JP2014118890A - エンジン始動装置及びエンジン始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、エンジンの経年変化等に対応してエンジンの再始動を行うことができるエンジン始動装置を提供する。
【解決手段】エンジンが始動する際に回転するスタータモータ１３と、エンジンのクランク軸に連結されたリングギア１１と噛み合いスタータモータ１３の回転をエンジンに伝達するピニオンギア１４と、エンジンの回転加速度を算出する加速度算出手段を備えエンジンが慣性回転中にエンジンの始動を行う場合にエンジンの回転加速度に基づいてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせのタイミングを制御する制御装置１０とを備えたエンジン始動装置とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン自動停止始動システムに用いるエンジン始動装置及びエンジン始動方法に関するものである。

従来、自動車の燃費改善や環境負荷低減等を目的として、所定のエンジン停止条件が成立するとエンジンへの燃料供給を停止するエンジン自動停止始動システム（いわゆるアイドリングストップシステム）が開発されている。このようなエンジン自動停止始動システムを備えた自動車においては、エンジンの自動停止がされた後にエンジンの再始動要求があった場合、一般的に、エンジン始動装置のピニオンギアとエンジンのクランク軸に連結されたリングギアとを噛み合せた状態でエンジン始動装置のスタータモータを回転させることにより、エンジンの再始動を行っている。

従来のエンジン始動装置の中には、エンジンの自動停止のためエンジンへの燃料供給を停止した際、燃料供給の停止直後にエンジンの再始動要求があった場合には、ピニオンギアとリングギアとを噛み合わせ可能な所定の回転速度までエンジンの回転速度が低下しているかを判定し、回転速度の低下が確認されるとエンジンの再始動を行うものが知られている（例えば、特許文献１）。このような構成とすることで、エンジンへの燃料供給の停止後エンジンが完全に停止せずに慣性回転している間であってもエンジンの再始動を行うことができるため、エンジンの再始動を早期に行うことが可能となる。

ところで、エンジンが慣性回転している間であっても、エンジンは膨張・圧縮を繰り返すため、エンジンの回転速度は脈動しながら低下していく。そのため、ピニオンギアとリングギアが係合可能な所定の回転速度まで低下したと判断した場合であっても、エンジンの回転速度が上昇する間に噛み合いの指令を行うと、実際にピニオンギアとリングギアとが噛み合う際のエンジンの回転速度が所定の回転速度を超えている場合があった。かかる場合には、エンジンの再始動までの時間の増加や噛み合いによる騒音発生時間の増加といった問題が生じてしまう。このような問題を解決するため、エンジンの回転速度が増加する期間と対応するクランク角の上死点近傍において、ピニオンギアとリングギアとの噛み合いを禁止する又はエンジン回転速度の閾値を低下させるエンジン始動装置が存在する（例えば、特許文献２）。

特開２００３−６５１９１号公報 国際公開第２０１１／０２４５１１号

しかしながら、エンジンの経年変化や温度などの使用環境の変化等によってエンジンの吸気量や摩擦トルク等が変化すると、エンジンの回転速度の脈動が変化する。そのため、特許文献２に記載のエンジン始動装置であっても、エンジンの経年変化等によるエンジン回転速度の脈動の変化によってエンジンの回転速度が上昇中の期間に対応するクランク角が変化するため、エンジンの回転速度が上昇中のピニオンギアとリングギアとの噛み合わせを抑制することが困難となる場合があった。その結果、エンジンの回転速度が上昇中にピニオンギアとリングギアとの噛み合わせを行ってしまうとエンジンの再始動までの時間増加やエンジンの騒音発生期間の増加といった問題が依然として発生してしまう恐れがあった。

本発明は、上述のような問題を解決するためになされたもので、エンジンの回転速度の脈動の変化に対応してエンジンの再始動までの時間増加やエンジンの騒音発生期間の増加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。

本発明にかかるエンジン始動装置は、エンジンが始動する際に回転するスタータモータと、エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと噛み合いスタータモータの回転をエンジンに伝達するピニオンギアと、エンジンの回転加速度を算出する加速度算出手段を備えエンジンが慣性回転中にエンジンの始動を行う場合にエンジンの回転加速度に基づいてピニオンギアとリングギアとの噛み合わせのタイミングを制御する制御装置とを備えたものである。

本発明にかかるエンジン始動装置によれば、エンジンの回転加速度を算出し、算出した回転加速度に基づいてピニオンギアとリングギアの噛み合わせを行うため、エンジン回転速度の脈動が変化した場合でも、その変化を確実に捉えた上でピニオンギアとリングギアとの噛み合わせを行うことができる。その結果、エンジンの回転速度の脈動の変化に対応して、エンジンの再始動までの時間増加やエンジンの騒音発生期間の増加を抑制することができる。

