(57)【要約】【課題】モータ突入電流の低減効果を減少させることなくエンジン始動時間の短縮を実現できるエンジン始動装置を提供する。【解決手段】エンジン始動装置は、モータ６の突入電流を低減する突入電流低減手段５と、スタータ１の特性を高トルク低回転型と低トルク高回転型との間で切り替えるスタータ特性切替手段を備える。このスタータ特性切替手段は、可変減速機構部７と、この可変減速機構部７の状態（減速モーと非減速モード）を切り替えるための減速作動切替部３１とを有する。可変減速機構部７は、ソレノイドＳＬ１への通電開始後、少なくとも最初のエンジン乗り越し中でエンジンフリクションが最大になる瞬間は減速モードに設定されて、スタータ特性が高トルク低回転型となる。最初のエンジン乗り越し完了後のクランキング時は、非減速モードに設定されて、スタータ特性が低トルク高回転型となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータ（６）の回転力を利用してエンジンを始動するスタータ（１）と、
前記モータ（６）の起動時に流れる突入電流を低減する突入電流低減手段（５）と、
前記スタータ（１）の出力特性（以下、スタータ特性と呼ぶ）を低トルク高回転型と高トルク低回転型との間で少なくとも二段階もしくは無段階に切り替えることができるスタータ特性切替手段（７、３１）とを備えるエンジン始動装置であって、
低トルク高回転型のスタータ特性でクランキングを行う場合に、前記スタータ（１）の作動開始後、少なくとも最初のエンジン乗り越し中でエンジンフリクションが最大になる瞬間は前記高トルク低回転型のスタータ特性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に記載したエンジン始動装置において、
前記スタータ（１）の作動開始後、少なくとも最初のエンジン乗り越し時に使用する前記スタータ特性は、この時のモータ電流値が前記突入電流低減手段（５）によって低減された突入電流値より小さくなるように設定もしくは制御され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に記載したエンジン始動装置において、
前記スタータ（１）の作動開始後、少なくとも最初のエンジン乗り越し時に使用する前記スタータ特性は、最も高トルク低回転型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のいずれか一項に記載したエンジン始動装置において、
前記スタータ特性が前記高トルク低回転型から前記低トルク高回転型に切り替わるタイミング（切替タイミングと呼ぶ）は、最初のエンジン乗り越し完了後となるように、前記スタータ（１）の作動開始から前記切替タイミングまでの時間をタイマー機能（３２）によって設定もしくは制御していることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載したエンジン始動装置において、
前記モータ（６）は、ブラシ付き直流モータであ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、モータ通電時の突入電流を低減する突入電流低減手段を備えるエンジン始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、スタータによりエンジンを始動する際に、モータヘ流れる突入電流が大き過ぎると、バッテリの端子電圧が大きく低下して車両側の各種ＥＣＵがリセットしたり、各種ソレノイドの作動が不安定になることがある。このモータへの突入電流を低減する対策として、モータの通電経路に抵抗体を内蔵したＩＣＲリレーを設ける方法が知られている(特許文献１参照)。
一方、アイドリングストップ用のスタータには、エンジン再始動時にドライバーや同乗者のフィーリングを向上するため、できるだけエンジン再始動時間を短縮したいと言う要望がある。再始動時間を短縮するにはクランキング回転数を高くする方法があるが、エンジンフリクションが高い低温時での始動性と両立しようとすると、サイズが大きく高出力のモータを使用する必要がある。
【０００３】
モータサイズを大きくすることなく再始動時のクランキング回転数を高くする方法としては、高回転型の特性と高トルク型の特性とを必要に応じて切り替えるものが有る。
