JP6333443B1 - エンジン始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン始動時における発電電動機およびスタータの使用方法を統一することにより、簡素な構成かつ低コストで、エンジン始動性を確保することができるエンジン始動装置を得る。【解決手段】エンジンのクランク軸に連結された発電電動機と、エンジンの始動時に、クランク軸に設けられたリングギヤにピニオンを噛合させるスタータとを備え、運転者の始動操作によりエンジンを始動する初期始動では、発電電動機およびスタータの両方でエンジンを併用クランキングし、エンジンの再始動では、発電電動機でエンジンをクランキングする。【選択図】図１

Description

この発明は、エンジンのクランク軸に連結された発電電動機と、エンジン始動時にピニオンをリングギヤに噛合させるスタータとを備え、発電電動機およびスタータの少なくとも一方を起動してエンジンをクランキングするエンジン始動装置に関する。

従来から、エンジンの停止条件が成立するとエンジンを自動停止させ、その後再始動条件が成立するとエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動制御を行う車両において、エンジン始動時にエンジンのクランキングを行う発電電動機およびスタータが搭載されているものが知られている。

このような車両では、エンジン始動時のクランキングにおいて、発電電動機とスタータとを状況に応じて使い分けるか、または発電電動機とスタータとを併用して、エンジンを始動するようになっている。

ここで、エンジンの水温等に関する情報に基づいて、歯車伝動装置を介してエンジンを始動するスタータである第一の始動装置と、ベルト伝動装置を介してエンジンを始動する発電電動機である第二の始動装置とを、それぞれ単独で使用するか、または併用するかを選択してエンジンをクランキングするエンジンの始動制御装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

なお、特許文献１に記載のエンジン始動制御装置では、第一の始動装置と第二の始動装置とを併用してエンジンをクランキングする場合に、第一の始動装置を駆動させるとともに、その後第二の始動装置を駆動させ、ついで第一の始動装置を停止した後も第二の始動装置の駆動を継続させている。

また、キーの操作によるエンジンの始動時にスタータであるスタータモータで起動するとともに、発電電動機である電動発電機によって常時アシストする車両において、エンジンの再始動時に、スタータモータと電動発電機とを、それぞれ単独で使用するか、または併用するかを選択してエンジンをクランキングするハイブリッド車両の制御装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

なお、特許文献２に記載のハイブリッド車両の制御装置では、スタータモータと電動発電機とを併用してエンジンをクランキングする場合に、スタータモータを駆動させるとともに、その後エンジン回転数が設定回転数以上になったら、電動発電機の駆動を開始させている。また、電動発電機のみでエンジンを再始動する場合には、電動発電機のモータ出力値を、定格性能を越えた値に設定している。

また、要求クランキングトルク情報に基づいて、発電電動機である第１の電動機と、スタータである第２の電動機とを、それぞれ単独で使用するか、または併用するかを選択してエンジンをクランキングするとともに、クランキング開始後にベルトのスリップ状態を判定し、スリップ状態に基づいて、第１の電動機および第２の電動機の一方を選択し、エンジンを始動終了までクランクキングする内燃機関の始動制御装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０００−１６１１０２号公報 特開２００２−０４８０３６号公報 特開２０１４−１３４１３０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
すなわち、従来のエンジン始動装置では、エンジンの各始動状況において、発電電動機によるエンジンのクランキングと、スタータによるエンジンのクランキングと、発電電動機およびスタータの両方によるエンジンのクランキングとを、エンジンの水温や電源電圧等に基づいて、選択することになっている。

例えば、特許文献１に記載されたエンジンの始動制御装置では、エンジンの水温に応じて、エンジン始動方法を選択している。つまり、運転者の始動操作によりエンジンを始動する初期始動においても、エンジンの水温をモニタして、発電電動機でクランキングするか、スタータでクランキングするか、または発電電動機とスタータとを併用してクランキングするかを選択することになる。

そのため、エンジンの始動前に始動方法を判断する制御が必要になるとともに、判断材料となる水温等を検知するセンサ等が必要になり、エンジン始動装置が複雑化し、高コスト化するという問題がある。

