JP5428931B2 - スタータの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、スタータの制御装置に関し、詳しくは、クランキングの終了後にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを解除する技術に関するものである。

一般に、エンジンを停止状態から始動させる際には、スタータによりエンジンの出力軸（クランク軸）に初期回転が付与される。具体的には、スタータにおいて、通電制御によりまずピニオンをその回転軸の軸線方向、すなわちリングギヤに向かう方向へ押出し、クランク軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせる。その後、モータの通電が開始されることによりピニオンが回転され、その回転力によりリングギヤを回転させる。これにより、エンジンのクランキングが開始され、エンジン始動が行われる。また、クランキング終了に際しては、スタータへの通電を停止することで、ピニオンの回転を停止させるとともに、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを解除する（例えば、特許文献１など）。

特許文献１のスタータでは、ピニオンの駆動に用いるソレノイドの通電／非通電を切り替えるリレースイッチ及びトランジスタと、モータの通電／非通電を切り替えるリレースイッチ及びトランジスタとが別個に設けられており、それらの通電タイミングをそれぞれ制御することにより、ピニオンの押出し動作とモータの回転動作とを個別に制御可能になっている。また、特許文献１には、スタータによる初期回転の付与後においてエンジンが始動されたとき、モータの通電を停止し、次いでエンジンからスタータの切り離しを行うことが開示されている。

特開２００２−７０６９９号公報

クランキング終了に際してエンジンからスタータを切り離す場合、上記特許文献１のように、モータの通電停止によりピニオンの回転を停止し、その後、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを解除すると、モータの通電オフ後であってスタータがエンジンから実際に切り離されるまでの間では、モータによるピニオンの回転がない状態でピニオンがリングギヤによって回転される状態になる。この場合、リングギヤがピニオンを押し回す力が比較的大きく、ピニオンの磨耗が生じることが懸念される。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、スタータの各部の磨耗をできるだけ抑制することができるスタータの制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、エンジンの出力軸に連結されたリングギヤに噛み合い可能なピニオンと、該ピニオンを回転させるモータとを備えるスタータに適用され、エンジン始動に際して、前記リングギヤに前記ピニオンを噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより前記エンジンのクランキングを実施し、前記クランキングの終了に際し前記モータの回転停止及び前記噛み合わせの解除を実施するスタータの制御装置に関する。そして、請求項１に記載の発明は、前記クランキングの開始後において前記エンジンが自立運転可能になったことを判定する運転状態判定手段と、前記運転状態判定手段により前記自立運転可能になったと判定された場合に、前記モータにより前記ピニオンを回転させたままの状態において前記噛み合わせの解除を実施する噛み合い解除手段と、を備えることを特徴とする。

要するに、上記構成では、スタータによるエンジンのクランキング終了に際しエンジンからスタータを切り離す場合に、モータによりピニオンを回転させたままの状態でピニオンとリングギヤとの噛み合わせ解除を実施する。これにより、ピニオンがリングギヤに噛み合わされている状態では、モータによってピニオンが回転されている状態が維持されるようにする。

ここで、リングギヤによってピニオンが回転される場合（例えば、リングギヤの回転速度がモータのクランキング回転速度よりも高い場合）では、モータが通電されている状態（モータの回転力が生じている状態）と通電されていない状態とを比較すると、前者の方が、リングギヤがピニオンを押し回す力が小さいと考えられる。つまり、モータの回転が生じている方が、リングギヤによってピニオンが回転される場合にピニオンの磨耗が抑制されると言える。ゆえに、上記構成によれば、リングギヤからピニオンに掛かる力をできるだけ小さくすることができ、ひいては、ピニオンの磨耗を抑制することができる。

請求項２に記載の発明では、前記噛み合わせ解除の指令からその噛み合わせ解除が完了するまでに要する所要時間に基づいて前記ピニオンの回転停止タイミングを決定する。噛み合わせ解除の指令後、その噛み合わせの解除が実際に完了するまでに要する所要時間は、例えば、個体差や経時劣化、あるいはスタータの温度等といったスタータの状態に応じて相違することが考えられる。具体的には、スタータの劣化が進行するほど、グリスが摺動部から抜けて少なくなったり各部の磨耗が進行したりすることに起因して、上記所要時間が長くなることが考えられる。また、スタータの温度が低いほど、スタータの摺動部に塗布されたグリスの粘度が高くなり、これにより、上記所要時間が長くなることが考えられる。

その点、上記構成によれば、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせ解除を指令してからその噛み合わせ解除が完了するまでに要する時間に応じてピニオンの回転停止タイミングを決定するため、ピニオンがリングギヤに噛み合わされている状態において、モータによってピニオンが回転される状態をできるだけ維持することができ、その結果、ピニオンの磨耗を極力抑制できる。また、モータの回転停止を上記所要時間に応じた適正なタイミングで実施することができ、その結果、モータの回転が必要以上に継続されるのを抑制することができる。

請求項３に記載の発明では、前記噛み合わせ解除の指令後に同噛み合わせ解除が完了したか否かを判定する解除判定手段を備え、前記解除判定手段の判定結果に基づいて前記ピニオンの回転停止タイミングを決定する。この構成によれば、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせの解除が確実に完了した後にモータによるピニオンの回転を停止させることができる。また、噛み合わせ解除の判定後に速やかにモータの回転を停止させることにより、モータの回転が必要以上に継続されるのを好適に抑制することができる。