本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置及びエンジン自動停止始動システムを示す模式図である。 本発明の実施の形態１にかかるエンジン自動停止システムのスタータ断面図である。 本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置の概要を説明する図である。 エンジンの回転速度の脈動の変化の一例を示すグラフである。 エンジンの回転速度の脈動の変化の別の例を示すグラフである。 本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置におけるエンジン再始動の制御方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置のピニオンギアの構造を示す模式図である。 本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置の噛み合い挙動の一例を示す模式図である。 本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置の噛み合い挙動の別の例を示す模式図である。 従来のエンジン始動装置におけるエンジン回転速度の変化と制御動作との関係を示す模式図である。 従来のエンジン始動装置におけるエンジン回転速度の変化と制御動作との関係及びその課題を示す模式図である。 本発明の実施の形態２にかかるエンジン始動装置で使用するデータテーブルを示す図である。

実施の形態１．
まず、本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置を備えたエンジン自動停止始動システムの構成１を説明する。図１は本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置を備えたエンジン自動停止始動システム１を示す模式図である。また、図２は本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置を備えたエンジン自動停止始動システム１を示す断面図である。

図１及び図２において、エンジン自動停止始動システム１は、エンジン２、コントローラ１０、リングギア１１、リレー１２、スタータモータ１３、ピニオンギア１４、ワンウェイクラッチ１５、プランジャ１６、ソレノイド１７、及び電源（バッテリ）１８から構成されている。また、ピニオンギア移動手段はソレノイド１７、プランジャ１６、レバー１９により構成される。ここで、エンジン始動装置とは、エンジン自動停止始動システム１において、コントローラ１０、リレー１２、スタータモータ１３、ピニオンギア１４、ワンウェイクラッチ１５、プランジャ１６、及びソレノイド１７を備えたものとする。

コントローラ１０は、バッテリ１８とソレノイド１７との間に設けられたリレー１２を介してソレノイド１７への通電を行う。ソレノイド１７への通電により、プランジャ１６を吸引し、レバー１９を介してピニオンギア１４を移動させることで、ピニオンギア１４とリングギア１１とを噛み合わせる。また、プランジャ１６の移動により接点が閉じ、スタータモータ１３へと通電されることで、スタータモータ１３の駆動力によりピニオンギア１４が回転する。そして、ピニオンギア１４を介してエンジンにスタータモータ１３の駆動力を伝達する。

リングギア１１は、エンジンのクランク軸に連結されており、ピニオンギア１４と噛み合うことでスタータモータ１３の駆動力がエンジンに伝達される。エンジン２の始動完了後は、ソレノイド１７への通電を停止することにより、プランジャ１６に接続された図示しないプランジャばねによりプランジャ１６が、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いを解除する方向に移動する。そして、レバー１９を介して、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いが解除されると共に、スタータモータ１３への通電が停止される。

ワンウェイクラッチ１５は、スタータモータ１３の出力軸に連結され、リングギア１１の回転速度がスタータモータ１３の回転速度より高くなった場合には空転し、逆にスタータモータ１３の回転速度がリングギア１１の回転速度より高くなった場合にはロックし、スタータモータ１３の駆動力を伝達する。

また、エンジン２には図示しないクランク角センサが設けられており、エンジン２の回転角度（クランク角）がパルスに基づき求められる。本実施の形態ではクランク角３０ｄｅｇ毎にパルスが生成される。そして、クランク角センサにより検出されるパルスの周期はエンジン２が所定角度回転するのに要した時間であり、クランク角を時間微分することで、単位時間当たりのクランク角の変化量を求めることができ、すなわちクランク角の角速度を算出することができる。これより、エンジン２の回転速度を演算することが可能となる。さらに、エンジン２の回転速度を時間微分することでエンジン２の回転加速度を算出することができる。なお、エンジン２の回転加速度は、クランク角の角速度を時間微分することでクランク角の角加速度を算出し、クランク角の角加速度から算出することとしてもよい。

エンジン２の回転速度及び回転加速度はコントローラ１０により所定周期毎（例えば１０ｍｓ毎）に演算され、制御実行時のエンジン回転速度を用いて制御を行う。なお、混乱を避けるため本発明におけるリングギア１１やピニオンギア１４等の回転速度はすべてクランク軸における回転速度に換算したもので統一する。また、ギア半径を用いて周速度を算出し、回転速度ではなく周速度による制御を行ってもよい。さらに、本実施の形態では、エンジン２に設けられたクランク角センサからエンジン２の回転速度及び回転加速度を算出することとしたが、別途回転速度センサや加速度センサを設けることでエンジン２の回転速度及び回転加速度を算出することとしても構わない。

