JP2017227211A - エンジン始動システム、および、始動機 - Google Patents

Abstract

【課題】クランキング中に発生する始動音を低減できるエンジン始動システムを提供する。【解決手段】制御装置８は、第２始動機を起動してクランキングを開始した後、所定のタイミングで第２始動機の動作を停止し、且つ、第１始動機のモータ動作を開始する始動制御部と、第２始動機によりクランキングが開始された後、所定の乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部とを有する。始動制御部は、エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に乗り越し条件式が成立した時に、エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、第２始動機の動作を停止し、且つ、第１始動機のモータ動作を開始する。乗り越し条件式が成立することにより、エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に第２始動機の動作を停止できるので、クランキング時の噛み合い音を低減できる。【選択図】図１

Description

本発明は、主として、エンジンのクランク軸に連結される第１始動機と、クランク軸に連結可能な第２始動機とを用いてエンジンの始動を行うエンジン始動システムに関する。

従来、発電機能とモータ機能とを備えるモータジェネレータと、ピニオン飛び込み式のスタータとを併用してエンジンの始動を行う技術が公知である（特許文献１参照）。
この従来技術では、スタータを起動してエンジンのクランキングを開始した後、スタータを停止するタイミングと、モータジェネレータのモータ動作を開始するタイミングとを以下のように設定している。スタータを停止するタイミングは、燃料噴射の開始後、最初に発生するエンジンの圧縮上死点（以下、最初のＴＤＣと呼ぶ）を通過した以降に設定され、モータジェネレータのモータ動作を開始するタイミングは、最初のＴＤＣを通過してから次のＴＤＣに達する前に設定される。

特許第５８７５６６４号公報

上記の従来技術では、スタータを停止するタイミングを燃料噴射の開始後、最初のＴＤＣを通過した以降に設定しているが、実際は、エンジンのクランク角センサによる気筒判別が完了しないと燃料噴射が開始されない。言い換えると、燃料噴射が開始されるまでに数回のクランキングが必要になる場合がある。この場合、スタータを停止させるまでに一方向クラッチの再結合が発生するため、必ずしもクランキング中に発生する始動音を小さくできるとは言えない。なお、クランキング中に発生する始動音は、一方向クラッチが再結合する時にリングギヤとピニオンとの間で駆動／被駆動が入れ替わることで発生するギヤ衝突音、及び、リングギヤとピニオンとの噛み合い音が大きな要因である。

また、従来技術では、燃料噴射の開始後、最初のＴＤＣを通過した以降にスタータの動作を停止するので、スタータの駆動時間を短くすることが困難であり、その分、リングギヤとピニオンとの噛み合い音が発生する時間が長くなる。
本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、クランキング中に発生する始動音を低減できるエンジン始動システムを提供することにある。

請求項１に係るエンジン始動システムは、エンジンのクランク軸に連結されて前記クランク軸を回転駆動できる第１始動機と、前記クランク軸に連結されるリングギヤを回転駆動することで前記エンジンをクランキングする第２始動機と、前記第１始動機および前記第２始動機の動作を制御する制御装置とを有する。
前記第１始動機は、発電機と電動機を兼ねるモータジェネレータであり、前記第２始動機は、電力の供給を受けて回転するモータと、軸方向に移動して前記リングギヤに噛み合うことができるピニオンと、前記モータ側から前記ピニオン側への一方向のみトルクを伝達でき、前記ピニオン側から前記モータ側へのトルク伝達を遮断する一方向クラッチと、前記ピニオンを軸方向に移動させる機能および前記モータへの電力供給をオンオフする機能を備えるソレノイド装置とを含んで構成されるピニオン飛込み式スタータである。

クランキングの開始から前記エンジンに蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと前記第１始動機のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、前記エンジンの圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼び、前記乗り越し必要トルク＞前記エンジン始動トルクで表される大小関係を乗り越し条件式と定義するとき、前記制御装置は、前記エンジンの始動要求により前記第２始動機を起動してクランキングを開始した後、所定のタイミングで前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作を開始する始動制御部と、前記第２始動機によりクランキングが開始された後、前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部とを有し、前記始動制御部は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に前記乗り越し条件式が成立した時に、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作を開始することを特徴とする。

本発明のエンジン始動システムは、第２始動機によりクランキングが開始された後、エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に乗り越し条件式が成立すると、その乗り越し条件式が成立した時点で第２始動機を停止しても、エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越せると判断する。よって、乗り越し条件式が成立した時は、エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に第２始動機の動作を停止させることが可能であり、特許文献１の従来技術と比較して、第２始動機（ピニオン飛込み式スタータ）の動作を停止するタイミングを早くできる。その結果、第２始動機の駆動時間を短くできるので、ピニオンとリングギヤとの噛み合い音を低減できる。

