JP6295740B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動装置に関する。

従来のエンジン始動方法として、飛び込み式スタータにてエンジンを低速回転させた後に、燃料を燃焼室に噴射し、燃焼室での燃焼によってアイドル回転数まで引き上げるという方法がある。

しかしながら、この方法では低速回転域（４００ｒｐｍ以下）からアイドル回転数までの引き上げを燃焼のみで行うものであるため、燃費が悪化するという問題が生じる。燃料を噴射する前にアイドル回転数付近まで引き上げることにより、燃費を向上させる技術が求められている。

燃料を噴射する前にアイドル回転数付近まで引き上げる始動方法として、電動機兼発電機いわゆるＩＳＧ（インテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ）を用いてエンジンを始動する方法や、ＭＧ（モータジェネレータ）を用いてエンジンを始動する方法がある。
しかしながら、ＩＳＧやＭＧは高価であるという問題点がある。また、交流機であるため、直流モータを搭載する飛び込み式スタータと比較して、始動性が悪いという問題もあった。
また、一方で直流モータを搭載する飛び込み式スタータによって高速回転域までクランキングするためには、クランキング音を低減するための技術が必要となる。

そこで出願人は、クランキング音を低減しつつ、安価な飛び込み式スタータを用いて燃料噴射前に、高速回転域までエンジン回転数を引き上げることの可能な始動装置として、高速クランキング始動装置を考案した（周知技術ではない。特願２０１３−２６１０９２号参照）。

この高速クランキング始動装置では、４５０ｒｐｍ以上の高速回転域までエンジンをクランキング回転可能なモータ性能を有する直流モータを搭載したスタータを用いる。そして、スタータにて４５０ｒｐｍ以上の所定回転数まで所定時間Ｔａ内にクランキングし、着火前にスタータの駆動をＯＦＦにしている。所定時間Ｔａは短く設定されており、クランキング音をユーザが騒音と感じにくくなるようになっている。

ところで、高速クランキング始動装置では、クランキング時間が短いので運転手（ユーザ）はエンジンがかかったかどうかを音で認識することが困難となる可能性がある。また、高速回転域まで短い時間でクランキングするため、高速クランキング始動装置によるクランキング音は、従来の低速回転域までクランキングする場合のクランキング音とは異質であり、ユーザがクランキング音として認識しにくい場合もある。この場合、クランキングが正常になされたかどうかを音で認識することが困難となる。

このため、イグニッションキー（ＩＧキー）のオン操作により発生するエンジン始動信号に応答して前記エンジンを始動させるキー始動時や、アイドルストップからの再始動時に、既にエンジンが始動しているにも関わらず、ユーザは、エンジンが始動していないと勘違いをしてＩＧキーを再び操作してしまう虞がある。
４５０ｒｐｍ以上のクランキングは高回転領域であるので、既にエンジンが始動しているにも関わらず、ＩＧキーの再操作によってスタータが駆動すると、従来の低回転領域までのクランキング仕様の場合と比べて、リングギヤ及びピニオンの磨耗や異音が生じてしまう。

なお、特許文献１には、アイドリングストップシステムにおいて、エンジン回転数降下中の再始動要求があった場合に、回転数が所定の回転数まで降下するまでスタータの駆動を禁止する禁止時間を設ける技術がある。しかし、キー始動時にスタータの駆動を禁止する点については一切記載されていない。また、特許文献１には、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数までエンジンをクランキングする始動装置に特有の、ユーザのエンジン始動非認識という課題については記載されていない。

特開２００８−１２８１３７号公報

そこで、本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、高速クランキング始動装置において、エンジン始動非認識に伴うＩＧキー再操作があった場合に、スタータ駆動を禁止してリングギヤ及びピニオンの磨耗や異音の発生を防止することにある。

本発明のエンジン始動装置は、スタータとスタータ駆動禁止手段とを備える。
スタータは、回転力を発生するモータ、このモータの回転力が伝達されて回転するピニオン、及びピニオンをエンジンのリングギヤと噛合う噛合位置まで移動させる移動手段を有し、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数まで０．３秒以内でエンジンをクランキングする。

スタータ駆動禁止手段は、ユーザによるＩＧキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号に応答してスタータを駆動してクランキングを開始するキー始動時において、イグニッションキーのＯＮ操作の後に、再びイグニッションキーのＯＮ操作があった場合でもスタータの駆動を禁止する禁止時間Ｔを設ける。
もしくは、アイドルストップからの再始動要求により発生するエンジン始動信号に応答してスタータを駆動してクランキングを開始する再始動時において、再始動要求の後にイグニッションキーのＯＮ操作があった場合でもスタータの駆動を禁止する禁止時間Ｔを設ける。

