(57)【要約】【課題】エンジン始動装置に設けられたクラッチ手段の異常を検出できる異常診断装置を提供する。【解決手段】スタータモータ２１とクランク軸８とを接続する始動ギヤ列２２中に、クランク軸８からスタータモータ２１への回転伝達を阻止するワンウェイクラッチ２６が設けられたエンジン始動装置２０に適用される異常診断装置３０において、エンジン１の負荷を当該負荷に応じて制御されるべき特定の運転パラメータを介して検出する。エンジン１が所定の運転状態にあるときの負荷の検出結果に基づいて、ワンウェイクラッチ２６の異常の有無を判別する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタータモータとクランク軸とを接続する始動ギヤ列中に、前記クランク軸から前記スタータモータへの回転伝達を阻止するクラッチ手段が設けられたエンジン始動装置に適用される異常診断装置において、
エンジンの負荷を当該負荷に応じて制御されるべき特定の運転パラメータを介して検出する負荷検出手段と、
エンジンが所定の運転状態にあるときの前記負荷検出手段の検出結果に基づいて前記クラッチ手段の異常の有無を判別する異常判別手段と、
を備えたことを特徴とする異常診断装置。
【請求項２】
前記負荷検出手段は、前記特定の運転パラメータとして燃料噴射量を検出し、前記異常判別手段は、前記クラッチ手段の正常時に前記所定の運転状態に対応して定められるべき燃料噴射量に対して、前記負荷検出手段が検出する燃料噴射量が所定限度を超えて大きい場合に前記クラッチ手段が異常と判断することを特徴とする請求項１に記載の異常診断装置。
【請求項３】
前記所定の運転状態がアイドリング運転状態であることを特徴とする請求項１又は２に記載の異常診断装置。
【請求項４】
スタータモータとクランク軸とを接続する始動ギヤ列中に、前記クランク軸から前記スタータモータへの回転伝達を阻止するクラッチ手段が設けられたエンジン始動装置に適用される異常診断装置において、
エンジン始動後の前記スタータモータの回転を検出するモータ監視手段と、
前記モータ監視手段の監視結果に基づいて前記クラッチ手段の異常の有無を判別する異常判別手段と、を備えたことを特徴とする異常診断装置。
【請求項５】
前記エンジンが車両に搭載され、該車両の走行中に前記異常判別手段にて前記クラッチ手段が異常と判断された場合に所定の警告を乗員に対して通知する警告手段を備えたことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【請求項６】
前記エンジンが車両に搭載され、該車両の停止中に前記異常判別手段にて前記クラッチ手段が異常と判断された場合に前記エンジンを停止させる強制停止手段を備えたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の異常診断装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は車両用エンジンの始動装置に適用される異常診断装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両用エンジンの始動装置として、スタータモータの出力軸とクランク軸との間に始動ギヤ列が設けられ、その始動ギヤ列の途中にワンウェイクラッチが設けられることにより、始動ギヤ列に含まれる一部のギヤがエンジンの運転中にクランク軸と一体に回転する常時噛み合い式の始動装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する従来技術として特許文献２及び３がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−１２０５１４号公報
【特許文献２】
特開２００１−２０７９４２号公報
【特許文献３】
特開平１１−２３００１４号公報
