JP2016169695A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリセットモードを実行する始動装置１において、プリセットモードの実行後にピニオンがリングギヤから離脱しても、内燃機関の迅速な始動を可能にする。
【解決手段】始動装置１によれば、マイコン４０は、内燃機関７への燃料の供給を停止した後、プリセットモードを実行してピニオンをリングギヤに噛み合わせる。その後、マイコン４０は、ピニオンがリングギヤから離脱したか否かを監視し、ピニオンがリングギヤから離脱したと判定したときに、プリセットモードを、再度、実行する。これにより、プリセットモードの実行後にピニオンがリングギヤから離脱しても、再度、プリセットモードを実行してピニオンをリングギヤに噛み合わせることで、内燃機関の迅速な始動が可能になる。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の始動装置（以下、略して始動装置と呼ぶことがある。）に関する。

近年、車両において、二酸化炭素の削減および燃費向上等を目的として、内燃機関の停止および始動を自動制御するアイドルストップ装置を搭載するものが公知となっている。
アイドルストップ装置は、例えば、交差点での停止や渋滞等による停止の後に、内燃機関への燃料の供給を停止して内燃機関を停止させ、その後、ユーザにより発進操作（例えば、ブレーキの解除操作、Ｄレンジへのシフト操作等）が行われて再始動条件が成立すると、スタータを自動的に起動して内燃機関を再始動させる。

また、アイドルストップ装置では、再始動時に内燃機関を迅速に始動することが必要と考えられている。そして、この必要性を満たすべく、再始動に先立ち、スタータのピニオンを予め内燃機関のリングギヤに噛み合せておく制御モード（以下、プリセットモードと呼ぶ。）が公知となっている（例えば、特許文献１、２参照。）。

そして、プリセットモードでは、電磁ソレノイドの磁気力によりピニオンを押し出してリングギヤに噛み合わせるが、燃費低減の要請から、噛み合わせた後、電磁ソレノイドへの通電をオフにする要求がある。例えば、特許文献１では、内燃機関が燃料供給停止後に惰性回転しているときに、電磁ソレノイドに通電して磁気力を発生させ、ピニオンを押し出すとともにリングギヤに噛み合わせ、その後、電磁ソレノイドを非通電に保つ。また、特許文献２では、リングギヤにピニオンを噛み合わせた後、内燃機関の惰性回転の方向が正転から逆転に変わったことを条件として電磁ソレノイドへの通電を停止する。

ところで、ピニオンは、電磁ソレノイドのリターンスプリングにより、常に、リングギヤから離脱する方向に付勢されており、電磁ソレノイドへの通電停止後は、ヘリカルスプラインによる移動抵抗によってピニオンの離脱が抑制されている。このため、例えば、振動等の外乱によりリングギヤがヘリカルスプラインのピッチ分だけ動くと、ピニオンがリングギヤから離脱してしまう。この結果、内燃機関の再始動時に、ピニオンを押し出してリングギヤに噛み合わせる操作を行う必要が生じ、内燃機関を迅速に始動する必要性が満たせなくなる可能性がある。

特許第５２５１６８７号公報 特許第５３１６７１５号公報

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、プリセットモードを実行する始動装置において、プリセットモードの実行後にピニオンがリングギヤから離脱しても、内燃機関の迅速な始動を可能にすることにある。

本願の第１発明によれば、内燃機関の始動装置は、次のスタータ、制御手段および判定手段を備える。
まず、スタータは、レバーを介して電磁ソレノイドの磁気力をピニオンに機械的に伝達するとともに、ヘリカルスプラインによりピニオンを回転させながら直進させてリングギヤに噛み合わせる。さらに、スタータは、ヘリカルスプラインを経由して電動モータのトルクをピニオンに伝達することで、リングギヤを回転駆動して内燃機関を始動する。

また、制御手段は、以下のようなプリセットモードを有し、スタータを制御する。すなわち、プリセットモードとは、内燃機関への燃料の供給を停止した後、次の内燃機関の始動までの待機期間に実行される制御モードであり、電磁ソレノイドに通電して磁気力を発生させ、ピニオンをリングギヤに噛み合わせるとともに、噛み合わせた後に電磁ソレノイドへの通電を停止するものである。

