(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン始動のためのスタータモータを備えるスタータと、
前記スタータモータの始動時、エンジンの温度に基づいて前記スタータモータの初期の回転速度を通常回転速度よりも遅い低回転速度で回すことの可能な通電抑制手段とを具備するスタータ制御システムにおいて、
前記通電抑制手段は、前記エンジンの温度に基づいて前記低回転速度で回す時間を可変する制御手段を備えることを特徴とするスタータ制御システム。
【請求項２】
エンジン始動のためのスタータモータを備えるスタータと、
前記スタータモータの始動時、エンジンの温度に基づいて前記スタータモータの初期の回転速度を通常回転速度よりも遅い低回転速度で回すことの可能な通電抑制手段とを具備するスタータ制御システムにおいて、
前記通電抑制手段は、前記エンジンの温度に基づいて前記初期の回転速度を可変する制御手段を備えることを特徴とするスタータ制御システム。
【請求項３】
請求項１または請求項２のスタータ制御システムにおいて、
前記通電抑制手段は、前記スタータモータの回転速度を可変する手段として、可変抵抗器を用いた可変手段、もしくは通電電子素子の通電率を可変させる可変手段を用いたことを特徴とするスタータ制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン始動用のスタータを制御するシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、車両の燃費向上、排気ガス低減等の目的のために、停車中にはエンジンを停止するエコランシステムが実施されている。このエコランシステムは、車速、アクセル開度、ブレーキ状態等を監視して、車両の停車時にエンジンを停止させるものであり、ブレーキが外されてアクセルが踏まれるとスタータを始動させてエンジンを始動し、車両を発進させるシステムである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
エコランシステムの場合、信号待ちから発進までの間にエンジン始動時間が必要になるが、信号待ちから発進までの時間がかかると、車両台数が多い都市部では渋滞が予測されるという警察庁の研究結果が報告されている。
このため、信号待ちから発進までの時間がかかるエコランシステムでは、エコランシステムそのものが法律や条例等で規制されてしまう可能性があり、エンジン始動時間を短縮させることが急務となっている。
【０００４】
また、エコランシステムの場合、頻繁にエンジンが始動されるために、一般的な車両ユーザにとっては、始動時に発生する騒音が既存車両（エコラン以外の車両）と比べて気になるため、始動時の騒音を抑える必要がある。吸音材や遮音材等での対策では騒音低減の限度があり、また吸音材等を増やすと車両重量が増えて本来の目的である燃費向上に背反する結果となるので、騒音の発生源を小さくすることが必要となっている。
【０００５】
【発明の目的】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジン始動時間の短縮、および始動騒音の低減を果たすことのできるスタータ制御システムの提供にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１、２の手段〕
請求項１、２の手段を採用し、エンジンをスタータで駆動して始動する際、スタータモータの初期の回転速度を通常回転速度よりも遅い低回転速度で回すことにより、次の効果を得ることができる。
【０００７】
静止慣性の大きいエンジンを動かす際に、スタータが高回転でいきなりエンジンに噛み合っても、スタータ側に衝撃負荷が発生してエンジンを回転駆動させるにはかえって時間がかかってしまう。そこで請求項１の発明を採用し、エンジンを低速回転で助走させてから通常の回転で駆動させるほうがエンジンの回転速度が素早く上昇するため、スタータによるエンジンの駆動から始動（完爆）までの時間を既存のスタータシステムよりも短縮できる。
【０００８】
スタータの起動時に、スタータが低速回転でエンジンに噛み合うため、噛合時の衝突音が小さくなる。また、慣性の大きいエンジンを低速回転で助走させてから通常の回転速度で駆動するため、エンジンの回転変動（即ちピストンの下死点から上死点移動での回転負荷変動）で生じる騒音を小さくできる。このように、既存のスタータシステムに比較して、噛合時の衝撃音およびエンジンの変動騒音を小さくすることができる。
