WO2016133129A1

WO2016133129A1 - エンジン始動装置

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Publication number: WO2016133129A1
Application number: PCT/JP2016/054596
Authority: WO
Inventors: 祐輝久保; 蛭間　淳之
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2015-02-18
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2016-08-25

Abstract

　制御装置は、エンジンのクランクシャフトに連結されるリングギヤにピニオンが噛み合った状態でモータを回転させることにより、この回転がクラッチおよび前記ピニオンを介して前記リングギヤに伝達されて当該リングギヤを回転させることで前記エンジンをクランキングし、前記クランキングが開始された後、前記クラッチが非連結であることを推定し、前記クラッチが非連結の状態においてモータの回転速度を減速させる。

Description

エンジン始動装置

　本発明は、スタータによりエンジンの始動を行うエンジン始動装置に関する。

　従来技術として、特許文献１が公知である。
　同文献１に記載された方法によれば、エンジン停止後、スタータのピニオンをエンジンのクランクシャフトのリングギヤに係合させて、エンジンのクランキングを開始する。すなわち、エンジンのクランクシャフトを回転させる。このとき、クランクシャフトの回転により生じる、シリンダにおけるエンジン停止後の最初の空気及び燃料の混合気を燃焼させる燃焼サイクルを予測し、その予測された最初の燃焼サイクル中にスタータのピニオンをエンジンのクランクシャフトのリングギヤから離脱させている。この方法によれば、エンジンの始動時にピニオンをリングギヤから早く離脱させることができるので、スタータの劣化、電流消費、オーバーランによるクラッチの劣化、エンジンのノイズ及び振動、をそれぞれ低減することが可能である。

特開２０１１－１２７５９１号公報

　ところが、ピニオンをリングギヤから離脱させた後、エンジンの回転速度が予測通りに加速しない場合、すなわち、エンジンにおけるクランクシャフトの回転速度が閾値未満の場合、においては、ピニオンを再度リングギヤに噛み合わせてエンジンのクランキングを行う必要がある。すなわち、エンジンの回転速度が所定の閾値を越えるまでは、リングギヤに対するピニオンの噛み合いと離脱が繰り返し行われる。このため、ピニオンがリングギヤに噛み合う時の音が増大すると共に、ピニオンの摩耗が促進されて耐久性が低下する問題がある。

　本発明の一態様は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、エンジンのクランキング時における騒音低減およびピニオンの摩擦を低減して、エンジンの耐久性を向上できるエンジン始動装置を提供することにある。

　本発明の例示的態様に関わるエンジン始動装置は、出力軸を有するモータ、前記出力軸に取り付けられ、エンジンのクランクシャフトに連結されたリングギヤに噛合可能なピニオン、および前記出力軸に取り付けられ、前記モータから前記ピニオンの方向のみに回転力を伝達するように連結または非連結するクラッチを有しており、前記モータが回転して前記クラッチが連結することで前記モータの回転が前記ピニオンに伝達されるように構成されたスタータを備えている。

　また、エンジン始動装置は、エンジンのクランクシャフトに連結されるリングギヤに前記ピニオンが噛み合った状態で前記モータを回転させることにより、この回転が前記クラッチおよびピニオンを介して前記リングギヤに伝達されて当該リングギヤを回転させることで前記エンジンをクランキングし、前記クランキングが開始された後、前記クラッチが非連結状態であることを推定し、前記クラッチが非連結の状態において前記モータの回転速度を減速させる制御装置と、を備えている。

　本発明の例示的態様に関わるエンジン始動装置は、エンジンのクランキングが開始された後、前記クラッチが非連結な状態においてモータの回転速度を減速させるため、クラッチが連結する際に生じるリングギヤとピニオンとの歯打ち音およびギヤ同士の摩擦を低減できる。

　また、モータの回転速度を減速させる際にエンジンの燃焼サイクルを予測する必要がないため、エンジンの情報（例えばクランク角位置、燃料供給データ等）を取り入れるための信号線を増設する必要はない。このため、制御装置の処理負荷を低減するとともに、エンジン始動装置の製造コストも低減することができる。

