JP5233893B2 - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸を回転駆動するスタータモータと、動力伝達下流にトルクコンバータと変速機を含む自動変速機とが設けられた内燃機関の始動装置に関するものである。

従来、特許文献１には、スタータモータのピニオンと係合するリングギアを有しエンジンのクランク軸に固定される固定フライホイールと、固定フライホイールに選択的に係合される補助フライホイールとからなるフライホイールが開示されている。そして、エンジン低回転時はエンジンの出力トルクを平滑化するために固定フライホイールと補助フライホイールとを係合し、エンジン高回転時はエンジンの加速、減速を容易に行なうために固定フライホイールと補助フライホイールとの係合を切り離すものである。

また、フライホイールのかわりにトルクコンバータを用いる内燃機関の始動装置の一例として、特許文献２に示されるエンジン始動装置があった。特許文献２に示されるエンジン始動装置は、エンジン動力を変速機構に伝達するトルクコンバータと、トルクコンバータの近傍に配置されるスタータ機構としてのスタータモータとが設けられている。

トルクコンバータは、コンバータケースに固定されるポンプインペラと、このポンプインペラに対向するタービンランナとを備えており、トルクコンバータ内の作動油を介してポンプインペラからタービンランナに動力が伝達されるようになっている。さらに、トルクコンバータには、ロックアップクラッチが組み込まれており、定常走行時にはロックアップクラッチを締結して動力伝達効率を向上させることが可能となる。

スタータモータは、コンバータケースに固定されるリングギアに噛み合うことが可能なピニオンを備えている。このピニオンは、リングギアに噛み合う突出位置と噛み合わない退避位置とに移動可能に設けられている。

そして、エンジンを始動する場合（例えば、ドライバによりイグニッションスイッチが操作されると）、ピニオンをリングギアに噛み合う突出位置に移動させ、スタータモータを駆動させることにより、コンバータケースを介してエンジンのクランク軸を始動回転させることが可能となる。

特開昭６１−１１９８４３号公報 特開２００７−２５５２８８号公報

ところが、特許文献１に記載の装置の場合、エンジン低回転時は、固定フライホイールと補助フライホイールとを係合するため、エンジン始動時に関してもフライホイールの慣性モーメントが大きく設定されることとなる。このため、スタータモータは、エンジン始動時において負荷が大きくなるという問題がある。

また、特許文献２に示されるエンジン始動装置においては、エンジンを始動する場合、スタータモータは、コンバータケースを介してエンジンのクランク軸を始動回転させるため、スタータモータにかかる負荷を低減することができないという問題がある。

本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、始動時のスタータモータの負荷を低減することができる内燃機関の始動装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の内燃機関の始動装置は、トルクコンバータと変速機構とを含む自動変速機が動力伝達下流に設けられたものであって、
内燃機関の始動時に内燃機関のクランク軸を回転駆動するスタータモータと、
内燃機関とスタータモータ間に配置されるものであり、クランク軸のトルクをトルクコンバータへ伝達可能な状態と、トルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸へ伝達可能な状態とを切替える慣性可変機構と、
内燃機関の燃焼開始後は、慣性可変機構をクランク軸のトルクをトルクコンバータへ伝達可能な状態とし、内燃機関の始動時は、慣性可変機構をトルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸へ伝達可能な状態とする制御手段と、
を備えることを特徴とするものである。

このようにすることによって、内燃機関の燃焼開始後は、クランク軸のトルクがトルクコンバータを介して変速機構に伝達される。一方、内燃機関の始動時において、スタータモータは、トルクコンバータを回転させることなくクランク軸を回転させることができる。よって、トルクコンバータを回転させない分だけ慣性モーメントを小さくすることができる。この結果、内燃機関の始動時のスタータモータの負荷を低減することができる。

また、請求項２に示すように、内燃機関の吸気・排気バルブの開閉タイミング及びリフト量の少なくとも一方を変更することによって、内燃機関の圧縮圧を変更可能な可変バルブ装置を備え、制御手段は、内燃機関の始動時は、慣性可変機構をトルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸へ伝達可能な状態とすると共に可変バルブ装置によって内燃機関の燃焼開始後における圧縮圧よりも減圧し、内燃機関の燃焼開始後は、慣性可変機構をクランク軸のトルクをトルクコンバータへ伝達可能な状態とすると共に可変バルブ装置によって内燃機関の圧縮圧を戻すようにしてもよい。

このように、内燃機関の始動時は、慣性可変機構をトルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸へ伝達可能な状態とすると共に可変バルブ装置によって内燃機関の圧縮圧を減圧することによって、スタータモータの負荷をより一層低減することができる。さらに、内燃機関の圧縮圧を減圧してスタータモータの負荷が低減することによって、クランク軸の回転数の上昇が緩やかになり、内燃機関の振動を抑制することができる。

慣性可変機構は、具体的には、請求項３に示すように、トルクコンバータと連結されるサンギア、クランク軸と連結されるプラネタリギア、外周にスタータモータのピニオンと噛み合うギアが設けられると共にサンギア及びプラネタリギアを内周側に備えたリングギアを含む遊星歯車機構と、プラネタリギアとリングギアとをロックして係合を行なうと共にそのロックの解除を行なうギアロック機構と、サンギアをロックして回転を停止させると共にそのロックの解除を行なうサンギアロック機構とを含むものを採用することができる。このような構成を採用することにより、制御手段は、内燃機関の燃焼開始後は、ギアロック機構にてプラネタリギアとリングギアをロックすると共にサンギアロック機構にてサンギアのロックを解除（回転の停止を解除）することによって、慣性可変機構をクランク軸のトルクをトルクコンバータへ伝達可能な状態とすることができる。内燃機関の始動時は、ギアロック機構にてプラネタリギアとリングギアのロックを解除すると共に、サンギアロック機構にてサンギアをロック（回転を停止）することによって、慣性可変機構をトルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸へ伝達可能な状態とすることができる。