【０００９】
〔請求項１に特有の手段〕
請求項１の手段を採用し、エンジンの温度に基づいて低回転速度で回す時間を可変するように設けたことにより、エンジン始動に最適な助走時間が得られ、短時間でエンジンを始動させることができる。
【００１０】
〔請求項２に特有の手段〕
請求項２の手段を採用し、エンジンの温度に基づいて初期の回転速度を可変するように設けたことにより、エンジン始動に最適な助走速度が得られ、短時間でエンジンを始動させることができる。
【００１１】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段を採用し、スタータモータの回転速度を可変する手段として、可変抵抗器を用いた可変手段、もしくは通電電子素子の通電率を可変させる可変手段を用いても良い。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を、複数の実施例と変形例を用いて説明する。
［第１実施例］
図１はスタータ１の通電回路図を示す。このスタータ１は、マグネットスイッチ２とスタータモータ３を備えるものであり、この実施例におけるスタータモータ３は、固定子側で起磁力を発生する励磁コイル４と電機子コイルを搭載したアーマチャ５よりなる周知構造のものである。
【００１４】
マグネットスイッチ２のコイル（プルインコイルとホールディングコイルからなる）２ａは、キースイッチ６、スタータリレー７を介して車載バッテリ８に接続されるものであり、キースイッチ６がON操作されると、スタータリレー７のコイル７ａが通電されて常開可動接点であるスタータリレー７がONして、マグネットスイッチ２のコイル２ａが通電されるように設けられている。そして、マグネットスイッチ２のコイル２ａが通電される状態では、常開可動接点であるマグネットスイッチ２がONする。
【００１５】
スタータモータ３の通電回路には、エンジン（図示しない）の状態に基づいてスタータモータ３の初期の回転速度を通常回転速度よりも遅い低回転速度で回すことを可能にする通電抑制手段１０が設けられている。
この通電抑制手段１０は、スタータモータ３の通電電圧あるいは通電電流を変化させるための可変手段１１と、この可変手段１１を制御する制御手段（以下、ＥＣＵ）１２とから構成される。
【００１６】
この実施例に示す可変手段１１は、図１に示すように、抵抗器１３と通電切替リレー１４とによって構成されるものであり、マグネットスイッチ２がONした際に、常開可動接点である通電切替リレー１４がOFF の場合は、スタータモータ３は抵抗器１３を介して通電されて低速回転で駆動され、通電切替リレー１４がONするとスタータモータ３は抵抗器１３をバイパスして通電されて通常の回転速度で駆動される。
【００１７】
通電切替リレー１４のコイル１４ａは、ＥＣＵ１２によって制御されるものであり、スタータモータ３の始動時、初期の回転速度を低回転速度で回した後に、通常回転速度で回すように制御される。
この実施例のＥＣＵ１２は、エンジンの温度に基づいて低回転速度で回す時間を可変するように通電切替リレー１４を制御するように設けられている。
【００１８】
なお、エンジンの温度を検出する手段として、この実施形態ではエンジンの温度を直接的に検出する検出手段（図示しない）を用いている。具体的な検出手段の一例を示すと、エンジンの温度を検出する手段として冷却水温度やエンジン温度等を温度センサ（図示しない）で読み取り、そのセンサ信号からエンジンの温度を検出している。
【００１９】
ＥＣＵ１２は、エンジンの温度に基づいて低回転速度で回す時間を決定するマップを搭載している。このマップはエンジンの温度が低い時は低回転速度で回す時間を長く、逆にエンジンの温度が高い時は低回転速度で回す時間を短く設定するものである。
【００２０】
スタータ１における電流制御を図２のフローチャートを参照して説明する。
ステップ１０１において、キースイッチ６がON操作（スタータ１の起動操作）されると、そのエンジン始動開始信号がＥＣＵ１２に入力される。すると、ＥＣＵ１２は、エンジンの温度に基づいて低回転速度でスタータモータ３を回す時間（低速回転時間）を決定する。
