JP4981873B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジンのアイドルストップ制御時に於けるエンジン惰性回転中にエンジン再始動を行うエンジン始動装置に関するものである。

従来、エンジンのアイドルストップ制御時に於けるエンジン惰性回転中にエンジンを再始動させるエンジン始動装置として、スタータモータをエンジンの回転速度と同期するように調速制御を行い、スタータモータにより駆動されるピニオンギヤの回転をエンジンに連結されているリングギヤの回転に同期させて両ギヤを噛合させ、エンジンを再始動するようにしたエンジン始動装置が
提案されている（例えば、特許文献1参照）。

又、別の従来の装置として、エンジン回転速度判定手段と、ピニオンギヤ回転速度判定手段を備え、エンジンの再始動要求が発生したときにスタータモータへの通電を開始し、ピニオンギヤの回転速度がリングギヤの回転速度と同期した時点で、スタータモータの回転軸に直結したピニオンギヤを軸方向に移動させることによりリングギヤに噛合させてエンジンを再始動するようにしたエンジン始動装置が提案されている。また、ピニオンギヤの回転速度がリングギヤ回転速度と同期する時点を予測し、その時点に合わせてピニオンギヤをリングギヤに噛合させるように軸方向の移動タイミングを制御するようにしたエンジン始動装置が提案されている（例えば、特許文献2参照）。

特開２００２−７０６９９号公報 特開２００５−３３０８１３号公報

特許文献１に示された従来の装置の場合、スタータモータの回転速度をエンジンの回転速度に同期させるために、スタータモータを調速制御するためのシステムが必要である。例えばデューティ制御等によりスタータモータへの通電電圧を制御してスタータモータの速度を制御する場合、比較的大きな電流を制御する必要があるため、それに見合う大きなサイズのリレーやトランジスタ等の電子回路を備える必要があり、耐熱性、部品点数が増加が必要となり、又、コストも高くなる。

又、特許文献２に示された従来の装置に於いては、エンジンの再始動要求が発生すると同時にスタータモータに通電し、ピニオンギヤとリングギヤとの回転速度を同期させて両ギヤを噛合させるため、ピニオンギヤの回転速度をモニターするための回転検知センサーが必要となり、また、ピニオンギヤがリングギヤに噛合する際の回転速度を予測するための制御回路を備える必要があり、制御回路が複雑となり、又、部品点数が増加し、コストも高くなる。

この発明は、従来のエンジン始動装置に於ける前述のような課題を解決するためになされたもので、大幅なコストアップを伴うことなく確実にアイドルストップ制御時に於けるエンジン惰性回転中のエンジン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ことを目的とする。

この発明によるエンジン始動装置は、
エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギヤと、通電されることにより回転するスタータモータと、前記スタータモータの回転を前記リングギヤに伝達するピニオンギヤと、通電されることにより前記ピニオンギヤをその軸方向に駆動して前記リングギヤに噛合させるピニオンギヤ軸方向駆動手段と、前記スタータモータと前記ピニオンギヤ軸方向駆動手段への通電を制御するコントローラとを備え、前記コントローラにより前記スタータモータと前記ピニオンギヤ軸方向駆動手段との通電を制御して、アイドルストップ制御された前記エンジンを再始動させるエンジン始動装置であって、
前記コントローラは、前記アイドルストップ制御による前記エンジンの惰性回転中に前記エンジンの再始動要求が発生したとき、前記エンジン回転速度検出手段により検出された前記エンジンの回転速度が予め設定された所定の回転速度に達したときに前記スタータモータへの通電を開始すると共に、前記スタータモータへの通電を開始してから前記スタータモータの回転速度が前記エンジンの回転速度に等しくなるまでの予め設定された所定の時間経過後に前記ピニオンギヤ軸方向駆動手段への通電を開始することにより、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとを噛合させることを特徴とするものである。

