JP5910211B2 - 車両搭載エンジンの始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの自動停止中に所定の再始動条件が成立したときはエンジンを再始動させる車両搭載エンジンの始動装置に関し、特に、始動モータを２つ備えた車両搭載エンジンの始動装置に関する。

従来、燃費の改善やＣＯ_２の削減を図るため、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンが自動停止し、その後、所定の再始動条件が成立したときにエンジンが再始動する、いわゆるアイドルストップ機能を搭載した車両が知られている。

例えば、特許文献１には、クランクシャフトに連結されたリングギヤに一時的にピニオンギヤを噛合させてモータ駆動することによりクランクシャフトを回転させるギヤ式スタータと、前記リングギヤと反対側に設けられたクランクプーリをベルト及びスタータプーリを介してモータ駆動することによりクランクシャフトを回転させるベルト式スタータとを備え、エンジン始動に必要なトルクが大きいときは前記ギヤ式スタータと前記ベルト式スタータとを協働させることが記載されている。

特開２００３−３２８９０７号公報（段落０００３、０００７、００３１）

ところで、アイドルストップ中のエンジンの再始動条件として、例えば運転者がアクセルペダルを踏み込む等、運転者の発進要求を含むものと、例えばエアコンの設定温度と車室内温度との差が大きくなったのでエアコンを稼働させる必要が生じた等、運転者の発進要求を含まないものとがある。エンジンの再始動時に、運転者の発進要求がある場合は、迅速なエンジン始動が求められ、運転者の発進要求がない場合は、静粛性や低振動性が求められる。

そこで、本発明は、アイドルストップ中のエンジンを再始動させる際に、運転者の発進要求がある場合とない場合とで、２つの始動モータを良好に使い分けることが可能な車両搭載エンジンの始動装置の提供を目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、所定の再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジンを再始動させる車両搭載エンジンの始動装置であって、クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に多い低速型始動モータと、クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に少ない高速型始動モータと、エンジンの再始動時において、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれている場合は、前記低速型始動モータと前記高速型始動モータとを駆動するとともにこれら始動モータの駆動開始と共に燃料供給を開始し、運転者の発進要求がない場合は、前記高速型始動モータのみを駆動するとともにエンジンの共振周波数に対応する回転数より大きい値に設定された所定回転までエンジンの回転数が増加したときに燃料供給を開始する再始動制御手段とが備えられていることを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置である（請求項１）。

本発明によれば、自動停止中のエンジンを再始動させる際に、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれている場合は、低速型と高速型の２つの始動モータを駆動するので、エンジンを迅速に始動することができ、一方、運転者の発進要求がない場合は、高速型の始動モータのみを駆動するので、始動モータの回転数が相対的に少なくなり、始動時の静粛性が確保される。
しかも、運転者の発進要求がないときは、エンジン回転が所定回転以上となってから燃焼が開始するので、燃焼が安定し、エミッション性能が向上する。また、エンジンの共振周波数を超えてから燃焼が開始するので、始動時の低振動性ひいては低騒音性が確保される。
また、本発明は、所定の再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジンを再始動させる車両搭載エンジンの始動装置であって、クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に多い低速型始動モータと、クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に少ない高速型始動モータと、エンジンの再始動時において、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれている場合は、少なくとも前記低速型始動モータを駆動するとともに当該低速型始動モータの駆動開始と共に燃料供給を開始し、運転者の発進要求がない場合は、前記高速型始動モータのみを駆動するとともにエンジンの共振周波数に対応する回転数より大きい値に設定された所定回転までエンジンの回転数が増加したときに燃料供給を開始する再始動制御手段とが備えられていることを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置を提供する（請求項２）。

本発明では、前記再始動制御手段は、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれていない場合は、前記高速型始動モータのみを駆動してエンジンを再始動させることが好ましい（請求項３）。

この構成によれば、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれていない場合は、エンジンの迅速始動性よりも、始動時の静粛性を確保することが優先される。

本発明では、前記再始動制御手段は、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれていない場合は、エンジン回転が所定回転以上となったときに燃料供給を開始することが好ましい（請求項４）。

この構成によれば、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれていない場合は、エンジン回転が所定回転以上となってから燃焼が開始するので、燃焼が安定し、エミッション性能が向上する。また、エンジンの共振周波数を超えてから燃焼が開始するので、始動時の低振動性ひいては低騒音性が確保される。

本発明では、前記低速型始動モータは、モータ側ギヤをクランクシャフト側ギヤに一時的に噛合させてクランクシャフトを回転させるギヤ式始動モータであり、前記高速型始動モータは、モータ側回転体とクランクシャフト側回転体とに巻き掛けられた巻き掛け部材を介してクランクシャフトを回転させる巻き掛け伝動式始動モータであることが好ましい（請求項５）。

本発明では、前記高速型始動モータは、巻き掛け部材を介してエンジンで駆動されるモータジェネレータであることが好ましい（請求項６）。

この構成によれば、減速・制動時の運動エネルギーを利用して発電を行うモータジェネレータを高速型始動モータに兼用するので、部品点数を削減できる。

本発明によれば、運転者の発進要求がある場合は、エンジンを迅速に始動することができ、運転者の発進要求がない場合は、始動時の静粛性や低振動性ひいては低騒音性が確保されるので、始動効率と商品性とに優れた車両搭載エンジンの始動装置が提供される。