ステップ１０２において、スタータモータ３が抵抗器１３を介して通電される。これによって、スタータモータ３が通常回転速度よりもゆっくり回転し、スタータ１のピニオンギヤ（図示しない）がエンジンのリングギヤ（図示しない）にゆっくり噛み合うとともに、エンジンを通常よりも低回転速度で回転駆動する。
【００２１】
ステップ１０１で決定された時間（低速回転時間）が経過すると、ステップ１０３において、常開可動接点である通電切替リレー１４をONし、抵抗器１３をバイパスしてスタータモータ３を通電させる。これによって、スタータモータ３が通常の回転速度で回る。
エンジンがスタータ１によって回転駆動されて始動（完爆）して、キースイッチ６がOFF 操作（スタータ１の停止操作）されると、ステップ１０４においてスタータモータ３への通電は停止する。
【００２２】
次に、この実施例における作動および特徴を述べる。
キースイッチ６がON操作されると、スタータリレー７、マグネットスイッチ２がONする。この時、通電切替リレー１４は、起動後の所定時間に亘ってOFF 状態にされるため、スタータモータ３は抵抗器１３を介して車載バッテリ８と通電されて低速回転する。ＥＣＵ１２によって決定された所定時間が経過すると、通電切替リレー１４は、ＥＣＵ１２によってONされるため、スタータモータ３は車載バッテリ８から大電流を受けて通常速度で回転する。
【００２３】
このように、静止慣性の大きいエンジンを始動する際は、エンジンを低速回転で助走させてから通常の回転速度で駆動させるほうがエンジンの回転速度が素早く上昇する。このため、スタータ１によるエンジンの駆動から始動（完爆）までの時間を、これまでのスタータシステムよりも短縮することができる。
【００２４】
一方、スタータ１の起動時に、スタータ１のピニオンギヤ（図示しない）が低速回転でエンジンのリングギヤ（図示しない）に噛み合うため、噛合時の衝突音が小さくなる。また、慣性の大きいエンジンを低速回転で助走させてから通常の回転速度で駆動するため、エンジンの回転変動で生じる騒音を小さくできる。このように、これまでのスタータシステムに比較して、噛合時の衝撃音およびエンジンの変動騒音を小さくすることができる。つまり、エンジン始動時における騒音の発生源を小さくできる。
【００２５】
次に、エンジンを低速回転で助走させてから通常の回転速度で駆動させるほうが、低速回転で助走させない場合（従来のスタータシステム）よりも、エンジンの始動時間を短縮できる実験データを示す。なお、下記の実験データはエンジン冷間始動時のデータである。
図３（ａ）は低速回転で助走させない場合（従来のスタータシステム）におけるスタータモータ３に流れる電流値を示すグラフであり、図３（ｂ）は抵抗器１３の抵抗値を適度な値（例えば２５〜５０ｍΩ）に設定した場合におけるスタータモータ３に流れる電流値を示すグラフであり、図３（ｃ）は抵抗器１３の抵抗値を大きな値（例えば１００〜∞ｍΩ）に設定した場合におけるスタータモータ３に流れる電流値を示すグラフである。
なお、図３中に示す▲１▼はクランキング時に発生する山数を示すものであり、図３中に示す▲２▼はエンジンの始動に要する時間を示すものである。
【００２６】
次の表１に、低速回転時間（抵抗器１３を介してスタータモータ３を低速回転させる時間）と、抵抗器１３の抵抗値との関係における、クランキング時に発生する電流値の山数▲１▼および始動時間▲２▼の関係を示す。
【表１】
0004378895.tif 000002
【００２７】
上記の表１の最下段に示すように、低速回転で助走させない場合（従来のスタータシステム）は、山数▲１▼が４で、始動時間▲２▼が７８３ｍｓｅｃであった。
これに対し、低速回転時間を５０ｍｓｅｃに設定し、抵抗器１３の抵抗値を２５〜５０ｍΩの範囲で設定することにより、山数▲１▼を４より少なく、且つ始動時間▲２▼を７８３ｍｓｅｃより短くできることが明らかになった。特に、抵抗器１３の抵抗値を３３、５０ｍΩに設定することにより、山数▲１▼が３、始動時間▲２▼が５５１、５６５ｍｓｅｃとなり、従来のスタータシステムに比較して極めてエンジンの始動時間を短縮できることが明らかになった。
【００２８】
