタータ（３）の駆動を制御するスタータ制御手段（４）とを備え、
前記ピニオン（８）を前記リングギヤ（１１）に噛み合わせた状態で前記モータ（７）を回転させることで前記エンジン（２）のクランキングを実施し、前記ピニオン（８）と前記リングギヤ（１１）との噛み合わせを解除する、もしくは、前記モータ（７）への通電を停止させることで前記エンジン（２）のクランキングを停止するエンジン始動装置であって、
前記スタータ制御手段（４）は、４５０ｒｐｍ以上の所定の回転数Ｎ１までクランキングさせ、初爆前にクランキングを停止させるように前記スタータの駆動を制御することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項１０】
請求項５〜９のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
前記スタータ（３）は、前記モータ通電手段（９）の作動と前記移動手段（９）の作動とを独立して制御可能な構成であり、
前記スタータ制御手段（４）は、前記クランキング停止時期に前記モータ（７）への通電をＯＦＦにし、前記エンジン（２）が完爆した後に前記ピニオン（８）を前記噛合位置から戻すように前記スタータ（３）の駆動を制御することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載のエンジン始動装置において、
前記スタータ制御手段（４）は、クランキング停止後に初爆が生じなかった場合に、前記モータ（７）への通電をＯＮにして再度クランキングを実施させるよう前記スタータの駆動を制御することを特徴とするエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジン始動方法として、飛び込み式スタータにてエンジンを低速（４００ｒｐｍ以下）回転させた後に、点火もしくは燃料を燃焼室に噴射し、燃焼室での燃焼のみによってアイドル回転数まで引き上げるという方法がある。
【０００３】
しかしながら、この方法では低速回転域からアイドル回転数までの引き上げを燃焼のみで行うものであるため、始動時には噴射する燃料を多くしなければならず、燃費が悪化するという問題が生じる。
【０００４】
図１２は、ガソリンエンジンにおいてアクセル開度一定の、エンジン回転数と噴射量との関係を示したものである。エンジン回転数がアイドル回転数Ｎａ付近では所定のエンジン回転数−噴射量関係Ｚに沿って必要な噴射量が設定されているが、所定の回転数Ｎｍｉｎ（４５０ｒｐｍ程度）よりも低い回転数では、エンジン回転数−噴射量関係Ｚから逸脱して、必要な噴射量が非線形に大きくなる。つまり、エンジン回転数−噴射量関係Ｚに沿う噴射量よりも増量しての燃料噴射（以下、噴射増量と呼ぶ）が必要となる。
【０００５】
ここで、回転数Ｎｍｉｎよりも低い回転数を噴射増量域、回転数Ｎｍｉｎ以上の回転数を噴射増量不要域と呼ぶ。噴射増量不要域は、エンジンが燃料噴射量の増量不要で回転を維持できる回転数となる。
従来の飛び込み式スタータによる始動方法では、この噴射増量域内の回転数までエンジンを回転させて燃料を噴射するため、噴射増量が必要となる。従って、燃費が悪化してしまう。
【０００６】
そこで、燃料を噴射する前にアイドル回転数付近まで引き上げることにより、始動時の燃料噴射の増量（以下、噴射増量と呼ぶ）を不要とし、燃費を向上させる技術が求められている。
【０００７】
燃料を噴射する前にアイドル回転数Ｎａ付近まで引き上げる始動方法として、電動機兼発電機いわゆるＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ）を用いてエンジンを始動する方法や、ＭＧ（モータジェネレータ）を用いてエンジンを始動する方法がある。
【０００８】
しかしながら、ＩＳＧやＭＧは高価であるという問題点がある。また、交流機であるため、直流モータを搭載する飛び込み式スタータと比較して、始動性が悪いという問題もあった。
【０００９】
このため、始動性がよく、安価な飛び込み式スタータを用いて燃料噴射前にアイドル回転数付近までエンジン回転数を引き上げる始動方法を実現することが望まれる。しかしながら、飛び込み式スタータではクランキング音が大きいため、上述のように噴射増量不要域に達する前に燃焼を行い、スタータの駆動を停止するのが通常であった。
