JP5321745B2 - エンジンの始動装置およびそれを搭載する車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの始動装置およびそれを搭載する車両に関し、より特定的には、ピニオンギヤをエンジンのクランク軸に連結されたリングギヤに係合する位置まで移動させるアクチュエータと、ピニオンギヤを回転させるためのモータとが個別に制御可能な始動装置の制御に関する。

近年、エンジンなどの内燃機関を有する自動車においては、燃費削減や排気エミッション低減などを目的として、車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダルが操作された状態においてエンジンの自動停止を行なうとともに、たとえば、ブレーキペダルの操作量がゼロまで減少されるなどの、運転者による再発進の動作によって自動再始動をする、いわゆるアイドリングストップ機能を搭載したものがある。

このアイドリングストップにおいて、エンジンの回転速度が比較的高い状態で、エンジンの再始動が行なわれる場合がある。このような場合において、エンジンを回転させるためのピニオンギヤの係合とピニオンギヤの回転とが１つの駆動指令によって行なわれる従来のスタータでは、ピニオンギヤとエンジンのリングギヤとの係合が容易となるように、エンジンの回転速度が十分に低下するのを待ってスタータが駆動される。そうすると、エンジンの再始動要求から実際のエンジンのクランキングまでに時間遅れが発生してしまい、運転者に違和感を与えてしまうおそれがあった。

特開２００５−３３０８１３号公報（特許文献１）には、このような課題を解決するために、ピニオンギヤの係合動作およびピニオンギヤの回転動作が個別に制御可能な構成を有するスタータを用いて、停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生した場合に、ピニオンギヤの係合動作に先立ってピニオンギヤの回転動作を行なうとともに、ピニオンギヤの回転速度がエンジン回転速度に同期したときに、ピニオンギヤの係合動作を行なうことによってエンジンの再始動を行なう技術を開示する。

特開２００５−３３０８１３号公報 特開２００９−５２９１１４号公報 特開２０１０−３１８５１号公報 特開２０００−９７１３９号公報 特開２００９−１９１８４３号公報

特開２００５−３３０８１３号公報（特許文献１）に記載の技術によれば、停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生した場合においても、エンジン回転速度の低下を待つことなく、エンジンをクランキングすることが可能となる。

エンジンの始動が完了した直後の燃焼状態が安定する前などの状態においては、たとえば、クラッチを急激に係合させるなどの運転者の操作によって、エンジンが停止する場合がある。このような場合に、エンジンの再始動をする際に、再度第２のギヤの係合動作と、モータによる第２のギヤの回転動作とを行なうと、再始動までの時間が長くなってしまうおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、第２のギヤの係合動作および第２のギヤの回転動作が個別に制御可能なスタータを有するエンジンの始動装置において、エンジンが始動直後に停止した場合のエンジン再始動を迅速に行なうことである。

本発明によるエンジンの始動装置は、エンジンを始動させるスタータと、スタータを制御する制御装置とを備える。スタータは、エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、第２のギヤを回転させるモータとを含む。制御装置は、アクチュエータおよびモータの各々を個別に制御可能であり、エンジンの始動完了後、自立運転が継続した状態が第１の基準時間を経過するまでの期間は、モータを停止しかつアクチュエータを駆動した状態を保持する。

このような始動装置によれば、アクチュエータおよびモータの各々を個別に制御可能であって、エンジンの始動が完了した後の自立運転が継続した状態が第１の基準時間を経過するまでの期間中においては、モータは停止された状態であるがアクチュエータが駆動した状態、すなわち、スタータによってエンジンを回転させないが第１のギヤと第２のギヤとが係合したままの状態が保持される。そのため、エンジンが始動後、自立運転が継続した状態から停止した場合に、改めて第１のギヤと第２のギヤとを係合させる必要がなく、モータを駆動するだけで迅速にエンジンの再始動をすることができる。

好ましくは、制御装置は、待機期間中に、エンジンの回転速度が基準回転速度を下回った場合は、アクチュエータに加えてモータを駆動させてエンジンを始動させる。

このような構成とすることにより、エンジンの始動完了後にエンジンの回転速度が基準回転速度を下回った場合、すなわちエンジンが停止した場合に、アクチュエータに加えてモータが駆動される。これによって、エンジンの始動完了後のエンジン停止を判定して、エンジンの再始動を行なうことができる。

好ましくは、制御装置は、エンジンの回転速度が基準回転速度を下回ることなく自立運転が継続した状態が成立したときは、アクチュエータをさらに停止する。

このような構成とすることにより、エンジンの回転速度が基準回転速度を下回ることなく自立運転が継続した状態が成立したとき、すなわちエンジンの運転が正常に継続されているときは、アクチュエータを停止して第１のギヤと第２のギヤとの係合状態を解除することができる。これによって、アクチュエータを必要以上に駆動し続けることが抑制でき、無駄に電力が消費されることを防止できる。

好ましくは、始動装置は、車両に搭載される。そして、自立運転が継続した状態は、エンジンの始動完了後、車速が基準車速を上回ったことを含む。

このような構成とすることによって、エンジンの始動装置が車両に搭載される場合には、車速が基準車速を上回ったこと、すなわち車両が走行していることに基づいて、エンジンの運転が正常に継続されていることを判定することができる。

