JP5479769B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両のアイドリングストップにおける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に関する発明では、エンジンの再始動要求によりスタータモータを回転させ始め、調速通電によりエンジンの回転速度と同期させて、スタータモータとエンジンを連結している（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の再始動要求が発生した時にスタータモータに通電を開始し、ピニオンギアとリングギアの回転速度が同期する時点を予測し、その時点に合わせてピニオンギアをリングギアに噛み合わせるように、ピニオン押し出し速度または押し出し開始タイミング、もしくはその両方を制御している（例えば、特許文献２参照）。

特開２００２−７０６９９号公報(２ページ) 特開２００５−３３０８１３号公報（４ページ）

しかしながら、ピニオンギアとリングギアを噛み合わせる際に、両方のギアの歯の位置までは正確に分からないために、例え回転速度を同期させたとしても、お互いの端面がぶつかり、噛み合わせが旨くいかない事が起こり得る。また実際にエンジン回転速度が惰性回転により降下していく場合、たとえ通電停止によりスタータモータの回転速度を減少させたとしても、リングギア回転速度の減少の方が速いため、回転速度が同期した時点で一度噛み合わせが旨くいかなかった場合に回転速度の差が広がっていき、より噛み合わせにくくなるという問題点があった（特許文献１参照）。

また、特許文献２の装置においては、将来のリングギア回転速度を予測し、そのリングギア回転速度とピニオンギア回転速度が同期する時点を予測して、ピニオンギア押し出し速度またはピニオンギア押し出し開始タイミング、もしくはその両方を制御していたが、特許文献１と同じく一度噛み合わせが旨くいかなかった場合に回転速度の差が広がっていき、次回噛み合わせ時に、より噛み合わせにくくなるという問題点があった。

この発明によるエンジン始動装置は、エンジンのクランク軸の回転を伝えるリングギアと、ワンウェイクラッチに連結し、スタータモータの回転を伝えるピニオンギアと、上記ピニオンギアを上記リングギアに噛み合わせるピニオンギア連結手段と、上記リングギアの回転数を検出するリングギア回転数検出手段と、上記ピニオンギアの回転数を検出するピニオンギア回転数検出手段と、上記スタータモータへの通電を行い回転させ上記リングギアの回転数から上記ピニオンギアの回転数を差し引いた回転数差が第１の所定値より小さくかつ第２の所定値より大きくなったときに上記スタータモータへの通電をＯＦＦし、上記ピニオンギアと上記リングギアとの噛み合い時に歯同士が接触する際に、上記リングギア回転数が、実際の回転数にピニオンギアとリングギアの歯数比を乗じてクランク軸上に換算した上記ピニオンギア回転数に比して速い場合となるように、上記ピニオンギア連結手段によりリングギアとピニオンギアとの連結を開始するスタータ制御手段とにより、エンジンを始動するものである。

この発明によれば、ピニオンギアがワンウェイクラッチに連結している場合において、スタータ制御手段によりリングギア回転数がピニオンギア回転数に比して速い時に噛み合わせることにより、ピニオンギアがリングギアに弾かれ一度噛み合わせが旨くいかなかったとしても、次回噛み合わせを試みる時にはリングギア回転数は降下し、ピニオンギア回転数はリングギアに弾かれた分上昇しているため、より噛み合わせやすくなる。

実施の形態１に係るエンジン始動装置をエンジンＥＣＵとともに示すブロック図である。 この発明の実施の形態１による演算処理手順を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るリングギアとピニオンギアの回転を模式的に示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るリングギア回転数が速い場合のリングギアとピニオンギアの関係を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係るピニオンギア回転数が速い場合のリングギアとピニオンギアの関係を示す模式図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の概略構成を示すブロック図である。図１において、エンジンＥＣＵ１０はアイドリングストップ条件が成り立つか否かを判定し、これをエンジン始動装置１８へと入力する。エンジン始動装置１８は、エンジンの回転を伝えるリングギア１１と、エンジンのクランク角を検出するクランク角センサ１２と、スタータへの通電を制御するスタータ制御手段であるコントローラ１３と、スタータ１６とを備え、スタータ１６はスタータモータの回転を伝えるピニオンギア１４と、ピニオンギア１４を押し出し、リングギア１１と噛み合わせるためのプランジャ１５と、ピニオンギア１４の回転数を検出するピニオンギア回転数センサ１７とを備えている。上記において、ピニオンギア連結手段(図示せず)は、ソレノイド(図示せず)に電流を流すことにより可動する可動鉄芯(図示せず)と、該可動鉄芯の動きをプランジャ１５に伝えるレバー（図示せず）とから成り、上記ソレノイドに電流を流すことにより、プランジャ１５が可動し、ピニオンギア１４に連結しているワンウェイクラッチ(図示せず)を押すことにより、ピニオンギア１４をリングギア１１に噛み合わせる。なお、上記ピニオンギア回転数は実際の回転数にピニオンギアとリングギアの歯数比を乗じてクランク軸上に換算したものであり、以下ピニオンギア回転数は同様のものとする。

