JP6171917B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動装置に関する。

車両の燃費を向上させる方法として、モータにてエンジンをトルクアシストし、エンジンとモータの両方を駆動源として車両を走行させる技術がある。そして、従来、このモータとして、ＭＧ（モータジェネレータ）が用いられている。

しかしながら、ＭＧは交流モータであるため、始動直後の加速は回転位置を検出するまで加速が遅れるという問題点、及び、高コストになってしまうという問題点がある。
従って、始動直後の加速応答性の向上を低コストに実現できる技術が求められている。

ところで、車両に搭載されている安価なモータとして、直流式のスタータがある。そこで、走行トルクのアシスト用モータとしてスタータを用いることも考えられる。

しかし、スタータを用いる場合、スタータ駆動に伴う音（例えばリングギヤとピニオンの噛合い音）による不快感や、スタータとエンジンとの動力伝達機構の劣化（例えばリングギヤ及びピニオンの磨耗）という問題点があった。そのため、これら問題点の解決なしにはアシスト用モータとしてスタータを用いることができない。

なお、特許文献１には直流モータを用いたスタータにより退避走行をさせる技術はあるが、スタータを用いてエンジンをトルクアシストする点については記載されていない。
また、特許文献２には、アイドル回転数まで回転可能なスタータが開示されているが、スタータを用いてエンジンをトルクアシストする点についてはやはり記載されていない。

特開２００８−１９０４９６号公報 特開２００２−１８８５４９号公報

そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、安価な直流式のスタータを用いてエンジンをトルクアシストすることのできるエンジン始動装置を提供することにある。

本発明のエンジン始動装置は、回転力を発生する直流モータを有し、直流モータの回転力をエンジンのクランク軸に伝達可能なスタータと、スタータの駆動を制御するスタータ制御手段とを備える。

スタータ制御手段は、エンジンの始動指令があった際、スタータを駆動ＯＮ状態にしてエンジンのクランキングを開始し、所定のタイミングでスタータを駆動ＯＦＦ状態にする。
なお、スタータの駆動ＯＮ状態とは、直流モータに通電して、クランク軸に直流モータの回転力が伝達される状態である。また、スタータの駆動ＯＦＦ状態とは、クランク軸に直流モータの回転力が伝達されない状態である。

そして、スタータ制御手段は、始動指令から所定時間Ｔａ以内に加速要求があった場合、所定時間Ｔａ以内に加速要求がなかった場合にスタータの駆動ＯＦＦ状態にするタイミングｔｙより後もスタータの駆動ＯＮ状態を継続させ、アシストモードを実行する。
アシストモードでは、スタータにてエンジンをトルクアシストし、エンジンとスタータの両方を駆動源として車両を走行させる。

ＭＧによるエンジンのトルクアシストは、低速走行時等にもエンジンのトルクアシストを実施するが、本発明ではスタータ駆動中に加速要求が生じた場合のみに限定してスタータをエンジンのトルクアシストに用いている。
すなわち、例えば、クランキングを終了してスタータとエンジンとの動力伝達を解除してから、加速要求が生じた場合には、スタータをエンジンのトルクアシストには用いない。

従って、本発明によればスタータのトルクアシストとしての使用頻度を少なくしているため、スタータとクランク軸との間の動力伝達機構の劣化を低減できる。すなわち、例えば、動力伝達機構がピニオンとリングギヤによるギヤ噛合機構である場合、トルクアシストとしての使用によりギヤ磨耗が生じるが、本発明ではごく限られた場合のみトルクアシストとして使用することで使用頻度を抑えているため、ギヤ磨耗を低減できる。

また、加速時にのみトルクアシストとして使用するため、スタータの駆動に伴う音による不快感を低減できる。加速時は定常運転時に比べてエンジン音等が大きいため、スタータの駆動に伴う音が気になりにくいからである。

従って、本発明によれば、動力伝達機構の劣化やスタータ駆動に伴う音による不快感という問題点を解決することができ、安価な直流式のスタータを用いてエンジンをトルクアシストすることができる。

エンジン始動装置の全体構成図である（実施例１）。 エンジンの始動指令、加速要求、エンジン回転数、スタータ駆動状態、モータ駆動電流のタイミングチャートである（実施例１）。 スタータの制御処理を表すフロー図である（実施例１）。 エンジンの始動指令、加速要求、エンジン回転数、スタータ駆動状態、モータ駆動電流のタイミングチャートである（実施例２）。 スタータの制御処理を表すフロー図である（実施例２）。

