JP2012002168A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】切り替え機構の作動による騒音の発生を抑えることのできる内燃機関の始動装置を提供する。
【解決手段】この装置は、スタータモータ２０の出力軸に設けられたピニオンギアと機関出力軸に設けられたリングギアとの連結状態と非連結状態とを切り替える切り替え機構を備える。電子制御ユニット３０は、バッテリ１９からスタータモータ２０への電力供給と電磁ソレノイド２７ａへの電力供給とを各別の指令信号に基づいてそれぞれ各別のタイミングで実行する。電子制御ユニット３０は、機関始動条件の成立に先立ってピニオンギアとリングギアとが連結状態になるように機関運転の停止過程において電磁ソレノイド２７ａへの電力供給を開始する一方で、機関始動条件の成立を条件にスタータモータ２０への電力供給を開始する。電磁ソレノイド２７ａとバッテリ１９とが可変抵抗器４２を介して接続される。
【選択図】図３

Description

本発明は、機関始動に際して機関出力軸に補助トルクを付与する内燃機関の始動装置に関するものである。

一般に、内燃機関の始動装置は、回転力を発生するスタータモータと、同スタータモータの出力軸および機関出力軸の連結／非連結を切り替える切り替え機構とを備えている。そして、運転スイッチが操作されるなどして内燃機関の始動が要求されると、先ずは上記切り替え機構が作動してモータ出力軸と機関出力軸とが連結された状態（連結状態）になる。そして、その後においてスタータモータの駆動が開始される。こうした一連の動作を通じて、機関始動に際してスタータモータが駆動されて機関出力軸に補助的な回転トルクが付与される。通常、内燃機関の始動装置では、そうした切り替え機構の作動とスタータモータの駆動とが共通の指令信号（例えば、運転スイッチの操作）に基づく一連の動作として実行される。

従来、それら切り替え機構の作動とスタータモータの駆動とを、各別の指令信号に基づいて、それぞれ任意のタイミングで行うようにしたものが提案されている（特許文献１参照）。この装置では、内燃機関の運転停止時において機関出力軸とモータ出力軸とが連結状態になるように切り替え機構が作動する。そして、その後において内燃機関の始動が要求されるとスタータモータの駆動が開始される。この装置では、内燃機関の運転停止時において機関出力軸とモータ出力軸とが予め連結された状態になっているために、内燃機関の始動に際して切り替え機構を作動させる必要がない。そのため、スタータモータの駆動を早期に開始することができ、機関始動を早期に完了させることが可能になる。

特開２００２−８９４２２号公報

内燃機関の始動装置は、モータ出力軸に連結された第１ギアと機関出力軸に連結された第２ギアとを備えている。そして、モータ出力軸と機関出力軸とが連結されていない状態（非連結状態）から連結状態に切り替える際には、切り替え機構の作動を通じて第１ギアが移動して第２ギアと噛合するようになる。そのため、このとき第１ギアと第２ギアとの噛み合いに伴って音（以下では、「噛合音」という）が発生することが避けられず、この噛合音が騒音となるおそれがある。

ここで、切り替え機構の作動とスタータモータの駆動とが共通の指令信号に基づく一連の動作として実行される装置であれば、そうした噛合音が、例えばクランキング動作などといった機関始動のための一連の動作に伴って発生する音だと認識される可能性が高いために、騒音になる可能性は低いと云える。

一方、上述した特許文献１の装置のように、切り替え機構の作動とスタータモータの駆動とが各別の指令信号に基づきそれぞれ任意のタイミングで行われる装置においては、機関停止時において機関出力軸とモータ出力軸とが予め連結状態にされる。そのため、機関運転の停止過程や停止時、すなわち機関運転に伴い発生する音（以下では、「暗騒音」という）が小さいときにおいて切り替え機構が作動して噛合音が発生するために、この噛合音が目立ちやすく騒音になる可能性が高い。

本発明は、そうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、切り替え機構の作動による騒音の発生を抑えることのできる内燃機関の始動装置を提供することにある。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について説明する。
請求項１に記載の発明は、スタータモータの出力軸に設けられた第１ギアと機関出力軸に設けられた第２ギアとの連結状態と非連結状態とを切り替えるソレノイド駆動式の切り替え機構、および、前記スタータモータと前記切り替え機構の駆動用ソレノイドとに電力を供給するバッテリ、および、前記スタータモータへの電力供給と前記駆動用ソレノイドへの電力供給とを各別の指令信号に基づいてそれぞれ各別のタイミングで実行する制御部を備え、同制御部は、機関始動条件の成立に先立って前記第１ギアと前記第２ギアとが連結状態になるように機関運転の停止過程または停止時において前記駆動用ソレノイドへの電力供給を開始してなり且つ前記機関始動条件の成立を条件に前記スタータモータへの電力供給を開始してなる内燃機関の始動装置において、前記駆動用ソレノイドと前記バッテリとが抵抗器を介して接続されることをその要旨とする。