請求項４に記載の発明では、前記ピニオンが、前記噛み合わせ前において前記リングギヤに対して非接触の状態で配置されており、前記ピニオンを前記リングギヤに向かう方向へ移動させる第１ソレノイドと、該第１ソレノイドの通電状態を制御する第１スイッチ手段と、前記モータの通電及び非通電を切り替えるモータ通電用の接点を開閉する第２ソレノイドと、該第２ソレノイドの通電状態を制御する第２スイッチ手段と、を備えるスタータに適用され、前記第１スイッチ手段により前記第１ソレノイドの通電状態をオン状態からオフ状態に切り替えてから、前記噛み合わせの解除が完了するまでに要する所要時間に基づいて、前記第２スイッチ手段により前記モータの通電状態をオン状態からオフ状態に切り替える。

ピニオンとリングギヤとの噛み合わせ及びその噛み合わせ解除を上記の第１ソレノイド及び第１スイッチ手段によって行い、モータの回転及び回転停止を上記の第２ソレノイド及び第２スイッチ手段によって行う構成では、噛み合わせ解除の指令からその噛み合わせ解除が実際に完了するまでに要する所要時間と、ピニオンの回転停止の指令から実際にピニオンの回転が停止するまでに要する所要時間とが相違することが考えられる。

具体的には、上記構成では、モータ通電用の第２ソレノイドは、接点を開閉することでモータの通電／非通電を切り替えるものであるのに対し、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせ実行用の第１ソレノイドは、ピニオンをリングギヤに向かう方向へ移動させるか又はその移動後にピニオンを戻すことで、上記の噛み合わせ／噛み合わせ解除を切り替えるものである。かかる構成では、それぞれの制御対象を作動させる場合に、第１ソレノイドに対しては第２ソレノイドよりも大きな起磁力が必要になるため、同一電源を用いる場合には、第１ソレノイドでは第２ソレノイドよりもインダクタンスを大きくする必要がある。そのため、第２ソレノイドの通電状態をオン状態からオフ状態に切り替えてモータの回転を停止させる場合と、第１ソレノイドの通電状態をオン状態からオフ状態に切り替えて上記噛み合わせを解除する場合とを比較すると、通電状態の切り替えに際し発生する誘導起電力が、第２ソレノイドよりも第１ソレノイドの方が大きくなると考えられる。そのため、通電状態の切り替えに対する動作遅れが、上記噛み合わせの解除のときにはモータの回転停止のときよりも大きくなり、結果として、噛み合わせ解除の完了までに要する所要時間が、モータの回転停止までに要する所要時間よりも長くなると考えられる。したがって、上記構成のスタータに適用される場合には、通電オフからの動作の遅れ時間を考慮してモータの回転を停止させることにより、ピニオンがリングギヤに噛み合わされている状態においてモータによってピニオンが回転される状態をできるだけ維持することをより好適に行うことができる。

ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを解除した後であってエンジンの完爆前の期間において、例えば失火によりエンジンが自力で回転を維持できなくなった場合、上記噛み合わせを再度実施することにより、スタータによってエンジンに初期回転を再度付与できる。この点に鑑み、請求項５に記載の発明では、前記クランキングの開始後に前記エンジンが完爆に至ったことを判定する完爆判定手段を備え、前記完爆判定手段により前記エンジンが完爆に至ったと判定されるまでの期間、前記ピニオンの回転停止を禁止する。この構成によれば、噛み合わせの解除後であってエンジンが完爆に至るまでの期間ではピニオンの回転が継続されるため、エンジンの完爆前にスタータによるエンジンへの初期回転の付与を再度実施する場合において、ピニオンを回転させたまま上記噛み合わせを実施することができる。これにより、エンジン始動を速やかに実施することができる。

ここで、本明細書において「完爆」とは、エンジン始動時のスタータによる初期回転の付与後に、エンジンが自力で回転を維持できるようになる状態を意味する。

請求項６に記載の発明では、前記モータによる前記ピニオンの回転を停止させる回転停止タイミングを設定する設定手段を備え、前記設定手段により設定される回転停止タイミングよりも前に前記噛み合わせの解除を実施する。例えば、本構成とは逆に、モータによるピニオンの回転を停止する回転停止タイミングよりも後にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを解除する場合、ピニオンの回転停止後において両者の噛み合い状態が継続される結果、リングギヤによってピニオンが回転される期間が長くなる。かかる場合、スタータにおいて、ピニオンやピニオンの回転軸などといった機械的に回転される箇所の磨耗等が生じることが懸念される。これに対し、本構成では、回転停止タイミングよりも前に上記噛み合わせの解除を完了させることにより、リングギヤによってピニオンが回転される期間をできるだけ短くすることができ、その結果、スタータの各部の磨耗等といった劣化をできるだけ抑制することができる。

