JP2014077436A

JP2014077436A - エンジン始動装置

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Publication number: JP2014077436A
Application number: JP2013158031A
Authority: JP
Inventors: Junichi Imai; 順一今井; Daisuke Mizuno; 大輔水野; Hirobumi Miyoshi; 博文三好
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-07-30
Filing date: 2013-07-30
Publication date: 2014-05-01
Anticipated expiration: 2032-10-10
Also published as: JP5621891B2

Abstract

【課題】エンジン始動後においてリングギヤからピニオンを離脱させる際に、ピニオンの面取り部とリングギヤとの衝突、あるいは擦れによる異音の発生を抑制することができるエンジン始動装置を提供する。
【解決手段】エンジン始動装置は、クランク角センサ３によって検出したエンジン回転数に基づいて、エンジン回転数の加減速状態を判別し、エンジン回転数がエンジンの始動可能回転数以上であって、且つエンジン回転数が減速中であるときに、ピニオン押出／離脱スイッチの作動を解除して、ピニオンをリングギヤから離脱させるように制御する。これにより、ピニオンをリングギヤから離脱させる時に、ピニオンの面取り部とリングギヤが衝突する、あるいは擦れることがなく、ピニオンをリングギヤから離脱させる時に異音の発生を防止することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、車両のエンジンを始動させるエンジン始動装置に関するものである。

近年エンジンを搭載する車両においては、燃費向上等を目的として、エンジンの出力を必要としない場合にエンジンを自動的に停止させ、エンジンの出力が必要になるとスタータでエンジンを自動的に再始動させるアイドルストップシステムが採用されつつある。
このようなアイドルストップシステムに対応した車両においては、エンジンの再始動回数が大幅に増加、すなわちスタータのピニオンとエンジンのリングギヤの噛み合い回数が大幅に増加するため、ピニオン或いはリングギヤの各ギヤ部の磨耗が進行し、噛み合い不良や異音の要因となる。

この対策として、ピニオンとリングギヤの噛み合い性を向上させるため、ピニオンの歯面におけるリングギヤ側端面の反回転方向側に面取り部を形成したものが採用されている（例えば、特許文献１）。この構成によれば、ピニオンがリングギヤにスムーズに噛み合うことができるので噛み合い不良を防止し、エンジンの始動不良を低減することができる。さらには、ピニオンとリングギヤの磨耗を抑制できることから、ピニオンとリングギヤの噛み合い時の異音の発生も抑制することができる。

特開２００３−３２８９１２号公報

しかしながら、ピニオンとリングギヤの間で発生する異音は、上述のようなピニオンとリングギヤの噛み合い時に発生する異音に限られず、エンジン始動後においてリングギヤからピニオンを離脱させる際にも発生する。
この異音は、リングギヤからピニオンを離脱させる際に、ピニオンの歯面に形成した面取り部とリングギヤの端面とが衝突する、あるいは擦れることで発生するものであり、特許文献１に記載のスタータの構造では、この異音の発生を抑制することはできなかった。

また、このようなリングギヤからピニオンを離脱させる際の異音は、アイドルストップシステムを搭載した車両に限られず、アイドルストップシステムを搭載していない従来の車両においても発生しているが、何ら対策が講じられていないのが実情である。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、エンジン始動後においてリングギヤからピニオンを離脱させる際の異音の発生を抑制することができるエンジン始動装置を提供することを目的とする。

