(57)【要約】      （修正有）【課題】始動時の快適性のみならず部品の耐久性を有効に向上せしめた内燃機関の始動制御装置を提供する。【解決手段】スタータモータに駆動されるピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせることで、スタータモータの回転によりクランキングを開始し、しかる後に内燃機関の始動が完了したと判定できる所定回転数β１以上にあるときに両ギヤの噛み合いを解除して内燃機関を始動させるＥＣＵであって、回転数が所定回転数β１以上にあり且つピニオンギヤの歯の回転速度に対しリングギヤの歯の回転速度が等しくなる回転数を含む所定の回転範囲βにあるとき、内燃機関の回転加速度αｅとスタータモータ６１の回転加速度αｓとが等しくなるタイミングαｅ＝αｓで両ギヤの噛み合いを解除する。【選択図】図３
2015025443.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータモータに駆動されるスタータモータ側ギヤとクランクシャフトに設けられた内燃機関側ギヤとを噛み合わせることで、スタータモータの回転により内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを開始し、しかる後に内燃機関の始動が完了したと判定できる所定回転数以上にあるときに両ギヤの噛み合いを解除して内燃機関を始動させる内燃機関の始動制御装置であって、
内燃機関の回転数が所定回転数以上にあり且つスタータモータ側ギヤの歯の回転速度に対し内燃機関側ギヤの歯の回転速度が等しくなる回転数を含む所定の回転範囲にあるとき、
内燃機関の回転加速度とスタータモータの回転加速度とが等しくなるタイミングで両ギヤの噛み合いを解除することを特徴とする内燃機関の始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタータモータ側のギヤを内燃機関側のギヤに噛み合わせて内燃機関を始動する内燃機関の始動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の始動時に、内燃機関が完爆を迎えた後にスタータモータ側のギヤを速やかに内燃機関側のギヤとの噛み合いから解除させるため、内燃機関の回転数が完爆を迎えたと判断できる最低回転数より高くなったことを検出して、噛み合いを解除させる制御（例えば、特許文献１参照）が知られている。これは始動時に自動で両ギヤの噛み合いを所定のタイミングでするいわゆる始動時自動スタートシステムを適用する場合において、両ギヤの噛み合いを解除させるときの異音すなわち両ギヤの歯打ち音による大きな異音の発生や当該ギヤ間で発生する摩擦による摩耗の促進を回避することで、始動時のドライバビリティのみならず、構成部品の耐久性を有効に向上させるためである。
【０００３】
しかしながら、両ギヤの噛み合いを解除する動作は極力速やかに行われるものの、解除動作の開始から終了までには一定の時間が必要である。そのため、たとえ解除動作時のあるタイミングでは両ギヤの回転速度が等しいか略等しく両ギヤ間の摩擦が起こり難い状態が実現されたとしても、動作時間中の他のタイミングでの回転速度の違いにより、はやり両ギヤの歯打ち音による異音や不要な摩擦が促進されてしまうという問題が存在しているのが現状である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−８７８２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
加えて、ものとなっている。
【０００６】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、始動時の快適性のみならず部品の耐久性を有効に向上せしめた内燃機関の始動制御装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち本発明に係る内燃機関の始動制御装置は、スタータモータに駆動されるスタータモータ側ギヤとクランクシャフトに設けられた内燃機関側ギヤとを噛み合わせることで、スタータモータの回転により内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを開始し、しかる後に内燃機関の始動が完了したと判定できる所定回転数以上にあるときに両ギヤの噛み合いを解除して内燃機関を始動させる内燃機関の始動制御装置であって、内燃機関の回転数が所定回転数以上にあり且つスタータモータ側ギヤの歯の回転速度に対し内燃機関側ギヤの歯の回転速度が等しくなる回転数を含む所定の回転範囲にあるとき、内燃機関の回転加速度とスタータモータの回転加速度とが等しくなるタイミングで両ギヤの噛み合いを解除することを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、両ギヤの噛み合い解除の動作時間に亘って互いの回転速度の差の経時的な変化を有効に抑制することができるので、両ギヤの僅かな回転数の違いに起因する大きな歯打ち音の発生や摩耗の促進を有効に回避することが可能となる。その結果、始動時の快適性のみならず部品の耐久性を有効に向上せしめた内燃機関の始動制御装置を提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、始動時の快適性のみならず部品の耐久性を有効に向上せしめた内燃機関の始動制御装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る概略構成図。
【図２】同実施形態に係る内燃機関、変速機及び制御装置の概略構成を示す図。
【図３】同実施形態に係るタイミングチャート。
【図４】同実施形態に係るフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両に搭載される内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１３】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１４】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１５】
