エンジン始動制御装置
【課題】複数の電源を必要とせず、始動装置の大型を抑制できるアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を提供する。
【解決手段】始動制御装置であって、バッテリ３１から給電されるコイルＬｕ〜Ｌｗを有し、同コイルが第１巻数ｎ１を保持する状態と同第１巻数より少ない第２巻数ｎ２を保持する状態とに切り換えるスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗが接続されたスタータジェネレータ２４と、キー操作Ｓｓ（手動）での始動を判定すると第１判定信号Ｓ１を、アイドルストップシステムによる始動を判定すると第２判定信号Ｓ２を出力する判定手段Ａ２と、第１判定信号Ｓ１を受けると第１巻数ｎ１に切り換えて高トルク低回転型の第１トルク特性で、第２判定信号Ｓ２を受けると第２巻数ｎ２に切り換えて低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動するトルク特性制御手段Ａ３とを備えた。
【解決手段】始動制御装置であって、バッテリ３１から給電されるコイルＬｕ〜Ｌｗを有し、同コイルが第１巻数ｎ１を保持する状態と同第１巻数より少ない第２巻数ｎ２を保持する状態とに切り換えるスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗが接続されたスタータジェネレータ２４と、キー操作Ｓｓ（手動）での始動を判定すると第１判定信号Ｓ１を、アイドルストップシステムによる始動を判定すると第２判定信号Ｓ２を出力する判定手段Ａ２と、第１判定信号Ｓ１を受けると第１巻数ｎ１に切り換えて高トルク低回転型の第１トルク特性で、第２判定信号Ｓ２を受けると第２巻数ｎ２に切り換えて低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動するトルク特性制御手段Ａ３とを備えた。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動始動と手動始動を有する例えばアイドルストップ車のエンジン始動制御装置に関し、特に、スタータジェネレータのトルク特性を切り換えてエンジンを始動させるエンジン始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の停車中に、燃費節減とエミッション低減を図るべくエンジンを一時的に自動停止させるアイドルストップ車が知られている。
アイドルストップ車では、シフト位置がＤレンジ、ブレーキ操作、車速０ｋｍ／ｈ等のエンジン停止条件が成立したときにエンジンを停止させ、その後にブレーキ操作の解除等のエンジン始動条件が成立すると、スタータによりエンジンを自動始動して発進に備えている。
【０００３】
このような車両に搭載されるエンジンの始動時に必要な始動時トルクは、クランクシャフトの回転数を所定の回転数に到達させるのに必要な加速トルクとエンジンが発生するフリクショントルクとの和である。一方、始動時にクランクシャフトに加えられるトルクは、始動装置を回転駆動することで発生するスタータトルクおよびインジェクタから噴射された燃料が燃焼室で爆発することにより発生する爆発トルクである。つまり、このスタータトルクと爆発トルクとの和が始動時トルク以上でなければエンジンを始動することができない。
このような始動時トルクを発生できるエンジン始動源として、例えば、電動機兼発電機のスタータジェネレータが採用されている。
【０００４】
ところで、エンジン始動源としてのスタータジェネレータを用いた場合、冷態始動時には、たとえ極低温でフリクショントルクが大きくても確実にエンジンがかかるような高トルク特性が要求される。一方、アイドルストップからエンジン始動条件が成立した上での再始動時には、暖気完了後であり、早期にエンジン回転速度を高めてエンジンが高回転域に迅速に達して、始動するようなトルク特性、即ち高回転特性が要求される。
しかし、エンジン始動源としてのスタータジェネレータは、その回転数に応じて発生するトルク、すなわちトルク特性は一定である。
【０００５】
そこで、このような両要求をクリアするためには比較的大型のエンジン始動源としてのスタータジェネレータを用いる必要がある。あるいは、車載される電源として車両の通常の主電源（１２Ｖ）とは別に、この主電源の電圧よりも高電圧、例えば３６Ｖの高圧電源を搭載してアイドルストップからのエンジン始動性を確保することとなる。
なお、スタータモータを用い、主電源の他に高圧電源を別途備えたアイドルストップ車の始動装置の一例が、特開２００２−１６１８３８号公報（引用文献１）に開示される。
【０００６】
【特許文献１】２００２−１６１８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、エンジン始動源としてのスタータジェネレータを高トルク域と高回転域で共に使用することができるようにするために、引用文献１に開示されるように、主電源の他に高圧電源を別途備えたアイドルストップ車の始動装置の場合、２つの電源搭載のため、車載スペース確保に問題が生じやすい。更に、大型のエンジン始動源としてスタータジェネレータが配備された場合、エンジンの全長が長くなり、特に、エンジンルームのスペースが限られた小さな車両への搭載は困難となり、改善が望まれている。
【０００８】
本発明は、上述の課題に着目してなされたもので、複数の電源を必要とせず、始動装置の大型化を抑制できるアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、自動始動と手動始動を有するエンジン始動制御装置であって、バッテリから給電されるコイルを有すると共に、同コイルが所定の第１巻数を保持する状態と同第１巻数より少ない第２巻数を保持する状態とに切り換える切り換え手段が接続されたスタータジェネレータと、手動始動でのエンジン始動を判定すると第１判定信号を、自動始動によるエンジン始動を判定すると第２判定信号をそれぞれ出力する判定手段と、所定の始動条件成立時に、前記第１判定信号を受けると前記コイルを前記第１巻数に切り換えて高トルク低回転型の第１トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動し、前記第２判定信号を受けると前記コイルを前記第２巻数に切り換えて低トルク高回転型の第２トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動するトルク特性制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載のエンジン始動制御装置において、前記バッテリから給電されるコイルは、前記エンジンのクランク軸に取り付けられる磁石回転子に対向する電機子鉄心に巻回された電機子コイルである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、手動始動でのエンジン始動時に第１判定信号を受けると、スタータジェネレータのコイルの巻数を第１巻数に保持して高トルク低回転型の第１トルク特性で、確実な始動を行え、しかも、自動始動によるエンジン始動時に第２判定信号を受けると、スタータジェネレータのコイルの巻数を第１巻数より少ない第２巻数に切り換え保持して低トルク高回転型の第２トルク特性で、迅速な始動を行える。特に、バッテリ電源電圧を変えることなく、単一の電源電圧を用いて、コイルの巻数の切換のみで始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。更に、手動始動でのエンジン始動時には暖気完了後でも高トルク低回転型の第１トルク特性で始動でき、違和感が生じることがない。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、スタータジェネレータの固定子側である電機子鉄心に巻回された電機子コイルの巻数比較的大きい第１巻数と比較的小さい第２巻数に切り換える構成なので、切り換え手段を比較的容易に接続でき、容易に始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１には本発明の一実施形態としての自動始動と手動始動を有する例えばアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を示し、同装置は図２に示すエンジン１に装着されている。