本発明の請求項１に係るエンジン始動装置は、通電により回転力を発生するモータと、前記モータの回転力をエンジンのリングギヤに伝達するとともに、前記リングギヤ側端面の反回転方向側の歯面に面取り部が形成されたピニオンと、前記ピニオンを前記リングギヤへ押し出す働き、及び前記リングギヤから離脱させる働きを有するピニオン押出／離脱手段と、前記モータへの通電電流をオン／オフするモータ駆動手段とからなるスタータと、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記ピニオン押出／離脱手段の作動と前記モータ駆動手段の作動を制御するとともに、前記回転数検出手段により検出した前記エンジンの回転数に基づいて、前記エンジン回転数の加減速状態を判別する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記回転数検出手段により検出した前記エンジン回転数に基づいて、前記ピニオンの前記面取り部を前記リングギヤから離脱させる時点での前記エンジン回転数が所定の加減速状態であるかを予測し、前記回転数検出手段により検出した前記エンジン回転数が、前記エンジンの始動可能回転数以上の場合に、前記予測に基づいて前記ピニオン押出／離脱手段の作動を解除する時点を決定することを特徴とするものである。
また、本発明の請求項３に係るエンジン始動装置は、通電により回転力を発生するモータと、前記モータの回転力をエンジンのリングギヤに伝達するとともに、前記リングギヤ側端面の反回転方向側の歯面に面取り部が形成されたピニオンと、前記ピニオンを前記リングギヤへ押し出す働き、及び前記リングギヤから離脱させる働きを有するピニオン押出／離脱手段と、前記モータへの通電電流をオン／オフするモータ駆動手段とからなるスタータと、前記エンジンのクランク角及び回転数を検出するクランク角センサと、前記ピニオン押出／離脱手段の作動と前記モータ駆動手段の作動を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記クランク角センサにより検出した前記クランク角に基づいて、前記ピニオンの前記面取り部を前記リングギヤから離脱させる時点での前記エンジンのピストンストロークが所定の条件であるかを予測し、前記クランク角センサにより検出した前記エンジン回転数が、前記エンジンの始動可能回転数以上の場合に、前記予測に基づいて前記ピニオン押出／離脱手段の作動を解除する時点を決定することを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係るエンジン始動装置によれば、回転数検出手段により検出したエンジン回転数に基づいて、ピニオンの面取り部をリングギヤから離脱させる時点でのエンジン回転数が所定の加減速状態であるかを予測し、この予測に基づいて、制御手段がピニオン押出／離脱手段の作動を解除して、ピニオンをリングギヤから離脱させるように制御している。
エンジン回転数の加減速状態を条件としてピニオンをリングギヤから離脱させるように制御していない従来のエンジン始動装置の場合には、エンジン回転数が加速中であって、その加速度が非常に大きい場合にもピニオンをリングギヤから離脱させる場合があり、そのためピニオンの面取り部とリングギヤの衝突による異音が発生しやすく、その異音も大きいものとなっていたが、本発明の請求項１に係るエンジン始動装置では、エンジン回転数の加減速状態が所定の条件（例えば、エンジン回転数が加速中で、その加速度が最大の場合を除いた条件）の場合に、制御手段がピニオン押出／離脱手段の作動を解除して、ピニオンをリングギヤから離脱させるように制御している。これにより、ピニオンの面取り部とリングギヤの衝突、あるいは擦れによる異音のピーク値を下げることができるので、ピニオンをリングギヤから離脱させる際の異音の発生を抑制することができる。
また、本発明に係る請求項３のエンジン始動装置によれば、クランク角センサにより検出したクランク角に基づいて、ピニオンの面取り部をリングギヤから離脱させる時点でのエンジンのピストンストロークが所定の条件（例えば、下死点の直前のストローク域から上死点の直後のストローク域までを含むストローク域）であるかを予測し、この予測に基づいて、制御手段がピニオン押出／離脱手段の作動を解除し、ピニオンをリングギヤから離脱させるようにしているので、上述した請求項１に係るエンジン始動装置と同様に、ピニオンをリングギヤから離脱させる際の異音の発生を抑制することができる。

本発明の実施の形態１および２に係るエンジン始動装置の概略構成図である。この発明の実施の形態１ないし３に係るピニオンの斜視図である。この発明の実施の形態１のエンジン再始動制御を説明するタイムチャートである。この発明の実施の形態１のエンジン再始動制御を説明するフローチャートである。エンジン回転数の加速中においてピニオンがリングギヤから離脱する際の動きを示す作動説明図である。エンジン回転数の減速中においてピニオンがリングギヤから離脱する際の動きを示す作動説明図である。この発明の実施の形態２のエンジン再始動制御を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態２の変形例に係るエンジン始動制御を説明するフローチャートである。本発明の実施の形態３に係るエンジン始動制御装置の概略配線図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の概略構成図、図２はこの発明の実施の形態１に係るピニオンの斜視図である。なお、各図中、同一符号は同一部分を示す。

エンジンＥＣＵ１はアイドルストップ条件が成り立つか否かを判定し、これをエンジン始動装置２へと入力する。アイドルストップ条件とは例えば冷却水温度が適切か、バッテリ電圧が所定値以上か等のエンジンのコンディションによる条件や、前回のアイドルストップ以降、車速何ｋｍ/ｈ以上のスピードを出していなければアイドルストップを行わない等の運転操作状況による条件がある。

エンジン始動装置２は、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ３と、スタータ４と、スタータ４への通電を制御するコントローラ５等から構成されている。
クランク角センサ３は、この発明の実施の形態１に於ける回転速度検出手段を構成し、コントローラ５はこの発明の実施の形態１に於ける制御手段を構成している。
リングギヤ６はエンジンのクランク軸７に連結されている。

スタータ４は、いわゆるピニオン押し出し式スタータであり、モータ駆動スイッチ８と、このモータ駆動スイッチ８により駆動されるモータ９と、モータ９によって回転駆動されるとともに軸方向に移動可能なピニオン１０と、このピニオン１０をリングギヤ側へ押し出すとともに、リングギヤから離脱させるピニオン押出／離脱スイッチ１１等を備えた構成となっている。
ピニオン１０には、図２に示すように、ピニオン１０のリングギヤ６側端面の反回転方向側の歯面に、面取り部１０ａが形成されている。
ピニオン押出／離脱スイッチ１１には、プランジャ１２と、このプランジャ１２をコア１３側に駆動させるソレノイド１４と、プランジャ１２の駆動力をピニオン１０に伝達するレバー１５と、ソレノイド１４への通電が遮断された時にプランジャ１２を元の位置に戻すスプリング１６等が設けられている。