本発明の実施形態に係る車両に搭載されたエンジンの全体構成図である。 前記エンジンを図１に関して上方から見たときの全体構成図である。 前記車両の電気系統の全体構成図である。 前記エンジンの制御システム図である。 運転者の発進要求の度合いが相対的に大きい場合の前記エンジンの再始動時の回転変化を示すタイムチャートである。 運転者の発進要求の度合いが相対的に小さい場合の前記エンジンの再始動時の回転変化を示すタイムチャートである。 運転者の発進要求がない場合の前記エンジンの再始動時の回転変化を示すタイムチャートである。 前記車両に搭載されたアイドルストップ機能におけるエンジン自動停止制御のフローチャートである。 前記アイドルストップ機能におけるエンジン再始動制御のフローチャートの一部分である。 図９のフローチャートの残りの部分である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。

（１）全体構成
図１に示す本発明の実施形態に係る車両搭載エンジン１は、４サイクル火花点火式ガソリンエンジンであり、シリンダヘッド１０及びシリンダブロック１１を有する。前記エンジン１は、図２に示すように、エンジン１の一端側から順に、１番気筒１２Ａ、２番気筒１２Ｂ、３番気筒１２Ｃ、及び４番気筒１２Ｄが形成されている。図１に示すように、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部に、図示しないコネクティングロッドによりクランクシャフト３に連結されたピストン１３が嵌挿され、前記ピストン１３の上方に燃焼室１４が形成されている。各気筒１２Ａ〜１２Ｄのピストン１３は、クランクシャフト３の回転に伴い、相互にクランク角で１８０°（１８０°ＣＡ）の位相差で上下に往復運動する。

本実施形態では、１番気筒１２Ａ、３番気筒１２Ｃ、４番気筒１２Ｄ、２番気筒１２Ｂの順に、吸気、圧縮、膨張、排気の各行程が行われる。

シリンダヘッド１０に点火プラグ１５及び燃料噴射弁１６が設けられている。前記点火プラグ１５の電極は、燃焼室１４の頂部で燃焼室１４を臨んでいる。前記点火プラグ１５は点火装置２７で駆動される。前記燃料噴射弁１６は、燃焼室１４の側方から燃焼室１４に燃料を直接噴射する。前記燃料噴射弁１６は、図示しないニードル弁及びソレノイドを内蔵し、図４に示すエンジン制御ユニット１００から入力されるパルス信号のパルス幅に対応する時間だけ開弁する。これにより、前記燃料噴射弁１６の開弁時間に応じた量の燃料が前記点火プラグ１５の電極付近に向けて噴射される。

シリンダヘッド１０に、燃焼室１４に開口する吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられている。前記吸気ポート１７及び前記排気ポート１８に吸気通路２１及び排気通路２２が接続され、前記吸気ポート１７及び前記排気ポート１８と燃焼室１４との連結部分に吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が配設されている。

図２に示すように、吸気通路２１は、上流側から順に、共通吸気通路２１ｃ、サージタンク２１ｂ、及び各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の独立吸気通路２１ａを含んでいる。前記共通吸気通路２１ｃにスロットルボディ２４が設けられ、前記スロットルボディ２４に、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに流入する空気量を調整可能なスロットル弁２４ａ、及び前記スロットル弁２４ａを駆動するアクチュエータ２４ｂが備えられている。前記スロットルボディ２４の近傍に、アイドリング回転速度制御装置（ＩＳＣ：Idling Speed Control device）２４ｃが配設されている。ＩＳＣ２４ｃは、図４に示すエンジン制御ユニット１００によって開弁量が変更可能な電磁駆動式のものである。スロットル弁２４ａの上流に、吸気流量を検出するエアフローセンサ２５が配設され、スロットル弁２４ａの下流に、吸気圧力を検出する吸気圧センサ２６が配設されている。

図１に示すように、前記エンジン１は、タイミングベルト４によりクランクシャフト３に連結されたモータジェネレータ２８を具備している。タイミングベルト４は、クランクシャフト３に組み付けられたクランクシャフト側プーリ３ａと、モータジェネレータ２８の駆動軸２８ａに組み付けられたモータジェネレータ側プーリ２８ｂとに巻き掛けられている。前記モータジェネレータ２８は、図示しないフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調整することにより発電量を調整するレギュレータ回路２８ｃを有する。前記モータジェネレータ２８は、図４に示すエンジン制御ユニット１００から前記レギュレータ回路２８ｃに入力される制御信号に基き、図３に示す車両電気負荷８２やバッテリ６の電圧等に対応した量の電気を発電する。

前記モータジェネレータ２８は、モータジェネレータ側プーリ２８ｂとクランクシャフト側プーリ３ａとに巻き掛けられたタイミングベルト４を介してエンジン１で駆動され、減速・制動時の運動エネルギーを利用して発電を行うものであると共に、モータジェネレータ側プーリ２８ｂとクランクシャフト側プーリ３ａとに巻き掛けられたタイミングベルト４を介してクランクシャフト３を回転（クランキング）させる巻き掛け伝動式始動モータにも兼用されている。前記モータジェネレータ２８は、特許請求の範囲の「高速型始動モータ」を構成する。

