(57)【要約】【課題】エンジン始動時及びクランキング途中のトルク伝達に伴う衝撃を緩和できるエンジン始動装置１を提供すること。【解決手段】ＥＣＵ３は、エンジン始動信号が入力されると、直流モータ４の分巻コイル４ｃに通電する界磁電流を徐々に大きくして界磁束を徐々に増加させる。その後、電磁スイッチ５をＯＮ（励磁コイル５ｃに通電）して直巻コイル４ｂ及び電機子４ａにバッテリ電流を通電する。これにより、スタータの出力トルクが急激に立ち上がることはなく、界磁束の増加と共に、出力トルクも徐々に増加するので、直流モータ４への通電時に衝撃的なトルクの発生を抑制でき、トルク伝達機構に大きな衝撃が加わることがないので、スタータの信頼性を確保できる。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、
前記直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備えるエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、エンジン始動信号が入力されると、前記分巻コイルに通電する界磁電流を徐々に増加させることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、
前記直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備えるエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、前記エンジンのクランキング中に、前記スタータが前記エンジンを付勢する位置または時期をエンジン信号により推定し、その推定された位置または時期の前あるいは後で、前記分巻コイルに通電する界磁電流を所定の時間抑制す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、
前記モータ制御手段は、エンジン始動信号が入力された時にだけでなく、前記エンジンのクランキング中に、前記スタータが前記エンジンを付勢する位置または時期をエンジン信号により推定し、その推定された位置または時期の前あるいは後で、前記分巻コイルに通電する界磁電流を所定の時間抑制することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項４】
直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、
前記直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備えるエンジン始動装置において、
前記スタータは、クラッチを有するトルク伝達手段を介して前記エンジンのクランク軸に常時連結され、
前記モータ制御手段は、エンジン停止信号が入力されると、前記分巻コイルに通電を開始して、前記エンジンの空転がなくなるまで通電を継続することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項５】
直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、
前記直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備えるエンジン始動装置において、
前記スタータは、クラッチを有するトルク伝達手段を介して前記エンジンのクランク軸に常時連結され、
前記モータ制御手段は、エンジン停止信号が入力された後、前記エンジンの空転方向が逆回転する期間のみ、前記分巻コイルに通電することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項６】
請求項４または５に記載したエンジン始動装置において、
前記モータ制御手段は、前記エンジンの空転時に前記分巻コイルに通電している間は、エンジン始動信号が入力されても、前記直流モータを起動するための通電を禁止することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項７】
請求項１〜６に記載した何れかのエンジン始動装置は、
前記エンジンの停止及び再始動を自動制御するエンジン自動停止／再始動システムに用いられることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項８】
請求項７に記載したエンジン始動装置は、
前記モータ制御手段は、前記スタータの作動回数または作動時間により、前記分巻コイルに通電する界磁電流の制御仕様を変更することを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項９】