エンジン制御システムの全体概略構成図。 スタータ停止制御の処理手順を示すフローチャート。 スタータ駆動制御の具体的態様を示すタイムチャート。 他の実施形態のスタータ駆動制御の具体的態様を示すタイムチャート。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、エンジン制御システムのエンジン停止始動制御装置に具体化している。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御、アイドルストップ制御等を実施する。この制御システムの全体概略を示す構成図を図１に示す。

図１において、スタータ１０にはモータ１１が設けられており、バッテリ１２からの電力供給によりモータ１１が回転駆動されるようになっている。モータ１１の図示しない回転軸にはピニオン軸１３が係合されており、そのピニオン軸１３の一端において、ピニオン１４が、ピニオン軸１３とピニオン１４との間で動力の伝達を断続するワンウエイクラッチ１５と一体に支持されている。

ピニオン軸１３は、軸１６を中心に回動するレバー１７の一端に支持されている。レバー１７の他端には、コイル１８及びプランジャ１９により構成される第１ソレノイドＳＬ１が配置されており、コイル１８内に配置されたプランジャ１９がレバー１７によって支持されている。コイル１８の非通電状態では、ピニオン１４が、エンジン２０の出力軸（クランク軸）２１に連結されたリングギヤ２２に対して非接触の状態で配置されている。ピニオン１４とリングギヤ２２との非接触状態において、バッテリ１２からコイル１８に通電されると、その通電によりプランジャ１９が軸線方向に移動し、その移動に伴いレバー１７が軸１６を中心に回動する。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に向かう方向に押し出されて、ピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合わされる。

また、ピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合わされた状態において、コイル１８の通電が遮断されることにより、図示しないスプリングの付勢力によりピニオン軸１３がリングギヤ２２に向かう方向とは反対方向に変位する。このピニオン軸１３の変位により、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合いが解除され、両者の接触状態が解除される。

スタータ１０とバッテリ１２との間にはＩＧスイッチ２３が設けられており、ドライバの操作に基づくＩＧスイッチ２３のオンにより、バッテリ１２からスタータ１０への通電が可能になる。また、コイル１８とバッテリ１２との間には、制御信号に基づいて第１ソレノイドＳＬ１の通電／非通電を切り替えるＳＬ１駆動リレー２４が設けられており、モータ１１とバッテリ１２との間には、モータ１１の電磁子に接続され接点の開閉により通電／非通電が切り替えられる第２ソレノイドＳＬ２と、制御信号に基づいて第２ソレノイドＳＬ２の通電／非通電を切り替えるＳＬ２駆動リレー２５とが設けられている。

なお、第１ソレノイドＳＬ１及び第２ソレノイドＳＬ２について、モータ通電用の第２ソレノイドＳＬ２は、接点の開閉によりモータ１１の通電／非通電を切り替える構成であるのに対し、ピニオン押出し用の第１ソレノイドＳＬ１は、プランジャ１９の変位によりピニオン１４の押出し／押出し解除を切り替える構成となっている。そのため、モータ１１又はピニオン１４を作動させる場合に、第１ソレノイドＳＬ１に対しては第２ソレノイドＳＬ２よりも大きな起磁力が必要になる。これに鑑み、本実施形態では、第１ソレノイドＳＬ１の方が第２ソレノイドＳＬ２よりもインダクタンスが大きくなるように構成されている。

その他、本システムには、エンジン２０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ２６や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ２７などの各種センサが設けられている。

ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータ等を備えてなる電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果等に基づいて、吸入空気量制御や燃料噴射量制御、アイドルストップ制御などの各種エンジン制御や、スタータ１０の駆動制御等を実施する。

上記のシステム構成において実施されるアイドルストップ制御について詳述する。アイドルストップ制御は、エンジン２０のアイドル運転時に所定の停止条件が成立すると当該エンジン２０を自動停止させるとともに、その後、所定の再始動条件が成立するとエンジン２０を再始動させるものである。エンジン停止条件としては、例えば、アクセル操作量がゼロになったこと（アイドル状態になったこと）、ブレーキペダルの踏込み操作が行われたこと、車速が所定値以下まで低下したこと等の少なくともいずれかが含まれる。エンジン再始動条件としては、例えばアクセルの踏込み操作が行われたこと、ブレーキ操作量がゼロになったこと、バッテリ１２の充電状態が所定の低下状態になったこと等の少なくともいずれかが含まれる。

スタータ１０の駆動制御についてＥＣＵ３０は、ＳＬ１駆動リレー２４のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ１と、ＳＬ２駆動リレー２５のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ２とを備えている。この出力ポートＰ１，Ｐ２からの制御信号により、スタータ１０の通電を自動的に（図示しないスタータスイッチの切り替え状態にかかわらず）行うことが可能になっており、またモータ１１及びコイル１８の通電状態をそれぞれ個別に切り替え可能になっている。

次に、エンジン２０のクランキングを実施する場合のスタータ１０の動作について説明する。

まず、エンジン２０のクランキング開始時の動作について説明する。ここでは、ＩＧスイッチ２３がオフからオンに切り替えられた場合にエンジン２０を始動させるときを一例に挙げて説明する。

