JP2005069071A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 内燃機関の一時停止後に確実に内燃機関を再始動することが可能な内燃機関の始動装置を提供する。
【解決手段】 内燃機関１を始動させる始動手段４と、前記始動手段の動力を前記内燃機関のクランク軸３へ伝達する伝達手段８と、前記伝達手段の動力伝達経路中に配置され、前記始動手段から前記クランク軸への動力伝達は許容し、前記クランク軸から前記始動手段への動力伝達は阻止するクラッチ手段１２と、を備えた内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の運転中に前記始動手段を動作させて前記始動装置の異常の有無を診断する診断手段１５を備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、始動モータからクランク軸への動力伝達は許容し、クランク軸から始動モータへの動力伝達は阻止する一方向クラッチを有する内燃機関の始動装置に関する。

所定の停止条件でエンジンを自動停止し、所定の再始動条件でエンジンを再始動する車両に適用されて、エンジンを再始動する際の始動性の変化を検出し、始動性の悪化が生じた場合はエンジンの自動停止・再始動の実行を、禁止を含めて規制するエンジン停止制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜５が存在する。
特開平１１−３５１００４号公報 特開２００３−１４８３１４号公報 特開平１１−２５７１１７号公報 実開平６−３４１４７号公報 特開平８−１９３５６４号公報

従来の装置では、内燃機関の始動時に始動モータ等の始動装置の異常を診断しているため、異常が検出された時点ではすでに内燃機関の始動が不可能となっていることがある。

そこで、本発明は、内燃機関の一時停止後に確実に内燃機関を再始動することが可能な内燃機関の始動装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の始動装置は、内燃機関を始動させる始動手段と、前記始動手段の動力を前記内燃機関のクランク軸へ伝達する伝達手段と、前記伝達手段の動力伝達経路中に配置され、前記始動手段から前記クランク軸への動力伝達は許容し、前記クランク軸から前記始動手段への動力伝達は阻止するクラッチ手段と、を備えた内燃機関の始動装置において、前記内燃機関の運転中に前記始動手段を動作させて前記始動装置の異常の有無を診断する診断手段を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の内燃機関の始動装置によれば、内燃機関の運転中に異常の有無を診断するので、内燃機関の停止後に異常が判明するおそれがなく、再始動不可能な状態を事前に回避することができる。

本発明の始動装置において、前記内燃機関は、前記内燃機関の運転中において所定の条件が満たされたときに前記内燃機関の運転を停止させる運転停止手段を備え、前記診断手段は、前記所定の条件が満たされたときでかつ前記運転停止手段が運転を停止させる前に前記始動装置の異常の有無を診断してもよい（請求項２）。このような時期に異常の有無を診断することで、より確実に再始動不可能な状態を事前に回避することができる。

本発明の始動装置において、前記診断手段は、前記始動装置に異常が有ると診断した場合に、以降の前記運転停止手段による前記内燃機関の停止を禁止させてもよい（請求項３）。
このように内燃機関の停止を禁止させることで、再始動不可能な状態になることを回避することができる。

本発明の始動装置において、前記始動手段は、始動モータと前記始動モータへ電力を供給する蓄電器とを備えていてもよく（請求項４）、前記診断手段は、前記始動モータの動作中における前記蓄電器の電圧の変化に基づいて前記始動装置の異常の有無を診断してもよい（請求項５）。始動装置が正常な場合、始動モータの起動直後に蓄電器から始動モータへ流れる電流は停止していた始動モータを回転させるために始動モータが回転中に流れる電流よりも多く、始動モータの起動後は内燃機関が運転中であるため殆ど無負荷の状態で始動モータが回転するので始動モータへ流れる電流は徐々に少なくなる。蓄電器の電圧は始動モータへ流れる電流の変化に対応して変化する。従って、始動装置が正常な場合における蓄電器の電圧は、始動モータの起動直後に低下してその後徐々に上昇する変化を示す。そのため、蓄電器がこのような電圧の変化を示さなかった場合に始動装置に異常があると診断できる。また、一般に電圧計は電流計よりも安価であるため、電圧で異常の有無を診断することで製造コストが低減できる。