このエンジン１は直列４気筒ガソリン機関であり、不図示の自動車の駆動源として車載されている。このエンジン１の吸気通路２の各吸気ポート（図１に破線で示す）には各気筒毎に燃料噴射弁３が備えられる。各燃料噴射弁３は図示しない燃料ポンプから燃料を供給される。吸気通路２には吸気が導入され、導入された吸気はモータ駆動されるスロットル弁４により流量調整された後に、燃料噴射弁３から噴射された燃料と混合され、燃焼室Ｃ内に導入される。その後、所定のタイミングで点火プラグ５により混合気が点火され、燃焼後の排ガスが燃焼室Ｃから排気通路６内に排出されて、図示しない触媒や消音器を経て外部に排出される。
【００１４】
エンジン１はチェーンケース７を介して変速機ケーシング８０１と一体的に結合される。このエンジン１のクランク軸９はチェーンケース７内の遊星歯車機構１０に接続され、遊星歯車機構１０の外主軸１１１は変速機８の入力軸１２に連結されている。
チェーンケース７内のクランク軸９には不図示の動弁系へ動力を伝達する不図示のチェーンスプロケットが嵌着され、クランク軸９の端部には、図２に示すように、遊星歯車機構１０の中心部に位置するスリーブ１３が一体に嵌着される。
【００１５】
ここで図２に示すように、遊星歯車機構１０は概略的には、外主軸１１１と一体のクランクプーリー１４及びリングギア部材１５と、クランク軸９とスリーブ１３を介し一体結合されたキャリア１６とを備える。クランクプーリー１４は外主軸１１１を介して変速機８の入力軸１２にも一体結合されている。リングギア部材１５はそのチャンバー１７内にプラネタリギアセット１０を配備している。このプラネタリギアセット１０において、キャリア１６とリングギア部材１５との間には第１のワンウェイクラッチ２０が介装される。クランク軸９に遊嵌されたサンギア部材２３はバンドブレーキ２２と第２のワンウェイクラッチ２１を介してチェーンケース７に連結可能である。
クランクプーリー１４に巻き掛けられる無端ベルト（以後単にベルト２３と記す）は、スタータジェネレータ２４の入出力軸２４１に嵌着されたプーリー２５や、補機類（ここではエアコンのコンプレッサ）２６の入力軸２６１に嵌着されたプーリー２７や、不図示のアイドラーに架渡される。
【００１６】
図３に示すように、スタータジェネレータ２４は、インバータ４０を介してバッテリ３１と接続される。このバッテリ３１の電力によりスタータジェネレータ２４は電動機として駆動する。しかも、プーリー２５の回転入力によりスタータジェネレータ２４は発電機として働き、その発電力はインバータ４０を介してバッテリ３１の充電に供することができる。
即ち、スタータジェネレータ２４は、ブラシレス直流電動機及び磁石式交流発電機と同様の構造を有するもので、機関の始動時にはブラシレス直流電動機として駆動されて、エンジン１のクランク軸９を駆動するスタータモータとして用いられる。またエンジン１が始動した後、磁石回転子がエンジン１により駆動される状態になったときには、バッテリ３１充電用のジェネレータ（磁石発電機）として運転される。
【００１７】
図２に示すように、スタータジェネレータ２４は、プーリー２５と一体の回転軸２４１を遊嵌すると共に固定子２４２を取り付けた筒状固定部材２４３と、回転軸２４１に一体的に取り付けられた磁石回転子２４４とを備える。磁石回転子２４４は回転子ヨーク２４５と同回転子ヨークに取り付けられた回転磁石２４６とからなる。固定子２４２は磁石回転子２４４の磁極に対向配設され磁極部を有する電機子鉄心２４７と、この電機子鉄心に巻回された３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗとを有すると共に３相の電機子コイルが星形結線として形成されている。
【００１８】
図３に示すように、各電機子コイルＬｕ〜Ｌｗの長手方向の所定の中間部はそれぞれ切り換え手段である切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗを備えた各短絡線ｒｕ，ｒｖ，ｒｗを介して入出力端子ｊｕ、ｊｖ、ｊｗに接続されている。切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗは可動片をソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗにより切り換える構造を採る。切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗはオフ時において、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗの全長（第１巻数ｎ１）部分を入出力端子ｊｕ、ｊｖ、ｊｗに接続し、オン時において、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗの中間部（第１巻数ｎ１より少ない第２巻数ｎ２）までの部分を入出力端子ｊｕ、ｊｖ、ｊｗに接続する。ここで、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗは後述のコントローラ３０によって励磁制御される。
なお、各電機子コイルＬｕ〜Ｌｗが第１巻数ｎ１に保持された場合、内部抵抗が比較的大きく、消費電力は比較的大きくなる。第２巻数ｎ２に保持された場合、内部抵抗が比較的小さく、消費電力は比較的小さくなるが、いずれの場合も、ここでは高圧側端子電圧が１４Ｖのバッテリ３１により給電可能に構成されている。
【００１９】
インバータ４０回路は、正極性の直流側端子３ａを備え、この直流端子３ａがバッテリ３１２の正極端子に接続されている。負極性の直流側端子３ｂを備え、この直流側端子３ｂがバッテリ３１２の負極端子に接続されている。またＵ，Ｖ，Ｗ３相の交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗを備え、これらの交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗがそれぞれスタータジェネレータ２４１の星形結線された３相の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗの非中性点側端子からそれぞれ導出された入出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗに接続されている。
【００２０】
コントローラ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，タイマ（ＴＩＭ）等を有するマイクロコンピュータと、ＣＰＵから与えられる指令に応じてインバータ４０に駆動信号を与えるドライバ回路３０１と、切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗのソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁、非励磁に切り換えるドライバ回路３０２とを備える。更に、入力端には、バッテリ３１の両端の電圧の検出値Ｖｂを入力するバッテリ電圧検出器３３と、エンジン１を始動する際に閉じられたか否かの信号Ｓｓを検出するセルスイッチ３４と、エンジン１の吸気通路２内に導入する空気の流量Ｑａを検出するエアーフローセンサ３５と、吸気通路２内のスロットルバルブの開度θｓを検出するスロットルセンサ３６と、車速Ｖｃ信号を入力する車速センサ３７と、ブレーキ信号Ｓｂｋが入力されるブレーキスイッチ３８と、変速段信号Ｄｈｓが入力される変速段検出スイッチ３９とが接続されている。
【００２１】
このようなコントローラ３０はエンジン１を適宜駆動制御するエンジン制御機能部Ａ０を備え、これに加えて、インバータ４０を制御するインバータ制御手段Ａ１と、判定手段Ａ２と、トルク特性制御手段Ａ３としての制御機能を備える。
【００２２】
エンジン制御機能部Ａ０はエンジン１の始動、発進、走行に応じて、不図示の燃料系と吸気系と点火系とを適宜駆動制御する機能を備える。
インバータ制御手段Ａ１は、エンジン１の始動時にスタータジェネレータ２４をブラシレス直流電動機として動作させてエンジン１のクランク軸９を始動方向に回転させるようにインバータ４０を制御し、エンジン１が始動した後はスタータジェネレータ２４を発電機として動作させて電機子コイルＬｕ〜Ｌｗからインバータ４０により構成された整流回路を通してバッテリ３１に供給される充電電流を制御するようにインバータ４０を制御する機能を備える。
【００２３】
判定手段Ａ２は、セルスイッチオンＳｓの操作（例えばキー操作）によるエンジン始動（手動始動）を判定すると第１判定信号Ｓ１を出力する。更に、コントローラ３０で行っている不図示のアイドルストップ制御において出力されるエンジン始動時（自動始動）を判定すると、第２判定信号Ｓ２を出力する。