つまり、プラネタリギアとリングギアをロックすると共にサンギアのロックを解除（回転の停止を解除）した状態で、内燃機関の燃焼が開始されると、クランク軸に連結されたプラネタリギアの回転に伴ってサンギアが回転して、そのサンギアに連結されたトルクコンバータが回転駆動される。このように、内燃機関の燃焼開始後は、クランク軸のトルクをトルクコンバータへ伝達することができる。

また、プラネタリギアとリングギアのロックを解除すると共にサンギアをロック（回転を停止）した状態で、ピニオンとリングギアの外周に設けられたギアとを噛み合わせてスタータモータを回転させると、リングギアの回転に伴ってプラネタリギアが回転して、そのプラネタリギアに連結されたクランク軸が回転駆動される。このように、内燃機関の始動時は、トルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸へ伝達することができる。

また、請求項４に示すように、サンギアロック機構は、トルクコンバータにおけるサンギアと連結される部位であるポンプインペラと、ポンプインペラに対向するタービンランナとのロック・ロックの解除を行なうロックアップ機構と、変速機構を含むものであり、内燃機関の始動時は、ロックアップ機構にてポンプインペラとタービンランナとをロックすると共に、変速機構をドライブレンジとし、内燃機関の燃焼開始後は、ロックアップ機構にてポンプインペラとタービンランナのロックを解除するようにしてもよい。

このように、ロックアップ機構にてポンプインペラとタービンランナとをロックすると共に、変速機構をドライブレンジとすることによって、サンギアを車輪まで係合させることができるのでサンギアをロック（回転を停止）することができる。また、ポンプインペラとタービンランナのロックを解除することによって、サンギアのロックを解除（回転の停止を解除）することができる。従って、変速機構やトルクコンバータに設けられるロックアップ機構をサンギアロック機構として用いることによって、サンギアロック機構としての新たな機構を別途設ける必要がないので好ましい。

また、請求項５に示すように、サンギアのロックを解除する場合は、ロックアップ機構にてポンプインペラとタービンランナのロックを解除すると共に、変速機構をニュートラルレンジとするようにしてもよい。

このようにすることによって、トルクコンバータ内部の攪拌抵抗によるトルクダウンを抑制することができる。

本発明の第１の実施の形態における内燃機関の始動装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施の形態におけるギアロック機構の概略構成を示す部分的断面図である。 本発明の第１の実施の形態における内燃機関の始動装置の処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第１の実施の形態におけるリングギア及びクランク軸の回転数の時間的変化を示すグラフである。 本発明の第２の実施の形態における内燃機関の始動装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施の形態における内燃機関の始動装置の処理動作を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施の形態における内燃機関の始動装置の吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示す図面である。 本発明の第１の実施の形態におけるリングギア及びクランク軸の回転数の時間的変化を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。

本実施の形態における始動装置は、内燃機関１のクランク軸１２を回転駆動するスタータモータ（以下、スタータとも称する）２と、内燃機関１の動力が伝達される下流側（動力伝達下流）にトルクコンバータ３２と多段または無段の変速機構３３を含む自動変速機３とが設けられた内燃機関１を始動する装置である。

図１に示すように、内燃機関１には、カム軸１１（排気用カム軸、吸気用カム軸）、クランク軸１２、回転センサ１３などが設けられる。

内燃機関１のシリンダブロックの内部に形成される複数の燃焼室内には、連接棒を介してクランク軸１２に連結されたピストンが摺動自在に支持されている。また、内燃機関１のシリンダヘッドには、吸気ポート開口部を開閉する吸気弁、及び排気ポート開口部を開閉する排気弁が摺動自在に設置されている。そして、吸気弁、排気弁は、クランク軸１２を通じて回転駆動されるカム軸１１により開閉駆動されて、吸気ポートと燃焼室との連通及び遮断、排気ポートと燃焼室との連通及び遮断を行なう。

そして、内燃機関１の燃焼室には、吸気通路及び吸気ポートを通じて空気が吸入されるとともに、吸気通路に設けられた燃料噴射弁から吸入空気量に応じた燃料が噴射供給される。この空気と燃料とからなる混合気に対し点火プラグによる点火が行われると、混合気が燃焼してピストンが往復移動し、機関出力軸であるクランク軸１２が回転する。そして、燃焼後の混合気は排気として燃焼室から排気ポートを介して排気通路に送り出される。

回転センサ１３は、本発明の第１回転検出手段に相当するものであり、クランク軸１２の回転数を検出する。この回転センサ１３としては、例えば、電磁ピックアップ式回転センサなどを採用することができる。この場合、クランク軸１２には、クランク軸１２に対して同軸状に固定されて一体に回転するものであり、周囲に等間隔で突起が形成された検出用円盤が設けられる。そして、回転センサ１３は、検出用円盤に形成された突起に対向して設けられ、クランク軸１２と一体で回転する円盤の突起が通過することによって生じるパルス状の信号を用いてクランク軸１２の回転数を検出する。