従って、クランキング音による不快感という問題点の解決なしには、飛び込み式スタータを用いた燃費のよい始動方法を実現することができない。
【００１０】
なお、特許文献１には、飛び込み式スタータにおいて、アイドル回転数までエンジンを回転させる技術が記載されている。しかしながら、クランキング音については何ら考慮がされてはいない。なお、特許文献１に記載の始動方法及び従来の低速回転域まで回す始動方法においては、燃焼室で着火が生じるのとほぼ同時もしくはその後に一方向クラッチの作動によって、スタータのモータからのトルクがエンジン側に伝達されなくなる。つまり、クランキング停止時期は着火と同時、もしくは、着火の後である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００２−１８８５４９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、安価な飛び込み式スタータを用いて燃費を向上しつつエンジンを始動できるエンジン始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明のエンジン始動装置は、スタータと、スタータの駆動を制御するスタータ制御手段とを備える。
スタータは、回転力を発生するモータ、このモータの回転力が伝達されて回転するピニオン、バッテリからのモータへの電力供給をオン／オフするモータ通電手段、及びピニオンをエンジンのリングギヤと噛合う噛合位置まで移動させる移動手段を有する。
【００１４】
エンジン始動装置は、ピニオンをリングギヤに噛み合わせた状態でモータを回転させることでエンジンのクランキングを実施し、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを解除する、もしくは、モータへの通電を停止させることでエンジンのクランキングを停止する。
【００１５】
ここで、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数を回転数Ｎ１とする。
エンジンのクランキングを開始してから回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング時間Ｔａは、回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング音によってユーザーに不快感を与えないクランキング時間の許容限界値として予め設定された時間以内である。
【００１６】
本出願人はクランキング音による不快感は、音の大きさよりも発音時間（つまりクランキング時間）に依存し、クランキングの回転数を上げても、クランキング時間を短くすれば不快感が低減することを見出した。
【００１７】
そこで、本実施例では、不快に感じさせない程度の短いクランキング時間で４５０ｒｐｍ以上の高速回転域まで到達させている。
このため、クランキング開始から４５０ｒｐｍ以上の高速回転域に引き上げる際のクランキング時に発生するクランキング音による不快感が低減する。
【００１８】
つまり、クランキング音による不快感を緩和しつつ、燃焼によらずスタータによってエンジン回転数を４５０ｒｐｍ以上の高速回転域まで引き上げることができる。
従って、安価な飛び込み式スタータを用いて燃費を向上しつつエンジンを始動できるエンジン始動装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】エンジン始動装置の全体構成図である（実施例１）。
【図２】エンジン回転数、モータ駆動電流のタイミングチャートである（実施例１）。
【図３】スタータの制御処理を表すフロー図である（実施例１）。
【図４】クランキングを開始してから６００ｒｐｍに到達するまでのクランキング時間Ｔａと騒音レベルとの相関図である（実施例１）。
【図５】モータ印加電圧降下前後のクランキング時間と騒音レベルとの相関図である（実施例１）。
【図６】エンジン回転数、モータ駆動電流のタイミングチャートである（実施例２）。
【図７】スタータの制御処理を表すフロー図である（実施例２）。
【図８】スタータの制御処理を表すフロー図である（実施例３）。
【図９】エンジン始動装置の電気回路図である（実施例４）。
【図１０】エンジン回転数、モータ駆動指令、ピニオン駆動指令のタイミングチャートである（実施例４）。