本発明の第１の実施形態に係るエンジン始動装置の全体構成図である。図１に示す制御装置の制御回路により実行されるエンジン始動制御の一例を概略的に示すフローチャート。図１に示すクラッチが非連結となるタイミングでモータへの通電を停止した場合のエンジン回転数およびモータ回転数の変化の一例を示すグラフである。通常のスタータによるエンジンクランキング時のエンジン回転数およびモータ回転数の変化の一例を示すグラフである。（ａ）は、モータの回転数指令値を変更した場合のエンジン回転数およびモータ回転数の変化の一例を示すグラフであり、（ｂ）は、モータの回転数指令値を変更した場合のモータトルクの変化の一例を示すグラフである。第２の実施形態に関わるエンジン始動制御装置における制御装置の制御回路により実行されるエンジン始動制御の一例を概略的に示すフローチャート。第３の実施形態に関わるエンジン始動制御装置における制御装置の制御回路により実行されるエンジン始動制御の一例を概略的に示すフローチャート。第３の実施形態の変形例に関わるエンジン始動制御装置における制御装置の制御回路により実行される回転数指令値設定処理の一例を概略的に示すフローチャート。第４および第５の実施形態に係るエンジン回転数変化の一例およびモータ回転数変化の一例を示すグラフである。第４の実施形態に関わるエンジン始動制御装置における制御装置の制御回路により実行されるエンジン始動制御の一例を概略的に示すフローチャート。第４の実施形態におけるモータの角移動量が小さいときのエンジン回転数の変化の一例を示すグラフである。第４の実施形態におけるモータの角移動量が大きいときのエンジン回転数の変化の一例を示すグラフである。第５の実施形態に関わるエンジン始動制御装置における制御装置の制御回路により実行されるエンジン始動制御の一例を概略的に示すフローチャート。

　以下、本発明を実施するための実施の形態を詳細に説明する。

〔第１の実施形態〕
　第１の実施形態に関わるエンジン始動装置１は、内燃機関であるエンジン１０を始動させる装置である。エンジン１０は、シリンダの燃焼室における混合気をピストンにより圧縮および膨張させることにより、ピストンに連結されたクランクシャフト１１の回転力を得る。

　図１に示すように、モータ３を含むスタータ２と、モータ３の動作を制御する制御装置４とを備えている。スタータ２は、モータ３の回転力によってエンジン１０をクランキングするようになっている。
　すなわち、スタータ２は、モータ３に加えて、ピニオン（ピニオンギヤ）５、減速機（図示せず）、クラッチ６、出力軸７、ソレノイドＳなどを備える。

　モータ３は、出力軸７の第１の端部に連結されており、出力軸７を回転可能になっている。ピニオン５は、出力軸７における第１の端部と反対側の第２の端部に例えばヘリカルスプライン嵌合されており、出力軸７の軸上を移動可能に配置されている。すなわち、ピニオン５は、出力軸７上を反モータ方向（図示左方向）へ移動して、エンジン１０のクランクシャフト１１に連結されているリングギヤ８に噛み合うことができる。

　減速機は、例えば、遊星歯車装置によって構成され、モータ３の回転速度を所定の減速比で減速する。クラッチ６は、モータ３とピニオン５との間に配置されて、モータ３からピニオン５へトルクを伝達する際に連結し、ピニオン５がエンジン１０により回された時に非連結となり、トルクのモータ３側への伝達を遮断する一方向クラッチである。

　ソレノイドＳは、通電された際に電磁力を発生し、その電磁力によってピニオン５を、所定の基準位置（この基準位置ではリングギヤ８には噛合されていない）から反モータ方向へ押し出してリングギヤ８に噛合可能になっている。なお、ソレノイドＳが非通電になると、図示しない戻し機構によりピニオン５は上記基準位置へ戻るように構成されている。

　モータ３は、図示しないロータ、および例えば三相（Ｕ、Ｖ、Ｗ相）のステータ巻線３ａを有する交流モータである。すなわち、モータ３は、三相ステータ巻線３ａに制御装置４から三相交流が印加されることにより、三相ステータ巻線３ａは、回転磁界を発生し、その回転磁界によりロータを回転させ、ロータに連結された出力軸７を回転させることができる。モータ（交流モータ）３は、印加される三相交流電圧の周波数変化に応じて、その速度が変化するモータである。

　制御装置４は、直流バッテリＶから出力された直流電圧を交流電圧に変換してモータ３に印加する周知のインバータ４ａを備えている。
　このインバータ４ａは、一対のスイッチング素子ＳｕｐおよびＳｕｎが直列接続されて構成されており、Ｕ相巻線３ａｕに接続されたＵ相側スイッチと、一対のスイッチング素子ＳｖｐおよびＳｖｎが直列接続されて構成されており、Ｖ相巻線３ａｖに接続されたＶ相側スイッチと、一対のスイッチング素子ＳｗｐおよびＳｗｎが直列接続されて構成されており、Ｗ相巻線３ａｗに接続されたＷ相側スイッチと、を備えている。