なお、回転センサ１３は、クランク軸１２と一体で回転する突起が通過することによって生じるパルス状の信号をＥＣＵ５に対して入力して、ＥＣＵ５がパルス状の信号を用いてクランク軸１２の回転を検出するようにしてもよい。

スタータ２は、内燃機関１の始動時に、内燃機関１のクランク軸１２を回転駆動（クランキング）するためのものである。このスタータ２は、後ほど説明するリングギア４３の外周に設けられた外周ギア４３ａと噛み合うピニオン２ａが設けられている。このピニオン２ａと外周ギア４３ａとは、高回転・低トルク型となるようにギア比が設定されている。さらに、スタータ２のピニオン２ａは、リングギア４３の外周ギア４３ａに噛み合う突出位置と噛み合わない退避位置とに移動可能に設けられる。そして、内燃機関１の始動要求があった場合（例えば、ドライバによりイグニッションスイッチが操作されたり、後ほど説明するアイドルストップ制御時の自動再始動が実行されたりした場合）には、ピニオン２ａが突出位置に移動すると共にスタータ２が回転することにより、スタータ２のトルクをリングギア４３に伝達して、リングギア４３を介して内燃機関１のクランク軸１２を回転駆動する。

自動変速機３のトルクコンバータ３２は、内燃機関１の動力を変速機構３３に伝達するものである。このトルクコンバータ３２は、コンバータケース（図示省略）に固定されるポンプインペラ３２ａと、このポンプインペラ３２ａに対向するタービンランナ３２ｂと、タービンランナおよびポンプインペラの内側に配置されるステータ（図示省略）とを備えており、内部の作動油を介してポンプインペラ３２ａからタービンランナ３２ｂに動力が伝達されるようになっている。

コンバータケースは、慣性可変機構４（サンギア４１）を介してクランク軸１２の後端に接続される。また、タービンランナ３２ｂは、クランク軸１２と同一の軸線を中心として回転可能な変速入力軸３２ｃを介して変速機構３３に接続される。さらに、変速入力軸３２ｃにおけるフロントカバー側の端部には、例えばダンパ機構などを介してロックアップクラッチ（ロックアップ機構）３１が設けられている。このロックアップクラッチ３１は、ポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとの係合（ロック）、係合の解除（ロックの解除）を行なうものである。ロックアップクラッチ３１によってポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとが係合（ロック）されている場合は、コンバータケースのトルクが機械的に変速入力軸３２ｃに伝達可能な状態とされる。ロックアップクラッチ３１によるポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとの係合が解除（ロックが解除）されている場合は、ポンプインペラ３２ａのトルクが流体によりタービンランナ３２ｂに伝達され、ついで変速入力軸３２ｃに伝達可能な状態とされる。なお、ポンプインペラ３２ａからタービンランナ３２ｂに伝達されるトルクは、ステータにより増幅される。また、ロックアップクラッチ３１は、サンギアロック機構としても機能するものである。

変速入力軸３２ｃを介してトルクコンバータ３２に接続される変速機構３３は、遊星歯車列、クラッチ、ブレーキ等を備えている。これらのクラッチやブレーキを選択的に締結することにより、レンジを、例えば、パーキングレンジ（Ｐ）、リバースレンジ（Ｒ）、ニュートラルレンジ（以下、Ｎレンジとも称する）、ドライブレンジ（以下、Ｄレンジとも称する）に切り換えることが可能となる。なお、変速機構３３は、ロックアップクラッチ３１と共に本発明におけるサンギアロック機構としても機能するものである。

内燃機関１とスタータ２との間には、本発明の特徴部分である慣性可変機構４が設けられる。慣性可変機構４は、クランク軸１２のトルクをトルクコンバータ３２へ伝達可能な状態と、トルクコンバータ３２を回転させずにスタータ２によるトルクをクランク軸１２へ伝達可能な状態とを切替えるものである。具体的には、慣性可変機構４は、図１及び図２に示すように、サンギア４１、プラネタリギア４２、サンギア４１及びプラネタリギア４２を内周側に備えたリングギア４３を含む遊星歯車機構４０と、プラネタリギア４２とリングギア４３(キャリヤ４２ａ)とをロックして係合させると共にそのロックの解除を行なうギアロック機構４４と、サンギア４１をロックして回転を停止させると共にそのロックの解除を行なうサンギアロック機構とを備える。

サンギア４１は、クランク軸１２と同一の軸線を中心として回転可能な状態で設けられ、トルクコンバータ３２（ポンプインペラ３２ａ）と連結される。プラネタリギア４２は、サンギア４１とリングギア４３との間に複数個設けられ、それぞれがキャリヤ４２ａを介してクランク軸１２と連結される。また、各プラネタリギア４２は、キャリヤ４２ａに自転可能な状態で取り付けられる。そして、複数のプラネタリギア４２は、キャリヤ４２ａで連結されており、クランク軸１２と同一の軸線を中心として公転可能となっている。リングギア４３は、外周にスタータ２のピニオン２ａと噛み合う外周ギア４３ａが設けられる。