【図１１】エンジン回転数、モータ駆動指令、ピニオン駆動指令のタイミングチャートである（実施例４）。
【図１２】エンジン回転数と噴射量の関係を示す相関図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例】
【００２１】
〔実施例〕
〔実施例の構成〕
実施例を図１〜５を用いて説明する。
このエンジン始動装置１は、エンジンの停止および再始動を自動制御するアイドルストップシステム搭載車両に適用され、エンジン２の始動を行うスタータ３と、スタータ３の作動を制御する電子制御装置であるＥＣＵ４等を備えている。
【００２２】
本実施例のエンジン２は、火花点火式のガソリンエンジンである。
【００２３】
本実施例のスタータ３は、アイドル回転数以上の回転数まで回転可能な飛び込み式スタータであって、モータ７、ピニオン８、及び電磁スイッチ９等により構成されている。
モータ７は、フレームを兼ねるヨークの内周に永久磁石（界磁コイルでも良い）を配置して構成される界磁（図示せず）、電機子軸の外周に整流子（図示せず）を備える電機子、整流子の外周上に配置されるブラシ（図示せず）等を有する直流整流子モータである。
このモータ７は、アイドル回転数まで回転可能なモータ性能を有している。
【００２４】
ピニオン８は、モータ７の出力軸上に配される小径のギヤであり、リングギヤ１１に噛合うことでモータ７の回転力をリングギヤ１１に連結されたエンジン２のクランク軸１２に伝達する。
【００２５】
電磁スイッチ９は、シフトレバーを介してピニオン８を押し出してピニオン８をエンジン２のリングギヤ１１と噛合う噛合位置まで移動させるピニオン移動手段として機能するとともに、バッテリからモータ７への通電回路に設けられてモータ７への通電をオン・オフするモータスイッチとして機能する。なお、本実施例の電磁スイッチ９は、ピニオン８を押し出すソレノイドと、モータ６の通電電流をオン／オフするソレノイドとが同じであってもよいし、別々であってもよい。
【００２６】
ＥＣＵ４は、エンジン回転数を検出する回転数センサ１３、始動スイッチ（図示せず）、ブレーキセンサ（図示せず）等からの信号に基づいて、スタータ３への通電を制御するスタータ制御手段として機能する。
【００２７】
エンジン始動装置１は、ピニオン８をリングギヤ１１に噛み合わせた状態でモータ７を回転させることでエンジン２のクランキングを実施し、ピニオン８とリングギヤ１１との噛み合わせを解除する、もしくは、モータ７への通電を停止させることでエンジン２のクランキングを停止する。
【００２８】
すなわち、ＥＣＵ４は、エンジン２の始動指令があった際、スタータ３を駆動ＯＮ状態にしてエンジン２をクランキングする。
【００２９】
駆動ＯＮ状態とは、ピニオン８がリングギヤ１１との噛合位置まで移動してリングギヤ１１と噛合った状態で、且つ、モータ７に通電された状態であり、クランク軸１２にモータ７の回転力を伝達させる状態である。
【００３０】
エンジン２の始動指令とは、例えば、エンジン停止時に始動スイッチ１６がＯＮ操作されたという信号である。また、アイドルストップシステム搭載車両では、一般的にアイドルストップがブレーキＯＦＦ操作により解除されてエンジンが再始動される。従って、始動指令は、ブレーキセンサで検出されるブレーキＯＦＦ操作されたという信号であってもよい。なお、このブレーキＯＦＦ操作は、エンジンが自動停止に向けて回転数降下している際にされた場合も、再始動指令となる。
【００３１】
また、ＥＣＵ４は、クランキング停止の所定の条件が満たされた場合に、ピニオン８を噛合位置から元の位置に戻してピニオン８とリングギヤ１１との噛み合わせを解除する、もしくは、モータ７への通電を停止させることでエンジン２のクランキングを停止する。つまり、スタータ３の駆動をＯＦＦにする。
【００３２】
〔本実施例の特徴〕
本実施例では、エンジン２のクランキングを開始してから回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング時間Ｔａ（以下、Ｎ１到達時間Ｔａと呼ぶ）は、回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング音によってユーザーに不快感を与えないクランキング時間の許容限界値として予め設定された時間以内である。
【００３３】