ＩＧスイッチ２３のオンによるエンジン２０の始動要求があった場合、ＥＣＵ３０は、まず、ＳＬ１駆動リレー２４にオン信号を出力する。これにより、コイル１８の通電が開始され、ピニオン１４がリングギヤ２２に向かう方向へ押し出される。また、ピニオン１４の押出しにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に噛み合わされる。その後、ＥＣＵ３０は、ＳＬ２駆動リレー２５にオン信号を出力する。これにより、モータ１１の通電が開始され、そのモータ１１の回転に伴いピニオン１４が回転される。そして、そのピニオン１４の回転力によりリングギヤ２２が回転され、エンジン２０のクランキングが行われる。

続いて、クランキング終了に際してのスタータ１０の動作について、以下に詳しく説明する。本実施形態では、スタータ１０によるクランキングの開始後、エンジン２０が自立運転可能と判定された場合、例えば、エンジン２０のクランキング開始後にエンジン回転速度が始動回転速度ＮＥ１（例えば４００〜５００ｒｐｍ）に達した場合に、スタータ１０によってエンジン２０に初期回転を付与するのを停止する。

クランキングの終了に際し、本実施形態では、モータ１１によってピニオン１４が回転されたままの状態においてピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせの解除を実施することとしている。より具体的には、モータ１１によりピニオン１４が回転された状態でピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせの解除を指令することとしており、特に本実施形態では、噛み合わせ解除の指令後、その噛み合わせの解除が完了した後にモータ１１によるピニオン１４の回転を停止させることとしている。これにより、ピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合わされた状態では、モータ１１によってピニオン１４が回転される状態ができるだけ長く維持されるようにしている。

すなわち、クランキングの開始後においてエンジン２０が自立運転可能になり、それに伴いクランキングを完了する場合、リングギヤ２２によってピニオン１４が回転される状態（例えば、リングギヤ回転速度がモータのクランキング回転速度よりも高い状態）になっていることが考えられる。この場合において、モータ１１が通電されている状態（モータ１１の回転力が生じている状態）と通電されていない状態とを比較すると、モータ１１が通電されている状態の方が、リングギヤ２２がピニオン１４を押し回す力が小さいと考えられる。よって、モータ１１の回転が生じている方が、リングギヤ２２によってピニオン１４が回転される場合にピニオン１４の磨耗を抑制可能と言える。そこで、本実施形態では、モータ１１によりピニオン１４が回転された状態でピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせの解除を実施することにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に噛み合わされている状態ではモータ１１によってピニオン１４が回転されている状態をできるだけ維持することにより、ピニオン１４の磨耗をできるだけ抑制するようにしている。

ここで、本システムのスタータ１０では、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせの解除を指令してから、実際にその噛み合わせ解除が完了するまでには時間を要し、噛み合わせの解除指令から所定時間経過した後にその噛み合わせの解除が完了する。また、モータ１１の回転停止を指令してから、実際にその回転停止されるまでに要する時間と比較した場合、噛み合わせに要する時間の方が、モータ１１の回転停止に要する時間よりも長くなる。

すなわち、本システムでは、第１ソレノイドＳＬ１の通電制御によりピニオン１４を変位させるにはその変位のために大きな励磁力が必要になるため、第１ソレノイドＳＬ１ではインダクタンスが比較的大きくなっている。そのため、第１ソレノイドＳＬ１を通電オンからオフに切り替えた場合、第１ソレノイドＳＬ１では誘導起電力が大きくなり、この誘導起電力により動作遅れが大きくなる。これに対し、第２ソレノイドＳＬ２は、接点の開閉によりモータ１１の通電／非通電を切り替える構成であるため、モータ１１を作動させるのに第１ソレノイドＳＬ１ほど起磁力を必要とせず、結果として通電状態の切り替え時に発生する誘導起電力が、第１ソレノイドＳＬ１のそれよりも小さい。したがって、通電状態の切り替えに対する動作の遅れは、モータ１１の回転停止時ではさほど大きくない。したがって、噛み合わせ解除の指令後（ＳＬ１駆動リレー２４のオフ信号出力後）、その噛み合わせの解除が完了するまでの時間（解除所要時間ＴＰ）と、回転停止の指令後（ＳＬ２駆動リレー２５のオフ信号出力後）、モータ１１の回転が停止するまでの時間（回転停止所要時間）とを比較すると、解除所要時間ＴＰの方が回転停止所要時間よりも長くなる。

一方で、ピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合わされた状態において、モータ１１によってピニオン１４が回転される状態をできるだけ長く維持するには、噛み合わせ解除の指令後、その噛み合わせの解除が完了した後にモータ１１によるピニオン１４の回転を停止させるのが望ましい。

そこで、本実施形態では、解除所要時間ＴＰに基づいて第２ソレノイドＳＬ２の通電オフタイミングを決定している。具体的には、回転停止所要時間はわずかであるものとして、第１ソレノイドＳＬ１の通電オフタイミングから解除所要時間ＴＰが経過した後のタイミングを、第２ソレノイドＳＬ２の通電オフタイミングとしている。これにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせの解除が確実に完了した後にモータ１１の回転（ピニオン１４の回転）を停止させるようにしている。

次に、図２のフローチャートを用いて、クランキング終了に際しスタータ１０の駆動を停止させるときの制御（スタータ停止制御）の処理手順について説明する。この処理は、ＥＣＵ３０により所定周期毎に実行される。

