JP2009162196A - エンジンの始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼始動によりクランクシャフトを回転させてもピニオンがリングギヤから離脱されないようにした装置を提供する。
【解決手段】燃焼始動手段（Ｓ５）と、モータと噛合・離脱機構とを含むスタータと、燃焼始動手段（Ｓ５）による燃焼始動に先立ちピニオンをリングギアに噛み合わせておく予噛合手段（Ｓ３）と、燃焼始動手段（Ｓ５）による燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合とピニオン回転速度の上昇割合とが同じになるように前記モータを用いてトルク制御を行うモータトルク制御手段（Ｓ５）と、燃焼始動手段（Ｓ５）による燃焼始動に失敗したか成功したかを判定する判定手段（Ｓ６）と、燃焼始動に失敗した場合に、モータトルク制御手段（Ｓ５）によるモータを用いてのトルク制御を中止して前記モータによりエンジンを始動させるスタータ始動手段（Ｓ７）とを備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）の始動装置に関し、詳細には特定の気筒における燃焼によりエンジンを始動させる技術に関する。

いわゆるスタータレス始動技術として、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、この燃料噴射弁により噴射された燃料を着火させるための点火プラグとを気筒毎に備えておき、エンジンの始動に際し前回の停止時に膨張行程で停止した気筒を判定すると共に、判定した気筒で燃焼を生じさせ、この燃焼を契機としてエンジンを回転させて始動（このような特定の気筒における燃焼による始動を、以下「燃焼始動」という。）させるようにしたものがある（特許文献１参照）。
特開２００６−２１４３７７号公報

ところで、燃焼始動はエンジンの始動にスタータ（スタータモータ）を必要としないため、エンジン始動回数が格段に多く始動モータに対して著しく高い耐久性が要求されるアイドルストップの再始動時の技術として検討されているところであるが、燃焼始動に失敗しエンジンを始動できないことがある。この場合に、スタータでバックアップするように構成すると、ピニオンをリングギヤに噛み合わせる動作により数１０ｍｓｅｃのタイムラグが発生するため、燃焼始動に失敗したことを検出してからスタータを用いて始動させるのでは、このタイムラグによって運転者に違和感を感じさせることとなる。ここで、タイムラグの発生を無くすため、スタータのピニオンを予めリングギアに噛み合わせて（＝プリエンゲージ）おく技術があるが、ピニオンがリングギヤと噛み合った状態で燃焼始動を行いクランクシャフトを回転させると、ピニオンがリングギアから独りでに離脱してしまう。燃焼始動に成功すれば問題ないが、燃焼始動に失敗した場合にはリングギヤから離脱してしまったピニオンをもう一度リングギヤに噛み合わせる必要があり、上記のタイムラグが再び生じる。

そこで本発明は、燃焼始動の前にスタータのピニオンを予めリングギアに噛み合わせておくものの、燃焼始動によりクランクシャフトを回転させてもピニオンがリングギヤから離脱されないようにした装置を提供することを目的とする。

本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁（１１）と、この燃料噴射弁により噴射された燃料を着火させるための点火プラグ（１２）とを気筒毎に備えるエンジンにおいて、特定の気筒における前記燃料噴射弁及び前記点火プラグによる燃料の噴射及び燃料の着火によりクランクシャフトを回転させてエンジンを始動させる燃焼始動手段（図３のステップ５）と、トルクを発生するモータ（４１）と、ピニオン（６４）をクランクシャフトと一体動するリングギヤ（３）に噛み合わせるかまたはピニオン（６４）をリングギヤ（３）から離脱させる噛合・離脱機構（５１、７１）とを含むスタータ（３１）と、前記燃焼始動手段による燃焼始動に先立ち前記噛合・離脱機構を用いてピニオンをリングギアに噛み合わせておく予噛合手段（図３のステップ３）と、前記燃焼始動手段による燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合とピニオン回転速度の上昇割合とが同じになるように前記モータ（４１）を用いてトルク制御を行うモータトルク制御手段（図３のステップ５）と、前記燃焼始動手段による燃焼始動に失敗したか成功したかを判定する判定手段（図３のステップ６）と、この判定結果より燃焼始動に失敗した場合に、前記モータトルク制御手段によるモータ（４１）を用いてのトルク制御を中止して前記モータ（４１）によりエンジンを始動させるスタータ始動手段（図３のステップ７）とを備える。