本発明の始動装置において、前記診断手段は、前記始動モータの動作中における前記蓄電器の電圧の時間的な変化特性に応じて異常の種類を判定してもよい（請求項６）。始動装置が正常な場合、始動モータ動作中の蓄電器の電圧の時間的な変化は上述したような状態を示す。

一方、例えば固着などにより始動モータが回転しない（ロックされている）場合、蓄電器から始動モータへは停止している始動モータを起動させるための電流が流れ続ける。そのため、蓄電器の電圧は、診断を開始した直後に低下してその後殆ど上昇しない変化を示す。また、例えば蓄電器と始動モータとを接続する経路が断線している場合は、蓄電器から始動モータへ電流が流れない。そのため、蓄電器の電圧は、診断開始後も診断開始前の電圧から殆ど低下しない。このように、異常の種類によりそれぞれ蓄電器の電圧の時間的な変化が異なるので、蓄電器の電圧の時間的な変化から、異常の種類を判定することができる。

本発明の始動装置は、前記蓄電器と前記始動モータとを接続する電力供給経路と並列に設けられ、前記蓄電器と前記始動モータとを電流調整用抵抗を介して接続して前記診断手段による診断時に使用される診断用電力供給経路を備えていてもよい（請求項７）。このように診断時に電流調整用抵抗のある診断用電力供給系を使用することで、始動モータへ流す電流が低減できる。この電流の低減によりモータブラシの磨耗を抑制することができるので、始動モータの耐久性を向上させることができる。また、蓄電器から始動モータへ電力を供給する経路が２系統になるので、断線等により一方が使用不可能になった場合でも、他方の電力供給経路で始動モータを動作させることができる。これにより、より確実に内燃機関を再始動することができる。

本発明の始動装置は、前記内燃機関が車両に搭載され、さらに前記診断手段が異常の有無を診断する条件が満たされた場合に前記車両の状態に応じて前記診断手段による診断を実施する必要があるか否かを判断する診断実施判定手段を備え、前記診断実施判定手段が診断を実施する必要がないと判断した場合、前記診断手段は診断しなくてもよい（請求項８）。このように車両の状態に応じて異常診断を実施しないことにより、異常診断に使用されるエネルギが低減できる。なお、異常診断の必要がないと判断される車両の状態とは、例えば車両を駐車させて内燃機関をアイドリングさせている状態である。

本発明の始動装置は、前記車両は自動変速機とパーキングブレーキとを備え、前記診断実施判定手段は、前記自動変速機が駐車レンジである場合又は前記パーキングブレーキにより前記車両が駐車されている場合に診断を実施する必要がないと判断してもよい（請求項９）。自動変速機が駐車レンジである場合及びパーキングブレーキにより前記車両が駐車されている場合は、車両を駐車するという運転者の意図が明確に判断できる。従って、このような場合に異常診断をする必要がないと判断される。

本発明によれば、内燃機関の運転中に始動装置の異常の有無を診断するので、再始動不可能な状態になることを事前に回避することができる。そのため、内燃機関の一時停止後に確実に内燃機関を再始動することができる。また、異常がある場合は以降の内燃機関の停止を禁止させるので、より確実に再始動不可能な状態を事前に回避することができる。