後に詳しく述べるように、減速・制動時の運動エネルギーを利用して発電を行うモータジェネレータ２８を高速型始動モータに兼用するので、部品点数を削減できるという利点がある。

図１に示すように、前記エンジン１は、エンジン１の始動に用いられるスタータ３６を具備している。前記スタータ３６は、スタータモータ３６ａ及びピニオンギア３６ｄを有している。ピニオンギア３６ｄの回転軸は、スタータモータ３６ａの出力軸と同軸で、前記回転軸に沿って往復移動可能である。クランクシャフト３に図示しないフライホイールが連結され、前記フライホイールにリングギア３５が固定されている。前記スタータ３６を用いてエンジン１を始動するときは、ピニオンギア３６ｄが所定の噛合位置に移動し、前記リングギア３５に一時的に噛合する。そして、ピニオンギヤ３６ｄがスタータモータ３６ａで駆動されることにより、クランクシャフト３が回転（クランキング）される。

前記スタータモータ３６ａは、ピニオンギヤ３６ｄをリングギア３５に一時的に噛合させてクランクシャフト３を回転させるギヤ式始動モータであり、特許請求の範囲の「低速型始動モータ」を構成する。

前記モータジェネレータ２８が始動モータとして機能する場合の減速比と、前記スタータモータ３６ａの減速比とを比較すると、モータジェネレータ側プーリ２８ｂとクランクシャフト側プーリ３ａとの間の減速比が、ピニオンギヤ３６ｄとリングギア３５との間の減速比よりも小さい値に設定されている。そのため、クランクシャフト３の回転に対するスタータモータ３６ａ（低速型始動モータ）の出力軸の回転が相対的に多くなり、クランクシャフト３の回転に対するモータジェネレータ２８（高速型始動モータ）の駆動軸２８ａの回転が相対的に少なくなる。

前記スタータ３６でエンジン１を始動させる形態は２つに大別される。１つは、運転者が図４に示すイグニションキースイッチ（ＩＧキースイッチ）３８を操作してスタータ３６を駆動させ、これによりエンジン１を始動させる形態である。これは「キー始動」と称される。もう１つは、アイドルストップ機能において、エンジン１の自動停止後の再始動時に、図４に示すエンジン制御ユニット１００が自動的にスタータ３６を駆動させ、これによりエンジン１を始動させる形態である。これは「自動再始動」又は単に「再始動」と称される。

また、エンジン１の「再始動」にも、例えば運転者がアクセルペダル（図示せず）を踏み込む等、運転者の発進要求による再始動と、例えばエアコンの設定温度と車室内温度との差が大きくなったのでエアコンを稼働させる必要が生じた等、運転者の発進要求によらない再始動とがある。エンジン１の再始動時に、運転者の発進要求がある場合は、迅速なエンジン始動が求められ、運転者の発進要求がない場合は、静粛性や低振動性が求められる。

図１に示すように、前記エンジン１は、クランクシャフト３の回転角を検出する２つのクランク角度センサ３０，３１を具備している。一方のクランク角度センサ３０から出力される検出信号（パルス信号）に基いてエンジン回転（すなわちエンジン回転数又はエンジン回転速度）が検出される。両クランク角度センサ３０，３１から出力される相互に位相のずれた検出信号（パルス信号）に基いてクランクシャフト３の回転角度が検出される。

図１に示すように、前記エンジン１は、吸気側カムシャフトの回転位置を検出するカム角度センサ３２、及びエンジン１の冷却水の温度を検出する水温センサ３３を具備している。

本実施形態に係る車両は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト３）が車体幅方向に延びるように配置されたエンジン横置きのフロントエンジン・フロントドライブ（ＦＦ）車両である。また、図３に示すように、本実施形態に係る車両は、エンジン１の出力軸に自動変速機２が接続されたＡＴ車両である。エンジン１の回転は、自動変速機２及び差動装置（図示せず）を介して左右の前輪（図示せず）に伝達される。

（２）電気系統
次に、図３を参照して、本実施形態に係る車両の電気系統を説明する。

図３に示すように、前記車両の電気系統は、各種ライトやエアコンあるいは計器類等からなる車両電気負荷８２と、前記車両電気負荷８２とモータジェネレータ２８との間に介設されたＤＣ／ＤＣコンバータ５と、前記車両電気負荷８２に電力を供給する鉛蓄電池からなるバッテリ６とを含んでいる。前記バッテリ６にはスタータ３６も接続されている。

前述したように、モータジェネレータ２８は、モータジェネレータ側プーリ２８ｂとクランクシャフト側プーリ３ａとに巻き掛けられたタイミングベルト４を介してエンジン１の出力軸（クランクシャフト３）に連結されている。