ギアロック機構４４は、図２に示すように、ブレーキシリンダ４４ａ、スプリング４４ｂ、ソレノイド４４ｃを備えるものである。ブレーキシリンダ４４ａ及びスプリング４４ｂは、キャリヤ４２ａの一部（ここでは、先端）に、リングギア４３に対向する位置に設けられる。ソレノイド４４ｃは、ブレーキシリンダ４４ａに対向する位置で、例えば、内燃機関１の外壁に固定される。また、ブレーキシリンダ４４ａ及びスプリング４４ｂは、ソレノイド４４ｃとリングギア４３との間にそれぞれ間隙を有して配置される。

ブレーキシリンダ４４ａは、金属材料からなり、例えば、断面コ字形状などを有するものであり、ソレノイド４４ｃと対向する部位とリングギア４３と対向する部位とが凹部を介して連結される。また、ブレーキシリンダ４４ａにおけるリングギア４３と対向する部位（面）には弾性部材（例えば、ゴムなど）が設けられる。さらに、ブレーキシリンダ４４ａは、クランク軸１２の回転軸に沿う方向に移動可能な状態で設けられる。

スプリング４４ｂは、キャリヤ４２ａとブレーキシリンダ４４ａにおけるリングギア４３と対向する部位との間に配置され、ブレーキシリンダ４４ａに対してクランク軸１２の回転軸に沿う方向、すなわち、ブレーキシリンダ４４ａをリングギア４３に押し付ける方向に弾性力を加える。ソレノイド４４ｃは、ＥＣＵ５によって通電が制御されるものであり、通電されるとブレーキシリンダ４４ａをソレノイド４４ｃに接近する方向に引っ張り、通電されないとブレーキシリンダ４４ａの引っ張りを解除する。また、ソレノイド４４ｃは、ＥＣＵ５によって徐々に電流値が下げられると、ブレーキシリンダ４４ａの引っ張りを徐々に解除する。

このギアロック機構４４は、内燃機関１の始動時は、トルクコンバータ３２を回転させずにスタータ２によるトルクをクランク軸１２へ伝達できるようにするために、ソレノイド４４ｃが通電されてブレーキシリンダ４４ａを引っ張ることでリングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）のロックを解除する。

一方、内燃機関１の始動時以外（燃焼開始後などギアロック機構４４のロックを開始するとき）は、クランク軸のトルクをトルクコンバータへ伝達できるようにするために、ソレノイド４４ｃへの電流値が徐々に下げられる。これによって、ブレーキシリンダ４４ａは、スプリング４４ｂによってリングギア４３に徐々に押し付けられる。そして、ギアロック機構４４は、ソレノイド４４ｃへの通電が遮断された時点でブレーキシリンダ４４ａの引っ張りを完全に解除して、リングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）をロックする。

なお、本実施の形態において採用したギアロック機構４４は、あくまでも一例であり、本発明はこれに限定されるものではない。上述のようなリングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）のロックとロック解除が可能な構成であれば、本発明の目的は達成できるものである。例えば、油圧を用いたロック機構、回転の遠心力を利用して押さえつけるバネ力を適合して用いる遠心クラッチによる機構なども採用することができる。

リングギア４３の外周ギア４３ａの突起に対向する位置には、本発明の第２回転検出手段に相当するものであり、リングギア４３の回転数を検出する回転センサ４５が設けられる。この回転センサ４５としては、例えば、電磁ピックアップ式回転センサなどを採用することができる。回転センサ４５は、リングギア４３と一体で回転する外周ギア４３ａの突起が通過することによって生じるパルス状の信号を用いてリングギア４３の回転数を検出する。なお、回転センサ４５は、リングギア４３と一体で回転する外周ギア４３ａの突起が通過することによって生じるパルス状の信号をＥＣＵ５に対して入力して、ＥＣＵ５がパルス状の信号を用いてリングギア４３の回転を検出するようにしてもよい。

ＥＣＵ（Electronic Control Unit；電子制御装置）５は、始動装置の制御の中枢をなすものであり、内部には周知の中央演算処理装置（Central Processing Unit：略称ＣＰＵ）、リード・オンリー・メモリ（Read-Only Memory：略称ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（Random Access Memory：略称ＲＡＭ）、入出力装置（Input and Output device：略称Ｉ／Ｏ）およびこれらの構成を接続するバスラインなどを備える。このＥＣＵ５は、クランク軸１２の回転数を検出する回転センサ１３及びリングギア４３の回転数を検出する回転センサ４５からの検出値、内燃機関１の運転状態、自動変速機３の制御状態、ＲＯＭに記憶されたプログラムなどに基づいて所定の制御を実行する。

例えば、ＥＣＵ５は、内燃機関１の燃焼開始後は、慣性可変機構４をクランク軸１２のトルクをトルクコンバータ３２へ伝達可能な状態とし、内燃機関１の始動時（クランキング時）は、慣性可変機構４をトルクコンバータ３２を回転させずにスタータ２によるトルクをクランク軸１２へ伝達可能な状態とする制御を行なう。換言すると、内燃機関１の始動時には、慣性可変機構４にて慣性モーメントを小さくし、内燃機関１が燃焼を開始して回転数が上昇した後には、慣性モーメントを通常の状態に変更する。

具体的には、ＥＣＵ５（制御手段）は、内燃機関１の燃焼開始後においては、ギアロック機構４４のソレノイド４４ｃへの電流値を徐々に下げることによってブレーキシリンダ４４ａの引っ張りを徐々に解除してプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）とリングギア４３を徐々にロックすると共に（ギアロック機構４４のロックを開始すると共に）、サンギアロック機構として機能する自動変速機３のロックアップクラッチ３１にてポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとを係合を解除すると共に変速機構３３をＮレンジとすることによってサンギア４１のロックを解除（回転の停止を解除）する。このようにして、慣性可変機構４をクランク軸１２のトルクをトルクコンバータ３２へ伝達可能な状態とする。