図１に、本発明の一実施形態に係る始動装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す。内燃機関１は、クランクケース２と、クランクケース２の内部に収容されたクランク軸３と、クランク軸３を回転させて内燃機関１を始動させる始動手段としての始動装置４と、を備えている。始動装置４は、始動モータ５と、始動モータ５へ電力供給経路６を介して電力を供給するバッテリ（蓄電器）７と、始動モータ５の動力をクランク軸３へ伝達する伝達手段としてのギヤ列８と、を備えている。電力供給経路６の経路中には、電力供給経路６を接続、遮断するリレー９が設けられている。ギヤ列８は、始動モータ５の出力軸に取り付けられたスタータギヤ１０と、スタータギヤ１０に噛み合うドリブンギヤ１１と、ドリブンギヤ１１とクラッチ手段としてのワンウェイクラッチ１２を介して同軸的に設けられた中間ギヤ１３と、中間ギヤ１３と噛み合うようにしてクランク軸３に設けられたクランクギヤ１４と、を備えている。ワンウェイクラッチ１２は、ドリブンギヤ１１から中間ギヤ１３への動力伝達は許容し、中間ギヤ１３からドリブンギヤ１１への動力伝達は阻止する。

内燃機関１の運転状態は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）１５により制御される。ＥＣＵ１５は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ１５は、例えば、所定の起動条件が満たされた場合にリレー９を動作させて始動モータ５を起動させ、内燃機関１を始動させる。また、ＥＣＵ１５は、例えば内燃機関１が所定の時間アイドル状態にあるときなどに所定の停止条件が満たされたと判断し、内燃機関１の運転を停止させる。このように機能することで、ＥＣＵ１５は運転停止手段として機能する。しかし、始動装置４が異常の場合は、内燃機関１を停止させると再始動不可能な状態になるおそれがある。そこで本発明では、ＥＣＵ１５が内燃機関１の運転中に図２の制御ルーチンを実行して始動装置４の異常の有無を診断する。

図２は、ＥＣＵ１５が実行する始動装置診断制御の制御ルーチンを示すフローチャートである。図２の制御ルーチンは、内燃機関１の運転を停止させる所定の停止条件が満たされた場合に実行される。ＥＣＵ１５は、図２の制御ルーチンを実行することにより診断手段及び診断実施判定手段として機能する。

図２の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ１５は、まずステップＳ１１で始動装置の異常の有無を診断する必要があるか否かを判断する。診断が必要か否かは、例えば内燃機関１が自動変速機とパーキングブレーキとを備えた車両に搭載され、自動変速機が駐車レンジにある場合又はパーキングブレーキにより車両が駐車されている場合に診断が不要と判断される。

診断が必要であると判断した場合はステップＳ１２へ進み、ＥＣＵ１５は、所定の時間始動モータ５を動作させ、その時のバッテリ７の電圧の時間的な変化を取得する。なお、この始動モータ５の動作時において内燃機関１は運転中である。そのため、クランク軸３は、内燃機関１のアイドリング回転数（例えば約６００ｒｐｍ）以上で回転している。一方、始動モータ５は、内燃機関１のアイドリング回転数よりも低い回転数（例えば約２００ｒｐｍ）で動作するため、ワンウェイクラッチ１２が正常である場合は、始動モータ５を動作させてもワンウェイクラッチ１２により始動モータ５の回転はクランク軸３へ伝達されることはない。従って、ワンウェイクラッチ１２が正常である場合、診断時における始動モータ５は、スタータギヤ１０からワンウェイクラッチ１２までを回転させる。

次のステップＳ１３においてＥＣＵ１５は、取得したバッテリ７の電圧の時間的な変化に基づいて始動装置４が正常か否かを判断する。図３（ａ）に、始動装置４が正常な場合にステップＳ１２でＥＣＵ１５が取得するバッテリ７の電圧の時間的な変化の一例を示す。一方、始動装置４が異常の場合にＥＣＵ１５が取得するバッテリ７の電圧の時間的な変化の一例を図４（ａ）に示す。なお、図３（ｂ）、（ｃ）は、バッテリ７の電圧が図３（ａ）の変化を示した場合のバッテリ７の電流の時間変化と始動モータ５の回転数の時間変化とをそれぞれ示している。図４（ｂ）は、バッテリ７の電圧が図４（ａ）の変化を示したときのバッテリ７の電流の時間変化を示している。