この発明によるエンジン始動装置によれば、コントローラは、アイドルストップ制御によるエンジンの惰性回転中に前記エンジンの再始動要求が発生したとき、エンジン回転速度検出手段により検出された前記エンジンの回転速度が予め設定された所定の回転速度に達したときにスタータモータへの通電を開始すると共に、前記スタータモータへの通電を開始してからスタータモータの回転速度がエンジンの回転速度に等しくなるまでの所定の時間経過後にピニオンギヤ軸方向駆動手段への通電を開始することにより、ピニオンギヤとリングギヤとを噛合させるように構成されているので、スタータモータの調速通電のためのリレーやトランジスタなどの電子回路を必要とせず、エンジンを始動するための大幅なコストアップを抑制できる。又、スタータモータに通電開始後予め設定された時間でピニオンギヤを噛合わすため、スタータモータやピニオンギヤの回転速度をモニター及び噛合する際の回転速度の予測する必要が無く、回転検知センサーや回転速度を予測する複雑な制御回路等が不必要であり、大幅なコストアップを伴うことなく確実にアイドルストップ制御時におけるエンジン惰性回転中のエンジン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ことが可能となる。

この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於けるアイドルストップ制御の流れを示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於ける回転再始動制御の流れを示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置を図に基づいて説明する。図１は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置の構成を示すブロック図である。図１に於いて、エンジン制御装置（以下、エンジンＥＣＵと称する）１０は、アイドルストップ条件が成り立つか否かを判定し、その判定結果をエンジン始動装置１９のコントローラであるアイドルストップコントローラ１３へ入力する。

エンジン始動装置１９は、前述のアイドルストップコントローラ１３と、エンジン（図示せず）のクランク軸２１に連結されエンジンの回転を伝えるリングギヤ１１と、エンジンのクランク角を検出し、検出したクランク角に相当するクランク角信号を出力するクランク角センサー１２と、スタータ１８とを備える。クランク角センサー１２は、この発明の実施の形態１に於けるエンジン回転速度検出手段を構成する。

スタータ１８は、スタータモータ１７と、モータ駆動リレー２０と、スタータモータ１７の回転子軸に軸方向に移動可能に連結され、スタータモータ１７により駆動されて回転するピニオンギヤ１４と、通電されることによりプランジャ（図示せず）を吸引して軸方向に移動させるピニオン駆動ソレノイド１６と、一端がプランジャに係合されると共に他端がピニオンギヤ１４に結合された一方向クラッチ（図示せず）に係合され、前記一端と他端との間が回動自在に支持されたレバー（図示せず）とを備える。この発明の実施の形態１に於いて、ピニオン駆動ソレノイド１６とプランジャとレバーと一方向クラッチとは、ピニオンギヤ軸方向駆動手段を構成する。

前述の一方向クラッチは、スタータモータ１７のトルクをピニオンギヤ１４を介してリングギヤ１１に伝達するが、リングギヤ１１からのトルクはスタータモータ１７には伝達しないように構成されている。

アイドルストップコントローラ１３は、エンジンＥＣＵ１０からのアイドルストップ条件の判定結果と、クランク角センサー１２からのクランク角検出信号に基づいて演算されるエンジンの回転速度により、モータ駆動リレー２０とピニオン駆動ソレノイド１６との通電を制御する。

アイドルストップコントローラ１３は、予め設定されたスタータモータ回転立ち上がりマップを備えている。後述するようにこのスタータモータ回転立ち上がりマップには、スタータモータ１７への通電が開始されるエンジンの回転速度に対応して、スタータモータ１７への通電開始後にピニオンギヤの駆動を開始する時間が予め設定されている。

尚、図１ではアイドルストップコントローラ１３とエンジンＥＣＵ１０を別々のものとして示しているが、アイドルストップコントローラ１３を備える代わりに、エンジンＥＣＵ１０がアイドルストップコントローラ１３を兼ねるようにしても良い。この場合、エンジン始動装置１９は、エンジンＥＣＵ１０を含み得る。

以上のように構成されたこの発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於いて、次にその動作を説明する。図２は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於けるアイドルストップ制御の流れを示すフローチャートである。図３は、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置に於ける高速噛合再始動制御の流れを示すフローチャートである。

先ず、ピニオンギヤ１４とリングギヤ１１とを噛合させる前までのアイドルストップ制御の動作を説明する。図２に於いて、ステップＳ１１０では、エンジンＥＣＵ１０へ入力されるエンジン及び車両の運転状態等を示す運転状態信号に基づいてアイドルストップ条件が成立しているか否かを判定し、アイドルストップ条件が成立していなければ（ＮＯ）、成立するまで状態を維持して待機する。