トルク特性制御手段Ａ３は、所定の始動条件成立時に、第１判定信号Ｓ１を受けると、切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗのソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを非励磁（オフ）に切り換える。これにより、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第１巻数ｎ１に切り換えて後述の高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動する。
【００２４】
一方、第２判定信号Ｓ２を受けると、切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗのソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁（オン）に切り換える。これにより、コイルを第２巻数ｎ２に切り換えて後述の低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動する機能を備える。
ここで、所定の始動条件は、車速Ｖｃ＜Ｖ０（予め設定される停車判定値）で、ブレーキスイッチＳｂｋがオンで、変速段がニュートラルレンジかＤレンジである場合として設定され、これらデータは、車速センサ３７、ブレーキスイッチ３８、変速段検出スイッチ３９より入力される。
【００２５】
トルク特性制御手段Ａ３は、第１判定信号Ｓ１を受けると、図３に示すように、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを非励磁（オフ）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第１巻数ｎ１に切り換えるよう切り換え制御する。これにより、インバータ制御手段Ａ１によりスタータジェネレータ２４を始動制御するにあたり、後述する高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を始動させることができる。
ここで、第１判定信号Ｓ１に応じた特性は、図４（ａ）に示すように、高トルク域（０〜３００Ｎｍ）で低回転数域（０〜２００ｒｐｍ）で始動駆動する特性として設定される。ここでエンジン始動処理がなされる場合、必要とされる始動時トルクはクランク軸９の回転数を所定の回転数に到達させるのに必要な加速トルクとエンジン１が発生するフリクショントルクとの和を上回る必要がある。
【００２６】
ここで、第１判定信号Ｓ１を受けるのは、主に、冷態始動のようにフリクショントルクが大きな場合であって、特に、始動時トルクが比較的大きく必要とされることより、高トルク低回転型の第１トルク特性（図４（ａ）参照）でスタータジェネレータ２４を駆動し、緩やかではあるが、確実に始動処理を行うことができる。
なお、暖気完了後であってフリクショントルクが低い場合でも、セルスイッチオン操作でのエンジン始動を判定する第１判定信号Ｓ１を受けた場合、高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動する。この場合、運転者は高トルク低回転型の始動モードで、比較的緩やかな始動を行うことで、キー操作でのエンジン始動による違和感を受けず始動処理を行える。
【００２７】
トルク特性制御手段Ａ３は、第２判定信号Ｓ２を受けると、図３に示すように、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁（オン）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗコイルを第１巻数ｎ１より少ない第２巻数ｎ２に切り換えるよう切り換え制御する。これにより、インバータ制御手段Ａ１によりスタータジェネレータ２４を始動制御する間に、後述する低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を始動させることができる。
【００２８】
第２トルク特性は、図４（ｂ）に示すように、低トルク域（０〜６０Ｎｍ）で高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）で始動駆動する特性として設定される。ここでエンジン始動処理がなされる場合、エンジン１暖気後の停車時における一時ストップ状態にあり、エンジン１のフリクショントルクは比較的小さい。このため、必要とされる始動時トルクは比較的小さくてよい。一方、一時ストップ状態での再発進時には、できるだけ迅速にエンジン１を始動し、車両を発進させる必要がある。
ここで第２判定信号Ｓ２を受けると、低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を早期に高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）に引き上げ、始動駆動でき、迅速にエンジン１を始動し、車両を発進させることができる。
【００２９】
次に、コントローラ３０が行う始動制御処理を図５のアイドルストップ始動制御処理のフローチャートに沿って説明する。なお、不図示のメインルーチンにおいて、予め、アイドルストップ制御処理が行われており、そのアイドルストップ制御に関連して、このアイドルストップ始動制御処理ルーチンはコントローラ３０により所定の時間周期で実施される。
コントローラ３０の制御処理がアイドルストップ始動制御ルーチンへ移行すると、先ずステップｓ１において、オン操作（キー操作）信号Ｓｓと、車速Ｖｃと、ブレーキ信号Ｓｂｋと、変速段信号Ｄｈｓと、その他のエンジン運転情報が入力され、所定記憶エリアにストアされる。
【００３０】
ステップｓ２では不図示のメインルーチンのアイドルストップ制御によって適時に出力されるアイドルストップ信号Ｓａｄが入力か否かを判断し、入力されるとステップｓ３に進み、燃料カット信号を出力し、不図示のメインルーチン側での燃料カット処理が成される。ステップｓ５では遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオフ（開放）し、サンギア部材２２を空転状態に切り換える。
これに応じてステップｓ６では、サンギア部材２３がフリーでプラネタリギアセット１０がニュートラル状態に切換わる状態に達する。これによってスタータジェネレータ２４の動力はクランク軸９には伝達されず補機類２６のみを効率良く駆動することができる（図２の符号ｗ１の線図参照）。
【００３１】
ステップｓ６の後、一旦不図示のメインルーチンにリターンし、再度、ステップｓ２に達するとする。ここで、アイドルストップ信号入力は非入力に切り換わったことを判断するとステップｓ４に進む。ここでは、燃料カット信号を解除し、不図示のメインルーチン側で燃料カット処理を解除し、始動制御に入る。
ステップｓ７に達すると、現在の車速Ｖｃが所定の停車判定値Ｖ０を下回るか判断し、停車時にはステップｓ８に進み、走行と判断されるとステップｓ９に進む。
【００３２】
停車時にステップｓ８に達すると、ここでは、エンジン回転速度Ｎｅが始動判定回転速度Ｎｅ０（例えば、４００ｒｐｍ）を上回るか判断し、始動回転速度Ｎｅ０に達する前は、ステップｓ１０に、達するとステップｓ９に進む。
【００３３】
始動前にステップｓ１０に達すると、ここでは遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオン（締結）し、サンギア部材２２を駆動し、遊星歯車機構１０を減速作動状態に切り換える。これに応じてステップｓ１１では、スタータジェネレータ２４をモータとして作動させ、エンジン１を始動する。
これに続き、ステップｓ１２では第１判定信号（セルスイッチオンＳｓの操作に応じた手動始動の場合）Ｓ１か、第２判定信号（アイドルストップ制御に応じた自動始動の場合）ｓ２のいずれの入力を受けているかを判定し、第１判定信号Ｓ１ではステップｓ１３に、第２判定信号ｓ２ではステップｓ１４に進む。
【００３４】