図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ  Ｖａｒｉａｂｌｅ  Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。
【００１６】
内燃機関が出力する回転トルクは、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギヤ１０１に伝達される。出力ギヤ１０１は、デファレンシャル装置のリングギヤ１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。
【００１７】
トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御バルブである。
【００１８】
ＣＶＴ９を搭載した車両においては、車速が所定値（例えば、１０ｋｍ／ｈ）以上である場合、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。車速が所定値以下となれば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。
【００１９】
翻って、非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、内燃機関のトルクはトルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。
【００２０】
前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギヤ８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチであるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチであるリバースクラッチ８５を介設している。
【００２１】
走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。翻って、Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５を断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御バルブである。
【００２２】
非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。
【００２３】
ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。
【００２４】
走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、また変速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。
【００２５】
そして内燃機関の始動時に内燃機関をクランキングするためのスタータモータ６１、ピニオンギヤ６２及びドライブプレート６３は、内燃機関とトルクコンバータ７との間に設けられている。具体的に説明すると、スタータモータ６１の駆動軸の先端にピニオンギヤ６２が設けられ、当該ピニオンギヤ６２がドライブプレート６３外周部のリングギヤ６４に噛合してドライブプレート６３を回転駆動する。
【００２６】
このスタータモータは所謂オートスタートシステムにより駆動、制御される。すなわちドライバによるイグニッションキーの操作により図示しないスタートスイッチが押圧されると上記の通りピニオンギヤ６２がドライブプレート６３外周部のリングギヤ６４に噛合してドライブプレート６３を回転駆動する。しかる後、ドライバによるキー操作の継続の有無に拘わらず回転駆動を継続し、しかる後に内燃機関の始動が完了したと判定できる所定回転数以上となるときに両ギヤ６２、６４の噛み合いを解除して内燃機関を始動させるものである。斯かる始動時の制御については後に詳述する。
【００２７】
本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。制御用のプログラムは予め格納されており、その実行の際メモリに読み込まれ、プロセッサで解読される。
【００２８】
内燃機関、ＣＶＴ９、スタータモータ６１等は、ＥＣＵ０によって制御される。
【００２９】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気負圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、作動液の温度を検出する作動液温センサから出力される作動液温信号ｐ、ドライバによるイグニッションキーの操作によりＯＮとなるスタートスイッチから出力されるスタートスイッチ信号ｑ、バッテリから出力されるバッテリ電圧信号ｒ等が入力される。
【００３０】
出力インタフェースからは、スタータモータ６１に通電してクランキングを行うためのモータ駆動信号ｈ、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２及びアイドルスピードコントロールバルブ３６に対して開度操作信号ｋ、ロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ等を出力する。
【００３１】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｐ、ｑ、ｒを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、自動変速機８、９の変速比といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎ及びｈを、出力インタフェースを介して印加する。
【００３２】
しかして本実施形態に係る内燃機関の始動制御装置たるＥＣＵ０は上述の通り、スタータモータ６１に駆動されるスタータモータ側ギヤたるピニオンギヤ６２とクランクシャフトに設けられた内燃機関側ギヤたるリングギヤ６４とを噛み合わせることで、スタータモータ６１の回転により内燃機関のクランクシャフトを回転させるクランキングを開始する。そしてしかる後に内燃機関の始動が完了したと判定できる所定回転数β１以上にあるときに両ギヤ６２、６４の噛み合いを解除することにより内燃機関が始動される。具体的には、内燃機関の回転数が所定回転数β１以上にあり且つピニオンギヤ６２の歯の回転速度に対しリングギヤ６４の歯の回転速度が等しくなる回転数を含む所定の回転範囲βにあるとき、内燃機関の回転加速度αｅとスタータモータ６１の回転加速度αｓとが等しくなるタイミングαｅ＝αｓで両ギヤ６２、６４の噛み合いを解除するようにしている。