さらに、判定手段は、待機期間にピニオンがリングギヤから離脱したか否かを判定する。
そして、制御手段は、内燃機関への燃料の供給を停止した後、プリセットモードを実行してピニオンをリングギヤに噛み合わせ、その後、判定手段によりピニオンがリングギヤから離脱したと判定されたときに、プリセットモードを、再度、実行する。

これにより、プリセットモードの実行後、判定手段によって、ピニオンがリングギヤから離脱したか否かを監視することができる。また、ピニオンがリングギヤから離脱したと判定された場合には、プリセットモードを、再度、実行することで、ピニオンをリングギヤに噛み合わせることができる。このため、プリセットモードを実行する始動装置において、プリセットモードの実行後にピニオンがリングギヤから離脱しても、内燃機関の迅速な始動が可能になる。

本願の第２発明によれば、内燃機関の始動装置は、電磁ソレノイドに流れる電流、または、電磁ソレノイドに印加される電圧を検出するセンサを備える。そして、判定手段は、電磁ソレノイドに電圧または電流のパルス入力を与えるとともに、パルス入力を与えている最中、または、与えた後のセンサの出力（以下、出力応答と呼ぶ。）に基づき、ピニオンがリングギヤから離脱したか否かを判定する。

電磁ソレノイドにおける磁気力の出力部品（例えば、磁性体製のプランジャ）とピニオンとはレバーを介して機械的に連結しているので、ピニオンがリングギヤから離脱すると、プランジャも変位する。このため、ピニオンがリングギヤから離脱すると、電磁ソレノイドへの通電により生じる磁気回路の磁路長が変動し、コイルのインダクタンスが変化する。この結果、ピニオンがリングギヤから離脱すると出力応答が変動するので、出力応答に基づき、ピニオンがリングギヤから離脱したか否かを判定することができる。

本願の第３発明によれば、判定手段がパルス入力を与える周期は、３００Ｈｚ以下である。
通常のピニオン押し出し操作において電磁ソレノイドに流れる電流は直流なので、交流鉄損が生じない。このため、プランジャ等の磁気回路を構成する部品の素材には、鍛造鋼等の安価な塊状鉄心材料が採用され、鉄損抑制効果がある積層鋼板は採用されていない。

この結果、パルス入力を繰り返し電磁ソレノイドに与えると、渦電流が発生してコイルのインダクタンスに影響を与えるようになり、判定手段の判定精度が低下する。また、渦電流の影響は、パルス入力の周波数が高いほど顕著になって判定精度が低下する。そこで、パルス入力を与える周期を３００Ｈｚ以下にすることで、プランジャの素材が塊状鉄心材料でも、渦電流がインダクタンスに及ぼす影響を緩和して判定手段の判定精度を高精度に保つことができる。

本願の第４発明によれば、パルス入力のパルス幅はセンサの検出分解能である。
これにより、ピニオンがリングギヤから離脱したか否かを判定するために必要な消費電力を低減することができる。

内燃機関の始動装置の全体構成図である。 スタータの要部を示す部分断面図である。 内燃機関の始動装置の回路図である。 （ａ）はピニオンがリングギヤから離脱した状態におけるプランジャの位置を示す説明図であり、（ｂ）はピニオンがリングギヤに噛み合っている状態におけるプランジャの位置を示す説明図である。 （ａ）はプランジャの位置が９ｍｍ、０ｍｍのそれぞれであるときのコイルの通電量の経時変化を示すタイムチャートであり、（ｂ）は（ａ）の時間スケールを細かくしたタイムチャートである。 プランジャの位置が９ｍｍ、６ｍｍ、３ｍｍ、０ｍｍのそれぞれであるときのパルス入力の周波数とインダクタンスとの相関を示す特性図である。 （ａ）はパルス入力の周波数が１０Ｈｚであるときの磁束が通りやすい領域を示す説明図であり、（ｂ）はパルス入力の周波数が１ｋＨｚであるときの磁束が通りやすい領域を示す説明図である。

実施形態の内燃機関の始動装置を、以下の実施例に基づき説明する。なお、実施例は具体例を開示するものであり、本願発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