実施例１に係るエンジン始動システムの構成図である。 実施例１に係るエンジン始動時の制御手順を示すフローチャートである。 実施例１に係る出力制限マップである。 実施例１に係る回転数Ｎｅ、ＮｍとトルクＴｅの推移を示すグラフ、および第１始動機と第２始動機のオン・オフタイミングを示すタイムチャートである。 実施例２に係る回転数Ｎｅ、ＮｍとトルクＴｅの推移を示すグラフ、および第１始動機と第２始動機のオン・オフタイミングを示すタイムチャートである。 実施例３に係るエンジン始動システムの構成図である。 実施例４に係るエンジン始動システムの構成図である。 実施例５に係るエンジン始動システムの構成図である。 実施例５に係るエンジン始動時の制御手順を示すフローチャートである。 実施例７に係る回転数Ｎｅ、ＮｍとトルクＴｅの推移を示すグラフ、および第１始動機と第２始動機のオン・オフタイミングを示すタイムチャートである。 実施例８に係る回転数Ｎｅ、ＮｍとトルクＴｅの推移を示すグラフ、および第１始動機と第２始動機のオン・オフタイミングを示すタイムチャートである。 実施例９に係る回転数Ｎｅ、ＮｍとトルクＴｅの推移を示すグラフ、および第１始動機と第２始動機のオン・オフタイミングを示すタイムチャートである。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例１〕
実施例１のエンジン始動システム１は、図１に示すように、エンジン２のクランク軸３にベルト４を介して連結される第１始動機５と、クランク軸３に取り付けられたリングギヤ６に連結可能な第２始動機７と、第１始動機５及び第２始動機７の動作を制御する制御装置８とを備える。なお、制御装置８は、制御機能および演算機能を有するＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置、入力装置、および、出力装置等を有するマイクロコンピュータを内蔵するものである。そして、制御装置８は、エンジン２の運転状態を示す各種検出器から信号の入力を受け、これらの信号に基づき、エンジン２を制御するための信号を出力する。

第１始動機５は、発電機と電動機を兼ねるモータジェネレータであり、制御装置８とは別の制御装置９を有し、制御装置９により制御される。なお、制御装置９は、制御機能および演算機能を有するＣＰＵ、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置、入力装置、および、出力装置等を有するマイクロコンピュータを内蔵するものである。そして、制御装置９は、制御装置８から与えられる指令信号や、第１始動機５等の運転状態を示す各種検出器から信号の入力を受け、これらの信号に基づき、第１始動機５を制御するための信号を出力する。また、制御装置９は、第１始動機５に印加する電圧及び周波数を調整するためのインバータ回路を有し、制御装置９のマイクロコンピュータは、インバータ回路に信号を出力することで、第１始動機５の回転速度を任意に制御することができる。

第２始動機７は、ピニオン１０を軸方向に押し出してリングギヤ６に噛み合わせると共に、モータ１１に発生するトルクをピニオン１０に伝達してリングギヤ６を回転駆動する周知のピニオン飛込み式スタータであり、以下のクラッチ１２及び電磁スイッチ１３等を含んで構成される。
クラッチ１２は、トルクの伝達を一方向のみ行うことができる一方向クラッチであり、モータ１１に発生するトルクをピニオン側へ伝達する一方、ピニオン側からモータ側へのトルク伝達を遮断する。
電磁スイッチ１３は、通電によって電磁力を発生するソレノイド１４と、このソレノイド１４の電磁力によって図示左方向へ吸引されるプランジャ１５とを含んで構成され、プランジャ１５の動きに連動してピニオン１０を軸方向に移動させると共に、モータ１１の電源ラインに設けられるメイン接点１６を開閉してモータ１１への電力供給をオンオフする。

制御装置８は、エンジン２の始動時に第１、第２始動機５、７の動作を制御する始動制御部１７と、エンジン２のクランキングが開始された後、後述する乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部１８とを含んで構成される。
以下、制御装置８によるエンジン始動時の制御手順を図２に示すフローチャートに従って説明する。下記のステップＳ１〜Ｓ８は、図２に示すフローチャートの各ステップに付したＳ１〜Ｓ８に該当する。

ステップＳ１…エンジン２の始動要求が入力された否かを判断する。エンジン２の始動要求は、例えば、アイドリングストップが実行された後、運転者がブレーキペダルを緩める、シフトレバーをＮレンジからＤレンジに入れる等の動作が行われた時に出力される。アイドリングストップは、自動車等の車両が交差点等で一時停止した際に、エンジン２を自動的に停止させる周知技術である。始動要求が入力されるまでステップＳ１を繰り返し、始動要求が入力された後、ステップＳ２へ進む。

ステップＳ２…制御装置８よりソレノイド１４の通電ラインに設けられるリレー１９（図１参照）にオン信号を出力して電磁スイッチ１３をオンすることにより第２始動機７を起動する。電磁スイッチ１３は、リレー１９がオンすることで、バッテリ２０からソレノイド１４に通電されて電磁力を発生し、その電磁力によりプランジャ１５が吸引されて軸方向に移動する。この電磁スイッチ１３の作動により、ピニオン１０が軸方向（図１の右方向）に押し出されてリングギヤ６に噛み合うと共に、メイン接点１６が閉成してバッテリ２０よりモータ１１に電力が供給される。その結果、モータ１１のトルクがクラッチ１２を介してピニオン１０に伝達されてリングギヤ６を回転駆動する。