ステップｓ１３では第１判定信号Ｓ１を受けていることより、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを非励磁（オフ）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第１巻数ｎ１に切り換える。これにより、インバータ制御手段Ａ１により始動制御されているスタータジェネレータ２４は、高トルク低回転特性（図４（ａ）参照）で始動する。この場合、冷態始動（手動始動の場合）のようにフリクショントルクが大きくて、必要とされる始動時トルクが比較的大きな場合でも、高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を容易に駆動し、緩やかではあるが、確実に始動処理を行うことができる。
【００３５】
なお、暖気完了後に、セルスイッチオン操作（キー操作）Ｓｂｋでのエンジン始動を判定し、第１判定信号Ｓ１を受けたような場合において、高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４が駆動されたとする。この場合であっても、運転者はセルスイッチオン操作をしており、高トルク低回転型の始動モードで、比較的緩やかな始動を行うことと成るので、運転者が違和感を受けず始動処理を行うことができる。
【００３６】
一方、ステップｓ１２よりステップｓ１４に達すると、ここでは、アイドルストップ制御に伴う自動始動として第２判定信号Ｓ２を受けていることより、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁（オン）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第２巻数ｎ２に切り換える。これにより、インバータ制御手段Ａ１により始動制御されているスタータジェネレータ２４は、図４（ｂ）に示すように、低トルク域（０〜６０Ｎｍ）であって高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）において始動する。この際、エンジン１は暖気後の一時ストップ状態にあり、エンジン１のフリクショントルクは比較的小さいため、必要とされる始動時トルクは比較的小さくてよい。このため、低トルク高回転型の第２トルク特性（図４（ｂ）参照）で、スタータジェネレータ２４を早期に高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）に引き上げ始動駆動でき、迅速にエンジン１を始動し、一時停止状態にある車両を迅速に再発進させることができる。
【００３７】
ステップｓ１３あるいはステップｓ１４を終了後に、一旦メインルーチンに戻り、再度ステップｓ２、ステップｓ７を経て、あるいはステップｓ７，８を経てステップｓ９に達したとする。
【００３８】
このステップｓ９では、エンジン始動後、あるいは車両走行後であり、ここではバッテリ３１の充電要求時か、即ち、バッテリ３１の高端子電圧Ｖｂが過充電しきい値Ｖｂ１を上回るか否か判断する。ここで、バッテリ３１の充電要求時ではステップｓ１５に、非要求時ではステップｓ１６に進む。
バッテリ３１充電要求時でステップｓ１５に達すると、ここでは、車速Ｖｃがスタータジェネレータ２４を発電機として作動させるに適した回生車速範囲内にあるか否かを判断する。車速Ｖｃが回生車速範囲を外れるような場合は、スタータジェネレータ２４を発電機として作動させるにはスタータジェネレータ２４の回転が高過ぎると判断されるため、ステップｓ１６に飛んで遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオフ（解除）し、サンギア部材２２をフリー状態とし、スタータジェネレータ２４が発電機として作動しない状態に切換える。
【００３９】
車速が回生車速範囲内にあればステップｓ１５からステップｓ１７に進み、遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオフ（解除）状態に切換える。この場合、ステップｓ１８に進み、スタータジェネレータ２４を発電機として作動させる。
この場合、エンジン１の駆動力は、図２に符号ｗ３で示すようにクランク軸９と一体のキャリア１６の回転がそのまま第１のワンウェイクラッチ２０を介してクランクプーリー１４を回転させるので、ベルト２３を介してスタータジェネレータ２４および補機類２６を駆動する。したがって、スタータジェネレータ２４を発電機として作動させて、動力を回生してバッテリ３１を充電することができる。
【００４０】
なお、上述したステップｓ１３、ｓ１４のところにおいて、スタータジェネレータ２４の駆動力が減速されてクランク軸９を回転させ、エンジン１が始動し、エンジン１が自らクランク軸９を回転させることができる完爆状態となると、エンジン回転速度がスタータジェネレータ２４による回転を上回ると、ステップｓ９側に進むので、回生可能な状態に自動的に移行できる。
【００４１】
以上のように、図１のアイドルストップ車のエンジン始動制御装置によれば、第１判定信号Ｓ１（手動始動）を受けると、スタータジェネレータ２４のコイルの巻数を第１巻数ｎ１に保持して高トルク低回転型の第１トルク特性で、確実な始動を行える。更に、アイドルストップシステムによるエンジン始動時（自動始動）に第２判定信号Ｓ２を受けると、スタータジェネレータ２４のコイルの巻数ｎ２を第１巻数ｎ１より少ない第２巻数ｎ２に切り換え保持して低トルク高回転型の第２トルク特性で、迅速な始動を行える。
【００４２】
ここでは、特に、通常車載されるバッテリ３１（１４Ｖ）を変えることなく、単一のバッテリ３１を用いて、コイルの巻数の切換のみで始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。更に、アイドルストップシステムによる一時停止時においてセルスイッチ３４（例えばキー操作）でのエンジン始動がなされたとしても、この時には暖気完了後でも高トルク低回転型の第１トルク特性（図４（ａ）参照）で緩やかに始動できるので、運転者が違和感をうけることがない。
【００４３】
更に、スタータジェネレータ２４の固定子側である電機子鉄心に巻回された電機子コイルの巻数が比較的大きい第１巻数ｎ１と比較的小さい第２巻数ｎ２に切り換える構成なので、切り換え手段である切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗを固定子側に比較的容易に接続でき、容易に始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。
【００４４】
上述のところにおいて、エンジン１側クランク軸９とスタータジェネレータ２４の駆動軸２４１とは遊星歯車機構１０及びベルト伝達機構を介して断続切り換え可能に構成されていたが、この内、遊星歯車機構１０に換えて、不図示の電磁クラッチを用いてエンジンのクランク軸９とスタータジェネレータ２４側の断続制御を行うように構成されても良く、この場合も、本発明の効果を図１のアイドルストップ車のエンジン始動制御装置とほぼ同様に得ることができる。
尚、本実施例ではアイドルストップ車について説明をしたが、それに限られることなく、ハイブリット車のモータによるエンジン始動に本発明のエンジン始動制御装置を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態としてのアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を備えたエンジン１の概略構成図である。
【図２】図１のエンジン始動制御装置が用いる遊星歯車機構１０の概略構成図である。
【図３】図１のエンジン始動制御装置が用いるスタータジェネレータ２４の概略回路図である。
【図４】図１のエンジン始動制御装置の制御特性を示し、（ａ）は高トルク低回転型の第１トルク特性を、（ｂ）は低トルク高回転型の第２トルク特性を示す特性線図である。
【図５】図１のエンジン始動制御装置のコントローラ３０が行う始動制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１ エンジン
２４ スタータジェネレータ
２４４ 磁石回転子
２４７ 電機子鉄心
２５ プーリー
３１ バッテリ
ｎ１ 第１巻数
ｎ２ 第２巻数
ｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗ 切り換えスイッチ（切り換え手段）
Ａ２ 判定手段
Ａ３ トルク特性制御手段
Ｓ１ 第１判定信号
Ｓ２ 第２判定信号
Ｓｓ キー操作
Ｌｕ〜Ｌｗ 電機子コイル
Ｌｕ〜Ｌｗ 電機子コイル
【技術分野】
【０００１】
本発明は自動始動と手動始動を有する例えばアイドルストップ車のエンジン始動制御装置に関し、特に、スタータジェネレータのトルク特性を切り換えてエンジンを始動させるエンジン始動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車両の停車中に、燃費節減とエミッション低減を図るべくエンジンを一時的に自動停止させるアイドルストップ車が知られている。