〔実施例の構成〕
実施例の始動装置１の構成を、図１〜図３を用いて説明する。始動装置１は、以下に説明するスタータ２、電力変換器３およびＥＣＵ４等から構成される（図１参照。）。
スタータ２は、ピニオン６を内燃機関７のリングギヤ８に噛み合わせてリングギヤ８を回転駆動することで内燃機関７を始動するものであり、主に、電磁ソレノイド９と電動モータ１０とを備える。なお、スタータ２では、電磁ソレノイド９と電動モータ１０とは異軸であり、各々の軸は互いに平行である。

電磁ソレノイド９は、通電により発生する磁気力により、ピニオン６を軸方向一方側に直進させてリングギヤ８に噛みあわせるものである。より具体的に、電磁ソレノイド９は、レバー１２を介して磁気力をピニオン６に機械的に伝達するとともに、ヘリカルスプライン１３によりピニオン６を回転させながら直進させてリングギヤ８に噛み合わせる（図１および図２参照。）。

また、電磁ソレノイド９は、図２に示すように、磁性体製のケース１４の内部に収容されるコイル１５、コイル１５への通電によって磁化される固定コア１６、固定コア１６に対向配置され、固定コア１６により磁気的に吸引されて軸方向に移動するプランジャ１７、プランジャ１７の動きをレバー１２に伝達するジョイント１８等より構成される。
コイル１５は、図３に示すように、一方の端子がスイッチ２０を介して車載電源２１に接続するとともに他方の端子がアースに接続しており、スイッチ２０のオンオフにより車載電源２１から電力の供給を受けて磁気力を発生させる。

固定コア１６は、コイル１５の内周で軸方向他方側に固定配置される。
プランジャ１７は、略円筒状に設けられ、コイル１５の内周で固定コア１６の軸方向一方側に配置される。そして、プランジャ１７は、コイル１５への通電により発生する磁束により、軸方向他方側に磁気吸引されて移動する。また、固定コア１６とプランジャ１７との間には、リターンスプリング２２が軸方向にセットされており、プランジャ１７は、リターンスプリング２２の付勢力により軸方向一方側に付勢されている。

ジョイント１８は、棒状に設けられてプランジャ１７の円筒孔２３に挿入され、軸方向一端が円筒孔２３から突き出てレバー１２の一方のアーム１２ａに係合する。なお、円筒孔２３は、プランジャ１７の軸方向一方側に開口しており、軸方向他方側は閉塞して底面を形成している。

また、ジョイント１８は、ドライブスプリング３０とともに円筒孔２３に挿入され、ドライブスプリング３０は、ジョイント１８の軸方向他端、および、円筒孔２３の開口周辺それぞれに設けられたバネ座により軸方向にセットされている。ここで、ドライブスプリング３０とは、ピニオン６がリングギヤ８に当接した後、レバー１２を介して、さらに、ピニオン６を軸方向一方側に付勢してピニオン６をリングギヤ８に噛み合わせる付勢力を発生するものである。すなわち、ドライブスプリング３０は、プランジャ１７の軸方向他方側への移動によりピニオン６がリングギヤ８に当接した後、引き続き、プランジャ１７が軸方向他方側に移動する間に圧縮され、ピニオン６をリングギヤ８に噛み込ませるための反力を蓄える。

電動モータ２は、例えば、図３に示すように、３相のコイル２６への通電を制御することでトルクを発生する周知の同期モータである。そして、電動モータ２のトルクは、ヘリカルスプライン１３を経由してピニオン６に伝達され、リングギヤ８を回転駆動するために利用される。

また、電動モータ２からピニオン６に至るトルクの伝達経路には、ドライブシャフト２７および一方向クラッチ２８等が介在する（図２参照。）。
ドライブシャフト２７は、電動モータ１０の回転子と同軸に組み付けられ、電動モータ１０のトルクにより回転駆動される。

一方向クラッチ２８は、周知の機能を有するアウタ２９、インナ３０およびローラ３１等を具備する。そして、一方向クラッチ２８は、電磁ソレノイド９の磁気力によりピニオン６とともに軸方向一方側に押し出され、電動モータ２のトルクによりピニオン６とともに回転し、内燃機関７の始動後、空転して内燃機関７のトルクが電動モータ１０の回転子に伝わるのを遮断する。

