JP5235757B2 - アイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置 - Google Patents

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Description

この発明は、アイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置に関するものである。
従来のアイドリングストップ車両におけるエンジン始動では、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通電し、スタータモータ側の歯車をエンジン側の歯車に嵌め合わせてエンジンを再始動している(例えば特許文献１参照)。
また、他の従来装置においてもエンジン再始動要求が発生した時に、スタータモータに通電開始し、エンジン回転速度とスタータモータ回転速度の差が所定の範囲内になった時点で、スタータモータ回転軸に直結したピニオンギアを前後方向に移動させてリングギアに嵌め合わせて、エンジンを再始動している(例えば特許文献２参照)。
特開２００２−７０６９９号公報 特開２００５−３３０８１３号公報
しかしながら、上記特許文献１の装置においては、スタータモータを調速通電するためのシステムが必要であった。このような調速通電システムでは、例えばデューティ制御等により電圧を変更する場合に、リレーやトランジスタなどの電子回路を備えなければならなかった。
また、上記特許文献２の装置においては、エンジンの再始動要求が発生してからスタータモータへ通電し、エンジンとスタータモータを同期させてギアを嵌め合わせるため、スタータモータの回転速度が上昇するまでに時間がかかり、特にアイドリングストップ状態になった後すぐに再始動要求が発生した場合等に再始動の遅れが目立つといった問題点があった。
この発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、スタータモータへの調速通電を不要とすることで、調速通電を行うためのリレーやトランジスタを不要としコストの低減を図る、またアイドリングストップ条件成立後、再始動要求に先立ってスタータモータへの通電を開始することにより、嵌合可能となるまでの時間を短縮したアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置を提供することを目的とする。
この発明は、車両のアイドリング中に、所定のアイドリングストップ条件が成立するとエンジンを停止させるアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置であって、
エンジンのクランクシャフトに連結するリングギアと、スタータモータ、前記スタータモータの回転を伝達するピニオンギア、前記ピニオンギアを前記リングギアに嵌め合わせるピニオンギア連結手段を含むスタータモータ部と、スタータモータ部の制御を行うスタータ制御部と、を備え、前記スタータ制御部が、前記アイドリングストップ条件が成立すると再始動要求による前記アイドリングストップ条件の解消に先立って所定のスタータモータ回転開始条件が成立すると前記スタータモータに通電して回転させ、所定のピニオンギア嵌合条件が成立すると前記ピニオンギア連結手段により前記ピニオンギアを前記リングギアに嵌め合わせて連結させ、前記リングギアの回転速度を検出するリングギア回転速度検出手段をさらに備え、前記スタータモータ回転開始条件が、前記アイドリングストップ条件が成立後、リングギアの回転速度が第１の所定値以下になったことであり、前記ピニオンギア嵌合条件が、リングギア回転速度が第２の所定値未満となったことであり、前記スタータモータが変圧器を介してバッテリに接続され、前記スタータ制御部が前記変圧器を制御してスタータモータにバッテリ電圧より低い電圧を通電させることを特徴とするアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置にある。
