JP2013047466A - アイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン自動停止後のエンジンが完全に停止する前にエンジンの再始動要求を検出した場合に、エンジン停止前にスタータによるクランキングを円滑に行う。
【解決手段】所定のアイドルストップ条件が成立するときにエンジンを自動停止するとともに、エンジン自動停止中にエンジンの再始動要求を検出すると、スタータによりエンジンをクランキングすることによりエンジンを再始動する。エンジンの自動停止に伴ってエンジン回転が停止する前に、エンジンの再始動要求を検出した場合、ステップＳ１３からステップＳ１５以降へ進み、エンジンが逆方向に回転する逆回転期間の終了時期を検出し、この逆回転期間の終了時期を検出したときに、スタータによるエンジンのクランキングを開始する。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの自動停止及び自動再始動を行うアイドルストップ車両に関し、特に、スタータによるエンジン自動再始動時の制御に関する。

特許文献１にも記載のように、アイドルストップ車両においては、信号待ちで運転者が車両を一時的に停車させたときなど、所定のアイドルストップ条件が成立する場合に、燃費節減や排気エミッションの低減を図るために、エンジンを自動的に停止し、その後、運転者が車両の発進操作を行ったときなど、エンジンの自動再始動要求を検出したときに、スタータによりエンジンのクランキングを行うことによって、エンジンの自動再始動を行うようになっている。スタータは、一般的に、モータでピニオンを回転駆動させるとともに、ピニオンを押し出してエンジンのクランクシャフトに連結されたリングギヤに噛み合わせることで、エンジンのクランキングを行う。

特開２０１０−２３６５３３号公報

エンジン自動停止に伴ってエンジン回転が停止する直前に、エンジンの逆回転と正回転を交互に繰り返した後にエンジン回転が停止することがあるが、このエンジンの逆回転と正回転を交互に繰り返すエンジン揺動期間中に、エンジンの自動再始動要求を検出してピニオンをリングギヤに噛み合わせようとすると、エンジンの逆回転中（リングギヤの逆回転中）にピニオンがリングギヤに衝突して、ピニオンに過大な衝撃が加わってスタータの耐久性の低下を招く可能性があると共に、大きな騒音が発生するという問題がある。
そこで、特許文献１では、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が０となる直前の所定回転速度まで低下したときに、アクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせて、その後、エンジン再始動要求が発生したときに、モータによりピニオンを回転させてスタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させている。このようにして、エンジン揺動期間中にピニオンをリングギヤに噛み合わせることを回避している。

しかしながら、この場合、ピニオンを回転駆動するモータとピニオンをエンジン側のリングギアに噛み合わせるために前進移動させるアクチュエータとを独立して個別に作動可能なスタータが必要となり、スタータの大型化や制御の複雑化を招いてしまう。また、周知のマグネッチシフト式スタータ等のように、モータの作動に機械的に連動してピニオンが押し出されてリングギヤに噛み合う簡素な構造のスタータを用いる車両には、このような技術を採用することができない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、モータとアクチュエータとを独立して個別に作動可能なスタータを敢えて用いることなく、エンジン自動停止に伴ってエンジン回転が停止する前に、エンジンの自動再始動要求を検出した場合に、エンジン回転が停止するのを待つことなく、エンジンの自動再始動を円滑に行うことができる新規なアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置を提供することを目的としている。

本発明に係るアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置は、所定のアイドルストップ条件が成立するときにエンジンを自動停止するとともに、エンジン自動停止中にエンジンの再始動要求を検出すると、スタータによりエンジンをクランキングすることによりエンジンを自動的に再始動するものである。そして、上記エンジンの自動停止に伴ってエンジン回転が停止する前に、エンジンが逆方向に回転する逆回転期間の終了時期を判定し、上記エンジンの自動停止に伴ってエンジン回転が停止する前に、上記エンジンの再始動要求を検出した場合、上記逆回転期間が終了したと判定したら上記スタータによるエンジンのクランキングを開始することを特徴としている。