また、特許文献２に記載されたハイブリッド車両の制御装置では、初期始動の場合には、スタータで起動するとともに発電電動機によって常時アシストすることになっているが、エンジンの再始動時には、エンジンの水温や電源電圧に基づいて、スタータと発電電動機とを、それぞれ単独で使用するか、または併用するかを選択することになる。

そのため、エンジンの再始動前に始動方法を判断する制御が必要になるとともに、判断材料となる水温等を検知するセンサ等が必要になり、エンジン始動装置が複雑化し、高コスト化するという問題がある。

また、特許文献３に記載された内燃機関の始動制御装置では、要求クランキングトルクに応じて、発電電動機とスタータとを、それぞれ単独で使用するか、または併用するかを選択することになる。そのため、エンジンの始動前に始動方法を判断する制御が必要になるとともに、判断材料となる水温等を検知するセンサ等が必要になり、エンジン始動装置が複雑化し、高コスト化するという問題がある。

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、エンジン始動時における発電電動機およびスタータの使用方法を統一することにより、簡素な構成かつ低コストで、エンジン始動性を確保することができるエンジン始動装置を得ることを目的とする。

この発明に係るエンジン始動装置は、エンジンの停止条件が成立するとエンジンを自動停止させ、その後再始動条件が成立するとエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動制御を行う車両に搭載されるエンジン始動装置であって、エンジンのクランク軸に連結された発電電動機と、エンジンの始動時に、クランク軸に設けられたリングギヤにピニオンを噛合させるスタータとを備え、運転者の始動操作によりエンジンを始動する初期始動では、発電電動機およびスタータの両方でエンジンを併用クランキングし、エンジンの再始動では、発電電動機でエンジンをクランキングするものである。

この発明に係るエンジン始動装置によれば、運転者の始動操作によりエンジンを始動する初期始動では、発電電動機およびスタータの両方でエンジンを併用クランキングし、エンジンの再始動では、発電電動機でエンジンをクランキングする。
そのため、エンジン始動時における発電電動機およびスタータの使用方法を統一することにより、簡素な構成かつ低コストで、エンジン始動性を確保することができる。

この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置が搭載された車両の概略構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置のスタータを示す断面図である。 図２に示したスタータのワンウェイクラッチを示す構成図である。

以下、この発明に係るエンジン始動装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置が搭載された車両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１は、エンジン自動停止再始動制御のエンジン停止、またはエンジン再始動を判断する機能を含み、エンジン１の制御を行うエンジン制御装置５により駆動制御されている。以下、エンジン制御装置５のことをエンジンＥＣＵ５と称する。

エンジン１のクランク軸１１には、ベルト１２を介して発電電動機２が常時連結されている。また、スタータ３の回転トルクの出力部となるピニオン３１は、クランク軸１１と一体となったリングギヤ１３に着脱可能な状態で設けられ、回転トルクを伝達する。

発電電動機２には、電力変換装置２１が接続されている。また、電力変換装置２１は、バッテリ４と、発電電動機２の回生および力行の制御を行う発電電動機制御回路２２とに接続されている。以下、発電電動機制御回路２２のことをＭＧ制御回路２２と称する。

スタータ３は、スタータ３に電力の供給を行うための電気接点の開閉機能を持った電磁スイッチ３２を備えている。また、電磁スイッチ３２は、バッテリ４に接続されている。なお、ＭＧ制御回路２２の入力端子および電磁スイッチ３２の励磁端子には、それぞれエンジン始動時の信号が入力される。

さらに、エンジン１は、クランク軸１１の回転角度を検出する図示しないクランク角センサを備えており、クランク角センサからのクランク角信号は、エンジンＥＣＵ５に送信され演算されて、エンジン１のクランク軸１１の回転速度を導出する。

次に、発電電動機２の機能について説明する。発電電動機２は、回生である発電の機能と、力行であるモータ駆動の機能との２つの機能を有している。ここで、回生時は、エンジン１が稼働状態の場合であり、発電電動機２は、エンジン１の回転トルクにより、クランク軸１１からベルト１２を介して常時回転している状態で、ＭＧ制御回路２２によって制御される電力変換装置２１で発電電力を整流して、バッテリ４に充電を行っている。