この発明によれば、スタータ制御部により判定されるスタータモータ回転開始条件により、スタータモータに通電するので、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が不要になり、エンジンを始動するためのコスト低減が可能になる。またエンジン再始動要求を待たずして通電しスタータモータ回転数をより早く高めることができるので、始動にかかる時間を短縮することができる。
この発明の実施の形態１に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略構成図である。 図１のエンジン始動装置のスタータ制御部の制御による動作フローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略構成図である。 図３のエンジン始動装置のスタータ制御部の制御による動作フローチャートである。 この発明の実施の形態３に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略構成図である。 図５のエンジン始動装置のスタータ制御部の制御による動作フローチャートである。 この発明の実施の形態４に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略部分構成図である。
以下、この発明によるアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置を各実施の形態に従って図面を用いて説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略構成図である。図１において、エンジンＥＣＵ(Electric Control Unit)１０はエンジンの各部の状態およびエンジン制御用の各種検出器からの信号等に基づきアイドリングストップ条件の成立およびアイドリングストップ条件の解消による再始動要求の発生を判定し、アイドリングストップ条件成立信号、再始動要求信号(例えばアイドリングストップ条件成立信号の解消)等をエンジン始動装置１８へ入力する。
エンジン始動装置１８において、リングギア１１はエンジンの回転を伝える。リングギア回転速度センサ(リングギア回転速度検出手段)１２はリングギア１１の回転速度を検出する。スタータモータ部１７はプランジャ１４、スタータモータ１５、ピニオンギア１６を含む。スタータ制御部１３は、エンジンＥＣＵ１０やリングギア回転速度センサ１２からの信号に従ってスタータモータ部１７のスタータモータ１５への通電等の制御を行う。
スタータモータ部１７では、スタータ制御部１３の制御に従ってバッテリ(図７の２１参照)によりスタータモータ１５が通電され、これによりスタータモータ１５に連結されたピニオンギア１６が回転する。また、スタータ制御部１３の制御に従ってプランジャ１４によりピニオンギア１６を移動させてリングギア１１と連結させる。
図２は図１のエンジン始動装置のスタータ制御部の制御による動作フローチャートである。以下、図２を参照しながらこの発明におけるスタータ制御部１３での処理を説明する。まず、エンジンＥＣＵ１０からのアイドリングストップ条件成立信号でアイドリングストップ条件が成立しているか否かを判定する(Ｓ１０：アイドリングストップ条件＝スタータモータ回転開始条件)。アイドリングストップ条件が成立したと判定されたならば、ステップＳ２０へ進み、スタータモータ１５へバッテリ(図７の２１参照)から、バッテリ電圧で通電を開始する。
次にピニオンギアの嵌合条件が成立しているか否かを判定し(Ｓ３０：ピニオンギア嵌合条件)、成立していればステップＳ４０へ進む。ここでピニオンギア嵌合条件とは、リングギア回転速度センサ１２により検出されたリングギア回転速度Ｎｒが、入力電圧によるスタータ回転速度の定常値と、リングギア１１とピニオンギア１６が嵌合可能な回転速度差(Ｎｅ)との和Ｎａ(例えば、３００ｒｐｍ。この発明では以下簡便のため回転速度は全てリングギアでの回転速度に換算して記述する)未満であることであり、Ｎｒ＜Ｎａが成立しているならば、ステップＳ４０へ進む。
そしてスタータモータ１５への通電を停止し(Ｓ４０)、プランジャ１４によりピニオンギア１６を押し出してリングギア１１と嵌合させる(Ｓ５０)。そしてステップＳ６０(再始動要求条件)では、アイドリングストップ条件が成立しているか否かを判定し、例えば、ドライバがブレーキペダルから足を離す、アクセルを踏む等の行為により、アイドリングストップ条件が不成立になり、エンジンＥＣＵ１０からのアイドリングストップ条件成立信号が解消され、再始動要求信号が入力されれば、ステップＳ７０へ進む。
