JP4737571B2 - エンジン始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドルストップシステムに用いられてエンジンを始動するエンジン始動装置に関する。

従来、エンジンの出力を必要としない場合にエンジンを自動的に停止させ、エンジンの出力が必要になるとエンジンを自動的に再始動させるアイドルストップシステムが知られている。このシステムでは、エンジン停止要求の後、運転者が所定の操作を行うと再始動要求が発生し、エンジンが自動的に再始動させられる。

ところで、エンジンの始動にあたってはクランクシャフトに連結されたリングギヤをスタータにて回転駆動しクランキングするのであるが、このときリングギヤに噛み合わせられるのがピニオンギヤであり、このピニオンギヤがスタータモータによって回転駆動される。通常時は、ピニオンギヤはリングギヤに噛み合っておらず、始動にあたってピニオンギヤは所定位置へ押し出されてリングギヤに噛み合う。以下、リングギヤに噛み合うピニオンギヤの位置を「連結位置」といい、リングギヤに噛み合わないピニオンギヤの位置を「非連結位置」という。

このようなエンジン再始動の制御が問題となるのは、特にエンジン停止要求があった後、エンジンが完全に停止するまでの間にエンジンの再始動要求が発生した場合である。この場合にエンジンが完全に停止するまで待ってエンジンの再始動を行うと、ユーザに違和感を与えることが懸念される。具体的には、エンジンの停止要求から完全にエンジンが停止するまでに要する時間は長くて１秒程度ではあるものの、停止要求直後にアクセルペダルが踏み込まれた場合など「エンジンが始動しない」という一瞬の不安を違和感として運転者に抱かせてしまう虞がある。

そこで、エンジンが完全に停止するのを待たずにエンジンを再始動することが必要になるが、上述したスタータの構成から、エンジンの再始動の制御は、ピニオンギヤを非連結位置から連結位置へ押し出す制御と、ピニオンギヤを駆動するスタータモータへの電力供給制御とを、如何なるタイミングで如何なる順序で行うか、ということに帰結する。

近年、エンジンの再始動要求がない場合でも、都度、スタータモータに電力供給を行う構成が提案されている。具体的には、エンジンの停止要求がある度に再始動要求を待たずにスタータモータに電力供給を行い、非連結位置においてピニオンギヤを回転駆動し、ピニオンギヤ及びリングギヤのそれぞれの回転数を監視して、ピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせるものである（例えば、特許文献１参照）。すなわち、この構成では、再始動要求がなくても、「スタータモータへの電力供給」及び「ピニオンギヤの押し出し制御」が行われることになる。

ところが、この構成によると、エンジン停止要求があるたびにピニオンギヤを押し出してリングギヤに噛み合わせるため、噛み合いの際に生じる金属音が運転者に違和感を与える虞がある。

そこで、ピニオンギヤに係る駆動ソレノイドの電流を制御しながらピニオンギヤを連結位置へ押し出す構成が提案されている（例えば、特許文献２参照）。これにより、噛み合いの際に生じる金属音を低減することができるが、例えばチョッパー回路等の電流制御回路が必要になり、装置構成が複雑になるという問題がある。

また、上記いずれの構成であっても、再始動要求がない状態でスタータモータへの電力供給が行われるため、バッテリ電力の持ち出しが大きくなる。結果として、燃費の悪化や、再始動時における電気装備品への供給電力の低下が懸念される。

このような問題を解決するため、再始動要求があってはじめて、スタータモータに電力供給を行い、ピニオンギヤ及びリングギヤのそれぞれの回転数を監視して、ピニオンギヤを連結位置へ押し出す構成が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

国際公開第２００７／１０１７７０Ａ１号パンフレット 特表２００８−５１００９９号公報 特開２００５−３３０８１３号公報

しかし、上記特許文献３に開示される構成であっても、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合わせに際しスタータモータへの電力供給が行われるため、再始動要求があった場合だけに限定されるものの、燃費の悪化という問題は依然として残る。また、ピニオンギヤ及びリングギヤのそれぞれの回転数を監視することが必要となるため、装置構成が複雑になることも否めない。

本発明は、上述した問題を解決するためになされたものであり、その目的は、スタータモータへの電力供給による燃費の悪化を可及的に抑制し、装置構成が簡易なエンジン始動装置を提供することにある。

上述した目的と達成するためになされた請求項１に記載のエンジン始動装置は、エンジンの停止要求に続けて再始動要求があると、エンジンが完全停止する前にエンジンを再始動するものである。

エンジン始動にあたっては、ピニオンギヤをスタータモータにて回転駆動し、これにより、クランクシャフトに連動するリングギヤを回転駆動する。ピニオンギヤはリングギヤに噛み合う連結位置とリングギヤに噛み合わない非連結位置とを移動可能となっており、このピニオンギヤを非連結位置から連結位置へ移動させるのが、ソレノイドである。そして、制御部によって、ソレノイド及びスタータモータへの電力供給が独立に制御される。

ここで特に、制御部は、エンジンの停止要求後に、エンジンが完全停止する前に、エンジンの再始動要求があると、判断処理、第１電力供給処理、条件判断処理、及び、第２電力供給処理を実行する。