好ましくは、制御装置は、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させる第１のモードと、モータの駆動に先立ってアクチュエータによって第１のギヤおよび第２のギヤを係合させる第２のモードとを用いてスタータを制御する。制御装置は、エンジンの始動が必要な場合に、エンジンの回転速度が第１の基準値を下回るときには第２のモードを選択し、エンジンの回転速度が第１の基準値と第１の基準値より大きい第２の基準値との間であるときには第１のモードを選択する。

このような構成とすることによって、エンジンの回転速度が第１の基準値を下回る場合、すなわち低回転の場合には、第２のギヤを停止したまま第１のギヤと係合させ（第２のモード）、エンジンの回転速度が第１の基準値と第１の基準値より大きい第２の基準値との間である場合、すなわち比較的回転速度が高い場合には、第２のギヤを回転させながら第１のギヤと係合させることができる（第１のモード）。これによって、回転速度が比較的高い場合に、第１のギヤと第２のギヤとの回転速度の差を小さくでき、回転速度が比較的高い場合であっても滑らかに第１のギヤと第２のギヤとを係合させることができる。

好ましくは、制御装置は、第１のモードが選択されている場合は、アクチュエータの係合動作完了予定時のエンジンの回転速度およびモータの回転速度の同期が成立すると判定された場合にアクチュエータを駆動して第１のギヤおよび第２のギヤを係合させる。制御装置は、アクチュエータの係合動作完了予定時のエンジンの回転速度とモータの回転速度との差が予め定められた範囲内である場合に、同期が成立すると判定する。

このような構成とすることによって、第１のモードの場合に、アクチュエータの係合動作完了予定時のエンジンの回転速度とモータの回転速度との差が予め定められた範囲内であるとき、すなわち、第１のギヤと第２のギヤとの回転速度の差を小さくなったところで、第１のギヤと第２のギヤとを係合させることができる。

好ましくは、制御装置は、同期が成立する時点から、アクチュエータの動作時間を差し引いた時点において、アクチュエータの駆動を開始する。

このような構成とすることによって、アクチュエータの動作時間を考慮して、アクチュエータの駆動開始を決定できる。そのため、第１のギヤと第２のギヤとの回転速度の差をできるだけ小さくすることが可能になる。

好ましくは、制御装置は、第２のモードが選択されている場合に、第１のギヤと第２のギヤとの係合が完了したことに基づいて、モータの駆動を開始する。

このような構成とすることによって、第２のモードの場合には、第１のギヤと第２のギヤとが係合した状態で、エンジンの始動を開始することができる。

好ましくは、制御装置は、第１のモードが選択されている場合に、アクチュエータの駆動を開始するタイミングが、モータの駆動開始から第２の基準時間を経過した後となるときには、モータを停止させる。

このような構成とすることによって、第１のモードが選択されていても、アクチュエータの動作完了時にはすでに同期が成立しなくなる場合には、モータを停止し、第２のギヤを停止させた状態でエンジンを始動することができる。

好ましくは、アクチュエータは、ソレノイドを含む。アクチュエータは、ソレノイドが励磁されると第２のギヤを待機位置から第１のギヤとの係合位置まで移動させ、ソレノイドが非励磁にされると第２のギヤを待機位置に戻す。

このような構成とすることによって、ソレノイドを励磁することによって第１のギヤと第２のギヤとを係合させ、ソレノイドを非励磁にすることによって係合状態を解除することができる。

本発明による車両は、車両を走行させるための駆動力を生成するエンジンと、エンジンを始動させるスタータと、スタータを制御する制御装置とを備える。スタータは、エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、第２のギヤを回転させるモータとを含む。制御装置は、アクチュエータおよびモータの各々を個別に制御可能であり、エンジンの始動完了後、自立運転が継続した状態が第１の基準時間を経過するまでの期間は、モータを停止しかつアクチュエータを駆動した状態を保持する。

このような車両によれば、アクチュエータおよびモータの各々を個別に制御可能なスタータを有し、エンジンの始動が完了した後の待機期間中においては、モータは停止された状態であるがアクチュエータが駆動した状態、すなわち、スタータによってエンジンを回転させないが第１のギヤと第２のギヤとが係合したままの状態が保持される。そのため、エンジンが始動直後に停止した場合に、改めて第１のギヤと第２のギヤとを係合させる必要がなく、モータを駆動するだけで迅速にエンジンの再始動をすることができる。
本発明によるエンジンの始動装置は、エンジンを始動させるスタータと、スタータを制御する制御装置とを備える。スタータは、エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、第２のギヤを回転させるモータとを含む。制御装置は、アクチュエータおよびモータの各々を個別に制御可能であり、エンジンの始動完了後、モータを停止しかつエンジンの自立運転が継続した状態でも、アクチュエータを駆動した状態を保持する。
このような始動装置によれば、アクチュエータおよびモータの各々を個別に制御可能であって、エンジンの始動が完了した後、エンジンの自立運転が継続した状態でもモータが停止されアクチュエータが駆動した状態、すなわち、スタータによってエンジンを回転させないが第１のギヤと第２のギヤとが係合したままの状態が保持される。そのため、エンジンの自立運転が継続した状態からエンジンが停止した場合に、改めて第１のギヤと第２のギヤとを係合させる必要がなく、モータを駆動するだけで迅速にエンジンの再始動をすることができる。

