JP2003139029A - エンジン始動システム - Google Patents

エンジン始動システム

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ピニオンギヤからリングギヤにトルク伝達が
行われる際に生じる衝撃力を緩和して、衝突音の低減及
びギヤの損傷を防止すること。 【解決手段】 始動モータ１に通電が開始された後、例
えば、エンジン制御信号が検出されてから所定時間後
（ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する少
し手前）に始動モータ１の電圧制御を開始する。具体的
には、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さ
くなる様に、始動モータ１の印加電圧を下げる。これに
より、スタータ回転数が低下してピニオンギヤとリング
ギヤとの回転速度差が小さくなるので、ピニオンギヤの
歯面がリングギヤの歯面にソフトに当たることができ
る。その結果、ギヤ当接時の衝撃力が緩和されてギヤ同
士の衝突音を低減することができ、且つピニオンギヤ及
びリングギヤの損傷を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、スタータによりエ
ンジンを始動させるエンジン始動システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来より、エンジン始動を行うためのピ
ニオン飛込み式スタータが知られている。このピニオン
飛込み式スタータは、始動時にピニオンギヤを押し出し
てエンジンのリングギヤに噛み合わせた後、スタータモ
ータの回転力をピニオンギヤに伝達して、そのピニオン
ギヤからリングギヤにモータトルクを伝達することによ
りエンジンを始動している。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記のスタ
ータは、ピニオンギヤとリングギヤとの間にバックラッ
シュが設けられているため、ピニオンギヤからリングギ
ヤへのトルク伝達がエンジンの負荷変動に応じて間欠的
に行われる。つまり、エンジン回転速度は、ピストンが
上死点から下死点へ向かう時に速くなり、ピストンが下
死点から上死点へ向かう時に遅くなるため、エンジン回
転速度が遅くなる過程でピニオンギヤからリングギヤに
トルク伝達が行われる際に、上記のバックラッシュの影
響でピニオンギヤがリングギヤに繰り返し衝突する。そ
の結果、ギヤ同士の衝突によって大きな衝突音が発生す
る（エンジン始動音が大きくなる）と共に、ピニオンギ
ヤ及びリングギヤが損傷するという問題があった。
【０００４】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、ピニオンギヤからリングギヤにトル
ク伝達が行われる際に生じる衝撃力を緩和することによ
り、衝突音の低減及びギヤの損傷を防止できるエンジン
始動システムを提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】（請求項１の発明）始動
モータの印加電圧を制御する電圧制御手段は、エンジン
のピストンが下死点を過ぎてエンジン回転数が低下する
過程で、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差によ
りピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する前
に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さく
なる様に始動モータの印加電圧を下げることを特徴とす
る。
【０００６】これにより、ピニオンギヤとリングギヤと
の回転速度差が小さくなることで、ピニオンギヤの歯面
がリングギヤの歯面にソフトに当たるため、その当接時
の衝撃力が緩和されてギヤ同士の衝突音を低減でき、且
つピニオンギヤ及びリングギヤの損傷を防止できる。
【０００７】（請求項２の発明）始動モータの印加電圧
を制御する電圧制御手段は、エンジンのピストンが上死
点を過ぎてエンジン回転数が上昇する時に、ピニオンギ
ヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる様に始動モ
ータの印加電圧を上げることを特徴とする。この場合、
エンジン回転数の上昇に追従させて始動モータの回転数
を上昇させるため、ピニオンギヤとリングギヤとの回転
速度差が小さくなる。その結果、ピニオンギヤの歯面が
リングギヤの歯面に衝突する時の衝撃力が緩和されるた
め、ギヤ同士の衝突音を低減でき、且つピニオンギヤ及
びリングギヤの損傷を防止できる。
【０００８】（請求項３の発明）請求項１または２に記
載したエンジン始動システムにおいて、電圧制御手段
は、始動モータの印加電圧を制御する制御開始時期を、
点火信号、噴射信号、クランク角信号等のエンジン制御
信号、または始動モータに通電される電流の変動時期に
基づいて決定する。
【０００９】ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に