また、アウタ２９の軸方向他方側にはスプラインバレル３３が一体に設けられている。そして、スプラインバレル３３の内周にドライブシャフト２７が嵌合しており、スプラインバレル３３の内周とドライブシャフト２７の外周との間にヘリカルスプライン１３の噛み合いが形成されている。

また、インナ３０の軸方向一方側にはインナチューブ３４が一体に設けられ、ドライブシャフト２７は、軸受３５を介してインナチューブ３４に対し相対回転自在となるように嵌合している。そして、インナチューブ３４の外周にはピニオン６が一体成形されている。

なお、レバー１２は、電磁ソレノイド９から出力される磁気力およびリターンスプリング２２の付勢力により軸方向に揺動自在となるように組み付けられている。
すなわち、レバー１２は、支点部１２ｂを中心として回転自在に支持され、支点部１２ｂから一方に伸びるアーム１２ａがジョイント１８に連結され、他方に伸びるアーム１２ｃがホルダ３６に保持されている。ここで、ホルダ３６は、スプラインバレル３３に固定される円環板状の金属部品と、一方向クラッチ２８の一部（アウタ２９とスプラインバレル３３とを接続する部分）とにより構成されている。

そして、磁気力によりレバー１２が回転すると、アーム１２ａ、アーム１２ｃは、それぞれ軸方向他方側、一方側に揺動し、リターンスプリング２２の付勢力によりレバー１２が回転すると、アーム１２ａ、アーム１２ｃは、それぞれ軸方向一方側、他方側に揺動する。

電力変換器３は、図３に示すように、電磁ソレノイド９のコイル１５への通電を行うための駆動回路３８、電動モータ１０のコイル２６への通電を行うための駆動回路３９、ならびに、駆動回路３８、３９に制御信号を出力するマイコン４０等を有する。また、電力変換器３は、ＥＣＵ４とは別体に設けられてスタータ２の近傍に配置されている。

まず、駆動回路３８は、スイッチ２０を有しており、スイッチ２０に制御信号が入力すると車載電源２１からコイル１５に電力が供給されるように設けられている。また、駆動回路３９は、周知のインバータ回路４１を有し、インバータ回路４１を構成するスイッチのオンオフが制御されてコイル２６への通電が制御される。なお、駆動回路３８では、スイッチ２０およびコイル１５を保護するためのコンデンサ４２がスイッチ２０およびコイル１５と並列に接続しており、駆動回路３９では、インバータ回路４１を保護するためのコンデンサ４３がインバータ回路４１と並列に接続している。

また、マイコン４０は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御処理や演算処理に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき必要な信号を出力する出力回路等を有する周知の構造である。そして、マイコン４０は、ＥＣＵ４から入力される信号に応じて、各種の制御処理を実行するとともに駆動回路３８、３９に制御信号を出力し、電磁ソレノイド９や電動モータ１０を制御する。

ＥＣＵ４は、入力された信号を処理する入力回路、入力された信号に基づき制御処理や演算処理を行うＣＰＵ、制御処理や演算処理に必要なデータやプログラム等を記憶して保持する各種のメモリ、ＣＰＵの処理結果に基づき必要な信号を出力する出力回路等を有するマイコン（マイコン４０とは別に設けられたもの）を備えて構成され、燃料噴射制御や点火制御等、内燃機関７の動作を制御する。

また、ＥＣＵ４は、内燃機関７の停止および始動を自動制御するアイドルストップ装置として機能する。すなわち、ＥＣＵ４は、例えば、交差点での停止や渋滞等による停止の後に、内燃機関７への燃料の供給を停止して内燃機関７を停止させる。その後、ＥＣＵ４は、ユーザにより発進操作（例えば、ブレーキの解除操作、Ｄレンジへのシフト操作等）が行われて再始動条件が成立すると、電力変換部３に指令してスタータ２を起動し、内燃機関７を再始動させる。

つまり、ＥＣＵ４には、ユーザによる発進操作を検知することができる信号が入力されている。そして、ＥＣＵ４は、これらの信号に基づき発進操作を検知したときに、電力変換器３に内燃機関７の始動を要求する始動要求信号を出力し、マイコン４０は、始動要求信号に基づき、電磁ソレノイド９や電動モータ１０を動作させて内燃機関７を始動する。