本発明によれば、特定の気筒における前記燃料噴射弁及び前記点火プラグによる燃料の噴射及び燃料の着火によりエンジンを回転させてエンジンを始動させる燃焼始動手段と、トルクを発生するモータと、ピニオンをクランクシャフトと一体動するリングギヤに噛み合わせるかまたはピニオンをリングギヤから離脱させる噛合・離脱機構とを含むスタータとを備え、前記燃焼始動手段による燃焼始動に先立ち前記噛合・離脱機構を用いてピニオンをリングギアに噛み合わせておき、前記燃焼始動手段による燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合とピニオン回転速度の上昇割合とが同じになるように前記モータのトルク制御を行い、前記燃焼始動手段による燃焼始動に失敗したか成功したかを判定し、この判定結果より燃焼始動に失敗した場合に、前記モータトルク制御手段によるモータを用いてのトルク制御を中止して前記モータによりエンジンを始動させるように構成したので、燃焼始動に失敗したとしてもピニオンをリングギヤと噛み合わせた状態からのスタータによるエンジン始動が可能となり、これによりピニオンをリングギヤと噛み合わせるまでのタイムラグが生じることがないので、燃焼始動に失敗した場合にも速やかにエンジンを始動させることができ、運転者に違和感を生じさせることがない。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の一実施形態に係る筒内直接噴射式エンジンの概略構成図である。

図１に示すように、このエンジン１のシリンダヘッドには燃料を燃焼室２内に直接的に噴射する燃料噴射弁１１及び燃焼室２内の混合気を点火する点火プラグ１２が燃焼室２に臨ませた状態で配置されている。

エンジンコントロールユニット２１では、入力された検出信号に基づいて、エンジンの運転中、所望のエンジントルクが得られるように、燃料噴射弁１１からの燃料噴射量と、点火プラグ１２による点火時期とを制御する。

また、エンジンコントロールユニット２１では、イグニッションスイッチ２６がＯＦＦされることによりエンジン１を停止させる通常のエンジン停止のほか、車速等に関して定められる所定のアイドルストップ条件が成立した場合に、その後にアイドルストップ解除条件が成立するまでの間、エンジン１を一時的に停止させるアイドルストップを行う。本実施形態では、ａ）アクセル開度が所定の値以下でアクセルペダルが完全に戻された状態にあり、ｂ）車速が所定の値以下の実質的な停車状態が所定の時間にわたり継続しており、かつｃ）冷却水温が所定の温度以上であることを条件に、アイドストップを実行する。なお、車速はエンジン回転速度及びトランスミッションの変速比等に基づいて算出することができる。また、アクセルペダルが踏み込まれたと判断されることを条件に、アイドルストップを解除する。このため、クランク角センサ２２からの信号、カム角センサ２３からの信号、アクセルセンサ２４からのアクセル開度の信号、水温センサ２５からの冷却水温の信号がエンジンコントロールユニット２１に入力されている。

本実施形態では、このアイドルストップに際し、クランク角センサ２２によりクランクシャフトの停止位置を検出すると共に、アイドルストップ後の再始動に際し、検出した停止位置と、カム角センサ２３からの信号に基づいて、アイドルストップ時に膨張行程で停止した気筒（特定の気筒）を判定し、その判定した気筒を燃焼始動を開始する気筒として燃焼始動を行わせる。

この場合、燃焼始動は、エンジンの始動にスタータを必要としないため、エンジン始動回数が格段に多く始動モータに対して著しく高い耐久性が要求されるアイドルストップからの再始動時の技術であるが、実際には燃焼始動に失敗しエンジンを始動できないことがある。こうした燃焼始動の失敗に備えて、通常のスタータでバックアップするように構成すると、ピニオンをリングギヤに噛み込ませる動作により数１０ｍｓｅｃのタイムラグが発生するため、燃焼始動に失敗したことを検出してから、スタータ始動に切換え、スタータモータを用いてエンジンを始動させていては、運転者に違和感を感じさせるという問題が生じる。

この場合に、スタータのピニオンをあらかじめリングギヤに噛み合わせておく（＝プリエンゲージ）技術があるが、ピニオンがリングギヤと噛み合った状態で燃焼始動を行いクランクシャフト、従ってフライホイール外周に焼嵌合めされているリングギヤが回転すると、ピニオンが勝手にリングギアから離脱してしまう。これは、スタータがピニオンを介してトルクをリングギヤに伝えている状態であれば、ピニオンがリングギヤから離脱することはないのであるが、リングギヤからトルクがピニオンに逆に伝達されるときにはオーバーランニングクラッチが働いてピニオンが空転し、かつアマチュアシャフトのヘリカルスプラインの働きでピニオンが離脱方向に向かって移動し初期状態に戻されてしまうためである。このため、燃焼始動に失敗した場合には、離脱してしまったピニオンをリングギヤにあらためて噛み合わせる必要があり、せっかく燃焼始動に先立ってピニオン６４とリングギヤ３とを予噛合状態（プリエンゲージ状態）としていても上記と同じ問題が生じる。