ステップＳ７０では、リングギア回転速度Ｎｒが燃料再噴射によりエンジン始動可能な回転速度Ｎｂ(例えば、５００ｒｐｍ)より大きいか否かを判定し、大きければステップＳ８０へ進み燃料再噴射によりエンジンを始動させる。なお、燃料再噴射によるエンジンの始動に関してはこの発明のスタータ制御部は特に直接は関与しない(以下同様)。ステップＳ７０においてＮｂ以下ならば、スタータモータ部１７に再度通電し、エンジンへ回転を伝え、始動させる(Ｓ９０)。このように、スタータ制御部１３においてスタータモータ１５への通電およびプランジャ１４の作動を指令し、リングギア１１とピニオンギア１６とを連結させ、エンジンを再始動することができる。
以上のように、この実施の形態１では、アイドリングストップ条件(Ｓ１０)の成立を指令するエンジンＥＣＵ１０と、エンジンの回転を伝達するリングギア１１と、リングギアの回転速度を検出するリングギア回転速度センサ１２と、スタータモータ部１７と、スタータモータ１５への通電とプランジャ１４の作動指令、およびピニオンギア嵌合条件(Ｓ３０)の判断をするスタータ制御部１３とを備えている。
スタータモータ部１７はスタータ制御部１３からの通電により回転するスタータモータ１５と、スタータモータ１５の回転を伝えるピニオンギア１６と、リングギア１１とピニオンギア１６とを連結させるプランジャ１４とを備えている。スタータ制御部１３は、エンジンＥＣＵ１０からの信号を受け取り、図２のフローチャートに従い、プランジャ１４とスタータモータ１５とピニオンギア１６を備えるスタータモータ部１７を作動させる。
この実施の形態１によれば、エンジンＥＣＵ１０によりアイドリングストップ条件の成立がスタータ制御部１３に入力され、アイドリングストップ条件の成立と同時にスタータモータ部１７へ通電を開始することにより(アイドリングストップ条件＝スタータモータ回転開始条件)、ピニオンギア１６とリングギア１１とが嵌合可能となるのにかかる時間が短縮され、一度嵌合させてしまえば、アイドリングストップ条件が不成立(再始動要求の発生)となった時点で、エンジンを始動させることができる。また電圧を調節するための機構も不要である。
実施の形態２．
図３はこの発明の実施の形態２に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略構成図である。図４は図３のエンジン始動装置のスタータ制御部の制御による動作フローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号または符号の後に「Ａ」を付して示し、詳細な説明は省略する。この実施の形態２では上記実施の形態１において、さらに図３のようにタイマー１９を備え、このタイマーからの信号に基づきスタータ制御部１３Ａにおいて処理を行うようにした。
図３において、エンジン始動装置１８Ａは、さらにタイマー１９を使用して制御を行うスタータ制御部１３Ａを備えている。スタータ制御部１３Ａはアイドリングストップ条件が成立するとタイマー１９によりアイドリングストップ条件成立からの時間経過Ｔを計測する。次に図４を参照しながらこの発明の実施の形態２におけるスタータ制御部１３Ａにおける処理の説明を行う。
ステップＳ１０Ａ(アイドリングストップ条件)において、エンジンＥＣＵ１０からのアイドリングストップ条件成立信号の入力によりアイドリングストップ条件が成立していると判定されると、ステップＳ２１０へ進み、成立していなければ処理を終了する。ステップＳ２１０(スタータモータ回転開始条件)では、タイマー１９により計測されるアイドリングストップ条件が成立してからの時間Ｔが惰性回転によりリングギア回転速度が燃料噴射により再始動不可能な回転速度以下まで下がる時間Ｔａ(例えば、０．２秒)を超えて経過していれば、ステップＳ２０Ａへ進み、Ｔａ秒を超えて経過していなければ、すなわちＴａ秒以下であればステップＳ２２０へ進む。