本発明によれば、逆回転期間が終了したと判定したらスタータによるエンジンのクランキングを開始することによって、逆回転期間中にピニオンをリングギヤに噛み合わせることを回避でき、噛み合い時に騒音を生じたりスタータの耐久性の低下を招くことなく、スタータによるクランキングを円滑に行うことができる。また、モータとアクチュエータとを独立して個別に作動可能なスタータを敢えて用いる必要のない簡素か構成で上記の作用効果を実現することができる。

本発明の一実施例に係るアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置のシステム構成を簡略的に示す構成図。 上記実施例のスタータシステムを示す構成図。 エンジン自動停止直後のエンジン回転速度の変化を示す特性図。 上記実施例に係るエンジン自動再始動時の制御の流れを示すフローチャート。 逆回転発生時の圧縮気筒のクランク位置と、逆回転期間と、の関係を示す特性図。 逆回転発生時の圧縮気筒のクランク位置と、逆回転期間と、の関係を説明するための説明図。

以下、図示実施例により本発明を説明する。図１は、本発明の一実施例に係るアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置のシステムの構成を表している。この車両には、燃焼により車両駆動力を出力するエンジン１と、エンジン１の出力を車輪に変速して伝達する無段変速機５と、が設けられる。スタータ（スタータモータ）６は、エンジン始動時にクランクシャフトを回転駆動し、つまりクランキングを行うものであり、スタータ６の出力シャフトの先端部にはピニオン（ピニオンギヤ）７が設けられる。このスタータ６の構成については後述する。

エンジン１のクランクシャフト１２の端部には、このクランクシャフト１２と一体的に回転するドライブプレート２が設けられ、このドライブプレート２の外周部に、スタータ６のピニオン７が噛み合い可能なリングギヤ２ａが設けられている。また、スタータ６等の車載電装品の駆動源であるバッテリ１０が搭載されている。

エンジン１の前部（車両進行方向側）付近には、バッテリ１０を充電するオルタネータ３が設置されている。オルタネータ３のシャフト先端部に設けられたモータプーリ１１とエンジン１のクランクシャフト１２の先端部に設けられたクランクプーリ８にはベルト９が掛けまわされ、これらのクランクプーリ８及びベルト９を介してオルタネータ３がエンジン１により駆動される。スタータ６やオルタネータ３等の作動はコントロールユニット（ＥＣＵ）４によって制御される。また、ＥＣＵ４には、クランクシャフトの回転位置を検出するクランク角検出手段としてのクランク角センサ１３が接続されており、このクランク角センサ１３の検出信号を用いてエンジン回転速度が求められる。

また、この車両は、車両運転中に所定のアイドルストップ条件を満たしたときにエンジンを一時的な自動停止する、いわゆるアイドルストップを行うとともに、このアイドルストップの状態で、エンジン再始動要求を検出すると、エンジンの自動再始動を行う、いわゆるアイドルストップ車両である。このようはアイドルストップからのエンジン再始動時の他、初回のエンジン始動時を含めて、エンジン１の始動時には、ピニオン７をリングギヤ２ａに噛み合わせるとともに、スタータ６によりエンジン１のクランクシャフト１２を回転駆動、いわゆるクランキングすることによって、エンジン１の始動が行われる。

次にスタータ６の構成について図２を参照して説明する。２８はＥＣＵ４からの信号によってＯＮ・ＯＦＦ制御されるスタータスイッチで、スタータ６はスタータスイッチ２８がＯＮになったときに駆動される。スタータ６にはシャフト２９上を摺動可能なピニオン７と、回転速度が過剰に高くなったときにピニオン７からシャフト２９への回転の伝達を遮断するオーバーランクラッチ２７が設けられる。

ピニオン７には支点２５を軸として回転可能なシフトレバー２４の一端が回転自由に連結されており、このシフトレバー２４が回転することによってピニオン７はシャフト２９上を摺動する。また、シフトレバー２４の他端は、プルインコイル２１、ホールディングコイル２２の２つのコイルを貫通するプランジャ２３に回転可能に連結されている。

