JP2011252407A - 内燃機関の始動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】過渡状態の内燃機関を再始動させる際に、ピニオンギアのリングギアとの噛合に伴い発生する打音を低減す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】制御装置は、機関出力軸の回転速度について、自立運転復帰速度αよりも低い判定値βを用い、内燃機関が過渡状態にあるときに再始動条件が成立した場合には、機関出力軸の回転速度が判定値β以上である（ステップ１８０：ＮＯ）と、モータ出力軸の回転に伴うピニオンギアの歯の移動速度と、機関出力軸の回転に伴うリングギアの歯の移動速度との差が小さくなるようにモータ出力軸の回転速度を制御した後、同ピニオンギアを離脱位置から噛合位置へ移動させる（ステップ２３０，２４０）一方、機関出力軸の回転速度が判定値βよりも低い（ステップ１８０：ＹＥＳ）と、ピニオンギアを離脱位置から噛合位置へ移動させた後にモータ出力軸を回転させる（ステップ１９０，２００）。
【選択図】図３

Description

本発明は、自動停止条件の成立に応じた内燃機関の運転停止後、再始動条件の成立に応じ、スタータモータのモータ出力軸の回転を、ピニオンギア及びリングギアを介して内燃機関の機関出力軸に伝達して同内燃機関を始動させるようにした内燃機関の始動装置に関するものである。

車両等に搭載された内燃機関を始動する装置としては、同内燃機関の機関出力軸に設けられたリングギアと、スタータモータのモータ出力軸上に設けられ、かつ同モータ出力軸上の位置を、前記リングギアに噛合する噛合位置、及び前記リングギアから離脱する離脱位置に選択的に切替えられるピニオンギアとを備えたものが一般的である。

また、内燃機関の一形態として、エネルギー資源の節約、環境保全等の観点から、アイドリング時の燃料消費量及び排気の低減等を図るため、自動停止条件が成立すると、内燃機関を自動的に停止させるとともに、再始動条件が成立すると、内燃機関を自動的に再始動させる、いわゆる自動停止・再始動機能を有するものがある。

この機能を有する内燃機関では、上記始動装置を、例えば特許文献１に記載されているように作動させることが考えられる。すなわち、内燃機関の再始動条件成立に先立ち、同内燃機関が停止している状態で、ピニオンギアが噛合位置へ移動されてリングギアに噛合させられる。この噛合に際し、ピニオンギアの歯がリングギアの歯に接触するときの衝撃により発生する打音は小さい。

そして、再始動条件が成立すると、スタータモータのモータ出力軸が回転されて内燃機関が始動される。このときには、ピニオンギアが既にリングギアに噛合されている。そのため、再始動条件成立から内燃機関が始動するまでの時間（始動時間）が短くなる。

その後、内燃機関の機関出力軸の回転速度が自立運転可能な速度（自立運転復帰速度）に達すると、スタータモータのモータ出力軸の回転が停止され、ピニオンギアが離脱位置へ移動させられ、ピニオンギアのリングギアに対する噛合状態が解除される。

特開２００２−８９４２２号公報

ところで、自動停止・再始動機能を有する上記内燃機関では、過渡状態にあるとき、すなわち内燃機関の機関出力軸の回転がスタータモータによる補助がなければ自立運転に復帰できない速度（自立運転復帰速度）に達したものの完全に停止していないときに再始動条件が成立することも考えられる。例えば、渋滞により前車との距離が短くなってきて車両を減速させているときに、前車が減速走行から加速走行に転じ、自車を加速させるためにアクセルペダルを踏み込んだ場合に、こうした状況が起こり得る。