アイドルストップ車では、シフト位置がＤレンジ、ブレーキ操作、車速０ｋｍ／ｈ等のエンジン停止条件が成立したときにエンジンを停止させ、その後にブレーキ操作の解除等のエンジン始動条件が成立すると、スタータによりエンジンを自動始動して発進に備えている。
【０００３】
このような車両に搭載されるエンジンの始動時に必要な始動時トルクは、クランクシャフトの回転数を所定の回転数に到達させるのに必要な加速トルクとエンジンが発生するフリクショントルクとの和である。一方、始動時にクランクシャフトに加えられるトルクは、始動装置を回転駆動することで発生するスタータトルクおよびインジェクタから噴射された燃料が燃焼室で爆発することにより発生する爆発トルクである。つまり、このスタータトルクと爆発トルクとの和が始動時トルク以上でなければエンジンを始動することができない。
このような始動時トルクを発生できるエンジン始動源として、例えば、電動機兼発電機のスタータジェネレータが採用されている。
【０００４】
ところで、エンジン始動源としてのスタータジェネレータを用いた場合、冷態始動時には、たとえ極低温でフリクショントルクが大きくても確実にエンジンがかかるような高トルク特性が要求される。一方、アイドルストップからエンジン始動条件が成立した上での再始動時には、暖気完了後であり、早期にエンジン回転速度を高めてエンジンが高回転域に迅速に達して、始動するようなトルク特性、即ち高回転特性が要求される。
しかし、エンジン始動源としてのスタータジェネレータは、その回転数に応じて発生するトルク、すなわちトルク特性は一定である。
【０００５】
そこで、このような両要求をクリアするためには比較的大型のエンジン始動源としてのスタータジェネレータを用いる必要がある。あるいは、車載される電源として車両の通常の主電源（１２Ｖ）とは別に、この主電源の電圧よりも高電圧、例えば３６Ｖの高圧電源を搭載してアイドルストップからのエンジン始動性を確保することとなる。
なお、スタータモータを用い、主電源の他に高圧電源を別途備えたアイドルストップ車の始動装置の一例が、特開２００２−１６１８３８号公報（引用文献１）に開示される。
【０００６】
【特許文献１】２００２−１６１８３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、エンジン始動源としてのスタータジェネレータを高トルク域と高回転域で共に使用することができるようにするために、引用文献１に開示されるように、主電源の他に高圧電源を別途備えたアイドルストップ車の始動装置の場合、２つの電源搭載のため、車載スペース確保に問題が生じやすい。更に、大型のエンジン始動源としてスタータジェネレータが配備された場合、エンジンの全長が長くなり、特に、エンジンルームのスペースが限られた小さな車両への搭載は困難となり、改善が望まれている。
【０００８】
本発明は、上述の課題に着目してなされたもので、複数の電源を必要とせず、始動装置の大型化を抑制できるアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明は、自動始動と手動始動を有するエンジン始動制御装置であって、バッテリから給電されるコイルを有すると共に、同コイルが所定の第１巻数を保持する状態と同第１巻数より少ない第２巻数を保持する状態とに切り換える切り換え手段が接続されたスタータジェネレータと、手動始動でのエンジン始動を判定すると第１判定信号を、自動始動によるエンジン始動を判定すると第２判定信号をそれぞれ出力する判定手段と、所定の始動条件成立時に、前記第１判定信号を受けると前記コイルを前記第１巻数に切り換えて高トルク低回転型の第１トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動し、前記第２判定信号を受けると前記コイルを前記第２巻数に切り換えて低トルク高回転型の第２トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動するトルク特性制御手段と、を備えたことを特徴とする。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１記載のエンジン始動制御装置において、前記バッテリから給電されるコイルは、前記エンジンのクランク軸に取り付けられる磁石回転子に対向する電機子鉄心に巻回された電機子コイルである、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１記載の発明によれば、手動始動でのエンジン始動時に第１判定信号を受けると、スタータジェネレータのコイルの巻数を第１巻数に保持して高トルク低回転型の第１トルク特性で、確実な始動を行え、しかも、自動始動によるエンジン始動時に第２判定信号を受けると、スタータジェネレータのコイルの巻数を第１巻数より少ない第２巻数に切り換え保持して低トルク高回転型の第２トルク特性で、迅速な始動を行える。特に、バッテリ電源電圧を変えることなく、単一の電源電圧を用いて、コイルの巻数の切換のみで始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。更に、手動始動でのエンジン始動時には暖気完了後でも高トルク低回転型の第１トルク特性で始動でき、違和感が生じることがない。
【００１２】
請求項２記載の発明によれば、スタータジェネレータの固定子側である電機子鉄心に巻回された電機子コイルの巻数比較的大きい第１巻数と比較的小さい第２巻数に切り換える構成なので、切り換え手段を比較的容易に接続でき、容易に始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１には本発明の一実施形態としての自動始動と手動始動を有する例えばアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を示し、同装置は図２に示すエンジン１に装着されている。
このエンジン１は直列４気筒ガソリン機関であり、不図示の自動車の駆動源として車載されている。このエンジン１の吸気通路２の各吸気ポート（図１に破線で示す）には各気筒毎に燃料噴射弁３が備えられる。各燃料噴射弁３は図示しない燃料ポンプから燃料を供給される。吸気通路２には吸気が導入され、導入された吸気はモータ駆動されるスロットル弁４により流量調整された後に、燃料噴射弁３から噴射された燃料と混合され、燃焼室Ｃ内に導入される。その後、所定のタイミングで点火プラグ５により混合気が点火され、燃焼後の排ガスが燃焼室Ｃから排気通路６内に排出されて、図示しない触媒や消音器を経て外部に排出される。
【００１４】
エンジン１はチェーンケース７を介して変速機ケーシング８０１と一体的に結合される。このエンジン１のクランク軸９はチェーンケース７内の遊星歯車機構１０に接続され、遊星歯車機構１０の外主軸１１１は変速機８の入力軸１２に連結されている。
チェーンケース７内のクランク軸９には不図示の動弁系へ動力を伝達する不図示のチェーンスプロケットが嵌着され、クランク軸９の端部には、図２に示すように、遊星歯車機構１０の中心部に位置するスリーブ１３が一体に嵌着される。
【００１５】
ここで図２に示すように、遊星歯車機構１０は概略的には、外主軸１１１と一体のクランクプーリー１４及びリングギア部材１５と、クランク軸９とスリーブ１３を介し一体結合されたキャリア１６とを備える。クランクプーリー１４は外主軸１１１を介して変速機８の入力軸１２にも一体結合されている。リングギア部材１５はそのチャンバー１７内にプラネタリギアセット１０を配備している。このプラネタリギアセット１０において、キャリア１６とリングギア部材１５との間には第１のワンウェイクラッチ２０が介装される。クランク軸９に遊嵌されたサンギア部材２３はバンドブレーキ２２と第２のワンウェイクラッチ２１を介してチェーンケース７に連結可能である。
クランクプーリー１４に巻き掛けられる無端ベルト（以後単にベルト２３と記す）は、スタータジェネレータ２４の入出力軸２４１に嵌着されたプーリー２５や、補機類（ここではエアコンのコンプレッサ）２６の入力軸２６１に嵌着されたプーリー２７や、不図示のアイドラーに架渡される。
【００１６】
図３に示すように、スタータジェネレータ２４は、インバータ４０を介してバッテリ３１と接続される。このバッテリ３１の電力によりスタータジェネレータ２４は電動機として駆動する。しかも、プーリー２５の回転入力によりスタータジェネレータ２４は発電機として働き、その発電力はインバータ４０を介してバッテリ３１の充電に供することができる。