また、力行時は、エンジン１に回転トルクを供給する場合であり、発電電動機２は、バッテリ４の電力を使用し、ＭＧ制御回路２２によって制御される電力変換装置２１を介して電力供給を受け、モータとして駆動される。さらに、ベルト１２を介してクランク軸１１に回転トルクが伝達され、エンジン１が駆動される。

なお、発電電動機２は、エンジン１の始動が完了した後には、力行から回生へと切り替わる。また、エンジン１に回転トルクを供給する場合には、エンジン１のクランキング時と、稼働状態のエンジン１の発生トルクを補うトルクアシスト時と、エンジン１が停止していても発電電動機２のみで車両を移動させる電動走行時とがある。

続いて、図２および図３を参照しながら、スタータ３の機能について説明する。図２は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置のスタータ３を示す断面図であり、図３は、図２に示したスタータ３のワンウェイクラッチ３３を示す構成図である。

スタータ３は、エンジン１のクランキング時に使用され、電磁スイッチ３２の励磁端子に電圧が印加されることにより、電磁スイッチ３２の電気接点が閉路されて、スタータ３のモータ部に電力が供給されるとともに、ピニオン３１がリングギヤ１３側へ移動する。その後、リングギヤ１３とピニオン３１とが噛み合うことにより、スタータ３のモータ部で発生する回転トルクが、クランク軸１１に伝達され、エンジン１を駆動する。

なお、モータ部の出力軸であるシャフト７とピニオン３１を含むピニオン移動体とは、モータ部が回転駆動したときに、ピニオン移動体が静止位置からリングギヤ１３側への推進力が発生する角度を持ったヘリカルスプラインで係合されている。ここで、ピニオン移動体は、ワンウェイクラッチ３３と、ワンウェイクラッチ３３の端部に連結されているピニオン３１とを有している。

ワンウェイクラッチ３３は、シャフト７に設けられた筒状のクラッチアウタ３３ａと、ピニオン３１に連結されてピニオン３１と一体に回転する筒状のクラッチインナ３３ｂと、クラッチアウタ３３ａとクラッチインナ３３ｂとの間で回転トルクを伝達可能な伝達部材である複数の円柱状のローラ３３ｃと、クラッチインナ３３ｂとクラッチアウタ３３ａとの間で回転トルクを伝達する伝達位置の方向に、ローラ３３ｃを押圧する所定の荷重を有するスプリング３３ｄとを有している。

さらに、ワンウェイクラッチ３３は、クラッチアウタ３３ａとクラッチインナ３３ｂとの間から各ローラ３３ｃが外れることを防止する平板環状のクラッチプレート３３ｅと、クラッチプレート３３ｅをクラッチアウタ３３ａに保持するクラッチカバー３３ｆとを有し、ローラ３３ｃとスプリング３３ｄとが配置された空間に、摩擦を軽減するグリースが充填されている。

ワンウェイクラッチ３３において、スタータ３のピニオン３１の回転速度に対して、リングギヤ１３の回転速度が高くなった場合に、リングギヤ１３によりピニオン３１を介してクラッチインナ３３ｂが駆動される。

また、ピニオン３１と供回りするクラッチインナ３３ｂの回転速度が、シャフト７と供回りするクラッチアウタ３３ａよりも高くなったときに、スタータ３の回転トルクを発生させるモータ部にリングギヤ１３からの駆動力が、クラッチアウタ３３ａおよびシャフト７を介して伝達されないように、各ローラ３３ｃが各スプリング３３ｄを撓ませながら非伝達位置の方向へ移動して空転する。

このときのスプリング３３ｄを撓ませる力を空転トルクといい、リングギヤ１３から見た場合には、回転トルクの負荷となる。

その後、エンジン１側でスタータ３の回転トルクが不要となった場合には、励磁端子の電圧の印加が解消される。これにより、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛み合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力供給がなくなる。

次に、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置において、運転者の始動操作によりエンジン１を始動する初期始動における一連の動作について説明する。

運転者による始動操作が実施されると、所定の電気信号により、電磁スイッチ３２の励磁端子に電圧が印加され、電磁スイッチ３２を駆動して電気接点を閉路する。この結果、モータ回路に通電がなされることにより、電流がスタータ３のモータ部に供給され、モータ部に回転トルクが発生してスタータ３が起動される。