一方、ＥＣＵ５は、内燃機関１の始動時においては、ギアロック機構４４のソレノイド４４ｃに通電してブレーキシリンダ４４ａを引っ張ることでプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）とリングギア４３のロックを解除し、サンギアロック機構として機能する自動変速機３のロックアップクラッチ３１にてポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとを係合（ロック）すると共に変速機構３３をＤレンジとすることによってサンギア４１をロック（回転を停止）する。このようにして、慣性可変機構４をトルクコンバータ３２を回転させずにスタータ２によるトルクをクランク軸１２へ伝達可能な状態とする。

また、ＥＣＵ５は、アイドルストップ制御なども行なう。アイドルストップ制御は、燃費改善やエンジンからの排出ガス量の低減を目的として、エンジンの不要な作動期間を減らして車両走行を実現する、いわゆる自動停止・再始動制御である。このアイドルストップ制御は、信号待ち時などで、所定の自動停止条件が成立した時（運転者が車両を停止させた時）にＥＣＵ５によりエンジンを自動的に停止し、その後、所定の自動再始動条件が成立した時（運転者が車両を発進させようとする操作を行った時）にＥＣＵ５により再始動するものである。なお、自動停止条件としては、例えば暖機後のアイドル状態でブレーキスイッチがオンし且つ車速が所定値以下であること等を採用することができる。また、自動再始動条件としては、例えばブレーキ解除操作、アクセル踏込み操作、Ｄレンジへのシフト操作等を採用することができる。

ここで、図３に示すフローチャート及び図４に示すグラフに基づいて、本実施の形態における内燃機関の始動装置の処理動作に関して説明する。この図３に示すフローチャートは、例えば、ドライバによりイグニッションスイッチが操作されたり、アイドルストップ制御時の自動再始動が実行されたりした場合など内燃機関１の始動要求がなされるとスタートするものである。また、図４に示すグラフは、図３に示すフローチャートの各ステップにおけるリングギア４３及びクランク軸１２の回転数の時間的変化を示すものである。

ステップＳ０では、ＥＣＵ５は、自動変速機３のロックアップクラッチ３１にてポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとを係合（ロック）し、変速機構３３をＤレンジに切り替え、さらに慣性可変機構４のギアロック機構４４のソレノイド４４ｃに通電してブレーキシリンダ４４ａを引っ張ることでリングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）のロックを解除する（クランキング前準備）。

このように、ロックアップクラッチ３１にてポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとをロックすると共に、変速機構３３をＤレンジとすることによって、サンギア４１を車輪まで係合させることができる。従って、サンギア４１をロック（回転を停止）することができる。この状態においては、スタータ２からのトルクは、リングギア４３からプラネタリギア４２を介してクランク軸１２のみに伝達可能になる。換言すると、慣性可変機構４を、トルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸へ伝達可能な状態とする。また、このときは、図４に示すように、クランク軸１２及びリングギア４３は回転していない。

次に、ステップＳ１では、ＥＣＵ５は、スタータ２をオンする。例えば、スタータ２内のマグネットクラッチを作動させ、スタータ２のピニオン２ａを突出位置に移動させてピニオン２ａとリングギア４３を係合させると共にスタータ２を回転駆動させる（クランキング）。これによって、内燃機関１のクランキングが開始する。

つまり、プラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）とリングギア４３のロックを解除すると共にサンギア４１をロック（回転を停止）した状態で、ピニオン２ａとリングギア４３の外周に設けられた外周ギア４３ａとを噛み合わせてスタータ２を回転させると、リングギア４３の回転に伴ってプラネタリギア４２が回転して、そのプラネタリギア４２に連結されたクランク軸１２が回転駆動される。このようにすることによって、内燃機関の始動時において、スタータ２は、トルクコンバータ３２を回転させることなくクランク軸１２を回転させることができる。よって、トルクコンバータ３２を回転させない分だけ慣性モーメントを小さくすることができる。この結果、内燃機関１の始動時のスタータ２の負荷を低減することができる。なお、このクランキング時は、図４に示すように、クランク軸１２及びリングギア４３は、スタータ２のトルクによって、回転数が増えたり減ったりを繰り返しながら回転する。

次に、ステップＳ２では、ＥＣＵ５は、内燃機関１で燃焼（初爆〜連爆）が開始されたか否かを判定するために、回転センサ１３の検出結果にてクランク軸１２の回転数（クランク軸回転数Ｎｅ）を検出し、予め設定されてＥＣＵ５のＲＯＭなどに記憶された所定回転数Ｎｅ０より大きいか否かを判定する（機関の燃焼開始判定）。そして、クランク軸回転数Ｎｅが所定回転数Ｎｅ０に達したと判定した場合は内燃機関１で燃焼が開始されたとみなしてステップＳ３へ進み、達してないと判定した場合はステップＳ２での判定を繰り返す。

次に、ステップＳ３では、ＥＣＵ５は、スタータ２をオフ、ロックアップクラッチ３１を解除（ロック解除）、変速機をＮレンジ、ギアロック機構４４のロック開始、エンジントルクアップ制御を行なう。