このように構成されたスタータ６の駆動について説明する。まず、スタータスイッチ２８がＯＮになるとプルインコイル２１およびホールディングコイル２２にはバッテリ１０からの電流が通電され、それぞれアースされる。この通電により両コイル２１、２２には磁力が発生し、この磁力によってプランジャ２３がプルインコイル２１に吸着される。このとき、プランジャ２３に連結されたシフトレバー２４は支点２５周りに引き込まれるように図２の右側へ回転し、シフトレバー２４の他端に連結されたピニオン７はスタータ６のシャフト先端方向（図２の左側）に押し出され、リングギヤ２ａと噛み合う。

また、プランジャ２３はプルインコイル２１に吸着されて図２の右側に引き込まれたときにメーン接点２６と接触し、メーン接点２６をＯＮにする。これにより、スタータ６はバッテリ１０からの電流が通電されて回転を開始し、リングギヤ２ａを介してエンジン１をクランキングさせる。なお、クランキング中はホールディングコイル２２の磁力によってプランジャ２３の位置が固定されており、スタータスイッチ２８がＯＦＦになると、ホールディングコイル２２への通電が遮断されるので、プランジャ２３は図示しないリターンスプリング等によって図２中左側へ戻され、シフトレバー２４が図２中左向きに回転し、ピニオン７は図２中右側へと引き込まれてリングギヤ２ａとの嵌合は解消される。

なお、スタータの構造としては、図示実施例のものに限られず、始動時に回転駆動されるピニオンが移動してリングギヤに噛み合う形式のものであれば、様々な公知のスタータを用いることが可能である。

図３に示すように、エンジンの自動停止時には、エンジン停止の開始時期ｔ１からエンジン回転速度Ｎｅが最初に０（ゼロ）となる時期ｔ２まで降下するエンジン回転降下期間Ｄ１を経た後、エンジン回転速度が安定的に０となってエンジン回転が完全に停止するまでの間に、圧縮行程にある気筒の圧縮圧によってエンジンの回転方向が逆転する現象が発生することがある。つまり、エンジン回転が完全に停止する前に、エンジンの逆回転と正回転とを繰り返すエンジン回転揺動期間Ｄ２を経ることがある。

ここで、アイドルストップによるエンジンの自動停止時に、エンジン回転が完全に停止する前の、エンジン回転降下期間Ｄ１中もしくはエンジン回転揺動期間Ｄ２中に、エンジンの再始動要求が検出された場合に、仮にエンジン回転揺動期間Ｄ２のうちで、エンジンが逆方向に回転している逆回転期間Ｄ３、Ｄ５中に、スタータ６によりエンジン１のクランキングを行うと、ピニオン７がリングギヤ２ａに衝突して騒音を生じたり、スタータの耐久性の低下を招くおそれがある。さらには、エンジン回転降下期間Ｄ１中でも、エンジン停止の開始時期ｔ１直後に、スタータ６によりエンジン１のクランキングを行うと、ピニオン７とリングギヤ２ａとの回転速度差が大きいために、両者の噛み合い時に騒音を生じたり、スタータの耐久性の低下を招くおそれがある。

そこで本実施例においては、このようにアイドルストップに伴いエンジン回転が完全に停止する前にエンジンの再始動要求を検出した場合には、エンジンが逆回転する逆回転期間が終了したと判定したら、スタータによるエンジンのクランキングを行うようにしている。

図４は、このようなエンジンの自動停止（アイドルストップ）状態からのエンジン１の再始動制御の流れを示すフローチャートである。

本ルーチンは、ステップＳ１１において、エンジンの自動停止中であることを条件に上記のＥＣＵ４にて実行される。ステップＳ１２では、ドライバー（運転者）の発進操作によるエンジンの再始動要求が検出されたか否かを判定する。具体的には、ブレーキペダルの踏み離し操作やアクセルペダルの踏込み操作によりアイドルストップスイッチがＯＮとされた場合に、ドライバーの意思による発進操作に伴うエンジンの再始動要求が検出されたとして、ステップＳ１２の判定が肯定されて、ステップＳ１２５でドライバー操作による再始動要求フラグＡを１にしてステップＳ１３へ進む。なお、ドライバー操作による再始動要求フラグＡは、スタータ駆動によってエンジン始動されると０にリセットされる。