車両の減速・制動時にモータジェネレータ２８で発電された回生電力を蓄電するキャパシタユニット２９がモータジェネレータ２８と直列に接続されている。

前記キャパシタユニット２９は、単一の電気二重層キャパシタからなるキャパシタセル（図示せず）を複数（例えば１０個）直列に接続したものである。各キャパシタセルは、それぞれ内部抵抗を有している。内部抵抗の抵抗値は、一般に、新品時において１ｍΩ程度である。キャパシタユニット２９が正常な場合のキャパシタユニット２９全体の最大電圧は２５．２Ｖである。キャパシタセルの数は状況に応じて適宜の数を選択することができる。キャパシタユニット２９全体の最大電圧（２５．２Ｖ）は、バッテリ６の電圧（例えば１２Ｖ）より大きい。

車両の減速・制動時は、回生制動により、モータジェネレータ２８が発電機として機能する。モータジェネレータ２８の出力電圧は、インバータ２８ｄにより交流電圧から所望の直流電圧に変換される。回生電力は、キャパシタユニット２９に供給されると共に、電圧変換器としてのＤＣ／ＤＣコンバータ５を介してバッテリ６にも供給される。

キャパシタユニット２９に蓄積された電力は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介してバッテリ６に移送される。ＤＣ／ＤＣコンバータ５は、キャパシタユニット２９の側からバッテリ６の側へ降圧コンバータ機能を有する。

キャパシタユニット２９に蓄積された電力でバッテリ６を充電することにより、キャパシタユニット２９に蓄積された電力の有効利用が図られる。そのうえ、バッテリ６への電力供給によりキャパシタ電圧が低下するので、キャパシタユニット２９の劣化の進行が抑制される。

図４に示すＩＧキースイッチ３８が切られた後、再びエンジン１が「キー始動」される際には、バッテリ６からスタータ３６又はモータジェネレータ２８へ電力が供給される。その結果、スタータモータ３６ａ又はモータジェネレータ２８が駆動され、クランクシャフト３が回転される。

エンジン１が「キー始動」された後に、キャパシタユニット２９に蓄積されている電力はモータジェネレータ２８の駆動に使用される。これにより、アイドルストップ機能において、自動停止しているエンジン１を「再始動」させる際に、キャパシタユニット２９に残存している電力を利用することができる。これによりバッテリ６の消耗が抑制される。

モータジェネレータ２８での発電は、基本的に車両の減速・制動時にのみ行われ、その電力はキャパシタユニット２９に集中的に充電される。これにより、減速・制動時のエネルギーが回生電力として回収される。モータジェネレータ２８は、発電された交流電力を直流電力に変換するインバータ２８ｄを内蔵している。モータジェネレータ２８による発電電力は、前記インバータ２８ｄで直流に変換された後にキャパシタユニット２９に送られる。キャパシタユニット２９は、最大で約２５Ｖまで充電可能であり、これを超える分のモータジェネレータ２８の発電電力については、ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して（ＤＣ／ＤＣコンバータ５で降圧されてから）バッテリ６に送られる。

一方、減速・制動時以外の運転状態（アイドリング時、定常走行時、又は加速時）では、モータジェネレータ２８での発電は基本的に行われない。すなわち、車両の減速・制動時に前記キャパシタユニット２９に充電された電力は、前記ＤＣ／ＤＣコンバータ５を介して逐次バッテリ６に送られ、そこで蓄えられる。そして、減速・制動時以外の運転状態では、前記バッテリ６に蓄えられた電力が車両電気負荷８２に供給される。これにより、モータジェネレータ２８を作動させることなく車両電気負荷８２の電力が賄われる。もちろん、車両の走行シーンによっては、減速・制動時以外の運転状態において、モータジェネレータ２８での発電が一時的に行われることがあってもよい。

ここで、前記のように、複数の電気二重層キャパシタを直列に接続したキャパシタユニット２９と、鉛蓄電池からなるバッテリ６とを併用しているのは、キャパシタユニット２９及びバッテリ６のそれぞれの特性を生かして減速・制動時のエネルギーを効率よく回収するためである。すなわち、キャパシタユニット２９は、コンデンサのように電荷を物理的に蓄えるものであるため、大電流を瞬時に受け入れることが可能であり、減速・制動時にモータジェネレータ２８で集中的に発電される電力を一時的に蓄電するのに適している。一方、バッテリ６は、化学反応を利用した蓄電装置であり、一時的な大電流には対応できないが、前記キャパシタユニット２９に比べて充電容量が大きいという性質がある。そこで、モータジェネレータ２８で発電された電力をいったんキャパシタユニット２９で蓄えた後で、容量の大きいバッテリ６へと送るようにしている。なお、キャパシタユニット２９に蓄えられた電力は、バッテリ６を経由することなく、車両電気負荷８２に直接供給される場合もある。

（３）制御系
（３−１）システム構成
図４は、本実施形態に係る車両のエンジン制御ユニット１００を中心とする制御システム図である。

エンジン制御ユニット１００は、前述した、エアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、クランク角度センサ３０，３１、カム角度センサ３２、水温センサ３３、及びＩＧキースイッチ３８等から信号を入力する。エンジン制御ユニット１００は、さらに、運転者により踏み込み操作されるアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ３４、ブレーキペダル（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦ（すなわちブレーキの有無）を検出するブレーキセンサ３７、及び車両の車速を検出する車速センサ３９等からも信号を入力する。