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、常時噛み合い式の始動装置では、ワンウェイクラッチに異常が生じた場合、クランク軸の回転がワンウェイクラッチを介してスタータモータ側に伝達されることがある。例えば、ワンウェイクラッチに内蔵された回転伝達の切り替え用の爪やスプラグ等の機械要素がクラッチの軌道面に噛み込んで、本来であれば回転が伝わらない方向にも回転が伝達されてしまうことがある。そして、クランク軸によってスタータモータが駆動されると、スタータモータに限度を超える遠心力が作用してスタータモータが故障するおそれがあり、また、スタータモータ側がエンジンの負荷となって燃費悪化等の影響が生じる。このようなエンジン始動装置のワンウェイクラッチの異常を検出する手段は従来の始動装置に特に設けられていない。また、ワンウェイクラッチに代えて電磁クラッチ等の方向依存性のないクラッチを利用したとしても、クラッチの固着等で回転伝達経路の切り離しが不可能となれば同様の問題が生じる。
【０００５】
そこで、本発明はエンジン始動装置に設けられたクラッチ手段の異常を検出できる異常診断装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、スタータモータとクランク軸とを接続する始動ギヤ列中に、前記クランク軸から前記スタータモータへの回転伝達を阻止するクラッチ手段が設けられたエンジン始動装置に適用される異常診断装置において、エンジンの負荷を当該負荷に応じて制御されるべき特定の運転パラメータを介して検出する負荷検出手段と、エンジンが所定の運転状態にあるときの前記負荷検出手段の検出結果に基づいて前記クラッチ手段の異常の有無を判別する異常判別手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。
【０００７】
この発明によれば、クラッチ手段に異常が生じてスタータモータ側がエンジンの負荷として作用すると、エンジンの制御装置がその負荷増に見合って運転パラメータを変化させ、その変化が負荷検出手段にて検出される。従って、エンジンが所定の運転状態のときの負荷を監視し、運転状態が変化していないにも関わらずエンジンの負荷が増加したか否かを監視すればクラッチ手段の異常の有無を判別することができる。
【０００８】
本発明の異常診断装置において、前記負荷検出手段は、前記特定の運転パラメータとして燃料噴射量を検出し、前記異常判別手段は、前記クラッチ手段の正常時に前記所定の運転状態に対応して定められるべき燃料噴射量に対して、前記負荷検出手段が検出する燃料噴射量が所定限度を超えて大きい場合に前記クラッチ手段が異常と判断してもよい（請求項２）。
【０００９】
エンジンの燃料噴射量は負荷に応じて増減されるので、クラッチ手段の異常によってエンジンの負荷が増加すればエンジンの制御装置はその負荷の増加に見合って出力が上昇するように燃料噴射量を増加させる。従って、クラッチ手段が正常でかつエンジンが所定の運転状態にあるときに定められるべき本来の燃料噴射量を基準とし、その基準と実際の燃料噴射量とを対比することによりクラッチ手段の異常を判別することが可能となる。
【００１０】
なお、前記所定の運転状態はクラッチ手段の異常による負荷変動を除いて他の負荷が安定しているか、又は他の負荷変動が把握可能な運転状態であることが望ましい。特にアイドリング運転状態を所定の運転状態とすることが好ましい（請求項３）。アイドリング状態では、未知の走行負荷がエンジンに作用するおそれがなく、エンジン補機類の駆動負荷のような既知の負荷がエンジンに作用するのみである。従って、クラッチ手段の異常に伴う負荷変動を容易に検出することができる。但し、アイドリング運転状態以外にも、車両の走行負荷が一定とみなせるような定速走行状態を所定の運転状態としてもよい。
【００１１】
本発明の他の異常診断装置は、スタータモータとクランク軸とを接続する始動ギヤ列中に、前記クランク軸から前記スタータモータへの回転伝達を阻止するクラッチ手段が設けられたエンジン始動装置に適用される異常診断装置において、エンジン始動後の前記スタータモータの回転を検出するモータ監視手段と、前記モータ監視手段の監視結果に基づいて前記クラッチ手段の異常の有無を判別する異常判別手段と、を備えることにより、上述した課題を解決する（請求項４）。
【００１２】
クラッチ手段が正常であれば、エンジン始動後はクラッチ手段にてスタータモータ側への回転伝達が阻止されてスタータモータは回転しないが、何らかの異常によってクラッチ手段からスタータモータ側へ回転が出力されるとスタータモータが回転する。従って、モータ監視手段にてモータの回転を検出し、エンジン始動後にモータの回転が検出されか否かを異常判別手段にて判断することにより、クラッチ手段の異常の有無を判別することができる。
【００１３】
