(57)【要約】【課題】エンジンの始動開始から完爆に至るまでの間において、モータ３の界磁量を適切に制御して、スタータ出力の大きな動作点を使用することにより、極低温でのエンジン始動性を向上できること。【解決手段】ＥＣＵ２は、エンジン始動開始から初爆までは、スタータの最高トルクが得られる様に、第１直巻コイル７と第２直巻コイル８とで直巻界磁を形成し、且つ分巻コイル９に対するスイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄを１００％に制御しているので、極低温時でも確実にエンジン始動を行うことができる。初爆後は、例えば、モータ３の目標メイン電流を設定しておき、その目標メイン電流が得られる様に、駆動ｄｕｔｙ比Ｄを設定するので、エンジンの始動開始から完爆に至るまでの間、常にスタータ出力の大きな動作点を使用することが可能であり、効率的にスタータを使用してエンジン始動をより短時間で行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
界磁巻線として直巻コイルと分巻コイルとを有する複巻式モータを備え、この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、
前記直巻コイルの界磁量を切り換え可能な直巻界磁量切換手段、及び前記分巻コイルに通電する分巻電流を制御可能な分巻電流制御手段を有するスタータ制御装置とを備えるエンジン始動制御装置であって、
前記スタータ制御装置は、前記エンジンの始動開始から初爆までの期間の全界磁量を第１の界磁量に制御する第１の界磁制御と、前記初爆後の全界磁量を第２の界磁量に制御する第２の界磁制御とを実施することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記第１の界磁制御として、少なくとも前記直巻コイルの界磁量を最大に制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記第１の界磁制御として、前記直巻コイルの界磁量を最大に制御し、且つ前記分巻電流を最大に制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。  
【請求項４】
請求項１〜３に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記第２の界磁制御として、前記スタータの出力を大きくするように、前記第２の界磁量を制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項５】
請求項４に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの出力を大きくする前記第２の界磁制御として、少なくとも前記直巻コイルの界磁量を低減することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項６】
請求項５に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの出力を大きくする前記第２の界磁制御として、少なくとも前記直巻コイルの界磁量を低減した結果、前記エンジンまたは前記スタータの回転数が所定値以下の状態を検出した場合には、前記直巻コイルの界磁量を増加させることを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項７】
請求項５に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの出力を大きくする前記第２の界磁制御として、少なくとも前記直巻コイルの界磁量を低減した結果、前記スタータの通電電流が所定値以下の状態を検出した場合には、前記直巻コイルの界磁量を更に低減させることを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項８】
請求項５に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの出力を大きくする前記第２の界磁制御として、少なくとも前記直巻コイルの界磁量を低減した結果、バッテリ電圧が所定値以上の状態を検出した場合には、前記直巻コイルの界磁量を更に低減させることを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項９】
請求項４〜８に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの出力を大きくする前記第２の界磁制御として、前記直巻コイルの界磁量を制御すると共に、前記分巻コイルに通電する分巻電流を所定の目標分巻電流に制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１０】
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの出力が最大となるように、前記目標分巻電流を設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１１】
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、所定のバッテリ電圧以上となるように、前記目標分巻電流を設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１２】
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、所定のエンジン回転数となるように、前記目標分巻電流を設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１３】