そこで本発明は、燃焼始動に先立ちスタータのピニオンをあらかじめリングギアに噛み合わせておき（＝プリエンゲージ）、燃焼始動によるクランクシャフトの回転上昇に合わせてスタータモータを用いてのトルク制御を行い、ピニオン回転速度の上昇割合がリングギヤ回転速度の上昇割合と同じになるようにし、これによってピニオンがリングギヤより離脱しない予噛合状態を保たせ、燃焼始動に失敗したときには、この予噛合状態のままでスタータ始動を行わせるようにする。
こうした制御を行うには、スタータのマグネットスイッチの制御（ＯＮ、ＯＦＦ）と、モータの制御（ＯＮ、ＯＦＦ及びトルク制御）とが独立に行われるように構成する必要がある。この構成を図１、図２を参照して説明すると、図１に示したように、スタータ３１と、スタータ制御装置３２とが追加して設けられ、マイクロコンピュータ、記憶装置、入出力装置などから構成されるスタータ制御装置３２と、エンジンコントローラ２１とが通信装置３３により結ばれている。

図２はスタータ３１の詳細図である。なお、ここでは、マグネチックシフト式スタータの例を示しているが、スタータはこのタイプに限られるものでない。

スタータ３１は、大きくはトルクを発生するモータ４１と、バッテリ３４からの電流をＯＮ、ＯＦＦすることにより、レバー７１を介してピニオンをリングギヤ３に対して飛び出させてリングギヤ３と噛み合わせるかまたはピニオンをリングギヤ３に対して引っ込めてピニオンをリングギヤから離脱させるマグネットスイッチ５１（噛合・離脱機構）と、マグネットスイッチ５１と連動してリングギヤ３に噛み合いモータ４１の発生するトルクを伝えるピニオン機構６１とからなっている。

マグネットスイッチ５１のプランジャ５２は図２で左右方向に摺動可能であり、リターンスプリング５３によってプランジャ５２とシフトレバー７１の一端７２とが右方向に付勢され、主接点５４とコンタクタ５５とが離れた状態にある。

プランジャ５２には吸引コイル５６と保持コイル５７とがほぼ同数で巻かれ、これらコイル５６、５７の一端は、後述する常開の第１リレー８１と接続されている。吸引コイル５６の他端は後述する切換スイッチ８４を介してＭ端子またはアースと接続され、保持コイル５７の他端は内部でアースされている。

モータ４１の主要部品は筒の中に収まっているアマチュアであり、これはヘリカルスプラインの切られたアマチュアシャフト４４、鋳鉄製の筒であるヨーク、このヨークの内周に固定されるアマチュアコイル（フィールドコイル）とコア、電流の供給を受けるコンミテータ４５、コンミテータ４５に圧接されるブラシ４６などからなっており、アマチュアシャフト４４は両端をベアリングで回転自由に支えられ、一端にピニオン機構６１が設けられている。

マグネチックシフト式では、エンジンが始動してもマグネットスイッチ５１をＯＦＦにしない限りピニオン６４はリングギア３との噛み合いを続ける。噛み合いが解かれないと、エンジン回転速度の１０〜１５倍（歯数比）の回転速度でモータ４１が回されることになる。これを防止するためクランクシャフト４（リングギヤ３）からの回転をモータ４１に伝えないオーバーランニングクラッチがピニオン機構６１に備えられている。オーバーランニングクラッチは、アマチュアシャフト４４に固定されるスプラインチューブ６２、クラッチアウタ６３、ローラからなっている。アマチュアシャフト４４に発生したトルクは、スプラインチューブ６２を通ってクラッチアウタ６３に伝達される。クラッチアウタ６３の内側はテーパ状になっており、その中にスプリングで押されたローラがある。このローラは、テーパの隙間内でキーの作用をして、アマチュアシャフト４４からの動力をピニオン６４に伝達し、また、空転することによりピニオン６４の回転をクラッチアウタ６３に伝達しない作用をする。

また、ピニオン機構６１の左端には両側にスリーブ６５ａのついた円筒状部材６５が設けられ、このスリーブに挟まれるようにしてシフトレバー７１の他端７３がはまりこみ、シフトレバー７とピニオン機構６１とが係合している。

マグネットスイッチ５１の制御（ＯＮ、ＯＦＦ）と、モータ４１の制御（ＯＮ、ＯＦＦ及びトルク制御）とを独立にスタータ制御装置３２により行わせるため、バッテリ３４とマグネットスイッチ５１との間に常開の第１リレー８１が、また主接点５４とモータのブラシ４６との間に常開の第２リレー８２が介装されている。これらリレー８１、８２はコイル８１ａ、８２ａへの通電が行われると接点８１ｂ、８２ｂが閉じ、コイル８１ａ、８２ａへの通電を遮断すると、接点８１ｂ、８２ｂが再び開かれるものである。リレーに限定されるものでなくスイッチング手段であればよい。