ステップＳ１３では、クランク角センサ１３等により検出されるエンジン回転速度に基づいて、エンジン回転が完全に停止する前であるか否かを判定する。エンジン回転が完全に停止した後であれば、ステップＳ１４へ進む。

エンジン回転が完全に停止する前の、エンジン回転降下期間Ｄ１中もしくはエンジン回転揺動期間Ｄ２中であれば、ステップＳ１３からステップＳ１５へ進み、エンジンが正回転から逆回転へ反転したか否かを判定する。この正回転から逆回転への反転の検出には、例えば、クランクシャフトの角度位置を検出可能な上記のクランク角センサ１３を用い、そのセンサの検出信号レベルの低下により正回転から逆回転への反転を検出することが可能である。

正回転から逆回転への反転が検出された場合には、ステップＳ１５からステップＳ１６へ進み、逆回転期間Ｄ３の計測用のタイマーを作動させて、逆回転期間Ｄ３の計測を開始する。ステップＳ１７では、タイマーにより計測される逆回転期間Ｄ３が、予め設定された所定時間ΔＴを経過したかを判定する。所定時間ΔＴを経過していれば、逆回転期間Ｄ３の終了時期ｔ３になったと判定し、つまり逆回転期間Ｄ３から正回転期間Ｄ４に切り換わったと判定して、ステップＳ１９へ進む。

逆回転期間Ｄ３が所定時間ΔＴを経過していなければ、ステップＳ１７からステップＳ１８へ進み、エンジンが逆回転から正回転へ反転したかを判定する。この逆回転から正回転への反転の検出は、上記の正回転から逆回転への反転の検出と同様に、クランク角センサ１３を用いて行うことができる。

所定時間ΔＴの経過前に、逆回転から正回転への反転が検出されると、ステップＳ１８からステップＳ１９へ進む。ステップＳ１９では、ドライバー操作による再始動要求フラグＡが１である場合、ステップＳ２０へ進み、スタータ６よるクランキングを開始する。つまり、エンジンの自動停止に伴ってエンジン回転が完全に停止する前に、運転者による車両発進操作に伴うエンジンの自動再始動要求を検出した場合には、逆回転期間Ｄ３が所定時間ΔＴを経過するか、あるいは逆回転から正回転への反転を検出した場合に、逆回転期間Ｄ３から正回転期間Ｄ４に切り換わったと判断して、スタータ６によるクランキングを開始する。

上記のステップＳ１２において、ドライバーの操作に伴うエンジン再始動要求が検出されなければ、ステップＳ２１へ進み、ドライバーの操作以外のエンジン再始動要求が検出されたかを判定する。ドライバーの操作以外の再始動要求の一例として、この実施例ではバッテリ充電量が所定値以下に低下したかを判定している。バッテリ充電量が所定値以下に低下したと判定されると、ステップＳ２２へ進み、ドライバー操作以外による再始動要求フラグＢを１にしてステップＳ１３へ進む。なお、ドライバー操作以外による再始動要求フラグＢは、スタータ駆動によってエンジン始動されると０にリセットされる。
ステップＳ１３でエンジン回転が完全に停止したと判定されれば、ステップＳ１４へ進み、ドライバー操作以外による再始動要求フラグＢが１である場合、ステップＳ２３へ進み、スタータによるエンジンのクランキングを開始する。