モータ駆動スイッチ８は、モータ駆動リレー１８を介して通電されるソレノイド１９を有し、ソレノイド１９への通電により可動鉄心２０が吸引され、この可動鉄心２０に取り付けられた可動接点２１が固定接点２２に当接して、バッテリ２３からモータ９に通電がなされる。
ピニオン押出／離脱スイッチ１１は、ピニオン押出リレー２４を介して通電されたソレノイド１４により、プランジャ１２が駆動されることで、レバー１５を介してピニオン１０がリングギヤ６側へ押し出され、ピニオン１０をリングギヤ６に噛み合わせる。
一方で、ピニオン押出リレー２４が開放され、ソレノイド１４への通電が遮断されると、スプリング１６の作用により、プランジャ１２は元の位置に戻ろうとし、プランジャ１２及びレバー１５に連動してピニオン１０はリングギヤ６から離脱することとなる。
この発明の実施の形態１では、モータ駆動スイッチ８とピニオン押出／離脱スイッチ１１とにより、電磁スイッチ１７が構成され、この構成によれば、モータ９の回転動作とピニオン１０の噛み合い動作を独立して制御することができる。
なお、モータ駆動スイッチ８は、この発明の実施の形態１に於けるモータ駆動手段を構成し、ピニオン押出／離脱スイッチ１１は、この発明の実施の形態１に於けるピニオン押出／離脱手段を構成している。

コントローラ５は、モータ９への通電を行うモータ駆動リレー１８に対する通電制御と、ピニオン１０を押し出すためにソレノイド１４への通電を行うピニオン押出リレー２４に対する通電制御を行うものである。
また、コントローラ５は、クランク角センサ３からのセンサ入力周期によりエンジン回転数（リングギヤ６の回転数）を演算する。
なお、図１ではコントローラ５とエンジンＥＣＵ１を別々のものとして示しているが、コントローラ５を備える代わりに、エンジンＥＣＵ１が一括して制御を行っても良く、従ってエンジン始動装置２のコントローラ５はエンジンＥＣＵ１を含み得る。

次に、図３及び図４を参照して本発明の第１の実施形態におけるエンジン再始動動作について説明する。これらの動作はコントローラ５で処理されるものである。
図３は、この発明の実施の形態１のエンジン再始動制御を説明するタイムチャート、図４は、この発明の実施の形態１のエンジン再始動制御を説明するフローチャートである。

まず、アイドルストップが実施された場合に、エンジンが停止する直前からエンジンが再始動するまでのエンジン回転数、及びスタータ回転数の推移について説明する。図３は、横軸に時間を取って、エンジンが停止する直前からエンジンが再始動するまでのエンジン回転数（リングギヤ６の回転数）及びスタータ回転数（ピニオン１０の回転数）を表したものである。
図３においては、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中（惰性回転中）の時間ｔ１において、エンジン再始動要求が発生した場合を示している。
エンジンＥＣＵ１から時間ｔ０においてエンジン停止信号が出力されると、エンジンへの燃料噴射および吸気の供給が停止され、エンジンのピストンにおける圧縮・膨張サイクルによりトルク変動が発生し、エンジン回転数が脈動を起こしながら、エンジン回転数（リングギア６の回転数）が減速し始める。

エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中（惰性回転中）であって、例えば図３に示すエンジン回転数がＲ１の状態（時間ｔ１）において、エンジン再始動要求が発生したときには、リングギヤ６の回転数が比較的高く、ピニオン１０をリングギヤ６にスムーズに噛み合わせるため、時間ｔ１においてモータ駆動スイッチ８を作動させ、モータ９を回転させる。
次に、モータ９によりピニオン１０の回転数をリングギヤ６の回転数に同期させた後に、時間ｔ２においてピニオン押出／離脱スイッチ１１によりピニオン１０をリングギヤ６に向けて押し出してリングギヤ６に噛み合わせて、スタータ４によるクランキングを開始する。
図３の場合では、エンジン回転数がＲ２の場合に、ピニオン押出リレー２４及びモータ駆動リレー１８をＯＦＦさせることで、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了することになる。ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるタイミングについては、以下に詳説する。

スタータ４によりリングギヤ６を回転させ始めた以後の動作について、図４も参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態１のエンジン再始動制御を説明するフローチャートであり、発明の特徴であるスタータ４によりリングギヤ６を回転させ始めた以後のフローを示すものである。

まず、図４のＳ１０（図３の時間ｔ２に対応）にて、スタータ４によりリングギヤ６を回転させ始めた後、所定のタイミングで燃料を噴射する（Ｓ２０）。
ここで、エンジンは所定の回転数まで上昇すると、スタータ４によるクランキングを行わずに、燃料を噴射し着火するだけで始動可能となり、本実施の形態では、この所定回転数をエンジン始動可能回転数と定義する。
そして、Ｓ３０にて、リングギヤ６の回転数がエンジン始動可能回転数以上かどうかを、クランク角センサ３から受信したクランクパルス信号によってエンジン回転数を演算して判定する。
その結果、エンジン回転数がエンジン始動可能回転数に達していないと判定されれば（ＮＯ）、スタータ４によるクランキングを引き続き行い、リングギヤ６の回転数がエンジン始動可能回転数以上になるまで状態を維持して待機する。
エンジン回転数がエンジン始動可能回転数以上と判定されれば（ＹＥＳ）、Ｓ４０に進む。