第２リレー８２とブラシ４６の間には電圧制御装置８３を備えている。電圧制御装置８３はスタータ制御装置３２からの制御信号が出力されていない場合にバッテリ３４からの電圧をそのままモータ４１に出力し、スタータ制御装置３２からの制御信号が出力されている場合には、バッテリ電圧を最大値としてそのスタータ制御装置３２からの制御信号に応じてモータ４１に作用する電圧を可変に調整するものである。

吸引コイル５６とＭ端子の間には切換スイッチ８４を備えている。切換スイッチ８４は、スタータ制御装置３２からの制御信号が出力されていない場合に吸引コイル５６をアースに接続し、スタータ制御装置３２からの制御信号が出力されている場合には、吸引コイル５６をＭ端子に接続する。

これら２つのリレー８１、８２、電圧制御装置８３及び切換スイッチ８４は、スタータ制御装置３２により制御される。

次に、スタータ制御装置３２で実行される制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。

図３は、アイドルストップ及びその後の再始動の制御を行うためのものである。本フローは制御の流れを示すもので、一定時間毎に繰り返すものでない。本フローはイグニッションスイッチ２６のＯＮにより起動される。なお、アイドルストップ及びその後の再始動の制御に必要となる信号はエンジンコントロールユニット２１から通信装置３３を介して与えられるものとする。

ステップ１では、所定のアイドルストップ条件が成立したか否かをみる。アイドルストップ条件が成立したときにはステップ２に進み、アイドルストップ条件が成立していないときにはステップ１に戻る。本実施形態では、前述したように、ａ）アクセルセンサ２４により検出されるアクセル開度が所定の値以下でアクセルペダルが完全に戻された状態にあり、ｂ）車速が所定の値以下の実質的な停車状態が所定の時間にわたり継続しており、かつｃ）水温センサ２５により検出される冷却水温が所定の温度以上であることを条件に、アイドストップを実行する。なお、車速はクランク角センサ２２により検出されるエンジン回転数及びトランスミッションの変速比等に基づいて算出することができる。

ステップ２では、各気筒の燃料噴射弁１１及び点火プラグ１２の作動を全て停止させ、エンジン１を停止させる。

ステップ３では、リレーコイル８１ａに通電してリレー接点８１ｂを閉じ（第１リレー８１をＯＮ）マグネットスイッチ５１を作動し、ピニオン６４をリングギヤ３に噛み合わせた状態（＝プリエンゲージ状態）とする。すなわち、図２においてリレー接点８１ｂが閉じると、バッテリ３４からマグネットスイッチ５１の吸引コイル５６と保持コイル５７に分流して電流が流れ、吸引力を発生する。この吸引力によって、プランジャ５２が図２で左方に移動し、これによってシフトレバー７１の一端７２が支点を中心にして半時計方向に回動する。このシフトレバー７１の回動によりシフトレバー７１の他端７３が、円筒状部材６５を介してピニオン機構６１従ってピニオン６４を図２で右方に押し出し、リングギア３に噛み合わせる。一方、ピニオン６４とリングギヤ３の歯面が衝突した場合にはそのままの状態を保つこととなる。

また、吸引力によってプランジャ５２が図２においてさらに左方に移動するとコンタクタ５５が主接点５４に圧接される。

また、ステップ３では第２リレー８２をＯＦＦ（リレーコイル８２ａに非通電）、切換スイッチ８４をアース側にし、電圧制御装置８３を非作動としている。このため、コンタクタ５５が主接点５４に圧接されても、モータ４１にバッテリ３４からの電力が供給されることはない。

ステップ４では、所定のアイドルストップ解除条件（再始動条件）が成立したか否かをみる。このアイドルストップ解除条件が成立したときにはステップ５に進み、アイドルストップ解除条件が成立していないときにはステップ４に戻る。本実施形態では、アクセルセンサ２４により所定の値以上のアクセル開度が検出され、アクセルペダルが踏み込まれたと判断されることを条件に、アイドルストップを解除する。

ステップ５では燃焼始動によりエンジン１を始動させつつ、リングギヤ回転速度（＝エンジン回転速度）の上昇割合Δｕｐを算出し、第２リレー８２をＯＮし（リレーコイル８２ａに通電してリレー接点８２ｂを閉じる）、かつ算出したリングギヤ回転速度の上昇割合Δｕｐと同じ上昇割合でピニオン回転速度が上昇するように、電圧制御装置８３を用いてモータ４１のトルク制御を行う。このとき切換スイッチ８４はＭ端子側にする。

ステップ５における個々の操作を説明すると、まず燃焼始動は次のように行う。すなわち、クランクシャフト４の停止位置をもとに、前回の停止時に膨張行程で停止した気筒である特定の気筒を判定し、この判定した特定の気筒に対して燃料の噴射及び点火を実行して燃焼を生じさせ、エンジン１を始動させる。この燃焼始動により、クランクシャフト４が回転の速度を大きくしていくが、クランクシャフト４と一体動するリングギヤ３も回転し、クランクシャフトの発生するトルクをピニオン６４に伝えようとする。このとき、ピニオン６４がリングギヤ３よりトルクを伝達されると、ピニオン６４がリングギヤ３より離脱してしまうのであるが、このリングギヤ３からの離脱を防止する操作が次の操作である。