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の構成〕
実施例１の構成を図１〜３を用いて説明する。
この実施例１に示すエンジン始動装置１は、エンジンの停止および再始動を自動制御するアイドルストップシステム搭載車両に適用され、エンジン２の始動を行うスタータ３と、スタータ３の作動を制御する電子制御装置であるＥＣＵ４等を備えている。

本実施例のスタータ３は、アイドル回転数以上の回転数まで回転可能な飛び込み式スタータであって、モータ７、ピニオン８、及び電磁スイッチ９等により構成されている。
モータ７は、フレームを兼ねるヨークの内周に永久磁石（界磁コイルでも良い）を配置して構成される界磁（図示せず）、電機子軸の外周に整流子（図示せず）を備える電機子、整流子の外周上に配置されるブラシ（図示せず）等を有する直流整流子モータである。
このモータ７は、アイドル回転数まで回転可能なモータ性能を有している。

ピニオン８は、モータ７の出力軸上に配される小径のギヤであり、リングギヤ１１に噛合うことでモータ７の回転力をリングギヤ１１に連結されたエンジン２のクランク軸１２に伝達する。
なお、スタータ３には、モータ７の回転力をピニオン８に伝達する一方で、ピニオン８側からモータ７側への回転力の伝達を遮断する一方向クラッチ（図示せず）が内蔵されている。一方向クラッチは、リングギヤ１１の回転数がモータ７の回転数を上回るとピニオン８側からモータ７側への回転力の伝達を遮断する構成となっている。

電磁スイッチ９は、シフトレバーを介してピニオン８をリングギヤ１１へ向けて押し出すピニオン押出手段として機能するとともに、モータ７への通電をオン・オフするモータスイッチとして機能する。

ＥＣＵ４は、エンジン回転数を検出する回転数センサ１３、アクセルセンサ１４、ブレーキセンサ１５、始動スイッチ１６等からの信号に基づいて、スタータ３への通電を制御するスタータ制御手段として機能する。

ＥＣＵ４は、エンジン２の始動指令があった際、スタータ３を駆動ＯＮ状態にしてエンジン２を始動させる。

駆動ＯＮ状態とは、モータ７に通電して、クランク軸１２にモータ７の回転力を伝達させる状態である。すなわち、本実施例では、ピニオン８がリングギヤ１１へ押し出されてリングギヤ１１と噛合っており、モータ７に通電された状態である。

エンジン２の始動指令とは、例えば、エンジン停止時に始動スイッチ１６がＯＮ操作されたという信号である。また、アイドルストップシステム搭載車両では、一般的にアイドルストップがブレーキＯＦＦ操作により解除されてエンジンが再始動される。従って、始動指令は、ブレーキセンサ１５で検出されるブレーキＯＦＦ操作されたという信号であってもよい。なお、このブレーキＯＦＦ操作は、エンジンが自動停止に向けて回転数降下している際にされた場合も、再始動指令となる。

〔本実施例の特徴〕
スタータ制御手段は、始動指令から所定時間Ｔａ以内に加速要求があった場合、スタータ３にてエンジン２をトルクアシストし、エンジン２とスタータ３の両方を駆動源として車両を走行させるアシストモードを実行する。

以下、始動指令があった後のスタータの制御処理の流れを図２及び図３を用いて説明する。
なお、図２は、エンジン２の停止中に始動指令がＯＮとされる場合を説明するものであるが、エンジンが自動停止に向けて回転数降下している際に再始動指令がされる場合も同様の流れで制御される。

まず、始動スイッチ１６のＯＮ操作や、アイドルストップ解除のためのブレーキＯＦＦ操作がされると、始動指令がＯＮとなる（図２参照）。

始動指令がＯＮされると、スタータ３が駆動ＯＮ状態にされる。すなわち、電磁スイッチ９に通電されることによって、ピニオン８がリングギヤ１１へ押し出されてピニオン８とリングギヤ１１とが噛合い、モータ７への通電が開始される。これにより、クランク軸１２にモータ７の回転力が伝達される。

ここで、始動指令ＯＮの時刻を時刻ｔ０とし、始動指令ＯＮから所定時間Ｔａ経過した時刻をｔｘとする（図２参照）。
スタータ３が駆動ＯＮ状態のときに、時刻ｔｘまでに加速要求があった場合、アシストモードを実施する（ステップＳ１〜Ｓ３参照）。