本発明によれば、ユーザがエンジン始動を音で認識できずに、キー始動時に再びＩＧキーを操作してしまったり、再始動時に不用意にＩＧキーを操作してしまったりした場合でも、スタータの駆動が禁止されるため、始動後にスタータが駆動してリングギヤ及びピニオンが磨耗してしまうのを防止できる。

エンジン始動装置の全体構成図である（実施例１）。 エンジン回転数、モータ駆動電流のタイミングチャートである（実施例１）。 スタータの制御処理を表すフロー図である（実施例１）。 クランキング時間Ｔａと禁止時間Ｔとの相関図である（実施例１）。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例〕
〔実施例の構成〕
実施例を図１〜４を用いて説明する。
このエンジン始動装置１は、エンジンの停止および再始動を自動制御するアイドルストップシステム搭載車両に適用され、エンジン２の始動を行うスタータ３と、スタータ３の作動を制御する電子制御装置であるＥＣＵ４等を備えている。
本実施例のエンジン２は、火花点火式のガソリンエンジンである。

本実施例のスタータ３は、４５０ｒｐｍ以上の高速回転域までエンジン２をクランキング可能な飛び込み式スタータであって、モータ７、ピニオン８、及び電磁スイッチ９等により構成されている。
モータ７は、フレームを兼ねるヨークの内周に永久磁石（界磁コイルでも良い）を配置して構成される界磁（図示せず）、電機子軸の外周に整流子（図示せず）を備える電機子、整流子の外周上に配置されるブラシ（図示せず）等を有する直流整流子モータである。
このモータ７は、アイドル回転数までエンジン２をクランキング可能なモータ性能を有している。

ピニオン８は、モータ７の出力軸上に配される小径のギヤであり、リングギヤ１１に噛合うことでモータ７の回転力をリングギヤ１１に連結されたエンジン２のクランク軸１２に伝達する。

電磁スイッチ９は、シフトレバーを介してピニオン８を押し出してピニオン８をエンジン２のリングギヤ１１と噛合う噛合位置まで移動させるピニオン移動手段として機能するとともに、モータ７への通電をオン・オフするモータスイッチとして機能する。

ＥＣＵ４は、エンジン回転数を検出する回転数センサ１３、ＩＧキー、ブレーキセンサ等からの信号に基づいて、スタータ３への通電を制御するスタータ制御手段として機能する。

エンジン始動装置１は、ピニオン８をリングギヤ１１に噛み合わせた状態でモータ７を回転させることでエンジン２のクランキングを実施し、ピニオン８とリングギヤ１１との噛み合わせを解除する、もしくは、モータ７への通電を停止させることでエンジン２のクランキングを停止する。

すなわち、ＥＣＵ４は、エンジン２の始動指令があった際、スタータ３を駆動ＯＮ状態にしてエンジン２をクランキングする。

駆動ＯＮ状態とは、ピニオン８がリングギヤ１１との噛合位置まで移動してリングギヤ１１と噛合った状態で、且つ、モータ７に通電された状態であり、クランク軸１２にモータ７の回転力を伝達させる状態である。

エンジン２の始動指令とは、例えば、エンジン停止時にＩＧキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号である。なお、ＩＧキー操作ＯＮとは、例えば、イグニッションキーシリンダに挿入した車両のキーを回してスタート位置にするキー回動操作や、エンジン始動用のスイッチボタンを押すプッシュ操作などである。

また、アイドルストップシステム搭載車両では、一般的にアイドルストップがブレーキＯＦＦ操作により解除されてエンジンが再始動される。従って、始動指令は、ブレーキセンサで検出されるブレーキＯＦＦ操作されたという再始動要求により発生するエンジン始動信号であってもよい。なお、このブレーキＯＦＦ操作は、エンジンが自動停止に向けて回転数降下している際にされた場合も、再始動要求となる。

また、ＥＣＵ４は、クランキング停止の所定の条件が満たされた場合に、ピニオン８を噛合位置から元の位置に戻してピニオン８とリングギヤ１１との噛み合わせを解除する、もしくは、モータ７への通電を停止させることでエンジン２のクランキングを停止する。つまり、スタータ３の駆動をＯＦＦにする。

〔高速クランキング始動について〕
図２を用いて高速クランキング始動について説明する。
エンジン始動装置１では、エンジン停止時にＩＧキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号に応答してスタータ３を駆動ＯＮ状態とする。そして、エンジン２のクランキングを開始してから所定時間Ｔａ以内に４５０ｒｐｍ以上の所定回転数Ｎ１までクランキングさせるようにスタータ３の駆動が制御される。

例えば、回転数Ｎ１とは、アイドル回転数以下で且つ好ましくは５００ｒｐｍ以上の所定の回転数である。５００ｒｐｍ以上であればエンジンの共振点以上の回転数を実現できる。