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記モータの電機子に通電されるメイン電流が、所定の目標メイン電流となるように、前記目標分巻電流を設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１４】
請求項１３に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記目標メイン電流を設定し、その目標メイン電流と実際のメイン電流とを比較して、両者の差に応じて、前記目標分巻電流を時々刻々に設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１５】
請求項１３に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記目標メイン電流を設定すると共に、その目標メイン電流と相関する目標バッテリ電圧を設定し、その目標バッテリ電圧と実際のバッテリ電圧とを比較して、両者の差に応じて、前記目標分巻電流を時々刻々に設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１６】
請求項１３に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記目標メイン電流を設定すると共に、その目標メイン電流と相関する目標エンジン回転数を設定し、その目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数とを比較して、両者の差に応じて、前記目標分巻電流を時々刻々に設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１７】
請求項１４〜１６に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの出力が最大となるように、前記目標メイン電流を設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１８】
請求項１４〜１６に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、所定のバッテリ電圧以上となるように、前記目標メイン電流を設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１９】
請求項１４〜１６に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、所定のエンジン回転数となるように、前記目標メイン電流を設定することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項２０】
請求項１〜１９に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、エンジン始動時に何らかの異常が検出された時に、最低限エンジンを始動できる回転数となるよう、前記界磁巻線の全界磁量を所定の界磁量に制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項２１】
請求項１〜１９に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、前記スタータの作動時間が所定時間以上経過した場合に、最低限エンジンを始動できる回転数となるように、前記界磁巻線の全界磁量を所定の界磁量に制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項２２】
請求項２０または２１に記載したエンジン始動制御装置において、
前記スタータ制御装置は、最低限エンジンを始動できる回転数となるように、前記直巻コイルの界磁量を最大に制御し、且つ前記分巻電流を最大に制御することを特徴とするエンジン始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スタータモータとして複巻式モータを使用するエンジン始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン始動時には、スタータによりクランキングされ、燃料噴射による燃焼（初爆）が開始されると、燃焼によって発生するエンジントルクとスタータの駆動トルクとが、エンジンのフリクショントルクとバランスしてエンジン回転数が決まる。但し、エンジンが回転することで筒内温度が上昇すると、エンジン油温が上昇するため、次第にエンジンのフリクショントルクが低減されて、エンジン回転数が上昇し、完爆に至る。
【０００３】
ところで、ディーゼルエンジンでは、出力向上や排気エミッションの低減、また騒音や振動等を低減するため、エンジンの圧縮比が低減される傾向にある。エンジンの圧縮比が低減されると、ピストンの圧縮時の筒内圧が低いために、膨張行程での発生トルクが低く、且つ、筒内温度が低いために、始動時のエンジン油温上昇が遅くなる。その結果、エンジンフリクションの低下が抑制されるため、極低温での始動性が悪化するという問題がある。
【０００４】
通常、エンジン始動装置は、極低温でのエンジンのクランキング時（始動開始から初爆までの間）において、最大出力点付近で作動されるように設計されている。