図２において、まずステップＳ１１では、エンジン２０の始動開始後であって、エンジン２０の完爆前のエンジン始動期間であるか否かを判定する。エンジン始動期間の場合には、ステップＳ１２へ進み、そのエンジン始動期間において第１ソレノイドＳＬ１を通電オンから通電オフへ切り替えた後か否か、すなわちピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除の実施中又は実施後であるか否かを判定する。エンジン始動期間の比較的初期の段階であれば、ここでは否定判定されてステップＳ１３へ進む。

ステップＳ１３では、スタータ１０によるエンジン２０のクランキング中であるか否か、具体的には第１ソレノイドＳＬ１及び第２ソレノイドＳＬ２がオン状態であるか否かを判定する。第１ソレノイドＳＬ１及び第２ソレノイドＳＬ２がオン状態であれば、ステップＳ１４へ進み、クランク角センサ２６により検出されるエンジン回転速度が始動回転速度ＮＥ１（例えば、４００〜５００ｒｐｍ）以上であるか否かを判定する。この始動回転速度ＮＥ１は、クランキング回転速度よりも所定速度だけ高い値に設定してある。そして、エンジン回転速度が始動回転速度ＮＥ１未満の場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、エンジン回転速度が始動回転速度ＮＥ１以上の場合には、ステップＳ１５以降の処理を実行する。

ステップＳ１５では、ＳＬ１駆動リレー２４にオフ信号を出力することにより、第１ソレノイドＳＬ１を通電オン状態からオフ状態に切り替える。この通電切り替えに伴いプランジャ１９が変位し、そのプランジャ１９の変位に伴い、ピニオン軸１３が、モータ１１により回転力が付与された状態のままリングギヤ２２に向かう方向とは逆方向に変位する。

ステップＳ１６では、第１ソレノイドＳＬ１の通電オフタイミングから所定時間ＴＡ（例えば解除所要時間ＴＰ、又はＴＰ＋α）が経過したか否かを判定する。このとき、第１ソレノイドＳＬ１の通電オフタイミングから所定時間ＴＡが経過していない場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、第１ソレノイドＳＬ１の通電オフタイミングから所定時間ＴＡが経過した場合には、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせが解除されたものとして、ステップＳ１７へ進み、ＳＬ２駆動リレー２５にオフ信号を出力することにより、第２ソレノイドＳＬ２を通電オン状態からオフ状態に切り替える。これにより、モータ１１の回転が停止され、ピニオン１４の回転が停止される。

図３は、本システムのスタータ駆動制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）はエンジン回転速度ＮＥの推移を示し、（ｂ）は第１ソレノイドＳＬ１の通電オン／オフの推移を示し、（ｃ）は第２ソレノイドＳＬ２の通電オン／オフの推移を示す。なお、（ｂ）及び（ｃ）中における一点鎖線は、モータ１１の回転を停止させた後、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを解除する場合を示している。また、図３では、エンジン停止状態からエンジン２０の始動を行う場合を想定している。

図３において、ＩＧスイッチ２３のオンからオフへの切り替えや、エンジン２０の自動停止後において再始動条件が成立すると、そのタイミングｔ１０でＳＬ１駆動リレー２４にオン信号が出力されて第１ソレノイドＳＬ１の通電が開始される。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に向かって押し出される。また、ピニオン押出し後のタイミングｔ１１では、ＳＬ２駆動リレー２５にオン信号が出力されて第２ソレノイドＳＬ２の通電が開始される。これにより、モータ１１の回転が開始され、その回転力によりピニオン１４が回転されることでエンジン２０に初期回転が付与される。

なお、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせは、ピニオン１４のリングギヤ２２への押出しによって両者の歯部が噛み合うか、又はピニオン１４の押出しによってピニオン１４の側面とリングギヤ２２の側面とが当接した状態においてモータ１１が回転されることによって実施される。

そして、エンジン２０の初回の燃焼（初爆）が行われ、エンジン回転速度ＮＥが始動回転速度ＮＥ１以上になると、そのタイミングｔ１２でＳＬ１駆動リレー２４にオフ信号が出力されて第１ソレノイドＳＬ１の通電が停止される。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２から離間する方向に戻され、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせが解除される。また、タイミングｔ１２から所定時間ＴＡが経過したタイミングｔ１３で、ＳＬ２駆動リレー２５にオフ信号が出力されて第２ソレノイドＳＬ２の通電が停止される。これにより、モータ１１の回転が停止される。

なお、一般に用いられているスタータでは、通電制御によりピニオンの押出しとピニオンの回転とが連動して制御される。すなわち、スタータの通電開始により、まずピニオンがリングギヤに向かって押し出され、その押出しに伴いモータ通電用の接点が接続されることによりモータの回転が開始される。また、スタータの通電をオフした場合、まず、モータ通電用の接点が開放されることによりモータの回転が停止され、その後、ピニオンがリングギヤから離間する方向に移動される。したがって、従来のスタータでは、必然的に、モータの回転停止後にピニオンとリングギヤとの噛み合わせが解除される。