始動装置４が正常な場合、図３（ｂ）に示したようにリレー９がオンの状態になり始動モータ５へ電力の供給が開始されると、バッテリ７から始動モータ５へ停止していた始動モータ５を起動させるための電流（起動電流）が流れる。この起動電流は、始動モータ５の特性により定まる。図５に、始動モータ５及びバッテリ７の特性を示す。図５において、Ｖはバッテリ７の電流と電圧との関係を、Ｒはバッテリ７の電流と始動モータ５の回転数との関係を、Ｔはバッテリ７の電流と始動モータ５のトルクとの関係を、それぞれ示している。

図５より明らかなように、始動モータ５へ電力の供給を開始した直後は、始動モータ５を停止状態から起動するためのトルクが必要となるので電流Ｉ_１（起動電流）が流れる。その後、始動モータ５は、スタータギヤ１０からワンウェイクラッチ１２までのみを回転させるので、殆ど無負荷で動作する。そのため、始動モータ５のトルクは低下し、また始動モータ５の回転数は上昇する。これにより、始動モータ５へ流れる電流は図５のＩ_２まで減少する。

このような始動モータ５及びバッテリ７の特性により、始動装置４が正常な場合、バッテリ７の電流の時間的な変化は図３（ｂ）の変化を示す。従って、バッテリ７の電圧は、図５のＶの関係に基づき、図３（ａ）のように、リレー９がオンされた時に図３（ａ）のＡ点まで低下し、その後図３（ａ）のＢ点まで上昇する変化を示す。また、始動モータ５の回転数は、図５のＲの関係より図３（ｃ）の変化を示す。

一方、例えば始動モータ５がロックされている場合は始動モータ５が回転しないので、図５に示したＲ及びＴの関係より、バッテリ７の電流は電流Ｉ_１から殆ど変化しない。そのため、バッテリ７の電圧は図４（ａ）のように、リレー９がオンされた時に図４（ａ）のＡ点まで低下し、その後図Ｃ点までしか上昇しない時間的な変化を示す。一方、この時のバッテリ７の電流は、図４（ｂ）の時間的な変化を示す。また、例えば始動モータ５や電力供給経路６などが短絡している場合も始動モータ５へ電流が流れ続けるので、バッテリ７の電圧は図４の（ａ）の時間的な変化を示す。

図６に、内燃機関１の運転中に始動モータ５を動作させたときにＥＣＵ１５が取得するバッテリ７の電圧の時間的な変化の種々の例を示す。始動装置４が正常である場合、診断時におけるバッテリ７の電圧は、図３（ａ）の変化と同様に図６に実線で示したような時間的な変化を示す。そのため、バッテリ７の電圧が、図６の電圧範囲Ｖ_１にあるＡ点から電圧範囲Ｖ_２のＢ点へ変化（図６中の矢印Iの変化）した場合に、始動装置４は正常であると判断できる。

一方、バッテリ７の電圧がＡ点から同じ電圧範囲Ｖ_１のＣ点へ変化（図６中の矢印IIの変化）した場合は、図４（ａ）の変化と同じであるため、始動モータ５のロック故障か始動装置４の短絡故障と判断することができる。

リレー９をオンさせた時にバッテリ７の電圧がＤ点まで低下してからＢ点へ変化（図６中の矢印IIIの変化）した場合は、始動モータ５のブラシの劣化や磨耗などにより始動モータ５内部の電気抵抗が増加して電流が流れ難くなっているおそれがある。そのため、始動モータ５に、内燃機関１の始動に必要なトルクを発生させるための電流が流れない可能性がある。従って、始動装置４に異常が有ると判断する。