ステップＳ１１０での判定の結果、アイドルストップ条件が成立していれば（ＹＥＳ）、ステップＳ１１１に進んで、アイドルストップ制御を開始し、エンジンＥＣＵ１０の制御によりエンジンへの燃料供給をストップさせる。エンジンへの燃料供給がストップされることにより、エンジンは惰性回転し回転速度が次第に低下するが、アイドルストップコントローラ１３は、クランク角センサー１２からのクランク角信号の周期に基づいてエンジンの回転速度つまりリングギヤ１１の回転速度（以下、リングギヤの回転速度と称する）を演算して監視している。

ステップＳ１１１からステップＳ１１２に進み、アイドルストップコントローラ１３は、監視しているリングギヤ１１の回転速度が、ピニオンギヤ１４と噛合して回転噛合再始動制御が可能な回転速度以上か否かを判定する。ステップＳ１１２での判定の結果、リングギヤ１１の回転速度が回転噛合再始動制御が可能な回転速度以上であると判定したときは（ＹＥＳ）、ステップＳ１１３に進んでエンジンの再始動要求の有無を判定する。ここで、エンジンの再始動要求の有無の判定は、エンジンＥＣＵ１０へ入力される運転状態信号に基づいて、ドライバからのエンジンの再始動要求、例えばブレーキペダルから足を離す動作等があるか否かを判定することにより行われる。

ステップＳ１１３による判定の結果、エンジンの再始動要求があった場合には（ＹＥＳ）、ステップＳ１１４に進み、リングギヤ１１の回転速度がエンジン自己復帰可能回転速度、例えば５００［ｒｐｍ］以上か否かの判定を行う。

ここで、エンジン自己復帰可能回転速度とは、スタータ１８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再始動可能な回転速度のことであり、例えば燃料を多めに噴射することで、燃焼させやすくする等の制御があるが、ここでは、エンジン自己復帰の制御の詳細についての説明は省略する。

尚、リングギヤ１１の回転速度は、クランク角センサー１２からのセンサー角信号の周期に基づいてアイドルストップコントローラ１３により演算しているが、これに代えて、エンコーダやパルス発生器からの信号をＦＶ変換（周波数電圧変換)等による別の手段を用いてリングギヤ１１の回転速度Ｎｒを検出するようにしてもよい。

次に、ステップＳ１１４に於いてリングギヤ１１の回転速度がエンジン自己復帰回転速度以上と判定された場合（ＹＥＳ）は、ステップＳ１１５に進み、エンジン自己復帰制御を行いエンジンを再始動させる。

前述のステップＳ１１３での判定の結果、ドライバからの再始動要求がないと判定した場合（ＮＯ）、又は前述のステップＳ１１２での判定の結果、リングギヤ１１の回転速度が回転再始動制御が可能な回転速度以下であった場合（ＮＯ）は、ステップＳ１１６へと進み、通常再始動制御の開始を行う。ここで、通常再始動制御とは、エンジンの回転停止後、ピニオン駆動ソレノイド１６に通電してプランジャを吸引することによりピニオンギヤ１４を軸方向に駆動してピニオンギヤ１４をリングギヤ１１に噛合させ、スタータモータ１７によりクランキングしてエンジンを再始動させる制御のことである。

ステップＳ１１４に於ける判定の結果、リングギヤ１１の回転速度がエンジン自己復帰可能回転速度以下であった場合（Ｎ０）は、ステップＳ１１７へと進み、回転再始動制御を行う。

次に回転再始動制御について説明する。前述のステップＳ１１７に進んで回転再始動制御を開始するときは、既にエンジンの再始動要求か発生しており、図３に於いてステップＳ２１０では即座に燃料噴射開始を行う。次に、ステップＳ２１１に進み、リングギヤ１１の回転速度Ｎｅが予め設定された前述の所定の回転速度Ｎｓと同一若しくは所定の回転速度Ｎｓ以下であるか否かの判定を行なう。