このような本実施例の特徴的な構成及び作用効果について列記する。

［１］エンジンの自動停止に伴ってエンジンが完全に停止する前に、エンジンの再始動要求を検出した場合、仮にエンジン回転降下期間Ｄ１やエンジン逆回転期間Ｄ３にスタータ６によるエンジン１のクランキングを開始すると、両者の噛み合い時に騒音を生じたり、耐久性の低下を招くおそれがあるものの、本実施例においては、逆回転期間Ｄ３の終了後に、スタータ６によるエンジン１のクランキングが開始されるために、噛み合い時に騒音を生じたりスタータの耐久性の低下を招くことなく、エンジンの自動再始動を円滑に行うことができる。

［２］ステップＳ１６，Ｓ１７では、エンジン１の逆回転の開始を検出してから、予め設定した所定期間ΔＴを経過した時点で、エンジン１の逆回転期間Ｄ３が終了したと判定している。上記の所定期間ΔＴを予め適合により適切な値に設定しておくことで、簡素な制御構成で逆回転期間Ｄ３の終了時期ｔ３を精度良く求めることができる。

［３］好ましくは、逆回転期間Ｄ３の終了時期ｔ３の検出精度を高めるために、エンジンの逆回転の開始時期のクランクシャフトの角度位置に応じて、上記の所定時間ΔＴを調整する。このときのクランクシャフトの角度位置は、上記のクランク角センサ１３の検出信号から得ることができる。

逆回転期間Ｄ３は、逆回転発生時の圧縮行程にある気筒のクランク位置に応じて変化する。図５及び図６を参照して、逆回転発生時には圧縮行程気筒での圧縮反力によって、図６の矢印Ｙ１に示すように、クランクシャフトが逆回転方向へ回転する。この逆回転発生後、膨張行程にある気筒が排気弁開時期（ＥＶＯ）よりも上死点側へ戻されると、筒内空気が圧縮されて正方向の反力となり、図６の矢印Ｙ２に示すように、再びクランクシャフトが正回転方向へ押し戻される。ここで、逆回転発生時の圧縮行程気筒が上死点（ＴＤＣ）に近いほど、逆回転方向の圧縮反力が大きく、勢い良く逆方向へ大きく押し戻されるために、図５の領域α１に示すように、逆回転の開始から逆回転が終了するまでの時間、つまり逆回転期間Ｄ３が長くなる。一方、逆回転発生時の圧縮行程気筒が上死点（ＴＤＣ）から遠いほど、逆回転方向の圧縮反力が小いために、図５の領域α２に示すように、逆回転期間は短くなる。

従って、逆回転発生時の圧縮行程気筒のクランク位置が上死点（ＴＤＣ）に近いほど、逆回転期間に相当する所定期間ΔＴを長く設定し、逆回転発生時の圧縮行程気筒のクランク位置がＴＤＣから遠いほど、逆回転期間に相当する所定期間ΔＴを短く設定することによって、逆回転発生時のクランク角位置に応じて精度良く逆回転期間の終了時期ｔ３を求めることができる。

［４］更に、この実施例では、所定期間ΔＴを用いた逆回転期間Ｄ３の終了時期ｔ３の他に、ステップＳ１８において、クランク角センサ１３の信号レベルの強弱を利用して、逆回転から正回転への反転を検出している。

［５］このように逆回転から正回転への反転をセンサにより検出する場合には、実際の終了時期ｔ３に対して検出時期が不可避的に遅れを生じ、クランキングの開始時期が実際の逆回転終了時期ｔ３に対して遅れを生じ易い。そこで本実施例においては、ステップＳ１６，Ｓ１７の逆回転期間（ΔＴ）による判定処理と併用し、所定時間ΔＴの経過前に逆回転から正回転への反転を検出した場合には、その時点でスタータ６によるエンジン１のクランキングを開始している。つまり、所定期間ΔＴが経過するか、あるいは反転を検出した時点で、スタータ６によるクランキングを開始しており、これによって、スタータ６のクランキング開始時期を実際の逆回転終了時期ｔ３に十分に近づけることができる。