【００３３】
ここで、所定回転数β１の具体的な回転数は、水温センサから出力される冷却水温信号ｆから示唆される内燃機関の温度によって変動し得る。例えば冷却水温が高い場合はクランキング時のメカロスが小さいこと等を考慮し、所定回転数β１は冷却水温が低い場合よりも低い回転数に設定される。本実施形態では所定回転数β１を確定する態様の一例として、車両製造段階における適合やその後の学習により得られた冷却水温と内燃機関が完爆に至る際の回転数との相関を予めＥＣＵ０に記憶させておき、クランキング時に検出される冷却水温から該当する回転数の値を読み出すことにより、所定回転数β１を求める態様としている。また勿論内燃機関の温度を推定する指標として冷却水温のみならず、自動変速機８、９の作動液温センサからのや、内燃機関に設けられたといった吸気温・吸気圧信号ｅを出力している吸気通路３内の温度・圧力センサ格別の温度センサをも参照して良いことはいうまでもない。
【００３４】
また所定範囲βの上限β２の値は、スタータモータ６１の回転数よりも内燃機関の回転数が著しく大きくなり過ぎることで回転加速度αｅ、αｓの値に関係無く両ギヤ６２、６４の噛み合いの解除動作の際に摩耗、歯打ち音が発生してしまうことを回避するために予め設けられた所定の値としている。しかし勿論、上限β２の値を、クランキング期間が長くなりすぎることを回避するために設定した所定の値としたり、内燃機関の温度も考慮に入れた値としたりしてもよい。
【００３５】
内燃機関の回転数及び回転加速度αｅの値は、内燃機関に設けられたクランク角センサから発せられるパルス信号であるクランク角信号ｃから得ることができる。すなわち回転数は複数のパルス信号の間隔から、回転加速度αｅは回転数の遷移から求めることができる。そして本実施形態では内燃機関の回転加速度αｅは、内燃機関の完爆後に起こる回転数の吹き上がり期間の加速度を検知することにより求める。
【００３６】
そして本実施形態では、スタータモータ６１の回転加速度αｅを、クランキング時に得られるバッテリ電圧信号ｒを基に推定する。すなわち車両製造段階における適合やその後の学習により得られた、予め特性が明らかであるスタータモータ６１の回転加速度αｓとクランキング時のバッテリ電圧との相関を予めＥＣＵ０に記憶させておき、クランキング時に検出されるバッテリ電圧値から該当する回転加速度αｓの値を読み出すことにより、回転加速度αｓを求めるようにしている。
【００３７】
続いて以下に、本実施形態に係る始動時の制御手順を図３及び図４を参照して説明する。
【００３８】
まずドライバのイグニッションキーの操作によりスタートスイッチ信号がＯＮとなると（ステップＳ１）、モータ駆動信号ｑがＯＮとなる出力を行う（ステップＳ２）ことにより、スタータモータ６１の駆動を開始する。詳細には、予めリングギヤ６４から退避した位置にあるピニオンギヤ６２を移動させて両ギヤ６２、６４のかみ合わせを行い、スタータモータ６１を駆動する。そしてこのときの冷却水温から所定回転数β１すなわち所定範囲βの下限値を予めマップとして記憶されたデータを読み出すことにより確定する（ステップＳ３）。このとき本実施形態では既に上限値β２の値が予め決められているため、回転数の所定範囲βが同時に確定される。そして内燃機関の回転数が所定回転数β１に達したとき（ステップＳ４）、バッテリ電圧の値から該当するスタータモータ６１の回転加速度αｅの値（推定値）に斯かるデータを読み出す（ステップＳ５）。そしてクランク角信号ｃから得られる内燃機関の回転加速度αｅとスタータモータ６１の回転加速度αｓが等しくなるタイミングαｅ＝αｓとなった時（ステップＳ６）、モータ駆動信号ｑがＯＦＦとなる出力を行う（ステップＳ７）。これによりピニオンギヤ６２はリングギヤ６４から両回転加速度αｅ、αｓが等しい状態が維持されながら離間される。
【００３９】
以上のような構成とすることにより、本実施形態では、両ギヤ６２、６４の噛み合い解除の動作時間に亘って互いの回転速度の僅かな差並びに当該差の経時的な変化が発生することを有効に抑制している。換言すれば両ギヤ６２、６４の噛み合いを解除する期間に生ずる互いの僅かな回転数差による両ギヤ６２、６４同士当たりや摩耗を有効に抑制している。これにより、両ギヤ６２、６４の僅かな回転数の違いに起因する大きな歯打ち音の発生や摩耗の促進を有効に回避している。その結果、始動時の快適性のみならず部品の耐久性を有効に向上せしめている。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００４１】
例えば、上記実施形態では専らドライバのキー操作による内燃機関の始動に係る態様を開示したが、勿論、アイドリングストップシステムを適用している車両における、アイドルストップからの再始動時に上記の制御を適用してもよいことはいうまでもない。またクランキング時のスロットルバルブの開度調整や燃料噴射量の制御などの具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００４２】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明はスタータモータ側のギヤを内燃機関側のギヤに噛み合わせて内燃機関を始動する内燃機関の始動制御装置として利用することができる。
【符号の説明】
【００４４】
０…内燃機関の始動制御装置（ＥＣＵ）
６１…スタータモータ
６２…スタータモータ側のギヤ（ピニオンギヤ）
６４…内燃機関側のギヤ（リングギヤ）
β…回転範囲
β１…所定回転数
αｅ…内燃機関の回転加速度
αｓ…スタータモータの回転加速度
αｅ＝αｓ…タイミング
【図１】
2015025443.tif 000003
【図２】
2015025443.tif 000004
【図３】
2015025443.tif 000005
【図４】
2015025443.tif 000006