上記構成では、内燃機関の停止過程や停止時、すなわち暗騒音が小さいときに駆動用ソレノイドに電力が供給されて切り替え機構が作動するために、このとき第１ギアと第２ギアとが噛合して噛合音が発生するようになる。ただし、上記構成によれば、駆動用ソレノイドとバッテリとの間に抵抗器が設けられているために、抵抗器が設けられていない装置と比較して、駆動用ソレノイドの突入電流が小さく抑えられる。そのため、駆動用ソレノイドの発生磁力を小さくすることができ、切り替え機構の可動部分の移動速度、ひいては第１ギアの移動速度を低下させることができる。このように上記構成によれば、暗騒音が小さい状況で第１ギアと第２ギアとが噛合するようになるとはいえ、その噛合に伴う噛合音を小さく抑えることができるため、切り替え機構の作動による騒音の発生を抑えることができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の内燃機関の始動装置において、前記抵抗器の抵抗値を可変設定する設定手段を有することをその要旨とする。
上記構成によれば、例えばバッテリの状態（その劣化状態や残量）の変化に合わせて抵抗器の抵抗値を設定するなど、抵抗器の抵抗値を高い自由度をもって適切に設定することができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の内燃機関の始動装置において、当該始動装置は、前記バッテリの残量を推定する推定手段をさらに有してなり、前記設定手段は、前記推定手段により推定した前記残量が少ないときほど、前記抵抗値として小さい値を設定することをその要旨とする。

バッテリの残量が少なくなった場合に同バッテリから駆動用ソレノイドに供給される電力が少なくなることがある。この場合には、駆動用ソレノイドの発生磁力が小さくなって切り替え機構の可動部分の移動速度が低くなってしまう。そして、こうしたバッテリ残量の変化に起因する切り替え機構の作動特性の変化は、内燃機関の始動機能の不安定化を招く一因となるために好ましくない。

この点、上記構成によれば、バッテリの残量が少ないために駆動用ソレノイドへの供給電力が少なくなるときほど、抵抗器の抵抗値を小さくして駆動用ソレノイドへの供給電力を増加させることにより、同供給電力の変化を抑えることができる。そのため、バッテリ残量の変化に起因する切り替え機構の作動特性の変化を抑えることができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、当該始動装置は、停止条件が成立した場合に前記内燃機関を自動停止させる一方、再始動条件が成立した場合に前記内燃機関を自動始動させる自動停止始動制御を実行する機関システムに適用されることをその要旨とする。

近年、燃料消費量の低減やエミッションの低減を図るために、例えば交差点等での車両停止時において車載内燃機関の運転を一時的に停止させるなど、内燃機関の運転を間欠的に停止させる制御（自動停止始動制御）を実行する機関システムが提案され、実用されている。こうした機関システムを採用した場合、内燃機関の再始動を早期に完了させたいとの要求があるために、上述したスタータモータへの電力供給とソレノイドへの電力供給とを各別の指令信号に基づいてそれぞれ各別のタイミングで実行するとの構成が採用される可能性が高い。

上記構成によれば、そうした機関システムに適用される始動装置において、第１ギアと第２ギアとの噛合に伴う噛合音を小さく抑えることができ、切り替え機構の作動による騒音の発生を抑えることができる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関の始動装置において、前記制御部は、前記停止条件が成立しており且つ機関回転速度が所定速度以下まで低下したときに前記駆動用ソレノイドへの電力供給を開始することをその要旨とする。

上記構成では、内燃機関の運転が自動停止される過程、すなわち暗騒音が小さい状況において切り替え機構が作動して噛合音が発生するようになるために、この噛合音が目立ちやすく騒音になる可能性が高い。上記構成によれば、そうした機関運転の自動停止時における第１ギアと第２ギアとの噛合に伴う噛合音を小さく抑えることができる。

本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の始動装置が適用される車両の概略構成を示す略図。 同実施の形態にかかる始動装置の概略構成を示す略図。 同始動装置の電気回路を示す回路図。 電磁ソレノイドを流れる電流量の推移の一例を示すタイミングチャート。 抵抗値設定処理の実行手順を示すフローチャート。 可変抵抗器の具体構成を示す略図。 他の実施の形態にかかる始動装置の電気回路を示す回路図。

以下、本発明を具体化した一実施の形態にかかる内燃機関の始動装置について説明する。
図１に、本実施の形態にかかる始動装置が適用される車両の概略構成を示す。

同図１に示すように、車両１０は、その駆動源としての内燃機関１１を備えている。内燃機関１１のクランク軸１２は、変速機１３に連結されている。この変速機１３の出力軸（図示略）は、ドライブシャフト１４、ディファレンシャルギヤ１５、車軸１６を介して車輪１７に接続されている。また、クランク軸１２にはオルタネータ１８が連結されている。車両１０には各種の電装品に電力を供給するバッテリ１９が設けられている。このバッテリ１９は上記オルタネータ１８の発電電力によって充電されるようになっている。

車両１０にはトルクを発生するスタータモータ２０が搭載されている。このスタータモータ２０は内燃機関１１の始動に際して駆動されて、その回転力がクランク軸１２に伝達される。これにより、内燃機関１１の始動が補助されるようになる。

車両１０は、その運転状態や内燃機関１１の運転状態を検出するための各種センサ類を備えている。そうしたセンサ類としては、例えば内燃機関１１のクランク軸１２の回転速度（機関回転速度ＮＥ）を検出するためのクランクセンサ３１や、アクセルペダル２１の踏み込み量を検出するためのアクセルセンサ３２、機関冷却水の温度（冷却水温ＴＨＷ）を検出するための温度センサ３３が設けられている。また、ブレーキペダル２２の踏み込みの有無を検出するためのブレーキセンサ３４や、車両１０の走行速度を検出するための速度センサ３５が設けられている。その他、バッテリ１９の電圧を検出するための電圧センサ３６や、内燃機関１１の始動や運転停止に際して乗員により操作される運転スイッチ３７等も設けられている。

また車両１０には、例えばマイクロコンピュータを有して構成される電子制御ユニット３０が設けられている。この電子制御ユニット３０は、センサ類の検出信号を取り込むとともに各種の演算を行い、その演算結果に基づいて、燃料噴射制御や点火時期制御などといった各種制御を実行する。