エンジン制御ユニット１００は、前述した、ＤＣ／ＤＣコンバータ５、燃料噴射弁１６、スロットル弁２４ａのアクチュエータ２４ｂ、点火装置２７、モータジェネレータ２８、スタータモータ３６ａ、及び車両電気負荷８２等に制御信号を出力する。

エンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース、及びこれらを接続するバスを有するマイクロプロセッサで構成されている。エンジン制御ユニット１００は、運転状態判定部１０１、燃焼制御部１０２、スタータ制御部１０３、モータジェネレータ制御部１０４、電気負荷制御部１０６、及びアイドルストップ制御部１０７を論理的に構成している。

運転状態判定部１０１は、エアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、クランク角度センサ３０，３１、カム角度センサ３２、水温センサ３３、及びアクセル開度センサ３４からのセンサ信号に基づき各気筒１２Ａ〜１２Ｄのピストン１３の位置や、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内温度、又はエンジン１が正転しているか否か等、種々の運転状態を判定するものである。この運転状態判定部１０１は、クランク角度センサ３０，３１からの信号に基き、ピストン１３の位置を演算し、エンジン１が自動停止しているときの各ピストン１３の停止位置を判定するものでもある。

燃焼制御部１０２は、エアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、クランク角度センサ３０，３１、カム角度センサ３２、水温センサ３３、及びアクセル開度センサ３４からの信号に基き、エンジン１の適正なスロットル開度（吸気量）、燃料噴射量、燃料噴射タイミング、及び点火時期を設定し、その制御信号を燃料噴射弁１６、スロットル弁２４ａのアクチュエータ２４ｂ、点火装置２７に出力する。

スタータ制御部１０３は、エンジン１の「キー始動」及び「再始動」において、スタータ３６に制御信号を出力し、スタータモータ３６ａを駆動させる。

モータジェネレータ制御部１０４は、モータジェネレータ２８の適切な発電量を設定し、その駆動信号を前記レギュレータ回路２８ｃに出力する。通常は、出力電圧（レギュレート電圧）の目標値（例えば１３Ｖ）が設定され、エンジン回転等が変動してもその目標値を維持するように発電量をフィードバック制御する。

電気負荷制御部１０６は、運転者や搭乗者のスイッチ操作に基いて、又は自動的に、車両電気負荷８２を作動させ、又は車両電気負荷８２の作動状態を変化させる。車両電気負荷８２は、すでに述べたものの他、例えば、エアバッグコントロールユニット、電子油圧式パワーステアリングコントロールユニット、ナビゲーションシステム、オーディオ、各種メータ類、各種ライト、デフォッガ等が挙げられる。電気負荷制御部１０５は、スタータ３６の駆動時に、スタータ３６への電力供給をより多く確保するために、必要に応じて車両電気負荷８２への電力供給を制限する。

アイドルストップ制御部１０７は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジン１を自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立したときにエンジン１を再始動させるアイドルストップ機能を実現する。

前記エンジン制御ユニット１００は、特許請求の範囲の「再始動制御手段」を構成する。

（３−２）特徴的動作と作用
前記エンジン制御ユニット１００が行う特徴的動作を説明する。図５〜図７は、本実施形態に係るエンジン１の再始動時の回転変化を示すタイムチャートである。

運転者がブレーキペダルを踏み込んだ状態で車速が略ゼロになる等、所定の自動停止条件が成立すると、アイドルストップ機能が作動して、エンジン１が自動停止する。このエンジン１の自動停止中に、所定の再始動条件が成立すると、アイドルストップ機能が解除されて、エンジン１が再始動する。

前述したように、アイドルストップ中のエンジン１の再始動条件として、例えば運転者がアクセルペダルを踏み込む等、運転者の発進要求を含むものと、例えばエアコンの設定温度と車室内温度との差が大きくなったのでエアコンを稼働させる必要が生じた等、運転者の発進要求を含まないものとがある。エンジン１の再始動時に、運転者の発進要求がある場合は、迅速なエンジン始動が求められ、運転者の発進要求がない場合は、静粛性や低振動性が求められる。

そこで、本実施形態では、アイドルストップ中のエンジン１を再始動させる際に、運転者の発進要求がある場合とない場合とで、モータジェネレータ２８とスタータモータ３６ａとの２つの始動モータを使い分けるようにした。さらに、本実施形態では、運転者の発進要求があり、且つ、その度合いが相対的に大きい場合と、運転者の発進要求があり、且つ、その度合いが相対的に小さい場合とでも、モータジェネレータ２８とスタータモータ３６ａとの２つの始動モータを使い分けるようにした。なお、運転者の発進要求の度合いは、例えば、アクセルペダルを踏み込んでいるか否かや、アクセルペダルを踏み込んでいる場合の踏込量等で判断できる。

［運転者の発進要求があり且つその度合いが相対的に大きい場合］
例えば、運転者がブレーキペダルの踏み込みを解除し且つアクセルペダルの踏込量が相対的に大きい等、運転者の発進要求の度合いが相対的に大きい場合は、図５に示すように、前記スタータモータ３６ａと前記モータジェネレータ２８との両モータを駆動してエンジン１を再始動させる。これにより、エンジン１を迅速に始動することができる。