また、コントローラ１０は本実施の形態では、エンジン制御を行うエンジンＥＣＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｏｒｏｌ Ｕｎｉｔ）で構成されてもよいし、エンジンＥＣＵとは別にエンジン自動停止始動システム１を実行するＥＣＵとして構成されてもよい。さらに、上記とは別にエンジン始動装置の制御専用のＥＣＵとして構成されてもよい。

次に本実施の形態におけるエンジン自動停止条件成立時のエンジン２の慣性回転の挙動について説明する。図３は、本発明の実施の形態１における慣性回転中のエンジン回転速度の挙動を示す図であり、図４及び図５はエンジン２の回転速度の脈動の変化を示す図である。図３乃至図５において、縦軸はエンジン２の回転速度を示し、横軸は時刻を示している。なお、エンジン２の慣性回転とは、エンジン２への燃料供給の停止後においてエンジン２が回転している状態を示すこととする。

車両の走行中に自動停止条件（例えば、車速１５ｋｍ／ｈ以下かつドライバがブレーキを踏んでいる等）が成立した場合には、エンジン２への燃料供給を停止する。しかし、エンジン２への燃料供給後もエンジンの回転は即座に停止するわけではなく、慣性回転することとなる。エンジン２が慣性回転している間は、図３に示すように、エンジン２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することから、エンジン２の回転速度は脈動を起こしながら低下していく。

このエンジン２の回転速度の脈動は、経年変化やエンジン２の制御状態、又はエンジン２の使用環境の変化等によって変化する。そこで、エンジン２の回転速度の脈動の変化について、以下で説明する。図４及び図５はエンジン２の回転速度の脈動の変化を示すグラフであり、それぞれのグラフにおいて縦軸はエンジン２の回転速度を示し、横軸は時刻を示している。

まず、エンジン２の吸気量が変化することによりエンジン２の回転速度の脈動が変化する場合について説明する。図４は、エンジン２の吸気量が変化した場合におけるエンジン２の回転速度の脈動を示しており、図４（ａ）はエンジン２の吸気量が相対的に大きい場合、図４（ｂ）はエンジン２の吸気量が相対的に小さい場合を示している。

エンジン２の吸気量は、エンジン制御において吸気バルブの絞り弁を調整することにより変化する場合や、同じ絞り量であっても大気の気圧や温度の変化等により変化することがある。そして、エンジン２の吸気量が変化するとエンジン２で発生するトルクも変化することから、図４（ａ）に示すように、エンジン２の吸気量が大きい場合には、エンジン２の回転速度の脈動も大きくなる。一方、図４（ｂ）に示すように、エンジン２の吸気量が小さい場合には、エンジン２の回転速度の脈動も小さくなる。

次に、エンジン２の摩擦トルクが変化することによりエンジン２の回転速度の脈動が変化する場合について説明する。図５は、エンジン２の摩擦トルクが変化した場合におけるエンジン２の回転速度の脈動を示しており、図５（ａ）はエンジン２の摩擦トルクが相対的に大きい場合、図５（ｂ）はエンジン２の摩擦トルクが相対的に小さい場合を示している。

エンジン２の摩擦トルクは、エンジン２の経年変化により変化する場合や、エンジン２それぞれのバラつき等により変化することがある。そして、図５（ａ）においてエンジン２の摩擦トルクが大きい場合には、エンジン２の回転加速度が相対的に小さくなる。一方、図５（ｂ）において、エンジン２の摩擦トルクが小さい場合には、エンジン２の回転加速度が相対的に大きくなる。

そこで、詳細については後述するが、本実施の形態では、エンジン２の慣性回転中に再始動条件が成立した場合に、図３に示すように、エンジン２の回転加速度ｄＮＥが所定値Ｄ１より大きい時に、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせを禁止する。

次に、本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置の動作について説明する。図６は、本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置の制御方法を示すフローチャート図である。

まず始めに、ステップＳ１００において、コントローラ１０は、エンジン２の自動停止条件が成立しているか否かを判定する。そして、このステップＳ１００において、エンジン２の自動停止条件が成立していないと判定した場合には、コントローラ１０は、一連の処理を終了し、次の制御周期へと進む。一方、ステップＳ１００において、エンジン２の自動停止条件が成立していると判断した場合には、ステップＳ１０１に進み、コントローラ１０は、エンジン停止制御を開始する。具体的には、コントローラ１０によりエンジン２への燃料供給を停止する。これにより、エンジン２は慣性回転することとなり、エンジン２の回転速度は脈動しながら低下していく。