電子制御ユニット３０は、各種制御の一つとして、交差点等で車両１０が停止したときに内燃機関１１を自動停止させるとともに同自動停止中における任意のタイミングで内燃機関１１を自動始動して車両１０を発進可能とさせる自動停止始動制御を実行する。本実施の形態の機関システムでは、自動停止始動制御の実行を通じて、内燃機関１１の燃料消費量やエミッションの低減が図られるようになっている。

以下、自動停止始動制御にかかる処理（自動停止始動処理）について詳しく説明する。
ここでは先ず、内燃機関１１を自動停止させるための処理について説明する。
この処理では先ず、上記各種のセンサ類の検出信号を通じて車両１０や内燃機関１１の運転状態が読み込まれるとともに、その運転状態から自動停止条件が成立したか否かが判断される。具体的には、例えば以下の各条件（イ）〜（ホ）が全て満たされたことをもって、自動停止条件が成立したと判断される。
（イ）車両１０が停止していること。
（ロ）内燃機関１１の暖機が完了していること（冷却水温ＴＨＷが水温下限値より高いこと）。
（ハ）アクセルペダル２１が踏み込まれていないこと。
（ニ）ブレーキペダル２２が踏み込まれていること。
（ホ）上記条件（イ）〜（ニ）の全てが満たされた後において、内燃機関１１の自動停止が実行された履歴がないこと。

上記条件（イ）〜（ホ）のいずれか一つでも満足されていない場合には、自動停止条件が成立しておらず、内燃機関１１の自動停止を実行する条件下にないとして、内燃機関１１の自動停止は実行されない。その後、交差点にて車両１０が停止する等して上記自動停止条件が成立すると、例えば内燃機関１１への燃料供給が停止される等して内燃機関１１の運転が停止される。このように自動停止始動処理では、条件（イ）〜（ホ）の全てが満たされることをもって自動停止条件が成立していると判断され、この判断のもとに内燃機関１１の運転が自動停止される。

次に、内燃機関１１を再始動させるための処理について説明する。
この処理では先ず、上記各種のセンサ類の検出信号を通じて車両１０や内燃機関１１の運転状態が読み込まれるとともに、その運転状態から再始動条件が成立したか否かが判断される。具体的には、内燃機関１１が自動停止された状態にあるとの条件下において、上記各条件（イ）〜（ニ）のうちの１つでも満足されなくなった場合に再始動条件が成立したと判断される。

そして、内燃機関１１が自動停止されていない場合、あるいは内燃機関１１が自動停止されている場合であっても上記各条件（イ）〜（ニ）の全てが満足されている場合には、再始動条件が成立しておらず、内燃機関１１の再始動を実行する条件下にないとして、同内燃機関１１の再始動が実行されない。その後、内燃機関１１の自動停止状態において上記各条件（イ）〜（ニ）の一つでも満足されなくなると、再始動条件が成立したとして、内燃機関１１を再始動させる処理が実行される。具体的には、スタータモータ２０が駆動されて内燃機関１１のクランキングが実行されるとともに周知の燃料噴射制御や点火時期制御が実行されて、内燃機関１１が再始動される。

以下、内燃機関１１を始動させるための始動装置について詳細に説明する。
図２に、本実施の形態にかかる始動装置の概略構成を示す。
同図２に示すように、内燃機関１１のクランク軸１２には円板形状のフライホイール２３が取り付けられている。このフライホイール２３には、その外周面に沿って延びるリング形状のリングギア２３ａが一体に設けられている。

一方、内燃機関１１の近傍には前記スタータモータ２０が取り付けられている。このスタータモータ２０の出力軸２４にはピニオンギア２４ａが設けられている。ピニオンギア２４ａは、上記出力軸２４の軸線方向（同図中の左右方向）において往復移動可能に、且つ同出力軸２４ともども回転可能に設けられている。

またスタータモータ２０には、スタータモータ２０の出力軸２４（詳しくは、ピニオンギア２４ａ）と内燃機関１１のクランク軸１２（詳しくは、リングギア２３ａ）との連結状態と非連結状態とを切り替える切り替え機構２５が設けられている。この切り替え機構２５は、ピニオンギア２４ａを往復移動させるためのアーム２６と同アーム２６を操作するためのアクチュエータ２７とを備えている。なお、アクチュエータ２７としては、内蔵の電磁ソレノイド２７ａへの電力供給と電力供給停止とを電子制御ユニット３０からの出力信号をもとに切り替えることによってその作動状態と非作動状態とを切り替えるソレノイド駆動式のものが採用されている。

切り替え機構２５（詳しくは、アクチュエータ２７）の非作動時には、ピニオンギア２４ａが上記リングギア２３ａと噛合しない位置（図２に示す位置）になる。一方、切り替え機構２５が作動すると（詳しくは、アクチュエータ２７のプランジャ２７ｂが図２における左側に移動すると）、上記アーム２６が支点Ｆを中心に回動するようになる。これにより、ピニオンギア２４ａがリングギア２３ａ側（図２における右側）に移動して同リングギア２３ａと噛合し、このとき内燃機関１１のクランク軸１２がスタータモータ２０の出力軸２４に連結された状態になる。

さらにスタータモータ２０は、電力供給スイッチ２８を介してバッテリ１９（図１参照）に接続されている。この電力供給スイッチ２８は、内蔵の電磁ソレノイド２８ａへの電力供給と電力供給停止とを電子制御ユニット３０からの出力信号をもとに切り替えることによって導通状態と非導通状態とを切り替えるソレノイド駆動式のものが採用されている。この電力供給スイッチ２８の非作動時（オフ操作時）においてはバッテリ１９とスタータモータ２０の接続が遮断されて同スタータモータ２０に電力が供給されない。一方、電力供給スイッチ２８が作動してオン操作状態になると、バッテリ１９とスタータモータ２０が接続されて同スタータモータ２０に電力が供給されるようになる。