また、低速回転時間を１００ｍｓｅｃに設定し、抵抗器１３の抵抗値を３３、５０ｍΩに設定することにより、山数▲１▼を４より少なく、且つ始動時間▲２▼を７８３ｍｓｅｃより短くできることが明らかになった。特に、抵抗器１３の抵抗値を５０ｍΩに設定することにより、山数▲１▼が３、始動時間▲２▼が６２０ｍｓｅｃとなり、従来のスタータシステムに比較して極めてエンジンの始動時間を短縮できることが明らかになった。
さらに、低速回転時間を２００ｍｓｅｃに設定し、抵抗器１３の抵抗値を３３、５０ｍΩに設定することにより、山数▲１▼を４より少なく、且つ始動時間▲２▼を７８３ｍｓｅｃより短くできることが明らかになった。
【００２９】
つまり、上記表１に示すデータからは、低速回転時間を５０ｍｓｅｃに設定し、抵抗器１３の抵抗値を３３、５０ｍΩに設定するか、低速回転時間を１００ｍｓｅｃに設定し、抵抗器１３の抵抗値を５０ｍΩに設定することにより、従来のスタータシステムに比較して極めてエンジンの始動時間を短縮できることが明らかになった。なお、上記に示す数値は、実験によって得られた一例の数値であって、搭載されるエンジンやスタータによって、最適な低速回転時間や抵抗器１３の抵抗値が異なることが予想される。
【００３０】
一方、スタータ１の起動時に、スタータ１のピニオンギヤ（図示しない）が低速回転でエンジンのリングギヤ（図示しない）に噛み合うため、噛合時の衝突音が小さくなる。また、慣性の大きいエンジンを低速回転で助走させてから通常の回転速度で駆動するため、エンジンの回転変動で生じる騒音を小さくできる。このように、これまでのスタータシステムに比較して、噛合時の衝撃音およびエンジンの変動騒音を小さくすることができる。つまり、エンジン始動時における騒音の発生源を小さくできる。
【００３１】
［第２実施例］
上記の第１実施例では、通電切替リレー１４として常開可動接点を用いた機械式のスイッチング素子を用いたが、この第２実施例は、機械式のスイッチング素子に代えて、ＭＯＳ−ＦＥＴなど電子式のスイッチング素子（図示しない）を用いたものである。
【００３２】
［第３実施例］
上記の第１実施例では、エンジンの温度に基づいて低回転速度で回す時間を可変するように設けたが、この第３実施例は、エンジンの温度に基づいてスタータモータ３の初期の回転速度を可変するものである。
なお、第１実施例と第３実施例を組み合わせ、エンジンの温度に基づいて、低回転速度で回す時間を可変するとともに、スタータモータ３の初期の回転速度を可変するようにしても良い。
【００３３】
スタータモータ３の初期の回転速度を決定する手段としては、エンジンの温度に基づいて初期の回転速度を決定するマップをＥＣＵ１２に搭載し、始動時のエンジンの温度が低い時の方が温度が高い時よりも回転速度を低く設定する手段を採用している。
また、スタータモータ３の回転速度を可変する手段としては、可変抵抗器を用いた機械的な抵抗値の可変手段を用いても良いし、通電電子素子の通電率を可変させる可変手段（ＩＧＢＴ）を用いても良い。
【００３４】
［変形例］
上記の実施例では、始動時におけるエンジンの温度を検出する手段としてエンジンの温度を直接的に検出する例を示したが、エンジンの停止後の時間をタイマー等でカウントして、始動時におけるエンジンの温度を検出しても良い。
【００３５】
上記の実施例では、キースイッチ６の操作によってスタータ１が起動する例を示したが、キースイッチ６とは別に、ＥＣＵ１２によってON-OFFできるスイッチを設けて、スタータ１の作動を制御するように設けても良い。つまり、本発明をエコランシステムに適用しても良い。
上記の実施例で示した回路やスタータ１の構成等は、実施例を説明するための一例であって、適宜変更可能なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】スタータの通電回路図である。
【図２】スタータにおける電流制御のフローチャートである。
【図３】エンジン始動時における電流値の変化を示したグラフである。
【符号の説明】
１  スタータ
３  スタータモータ
１０  通電抑制手段
１１  可変手段
１２  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
0004378895.tif 000003
【図２】
0004378895.tif 000004
【図３】
0004378895.tif 000005