(57)【要約】【課題】エンジン始動時の始動性を早め、始動時の静粛性を向上させ、ドライバに違和感を与えることなくエンジンの始動を可能とするエンジン始動装置を提供する。【解決手段】所定のエンジン自動停止条件が成立した場合にエンジンを停止してエンジンを自動停止し、エンジン自動停止条件の成立後に、所定の再始動条件が成立したときにエンジンを再始動するエンジン始動装置において、始動・再始動の要求が入ると、電源１の電力をスタータ７に供給するためにスイッチ２がオンされ、電源１の電圧がスタータ７に供給されてスタータモータ４が駆動され、スタータ７がエンジンを回し始め、その後、切換スイッチ１２をオンして、高圧電源１１の電圧をスタータ７に供給してエンジンの始動を継続する。【選択図】図１
2016205305.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン始動用のスタータモータおよび前記スタータモータの回転力をリングギヤに伝達する伝達部を有したスタータと、前記スタータモータに対する電力供給を制御する制御部を有し、エンジン停止条件が成立した場合にエンジンを停止し、エンジン停止条件の成立後に、再始動条件が成立したときにエンジンを再始動するエンジン始動装置であって、前記制御部は、エンジン始動動作中に前記スタータモータに供給される電圧を低電圧側から高電圧側に切り換えることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記スタータモータに供給される電圧を前記スタータモータの運転開始からあらかじめ定められた時間遅れて切り換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記スタータモータに低電圧供給から４０ミリ秒（msec）から８０ミリ秒（msec）後に高電圧供給に切り換えることを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記スタータモータに供給される電圧を前記スタータモータの回転数があらかじめ定められた回転数になれば切り換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記スタータは、前記スタータモータの出力軸側にスプライン結合され、軸方向に摺動するとともに、エンジン回転と反対方向の回転に対しては空転する一方向クラッチを有するピニオン部と、前記ピニオン部を移動させる押出し機構と、前記押出し機構により押し出された前記ピニオン部のピニオンと噛み合い、前記スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギヤとを備え、前記制御部は、前記スタータモータに供給される電圧を前記ピニオンが前記リングギヤに噛み合った後に切り換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、エンジン自動停止条件が成立するとエンジンの自動停止を行い、その後再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動停止再始動システムのためのエンジン始動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両のエンジンをスタータモータにより始動する場合、スタータモータとしては車載用バッテリの単一電源にて駆動されていた。また、スタータモータとしては、一般的に低回転高トルク型の特性のものが採用されてきた。これはエンジンの回転抵抗が大きくなる時、例えば極低温時のような場合にも確実な始動を行うためである。
しかしながら、低回転高トルク型の特性ではエンジンの回転数を高くすることができず、アイドリングストップからのエンジンの再始動に時間がかかってしまう場合があった。
【０００３】
これに対し、例えばエンジン始動装置において、エンジン始動用のスタータモータと、スタータモータの起動トルクに影響を与える物理量を検出する検出手段と、物理量に基づいてスタータモータのトルク−回転数特性を変更する制御手段とを備え、制御手段は、起動トルクが所定レベルを上回ると想定される物理量を検出した場合にトルク−回転数特性を低トルク側に変更するか、もしくは、起動トルクが所定レベルを下回ると想定される物理量を検出した場合トルク−回転数特性を高トルク側に変更するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３２８９１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のエンジン始動装置は、上述のように構成されているので、例えば特許文献１においては、スタータモータの起動トルクに影響を与える物理量を検出する検出手段と物理量に基づいてスタータモータのトルク−回転数特性を変更するトルク制御手段とを備え、検出された物理量に基づいてスタータモータの特性を切り換えるため複雑な構成となる。また、通常（エンジンの暖機が終わっている状態）運転時はアイドルストップからの再始動はトルク過剰側と判断されるため低トルク側にシフトするので従来の始動に対して始動時のもたつきを生じてしまうという課題があった。