図３に、本実施の形態にかかる始動装置の電気回路を示す。
同図３に示すように、バッテリ１９の正極には前記運転スイッチ３７（詳しくは、その端子ＣＯＭ）が接続されている。この運転スイッチ３７は、内燃機関１１の運転停止に際して操作される停止位置と、内燃機関１１の運転開始に際して操作される始動位置と、内燃機関１１の始動完了後において操作される運転位置とを備えている。

運転スイッチ３７が停止位置に操作されると、同運転スイッチ３７の端子ＣＯＭが端子ＯＦＦに接続される。この端子ＯＦＦはどこにも接続されていないため、このとき端子ＣＯＭを介したバッテリ１９から車両各部への電力供給が行われない。そのため、運転スイッチ３７が停止位置に操作されているときには内燃機関１１の運転が停止された状態になる。

内燃機関１１を始動させるべく運転スイッチ３７が始動位置に操作されると、同運転スイッチ３７の端子ＣＯＭが端子ＳＴに接続される。この端子ＳＴは、電子制御ユニット３０（その電源端子）に接続されている。そのため、このとき電子制御ユニット３０への電力供給が開始されるようになる。

また端子ＳＴは、ダイオード４０を介してアクチュエータ２７の作動／非作動を切り替えるための電磁リレー４１（詳しくは、その巻線４１ａ）に接続されている。この電磁リレー４１の接点４１ｂは、一方の端子がバッテリ１９の正極に接続されるとともに、他方の端子が可変抵抗器４２およびアクチュエータ２７（詳しくは、電磁ソレノイド２７ａ）を介してバッテリ１９の負極に接続されている。この電磁リレー４１としては常時開型、いわゆるノーマリーオープン型のものが採用されている。そのため、運転スイッチ３７が始動位置に操作されると、電磁リレー４１がオン状態になり、可変抵抗器４２を介してアクチュエータ２７の電磁ソレノイド２７ａに電力が供給されるようになる。その結果、アクチュエータ２７が作動してピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが連結状態になる。

さらに端子ＳＴは、遅延回路４３を介して電磁リレー４４（詳しくは、その巻線４４ａ）に接続されている。この電磁リレー４４の接点４４ｂは、一方の端子がバッテリ１９の正極に接続されるとともに、他方の端子が前記電力供給スイッチ２８の電磁ソレノイド２８ａを介してバッテリ１９の負極に接続されている。なお、上記電力供給スイッチ２８の接点２８ｂを介してスタータモータ２０とバッテリ１９とが接続されている。また、電磁リレー４４および電力供給スイッチ２８としては共に常時開型のものが採用されている。そのため、運転スイッチ３７が始動位置に操作されると、電磁リレー４４がオン状態になって電力供給スイッチ２８がオン状態になるために、スタータモータ２０に電力が供給されるようになる。

ここで本実施の形態では、運転スイッチ３７の端子ＳＴと電磁リレー４４とが遅延回路４３を介して接続されている。この遅延回路４３は、ＩＣなどの半導体集積回路やトランジスタなどの半導体素子により構成されており、運転スイッチ３７が始動位置に操作されてバッテリ１９から電力が供給された場合に、若干の時間をおいた後に上記電磁リレー４４に電力を供給するように構成されている。そのため本実施の形態では、遅延回路４３により、運転スイッチ３７が始動位置に操作されてから若干の時間をおいた後にスタータモータ２０への電力供給が開始されるようになる。その一方で、運転スイッチ３７の端子ＳＴと電磁リレー４１との間には、そうした遅延回路が設けられていないために、運転スイッチ３７の始動位置への操作に伴って電磁ソレノイド２７ａへの電力供給、ひいてはアクチュエータ２７の作動が開始される。

したがって本実施の形態では、内燃機関１１を始動するべく運転スイッチ３７が始動位置に操作されると、先ずアクチュエータ２７の作動が開始され、若干の時間をおいた後にスタータモータ２０への電力供給が開始される。これにより、アクチュエータ２７の作動によってリングギア２３ａとピニオンギア２４ａとが噛合して連結状態になるのを待った上で、スタータモータ２０が駆動されるようになるため、内燃機関１１のクランク軸１２への補助トルクの付与が適切に行われるようになる。

一方、内燃機関１１の始動が完了した後に同内燃機関１１の運転を継続させる際には、運転スイッチ３７が運転位置に操作される。このとき運転スイッチ３７の端子ＣＯＭが端子ＩＧに接続される。この端子ＩＧは、電子制御ユニット３０（その電源端子）に接続されている。そのため、運転スイッチ３７が運転位置に操作された後においても、電子制御ユニット３０への電力供給が継続される。なお、このとき端子ＣＯＭと端子ＳＴとの接続が遮断されるために、スタータモータ２０やアクチュエータ２７への電力供給は停止される。

また電子制御ユニット３０は、運転スイッチ３７を間に挟むことなく、電磁リレー４１の巻線４１ａとダイオード４０のカソードとの間の部分や、電磁リレー４４の巻線４４ａと遅延回路４３との間の部分、並びに可変抵抗器４２に各別に接続されている。本実施の形態にかかる装置は、電子制御ユニット３０に電力が供給されていれば、スタータモータ２０への電力供給とアクチュエータ２７（詳しくは、その電磁ソレノイド２７ａ）への電力供給とを各別の指令信号に基づいてそれぞれ各別のタイミングで実行することの可能な構成になっている。