ステップＳ１０２では、エンジンが完全停止しているか否かを判定する。例えば、クランク角のパルスが所定時間（例えば、３００ｍｓ）の間に検出されたか否かで判定される。完全停止していないと判断された場合、ステップＳ１０３へと進む。

ステップＳ１０３では、エンジン２の再始動条件（例えばドライバがブレーキを離す等）が成立しているか否かを判定する。エンジン２の再始動条件が成立している場合には、ステップＳ１０４へと進み、コントローラ１０は、エンジン２の再始動制御を行う。一方、エンジン２の再始動条件が成立していないと判定した場合には、処理を終了し、次の制御周期へと進む。

また、図示はしていないが一旦再始動条件が成立し、エンジン２の再始動制御を開始した場合は、ステップＳ１００にて自動停止条件が成立していないと判定されたとしても、フラグ等によりエンジン２の再始動制御を継続し、エンジン２を再始動させる。

続いて、ステップＳ１０４におけるエンジン２の再始動制御について、詳細に説明する。図７は、本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置におけるエンジン再始動の制御方法を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２００において、コントローラ１０において算出されたエンジン回転速度ＮＥに基づき、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合い許可判定を行う。具体的には、エンジン回転速度ＮＥが、噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下か否かを判定して行う。エンジン回転速度ＮＥが噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下であると判定された場合には、ステップＳ２０１へと進み、そうでない場合には処理を終了し、次の制御周期へと進む。噛み合い許可回転速度ＮＥ１はピニオンギア１４がリングギア１１へ到達するのに要する遅れ時間を考慮して設定されており、ＮＥ１以下となってからソレノイドへ通電した場合に、噛み合い可能なエンジン回転速度以下でピニオンギア１４がリングギア１１へ到達するように設定する。

このように噛み合い可能なエンジン回転速度以下でピニオンギア１４がリングギア１１へ到達するようにすることで、ピニオンギア１４およびリングギア１１に発生する衝撃を小さくすることができる。

ステップＳ２０１では、ピニオンギア１４とリングギア１１とが噛み合う際のエンジン回転加速度ｄＮＥが所定値Ｄ１以下か否かを判定する。所定値Ｄ１は、例えば０に設定することができ、エンジン回転加速度ｄＮＥが０以下か否かを判定し、エンジン回転加速度ｄＮＥが０以下であれば、ステップＳ２０２へ進む。一方、エンジン回転加速度ｄＮＥが０よりも大きい場合であれば、次の制御周期に進み噛合いを行わない。すなわち、エンジン回転加速度ｄＮＥが正の場合には、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせを禁止する。

また、Ｓ２０１において、エンジン回転加速度ｄＮＥがＤ１近傍の場合に、エンジン回転加速度が極小となる時にピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせを禁止することとしてもよい。かかる場合には、エンジン回転加速度を微分する等して回転加速度の微分値を算出し、エンジン回転加速度と当該微分値に基づいてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせを禁止する。例えば、所定値Ｄ１が０に設定されている場合には、エンジン回転加速度ｄＮＥが０又はその近傍の場合において、回転加速度の微分値が正の時はピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせを禁止する。なお、Ｄ１近傍とは、Ｄ１との差が、ピニオンギア１４がリングギア１１に到達するまでに要する時間（例えば、４０ｍｓ程度）にエンジン回転加速度ｄＮＥが変化する変化量より小さくなる値の範囲とする。このように、回転加速度の微分値まで考慮すれば、より適切にピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合せのタイミングを制御することができる。

ステップＳ２０２では、ソレノイド１７へ通電を行い、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いを開始する。また、ソレノイド１７へ通電を行うことで、プランジャ１６が移動しスタータモータ１３ステップの接点がＯＮとなる。これにより、スタータモータ１３への通電が開始される（ステップＳ２０３）。その後、ステップＳ２０４において、クランキングによりエンジン２の再始動を行う。

ここで、図８〜１０を用いてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いについて詳述する。図８は、発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置のピニオンギア１４の構造を示す模式図であり、非トルク伝達面２１側に面取り２３が施されているピニオンギア１４を示す図である。また、図９及び図１０は本発明の実施の形態１にかかるエンジン始動装置の噛み合い挙動を示す模式図であり、図９はリングギア１１の回転速度がピニオンギア１４の回転速度よりも小さい場合を、図１０はリングギア１１の回転速度がピニオンギア１４の回転速度よりも大きい場合をそれぞれ示している。なお、図９及び図１０において、ピニオンギア１４及びリングギア１１は、それぞれの図における右から左への方向に回転しているものとする。