本発明の異常診断装置は、エンジンの用途を問わずに適用することができる。エンジンが車両に搭載される場合には、さらにその車両の走行中に前記異常判別手段にて前記クラッチ手段が異常と判断された場合に所定の警告を乗員に対して通知する警告手段を備えてもよい（請求項５）。前記車両の停止中に前記異常判別手段にて前記クラッチ手段が異常と判断された場合に前記エンジンを停止させる強制停止手段を備えてもよい（請求項６）。クラッチ手段の異常はスタータモータの故障の原因となり得るため、走行中であれば警告してエンジンの停止を促し、車両が停止していれば直ちにエンジンも止めてクラッチ手段の異常による燃費悪化等の影響の拡大を防ぐことが望ましいからである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の一実施形態に係る始動装置とこれが適用されるエンジンとを示している。図１において、エンジン１は、例えば自動車に走行用の動力源として搭載されるものであって、シリンダ２とピストン３とによって規定される燃焼室４に燃料噴射弁５から燃料を噴射して燃料混合気を形成し、その燃料混合気に点火プラグ６から着火して燃焼室４に燃焼を生じさせ、その燃焼エネルギでピストン３を往復運動させ、その往復運動をコンロッド７からクランク軸８に伝達してクランク軸８を回転させる周知のレシプロ式火花点火内燃機関として構成されている。燃料噴射弁５から噴射される燃料にはガソリンが好適に用いられるが、他の燃料でもよい。
【００１５】
エンジン１には、燃焼室４と吸気通路９及び排気通路１０との間をそれぞれ開閉する吸気バルブ１１及び排気バルブ１２が設けられるとともに、各バルブ１１、１２を駆動するカム１３、１４、吸気通路９からの吸気量を調整するスロットルバルブ１５が設けられる。スロットルバルブ１５は不図示のアクセルペダルの踏み込み量に応じてその開度が変化する。
【００１６】
エンジン１にはこれを始動させるためのエンジン始動装置２０が設けられている。図２により詳しく示したように、始動装置２０は、スタータモータ２１と、エンジン１のクランク軸８にスタータモータ２１の回転を伝達する始動ギヤ列２２とを備えている。始動ギヤ列２２は、スタータモータ２１の出力軸２１ａによって駆動されるスタータギヤ２３と、クランク軸８及びスタータモータ２１と平行に設けられた支持軸２４上にスタータギヤ２３と噛み合うように設けられたドリブンギヤ２５と、支持軸２４上にクラッチ手段としてのワンウェイクラッチ２６を介して同軸的に設けられた中間ギヤ２７と、中間ギヤ２７と噛み合うようにしてクランク軸８と一体回転可能に設けられたクランクギヤ２８とを備えている。スタータギヤ２３とドリブンギヤ２５、中間ギヤ２７とクランクギヤ２８との間の歯数比はそれぞれのギヤ間でスタータモータ２１の出力軸２１ａ側からクランク軸８側に向かって回転が減速して伝達されるように設定されている。従って、ギヤ列２２においては回転が漸次減速されてクランク軸８まで伝達される。ドリブンギヤ２５は支持軸２４と一体回転可能である。ワンウェイクラッチ２６は支持軸２４から中間ギヤ２７への回転伝達を許容し、中間ギヤ２７から支持軸２４への回転伝達を阻止する。
【００１７】
図１に戻って、エンジン１にはその運転状態を制御するためにエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０が設けられている。ＥＣＵ３０はマイクロプロセッサ、及びその動作に必要なＲＡＭ、ＲＯＭ等の周辺装置を含んだコンピュータとして構成され、ＲＯＭに記録されたプログラムに従ってエンジン１の運転状態を制御するために必要な各種の処理を実行する。一例として、ＥＣＵ３０はアクセルペダルを通じて与えられる運転者の要求に応じた運転状態が得られるように燃料噴射弁５からの燃料噴射量を変化させる燃料噴射制御を実行する。その燃料噴射制御において、ＥＣＵ３０はエアフローメータ３１が検出する吸入空気量と、クランク角センサ３２の出力に基づいて特定されるクランク軸８の回転数（回転速度）とから基本燃料噴射量を演算し、その基本燃料噴射量を吸気温や空燃比等の検出値又は予測値に応じて補正して燃料噴射量を決定し、その決定した燃料噴射量が得られるように燃料噴射弁５の燃料噴射動作を制御する。
【００１８】