　各スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、およびＳｗｎは、例えばＭＯＳＦＥＴやＩＧＢＴにより構成されている。

　Ｕ相側スイッチ、Ｖ相側スイッチ、およびＷ相側スイッチは、互いに並列に接続されており、共通の正側ラインＬ１および共通の負側ラインＬ２を有している。共通の正側ラインＬ１は、直流バッテリＶの正極に接続され、共通の負側ラインＬ２は、直流バッテリＶの負極に接続されている。

　また、インバータ４ａは、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、およびＳｗｎそれぞれに逆並列に接続されたダイオードＤを備えている。

　制御装置４は、さらに、電流センサ４ｂと、制御回路４ｃとを備えている。電流センサ４ｂは、インバータ４ａからモータ３に印可された交流電圧に基づく三相交流電流における少なくとも二相分（例えば、Ｕ相およびＶ相分）の電流の値を検出し、検出された電流値を、制御回路４ｃにフィードバックする。

　制御回路４ｃは、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、およびＳｗｎそれぞれのオンオフ制御端子に接続されている。制御回路４ｃは、電流センサ４ｂからフィードバックされてきた検出電流値に基づいて、スイッチング素子Ｓｕｐ、Ｓｕｎ、Ｓｖｐ、Ｓｖｎ、Ｓｗｐ、およびＳｗｎのオンオフ制御を、対応するオンオフ制御端子を介して個別に実行することにより、モータ３の出力トルクや回転速度を制御するようになっている。

　すなわち、制御装置４の制御回路４ｃは、エンジン１０の動作を制御するためのエンジンＥＣＵ２０より出力されるエンジン始動信号を受けて、インバータ４ａを制御することにより、モータ３に対して交流電圧を印可してモータ３への通電を開始する。通電開始後、制御回路４ｃは、所定のタイミングでモータ３の回転速度を減速させるモータ減速制御を含むエンジン始動制御を行う。以下、「モータ３の回転速度を減速させる」を「モータ３を減速させる」と略して言う。

　特に、制御回路４ｃは、モータ３の回転数指令値、あるいはモータ３のトルク指令値を設定し、設定された回転数指令値またはトルク指令値に基づいてインバータ４ａを制御することにより、モータ３の回転速度またはトルクを、設定された回転数指令値およびトルク指令値となるように制御している。

　以下、制御装置４によるエンジン始動制御について図２Ａおよび２Ｂを用いて説明する。
　制御回路４ｃは、エンジン１０の停止後、例えばエンジンＥＣＵ２０により出力されるエンジン始動信号を受けて、ソレノイドＳを通電してピニオン５をリングギヤ８に噛み合わせる（図２Ａ、ステップＳ１）。なお、ソレノイドＳの通電制御については、制御装置４以外の制御装置が行ってもよい。

　次いで、制御回路４ｃは、インバータ４ａを制御することにより、モータ３に対して交流電圧を印可してモータ３への通電を開始してモータ３を所定の方向（以下、正方向とする）に回転させる（ステップＳ２）。すなわち、制御回路４ｃは、モータ３から正方向のトルクを、クラッチ６を介してピニオン５に伝達してピニオン５を回転させる（ステップＳ２）。ピニオン５の回転により、ピニオン５に噛合されていたリングギヤ８およびクランクシャフト１１を回転させ、この結果、エンジン１０のクランキングが開始する。

　クランキングが開始されたエンジン１０は、クランクシャフト１１の回転に基づくピストンの往復動作により、シリンダの燃焼室における空気あるいは混合気を圧縮および膨張させることにより、クランクシャフト１１の回転を増大させる。このように、空気あるいは混合気の圧縮および膨張によりクランクシャフト１１を回転させているため、エンジン１０の回転速度（クランクシャフト１１の回転速度）は、脈動、すなわち、圧縮時に減少し、膨張時に上昇する。

　そして、制御回路４ｃは、エンジン１０のクランキングが開始された後、クラッチ６が非連結となるタイミングｔ１（図２Ｂ、図４参照）を予測し（ステップＳ３）、そのタイミングｔ１で、インバータ４ａを制御してモータ３を減速させる（ステップＳ４）。

　モータ３を減速させる具体例として、例えば、図２Ｂに示すように、制御回路４ｃは、時刻ｔ１で、インバータ４ａを制御することにより、モータ３への通電を停止して減速させる方法がある。クラッチ６が非連結状態であるため、ｔ１の後、エンジン回転速度は脈動しながら上昇する一方、モータ３の回転数（回転速度）は、減少していく。