リレー９をオンさせた時にバッテリ７の電圧が電圧範囲Ｖ_２のＥ点までしか低下せず、その後同じ電圧範囲Ｖ_２のＢ点へ変化（図６中の矢印IVの変化）した場合、リレー９の故障や電力供給経路６の断線などにより、始動モータ５へ電流が流れていないおそれがある。また、ワンウェイクラッチ１２が固着してクランク軸３の回転が始動モータ５へ伝達されている場合、始動モータ５へ電力を供給する前から始動モータ５は回転をしているので、図５のＲの関係よりリレー９をオンさせた直後でも始動モータ５へ流れる電流は小さい。そのため、ワンウェイクラッチ１２が固着している場合も、バッテリ７の電圧は図６の矢印IVの変化を示す。従って、図６の矢印IVに示した電圧の変化が取得された場合も、始動装置４に異常が有ると判断する。

始動モータ５へ電力の供給を開始した直後にバッテリ７の電圧がＦ点まで低下し、その後Ｃ点へ変化（図６中の矢印Vの変化）した場合は、電力供給経路６とアースとが短絡（地絡）している可能性がある。そのため、始動装置４に異常が有ると判断する。

なお、始動モータ５内の一部が短絡した場合も起動電流値以上に電流が流れてバッテリ７の電圧がＦ点まで低下する可能性がある。しかし、電圧がＦ点まで低下した後Ｂ点へ変化（図６中の矢印VIの変化）した場合は、始動モータ５が内燃機関１を始動するためのトルクを発生できると考えられるので、始動装置４は正常であると判断してよい。

このように、バッテリ７の電圧が図６の電圧範囲Ｖ_１以上から電圧範囲Ｖ_２への時間的な変化（矢印I又は矢印VIの変化）を示した場合に始動装置４は正常であると判断される。一方、バッテリ７の電圧が図６の矢印II〜Vに示したような変化であるバッテリ７の電圧が図６の電圧範囲Ｖ_１以上から電圧範囲Ｖ_１へ変化した場合及び電圧範囲Ｖ_２から電圧範囲Ｖ_２へ変化した場合に、始動装置４に異常が有ると判断される。なお、ＥＣＵ１５は、この診断時に取得したバッテリ７の電圧の時間的な変化特性から、始動装置４の異常の種類の判定をすることもできる。

図２に戻って、始動装置診断制御ルーチンの説明を続ける。ステップＳ１３で始動装置４が正常であると判断した場合及びステップＳ１１で始動装置４の診断が不要と判断した場合、ステップＳ１４へ進み、ＥＣＵ１５は内燃機関１の停止を許可する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、始動装置４に異常が有ると判断した場合はステップＳ１５へ進み、ＥＣＵ１５は内燃機関１の停止を禁止する。続くステップＳ１６では、インパネ内の異常ランプを点灯して運転者に始動装置４の故障を警告する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように、本発明によれば、内燃機関１の運転中に始動装置４の異常の有無を診断し、始動装置４に異常が有ると判断した場合は以降の内燃機関１の運転の停止を禁止するので、再始動不可能な状態になることを事前に回避することができる。また、バッテリ７の電圧の時間的な変化特性から始動装置４の異常の種類を判定した場合は、ステップＳ１６で異常ランプを点灯させた後、判定した異常の種類に応じて種々の処理をＥＣＵ１５に行わせてもよい。図２の制御ルーチンの実行は、所定の停止条件の成立時のみに限定されない。内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行してもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の形態にて実施してよい。例えば、図７に示したように電力供給経路６と並列に設けられ、バッテリ７と始動モータ５とを電流調整用抵抗１６及び診断用リレー１７を介して接続する第２の電力供給経路１８を備えていてもよい。診断時に第２の電力供給経路１８を介して始動モータ５へ電力を供給することにより、始動モータ５へ流す電流を低減することができる。このように始動モータ５へ流す電流を低減することにより、始動モータ５のブラシの磨耗を抑制して始動モータ５の耐久性を向上させることができる。また、バッテリ７から始動モータ５へ電力を供給する経路が二経路になるので、この二経路のうち一方の経路が断線などで故障した場合でも、他方の経路を使用して電力を供給することができる。これにより、より確実に内燃機関１を再始動できる。