判断処理では、エンジン回転数が予め定められた「噛合い可能回転数」以下であるか否かを判断する。エンジン回転数が一定回転数以下になると、ピニオンギヤを回転駆動させなくてもリングギヤと噛み合わせることが可能となる。この一定回転数を、本発明では「噛合い可能回転数」とした。

第１電力供給処理では、エンジン回転数が「噛合い可能回転数」以下であると判断された場合、ソレノイドへの電力供給を行う。これにより、ピニオンギヤが非連結位置から連結位置へ移動させられることになる。

条件判断処理では、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合うまでの待機期間が経過したことを判断する。
そして、第２電力供給処理では、条件判断処理にて待機期間が経過したことが判断されると、スタータモータへの電力供給を行う。これにより、ピニオンギヤとリングギヤとが確実に噛み合ってから、第２電力供給処理が実行されてピニオンギヤが回転駆動され、リングギヤを介したクランキングが開始される。

従来、早い段階でエンジン始動を行うという観点から、非連結位置においてピニオンギヤを回転駆動し、リングギヤに噛み合わせるようにしている。つまり、噛み合わせのためにスタータモータへの電力供給が行われていた。

これに対し、本発明では、噛み合わせのためにスタータモータへ電力供給することがない。つまり、エンジン回転数が「噛合い可能回転数」となるまで待って、ピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせるのである。このようにしてもよいのは、エンジンを有効に始動できるエンジン回転数（以下「有効回転数」という）が「噛合い可能回転数」よりも低いためである。すなわち、エンジン回転数が有効回転数以下となってからスタータによるクランキングが有効になるため、それまでにピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせれば十分である、という技術思想を背景とする。

そして、本発明によれば、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合わせに先だってピニオンギヤを回転駆動することがないため、スタータモータへの電力供給は、両ギヤが噛み合った後の第２電力供給処理においてのみ発生する。したがって、スタータモータへの電力供給による燃費の悪化を抑制することができる。また、本発明によれば、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合わせを目的としてピニオンギヤを回転駆動することがないため、ピニオンギヤの回転数を監視する必要がない。したがって、装置構成が簡易なものになる。

なお、エンジンの再始動要求があった場合にだけピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせるため、スタータモータによるエンジンのクランキング音にまぎれることによって噛み合わせの金属音が気になることも少ない。

ところで、エンジンは、その停止直前に、シリンダ内の空気の圧縮反力と摩擦力とのバランスによっては、一時的に逆方向へ回動することがある。このときに再始動要求があり、ピニオンギヤとリングギヤが噛合った時にはスタータ内のワンウェイクラッチが動力伝達方向へ駆動されるため、正回転中の噛合い時と異なり、スタータ軸にねじり応力が発生する。この瞬間にモータを駆動させると、モータ駆動によるねじり応力も付加され、さらに大きなねじり応力が発生する虞がある。

そこで、請求項２に示すように、エンジンの逆方向への回動が所定のタイミングで検出された場合、条件判断処理にて、待機期間よりも長い「長待機期間」が経過したことを判断することとしてもよい。具体的に、長待機期間は、上記待機期間よりも僅かに長い期間として設定することが例示される。噛合いによるねじり応力の発生は一時的なものであるため、スタータモータへの電力供給（第２電力供給処理）のタイミングを僅かに遅延させることにより、上記ねじり応力の発生タイミングを分散させ、ねじり応力の最大値を抑制できる可能性が高くなる。このようにすれば、ねじり応力等による不具合の発生を抑制することができる。なお、所定のタイミングは、例えば第１電力供給処理のタイミングとすることが例示される。したがって、「エンジンの逆方向への回動が前記第１電力供給処理のタイミングで検出された場合」としてもよい。

一方、エンジンの再始動要求が相対的に早いタイミングでなされた場合、ピニオンギヤがリングギヤと噛み合った時点で、エンジン回転数が有効回転数以下となっていないことが考えられる。上述したように、エンジン回転数が有効回転数以下になってはじめて、スタータモータによるクランキングが有効になる。

そこで、請求項３に示すように、条件判断処理において、待機期間が経過し、かつ、エンジン回転数がエンジンの始動に有効な有効回転数以下であることを判断することとしてもよい。このようにすれば、有効回転数以下となってはじめてスタータモータへの電力供給が行われるため、スタータモータへの電力供給による燃費の悪化を一層抑制することができる。

ところで、ピニオンギヤを非連結位置から連結位置へ移動させるために第１電力供給処理にてソレノイドへ電力供給することは既に述べたが、この電力供給にて生じるソレノイドの発熱による不具合を防止する必要があり、発熱対策としての構成によりソレノイドの体格が大きくなってしまう虞がある。

そこで、請求項４に示すように、上記ソレノイドが第１電力供給処理によって電力供給される第１ソレノイド及び第２ソレノイドを有するものとし、特に、第２ソレノイドの一端がスタータモータの高電位側に接続され、第２電力供給処理によって第２ソレノイドの両端が同電位となるように、第２ソレノイドが接続される構成を採用するとよい。このようにすれば、第２電力供給処理が開始されると第１ソレノイドのみに電力が供給されるため、ソレノイドの発熱を抑えることができ、発熱対策としての構成が必要なくなり、ソレノイドの体格が大きくなってしまうことがない。
さらに、上述した目的を達成するためになされた請求項５に記載のエンジン始動装置は、エンジンの停止要求に続けて再始動要求があると、エンジンが完全停止する前にエンジンを再始動するものである。