また、電磁スイッチ３２を駆動することによって、ピニオン３１が、リングギヤ１３に噛み合う位置に移動する。その結果、モータ部の回転トルクが、噛み合ったピニオン３１とリングギヤ１３とを介してクランク軸１１に伝達され、エンジン１をクランキングすることとなる。その後、燃料噴射が開始される。

さらに、運転者による始動操作が実施されることにより、ＭＧ制御回路２２へも起動の電気信号が伝送され、ＭＧ制御回路２２は、発電電動機２を力行で起動するために、バッテリ４の電力を使用し、ＭＧ制御回路２２によって制御される電力変換装置２１を介して、発電電動機２に電力を供給する。

この結果、発電電動機２は、力行駆動され、ベルト１２を介してクランク軸１１に回転トルクを伝達することで、エンジン１をクランキングする。つまり、運転者の始動操作による電気信号に連動して、発電電動機２およびスタータ３が起動してエンジン１をクランキングする。

このとき、起動の電気信号は、運転者が始動操作を実施している期間中発信されることとしてもよいし、タイマにより、運転者が始動操作を終了した後、任意の所定時間が経過した際に発信が切れることとしてもよい。

ここで、電気信号が、運転者が始動操作を実施している期間中発信されることとした場合には、運転者によりエンジン１が始動したと判断されて、始動操作を中止した時点で、電気信号が消滅することにより、スタータ３が停止される。すなわち、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛み合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力供給がなくなる。また同時に、ＭＧ制御回路２２による発電電動機２への電力供給が停止され、力行が停止される。

また、電気信号が、タイマにより、運転者が始動操作を終了した後、任意の所定時間が経過した際に発信が切れることとした場合には、エンジンＥＣＵ５は、クランク角センサからのクランク角信号により得られる現在のクランク角度、およびクランク角信号の周期に基づいて、エンジン１の回転速度、つまりリングギヤ１３の回転速度を演算して、監視する。

また、エンジンＥＣＵ５は、エンジン１の回転速度に基づいて、エンジン１の回転速度があらかじめ設定された回転速度以上となり、エンジン１が完爆したか否か、すなわちエンジン１が稼働状態になり始動が完了したか否かの判定を行う。エンジン１が完爆していない場合には、エンジンＥＣＵ５は、エンジン１の完爆の判定が行われるまで、状態を維持して待機する。

一方、判定の結果、エンジン１が完爆している場合には、エンジンＥＣＵ５は、スタータ３を停止させる。すなわち、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛み合っている状態が解消されるとともに、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力供給がなくなる。また同時に、エンジンＥＣＵ５は、ＭＧ制御回路２２による発電電動機２への電力供給を停止し、力行を停止させる。

これら一連の動作により、運転者の始動操作によりエンジン１を始動する初期始動において、発電電動機２およびスタータ３の両方でエンジン１を併用クランキングして、エンジン１を始動させる処理が終了する。

続いて、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置において、エンジン１の再始動における一連の動作について説明する。

エンジン自動停止再始動制御によりエンジン１への燃料供給が停止され、その後再始動条件が成立すると、エンジンＥＣＵ５は、起動の電気信号をＭＧ制御回路２２に送信する。起動の電気信号を受けたＭＧ制御回路２２は、バッテリ４の電力を使用し、電力変換装置２１を介して、発電電動機２に電力を供給する。この結果、発電電動機２は、力行駆動され、ベルト１２を介してクランク軸１１に回転トルクを伝達することで、エンジン１をクランキングする。

このようなエンジン１のクランキング中、エンジンＥＣＵ５は、クランク角センサからのクランク角信号により得られる現在のクランク角度、およびクランク角信号の周期に基づいて、エンジン１の回転速度、つまりリングギヤ１３の回転速度を演算して、監視している。

このとき、エンジンＥＣＵ５は、エンジン１の回転速度に基づいて、エンジン１の回転速度があらかじめ設定された回転速度以上となり、エンジン１が完爆したか否か、すなわちエンジン１が稼働状態になり始動が完了したか否かの判定を行う。エンジン１が完爆していない場合には、エンジンＥＣＵ５は、エンジン１の完爆の判定が行われるまで、状態を維持して待機する。