ステップＳ３…エンジン２が最初の圧縮上死点（以下、最初のＴＤＣと言う）を乗り越したか否かを判定する。エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越したか否かは、例えば、既存のクランク角センサ（図示せず）によって検出できるエンジン回転数、あるいはクランク軸３に連結されている第１始動機５の回転数、トルク、および電流の少なくとも一つの情報を基に判断できる。エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越していない時（判定結果ＮＯ）は、ステップＳ４へ進み、最初のＴＤＣを乗り越した場合（判定結果ＹＥＳ）は、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ４…乗り越し条件式が成立したか否かを判断する。
乗り越し条件式は、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に第２始動機７の動作を停止した場合に、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越すことができるか否かを判断するための条件を定義した式である。具体的には、乗り越し必要トルク＞エンジン始動トルクで表される大小関係が成立する時（乗り越し必要トルクの方がエンジン始動トルクより大きい時）に乗り越し可能と判断する。但し、クランキングの開始からエンジン２に蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと、第１始動機５のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、エンジン２の圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼ぶ。

実施例１では、エンジン２の圧縮トルクおよびフリクショントルクには、予め把握された既知の値が入力されている。また、第１始動機５の出力可能な駆動トルクは、例えば、制御装置９が有する出力制限マップに基づき算出される。ここで、出力制限マップは、図３（ａ）に示すように、第１始動機５の出力可能な駆動トルクとエンジン回転数との相関を示すものである。そして、第１始動機５の出力可能な駆動トルクは、エンジン回転数を出力制限マップに当てはめることで算出される。

なお、図３（ａ）に示した回転数の数値Ｎｅｃは、第２始動機７によるクランキングから第１始動機５によるクランキングへ切り替えることが可能な回転数である。
そこで、エンジン回転数がＮｅｃに到達する前に乗り越し条件が成立しないように、出力制限マップにおいて、図３（ｂ）に示すように、エンジン回転数がＮｅｃよりも僅かに大きいＮｅｕ以下の範囲では、駆動トルクの数値をゼロに設定してもよい。

また、エンジン２に蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクは、クランク軸３及びリングギヤ６を含む回転系の慣性モーメントとエンジン回転数によって算出できるため、回転系の慣性モーメントに既知の値を入力することで、乗り越し可能なエンジン回転数を計算できる。
以上により、乗り越し可能なエンジン回転数を判定条件として乗り越し条件式が成立するか否かを判断できる。すなわち、クランク角センサ等で検出できるエンジン回転数が乗り越し可能なエンジン回転数を上回った時に乗り越し条件式が成立する。
乗り越し条件式が成立した時（判定結果ＹＥＳ）は、ステップＳ５へ進み、乗り越し条件式が成立していない場合（判定結果ＮＯ）は、ステップＳ３へ戻る。

ステップＳ５…制御装置８よりリレー１９にオフ信号を出力して電磁スイッチ１３をオフすることで第２始動機７の動作を停止させる。第２始動機７は、電磁スイッチ１３がオフすることでピニオン１０がリングギヤ６から離脱し、且つ、メイン接点１６が開成してモータ１１への電力供給が停止される。なお、ステップＳ５の実行において、リレー１９は、第２始動機７の動作を停止する停止信号を受信する停止信号受信部として機能する。

ステップＳ６…制御装置８より制御装置９に駆動指令を出力して第１始動機５のモータ動作を開始する。この第１始動機５のモータ動作を開始するタイミングは、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前であり、例えば、図４のタイムチャートに示すように、第２始動機７の動作を停止するタイミングと同じである。なお、ステップＳ６の実行において、制御装置９は、第１始動機５のモータ動作を開始する開始信号を受信する開始信号受信部として機能する。

ステップＳ７…エンジン２が完爆したか否かを判定する。例えば、エンジン回転数が予め設定される完爆回転数を超えた場合にエンジン２が完爆したと判定できる。エンジン２が完爆するまでステップＳ７を繰り返し、完爆したと判定された時（判定結果ＹＥＳ）にステップＳ８へ進む。
ステップＳ８…制御装置８より制御装置９に停止指令を出力して第１始動機５のモータ動作を停止する。但し、第１始動機５は、ベルト４を介してクランク軸３に連結されているので、モータ動作を停止した後、発電機として機能する。