エンジン始動にあたっては、ピニオンギヤをスタータモータにて回転駆動し、これにより、クランクシャフトに連動するリングギヤを回転駆動する。ピニオンギヤはリングギヤに噛み合う連結位置とリングギヤに噛み合わない非連結位置とを移動可能となっている。このピニオンギヤは、ピニオン押出手段によって、非連結位置から連結位置へ移動させられる。そして、制御部によって、ピニオンギヤの移動とは独立にスタータモータへの電力供給が制御される。

ここで特に、制御部は、エンジンの停止要求後に、エンジンが完全停止する前に、エンジンの再始動要求があると、判断処理、ピニオン押出処理、条件判断処理、及び、電力供給処理を実行する。

判断処理では、エンジン回転数が予め定められた「設定回転数」以下であるか否かを判断する。エンジン回転数が一定回転数以下になると、ピニオンギヤを回転駆動させなくてもリングギヤと噛み合わせることが可能となる。この一定回転数を、本発明では「設定回転数」とした。

ピニオン押出処理では、エンジン回転数が「設定回転数」以下であると判断された場合、ピニオンギヤを連結位置へ移動させる。例えば、ソレノイドへの電力供給を行う構成が考えられる。

条件判断処理では、ピニオンギヤがリングギヤに噛み合うまでの待機期間が経過したことを判断する。
そして、電力供給処理では、条件判断処理にて待機期間が経過したことが判断されると、スタータモータへの電力供給を行う。これにより、ピニオンギヤとリングギヤとが確実に噛み合ってから、電力供給処理が実行されてピニオンギヤが回転駆動され、リングギヤを介したクランキングが開始される。

従来、早い段階でエンジン始動を行うという観点から、非連結位置においてピニオンギヤを回転駆動し、リングギヤに噛み合わせるようにしている。つまり、噛み合わせのためにスタータモータへの電力供給が行われていた。

これに対し、本発明では、噛み合わせのためにスタータモータへ電力供給することがない。つまり、エンジン回転数が「設定回転数」となるまで待って、ピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせるのである。このようにしてもよいのは、エンジンを有効に始動できるエンジン回転数（以下「有効回転数」という）が「設定回転数」よりも低いためである。すなわち、エンジン回転数が有効回転数以下となってからスタータによるクランキングが有効になるため、それまでにピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせれば十分である、という技術思想を背景とする。

そして、本発明によれば、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合わせに先だってピニオンギヤを回転駆動することがないため、スタータモータへの電力供給は、両ギヤが噛み合った後の電力供給処理においてのみ発生する。したがって、スタータモータへの電力供給による燃費の悪化を抑制することができる。また、本発明によれば、ピニオンギヤとリングギヤとの噛み合わせを目的としてピニオンギヤを回転駆動することがないため、ピニオンギヤの回転数を監視する必要がない。したがって、装置構成が簡易なものになる。

なお、エンジンの再始動要求があった場合にだけピニオンギヤとリングギヤとを噛み合わせるため、スタータモータによるエンジンのクランキング音にまぎれることによって噛み合わせの金属音が気になることも少ない。

ところで、エンジンは、その停止直前に、シリンダ内の空気の圧縮反力と摩擦力とのバランスによって、一時的に逆方向へ回動することがある。このときに再始動要求があり、ピニオンギヤとリングギヤが噛合った時にはスタータ内のワンウェイクラッチが動力伝達方向へ駆動されるため、正回転中の噛合い時と異なり、スタータ軸にねじり応力が発生する。この瞬間にモータを駆動させると、モータ駆動によるねじり応力も付加され、さらに大きなねじり応力が発生する虞がある。

そこで、請求項６に示すように、エンジンの逆方向への回動が所定のタイミングで検出された場合、条件判断処理にて、待機期間よりも長い「長待機期間」が経過したことを判断することとしてもよい。具体的に、長待機期間は、上記待機期間よりも僅かに長い期間として設定することが例示される。噛合いによるねじり応力の発生は一時的なものであるため、スタータモータへの電力供給（電力供給処理）のタイミングを僅かに遅延させることにより、上記ねじり応力を低減させ、ねじり応力の最大値を抑制できる可能性が高くなる。このようにすれば、ねじり応力等による不具合の発生を抑制することができる。なお、所定のタイミングは、例えばピニオン押出処理のタイミングとすることが例示される。したがって、「エンジンの逆方向への回動が前記ピニオン押出処理のタイミングで検出された場合」としてもよい。

ところで、エンジン回転数が「設定回転数」以下になると、ピニオンギヤを回転駆動させなくてもリングギヤと噛み合わせることが可能となることは既に述べた。このような設定回転数は、請求項７に示すように、アイドル回転数以下で、かつ、スタータモータによってクランキングが行われる際に脈動するエンジン回転数の極小値以上に設定することが例示される。例えば、図３に示すように、アイドル回転数以下で、かつ、記号Ｐで示すエンジン回転数の極小値以上の範囲に設定するという具合である。