一方、判定の結果、エンジン１が完爆している場合には、エンジンＥＣＵ５は、ＭＧ制御回路２２による発電電動機２への電力供給を停止し、力行を停止させる。

これら一連の動作により、エンジン１の再始動において、発電電動機２でエンジン１をクランキングして、エンジン１を始動させる処理が終了する。

このように構成されたエンジン始動装置によれば、運転者が始動操作を実施する初期始動では、発電電動機２およびスタータ３の両方を用いた併用クランキングのみを実施し、エンジン自動停止後の再始動では、発電電動機２でのクランキングのみを実施することになる。

つまり、エンジン１の初期始動およびエンジン１の再始動の前に、始動方法の選択を行わないことにより、始動方法の選択を行うための複雑な制御や判断材料となるセンサを必要とせず、低コストでエンジン始動性を確保することができる。

また、ベルト１２が滑りやすい低温時におけるエンジン１の初期始動では、発電電動機２およびスタータ３の両方を用いた併用クランキングを実施し、発電電動機２のみでエンジン１をクランキングするのは、暖機状態であり、ベルト１２が滑りにくい状態であるエンジン１の再始動時のみとすることにより、エンジン始動性を確保することができる。

また、エンジン１の初期始動およびエンジン１の再始動において、始動するときの駆動力が固定化されているため、運転者や同乗者への違和感も軽減される。さらに、エンジン１の再始動において、発電電動機２のみの決まった再始動を実施するため、複雑な制御が不要となり、迅速にエンジン１を再始動することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、運転者の始動操作によりエンジン１を始動する初期始動では、発電電動機２およびスタータ３の両方でエンジン１を併用クランキングし、エンジン１の再始動では、発電電動機２でエンジン１をクランキングする。
そのため、エンジン始動時における発電電動機２およびスタータ３の使用方法を統一することにより、簡素な構成かつ低コストで、エンジン始動性を確保することができる。

実施の形態２．
この発明の実施の形態２では、スタータ３のワンウェイクラッチ３３の機能について説明する。

上述した実施の形態１において、併用クランキングでは、発電電動機２およびスタータ３が同時にエンジン１をクランキングすることになるが、エンジン１の各気筒は、吸気→圧縮→膨張→排気の各工程を繰り返し、圧縮工程では負荷が大きくなり、膨張行程では負荷が小さくなる。そのため、クランキング回転数が下降および上昇を繰り返す脈動が発生する。

また、クランク軸１１にベルト１２で連結された発電電動機２において、発電電動機２の出力軸と、エンジン１のクランク軸１１との減速比は、約２〜３程度である。また、ギヤで着脱可能に連結されるスタータ３は、スタータ３の内部に減速比４〜６程度の減速機構を持っており、出力軸であるピニオン３１とクランク軸１１との減速比が、約１０程度で設定されているため、スタータ３のモータ部とクランク軸１１との減速比は、４０〜６０程度となっている。そのため、発電電動機２は、スタータ３に比べて、高回転での回転は有利であるが、低回転でのトルクが不利であるという特徴がある。

発電電動機２およびスタータ３が上記のような構成であるため、圧縮工程の負荷が大きくなるクランキング領域では、スタータ３の出力トルクに頼る割合が大きくなり、膨張行程の負荷が小さくなるクランキング領域では、発電電動機２の出力トルクに頼る割合が大きくなることがある。

特に、膨張行程の負荷が小さくなるクランキング領域で、発電電動機２の出力トルクに余裕がある場合には、クランキング回転数がスタータ３の無負荷回転数以上になったときに、ワンウェイクラッチ３３が空転し、スタータ３がクランキングに対して全く寄与していないことになる。

このとき、ワンウェイクラッチ３３を空転させるために必要な空転トルクが、上述したように、ベルト１２を介してリングギヤ１３を回転させる発電電動機２に対しての負荷になる。