そして、所定時間Ｔａとは、クランキング音がユーザに不快感を与えない発音時間として予め設定された時間である。
出願人は、クランキング音による不快感は、発音時間、つまりクランキング時間に依存することを発見した。特に、発音時間が０．２秒以下では、不快感がなく、ほぼ気にならない騒音レベルとなっている。
そこで、本実施例では、所定時間Ｔａを例えば０．２秒程度にしている。

そして、所定回転数Ｎ１まで到達したら、スタータ３を駆動ＯＦＦ状態にする。すなわち、クランキングを停止する。本実施例では、初爆前にスタータ３の駆動がＯＦＦされ、クランキング停止後の惰性でエンジン２が回転している最中に、点火されて初爆が生じるように制御されている。
すなわち、本実施例のエンジン始動装置１は、５００ｒｐｍ以上の回転数まで０．２秒程度でクランキングし、その直後にエンジンが始動する仕様となっている。

このため、クランキング音も０．２秒程度と短く、クランキングが実施されたか、エンジンが始動したかを音で認識することが困難となる。
このため、クランキングが実施されていない、もしくはエンジンが始動していないと誤認識をして、エンジン２が始動しているにも関わらずユーザが再度ＩＧキーのＯＮ操作をしてしまう可能性がある。
なお、インストルメントパネルに目視で確認できる形態でエンジン始動をユーザに知らせる表示があったとしても、目視で確認せずに感覚的に再操作してしまう場合もある。

〔本実施例の特徴〕
本実施例の特徴を図２〜４を用いて説明する。
本実施例の始動装置は、エンジン２が始動しているにも関わらずユーザが再度ＩＧキーのＯＮ操作をしてしまった場合でも、スタータ３の駆動を禁止するスタータ駆動禁止手段を備える。

スタータ駆動禁止手段は、ＩＧキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号に応答してスタータを駆動してクランキングを開始するキー始動時において、最初のＩＧキーのＯＮ操作の後に、ＩＧキーのＯＮ操作が再びあった場合でもスタータ３の駆動を禁止する禁止時間Ｔを設ける。
なお、本実施例では、ＥＣＵ４がスタータ駆動禁止手段として機能する。

本実施例では、クランキング停止時間ｔ１から所定時間Ｔの間を禁止時間Ｔとして設定し、この間は、ＩＧキーのＯＮ操作があった場合でも、電磁スイッチ９をＯＦＦしたままとする。すなわち、ピニオン８の押し出し及びモータ７への通電を禁止する。

すなわち、ＩＧキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号に応答してスタータ３を駆動して時間ｔ０にクランキングを開始する。そして、所定時間Ｔａで所定回転数Ｎ１まで到達させて時間ｔ１にクランキングを停止する。その後Ｔが経過するまでの間は、ユーザが誤認識によってＩＧキーのＯＮ操作を再度した場合でも、ピニオン８の押し出し及びモータ７への通電が禁止される。

図３を用いてスタータ駆動禁止行程の流れを説明する。
ＩＧキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号に応答してスタータ３を駆動ＯＮ状態にして回転数Ｎ１までクランキングした後、スタータ３を駆動ＯＦＦ状態にしてクランキングを停止した時点をスタートとする。
まず、ステップＳ１で、ＩＧキーのＯＮ操作が再度あったか否かを判定する。ＩＧキーのＯＮ操作が再度あった場合は、ステップＳ２に進む。そうでない場合には、スタータ駆動禁止は不要なので、このスタータ駆動禁止行程を終了する。

ステップＳ２では、クランキング終了時間ｔ１から禁止時間Ｔを経過しているか否かを判定する。禁止時間Ｔを経過していないのであればステップＳ３に進み、スタータ駆動を禁止する。禁止時間Ｔを経過した後であればスタータ駆動禁止行程を終了する。

また、禁止時間Ｔは図４に示す相関関係マップにより設定される。
図４では、クランキング時間Ｔａが所定時間Ｘより小さい範囲で、クランキング時間Ｔａが短いほど禁止時間Ｔが長い。そして、クランキング時間Ｔａが所定時間Ｘ以上の場合は、禁止時間Ｔがゼロである。これは、クランキング時間Ｔａはクランキング音の発音時間でもあるため、クランキング音の発音時間が長ければ、ユーザがクランキング音をクランキングが実施された音として認識しやすいからである。そこで、ユーザがクランキング音をクランキングが実施された音として認識可能な発音時間Ｘを閾値としている。
なお、本実施例では、Ｘは例えば０．２秒以上０．３秒未満の所定時間となっている。

つまり、クランキング時間ＴａがＸ以上に設定されているエンジン始動装置１の場合には、禁止時間Ｔをゼロにする。そして、禁止時間Ｔを設定する範囲（クランキング時間ＴａがＸより小さい範囲）に設定されている場合には、クランキング時間Ｔａが短いほど禁止時間Ｔが長くなる相関関係マップに従って、禁止時間Ｔが設定される。