図８において、ピニオンギア１４には、スタータモータ１３のトルクをリングギア１１へと伝えるトルク伝達面２０と、ワンウェイクラッチ１５が空転することによりトルクをほとんど伝えない非トルク伝達面２１とがある。また、キー始動時等でピニオンギア１４が噛み合い方向３０へと移動すると、ピニオンギア１４の端面２２と図示しないリングギア１１の端面とが接触する。そして、スタータモータ１３が回転を開始するとピニオンギア１４はスタータモータ回転方向３１に回転する。ここで、ピニオンギア１４とリングギア１１とが噛み合い可能な角度が大きくなるように、ピニオンギア１４には面取り２３が施されている。

まず、図９を用いて、リングギア回転速度（エンジン回転速度）がピニオンギア回転速度よりも小さい場合における噛み合いについて説明する。なお、図９においては、リングギア１１を構成する複数の歯のうちＲ１、Ｒ２、及びＲ３を抜き出して図示するとともに、ピニオンギア１４を構成する複数の歯のうちＰ１、Ｐ２、及びＰ３を抜き出して図示している。図９（ａ）において、ソレノイド１７への通電により、ピニオンギア１４の噛み合い方向３０へとピニオンギア１４が移動を開始し、ピニオンギア１４とリングギア１１の端面同士が衝突する。そして、図９（ｂ）において、リングギア１１の回転速度はピニオンギア１４の回転速度よりも小さいため、リングギア１１が相対的な移動方向３２（図の左から右）へと回転することとなる。その結果、図９（ｂ）のように、ピニオンギア１４の面取り２３に沿いながらリングギア１１とピニオンギア１４との噛み合いが開始される。その後、図９（ｃ）のように噛み合いが完了する。なお、仮に面取り２３がない場合には、図９（ａ）の破線で示す位置にピニオンギア１４が存在するため、図９（ｂ）に示すように、噛み合い途中へ移行可能な角度が少なくなってしまう。

次に、図１０を用いて、リングギア回転速度がピニオンギア回転速度よりも大きい場合における噛み合いについて説明する。なお、図１０においては図９と同様に、リングギア１１を構成する複数の歯のうちＲ１、Ｒ２、及びＲ３並びにピニオンギア１４を構成する複数の歯のうちＰ１、Ｐ２、及びＰ３を抜き出して図示する。図１０（ａ）において、ソレノイド１７への通電により、ピニオンギア１４の噛み合い方向３０へとピニオンギア１４が移動を開始し、ピニオンギア１４とリングギア１１との端面同士が衝突する。そして、図１０（ｂ）において、リングギア１１の回転速度がピニオンギア１４の回転速度よりも大きいため、リングギア１１が相対的な移動方向３３（図の右から左）へと回転することとなる。その結果、図１０（ｂ）に示すように、リングギア１１がピニオンギア１４の面取り２３部分に当たることとなる。この場合に、ピニオンギア１４の噛み合い方向３０への力が大きい場合は、面取り２３部分での接触により回転が同期し、噛み合いが完了する。

しかし、ピニオンギア１４を噛み合い方向３０に移動させる機構のガタやばね成分、リングギア１１の回転慣性や回転速度等によっては、噛み合いと反対方向に押し戻され、図１０（ｃ）に示すように、ピニオンギア１４とリングギア１１とが噛み合わずに、ピニオンギア１４が押し戻されてしまう場合がある。このように押し戻されてしまった場合にも、リングギア回転速度は低下中であるため、次第に相対回転速度が小さくなり、噛み合いを完了することができるが、例えばリングギア回転加速度が正、つまりリングギア回転速度が上昇中である場合には、この押し戻しにより噛み合い完了までの時間が想定よりも長くなり、騒音が発生する期間が増加してしまう。その結果、ドライバが違和感を抱く恐れ等の問題が発生する。

以下、ピニオンギア１４の押し戻しにより、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合い完了までの時間が増加する問題について、図１１および図１２を用いて説明する。図１１及び図１２は、従来のエンジン始動装置におけるエンジン回転速度の変化と制御動作との関係及びその課題を示す模式図である。それぞれの図において、縦軸はエンジン２の回転速度を示し、横軸は時刻を示している。