水温センサ２５により検出される冷却水温Ｔｗから図４を内容とするテーブルを検索することにより、リングギヤ回転速度（＝エンジン回転速度）の上昇割合Δｕｐを算出する。ここで、リングギヤ回転速度の上昇割合とは、燃焼始動が成功した場合における所定時間当たりのリングギヤ回転速度の上昇量のことである。図４に示すように、リングギヤ回転速度の上昇割合Δｕｐは冷却水温Ｔｗが低くなるほど小さくなる値である。これは、冷却水温Ｔｗが低くなるほどエンジンフリクションが大きくなるため、燃焼始動時に同じ燃料量を供給してもエンジンフリクションが増大する分だけエンジン回転速度（リングギヤ回転速度）の上昇割合Δｕｐが小さくなるためである。図４の特性は実際には適合により予め定めておく。

ただし、上記特定の気筒におけるピストン停止位置は、実際にはアイドルストップのたびに微妙にずれる。特定の気筒において膨張行程にあるピストン位置が相違すれば、冷却水温が同じでもリングギヤ回転速度（＝エンジン回転速度）の上昇割合Δｕｐが違ってくることが考えられる。そこで、特定の気筒において膨張行程にあるピストン位置を検出し（これはクランク角センサ２２、カム角センサ２３により容易に検出可）、検出したピストン位置に応じてリングギヤ回転速度の上昇割合Δｕｐを補正することが好ましい。例えば、基準のピストン位置のときに図４の特性（図４により得られる上昇割合を「基準上昇割合」とする。）が得られたとすれば、その基準のピストン位置よりピストン位置がずれたときにリングギヤ回転速度の上昇割合がいずれになるかを測定し、その測定された上昇割合と基準上昇割合との差分が上昇割合の補正値となる。従って、同じ冷却水温の条件で、ピストン位置を相違させて上昇割合の補正値を求めていく。同様にして、今度は冷却水温を相違させた上で、ピストン位置を相違させて上昇割合の補正値を求めていく。このようにして求められるデータを整理して、ピストン位置と冷却水温とをパラメータとする補正値のマップを作成すればよい。

次に、第２リレー８２をＯＮにしてバッテリ３４からの電力をモータ４１に供給してモータ４１を駆動状態とすると共に、算出したリングギヤ回転速度の上昇割合Δｕｐで上昇するリングギヤ回転速度と同じ上昇割合でピニオン回転速度（＝モータ回転速度）が上昇するように、電圧制御装置８３を用いてモータ４１の発生するトルク制御を行う。この場合に、上記ステップ３の段階でピニオン６４とリングギヤ３の歯面が衝突した状態で待機しているときには、次のようにしてピニオン６４とリングギヤ３とが噛み合うことになる。すなわち、歯面が衝突したときそのままでは噛み込まない。この場合には、歯面が衝突したままの状態で、モータ４１のフィールドコイルに電流が流れてアーマチュアが回転すると、このアマチュアの回転とヘリカルスプラインの作用で歯接触面の圧力は次第に強くなるが、ピニオン６４が回って、衝突していた歯の位置がずれて噛み合うことになる。

さて、燃焼始動に成功していれば、ステップ５でのモータ４１を用いてのトルク制御により、ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度とが同じ上昇割合で上昇していく。ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度の上昇割合が同じ状態、つまりピニオン６４がリングギヤ３と同じ速度で回転する状態では、モータ４１の発生するトルクがピニオン６４を介してリングギヤ３に伝えられることがなく、この逆にリングギヤ３よりクランクシャフト４の発生するトルクがピニオン６４に伝達されることもない。したがって、燃焼始動によりクランクシャフト４、従ってリングギヤ３が回転してピニオン６４にトルクを伝達しようとしても、ピニオン６４は自身で回転するため、トルクがリングギヤ３よりピニオン６４に向けて伝達されることがなく、これによりピニオン６４はリングギヤ３より脱離しない（プリエンゲージ状態を保つ）のである。

一方、燃焼始動に失敗している場合には、ステップ５でのモータ４１を用いてのトルク制御により、ピニオン６４、リングギア３の噛み合いを介してリングギヤ３従ってクランクシャフト４がモータ４１により連れ回される。すなわち、モータ４１の発生したトルクがピニオン６４からリングギア３へとに伝えられるため、やはりピニオン６４はリングギヤ３から離脱しない（プリエンゲージ状態を保つ）。