〔実施例１の作用及び効果〕
実施例１のエンジン始動システム１は、図４に示すように、第２始動機７を起動してクランキングを開始した後、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に乗り越し条件式が成立すると、例えば、乗り越し条件式が成立したタイミング（図中ｔ１）で第２始動機７の動作を停止し、且つ、第１始動機５のモータ動作を開始する。つまり、第２始動機７から第１始動機５に切り替えてクランキングを行う。なお、図４は、エンジン回転数Ｎｅ、第２始動機７のモータ回転数Ｎｍ、エンジン始動トルクＴｅ（≒圧縮トルク＋フリクショントルク）の変動を示すグラフ、および、第１始動機５と第２始動機７のオン・オフタイミングを示すタイムチャートである。モータ回転数Ｎｍは、ピニオン１０とリングギヤ６とのギヤ比からクランク軸３の回転数に換算した回転数である。
これにより、特許文献１の従来技術と比較して、第２始動機７の動作を停止するタイミングが早くなり、第２始動機７の駆動時間（ピニオン１０がリングギヤ６に噛み合っている時間）が短くなるため、クランキング時の噛み合い音を低減できる。

以下、本発明に係る他の実施例について説明する。
なお、実施例１と共通する部品および構成を示すものは、実施例１と同一の符号を付与し、詳細な説明は省略（実施例１を参照）する。
〔実施例２〕
この実施例２は、乗り越し条件式が成立することなくエンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した場合の事例である。この場合、図５に示すように、クラッチ結合タイミングより前に第２始動機７の動作を停止し、且つ、第１始動機５のモータ動作を開始する。第１始動機５のモータ動作を開始するタイミングは、図５のタイムチャートに示すように、（１）第２始動機７の動作を停止するタイミングより前、（２）第２始動機７の動作を停止するタイミングと同じ、（３）第２始動機７の動作を停止するタイミングより後のいずれかに設定できる。但し、いずれの場合もクラッチ結合タイミングより前である。

クラッチ結合タイミングとは、第２始動機７によりクランキングを継続していた場合に、クラッチ１２が再結合すると推定されるタイミングである。このクラッチ結合タイミングは、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越してからクラッチ１２が非連結となった後、第２始動機７のモータ回転数がエンジン回転数に追いつくタイミングであるため、少なくともエンジン回転数をモニターすることで推定できる。
この実施例２の事例では、乗り越し条件式が成立することなくエンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した場合でも、クラッチ結合タイミングより前に第２始動機７の動作を停止するので、実際にクラッチ１２が再結合することはない。その結果、クラッチ１２の再結合に伴うギヤ衝突音の発生が無いので、クランキング中に発生する始動音を低減できる。

また、クラッチ結合タイミングより前に第１始動機５のモータ動作を開始するので、第２始動機７の動作を停止するタイミングが多少遅れても、クラッチ１２が再結合することはなく、ギヤ衝突音の発生を回避できる。さらに、上記（３）の場合、つまり、第１始動機５のモータ動作を開始するタイミングを第２始動機７の動作を停止するタイミングより後に設定する場合は、第１始動機５と第２始動機７の両方に同時に電力供給を行う必要がない。すなわち、第１始動機５のモータ動作を開始する時に大きな瞬時電力を必要としないので、バッテリ２０の瞬断を防止できる効果もある。

〔実施例３〕
実施例３は、図６に示すように、制御装置９が始動制御部１７および乗り越し判断部１８の機能を備える。なお、エンジン始動時の制御手順は実施例１と同じである。

〔実施例４〕
実施例４は、図７に示すように、始動制御部１７および乗り越し判断部１８の機能を制御装置９に設け、リレー１９に対する指令、つまり、第２始動機７に対する指令は、制御装置９から制御装置８を経由して行う。なお、エンジン始動時の制御手順は実施例１と同じである。

〔実施例５〕
実施例５は、第２始動機７にタンデムソレノイドスタータを使用する事例である。
第２始動機７の電磁スイッチ１３は、図８に示すように、ピニオン１０を押し出すための第１ソレノイド２２と、メイン接点１６を開閉するための第２ソレノイド２３とを有し、制御装置８によって両ソレノイド２２、２３の動作を独立に制御できる。
以下、制御装置８によるエンジン始動時の制御手順を図９に示すフローチャートに沿って説明する。

ステップＳ１１…エンジン２の始動要求が入力された否かを判断する。詳細は実施例１のステップＳ１と同様である。
ステップＳ１２…制御装置８より図８に示す第１リレー２４及び第２リレー２５にオン信号を出力して第２始動機７を起動する。第１ソレノイド２２は、第１リレー２４がオンすることでバッテリ２０から通電されて電磁力を発生し、その電磁力により第１プランジャ２６が吸引されて図８の左方向へ移動する。第２ソレノイド２３は、第２リレー２５がオンすることでバッテリ２０から通電されて電磁力を発生し、その電磁力により第２プランジャ２７が吸引されて図８の右方向へ移動する。これにより、ピニオン１０が軸方向に押し出されてリングギヤ６に噛み合うと共に、メイン接点１６が閉成してモータ１１に電力が供給される。その結果、モータ１１にトルクが発生し、そのトルクがクラッチ１２を介してピニオン１０に伝達されることでリングギヤ６を回転駆動する。