なお、発進操作を検知することができる信号として、以下のようなものを例示することができる。
すなわち、アクセルペダルの操作量を表わす信号、ブレーキペダルの操作量を表わす信号、イグニッション操作などによる始動操作信号、および、自動変速機におけるＤレンジへのシフト操作を検知する信号等を例示することができる。また、図１には、アクセルペダルの操作量を表わす信号、および、ブレーキペダルの操作量を表わす信号を、それぞれ出力するアクセル開度センサ４５、および、ブレーキセンサ４６を図示した。

以上の構成により、始動要求信号がＥＣＵ４から電力変換器３に出力されると、マイコン４０は、スイッチ２０に制御信号を出力してコイル１５への通電をオンする。これにより、電磁ソレノイド９において磁気力が発生し、ピニオン６が回転しながら軸方向一方側に直進してリングギヤ８に噛み合う。引き続き、マイコン４０は、インバータ回路４１への制御信号の出力を開始して電動モータ１０にトルクを発生させ、さらに、コイル２６への通電を制御する。これにより、内燃機関７が始動する。

〔実施例の特徴〕
実施例の始動装置１の特徴を、図面に基づき説明する。
まず、始動装置１によれば、電力変換器３のマイコン４０は、スタータ２を制御する制御手段として機能し、以下のようなプリセットモードを有する。
プリセットモードとは、内燃機関７への燃料の供給を停止した後、次の内燃機関７の始動までの待機期間に実行される制御モードであり、電磁ソレノイド９に通電して磁気力を発生させ、ピニオン６をリングギヤ８に噛み合わせるとともに、噛み合わせた後に電磁ソレノイド９への通電を停止するものである。

ここで、プリセットモードは、アイドルストップ装置の機能により内燃機関７への燃料の供給が停止された後に内燃機関７を迅速に再始動する必要性を満たすべく、再始動に先立ち、ピニオン６を予めリングギヤ８に噛み合せておくことを目的とする。さらに、プリセットモードでは、燃費低減の要請から、噛み合わせ後に、電磁ソレノイド９の通電をオフする。

そこで、ＥＣＵ４は、内燃機関７への燃料の供給を停止したときに、内燃機関７の停止を示す機関停止信号を電力変換器３に出力し、マイコン４０は、機関停止信号が入力されると、プリセットモードを開始する。つまり、マイコン４０は、機関停止信号が入力されると、スイッチ２０に制御信号を出力してコイル１５への通電をオンする。これにより、ピニオン６が回転しながら軸方向一方側に直進してリングギヤ８に噛み合う。

その後、マイコン４０は、制御信号の出力を停止してコイル１５への通電をオフする。この結果、ピニオン６は、リターンスプリング２２によりリングギヤ８から離脱する方向に付勢されるものの、ヘリカルスプライン１３による移動抵抗によってリングギヤ８からの離脱が抑制され、リングギヤ８との噛み合いを維持する。

なお、プリセットモードにおいて、ピニオン６がリングギヤ８に当接する前に内燃機関７の惰性回転が停止した場合、ピニオン６は、リングギヤ８に当接した後、噛み合うことが難しくなる。このため、ピニオン６がリングギヤ８に当接する前に予め電動モータ１０を動作させ、ピニオン６を回転させておく必要がある。そこで、例えば、ＥＣＵ４からマイコン４０に、内燃機関７の回転数を示す信号を出力させ、内燃機関７の回転数に応じて電動モータ１０を動作させるか否かをマイコン４０に判断させるようにしてもよい。なお、内燃機関の回転数を示す信号は、クランク角センサ７ａから得ることができる（図１参照。）。

次に、マイコン４０は、待機期間にピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定する判定手段として機能する。
ここで、ピニオン６は、ヘリカルスプライン１３による移動抵抗によってピニオン６の離脱が抑制されるものの、振動等の外乱によりリングギヤ８がヘリカルスプライン１３のピッチ分だけ動くと、リングギヤ８から離脱してしまう。この結果、内燃機関７の再始動時に、ピニオン６を押し出してリングギヤ８に噛み合わせる操作を行う必要が生じ、内燃機関７を迅速に始動する必要性が満たせなくなる可能性がある。