また、始動モータ３６ａ，２８の駆動開始と共に燃料供給を開始して燃焼を行う（図中、△印は燃料噴射を表す。図６及び図７において同様。）。これにより、エンジン１をさらに迅速に始動することができる。なお、スタータモータ３６ａは低速型始動モータであり、モータジェネレータ２８は高速型始動モータであるから、スタータモータ３６ａは相対的に早い時点ｔ１で駆動が停止され、モータジェネレータ２８は相対的に遅い時点ｔ２で駆動が停止される。

なお、スタータモータ３６ａとモータジェネレータ２８とを同時に駆動開始してもよいが、先にスタータモータ３６ａの駆動を開始した後、遅れてモータジェネレータ２８の駆動を開始することが好ましい。先にスタータモータ３６ａの駆動を開始するので、ピニオンギヤ３６ｄとリングギア３５とを停止状態で噛合させることができ、ギヤ式始動モータであるスタータモータ３６ａの駆動を円滑に開始することができる。また、クランクシャフト３が回転している状態で巻き掛け伝動式始動モータであるモータジェネレータ２８の駆動を開始するので、タイミングベルト４の滑りを抑制できる。さらに、モータジェネレータ２８の駆動を遅らせずに開始する場合に比べて、モータジェネレータ２８の駆動時間が短くなるので、消費電力が少なくて済む。一方、スタータモータ３６ａとモータジェネレータ２８とを併せて駆動するので、始動時間が短くなり、迅速始動性が保たれる。

また、スタータモータ３６ａの駆動を開始した後、遅れてモータジェネレータ２８の駆動を開始する場合に、運転者の発進要求の度合いが大きいほど、モータジェネレータ２８の駆動の開始を遅らせる時間を短くすることが好ましい。運転者の発進要求の度合いが大きいほど、エンジン１をより迅速に始動できるという利点がある。

［運転者の発進要求があり且つその度合いが相対的に小さい場合］
例えば、運転者がブレーキペダルの踏み込みを解除しただけでアクセルペダルを踏み込まない、あるいはアクセルペダルの踏込量が相対的に小さい等、運転者の発進要求の度合いが相対的に小さい場合は、図６に示すように、前記モータジェネレータ２８のみを駆動してエンジン１を再始動させる。これにより、エンジン１の迅速始動性よりも、始動時の静粛性を確保することが優先される。

モータジェネレータ２８が静粛性に優れる理由は、前述したように、クランクシャフト３の回転に対するモータジェネレータ２８の駆動軸２８ａの回転が相対的に少ないこと、駆動形式がベルト４及びプーリ３ａ，２８ｂによる巻き掛け伝動式であること等による。エンジン回転の上昇が図５の場合に比べて遅いため、モータジェネレータ２８は、図５の時点ｔ２よりも遅い時点ｔ３で駆動が停止される。

［運転者の発進要求がない場合］
例えば、エアコンを稼働させる必要が生じた、アイドルストップ時間が長時間に及んだ等、システム上の理由でエンジン１を再始動させる場合は、運転者の発進要求がない。この場合は、図７に示すように、前記モータジェネレータ２８のみを駆動してエンジン１を再始動させる。これにより、エンジン１の迅速始動性よりも、始動時の静粛性を確保することが優先される。運転者は、エンジン１が再始動することを知らないから、始動時の静粛性を確保することの利点は大きい。

また、燃料供給は、モータジェネレータ２８の駆動開始と共に開始するのではなく、所定時間遅らせて開始する。あるいは、エンジン回転が所定回転（例えば４００〜５００ｒｐｍ）以上となったときに開始する。これにより、エンジン１の共振周波数（例えば２００〜３００Ｈｚ）を超えてから燃焼が開始するので、始動時の低振動性ひいては低騒音性が確保される。これも、運転者は、エンジン１が再始動することを知らないから、始動時の低振動性ひいては低騒音性が確保されることの利点は大きい。また、エンジン回転が上昇し、所定回転以上となってから燃焼が開始するので、燃焼が安定し、エミッション性能が向上するという利点もある。エンジン回転の上昇が図６の場合に比べてさらに遅いため、モータジェネレータ２８は、図６の時点ｔ３よりもさらに遅い時点ｔ４で駆動が停止される。

（３−３）制御動作
次に、フローチャートを参照して、エンジン制御ユニット１００が行うアイドルストップ制御の具体的動作を説明する。

［自動停止制御］
エンジン１の自動停止制御は、図８に示すフローチャートに従って実行される。この制御が開始すると、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１で、各種センサ値を読み込んだ後、ステップＳ２で、エンジン１の自動停止条件が成立したか否かを判定する。

本実施形態では、エンジン制御ユニット１００は、ＩＧキースイッチ３８がオンであること、Ｄレンジ等の走行レンジが選択されていること、車速が所定車速以下（車速がゼロの状態や車両がクリープ力で動いている状態を含む）であること、及びブレーキ踏込量が所定の踏込量以上（ブレーキ油圧が所定の油圧以上）であることの全てが満足されたときに、前記自動停止条件が成立したと判定する。