図１１において、時刻ｔ１はエンジン２の再始動条件が成立した時刻を示し、時刻ｔ２はソレノイド１７へ通電を行いピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いを開始する時刻を示し、時刻ｔ３はピニオンギア１４がリングギア１１へ到達した時刻を示し、時刻ｔ４はピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いが完了した時刻を示している。また、図１２において、時刻ｔ５はエンジン２の再始動条件が成立しピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いを開始する時刻を示し、時刻ｔ６はピニオンギア１４がリングギア１１へ到達した時刻を示し、時刻ｔ７はピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いが完了した時刻を示している。

図１１において、エンジン回転速度ＮＥが低下していき、再始動条件が成立（時刻ｔ１）する。その後エンジン回転速度ＮＥが噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下となったことを判定した上で、ソレノイド１７へ通電を行いピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いを開始する（時刻ｔ２）。そして、時刻ｔ３において、ピニオンギア１４がリングギア１１へ到達し、エンジン回転加速度ｄＮＥが０以下であるため、エンジン回転速度ＮＥがピニオンギア１４の押し戻しが発生しない回転速度ＮＥ２まで低下し、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いが完了する（時刻ｔ４）。ここで、ピニオンギア１４がリングギア１１に到達し噛み合いが完了するまでの時刻ｔ３から時刻ｔ４までの間、噛み合いによる騒音が発生する。

一方、図１２では、エンジン回転速度ＮＥが低下していき、噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下となった後、時刻ｔ５において、エンジン回転加速度ｄＮＥが０以上でエンジン２の再始動条件が成立する。ここで、エンジン２の回転加速度の判定を行わないとすると、再始動条件の成立と同時にソレノイド１７へ通電を行い、噛み合いを開始する。かかる場合、時刻ｔ６においてピニオンギア１４がリングギア１１へと到達するが、エンジン回転加速度ｄＮＥが０以上であることから、噛み合い開始時より高いエンジン回転速度となっている。そのため、エンジン回転速度ＮＥがピニオンギア１４の押し戻しが発生しない回転速度ＮＥ２まで低下する時刻ｔ７までの間、噛み合いが完了しないこととなる。その結果、ピニオンギア１４がリングギア１１に到達し噛み合いが完了するまでの時刻ｔ６から時刻ｔ７までの間、噛み合いによる騒音が発生する。

このように、より静粛な噛み合いのためにはステップＳ２００におけるエンジン回転速度ＮＥが噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下か否かを判定するだけでなく、ステップＳ２０１で示すようにエンジン回転加速度（リングギア回転加速度）が所定値Ｄ１以下か否かについても考慮して、噛み合い判定を行うことにより、噛み合い完了までの期間及び騒音が発生する期間をより一層低減することができる。

以上のような構成及び動作を行うことにより、本発明の実施の形態１では、エンジン回転加速度に基づいてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせのタイミングを制御しているため、エンジン回転速度が増加中にピニオンギア１４とリングギア１１とが噛み合わせを行うことを抑制できる。その結果、本実施の形態のエンジン始動装置は、噛み合い完了までの期間の短縮や騒音の抑制等の効果が得られる。さらには、ピニオンギア１４とリングギア１１とに発生する衝撃やその発生期間を抑制することができるため、部品寿命を向上させることができる。

特に、エンジン２の経年変化やエンジン２の使用環境等の影響でエンジン２の吸気量や摩擦トルク等が変化することによりエンジン回転加速度の脈動も変化するが、本実施の形態ではエンジン２の回転加速度を直接算出し、算出されたエンジン回転加速度に基づいて噛み合せを制御しているため、このようにエンジン回転速度の脈動が変化した場合においても噛み合い完了までの期間の短縮や騒音の抑制等の効果が得られる。

また、本実施の形態では、エンジン２の回転速度及びエンジン２の回転加速度の双方に基づいてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせのタイミングを制御しているため、噛み合い完了までの期間及び騒音発生期間をより一層短縮することができる。

さらに、本実施の形態では、エンジン２に設けられたクランク角センサからエンジン２の回転加速度を算出することとしたため、新たに速度センサや加速度センサを設ける必要がなく、低コストかつ低体積に生産することができる。

なお、本実施の形態では、エンジン２の回転加速度の閾値である所定値Ｄ１を０とし、エンジン回転加速度ｄＮＥを０と比較したが、これに限らず、ピニオンギア１４が移動を開始してからリングギア１１に到達するまでの間での回転速度の変化量等を考慮して所定値Ｄ１を０から調整してもよいし、他の算出値を所定値Ｄ１としてもよい。