Ｓ４０では、クランク角センサ３から受信したクランクパルス信号が、後述する所定のクランクパルス信号であるかを判定する。
所定のクランクパルス信号を受信していない場合（ＮＯ）、所定のクランクパルス信号を受信するまで状態を維持して待機する。
所定のクランクパルス信号を受信した場合（ＹＥＳ）、Ｓ５０に進みピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ、続いてＳ６０にて、モータ駆動リレー１８もＯＦＦする（図３においては、エンジン回転数がＲ２の時点で、モータ駆動リレー１をＯＦＦしている）。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。

ここで、本実施の形態では、上述した所定のクランクパルス信号を、エンジン回転数が減速中、すなわち加速度が０以下になるように設定している。
なお、クランクパルス信号の代わりにエンコーダやパルス発生器からの信号のＦＶ(周波数−電圧)変換等による別の手段を用いてエンジン回転数の加速度を推測してもよい。
このように構成することによって、エンジン回転数の減速中に、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させることができる。

次に、エンジン回転数の加速中、あるいは減速中にピニオン１０をリングギヤ６から離脱させたときの、ピニオン１０とリングギヤ６の位置関係について説明する。
図５は、エンジン回転数の加速中においてピニオンがリングギヤから離脱する際の動きを示す作動説明図であり、図５の（ａ）はピニオンがリングギヤから離脱する直前の状態を示した図で、図５の（ｂ）はピニオンがリングギヤから離脱した直後の状態を示した図である。図６はエンジン回転数の減速中においてピニオンがリングギヤから離脱する際の動きを示す作動説明図であり、図６の（ａ）はピニオンがリングギヤから離脱する直前の状態を示した図で、図６の（ｂ）はピニオンがリングギヤから離脱した直後の状態を示した図である。
図５及び図６において、上述したように、ピニオン１０のリングギヤ６側端面の反回転方向側の歯面に、面取り部１０ａが形成されている。同様に、リングギヤ６のピニオン１０側端面の回転方向側の歯面にも面取り部６ａが形成されている。
なお、エンジンの機種によっては、リングギヤ６に面取り部６ａがなく端面がエッジ部のものも存在する。

図３に示すように、スタータ４によってクランキング動作を行っている間も、エンジン回転数は脈動を起こしながら上昇することになる。
エンジン回転数の加速中には、ピニオン１０の回転数よりもリングギヤ６の回転数が上回るため、図５の（ａ）に示すように、ピニオン１０の反回転方向の端面がリングギヤ６の回転方向の端面に当接し、回転方向に沿ってリングギヤ６がピニオン１０を押している状態となる
この状態の時に、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させようとすると、図５の（ｂ）に示すように、ピニオン１０の反回転方向の端面とリングギヤ６の回転方向の端面とが当接した状態のまま、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させることになり、ピニオン１０の面取り部１０ａとリングギヤ６の面取り部６ａとが衝突しやすく、あるいは擦れやすくなり、異音を発生させる要因となる。
なお、リングギヤ６に面取り部６ａがない場合にも、ピニオン１０の面取り部１０ａとリングギヤ６のエッジ部が衝突する可能性があり、同様に異音を発生させる要因となる。

一方で、エンジン回転数の減速中には、リングギヤ６の回転数よりもピニオン１０の回転数が上回るため、図６の（ａ）に示すように、リングギヤ６の反回転方向の端面がピニオン１０の回転方向の端面に当接し、回転方向に沿ってピニオン１０がリングギヤ６を押している状態となる
この状態の時に、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させようとすると、図６の（ｂ）に示すように、ピニオン１０の反回転方向の端面とリングギヤ６の回転方向の端面とは当接していないため、ピニオン１０をリングギヤ６からスムーズに離脱させることができ、ピニオン１０の面取り部１０ａとリングギヤ６の面取り部６ａとが衝突する、あるいは擦れることがない。このため、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を防止することができる。

本実施の形態では、エンジン回転数の減速中、すなわち加速度が０以下になる時点で、ピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除して、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御することを特徴とする。これによって、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる時に、ピニオン１０の面取り部１０ａとリングギヤ６とが衝突する、あるいは擦れることがなく、異音の発生を防止することができる。