この場合には、再始動条件の成立に応じ、リングギアにピニオンギアを噛合させる必要があるが、回転を停止しているピニオンギアが、回転しているリングギアに噛合することとなる。この噛合に際し、ピニオンギアの歯の移動速度とリングギアの歯の移動速度とが大きく異なる状態で、両歯が接触することとなり、その接触時の衝撃によって大きな打音（異音）が発生する。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、過渡状態の内燃機関を再始動させる際に、ピニオンギアのリングギアとの噛合に伴い発生する打音を低減す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記載する。
請求項１に記載の発明は、内燃機関の機関出力軸に設けられたリングギアと、スタータモータのモータ出力軸上に設けられ、かつ前記モータ出力軸上の位置を、前記リングギアに噛合する噛合位置、及び前記リングギアから離脱する離脱位置に選択的に切替えられるピニオンギアと、自動停止条件の成立に応じた前記内燃機関の運転停止後、同内燃機関の状態が、前記機関出力軸の回転が自立運転復帰速度を下回ったものの完全に停止していない過渡状態となっているときに、再始動条件が成立した場合、前記ピニオンギアを前記噛合位置で回転させて前記内燃機関を始動させる始動制御を行なう始動制御手段とを備える内燃機関の始動装置であって、前記始動制御手段は、前記機関出力軸の回転速度について、前記自立運転復帰速度よりも低い判定値を用い、前記始動制御の実行に際し、前記機関出力軸の回転速度が前記判定値以上であると、前記モータ出力軸の回転に伴う前記ピニオンギアの歯の移動速度と、前記機関出力軸の回転に伴う前記リングギアの歯の移動速度との差が小さくなるように前記モータ出力軸の回転速度を制御した後、同ピニオンギアを前記離脱位置から前記噛合位置へ移動させる一方、前記機関出力軸の回転速度が前記判定値よりも低いと、前記ピニオンギアを前記離脱位置から前記噛合位置へ移動させた後に前記モータ出力軸を回転させることを要旨とする。

上記の構成によれば、自動停止条件が成立すると、内燃機関の運転が停止される。この運転停止後、内燃機関が過渡状態となっているときに再始動条件が成立すると、始動制御手段による始動制御が行なわれ、ピニオンギアが噛合位置で回転させられて内燃機関が始動させられる。

この始動制御は、機関出力軸の回転速度に応じて異なる２つの態様で行なわれる。この始動制御の実行に際し、機関出力軸の回転速度について、自立運転復帰速度よりも低い判定値が用いられる。

一方の態様として、機関出力軸の回転速度が判定値以上であると、モータ出力軸の回転に伴うピニオンギアの歯の移動速度と、機関出力軸の回転に伴うリングギアの歯の移動速度とが小さくなるようにモータ出力軸の回転速度が制御される。その後に、ピニオンギアが離脱位置から噛合位置へ移動させられる。従って、ピニオンギアの歯がリングギアの歯に追従しながら、モータ出力軸に沿う方向へ移動して、同リングギアの歯に噛合することとなる。その結果、ピニオンギアの歯がリングギアの歯に接触する際の衝撃が緩和され、打音が低減される。

他方の態様として、機関出力軸の回転速度が上記判定値よりも低いと、ピニオンギアが離脱位置から噛合位置へ移動させられ、その後にモータ出力軸が回転される。従って、モータ出力軸の回転速度を制御した後にピニオンギアをリングギアに噛合させる場合よりも噛合の時期が早くなって、再始動条件成立から内燃機関が始動するまでの時間（始動時間）が短縮される。そのほかにも、機関出力軸の回転速度が判定値よりも低いときのモータ出力軸の回転速度制御が不要となり、その分、始動制御手段による始動制御の制御内容が簡略化される。

なお、ピニオンギアの歯の移動速度と、リングギアの歯の移動速度との差が、上述した機関出力軸の回転速度が判定値以上である場合よりも小さいため、歯同士の接触により発生する打音は小さい。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記判定値は、回転を停止している前記ピニオンギアを前記リングギアに噛合させる際に発生する打音が許容範囲の最大値となるときの前記機関出力軸の回転速度に基づき設定されていることを要旨とする。

判定値について請求項２に記載の発明によるような設定がなされれば、始動制御手段による始動制御の実行に際し、機関出力軸の回転速度が判定値以上である場合、すなわち、ピニオンギアをリングギアに噛合させる際に、許容範囲を越える大きな打音が発生する可能性がある場合には、まずモータ出力軸の回転速度が制御される。この制御により、ピニオンギア及びリングギアの両歯の移動速度の差が小さくされたピニオンギアがリングギアに噛合させられる。従って、ピニオンギアの歯がリングギアの歯に接触する際の衝撃が小さくなり、打音が確実に低減される。

また、機関出力軸の回転速度が判定値よりも低い場合、すなわち、ピニオンギアをリングギアに噛合させる際に発生する打音が、許容範囲内に収まる可能性が高い場合には、ピニオンギアがリングギアに噛合させられた後にモータ出力軸が回転される。ピニオンギアの歯がリングギアの歯に接触し噛合うときに打音が発生するものの、その打音は許容範囲に収まりやすい。しかも、内燃機関の始動時間の短縮効果、及び始動制御の制御内容の簡略化効果も得られやすくなる。