ステップＳ１３…エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越したか否かを判定する。詳細は実施例１のステップＳ３と同様である。
ステップＳ１４…乗り越し条件式が成立したか否かを判断する。詳細は実施例１のステップＳ４と同様である。
ステップＳ１５…制御装置８より第１リレー２４にオフ信号を出力して第１ソレノイド２２への通電を停止することにより、ピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる。
ステップＳ１６…制御装置８より制御装置９に駆動指令を出力して第１始動機５のモータ動作を開始すると共に、制御装置８より第２リレー２５にオフ信号を出力して第２ソレノイド２３への通電を停止する。その結果、メイン接点１６が開成されてモータ１１への電力供給が停止する。
ステップＳ１７…エンジン２が完爆したか否かを判定する。詳細は実施例１のステップＳ７と同様である。
ステップＳ１８…制御装置８より制御装置９に停止指令を出力して第１始動機５のモータ動作を停止する。詳細は実施例１のステップＳ８と同様である。

実施例５では、第２始動機７の動作を停止する際に、第２ソレノイド２３への通電を停止してモータ１１への電力供給をオフする前に、第１ソレノイド２２への通電を停止してピニオン１０をリングギヤ６から離脱させる。これにより、実質的にクラッチ１２の再結合が無くなるため、制御装置９に対し第１始動機５のモータ動作を開始させるための駆動指令が出力されてから、実際に第１始動機５のモータ動作が開始されるまでの間に時間差が生じても、クランキング中に発生する始動音を低減できる。

〔実施例６〕
実施例６は、第２始動機７の動作を停止するタイミングと第１始動機５のモータ動作を開始するタイミングとを初期クランク角度に応じて変更する事例である。初期クランク角度とは、第２始動機７によってクランキングを開始する時（クランク軸３が静止している時）のクランク角度を言う。
クランキングの開始からエンジン２に蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクは、初期クランク角度によって増減するため、初期クランク角度を把握することで、第１始動機５のモータ動作によって出力可能な駆動トルクを小さくできる。その結果、第１始動機５の消費電力を低減できる。

〔実施例７〕
実施例７は、乗り越し条件が成立することなくエンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した場合の事例である。そして、始動制御部１７は、実施例２と異なり、図１０に示すように、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に、第１始動機５を電動機として動作させる。このとき、第１始動機５は、例えば、図３（ａ）の出力制限マップから設定可能な上限値よりも小さな駆動トルクを出力し、その後、駆動トルクをこの小さな値に保ち続ける（図１０のＯＮ１の期間を参照。）。

やがて、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した後、クラッチ結合タイミングより前のタイミングで、第２始動機７の動作を停止するとともに、第１始動機５の駆動トルクをステップ状に目標値まで引き上げる（図１０のＯＮ１からＯＮ２への推移を参照。）。
これにより、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に第１始動機５の動作チェックを行うことができる。

なお、第１始動機５の駆動トルクをステップ状に引き上げるタイミングを、第２始動機７の動作を停止するタイミングの前または後にしてもよい。また、第１始動機５の駆動トルクをステップ状に引き上げるタイミング、および、第２始動機７の動作を停止するタイミングを初期クランク角度に応じて変更してもよい。

〔実施例８〕
実施例８は、乗り越し条件が成立することなくエンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した場合の事例である。また、始動制御部１７は、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に、第１始動機５を電動機として動作させるが、実施例７と異なり、図１１に示すように、第１始動機５の動作開始後、駆動トルクを時間に対して直線的に増加させていく。やがて、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した後、クラッチ結合タイミングより前のタイミングで、第２始動機７の動作を停止するとともに、第１始動機５の駆動トルクをステップ状に目標値まで引き上げる。

なお、第１始動機５の駆動トルクをステップ状に引き上げるタイミングを、第２始動機７の動作を停止するタイミングの前または後にしてもよい。また、第１始動機５の駆動トルクをステップ状に引き上げるタイミング、および、第２始動機７の動作を停止するタイミングを初期クランク角度に応じて変更してもよい。

〔実施例９〕
実施例９は、乗り越し条件が成立することなくエンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した場合の事例である。また、始動制御部１７は、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に、第１始動機５を電動機として動作させるが、実施例７、８と異なり、図１２に示すように、第１始動機５を一時的に電動機として動作させて停止させる。やがて、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越した後、クラッチ結合タイミングより前のタイミングで、第２始動機７の動作を停止するとともに、第１始動機５を電動機として動作させる。
これにより、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に、エンジン始動システム１の動作チェックを行うことができる。

〔変形例〕
実施例１では、エンジン２の圧縮トルクとフリクショントルクに予め把握された既知の値を入力する事例を記載したが、例えば、バッテリ電圧またはバッテリ電流をモニターして圧縮トルクのピーク値を求めることもできる。すなわち、圧縮行程におけるエンジン始動トルクは、圧縮トルク≫フリクショントルクとなり、圧縮トルクが支配的である。この圧縮トルクは、ＴＤＣより少し前にピークが来る。また、圧縮トルクのピーク位置では、バッテリ電圧およびバッテリ電流の傾きが略ゼロとなるため、傾きゼロ近傍のバッテリ電圧またはバッテリ電流の値と圧縮トルクとの相関を予め把握することで、圧縮トルクのピーク値を求めることが可能である。
また、既存の筒内圧センサによってエンジン２の筒内圧を検出し、その検出結果から理論計算で圧縮トルクに換算することもできる。