しかし、上述の通り、極低温でのエンジン始動では、初爆から完爆までの間において、エンジン回転数の上昇にもたつきが発生するため、クランキング以後においても、スタータがエンジンを駆動する必要がある。ところが、初爆以降は、エンジンが燃焼によりトルクを発生するので、スタータは、燃焼開始前（初爆前）のクランキング時に比べて、回転数が高くなるため、スタータの特性上、出力の小さな動作点を使用することとなり、効率的な作動とはなっていない。
【０００５】
これに対し、エンジン始動時にスタータの出力特性を切り換える公知技術がある（特許文献１及び特許文献２参照）。
特許文献１では、始動時の機関状態（例えば機関温度）に応じて、直巻コイルの界磁量を二段階に切り換えることにより、エンジン始動を確実に行うことが記載されている。
また、特許文献２では、直巻コイルをパイパスするパイパス回路を有しており、パイパス回路に設けられるスイッチを開閉制御することで、直巻コイルの界磁量を切り換えることが記載されている。
【特許文献１】特開平２−２０４６７６号公報
【特許文献２】特開平３−９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところが、上記の特許文献１及び２に開示された公知技術は、どちらも、直巻コイルの界磁量に応じて、スタータの出力特性を高トルク型と高回転型とに切り換えるだけであり、エンジンの始動開始から完爆に至るまでの間（特に初爆から完爆までの間）、スタータを常に適切な動作点で駆動することができず、必ずしも、極低温でのエンジン始動性を向上できるとは言えない。
【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、エンジンの始動開始から完爆に至るまでの間において、スタータモータの界磁量を適切に制御して、スタータ出力の大きな動作点を使用することにより、極低温でのエンジン始動性を向上できるエンジン始動制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（請求項１の発明）
本発明のエンジン始動制御装置は、界磁巻線として直巻コイルと分巻コイルとを有する複巻式モータを備え、この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、直巻コイルの界磁量を切り換え可能な直巻界磁量切換手段、及び分巻コイルに通電する分巻電流を制御可能な分巻電流制御手段を有するスタータ制御装置とを備えている。
スタータ制御装置は、エンジンの始動開始から初爆までの期間の全界磁量を第１の界磁量に制御する第１の界磁制御と、初爆後の全界磁量を第２の界磁量に制御する第２の界磁制御とを実施することを特徴とする。
【０００９】
なお、本発明において、「直巻コイルの界磁量」とは、バッテリから直巻コイルに界磁電流（直巻電流）が通電されて生じる界磁束量（磁界の強さ）を表している。
また、「界磁巻線の全界磁量」とは、直巻コイルの界磁量と、分巻コイルに分巻電流が通電されて生じる界磁束量（分巻コイルの界磁量）とを含んでいる。
【００１０】
上記の構成によれば、直巻コイルの界磁量を切り換えると共に、分巻コイルに通電する分巻電流を制御することで、界磁巻線の全界磁量を広範囲に制御できるので、エンジンの始動開始から初爆までの期間と、その後（初爆後）とで、界磁巻線の全界磁量を適切に制御（第１の界磁制御と第２の界磁制御）することが可能である。その結果、スタータ出力の大きな動作点を使用することができ、極低温でのエンジン始動性を向上できる。
【００１１】
（請求項２の発明）
請求項１に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、第１の界磁制御として、少なくとも直巻コイルの界磁量を最大に制御することを特徴とする。
エンジンの始動開始から初爆までの間には、大きなトルクが必要とされる。特に、極低温での始動においては、クランキング時（始動開始から初爆までの間）において、エンジンのフリクションに打ち勝つ大きなトルクと、エンジンが燃焼できるだけの筒内圧が得られる回転数が必要となる。そこで、クランキング時には、直巻コイルの界磁量を最大に制御することで、効率的に大きなトルクを発生できる。
【００１２】
（請求項３の発明）
請求項１に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、第１の界磁制御として、直巻コイルの界磁量を最大に制御し、且つ分巻電流を最大に制御することを特徴とする。
この場合、クランキング時の全界磁量を最大にできるので、スタータの最高トルクによりエンジン始動を行うことができ、極低温でのエンジン始動性を向上できる。
【００１３】
（請求項４の発明）
請求項１〜３に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、第２の界磁制御として、スタータの出力を大きくするように、第２の界磁量を制御することを特徴とする。
エンジンの初爆後に、エンジン回転数が上昇すると、スタータは、より出力の低い動作点で駆動することになる。そこで、エンジンの初爆後においては、スタータの出力を大きくするように、第２の界磁量を制御することで、始動性が向上し、エンジンを早期に完爆させることが可能である。
【００１４】
（請求項５の発明）
請求項４に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの出力を大きくする第２の界磁制御として、少なくとも直巻コイルの界磁量を低減することを特徴とする。
直巻コイルの界磁量を低減することにより、トルクは小さくても回転数を上げることができるので、それにより、スタータの出力を大きくすることが可能である。
【００１５】
（請求項６の発明）