本発明によれば、ピニオンギヤの係合動作およびピニオンギヤの回転動作が個別に制御可能なスタータを有するエンジンの始動装置において、エンジンが始動直後に停止した場合のエンジン再始動を迅速に行なうことことができる。

本実施の形態に従うエンジンの始動装置を搭載する車両の全体ブロック図である。 本実施の形態におけるスタータの動作モードの遷移を説明するための図である。 本実施の形態における、エンジン始動動作時の駆動モードを説明するための図である。 回転モードの詳細を説明するための図である。 本実施の形態において、ＥＣＵで実行される動作モード設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

［エンジン始動装置の構成］
図１は、本実施の形態に従うエンジンの始動装置を搭載する車両１０の全体ブロック図である。

図１を参照して、車両１０は、エンジン１００と、バッテリ１２０と、スタータ２００と、制御装置（以下ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）３００と、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを備える。また、スタータ２００は、プランジャ２１０と、モータ２２０と、ソレノイド２３０と、連結部２４０と、出力部材２５０と、ピニオンギヤ２６０とを含む。

エンジン１００は、車両１０を走行するための駆動力を発生する。エンジン１００のクランク軸１１１は、クラッチや減速機などを含んで構成される動力伝達装置１６０を介して、駆動輪１７０に接続される。

エンジン１００には、回転速度センサ１１５が設けられる。回転速度センサ１１５は、エンジン１００の回転速度Ｎｅを検出し、その検出結果をＥＣＵ３００へ出力する。

バッテリ１２０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ１２０は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電などの二次電池を含んで構成される。また、バッテリ１２０は、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成されてもよい。

バッテリ１２０は、ＥＣＵ３００によって制御されるリレーＲＹ１，ＲＹ２を介して、スタータ２００に接続される。そして、バッテリ１２０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２が閉成されることによって、スタータ２００に駆動用の電源電圧を供給する。なお、バッテリ１２０の負極は車両１０のボディアースに接続される。

バッテリ１２０には、電圧センサ１２５が設けられる。電圧センサ１２５は、バッテリ１２０の出力電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

リレーＲＹ１の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ１の他方端はスタータ２００内のソレノイド２３０の一方端に接続される。リレーＲＹ１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１により制御され、バッテリ１２０からソレノイド２３０への電源電圧の供給と遮断とを切替える。

リレーＲＹ２の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ２の他方端はスタータ２００内のモータ２２０に接続される。リレーＲＹ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２により制御され、バッテリ１２０からモータ２２０へ電源電圧の供給と遮断とを切替える。また、リレーＲＹ２とモータ２２０とを結ぶ電力線には、電圧センサ１３０が設けられる。電圧センサ１３０は、モータ電圧ＶＭを検出して、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

上述のように、スタータ２００内のモータ２２０およびソレノイド２３０への電源電圧の供給は、リレーＲＹ１，ＲＹ２によってそれぞれ個別に制御することが可能である。

出力部材２５０は、モータ内部のロータ（図示せず）の回転軸と、たとえば直線スプラインなどで結合される。また、出力部材２５０のモータ２２０とは反対側の端部には、ピニオンギヤ２６０が設けられる。リレーＲＹ２が閉成されることによって、バッテリ１２０から電源電圧が供給されてモータ２２０が回転すると、出力部材２５０は、ロータの回転動作をピニオンギヤ２６０に伝達して、ピニオンギヤ２６０を回転させる。

ソレノイド２３０の一方端は上述のようにリレーＲＹ１に接続され、ソレノイド２３０の他方端はボディアースに接続される。リレーＲＹ１が閉成されソレノイド２３０が励磁されると、ソレノイド２３０はプランジャ２１０を矢印の方向に吸引する。すなわち、ソレノイド２３０とプランジャ２１０とでアクチュエータ２３２を構成する。

プランジャ２１０は、連結部２４０を介して出力部材２５０と結合される。ソレノイド２３０が励磁されてプランジャ２１０が矢印の方向に吸引される。これにより、支点２４５が固定された連結部２４０によって、出力部材２５０が、図１に示された待機位置から、プランジャ２１０の動作方向とは逆の方向、すなわちピニオンギヤ２６０がモータ２２０の本体から遠ざかる方向に、エンジン１００のクランク軸に連結されたリングギヤ１１０との係合位置まで動かされる。また、プランジャ２１０は、図示しないばね機構によって、図１中の矢印とは逆向きの力が付勢されており、ソレノイド２３０が非励磁となると、待機位置に戻される。

このように、ソレノイド２３０が励磁されることによって、出力部材２５０が軸方向に動作すると、ピニオンギヤ２６０が、エンジン１００のクランク軸１１１に連結されたリングギヤ１１０と係合する。そして、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合した状態で、ピニオンギヤ２６０が回転動作することによって、エンジン１００がクランキングされ、エンジン１００が始動される。リングギヤ１１０は、たとえばエンジンのフライホイールの外周に設けられる。