すなわち、ステップＳ２で、時刻ｔｘまでに加速要求があったか否か、すなわち、始動指令ＯＮから所定時間Ｔａ以内に加速要求があったか否かを判定する。
図２に示す例では、時刻ｔｘよりも前の時刻ｔ１にて加速要求がＯＮされているので、ステップＳ２での判定結果がＹＥＳとなる。
ステップＳ２での判定結果がＹＥＳの場合には、ステップＳ３に進み、アシストモードを実施する。つまり、スタータ３の駆動ＯＮ状態を継続し、エンジン２が完爆したか否かに関わらず、継続してモータ７の回転力をエンジン２に伝達する。これにより、アシストモードでは、スタータ３にてエンジン２がトルクアシストされ、エンジン２とスタータ３の両方を駆動源として車両が走行する状態となる。

なお、本実施例では、所定時間Ｔａは、始動指令ＯＮからエンジン２の初爆が生じるまでの時間Ｔｂよりも短い（図２参照）。
また、加速要求は、例えば、アクセルセンサ１４にてアクセルペダルが踏み込まれたことが検出された場合にＯＮとなる。なお、アクセルペダル踏込速度あるいはアクセル開度変化率が所定値以上である場合に加速要求ＯＮとしてもよい。

また、ステップＳ２での判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ４に進み、エンジン２が完爆したかを判定し、完爆しているならスタータ３を駆動ＯＦＦ状態にする。完爆していないなら、まだ駆動ＯＦＦするタイミングではないとして、駆動ＯＮ状態を維持し、再度完爆判定を行う。
ここで、スタータ３の駆動ＯＦＦ状態とは、クランク軸１２にモータ７の回転力が伝達されない状態をいい、直流モータへの通電が停止された状態、もしくは、ピニオン８とリングギヤ１１との噛合いを解除した状態をいう。

本実施例では、通常モード（始動指令ＯＮから所定時間Ｔａ以内に加速要求がなかった場合）のスタータ３をＯＦＦするタイミングはステップＳ４で完爆が判定される完爆時期ｔｙとなっている（図２参照）。
そして、始動指令ＯＮから所定時間Ｔａ以内に加速要求があった場合には、完爆時期ｔｙでスタータ３の駆動をＯＦＦせずに、完爆時期ｔｙよりも後もスタータ３の駆動ＯＮ状態を継続する。

なお、通常の低速回転型のスタータの場合には、エンジン３が完爆するとエンジン３の回転数がモータの回転数を上回るため、一方向クラッチが解除されるが、本実施例のスタータ３のモータ７は高速回転可能であるため、エンジン３が完爆した後も一方向クラッチが解除されず、モータ７の回転がエンジン３に伝達される。

ステップＳ５では、加速要求ＯＮから所定時間Ｔｚ経過したかを判定し、判定結果がＹＥＳの場合（時間Ｔｚ経過している場合）には、スタータ３を駆動ＯＦＦ状態にする（ステップＳ６参照）。ステップＳ５での判定結果がＮＯの場合には、ステップＳ３に戻って再度判定を行う。

本実施例では、加速要求ＯＮされた時刻ｔ１から時間Ｔｚ経過した時刻ｔ２で、スタータ３の駆動状態をＯＦＦにしている。なお、時間Ｔｚは時刻ｔ２が時刻ｔｙよりも後になるように設定されている。

すなわち、本実施例では、スタータ３の駆動ＯＮ状態を継続する期間の終期、つまりアシストモードの解除時期を、加速要求ＯＮからの時間で決定している。なお、始動指令ＯＮからの時間で決定してもよい。

〔本実施例の作用効果〕
本実施例では、スタータ駆動中に加速要求が生じた場合のみに限定してスタータ３をエンジン２のトルクアシストに用いている。
具体的には、始動指令から所定時間Ｔａ以内に加速要求があった場合のみ、限定的にスタータ３によりアシストをしている。

このため、ＭＧによるエンジン２のトルクアシストのように、低速走行時等にもエンジン２のトルクアシストを行うものではないため、スタータ３のトルクアシストとしての使用頻度が少なくなる。
従って、スタータ３のトルクアシストとしての使用頻度を少なくしているため、スタータ３とクランク軸１２との間の動力伝達機構の劣化を低減できる。

すなわち、本実施例のようにスタータ３とクランク軸１２との間の動力伝達機構がピニオン８とリングギヤ１１によるギヤ噛合機構である場合、トルクアシストとしての使用によりギヤ磨耗が生じる。しかし、本実施例ではごく限られた場合のみトルクアシストとして使用することで使用頻度を抑えているため、ギヤ磨耗を低減できる。

また、加速時にのみトルクアシストとして使用するため、スタータ３の駆動に伴う音による不快感を低減できる。加速時は定常運転時に比べてエンジン音等が大きいため、スタータ３の駆動に伴う音が気になりにくいからである。