請求項７に記載したエンジン始動装置は、
前記モータ制御手段は、通常のエンジン始動時と、前記エンジン自動停止／再始動システムによるエンジン再始動時とで、前記分巻コイルに通電する界磁電流の制御仕様を変更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】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻線界磁式の直流モータを有するスタータと、巻線界磁の界磁電流を制御するモータ制御手段とを備えたエンジン始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来技術として、例えば特許文献１に記載されたエンジン始動装置がある。
このエンジン始動装置は、直巻コイルと分巻コイルとを有する直流モータと、分巻コイルへの通電電流を制御するモータ制御部とを備えている。そのモータ制御部は、▲１▼エンジン負荷が重過ぎる場合には、直巻コイルの磁界と分巻コイルの磁界とが同方向となる様に分巻コイルへの通電を制御し、▲２▼エンジン負荷が軽過ぎる場合には、直巻コイルの磁界と分巻コイルの磁界とが逆方向となる様に分巻コイルへの通電を制御し、▲３▼エンジン負荷が正常範囲の場合には、分巻コイルへの通電を遮断している。
【０００３】
【特許文献１】
特開平３−３７３７３  号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、直流モータを使用するスタータでは、直流モータへの通電時にロック電流相当の大きな突入電流が通電されるため、スタータのトルク伝達機構に大きな衝撃が加わり、始動装置の信頼性が低下するという問題がある。
また、クランキングの途中においても、エンジンの負荷変動によりトルクの伝達衝撃が発生するという問題がある。
【０００５】
更に、スタータによりエンジン始動を行う場合、エンジン停止時に発生するエンジンの逆方向空転により、エンジンの再始動が制限されるという問題がある。例えば、エンジンの停止と再始動を自動制御する通称エコランシステムを搭載する車両では、エンジン自動停止後の再始動が遅れるため、エコランシステムの信頼性が低下する。
【０００６】
これに対し、上記の従来技術（特許文献１）では、エンジン始動時のエンジン負荷（例えばエンジン温度）に応じて分巻コイルへの通電を制御しているだけである。具体的には、エンジン温度に応じて分巻コイルへの通電方向を切り替えているだけで、分巻コイルに通電する界磁電流の絶対値を制御するものではない。
このため、エンジン始動時に発生する衝撃的なトルク、及びクランキング中に発生する伝達衝撃を抑制することはできない。
【０００７】
本発明は、上記事情に基づいて成されたもので、その目的は、エンジン始動時及びクランキング途中のトルク伝達に伴う衝撃を緩和できるエンジン始動装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
（請求項１の発明）
本発明のエンジン始動装置は、直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備える。モータ制御手段は、エンジン始動信号が入力されると、分巻コイルに通電する界磁電流を徐々に増加させることを特徴とする。
【０００９】
直流モータの発生トルクは、直流モータに通電される電流と界磁束との積に比例するため、分巻コイルに通電される界磁電流を徐々に増加させることにより、発生トルクも徐々に増加する。その結果、エンジン始動時に直流モータに通電される突入電流に伴う衝撃的なトルクの発生を抑制できる。
【００１０】
（請求項２の発明）
本発明のエンジン始動装置は、直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備える。モータ制御手段は、エンジンのクランキング中に、スタータがエンジンを付勢する位置または時期をエンジン信号により推定し、その推定された位置または時期の前あるいは後で、分巻コイルに通電する界磁電流を所定の時間抑制することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、クランキング途中でエンジンの膨張／圧縮工程により発生する負荷変動に対応して分巻コイルに通電される界磁電流を所定の時間抑制することにより、直流モータの発生トルクが抑制されるため、クランキング中にスタータがエンジンを付勢する時に生じる衝撃を緩和できる。
【００１２】
（請求項３の発明）
請求項１に記載したエンジン始動装置において、