回転数Ｎ１とは、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数である。４５０ｒｐｍ以上の回転数であれば、エンジン２の自己着火可能であり、エンジン２が燃料噴射量の増量不要で回転を維持できる。
【００３４】
図１２に示すように、エンジン回転数がアイドル回転数Ｎａ付近では所定のエンジン回転数−噴射量関係Ｚに沿って必要な噴射量が設定されているが、所定の回転数Ｎｍｉｎよりも低い回転数では、エンジン回転数−噴射量関係Ｚから逸脱して、必要な噴射量が非線形に大きく、噴射増量が必要となる。
【００３５】
回転数Ｎｍｉｎ以上の回転数は、エンジン２が燃料噴射量の増量不要で回転を維持できる回転数であり、噴射増量不要域である。
回転数Ｎ１は、噴射増量不要域の回転数の最小値である回転数Ｎｍｉｎ以上の所定の回転数である。
【００３６】
本実施例では、回転数Ｎｍｉｎは、アイドル回転数以下、もしくはアイドル回転数直前の回転数であって、例えば４５０ｒｐｍ程度である。すなわち、回転数Ｎ１はアイドル回転数以下で且つ４５０ｒｐｍ以上の所定の回転数であり、スタータがその回転数に達した後は点火によりエンジン回転数を上昇させる回転数である。なお、５００ｒｐｍ以上であれば、噴射増量不要域で且つエンジンの共振点以上の回転数を実現できる。
【００３７】
そして、Ｎ１到達時間Ｔａは、回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング音によってユーザーに不快感を与えないクランキング時間の許容限界値として予め設定された時間以内である。
出願人は、クランキング音による不快感は、発音時間、つまりＮ１到達時間Ｔａに依存することを見出した。つまり、Ｎ１到達時間Ｔａが長すぎると、クランキング音による不快感をユーザーに与えてしまう。そこで、本実施例はＮ１到達時間Ｔａを、クランキング音がユーザーに不快感を与えない短い時間に設定する。
【００３８】
図４は、例えば、エンジン停止状態からのクランキングを開始する場合であって、回転数Ｎ１を６００ｒｐｍとした場合のＮ１到達時間Ｔａを横軸にとり、各クランキング時間でクランキング音の不快度合いを騒音レベルとして数段階に評価したものである。
【００３９】
図４によれば、回転数Ｎ１を６００ｒｐｍとした場合、Ｎ１到達時間Ｔａが０．３秒以下であれば、クランキング音がユーザーに不快感を与えることなく、ほぼ気にならない騒音レベルとなっている。逆に、Ｎ１到達時間Ｔａが０．４秒以上では、不快感を与える騒音レベルとなっている。
【００４０】
従って、この場合、回転数Ｎ１（６００ｒｐｍ）に到達するまでのクランキング音がユーザーに不快感を与えない発音時間の許容限界値は０．３秒となる。
【００４１】
なお、この許容限界値は、回転数Ｎ１に依存する。すなわち、回転数Ｎ１が大きい場合は、許容限界値は短くなる。例えば、回転数Ｎ１が６００ｒｐｍも大きいアイドル回転数（７００ｒｐｍ程度）の場合、許容限界値は０．２秒程度である。言い換えれば、回転数Ｎ１（６００ｒｐｍ）に到達するまでの時間が０．３秒であれば不快感を与えないが、その後回転数がさらに上昇して７００ｒｐｍに達すると、それまでのクランキング時間は許容限界値０．２秒を超えているのでユーザーに不快感を与えることとなる。
【００４２】
本実施例では、回転数Ｎ１を６００ｒｐｍとし、許容限界値を０．３秒と定め、クランキング開始から６００ｒｐｍまで０．３秒以内でクランキングさせるようにしている。
具体的には、初期状態において、クランキング開始から０．２秒で６００ｒｐｍまで到達可能なモータ性能を有するモータ７を用いる。初期状態とは、バッテリが満充電時であって、且つ経時劣化（配線の劣化による抵抗増大等を含む）によるモータ７への印加電圧の降下が生じていない状態である。
【００４３】
Ｎ１到達時間Ｔａは、バッテリの残充電量や配線抵抗などに起因するモータ７への印加電圧の変化によって変動する。
そこで、初期状態におけるＮ１到達時間ＴａをＮ１到達時間Ｔａの初期値Ｔａ０とすると、本実施例では初期値Ｔａ０を０．２秒としている。
【００４４】