例えば、所定値Ｄ１をスタータモータ１３の回転加速度とすることができる。かかる場合には、スタータモータ１３の回転加速度を算出する加速度算出手段を設けることとする。スタータモータ１３の加速度算出手段は、スタータモータ１３に加速度センサを設けることで直接算出することとしてもよいし、スタータモータ１３に印加される電圧又は流れる電流を計測するセンサを設け、当該電圧又は電流値からスタータモータ１３の回転速度を推定しこれより算出することとしてもよい。このような場合においても、プランジャ１６が移動し、スタータモータ１３の回転が開始された後は、エンジン２の回転加速度がスタータモータの回転加速度（ピニオンギア回転加速度）よりも小さくなるため、エンジン回転速度とピニオンギア回転速度との差が小さくなり、エンジン２の回転加速度を用いない制御を行う場合と比較してピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせによる騒音が発生する期間が短縮される。

また、本実施の形態では、ソレノイド１７への通電によりプランジャ１６が移動し、スタータモータ１３の接点が閉じてスタータモータ１３へ通電される構成のスタータに関して述べたが、ソレノイド１７とスタータモータ１３とに独立に通電可能な構成のスタータに適用しても問題なく、その場合にはピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合い時とスタータモータ１３の回転時にそれぞれ通電を行えばよい。

実施の形態２．
実施の形態１においては、エンジン２の回転加速度を算出し、算出した回転加速度に基づいてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせのタイミングを制御することとしたが、他の制御構成とすることもできる。そこで、実施の形態２として、エンジン２の吸気量を推定し、推定された吸気量に基づいてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせのタイミングを制御する場合について、以下で説明する。

まず、実施の形態２にかかるエンジン始動装置の構成について説明する。実施の形態２にかかるエンジン始動装置は、コントローラ１０が吸気量推定手段を備える点で実施の形態１と相違し、他の構成については同一となる。そのため、実施の形態１と同一又は対応する構成の説明は省略する。図１３に、実施の形態２にかかるエンジン始動装置においてエンジン２の回転加速度を算出するために使用するデータテーブルを示す。

コントローラ１０は吸気量推定手段を備え、推定されたエンジン２の吸気量からエンジン２の回転加速度を算出する。吸気量推定手段は、インマニ（インテークマニホールド：ｉｎｔａｋｅ ｍａｎｉｆｏｌｄ）圧センサやスロットルバルブ開度、エアフローセンサー等により検出された検出値、又は当該検出値を補正した補正値からエンジン２の吸気量を推定する。

本実施の形態では、図１３に示すように、推定された吸気量毎にクランク角と回転加速度との対応を示したデータテーブルをあらかじめ作成しこれを記憶しておく。そして、推定された吸気量に基づいて、参照するデータテーブルを決定する。推定された吸気量が標準値よりも小さい場合には図１３（ａ）に示すデータテーブルを使用し、推定された吸気量が標準値と同一又は同等と推定できる範囲内の場合には図１３（ｂ）に示すデータテーブルを使用し、推定された吸気量が標準値よりも大きい場合には図１３（ａ）に示すデータテーブルを使用することとなる。その後、クランク角センサが検出したクランク角と参照するデータテーブルからエンジン２の回転加速度を算出する。

次に、実施の形態２にかかるエンジン始動装置の動作について説明する。コントローラ１０は、上述のように算出したエンジン２の回転加速度が正の場合には、ピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合いを禁止する。一方、エンジン２の再始動条件が成立し、エンジン２の回転加速度が負の場合にはピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせを行う。また、エンジン２の回転加速度の判定に加えて、実施の形態１と同様に、エンジン２の回転速度とその閾値との比較判定を行うこととしてよい。

以上のような構成及び動作を行うことにより、本発明の実施の形態２では、エンジン２の吸気量を推定し、推定した吸気量に基づいてピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせのタイミングを制御しているため、エンジン２の回転速度が増加中にピニオンギア１４とリングギア１１とが噛み合わせを行うことを抑制できる。その結果、本実施の形態のエンジン始動装置は、噛み合い完了までの期間の短縮や騒音の抑制等の効果が得られる。

さらに、エンジン２で膨張・圧縮される気体の量であるエンジン２の吸気量が変化することによりエンジン２の回転加速度の脈動も変化することとなるが、本実施の形態ではエンジン２の吸気量を推定し、推定したエンジン２の吸気量に基づいて噛み合せのタイミングを制御しているため、エンジン２の吸気量が変化することによりエンジン２の回転速度の脈動が変化した場合においても噛み合い完了までの期間の短縮や騒音の抑制等の効果が得られる。

また、本実施の形態では、エンジン２の回転加速度を算出するにあたりデータテーブルを参照することとしているため、演算等による制御遅れや演算誤差等の影響が抑制することができる。