実施例１では、クランク角センサによってクランク軸３の回転角度（クランク角度）を検出しているが、第１始動機５がベルト４を介してクランク軸３に連結されているので、第１始動機５が持つ回転角センサによって第１始動機５の回転角度を検出し、その回転角度からクランク角度を推定することもできる。この場合、クランク角センサが無くても最初のＴＤＣを通過するタイミングを判断できるので、センサの追加やセンサ配線の分岐が不要となり、システムの簡素化及びコスト低減に寄与できる。
実施例１の第１始動機５は、ベルト４を介してクランク軸３に連結されるが、ベルト４が掛け渡される第１始動機５のプーリにクラッチを内蔵することもできる。

実施例１では、第１始動機５の出力可能な駆動トルクを乗り越し条件式に含めているが、第１始動機５の出力可能な駆動トルクを含まない乗り越し条件式を設定することもできる。つまり、クランキングの開始からエンジン２に蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクとエンジン始動トルク（エンジン２の圧縮トルク＋フリクショントルク）との大小関係に基づいて、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に第２始動機７の動作を停止できるか否かを判断することもできる。この場合、エンジン２が最初のＴＤＣを乗り越す前に乗り越し条件式が成立した時に、第２始動機７の動作を停止するタイミングと第１始動機５のモータ動作を開始するタイミングとを合わせる必要はない。言い換えると、第１始動機５のモータ動作を開始するタイミングは、必ずしもＴＤＣより前である必要はなく、遅くともクラッチ結合タイミングより前であれば良い。

１ エンジン始動システム ２ エンジン ３ クランク軸 ４ ベルト ５ 第１始動機 ６ リングギヤ ７ 第２始動機 ８ 制御装置 ９ 制御装置（開始信号受信部） １０ ピニオン １１ モータ １２ 一方向クラッチ １３ 電磁スイッチ（ソレノイド装置） １７ 始動制御部 １８ 乗り越し判断部 １９ リレー（停止信号受信部）

Claims (20)

1. エンジン（２）のクランク軸（３）に連結されて前記クランク軸を回転駆動できる第１始動機（５）と、
   前記クランク軸に連結されるリングギヤ（６）を回転駆動することで前記エンジンをクランキングする第２始動機（７）と、
   前記第１始動機および前記第２始動機の動作を制御する制御装置（８）とを有し、
   前記第１始動機は、発電機と電動機を兼ねるモータジェネレータであり、
   前記第２始動機は、電力の供給を受けて回転するモータ（１１）と、軸方向に移動して前記リングギヤに噛み合うことができるピニオン（１０）と、前記モータ側から前記ピニオン側への一方向のみトルクを伝達でき、前記ピニオン側から前記モータ側へのトルク伝達を遮断する一方向クラッチ（１２）と、前記ピニオンを軸方向に移動させる機能および前記モータへの電力供給をオンオフする機能を備えるソレノイド装置（１３）とを含んで構成されるピニオン飛込み式スタータであって、
   クランキングの開始から前記エンジンに蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと前記第１始動機のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、
   前記エンジンの圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼び、
   前記乗り越し必要トルク＞前記エンジン始動トルクで表される大小関係を乗り越し条件式と定義するとき、
   前記制御装置は、
   前記エンジンの始動要求により前記第２始動機を起動してクランキングを開始した後、所定のタイミングで前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作を開始する始動制御部（１７）と、
   前記第２始動機によりクランキングが開始された後、前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部（１８）とを有し、
   前記始動制御部は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に前記乗り越し条件式が成立した時に、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作を開始することを特徴とするエンジン始動システム（１）。
2. 請求項1に記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記始動制御部は、前記乗り越し条件式が成立することなく前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越した場合に、前記第２始動機の動作を停止するタイミングおよび前記第１始動機のモータ動作を開始するタイミングを、前記一方向クラッチが再結合すると推定されるタイミングより前に設定することを特徴とするエンジン始動システム。
3. 請求項２に記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記始動制御部は、前記第１始動機のモータ動作を開始するタイミングを前記第２始動機の動作を停止するタイミングと同一または前後に設定することを特徴とするエンジン始動システム。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記始動制御部は、前記第１始動機のモータ動作を開始するタイミングを、前記第２始動機が有する前記モータへの電力供給をオフした後に設定することを特徴とするエンジン始動システム。
   