特に、上記判定値は、請求項３に記載の発明によるように、前記打音が許容範囲の最大値となるときの前記機関出力軸の回転速度に設定されることが望ましい。
判定値について請求項３に記載の発明によるような設定がなされれば、上記請求項２に記載の発明の効果がより確実に得られるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか１つに記載の発明において、前記始動制御手段は、前記自動停止条件の成立に応じた燃料供給遮断により前記内燃機関が慣性回転し、減速して前記過渡状態になっているときに、加速要求により再始動条件が成立した場合に、前記始動制御を行なうものであることを要旨とする。

自動停止条件が成立して燃料供給が遮断されて、前記内燃機関が慣性回転し、減速して過渡状態になっているときに、運転者等により加速を要求する操作がなされて再始動条件が成立する場合がある。

例えば、内燃機関が車両に搭載されたものである場合には、渋滞により前車との距離が短くなってきて車両を減速させているときに、前車が減速走行から加速走行に転じ、自車を加速させるために、運転者が加速を要求する操作を行なった場合が、これに該当する。

この点、請求項４に記載の発明によれば、上記のような状況になった場合、始動制御手段による上記始動制御が行なわれる。機関出力軸の回転速度が判定値以上である場合の打音の低減効果が得られるとともに、機関出力軸の回転速度が判定値よりも低い場合の打音の抑制効果、始動時間の短縮効果及び制御内容の簡略化効果が得られる。

本発明を具体化した一実施形態における内燃機関の始動装置の構成を示す略図。 図１におけるスタータモータの作動を制御する制御構成を示す略図。 図２の制御装置により実行される始動制御ルーチンを説明するフローチャート。

以下、本発明を、車両に搭載された内燃機関を始動させる始動装置に具体化した一実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に示す始動装置は、あくまでも本発明の一実施形態に過ぎず、その詳細は、内燃機関の各種仕様等に応じて変更可能である。

図１は、内燃機関１０の一部及びその始動装置の概略構成を示している。この図１に示すように、内燃機関１０の出力軸（クランク軸）の端部には、鉄、鋼鉄等によって形成された円盤状のフライホイール（はずみ車）１２が取付けられている。なお、この出力軸を、後述するスタータモータ１４の出力軸と区別するために「機関出力軸１１」というものとする。フライホイール１２は、その慣性力によって上記機関出力軸１１の回転を円滑にするとともに、内燃機関１０の動力をクラッチ伝達する役目をしている。フライホイール１２の外周には、従動歯車として、多数の歯１３Ａを有するリングギア１３が焼き嵌め等の手段によって固定されている。

上記内燃機関１０にはスタータモータ１４が固定されている。スタータモータ１４は、端子１５，１６を経て供給される電流により回転駆動される出力軸を備えている。なお、この出力軸を、上記機関出力軸１１と区別するためにモータ出力軸１７というものとする。

モータ出力軸１７の外周には、その軸線に沿う方向（図１の左右方向）へ延びるスプライン部１８が形成されており、このスプライン部１８にスプール１９が同方向（軸線に沿う方向）への摺動可能に係合されている。スプール１９の図１における左端部には、上記リングギア１３を駆動する駆動歯車として、同リングギア１３の歯１３Ａに噛合し得る歯２１Ａを有するピニオンギア２１が設けられている。ピニオンギア２１のモータ出力軸１７上の位置は、リングギア１３に噛合する噛合位置（図示略）と、リングギア１３からモータ出力軸１７の軸線に沿う方向へ離脱する離脱位置（図１参照）とに選択的に切替えられる。

上記２位置間でピニオンギア２１の位置を切替えるべくスプール１９をスプライン部１８に沿って摺動させるために、スタータモータ１４の近傍にはソレノイド２２が配置されている。ソレノイド２２は、可動鉄心２３と、この可動鉄心２３を常に図１の左方へ付勢する圧縮コイルばね２４とを備えている。ソレノイド２２は、通電によって励磁されると、圧縮コイルばね２４に抗して可動鉄心２３を図１の右方へ押圧して同方向へ移動させる。また、上記通電が停止されてソレノイド２２が非励磁状態になると、上記押圧力が消失して、可動鉄心２３が圧縮コイルばね２４によって押圧されて図１の左方へ移動される。このように、ソレノイド２２に対する通電及び通電停止に応じて可動鉄心２３が軸線に沿う方向（左右方向）へ移動させられる。

可動鉄心２３の上記左右方向の動きをスプール１９に伝達するために、ソレノイド２２とスプライン部１８との間に枢軸２５が配置され、この枢軸２５に枢動レバー２６が枢動可能に支持されている。枢動レバー２６の一端（図１の上端）は可動鉄心２３に連結され、他端（図１の下端）はスプール１９に連結されている。