この初期値Ｔａ０は、許容限界値０．３秒に対して余裕を持って下に設定されている。これによれば、バッテリの残充電量の減少や経時劣化によるモータ７への印加電圧の降下が生じて、Ｎ１到達時間Ｔａが初期値Ｔａ０よりも長くなった場合でも、許容限界値（０．３秒）以内に留めることができるからである。つまり、Ｎ１到達時間Ｔａがバッテリの残充電量の減少や経時劣化によるモータ７への印加電圧の降下によって初期値Ｔａ０よりも長くなった場合でも、許容限界値以内となるように、初期値Ｔａ０を設定するのが好ましい。
【００４５】
例えば、スタータ３は、初期状態では６００ｒｐｍまで初期値０．２秒で到達するが、モータ７への印加電圧が所定範囲にまで低下した状態（劣化状態と呼ぶ）になると６００ｒｐｍまで到達するのに０．３秒を要する。
【００４６】
図５は、初期状態と劣化状態とにおいて、ＭＡＸ回転数までクランキングした場合のクランキング時間と騒音レベルの相関を示すものである。横軸は、クランキング時間の増加に伴い回転数も増加している。初期状態では０．２秒で６００ｒｐｍ、０．３秒で７００ｒｐｍ程度まで到達する。そして、劣化状態では、０．２秒では６００ｒｐｍまで到達せず、０．３秒で６００ｒｐｍに到達する。
【００４７】
図５によれば、クランキング時間の経過とともに回転数も増加するため、初期状態では、０．２秒を超えると騒音レベルが悪化する。しかし、劣化状態では、６００ｒｐｍに到達するのが０．３秒であるため、０．３秒までは騒音レベルが許容範囲となっている。
【００４８】
また、本実施例では、エンジン２のクランキング停止時期は、エンジン２の燃焼室で着火が生じる着火時期よりも前である。着火時期とは、火花点火式エンジンであれば点火時期もしくはその直後、圧縮着火式エンジンであれば燃料噴射時期もしくはその直後である。本実施例では、点火プラグの点火時期よりも前にクランキングを停止する。
【００４９】
以下、具体的に、スタータ３の制御処理を図２及び図３を用いて説明する。
なお、図２は、エンジン２の停止中に始動指令がＯＮとされる場合を説明するものであるが、エンジンが自動停止に向けて回転数降下している際に再始動指令がされる場合も同様の流れで制御される。
【００５０】
まず、始動スイッチのＯＮ操作や、アイドルストップ解除のためのブレーキＯＦＦ操作がされると、始動指令がＯＮとなり、スタータ３が駆動ＯＮ状態にされる（ステップＳ１）。すなわち、スタータ３によるエンジン２のクランキングが開始される。このタイミングをｔ０とする。
【００５１】
本実施例でのクランキング停止は、回転数Ｎ１に到達したことを条件としており、回転数Ｎ１に到達したタイミングｔ１でクランキングを停止している。
なお、本実施例では、Ｎ１到達時間Ｔａの初期値Ｔａ０を０．２秒としているため、理想的には、ｔ０から０．２秒後に回転数Ｎ１に達する。
【００５２】
すなわち、ステップＳ２で、回転数Ｎ１に到達したかの判定を行い、判定結果がＹＥＳの場合には、スタータ３の駆動をＯＦＦにし、クランキングを停止する（ステップＳ３）。
そして、クランキングが停止してから、エンジンが惰性で回転している状態で、点火プラグにより点火する（ステップＳ４）。つまり、点火プラグの着火時期より前にエンジン２のクランキングを停止する。なお、燃料噴射のタイミングはクランキング停止前でもよいし、クランキング停止後で点火の直前でもよい。
【００５３】
〔本実施例の作用効果〕
本実施例のエンジン始動装置１によれば、エンジン２のクランキングを開始してから回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング時間Ｔａ（Ｎ１到達時間Ｔａ）は、回転数Ｎ１に到達するまでのクランキング音によってユーザーに不快感を与えないクランキング時間の許容限界値として予め設定された時間以内の時間である。
すなわち、本実施例では、不快に感じさせない程度の短いクランキング時間で噴射増量不要域である４５０ｒｐｍ以上の高速回転域まで到達させている。
【００５４】
このため、クランキング開始４５０ｒｐｍ以上の高速回転域に引き上げる際のクランキング時に発生するクランキング音による不快感が低減する。つまり、クランキング音による不快感を緩和しつつ、燃焼によらずスタータ３によってエンジン回転数を４５０ｒｐｍ以上の高速回転域まで引き上げることができる。
【００５５】
スタータ３にてエンジン２の回転数を４５０ｒｐｍ以上の高速回転域まで引き上げてからエンジンの燃焼を行うため、噴射量を低減でき、燃費が向上する。
【００５６】
また、本実施例では、回転数Ｎ１がアイドル回転数よりも低い。そして、アイドル回転数に達するよりも前にクランキングを停止した後に、点火プラグによる点火がされる。