衝突する時期は、例えばエンジンの上死点または下死点
からの経過時間として推定できる。従って、エンジンの
上死点または下死点を特定できるエンジン制御信号ある
いは始動モータに通電される電流の変動時期に基づいて
制御開始時期を決定することができる。なお、始動モー
タに通電される電流は、エンジンの負荷変動に対応して
変化するため、電流値が増大傾向から減少傾向に変わる
時期（エンジンの上死点に相当する）、あるいは減少傾
向から増大傾向に変わる時期（エンジンの下死点に相当
する）を検出することでエンジンの上死点及び下死点を
特定できる。
【００１０】
【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はエンジン始動システムの電気回路
図である。本実施例のエンジン始動システムは、エンジ
ン（図示しない）を始動するためのスタータ（下述す
る）と、このスタータに使用される始動モータ１の印加
電圧を制御するＥＣＵ２（本発明の電圧制御手段）とを
備えている。
【００１１】スタータは、回転力を発生する始動モータ
１と、この始動モータ１の通電電流をON/OFF制御する電
磁スイッチ３、及びエンジンのリングギヤ（図示しな
い）に噛み合って始動モータ１の回転力をリングギヤに
伝達するピニオンギヤ（図示しない）等より構成される
周知のピニオン飛込み式スタータである。始動モータ１
は、例えば直流電動機であり、電磁スイッチ３により始
動モータ１の通電回路（図１参照）が閉成すると、バッ
テリ４からアーマチャ１ａに給電されてアーマチャ１ａ
に回転力が発生する。
【００１２】電磁スイッチ３は、通電を受けて磁力を発
生する励磁コイル３ａと、この励磁コイル３ａの内周に
摺動自在に嵌装されるプランジャ３ｂとを有し、励磁コ
イル３ａが発生する磁力を受けてプランジャ３ｂが吸引
されると、プランジャ３ｂに具備される可動接点３ｃが
一組の固定接点３ｄに当接して両固定接点３ｄ間を導通
することにより、始動モータ１の通電回路を閉成する。
ピニオンギヤは、始動モータ１に回転駆動される出力軸
（図示しない）に設けられ、エンジン始動時に出力軸上
を前方へ押し出されてリングギヤに噛み合う。
【００１３】ＥＣＵ２は、IGキー５がST端子５ａに投入
されると、バッテリ４から電力の供給を受けて起動し、
始動モータ１に通電開始された後、始動モータ１に印加
されるバッテリ電圧を制御素子６を介してＰＷＭ制御す
る。制御素子６は、例えばトランジスタ等のスイッチン
グ素子であり、電磁スイッチ３に設けられる一方の固定
接点３ｄとバッテリ４との間に接続されている。
【００１４】次に、エンジン始動システムの動作手順を
図２に示すフローチャートに基づいて説明する。 Step10…IGキー５がST端子５ａに投入されると、ＥＣＵ
２に始動信号が入力されてＥＣＵ２が起動する。 Step20…スタータリレー７がONする。このスタータリレ
ー７は、ST端子５ａに接続されたリレーコイル７ａと、
バッテリ４と励磁コイル３ａとの間に設けられたリレー
スイッチ７ｂとで構成され、リレーコイル７ａに通電さ
れるとリレースイッチ７ｂがONする。
【００１５】Step30…リレースイッチ７ｂがONすると、
バッテリ４から電磁スイッチ３の励磁コイル３ａに通電
されてプランジャ３ｂが吸引される。 Step40…プランジャ３ｂの移動により、プランジャ３ｂ
に具備された可動接点３ｃが一組の固定接点３ｄに当接
して始動モータ１の通電回路が閉成する。その結果、バ
ッテリ４から制御素子６を介して始動モータ１に通電が
開始される。
【００１６】Step50…始動モータ１の印加電圧を制御す
る制御開始時期を外部信号に基づいて判定する。例え
ば、図３に示す様に、エンジン制御信号（点火信号、噴
射信号、クランク角信号等）あるいは始動モータ１の通
電電流の変動時期（極大値または極小値）が検出されて
から所定時間Δｔが経過したか否かを判定する。判定結
果がYES の時はStep60へ進み、判定結果がNOの時は所定
時間Δｔが経過するまでStep50を繰り返し実行する。
【００１７】この制御開始時期は、図４に示す様に、ク
ランキング中のエンジン負荷変動によりエンジン回転数
が低下する時（ピストンが下死点から上死点へ向かう過
程）に、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度差から
ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期
（図中のエンジン回転数とスタータ回転数とが交差する
Ａ点）より少し手前に設定される。なお、ピニオンギヤ
の歯面がリングギヤの歯面に衝突する時期は、上記のエ
ンジン制御信号または始動モータ１の通電電流の変動時
期から推定できるため、所定時間Δｔを適宜に設定する
ことにより、ギヤ衝突時期の少し手前から制御を開始す
ることができる。
【００１８】Step60…始動モータ１の印加電圧を制御す
る。具体的には、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速
度差が小さくなる様に、始動モータ１の印加電圧を下げ
る。 Step70…外部信号によりエンジンの始動判定を行う。こ
の判定結果がYES の時はStep80へ進み、判定結果がNOの