そして、クランキング時間Ｔａが０．３秒以内の場合は、禁止時間Ｔを０．５秒以上であることが好ましい。例えば、本実施例ではクランキング時間Ｔａが０．２秒であるため、禁止時間Ｔが３秒以上に設定されている。

〔本実施例の作用効果〕
本実施例のエンジン始動装置１は、ＩＧキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号に応答してスタータを駆動してクランキングを開始するキー始動時において、最初のＩＧキーのＯＮ操作の後に、ＩＧキーのＯＮ操作が再びあった場合でもスタータ３の駆動を禁止する禁止時間Ｔを設けるスタータ駆動禁止手段を備える。

本実施例によれば、ユーザがエンジン始動を音で認識できずに、再びＩＧキーを操作してしまった場合でも、スタータ３の駆動が禁止されるため、始動後にスタータ３が駆動してリングギヤ１１及びピニオン８が磨耗してしまうのを防止できる。

また、クランキング時間Ｔａが短いほど、禁止時間Ｔが長く設定される。
クランキング時間Ｔａはクランキング音の発音時間でもある。そして、クランキング音の発音時間が短いほど、クランキング音が認識しにくくなる。そのため、ユーザが再操作したくなる衝動に駆られやすくなる。このため、クランキング時間Ｔａが短いほど禁止時間Ｔを長くして、誤認識によってスタータ３が誤って駆動されてしまうことをより確実に防止する。

〔変形例〕
実施例１では、禁止時間Ｔが、キー始動時のクランキング終了時間ｔ１から開始していたが、クランキング開始時間ｔ０から開始していてもよい。

また、実施例１では、キー始動時においてＩＧキーの再操作があった場合でもスタータの駆動を禁止する禁止時間Ｔが設けたが、キー始動時に限らず、アイドルストップからの再始動時に適用してもよい。すなわち、アイドルストップシステムによるエンジン自動停止後もしくはエンジン回転数降下中からの再始動時において、再始動要求の後にＩＧキーのＯＮ操作があった場合でもスタータ３の駆動を禁止する禁止時間Ｔを設けてもよい。

再始動時においても、クランキングが開始しているのにも関わらず、ユーザがクランキング音を認識できず、クランキングが開始していないと誤認識してＩＧキーを回してしまう可能性がある。そのため、再始動時においても上述の禁止期間Ｔを設けることで、実施例１と同様の作用効果を得ることができる。

電磁スイッチ９は、ピニオン８を押し出すソレノイドと、モータ６の通電電流をオン／オフするソレノイドとが同じであってもよいし、別々であってもよい。

１ エンジン始動装置
２ エンジン
３ スタータ
４ ＥＣＵ（スタータ駆動禁止手段）
７ モータ
８ ピニオン
９ 電磁スイッチ（移動手段）
１１ リングギヤ

Claims (4)

1. 回転力を発生するモータ（７）、このモータ（７）の回転力が伝達されて回転するピニオン（８）、及び前記ピニオン（８）をエンジン（２）のリングギヤ（１１）と噛合う噛合位置まで移動させる移動手段（９）を有し、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数まで０．３秒以内で前記エンジン（２）をクランキングするスタータ（３）と、
   ユーザによるイグニッションキーのＯＮ操作により発生するエンジン始動信号に応答して前記スタータ（３）を駆動してクランキングを開始するキー始動時において、前記イグニッションキーのＯＮ操作の後に、再び前記イグニッションキーのＯＮ操作があった場合でも前記スタータ（３）の駆動を禁止する禁止時間Ｔを設けるスタータ駆動禁止手段とを備えるエンジン始動装置。
2. エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるアイドルストップ機能を有する車両に適用され、
   回転力を発生するモータ（７）、このモータ（７）の回転力が伝達されて回転するピニオン（８）、及び前記ピニオン（８）をエンジン（２）のリングギヤ（１１）と噛合う噛合位置まで移動させる移動手段（９）を有し、４５０ｒｐｍ以上の所定回転数まで０．３秒以内で前記エンジン（２）をクランキングするスタータ（３）と、
   前記エンジン再始動要求により発生するエンジン始動信号に応答して前記スタータ（３）を駆動してクランキングを開始する再始動時において、前記再始動要求の後に前記イグニッションキーのＯＮ操作があった場合でも前記スタータ（３）の駆動を禁止する禁止時間Ｔを設けるスタータ駆動禁止手段とを備えるエンジン始動装置。
3. 請求項１または２に記載のエンジン始動装置において、
   前記禁止時間Ｔは、クランキング時間Ｔａが短いほど長く設定されることを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載のエンジン始動装置において、
   前記禁止時間Ｔは、クランキング開始時間ｔ０もしくはクランキング終了時間ｔ１から開始することを特徴とするエンジン始動装置。

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