請求項５に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの出力を大きくする第２の界磁制御として、少なくとも直巻コイルの界磁量を低減した結果、エンジンまたはスタータの回転数が所定値以下の状態を検出した場合には、直巻コイルの界磁量を増加させることを特徴とする。
エンジンが完爆するまでの間に、何らかの理由でエンジン回転数が低下することも考えられる。このような場合、直巻コイルの界磁量を増加させて、スタータの出力を大きくすることにより、確実なエンジン始動を実施できる。
【００１６】
（請求項７の発明）
請求項５に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの出力を大きくする第２の界磁制御として、少なくとも直巻コイルの界磁量を低減した結果、スタータの通電電流が所定値以下の状態を検出した場合には、直巻コイルの界磁量を更に低減させることを特徴とする。
スタータの動作点を考えると、回転数が低下すると、スタータに流れる電流が大きくなる。そこで、スタータの通電電流が所定値以下の状態を検出した場合は、直巻コイルの界磁量を更に低減させて、回転数を検出することなく、スタータの出力を大きくすることで、確実なエンジン始動を実施できる。
【００１７】
（請求項８の発明）
請求項５に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの出力を大きくする第２の界磁制御として、少なくとも直巻コイルの界磁量を低減した結果、バッテリ電圧が所定値以上の状態を検出した場合には、直巻コイルの界磁量を更に低減させることを特徴とする。
スタータの動作点を考えると、回転数が低下すると、スタータに流れる電流が大きくなり、結果として、バッテリ電圧が低下する。そこで、バッテリ電圧が所定値以上の状態を検出した場合には、直巻コイルの界磁量を更に低減させて、回転数を検出することなく、スタータの出力を大きくすることで、確実なエンジン始動を実施できる。
【００１８】
（請求項９の発明）
請求項４〜８に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの出力を大きくする第２の界磁制御として、直巻コイルの界磁量を制御すると共に、分巻コイルに通電する分巻電流を所定の目標分巻電流に制御することを特徴とする。この場合、直巻コイルの界磁量と分巻コイルの分巻電流とを制御することで、より詳細な界磁制御が可能となり、初爆後に回転が徐々に変化しても、それに従って、スタータの動作点を最適（最大出力点付近）に制御できるので、極低温でのエンジン始動性を更に向上できる。
【００１９】
（請求項１０の発明）
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの出力が最大となるように、目標分巻電流を設定することを特徴とする。
これにより、常に最大出力点付近でスタータを駆動できるので、極低温での良好なエンジン始動性を実現できる。
【００２０】
（請求項１１の発明）
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、所定のバッテリ電圧以上となるように、目標分巻電流を設定することを特徴とする。
スタータやバッテリの容量によっては、最大出力点付近でスタータを駆動すると、バッテリ電圧が電気負荷（ＥＣＵやアクセサリ類等）の最低作動電圧を下回り、適切な作動ができなくなる場合がある。そこで、所定のバッテリ電圧以上となるように、目標分巻電流を設定することで、電気負荷の作動を確保でき、且つ極低温での良好なエンジン始動性を実現できる。
【００２１】
（請求項１２の発明）
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、所定のエンジン回転数となるように、目標分巻電流を設定することを特徴とする。
これにより、所定のエンジン回転数を維持できるので、エンジン始動時の不快な車両振動を低減できるとともに、極低温での良好なエンジン始動性を実現できる。
【００２２】
（請求項１３の発明）
請求項９に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、モータの電機子に通電されるメイン電流が、所定の目標メイン電流となるように、目標分巻電流を設定することを特徴とする。
これにより、メイン電流の変動が抑えられるため、スタータ出力やバッテリ電圧をより高精度に制御できる。
【００２３】
（請求項１４の発明）
請求項１３に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、目標メイン電流を設定し、その目標メイン電流と実際のメイン電流とを比較して、両者の差に応じて、目標分巻電流を時々刻々に設定することを特徴とする。
設定された目標メイン電流と実際のメイン電流（例えば、電流センサ等によって検出された電流値）との差に応じて、目標分巻電流をフィードバック制御することにより、高い精度で所定のメイン電流に制御できる。
【００２４】
（請求項１５の発明）
請求項１３に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、目標メイン電流を設定すると共に、その目標メイン電流と相関する目標バッテリ電圧を設定し、その目標バッテリ電圧と実際のバッテリ電圧とを比較して、両者の差に応じて、目標分巻電流を時々刻々に設定することを特徴とする。
メイン電流とバッテリ電圧の関係には相関があるので、目標メイン電流から目標バッテリ電圧を設定し、その目標バッテリ電圧と実際のバッテリ電圧（例えば、電圧計等によって検出された電圧値）との差に応じて、目標分巻電流をフィードバック制御することにより、メイン電流を検出することなく、高い精度で所定のメイン電流に制御できる。