そこで、始動装置１は、電磁ソレノイド９のコイル１５に流れる電流を検出するセンサ４８を備え（図３参照。）、マイコン４０は、センサ４８の出力を利用することで、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定する。そして、マイコン４０は、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したと判定したときに、プリセットモードを、再度、実行してピニオン６をリングギヤ８に噛み合わせる。

ここで、センサ４８は、駆動回路３８においてコイル１５と並列に接続しているシャント抵抗であり、マイコン４０は、センサ４８の出力により、コイル１５の通電量を、常時、把握することができる（なお、センサ４８には、還流ダイオード４９が直列に接続している。）。

そして、マイコン４０は、待機期間中、所定の周期でスイッチ２０に制御信号を出力してスイッチ２０をオンすることで、電磁ソレノイド９のコイル１５に繰り返し電圧のパルス入力を与える。これにより、マイコン４０は、パルス入力を与えている最中、または、与えた後のセンサ４８の出力（以下、出力応答と呼ぶ。）に基づき、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定する。

つまり、電磁ソレノイド９のプランジャ１７とピニオン６とはレバー１２を介して機械的に連結しているので、ピニオン６がリングギヤ８から離脱するとプランジャ１７も軸方向に変位する（図４参照。）。このため、ピニオン６がリングギヤ８から離脱すると、コイル１５への通電により生じる磁気回路の磁路長が変動し、コイル１５のインダクタンスが変化する。この結果、ピニオン６がリングギヤ８から離脱すると出力応答が変動するので、出力応答に基づき、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定することができる。

例えば、ピニオン６がリングギヤ８に噛み合っている状態におけるプランジャ１７の位置（図４（ｂ）参照。）と、ピニオン６がリングギヤ８から離脱した状態におけるプランジャ１７の位置（図４（ａ）参照。）との軸方向の距離が９ｍｍとする。
なお、以下の説明では、プランジャ１７の軸方向の位置に関し、図４（ｂ）のプランジャ１７の位置を基準位置（０ｍｍ）とし、さらに、軸方向一方側をプラス側として、基準位置との距離によってプランジャ１７の位置を表すものとする。

そして、例えば、パルス入力の周波数を１００Ｈｚ（周期１０ｍｓｅｃ）とし、パルス入力のパルス幅を０．２ｍｓｅｃとしたとき、図５に示すように、コイル１５の通電量（つまり、センサ４８の出力）の経時変化に関し、プランジャ１７の位置が０ｍｍのときと９ｍｍのときとで、インダクタンスの差に起因する差が明確に表れる。

そこで、例えば、図５の特性に基づき、スイッチ２０をオフする０．０２ｍｓｅｃ前における出力応答に関し、今回の数値が前回の数値よりも０．１５Ａ以上大きければ、ピニオン６がリングギヤ８から離脱しているものと判定させる。または、スイッチ２０をオフしてから０．１ｍｓｅｃ後における出力応答に関し、今回の数値が前回の数値よりも０．７５Ａ以上大きければ、ピニオン６がリングギヤ８から離脱しているものと判定させる。

なお、パルス幅として選択した数値（０．２ｍｓｅｃ）は、センサ４８の検出分解能である。
また、パルス入力を与える周期は、以下に説明する渦電流の影響を抑制するため、３００Ｈｚ以下が好ましく、さらに、１００Ｈｚ以下がより好ましい。

ここで、図６は、プランジャ１７の位置を０、３、６、９ｍｍで変化させてパルス入力の周波数とインダクタンスとの相関を測定した結果を示すものである。これによれば、パルス入力の周波数が高いほど、プランジャ１７の位置の違いによるインダクタンスの差が小さくなり、３００Ｈｚを超えると、プランジャ１７の位置が０ｍｍから９ｍｍの間で変化しても、インダクタンスの数値に明確な差が見られなくなる。

この現象は、パルス入力の繰り返しに伴い発生する渦電流に起因している。
つまり、通常のピニオン６の押し出し操作においてコイル１５に流れる電流は直流なので、交流鉄損が生じない。このため、プランジャ１７の素材には、鍛造鋼等の安価な塊状鉄心材料が採用され、鉄損抑制効果がある積層鋼板は採用されていない。