ソレノイド２２に対する通電が行われず、可動鉄心２３が圧縮コイルばね２４により図１の左方へ偏倚しているときには、枢動レバー２６が図１のように略鉛直状態となる。ピニオンギア２１は、リングギア１３から軸線に沿ってスタータモータ１４側へ離れた離脱位置に位置する。これに対し、ソレノイド２２に対する通電が行なわれ、可動鉄心２３が圧縮コイルばね２４に抗して図１の右方へ駆動されると、枢動レバー２６が枢軸２５を支点として時計回り方向へ回転する。この枢動レバー２６によりスプール１９が図１の左方へ押され、ピニオンギア２１は噛合位置へ移動してリングギア１３と噛合う。

図２は、上記スタータモータ１４の作動を制御する制御構成を示している。スタータモータ１４には、リレースイッチ３１のオンオフとトランジスタ３２のオンオフとに応じて、低電圧バッテリ３３からの電流が選択的に供給される。また、リレースイッチ３４のオン時には、リレースイッチ３１とトランジスタ３２とがオンとされることにより、高電圧バッテリ３５からの電流がスタータモータ１４に供給されるようになっている。

ソレノイド２２には、リレースイッチ３６のオンオフとトランジスタ３７のオンオフとに応じて、低電圧バッテリ３３からの電流が選択的に供給されるようになっている。リレースイッチ３１，３４，３６及びトランジスタ３２，３７は、いずれもマイクロコンピュータを含む制御装置（コントローラ）３８に接続されている。制御装置３８は、これらのリレースイッチ３１，３４，３６及びトランジスタ３２，３７の制御を通じ、以下に図３のフローチャートを参照して説明されるスタータモータ１４による内燃機関１０の始動を制御する。

なお、図２中の４１は、運転者により操作される従来の内燃機関始動用のスタートスイッチであり、４２はスタートスイッチ４１による内燃機関１０の始動に際してトランスミッションがニュートラル位置にあることを検出するためのニュートラルスイッチである。また、図２中の４３は、リングギア１３の回転速度（正確には歯１３Ａの移動速度）を検出すべく、機関出力軸１１の機関回転速度Ｎｅを検出する回転速度センサである。これらのスイッチ４１，４２及び回転速度センサ４３は、制御装置３８に接続されている。

本実施形態の内燃機関の始動装置にあって、上記制御装置３８は内燃機関１０の始動制御を行なう始動制御手段を構成している。
次に、制御装置３８による内燃機関１０の始動制御について、図３のフローチャートに示される「始動制御ルーチン」に従って説明する。この始動制御ルーチンの各処理は、フラグＦに基づいて実行される。フラグＦは、制御の開始時には初期化により「０」とされるものであり、燃料供給遮断により内燃機関１０が停止されると「１」に切替えられ、内燃機関１０が始動されると「０」にリセットされる。

図３の始動制御ルーチンが開始されると、制御装置３８はまずステップ１００において、自動停止条件が成立しているかどうかを判定する。自動停止条件としては、例えば、
・アクセル操作量が「０」である（アクセルペダルが踏み込まれていない）こと、
・車両の走行速度が所定値以下であること、
・運転者によりブレーキペダルが踏まれていること、
・機関冷却水の温度が所定値以上であること、
・バッテリの充電量が所定値以上であること
等が挙げられる。これらの条件が全て満たされている場合に、制御装置３８は自動停止条件が成立していると判断する。なお、自動停止条件の成立判断に用いられる各種しきい値は予め実験等によって求められ、制御装置３８が備えるプログラムメモリ（ＲＯＭ）に記憶されている。

上記ステップ１００の判定条件が満たされている（自動停止条件：成立）と、制御装置３８は、ステップ１１０へ移行し、フラグＦが「０」であるかどうかを判定する。始動制御ルーチンの開始後の初めてのステップ１１０では、フラグＦが初期化により「０」にされている。内燃機関１０が再始動した後に自動停止条件が成立した場合もフラグＦは「０」である。これらの場合には、制御装置３８はステップ１１０の判定条件が満たされていると判定する。続いて、制御装置３８はステップ１２０において、内燃機関１０への燃料供給を遮断して同内燃機関１０の運転を停止する。より具体的には、燃料噴射弁（図示略）による燃料噴射を停止する。これに加えて、点火プラグによる点火が停止されてもよい。ステップ１２０の処理を実行した後、ステップ１３０において、フラグＦを「０」から「１」に切替え、その後に、始動制御ルーチンを一旦終了する。