なお、上述したように、エンジン回転数の減速中、すなわち加速度が０以下になる時点までピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動の解除を待つまでもなく、エンジン回転数の加速中、すなわち加速度が０以上の所定の条件を決定し、その条件に合致するクランクパルス信号を受信した場合に、ピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除して、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御するようにしてもよい。
従来のスタータにおいては、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるタイミングについて、何ら条件を決定していなかったため、場合によってはエンジン回転数が加速中であって、その加速度が最大の場合にも、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させていたため、ピニオン１０の面取り部１０ａとリングギヤ６の衝突、あるいは擦れによる異音が非常に大きい場合があった。
本実施の形態では、エンジン回転数の加減速状態を所定の条件として決定することで、例えば、エンジン回転数が加速中であって、その加速度が所定値以上の場合においてはピニオン１０をリングギヤ６から離脱させないといった制御が可能となり、従来と比較してピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音のピーク値を下げることができるので、ピニオン１０の面取り部１０ａとリングギヤ６の衝突、あるいは擦れによる異音の発生を抑制することができる。
なお、上述の異音は、人間の耳では聞こえないような小さな音も含まれており、異音のピーク値を下げることができる点において本発明は有意義である。

また、本実施の形態では、エンジン回転数の減速中において、ピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除して、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御するとしたが、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる時点においてエンジン回転数が減速中であるようにするためには、ピニオン１０の動作時間を考慮することが望ましい。
ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際のピニオン１０の動作は、図４のフローチャートにおいて説明すると、Ｓ４０にて所定のクランクパルス信号を受信した後、Ｓ５０において、まずピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ、ソレノイド１４への通電をやめることで、スプリング１６の反力によってプランジャ１２が元の位置に戻ろうとする。この時、プランジャ１２に連動するレバー１５を介してピニオン１０がリングギヤ６から離脱する方向へ移動し始め、徐々にピニオン１０とリングギヤ６の噛み合い状態が解除されることとなる。

このように、Ｓ５０にてピニオン押出リレー２４をＯＦＦしてから、実際にピニオン１０とリングギヤ６の噛み合い状態が完全に解除されるまでには所要の時間を要するため、所定のクランクパルス信号を受信した時点で、エンジン回転数が減速中であった場合でも、実際にピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる時点ではエンジン回転数が加速中となってしまう場合がある。
この場合には、図４のフローチャートにおけるＳ４０において受信したクランクパルス信号から、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる時点におけるエンジン回転数の加減速状態を予測し、この予測に基づいてピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除する時点を決定するように設定しても良い。
これにより、実際にピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる時点において、確実にエンジン回転数が減速中となるように制御することができるので、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を確実に防止することができる。

また、本実施の形態では、エンジン回転数の検出にクランク角センサ３を用いている。これによって、安価に且つ精度良く、上述の制御を行うことができるだけでなく、以下のような制御を行うこともできる。
本実施の形態では、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるためのトリガーとなる所定のクランクパルス信号を、エンジン回転数が減速中、すなわち加速度が０以下になるように設定しているが、クランク角センサ３により検出したクランク角に基づくエンジンのピストンストロークが後述する所定の条件である場合に、ピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除し、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるようにしてもよい。

エンジンは上死点を過ぎると膨張行程となるため急激にエンジン回転数が上昇し、下死点を過ぎると、エンジン回転数は圧縮力により減速される。言い換えると、エンジン回転数は上死点付近において減速状態から加速状態が変わり、下死点付近において加速状態から減速状態が変わる。
このため、エンジン回転数の減速中において、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御する、ということは、エンジンのピストンストロークが、下死点から上死点に向かうストローク域にあるときに、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御する、ということでもある。
このように制御しても、ピニオン１０をリングギヤ６からスムーズに離脱させることができ、ピニオン１０の面取り部１０ａとリングギヤ６の面取り部６ａとが衝突する、あるいは擦れることがない。このため、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を防止することができる。

なお、ピストンストロークが、下死点の直前のストローク域にある場合や、上死点の直後のストローク域にある場合においても、エンジン回転数の加速度がほぼ０であるため、このようなストローク域も含めた所定の条件において、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させたとしても、従来のようなエンジン回転数が加速中であって、その加速度が最大の場合にピニオン１０がリングギヤ６から離脱してしまうといったことがないため、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を抑制することができる。

加えて、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる時点におけるエンジンのピストンストロークを予測し、この予測に基づいてピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除する時点を決定するように設定しても良い。
これにより、ピニオン１０の動作時間を考慮することができるので、実際にピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる時点において、確実にエンジンのピストンストロークが、下死点から上死点に向かうストローク域にあるように制御することができるので、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を確実に防止することができる。

実施の形態２．
本実施の形態におけるエンジン始動装置の構成は、実施の形態１の構成と同じである。
上記の実施の形態１では、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン再始動要求が発生した場合のエンジン再始動制御（始動パターン１）を説明したが、アイドリングストップ対応車におけるエンジンの始動条件としては、上記の再始動制御の他に、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中に再始動要求がきた場合に、ピニオン押出／離脱スイッチ１１を作動させてピニオン１０をリングギヤ６に噛合させた後に、モータ駆動スイッチ８を作動させてモータ９を回転させて再始動させる場合（始動パターン２）や、エンジンが完全に停止した後に再始動を実施する場合（始動パターン３）、さらにはエンジンの自動停止後に運転者によるキー始動を行う場合（始動パターン４）等が考えられる。