ステップ６ではエンジン回転速度の上昇割合（所定時間当たりのエンジン回転速度の変化量）ΔＮｅを算出し、このエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅと所定値ΔＮ１とを比較することにより、燃焼始動に失敗しているか否かを判定する。ここで、所定値ΔＮ１は次のようにして定めている。すなわち、図５は、アイドルストップの後の再始動時に、燃焼始動に成功した場合と、燃焼始動に失敗した場合のエンジン回転速度Ｎｅの各変化をモデルで示している。燃焼始動に成功した場合には実線で示したようにエンジン回転速度Ｎｅが山状の変化を採りながら徐々に上昇していく。例えば、点火順序が１−３−４−２の順である４気筒エンジンの場合に、燃焼始動の開始気筒（特定の気筒）が１番気筒であったとすれば、最初の山は１番気筒の燃焼に伴う山であり、２番目の山は３番気筒の燃焼に伴う山となり、やがて完爆回転速度Ｎ２に到達してエンジンが始動したと判定される。一方、燃焼始動の開始気筒である１番気筒で燃焼が円滑に行われずその燃焼始動開始気筒でトルクが発生しなければ、破線のようにエンジン回転速度Ｎｅがゼロに向かって低下してしまう（燃焼始動に失敗した場合１）。あるいは、エンジン回転速度がゼロのままである場合もある（燃焼始動に失敗した場合２）。従って、図示の位置に所定値ΔＮ１を設けておけば、燃焼始動に成功した場合にエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅがその値ΔＮ１より大きくなり、この逆に燃焼始動に失敗した場合にエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅがその値ΔＮ１より小さくなるので、エンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅが所定値ΔＮ１以上となったとき燃焼始動に成功したと、この逆にエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅが所定値ΔＮ１未満であるとき燃焼始動に失敗したと判断できる。

図３に戻りステップ６でエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅが所定値ΔＮ１未満であるときには燃焼始動に失敗している。このときにはステップ７に進み、スタータ３１によるエンジン１の始動を実行する。すなわち、２つのリレー８１、８２をＯＮ状態としたまま電圧制御装置８３を非作動状態とすれば、電圧制御装置８３がないのと同じになり、バッテリ３４の電圧がそのままモータ４１に作用する。このとき、バッテリ５１からの大電流がモータ４１のフィールドコイルに流れ、モータ４１の発生する最大トルクでピニオン６４を介しリングギヤ３従ってクランクシャフト３をモータ４１が回転させる（スタータ３１によりクランキングが行われる）。

この場合、ステップ７でのスタータ始動に際しては、ピニオン６４はリングギヤ３と噛み合った状態で待機しているため、マグネットスイッチ５１をＯＮにしてピニオン６４をリングギヤ３に噛み合わせる時間を省略できている。このため、燃焼始動に失敗してもエンジン始動までの時間を短縮できる。

続くステップ８では、エンジン回転速度Ｎｅと完爆回転速度Ｎ２を比較する。エンジン回転速度Ｎｅが完爆回転速度Ｎ２未満であればそのまま待機し、エンジン回転速度Ｎｅが完爆回転速度Ｎ２以上になればエンジン１が始動したと判断してステップ９に進み、第１リレー８１をＯＦＦとする。第２リレー８２はＯＮ状態としたままとし、電圧制御装置８３は非作動状態を継続する。

第１リレー８１をＯＦＦにした瞬間は図２においてまだ主接点５４が閉じているので、吸引コイル５６にＭ端子、切換スイッチ８４を介して始動時と反対方向に電流が流れる。このときは、吸引コイル５６と保持コイル５７の磁力線の方向が逆になるが、両コイル５６、５７の巻数はほぼ同じになっているので、磁力線は相殺され、プランジャ５２に作用する吸引力は消失する。このため、リターンスプリング５３の復元力によって、シフトレバー７１の一端７２が図２で右方に移動し、この一端７２の移動を受けて他端７３が図２でピニオン機構６１を左方に移動させる。このピニオン機構６１の左方への移動により、ピニオン６４はリングギヤ３から離脱して元の位置に戻り、かつコンタクタ５５が開いてモータ４１への電力供給が遮断されモータ４１（スタータ３１）が止まる。

一方、図３のステップ６でエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅが所定値ΔＮ１以上となったときには、燃焼始動に成功している。このときにはピニオン６４とリングギア３とが噛み合った状態で待機しているスタータ３１によるエンジン始動を解除するため、ステップ１０に進み、ステップ９と同様に、第１リレー８１をＯＦＦとし、電圧制御装置８３を非作動とする。第２リレー８２はＯＮとしたままとする。