この結果、パルス入力を繰り返しコイル１５に与えると、渦電流が発生して磁性体に磁束が通りにくくなり、このような渦電流の影響はパルス入力の周波数が高いほど顕著になる。すなわち、図７に示すように、パルス入力の周波数が高いほど、磁束は、磁性体の内部を通りにくくなり、コイル１５に近い表面近傍しか通ることができなくなる（なお、図７では、磁性体の内、磁束が通りやすい領域にハッチングを施した。）。この結果、パルス入力の周波数が高いほど判定精度が低下するので、パルス入力の周波数を３００Ｈｚ以下とし、さらにより好ましい数値として１００Ｈｚに設定する。

〔実施例の効果〕
実施例の始動装置１によれば、電力変換器３のマイコン４０は、プリセットモードを有し、スタータ２を制御する。ここで、プリセットモードとは、内燃機関７への燃料の供給を停止した後、次の内燃機関７の始動までの待機期間に実行される制御モードであり、電磁ソレノイド９のコイル１５に通電して磁気力を発生させ、ピニオン６をリングギヤ８に噛み合わせるとともに、噛み合わせた後にコイル１５への通電を停止するものである。

さらに、マイコン４０は、待機期間にピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定する機能を有する。そして、マイコン４０は、内燃機関７への燃料の供給を停止した後、プリセットモードを実行してピニオン６をリングギヤ８に噛み合わせ、その後、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したと判定したときに、プリセットモードを、再度、実行する。

これにより、プリセットモードの実行後、マイコン４０によって、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを監視することができる。また、マイコン４０によりピニオン６がリングギヤ８から離脱したと判定された場合には、プリセットモードを、再度、実行することで、ピニオン６をリングギヤ８に噛み合わせることができる。このため、プリセットモードの実行後にピニオン６がリングギヤ８から離脱しても、内燃機関７の迅速な始動が可能になる。

また、始動装置１は、コイル１５に流れる電流を検出するセンサ４８を備え、マイコン４０は、コイル１５に電圧のパルス入力を与えるとともに、パルス入力を与えている最中、または、与えた後のセンサ４８の出力（出力応答）に基づき、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定する。

プランジャ１７とピニオン６とはレバー１２を介して機械的に連結しているので、ピニオン６がリングギヤ８から離脱すると、プランジャ１７も変位する。このため、ピニオン６がリングギヤ８から離脱すると、コイル１５への通電により生じる磁気回路の磁路長が変動し、コイル１５のインダクタンスが変化する。この結果、ピニオン６がリングギヤ８から離脱すると出力応答が変動するので、出力応答に基づき、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定することができる。

また、マイコン４０がパルス入力を与える周期は、３００Ｈｚ以下である。
通常のピニオン６の押し出し操作において電磁ソレノイド９に流れる電流は直流なので、交流鉄損が生じない。このため、プランジャ１７等の磁気回路を構成する部品の素材には、鍛造鋼等の安価な塊状鉄心材料が採用され、鉄損抑制効果がある積層鋼板は採用されていない。

この結果、パルス入力を繰り返しコイル１５に与えると、渦電流が発生してコイル１５のインダクタンスに影響を与えるようになり、マイコン４０の判定精度が低下する。また、渦電流の影響は、パルス入力の周波数が高いほど顕著になって判定精度が低下する。そこで、パルス入力を与える周期を３００Ｈｚ以下にすることで、プランジャ１７の素材が塊状鉄心材料でも、渦電流がインダクタンスに及ぼす影響を緩和して判定精度を高精度に保つことができる。

さらに、パルス入力のパルス幅はセンサ４８の検出分解能である。
これにより、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定するために必要な消費電力を低減することができる。

〔変形例〕
始動装置１の態様は実施例に限定されず、種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例の始動装置１は、コイル１５に流れる電流を検出するセンサ４８を備え、判定手段としてのマイコン４０は、コイル１５に電圧のパルス入力を与えるとともに出力応答に基づき、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定していたが、判定手段の態様は、このようなものに限定されない。

例えば、プランジャ１７の位置を検出するポジションセンサを設けて、プランジャ１７の位置を、直接、検出することで、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定してもよい。
また、始動装置１に、コイル１５に印加される電圧を検出するセンサを設け、マイコン４０には、コイル１５に電流のパルス入力を与えさせ、電圧の出力応答に基づき、ピニオン６の離脱を判定するようにしてもよい。