また、発電電動機２の出力トルクに余裕がある場合には、膨張行程の負荷が小さくなるクランキング領域でクランキング回転数が高くなり、次の圧縮工程において、発電電動機２の出力トルクではトルク不足になるため、スタータ３の無負荷回転速度以下までクランキング回転速度が低下する。そのため、クランキング回転数が上昇および下降を繰り返すことになり、この上昇および下降により、ベルト１２の伝達容量を超えてベルト１２が滑りやすくなる。

また、従来のスタータ３のみを用いてエンジン１をクランキングする場合であっても、膨張行程の負荷が小さくなるクランキング領域でクランキング回転数が高くなり、スタータ３の無負荷回転数以上になることがあるが、併用クランキングでは、発電電動機２がクランキング回転速度をさらに上昇させることになる。

そこで、この発明の実施の形態２に係るスタータ３のワンウェイクラッチ３３の空転トルクは、ベルト１２が滑らない程度にクランキング回転数の上昇および下降の加速度を小さく抑制することができる空転トルク以上に設定されている。

つまり、スプリング３３ｄの荷重により発生する空転トルクによって、クランキング脈動の高回転側の回転速度を適正に低減することができ、クランキング回転数の上昇および下降の加速度を緩やかにすることができるよう、スプリング３３ｄの荷重が設定されている。

このとき、クランキング脈動の低回転側の回転速度領域において、発電電動機２の出力トルクではトルク不足になるため、スタータ３は、出力トルクをリングギヤ１３に伝えており、空転トルクは発生しないため、回転速度に影響はない。

すなわち、クランキング脈動の高回転側のクランキング回転数のみを低減することができるため、クランキング脈動の振幅を抑えるとともに、高回転側のクランキング回転数が低減されたことにより、平均クランキング回転速度が低下して周期も延びるため、クランキング回転数の上昇および下降の加速度を緩やかにすることができる。

ここで、空転トルクのトルク値は、併用クランキングが実施される環境に合わせて設定されればよいが、例えば−３０℃で、ベルト１２が滑らない高回転側の回転速度に設定していれば、低温でのエンジン始動においても併用クランキングを実施することができる。

ただし、ベルト１２が滑りやすい低温で空転トルクのトルク値を設定した場合には、従来に比べてスプリング３３ｄの荷重が高くなり、空転トルクも高くなるため、暖機状態等、ベルト１２が滑りにくい高温状態においては、ベルト１２の滑りに対して、必要以上の空転トルクでクランキングすることになる。しかしながら、この状態であっても、エンジン１の温度が高く、クランキングに必要なフリクショントルクが小さくなっているため、問題なく始動することができる。

ここで、スプリング３３ｄに温度依存性の高い素材を使用することにより、低温で空転トルクのトルク値が大きくなるようにしてもよい。例えば、樹脂やゴム等の弾性を有する素材で、低温で固くなる弾性部材を使用することが考えられる。この場合には、低温で空転トルクが高くなるため、ベルト１２の滑りが抑制され、ベルト１２が滑りにくい高温状態においては、不要に大きい空転トルクにならないので、始動性を向上させることができる。

また、クランキング脈動の高回転側の回転速度を低減するために、グリースの粘度を利用してもよく、グリースの粘度により、空転トルクのトルク値を大きくすることが可能である。

具体的には、通常低温で粘度が高くなり、高温で粘度が低くなるグリースの粘度を積極的に利用することで、低温では空転トルクが大きくなり、高温では空転トルクが小さくなるため、ベルト１２の滑りに対して温度環境に適した空転トルクすることが可能になる。さらに、上述したスプリング３３ｄの荷重と組み合わせることにより、空転トルク設定の自由度を向上させることができる。

このように構成されたスタータ３によれば、エンジン１のクランキング時の脈動による低回転側では、スタータ３がリングギヤ１３にトルクを伝えており、ワンウェイクラッチ３３の空転トルクは発生しないので、従来通りの回転速度が得られる。

また、クランキング脈動の高回転側において、スタータ３がリングギヤ１３にトルクを伝えない状態となった場合には、スプリング３３ｄの荷重およびグリースの粘度により、ワンウェイクラッチ３３の空転トルクが発電電動機２に対して負荷となる。これにより、回転速度の上昇が抑制されるため、ベルト１２が滑りやすい状況であるクランキング時の回転速度の変化、すなわち加減速の傾きを緩やかにすることができ、ベルト１２の滑りを抑制することができる。