【０００６】
この発明は、従来の装置における前述のような課題を解決するためになされたものであり、エンジン始動時の始動性を早め、始動時の静粛性を向上させ、ドライバに違和感を与えることなくエンジンの始動を可能とするエンジン始動装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るエンジン始動装置においては、エンジン始動用のスタータモータおよびスタータモータの回転力をリングギヤに伝達する伝達部を有したスタータと、スタータモータに対する電力供給を制御する制御部を有し、エンジン停止条件が成立した場合にエンジンを停止し、エンジン停止条件の成立後に、再始動条件が成立したときにエンジンを再始動するエンジン始動装置であって、制御部は、エンジン始動動作中にスタータモータに供給される電圧を低電圧側から高電圧側に切り換えるものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明のエンジン始動装置によれば、スタータモータの出力をスタータモータの動作中に高出力側に変更可能としているので、エンジンを早く始動させることが可能となり、静粛性（聴感レベルの騒音低減）を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の回路を概略的に示す構成図である。
【図２】この発明によるエンジン始動装置におけるスタータの出力、トルク、回転数の特性を示すイメージ図である。
【図３】この発明によるエンジン始動装置における高圧印加遅れ時間と始動時間の関係を示す特性図である。
【図４】この発明によるエンジン始動装置における高圧印加遅れ時間と始動時の単位時間当たりの騒音の関係を示す特性図である。
【図５】この発明によるエンジン始動装置における高圧印加遅れ時間とピニオンとリングギヤの噛合い時間の関係を示す特性図である。
【図６】この発明によるエンジン始動装置の始動性を示す特性図である。
【図７】この発明の実施の形態２におけるエンジン始動装置の回路を概略的に示す構成図である。
【図８】この発明の実施の形態３におけるエンジン始動装置の回路を概略的に示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の回路図を示すものである。
本実施の形態１におけるエンジン始動装置は、図１に示すように、電源１、始動ならびに再始動の指令で動作するスイッチ（始動スイッチとも称す）２、高圧電源１１、高圧電源１１を入り切りする切換スイッチ１２、並びにスタータ７を有している。スタータ７は、スタータモータ４、スタータモータ４の回転力を図示していないリングギヤ（エンジンリングギヤとも称す）に伝達するピニオン部のピニオン５、スタータモータ４への通電を入り切りするとともにピニオン５を図示していないリングギヤに噛合わせる方向および噛合いを解除させる方向に移動させるソレノイドスイッチ３から構成されている。
また、この種のスタータ７は、スタータモータ４の出力軸側にスプライン結合され、軸方向に摺動するとともに、エンジン回転と反対方向の回転に対しては空転する一方向クラッチを有するピニオン部と、ピニオン部のピニオン５を後述するリングギヤとの噛み合い位置に移動させる押出し機構と、押出し機構により押し出されたピニオン部のピニオン５と噛み合い、スタータモータ４の回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギヤとを備えている。
なお、このエンジン始動装置には、スイッチ２ならびに切換スイッチ１２を制御するＥＣＵ（Engine Control Unit）１５（制御部とも称す）を備えている。本実施の形態では、ＥＣＵ１５が制御部としての機能を果たしている。
【００１１】
電源１は、１２Ｖバッテリで構成され、スタータ７への電力供給を行う。
スイッチ２はドライバのキー操作やボタン操作、あるいはエンジン自動始動条件の成立等に伴いＥＣＵ１５からの指令によりオン（ＯＮ）となる。
【００１２】
ソレノイドスイッチ３は、機械的なリレーとして構成され、スイッチ２のオンによりソレノイドスイッチ３内のコイル３ａ、３ｂへと通電される。そして、コイルへの通電によりソレノイドスイッチ内の可動接点３ｃが移動して固定接点３ｄ、３ｅに接続され，端子Ｂ−Ｍ間を閉路し、スタータモータ４への通電が行われる。なお、コイル３ａ、３ｂの接続点に接続された端子Ｓはスイッチ２の一端に接続され、端子Ｂはスイッチ２と切換スイッチ１２の接続点に接続され、また、端子Ｍはスタータモータ４に接続されている。