例えば、特許文献２には、モータの界磁コイルに直巻コイルと分巻コイルとを備え、そ
の分巻コイルに通電される界磁電流をＥＣＵにより制御することで高回転型の特性と高トルク型の特性とを切り替える技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２２４３１５号公報
【特許文献２】特開２００４−１９７７１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、高回転型の特性でエンジンを始動する場合、トルクが低いために最初のエンジン乗り越し時のモータ電流値が大幅に高くなり、図３に示すように、ＩＣＲリレー（突入電流低減手段）によって低減した突入電流値よりも高くなることがある。この場合、ＩＣＲリレーによって突入電流を低減した効果が減少してしまうという課題がある。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、モータ突入電流の低減効果を減少させることなく、エンジン始動時間の短縮を実現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】
【０００６】
本発明は、モータの回転力を利用してエンジンを始動するスタータと、モータの起動時に流れる突入電流を低減する突入電流低減手段と、スタータの出力特性（以下、スタータ特性と呼ぶ）を低トルク高回転型と高トルク低回転型との間で少なくとも二段階もしくは無段階に切り替えることができるスタータ特性切替手段とを備えるエンジン始動装置であって、低トルク高回転型のスタータ特性でクランキングを行う場合に、スタータの作動開始後、少なくとも最初のエンジン乗り越し中でエンジンフリクションが最大になる瞬間は高トルク低回転型のスタータ特性であることを特徴とする。なお、「最初のエンジン乗り越し中」とは、ピストンが圧縮行程で上死点を乗り越す過程を意味する。また、「エンジンフリクションが最大になる瞬間」とは、ピストンが圧縮行程で上死点に到達した瞬間である。
【０００７】
エンジン始動時にモータへ流れる突入電流が大き過ぎることによってバッテリの電圧降下が大きくなる課題は、突入電流低減手段によって解決できる。しかし、エンジン始動時間を短縮するために低トルク高回転型の特性でスタータを使用する場合にトルクが低すぎると、最初のエンジン乗り越し時のモータ電流値が突入電流低減手段によって低減した突入電流値より高くなることがある。この場合、突入電流低減手段によって突入電流を低減した効果が小さくなるため、バッテリの電圧降下による不具合（車両側の各種ＥＣＵがリセットする、各種ソレノイドの作動が不安定になる等）を防止できなくなる恐れがある。
【０００８】
これに対し、本発明では、最初のエンジン乗り越し中でエンジンフリクションが最大になる瞬間は高トルク低回転型の特性でスタータを使用するので、低トルク高回転型の特性でスタータを使用する場合と比較して、エンジンフリクションが最大になる瞬間のモータ電流値を低減できる。
上記のように、ピストンが圧縮行程で上死点を乗り越す時、つまりエンジンフリクションが最大になる瞬間の電流値を低減できるので、エンジン始動時に消費される電力も低減できるため、車両の燃費をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施例１に係るエンジン始動装置の全体構成図である。
【図２】実施例１に係るエンジン始動時のモータ電流とエンジン回転数の変動を示す波形図である。
【図３】低トルク高回転型のスタータ特性でエンジン始動した場合のモータ電流とエンジン回転数の変動を示す波形図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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】
【００１１】
〔実施例１〕
実施例１のエンジン始動装置は、図１に示す様に、エンジン始動用のスタータ１と、スタータリレー２、３を介してスタータ１の作動を制御する制御装置（以下、ＥＣＵ４と呼ぶ）と、スタータ１の始動回路に設けられる突入電流低減手段５と、スタータ１の出力特性（以下、スタータ特性と言う）を切り替えることができるスタータ特性切替手段（後述する）等を備える。