例えば、スタータ２をオフする場合、スタータ２内のマグネットクラッチを作動させ、スタータ２のピニオン２ａを退避位置に移動させてピニオン２ａとリングギア４３との係合を解除させると共にスタータ２の回転駆動を停止させる（スタータの係合解除）。また、自動変速機３のロックアップクラッチ３１を解除することによって、ポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとの係合を解除する。

このように、スタータ２のオフ、ロックアップクラッチ３１の解除（ロック解除）を行うと、クランク軸１２を介して伝達される内燃機関１の燃焼に伴うトルクは、サンギア４１とリングギア４３の両方に伝達可能な状態となる。しかしながら、このとき、サンギア４１にはポンプインペラ３２ａが固定されているのに対して、リングギア４３はスタータ２のピニオン２ａとの係合も解除されている。このため、リングギア４３は、クランク軸１２の回転数の上昇傾きと同程度の上昇傾きで回転数が上昇することとなる。換言すると、内燃機関１の燃焼に伴うトルクは、トルクコンバータ３２（ポンプインペラ３２ａ）及び変速機構３３に効率的に伝達されずに、リングギア４３に伝達されてしまうことになる。そこで、リングギア４３に伝達されている内燃機関１の燃焼に伴うトルクをトルクコンバータ３２（ポンプインペラ３２ａ）及び変速機構３３に伝達するために、ギアロック機構４４のロックを開始する。

このギアロック機構４４のロックを開始する場合、ソレノイド４４ｃへの電流値を徐々に下げていく。これによって、ブレーキシリンダ４４ａは、スプリング４４ｂによってリングギア４３に徐々に押し付けられる。そして、ギアロック機構４４は、ソレノイド４４ｃへの通電が遮断された時点でブレーキシリンダ４４ａの引っ張りを完全に解除して、リングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）をロックする（ギアロック時の制御、ロック完了）。つまり、ソレノイド４４ｃへの通電を遮断することによって、リングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）をロックする。なお、ＥＣＵ５は、例えば、回転センサ１３及び回転センサ４５の検出結果にてクランク軸回転数Ｎｅとリングギア回転数Ｎｒとを検出し、クランク軸回転数Ｎｅとリングギア回転数Ｎｒとが一致すると判定した場合にソレノイド４４ｃへの通電を完全に遮断する。

このようにすることによって、慣性可変機構４をクランク軸１２のトルク（内燃機関１の燃焼に伴うトルク）をトルクコンバータ３２及び変速機構３３へ伝達可能な状態とすることができる。なお、図４に示すように、ロック完了後は、クランク軸１２及びリングギア４３は略同じ回転数で回転する。

このギアロック機構４４によるリングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）とのロックによって慣性モーメントが増加する。この慣性モーメントの増加によって、トルクダウンが発生するため、ＥＣＵ５は、エンジントルクアップ制御を行なうようにしてもよい（ギアロック時の制御）。なお、エンジントルクアップ制御は、例えば、吸気バルブタイミング、スロットルの調整や点火時期を進角させるなどして行うことができる。このエンジントルクアップ制御によってエンジントルクを増大させることで、トルクダウンを軽減することができる。

つまり、内燃機関１の燃焼が開始されると、プラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）とリングギア４３をロックすると共にサンギア４１のロックを解除（回転の停止を解除）するので、クランク軸１２に連結されたプラネタリギア４２の回転に伴ってサンギア４１が回転して、そのサンギア４１に連結されたトルクコンバータ３２（ポンプインペラ３２ａ）が回転駆動される。そして、ポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとの係合が解除されているので、ポンプインペラ３２ａのトルクが流体によりタービンランナ３２ｂに伝達されて変速入力軸３２ｃに伝達される。このように、内燃機関１の燃焼開始後は、クランク軸１２のトルクをトルクコンバータ３２及び変速機構３３に伝達することができる。

また、上述のように、ロックアップクラッチ３１にてポンプインペラ３１ａとタービンランナ３２ｂのロックを解除することによって、サンギア４１のロックを解除（回転の停止を解除）することができる。従って、変速機構３３やトルクコンバータ３２に設けられるロックアップクラッチ３１をサンギアロック機構として用いることによって、サンギアロック機構としての新たな機構を別途設ける必要がないので好ましい。

また、ステップＳ３において、変速機構３３をＮレンジとすることによって、変速機構３３に変速入力軸３２ｃにて連結されているタービンランナ３２ｂの回転負荷が低減し、トルクコンバータ３２内部の攪拌抵抗によるトルクダウンを抑制することができる。

（第２の実施の形態）
次に、図５乃至図８を用いて、第２の実施の形態について説明する。

本実施の形態における始動装置は、内燃機関１のクランク軸１２を回転駆動するスタータモータ（以下、スタータとも称する）２と、内燃機関１の動力が伝達される下流側（動力伝達下流）にトルクコンバータ３２と多段または無段の変速機構３３を含む自動変速機３とが設けられると共に、内燃機関１の吸気・排気バルブ開閉タイミングまたはリフト量、もしくはその両方が変更可能な可変バルブ装置１４を備えた内燃機関１を始動する装置である。

なお、本実施の形態における内燃機関１の始動装置は、上述の第１の実施の形態における始動装置と類似する点が多いため、異なる点を重点的に説明する。また、同一の構成に関しては、図面において同じ符号を付与して詳しい説明を省略する。