このときの作用はステップ９と同様である。すなわち、第１リレー８１をＯＦＦにした瞬間は図２においてまだ主接点５４が閉じているので、吸引コイル５６にＭ端子、切換スイッチ８４を介して始動時と反対方向に電流が流れる。このときは、吸引コイル５６と保持コイル５７の磁力線の方向が逆になるが、両コイル５６、５７の巻数はほぼ同じになっているので、磁力線は相殺され、プランジャ５２に作用する吸引力は消失する。このため、リターンスプリング５３の復元力によって、シフトレバー７１が支点を中心にして図２で時計方向に回動し、このシフトレバー７１の回動によりピニオン６４はリングギヤ３から離脱して元の位置に戻り、かつコンタクタ５５が開いてモータ４１への電力供給が遮断されモータ４１（スタータ３１）が止まる。

ここで、本実施形態の作用効果を説明する。

本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、燃料噴射弁１１と、点火プラグ１２とを気筒毎に備えるエンジンにおいて、特定の気筒における燃料噴射弁１１及び点火プラグ１２による燃料の噴射及び燃料の着火によりエンジンを回転させてエンジンを始動させる燃焼始動手段（図３のステップ５参照）と、トルクを発生するモータ４１と、ピニオン６４をクランクシャフト４と一体動するリングギヤ３に噛み込ませるかまたはピニオン６４をリングギヤ３から離脱させる噛合・離脱機構（マグネットスイッチ５１及びシフトレバー７１）とを含むスタータ３１と、前記燃焼始動手段による燃焼始動に先立ち前記噛合・離脱機構を用いてピニオン６４をリングギア３に噛み合わせておく予噛合手段（図３のステップ３参照）と、前記燃焼始動手段による燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合とピニオン回転速度の上昇割合とが同じになるように前記モータ４１を用いてトルク制御を行うモータトルク制御手段（図３のステップ５参照）と、前記燃焼始動手段による燃焼始動に失敗したか成功したかを判定する判定手段（図３のステップ６参照）と、この判定結果より燃焼始動に失敗した場合に、前記モータトルク制御手段によるモータ４１を用いてのトルク制御を中止してモータ４１によりエンジン１を始動させるスタータ始動手段（図３のステップ７参照）とを備えるので、燃焼始動に失敗したとしてもピニオン６４をリングギヤ３と噛み合わせた状態からのスタータ３１によるエンジン始動が可能となる。これによりピニオン６４をリングギヤ３と噛み合わせるまでのタイムラグが生じることがないので、燃焼始動に失敗した場合にも、速やかにエンジン１を始動させることができ、運転者に違和感を生じさせることがない。

燃焼始動に成功した後にいつまでもピニオン６４をリングギヤ３に噛み込ませていると、歯と歯の噛み合いによる騒音が始動音として生じるのであるが、本実施形態（請求項２に記載の発明）によれば、燃焼始動に成功した場合に、前記モータトルク制御手段によるモータ４１を用いてのトルク制御を中止し、かつ前記予噛合手段による噛合・離脱機構を用いてのピニオン６４とリングギヤ３の噛み合わせを解きピニオン６４をリングギヤ３より離脱させるので（図３のステップ６、１０参照）、エンジン始動のためのモータ４１の駆動時間を最小限とすることが可能となり始動音を小さくすることができる。

本実施形態（請求項３に記載の発明）によれば、バッテリ電圧を調整することによりモータ４１に与える電圧を作り出す電圧制御装置８３を備え、前記モータトルク制御手段は、燃焼始動に失敗した場合に、この電圧制御装置８３によるバッテリ電圧の調整をやめバッテリ電圧が直接、モータ４１に印加されるようにするので（図３のステップ６、７参照）、燃焼始動に失敗した場合にピニオン６４をリングギヤ３に噛み合わせるためのタイムラグを最小限としてモータ４１（スタータ３１）を動作させることができる。

本実施形態（請求項４に記載の発明）よれば、判定手段は、燃焼始動が成功するエンジン回転速度の上昇割合（所定値ΔＮ１）を予め定めておき、実際のエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅがこの予め定めてある値（ΔＮ１）に満たないとき燃焼始動に失敗したと、実際のエンジン回転速度の上昇割合ΔＮｅがこの予め定めてある値（ΔＮ１）以上となったとき燃焼始動に成功したと判定するので（図３のステップ６参照）、燃焼始動に失敗したか成功したかの判定を簡易に行うことができる。

本実施形態（請求項５に記載の発明）よれば、前記燃焼始動手段による燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合Δｕｐをエンジンの冷却水温に応じて算出するので（図４参照）、エンジンの冷却水温が相違しても、燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合Δｕｐを精度良く与えることができる。

次に、図６は第２実施形態のアイドルストップ及びその後の再始動の制御を説明するためのフローチャートで、第１実施形態の図３と置き換わるものである。第１実施形態の図３と同一部分には同一のステップ番号を付けている。