　あるいは、図４の（ａ）に示すように、制御回路４ｃは、クラッチ６が非連結状態となる時刻ｔ１でモータ３の回転数指令値をＡからＢ（但し、Ａ＞Ｂ）へ変更してモータ３を駆動する方法がある。これにより、図４の（ｂ）に示すように、モータ３の回転方向に対し逆向きのトルク（負のトルク）が発生する。つまり、モータ３に制動トルクを生じさせることができ、モータ３の回転速度を低減させることができる。

　制御回路４ｃは、クラッチ６が非連結となるタイミングｔ１を、例えば、図４における（ａ）および（ｂ）に示すように、モータ３の回転数指令値（図中Ａで示す）を一定に制御している時に、同図（ｂ）に示すように、モータ３に生じているトルクの傾きが正から負へ変化するピーク時のタイミング（図中の丸印）から予測することができる。なお、制御回路４ｃは、モータ３に生じているトルク変化を、例えば、電流センサ４ｂによりフィードバックされる検出電流値により、把握することができる。

　なお、制御回路４ｃは、モータ３のトルク指令値を一定に制御している時に、図４の（ａ）に示すように、モータ３の回転数が減少から上昇へ変化するタイミング（図中の丸印）を、クラッチ６が非連結となるタイミングｔ１として予測することもできる。なお、制御回路４ｃは、モータ３に生じている回転数変化を、例えば、モータ３のロータの位置（角度）を検出するセンサＲＳ（図１において仮想線で示す）により検出している。

〔実施例１の作用及び効果〕
　直流バッテリＶの直流電圧で駆動される通常のスタータでは、図３に示すように、エンジン１０のクランキング開始後、エンジン１０の膨張行程でエンジン回転数（ｒｐｍ）がモータ回転数を上回ることでクラッチ６が非連結となる。その後、エンジン１０の圧縮行程でエンジン回転数が低下する間にモータ回転数が上昇してエンジン回転数に追いつくことによりクラッチ６が連結する。

　その後、ピニオン５がリングギヤ８とのバックラッシュを移動し、エンジン回転数とモータ回転数との相対速度差が大きい状態で、互いに当接しているピニオン５およびリングギヤ８における互いに当接している歯のペアが、ピニオン５およびリングギヤ８における他の歯のペアに入れ替わる。このため、新たにピニオン５の歯面がリングギヤ８の歯面に当接する際の歯打ち音が大きくなり、且つ、ギヤ同士の摩擦も増大するため、ピニオン５およびリングギヤ８の耐久性が低下する。

　これに対し、第１の実施形態に関わるエンジン始動装置１は、スタータ２によりエンジン１０のクランキングが開始された後、クラッチ６が非連結となるタイミングｔ１でモータ３を減速させる。

　以下、エンジン始動装置１がタイミングｔ１でモータ３への通電を停止する場合について説明する。図２Ｂに示すように、図中ｔ１でクラッチ６が非連結となった後、破線で示すモータ回転数が次第に低下するため、実線で示すエンジン回転数とモータ回転数との相対速度差が小さい状態で、互いに当接しているピニオン５およびリングギヤ８における互いに当接している歯のペアが、ピニオン５およびリングギヤ８における他の歯のペアに入れ替わる。その結果、ピニオン５の破面がリングギヤ８の歯面に当接する時の衝撃が緩和されるため、通常のスタータと比較してピニオン５とリングギヤ８との歯打ち音を低減でき、且つ、ピニオン５およびギヤ８同士の摩擦も抑制できるので、ピニオン５およびリングギヤ８の耐久性も向上する。

　次に、エンジン始動装置１が、タイミングｔ１でモータ３に逆向きのトルクを発生させる場合について説明する。
　図４における（ａ）に示すように、制御装置４は、最初の圧縮行程におけるエンジン１０の最小回転数Ｒ１（予め推定されている）より回転数指令値Ｂを低く設定することで、少なくとも最初の圧縮行程でエンジン回転数が低下した際にクラッチ６が連結することを回避している。その結果、モータ３への通電を停止する場合よりクラッチ６の連結時間を短くできるので、ピニオン５とリングギヤ８との歯打ち音の発生期間を短くでき、且つ、ピニオン５およびリングギヤ８の耐久性を更に向上できる。