即ち、スタータジェネレータ２４は、ブラシレス直流電動機及び磁石式交流発電機と同様の構造を有するもので、機関の始動時にはブラシレス直流電動機として駆動されて、エンジン１のクランク軸９を駆動するスタータモータとして用いられる。またエンジン１が始動した後、磁石回転子がエンジン１により駆動される状態になったときには、バッテリ３１充電用のジェネレータ（磁石発電機）として運転される。
【００１７】
図２に示すように、スタータジェネレータ２４は、プーリー２５と一体の回転軸２４１を遊嵌すると共に固定子２４２を取り付けた筒状固定部材２４３と、回転軸２４１に一体的に取り付けられた磁石回転子２４４とを備える。磁石回転子２４４は回転子ヨーク２４５と同回転子ヨークに取り付けられた回転磁石２４６とからなる。固定子２４２は磁石回転子２４４の磁極に対向配設され磁極部を有する電機子鉄心２４７と、この電機子鉄心に巻回された３相の電機子コイルＬｕ〜Ｌｗとを有すると共に３相の電機子コイルが星形結線として形成されている。
【００１８】
図３に示すように、各電機子コイルＬｕ〜Ｌｗの長手方向の所定の中間部はそれぞれ切り換え手段である切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗを備えた各短絡線ｒｕ，ｒｖ，ｒｗを介して入出力端子ｊｕ、ｊｖ、ｊｗに接続されている。切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗは可動片をソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗにより切り換える構造を採る。切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗはオフ時において、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗの全長（第１巻数ｎ１）部分を入出力端子ｊｕ、ｊｖ、ｊｗに接続し、オン時において、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗの中間部（第１巻数ｎ１より少ない第２巻数ｎ２）までの部分を入出力端子ｊｕ、ｊｖ、ｊｗに接続する。ここで、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗは後述のコントローラ３０によって励磁制御される。
なお、各電機子コイルＬｕ〜Ｌｗが第１巻数ｎ１に保持された場合、内部抵抗が比較的大きく、消費電力は比較的大きくなる。第２巻数ｎ２に保持された場合、内部抵抗が比較的小さく、消費電力は比較的小さくなるが、いずれの場合も、ここでは高圧側端子電圧が１４Ｖのバッテリ３１により給電可能に構成されている。
【００１９】
インバータ４０回路は、正極性の直流側端子３ａを備え、この直流端子３ａがバッテリ３１２の正極端子に接続されている。負極性の直流側端子３ｂを備え、この直流側端子３ｂがバッテリ３１２の負極端子に接続されている。またＵ，Ｖ，Ｗ３相の交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗを備え、これらの交流側端子３ｕ，３ｖ及び３ｗがそれぞれスタータジェネレータ２４１の星形結線された３相の電機子コイルＬｕ，Ｌｖ及びＬｗの非中性点側端子からそれぞれ導出された入出力端子１ｕ，１ｖ及び１ｗに接続されている。
【００２０】
コントローラ３０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，タイマ（ＴＩＭ）等を有するマイクロコンピュータと、ＣＰＵから与えられる指令に応じてインバータ４０に駆動信号を与えるドライバ回路３０１と、切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗのソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁、非励磁に切り換えるドライバ回路３０２とを備える。更に、入力端には、バッテリ３１の両端の電圧の検出値Ｖｂを入力するバッテリ電圧検出器３３と、エンジン１を始動する際に閉じられたか否かの信号Ｓｓを検出するセルスイッチ３４と、エンジン１の吸気通路２内に導入する空気の流量Ｑａを検出するエアーフローセンサ３５と、吸気通路２内のスロットルバルブの開度θｓを検出するスロットルセンサ３６と、車速Ｖｃ信号を入力する車速センサ３７と、ブレーキ信号Ｓｂｋが入力されるブレーキスイッチ３８と、変速段信号Ｄｈｓが入力される変速段検出スイッチ３９とが接続されている。
【００２１】
このようなコントローラ３０はエンジン１を適宜駆動制御するエンジン制御機能部Ａ０を備え、これに加えて、インバータ４０を制御するインバータ制御手段Ａ１と、判定手段Ａ２と、トルク特性制御手段Ａ３としての制御機能を備える。
【００２２】
エンジン制御機能部Ａ０はエンジン１の始動、発進、走行に応じて、不図示の燃料系と吸気系と点火系とを適宜駆動制御する機能を備える。
インバータ制御手段Ａ１は、エンジン１の始動時にスタータジェネレータ２４をブラシレス直流電動機として動作させてエンジン１のクランク軸９を始動方向に回転させるようにインバータ４０を制御し、エンジン１が始動した後はスタータジェネレータ２４を発電機として動作させて電機子コイルＬｕ〜Ｌｗからインバータ４０により構成された整流回路を通してバッテリ３１に供給される充電電流を制御するようにインバータ４０を制御する機能を備える。
【００２３】
判定手段Ａ２は、セルスイッチオンＳｓの操作（例えばキー操作）によるエンジン始動（手動始動）を判定すると第１判定信号Ｓ１を出力する。更に、コントローラ３０で行っている不図示のアイドルストップ制御において出力されるエンジン始動時（自動始動）を判定すると、第２判定信号Ｓ２を出力する。
トルク特性制御手段Ａ３は、所定の始動条件成立時に、第１判定信号Ｓ１を受けると、切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗのソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを非励磁（オフ）に切り換える。これにより、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第１巻数ｎ１に切り換えて後述の高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動する。
【００２４】
一方、第２判定信号Ｓ２を受けると、切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗのソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁（オン）に切り換える。これにより、コイルを第２巻数ｎ２に切り換えて後述の低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動する機能を備える。
ここで、所定の始動条件は、車速Ｖｃ＜Ｖ０（予め設定される停車判定値）で、ブレーキスイッチＳｂｋがオンで、変速段がニュートラルレンジかＤレンジである場合として設定され、これらデータは、車速センサ３７、ブレーキスイッチ３８、変速段検出スイッチ３９より入力される。
【００２５】
トルク特性制御手段Ａ３は、第１判定信号Ｓ１を受けると、図３に示すように、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを非励磁（オフ）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第１巻数ｎ１に切り換えるよう切り換え制御する。これにより、インバータ制御手段Ａ１によりスタータジェネレータ２４を始動制御するにあたり、後述する高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を始動させることができる。
ここで、第１判定信号Ｓ１に応じた特性は、図４（ａ）に示すように、高トルク域（０〜３００Ｎｍ）で低回転数域（０〜２００ｒｐｍ）で始動駆動する特性として設定される。ここでエンジン始動処理がなされる場合、必要とされる始動時トルクはクランク軸９の回転数を所定の回転数に到達させるのに必要な加速トルクとエンジン１が発生するフリクショントルクとの和を上回る必要がある。
【００２６】