モータ制御手段は、エンジン始動信号が入力された時にだけでなく、エンジンのクランキング中に、スタータがエンジンを付勢する位置または時期をエンジン信号により推定し、その推定された位置または時期の前あるいは後で、分巻コイルに通電する界磁電流を所定の時間抑制することを特徴とする。
この構成によれば、エンジン始動時に直流モータに通電される突入電流に伴う衝撃的なトルクの発生を抑制でき、且つクランキング中にスタータがエンジンを付勢する時に生じる衝撃を緩和できる。
【００１３】
（請求項４の発明）
本発明のエンジン始動装置は、直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備える。スタータは、クラッチを有するトルク伝達手段を介してエンジンのクランク軸に常時連結されている。また、モータ制御手段は、エンジン停止信号が入力されると、分巻コイルに通電を開始して、エンジンの空転がなくなるまで通電を継続することを特徴とする。
この構成によれば、直流モータによりエンジンの回転力を電気エネルギに変換して制動力（発電制動）を得ることができるので、エンジンの空転時間を短縮できる。
【００１４】
（請求項５の発明）
本発明のエンジン始動装置は、直巻コイルと分巻コイルとで巻線界磁を形成する直流モータを有し、この直流モータの回転力をエンジンに伝達して該エンジンを始動させるスタータと、直流モータの作動を制御するモータ制御手段とを備える。スタータは、クラッチを有するトルク伝達手段を介してエンジンのクランク軸に常時連結されている。また、モータ制御手段は、エンジン停止信号が入力された後、エンジンの空転方向が逆回転する期間のみ、分巻コイルに通電することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、直流モータによりエンジンの回転力を電気エネルギに変換して制動力（発電制動）を得ることができるので、エンジンの空転時間を短縮できる。また、エンジンの空転方向が逆回転する期間のみ、分巻コイルに通電するので、その通電時間を短くでき、効率良くエンジンの空転時間を短縮できる。
【００１６】
（請求項６の発明）
請求項４または５に記載したエンジン始動装置において、
モータ制御手段は、エンジンの空転時に分巻コイルに通電している間は、エンジン始動信号が入力されても、直流モータを起動するための通電を禁止することを特徴とする。
この構成によれば、エンジンが完全に停止する（エンジン回転数＝０）まで、直流モータが起動されることがないので、エンジン空転時にスタータによる再始動が行われることはなく、始動システムの信頼性を向上できる。
【００１７】
（請求項７の発明）
請求項１〜６に記載した何れかのエンジン始動装置は、
エンジンの停止及び再始動を自動制御するエンジン自動停止／再始動システムに用いられることを特徴とする。
エンジン自動停止／再始動システムを搭載する車両では、エンジンの始動回数（自動停止後の再始動回数）が多くなるため、そのエンジン自動停止／再始動システムを搭載する車両に対し、請求項１〜６に記載した何れかのエンジン始動装置を用いることは極めて好適である。
【００１８】
（請求項８の発明）
請求項１〜７に記載した何れかのエンジン始動装置において、
モータ制御手段は、スタータの作動回数または作動時間により、分巻コイルに通電する界磁電流の制御仕様を変更することを特徴とする。
スタータの作動回数または作動時間により、ブラシの消耗や、他の設計定数が変化するため、それに応じて分巻コイルに通電する界磁電流の制御仕様を変更することが望ましい。
【００１９】
（請求項９の発明）
請求項７に記載したエンジン始動装置は、
モータ制御手段は、通常のエンジン始動時と、エンジン自動停止／再始動システムによるエンジン再始動時とで、分巻コイルに通電する界磁電流の制御仕様を変更することを特徴とする。
通常のエンジン始動時に比べて、エンジン自動停止後の再始動時の方がエンジン負荷が軽くなり、エンジンの立ち上がりが早くなるので、通常のエンジン始動時とエンジン自動停止後の再始動時とで、分巻コイルに通電する界磁電流の制御仕様を変更することが望ましい。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施例）
図１はエンジン始動装置１の回路図である。
本実施例のエンジン始動装置１は、エンジン自動停止／再始動システムを搭載する車両に適用されるもので、エンジン２を始動させるためのスタータ（下述する）を備え、ＥＣＵ３（本発明のモータ制御手段）により自動制御される。
【００２１】