このように、本実施の形態においては、エンジン１００のフライホイールの外周に設けられたリングギヤ１１０と係合するようにピニオンギヤ２６０を移動させるアクチュエータ２３２と、ピニオンギヤ２６０を回転させるモータ２２０とが個別に制御される。

なお、図１には図示しないが、リングギヤ１１０の回転動作によって、モータ２２０のロータが回転されないように、出力部材２５０とモータ２２０のロータ軸との間にワンウェイクラッチが設けられてもよい。

また、図１におけるアクチュエータ２３２は、ピニオンギヤ２６０の回転をリングギヤ１１０に伝達でき、かつピニオンギヤ２６０およびリングギヤ１１０が係合した状態と、両方が非係合の状態とを切替えることができる機構であれば、上記のような機構に限られるものではなく、たとえば、出力部材２５０の軸を、ピニオンギヤ２６０の径方向に動かすことによってピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合するような機構であってもよい。

ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御指令の出力を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、アクセルペダル１４０に設けられたセンサ（図示せず）からのアクセルペダル１４０の操作量を表わす信号ＡＣＣを受ける。ＥＣＵ３００は、ブレーキペダル１５０に設けられたセンサ（図示せず）からのブレーキペダル１５０の操作を表わす信号ＢＲＫを受ける。また、ＥＣＵ３００は、運転者によるイグニッション操作などによる始動操作信号ＩＧ−ＯＮを受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、図示しない車速センサからの車両の速度を示す車速信号ＳＰＤを受ける。ＥＣＵ３００は、これらの情報に基づいて、エンジン１００の始動要求信号および停止要求信号を生成し、それに従って制御信号ＳＥ１，ＳＥ２を出力してスタータ２００の動作を制御する。

［スタータの動作モードの説明］
図２は、本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードの遷移を説明するための図である。図１および図２を参照して、本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードには、待機モード４１０、係合モード４２０、回転モード４３０、全駆動モード４４０および保持モード４５０が含まれる。

待機モード４１０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されていないモード、すなわちスタータ２００へのエンジン始動要求が出力されていないモードである。待機モード４１０は、スタータ２００の初期状態に相当し、エンジン１００の始動動作前、エンジン１００が始動完了した後、およびエンジン１００の始動が失敗したときなどにおいて、スタータ２００の駆動が不要となった場合に選択される。

全駆動モード４４０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されているモードである。この全駆動モード４４０においては、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合した状態で、モータ２２０によってピニオンギヤ２６０が回転動作が行なわれる。これによって、実際にエンジン１００がクランキングされて始動動作が開始される。

本実施の形態におけるスタータ２００は、上述のように、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の各々を、個別に駆動することができる。そのため、待機モード４１０から全駆動モード４４０に遷移する過程において、モータ２２０の駆動に先立ってアクチュエータ２３２を駆動する場合（すなわち、係合モード４２０に相当）と、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０を駆動する場合（すなわち、回転モード４３０に相当）とがある。

係合モード４２０は、アクチュエータ２３２のみが駆動され、モータ２２０が駆動されていないモードである。このモードは、ピニオンギヤ２６０が停止した状態においても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合可能である場合に選択される。具体的には、エンジン１００が停止している状態、あるいはエンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に低下した状態（Ｎｅ≦第１の基準値α１）の場合に、この係合モード４２０が選択される。

そして、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了したことに応じて、動作モードが係合モード４２０から全駆動モード４４０に遷移する。

なお、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了したか否かの判定については、出力部材２５０の位置を検出するセンサ（図示せず）を設けて、その検出信号によって判定することも可能である。しかしながら、エンジン１００の回転あるいはピニオンギヤ２６０の回転のために、ある期間の間に係合する可能性が高いので、センサを用いなくてもアクチュエータ２３２の駆動開始から予め定められた時間が経過したことに基づいて、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了したと判定することも可能である。このようにすることによって、出力部材２５０の位置を検出するセンサの配置を省略して、システムの複雑さおよびコストを低減することができる。

一方、回転モード４３０は、モータ２２０のみが駆動され、アクチュエータ２３２が駆動されていないモードである。このモードは、たとえば、エンジン１００の停止要求直後に、エンジン１００の再始動要求が出力されたような場合に、エンジン１００の回転速度Ｎｅが相対的に高いとき（α１＜Ｎｅ≦第２の基準値α２）に選択される。

このように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが高いときには、ピニオンギヤ２６０を停止したままの状態では、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との間の速度差が大きく、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が困難となる可能性がある。そのため、回転モード４３０においては、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０のみが駆動され、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度とを同期させる。そして、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度との差が十分に小さくなったことに応じてアクチュエータ２３２が駆動され、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との係合が行なわれる。そして、動作モードが回転モード４３０から全駆動モード４４０へ遷移する。

なお、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度との同期ができなかった場合には、モータ駆動時間が所定時間（Ｔ１）経過後に、動作モードが待機モード４１０に戻される。その後、そのときのエンジン１００の回転速度Ｎｅに応じて、係合モード４２０または回転モード４３０が選択され、再度始動動作が実行される。

また、全駆動モード４４０の場合に、エンジン１００の始動が完了し、エンジン１００が自立運転が開始されたことに応じて、運転モードは全駆動モード４４０から保持モード４５０に遷移する。