ステップＳ２２０(再始動要求条件)ではエンジンＥＣＵ１０からの信号でアイドリングストップ条件が成立しているか否かを判定し、成立していればステップＳ２１０へ戻り、不成立であればステップＳ１００Ａへ進み、燃料再噴射によりエンジンを始動させる。ステップＳ２０Ａではスタータモータ１５へバッテリからバッテリ電圧により通電を開始し、ピニオンギア１６を回転させ、ステップＳ３０Ａへ進む。
ステップＳ３０Ａ(ピニオンギア嵌合条件)では、アイドリングストップ条件が成立してからの時間Ｔが、スタータモータの回転速度が定常値になるのに要する時間とＴａとの和Ｔｂ(例えば、０．３秒)を超えて経過しているか否か、およびリングギア回転速度センサ１２により検出されたリングギア回転速度Ｎｒが、入力電圧によるスタータ回転速度の定常値と嵌合可能な回転速度差との和Ｎａ(例えば、３００ｒｐｍ)未満か否かの判定を行い、Ｎｒ＜ＮａおよびＴ＞Ｔｂの少なくとも一方が成立すればスタータモータ１５への通電を停止し(Ｓ４０Ａ)、ステップＳ５０Ａへ進む。そしてステップＳ５０Ａでは、プランジャ１４によりピニオンギア１６を押し出し、リングギア１１と嵌合させる。なお、ステップＳ３０Ａでは、Ｎｒ＜ＮａおよびＴ＞Ｔｂの双方が成立した時に通電を停止しギヤを嵌合させてもよい。さらにＮｒとＴのいずれか一方のみを判定対象としてもよい。
そして、アイドリングストップ条件が成立しているか否かを判定し(Ｓ６０Ａ：再始動要求条件)、不成立となっているならばスタータモータに通電しエンジンを始動する(Ｓ９０Ａ)。
このように、タイマー１９からの入力される時間によりスタータ制御部１３Ａにおいて、例えばアイドルストップ後のエンジン回転速度の低下が遅いエンジンなどでは、スタータモータ１５への通電開始をリングギア回転速度が低下するまで遅らせることにより、無駄な通電時間を低減することができ、スタータモータの寿命を伸ばす(ブラシの摩耗低減等)ことができる。
また、スタータ回転速度が定常値になる時間経過し、かつリングギア回転速度がスタータ回転速度の定常値と嵌合可能な回転速度まで低下してから通電停止することにより、スタータ回転速度が定常値となり、より嵌合させやすくなる。
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、さらにタイマー１９を備え、スタータ制御部１３Ａはタイマー１９から入力されたアイドリングストップ条件が成立してからの時間Ｔをさらに用いて、スタータモータへ通電を行うので、不必要な通電を省くことができる。
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略構成図である。図６は図５のエンジン始動装置のスタータ制御部の制御による動作フローチャートである。上記実施の形態と同一もしくは相当部分は同一符号または符号の後に「Ｂ」を付して示し、詳細な説明は省略する。上記実施の形態２では、タイマー１９を設けたが、この実施の形態３では図５に示すように、さらにピニオンギア１６の回転速度Ｎｐを検出するピニオンギア回転速度検出部(ピニオンギア回転速度検出手段)２０を備え、このピニオンギア回転速度検出部２０からの信号に基づき、スタータ制御部１３Ｂにおいて処理を行う。
図５において、エンジン始動装置１８Ｂは、さらにピニオンギア回転速度検出部２０を使用して制御を行うスタータ制御部１３Ｂを備えている。ピニオンギア回転速度検出部２０では、例えばホール素子等によりピニオンギアの回転速度Ｎｐを検出したり、また公知の推定技術等を用いてもよい。そして求めたピニオンギア回転速度Ｎｐをスタータ制御部１３Ｂへ入力する。次に図６を参照しながらこの発明の実施の形態３におけるスタータ制御部１３Ｂにおける処理の説明を行う。
ステップＳ１０Ｂ(アイドリングストップ条件)において、エンジンＥＣＵ１０からのアイドリングストップ条件成立信号の入力によりアイドリングストップ条件が成立していると判定されると、ステップＳ３１０へ進み、成立していなければ処理を終了する。ステップＳ３１０(スタータモータ回転開始条件)では、リングギア回転速度センサ１２により計測されるリングギア回転速度Ｎｒが、燃料噴射により再始動可能な回転速度Ｎｂ(例えば、５００ｒｐｍ)より大きいか否かを判定し、Ｎｂ以下であると判定されたならばステップＳ２０Ｂへ進み、Ｎｂより大きければステップＳ２２０Ａへ進む。