スタータ１は、回転力を発生するモータ６と、このモータ６の回転力が可変減速機構部７（後述する）を介して伝達される出力軸８と、モータ６の駆動トルクをエンジンのリングギヤ９に伝達するためのピニオン１０と、後述する電磁ソレノイド装置１１などより構成される。
モータ６は、ヨーク１２の内周に永久磁石１３を配置して構成される界磁子と、軸上に整流子１４を有する電機子１５と、この電機子１５の回転に伴って整流子１４の外周上を摺動するブラシ１６等を有するブラシ付き直流モータである。なお、界磁子は、永久磁石１３に替えて界磁巻線を使用する巻線界磁式でも良い。
【００１２】
出力軸８は、可変減速機構部７を介してモータ６の電機子軸１５ａと同軸線上に配置され、反モータ側の先端部が軸受１７を介してスタータハウジング１８に支持されている。
ピニオン１０は、クラッチ１９の一部品を構成するインナチューブ１９ａの外周に直スプライン嵌合して、ピニオンスプリング２０によりインナチューブ１９ａの先端方向（図示左方向）へ付勢され、インナチューブ１９ａの先端部に取り付けられるピニオンストッパ２１に当接している。
クラッチ１９は、出力軸８の外周にヘリカルスプライン嵌合してモータトルクをピニオン１０に伝達する一方、ピニオン１０がエンジンによって回された時に、ピニオン１０の回転が出力軸８に伝達されることを防止する一方向クラッチを構成している。
【００１３】
電磁ソレノイド装置１１は、プランジャ２２の移動に伴いシフトレバー２３を介してピニオン１０をクラッチ１９と一体に押し出すソレノイドＳＬ１と、プランジャ２４の移動に応じてメイン接点（図示せず）を開閉するソレノイドＳＬ２とを有する。
メイン接点は、バッテリ２５からモータ６に電力を供給するための通電経路に２本の端子ボルト２６、２７を介して接続される一組の固定接点と、前記プランジャ２４の移動に応じて一組の固定接点間を電気的に開閉する可動接点とで構成される。
２本の端子ボルト２６、２７は、電磁ソレノイド装置１１の後端側（図１の右側）を覆う樹脂カバー２８に固定される。一方の端子ボルト２６はバッテリケーブル２９を介してバッテリ２５の正極ターミナルに接続され、他方の端子ボルト２７はモータリード線３０を介して正極ブラシ１６に接続される。
【００１４】
突入電流低減手段５は、例えば、モータ６の通電経路（実施例１ではバッテリケーブル２９）に接続される抵抗体と、この抵抗体をバイパスして通電経路に接続されるリレー接点を電磁石のオン／オフ動作に応じて開閉する電磁リレーとで構成される。電磁リレーは、通電によって電磁石を形成するリレーコイルを有し、スタータリレー３がオンすることでバッテリ２５よりリレーコイルに通電され、スタータリレー３がオンしてから所定時間経過後にリレーコイルへの通電が停止される。なお、スタータリレー３がオンしてからリレーコイルへの通電が停止されるまでの時間は、例えばタイマ機能によって設定できる。リレー接点は、リレーコイルへの通電によって電磁石が形成されることで開成し、リレーコイルへの通電が停止して電磁石の吸引力が消滅することで閉成する常閉タイプである。
【００１５】
続いて、本発明のスタータ特性切替手段について説明する。
スタータ特性切替手段は、上記の可変減速機構部７と、この可変減速機構部７を減速モードと非減速モードとに切り替えることができる減速作動切替部３１とを備える。
可変減速機構部７は、例えば、周知の遊星歯車減速装置を用いて構成される。
減速作動切替部３１は、遊星歯車減速装置のインターナルギヤ（図示せず）を回転規制する減速モードと、インターナルギヤの回転規制を解除する非減速モードとに切り替えることができる。この減速作動切替部３１は、例えば、電動アクチュエータ（図示せず）を有し、この電動アクチュエータの動作に連動して可変減速機構部７を減速モードまたは非減速モードに切り替える。
【００１６】
減速モードでは、インターナルギヤの回転が規制されるので、可変減速機構部７が通常の減速装置として機能する。つまり、モータ６の回転が可変減速機構部７により減速されて出力軸８に伝達される。
非減速モードでは、インターナルギヤの回転規制が解除されて回転可能となるので、可変減速機構部７が減速装置として機能することはない。つまり、モータ６が回転すると、可変減速機構部７の各ギヤ（インターナルギヤ、遊星ギヤ、サンギヤ）が一体となって回転するため、モータ６の回転が可変減速機構部７によって減速されることなく出力軸８に伝達される。すなわち、スタータ特性は、可変減速機構部７を減速モードに設定することで高トルク低回転型となり、非減速モードに設定することで低トルク高回転型となる。