5. 請求項１ないし請求項６の内のいずれか１つに記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記始動制御部は、クランキングが開始される前の初期クランク角度を把握し、クランキングが開始された後、前記第２始動機の動作を停止するタイミングと前記第１始動機のモータ動作を開始するタイミングとを前記初期クランク角度に応じて変更することを特徴とするエンジン始動システム。
6. 請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記制御装置は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に、前記第１始動機を電動機として一時的に動作させて停止することを特徴とするエンジン始動システム。
7. エンジンのクランク軸に連結されて前記クランク軸を回転駆動できる第１始動機と、
   前記クランク軸に連結されるリングギヤを回転駆動することで前記エンジンをクランキングする第２始動機と、
   前記第１始動機および前記第２始動機の動作を制御する制御装置とを有し、
   前記第１始動機は、発電機と電動機を兼ねるモータジェネレータであり、
   前記第２始動機は、電力の供給を受けて回転するモータと、軸方向に移動して前記リングギヤに噛み合うことができるピニオンと、前記モータ側から前記ピニオン側への一方向のみトルクを伝達でき、前記ピニオン側から前記モータ側へのトルク伝達を遮断する一方向クラッチと、前記ピニオンを軸方向に移動させる機能および前記モータへの電力供給をオンオフする機能を備えるソレノイド装置とを含んで構成されるピニオン飛込み式スタータであって、
   クランキングの開始から前記エンジンに蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと前記第１始動機のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、
   前記エンジンの圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼び、
   前記乗り越し必要トルク＞前記エンジン始動トルクで表される大小関係を乗り越し条件式と定義するとき、
   前記制御装置は、
   前記エンジンの始動要求により前記第２始動機を起動してクランキングを開始した後、前記第１始動機のモータ動作を開始し、さらに、所定のタイミングで前記第２始動機の動作を停止する始動制御部と、
   前記第２始動機によりクランキングが開始された後、前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部とを有し、
   前記始動制御部は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に前記乗り越し条件式が成立した時に、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作による出力を引き上げることを特徴とするエンジン始動システム。
8. 請求項７に記載のエンジン始動システムにおいて、
   前記始動制御部は、前記乗り越し条件式が成立することなく前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越した場合に、前記第２始動機の動作を停止するタイミングおよび前記第１始動機のモータ動作による出力を引き上げるタイミングを、前記一方向クラッチが再結合すると推定されるタイミングより前に設定することを特徴とするエンジン始動システム。
9. 請求項８に記載したエンジン始動システムにおいて、
   前記始動制御部は、前記第１始動機のモータ動作による出力を引き上げるタイミングを前記第２始動機の動作を停止するタイミングと同一または前後に設定することを特徴とするエンジン始動システム。
10. 請求項７ないし請求項９の内のいずれか１つに記載のエンジン始動システムにおいて、
    前記始動制御部は、前記第１始動機のモータ動作による出力を引き上げるタイミングを、前記第２始動機が有する前記モータへの電力供給をオフした後に設定することを特徴とするエンジン始動システム。
11. 請求項７ないし請求項１０の内のいずれか１つに記載のエンジン始動システムにおいて、
    前記始動制御部は、クランキングが開始される前の初期クランク角度を把握し、クランキングが開始された後、前記第２始動機の動作を停止するタイミングと前記第１始動機のモータ動作による出力を引き上げるタイミングとを前記初期クランク角度に応じて変更することを特徴とするエンジン始動システム。
12. 請求項１ないし請求項１１の内のいずれか１つに記載のエンジン始動システムにおいて、
    前記ソレノイド装置は、前記ピニオンを軸方向に移動させる機能を有する第１ソレノイドと、前記モータへの通電電流をオンオフする機能を有する第２ソレノイドとを備え、
    前記始動制御部は、前記第２始動機の動作を停止する際に、前記第２ソレノイドにより前記モータへの電力供給をオフする前に、前記第１ソレノイドにより前記ピニオンを前記リングギヤから離脱させることを特徴とするエンジン始動システム。
13. 請求項１ないし請求項１２の内のいずれか１つ記載のエンジン始動システムにおいて、
    前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断するために必要な少なくとも一つの条件を乗り越し判定条件と呼ぶとき、
    前記始動判断部は、エンジン回転数を前記乗り越し判定条件とすることを特徴とするエンジン始動システム。
14. 請求項１３に記載のエンジン始動システムにおいて、
    前記クランク軸の回転角度を検出するクランク角センサを有し、
    前記始動判断部は、前記クランク角センサで検出される前記クランク軸の回転角度を基に前記エンジン回転数を算出することを特徴とするエンジン始動システム。
15. 請求項１３に記載のエンジン始動システムにおいて、
    前記第１始動機の回転角度を検出する回転角センサを有し、
    前記始動判断部は、前記回転角センサで検出される前記第１始動機の回転角度からクランク角度を推定し、その推定されたクランク角度を基に前記エンジン回転数を算出することを特徴とするエンジン始動システム。
16. 請求項１ないし請求項１５の内のいずれか１つに記載のエンジン始動システムにおいて、
    前記第１始動機は、ベルト（４）を介して前記クランク軸に連結されていることを特徴とするエンジン始動システム。
17. エンジンのクランク軸に連結されて前記クランク軸を回転駆動することができる電動機と、発電機とを兼ねるモータジェネレータを有し、
    前記クランク軸に連結されるリングギヤを回転駆動することで前記エンジンをクランキングするピニオン飛込み式スタータである第２始動機とともに動作を制御装置により制御される第１始動機であって、
    クランキングの開始から前記エンジンに蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと前記電動機のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、