そのため、ベルト１２の滑りを懸念して、エンジン１の始動前に、始動方法の選択を行う必要がなく、始動方法の選択を行うための複雑な制御や判断材料となるセンサを必要としない。また、ベルト１２が滑りやすい低温時において、発電電動機２およびスタータ３の両方を用いた併用クランキングを実施する場合でも、よりベルト１２が滑らない状態でエンジン１をクランキングすることができ、低コストでエンジン始動性を確保することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態２では、クランキング脈動の高回転側の回転速度を抑制するために、ワンウェイクラッチ３３の空転トルクを調整する方法を説明したが、この発明の実施の形態３では、実施の形態２と同様の効果を得るために、発電電動機２の出力トルクを低減させる方法を説明する。

なお、実施の形態３における構成およびエンジン始動に係る一連の動作は、上記実施の形態１と同様である。また、この発明の実施の形態３に係る併用クランキングでは、初期から発電電動機２の出力トルクを低減させてクランキングを実施することを特徴とする。

従来のエンジン始動では、特に−３０℃等の極低温も考えられるが、短時間で始動するために、出力に制限を設けることは少なく、定格出力または最大出力でクランキングが実施されることが多い。

この発明の実施の形態３では、低回転トルクに有利なスタータ３および高回転トルクに有利な発電電動機２の両方の特徴を生かすために、あえて、発電電動機２の出力トルクを低減することとする。ここで、クランキング脈動に合わせて、低回転側で定格出力または最大出力の高い出力トルクを出力し、高回転側では出力トルクを低減させてもよいが、初期から発電電動機２の出力トルクを低減させることにより、発電電動機２のモータ制御がシンプルなエンジン始動装置を得ることができる。

このように構成されたエンジン始動装置によれば、エンジン１のクランキング時の脈動による低回転側では、スタータ３がリングギヤ１３にトルクを伝えており、ワンウェイクラッチ３３の空転トルクは発生しないので、従来に近い回転速度が得られる。

また、クランキング脈動の高回転側において、スタータ３がリングギヤ１３にトルクを伝えない状態となった場合には、発電電動機２の出力トルクが低減した分だけ、回転速度の上昇が抑制されるため、ベルト１２が滑りやすい状況であるクランキング時の回転速度の変化、すなわち加減速の傾きを緩やかにすることができ、ベルト１２の滑りを抑制することができる。

よって、ベルト１２の滑りを懸念して、エンジン１の始動前に、始動方法の選択を行う必要がなく、始動方法の選択を行うための複雑な制御や判断材料となるセンサを必要としない。また、ベルト１２が滑りやすい低温時において、発電電動機２およびスタータ３の両方を用いた併用クランキングを実施する場合でも、よりベルト１２が滑らない状態でエンジン１をクランキングすることができ、低コストでエンジン始動性を確保することができる。

ここで、上記実施の形態２で示したワンウェイクラッチ３３のスプリング３３ｄの設定やグリースと、実施の形態３で示した発電電動機２の出力トルクを低減させる方法とを組み合わせて実施してもよい。この場合、ベルト１２が滑りやすい状況であるクランキング時の回転速度の変化、すなわち加減速の傾きを、より容易に緩やかになるよう設定することができる。

また、このとき、上記実施の形態２および実施の形態３で示した方法を、ベルト１２の張力を調整可能なテンショナや、クランキング脈動に合わせて発電電動機２の出力トルクを制御するような方法と組み合わせてもよい。

なお、上記実施の形態１〜３において、発電電動機２およびスタータ３に起動の電気信号を同時に送信すれば、エンジン始動のシステムが複雑化せず、また複雑な始動制御も不要となるため、安定したエンジン始動装置を得ることができる。

ここで、電気信号を同時に送信した場合に、発電電動機２の回転開始が早くなるようであれば、スタータ３の動作は、機構的に安定した時間経過後に実施されるため、ＭＧ制御回路２２にて、所定の時間経過後に発電電動機２の回転を開始する制御を盛り込むことが可能である。