ここで、所定の回転速度Ｎｓは、前述のスタータモータ回転立ち上がりマップに設定されている回転速度のうちの一つである。更に詳しくは、前述のスタータモータ回転立ち上がりマップには、エンジンの自己復帰が可能な回転速度以下の複数の所定の回転速度、若しくは、エンジンのアイドル回転速度以下の複数の所定の回転速度が設定されており、これらの複数の所定の回転速度は、例えば１００［ｒ／ｍｉｎ］間隔で設定されている。又、スタータモータ回転立ち上がりマップには、スタータモータ１７への通電を開始してからその対応する夫々の所定の回転速度に達するまでの時間が設定されている。

さて、ステップＳ２１１での判定の結果、リングギヤ１１の回転速度が、スタータモータ回転立ち上がりマップに予め設定された所定の回転速度のうちの一つの回転速度Ｎｓと同一であれば（ＹＥＳ）、ステップＳ２１２に進みモータ駆動リレー２０への通電を開始し、スタータモータ１７を付勢し回転させる。

次にステップＳ２１３に於いて、前述の所定の回転速度Ｎｓにスタータモータ１７の回転速度が達するまでの所定の時間を前述のスタータモータ回転立ち上がりマップから抽出し、タイマーによりその時間の経過を監視する。そして所定の時間が経過すれば、ステップＳ２１４に進んでピニオン駆動ソレノイド１６への通電を開始し、プランジャを介してピニオンギヤ１４を軸方向に駆動して移動させてリングギヤ１１と噛合させる。

即ち、ステップ２１２にて通電を開始されたスタータモータ１７は、ステップＳ２１４にてピニオン駆動ソレノイド１６に通電を開始しピニオンギヤ１４がリングギヤ１１に到達する時点では、リングギヤ１１の回転速度にほぼ等しい回転速度に達しており、ピニオンギヤ１４をスムースにリングギヤ１１に噛合させることができる

ここで、前述の所定の回転速度が複数設定されている理由は、エンジンがアイドルストップ制御により燃料供給が停止されて惰性回転状態に入るときのエンジンの回転速度がその運転状態に応じて異なることに起因する。つまり、時々のアイドルストップ制御の状況に対応して最適な再始動ができるように、設定された複数の所定の回転速度のうちから、例えば再始動要求発生後最初に到達する所定の回転速度に達したか否かをステップＳ２１１にて判定するものである。

さて、ステップＳ２１４に於いて、ピニオン駆動ソレノイドへの通電を開始してピニオンギヤ１４を軸方向に駆動してリングギヤ１１に噛合させ、スタータモータ１７によりエンジンをクランキングした後、ステップＳ２１５に進んでエンジンが完爆したか否か、つまり再始動したか否かの判定を行う。ステップＳ２１５に於ける判定の結果、エンジンが完爆していた場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ２１６に進み、ピニオン駆動ソレノイド１６とモータ駆動リレー２０への通電を停止し、回転再始動制御を終了する。

以上のように、この発明の実施の形態１によるエンジン始動装置によれば、エンジンの回転速度が予め設定されたモータ駆動リレー通電開始回転速度でのみ再始動制御を実行するため惰性回転中のエンジン回転速度のみをモニターしスタータモータ回転立ち上がりマップによる時間制御によりエンジン再始動を行うため、スタータモータやピニオンギヤの回転速度のモニターやピニオンギヤがリングギヤに噛合する際の回転速度の予測を行わないためそれらの回転速度のモニターや予測を行うためのセンサーや制御回路を必要としない。更にスタータモータの通電に関してもリングギヤとピニオンギヤを同期させるための調速通電等は行わず、車両電源であるバッテリ電圧を直接印加することで、調速通電に必要なリレーや電子回路及び制御を必要としない。そのため大幅なコストアップを伴うことなく、確実にアイドルストップ制御時におけるエンジン惰性回転中のエンジン再始動を行うことが可能となる。

尚、実施の形態１に於いて、予め設定されたモータ駆動リレー通電開始回転速度の設定刻みは、例えば１００［r／ｍｉｎ］刻みとしてが、車両の要求する再始動仕様に応じて５０［ｒ／ｍｉｎ］刻みや２５［ｒ／ｍｉｎ］刻みとし、再始動ポイントを増やし再始動のフィーリングを向上させても良い。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２によるエンジン始動装置は、アイドルストップ制御によるエンジンの惰性回転中にエンジンの再始動要求が発生したとき、エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジンの回転速度が、予め設定された複数の回転速度の間を演算により補完した回転速度に達したときにスタータモータへの通電を開始すると共に、スタータモータへの通電を開始してから所定の時間経過後にピニオンギヤ軸方向駆動手段への通電を開始することにより、ピニオンギヤとリングギヤとを噛合させてエンジンを再始動させるようにしたものである。