なお、請求項８に示すようにさらに、スタータモータへの電力供給時に当該スタータモータへ作用するトルクを軽減する衝撃吸収手段を備える構成としてもよい。このようにすれば、装置の信頼性のさらなる向上を図ることができる。

ところで、エンジンの再始動要求が相対的に早いタイミングでなされた場合、ピニオンギヤがリングギヤと噛み合った時点で、エンジン回転数が有効回転数以下となっていないことが考えられる。上述したように、エンジン回転数が有効回転数以下になってはじめて、スタータモータによるクランキングが有効になる。

そこで、条件判断処理において、待機期間が経過し、かつ、エンジン回転数がエンジンの始動に有効な有効回転数以下であることを判断することとしてもよい。このようにすれば、有効回転数以下となってはじめてスタータモータへの電力供給が行われるため、スタータモータへの電力供給による燃費の悪化を一層抑制することができる。

また、ピニオンギヤを非連結位置から連結位置へ移動させるためにピニオン押出処理ではソレノイドへ電力供給することが考えられるが、この場合、電力供給にて生じるソレノイドの発熱による不具合を防止する必要があり、発熱対策としての構成によりソレノイドの体格が大きくなってしまう虞がある。

そこで、ソレノイドがピニオン押出処理によって電力供給される第１ソレノイド及び第２ソレノイドを有するものとし、特に、第２ソレノイドの一端がスタータモータの高電位側に接続され、電力供給処理によって第２ソレノイドの両端が同電位となるように、第２ソレノイドが接続される構成を採用するとよい。このようにすれば、第２電力供給処理が開始されると第１ソレノイドのみに電力が供給されるため、ソレノイドの発熱を抑えることができ、発熱対策としての構成が必要なくなり、ソレノイドの体格が大きくなってしまうことがない。

本発明の第１実施形態のエンジン始動装置の電気的構成を示す概略構成図である。 エンジン始動処理を示すフローチャートである。 設定回転数の設定範囲を示す説明図である。 エンジンの停止要求から再始動要求までの時間が比較的短い場合のエンジン始動装置の動作を示すタイミングチャートである。 エンジンの停止要求から再始動要求までの時間が比較的長い場合のエンジン始動装置の動作を示すタイミングチャートである。 エンジンの停止直前に一時的にエンジンが逆方向に回動したときに再始動要求がなされた場合のエンジン始動装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第２実施形態のエンジン始動装置の電気的構成を示す概略構成図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１に示す本形態のエンジン始動装置１は、エンジンを始動させるための装置であり、車両停止時などにエンジンを自動的に停止するアイドルストップシステムに用いられる。

エンジン始動装置１は、スタータ１０と、電子制御装置（以下「ＥＣＵ」という）２０と、２つの駆動リレー３１、３２と、２つのダイオード４１、４２とを備えている。
スタータ１０は、スタータモータ１１、スタータモータ１１への電力供給に関するリレースイッチ１２、ピニオンギヤ１３、ピニオンギヤ１３を連結位置と非連結位置との間で移動させるソレノイド１４を有している。

スタータモータ１１の一方の端子は、リレースイッチ１２を介してバッテリ７０に接続されている。他方の端子は、接地されている。したがって、リレースイッチ１２がＯＮになると、スタータモータ１１が駆動される。スタータモータ１１の駆動軸に連結されているのがピニオンギヤ１３であり、スタータモータ１１が駆動されることでピニオンギヤ１３が回転駆動される。ここで、スタータモータ１１の駆動軸の回転をピニオンギヤ１３に伝達するのが、ワンウェイクラッチ１５である。ワンウェイクラッチ１５は、スタータモータ１１を正回転駆動する場合にスタータモータ１１からピニオンギヤ１３への方向には動力を伝達し、ピニオンギヤ１３からスタータモータ１１への方向には動力を伝達しない。なお、通常、ワンウェイクラッチ１５とスタータモータ１１との間には、減速機構等も配置されるが、煩雑となることを避けるため、図１では示していない。

ピニオンギヤ１３は、エンジンのクランクシャフト（不図示）に連結されるリングギヤ５０と噛み合うようになっている。つまり、リングギヤ５０に噛み合った状態では、ピニオンギヤ１３がスタータモータ１１によって回転駆動されると、エンジンがクランキングされる。ピニオンギヤ１３がソレノイド１４によって連結位置と非連結位置との間で移動させられることは先に述べたが、リングギヤ５０に噛み合う位置が連結位置に相当し、リングギヤ５０に噛み合わない位置が非連結位置に相当する。

ソレノイド１４は、電力供給されることでピニオンギヤ１３をその軸方向へ移動させる。具体的には、電力供給されることで可動部材１６を所定方向へ移動させ、連結部材１７を介して、ピニオンギヤ１３が押し出す。これにより、通常時に非連結位置にあるピニオンギヤ１３を、電力供給時には、連結位置へ移動させる（連結位置への移動を記号Ｋで示した）。
また、本形態では、ピニオンギヤ１３がリングギヤ５０に噛み合った状態においてリングギヤ５０から受けるトルクを低減するために、衝撃吸収装置１３ａがスタータモータ１１の軸に設けられている。これにより、エンジン始動装置１の信頼性のさらなる向上が図られる。
なお、以下の説明に対する理解を容易にする目的で、図１中では、ソレノイド１４を「ＳＬ１」と示し、リレースイッチ１２を「ＳＬ２」と示した。