エンジン自動停止／再始動システムとは、例えば車両が交差点や渋滞等で一時停止した時に、一旦エンジン２を自動停止させ、その後、所定の始動条件が満たされた時（例えば運転者がプレーキペダルからアクセルペダルに踏み替えた時）にエンジン２を自動的に再始動させる通称エコランシステムである。
【００２２】
スタータは、回転力を発生する複巻式の直流モータ４と、この直流モータ４への通電電流をＯＮ／ＯＦＦする電磁スイッチ５、及び一方向クラッチを有するトルク伝達機構（図示せず）等より構成され、このトルク伝達機構を介してエンジン２のクランク軸２ａに常時連結されている。
直流モータ４は、電機子４ａと巻線界磁とを有し、この巻線界磁が電機子４ａと直列に接続された直巻コイル４ｂと、電機子４ａと並列に接続された分巻コイル４ｃとで形成される。
【００２３】
電磁スイッチ５は、直流モータ４の通電回路に接続される一組の固定接点５ａに対向して可動する可動接点５ｂと、この可動接点５ｂを磁力によって駆動（吸引）する励磁コイル５ｃとを有する周知な構成である。
ＥＣＵ３は、エンジン始動／停止信号、スタータに流れる電流を検出する電流センサ６の検出信号、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ７の検出信号、及びエンジン２のクランク位置を検出するクランク位置センサ８の検出信号等が入力され、これらの信号に基づいて、電磁スイッチ５を通電制御すると共に、分巻コイル４ｃに通電する界磁電流（電流量及び電流方向）を制御する。
【００２４】
次に、ＥＣＵ３によるエンジン始動装置１の制御手順を図２に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓｔｅｐ１０…ＥＣＵ３にエンジン始動信号が入力される。このエンジン始動信号は、ＩＧスイッチ（図示せず）のＯＮ操作（通常のエンジン始動）による始動信号、あるいはエコランシステムによるエンジン自動停止後の再始動信号である。
【００２５】
Ｓｔｅｐ１１…エンジン始動が可能か否かを判定する。この判定は、例えばエンジン空転時の再始動を禁止するために実施される。従って、エンジン回転数＝０の時（エンジン２が完全に停止している時）に、エンジン始動が可能と判定される。
Ｓｔｅｐ１２…分巻コイル４ｃに通電する界磁電流を徐々に大きくする。これにより、直流モータ４の界磁束が徐々に増加する（図３参照）。
Ｓｔｅｐ１３…電磁スイッチ５をＯＮ（励磁コイル５ｃに通電）して直巻コイル４ｂ及び電機子４ａにバッテリ電流を通電する。
【００２６】
Ｓｔｅｐ１４…スタータの起動（直流モータ４が回転したか否か）を判定する。
Ｓｔｅｐ１５…スタータが起動した後、分巻コイル４ｃに通電する界磁電流を最大に制御する。直流モータ４が回転を開始すると、逆起電力が発生し、直流モータ４に流れる突入電流が次第に低下する。これに対し、分巻コイル４ｃに通電する界磁電流を最大に制御することで、エンジン２を駆動するために必要なトルクが確保され、良好にエンジン始動を行うことができる。
【００２７】
（第１実施例の効果）
本実施例のエンジン始動装置１では、エンジン始動信号が入力されると、分巻コイル４ｃに通電する界磁電流を徐々に増加させるので、図３に示す様に、スタータの出力トルクが急激に立ち上がることはなく、界磁束の増加と共に、出力トルクも徐々に増加する（なお、図３の破線グラフは、直巻式モータ４の出力トルクを示す）。これにより、直流モータ４への通電時に衝撃的なトルクの発生を抑制でき、トルク伝達機構に大きな衝撃が加わることがないので、スタータの信頼性を確保できる。
【００２８】
（第２実施例）
本実施例は、エンジン２のクランキング途中で膨張／圧縮工程により発生する負荷変動に対応して、分巻コイル４ｃに通電される界磁電流を制御する一例であり、その制御手順を図４に示すフローチャートに基づいて説明する。
【００２９】
Ｓｔｅｐ２０…クランク位置信号が入力されたか否かを判定する。
Ｓｔｅｐ２１…入力されたクランク位置信号（クランク位置信号と共に回転数信号を用いても良い）に基づいて、分巻コイル４ｃの界磁電流を制御する開始時期と期間を算出する。ここでは、図５（ｂ）に示す様に、クランク位置信号の入力時刻から所定時間Δｔ１経過した時点を制御開始時期とする。
【００３０】
Ｓｔｅｐ２２…分巻コイル４ｃの界磁電流を所定期間Δｔ１１  制御する（直巻コイル４ｂに対する通電方向と逆方向に通電する）。この所定期間Δｔ１１  は、回転数信号に応じて可変しても良い。
Ｓｔｅｐ２３…エンジン２の始動が完了したか否かを判定する。
Ｓｔｅｐ２４…エンジン２の始動完了が確認された後、電磁スイッチ５をＯＦＦ  してスタータへの通電を停止する。
【００３１】