その結果、前記自動停止条件が成立したと判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ３で、燃料噴射弁１６からの燃料噴射を停止する燃料カットを開始すると共に、主として掃気のためにスロットル弁２４ａを開弁する（スロットル弁２４ａの開度をそれまでの開度よりも大きくする）。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ４で、エンジン回転が第１所定回転Ｎ１以下か否かを判定する。その結果、エンジン回転が第１所定回転Ｎ１以下と判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ５で、スロットル弁２４ａを閉弁する（スロットル弁２４ａの開度をそれまでの開度よりも小さくする）。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ６で、エンジン１が完全に停止したか否かを判定する。その結果、エンジン１が完全に停止したと判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ７で、クランク角度センサ３０，３１からの信号に基き、各ピストン１３の停止位置を記憶する。そして、この制御が終了する。

［再始動制御］
エンジン１の再始動制御は、図９及び図１０に示すフローチャートに従って実行される。この制御が開始すると、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１１で、各種センサ値を読み込んだ後、ステップＳ１２で、エンジン１の再始動条件が成立したか否かを判定する。

本実施形態では、エンジン制御ユニット１００は、ＩＧキースイッチ３８がオンであること、Ｄレンジ等の走行レンジが選択されていること、車速が所定車速以下であること、及びブレーキセンサ３７からの信号がＯＦＦ（ブレーキペダル未踏込）であることの全てが満足されたときに、前記再始動条件が成立したと判定する。つまり、運転者の発進要求がある場合に、前記再始動条件は成立したと判定される。

本実施形態では、エンジン制御ユニット１００は、前記要件以外に、例えば、エアコンの設定温度と車室内温度との差が大きくなったこと、アイドルストップ時間が長時間に及んだこと等、システム上の理由からエンジン１を再始動させる必要が生じたときにも、前記再始動条件が成立したと判定する。つまり、運転者の発進要求がない場合にも、前記再始動条件は成立したと判定される。

その結果、前記再始動条件が成立したと判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１３で、ブレーキセンサ３７からの信号がＯＦＦ（ブレーキペダル未踏込）であるか否かを判定する。その結果、ブレーキセンサ３７からの信号がＯＦＦであると判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１４で、アクセル開度センサ３４からの信号がＯＮ（アクセルペダル踏込）であるか否かを判定する。その結果、アクセル開度センサ３４からの信号がＯＮであると判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１５に進む。これは、運転者の発進要求があり且つその度合いが相対的に大きい場合であって、前述の図５に示すような制御動作が行われる。

一方、前記ステップＳ１４の判定の結果、アクセル開度センサ３４からの信号がＯＦＦ（アクセルペダル未踏込）であると判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２２に進む。これは、運転者の発進要求があり且つその度合いが相対的に小さい場合であって、前述の図６に示すような制御動作が行われる。

また、一方、前記ステップＳ１３の判定の結果、ブレーキセンサ３７からの信号がＯＮ（ブレーキペダル踏込）であると判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２５に進む。これは、運転者の発進要求がない場合であって、前述の図７に示すような制御動作が行われる。

運転者の発進要求があり且つその度合いが相対的に大きい場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１５で、停止時膨張行程気筒（エンジン１の自動停止中に膨張行程にある気筒のこと）にピストン１３の停止位置を考量して設定した量の燃料を噴射し、且つ、スタータモータ３６ａとモータジェネレータ２８とを同時に駆動開始する。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１６で、噴射した燃料の気化時間を考慮して設定したタイミングで前記停止時膨張行程気筒に対して点火を行う。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１７で、順次他の気筒に対して圧縮行程で継続して燃焼を行い、ステップＳ１８で、エンジン回転が第３所定回転Ｎ３（例えば３００ｒｐｍ）以上か否かを判定する。その結果、エンジン回転が第３所定回転Ｎ３以上と判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ１９で、スタータモータ３６ａの駆動を停止させる（時点ｔ１）。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２０で、エンジン回転がアイドル回転（例えば７００ｒｐｍ）以上か否かを判定する。その結果、エンジン回転がアイドル回転以上と判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２１で、モータジェネレータ２８の駆動を停止させる（時点ｔ２）。そして、この制御が終了する。この制御動作の特徴及び作用は図５を参照してすでに述べたのでここでは繰り返さない。

一方、運転者の発進要求があり且つその度合いが相対的に小さい場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２２で、停止時膨張行程気筒にピストン１３の停止位置を考量して設定した量の燃料を噴射し、且つ、モータジェネレータ２８のみを駆動開始する。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２３で、噴射した燃料の気化時間を考慮して設定したタイミングで前記停止時膨張行程気筒に対して点火を行う。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２４で、順次他の気筒に対して圧縮行程で継続して燃焼を行う。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２０で、エンジン回転がアイドル回転以上か否かを判定する。その結果、エンジン回転がアイドル回転以上と判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２１で、モータジェネレータ２８の駆動を停止させる（時点ｔ３）。そして、この制御が終了する。この制御動作の特徴及び作用は図６を参照してすでに述べたのでここでは繰り返さない。