上記の各始動パターンによってエンジンを再始動、またはキー始動させた場合、エンジンの始動開始位置が、それぞれのエンジン始動条件によって異なるため、クランク角に対するエンジン回転数の関係に微妙に異なる。このため、同じエンジン回転数を閾値とした所定の条件を決定しても、エンジン始動条件によってはエンジン回転数が加速中の場合もあれば、減速中の場合もある。
これらを全て同一に扱うのは困難であるため、それぞれの場合に分けてマップを作成し、エンジン回転数毎にピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるタイミングのクランクパルス信号を決定して、ピニオン１０の離脱動作を実施することが望ましい。

図７は、この発明の実施の形態２のエンジン再始動制御を説明するフローチャートである。Ｓ３０までは上述の実施の形態１で説明した図４のフローと同様である。
本実施例では、Ｓ３０にてエンジン始動可能回転数以上と判定（ＹＥＳ）した後、Ｓ４０に進み、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中（惰性回転中）にエンジン再始動要求が発生したかを判定する。
エンジン再始動要求が発生していれば（ＹＥＳ）、Ｓ５０に進み、スタータ４の作動を決定する。次に、モータ９を回転させながら、ピニオン１０をリングギヤ６に噛み合わせるか否かを判定し、例えば、エンジン再始動要求が発生したときのリングギヤ６の回転数が比較的高い場合（ＹＥＳ）には、Ｓ６０に進む。
Ｓ６０では、モータ９を回転させながら、ピニオン１０をリングギヤ６に噛み合わせる場合に対応したマップと現在のエンジン回転数により、所定のクランクパルス信号を決定する。
その後、上述の所定のクランクパルス信号を受信した時点を判定し（Ｓ７０）、所定のクランクパルス信号を受信していない場合（ＮＯ）、所定のクランクパルス信号を受信するまで状態を維持して待機する。所定のクランクパルス信号を受信した場合（ＹＥＳ）、ピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ（Ｓ８０）、続いてＳ９０にて、モータ駆動リレー１８もＯＦＦする。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。

一方、Ｓ５０において、例えば、エンジン再始動要求が発生したときのリングギヤ６の回転数が比較的低い場合に、ピニオン１０をリングギヤ６に噛み合わせた後にモータを回転させるようなスタータの作動を行う場合には（ＮＯ）、Ｓ６１に進む。
Ｓ６１においても、上述のＳ６０の場合と同様に、ピニオン１０をリングギヤ６に噛み合わせた後にモータ９を回転させる場合に対応したマップと現在のエンジン回転数により、所定のクランクパルス信号を決定する。
その後、この所定のクランクパルス信号を受信した時点を判定し（Ｓ７１）、所定のクランクパルス信号を受信していない場合（ＮＯ）、所定のクランクパルス信号を受信するまで状態を維持して待機する。所定のクランクパルス信号を受信した場合（ＹＥＳ）、ピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ（Ｓ８１）、続いてＳ９１にて、モータ駆動リレー１８もＯＦＦする。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。

また、Ｓ４０において、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中（惰性回転中）にエンジン再始動要求が発生していない場合（ＮＯ）、Ｓ４１に進み、運転者によるキー始動であるか否かを判定する。
なお、上述のＳ４０、Ｓ４１、及びＳ５０のフロー工程が、この発明の実施の形態２に於ける始動条件判別手段を構成している。
運転者によるキー始動である場合（ＹＥＳ）、Ｓ６２に進み、上述のＳ６０等の場合と同様に、運転者によるキー始動の場合に対応したマップと現在のエンジン回転数により、所定のクランクパルス信号を決定する。
その後、この所定のクランクパルス信号を受信した時点を判定し（Ｓ７２）、所定のクランクパルス信号を受信していない場合（ＮＯ）、所定のクランクパルス信号を受信するまで状態を維持して待機する。所定のクランクパルス信号を受信した場合（ＹＥＳ）、ピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ（Ｓ８２）、続いてＳ９２にて、モータ駆動リレー１８もＯＦＦする。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。

さらに、Ｓ４１において運転者によるキー始動でない場合（ＮＯ）、すなわちエンジンが完全に停止した後に再始動するような場合には、Ｓ６３に進み、上述のＳ６０等の場合と同様に、エンジンが完全に停止した後に再始動する場合に対応したマップと現在のエンジン回転数により、所定のクランクパルス信号を決定する。
その後、この所定のクランクパルス信号を受信した時点を判定し（Ｓ７３）、所定のクランクパルス信号を受信していない場合（ＮＯ）、所定のクランクパルス信号を受信するまで状態を維持して待機する。所定のクランクパルス信号を受信した場合（ＹＥＳ）、ピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ（Ｓ８３）、続いてＳ９３にて、モータ駆動リレー１８もＯＦＦする。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。

上記のように、エンジンの各始動条件に対応するマップを作成し、エンジン回転数毎にピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるタイミングのクランクパルス信号を決定して、このクランクパルス信号を受信したときにピニオン１０の離脱動作を実施するため、エンジンの始動条件によることなく、最適なタイミングでピニオン１０をリングギヤ６から離脱させることができる。これによって、いずれの始動条件においても、例えば、エンジン回転数が減速中に、ピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除して、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御することができ、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を抑制することができる。