ＥＣＵ２０は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ及びこれらを接続するバスラインを備えるコンピュータであり、駆動リレー３１、３２の制御端子へ通電可能となっている。通電された駆動リレー３１、３２は、ＯＮ（導通状態）となる。そして、これら駆動リレー３１、３２を制御することによって、スタータ１０を制御する。以下、駆動リレー３１、３２を図１中の記号を用い「Ａ駆動リレー３１」、「Ｂ駆動リレー３２」と適宜記述して区別する。なお、ＥＣＵ２０はエンジンの再始動要求に基づいてスタータ１０を制御するのであるが、エンジンの再始動要求は、ＥＣＵ２０の外部から信号線（不図示）を経由して送信されるものとする。

Ａ駆動リレー３１は、上述したソレノイド１４とバッテリ７０との間に介在する。したがって、ＥＣＵ２０によってＡ駆動リレー３１がＯＮにされると、バッテリ７０からソレノイド１４へ電力が供給される。これによって、ピニオンギヤ１３が非連結位置から連結位置へ押し出される。
一方、Ｂ駆動リレー３２は、スタータ１０のリレースイッチ１２の制御端子に接続されている。これにより、ＥＣＵ２０によってＢ駆動リレー３２がＯＮにされると、リレースイッチ１２がＯＮとなり、バッテリ７０からスタータモータ１１へ電力が供給される。これにより、ピニオンギヤ１３が回転駆動される。

なお、駆動リレー３１、３２の制御端子へは、キースイッチ６０及びダイオード４１、４２を介してバッテリ７０が接続されている。キースイッチ６０は、イグニッションキーのスタート位置への回動によってＯＮになる。したがって、イグニッションキーの回動によっても、Ａ及びＢの駆動リレー３１、３２がともにＯＮとなり、ピニオンギヤ１３が非連結位置から連結位置へ押し出されると共にピニオンギヤ１３が回転駆動される。なお、イグニッションキーの回動によってキースイッチ６０がＯＮとなった場合、ソレノイド１４への電力供給がスタータモータ１１への電力供給に先立って行われるように、バッテリ７０とＢ駆動リレー３２との間に、遅延回路４３を介在させている。

次に、本エンジン始動装置１の動作を説明する。
図２は、エンジン始動処理を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ２０によってエンジンの再始動要求があったときに実行される。

最初のステップ（以下、ステップを単に記号Ｓで示す）１００において、「設定回転数」以下か否かを判断する。

ここで「設定回転数」について説明する。
図１に示すピニオンギヤ１３とリングギヤ５０との回転数の差が大きい場合は両ギヤ１３、５０を噛み合わせることができないのであるが、エンジン回転数が一定回転数以下になると、ピニオンギヤ１３を回転駆動しなくても両ギヤ１３、５０を噛み合わせることが可能となる。このときの一定回転数を本形態では「設定回転数」とした。すなわち、エンジン回転数が「設定回転数」以下になると、ピニオンギヤ１３を回転駆動しなくても、リングギヤ５０と噛み合わせることができる。この「設定回転数」は、図３に示すように、アイドル回転数以下で、かつ、スタータモータ１１によるクランキングの際に脈動するエンジン回転数の極小値（記号Ｐで示す）以上の範囲に設定される。

図２中のＳ１００にて設定回転数以下であると判断された場合（Ｓ１００：ＹＥＳ）、Ｓ１１０へ移行する。一方、設定回転数以下でないと判断された場合（Ｓ１００：ＮＯ）、Ｓ１００の判断処理を繰り返す。

Ｓ１１０では、Ａ駆動リレー３１へ通電する。これにより、ソレノイド１４（ＳＬ１）へ電力が供給されることになり、ピニオンギヤ１３が連結位置へ押し出される。

続くＳ１２０では、エンジン回転数が「０」を下回っているか否かを判断する。ここでエンジン回転数＜０である場合（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、Ｓ１３０にて「長待機期間」を設定し、Ｓ１５０へ移行する。一方、エンジン回転数≧０である場合（Ｓ１２０：ＮＯ）、Ｓ１４０にて「待機期間」を設定し、Ｓ１５０へ移行する。待機期間は、Ｓ１１０の処理にてピニオンギヤ１３が連結位置へ押し出され、リングギヤ５０に噛み合うまでに要する期間である。一方、長待機期間は、待機期間よりも僅かに長い期間となっている。

Ｓ１５０では、Ｓ１３０又はＳ１４０にて設定された設定期間が経過したか否かを判断する。ここで設定期間が経過したと判断された場合（Ｓ１５０：ＹＥＳ）、Ｓ１６０にてＢ駆動リレー３２へ通電し、その後、本エンジン始動処理を終了する。一方、設定期間が経過していないうちは（Ｓ１５０：ＮＯ）、Ｓ１５０の判断処理を繰り返す。

以上、ＥＣＵ２０によるエンジン始動処理を説明したが、以下ではさらに具体的な説明を加える。
図４は、エンジンの停止要求から再始動要求までの時間が比較的短い場合のエンジン始動装置１の動作を示すタイミングチャートである。