これに照らし、本構成とは逆に、第１ソレノイドＳＬ１を通電オフした後、第２ソレノイドＳＬ２を通電オフする場合について考える。この場合、例えばタイミングｔ１２で第２ソレノイドＳＬ２の通電がオフされ、これによりモータ１１の回転が速やかに停止される。また、タイミングｔ１２よりも後のタイミングで、第１ソレノイドＳＬ１の通電がオフされ、これにより、その通電オフタイミングから時間ＴＡ後にピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除が完了する。すなわち、従来の構成では、タイミングｔ１２以降の時間ＴＮの間、モータ１１の非通電状態においてピニオン１４がリングギヤ２２に連れ回された状態になり、この時間ＴＮにおいて、リングギヤ２２がピニオン１４を押し回す力がピニオン１４に対して大きく作用する。これに対し、本構成では、ピニオン１４がリングギヤ２２に連れ回される期間において、モータ１１によってピニオン１４が回転されており、その結果、ピニオン１４等の磨耗をできるだけ抑制することが可能になる。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

スタータ１０によるエンジン２０のクランキング終了に際してエンジン２０からスタータ１０を切り離す場合に、モータ１１によりピニオン１４を回転させたままの状態でピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除を実施する構成としたため、ピニオン１４がリングギヤ２２に噛み合わされている状態において、モータ１１によってピニオン１４が回転されている状態をできるだけ維持させることができる。これにより、クランキングの完了に際してリングギヤ回転速度がピニオン回転速度よりも高くなり、リングギヤ２２によってピニオン１４が回転される場合に、リングギヤ２２がピニオン１４を押し回す力を極力小さくすることができ、ひいてはピニオン１４の磨耗をできるだけ抑制することができる。

ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除を指令してから、その噛み合わせ解除が完了するまでに要する所要時間に基づいて、モータ１１の回転停止タイミングを決定する構成としたため、噛み合わせ解除の指令後、その噛み合わせが継続される時間を考慮してモータ１１の回転を停止させることができる。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に噛み合わされている場合に、モータ１１によってピニオン１４が回転される状態をできるだけ維持することができ、その結果、ピニオン１４の磨耗を極力抑制できる。また、モータ１１の回転停止を上記所要時間に応じた適正なタイミングで実施することができ、その結果、モータ１１の回転が必要以上に継続されるのを抑制することができる。

特に、上記実施形態では、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除の指令タイミング（第１駆動リレー２４へのオフ信号の出力タイミング）から、噛み合わせに要する時間（解除所要時間ＴＰ）が経過したタイミングで、第２駆動リレー２５にオフ信号を出力してモータ１１の回転を停止させる構成としたため、噛み合わせ解除の指令からその噛み合わせ解除が完了するまでの間において、モータ１１によるピニオン１４の回転を維持することができる。したがって、ピニオン１４の磨耗を一層抑制することができる。

本システムのように、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ及びその噛み合わせ解除を第１ソレノイドＳＬ１及び第１駆動リレー２４によって行い、モータ１１の回転及び回転停止を第２ソレノイドＳＬ２及び第２駆動リレー２５によって行う構成では、コイルインダクタンスの相違に起因して、制御対象への通電指令からその動作が完了するまでに要する時間が相違し、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除を指令してからその噛み合わせ解除が完了するまでに要する時間の方が、モータ１１の回転停止を指令してから回転停止するまでに要する時間よりも長くなる。したがって、上記構成に適用することにより、噛み合わせ解除の指令からその噛み合わせ解除が完了するまでの期間においても、モータ１１によってピニオン１４が回転されている状態を維持することができる。つまり、噛み合わせ解除の指令からその噛み合わせ解除が完了するまでの期間において、リングギヤ２２がピニオン１４を押し回す力を極力小さくすることができ、ひいてはピニオン１４の磨耗をできるだけ抑制することができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除の指令からその噛み合わせの解除が完了されるまでに要する所要時間に基づいて、ピニオン１４の回転停止タイミングを設定する構成とする。すなわち、第１ソレノイドＳＬ１の通電オフタイミングから所定時間ＴＡが経過した場合に第２ソレノイドＳＬ２を通電オフに切り替える構成において、所定時間ＴＡを可変にする。

具体的には、（１）スタータ１０の温度が低いほど、スタータ１０の摺動部に塗布されたグリスの粘度が高くなる、（２）スタータ１０の劣化が進行するほど、グリスが摺動部から抜けて少なくなったりスタータ１０の各部の磨耗が進行したりする等の理由から、上記（１）や（２）の場合には、噛み合わせの解除の指令後、その噛み合わせの解除が実際に完了するまでの時間が、スタータ１０の温度低下やスタータ１０の劣化に応じて長くなることが考えられる。したがって、上記構成とすることにより、噛み合わせ解除の完了までに要する時間に応じてピニオン１４の回転を停止させることができる。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に噛み合わされている状態において、モータ１１によってピニオン１４が回転される状態をできるだけ維持することができ、その結果、ピニオン１４の磨耗を極力抑制できる。また、モータ１１の回転停止を上記所要時間に応じた適正なタイミングで実施することができ、その結果、モータ１１の回転が必要以上に継続されるのを抑制することができる。