本発明の一実施形態に係る始動装置が組み込まれた内燃機関の要部を示す図。 図１のＥＣＵが始動装置の異常を診断するために実行する制御ルーチンを示すフローチャート。 正常な始動装置を内燃機関の運転中に動作させた時のバッテリの電圧、電流及び始動モータの回転数の時間変化の一例を示す図。 異常のある始動装置を内燃機関の運転中に動作させた時のバッテリの電圧、電流及び始動モータの回転数の時間変化の一例を示す図。 図１の始動モータ及びバッテリの特性を示す図。 内燃機関の運転中に始動モータを動作させたときにＥＣＵが取得するバッテリの電圧の時間的な変化の種々の例を示す図。 バッテリと始動モータとを接続する電力供給経路の他の実施例を示す図。

符号の説明

１ 内燃機関
３ クランク軸
４ 始動装置（始動手段）
５ 始動モータ
６ 電力供給経路
７ バッテリ（蓄電器）
８ ギヤ列（伝達手段）
１２ ワンウェイクラッチ（クラッチ手段）
１５ エンジンコントロールユニット（診断手段、運転停止手段、診断実施判定手段）
１６ 電流調整用抵抗
１８ 第２の電力供給経路（診断用電力供給経路）

Claims (9)

1. 内燃機関を始動させる始動手段と、前記始動手段の動力を前記内燃機関のクランク軸へ伝達する伝達手段と、前記伝達手段の動力伝達経路中に配置され、前記始動手段から前記クランク軸への動力伝達は許容し、前記クランク軸から前記始動手段への動力伝達は阻止するクラッチ手段と、を備えた内燃機関の始動装置において、
   前記内燃機関の運転中に前記始動手段を動作させて前記始動装置の異常の有無を診断する診断手段を備えたことを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 前記内燃機関は、前記内燃機関の運転中において所定の条件が満たされたときに前記内燃機関の運転を停止させる運転停止手段を備え、
   前記診断手段は、前記所定の条件が満たされたときでかつ前記運転停止手段が運転を停止させる前に前記始動装置の異常の有無を診断することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 前記診断手段は、前記始動装置に異常が有ると診断した場合に、以降の前記運転停止手段による前記内燃機関の停止を禁止させることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 前記始動手段は、始動モータと前記始動モータへ電力を供給する蓄電器とを備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。
5. 前記診断手段は、前記始動モータの動作中における前記蓄電器の電圧の変化に基づいて前記始動装置の異常の有無を診断することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の始動装置。
6. 前記診断手段は、前記始動モータの動作中における前記蓄電器の電圧の時間的な変化特性に応じて異常の種類を判定することを特徴とする請求項４又は５に記載の内燃機関の始動装置。
7. 前記蓄電器と前記始動モータとを接続する電力供給経路と並列に設けられ、前記蓄電器と前記始動モータとを電流調整用抵抗を介して接続して前記診断手段による診断時に使用される診断用電力供給経路を備えたことを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。
8. 前記内燃機関が車両に搭載され、さらに前記診断手段が異常の有無を診断する条件が満たされた場合に前記車両の状態に応じて前記診断手段による診断を実施する必要があるか否かを判断する診断実施判定手段を備え、
   前記診断実施判定手段が診断を実施する必要がないと判断した場合、前記診断手段は診断しないことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置。
9. 前記車両は自動変速機とパーキングブレーキとを備え、前記診断実施判定手段は、前記自動変速機が駐車レンジである場合又は前記パーキングブレーキにより前記車両が駐車されている場合に診断を実施する必要がないと判断することを特徴とする請求項８に記載の内燃機関の始動装置。

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