また、実施例の始動装置１によれば、プランジャ１７等の磁気回路を構成する部品の素材には、鍛造鋼等の安価な塊状鉄心材料が採用されていたが、これらの部品の素材として、鉄損抑制効果がある積層鋼板や圧粉鉄心等を採用してもよい。この場合、例えば、コイル１５の通電量を数ｋＨｚ〜数十ｋＨｚの周波数でＰＷＭ制御し、通電量の時間変化率に基づき、ピニオン６がリングギヤ８から離脱したか否かを判定してもよい。

また、実施例の始動装置１によれば、電動モータ１０は同期モータであったが、電動モータ１０として直流モータを採用し、インバータ回路４１に変えてチョッパ回路を設け、チョッパ回路により電動モータ１０の通電量を変化させてもよい。
また、実施例の始動装置１によれば、コイル１５への通電量はシャント抵抗により検出していたが、ホール素子型の電流センサにより通電量を検出してもよい。
さらに、実施例の始動装置１によれば、電力変換器３が有するマイコン４０は１つであり、１つのマイコン４０が電磁ソレノイド９および電動モータ１０の両方を制御していたが、電磁ソレノイド９、電動モータ１０の制御用に個別にマイコンを設けてもよい。

１ 始動装置 ２ スタータ ６ ピニオン ７ 内燃機関 ８ リングギヤ ９ 電磁ソレノイド １０ 電動モータ １２ レバー １３ ヘリカルスプライン ４０ マイコン（制御手段、判定手段）

Claims (4)

1. レバー（１２）を介して電磁ソレノイド（９）の磁気力をピニオン（６）に機械的に伝達するとともに、ヘリカルスプライン（１３）により前記ピニオン（６）を回転させながら直進させてリングギヤ（８）に噛み合わせ、さらに、前記ヘリカルスプライン（１３）を経由して電動モータ（１０）のトルクを前記ピニオン（６）に伝達することで、前記リングギヤ（８）を回転駆動して内燃機関（７）を始動するスタータ（２）と、
   前記内燃機関（７）への燃料の供給を停止した後、次の前記内燃機関（７）の始動までの待機期間に実行される制御モードであって、前記電磁ソレノイド（９）に通電して磁気力を発生させ、前記ピニオン（６）を前記リングギヤ（８）に噛み合わせるとともに、噛み合わせた後に前記電磁ソレノイド（９）への通電を停止するプリセットモードを有し、前記スタータ（２）を制御する制御手段（４０）と、
   前記待機期間に前記ピニオン（６）が前記リングギヤ（８）から離脱したか否かを判定する判定手段（４０）とを備え、
   前記制御手段（４０）は、前記内燃機関（７）への燃料の供給を停止した後、前記プリセットモードを実行して前記ピニオン（６）を前記リングギヤ（８）に噛み合わせ、その後、前記判定手段（４０）により前記ピニオン（６）が前記リングギヤ（８）から離脱したと判定されたときに、前記プリセットモードを、再度、実行することを特徴とする内燃機関（７）の始動装置（１）。
2. 請求項１に記載の内燃機関（７）の始動装置（１）において、
   前記電磁ソレノイド（９）に流れる電流、または、前記電磁ソレノイド（９）に印加される電圧を検出するセンサ（４８）を備え、
   前記判定手段（４０）は、前記電磁ソレノイド（９）に電圧または電流のパルス入力を与えるとともに、このパルス入力を与えている最中、または、与えた後の前記センサ（４８）の出力に基づき、前記ピニオン（６）が前記リングギヤ（８）から離脱したか否かを判定することを特徴とする内燃機関（７）の始動装置（１）。
3. 請求項２に記載の内燃機関（７）の始動装置（１）において、
   前記判定手段（４０）が前記パルス入力を与える周期は、３００Ｈｚ以下であることを特徴とする内燃機関（７）の始動装置（１）。
4. 請求項２または請求項３に記載の内燃機関（７）の始動装置（１）において、
   前記パルス入力のパルス幅は前記センサ（４８）の検出分解能であることを特徴とする内燃機関（７）の始動装置（１）。

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