そして、本実施の形態にかかる装置では、自動停止始動制御の実行に際して切り替え機構２５の作動とスタータモータ２０の駆動とが以下のように実行される。
すなわち先ず、自動停止条件が成立して内燃機関１１の自動停止が実行されると、機関回転速度ＮＥが所定速度（例えば３００回転／分）まで低下したタイミングで、電子制御ユニット３０から電磁リレー４１に指令信号が出力されて同電磁リレー４１がオン操作されることによって、アクチュエータ２７が作動するようになる。

その後、ピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが噛合して連結状態になると、電子制御ユニット３０から電磁リレー４１への指令信号の出力が停止されて同電磁リレー４１がオフ操作される。このときアクチュエータ２７の作動が停止されるものの、ピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとの接触部分において作用する摩擦抵抗によってピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが噛合した状態のままで保持される。なお、ピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが連結状態になったことは、アクチュエータ２７の作動継続時間が所定時間になったことや、ピニオンギア２４ａの移動位置を検出するとともに同移動位置が連結状態を示す位置になったことなどによって判断することができる。また、ピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが連結状態になったことをもってアクチュエータ２７の作動を停止させることに限らず、内燃機関１１の再始動の開始あるいは完了までアクチュエータ２７の作動を継続するようにしてもよい。

そして、その後において再始動条件が成立すると、電子制御ユニット３０から電磁リレー４４に指令信号が出力されて同電磁リレー４４がオン操作されることにより、電力供給スイッチ２８がオン操作されてスタータモータ２０の駆動が開始されるようになる。

このように本実施の形態の装置では、内燃機関１１を自動停止させる際に、再始動条件の成立に先立ってリングギア２３ａとピニオンギア２４ａとが連結状態になるように、内燃機関１１の運転停止過程において電磁ソレノイド２７ａへの電力供給が開始されて切り替え機構２５が作動するようになる。そして、その後において再始動条件が成立したことを条件にスタータモータ２０への電力供給が開始される。

ここで、内燃機関１１を再始動する際にその完了までに要する時間が長くなると、車両１０の発進が可能になるタイミングが遅くなるために、その発進性能の低下を招くおそれがある。また、場合によっては乗員が車両１０の発進にもたつきを感じてしまうなどして、ドライバビリティの低下を招く可能性もある。こうしたことから、内燃機関１１の再始動は早期に完了することが望ましいと云える。

この点、本実施の形態の装置では、再始動条件の成立に先立って切り替え機構２５を作動させるようにしているために、内燃機関１１の再始動に際して切り替え機構２５を作動させる必要がない。そのため、内燃機関１１の再始動に際してスタータモータ２０の駆動を早期に開始することができ、その再始動を早期に完了させることができる。これにより、車両１０の発進性能の低下やドライバビリティの低下が抑えられるようになる。

ところで、本実施の形態にかかる始動装置では、内燃機関１１の再始動に先立ってスタータモータ２０の出力軸２４（具体的には、ピニオンギア２４ａ）と内燃機関１１のクランク軸１２（具体的には、リングギア２３ａ）とを連結状態にする際に、ピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが噛合するようになる。そのため、このときピニオンギア２４ａとリングギア２３ａと噛み合いに伴って音（以下では、「噛合音」という）が発生することが避けられず、この噛合音が騒音となってドライバビリティを低下させるおそれがある。

特に、本実施の形態にかかる始動装置では、内燃機関１１の運転停止過程や運転停止時、すなわち機関運転に伴い発生する音（以下では、「暗騒音」という）が小さいときにおいて切り替え機構２５が作動して噛合音が発生するために、この噛合音が目立ちやすく騒音になる可能性が高いと云える。

この点をふまえて本実施の形態では、アクチュエータ２７の電磁ソレノイド２７ａとバッテリ１９とが可変抵抗器４２を介して接続されるようにしている。以下、この可変抵抗器４２を配設することによる作用について説明する。

図４に、電磁ソレノイド２７ａを流れる電流量の推移の一例を示す。なお図４において、実線は本実施の形態にかかる装置における電流量を示しており、一点鎖線は可変抵抗器が設けられない比較例の装置における電流量を示している。

図４に示すように、時刻ｔ１において電磁ソレノイド２７ａに電圧が印可されると、同電磁ソレノイド２７ａに大電流（いわゆる、突入電流）が流れるようになる。そして、その直後から電磁ソレノイド２７ａを流れる電流量は急速に少なくなり、時刻ｔ２以降においては一定の電流量で安定するようになる。

図４から明らかなように、本実施の形態の装置（実線）では、可変抵抗器４２が設けられない比較例の装置（一点鎖線）と比較して、電磁ソレノイド２７ａに流れる電流が小さく抑えられるようになる。特に、電磁ソレノイド２７ａの突入電流を大幅に抑えることができるようになるため、電磁ソレノイド２７ａの発生磁力を小さくすることができ、切り替え機構２５の可動部分（具体的には、アクチュエータ２７のプランジャ２７ｂや上記アーム２６）の移動速度、ひいてはピニオンギア２４ａの移動速度を低下させることができる。これにより、ピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとの噛合に伴う噛合音を小さく抑えることができる。したがって本実施の形態によれば、暗騒音が小さい状況でピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが噛合するようになるとはいえ、その噛合に伴う噛合音を小さく抑えることができ、切り替え機構２５の作動による騒音の発生を抑えることができる。

ここで、バッテリ１９の特性上、その残量が少なくなった場合に同バッテリ１９から電磁ソレノイド２７ａに供給される電力が少なくなることがある。この場合、電磁ソレノイド２７ａの発生磁力が小さくなるために、切り替え機構２５の可動部分の移動速度が不要に低くなってしまう。そして、こうしたバッテリ１９の残量の変化に起因する切り替え機構２５の作動特性の変化は、内燃機関１１の始動機能の不安定化を招く一因となるために好ましくない。