ステップＳ２２０Ｂ(再始動要求条件)ではエンジンＥＣＵ１０からの信号でアイドリングストップ条件が成立しているか否かを判定し、成立していればステップＳ３１０へ戻り、不成立であればステップＳ１００Ｂへ進み、燃料再噴射によりエンジンを始動させる。ステップＳ２０Ｂではスタータモータ１５へバッテリからバッテリ電圧により通電を開始し、ピニオンギア１６を回転させ、ステップＳ３０Ｂへ進む。
ステップＳ３０Ｂ(ピニオンギア嵌合条件)では、ピニオンギア回転速度検出部２０により検出されたピニオンギア回転速度Ｎｐとリングギア回転速度センサ１２により計測されるリングギア回転速度Ｎｒとの差の絶対値｜Ｎｐ−Ｎｒ｜が嵌合可能な回転速度差Ｎｅ(例えば、１００ｒｐｍ)未満か否かを判定し、Ｎｅ未満ならばスタータモータ１５への通電を停止し(Ｓ４０Ｂ)、ステップＳ３２０へ進む。
Ｓ３２０(嵌合禁止手段)ではエンジンが慣性回転により回転速度が下がり、逆回転中か否かを判定する。すなわち、リングギア回転速度ＮｒがＮｃ(例えば、０ｒｐｍ)より大きいか否かの判定を行い、大きければステップＳ５０Ｂへ進み、Ｎｃ以下であればリングギア１１が逆回転する可能性があると判断してステップＳ３３０へ進みエンジンが完全停止後に通常始動を行う。ステップＳ５０Ｂ以降は実施の形態２におけるステップＳ５０Ａ以降と同じ処理を行い、スタータによりエンジンを始動させる(図４)。
なお、エンジンが慣性回転により回転速度が下がり、リングギア１１が逆回転する可能性があることを判定するステップＳ３２０、Ｓ３３０に相当する嵌合禁止手段は、図６のフローチャートで示されたタイミングだけでなく、その他のタイミングで行ってもよく、また所望の複数回のタイミングで行ってもよい。さらには、図６に示す動作の間中、これと並行して常にリングギアが逆回転する可能性を検出して、逆回転する可能性がある時にはギアの嵌合を禁止するようにしてもよい。
このように、リングギア回転速度センサ１２からの入力によりスタータ制御部１３Ｂにおいて、スタータモータ１５への通電開始をリングギア回転速度が低下するまで遅らせることにより、さらに余分な通電時間を低減することができ、スタータモータ１５の寿命を伸ばす(ブラシの摩耗低減等)ことができる。
また、ピニオンギア回転速度検出部２０により検出されたピニオンギア回転速度とリングギア回転速度センサ１２により検出されたリングギア回転速度との回転速度差が嵌合可能な回転速度未満まで低下してから通電停止することにより、さらにスムーズに嵌合させやすくなる。
以上のように、この実施の形態３によれば、さらにピニオンギア回転速度検出部２０を備え、スタータ制御部１３Ｂはピニオンギア回転速度検出部２０から入力されたピニオンギア回転速度Ｎｐをさらに用いて、スタータへ通電を行うので、例えばアイドリング回転速度が高いときなどに不必要な通電を省き、またリングギア回転速度とピニオンギア回転速度の差が小さくなった時に通電停止して嵌合させることにより、スムーズに嵌合させることができる。また、リングギアが逆回転中に嵌合させることを禁止することにより、ピニオンギアおよびリングギアの損傷を回避することができる。
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４に係るアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置の概略部分構成図である。上記実施の形態１〜３ではバッテリ２１からのそのままのバッテリ電圧によりスタータモータ１５に通電を行っていたが、図７に示すように、バッテリ２１からスタータモータ１５への給電線にスタータ制御部１３，１３Ａ，１３Ｂにより変圧比が制御可能な変圧器であるインバータ２２を備え、バッテリ２１から供給される電圧を降圧させた低い電圧の電力をスタータモータ１５に供給するようにしてもよい。これにより、不必要に高い電圧の供給を抑えることができ、またバッテリ電圧の変動による供給電圧の変動も抑えることができる。
以上のように、この実施の形態４によれば、さらにインバータ２２を備え、バッテリ２１からの供給電圧を変圧することにより、不必要に高い電圧の供給を抑えることができ、また安定した電圧を供給することができる。