【００１３】
一般的にエンジン始動のためのスタータは、極低温等でエンジントルクが高くなる環境でも確実に始動できるように高トルクのスタータ特性となっている。しかしながら、アイドリングストップからのエンジン再始動では、ドライバの発進意図に沿い、交通の流れに乗れるように、迅速にエンジンが始動できるように、高回転となるようなスタータ特性が求められる。
【００１４】
実施の形態１においては、高圧電源１１が、電源１に並列に接続するように構成されており、高圧電源１１の電力を入り切りする切換スイッチ１２によりスタータ７、即ちスタータモータ４へ高圧電源１１からの電力供給を入り切りする構成としている。
【００１５】
また、ＥＣＵ１５は例えばエンジンＥＣＵやアイドリングストップ用ＥＣＵ等で構成され、スイッチ２や切換スイッチ１２のオン、オフ（ＯＦＦ）動作を決定する。具体的には、ＥＣＵ１５からの指令によってスイッチ２の励磁コイル２ａならびに、切換スイッチ１２の励磁コイル１２ａの励磁がオン、オフされることで、スイッチ２、切換スイッチ１２がオン、オフされる。
【００１６】
図２は、低温始動性を加味したスタータを使い、電源１あるいは、高圧電源１１をスタータ７に供給した場合のスタータ電流に対するスタータの出力、トルク、回転数の特性を表した特性図である。
図２において、太実線Ｐｎは通常電圧（電源１）での出力、細実線Ｔｎは通常電圧（電源１）でのトルク、太一点鎖線Ｎｎは通常電圧（電源１）での回転数、太破線Ｐｈは高電圧での出力、細破線Ｔｈは高電圧でのトルク、細一点鎖線Ｎｈは高電圧での回転数をそれぞれ示している。
また、二点鎖線は、回転数の変化経路を示しており、電圧切換ポイントＳＰにおいて、電圧を通常電圧から高電圧に切り換えた場合の回転数の変化状況を示している。なお、二点鎖線の特性は、通常電圧では太一点鎖線Ｎｎのように変化し、高電圧では細一点鎖線Ｎｈのように変化するものであるが、図２では便宜上、太一点鎖線Ｎｎ、細一点鎖線Ｎｈに沿って表示している。即ち、電圧切換ポイントＳＰで低圧側から高圧側に切換えるとスタータ７の出力（スタータの回転数）が高くなり、エンジンを早く回すことが可能となり速くエンジンを始動することができるようになる。このように、二点鎖線の起点からスタータ７の制御が始まって、あらかじめ定められた時間遅れで電圧を低圧側から高圧側に切り換え、高出力側でスタータ７を駆動して速くエンジンを始動する。
【００１７】
この図２に示すように、高圧電源１１から給電することでスタータ出力が増加する。即ち、高電圧にすると、より大きな電流を流せるようになり、また電流の全域でスタータ７の出力が上昇する。この出力は、電流に対するトルク特性は同じであるが、スタータ回転数が上昇することで出力が増加する。図中、電圧切換ポイントＳＰで高電圧側に切換えられると、スタータ７の回転数は高電圧側の回転数となってエンジンの回転数を持ち上げることとなり、迅速にエンジンを始動することが可能となる。
【００１８】
次に本実施の形態１におけるエンジン始動装置の動作について説明する。
高圧電源１１をいきなりスタータ７に供給すると、図２で示すように、初期から過大なトルクが作用するためピニオンのギヤならびにエンジンのリングギヤに損傷を与えてしまい、延いては、エンジンの始動が出来なくなるような損傷となる可能性がある。また、エンジン始動時に発生する騒音が大きくなってしまう。このため、エンジンを始動し始めるときには電源１の電圧でエンジンを回し始めた後に高圧電源を供給する構成としている。
【００１９】
ＥＣＵ１５に始動・再始動の要求が入ると、電源１の電力をスタータ７に供給するためにスイッチ２がオンされ、電源１の電圧がスタータ７に供給されるのでスタータモータ４が駆動され、スタータ７がエンジンを回し始める。その後、切換スイッチ１２をオンして、高圧電源１１の電圧をスタータ７に供給してエンジンを迅速に始動する。
切換スイッチ１２をオンする切換えタイミングは、スイッチ２のオンからの遅れ時間、ならびにエンジン回転数等からＥＣＵ１５で決定される。
【００２０】
図３は、高圧電源１１の供給遅れ時間（電源１を供給してからの遅れ時間）と始動時間の関係を表した図である。また、図４は、始動時の単位時間当たりの騒音を表した図である。図５は、ピニオンとリングギヤの噛合い時間を表した図である。これらの図で、遅れ時間０の位置は始動初期から高圧電源１１のみでエンジンを始動した時の値を示している。