この点をふまえて本実施の形態では、単にアクチュエータ２７の電磁ソレノイド２７ａとバッテリ１９との間に抵抗器を設けるのではなく、電子制御ユニット３０からの指令信号をもとに抵抗値を変更可能な可変抵抗器４２を設けるようにしている。これにより、バッテリ１９と電磁ソレノイド２７ａとの間に設けられる抵抗器（詳しくは、可変抵抗器４２）の抵抗値をバッテリ１９の残量の変化に合わせて設定するといったように、同抵抗器の抵抗値を高い自由度をもって適切に設定することができるようになる。

以下、可変抵抗器４２の抵抗値を設定する処理（抵抗値設定処理）の詳細について図５を参照しつつ説明する。
なお図５は抵抗値設定処理の実行手順を示すフローチャートであり、このフローチャートに示す一連の処理は、所定周期毎の割り込み処理として、電子制御ユニット３０により実行される。

図５に示すように、この処理では先ず、バッテリ１９の残量が読み込まれる（ステップＳ１０１）。なお、バッテリ１９の残量は、そのときどきのバッテリ１９の電圧などに基づいて電子制御ユニット３０により逐次推定されて記憶されている。

その後、バッテリ１９の残量に基づいて可変抵抗器４２の抵抗値についての制御目標値（目標抵抗値ＴＲ）が算出される（ステップＳ１０２）。なお本実施の形態の装置では、バッテリ１９の残量と可変抵抗器４２の抵抗値との関係、詳しくはピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとの噛合をその発生音（噛合音）を小さく抑えつつ速やかに完了させることの可能な関係が実験やシミュレーションの結果に基づき予め求められて電子制御ユニット３０に記憶されている。ここでは、この電子制御ユニット３０に記憶されている関係をもとに上記目標抵抗値ＴＲが算出される。具体的には、バッテリ１９の残量が少ないときほど目標抵抗値ＴＲとして小さい値が算出される。

そして、この目標抵抗値ＴＲを満たすように可変抵抗器４２の抵抗値が設定された後（ステップＳ１０３）、本処理は一旦終了される。
以下、そうした可変抵抗器４２の抵抗値の設定態様について具体的に説明する。

図６に、可変抵抗器４２の具体構成を示す。
同図６に示すように、可変抵抗器４２は、複数の抵抗器Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・Ｒｎ）と複数のスイッチＳ（Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３・・・Ｓｎ）とにより構成されている。詳しくは、一つの抵抗器（例えばＲ１）と一つのスイッチ（例えばＳ１）とを直列接続したものを複数備え、それらが並列接続された構造になっている。各スイッチＳとしては常時閉型、いわゆるノーマリークローズ型のものが採用されている。それらスイッチＳは、電子制御ユニット３０により各別に操作可能になっている。なお、各スイッチＳとして常時開型のものを採用してもよい。

本実施の形態の装置では、各スイッチＳを各別に操作して各抵抗器Ｒの接続態様を切り替えることによって可変抵抗器４２の抵抗値を多段階に変更することが可能になっている。詳しくは、一つの抵抗器Ｒのみが接続された場合には同抵抗器Ｒの抵抗値そのものが可変抵抗器４２の抵抗値となり、複数の抵抗器Ｒが接続された場合にはそれら抵抗器Ｒの合成抵抗が可変抵抗器４２の抵抗値になる。

そして、抵抗値設定処理（図５参照）のステップＳ１０３の処理における可変抵抗器４２の抵抗値の設定に際しては、目標抵抗値ＴＲに基づいて各スイッチＳが各別に操作されて、可変抵抗器４２の抵抗値が設定されるようになる。具体的には、バッテリ１９の残量が少ないときほど小さい値になるように可変抵抗器４２の抵抗値が設定される。そのため、バッテリ１９の残量の減少によって電磁ソレノイド２７ａへの供給電力が少なくなった場合に可変抵抗器４２の抵抗値を小さくして同供給電力を増加させるといったように、バッテリ１９の残量の変化に起因する電磁ソレノイド２７ａへの供給電力の変化、ひいては切り替え機構２５の作動特性の変化を抑えることができるようになる。これにより、内燃機関１１の始動機能の不安定化が抑えられる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、以下に記載する効果が得られるようになる。
（１）アクチュエータ２７の電磁ソレノイド２７ａとバッテリ１９とを可変抵抗器４２を介して接続するようにした。そのため、内燃機関１１の停止過程や停止時といった暗騒音が小さい状況で電磁ソレノイド２７ａに電力が供給されてピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとが噛合するようになるとはいえ、その噛合に伴う噛合音を小さく抑えることができ、切り替え機構２５の作動による騒音の発生を抑えることができる。

（２）電磁ソレノイド２７ａとバッテリ１９との間に可変抵抗器４２を設けるとともに、同可変抵抗器４２の抵抗値を可変設定するようにした。そのため、電磁ソレノイド２７ａとバッテリ１９との間に設けられた抵抗器（可変抵抗器４２）の抵抗値をバッテリ１９の残量の変化に合わせて設定するといったように、同抵抗器の抵抗値を高い自由度をもって適切に設定することができるようになる。

（３）バッテリ１９の残量が少ないときほど、可変抵抗器４２の抵抗値として小さい値を設定するようにした。そのため、バッテリ１９の残量の変化に起因する電磁ソレノイド２７ａへの供給電力の変化、ひいては切り替え機構２５の作動特性の変化を抑えることができるようになる。