なお、本実施の形態２の変形例として、スタータ４の各部品の経年変化によるピニオン１０の離脱動作のばらつきや、或いはエンジンの経年変化による立ち上がり（始動状態）のばらつきを考慮したマップを作成することもできる。
図８は、本発明の実施の形態２の変形例に係るエンジン始動制御を説明するフローチャートである。Ｓ３０までは上述の実施の形態２で説明した図７のフローと同様である。
この変形例では、Ｓ３０にてエンジン始動可能回転数以上と判定（ＹＥＳ）した後、Ｓ４０に進み、通算のエンジン始動回数が所定の数以上かを判定する。
所定の数未満であれば（ＮＯ）、Ｓ４１に進み、スタータ４の各部品の経年変化によるピニオン１０の離脱動作のばらつき、或いはエンジンの経年変化による立ち上がり（始動状態）のばらつきを考慮しない場合に対応したマップと現在のエンジン回転数により、所定のクランクパルス信号を決定する。
その後、上述の所定のクランクパルス信号を受信した時点を判定し（Ｓ５０）、所定のクランクパルス信号を受信していない場合（ＮＯ）、所定のクランクパルス信号を受信するまで状態を維持して待機する。所定のクランクパルス信号を受信した場合（ＹＥＳ）、ピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ（Ｓ６０）、続いてＳ７０にて、モータ駆動リレー１８もＯＦＦする。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。

一方、Ｓ４０において、通算のエンジン始動回数が所定の数以上であれば（ＹＥＳ）、Ｓ４２に進み、スタータ４の各部品の経年変化によるピニオン１０の離脱動作のばらつき、或いはエンジンの経年変化による立ち上がり（始動状態）のばらつきを考慮した場合に対応したマップと現在のエンジン回転数により、所定のクランクパルス信号を決定する。
その後、上述の所定のクランクパルス信号を受信した時点を判定し（Ｓ５１）、所定のクランクパルス信号を受信していない場合（ＮＯ）、所定のクランクパルス信号を受信するまで状態を維持して待機する。所定のクランクパルス信号を受信した場合（ＹＥＳ）、ピニオン押出リレー２４をＯＦＦさせ（Ｓ６１）、続いてＳ７１にて、モータ駆動リレー１８もＯＦＦする。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。

このような制御を行うことで、エンジン始動回数が増えてスタータ４の各部品の経年変化によるピニオン１０の離脱動作のばらつき、或いはエンジンの経年変化による立ち上がり（始動状態）のばらつきが起きた場合であっても、適切なピニオン１０の離脱動作を行うことができる。これにより、通算のエンジン始動回数によらず、例えば、エンジン回転数が減速中に、ピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除して、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御することができ、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を抑制することができる。

なお、上述のような通算のエンジン始動回数に対応したマップによってピニオン１０の離脱動作を行う制御は、アイドリングストップ対応車のエンジン始動装置に限られず、従来のアイドリングストップ非対応車に搭載されるエンジン始動装置においても、同等の制御を行うことで、通算のエンジン始動回数によらず、例えば、エンジン回転数が減速中に、ピニオン押出／離脱スイッチ１１の作動を解除して、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御することができ、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を抑制することができる。

実施の形態３．
図９は、本発明の実施の形態３に係るエンジン始動制御装置の概略配線図である。
上述の実施の形態１及び２におけるスタータの電磁スイッチ１７の構成は、モータ駆動スイッチ８とピニオン押出／離脱スイッチ１１とにより、モータ９の回転動作とピニオン１０の噛み合い動作を独立して制御することができるものであったが、本実施の形態における電磁スイッチ１７は、モータ９の回転動作とピニオン１０の噛み合い動作が連動するように構成したものである。エンジン始動装置２のその他の構成は、実施の形態１及び２と同じである。

図９において、電磁スイッチ１７は、始動リレー２５を介して通電されるソレノイド２６と、ソレノイド２６への通電により、コア２７側へ吸引されるプランジャ２８と、プランジャ２８と連動する可動接点２９と、バッテリ２３とモータ９の間に配設されて可動接点２９と当接する固定接点３０と、プランジャ２８の駆動力をピニオン１０に伝達するレバー１５と、ソレノイド２８への通電が遮断された時にプランジャ２８を元の位置に戻すスプリング３１等が設けられている。
コントローラ５により、始動リレー２５が閉じられると、バッテリ２３からソレノイド２６に通電が開始され、プランジャ２８が吸引されてコア２７側へ移動する。このプランジャ２８の移動に伴い、レバー１５を介してピニオン１０がリングギヤ６方向に押し出され、ピニオン１０がリングギヤ６と噛み合う。
このようなエンジン始動装置２の構成において、エンジン再始動要求が発生したとき、あるいは運転者によるキー始動が行われたときは、始動リレー２５を介して電磁スイッチ１７を作動させ、モータ９を回転させるとともに、ピニオン１０をリングギヤ６に向けて押し出してピニオン１０をリングギヤ６に噛み合わせてスタータ４によるクランキングを開始することになる。