図５に示すように、本実施の形態における内燃機関１は、内燃機関１の吸気・排気弁開閉タイミングまたはリフト量、もしくはその両方が変更可能な可変バルブ装置１４を備える。この可変バルブ装置１４は、内燃機関１の始動時において、内燃機関１の圧縮工程における燃焼室の圧縮圧を減圧（デコンプ）制御するために利用される。

例えば、吸気・排気弁開閉タイミングを変更する可変バルブ装置１４（可変バルブタイミング装置）の場合、モータ駆動によって内燃機関１の吸気弁・排気弁の開閉タイミング（吸気弁タイミング、排気弁タイミング）を変化させるものを採用することができる。この可変バルブ装置１４は、モータでクランク軸１２に対する排気用カム軸（カム軸１１）、吸気用カム軸（カム軸１１）の回転位相を変化させることで、排気用カム軸（カム軸１１）によって開閉駆動される排気弁の開閉タイミング、吸気用カム軸（カム軸１１）によって開閉駆動される吸気弁の開閉タイミングを変化させる。そして、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方の開閉タイミングを遅角させることによって内燃機関１の圧縮工程における燃焼室の圧縮圧を減圧することができる。図７には、吸気弁の開閉タイミングを変更する場合を一例として示す。

また、リフト量を変更する可変バルブ装置１４（可変バルブリフト量装置）の場合、アクチュエータによって内燃機関１の吸気弁・排気弁のリフト量を変更させるものを採用することができる。この可変バルブ装置１４は、吸気弁と吸気用カム軸（カム軸１１）との間、排気弁と排気用カム軸（カム軸１１）との間に設けられたアクチュエータで吸気弁・排気弁のリフト量を変化させる。そして、吸気弁及び排気弁の少なくとも一方のリフト量を大きくすることによって内燃機関１の圧縮工程における燃焼室の圧縮圧を減圧する。

ここで、図６に示すフローチャート、図７に示す吸気弁及び排気弁の開閉タイミングを示す図面、及び図８に示すグラフに基づいて、本実施の形態における内燃機関の始動装置の処理動作に関して説明する。この図６に示すフローチャートは、例えば、ドライバによりイグニッションスイッチが操作されたり、アイドルストップ制御時の自動再始動が実行されたりした場合など内燃機関１の始動要求がなされるとスタートするものである。また、図８に示すグラフは、図６に示すフローチャートの各ステップにおけるリングギア４３及びクランク軸１２の回転数の時間的変化を示すものである。

ステップＳ１０では、ＥＣＵ５は、自動変速機３のロックアップクラッチ３１にてポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとを係合（ロック）し、変速機構３３をＤレンジに切り替え、さらに慣性可変機構４のギアロック機構４４のソレノイド４４ｃに通電してブレーキシリンダ４４ａを引っ張ることでリングギア４３とプラネタリギア４２（キャリヤ４２ａ）のロックを解除する（クランキング前準備）。さらに、可変バルブ装置１４にて内燃機関１の燃焼開始後における圧縮圧よりも減圧（デコンプ）制御する。例えば、図７に示すように、吸気弁の開閉タイミングを遅角設定（例えば、ａ最進角開度からｂ最遅角開度）とする。ただし、デコンプ制御は、クランキング時におけるスタータ２負荷を軽減するために行なうものであるため、最遅角開度に限定されるものではない。

このように、ロックアップクラッチ３１にてポンプインペラ３２ａとタービンランナ３２ｂとをロックすると共に、変速機構３３をＤレンジとすることによって、サンギア４１を車輪まで係合させることができる。従って、サンギア４１をロック（回転を停止）することができる。この状態においては、スタータ２からのトルクは、リングギア４３からプラネタリギア４２を介してクランク軸１２と伝達可能になる。換言すると、慣性可変機構４を、トルクコンバータを回転させずにスタータモータによるトルクをクランク軸１２へ伝達可能な状態とする。また、このときは、図８に示すように、クランク軸１２及びリングギア４３は回転していない。さらに、デコンプ制御を行なうことによって、クランキング時の内燃機関１の圧縮圧が減圧され、スタータ２負荷をより一層軽減することができる状態となる。また、クランク軸１２の回転数の上昇が緩やかになり、内燃機関の振動を抑制することができる。さらに、スタータ２の起動電力・クランキング電力も低減することができる。

次のステップＳ１１での処理動作は、上述の実施の形態におけるステップＳ１と同様であるため説明を省略する。また、ステップＳ１２での処理動作は、上述の実施の形態におけるステップＳ２と同様であるため説明を省略する。

次に、ステップＳ１３では、ＥＣＵ５は、スタータ２をオフする。例えば、スタータ２内のマグネットクラッチを作動させ、スタータ２のピニオン２ａを退避位置に移動させてピニオン２ａとリングギア４３との係合を解除させると共にスタータ２の回転駆動を停止させる（スタータの係合解除）。さらに、可変バルブ装置１４にてデコンプ制御を解除する。上述のように吸気弁の開閉タイミングを最遅角設定とした場合は、吸気弁の開閉タイミングを進角設定（ｂ最遅角開度からａ最進角開度）とする（図７）。デコンプ制御を解除することによって、内燃機関１の圧縮工程における燃焼室の圧縮圧を増圧（デコンプ制御時に比べて増圧）する。なお、スタータ２のオフ、デコンプ制御の解除以外のロックアップクラッチ３１の解除、変速機のＮレンジへのシフトチェンジ、ギアロック機構４４のロック開始、エンジントルクアップ制御に関しては、上述の実施の形態と同じであるため説明を省略する。