　また、制御装置４は、エンジン１０の燃焼サイクルを予測することなく、クラッチ６が非連結となるタイミングｔ１でモータ３への通電を停止する、あるいは、モータ３に逆向きのトルクを発生させている。このため、制御装置４にエンジン１０のクランク角位置や燃料供給データ等の情報を与える必要がないので、余計な信号線を増設する必要がなく、その分、制御装置４の処理負荷を低減するとともに、エンジン始動装置１の製造コストも低減することができる。

　以下、本発明に係る他の実施形態について説明する。なお、第１の実施形態と共通する部品および構成を示すものは、第１の実施形態と同一の符号を付与して詳細な説明は省略する。

〔第２の実施形態〕
　第２の実施形態に関わるエンジン始動装置における制御装置４によるエンジン始動制御について図５を用いて説明する。
　制御回路４ｃは、第１の実施形態と同様に、ステップＳ４において、モータ３への通電を停止した後、クラッチ６が連結したと推定でき、かつモータ３の回転数が所定の回転数まで低下したか否かを判断する（図５、ステップＳ１０参照）。

　例えば、制御回路４ｃは、電流センサ４ｂによりフィードバックされる検出電流値に基づいて、モータ３の回転速度の変化（減速）を把握し、減速度が急変（例えば、図２Ｂにおけるタイミングｔ２参照）した際に、クラッチ６が連結したと推定することができる。
　なお、所定の回転数とは、例えば、エンジン１０が完爆可能な最低回転数、つまり、エンジン１０が自力でクランクシャフト１１を回転可能な最低回転数である。

　ステップＳ１０の判断の結果、クラッチ６が連結したと推定できていないか、あるいはモータ３の回転数が所定の回転数より大きい場合、制御回路４ｃは、ステップＳ１０の判断を繰り返す。
　一方、ステップＳ１０の判断の結果、クラッチ６が連結したと推定でき、かつモータ３の回転数が所定の回転数まで低下した場合、制御回路４ｃは、インバータ４ａを制御してモータ３への通電を再開する（ステップＳ１１）。

　この第２の実施形態に関わるエンジン始動装置は、モータ３の回転数が所定の回転数に低下するまでモータ３への通電を行わないので、ピニオン５とリングギヤ８との歯打ち音の発生期間を短くできる。また、ギヤ同士の摩擦も低減できるので、ピニオン５およびリングギヤ８の耐久性が向上する。
　さらに、第２の実施形態に関わるエンジン始動装置は、クラッチ６が連結した後、モータ３の回転数が所定の回転数まで低下した時にモータ３への通電を開始する。このため、エンジン１０の始動を確実に行うことができる。

〔第３の実施形態〕
　第３の実施形態に関わるエンジン始動装置における制御装置４によるエンジン始動制御について図６を用いて説明する。
　制御回路４ｃは、第１の実施形態と同様に、ステップＳ４において、回転数指令値をＡからＢに変更してモータ３に逆向きのトルクを発生させてモータ３を減速制御した後、クラッチ６が連結したと推定できるか否かを判断する（図６、ステップＳ２０参照）。

　図４における（ａ）に示す時刻ｔ１でクラッチ６が非連結となった後、エンジン１０における最初の圧縮行程で初爆が起きないと、例えば、次回の圧縮行程でエンジン回転数がモータ３の回転数指令値Ｂまで低下してクラッチ６が連結することがある。なお、初爆とは、エンジン１０のクランキングおよびエンジンＥＣＵ２０による燃料噴射と点火制御によりシリンダ内で最初の燃焼が起こることを意味する。

　クラッチ６が連結したと推定できないと判断し（ステップＳ２０の判断の結果ＮＯ）、始動信号がＯＦＦになった場合、制御回路４ｃは、図６に示すエンジン始動処理を終了する。
　一方、クラッチ６が連結したと推定できると判断した場合（ステップＳ２０の判断の結果ＹＥＳ）、制御回路４ｃは、インバータ４ａを制御してモータ３への通電を再開する（ステップＳ２１）。

　この結果、モータ３が回転数指令値Ｂで駆動されている際に、クラッチ６が連結したと推定される場合には、再びモータ３の回転数を上昇させることができ、確実にエンジン１０を始動することができる。

　なお、エンジン１０の温度に相関する物理量を取得する構成要素（例えば、図１に仮想線で示すセンサＴＳが設けられており、エンジン始動装置１は、このセンサＴＳに対して通信可能に接続されている変形例が考えられる。この変形例において、制御回路４ｃは、センサＴＳにより取得されたエンジン１０の温度に相関する物理量を、該センサＴＳから取得する（図７、ステップＳ３０）。なお、エンジン１０に相関する物理量の具体例としてエンジン冷却水の温度、あるいはモータ３の温度がある。