なお、スタータ１０の温度については、例えば冷却水温センサ２７により検出される冷却水温を用いたり、あるいはスタータ１０の温度を直接検出可能なセンサを設け、同センサにより検出したりする。また、スタータ１０の劣化については、例えばスタータ１０によるエンジン始動の積算回数を計測し、その計測値に基づいて推定したり、あるいは工場出荷からの時間に基づいて推定したりする。

・ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除の指令後にその噛み合わせ解除が完了したことを判定するための手段（解除判定手段）を備え、同手段による判定結果に基づいてピニオン１４の回転を停止するタイミングを設定する構成とする。この構成によれば、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除の完了をより正確に判断することができ、これにより、ピニオン１４等の磨耗をできるだけ抑制するといった効果をより好適に得ることができる。また、噛み合わせ解除の判定後に速やかにモータ１１を回転停止させることにより、モータ１１の回転が必要以上に継続されるのを抑制することができる。

解除判定手段として具体的には、例えばピニオン１４又はリングギヤ２２の近傍に、光学式や磁気式などのセンサを配置し、同センサによりピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除が完了したことを判定する構成としてもよい。あるいは、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合い時に両者間で通電可能に構成し、その通電が検出されなくなった場合に噛み合わせ解除が完了したものと判定する。その他、例えばプランジャ１９のコイル１８内への入り込み量（すなわち、ピニオン１４の軸方向における位置）に応じてコイル１８のインダクタンスが変化するように第１ソレノイドＳＬ１を構成しておき、そのインダクタンスの変化に基づいてプランジャ１９のストロークを検出する。そして、その検出値に基づいて噛み合わせ解除が完了したか否かを判定する。

また、モータ１１には、トルクと電流値とが比例関係にあるといった電流特性がある。そのため、リングギヤ２２に噛み合った状態でのピニオン１４の回転時とピニオン１４の空転時とではモータ１１の電流値が相違し、噛み合い状態での回転時の方が、空転時よりもモータ１１の電流値が大きくなる。この事象を利用し、モータ１１の電流値に基づいて、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除が完了したことを判定してもよい。

・ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除後において、エンジン２０が完爆に至るまでの期間、ピニオン１４の回転停止を禁止する構成とする。同噛み合わせの解除後から完爆前の期間において、エンジン２０の混合気が着火又は点火しない失火の発生等によりエンジン２０が自力で回転を維持できなくなった場合、ピニオン１４の押出しを実施してスタータ１０によるエンジン２０のクランキングを再度実施することが考えられる。この場合、上記構成によれば、ピニオン１４を回転させたままの状態でピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを実施することができ、その結果、エンジン始動を速やかに実施することができる。特に、アイドルストップ機能を備えるシステムでは、ＩＧオンによるエンジン始動の場合に比べ、エンジン自動停止後の再始動時において失火が発生しやすいことが考えられ、エンジン２０のクランキング終了後においてエンジン２０が自力で回転を維持できないといった事象が発生する可能性が高いと考えられる。したがって、アイドルストップ機能を備えるシステムにおいて上記構成を適用することにより、エンジン始動を速やかに実施するといった効果を好適に得ることができる。

図４は、上記構成の具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）はエンジン回転速度ＮＥの推移を示し、（ｂ）は第１ソレノイドＳＬ１の通電オン／オフの推移を示し、（ｃ）は第２ソレノイドＳＬ２の通電オン／オフの推移を示す。なお、図４では、エンジン停止状態からエンジン２０の始動を行う場合を想定している。

図３において、エンジン２０の始動要求があった場合、タイミングｔ２０で第１ソレノイドＳＬ１の通電が開始されることによりピニオン１４がリングギヤ２２に向かって押し出され、タイミングｔ２１で第２ソレノイドＳＬ２の通電が開始されることによりモータ１１の回転が開始されてエンジン２０に初期回転が付与される。また、エンジン２０の初爆によってエンジン回転速度ＮＥが始動回転速度ＮＥ１以上になると、そのタイミングｔ２２で第１ソレノイドＳＬ１の通電が停止されることにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせが解除される。その噛み合わせ解除後であって、エンジン２０の完爆前にエンジン２０が失火し、エンジン回転速度ＮＥが低下した場合を考える。この場合、本実施形態ではモータ１１の回転が継続されている。したがって、エンジン回転速度ＮＥが、例えばクランキング回転速度近傍まで低下したタイミングｔ２３で第１ソレノイドＳＬ１の通電が開始されることにより、ピニオン１４の回転速度とリングギヤ２２の回転速度との同期状態においてピニオン１４がリングギヤ２２に噛み合わされる。これにより、エンジン２０のクランキングが再度実施され、エンジン回転速度ＮＥが始動回転速度ＮＥ１以上になると、そのタイミングｔ２４で第１ソレノイドＳＬ１の通電が停止される。また、エンジン回転速度ＮＥが、エンジン２０の完爆判定のための回転速度ＮＥ２以上になると、そのタイミングｔ２５で第２ソレノイドＳＬ２の通電が停止される。

・上記実施形態では、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除の指令後、その噛み合わせ解除が完了した場合にモータ１１の回転を停止したが、噛み合わせ解除の指令後であって、その噛み合わせ解除が完了する前にモータ１１の回転を停止する構成としてもよい。この構成によれば、従来のスタータのようにモータの回転停止後にピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを解除する場合に比べ、リングギヤ２２によってピニオン１４が回転される状態において、モータ１１によってピニオン１４が回転される状態をできるだけ維持することができ、よって、ピニオン１４の磨耗が抑制される。