この保持モード４５０においては、エンジン１００の始動完了後に、モータ２２０の駆動は停止されるが、一定時間が経過するまでの間、アクチュエータ２３２が駆動されたままとされており、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合した状態が維持される。このような保持モードの必要性を以下に説明する。

通常、エンジンを始動させるためのスタータは、エンジンの始動が完了すると、非駆動状態とされるのが一般的である。

しかしながら、エンジン始動直後、特に車両の運転を開始するときのようにエンジン温度がまだ低い状態などでは、エンジンの燃焼状態が十分に安定していない場合がある。また、エンジン始動直後に、運転者によって、クラッチが急激に係合されたり変速機が不適当な変速位置に設定されたりすることも考えられ、このような場合には、エンジン始動直後に、再びエンジンが停止してしまう可能性がある。

このように、エンジンの始動直後にエンジンが停止してしまった場合に、改めて上述のような回転モードおよび係合モードのいずれかを用いてエンジンの再始動を行なうと、アクチュエータによるピニオンギヤの係合動作とモータによるピニオンギヤの回転動作とをそれぞれ行なう必要があり、エンジンの再始動に時間がかかってしまうおそれがある。

そのため、本実施の形態のように、エンジン始動完了後に一定時間の間、ピニオンギヤとリングギヤとの係合状態を維持するようにすることで、エンジンの始動直後における不所望のエンジン停止に対して、迅速にエンジンの再始動を行なうことが可能となる。

この保持モード４５０が選択されている場合に、上述のような理由によってエンジン１００が停止し、エンジン回転速度Ｎｅが、しきい値δ以下となったときには、再び動作モードが全駆動モード４４０に移される。このときには、すでにピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０と係合しているので、モータ２２０を駆動することによって、即座にエンジン１００をクランキングできる。

なお、保持モード４５０から全駆動モード４４０への遷移条件としては、エンジン回転速度Ｎｅの条件の他に、たとえば、シフトポジションやクラッチの係合状態などの条件が含まれてもよい。

一方、エンジン始動後に、エンジンが停止しなかった場合には、ソレノイド２３０の励磁を継続すると不必要な電力消費となり得る。そのため、エンジン１００が停止することなく所定時間（Ｔ２）が経過した場合には、ソレノイド２３０の励磁が停止されて待機モード４１０に動作モードが戻される。これによって、非係合状態とされ、プランジャ２１０は待機位置に戻される。

また、上記の所定時間Ｔ２を経過しなくとも、車両１０の走行が正常に開始された場合には、エンジン停止となる可能性は低い。そのため、車速センサ（図示せず）からの車速信号ＳＰＤが所定値Ｖ１より大きくなったことに基づいて、動作モードを待機モード４１０に遷移させるようにしてもよい。

図３は、本実施の形態において、エンジン始動動作時の駆動モード（係合モード，回転モード，保持モード）を説明するための図である。

図３の横軸には時間が示され、縦軸には、エンジン１００の回転速度Ｎｅ、係合モード使用時および回転モード使用時における、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動状態が示される。

図１および図３を参照して、時刻ｔ０において、たとえば車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダル１５０が操作されているという条件が満たされたことによってエンジン１００の停止要求が生成され、エンジン１００の燃焼が停止された場合を考える。この場合に、エンジン１００が再始動されなければ、実線の曲線Ｗ０のように、徐々にエンジン１００の回転速度Ｎｅが低下し、最終的にエンジン１００の回転が停止する。

次に、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下中に、たとえば、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量がゼロになったことによってエンジン１００の再始動要求が生成された場合について考える。この場合には、エンジン１００の回転速度Ｎｅによって３つの領域に分類される。

第１の領域（領域１）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２よりも高い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ０において再始動要求が生成されたような状態である。

この領域１は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に高いので、燃料噴射および点火動作によって、スタータ２００を用いなくともエンジン１００が始動可能な領域、すなわち自立復帰可能な領域である。したがって、領域１においては、スタータ２００の駆動が禁止される。なお、上述の第２の基準値α２については、モータ２２０の最高回転速度によって制限される場合もあり得る。

第２の領域は（領域２）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１および第２の基準値α２の間にある場合であり、図３中の点Ｐ１において再始動要求が生成されたような状態である。

この領域２は、エンジン１００は自立復帰できないが、エンジン１００の回転速度Ｎｅが比較的高い状態の領域である。この領域においては、図２で説明したように、回転モードが選択される。

ここで、回転モードの詳細について図４を用いて説明する。図４の横軸には時間が示され、縦軸にはエンジン１００の回転速度Ｎｅ、およびクランク軸換算のモータ２２０の回転速度Ｎｍ１が示される。

図１および図４を参照して、時刻ｔ１１においてエンジン１００の始動要求があり、エンジン１００の回転速度Ｎｅに基づいて、回転モードが選択された状態を考える。このとき、エンジン１００の回転速度Ｎｅは、再始動要求がないとした場合には、たとえば図４中の曲線Ｗ１１のように時間とともに減少する。