次に、図２を参照しながら、本発明におけるコントローラ１３での処理を説明する。
まず、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する（Ｓ１０）。
アイドリングストップ条件が成立していれば、スタータモータへの通電を行い、回転させる（ステップＳ２０）。
そして、リングギア回転数検出手段で求めた、すなわち、クランク角センサ１２からの角度信号を微分して求めた、リングギア回転数Ｎｒと、ホール素子等のピニオンギア回転数検出手段により求めたピニオンギア回転数とから、プランジャ１５によりピニオンギア１４を押し出し、リングギア１１と噛み合わせるか否かを判定する（ステップＳ３０）。

上記判定について詳述すると、リングギア回転数Ｎｒからピニオンギア回転数Ｎｐを差し引いた回転数差が、所定値Ｎａ（例えば、２００ｒｐｍ）より小さく、Ｎｂ（例えば、０ｒｐｍ。ここで０ｒｐｍとは、ピニオンギア回転数とリングギア回転数が同じ場合である。なお、０ｒｐｍより大きい場合とは、ピニオンギア回転数に比してリングギア回転数が速い場合である。）より大きいか否かを判定し、所定の範囲内であるならばステップＳ４０へと進む。
Ｎａ＞Ｎｒ−Ｎｐ＞Ｎｂ・・・（１）
ステップＳ４０では、スタータモータへの通電をＯＦＦする。
そして、プランジャ１５によりピニオンギア１４を押し出し、リングギア１１へと噛み合わせる（ステップＳ５０）。

ここで、リングギア１１とピニオンギア１４の噛み合いが旨くいかず、ピニオンギア１４がリングギア１１に一度弾かれた場合について説明する。
図３に示すように、リングギア１１が右回転、ピニオンギア１４が左回転しており、図示しないプランジャ１５が紙面手前から奥へとピニオンギアを押し出し、噛み合いを成立させる。なお、図３において、各々のギアの太い実線は歯先円、細い実線は歯底円、一点鎖線はピッチ円を示す。

ここで図４に示すようにリングギア回転数が速い場合においては、噛み合い時に歯同士が接触した際、リングギアの歯がピニオンギアの歯を押す形になる。そして、ピニオンギアには図示しないワンウェイクラッチに連結されており、リングギアの回転が速い場合に、スタータモータ側に回転トルクを伝えない、つまりピニオンギアが空回りするように設計されている。この時、リングギアとピニオンギアの回転数差が大きいと噛み合いがうまくいかなかった際、ピニオンギアが一旦弾かれるが、リングギアによりピニオンギアが押されたため、押される前に比して、ワンウェイクラッチが空回りし、ピニオンギアの回転数が上昇し、次回の噛み合い時には回転数差は縮まっており、より噛み合いやすくなっている。

次に、図５に示すようにピニオンギア速度が速い場合においては、噛み合い時に歯同士が接触した際、ピニオンギアの歯がリングギアの歯を押す形になるが、ワンウェイクラッチはピニオンギアのトルクをリングギアに伝えるように働くため、ピニオンギアの回転数は下がらない。この時、リングギアとピニオンギアの回転数差が大きいと噛み合いが旨くいかなかった際、ピニオンギアが一旦弾かれるが、リングギアは回転数が降下しており、ピニオンギアの回転数は変わらないため、次回の噛み合い時には回転数差は広がっており、より噛み合いにくくなっている。

以上のように、リングギア回転数がピニオンギア回転数に比して速い場合に噛み合わせることにより、噛み合わせが一度旨くいかなかったとしても、次回試行時にはリングギア回転数とピニオンギア回転数の差が縮まっており、より噛み合わせやすくなっている。そして、ピニオンギア１４とリングギア１１の噛み合いが完了した状態で、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（ステップＳ６０）。