また、本実施の形態におけるエンジン再始動制御についても、基本的には実施の形態１におけるエンジン再始動制御を説明するフローチャートとして説明した図４と同様であるが、Ｓ５０以以降の動作が異なる。
すなわち、Ｓ４０においてクランク角センサ３から受信したクランクパルス信号が、所定のクランクパルス信号を受信している場合（ＹＥＳ）、Ｓ５０に進み電磁スイッチ１７をＯＦＦさせる。これにより、ピニオン１０はリングギヤ６から離脱するとともに、モータ９の回転も停止し、スタータ４によるクランキング動作は完了する。
本実施の形態では、上述した所定のクランクパルス信号を、エンジン回転数が減速中、すなわち加速度が０以下になるように設定している。

本実施の形態におけるエンジン始動装置２の構成においても、エンジン回転数が減速中に、電磁スイッチ１７の作動を解除して、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させるように制御しているので、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる際の異音の発生を確実に防止することができる。

２エンジン始動装置
３クランク角センサ（回転数検出手段）
４スタータ
５コントローラ（制御手段）
６リングギヤ
８モータ駆動スイッチ（モータ駆動手段）
９モータ
１０ピニオン
１０ａ面取り部
１１ピニオン押出／離脱スイッチ（ピニオン押出／離脱手段）
１７電磁スイッチ

Claims

通電により回転力を発生するモータと、前記モータの回転力をエンジンのリングギヤに伝達するとともに、前記リングギヤ側端面の反回転方向側の歯面に面取り部が形成されたピニオンと、前記ピニオンを前記リングギヤへ押し出す働き、及び前記リングギヤから離脱させる働きを有するピニオン押出／離脱手段と、前記モータへの通電電流をオン／オフするモータ駆動手段とからなるスタータと、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記ピニオン押出／離脱手段の作動と前記モータ駆動手段の作動を制御するとともに、前記回転数検出手段により検出した前記エンジンの回転数に基づいて、前記エンジン回転数の加減速状態を判別する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記回転数検出手段により検出した前記エンジン回転数に基づいて、前記ピニオンの前記面取り部を前記リングギヤから離脱させる時点での前記エンジン回転数が所定の加減速状態であるかを予測し、
前記回転数検出手段により検出した前記エンジン回転数が、前記エンジンの始動可能回転数以上の場合に、前記予測に基づいて前記ピニオン押出／離脱手段の作動を解除する時点を決定することを特徴とするエンジン始動装置。
前記制御手段が予測する前記所定の加減速状態が減速状態であ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。
通電により回転力を発生するモータと、前記モータの回転力をエンジンのリングギヤに伝達するとともに、前記リングギヤ側端面の反回転方向側の歯面に面取り部が形成されたピニオンと、前記ピニオンを前記リングギヤへ押し出す働き、及び前記リングギヤから離脱させる働きを有するピニオン押出／離脱手段と、前記モータへの通電電流をオン／オフするモータ駆動手段とからなるスタータと、
前記エンジンのクランク角及び回転数を検出するクランク角センサと、
前記ピニオン押出／離脱手段の作動と前記モータ駆動手段の作動を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記クランク角センサにより検出した前記クランク角に基づいて、前記ピニオンの前記面取り部を前記リングギヤから離脱させる時点での前記エンジンのピストンストロークが所定の条件であるかを予測し、
前記クランク角センサにより検出した前記エンジン回転数が、前記エンジンの始動可能回転数以上の場合に、前記予測に基づいて前記ピニオン押出／離脱手段の作動を解除する時点を決定することを特徴とするエンジン始動装置。
前記制御手段が予測する前記エンジンのピストンストロークが、下死点から上死点に向かうストローク域にあることを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動装置。
前記エンジン始動装置は、前記エンジンが停止する過程で再始動要求が発生した時に、前記ピニオン押出／離脱手段および前記モータ駆動手段を作動させて前記エンジンを再始動できるエンジン始動装置であって、
前記制御手段は、
イグニッションキーのオン操作により発生するエンジン始動信号に応答して前記エンジンを始動させるキー始動時、および、前記再始動要求の発生に応答して前記エンジンを再始動させる再始動時の各々の始動条件に対応して、前記クランク角センサにより検出した前記クランク角と前記エンジン回転数の関係を示したマップと、前記各々の始動条件を判別する始動条件判別手段を更に備え、
前記制御手段は、前記始動条件判別手段により判別した前記始動条件と、前記マップとに基づき、前記ピニオン押出／離脱手段の作動を解除する時点を決定することを特徴とする請求項３または４に記載のエンジン始動装置。
前記制御手段は、
所定のエンジン始動回数に対応して、前記クランク角センサにより検出した前記クランク角と前記エンジン回転数の関係を示したマップを更に備え、
前記制御手段は、前記マップに基づき、前記ピニオン押出／離脱手段の作動を解除する時点を決定することを特徴とする請求項３から５のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。