【００１７】
次に、スタータ１の作動を説明する。
ここでは、アイドリングストップからエンジンを再始動する際に、低トルク高回転型のスタータ特性でクランキングを行う事例を説明する。
ＥＣＵ４は、エンジンの再始動要求が発生すると、例えば、スタータリレー２を先にオン制御し、その後、スタータリレー３をオン制御する。
スタータリレー２がオンしてソレノイドＳＬ１が作動すると、プランジャ２２の移動に伴い、シフトレバー２３を介してピニオン１０がクラッチ１９と一体に反モータ方向（図１の左方向）へ押し出される。この時、ピニオン１０とリングギヤ９との噛合位相がずれていると、ピニオン１０の歯とリングギヤ９の歯の端面同士が当接する。
【００１８】
その後、スタータリレー３がオンしてソレノイドＳＬ２が作動すると、プランジャ２４の移動により可動接点が一組の固定接点に当接してメイン接点が閉成する。また、スタータリレー３がオンすると、突入電流低減手段５の電磁リレーが開成するため、バッテリ２５から抵抗体を通ってモータ６に通電される。これにより、モータ６に流れる突入電流が突入電流低減手段５によって低減されるため、モータ６が低速度で回転する。このモータ６の回転が可変減速機構部７を介して出力軸８に伝達され、さらに出力軸８からクラッチ１９を介してピニオン１０に伝達される。これにより、ピニオン１０が回転してリングギヤ９との噛合位相が合致すると、ピニオン１０の歯がリングギヤ９の歯と歯の間に飛び込んでピニオン１０とリングギヤ９との噛み合いが成立する。
【００１９】
スタータリレー３がオンした後、所定時間経過した時点で突入電流低減手段５の電磁リレーが閉成すると、抵抗体の両端を短絡するバイパス経路が形成されるため、バッテリの全電圧がモータ６に印加されてモータ６が高速度で回転する。その結果、モータトルクがピニオン１０からリングギヤ９に伝達されてエンジンをクランキングする。
ここで、可変減速機構部７は、スタータ１の作動開始後、少なくとも最初のエンジン乗り越し時、つまり、ピストンが圧縮行程で上死点を乗り越す間は減速モードに設定され、最初のエンジン乗り越し完了後に非減速モードに切り替えられる。すなわち、可変減速機構部７によって設定されるスタータ特性は、図２に示すように、少なくとも最初のエンジン乗り越し時は高トルク低回転型であり、最初のエンジン乗り越し完了後のクランキング時は低トルク高回転型となる。
【００２０】
スタータ特性を高トルク低回転型から低トルク高回転型に切り替えるタイミングは、例えば、タイマー回路３２（図１参照）によって設定できる。具体的には、ソレノイドＳＬ１の通電開始から最初のエンジン乗り越し時までの時間間隔を予め計測しておき、その計測時間をタイマー回路３２に設定する。タイマー回路３２は、図１に示すように、ソレノイドＳＬ１の通電開始となるスタータリレー２のオン信号によって動作を開始し、設定された時間ｔ（図２参照）をカウント終了した時点で減速作動切替部３１の電動アクチュエータに通電する。
【００２１】
〔実施例１の作用及び効果〕
実施例１のエンジン始動装置は、ソレノイドＳＬ２の作動によりメイン接点が閉成すると、モータ６に流れる突入電流が突入電流低減手段５により低減される。よって、バッテリ２５の端子電圧が低下し過ぎることはなく、車両側の各種ＥＣＵがリセットしたり、各種ソレノイドの作動が不安定になることを防止できる。
また、スタータ１の作動開始後、最初のエンジン乗り越し時は、スタータ特性が高トルク低回転型であるので、ピストンが圧縮行程で上死点に到達した時点（エンジンフリクションが最大となる瞬間）のモータ電流値を低減できる。その結果、図２に示すように、最初のエンジン乗り越し時のモータ電流値が突入電流低減手段５により低減された突入電流値より小さくなる。これにより、突入電流低減手段５によって突入電流を低減した効果を最大限に活用でき、且つ、エンジン始動時に消費される電力を低減できるので、車両の燃費向上にも寄与する。
【００２２】
最初のエンジン乗り越し完了後は、低トルク高回転型のスタータ特性に切り替えてクランキングを行うので、クランキング回転数を高くしてエンジン始動時間を短縮できる。特に、アイドリングストップシステムを搭載する車両では、スタータ１の作動開始（実施例１ではソレノイドＳＬ１の通電開始）からエンジン再始動までの時間を短縮できるので、ドライバーや同乗者のフィーリング向上に寄与する。