また、一方、運転者の発進要求がない場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２５で、モータジェネレータ２８のみを駆動開始する。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２６で、エンジン回転が第２所定回転Ｎ２（例えば４００〜５００ｒｐｍ）以上か否かを判定する。その結果、エンジン回転が第２所定回転Ｎ２以上と判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２７で、次の圧縮行程気筒にエンジントルクを考量して設定した量の燃料を噴射する。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２８で、噴射した燃料の気化時間を考慮して設定したタイミングで前記圧縮行程気筒に対して点火を行う。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２９で、順次他の気筒に対して圧縮行程で継続して燃焼を行う。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２０で、エンジン回転がアイドル回転以上か否かを判定する。その結果、エンジン回転がアイドル回転以上と判定したときは、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２１で、モータジェネレータ２８の駆動を停止させる（時点ｔ４）。そして、この制御が終了する。この制御動作の特徴及び作用は図７を参照してすでに述べたのでここでは繰り返さない。

（４）他の変形例
運転者の発進要求の度合いが相対的に小さい場合（図６参照）に、燃料供給を、モータジェネレータ２８の駆動開始と共に開始するのではなく、所定時間遅らせて開始、あるいは、エンジン回転が所定回転（例えば４００〜５００ｒｐｍ）以上となったときに開始してもよい。これにより、エンジン１の共振周波数（例えば２００〜３００Ｈｚ）を超えてから燃焼が開始するので、始動時の低振動性ひいては低騒音性が確保される。また、エンジン回転が上昇し、所定回転以上となってから燃焼が開始するので、燃焼が安定し、エミッション性能が向上するという利点もある。

電気系統（図３参照）は、状況に応じて、キャパシタユニット２９のない１電源系でも構わない。あるいは、キャパシタユニット２９に代えて、第２のバッテリを備えて、２つのバッテリを有する２電源系とすることもできる。

エンジンは、ガソリンエンジンに限らず、圧縮自己着火式エンジンでも構わない。圧縮自己着火式エンジンの例として、軽油を自己着火により燃焼させるディーゼルエンジンや、ガソリンを含む燃料を高圧縮比で圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：Homogeneous-Charge Compression Ignition）型エンジン等が挙げられる。

１ エンジン
３ クランクシャフト
３ａ クランクシャフト側プーリ（クランクシャフト側回転体）
４ タイミングベルト（巻き掛け部材）
２８ モータジェネレータ（高速型始動モータ）
２８ａ モータジェネレータ駆動軸（モータ出力軸）
２８ｂ モータジェネレータ側プーリ（モータ側回転体）
３５ リングギヤ（クランクシャフト側ギヤ）
３６ａ スタータモータ（低速型始動モータ）
３６ｄ ピニオンギヤ（モータ側ギヤ）
１００ エンジン制御ユニット（再始動制御手段）

Claims (6)

1. 所定の再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジンを再始動させる車両搭載エンジンの始動装置であって、
   クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に多い低速型始動モータと、
   クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に少ない高速型始動モータと、
   エンジンの再始動時において、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれている場合は、前記低速型始動モータと前記高速型始動モータとを駆動するとともにこれら始動モータの駆動開始と共に燃料供給を開始し、運転者の発進要求がない場合は、前記高速型始動モータのみを駆動するとともにエンジンの共振周波数に対応する回転数より大きい値に設定された所定回転までエンジンの回転数が増加したときに燃料供給を開始する再始動制御手段とが備えられていることを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置。
2. 所定の再始動条件が成立したときに自動停止中のエンジンを再始動させる車両搭載エンジンの始動装置であって、
   クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に多い低速型始動モータと、
   クランクシャフトの回転に対するモータ出力軸の回転が相対的に少ない高速型始動モータと、
   エンジンの再始動時において、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれている場合は、少なくとも前記低速型始動モータを駆動するとともに当該低速型始動モータの駆動開始と共に燃料供給を開始し、運転者の発進要求がない場合は、前記高速型始動モータのみを駆動するとともにエンジンの共振周波数に対応する回転数より大きい値に設定された所定回転までエンジンの回転数が増加したときに燃料供給を開始する再始動制御手段とが備えられていることを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置。
3. 請求項１または２に記載の車両搭載エンジンの始動装置において、
   前記再始動制御手段は、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれていない場合は、前記高速型始動モータのみを駆動してエンジンを再始動させることを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置。
4. 請求項３に記載の車両搭載エンジンの始動装置において、
   前記再始動制御手段は、運転者の発進要求があり、且つ、アクセルペダルが踏み込まれていない場合は、エンジン回転が所定回転以上となったときに燃料供給を開始することを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載の車両搭載エンジンの始動装置において、
   前記低速型始動モータは、モータ側ギヤをクランクシャフト側ギヤに一時的に噛合させてクランクシャフトを回転させるギヤ式始動モータであり、
   前記高速型始動モータは、モータ側回転体とクランクシャフト側回転体とに巻き掛けられた巻き掛け部材を介してクランクシャフトを回転させる巻き掛け伝動式始動モータであ
   ることを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の車両搭載エンジンの始動装置において、
   前記高速型始動モータは、巻き掛け部材を介してエンジンで駆動されるモータジェネレータであることを特徴とする車両搭載エンジンの始動装置。
   

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