【００２５】
（請求項１６の発明）
請求項１３に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、目標メイン電流を設定すると共に、その目標メイン電流と相関する目標エンジン回転数を設定し、その目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数とを比較して、両者の差に応じて、目標分巻電流を時々刻々に設定することを特徴とする。
メイン電流とエンジン回転数との関係には相関があるので、目標メイン電流から目標エンジン回転数を設定し、その目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数（例えば、クランク角センサ等によって検出された回転数）との差に応じて目標分巻電流をフィードバック制御することにより、メイン電流を検出することなく、高い精度で所定のメイン電流に制御できる。
【００２６】
（請求項１７の発明）
請求項１４〜１６に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの出力が最大となるように、目標メイン電流を設定することを特徴とする。これにより、クランキング時のトルク変動に対しても、スタータの最大出力を維持できるので、エンジン始動時間の短縮（特に、アイドルストップシステムを搭載する場合に、エンジン再始動時の短縮）が可能となる。
【００２７】
（請求項１８の発明）
請求項１４〜１６に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、所定のバッテリ電圧以上となるように、目標メイン電流を設定することを特徴とする。これにより、バッテリ電圧の低下を確実に防止できるとともに、エンジン始動時間の短縮（特に、アイドルストップシステムを搭載する場合に、エンジン再始動時の短縮）が可能となる。
【００２８】
（請求項１９の発明）
請求項１４〜１６に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、所定のエンジン回転数となるように、目標メイン電流を設定することを特徴とする。これにより、エンジン始動時の不快な車両振動を確実に防止できるとともに、エンジン始動時間の短縮（特に、アイドルストップシステムを搭載する場合に、エンジン再始動時の短縮）が可能となる。
【００２９】
（請求項２０の発明）
請求項１〜１９に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、エンジン始動時に何らかの異常が検出された時に、最低限エンジンを始動できる回転数となるように、界磁巻線の全界磁量を所定の界磁量に制御することを特徴とする。
何らかの異常（例えば、バッテリが上がり気味な状態）が検出された状態でエンジン始動を行う時は、最低限エンジンを始動する必要があるので、エンジンの着火に必要な最低限のエンジン回転数でクランキングすることが必要条件となる。そこで、このような場合（異常が検出された状態でのエンジン始動）には、最低限エンジンを始動できる回転数となるように、界磁巻線の全界磁量を所定の界磁量に制御することで、異常時であっても、確実にエンジンを始動できる。
【００３０】
（請求項２１の発明）
請求項１〜１９に記載した何れかのエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、スタータの作動時間が所定時間以上経過した場合に、最低限エンジンを始動できる回転数となるように、界磁巻線の全界磁量を所定の界磁量に制御することを特徴とする。
このスタータは、常に出力の大きな動作点で作動されるため、スタータ電流が通常のスタータに比べて大きくなり、スタータの耐熱性が厳しくなる。そこで、スタータの作動時間が所定時間以上経過した場合、言い換えると、所定時間作動してもエンジンが始動できない場合には、界磁巻線の全界磁量を所定の界磁量に制御することにより、通常のスタータと同等の電流でスタータを駆動することができ、耐熱性の悪化を抑制できる。
【００３１】
（請求項２２の発明）
請求項２０または２１に記載したエンジン始動制御装置において、スタータ制御装置は、最低限エンジンを始動できる回転数となるように、直巻コイルの界磁量を最大に制御し、且つ前記分巻電流を最大に制御することを特徴とする。
これにより、スタータの最高トルクでエンジン始動を行うことができるので、エンジンの始動途中で、何らかの異常が生じた場合でも、確実にエンジン始動が可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
本発明を実施するための最良の形態を以下の実施例により詳細に説明する。
【実施例１】
【００３３】
図１は実施例１に係るエンジン始動制御装置１の構成を示す制御回路図である。
このエンジン始動制御装置１は、エンジン（図示せず）を始動させるためのスタータ（以下に説明する）と、このスタータの出力特性を制御するスタータ制御装置（以下、ＥＣＵ２と呼ぶ）等を備えている。
スタータは、エンジンの始動に必要な回転力を発生するモータ３と、このモータ３の通電回路（モータ回路４と呼ぶ）に設けられるメイン接点５を開閉操作する電磁スイッチ６と、モータ３の回転力をエンジンに伝達する周知の動力伝達手段（図示せず）等より構成される。
【００３４】
モータ３は、界磁巻線として直巻コイル７、８と分巻コイル９を有する複巻式モータ３であり、電磁スイッチ６によりメイン接点５が閉操作されると、モータ回路４を通じてバッテリ１０より電機子３ａにメイン電流が供給されて、電機子３ａに回転力を発生する。なお、直巻コイル７、８は、第１直巻コイル７と第２直巻コイル８とで構成され、電機子３ａに対し両者が直列に接続されている。