アイドル回転数までクランキングさせて着火するならば、燃料消費量が少なくてすむので望ましいが、アイドル回転数までクランキング音による不快感なくクランキングしようとすると、非常に高速でクランキングをしなければならず（例えば、７００ｒｐｍを０．２秒以内で到達）、高性能なモータが必要となる。
【００５７】
しかし、本実施例では、回転数Ｎ１がアイドル回転数よりも低くても、４５０ｒｐｍ以上であるため、アイドル回転数に到達する前にクランキングを停止しても、惰性でアイドル回転数付近まで回転させることができる。このため、高性能なモータがなくてもアイドル回転数付近での着火をすることが可能となる。
また、エンジン燃焼前にクランキングが停止されることになるため、エンジン燃焼による大きなトルクがピニオン８に影響を与えるのを防止できる。
【００５８】
言い換えれば、本実施例では、エンジン始動にあたり、エンジン回転数が上昇しきるまでの期間を回転数範囲ごとに設定している。すなわち、クランキング開始から回転数Ｎ１までの回転数に対して設定された第１期間であるスタータ３によるクランキング期間、アイドル回転数付近までの回転数に対して設定された第２期間である惰性回転期間、アイドル回転数付近以上の回転数に対して設定された第３期間である点火による回転期間である。第１期間、第２期間では燃料増量不要の期間に回転数を上昇できる。また、第２期間では、クランキングを停止して惰性回転でエンジン回転数を上昇させることで、第２期間にもクランキングを実施してアイドル回転数付近まで到達させる場合と比較して、クランキング音の不快感を低減できる。
【００５９】
従って、安価な飛び込み式スタータを用いて燃費を向上しつつエンジンを始動できるエンジン始動装置１を提供することができる。
【００６０】
〔実施例２〕
実施例２のエンジン始動装置１を実施例１とは異なる点を中心に図６、７を用いて説明する。なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例のエンジン２は圧縮着火式エンジンであって、燃料噴射時期より前にエンジン２のクランキングを停止する。
【００６１】
すなわち、クランキングを停止してから、燃料をエンジン２の燃焼室に噴射する（ステップＳ４ａ参照）。
【００６２】
本実施例によっても、実施例１と同様の作用効果を奏する。
【００６３】
〔実施例３〕
実施例３のエンジン始動装置１を実施例１とは異なる点を中心に図８を用いて説明する。なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
実施例１では、クランキング停止を、回転数Ｎ１に到達したことを条件としており、回転数Ｎ１に到達したタイミングでクランキングを停止していた。本実施例では、クランキング開始から経過した時間で回転数Ｎ１に到達したかを推測判断し、クランキングを停止する。
【００６４】
しかし、上述のように、Ｎ１到達時間Ｔａは、バッテリの残充電量の減少や経時劣化によるモータ７への印加電圧の降下によって初期状態よりも長くなる。このため、一律に初期値Ｔａ０を経過したことをもって回転数Ｎ１に到達したと判断してクランキングを停止すると、実際には回転数Ｎ１に達してないのにクランキングを停止してしまうことになる。
【００６５】
そこで、例えばモータ７への印加電圧をモニタリングし、この印加電圧に基づいてクランキング停止の条件を変更する。
具体的に、図８を用いて説明する。
【００６６】
本実施例のスタータ３は、Ｎ１到達時間Ｔａの初期値Ｔａ０が０．２秒であり、モータ７への印加電圧が所定範囲にまで低下すると６００ｒｐｍまで到達するのに０．３秒を要するものである。
【００６７】
まず、始動スイッチのＯＮ操作や、アイドルストップ解除のためのブレーキＯＦＦ操作がされると、始動指令がＯＮとなり、スタータ３が駆動ＯＮ状態にされる（ステップＳ３１）。すなわち、スタータ３によるエンジン２のクランキングが開始される。
【００６８】
次に、ステップＳ３２において、モータ７への印加電圧が第１閾値以上か否かを判定する。モータ７への印加電圧が第１閾値以上であれば、ステップＳ３３に進む。ステップＳ３３では、クランキング開始から０．２ｓ（初期値Ｔａ０）経過したか否かを判定する。そして、経過しているのであれば、回転数Ｎ１まで到達しているものとみなし、スタータ駆動を停止し、その後、点火する（ステップＳ３４、Ｓ３５参照）。