（４）内燃機関１１の運転が自動停止される過程や自動停止時、すなわち暗騒音が小さい状況において切り替え機構２５が作動して噛合音が発生するようになるために同噛合音が目立ちやすく騒音になる可能性が高い装置において、その噛合音を小さく抑えることができる。

なお、上記実施の形態は、以下のように変更して実施してもよい。
・バッテリ１９の残量の推定方法は、同バッテリ１９の電圧に基づき推定する方法を採用することに限らず、任意の推定方法を採用することができる。例えばバッテリ１９の充電電流量や放電電流量を検出する電流センサを新たに設けるとともに同電流センサの検出信号に基づき推定する方法を採用したり、そのときどきの内燃機関１１の運転状態に基づいて推定する方法を採用したりすることができる。

・抵抗値設定処理（図５）は、所定周期毎の割り込み処理として実行することに限らず、任意のタイミングで実行することができる。例えば、自動停止条件が成立したことを条件に一回のみ実行したり、内燃機関１１の通常始動に際して一回のみ実行したりすることができる。

・バッテリ１９の残量に応じて可変抵抗器４２の抵抗値を可変設定することに代えて、あるいは併せて、バッテリ１９の劣化度合いに応じて可変抵抗器４２の抵抗値を可変設定するようにしてもよい。バッテリ１９の劣化が進んだ場合にも、バッテリ１９の残量が少なくなったときと同様に、同バッテリ１９から電磁ソレノイド２７ａに供給される電力が少なくなって切り替え機構２５の可動部分の移動速度が低くなることがある。そして、こうしたバッテリ１９の劣化に起因する切り替え機構２５の作動特性の変化も、内燃機関１１の始動機能の不安定化を招く一因となるために好ましくない。この点、上記構成によれば、バッテリ１９の劣化度合いが大きいために電磁ソレノイド２７ａへの供給電力が少なくなるときほど可変抵抗器４２の抵抗値を小さくして同供給電力を増加させることにより、バッテリ１９の劣化に起因する電磁ソレノイド２７ａへの供給電力の変化を抑えることができる。そのため、バッテリ１９の劣化に起因する切り替え機構２５の作動特性の変化を抑えることができるようになる。なお、バッテリ１９の劣化度合いは、バッテリ１９の電圧や、バッテリ１９の総使用時間、車両１０の走行距離などに基づいて推定することができる。

・バッテリ１９の残量に応じて可変抵抗器４２の抵抗値を可変設定することに代えて、あるいは併せて、切り替え機構２５の作動状態に応じて可変抵抗器４２の抵抗値を設定するようにしてもよい。同構成においては可変抵抗器４２の抵抗値を、切り替え機構２５の作動開始から所定期間にわたって大きな値に設定する一方、所定期間が経過した後においては比較的小さい値に設定すればよい。これにより、切り替え機構２５の作動開始直後、すなわちピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとの噛み合いに伴って噛合音が発生するときには、切り替え機構２５の可動部分の移動速度を遅くして噛合音を小さく抑えることができる。しかも、切り替え機構２５の作動開始から所定期間が経過したとき、すなわちピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとの噛合がある程度進んで噛合音が大きくなる可能性が低くなったときには、切り替え機構２５の可能部分を速やかに移動させてその噛合を速やかに完了させることができる。このように上記構成によれば、ピニオンギア２４ａとリングギア２３ａとの噛合をその発生音（噛合音）を小さく抑えつつ速やかに完了させることができるようになる。

なお、こうした構成においては、可変抵抗器４２（図６）の各抵抗器Ｒ（Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３・・・Ｒｎ）のうちの一つを省略してもよい。この場合、切り替え機構２５の作動が開始された後の所定期間においては、抵抗器Ｒを介してバッテリ１９から電磁ソレノイド２７ａに電力が供給される状態にすることにより、切り替え機構２５の可動部分の移動速度を遅くすることができる。しかも、所定期間が経過した後においては、抵抗器Ｒを間に挟むことなく、バッテリ１９から電磁ソレノイド２７ａに電力が供給される状態にすることにより、切り替え機構２５の可能部分を速やかに移動させることができる。

・可変抵抗器４２（図６）のスイッチＳ１を省略して、電磁ソレノイド２７ａへの電力供給が必ず抵抗器Ｒ１を介して行われる回路構造にしてもよい。同構成において可変抵抗器４２の抵抗値を可変設定する場合には、目標抵抗値ＴＲに基づいて各スイッチＳ（Ｓ２，Ｓ３・・・Ｓｎ）を各別に操作すればよい。

・内燃機関１１の通常始動時（運転スイッチ３７の始動位置への操作による始動時）と自動始動時とのうちの自動始動時のみにおいてバッテリ１９と電磁ソレノイド２７ａとが可変抵抗器４２を介して接続されるようになる回路構成を採用してもよい。上記実施の形態にかかる装置では、内燃機関１１の通常始動時における切り替え機構２５の作動とスタータモータ２０の駆動とが共通の操作（運転スイッチ３７の始動位置への操作）に基づく一連の動作として実行される。そのため前記噛合音が、例えばクランキング動作などといった機関始動のための一連の動作に伴って発生する音だと認識される可能性が高く、騒音になる可能性は低いと云える。上記構成によれば、そうした噛合音が騒音になり難い内燃機関１１の通常始動時においては、切り替え機構２５を速やかに作動させて始動性能の向上を図ることができる。しかも、噛合音が騒音になり易い内燃機関１１の自動始動時においては切り替え機構２５の作動速度を低く抑えて同噛合音を小さく抑えることができる。