こうした自動停止条件の成立に応じた燃料供給遮断により、内燃機関１０が慣性により回転する状態（慣性回転状態）となり、機関回転速度Ｎｅが次第に低下する。
なお、上記ステップ１３０でフラグＦが「１」に切替えられると、次回以降の制御周期で自動停止条件が成立（ステップ１００：ＹＥＳ）していても、ステップ１１０の判定条件が満たされない（Ｆ＝１）ことから、ステップ１００→１１０→リターンの順に処理が行なわれる。

その後に、上記自動停止条件が満たされなくなる、すなわち、自動停止条件を構成する上記複数の条件のうちの１つでも満たされなくなると、制御装置３８は、再始動条件が成立しているとして、ステップ１００の判定処理の次にステップ１４０において、フラグＦが「１」であるかどうかを判定する。なお、制御開始後、未だに自動停止条件が成立していない場合（ステップ１００：ＮＯ）には、制御装置３８は、ステップ１００の判定処理の次に、上述したステップ１１０〜１３０の処理を経ることなく、当初からステップ１４０へ移行する。しかし、フラグＦが「０」であることから、制御装置３８は、ステップ１４０の判定条件が満たされないとして、始動制御ルーチンを一旦終了する。

ステップ１３０の処理が一度実行された後にステップ１４０に至ったときには、フラグＦは「１」である。このような状況は、例えば、自動停止条件が成立して自動停止処理が実行されたが、内燃機関１０が完全停止、すなわち機関出力軸１１の回転が停止するのに足るだけの時間をおかずに再始動条件が成立した場合に起こり得る。この場合、制御装置３８は、ステップ１４０の判定条件が満たされていると判定し、ステップ１５０へ移行する。ステップ１５０では、回転速度センサ４３によって検出された機関回転速度Ｎｅが、自立運転復帰速度α以上であるかどうかを判定する。自立運転復帰速度αは、内燃機関１０が、スタータモータ１４の助けを借りずに機関出力軸１１を回転させる、いわゆる自立運転に復帰できる機関回転速度Ｎｅの最小値、又はそれよりもわずかに高い値であり、本実施形態では５００ｒｐｍに設定されている。

ここで、内燃機関１０への燃料供給遮断により、機関出力軸１１が慣性回転状態にあるとき、その機関回転速度Ｎｅが上記自立運転復帰速度α以上であれば、機関運転状態に応じた燃料噴射及び点火を再開することにより、スタータモータ１４を駆動せずに内燃機関１０を再始動（自立運転に復帰）させることが可能である。

そこで、上記ステップ１５０の判定条件が満たされている（α≦Ｎｅ）と、制御装置３８は、ステップ１６０で内燃機関１０への燃料供給を再開する。続いて、ステップ１７０において、フラグＦを「０」にリセットした後、始動制御ルーチンを一旦終了する。このように、内燃機関１０の一時停止後、同内燃機関１０が未だ慣性回転している状態で内燃機関１０を再始動すべく燃料の供給が再開されることにより、スタータモータ１４によることなく内燃機関１０の再始動（自立運転）が行われる。

ステップ１５０の判定条件が満たされていない（Ｎｅ＜α）と、機関出力軸１１の回転が自立運転に復帰できない速度にまで低下していることから、制御装置３８は内燃機関１０が過渡状態にあると判断して、以下の始動制御を実行してスタータモータ１４を回転駆動し、機関出力軸１１に回転力を付与する。なお、このスタータモータ１４の回転駆動については、一旦はステップ１５０の判定条件が満たされて（α≦Ｎｅ）、ステップ１６０にて燃料供給を再開したが、内燃機関１０は再始動せず、次回の制御周期でステップ１５０の判定条件が満たされていない場合にも同様に行なわれる。

この始動制御に際しては、まず、ステップ１８０において、機関回転速度Ｎｅが判定値βよりも低いかどうかを判定する。ここで、判定値βは、上記自立運転復帰速度αよりも低い値であり、回転を停止しているピニオンギア２１を、リングギア１３に噛合させる際に発生する打音が、許容できる範囲の最大値となるときの機関回転速度Ｎｅに基づいて設定されている。ここでは、判定値βは、上記打音が許容範囲の最大値となるときの機関回転速度Ｎｅ（例えば３００ｒｐｍ）に設定されている。

ステップ１８０の判定条件が満たされている（Ｎｅ＜β）と、制御装置３８はステップ１９０において、リレースイッチ３６をオンするとともに、トランジスタ３７をオンオフデューティ制御することにより、低電圧バッテリ３３の電流をソレノイド２２に適宜に通電する。ソレノイド２２が励磁されて、可動鉄心２３が圧縮コイルばね２４に抗して図１の右方へ移動される。それに伴い、枢動レバー２６が時計回り方向へ回転し、離脱位置にあるピニオンギア２１が噛合位置へ移動させられる。ピニオンギア２１がリングギア１３に噛合すると、内燃機関１０にスタータモータ１４が駆動連結された状態となる。