［６］逆回転期間の終了時期ｔ３の判定処理としては上記実施例のものに限られず、例えば、エンジン逆回転中にエンジン回転速度が所定値以下となったときに、逆回転期間が終了したと判定して、スタータによるクランキングを開始するようにしても良い。そうすれば、逆回転期間Ｄ３以降のエンジン回転揺動期間Ｄ２中に、エンジンの再始動要求が検出されても、逆回転期間Ｄ５の終了の判定ができ、逆回転期間中のスタータによるクランキングを回避できる。

［７］更に、本実施例においては、運転者による車両発進操作に伴うエンジンの自動再始動要求を検出した場合に、上述したように、逆回転期間終了後にスタータ６によるクランキングを開始することにより、エンジンの再始動の応答性が低いとの印象を与えることを抑制・回避している。逆に、バッテリ充電量の低下など、運転者による車両発進操作以外のエンジンの自動再始動要求を検出した場合には、エンジンが完全に停止したことを確認してから、スタータによるクランキングを開始している。つまり、ドライバーの操作以外の再始動要求である場合には、ドライバーの操作に伴うエンジン再始動要求時に比して、再始動の応答性よりは、むしろエンジンの再始動を円滑かつ確実に行うことが要求されることから、エンジン完全停止前の再始動を禁止して、エンジンが完全に停止したことを確認してからエンジンの再始動を行うようにしている。これによって、より確実かつ円滑にエンジンを再始動させることが可能となる。

なお、本実施例においては、エンジン回転速度が安定的に０となった場合にエンジン回転が完全に停止したと判断しているが、エンジン回転速度が継続的に０近くにあればエンジンが完全に停止したと判断しても構わない。

１…エンジン
４…コントロールユニット（ＥＣＵ）
６…スタータ
１０…バッテリ

Claims (6)

1. 所定のアイドルストップ条件が成立するときにエンジンを自動停止するとともに、エンジン自動停止中にエンジンの再始動要求を検出すると、スタータによりエンジンをクランキングすることによりエンジンを再始動するアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置において、
   上記エンジンの自動停止に伴ってエンジン回転が停止する前に、エンジンが逆方向に回転する逆回転期間の終了時期を判定する判定手段と、
   上記エンジンの自動停止に伴ってエンジン回転が停止する前に、上記エンジンの再始動要求を検出した場合、上記逆回転期間が終了したと判定したら上記スタータによるエンジンのクランキングを開始するエンジン自動再始動手段と、
   を有することを特徴とするアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置。
2. 上記判定手段は、エンジンの逆回転の開始を検出してから、予め設定した所定期間を経過したときに、上記逆回転期間が終了したと判定することを特徴とする請求項１に記載のアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置。
3. クランクシャフトの角度位置を検出するクランク角検出手段と、
   エンジンの逆回転の開始時期のクランクシャフトの角度位置に応じて、上記所定時間を調整する調整手段と、
   を有することを特徴とする請求項２に記載のアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置。
4. エンジン回転速度に基づいて、エンジンが逆回転から正回転へ反転したかを検出する反転検出手段を有し、
   上記エンジン自動再始動手段は、上記所定時間の経過前に、上記逆回転から正回転への反転を検出した場合には、上記逆回転期間が終了したと判定して、スタータによるエンジンのクランキングを開始することを特徴とする請求項２又は３に記載のアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置。
5. 上記判定手段は、エンジン逆回転中にエンジン回転速度が所定値以下となったときに、上記逆回転期間が終了したと判定して、スタータによるエンジンのクランキングを開始することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置。
6. 上記エンジン自動再始動手段は、運転者による車両発進操作に伴うエンジンの自動再始動要求を検出した場合には、上記エンジン自動再始動手段によって逆回転期間が終了したと判定したらスタータによるクランキングを開始し、
   上記運転者による車両発進操作以外のエンジンの自動再始動要求を検出した場合には、エンジン回転が停止したことを確認してから、スタータによるクランキングを開始することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のアイドルストップ車両のエンジン自動再始動装置。

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