ステップＳ６０においてアイドリングストップ条件が成立から不成立となったと判定されたならば、リングギア回転数Ｎｒが燃料再噴射によって始動可能な回転数Ｎｃ（例えば、４００ｒｐｍ）より大きいか否かを判定する（ステップＳ７０）。リングギア回転数ＮｒがＮｃよりも大きいと判定されたならば、ステップＳ８０へと進み、燃料再噴射により始動を行う。

また、ステップＳ７０において、リングギア回転数ＮｒがＮｃ以下であると判定されたならば、ステップＳ９０へと進み、スタータによりクランキングを行い、エンジンを始動させる。

このように、コントローラ１３においてスタータ１６へと通電し、ピニオンギア１４とプランジャ１５の作動を制御することにより、リングギア回転数が速い段階でピニオンギア１４との噛み合わせを開始し、リングギア１１とピニオンギア１４を連結させてエンジンを再始動させることができる。

以上のように、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置は、エンジンのクランク軸の回転を伝えるリングギア１１と、ワンウェイクラッチに連結し、スタータモータの回転を伝えるピニオンギア１４と、上記ピニオンギア１４を上記リングギア１１に噛み合わせるプランジャ１５、上記リングギアの回転数を検出するクランク角センサ１２と、上記ピニオンギアの回転数を検出するピニオンギア回転数センサ１７と、上記リングギア回転数が上記ピニオンギア回転数に比して速い場合(図４の場合)に、上記プランジャ１５により、リングギア１１とピニオンギア１４との連結を開始するコントローラ１３とを備えている。コントローラ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、ピニオンギア１４とプランジャ１５とピニオン回転数センサ１７とを備えるスタータ１６を制御する。

このように、この発明の実施の形態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コントローラ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１６へ通電を開始し、リングギア１１の回転数がピニオンギア１４の回転数に比して速い時点で噛み合わせることにより、噛み合いが一度旨くいかなかったとしても、次回噛み合いを試みる時にはリングギア回転数は降下し、ピニオンギア回転数はリングギアに弾かれた分上昇しているため、より噛み合わせやすくなる。

また、上記実施の形態において例えば通常用いられるバッテリとは別に、上記バッテリよりも低い電圧の電源を持ち、その別電源によりコントローラ１３を制御しても良い。これにより、スタータの回転等に消費される電力を抑えることができる。
また、本実施例ではアイドリングストップ条件が成立したと同時にスタータモータに通電し、回転させ始めたが、必ずしもそうする必要はなく、例えばドライバがブレーキを足から離す等によりアイドリングストップ条件が不成立になったと同時に通電を開始してもよい。

さらに、図１においてエンジン始動装置１８におけるコントローラ１３とエンジンＥＣＵ１０を別々に図示したが、コントローラ１３での処理はエンジンＥＣＵ１０内で処理しても良く、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 クランク角センサ、１３ コントローラ、１４ ピニオンギア、１５ プランジャ、１６ スタータ、１７ ピニオンギア回転数センサ、１８ エンジン始動装置。

Claims (2)

1. アイドリングストップによりエンジンが自動的に停止し、再始動条件の成立によりスタータモータを回転させて、エンジンを再始動させるエンジン始動装置において、
   エンジンのクランク軸の回転を伝えるリングギアと、
   ワンウェイクラッチに連結し、スタータモータの回転を伝えるピニオンギアと、
   上記ピニオンギアを上記リングギアに噛み合わせるピニオンギア連結手段と、
   上記リングギアの回転数を検出するリングギア回転数検出手段と、
   上記ピニオンギアの回転数を検出するピニオンギア回転数検出手段と、
   上記スタータモータへの通電を行い回転させ
   上記リングギアの回転数から上記ピニオンギアの回転数を差し引いた回転数差が第１の所定値より小さくかつ第２の所定値より大きくなったときに
   上記スタータモータへの通電をＯＦＦし、
   上記ピニオンギアとリングギアとの噛み合い時に歯同士が接触する際に、上記リングギア回転数が、実際の回転数にピニオンギアとリングギアの歯数比を乗じてクランク軸上に換算した上記ピニオンギア回転数に比して、速い場合となるように、上記ピニオンギア連結手段を制御するスタータ制御手段と、
   を備えていることを特徴とするエンジン始動装置。
2. 上記スタータ制御手段による通電はバッテリ電圧より低い電圧により行われることを特徴とする請求項１に記載のエンジン始動装置。

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