図７に、そうした電気回路の一例を示す。なお、図７は、スタータモータ２０（図３参照）への電力供給を行う回路を省略して、アクチュエータ２７の電磁ソレノイド２７ａへの電力供給を行うための回路のみを示している。同図７に示す電気回路では、運転スイッチ３７の始動位置（端子ＳＴ）への操作によって作動する電磁リレー４１の接点４１ｂが可変抵抗器４２を間に挟むことなく電磁ソレノイド２７ａに直接接続されている。また、電子制御ユニット３０からの出力により作動する電磁リレー５０が新たに設けられている。この電磁リレー５０は、その接点５０ｂの一方がバッテリ１９の正極に接続されるとともに、他方が可変抵抗器４２を介して電磁リレー４１の接点４１ｂと電磁ソレノイド２７ａとの間の部分に接続されている。この電気回路では、運転スイッチ３７が始動位置に操作されると、電磁リレー４１がオン状態になって、バッテリ１９と電磁ソレノイド２７ａとが可変抵抗器４２を間に挟むことなく接続される。一方、内燃機関１１の再始動に際しては、電子制御ユニット３０による電磁リレー５０の巻線５０ａへの電力供給によって同電磁リレー５０がオン状態になって、バッテリ１９と電磁ソレノイド２７ａとが可変抵抗器４２を介して接続される。

・可変抵抗器４２に代えて、抵抗値が一定の抵抗器を設けるようにしてもよい。こうした構成によっても、電磁ソレノイド２７ａの突入電流を抑えることによって噛合音を小さく抑えることができ、切り替え機構２５の作動による騒音の発生を抑えることができる。

・切り替え機構２５の作動条件は、自動停止条件の成立後のタイミングであり且つ再始動条件の成立に先立つタイミングにおいて切り替え機構２５の作動が開始される条件であれば、任意に変更することができる。

・上記実施の形態にかかる始動装置は、自動停止始動制御が実行されない始動装置にも、その構成を適宜変更したうえで適用することができる。内燃機関１１の通常始動を早期に完了させることなどを目的として、以下のような構成が採用される場合がある。すなわち、切り替え機構の作動用アクチュエータの電磁ソレノイドへの電力供給を運転スイッチの始動位置への操作に先立ってピニオンギアとリングギアとが連結状態になるように内燃機関の運転停止過程または運転停止時において開始する一方で、スタータモータへの電力供給を運転スイッチが始動位置に操作されたことを条件に開始する。上記構成によれば、こうした始動装置においてピニオンギアとリングギアとの噛合音を小さく抑えることができ、切り替え機構の作動による騒音の発生を抑えることができる。

１０…車両、１１…内燃機関、１２…クランク軸（機関出力軸）、１３…変速機、１４…ドライブシャフト、１５…ディファレンシャルギヤ、１６…車軸、１７…車輪、１８…オルタネータ、１９…バッテリ、２０…スタータモータ、２１…アクセルペダル、２２…ブレーキペダル、２３…フライホイール、２３ａ…リングギア（第２ギア）、２４…出力軸、２４ａ…ピニオンギア（第１ギア）、２５…切り替え機構、２６…アーム、２７…アクチュエータ、２７ａ…電磁ソレノイド（駆動用ソレノイド）、２７ｂ…プランジャ、２８…電源供給スイッチ、２８ａ…電磁ソレノイド、２８ｂ…接点、３０…電子制御ユニット（制御部、設定手段および推定手段）、３１…クランクセンサ、３２…アクセルセンサ、３３…温度センサ、３４…ブレーキセンサ、３５…速度センサ、３６…電圧センサ、３７…運転スイッチ、４０…ダイオード、４１，４４，５０…電磁リレー、４１ａ，４４ａ，５０ａ…巻線、４１ｂ，４４ｂ，５０ｂ…接点、４２…可変抵抗器、４３…遅延回路。

Claims (5)

1. スタータモータの出力軸に設けられた第１ギアと機関出力軸に設けられた第２ギアとの連結状態と非連結状態とを切り替えるソレノイド駆動式の切り替え機構、および、前記スタータモータと前記切り替え機構の駆動用ソレノイドとに電力を供給するバッテリ、および、前記スタータモータへの電力供給と前記駆動用ソレノイドへの電力供給とを各別の指令信号に基づいてそれぞれ各別のタイミングで実行する制御部を備え、同制御部は、機関始動条件の成立に先立って前記第１ギアと前記第２ギアとが連結状態になるように機関運転の停止過程または停止時において前記駆動用ソレノイドへの電力供給を開始してなり且つ前記機関始動条件の成立を条件に前記スタータモータへの電力供給を開始してなる内燃機関の始動装置において、
   前記駆動用ソレノイドと前記バッテリとが抵抗器を介して接続されてなる
   ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 前記抵抗器の抵抗値を可変設定する設定手段を有してなる
   請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 請求項２に記載の内燃機関の始動装置において、
   当該始動装置は、前記バッテリの残量を推定する推定手段をさらに有してなり、
   前記設定手段は、前記推定手段により推定した前記残量が少ないときほど、前記抵抗値として小さい値を設定するものである
   ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の始動装置において、
   当該始動装置は、停止条件が成立した場合に前記内燃機関を自動停止させる一方、再始動条件が成立した場合に前記内燃機関を自動始動させる自動停止始動制御を実行する機関システムに適用されてなる
   ことを特徴とする内燃機関の始動装置。
5. 請求項４に記載の内燃機関の始動装置において、
   前記制御部は、前記停止条件が成立しており且つ機関回転速度が所定速度以下まで低下したときに前記駆動用ソレノイドへの電力供給を開始するものである
   ことを特徴とする内燃機関の始動装置。

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