また、図８に示すように、内燃機関１の始動時にデコンプ制御を行なうことによって、クランク軸回転数Ｎｅの上昇を緩やかにすることができる。また、スタータ２のピニオン２ａとの係合を解除されたリングギア４３は、惰性で回転しているため回転数が緩やかに低下することとなる。このように、回転数が緩やかに上昇するクランク軸１２に連結されたプラネタリギア４２と、回転数が緩やかに低下するリングギア４３とをロックすることによって、ロック時のプラネタリギア４２とリングギア４３の角加速度を小さく抑えることができ、トルクダウンをより一層抑制することができる。

１ 内燃機関、１１ カム軸、１２ クランク軸、１３ 回転センサ（第１回転検出手段）、１４ 可変バルブ装置、２ スタータモータ、２ａ ピニオン、３ 自動変速機、３１ ロックアップクラッチ（ロックアップ機構）、３２ トルクコンバータ、３３ 変速機構、４ 慣性可変機構、４０ 遊星歯車機構、４１ サンギア、４２ プラネタリギア、４２ａ キャリヤ、４３ リングギア、４３ａ 外周ギア、４４ ギアロック機構、４５ 回転センサ（第２回転検出手段）、４４ａ ブレーキシリンダ、４４ｂ スプリング、４４ｃ ソレノイド、５ ＥＣＵ

Claims (5)

1. トルクコンバータと変速機構とを含む自動変速機が動力伝達下流に設けられた内燃機関の始動装置であって、
   前記内燃機関の始動時に当該内燃機関のクランク軸を回転駆動するスタータモータと、
   前記内燃機関と前記スタータモータ間に配置されるものであり、前記クランク軸のトルクを前記トルクコンバータへ伝達可能な状態と、前記トルクコンバータを回転させずに前記スタータモータによるトルクを前記クランク軸へ伝達可能な状態とを切替える慣性可変機構と、
   前記内燃機関の燃焼開始後は、前記慣性可変機構を前記クランク軸のトルクを前記トルクコンバータへ伝達可能な状態とし、前記内燃機関の始動時は、前記慣性可変機構を前記トルクコンバータを回転させずに前記スタータモータによるトルクを前記クランク軸へ伝達可能な状態とする制御手段と、
   を備えることを特徴とする始動装置。
2. 前記内燃機関の吸気・排気弁の開閉タイミング及びリフト量の少なくとも一方を変更することによって、前記内燃機関の圧縮圧を変更可能な可変バルブ装置を備え、
   前記制御手段は、前記内燃機関の始動時は、前記慣性可変機構を前記トルクコンバータを回転させずに前記スタータモータによるトルクを前記クランク軸へ伝達可能な状態とすると共に前記可変バルブ装置によって前記内燃機関の燃焼開始後における圧縮圧よりも減圧し、前記内燃機関の燃焼開始後は、前記慣性可変機構を前記クランク軸のトルクを前記トルクコンバータへ伝達可能な状態とすると共に前記可変バルブ装置によって前記内燃機関の圧縮圧を戻すことを特徴とする請求項１に記載の始動装置。
3. 前記慣性可変機構は、前記トルクコンバータと連結されるサンギア、前記クランク軸と連結されるプラネタリギア、外周に前記スタータモータのピニオンと噛み合うギアが設けられると共に前記サンギア及び前記プラネタリギアを内周側に備えたリングギアを含む遊星歯車機構と、前記プラネタリギアと前記リングギアとをロックして係合を行なうと共に当該ロックの解除を行なうギアロック機構と、前記サンギアをロックして回転を停止させると共に当該ロックの解除を行なうサンギアロック機構とを含み、
   前記制御手段は、前記内燃機関の燃焼開始後は、前記ギアロック機構にて前記プラネタリギアと前記リングギアをロックすると共に前記サンギアロック機構にて前記サンギアのロックを解除することによって、前記慣性可変機構を前記クランク軸のトルクを前記トルクコンバータへ伝達可能な状態とし、前記内燃機関の始動時は、前記ギアロック機構にて前記プラネタリギアと前記リングギアのロックを解除すると共に、前記サンギアロック機構にて前記サンギアをロックすることによって、前記慣性可変機構を前記トルクコンバータを回転させずに前記スタータモータによるトルクを前記クランク軸へ伝達可能な状態とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の始動装置。
4. 前記サンギアロック機構は、前記トルクコンバータにおける前記サンギアと連結される部位であるポンプインペラと、当該ポンプインペラに対向するタービンランナとのロック・ロックの解除を行なうロックアップ機構と、前記変速機構を含むものであり、前記内燃機関の始動時は、前記ロックアップ機構にて前記ポンプインペラと前記タービンランナとをロックすると共に、前記変速機構をドライブレンジとし、前記内燃機関の燃焼開始後は、前記ロックアップ機構にて前記ポンプインペラと前記タービンランナのロックを解除することを特徴とする請求項３に記載の始動装置。
5. 前記サンギアのロックを解除する場合は、前記ロックアップ機構にて前記ポンプインペラと前記タービンランナのロックを解除すると共に、前記変速機構をニュートラルレンジとすることを特徴とする請求項４に記載の始動装置。

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