第２実施形態は第１実施形態とは異なる、燃焼始動に失敗したか否かの判定方法を提案するものである。第１実施形態と相違する部分を主に説明すると、図６のステップ２１でエンジン回転速度Ｎｅと所定値Ｎ１とを比較し、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１以上であれば燃焼始動に成功したと、この逆にエンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１未満であるとき燃焼始動に失敗したと判断する。ここで、所定値Ｎ１は次のようにして定めている。すなわち図７に示したように、図示の位置に所定値Ｎ１を設けておけば、燃焼始動に成功した場合にエンジン回転速度Ｎｅがその値Ｎ１を超えて大きくなり、燃焼始動に失敗した場合にエンジン回転速度がその値Ｎ１を超えることがないので、エンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１以上となったとき燃焼始動に成功したと、この逆にエンジン回転速度Ｎｅが所定値Ｎ１未満であるとき燃焼始動に失敗したと判断できる。なお、図７は基本的に図５と同じものである。

第２実施形態（請求項４に記載の発明）によっても、第１実施形態と同様に、燃焼始動に失敗したか成功したかの判定を簡易に行うことができるという作用効果が得られる。

請求項１の予噛合手段の機能は図３のステップ３により、モータトルク制御手段の機能は図３のステップ５により、判定手段の機能は図３のステップ６により、スタータ始動手段の機能は図３のステップ７によりそれぞれ果たされている。

本発明の一実施形態に係る筒内直接噴射式エンジンの概略構成図。 スタータの詳細図。 第１実施形態のアイドルストップ及びその後の再始動の制御を説明するためのフローチャート。 リングギヤ回転速度の上昇割合の特性図。 第１実施形態のアイドルストップの後の再始動時に、燃焼始動に成功した場合と、燃焼始動に失敗した場合のエンジン回転速度の各変化を示すタイミングチャート。 第２実施形態のアイドルストップ及びその後の再始動の制御を説明するためのフローチャート。 第２実施形態のアイドルストップの後の再始動時に、燃焼始動に成功した場合と、燃焼始動に失敗した場合のエンジン回転速度の各変化を示すタイミングチャート。

符号の説明

１ エンジン
３ リングギヤ
１１ 燃料噴射弁
１２ 点火コイル
２１ エンジンコントロールユニット
３２ スタータ制御装置
３４ バッテリ
４１ モータ
５１ マグネットスイッチ（噛合・離脱機構）
６４ ピニオン
７１ シフトレバー
８１ 第１リレー
８２ 第２リレー
８３ 電圧制御装置

Claims (5)

1. 燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、
   この燃料噴射弁により噴射された燃料を着火させるための点火プラグと
   を気筒毎に備えるエンジンにおいて、
   特定の気筒における前記燃料噴射弁及び前記点火プラグによる燃料の噴射及び燃料の着火によりクランクシャフトを回転させてエンジンを始動させる燃焼始動手段と、
   トルクを発生するモータと、ピニオンをクランクシャフトと一体動するリングギヤに噛み合わせるかまたはピニオンをリングギヤから離脱させる噛合・離脱機構とを含むスタータと、
   前記燃焼始動手段による燃焼始動に先立ち前記噛合・離脱機構を用いてピニオンをリングギアに噛み合わせておく予噛合手段と、
   前記燃焼始動手段による燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合とピニオン回転速度の上昇割合とが同じになるように前記モータを用いてトルク制御を行うモータトルク制御手段と、
   前記燃焼始動手段による燃焼始動に失敗したか成功したかを判定する判定手段と、
   この判定結果より燃焼始動に失敗した場合に、前記モータトルク制御手段によるモータを用いてのトルク制御を中止して前記モータによりエンジンを始動させるスタータ始動手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの始動装置。
2. 前記判定結果より燃焼始動に成功した場合に、前記モータトルク制御手段によるモータを用いてのトルク制御を中止し、かつ前記予噛合手段による噛合・離脱機構を用いてのピニオンとリングギヤの噛み合わせを解きピニオンをリングギヤより離脱させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
3. バッテリ電圧を調整することにより前記モータに与える電圧を作り出す電圧制御装置を備え、
   前記モータトルク制御手段は、燃焼始動に失敗した場合に、この電圧制御装置によるバッテリ電圧の調整をやめバッテリ電圧が直接、モータに印加されるようにすることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
4. 前記判定手段は、燃焼始動が成功するエンジン回転速度の上昇割合または燃焼始動が成功するエンジン回転速度を予め定めておき、実際のエンジン回転速度の上昇割合または実際のエンジン回転速度がこの予め定めてある値に満たないとき燃焼始動に失敗したと、実際のエンジン回転速度の上昇割合または実際のエンジン回転速度がこの予め定めてある値以上となったとき燃焼始動に成功したと判定することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。
5. 前記燃焼始動手段による燃焼始動により回転上昇するリングギア回転速度の上昇割合をエンジン水温に応じて算出することを特徴とする請求項１に記載のエンジンの始動装置。

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