これらの図から、始動初期から高圧電源を供給した場合、噛合い時間ならびに始動時間は最も早いが始動時の単位時間当たりの騒音が最も大きくなる。これに対し、高圧電源の供給遅れ時間を長くしていくにしたがって、始動時間は徐々に長くなるが、４０ミリ秒（msec）辺りからほぼ一定となり、１００ミリ秒（msec）を超えると時間が長くなる。噛合時間に関しても４０ミリ秒（msec）辺りからほぼ一定となる。また、単位時間当たりの騒音に関しても高圧電源の供給遅れ時間を長くしていくにしたがって、騒音は低減していくが４０ミリ秒（msec）辺りから低下の割合はほぼ一定となっていく。
これは、ピニオンがリングギヤに噛合った時間に関係しており、ピニオンがリングギヤに噛合った後に高圧電源１１に切換えてエンジンを迅速に立ち上げることで始動時間の短縮と騒音の低減ができたものと考える。
即ち、通常ピニオン端面がリングギヤ端面に到達するまでの時間がおよそ１５〜２５ミリ秒（msec） 程度要し、その後、数１０ミリ秒（msec）かかって、ピニオンがリングギヤと噛合いが完了する。このことから、スタータ７をオンしてから概略４０ミリ秒（msec）以上であれば、ピニオンとリングギヤが完全に噛合いを終えているので、歯が噛合っている状態から勢いよく回すことで始動時間の悪化を抑えつつ騒音を低減できる。
【００２１】
以上より、高圧電源の供給遅れ時間を４０ミリ秒（msec）〜８０ミリ秒（msec）とすることで始動時間を短縮しながら騒音を抑えることが可能となる。あるいは、高圧電源の供給遅れをピニオンとリングギヤが噛合った後に切換えることでも同様の効果を有する。
【００２２】
図６は、低温始動性を加味したスタータを使い高圧電源１１の電圧と始動時間の関係を表した図である。この図から、電圧を高めていくにしたがって迅速にエンジンを始動できるが、１６Ｖ〜１８Ｖ付近において始動時間の短縮効果が顕著に現れるものの１８Ｖ以上の電圧では迅速に始動できる効果も薄れていくことがわかる。
これより、高圧電源の電源電圧は１６Ｖ〜１８Ｖにすることが望ましい。
【００２３】
実施の形態２．
実施の形態１では、高電圧側の切換スイッチ１２を時間遅れを設けてオンする構成としていたが、本実施の形態２におけるエンジン始動装置においては、図７に示すように、切換スイッチ１２の代わりにスタータの回転部材に遠心スイッチ２２を配設した構成にした。この遠心スイッチ２２には高圧電源１１が接続されている。本実施の形態においては、ＥＣＵ１５、遠心スイッチ２２によって制御部が構成される。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であって、同一符号は同一又は相当部分を示している。このように構成されたものにおいて、ＥＣＵ１５からの指令によってスイッチ２の励磁コイル２ａが励磁され、スイッチ２がオンされると、ソレノイドスイッチ３がオンすることにより、電源１とスタータモータ４が接続され、スタータモータ４が回転し始める。その後、遠心スイッチ
２２（所定回転になるとオンするスイッチ）がオンすることによって高圧電源１１の電力がスタータモータ４に供給される。このような構成としても実施例１と同様の効果が得られる。
【００２４】
図７に示す構成とすることで、実施の形態１のようにＥＣＵ１５にて切換スイッチ１２を制御するような構成にする必要がなく、通常の始動制御となんら変わらないものとなる。
【００２５】
実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３におけるエンジン始動装置の回路図を示すものである。
本実施の形態３におけるエンジン始動装置は、図８に示すように、高電圧を供給する構成として、電源１に対して電源３１が切換スイッチ３２によって直列に接続されるよう切換えることができる構成とした。即ち、切換スイッチ３２が動作していない時には、図に示すように、切換スイッチ３２の固定接点３２ａ側が可動接点３２ｃに接続されて導通状態となっている。また、切換スイッチ３２の励磁コイル３２ｄが励磁され、切換スイッチ３２を動作させることによって、可動接点３２ｃが固定接点３２ａ側から固定接点３２ｂ側に切換わり、固定接点３２ｂ側に導通状態が変更される構成となっている。これらの切り換え動作は、制御部であるＥＣＵ１５からの指令によって制御される。なお、その他の構成は実施の形態１と同様であって、同一符号は同一又は相当部分を示している。
【００２６】
電源１からの電力供給によってスタータモータ４が回転し始めた後、切換スイッチ３２により電源３１を電源１に直列に接続することによって電源１の電圧と電源３１の電圧とが加算された高電圧が供給される。
実施の形態３の構成としても、実施の形態１と同様の効果が得られる。切換のタイミングは時間、スタータ回転数、あるいはエンジンの回転数であっても同様の効果を有する。また、図８の構成とすることで、電源３１は実施の形態１のような高電圧の電源でなくてもよく、電源１の電圧と電源３１の電圧を加算した電圧が高圧側の電圧となれば良いこととなるので高圧側の電源を小型化することが可能となる。