【００３５】
電磁スイッチ６は、スタータリレー１１を介してバッテリ１０に接続される励磁コイル６ａを有し、スタータリレー１１が閉作動して励磁コイル６ａが通電されると、電磁力の作用でメイン接点５を閉操作（オン）する。一方、スタータリレー１１が開作動（図１に示す状態）して励磁コイル６ａへの通電が停止すると、電磁力の消滅によりメイン接点５を開操作（オフ）する。
スタータリレー１１は、例えば、乗員がイグニッションキー（ＩＧキー１２と呼ぶ）を閉操作して、バッテリ１０よりリレーコイル１１ａが通電されると、リレー接点１１ｂが閉作動（オン）し、ＩＧキー１２を開操作してリレーコイル１１ａへの通電が停止すると、リレー接点１１ｂが開作動（オフ）する。
【００３６】
ＥＣＵ２は、直巻コイル７、８の界磁量を切り換え可能な直巻界磁量切換手段と、分巻コイル９に通電する分巻電流を制御可能な分巻電流制御手段とを有し、この直巻界磁量切換手段と分巻電流制御手段とにより、界磁巻線の全体界磁量を制御することができる。
直巻界磁量切換手段は、モータ回路４に対して第１直巻コイル７と並列に接続された短絡用リレー１３と、ＥＣＵ２に内蔵される短絡用リレー駆動回路（図示せず）とで構成され、短絡用リレー１３のコイル１３ａが通電されると、リレー接点１３ｂが閉作動（オン）して、第１直巻コイル７を短絡する短絡回路を形成し、コイル１３ａへの通電が停止すると、リレー接点１３ｂが開作動（オフ）して、短絡回路を開放する。
【００３７】
分巻電流制御手段は、例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ等の半導体スイッチング素子１４と、ＥＣＵ２に内蔵される素子駆動回路（図示せず）とで構成され、この素子駆動回路により、スイッチング素子１４のオン／オフ動作をｄｕｔｙ制御することにより、分巻コイル９に流れる分巻電流を広範囲（駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝０〜１００％）に制御できる。
以下に、ＥＣＵ２によるエンジン始動時の制御手順を、図２に示すフローチャートを基に説明する。
【００３８】
ステップ１０…始動信号を入力して、エンジン始動制御を開始する。始動信号は、例えば、乗員がＩＧキー１２をＳＴ位置（図１参照）に投入した時に出力される。あるいは、アイドルストップシステム（図示せず）によるエンジン再始動時に出力される。
ステップ１１…電機子３ａに通電する目標メイン電流Ｉ０を設定する。ここでは、スタータの耐熱性の確保と、スタータ出力の最大化を目標として、図４に示す様に、スタータの耐熱許容電流ぎりぎりの値Ｉ０に設定している。
【００３９】
ステップ１２…短絡用リレー１３をオフにする。制御開始から初爆（後のステップ１５で判定する）までの間は、短絡用リレー１３をオフにすることで、第１直巻コイル７が短絡されることはなく、第１直巻コイル７と第２直巻コイル８とで直巻界磁を形成できるので、エンジンが最初の上死点を乗り越すために必要な駆動トルクを確実に確保できる。
ステップ１３…スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比を最大（ｄｕｔｙ比Ｄ＝１００％）に設定する。駆動ｄｕｔｙ比＝１００％の場合、分巻コイル９に通電される分巻電流は、制御可能な範囲で最大である。なお、ステップ１２及び１３の処理が、本発明の第１の界磁制御に相当する。
【００４０】
ステップ１４…スタータリレー１１を介して電磁スイッチ６がオンされる（メイン接点５が閉じる）。これにより、バッテリ１０から直巻コイル（第１直巻コイル７と第２直巻コイル８）を介して電機子３ａにメイン電流が流れると共に、スイッチング素子１４を介して分巻コイル９に分巻電流が通電される。これにより、界磁巻線の周囲に磁界が発生して、電機子３ａが回転を開始する。ここでは、界磁巻線の全界磁量が最大（最大界磁と呼ぶ）となるため、図４に示す様に、燃焼前のクランキングトルクＴ１に対して、最大のスタータ出力Ｐが得られる。
【００４１】
ステップ１５…エンジンが初爆したか否かを判定する。ここでは、エンジン回転数によって判定し、初爆が確認された場合、次のステップ１６へ進む。
ステップ１６…何らかの異常（例えば、バッテリ１０が上がり気味な状態）が検出されたか否か、あるいはスタータの作動時間が所定時間以上経過したか否かを判定する。この判定結果がＮＯの場合は、次のステップ１７へ進み、判定結果がＹＥＳの場合は、ステップ１９へ進む。
【００４２】
ステップ１７…初爆後の界磁制御ルーチン（本発明の第２の界磁制御）を実行する。このステップ１７の界磁制御ルーチンについては後述する。
ステップ１８…エンジン始動が完了したか否かを判定する。具体的には、実際のエンジン回転数がクランキング回転数より高い所定回転数に達したか否かによって判定することができる。この判定結果がＹＥＳの時、つまり、ステップ１７の界磁制御ルーチンを実行した後、エンジン始動が完了したと判定された時は、本処理を終了し、判定結果がＮＯの時は、ステップ１６へ戻る。
【００４３】
ステップ１９…短絡用リレー１３をオフにする。
ステップ２０…スイッチング素子１４に対する駆動ｄｕｔｙ比を最大（駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝１００％）に設定する。
このステップ１９及び２０の処理は、エンジン始動の途中で何らかの異常が発生した場合、あるいは、スタータが所定時間作動してもエンジン始動できない場合に、最低限エンジンを始動できる回転数、つまり、着火に必要なエンジン回転数でクランキングさせるために実施される。
【００４４】