ここで、予め設定された複数の回転速度は、例えば前述の実施の形態１に於いて用いたスタータモータ回転立ち上がりマップにより設定され、隣接する所定の回転速度間の直線補完等の補完により演算した回転速度を図３に於けるステップＳ２１１での判定に用いる。

又、所定の時間は、例えば前述の実施の形態１に於いて用いたスタータモータ回転立ち上がりマップにより設定され、隣接する所定の時間の間の直線補完等の補完により演算した時間を図３に於けるステップＳ２１３での待機時間として用いる。

その他の構成は、実施の形態１と同様である。

以上述べたこの発明の実施の形態２によるエンジン始動装置によれば、前述の実施の形態１による効果の他に、例えば１００［r／ｍｉｎ］刻みや２５［r／ｍｉｎ］刻みの間でのピニオン噛合せ時間を計算値で補完し、モータ駆動リレー通電開始を再始動要求と同時に行うことができ、エンジン再始動のフィーリングを更に向上させ、スタータモータやピニオンギヤの回転速度をモニターしている従来技術と遜色の無いアイドルストップ制御時におけるエンジン惰性回転中のエンジン再始動をエンジン回転速度に迅速に対応して行うことが可能となる。

１０ エンジン制御装置 １１ リングギヤ
１２ クランク角センサー １３ アイドルストップコントローラ
１４ ピニオンギヤ １６ ピニオン駆動ソレノイド
１７ スタータモータ １８ スタータ
１９ エンジン始動装置 ２０ モータ駆動リレー
２１ クランク軸

Claims (4)

1. エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギヤと、通電されることにより回転するスタータモータと、前記スタータモータの回転を前記リングギヤに伝達するピニオンギヤと、通電されることにより前記ピニオンギヤをその軸方向に駆動して前記リングギヤに噛合させるピニオンギヤ軸方向駆動手段と、前記スタータモータと前記ピニオンギヤ軸方向駆動手段への通電を制御するコントローラとを備え、前記コントローラにより前記スタータモータと前記ピニオンギヤ軸方向駆動手段との通電を制御して、アイドルストップ制御された前記エンジンを再始動させるエンジン始動装置であって、
   前記コントローラは、前記アイドルストップ制御による前記エンジンの惰性回転中に前記エンジンの再始動要求が発生したとき、前記エンジン回転速度検出手段により検出された前記エンジンの回転速度が予め設定された所定の回転速度に達したときに前記スタータモータへの通電を開始すると共に、前記スタータモータへの通電を開始してから前記スタータモータの回転速度が前記エンジンの回転速度に等しくなるまでの予め設定された所定の時間経過後に前記ピニオンギヤ軸方向駆動手段への通電を開始することにより、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとを噛合させる、
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 前記エンジンの前記予め設定された所定の回転速度は、前記惰性回転中の前記エンジンに燃料供給が行われたとき前記エンジンの自己復帰が可能な回転速度以下である、
   ことを特徴とする請求項1記載のエンジン始動装置。
3. 前記エンジンの前記予め設定された所定の回転速度は、前記エンジンのアイドル回転速度以下である、
   ことを特徴とする請求項1記載のエンジン始動装置。
4. 前記エンジンの前記予め設定された所定の回転速度は、所定の速度間隔で設定された複数の回転速度からなり、
   前記所定の時間は、前記複数の回転速度毎に夫々対応して予め設定されており、
   前記コントローラは、前記エンジン回転速度検出手段により検出された前記エンジンの回転速度が前記複数の所定の回転速度のうちの一つに達したときに前記スタータモータへの通電を開始すると共に、前記スタータモータへの通電を開始してから前記スタータモータの回転速度が前記エンジンの回転速度に等しくなるまでの前記一つの所定の回転速度に対応して予め設定された前記所定の時間経過後に前記ピニオンギヤ軸方向駆動手段への通電を開始することにより、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとを噛合させる、
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうち何れか一項に記載のエンジン始動装置。

Images