なお、この発明は上記の各実施の形態に限定されるものではなく、これらの実施の形態の可能な組み合わせを全て含むことは云うまでもない。例えば、実施の形態１の図２のステップＳ１０、実施の形態２の図４のステップＳ２１０、実施の形態３の図６のステップＳ３１０のスタータモータ回転開始条件と、実施の形態１の図２のステップＳ３０、実施の形態２の図４のステップＳ３０Ａ、実施の形態３の図６のステップＳ３０Ｂのピニオンギア嵌合条件は、必要なタイマーや回転速度検出部を設ければ、状況に応じて適宜組み合わせを変えて実施してもよい。
また、エンジン始動装置１８におけるスタータ制御部１３とエンジンＥＣＵ１０を別々に図示したが、スタータ制御部１３での処理はエンジンＥＣＵ１０内で処理してもよく、またエンジンＥＣＵ１０とは別に新たに専用のＥＣＵを設けても良い。
１０ エンジンＥＣＵ、１１ リングギア、１２ リングギア回転速度センサ、１３，１３Ａ，１３Ｂ スタータ制御部、１４ プランジャ、１５ スタータモータ、１６ ピニオンギア、１７ スタータモータ部、１８，１８Ａ，１８Ｂ エンジン始動装置、１９ タイマー、２０ ピニオンギア回転速度検出部、２１ バッテリ、２２ インバータ。

Claims (4)

  1. 車両のアイドリング中に、所定のアイドリングストップ条件が成立するとエンジンを停止させるアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置であって、
    エンジンのクランクシャフトに連結するリングギアと、
    スタータモータ、前記スタータモータの回転を伝達するピニオンギア、前記ピニオンギアを前記リングギアに嵌め合わせるピニオンギア連結手段を含むスタータモータ部と、
    スタータモータ部の制御を行うスタータ制御部と、
    を備え、
    前記スタータ制御部が、前記アイドリングストップ条件が成立すると再始動要求による前記アイドリングストップ条件の解消に先立って所定のスタータモータ回転開始条件が成立すると前記スタータモータに通電して回転させ、所定のピニオンギア嵌合条件が成立すると前記ピニオンギア連結手段により前記ピニオンギアを前記リングギアに嵌め合わせて連結させ、
    前記リングギアの回転速度を検出するリングギア回転速度検出手段をさらに備え、
    前記スタータモータ回転開始条件が、前記アイドリングストップ条件が成立後、リングギアの回転速度が第１の所定値以下になったことであり、前記ピニオンギア嵌合条件が、リングギア回転速度が第２の所定値未満となったことであり、
    前記スタータモータが変圧器を介してバッテリに接続され、前記スタータ制御部が前記変圧器を制御してスタータモータにバッテリ電圧より低い電圧を通電させることを特徴とするアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置。
  2. 前記ピニオンギアの回転速度を検出するピニオンギア回転速度検出手段をさらに備え、前記ピニオンギア嵌合条件が、前記ピニオンギア回転速度検出手段で検出されたピニオンギア回転速度と前記リングギア回転速度検出手段で検出されたリングギア回転速度との差が第３の所定値未満となった時であることを特徴とする請求項１に記載のアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置。
  3. 前記スタータ制御部が、前記ピニオンギア嵌合条件が成立した時に前記スタータモータへの通電を停止することを特徴とする請求項１または２に記載のアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置。
  4. 前記スタータ制御部が、前記アイドリングストップ条件が成立後、エンジンが完全に停止しておらず、前記リングギア回転速度検出手段により検出されたリングギア回転速度がリングギアが逆回転する可能性を判断する第４の所定値以下である期間中に、前記ピニオンギア嵌合条件が成立してもリングギアとピニオンギアの嵌合を禁止する嵌合禁止手段を含むことを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のアイドリングストップ車両のためのエンジン始動装置。
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