また、ＥＣＵ３０はスロットルバルブ１５の開度をスロットルポジションセンサ３３にて監視し、スロットルバルブ１５の開度が最小値、つまりアクセルペダルの踏み込み量が０となるアイドル状態を検出すると、所定のアイドル回転数が維持されるようにアイドルスピードコントロールバルブ３４の開度を制御する。例えば、アイドリング運転中にクランク角センサ３２によって検出されるエンジン回転数が所定のアイドル回転数から低下すると、ＥＣＵ３０はアイドルスピードコントロールバルブ３４を開いて吸入空気量を増加させる。吸入空気量が増加すれば上述した燃料噴射制御において基本燃料噴射量が増量され、その影響でエンジン１の出力が上昇してクランク軸８の回転数が所定のアイドル回転数に復帰する。なお、以上の燃料噴射量制御及びアイドル回転数の制御は公知であり、これ以上の詳細は省略する。
【００１９】
さらに、ＥＣＵ３０はエンジン１の運転中に図３に示す異常診断ルーチンを所定の周期で繰り返し実行する。この異常診断ルーチンにおいて、ＥＣＵ３０はまずステップＳ１で診断前提条件が成立しているか否か判断する。診断前提条件は、エンジン１が安定した状態で運転されている場合に成立するよう定めることが適当であり、ここではアイドリング運転状態のときに診断前提条件が成立するものとする。診断前提条件が成立しなければ今回の異常診断ルーチンを終える。一方、診断前提条件が成立していればステップＳ２〜Ｓ５の処理を実行し、エンジン１の運転状態を判別するための運転パラメータとして、エンジン１の補機類の電気負荷、エンジン１の回転数、スロットル開度、吸気温度、エンジン冷却水温を順次読み込む。
【００２０】
続くステップＳ６では、ステップＳ２〜Ｓ６で読み込んだ運転パラメータに対応する基準燃料噴射量τｂａｓｅを、ＥＣＵ３０のＲＯＭ内に保存されているマップから取得する。このマップは、エンジン１がアイドリング運転状態でかつワンウェイクラッチ２６が正常である場合に、ＥＣＵ３０の燃料噴射制御において定められるべき燃料噴射量をステップＳ２〜Ｓ５にて取得した運転パラメータに対応付けて記述したものである。
【００２１】
次に、ステップＳ７にて現在の平均燃料噴射量τｍｅａｎを取得する。平均燃料噴射量τｍｅａｎは、ステップＳ６で取得した基準燃料噴射量τｂａｓｅと異なり、ＥＣＵ３０が吸入空気量とクランク回転数とに応じて演算した基本燃料噴射量を空燃比等で補正した後の、実際の燃料噴射量の一定期間における平均値である。従って、ステップＳ７で取得される燃料噴射量τｍｅａｎはワンウェイクラッチ２６が故障してスタータモータ２１側、より詳しくはスタータモータ２１から中間軸２４までの少なくとも一部の回転部分がエンジン１の負荷として作用していれば、その負荷も考慮された値となる。
【００２２】
続くステップＳ８では平均燃料噴射量τｍｅａｎに所定の係数Ｋ（但し、Ｋ＝１以下）を乗算した値が基準燃料噴射量τｂａｓｅよりも大きいか否かを判断する。係数Ｋは平均燃料噴射量τｍｅａｎにスタータモータ２１側の負荷が加味されているときにそれを一定レベル以上の精度で検出するために実験的に定められる値である。そして、ステップＳ８の条件が成立しなければ今回の異常診断ルーチンを終える。一方、ステップＳ８の条件が成立する場合にはワンウェイクラッチ２６に異常が生じてスタータモータ２１側がエンジン１の負荷になっているとみなしてステップＳ９へ進み、ＥＣＵ３０のＲＡＭに書き込まれる異常フラグをオンにする。続いてステップＳ１０で車両が走行中か否かを例えば車速センサ（不図示）の出力から判断する。走行中であればステップＳ１１にて運転席の計器パネル等に設けられた警告灯を点灯させて運転者にエンジン停止を促す。一方、車両が走行中でなければステップＳ１２に進んでエンジン１を停止させる。そして、ステップＳ１１又はＳ１２の処理をもって今回の異常診断ルーチンを終える。なお、ステップＳ１２において、エンジン１の停止とともに何らかの警告を行うことが望ましい。警告なしにエンジン１を止めると運転者は何故エンジン１が停止したかが判らないからである。
【００２３】
以上の実施形態によれば、ワンウェイクラッチ２６が正常に動作しているときのアイドリング運転状態に応じて定められるべき基準燃料噴射量τｂａｓｅに対して、実際の平均燃料噴射量τｍｅａｎが所定の限度を超えて増加した場合にワンウェイクラッチ２６の異常と診断されて警告等の対応策が実行される。従って、ワンウェイクラッチ２６の異常による燃費悪化等の拡大を防止することができる。
【００２４】