【００２７】
また、高圧電源は、鉛電池やキャパシタ等、電源１よりも高電圧の電源であればどのようなものであっても同等の効果を有することは言うまでもない。
【００２８】
エンジン始動装置の動作中にエンジン始動装置の出力を切り換える手段として上述の説明では供給電圧のみを切換えていたが、スタータの界磁を切り換える（例えば、高出力用の巻線に切換える）ことで高回転側にスタータの特性を切換えても同等の効果を有する。
【００２９】
この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することができる。
【符号の説明】
【００３０】
１  電源、２  スイッチ、４  スタータモータ、７  スタータ、１１高圧電源、１２切換スイッチ、１５  ＥＣＵ，２２  遠心スイッチ、３１  電源、３２  切換スイッチ
【図１】
2016205305.tif 000003
【図２】
2016205305.tif 000004
【図３】
2016205305.tif 000005
【図４】
2016205305.tif 000006
【図５】
2016205305.tif 000007
【図６】
2016205305.tif 000008
【図７】
2016205305.tif 000009
【図８】
2016205305.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成28年4月12日(2016.4.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン始動用のスタータモータおよび前記スタータモータの回転力をリングギヤに伝達する伝達部を有したスタータと、前記スタータモータに対する電力供給を制御する制御部を有し、エンジン停止条件が成立した場合にエンジンを停止し、エンジン停止条件の成立後に、再始動条件が成立したときにエンジンを再始動するエンジン始動装置であって、前記スタータは、前記スタータモータの出力軸側にスプライン結合され、軸方向に摺動するとともに、エンジン回転と反対方向の回転に対しては空転する一方向クラッチを有するピニオン部と、前記ピニオン部を移動させる押出し機構と、前記押出し機構により押し出された前記ピニオン部のピニオンと噛み合い、前記スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギヤとを備えたエンジン始動装置において、前記制御部は、エンジン始動動作中に前記スタータモータに供給される電圧を低電圧側から高電圧側に切り換えることを特徴とするエンジン始動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記スタータモータに供給される電圧を前記スタータモータの運転開始からあらかじめ定められた時間遅れて切り換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記スタータモータに低電圧供給から４０ミリ秒（msec）から８０ミリ秒（msec）後に高電圧供給に切り換えることを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記スタータモータに供給される電圧を前記スタータモータの回転数があらかじめ定められた回転数になれば切り換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記スタータモータに供給される電圧を前記ピニオンが前記リングギヤに噛み合った後に切り換えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係るエンジン始動装置においては、エンジン始動用のスタータモータおよびスタータモータの回転力をリングギヤに伝達する伝達部を有したスタータと、スタータモータに対する電力供給を制御する制御部を有し、エンジン停止条件が成立した場合にエンジンを停止し、エンジン停止条件の成立後に、再始動条件が成立したときにエンジンを再始動するエンジン始動装置であって、スタータは、スタータモータの出力軸側にスプライン結合され、軸方向に摺動するとともに、エンジン回転と反対方向の回転に対しては空転する一方向クラッチを有するピニオン部と、ピニオン部を移動させる押出し機構と、押出し機構により押し出されたピニオン部のピニオンと噛み合い、スタータモータの回転力が伝達されることでエンジンを始動するリングギヤとを備えたエンジン始動装置において、制御部は、エンジン始動動作中にスタータモータに供給される電圧を低電圧側から高電圧側に切り換えるものである。