また、回転モードが選択されたことによって、スタータ２００のモータ２２０が時刻ｔ１１で駆動が開始される。そして、モータ２２０は時間とともに回転速度が上昇する。なお、図４においては、出力部材２５０の回転速度を、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とのギヤ比に基づいて、エンジン１００のクランク軸１１１の回転速度に換算した回転速度Ｎｍ１が、図４中の曲線Ｗ１０で示される。

そして、時刻ｔ１３の点Ｐ１０において、エンジン１００の回転速度Ｎｅと、クランク軸換算のモータの回転速度Ｎｍ１が同期する。アクチュエータ２３２は、ソレノイド２３０への電圧印加からのプランジャ２１０の動作時間を考慮して、時刻ｔ１３においてピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０との係合位置に到達するように駆動される。たとえば、時刻ｔ１３からプランジャ２１０の動作時間を差し引いた時刻ｔ１２においてアクチュエータ２３２の駆動が開始される。

すなわち、プランジャ２１０の動作時間を考慮して、ピニオンギヤ２６０の係合完了予定時においてエンジン１００の回転速度Ｎｅとクランク軸換算のモータの回転速度Ｎｍ１とが同期すると判定される時点（時刻ｔ１２）で、アクチュエータ２３２の駆動が開始される。

再び図３を参照して、時刻ｔ２において、エンジン１００の再始動要求が生成されると、まずモータ２２０が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０が回転し始める。そして、係合完了予定時においてエンジン１００の回転速度Ｎｅと、クランク軸１１１に換算したピニオンギヤ２６０の回転速度とが同期すると判定される時刻ｔ３において、アクチュエータ２３２が駆動される。そして、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０とが係合されると（時刻ｔ３＊）、モータ２２０によりエンジン１００がクランキングされて、破線の曲線Ｗ１のようにエンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。

その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、モータ２２０の駆動は停止されるが、アクチュエータ２３２は駆動された状態が維持される。すなわち、動作モードが保持モードとなる。この状態は、上述のように、所定時間Ｔ２が経過した場合、または車速を検出した場合に解除される。

第３の領域（領域３）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１よりも低い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ２において再始動要求が生成されたような状態である。

この領域３は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが低く、ピニオンギヤ２６０を同期させなくても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が可能な領域である。この領域においては、図２で説明したように、係合モードが選択される。

時刻ｔ４において、エンジン１００の再始動要求が生成されると、まずアクチュエータ２３２が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０側に押し出される。その後、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了、あるいは所定の時間が経過したことに応じて、モータ２２０が駆動される（図３中の時刻ｔ５）。これによってエンジン１００がクランキングされて、エンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。

その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、回転モードでの説明と同様に、動作モードが保持モードに遷移する。

ここで、たとえば、エンジン１００が自立運転後に、運転者による急激なクラッチ操作などによって再びエンジン１００の運転が停止してしまい、曲線Ｗ２のようにエンジン回転速度Ｎｅが低下した場合を考える。本実施の形態においては、このような場合に、保持モードが継続中にエンジン回転速度Ｎｅが所定の回転速度δを下回ると（図３中の時刻ｔ６）、動作モードが全駆動モードに遷移してモータ２２０が駆動される。保持モードでは上述のようにピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合した状態が一定期間維持されるので、モータ２２０を駆動するだけで、即座にエンジン１００がクランキングされてエンジン回転速度Ｎｅが増加する。

このように、アクチュエータ２３２とモータ２２０とが個別に駆動可能なスタータ２００を用いて、エンジン１００の再始動制御を行なうことによって、従来のスタータでは、エンジン１００の自立復帰が不可能となる回転速度（図３中の時刻ｔ１）から、エンジン１００が停止するまで（図３中の時刻ｔ７）の期間（Ｔｉｎｈ）中、エンジン１００の再始動動作が禁止されていた場合に比べて、より短時間でエンジン１００を再始動することが可能となる。そして、エンジン１００の始動完了後、一定期間の間、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が維持される保持モードを採用することによって、エンジン始動直後におけるエンジン１００の停止の際に、迅速にエンジン１００を再始動することが可能になる。

［動作モード設定制御の説明］
図５は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される動作モード設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図１および図５を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００において、エンジン１００の始動要求があるか否かを判定する。すなわち、エンジン１００を始動するか否かが判定される。

エンジン１００の始動要求がない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、エンジン１００の始動動作は不要であるので、処理がＳ２１０に進められて、ＥＣＵ３００は、待機モードを選択する。

エンジン１００の始動要求がある場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められ、ＥＣＵ３００は、次にエンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２より大きい場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、エンジン１００の自立復帰が可能な図３における領域１に対応するので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ２１０に進めて待機モードを選択する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下の場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、さらにエンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下の場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、図３における領域１に対応するので、処理がＳ１３５に進められ、ＥＣＵ３００は、係合モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１を出力してリレーＲＹ１を閉成することによってアクチュエータ２３２を駆動する。このとき、モータ２２０は駆動されない。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４５にて、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了したか否かを判定する。この判定は、上述のようにセンサを用いた位置検出によって判定してもよいし、所定時間の経過によって判定してもよい。

ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了していない場合（Ｓ１４５にてＮＯ）は、処理がＳ１４５に戻されて、ＥＣＵ３００は、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了するのを待つ。

一方、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了した場合（Ｓ１４５にてＹＥＳ）は、Ｓ１６０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、全駆動モードを選択する。