　次いで、制御回路４ｃは、センサＴＳから取得した物理量がエンジン１０の低温域に対応して設定される第１の閾値より小さいか否か、あるいはエンジン１０の高温域に対応して設定される第２の閾値（第２の閾値＞第１の閾値）より大きいか否か判断する（ステップＳ３１）。すなわち、制御回路４ｃは、センサＴＳから取得した物理量がエンジン１０の低温域から高温域に対応する所定範囲（第１の閾値以上であり、第２の閾値以下）から外れているか否か判断する（ステップＳ３１）

　取得した物理量が第１の閾値以上であり、かつ第２の閾値以下である場合、すなわち所定範囲内である場合（ステップＳ３１の判断の結果ＮＯ）、制御回路４ｃは、図７に示す処理を終了する。

　一方、取得した物理量が第１の閾値より小さい場合、つまり、エンジン１０の温度が第１の閾値より低い場合（ステップＳ３１の判断の結果ＹＥＳ）、制御回路４ｃは、エンジン１０の摺動部分の潤滑用のオイルの粘度が高くなり、エンジン１０の摺動部分におけるフリクションロスが大きくなると判断する。一方、エンジン１０の温度が第２の閾値より高い場合（ステップＳ３１の判断の結果ＹＥＳ）、制御回路４ｃは、エンジン１０の熱膨張により、エンジン１０の摺動部分におけるフリクションロスが大きくなると判断する。
　このフリクションロスにより、エンジン１０の最小回転数Ｒ１が低下する恐れがある。

　したがって、ステップＳ３１の判断の結果ＹＥＳの場合、制御回路４ｃは、モータ３の回転数指令値を、上記第１の実施形態における回転数指令値Ｂ、すなわち、エンジン１０の温度に相関する物理量が所定範囲以内である場合の指令値Ｂよりも低く設定する（ステップＳ３２）。

　これにより、最初の圧縮行程におけるエンジンの最小回転数Ｒ１がフリクションロスにより低下した場合でも、クラッチ６が連結することを回避できる。

〔第４の実施形態〕
　第４の実施形態に関わるエンジン始動装置における制御装置４によるエンジン始動制御について図８を用いて説明する。
　第４の実施形態に関わる制御装置４は、クラッチ６が非連結となった後、再び連結するまでの間にモータ３の減速を開始するように構成されている。

　具体的には、図８に示すように、クラッチ６が非連結となってから再び連結するまでの時間Ｔ（以下、クラッチ６の非連結時間Ｔと呼ぶ）を予め実験等により計測しておき、その計測した時間より短い所定の時間を待機時間として、制御回路４ｃが有するタイマーＴＭに設定する。なお、このタイマーＴＭは、ハードウェアにより構成されたタイマーＴＭでも、ソフトウェアに基づく制御回路４ｃの処理により構成されたタイマーＴＭでもよい。

　制御装置４の制御回路４ｃは、図２ＡにおけるステップＳ３の終了後、ステップＳ４の代わりに、タイマーＴＭを作動させる（図９、ステップＳ４０参照）。
　そして、制御回路４ｃは、タイマーＴＭで計測された時間が待機時間に到達したか否か判断する（ステップＳ４１）。

　ステップＳ４１の判断の結果、タイマーＴＭで計測された時間が待機時間に到達していないと判断された場合（ステップＳ４１の判断の結果ＮＯ）、制御回路４ｃは、ステップＳ４１の判断を繰り返す。

　一方、ステップＳ４１の判断の結果、タイマーＴＭで計測された時間が待機時間に到達したと判断された場合（ステップＳ４１の判断の結果ＹＥＳ）、制御回路４ｃは、インバータ４ａを制御してモータ３を減速させる処理を行う（ステップＳ４２）。モータ３の減速手法については、第１の実施形態と同様である。

　これにより、クラッチ６が非連結となるタイミングｔ１でモータ３を減速する場合と比較して、モータ３の減速を開始するときのエンジン１０の回転数が高くなるため、エンジン１０の始動時間を短くすることが可能である。

　ところで、クラッチ６の非連結時間Ｔは、モータ３への通電開始からクラッチ６が非連結となるタイミングｔ１までのモータ３の角移動量によって異なる。具体的には、図１０及び図１１に示すように、モータ３の角移動量Δθの値が小さい場合（例えば、８５度（deg）、図１０参照）におけるクラッチ６の非連結時間Ｔ（例えば、６０ms、図１０参照）に比べて、モータ３の角移動量Δθの値が大きい場合（例えば、１８０度、図１１参照）におけるクラッチ６の非連結時間Ｔ（例えば、８０ms、図１１参照）は、長くなる。このため、モータ３の角移動量が大きい時に設定される待機時間をそのままモータ３の角移動量が小さい場合に適用すると、待機時間がクラッチ６の非連結時間Ｔより長くなって、クラッチ６が連結する前にモータ３の減速を開始できないことがある。