まず、時刻Ｔ１にて、エンジン停止要求に基づき燃料噴射がカットされると、エンジン回転数が下がり始める（図４（ａ）参照）。その後、時刻Ｔ２で、始動要求がなされている（図４（ｂ）参照）。
このとき、本形態では、エンジン回転数が「設定回転数」になるまで（図２中のＳ１００）、次の動作を保留する。

時刻Ｔ３でエンジン回転数が設定回転数となるため、この時点でＥＣＵ２０は、ＳＬ１駆動指令を出力する（図２中のＳ１１０、図４（ｃ）参照）。具体的には、Ａ駆動リレー３１をＯＮとするための通電を行う。これによって、ソレノイド１４（ＳＬ１）へ電力が供給されることになり、ピニオンギヤ１３が連結位置へ押し出されることになる。

そして、ＥＣＵ２０は、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とが噛み合うのに要する待機期間の経過を判断し（図２中のＳ１５０）、時刻Ｔ４でＳＬ２駆動指令を出力する（Ｓ１６０、図４（ｄ）参照）。具体的には、Ｂ駆動リレー３２をＯＮとするための通電を行う。これによって、リレースイッチ１２（ＳＬ２）がＯＮとなり、スタータモータ１１へ電力が供給される。この場合、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とは噛み合った状態にあるため、エンジンのクランキングが開始されて、時刻Ｔ５でエンジンが始動する。

図５は、図４と異なり、エンジンの停止要求から再始動要求までの時間が相対的に長い場合のエンジン始動装置１の動作を示すタイミングチャートである。
まず、時刻Ｓ１にて、エンジン停止要求に基づき燃料噴射がカットされると、エンジン回転数が下がり始める（図５（ａ）参照）。その後、時刻Ｓ２で、再始動要求がなされている（図５（ｂ）参照）。

このとき、エンジン回転数は「設定回転数」よりも小さくなっている。そこで、ＥＣＵ２０は、即座に（時刻Ｓ２で）ＳＬ１駆動指令を出力する（図２中のＳ１００：ＹＥＳ、Ｓ１１０、図５（ｃ）参照）。これにより、ピニオンギヤ１３が連結位置へ押し出されることになる。

そして、ＥＣＵ２０は、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とが噛み合うのに要する待機期間の経過を判断し（図２中のＳ１５０）、時刻Ｓ３でＳＬ２駆動指令を出力する（Ｓ１６０、図５（ｄ）参照）。これによって、スタータモータ１１へ電力が供給され、エンジンのクランキングが開始されて、時刻Ｓ４でエンジンが始動する。

図６は、エンジンの停止直前に一時的にエンジンが逆方向に回動したときに再始動要求がなされた場合のエンジン始動装置１の動作を示すタイミングチャートである。
まず、時刻Ｕ１にて、エンジン停止要求に基づき燃料噴射がカットされると、エンジン回転数が下がり始める（図６（ａ）参照）。その後、時刻Ｕ２で、再始動要求がなされている（図６（ｂ）参照）。
このとき、エンジン回転数は「設定回転数」よりも小さくなっている。そこで、ＥＣＵ２０は、即座に（時刻Ｕ２で）ＳＬ１駆動指令を出力する（図２中のＳ１００：ＹＥＳ、Ｓ１１０、図６（ｃ）参照）。これにより、ピニオンギヤ１３が連結位置へ押し出されることになる。ここまでは、上記図５に示す制御と同様となっている。

その後、ＥＣＵ２０は、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とが噛み合うのに要する待機期間（時刻Ｕ２から時刻Ｕ３までの期間）よりも僅かに長い長待機期間を設定し（Ｓ１２０：ＹＥＳ、Ｓ１３０）、当該長待機期間の経過を判断し（Ｓ１５０）、時刻Ｕ４でＳＬ２駆動指令を出力する（Ｓ１６０、図６（ｄ）参照）。これによって、スタータモータ１１へ電力が供給され、エンジンのクランキングが開始される。
具体的に、図５〜図７中の期間ｔ１、ｔ２、ｔ３を比べると、

ｔ１＝ｔ２＜ｔ３

となっている。ここで、期間ｔ１、ｔ２が「待機期間」に相当し、期間ｔ３が「長待機期間」に相当する。

なお、本形態におけるピニオンギヤ１３が「ピニオンギヤ」を構成し、ソレノイド１４が「ソレノイド」及び「ピニオン押出手段」を構成し、ワンウェイクラッチ１５が「ワンウェイクラッチ」を構成し、スタータモータ１１が「スタータモータ」を構成し、ＥＣＵ２０が「制御部」を構成し、衝撃吸収装置１３ａが「衝撃吸収手段」を構成する。そして、図２中のＳ１００の処理が「判断処理」に相当し、Ｓ１１０の処理が「第１電力供給処理」及び「ピニオン押出処理」に相当し、Ｓ１２０〜Ｓ１５０の処理が「条件判断処理」に相当し、Ｓ１６０の処理が「第２電力供給処理」及び「電力供給処理」に相当する。また、本形態の設定回転数が特許請求の範囲の「噛合い可能回転数」及び「設定回転数」に相当する。