ステップ２１…再度始動判定を行い、エンジン始動が完了したと判定された場合（判定結果ＹＥＳ）は、本処理を終了し、判定結果がＮＯの時は、始動完了が成立するまで待機する（ステップ２１を繰り返す）。
【００４５】
続いて、前述のステップ１７（界磁制御ルーチン）の処理手順を図３のフローチャートを用いて説明する。
ステップ１７ａ…スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄ′＝Ｄとする。
ステップ１７ｂ…例えば、Ｎｅセンサ１５（図１参照）より入力したセンサ信号を基に、エンジン回転数Ｎｅを検出する。
ステップ１７ｃ…短絡用リレー１３のオン／オフ状態を判定し、オフの場合はステップ１７ｄに進み、オンの場合はステップ１７ｆに進む。
【００４６】
ステップ１７ｄ…エンジン回転数Ｎｅが第１の所定値Ｎｅ１より大きいか否かを判定する。エンジンの初爆後、エンジンが燃焼を開始すると、エンジンの筒内温度が上昇してエンジン油温が上昇するので、次第にエンジンのフリクショントルクが低減されて、エンジン回転数が上昇する。そこで、エンジン回転数Ｎｅが所定値Ｎｅ１より上昇しているか否かを判定し、Ｎｅ＞Ｎｅ１の場合はステップ１７ｅへ進み、Ｎｅ≦Ｎｅ１の場合はステップ１７ｈへ進む。
【００４７】
ステップ１７ｅ…短絡用リレー１３をオンした後、ステップ１７ｈへ進む。ここでは、短絡用リレー１３をオンすることで、第１直巻コイル７を短絡する短絡回路が形成されるため、第２直巻コイル８のみが直巻界磁として有効となる。その結果、スタータ特性が高トルク型から高回転型へ移行するため、効果的にエンジン回転数を上昇できる。
【００４８】
ステップ１７ｆ…エンジン回転数Ｎｅが第２の所定値Ｎｅ２（但し、Ｎｅ１＞Ｎｅ２）より小さいか否かを判定する。ステップ１７ｃで判定された短絡用リレー１３がオンの場合（第１直巻コイル７が短絡されている場合）に、何らかの理由でエンジン回転数Ｎｅが低下する場合が想定される。そこで、エンジン回転数Ｎｅが第２の所定値Ｎｅ２より小さいか否かを判定し、Ｎｅ＜Ｎｅ２の場合はステップ１７ｇへ進み、Ｎｅ≧Ｎｅ２の場合はステップ１７ｈへ進む。
【００４９】
ステップ１７ｇ…短絡用リレー１３をオフした後、ステップ１７ｈへ進む。ここでは、短絡用リレー１３をオフすることで、第１直巻コイル７と第２直巻コイル８とで直巻界磁が形成されるため、第２直巻コイル８のみが直巻界磁として有効となる。その結果、スタータ特性が高回転型から高トルク型へ移行するため、効果的にエンジン回転数を上昇できる。
ステップ１７ｈ…例えば、バッテリ１０の放電電流を検出する電流センサ１６（図１参照）より入力したセンサ信号を基に、バッテリ１０から電機子３ａに通電されるメイン電流Ｉ１を検出する。
【００５０】
ステップ１７ｉ…短絡用リレー１３のオン／オフ状態を判定し、オフの場合はステップ１７ｊに進み、オンの場合はステップ１７ｋに進む。
ステップ１７ｊ…目標メイン電流Ｉ０と実際のメイン電流Ｉ１との差に応じて、スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄをフィードバック制御する。つまり、Ｉ１＞Ｉ０の場合は、駆動ｄｕｔｙ比Ｄを大きくして、電機子３ａに流れるメイン電流を低減する方向に制御し、Ｉ１＜Ｉ０の場合は、駆動ｄｕｔｙ比Ｄを小さくしてメイン電流を増大する方向に制御する。
【００５１】
ステップ１７ｋ…目標メイン電流Ｉ０と実際のメイン電流Ｉ１との差に応じて、スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄをフィードバック制御する。つまり、Ｉ１＞Ｉ０の場合は、駆動ｄｕｔｙ比Ｄを大きくして、電機子３ａに流れるメイン電流を低減する方向に制御し、Ｉ１＜Ｉ０の場合は、駆動ｄｕｔｙ比Ｄを小さくしてメイン電流を増大する方向に制御する。なお、ステップ１７ｊのフィードバック係数ｋ１＞ステップ１７ｋのフィードバック係数ｋ２である。
【００５２】
ステップ１７ｊまたはステップ１７ｋを処理した後、メインルーチン（図２に示すフローチャート）のステップ１８へ復帰する。
なお、ステップ１７ｊ及びステップ１７ｋでは、メイン電流の差分をフィードバックしているが、制御の応答性を上げるためには、微分値を加えてフィードバックすることも考えられる。これによれば、クランキングトルクの変動に対しても、メイン電流をスタータの耐熱許容電流（図４参照）いっぱいに設定できるので、確実に耐熱性を確保しつつ、且つ最大出力を維持できる。
【００５３】
（実施例１の効果）
実施例１のエンジン始動制御装置１では、エンジンの始動開始から完爆に至るまでの間において、直巻コイル７、８の界磁量を切り換えると共に、分巻コイル９に通電する分巻電流（スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄ）を制御することで、界磁巻線の全界磁量を広範囲に制御できるので、常時スタータ出力の大きな動作点を使用することが可能であり、エンジン始動性を向上できる。特に、エンジンの始動開始から初爆までの間は、スタータの最高トルクを使用することで、極低温での始動性向上に効果が大きい。
【００５４】
具体的には、エンジンの初爆後、エンジンが燃焼を開始すると、エンジンの筒内温度が上昇してエンジン油温が上昇するので、次第にエンジンのフリクショントルクが低減されて、エンジン回転数が上昇する。これにより、スタータは、燃焼開始前（初爆前）のクランキング時に比べて、回転数が高くなる。そこで、エンジン回転数Ｎｅが第１の所定値Ｎｅ１を超えたところで、第１直巻コイル７を短絡（ステップ１７ｅ）させて、直巻界磁として有効な界磁量を低減することにより、より高回転型のスタータ特性となる。その結果、効果的にエンジン回転数を上昇でき、エンジン始動時間の短縮（特に、アイドルストップシステムを搭載する場合に、エンジン再始動時の短縮）が可能である。