・バッテリ１２の電気残量を検出し、その検出したバッテリ１２の電気残量に基づいて、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除と、モータ１１の通電停止との順序を設定する構成とする。ワンウエイクラッチ１５やピニオン１４等の磨耗を抑制する観点からすると、噛み合わせ解除を実施した後にモータ１１の通電を停止させるのが好ましい。その反面、噛み合わせを先に実施する場合には、モータ１１の通電停止を先に実施する場合に比べてモータ１１の通電時間が長くなり、バッテリ１２の消費電力が大きくなることが考えられる。これに鑑み、バッテリ１２の電気残量が所定の悪化状態の場合には、モータ１１の通電停止を先に実施するか、又は噛み合わせ解除とモータ通電停止とを同時に実施することにより、スタータ１０の劣化抑制とバッテリ１２の電気残量の確保とをバランスよく実施することができる。

・上記実施形態では、コイル１８の通電／非通電を制御するＳＬ１駆動リレー２４と、モータ１１の通電／非通電を制御するＳＬ２駆動リレー２５とを有するスタータ１０を本発明に適用する場合について説明したが、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除とモータ１１の回転停止とを独立して制御可能なスタータであればよく、例えば従来のスタータにおいてモータ通電制御用のリレーを設けたものを本発明に適用してもよい。すなわち、この構成では、図１のスタータ１０における第２ソレノイドＳＬ２に代えて、プランジャ１９において、レバー１７とは反対側の端部にモータ通電用の接点が設けられている。また、本構成では、モータ１１とバッテリ１２との間において、ＥＣＵ３０からの制御信号に基づいてオン／オフの切り替え可能なモータ通電制御用のリレーが設けられている。この構成においても、ＳＬ１駆動リレー２４とモータ通電制御用のリレーとを個別に制御することにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ動作とモータ１１の回転動作とを独立して制御可能である。

１０…スタータ、１１…モータ、１４…ピニオン、１５…ワンウエイクラッチ、１８…コイル、２０…エンジン、２１…クランク軸、２２…リングギヤ、２４…ＳＬ１駆動リレー（第１スイッチ手段）、２５…ＳＬ２駆動リレー（第２スイッチ手段）、３０…ＥＣＵ、ＳＬ１…第１ソレノイド、ＳＬ２…第２ソレノイド。

Claims (6)

1. エンジンの出力軸に連結されたリングギヤに噛み合い可能なピニオンと、該ピニオンを回転させるモータとを備えるスタータに適用され、
   エンジン始動に際して、前記リングギヤに前記ピニオンを噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより前記エンジンのクランキングを実施し、前記クランキングの終了に際し前記モータの回転停止及び前記噛み合わせの解除を実施するスタータの制御装置であって、
   前記クランキングの開始後において前記エンジンが自立運転可能になったことを判定する運転状態判定手段と、
   前記運転状態判定手段により前記自立運転可能になったと判定された場合に、前記モータにより前記ピニオンを回転させたままの状態において前記噛み合わせの解除を実施する噛み合い解除手段と、
   を備えることを特徴とするスタータの制御装置。
2. 前記噛み合わせ解除の指令からその噛み合わせ解除が完了するまでに要する所要時間に基づいて前記ピニオンの回転停止タイミングを決定する請求項１に記載のスタータの制御装置。
3. 前記噛み合わせ解除の指令後に同噛み合わせ解除が完了したか否かを判定する解除判定手段を備え、
   前記解除判定手段の判定結果に基づいて前記ピニオンの回転停止タイミングを決定する請求項１又は２に記載のスタータの制御装置。
4. 前記ピニオンが、前記噛み合わせ前において前記リングギヤに対して非接触の状態で配置されており、
   前記ピニオンを前記リングギヤに向かう方向へ移動させる第１ソレノイドと、該第１ソレノイドの通電状態を制御する第１スイッチ手段と、前記モータの通電及び非通電を切り替えるモータ通電用の接点を開閉する第２ソレノイドと、該第２ソレノイドの通電状態を制御する第２スイッチ手段と、を備えるスタータに適用され、
   前記第１スイッチ手段により前記第１ソレノイドの通電状態をオン状態からオフ状態に切り替えてから、前記噛み合わせの解除が完了するまでに要する所要時間に基づいて、前記第２スイッチ手段により前記モータの通電状態をオン状態からオフ状態に切り替える請求項１乃至３のいずれか一項に記載のスタータの制御装置。
5. 前記クランキングの開始後に前記エンジンが完爆に至ったことを判定する完爆判定手段を備え、
   前記完爆判定手段により前記エンジンが完爆に至ったと判定されるまでの期間、前記ピニオンの回転停止を禁止する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のスタータの制御装置。
6. 前記モータによる前記ピニオンの回転を停止させる回転停止タイミングを設定する設定手段を備え、
   前記噛み合い解除手段は、前記設定手段により設定される回転停止タイミングよりも前に前記噛み合わせの解除を実施する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のスタータの制御装置。

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