ここで、第１判定信号Ｓ１を受けるのは、主に、冷態始動のようにフリクショントルクが大きな場合であって、特に、始動時トルクが比較的大きく必要とされることより、高トルク低回転型の第１トルク特性（図４（ａ）参照）でスタータジェネレータ２４を駆動し、緩やかではあるが、確実に始動処理を行うことができる。
なお、暖気完了後であってフリクショントルクが低い場合でも、セルスイッチオン操作でのエンジン始動を判定する第１判定信号Ｓ１を受けた場合、高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を駆動する。この場合、運転者は高トルク低回転型の始動モードで、比較的緩やかな始動を行うことで、キー操作でのエンジン始動による違和感を受けず始動処理を行える。
【００２７】
トルク特性制御手段Ａ３は、第２判定信号Ｓ２を受けると、図３に示すように、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁（オン）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗコイルを第１巻数ｎ１より少ない第２巻数ｎ２に切り換えるよう切り換え制御する。これにより、インバータ制御手段Ａ１によりスタータジェネレータ２４を始動制御する間に、後述する低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を始動させることができる。
【００２８】
第２トルク特性は、図４（ｂ）に示すように、低トルク域（０〜６０Ｎｍ）で高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）で始動駆動する特性として設定される。ここでエンジン始動処理がなされる場合、エンジン１暖気後の停車時における一時ストップ状態にあり、エンジン１のフリクショントルクは比較的小さい。このため、必要とされる始動時トルクは比較的小さくてよい。一方、一時ストップ状態での再発進時には、できるだけ迅速にエンジン１を始動し、車両を発進させる必要がある。
ここで第２判定信号Ｓ２を受けると、低トルク高回転型の第２トルク特性でスタータジェネレータ２４を早期に高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）に引き上げ、始動駆動でき、迅速にエンジン１を始動し、車両を発進させることができる。
【００２９】
次に、コントローラ３０が行う始動制御処理を図５のアイドルストップ始動制御処理のフローチャートに沿って説明する。なお、不図示のメインルーチンにおいて、予め、アイドルストップ制御処理が行われており、そのアイドルストップ制御に関連して、このアイドルストップ始動制御処理ルーチンはコントローラ３０により所定の時間周期で実施される。
コントローラ３０の制御処理がアイドルストップ始動制御ルーチンへ移行すると、先ずステップｓ１において、オン操作（キー操作）信号Ｓｓと、車速Ｖｃと、ブレーキ信号Ｓｂｋと、変速段信号Ｄｈｓと、その他のエンジン運転情報が入力され、所定記憶エリアにストアされる。
【００３０】
ステップｓ２では不図示のメインルーチンのアイドルストップ制御によって適時に出力されるアイドルストップ信号Ｓａｄが入力か否かを判断し、入力されるとステップｓ３に進み、燃料カット信号を出力し、不図示のメインルーチン側での燃料カット処理が成される。ステップｓ５では遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオフ（開放）し、サンギア部材２２を空転状態に切り換える。
これに応じてステップｓ６では、サンギア部材２３がフリーでプラネタリギアセット１０がニュートラル状態に切換わる状態に達する。これによってスタータジェネレータ２４の動力はクランク軸９には伝達されず補機類２６のみを効率良く駆動することができる（図２の符号ｗ１の線図参照）。
【００３１】
ステップｓ６の後、一旦不図示のメインルーチンにリターンし、再度、ステップｓ２に達するとする。ここで、アイドルストップ信号入力は非入力に切り換わったことを判断するとステップｓ４に進む。ここでは、燃料カット信号を解除し、不図示のメインルーチン側で燃料カット処理を解除し、始動制御に入る。
ステップｓ７に達すると、現在の車速Ｖｃが所定の停車判定値Ｖ０を下回るか判断し、停車時にはステップｓ８に進み、走行と判断されるとステップｓ９に進む。
【００３２】
停車時にステップｓ８に達すると、ここでは、エンジン回転速度Ｎｅが始動判定回転速度Ｎｅ０（例えば、４００ｒｐｍ）を上回るか判断し、始動回転速度Ｎｅ０に達する前は、ステップｓ１０に、達するとステップｓ９に進む。
【００３３】
始動前にステップｓ１０に達すると、ここでは遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオン（締結）し、サンギア部材２２を駆動し、遊星歯車機構１０を減速作動状態に切り換える。これに応じてステップｓ１１では、スタータジェネレータ２４をモータとして作動させ、エンジン１を始動する。
これに続き、ステップｓ１２では第１判定信号（セルスイッチオンＳｓの操作に応じた手動始動の場合）Ｓ１か、第２判定信号（アイドルストップ制御に応じた自動始動の場合）ｓ２のいずれの入力を受けているかを判定し、第１判定信号Ｓ１ではステップｓ１３に、第２判定信号ｓ２ではステップｓ１４に進む。
【００３４】
ステップｓ１３では第１判定信号Ｓ１を受けていることより、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを非励磁（オフ）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第１巻数ｎ１に切り換える。これにより、インバータ制御手段Ａ１により始動制御されているスタータジェネレータ２４は、高トルク低回転特性（図４（ａ）参照）で始動する。この場合、冷態始動（手動始動の場合）のようにフリクショントルクが大きくて、必要とされる始動時トルクが比較的大きな場合でも、高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４を容易に駆動し、緩やかではあるが、確実に始動処理を行うことができる。
【００３５】
なお、暖気完了後に、セルスイッチオン操作（キー操作）Ｓｂｋでのエンジン始動を判定し、第１判定信号Ｓ１を受けたような場合において、高トルク低回転型の第１トルク特性でスタータジェネレータ２４が駆動されたとする。この場合であっても、運転者はセルスイッチオン操作をしており、高トルク低回転型の始動モードで、比較的緩やかな始動を行うことと成るので、運転者が違和感を受けず始動処理を行うことができる。
【００３６】
一方、ステップｓ１２よりステップｓ１４に達すると、ここでは、アイドルストップ制御に伴う自動始動として第２判定信号Ｓ２を受けていることより、ソレノイドｃｕ、ｃｖ、ｃｗを励磁（オン）に切り換え、電機子コイルＬｕ〜Ｌｗを第２巻数ｎ２に切り換える。これにより、インバータ制御手段Ａ１により始動制御されているスタータジェネレータ２４は、図４（ｂ）に示すように、低トルク域（０〜６０Ｎｍ）であって高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）において始動する。この際、エンジン１は暖気後の一時ストップ状態にあり、エンジン１のフリクショントルクは比較的小さいため、必要とされる始動時トルクは比較的小さくてよい。このため、低トルク高回転型の第２トルク特性（図４（ｂ）参照）で、スタータジェネレータ２４を早期に高回転数域（０〜８００ｒｐｍ）に引き上げ始動駆動でき、迅速にエンジン１を始動し、一時停止状態にある車両を迅速に再発進させることができる。
【００３７】
ステップｓ１３あるいはステップｓ１４を終了後に、一旦メインルーチンに戻り、再度ステップｓ２、ステップｓ７を経て、あるいはステップｓ７，８を経てステップｓ９に達したとする。
【００３８】
このステップｓ９では、エンジン始動後、あるいは車両走行後であり、ここではバッテリ３１の充電要求時か、即ち、バッテリ３１の高端子電圧Ｖｂが過充電しきい値Ｖｂ１を上回るか否か判断する。ここで、バッテリ３１の充電要求時ではステップｓ１５に、非要求時ではステップｓ１６に進む。