    前記エンジンの圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼び、
    前記乗り越し必要トルク＞前記エンジン始動トルクで表される大小関係を乗り越し条件式と定義するとき、
    前記制御装置は、
    前記エンジンの始動要求により前記第２始動機を起動してクランキングを開始した後、所定のタイミングで前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作を開始する始動制御部と、
    前記第２始動機によりクランキングが開始された後、前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部とを有し、
    前記始動制御部は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に前記乗り越し条件式が成立した時に、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作を開始する開始信号を送信し、
    前記第１始動機は前記開始信号を受信する開始信号受信部（９）を有することを特徴とする第１始動機。
18. エンジンのクランク軸に連結されて前記クランク軸を回転駆動することができる電動機と、発電機とを兼ねるモータジェネレータを有する第１始動機とともに、動作を制御装置により制御され、
    前記クランク軸に連結されるリングギヤを前記エンジンの始動要求により回転駆動することで前記エンジンをクランキングするピニオン飛込み式スタータである第２始動機であって、
    クランキングの開始から前記エンジンに蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと前記第１始動機のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、
    前記エンジンの圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼び、
    前記乗り越し必要トルク＞前記エンジン始動トルクで表される大小関係を乗り越し条件式と定義するとき、
    前記制御装置は、
    前記エンジンの始動要求により前記第２始動機を起動してクランキングを開始した後、所定のタイミングで前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作を開始する始動制御部と、
    クランキングが開始された後、前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部とを有し、
    前記始動制御部は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に前記乗り越し条件式が成立した時に、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、前記第１始動機のモータ動作を開始し、且つ、前記第２始動機の動作を停止する停止信号を送信し、
    前記第２始動機は前記停止信号を受信する停止信号受信部（１９）を有することを特徴とする第２始動機。
19. エンジンのクランク軸に連結されて前記クランク軸を回転駆動することができる電動機と、発電機とを兼ねるモータジェネレータを有し、
    前記クランク軸に連結されるリングギヤを回転駆動することで前記エンジンをクランキングするピニオン飛込み式スタータである第２始動機とともに動作を制御装置により制御される第１始動機であって、
    クランキングの開始から前記エンジンに蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと前記電動機のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、
    前記エンジンの圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼び、
    前記乗り越し必要トルク＞前記エンジン始動トルクで表される大小関係を乗り越し条件式と定義するとき、
    前記制御装置は、
    前記エンジンの始動要求により前記第２始動機を起動してクランキングを開始した後、前記第１始動機のモータ動作を開始し、さらに、所定のタイミングで前記第２始動機の動作を停止する始動制御部と、
    前記第２始動機によりクランキングが開始された後、前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部とを有し、
    前記始動制御部は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に前記乗り越し条件式が成立した時に、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、前記第２始動機の動作を停止し、且つ、前記第１始動機のモータ動作による出力を引き上げる開始信号を送信し、
    前記第１始動機は前記開始信号を受信する開始信号受信部を有することを特徴とする第１始動機。
20. エンジンのクランク軸に連結されて前記クランク軸を回転駆動することができる電動機と、発電機とを兼ねるモータジェネレータを有する第１始動機とともに、動作を制御装置により制御され、
    前記クランク軸に連結されるリングギヤを前記エンジンの始動要求により回転駆動することで前記エンジンをクランキングするピニオン飛込み式スタータである第２始動機であって、
    クランキングの開始から前記エンジンに蓄えられる運動エネルギーによって得られる回転トルクと前記第１始動機のモータ動作によって出力可能な駆動トルクとを加算したトルクを乗り越し必要トルクと呼び、
    前記エンジンの圧縮トルクとフリクショントルクとを加算したトルクをエンジン始動トルクと呼び、
    前記乗り越し必要トルク＞前記エンジン始動トルクで表される大小関係を乗り越し条件式と定義するとき、
    前記制御装置は、
    前記エンジンの始動要求により前記第２始動機を起動してクランキングを開始した後、前記第１始動機のモータ動作を開始し、さらに、所定のタイミングで前記第２始動機の動作を停止する始動制御部と、
    クランキングが開始された後、前記乗り越し条件式が成立するか否かを判断する乗り越し判断部とを有し、
    前記始動制御部は、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越す前に前記乗り越し条件式が成立した時に、前記エンジンが最初の圧縮上死点を乗り越したか否かに係わらず、前記第１始動機のモータ動作による出力を引き上げ、且つ、前記第２始動機の動作を停止する停止信号を送信し、
    前記第２始動機は前記停止信号を受信する停止信号受信部（１９）を有することを特徴とする第２始動機。

Images