【００６９】
ステップＳ３２における判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ３６へ進み、モータ７への印加電圧が第２閾値以上か否かを判定する。モータ７への印加電圧が第２閾値以上であれば、ステップＳ３７に進む。ステップＳ３７では、クランキング開始から０．３ｓ経過したか否かを判定する。そして、経過しているのであれば、回転数Ｎ１まで到達しているものとみなし、クランキングを停止し、その後、点火する（ステップＳ３４、Ｓ３５参照）。
【００７０】
ステップＳ３６における判定結果がＮＯの場合には、短いクランキング時間で回転数Ｎ１まで到達できないとして、ステップＳ３８に進み、回転数Ｎ１に到達していないかもしれないが、クランキング開始から所定時間後に点火をし、そして、その後、クランキングを停止する（ステップＳ３９参照）。
【００７１】
本実施例では、クランキング開始から経過した時間で回転数Ｎ１に到達したかを推測判断するのに際し、バッテリの残充電量の減少もしくは経時劣化によるモータ７への印加電圧の降下レベルを判定し、降下レベルを考慮に入れている。これによれば、クランキング開始から経過した時間で回転数Ｎ１に到達したかの推測判断をより正確にすることができる。
【００７２】
また、本実施例では、モータ７への印加電圧の降下レベルが予め設定された許容範囲内である場合には、エンジンのクランキング停止時期を、エンジンの燃焼室で着火が生じる着火時期よりも前とし、降下レベルが許容範囲外である場合には、エンジンのクランキング停止時期を、エンジンの燃焼室で着火が生じる着火時期よりも後にしている。
【００７３】
すなわち、本実施例では、モータ７への印加電圧が第２閾値よりも低い場合には、回転数Ｎ１まで短いクランキング時間で到達できないとして、回転数Ｎ１に到達していないかもしれないが、クランキング開始から所定時間後に点火をし、そして、その後、クランキングを停止する。これにより、モータ７への印加電圧の降下してしまった場合で、回転数Ｎ１まで上げられない場合でも、着火の確実性を確保できる。
【００７４】
なお、バッテリの残充電量の減少もしくは経時劣化によるモータ７への印加電圧の降下レベルを判定は、実施例のように直接モータ７への印加電圧をモニタリングして行ってもよいし、バッテリの残充電量をモニタリングして行ってもよい。
【００７５】
〔実施例４〕
実施例４のエンジン始動装置１を実施例１とは異なる点を中心に図９〜図１１を用いて説明する。なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例の電磁スイッチ９は、ピニオン８を押し出すソレノイドＳＬ１と、モータ６の通電電流をオン／オフするソレノイドＳＬ２とが別々である。このため、モータ６の通電電流をオン／オフするタイミングと、ピニオン８を押し出すタイミングとを独立して制御可能である。
【００７６】
図９に、ソレノイドＳＬ１とソレノイドＳＬ２とを有するエンジン始動装置１の回路図を示す。
ソレノイドＳＬ１のコイル２１は駆動リレー２２に接続されており、ソレノイドＳＬ２のコイル２３は駆動リレー２４に接続されている。そして、駆動リレー２２、２４はそれぞれＥＣＵ４により出力される信号により別々に動作する。
【００７７】
駆動リレー２２がＯＮされると、バッテリ２５から駆動リレー２２を通じてコイル２１に通電され（ソレノイドＳＬ１ＯＮ）、ピニオン８が噛合位置まで押し出される。そして、駆動リレー２２がＯＦＦされるとコイル２１への通電が遮断されて（ソレノイドＳＬ１ＯＦＦ）、ピニオン８が噛合位置から元の位置に戻る。
【００７８】
駆動リレー２４がＯＮされると、バッテリ２５から駆動リレー２４を通じてコイル２３に通電され（ソレノイドＳＬ２ＯＮ）、バッテリ２５からモータ７への通電回路に設けられたメイン接点２６が閉じられる。これにより、モータ７への通電がＯＮとなる。そして、駆動リレー２４がＯＦＦされるとコイル２３への通電が遮断されて（ソレノイドＳＬ２ＯＦＦ）、メイン接点２６が開く。これにより、モータ７への通電がＯＦＦとなる。
【００７９】
そして、本実施例では、クランキング停止時期にモータ７への通電をＯＦＦにし、エンジン２が完爆した後にピニオン８を噛合位置から戻すようにスタータ３の駆動が制御される。