また、発電電動機２およびスタータ３に電気信号を送信するタイミングを同時にできれば、運転者の始動操作によりエンジン１を始動する初期始動においても、スタータ３の電磁スイッチ３２へ印加する電圧を、電気信号として他の制御機能を介さずＭＧ制御回路２２に送信することにより、併用クランキングを実施することが可能となる。

さらに、ピニオン３１のリングギヤ１３側端面と、非トルク伝達側の歯面との間には、歯面に沿った曲面形状として歯面面取り部が設けられ、さらに、ピニオン３１の歯先外径部には、歯先外径に沿って、歯先面取り部が設けられた機構であってもよい。この場合、歯面面取り部は、非トルク伝達側の歯面に沿った曲面で形成されているため、軸方向に垂直な断面で見たときには、リングギヤ１３の歯と、ピニオン３１の歯とが、常にかみ合った状態と同じである。

歯同士が噛み合った状態と同じでない場合には、リングギヤ１３とピニオン３１のそれぞれの歯の速度ベクトルが異なる。このため、結果として、接触位置が軸方向へ振れることになり、安定した回転力を伝えられないだけでなく、はじかれる力になる場合もあり、不安定な噛合い状態となる。

つまり、ピニオン３１のリングギヤ１３側端面と、非トルク伝達側の歯面との間に、歯面に沿った曲面形状として歯面面取り部を設けることにより、先に発電電動機２が回転を開始しても安定した噛合いが可能になる。

また、上記実施の形態１〜３において、発電電動機２は、エンジン１のクランク軸１１にベルト１２で常時連結され、回生および力行の機能を合わせ持った発電電動機２として説明してきたが、ベルト１２でクランク軸１１に連結されていれば、他の形態であっても同様の効果を得ることができる。また、回生の機能を持たない電動機であっても、同様の効果を得ることができる。

１ エンジン、２ 発電電動機、３ スタータ、４ バッテリ、５ エンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）、１１ クランク軸、１２ ベルト、１３ リングギヤ、２１ 電力変換装置、２２ 発電電動機制御回路（ＭＧ制御回路）、３１ ピニオン、３２ 電磁スイッチ、３３ ワンウェイクラッチ、３３ａ クラッチアウタ、３３ｂ クラッチインナ、３３ｃ ローラ、３３ｄ スプリング、３３ｅ クラッチプレート、３３ｆ クラッチカバー。

Claims (3)

1. エンジンの停止条件が成立すると前記エンジンを自動停止させ、その後再始動条件が成立すると前記エンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動制御を行う車両に搭載されるエンジン始動装置であって、
   前記エンジンのクランク軸に連結された発電電動機と、
   前記エンジンの始動時に、前記クランク軸に設けられたリングギヤにピニオンを噛合させるスタータと
   を備え、
   運転者の始動操作により前記エンジンを始動する初期始動では、前記発電電動機および前記スタータの両方で前記エンジンを併用クランキングし、
   前記エンジンの再始動では、前記発電電動機で前記エンジンをクランキングする
   エンジン始動装置。
2. 前記併用クランキングにおいて、前記発電電動機は、定格出力または最大出力よりも小さい出力で前記エンジンをクランキングする
   請求項１に記載のエンジン始動装置。
3. 前記スタータは、
   回転トルクを発生するモータ部と、
   前記モータ部で発生した回転トルクによって回転する出力軸と、
   前記出力軸上を軸方向に移動可能に設けられ、前記エンジンを始動する際に、前記クランク軸に設けられたリングギヤと噛合するピニオンと、
   前記出力軸と前記ピニオンとの間に設けられ、前記出力軸側の回転速度が前記ピニオン側の回転速度よりも速い場合には、前記モータ部で発生した回転トルクを前記ピニオンへ伝達し、前記ピニオンが前記リングギヤから回転駆動され、前記ピニオン側の回転速度が前記出力軸側の回転速度よりも速い場合には、空転トルクを発生して空転状態となるワンウェイクラッチと、を備え、
   前記ワンウェイクラッチにおいて、低温時の空転トルクが、高温時の空転トルクよりも大きい
   請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。

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