以上の実施形態では、図３の異常制御ルーチンをＥＣＵ３０が実行することにより、ＥＣＵ３０が異常診断装置として機能する。また、ＥＣＵ３０は、図３のステップＳ７の処理を実行することにより負荷検出手段として、ステップＳ８を実行することにより異常判別手段として、ステップＳ１１を実行することにより警告手段として、ステップＳ１２を実行することにより強制停止手段としてそれぞれ機能する。
【００２５】
本発明は上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、基準燃料噴射量τｂａｓｅを取得する際に参照される運転パラメータはステップＳ２〜Ｓ５のものに限らず、アイドリング運転状態における本来の燃料噴射量（基準燃料噴射量τｂａｓｅ）を特定するために必要と考えられる各種の運転パラメータを考慮してよい。実施形態では燃料噴射量を介してエンジンの負荷を間接的に検出したが、エンジン負荷に応じて制御される限りにおいて燃料噴射量以外の各種の運転パラメータを利用してエンジン負荷を検出してもよい。
【００２６】
また、エンジン負荷の検出に代え、エンジン始動後のスタータモータ２１の回転を検出することによってもワンウェイクラッチ２６の異常の有無を判別することができる。図４はその一例の異常診断ルーチンであって、図３と同一の処理には同一参照符号を付してある。図４の異常診断ルーチンでは、まずステップＳ２１においてスタータモータ２１の出力電圧を検出し（モータ監視手段）、続くステップＳ２２で出力電圧からスタータモータ２１が回転しているか否かを、換言すればスタータモータ２１が発電しているか否かを判断する（異常判別手段）。そして、スタータモータ２１が回転していればワンウェイクラッチ２６に異常が生じていると判断してステップＳ９へ進み、以下図３と同様の処理を行う。スタータモータ２１が回転していなければワンウェイクラッチ２６が正常と判断して異常診断ルーチンを終える。
【００２７】
なお、スタータモータ２１が回転しているか否かは、スタータモータ２１からワンウェイクラッチ２６までのいずれかの部品の回転をセンサにて検出することによっても判別することができる。その他にも、回転音、振動等のスタータモータ２１側の回転に伴って生じる各種の物理的現象を検出することによりモータ監視手段を構成することができる。
【００２８】
本発明において、クラッチ手段はワンウェイクラッチに限らず、電磁クラッチのように方向を問わずに回転伝達経路の接続及び切り離しを行うクラッチであってもよい。すなわち、エンジン始動時のみクラッチを繋いでスタータモータからクランク軸への回転を伝達させ、エンジン始動後はクラッチを切り離してスタータモータへの回転伝達を阻止する場合にも、クラッチが故障して切り離し不可能となれば上記実施形態と同様にしてその異常を発見することができる。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、エンジンが所定の運転状態にあるときのエンジンの負荷の変化を、その負荷に応じて制御されるべき燃料噴射量等の特定の運転パラメータの変化を介して検出し、あるいはスタータモータの回転を検出することにより、クラッチ手段の異常の有無を判別することができる。そして、異常と判断した場合に警告を通知し、又はエンジンを停止させることにより、クラッチ手段の異常による燃費悪化等の好ましくない影響の拡大を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の異常診断装置が適用されるエンジンの要部を示す図。
【図２】図１のエンジンに設けられる始動装置の要部を示す部分断面図。
【図３】図１のＥＣＵを異常診断装置として機能させるための異常診断ルーチンを示すフローチャート。
【図４】スタータモータの回転を検出して異常の有無を判別する場合の異常診断ルーチンを示すフローチャート。
【符号の説明】
１  エンジン
２  シリンダ
３  ピストン
５  燃料噴射弁
２０  エンジン始動装置
２１  スタータモータ
２１ａ  出力軸
２２  始動ギヤ列
２３  スタータギヤ
２４  支持軸
２５  ドリブンギヤ
２６  ワンウェイクラッチ（クラッチ手段）
２７  中間ギヤ
２８  クランクギヤ
３０  ＥＣＵ（異常診断装置）
３１  エアフローメータ
３２  クランク角センサ
３３  スロットルポジションセンサ
３４  アイドルスピードコントロールバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2004316461.tif 000006