一方、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きい場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、図３における領域２に対応するので、処理がＳ１３０に進められ、ＥＣＵ３００は、回転モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２を出力してリレーＲＹ２を閉成することによってモータ２２０を駆動する。このとき、アクチュエータ２３２は駆動されない。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１４０にて、モータ２２０の駆動継続時間が所定時間Ｔ１を経過したか否かを判定する。

モータ２２０の駆動継続時間が所定時間Ｔ１を経過した場合（Ｓ１４０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との同期が成立せずエンジン１００の始動ができなかったと判断し、Ｓ２１０に処理を進めて、一旦待機モードを選択する。その後、再度Ｓ１００からの処理が実行され、エンジン始動処理が実行される。

モータ２２０の駆動継続時間が所定時間Ｔ１を経過していない場合（Ｓ１４０にてＮＯ）は、Ｓ１５０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、アクチュエータ２３２の動作完了予定時における、エンジン１００の回転速度Ｎｅと、クランク軸換算のモータ２２０の回転速度Ｎｍとの同期が成立するか否かを判定する。同期の成立の判定としては、具体的には、エンジン１００の回転速度Ｎｅとクランク軸換算のモータ２２０の回転速度Ｎｍとの相対回転速度Ｎｄｉｆｆ（Ｎｅ−Ｎｍ）が所定のしきい値の範囲内となっているか否かによって行なう（０≦β１≦Ｎｄｉｆｆ＜β２）。なお、同期の成立の判定を、相対回転速度Ｎｄｉｆｆの絶対値がしきい値βより小さいか否か（｜Ｎｄｉｆｆ｜＜β）によって判定することも可能であるが、エンジン１００の回転速度Ｎｅのほうがモータ２２０の回転速度Ｎｍより高い状態で係合させるほうがより好ましい。

同期が成立しないと判断される場合（Ｓ１５０にてＮＯ）は、Ｓ１４０に処理が戻され、ＥＣＵ３００は、同期が成立するのを待つ。

同期が成立すると判断される場合（Ｓ１５０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、同期が成立すると判断して、処理をＳ１６０に進め、全駆動モードを選択する。

Ｓ１６０においては、ＥＣＵ３００は、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方を駆動してエンジン１００のクランキングを開始する。

次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７０にて、エンジン１００の始動が完了したか否かを判定する。エンジン１００の始動完了の判定については、たとえば、モータ２２０の駆動開始から所定時間が経過した後に、エンジン回転速度が、自立運転を示すしきい値γより大きいか否かによって判定するようにしてもよい。

エンジン１００の始動が完了していない場合（Ｓ１７０にてＮＯ）は、Ｓ１６０に処理が戻され、エンジン１００のクランキングが継続される。

エンジン１００の始動が完了した場合（Ｓ１７０にてＹＥＳ）は、Ｓ１８０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、保持モードを選択し、ピニオンギヤ２６０を係合状態に維持しつつ、モータ２２０を停止させる。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１９０にてエンジン回転速度Ｎｅが所定のしきい値δ以下となったか否か、すなわちエンジン１００の始動完了後に、エンジン１００の自立運転が停止したか否かを判定する。

エンジン回転速度Ｎｅが所定のしきい値δ以下の場合（Ｓ１９０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１６０に戻され、ＥＣＵ３００は、全駆動モードを選択し、ピニオンギヤ２６０をリングギヤ１１０に係合したままモータ２２０を駆動することによって、エンジン１００を再始動する。

一方、エンジン回転速度Ｎｅが所定のしきい値δより大きい場合（Ｓ１９０にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の自立運転が継続中であると判断し、Ｓ２００に処理を進める。

Ｓ２００において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の自立運転が予め定められた一定時間を経過したか、あるいは車両１０が走行されて車速が発生したか否かを判定する。

一定時間を経過しておらず、かつ車速が発生したことも確認されない場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、Ｓ１９０に処理が戻されて、Ｓ１９０および／またはＳ２００の処理が繰り返される。

一定時間を経過したか、あるいは車速が発生したことが確認された場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、Ｓ２１０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、待機モードを選択して、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方を停止させる。

なお、図５には示さないが、Ｓ１６０においてエンジンのクランキングを実行中に、たとえば燃料の不足や点火装置の不具合などで、所定時間が経過してもエンジンの自立運転が開始されない場合は、異常の可能性があるとして待機モードに動作モードを戻すようにしてもよい。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、エンジンの始動完了後、一定時間の間は、モータは停止されるがピニオンギヤとリングギヤが係合されたままの状態が維持される。これによって、エンジン始動完了直後に、運転者の操作等に起因してエンジンが停止した場合に、ピニオンギヤの係合動作を行なうことなく、エンジンのクランキングができるので、迅速にエンジンの再始動を行なうことが可能となる。