なお、本実施の形態では、エンジン２の吸気量に応じて３つのデータテーブルを用いることとしているが、エンジン２の吸気量に応じて複数のデータテーブルを用いることとすればよく３つのデータテーブルに限定されるものではない。さらに、エンジン２のクランク角からエンジン２の回転に関する物理モデル等を用いて演算を行い、エンジン２の回転加速度を算出することとしてもよい。

また、エンジン２の吸気量に応じて複数のデータテーブルからエンジン２の回転速度を算出し制御を行うこととしているが、エンジン２の回転加速度を算出することなく、エンジン２の吸気量に応じてクランク角ごとに噛み合わせの許可や禁止を行うことしても構わない。例えば、所定のクランク角の間ではピニオンギア１４とリングギア１１との噛み合わせを禁止し、エンジン２の吸気量に応じて噛み合わせを禁止するクランク角の範囲を変更することとしてもよい。

なお、本発明は、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ることや、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。

１ エンジン自動停止始動システム、２ エンジン、１０ コントローラ、１１ リングギア、１２ リレー、１３ スタータモータ、１４ ピニオンギア、１５ ワンウェイクラッチ、１６ プランジャ、１７ ソレノイド、１９ レバー、２０ トルク伝達面、２１ 非トルク伝達面、２２ 端面、２３ 面取り、３０ 噛み合い方向、３１ スタータモータ回転方向、３２ 移動方向、３３ 移動方向。

Claims (11)

1. エンジンが始動する際に回転するスタータモータと、
   前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと噛み合い、前記スタータモータの回転を前記エンジンに伝達するピニオンギアと、
   前記エンジンの回転加速度を算出する加速度算出手段が設けられ、前記エンジンが慣性回転中に前記エンジンの始動を行う場合に、前記エンジンの回転加速度に基づいて前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合わせのタイミングを制御する制御装置と、
   を備えたことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記制御装置は、
   前記エンジンの回転加速度の閾値を記憶し、前記加速度算出手段が算出した前記エンジンの回転加速度と前記エンジンの回転加速度の閾値とを比較することにより、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合わせのタイミングを制御する、
   ことを特徴とする請求項１記載のエンジン始動装置。
3. 前記制御装置は、前記回転加速度が正となる期間では前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合わせを禁止する、
   ことを特徴とする請求項２に記載のエンジン始動装置。
4. 前記制御装置は、
   前記エンジンの回転速度を算出する速度算出手段を備え、
   前記エンジンの回転速度と前記エンジンの回転加速度に基づいて前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合わせのタイミングを制御する、
   ことを特徴とする請求項３に記載のエンジン始動装置。
5. 前記制御装置は、
   前記エンジンの回転加速度を時間微分して前記エンジンの回転加速度の微分値を算出する微分手段を備え、
   前記エンジンの回転加速度と前記微分値に基づいて前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合わせのタイミングを制御する、
   ことを特徴とする請求項２乃至４のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
6. 前記制御装置は、
   前記エンジンの回転加速度が前記回転加速度の閾値又は前記閾値の近傍である場合において、前記微分値が正の場合には前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合わせを禁止する、
   ことを特徴とする請求項５に記載のエンジン始動装置。
7. 前記加速度算出手段は、
   前記エンジンに設けられたクランク角センサが検出するクランク角を時間微分することで前記クランク角の微分値を求め、前記クランク角の微分値に基づいて前記エンジンの回転加速度を算出する、
   ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
8. 前記速度算出手段は、
   前記エンジンに設けられたクランク角センサが検出するクランク角を時間微分することで前記クランク角の微分値を求め、前記クランク角の微分値に基づいて前記エンジンの回転速度を算出する、
   ことを特徴とする請求項４乃至７のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
9. エンジンの回転加速度を算出する工程と、
   前記エンジンの回転加速度に基づいて、スタータモータの回転を前記エンジンに伝達するピニオンギアと前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギアとの噛み合せを行う工程と、
   前記スタータモータの回転を、前記ピニオンギアを介して伝達することによって、前記エンジンの始動を行う工程と、
   を備えたことを特徴とするエンジン始動方法。
10. 前記回転加速度が正となる期間では前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合わせを禁止する、
    ことを特徴とする請求項９に記載のエンジン始動方法。
11. 前記エンジンの回転速度を算出する工程を備え、
    前記エンジンの回転速度及び前記エンジンの回転加速度に基づいて、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合せを行う、
    ことを特徴とする請求項１０に記載のエンジン始動方法。

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