【００８０】
すなわち、図１０に示すように、回転数Ｎ１に到達したら、モータ駆動指令をＯＦＦにする。すなわち、ソレノイドＳＬ２をＯＦＦにして、モータ７への通電をＯＦＦにし、クランキングを停止する。その後、点火をし、初爆が生じ、完爆に至った後に、ピニオン駆動指令をＯＦＦにする。すなわち、ソレノイドＳＬ１をＯＦＦにして、ピニオン８を噛合位置から戻す。
【００８１】
そして、図１１に示すように、モータ７への通電をＯＦＦにして点火した後に、初爆が生じなかった場合には、モータ７への通電をＯＮにして再度クランキングを実施させるようスタータの駆動を制御する。
【００８２】
例えば、Ｎ１到達時間Ｔａ経過後に回転数Ｎ１よりも小さい回転数を連続して検出した場合に、初爆失敗と判断し、再度モータ７への通電をＯＮにして回転数がＮｍｉｎ以上となるようにクランキングを実施する。その後、再度点火をし、完爆に至った後に、ピニオン駆動指令をＯＦＦにする。
なお、完爆の判定は、例えば回転数が、完爆したと推測できる回転数まで達したか否かで判定する。
【００８３】
これによれば、初爆に失敗した場合でも、素早くエンジンを再びクランキングして始動に至らせることが可能となる。
【００８４】
〔変形例〕
実施例１では点火時期よりも前にクランキングを停止していたが、燃焼室で着火が生じる着火時期を回転数等により予測し、予測された着火時期よりも前にクランキングを停止する態様であってもよい。また、少なくとも初爆前もしくは完爆前にクランキングを停止する態様であってもよい。
【００８５】
また、初爆後もクランキングを継続する態様であってもよい。例えば、アイドル回転数まで０．２秒以内で到達させて、点火し、初爆が生じた後にクランキングを停止する態様であってもよい。この場合でも、Ｎ１到達時間Ｔａを短くする効果、すなわち、クランキング開始から回転数Ｎ１（この場合、アイドル回転数）に引き上げる際のクランキング音の不快感を緩和するという効果を奏する。
【００８６】
また、実施例１では、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数Ｎ１までのクランキングを許容限界値以下の時間Ｔａで実施した後、着火前にクランキングを停止させていた（図２参照）。しかし、許容限界値に関係なく、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数Ｎ１までクランキングさせ、初爆前にクランキングを停止させるだけの構成であってもよい（請求項９に対応）。すなわち、図２において、時間Ｔａは、許容限界値以上であってもよい。
【００８７】
この場合においても、初爆後までクランキングを継続する場合と比較すれば、クランキング時間を短くできるため、クランキング音による不快感を緩和することができる。
なお、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数Ｎ１までクランキングしているため、クランキングを停止しても、惰性でしばらく回転数が上がり続ける。従って、初爆前にクランキングを停止したとしても、高回転域での着火となるため初爆失敗に至る可能性は低い。しかし、初爆失敗に至る可能性は低いとはいえ、万が一に備えて、実施例４に記載した電磁スイッチ９の制御を適用することが好ましい。
【００８８】
また、スタータ３は、モータ３の回転力をピニオン８に伝達する一方でピニオン側からモータ３側への回転力の伝達を遮断する一方向クラッチを有していなくてもよい。
実施例では、スタータ３によるクランキングをエンジンの燃焼前に終了しているため、エンジンによってモータが回される現象が生じないため、一方向クラッチは不要である。
ただし、燃焼後にクランキングを停止する場合には、一方向クラッチが存在していてもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１  エンジン始動装置
２  エンジン
３  スタータ
４  スタータ制御手段
７  モータ
８  ピニオン
９  電磁スイッチ（移動手段）
１１  リングギヤ
１２  クランク軸
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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