時はエンジン始動が確認されるまでStep70を繰り返し実
行する。 Step80…スタータリレー７をOFF して電磁スイッチ３へ
の通電を停止する。 Step90…電磁スイッチ３への通電停止により、プランジ
ャ３ｂが元の位置へ押し戻されるので、可動接点３ｃが
一組の固定接点３ｄから離脱して始動モータ１の通電回
路を開くことにより、始動モータ１への通電が停止す
る。
【００１９】（第１実施例の効果）本実施例のエンジン
始動システムは、ピニオンギヤの歯面がリングギヤの歯
面に衝突する前に始動モータ１の印加電圧を下げる様に
制御している。これにより、図４に破線グラフで示す様
にスタータ回転数が低下するので、ピニオンギヤとリン
グギヤとの回転速度差が小さくなる。その結果、ピニオ
ンギヤの歯面がリングギヤの歯面にソフトに当たるた
め、ギヤ当接時の衝撃力が緩和されてギヤ同士の衝突音
を低減することができ、且つピニオンギヤ及びリングギ
ヤの損傷を防止できる。
【００２０】（第２実施例）本実施例は、始動モータ１
の制御開始時期をエンジン回転数が上昇する初期（ピス
トンが上死点を過ぎた直後）に設定して、スタータ回転
数をエンジン回転数に追従させる様に始動モータ１の印
加電圧を制御する一例である。具体的には、エンジン回
転数が上昇する初期に始動モータ１の印加電圧を上げる
ことにより、図５に破線グラフで示す様にスタータ回転
数がエンジン回転数に追従する様に上昇するので、ピニ
オンギヤとリングギヤとの回転速度差が小さくなる。そ
の結果、エンジン回転数が低下する過程でピニオンギヤ
の歯面がリングギヤの歯面に当たる時（図中Ａ点）に、
その衝撃力が緩和されるため、ギヤ同士の衝突音を低減
することができ、且つピニオンギヤ及びリングギヤの損
傷を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】エンジン始動システムの電気回路図である。
【図２】本実施例の動作手順を示すフローチャートであ
る。
【図３】外部信号と始動モータの制御開始時期を示すタ
イムチャートである。
【図４】エンジン回転数とスタータ回転数の変化を表す
グラフである（第１実施例）。
【図５】エンジン回転数とスタータ回転数の変化を表す
グラフである（第２実施例）。
【符号の説明】
１ 始動モータ ２ ＥＣＵ（電圧制御手段） ６ 制御素子（電圧制御手段）
フロントページの続き (72)発明者 齋藤 幹男 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 西岡 裕二 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 中村 勉 愛知県西尾市下羽角町岩谷14番地 株式会 社日本自動車部品総合研究所内 Ｆターム(参考） 3G084 BA03 BA28 BA34 CA01 CA09 DA19 DA20 DA39 EC03 FA36

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】回転力を発生する始動モータとエンジン始
    動時にリングギヤに噛み合うピニオンギヤとを具備し、
    前記始動モータの回転力を前記ピニオンギヤから前記リ
    ングギヤに伝達してエンジンを始動するスタータと、 前記始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段とを
    有するエンジン始動システムであって、 前記電圧制御手段は、前記エンジンのピストンが下死点
    を過ぎてエンジン回転数が低下する過程で、前記ピニオ
    ンギヤと前記リングギヤとの回転速度差により前記ピニ
    オンギヤの歯面が前記リングギヤの歯面に衝突する前
    に、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとの回転速度差
    が小さくなる様に前記始動モータの印加電圧を下げるこ
    とを特徴とするエンジン始動システム。
  2. 【請求項２】回転力を発生する始動モータとエンジン始
    動時にリングギヤに噛み合うピニオンギヤとを具備し、
    前記始動モータの回転力を前記ピニオンギヤから前記リ
    ングギヤに伝達してエンジンを始動するスタータと、 前記始動モータの印加電圧を制御する電圧制御手段とを
    有するエンジン始動システムであって、 前記電圧制御手段は、前記エンジンのピストンが上死点
    を過ぎてエンジン回転数が上昇する時に、前記ピニオン
    ギヤと前記リングギヤとの回転速度差が小さくなる様に
    前記始動モータの印加電圧を上げることを特徴とするエ
    ンジン始動システム。
  3. 【請求項３】請求項１または２に記載したエンジン始動
    システムにおいて、 前記電圧制御手段は、前記始動モータの印加電圧を制御
    する制御開始時期を、点火信号、噴射信号、クランク角
    信号等のエンジン制御信号、または前記始動モータに通
    電される電流の変動時期に基づいて決定することを特徴
    とするエンジン始動システム。
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