また、可変減速機構部７の状態（減速モードと非減速モード）を切り替えるためにタイマー回路３２を用いているので、スタータ特性を高トルク低回転型から低トルク高回転型に切り替えるタイミングを容易に且つ適切に制御できる。
さらに、実施例１のスタータ１は、ブラシ付き直流モータ６を使用しているので、例えば大電流を制御するためのインバータを必要とする交流モータを使用する場合と比較して、低コストで本発明のエンジン始動装置を実現できる。
【００２３】
以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与し、詳細な説明は省略する。
〔実施例２〕
上記の実施例１で説明したスタータ１は、出力特性を切り替えるための可変減速機構部７を設けているが、この可変減速機構部７を直列に複数組み合わせることもできる。すなわち、実施例２では、直列に複数組み合わせた各可変減速機構部７の状態（減速モードと非減速モード）をそれぞれ減速作動切替部３１により個別に切り替えることで、スタータ特性を少なくとも３段階以上に切り替えることができる。
【００２４】
この実施例２の構成を採用することにより、例えば、最初のエンジン乗り越し時は最も高トルク低回転型のスタータ特性とし、スタータ１の作動開始から最初のエンジン乗り越しに至るまでの間は、最も高トルクとなる特性より低トルク側の特性（但し、クランキングに使用するスタータ特性より高トルク型）とすることもできる。
高トルク低回転型のスタータ特性は、モータ噛み合い時のピニオン回転数を低減できるので噛み合い信頼性が向上する。しかし、モータ６の起動トルクが高すぎると、モータ噛み合い時に発生するピニオン１０とリングギヤ９との端面摩耗が増大して、噛み合い性能を維持できる耐久性能が低下すると言う課題が発生する。これに対し、スタータ１の作動開始から最初のエンジン乗り越しに至るまでの間は、高トルク低回転型で最も高トルクとなる場合より低いトルク特性、言い換えると適正なトルク特性を選定することもできる。これにより、端面摩耗の増加を最小限に抑えて耐久性能を維持しつつ、モータ噛み合い時のピニオン回転数の低減による噛み合い性能向上を両立できる。
【００２５】
〔変形例〕
実施例１では、可変減速機構部７の状態を切り替えるためにタイマー回路３２を用いているが、タイマー回路３２を設ける代わりに、タイマー回路３２の機能をＥＣＵ４に持たせることも可能である。また、実施例１のタイマー回路３２は、ソレノイドＳＬ１の通電開始からスタータ特性が切り替わるまでの時間ｔをカウントしている、言い換えると、スタータリレー２のオン信号を基にカウント動作を開始するが、ソレノイドＳＬ２の通電開始となるスタータリレー３のオン信号を基にカウント動作を開始しても良い。つまり、ソレノイドＳＬ２の通電開始からの時間をカウント終了した時点で減速作動切替部３１の電動アクチュエータに通電しても良い。
【００２６】
本発明のスタータ特性切替手段は、高トルク低回転型から低トルク高回転型へスタータ特性を切り替える実施例１の事例、高トルク低回転型と低トルク高回転型との間で少なくとも３段階以上にスタータ特性を切り替える実施例２の事例を記載したが、スタータ特性を段階的ではなく無段階に切り替える（可変する）構成でも良い。
実施例１では、ギヤ飛び込み式スタータ１の事例を記載しているが、ギヤ飛び込み式スタータ１に限定するものではなく、例えば、ピニオン１０がリングギヤ９と常時噛み合っている常時噛合式スタータ、あるいはベルト駆動式スタータでも良い。
また、実施例１に記載した電磁ソレノイド装置１１は、ピニオン１０を押し出すためのソレノイドＳＬ１と、メイン接点を開閉するためのソレノイドＳＬ２とを有する、いわゆるタンデムソレノイド型であるが、ピニオン１０の押し出しとメイン接点の開閉を一つのソレノイドで行う従来の電磁スイッチを使用することもできる。
【符号の説明】
【００２７】
１  スタータ
５  突入電流低減手段
６  モータ
７  可変減速機構部（スタータ特性切替手段）  
３１  減速作動切替部（スタータ特性切替手段）
３２  タイマー回路（タイマー機能）
【図１】
2015229944.tif 000003
【図２】
2015229944.tif 000004
【図３】
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