次いで、ステップ２００において、リレースイッチ３１，３４及びトランジスタ３２をオンすることで、高電圧バッテリ３５の電流をスタータモータ１４に通電する。この通電により、モータ出力軸１７が回転するとともに、その回転がピニオンギア２１及びリングギア１３を介して機関出力軸１１に伝達（付与）されて、同機関出力軸１１が回転駆動され、内燃機関１０が始動される。

そして、内燃機関１０が始動されたこと（例えば、機関回転速度Ｎｅが自立運転復帰速度αに達したこと）が検知されると、ステップ２１０においてリレースイッチ３１，３４及びトランジスタ３２をオフすることでスタータモータ１４への通電を停止する。

続いて、ステップ２２０において、リレースイッチ３６及びトランジスタ３７をオフすることで、ソレノイド２２に対する通電を停止する。可動鉄心２３が圧縮コイルばね２４により図１の位置に復帰し、噛合位置にあるピニオンギア２１が離脱位置へ移動させられる。この移動により、ピニオンギア２１のリングギア１３に対する噛合が解除され、スタータモータ１４による機関出力軸１１への回転力の付与がなくなる。

制御装置３８は、ステップ２２０の処理を実行した後に、上述したステップ１７０へ移行する。なお、ピニオンギア２１を噛合位置から離脱位置へ移動させてリングギア１３から外す際のスタータモータ１４に対する通電停止のタイミングは適宜定められてよい。

一方、上記ステップ１８０の判定条件が満たされていない（β≦Ｎｅ＜α）と、制御装置３８はステップ２３０へ移行する。ステップ２３０では、ピニオンギア２１の歯２１Ａの移動速度と、リングギア１３の歯１３Ａの移動速度との差が小さくなるようにモータ出力軸１７の回転速度を制御する。この制御に際しては、まずリングギア１３について、その回転速度と回転半径とに基づき、同リングギア１３の歯１３Ａの移動速度を求める。リングギア１３の回転速度としては、回転速度センサ４３によって検出された機関回転速度Ｎｅを用いることができる。また、ピニオンギア２１について、その回転速度と回転半径とに基づき、同ピニオンギア２１の歯２１Ａの移動速度を求める。そして、両歯１３Ａ，２１Ａの移動速度の差を「０」にする（歯２１Ａの移動速度を歯１３Ａの移動速度に一致させる）、又は「０」に近づけるためにスタータモータ１４に必要な調速通電のための電流を算出する。

次いで、上記のように算出した電流が低電圧バッテリ３３からスタータモータ１４に流れるように、リレースイッチ３１をオンにし、トランジスタ３２をオンオフデューティ制御することで、スタータモータ１４への調速通電を行なう。この通電に応じ、モータ出力軸１７がピニオンギア２１を伴い、目的とする回転速度で回転することにより、同ピニオンギア２１の歯２１Ａがリングギア１３の歯１３Ａに追従する。

そして、上記のようにモータ出力軸１７の回転速度を調整した状態で、ステップ２４０においてリレースイッチ３６をオンするとともに、トランジスタ３７をオンオフデューティ制御することにより、ソレノイド２２に適宜に通電して、離脱位置にあるピニオンギア２１を圧縮コイルばね２４に抗して噛合位置へ移動させる。従って、ピニオンギア２１の歯２１Ａがリングギア１３の歯１３Ａに追従しながら、モータ出力軸１７の軸線に沿う方向へ移動して、同リングギア１３の歯１３Ａに噛合することとなる。

ピニオンギア２１がリングギア１３に噛合すると、内燃機関１０にスタータモータ１４が駆動連結された状態となる。スタータモータ１４によって機関出力軸１１に回転力が付与されるようになる。ステップ２４０の処理を実行した後、上述したステップ２１０へ移行する。

上記始動制御ルーチンによると、自動停止条件の成立（ステップ１００：ＹＥＳ）に応じ、少なくとも内燃機関１０への燃料供給が遮断（ステップ１２０）されて、機関運転が停止される。この停止により、アイドリング時の燃料消費量及び排気が低減され、エネルギー資源の節約、環境保全等が図られる。

上記運転停止後、慣性回転により機関回転速度Ｎｅが低下するものの自立運転復帰速度α以上であるときに、再始動条件が成立すると、内燃機関１０への燃料供給が再開される（ステップ１００→１４０→１５０→１６０）。この燃料供給再開により、スタータモータ１４によって機関出力軸１１に回転力を付与しなくとも内燃機関１０が自立運転するようになる。