次に、本形態のエンジン始動装置１の発揮する効果を説明する。
本形態のエンジン始動装置１では、エンジンの再始動要求があっても（図４（ｂ）参照）、従来と異なり、ピニオンギヤ１３を回転駆動せず、エンジン回転数が「設定回転数」以下になるのを待って（図２中のＳ１００）、ピニオンギヤ１３を連結位置へ移動させるよう出力を行う（Ｓ１１０、図４（ｃ）参照）。もちろん、再始動要求があった時点でエンジン回転数が「設定回転数」以下であれば、即座にピニオンギヤ１３を連結位置へ移動させるよう出力を行う（図５（ｃ）、図６（ｃ）参照）。そして、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とが噛み合うと（図２中のＳ１５０：ＹＥＳ）、リレースイッチ１２をＯＮにして、スタータモータ１１を回転駆動する（Ｓ１６０、図４（ｄ）、図５（ｄ）参照）。

これによって、エンジンの再始動要求があった場合でも、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０との噛み合わせのためにスタータモータ１１が駆動されることがないため、スタータモータ１１への電力供給による燃費の悪化を可及的に抑制することができる。しかも、噛み合わせのためのピニオンギヤ１３の回転数を監視する構成が不要になるため、装置構成が簡易なものとなる。
なお、本形態によれば、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とが噛み合わせられる場合はエンジンの再始動要求があった場合に限定されるため、クランキング音にまぎれるため、噛み合いによって発生する金属音が気になることもない。

ところで、エンジンの停止直前には一時的にエンジンが逆回転することがある。このとき、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０との噛合い直後にスタータモータ１１によるクランキングを行うと、噛合いによるねじり応力とスタータモータ１１の駆動トルクによるねじり応力が重なり、スタータモータ１１をはじめ、ピニオンギヤ１３やリングギヤ５０の軸には、相対的に大きなねじり応力が作用してしまう虞がある。

この点、本形態では、エンジン回転数がマイナスの場合（図２中のＳ１２０）、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とが噛み合うのに要する待機時間よりも僅かに長い長待機時間の経過を待って（Ｓ１３０、Ｓ１５０）、リレースイッチ１２をＯＮにし（Ｓ１６０）、スタータモータ１１を回転駆動する（図６（ｄ）参照）。上記噛み合いによるねじり応力の発生は噛合い直後の一瞬である。したがって、僅かに長い待機時間（長待機時間）の経過を待つことで、上記噛合いによるねじり応力とスタータモータ１１の駆動トルクによるねじり応力の作用を分散することで最大値を抑制することができ、金属疲労などを軽減することができる。

（第２実施形態）
図７は、本形態のエンジン始動装置２を示す説明図である。なお、上記形態と同様の構成部位には同一の符号を付し、説明を割愛する。

本形態では、上記形態と異なり、Ａ駆動リレー３１の配線がソレノイド１４の中央部に接続されている。すなわち、ソレノイド１４が、「第１ソレノイド」としての第１ソレノイド１４ａ及び「第２ソレノイド」としての第２ソレノイド１４ｂからなる。ここで、第２ソレノイド１４ｂの一端は、スタータモータ１１の高電位側に接続されている。これは、リレースイッチ１２（ＳＬ２）を介したスタータモータ１１への電力供給に先立ちソレノイド１４（ＳＬ１）へ電力供給が行われることを前提とした構成である。

かかる構成により、最初にＡ駆動リレー３１がＯＮになると、第１ソレノイド１４ａ及び第２ソレノイド１４ｂの両方に電力が供給される。これにより、上記形態同様、ピニオンギヤ１３が非連結位置から連結位置まで移動させられる。そして、その後、Ｂ駆動リレー３２がＯＮになると、第２ソレノイド１４ｂの両端が同電位となり、第２ソレノイド１４ｂには電流が流れなくなる。つまり、ピニオンギヤ１３が一度連結位置へ移動した後は、第１ソレノイド１４ａによって連結位置に保持するのである。

本形態においても、上記実施形態と同様の効果が奏される。
加えて、Ｂ駆動リレー３２がＯＮになった後は第２ソレノイド１４ｂに電流が流れなくなり、第１ソレノイド１４ａのみに電力が供給される。これにより、ソレノイド１４の発熱を抑えることができ、発熱対策としての構成が必要なくなるため、ソレノイド１４の体格が大きくなってしまうことがない。

なお、この場合も、イグニッションキーの回動によってキースイッチ６０がＯＮとなった場合、ソレノイド１４への電力供給がスタータモータ１１への電力供給に先立って行われるように、バッテリ７０とＢ駆動リレー３２との間に、遅延回路４３を介在させている。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

上記形態では、エンジンが一時的に逆方向に回動している場合以外は（図２中のＳ１２０：ＮＯ、Ｓ１４０）、ピニオンギヤ１３がリングギヤ５０に噛み合うまでの待機期間の経過を待って（Ｓ１５０）、ＳＬ２駆動指令を出力していた（Ｓ１６０）。
これに対し、エンジンの再始動要求が特に早いタイミングであった場合、ピニオンギヤ１３とリングギヤ５０とが噛み合った後、さらに、エンジン回転数が有効にクランキングされる「有効回転数」となるまで待って、ＳＬ２駆動指令を出力するようにしてもよい。具体的には、図２中のＳ１５０とＳ１６０との間に、有効回転数以下であるか否かを判断する処理ステップを挿入することが例示される。このようにすれば、スタータモータ１１への電力供給の無駄を極力なくすことができるため、スタータモータ１１への電力供給による燃費悪化を一層抑制することができる。