【００５５】
また、何らかの理由で、エンジン回転数Ｎｅが第２の所定値Ｎｅ２より低くなる場合には、短絡用リレー１３をオフ制御（ステップ１７ｇ）することにより、第１直巻コイル７と第２直巻コイル８とで直巻界磁を形成できるので、有効な界磁量が増大することができ、その結果、より高トルク型のスタータ特性となり、この場合でも、効果的にエンジン回転数を上昇でき、エンジン始動時間の短縮（特に、アイドルストップシステムを搭載する場合に、エンジン再始動時の短縮）が可能である。
【００５６】
更に、初爆後においては、直巻コイル７、８の界磁量を切り換えるだけでなく、分巻コイル９に通電する分巻電流（スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄ）を制御することにより、常時、スタータ出力の大きな動作点を使用することができる。すなわち、エンジンが初爆するまでは、スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝１００％で制御しているが、図４に示す様に、燃焼後（初爆後）のクランキングトルクＴ２になると、駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝１００％のままでは、スタータ出力がＰ０しか得られない。
【００５７】
これに対し、駆動ｄｕｔｙ比Ｄを低減して、例えば、駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝Ｄ２％に設定すると、燃焼後のクランキングトルクＴ２に対して最大の出力Ｐ１が得られる。つまり、クランキング回転数を最高にして始動時間を最短にできる。しかし、駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝Ｄ２％に設定すると、クランキングトルクＴ２でのスタータ出力Ｐ１は大きくはなるが、スタータの許容耐熱電流を超えてしまう。そこで、駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝Ｄ１％（＞Ｄ２％）に変更すると、スタータの耐熱許容電流を超えることなく、且つ初爆後のクランキングトルクＴ２に対しても高いスタータ出力Ｐ２を得ることができる。
【００５８】
更に、エンジン始動途中で、何らかの異常が生じた場合、あるいは、スタータが所定時間作動してもエンジン始動できない場合等には、着火に必要なエンジン回転数でクランキングできるように（最低限エンジンを始動できるように）、第１直巻コイル７と第２直巻コイル８とで直巻界磁を形成し、且つスイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄ＝１００％に制御しているので、異常時でも確実にエンジン始動を行うことができる。
【００５９】
（変形例）
実施例１では、初爆後の界磁制御ルーチンにおいて、目標メイン電流と実際のメイン電流との差に応じて、スイッチング素子１４の駆動ｄｕｔｙ比Ｄをフィードバック制御しているが、例えば、メイン電流とバッテリ電圧との関係に相関があるので、目標メイン電流から目標バッテリ電圧を設定し、その目標バッテリ電圧と実際のバッテリ電圧との差に応じて駆動ｄｕｔｙ比Ｄをフィードバック制御しても良い。
【００６０】
あるいは、メイン電流とエンジン回転数との関係に相関があるので、目標メイン電流から目標エンジン回転数を設定し、その目標エンジン回転数と実際のエンジン回転数との差に応じて駆動ｄｕｔｙ比Ｄをフィードバック制御しても良い。
また、目標メイン電流は、所定のバッテリ電圧以上となるように設定することで、エンジン始動時のバッテリ電圧低下を確実に防止することもできる。あるいは、所定のエンジン回転数となるように目標メイン電流を設定することで、エンジン始動時の不快な車両振動を低減でき、高い始動性能を実現することもできる。
【００６１】
実施例１では、短絡用リレー１３のオン／オフ状態に応じて、直巻コイル７、８の界磁量を２段階に切り換えているが、例えば、短絡用リレー１３の数を増やして、直巻コイル７、８の界磁量を３段階以上に切り換えるように構成しても良い。
また、短絡用リレー１３をオンして、第１直巻コイル７を短絡する短絡回路が形成されても、第１直巻コイル７に全く電流が流れない訳ではないので、例えば、第１直巻コイル７の前または後にスイッチを入れて、短絡用リレー１３をオンする時には、前記スイッチを開くことで、第１直巻コイル７への通電を完全に遮断するように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】実施例１に係るエンジン始動制御装置の構成を示す制御回路図である。
【図２】実施例１に係るエンジン始動時の制御フローチャートである。
【図３】実施例１に係る界磁制御ルーチンを示すフローチャートである。
【図４】実施例１に係るスタータの特性図である。
【符号の説明】
【００６３】
１    エンジン始動制御装置
２    ＥＣＵ（スタータ制御装置）
３    複巻式モータ
３ａ  電機子
７    第１直巻コイル（直巻コイル）
８    第２直巻コイル（直巻コイル）
９    分巻コイル
１０    バッテリ
１３    短絡用リレー（直巻界磁量切換手段）
１４    スイッチング素子（分巻電流制御手段）
【図１】
2005188451.tif 000003
【図２】
2005188451.tif 000004
【図３】
2005188451.tif 000005
【図４】
2005188451.tif 000006