これに対し、上記運転停止後、内燃機関１０は、機関出力軸１１の回転が減速して自立運転復帰速度αを下回ったものの完全に停止していない過渡状態となり、この過渡状態下で加速要求がなされ、再始動条件が成立する（ステップ１００→１４０→１５０→１８０）場合がある。例えば、渋滞により前車との距離が短くなってきて車両を減速させているときに、前車が減速走行から加速走行に転じ、自車を加速させるためにアクセルペダルを踏み込んだ場合に、こうした状況が起こり得る。

このような状況下では、ピニオンギア２１を噛合位置で回転させることにより内燃機関１０を始動させる始動制御が行なわれる（ステップ１９０，２００，２３０，２４０）。
ここで、自立運転復帰速度αよりも低い回転速度領域のうち、機関出力軸１１が比較的高い回転速度で回転しているとき、回転を停止しているピニオンギア２１の歯２１Ａが機関出力軸１１に伴って高速回転しているリングギア１３の歯１３Ａに接触する際の衝撃は大きい。そのため、ピニオンギア２１をリングギア１３に噛合させると、歯２１Ａが歯１３Ａに接触する際の衝撃が大きく、大きな打音が発生するおそれがある。

これに対し、自立運転復帰速度αよりも低い回転速度領域のうち、機関出力軸１１が比較的低い回転速度で回転しているとき、回転を停止しているピニオンギア２１の歯２１Ａが機関出力軸１１に伴って低速回転しているリングギア１３の歯１３Ａに接触する際の衝撃は小さい。そのため、ピニオンギア２１がリングギア１３に噛合する際に打音が発生するものの、その打音は上述した場合ほど大きくなく、許容範囲に収まり、さほど目立たない。

この点、本実施形態では、機関回転速度Ｎｅについて、自立運転復帰速度αよりも低い値、より詳しくは回転を停止しているピニオンギア２１をリングギア１３に噛合させる際に発生する打音が、許容範囲の最大値となるときの機関回転速度Ｎｅが判定値βとして設定されている。

そして、内燃機関１０が上記過渡状態にあるときに上記再始動条件が成立した場合（ステップ１００→１４０→１５０→１８０）には、始動制御が、機関回転速度Ｎｅと上記判定値βとの大小関係に応じて異なる態様で行なわれる。

この始動制御の実行に際し、機関回転速度Ｎｅと判定値βとが比較される（ステップ１８０）。機関回転速度Ｎｅが判定値β以上である場合（ステップ１８０：ＮＯ）には、モータ出力軸１７の回転速度の制御（ステップ２３０）、及びピニオンギア２１の噛合位置への移動（ステップ２４０）がこの順で行なわれる。従って、ピニオンギア２１の歯２１Ａがリングギア１３の歯１３Ａに追従して移動しながら、モータ出力軸１７の軸線に沿う方向へ移動して、同リングギア１３の歯１３Ａに噛合することとなる。このため、歯２１Ａが歯１３Ａに接触する際の衝撃は小さくなる。

これに対し、機関回転速度Ｎｅが判定値βよりも低い場合（ステップ１８０：ＹＥＳ）には、ピニオンギア２１の噛合位置への移動（ステップ１９０）、及びモータ出力軸１７の回転（ステップ２００）がこの順で行なわれる。従って、モータ出力軸１７の回転速度を制御した後にピニオンギア２１をリングギア１３に噛合させる場合（ステップ２３０，２４０）よりも早い時期に噛合が行なわれる。しかも、噛合時の歯１３Ａ，２１Ａの打音は問題となるほど大きくない。

以上詳述した本実施形態によれば、次の効果が得られる。
（１）機関回転速度Ｎｅについて、自立運転復帰速度αよりも低い値を判定値βとする。内燃機関１０が過渡状態となっているときに再始動条件が成立した場合に実行される始動制御に際し、機関回転速度Ｎｅが判定値β以上であると、モータ出力軸１７の回転に伴うピニオンギア２１の歯２１Ａの移動速度と、機関出力軸１１の回転に伴うリングギア１３の歯１３Ａの移動速度との差が小さくなるようにモータ出力軸１７の回転速度を制御する。そして、その後に、ピニオンギア２１を離脱位置から噛合位置へ移動させるようにしている。このため、ピニオンギア２１をリングギア１３に確実に噛合させることができる。また、この噛合に際し、ピニオンギア２１の歯２１Ａのリングギア１３の歯１３Ａに接触するときの衝撃を緩和し、打音を低減することができる。