また、スタータ３のモータ７は直流モータであって応答性がよいため、スタータ３によりアシストすることで、ＭＧによってアシストする場合と比較して加速応答性も向上する。

従って、本実施例によれば、動力伝達機構の劣化やスタータ駆動に伴う音による不快感という問題点を解決することができ、安価な直流式のスタータ３を用いてエンジン２をトルクアシストすることができる。

〔実施例２〕
実施例２のエンジン始動装置１を実施例１とは異なる点を中心に図４及び図５を用いて説明する。なお、実施例１と同じ符号は、同一の機能物を示すものであって、先行する説明を参照する。
本実施例では、スタータ３の駆動ＯＮ状態を継続する期間の終期を、エンジン回転数で決定している。

すなわち、実施例１のステップＳ５の代わりに、回転数センサ１３から検出される回転数が所定の回転数Ｎａに到達したか否かを判定するステップＳ５ａを有している。
そして、回転数Ｎａに到達していれば、スタータ３を駆動ＯＦＦ状態にする。つまり、図４に示すように、回転数Ｎａに到達して時刻ｔ３でスタータ３を駆動ＯＦＦ状態にしている。
回転数Ｎａは、例えば、所定のアイドル回転数であってもよいし、加速要求の度合いに応じてＥＣＵ４により算出された回転数であってもよい。

本実施例によっても、実施例１と同様の作用効果を奏することができる。

〔変形例〕
電磁スイッチ９は、ピニオン８を押し出すソレノイドと、モータ６の通電電流をオン／オフするソレノイドとが同じであってもよいし、別々であってもよい。

また、実施例のスタータ３は飛び込み式のスタータであったが、常時ピニオンとリングギヤとが噛合った常時噛合い式のスタータであってもよい。
また、実施例のスタータ３は一方向クラッチを有していたが、一方向クラッチを有していなくてもよい。

また、実施例１では、通常モードでのスタータ３の駆動ＯＦＦタイミングが完爆時期ｔｙであり、トルクアシストモードでのスタータ３の駆動ＯＦＦタイミングがｔｙより後の時刻ｔ２であった。しかし、トルクアシストモードでのスタータ３の駆動ＯＦＦタイミングが通常モードでのスタータ３の駆動ＯＦＦタイミングより後であればよく、通常モードでのスタータ３の駆動ＯＦＦタイミングが完爆時期ｔｙよりも後であってもよい。

１ エンジン始動装置
２ エンジン
３ スタータ
４ スタータ制御手段
７ モータ
１２ クランク軸

Claims (5)

1. 回転力を発生する直流モータ（７）を有し、前記直流モータ（７）の回転力をエンジン（２）のクランク軸（１２）に伝達可能なスタータ（３）と、
   前記スタータ（３）の駆動を制御するスタータ制御手段（４）とを備え、
   前記直流モータ（７）に通電して、前記クランク軸（１２）に前記直流モータ（７）の回転力が伝達される状態を前記スタータの駆動ＯＮ状態とし、
   前記クランク軸（１２）に前記直流モータ（７）の回転力が伝達されない状態を前記スタータの駆動ＯＦＦ状態とすると、
   前記スタータ制御手段（４）は、前記エンジン（２）の始動指令があった際、前記スタータ（３）を駆動ＯＮ状態にして前記エンジン（２）のクランキングを開始し、所定のタイミングで前記スタータを駆動ＯＦＦ状態にするエンジン始動装置であって、
   前記スタータ制御手段（４）は、前記始動指令から所定時間Ｔａ以内に加速要求があった場合、前記所定時間Ｔａ以内に加速要求がなかった場合に前記スタータの駆動ＯＦＦ状態にするタイミング（ｔｙ）より後も前記スタータの駆動ＯＮ状態を継続させ、前記スタータ（３）にて前記エンジン（２）をトルクアシストし、前記エンジン（２）と前記スタータ（３）の両方を駆動源として車両を走行させるアシストモードを実行することを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記エンジン（２）の始動指令とは、前記エンジン（２）の停止時から前記エンジン（２）を始動させるための始動指令であることを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   アイドルストップシステム搭載車両に適用され、
   前記エンジン（２）の始動指令とは、前記エンジン（２）を自動停止させる際のエンジン回転数降下中に再始動要求が発生した際の再始動指令であることを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータ制御手段（４）は、前記スタータ（３）の駆動ＯＮ状態を継続する期間の終期を、エンジン回転数もしくは時間で決定することを特徴とするエンジン始動装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
   前記所定時間Ｔａは、前記エンジン（２）の始動指令から前記エンジン（２）の初爆が生じるまでの時間Ｔｂよりも短いことを特徴とするエンジン始動装置。
   

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