本実施例によれば、クランキング途中でエンジン２の膨張／圧縮工程により発生する負荷変動に対応して分巻コイル４ｃに通電される界磁電流を所定期間Δｔ１１  だけ制御することにより、図５（ｃ）の実線グラフで示す様に、直流モータ４の発生トルクが抑制されるため、クランキング中にスタータがエンジン２を付勢する時に生じる衝撃を緩和できる。
【００３２】
（第３実施例）
本実施例は、エンジン停止時の空転時間を短縮する一例であり、その制御手順を図６に示すフローチャートに基づいて説明する。
Ｓｔｅｐ３０…ＥＣＵ３にエンジン停止信号が入力される。このエンジン停止信号は、ＩＧスイッチのＯＦＦ  操作（通常のエンジン停止）による停止信号、あるいはエコランシステムによるエンジン自動停止信号である。
【００３３】
Ｓｔｅｐ３１…分巻コイル４ｃに通電する（図７参照）。
Ｓｔｅｐ３２…エンジン２が停止したか否かを判定する。ここでは、エンジン回転数センサ７の信号により判定できる。この判定結果がＮＯ（エンジン２が停止していない）の場合は、Ｓｔｅｐ３１へ戻り、判定結果がＹＥＳ  の場合は、Ｓｔｅｐ３３へ進む。
Ｓｔｅｐ３３…エンジン停止が確認された場合に、分巻コイル４ｃへの通電を停止する。
【００３４】
本実施例によれば、エンジン２の空転時に分巻コイル４ｃへ通電することにより、クラッチが繋がった後、直流モータ４による制動力（発電制動）が得られるため、図７の実線グラフで示す様に、エンジン２の空転時間を短縮できる。これにより、エンジン再始動までの時間を短縮でき、且つエンジン２の逆空転時に発生する異音の発生時間を短くできる。なお、図７に示す破線グラフは、分巻コイル４ｃへの通電を実施しない時のエンジン回転数の変化を示すもので、本実施例（実線グラフ）と比較して空転時間が長くなることを示している。
【００３５】
なお、本実施例では、エンジン停止信号が入力された後、クラッチが繋がる前に分巻コイル４ｃへの通電を開始する例を記載したが、エンジン２の空転方向が逆回転する期間のみ分巻コイル４ｃに通電しても良い。この場合、分巻コイル４ｃへの通電時間を短くでき、効果的にエンジン２の空転時間を短縮できる。
また、エンジン空転時に分巻コイル４ｃに通電している間は、エンジン始動信号が入力されても、直流モータ４を起動するための通電（電磁スイッチ５への通電）を禁止することが望ましい。この場合、エンジン２が完全に停止するまでは、直流モータ４が起動されることがないので、エンジン空転時にスタータによる再始動が行われることはなく、始動システムの信頼性を向上できる。
【００３６】
（変形例）
上記の実施例では、スタータの作動回数または作動時間により、ブラシの消耗や、他の設計定数が変化するため、それに応じて分巻コイル４ｃに通電する界磁電流の制御仕様を変更しても良い。
また、エコランシステムを搭載する車両では、通常のエンジン始動時に比べて、エンジン自動停止後の再始動時の方がエンジン負荷が軽くなり、エンジン２の立ち上がりが早くなる。従って、通常のエンジン始動時と、エンジン自動停止後の再始動時とで、分巻コイル４ｃに通電する界磁電流の制御仕様を変更しても良い。
【００３７】
第１実施例では、本発明のエンジン始動装置１をエコランシステムに適用する例を記載したが、エコランシステムを搭載しない通常の車両に対しても適用できることは言うまでもない。
また、スタータは、エンジン２のクランク軸２ａに常時連結されていなくても良い。例えばエンジン始動時のみピニオンをエンジン２のリングギヤに噛み合わせる通常のギヤ式スタータを使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン始動装置の回路図である（第１実施例）。
【図２】エンジン始動時の制御手順を示すフローチャートである（第１実施例）。
【図３】直流モータの界磁束と出力トルクの変化を示すグラフである（第１実施例）。
【図４】クランキング中の制御手順を示すフローチャートである（第２実施例）。
【図５】クランキング中の制御方法を示すタイムチャートである（第２実施例）。
【図６】エンジン停止時の制御手順を示すフローチャートである（第３実施例）。
【図７】エンジン停止時の分巻コイルに対する制御例を示すグラフである（第３実施例）。
【符号の説明】
１    エンジン始動装置
２    エンジン
３    ＥＣＵ（モータ制御手段）
４    直流モータ
４ｂ  直巻コイル
４ｃ  分巻コイル
【図１】
2004343906.tif 000003
【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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