（２）始動制御の実行に際し、機関回転速度Ｎｅが判定値βよりも低いと、ピニオンギア２１を離脱位置から噛合位置へ移動させた後にモータ出力軸１７を回転させるようにしている。そのため、ピニオンギア２１がリングギア１３に噛合する際の打音を抑制しつつ、スタータモータ１４による内燃機関１０の始動を早い時期から開始して、再始動条件成立から内燃機関が始動するまでの時間（始動時間）を短縮することができる。また、機関回転速度Ｎｅが判定値βよりも低いときのモータ出力軸１７の回転速度制御を不要にし、その分、制御装置３８による始動制御の制御内容を簡略化することができる。

（３）判定値βとして、回転を停止しているピニオンギア２１をリングギア１３に噛合させる際に発生する打音が許容範囲の最大値となるときの機関回転速度Ｎｅを設定している。そのため、上述した（１）及び（２）の効果をより一層確実なものとすることができる。

なお、本発明は次に示す別の実施形態に具体化することができる。
・自立運転復帰速度α及び判定値βとして、前記実施形態とは異なる値を設定してもよい。

・判定値βは、自立運転復帰速度αよりも低いという条件を満たしつつ、回転を停止しているピニオンギア２１をリングギア１３に噛合させる際に発生する打音が許容範囲の最大値となるときの機関回転速度Ｎｅを考慮して（基づいて）設定されることが望ましい。

従って、判定値βは、打音が許容範囲の最大値となるときの機関回転速度Ｎｅ（上記実施形態がこれに該当する）に限らず、同機関回転速度Ｎｅよりもわずかに低い値に設定されてもよい。この場合であっても、上記実施形態に準じた効果が得られる。

・ピニオンギア２１の歯２１Ａの移動速度を算出するために、同ピニオンギア２１の回転速度検出するセンサの検出値を用いてもよい。また、これに代えて、スタータモータ１４のモータ出力軸１７の回転速度を検出するセンサを設け、その検出値に基づき歯２１Ａの移動速度を算出するようにしてもよい。

１０…内燃機関、１１…機関出力軸、１３…リングギア、１３Ａ，２１Ａ…歯、１４…スタータモータ、１７…モータ出力軸、２１…ピニオンギア、３８…制御装置（始動制御手段）、α…自立運転復帰速度、β…判定値、Ｎｅ…機関回転速度。

Claims (4)

1. 内燃機関の機関出力軸に設けられたリングギアと、
   スタータモータのモータ出力軸上に設けられ、かつ前記モータ出力軸上の位置を、前記リングギアに噛合する噛合位置、及び前記リングギアから離脱する離脱位置に選択的に切替えられるピニオンギアと、
   自動停止条件の成立に応じた前記内燃機関の運転停止後、同内燃機関の状態が、前記機関出力軸の回転が自立運転復帰速度を下回ったものの完全に停止していない過渡状態となっているときに、再始動条件が成立した場合、前記ピニオンギアを前記噛合位置で回転させて前記内燃機関を始動させる始動制御を行なう始動制御手段と
   を備える内燃機関の始動装置であって、
   前記始動制御手段は、前記機関出力軸の回転速度について、前記自立運転復帰速度よりも低い判定値を用い、前記始動制御の実行に際し、前記機関出力軸の回転速度が前記判定値以上であると、前記モータ出力軸の回転に伴う前記ピニオンギアの歯の移動速度と、前記機関出力軸の回転に伴う前記リングギアの歯の移動速度との差が小さくなるように前記モータ出力軸の回転速度を制御した後、同ピニオンギアを前記離脱位置から前記噛合位置へ移動させる一方、前記機関出力軸の回転速度が前記判定値よりも低いと、前記ピニオンギアを前記離脱位置から前記噛合位置へ移動させた後に前記モータ出力軸を回転させることを特徴とする内燃機関の始動装置。
2. 前記判定値は、回転を停止している前記ピニオンギアを前記リングギアに噛合させる際に発生する打音が許容範囲の最大値となるときの前記機関出力軸の回転速度に基づき設定されている請求項１に記載の内燃機関の始動装置。
3. 前記判定値は、前記打音が許容範囲の最大値となるときの前記機関出力軸の回転速度に設定されている請求項２に記載の内燃機関の始動装置。
4. 前記始動制御手段は、前記自動停止条件の成立に応じた燃料供給遮断により前記内燃機関が慣性回転し、減速して前記過渡状態になっているときに、加速要求により再始動条件が成立した場合に、前記始動制御を行なうものである請求項１〜３のいずれか１つに記載の内燃機関の始動装置。

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