なお、本実施の形態における「リングギヤ１１０」および「ピニオンギヤ２６０」は、それぞれ本発明における「第１のギヤ」および「第２のギヤ」の一例である。また、本実施の形態における「回転モード」および「係合モード」は、それぞれ本発明における「第１のモード」および「第２のモード」の一例である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０ 車両、１００ エンジン、１１０ リングギヤ、１１１ クランク軸、１１５ 回転速度センサ、１２０ バッテリ、１２５，１３０ 電圧センサ、１４０ アクセルペダル、１５０ ブレーキペダル、１６０ 動力伝達装置、１７０ 駆動輪、２００ スタータ、２１０ プランジャ、２２０ モータ、２３０ ソレノイド、２３２ ５アクチュエータ、２４０ 連結部、２４５ 支点、２５０ 出力部材、２６０ ピニオンギヤ、３００ ＥＣＵ、４１０ 待機モード、４２０ 係合モード、４３０ 回転モード、４４０ 全駆動モード、４５０ 保持モード、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー。

Claims (12)

1. エンジンの始動装置であって、
   前記エンジンを始動させるスタータと、
   前記スタータを制御する制御装置とを備え、
   前記スタータは、
   前記エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、
   駆動状態において前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、
   前記第２のギヤを回転させるモータとを含み、
   前記制御装置は、前記アクチュエータおよび前記モータの各々を個別に制御可能であり、前記エンジンの始動完了後、自立運転が継続した状態が第１の基準時間経過するまでの期間は、前記モータを停止しかつ前記アクチュエータを駆動した状態を保持する、エンジンの始動装置。
2. 前記制御装置は、前記期間中に、前記エンジンの回転速度が基準回転速度を下回った場合は、前記アクチュエータに加えて前記モータを駆動させて前記エンジンを始動させる、請求項１に記載のエンジンの始動装置。
3. 前記制御装置は、前記エンジンの回転速度が前記基準回転速度を下回ることなく前記自立運転が継続した状態が成立したときは、前記アクチュエータをさらに停止する、請求項２に記載のエンジンの始動装置。
4. 前記始動装置は、車両に搭載され、
   前記自立運転が継続した状態は、前記エンジンの始動完了後、車速が基準車速を上回ったことを含む、請求項１に記載のエンジンの始動装置。
5. 前記制御装置は、前記アクチュエータの駆動に先立って前記モータを駆動させる第１のモードと、前記モータの駆動に先立って前記アクチュエータによって前記第１のギヤおよび前記第２のギヤを係合させる第２のモードとを用いて前記スタータを制御し、
   前記制御装置は、前記エンジンの始動が必要な場合に、前記エンジンの回転速度が第１の基準値を下回るときには前記第２のモードを選択し、前記エンジンの回転速度が前記第１の基準値と前記第１の基準値より大きい第２の基準値との間であるときには前記第１のモードを選択する、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの始動装置。
6. 前記制御装置は、前記第１のモードが選択されている場合は、前記アクチュエータの係合動作完了予定時の前記エンジンの回転速度および前記モータの回転速度の同期が成立すると判定された場合に前記アクチュエータを駆動して前記第１のギヤおよび前記第２のギヤを係合させ、前記アクチュエータの係合動作完了予定時の前記エンジンの回転速度と前記モータの回転速度との差が予め定められた範囲内である場合に、前記同期が成立すると判定する、請求項５に記載のエンジンの始動装置。
7. 前記制御装置は、前記同期が成立する時点から、前記アクチュエータの動作時間を差し引いた時点において、前記アクチュエータの駆動を開始する、請求項６に記載のエンジンの始動装置。
8. 前記制御装置は、前記第２のモードが選択されている場合に、前記第１のギヤと前記第２のギヤとの係合が完了したことに基づいて、前記モータの駆動を開始する、請求項５に記載のエンジンの始動装置。
9. 前記制御装置は、前記第１のモードが選択されている場合に、前記アクチュエータの駆動を開始するタイミングが、前記モータの駆動開始から第２の基準時間を経過した後となるときには、前記モータを停止させる、請求項５に記載のエンジンの始動装置。
10. 前記アクチュエータは、
    ソレノイドを含み、
    前記アクチュエータは、前記ソレノイドが励磁されると前記第２のギヤを待機位置から前記第１のギヤとの係合位置まで移動させ、前記ソレノイドが非励磁にされると前記第２のギヤを前記待機位置に戻す、請求項１に記載のエンジンの始動装置。
11. 車両であって、
    前記車両を走行させるための駆動力を生成するエンジンと、
    前記エンジンを始動させるスタータと、
    前記スタータを制御する制御装置とを備え、
    前記スタータは、
    前記エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、
    駆動状態において前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、
    前記第２のギヤを回転させるモータとを含み、
    前記制御装置は、前記アクチュエータおよび前記モータの各々を個別に制御可能であり、前記エンジンの始動完了後、自立運転が継続した状態が第１の基準時間経過するまでの期間は、前記モータを停止しかつ前記アクチュエータを駆動した状態を保持する、車両。
12. エンジンの始動装置であって、
    前記エンジンを始動させるスタータと、
    前記スタータを制御する制御装置とを備え、
    前記スタータは、
    前記エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、
    駆動状態において前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、
    前記第２のギヤを回転させるモータとを含み、
    前記制御装置は、前記アクチュエータおよび前記モータの各々を個別に制御可能であり、前記エンジンの始動完了後、前記モータを停止しかつ前記エンジンの自立運転が継続した状態でも前記アクチュエータを駆動した状態を保持する、エンジンの始動装置。

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