　そこで、制御回路４ｃは、例えば、センサＲＳにより検出されたモータ３の角移動量Δθの値が大きい程、待機時間を長く設定することにより、モータ３の角移動量Δθが大きい場合でも、クラッチ６が連結するまでに確実にモータ３の減速を開始できる。

〔第５の実施形態〕
　第５の実施形態に関わるエンジン始動装置における制御装置４によるエンジン始動制御について図８および図１２を用いて説明する
　第５の実施形態に関わる制御装置４は、クラッチ６が非連結となった後、再び連結するまでの間にモータ３の減速を開始するように構成されており、第４の実施形態の構成とは異なる構成である。

　具体的には、図８に示すように、クラッチ６が非連結となった時のモータ回転数ω１と、クラッチ６が再び連結した時のモータ回転数ω２とを予め実験等により計測しておき、モータ回転数ω２とモータ回転数ω１との差Δωより小さい所定の回転数Δωａをω１に加算した回転数（ω１＋Δωａ）を待機回転数として設定する。

　制御装置４の制御回路４ｃは、図２ＡにおけるステップＳ３の終了後、ステップＳ４の代わりに、センサＲＳにより検出されたロータ位置の時間変化に基づいて把握されたモータ３の回転数が待機回転数（ω１＋Δωａ）に到達したか否か判断する（図１２、ステップＳ５０）。

　ステップＳ５０の判断の結果、モータ３の回転数が待機回転数（ω１＋Δωａ）に到達していないと判断された場合（ステップＳ５０の判断の結果ＮＯ）、制御回路４ｃは、ステップＳ５０の判断を繰り返す。

　一方、ステップＳ５０の判断の結果、モータ３の回転数が待機回転数（ω１＋Δωａ）に到達したと判断された場合（ステップＳ５０の判断の結果ＹＥＳ）、制御回路４ｃは、インバータ４ａを制御してモータ３を減速させる処理を行う（ステップＳ５１）。モータ３の減速手法については、第１の実施形態と同様である。

　これにより、クラッチ６が非連結となるタイミングｔ１でモータ３を減速させる場合と比較して、モータ３の減速を開始するときのエンジン回転数が高くなるため、エンジンの始動時間を短くすることが可能である。

　また、モータ３への通電開始からクラッチ６が非連結となるタイミングｔ１までのモータ３の角移動量が大きい程、待機回転数を大きく設定することもできる。これにより、モータ３の角移動量が大きい場合でも、クラッチ６が連結するまでに確実にモータ３の減速を開始できる。

〔変形例〕
　第１の実施形態に関わるモータ３は、印加される交流電圧の周波数に応じて回転速度が変化する交流モータであるが、本発明は、モータ３として、直流モータを使用することもできる。この場合、制御装置４は、例えば１対のスイッチング素子（例えば、スイッチング素子ＳｕｐおよびＳｕｎ）が直列接続されて構成されたコンバータであり、直流モータおよび直流バッテリＶの間に設けられたコンバータにおける上記一対のスイッチング素子のオンオフ動作をＰＷＭ制御することにより、直流バッテリＶから出力される直流電圧を任意の直流電圧に変換して直流モータに印可する。この印可直流電圧の制御により、直流モータの回転速度を可変する。

　第１の実施形態に関わるエンジン始動装置１では、制御装置４がインバータ４ａを内蔵する事例について説明したが、制御装置４、すなわち、制御回路４ｃをインバータ４ａとは別に構成することもできる。また、制御装置４がエンジン１０から直接エンジン１０の動作情報を受け取る構成でも良い。

　第４の実施形態において、モータ３の角移動量に替えて、モータ３の角移動量に関連したモータ３の消費電力を基に待機時間を設定することも可能である。同様に、第５の実施形態において、モータ３の回転数に替えて、モータ３の回転数に関連したモータ３の消費電力を基に待機回転数を設定することも可能である。また、制御装置４がエンジン１０の初期クランク角度を取得できる場合は、その初期クランク角度に基づいて待機時間、待機回転数を設定することもできる。