１：エンジン始動装置、１０：スタータ、１１：スタータモータ（スタータモータ）、１２：リレースイッチ、１３：ピニオンギヤ（ピニオンギヤ）、１４：ソレノイド、１４ａ：第１ソレノイド、１４ｂ：第２ソレノイド、２０：ＥＣＵ（制御部）、３１、３２：駆動リレー、４１、４２：ダイオード、４３：遅延回路、５０：リングギヤ、６０：キースイッチ、７０：バッテリ

Claims (8)

1. エンジンの停止要求に続けて再始動要求があると、エンジンが完全停止する前にエンジンを再始動するエンジン始動装置において、
   クランクシャフトに連動するリングギヤに噛み合う連結位置と、前記リングギヤに噛み合わない非連結位置とに移動可能なピニオンギヤと、
   電力の供給によって前記ピニオンギヤを前記非連結位置から前記連結位置へ移動させるソレノイドと、
   電力の供給によって前記ピニオンギヤを回転駆動するスタータモータと、
   前記スタータモータと前記ピニオンギヤとの間に配置され、前記スタータモータを正回転駆動する場合に当該スタータモータから前記ピニオンギヤへの方向には動力を伝達し、前記ピニオンギヤから前記スタータモータへの方向には動力を伝達しないワンウェイクラッチと、
   前記ソレノイド及び前記スタータモータへの電力供給を独立に制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、エンジンの停止要求後に、エンジンが完全停止する前に、エンジンの再始動要求があると、
   エンジン回転数が予め定められた噛合い可能回転数以下であるか否かを判断する判断処理、
   前記判断処理にてエンジン回転数が前記噛合い可能回転数以下であると判断された場合、前記ソレノイドへの電力供給を行う第１電力供給処理、
   前記第１電力供給処理の後、前記ピニオンギヤが前記リングギヤに噛み合うまでの待機期間が経過したことを判断する条件判断処理、
   及び、前記条件判断処理にて前記待機時間が経過したことが判断されると、前記スタータモータへの電力供給を行う第２電力供給処理、
   を実行することを特徴とするエンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記条件判断処理は、エンジンの逆方向への回動が所定のタイミングで検出された場合、前記待機期間よりも長い長待機期間が経過したことを判断するものであることを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１又は２に記載のエンジン始動装置において、
   前記条件判断処理は、前記待機期間が経過し、かつ、前記エンジン回転数がエンジンの始動に有効な有効回転数以下であることを判断するものであることを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジン始動装置において、
   前記ソレノイドは、前記第１電力供給処理によって電力供給される第１ソレノイド及び第２ソレノイドを有し、
   前記第２ソレノイドは、その一端が前記スタータモータの高電位側に接続されており、前記第２電力供給処理によって、その両端が同電位となるように接続されていることを特徴とするエンジン始動装置。
5. エンジンの停止要求に続けて再始動要求があると、エンジンが完全停止する前にエンジンを再始動するエンジン始動装置において、
   クランクシャフトに連動するリングギヤに噛み合う連結位置と、前記リングギヤに噛み合わない非連結位置とに移動可能なピニオンギヤと、
   前記ピニオンギヤを前記非連結位置から前記連結位置へ移動させるピニオン押出手段と、
   電力の供給によって前記ピニオンギヤを回転駆動するスタータモータと、
   前記ピニオン押出手段による前記ピニオンギヤの移動、及び前記スタータモータへの電力供給を独立に制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、エンジンの停止要求後に、エンジンが完全停止する前に、エンジンの再始動要求があると、
   エンジン回転数が予め定められた設定回転数以下であるか否かを判断する判断処理、
   前記判断処理にてエンジン回転数が前記設定回転数以下であると判断された場合、前記ピニオン押出手段により前記ピニオンギヤを前記連結位置へ移動させるピニオン押出処理、
   前記ピニオン押出処理の後、前記ピニオンギヤが前記リングギヤに噛み合うまでの待機期間が経過したことを判断する条件判断処理、
   及び、前記条件判断処理にて前記待機時間が経過したことが判断されると、前記スタータモータへの電力供給を行う電力供給処理、
   を実行することを特徴とするエンジン始動装置。
6. 請求項５に記載のエンジン始動装置において、
   前記条件判断処理は、エンジンの逆方向への回動が所定のタイミングで検出された場合、前記待機期間よりも長い長待機期間が経過したことを判断するものであることを特徴とするエンジン始動装置。
7. 請求項５又は６のいずれか一項に記載のエンジン始動装置において、
   前記設定回転数は、アイドル回転数以下で、かつ、前記スタータモータによってクランキングが行われる際に脈動するエンジン回転数の極小値以上に設定されていることを特徴とするエンジン始動装置。
8. 請求項５〜７のいずれか一項に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータモータへの電力供給時に当該スタータモータへ作用するトルクを軽減する衝撃吸収手段を備えていることを特徴とするエンジン始動装置。

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