バッテリ３１充電要求時でステップｓ１５に達すると、ここでは、車速Ｖｃがスタータジェネレータ２４を発電機として作動させるに適した回生車速範囲内にあるか否かを判断する。車速Ｖｃが回生車速範囲を外れるような場合は、スタータジェネレータ２４を発電機として作動させるにはスタータジェネレータ２４の回転が高過ぎると判断されるため、ステップｓ１６に飛んで遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオフ（解除）し、サンギア部材２２をフリー状態とし、スタータジェネレータ２４が発電機として作動しない状態に切換える。
【００３９】
車速が回生車速範囲内にあればステップｓ１５からステップｓ１７に進み、遊星歯車機構１０のバンドブレーキ２２をオフ（解除）状態に切換える。この場合、ステップｓ１８に進み、スタータジェネレータ２４を発電機として作動させる。
この場合、エンジン１の駆動力は、図２に符号ｗ３で示すようにクランク軸９と一体のキャリア１６の回転がそのまま第１のワンウェイクラッチ２０を介してクランクプーリー１４を回転させるので、ベルト２３を介してスタータジェネレータ２４および補機類２６を駆動する。したがって、スタータジェネレータ２４を発電機として作動させて、動力を回生してバッテリ３１を充電することができる。
【００４０】
なお、上述したステップｓ１３、ｓ１４のところにおいて、スタータジェネレータ２４の駆動力が減速されてクランク軸９を回転させ、エンジン１が始動し、エンジン１が自らクランク軸９を回転させることができる完爆状態となると、エンジン回転速度がスタータジェネレータ２４による回転を上回ると、ステップｓ９側に進むので、回生可能な状態に自動的に移行できる。
【００４１】
以上のように、図１のアイドルストップ車のエンジン始動制御装置によれば、第１判定信号Ｓ１（手動始動）を受けると、スタータジェネレータ２４のコイルの巻数を第１巻数ｎ１に保持して高トルク低回転型の第１トルク特性で、確実な始動を行える。更に、アイドルストップシステムによるエンジン始動時（自動始動）に第２判定信号Ｓ２を受けると、スタータジェネレータ２４のコイルの巻数ｎ２を第１巻数ｎ１より少ない第２巻数ｎ２に切り換え保持して低トルク高回転型の第２トルク特性で、迅速な始動を行える。
【００４２】
ここでは、特に、通常車載されるバッテリ３１（１４Ｖ）を変えることなく、単一のバッテリ３１を用いて、コイルの巻数の切換のみで始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。更に、アイドルストップシステムによる一時停止時においてセルスイッチ３４（例えばキー操作）でのエンジン始動がなされたとしても、この時には暖気完了後でも高トルク低回転型の第１トルク特性（図４（ａ）参照）で緩やかに始動できるので、運転者が違和感をうけることがない。
【００４３】
更に、スタータジェネレータ２４の固定子側である電機子鉄心に巻回された電機子コイルの巻数が比較的大きい第１巻数ｎ１と比較的小さい第２巻数ｎ２に切り換える構成なので、切り換え手段である切り換えスイッチｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗを固定子側に比較的容易に接続でき、容易に始動条件に適した第１、第２トルク特性を選択してエンジン始動を適確に行うことができる。
【００４４】
上述のところにおいて、エンジン１側クランク軸９とスタータジェネレータ２４の駆動軸２４１とは遊星歯車機構１０及びベルト伝達機構を介して断続切り換え可能に構成されていたが、この内、遊星歯車機構１０に換えて、不図示の電磁クラッチを用いてエンジンのクランク軸９とスタータジェネレータ２４側の断続制御を行うように構成されても良く、この場合も、本発明の効果を図１のアイドルストップ車のエンジン始動制御装置とほぼ同様に得ることができる。
尚、本実施例ではアイドルストップ車について説明をしたが、それに限られることなく、ハイブリット車のモータによるエンジン始動に本発明のエンジン始動制御装置を用いても良い。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】本発明の一実施形態としてのアイドルストップ車のエンジン始動制御装置を備えたエンジン１の概略構成図である。
【図２】図１のエンジン始動制御装置が用いる遊星歯車機構１０の概略構成図である。
【図３】図１のエンジン始動制御装置が用いるスタータジェネレータ２４の概略回路図である。
【図４】図１のエンジン始動制御装置の制御特性を示し、（ａ）は高トルク低回転型の第１トルク特性を、（ｂ）は低トルク高回転型の第２トルク特性を示す特性線図である。
【図５】図１のエンジン始動制御装置のコントローラ３０が行う始動制御ルーチンのフローチャートである。
【符号の説明】
【００４６】
１ エンジン
２４ スタータジェネレータ
２４４ 磁石回転子
２４７ 電機子鉄心
２５ プーリー
３１ バッテリ
ｎ１ 第１巻数
ｎ２ 第２巻数
ｓｗｕ、ｓｗｖ、ｓｗｗ 切り換えスイッチ（切り換え手段）
Ａ２ 判定手段
Ａ３ トルク特性制御手段
Ｓ１ 第１判定信号
Ｓ２ 第２判定信号
Ｓｓ キー操作
Ｌｕ〜Ｌｗ 電機子コイル
Ｌｕ〜Ｌｗ 電機子コイル
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動始動と手動始動を有するエンジン始動制御装置であって、
バッテリから給電されるコイルを有すると共に、同コイルが所定の第１巻数を保持する状態と同第１巻数より少ない第２巻数を保持する状態とに切り換える切り換え手段が接続されたスタータジェネレータと、
手動始動でのエンジン始動を判定すると第１判定信号を、自動始動によるエンジン始動を判定すると第２判定信号をそれぞれ出力する判定手段と、
所定の始動条件成立時に、前記第１判定信号を受けると前記コイルを前記第１巻数に切り換えて高トルク低回転型の第１トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動し、前記第２判定信号を受けると前記コイルを前記第２巻数に切り換えて低トルク高回転型の第２トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動するトルク特性制御手段と、
を備えたエンジン始動制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン始動制御装置において、
前記バッテリから給電されるコイルは、前記エンジンのクランク軸に取り付けられる磁石回転子に対向する電機子鉄心に巻回された電機子コイルである、ことを特徴とするエンジン始動制御装置。
【請求項１】
自動始動と手動始動を有するエンジン始動制御装置であって、
バッテリから給電されるコイルを有すると共に、同コイルが所定の第１巻数を保持する状態と同第１巻数より少ない第２巻数を保持する状態とに切り換える切り換え手段が接続されたスタータジェネレータと、
手動始動でのエンジン始動を判定すると第１判定信号を、自動始動によるエンジン始動を判定すると第２判定信号をそれぞれ出力する判定手段と、
所定の始動条件成立時に、前記第１判定信号を受けると前記コイルを前記第１巻数に切り換えて高トルク低回転型の第１トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動し、前記第２判定信号を受けると前記コイルを前記第２巻数に切り換えて低トルク高回転型の第２トルク特性で前記スタータジェネレータを駆動するトルク特性制御手段と、
を備えたエンジン始動制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジン始動制御装置において、
前記バッテリから給電されるコイルは、前記エンジンのクランク軸に取り付けられる磁石回転子に対向する電機子鉄心に巻回された電機子コイルである、ことを特徴とするエンジン始動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００８−１７５１７２（Ｐ２００８−１７５１７２Ａ）
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１０６７２（Ｐ２００７−１０６７２）
【出願日】平成１９年１月１９日（２００７．１．１９）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年７月３１日（２００８．７．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１月１９日（２００７．１．１９）
【出願人】（０００００６２８６）三菱自動車工業株式会社 (2,892)
【Ｆターム（参考）】
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