　１　エンジン始動装置　　２　スタータ
　３　モータ　　　　　　　４　制御装置
　５　ピニオン　　　　　　６　クラッチ
　８　リングギヤ

Claims

　出力軸（７）を有するモータ（３）、前記出力軸に取り付けられ、エンジンのクランクシャフトに連結されたリングギヤ（８）に噛合可能なピニオン（５）、および前記出力軸に取り付けられ、前記モータから前記ピニオンの方向のみに回転力を伝達するように連結または非連結するクラッチ（６）、を有しており、前記モータが回転して前記クラッチが連結することで前記モータの回転が前記ピニオンに伝達されるように構成されたスタータ（２）と、
　前記リングギヤ（８）に前記ピニオンが噛み合った状態で前記モータを回転させることにより、この回転が前記クラッチおよびピニオンを介して前記リングギヤに伝達されて当該リングギヤを回転させることで前記エンジンをクランキングし、前記クランキングが開始された後、前記クラッチが非連結状態であることを推定し、前記クラッチが非連結の状態において前記モータの回転速度を減速させる制御装置（４）と、
を備えたことを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１に記載のエンジン始動装置であって、
　前記制御装置は、前記クラッチが非連結となるタイミングで前記モータの回転速度を減速させることを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１または２に記載のエンジン始動装置であって、
　前記制御装置は、前記クラッチが非連結となるタイミング後、当該クラッチが再び連結されるタイミングの間に前記モータの回転速度を減速させることを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１乃至３のいずれか一項に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータの通電を停止することで前記モータの回転速度を減速させることを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１乃至３のいずれか一項に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータの回転方向に対して逆向きのトルクを発生させることで前記モータの回転速度を減速させることを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１～５のいずれか一項に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータを、そのトルクが一定の指令値になるように制御している時に、前記モータの回転数の変化から前記クラッチが非連結となるタイミングを予測することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１～５のいずれか一項に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータを、その回転数が一定の指令値になるように制御している時に、前記モータのトルクの変化から前記クラッチが非連結となるタイミングを予測することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項４に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータへの通電を停止した後、前記クラッチが連結したと推定され、且つ、前記モータの回転数が所定の回転数まで低下した時に前記モータへの通電を再開することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項５に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータに、その回転方向に対して逆向きのトルクを発生させた後、前記クラッチが連結したと推定される時に前記モータへの通電を再開することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項５に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータに、その回転方向に対して逆向きのトルクを発生させた後、エンジンの最初の圧縮行程における最小回転数より低い所定回転数を指令値として前記モータを駆動することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１０に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記エンジンの温度と相関を持った物理量が第１の温度域に対応して設定される第１の閾値より小さい場合、あるいは前記第１の温度域よりも高い第２の温度域に対応して設定される第２の閾値より大きい場合に前記指令値を低く設定することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１０または１１に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータが前記指令値で駆動されて前記クラッチが連結したと推定される場合に、再び前記モータの回転数を上昇させることを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項９または１２に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータの回転数の変化または前記モータのトルクの変化から前記クラッチが連結したと推定することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項３に記載したエンジン始動装置において、
　予め計測された、前記クラッチが非連結となってから再び連結するまでの時間（Ｔ）より短い所定の時間を待機時間として設定するタイマーを備え、
　前記制御装置は、前記クラッチが非連結となるタイミングで前記タイマーを作動させ、このタイマーで計測される時間が前記待機時間に到達したか否か判断し、当該計測時間が前記待機時間に到達したと判断した際に、前記モータの回転速度を減速させることを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１４に記載したエンジン始動装置において、
　予め計測された前記クラッチが非連結となった時の前記モータの第１の回転数ω１と予め計測された前記クラッチが再び連結した時の前記モータの第２の回転数ω２とから求められた当該第２の回転数ω２と第１の回転数ω１との差Δωより小さい所定の回転数が前記第１の回転数ω１に加算されて得られた回転数が待機回転数として設定されており、
　前記制御装置は、前記クラッチが非連結となった後、前記モータの回転数が前記待機回転数に到達したか否か判断し、当該モータの回転数が前記待機回転数に到達したと判断した際に、前記モータの回転速度を減速させることを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１４に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータへの通電開始から前記クラッチが非連結となるタイミングまでの前記モータの角移動量が大きい程、前記待機時間を長く設定することを特徴とするエンジン始動装置。
　請求項１４に記載したエンジン始動装置において、
　前記制御装置は、前記モータへの通電開始から前記クラッチが非連結となるタイミングまでの前記モータの角移動量が大きい程、前記待機回転数を大きく設定することを特徴とするエンジン始動装置。