JP2012036777A - エンジン停止始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン自動停止の際の燃焼停止後においてエンジン回転速度の変動に応じた態様でスタータを駆動する。
【解決手段】スタータ１０は、リングギヤ２２にピニオン１４を噛み合わせる噛み合い手段としての第１ソレノイドＳＬ１及びコイル１８と、ピニオン１４に回転力を付与するモータ１１とを備える。ＥＣＵ４０は、エンジン自動停止に際してエンジンの回転降下が生じる回転降下期間における予測エンジン回転速度を算出し、その予測エンジン回転速度に基づいて噛み合い手段及びモータ１１を駆動する。特に、ＥＣＵ４０は、上記回転降下期間におけるエンジン回転速度に基づいてロスエネルギを算出し、該算出したロスエネルギに基づいて噛み合い手段及び前記モータの駆動を禁止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン停止始動制御装置に関するものである。

従来、例えばアクセル操作やブレーキ操作などといった停車又は発進のための動作等を検知してエンジンの自動停止及び自動再始動を行う、所謂アイドルストップ機能を備えるエンジン制御システムが知られている。このアイドルストップ制御により、エンジンの燃費低減等の効果を図っている。

エンジンを再始動させる場合、ドライバビリティ向上等の観点からすると、再始動要求があった後できるだけ速やかにエンジンを始動させるのが望ましく、そのための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、エンジン自動停止の際のエンジン回転速度の降下中に再始動要求が生じた場合に、その再始動要求が生じた時点でモータによりスタータのピニオンを回転させる。また、将来のリングギヤ回転速度を予測して、その予測結果に基づいてピニオン回転速度がリングギヤ回転速度に同期する時点を予測し、その時点に合わせてピニオンをリングギヤに噛み合わせるようにピニオンの押出しタイミングを制御している。

特開２００５−３３０８１３号公報

エンジン自動停止時のエンジン回転降下中において、エンジン回転停止するまでのエンジン回転速度は、例えば補機類の駆動のオン／オフの切り替えといった種々の要因によって変動し得る。そのため、エンジン回転降下中に補機類の駆動切り替え等が生じた場合には、それ以前に算出した予測エンジン回転速度が適正でなくなる。したがって、上記特許文献１のように、予測エンジン回転速度に基づいて実施されるスタータ制御において、ピニオンとリングギヤとの噛み合いを適正なタイミングを適正に制御できず、その結果、ピニオンとリングギヤとの噛み合い音が大きくなったり、ピニオン等の磨耗が生じたりすることが懸念される。

本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、エンジン自動停止の際の燃焼停止後において、エンジン回転速度の変動に応じた態様でスタータを駆動することができ、ひいては、スタータによるエンジンのクランキングを適正に実施することができるエンジン停止始動制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、エンジンの出力軸に連結されたリングギヤに向けてピニオンを移動させて前記リングギヤに前記ピニオンを噛み合わせる噛み合い手段と、前記ピニオンに回転力を付与するモータとを備えるスタータを用いてクランキングが実施されるエンジンに適用され、所定の自動停止条件が成立したときに前記エンジンの燃焼を停止して前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立したときに前記噛み合い手段及び前記モータを制御して前記エンジンを再始動するエンジン停止始動制御装置に関するものである。

そして、請求項１に記載の発明は、前記出力軸の回転を検出する回転センサの検出信号に基づいてエンジン回転速度を算出する回転速度算出手段と、エンジン自動停止に際してエンジンの回転降下が生じる回転降下期間に前記回転速度算出手段により算出した現時点及びそれ以前のエンジン回転速度に基づいて、その回転降下期間における予測エンジン回転速度を算出する回転予測手段と、前記回転予測手段により算出した予測エンジン回転速度に基づいて前記噛み合い手段及び前記モータを駆動するスタータ予測制御手段と、を備え、前記回転降下期間に前記回転速度算出手段により算出したエンジン回転速度に基づいてロスエネルギを算出するエネルギ算出手段と、前記エネルギ算出手段により算出したロスエネルギに基づいて、前記スタータ予測制御手段による前記噛み合い手段及び前記モータの駆動を禁止する禁止手段と、を備えることを特徴とする。

エンジン自動停止時のエンジン回転降下中において、例えばエアコンやオルタネータ等の補機類の駆動のオン／オフが生じると、その駆動に伴いエンジン出力軸の負荷が変化することにより、エンジン回転速度が変動する。したがって、それ以前に算出した将来のエンジン回転速度の予測値（予測エンジン回転速度）が適正でなくなり、その結果、予測エンジン回転速度に基づいて実施されるスタータ制御において、ピニオンの噛み合いタイミングや、モータの駆動タイミングを適正に制御できないおそれがある。

ここで、補機類の駆動のオン／オフといったエンジン出力軸の回転負荷の変動要因は、エンジン出力軸にとってはロスエネルギの増減に相当し、特に燃料カット状態でエンジン回転速度が降下する場合には、そのロスエネルギの増減がエンジン回転速度の変動に顕著に現れることとなる。

その点に鑑み、本発明では、エンジン自動停止の際の回転降下中においてエンジンのロスエネルギを算出し、そのロスエネルギに基づいて、予測エンジン回転速度に基づくピニオン及びモータの駆動を禁止するか否かを決定する。これにより、実際のエンジン回転速度の変動に即した態様でピニオンの噛み合いタイミングやモータの駆動タイミングを制御することができ、ひいては、スタータによるエンジンのクランキングを適正に実施することができる。

請求項２に記載の発明では、前記回転速度算出手段は、前記出力軸の所定回転角度の回転に要した時間から算出されるエンジン回転速度としての瞬時回転速度を算出するものであり、前記エネルギ算出手段は、前記瞬時回転速度に基づいて、前記所定回転角度ごとにロスエネルギを算出する。

エンジンでは、ピストンの上下動に伴い燃焼室において圧縮と膨張とが繰り返され、それに伴いエンジン回転速度に脈動が生じる。この場合、エンジン出力軸に作用する実際のロストルクが一定であれば、エンジン回転脈動の脈動幅が略同一となり、瞬時回転速度に基づいて算出されるロスエネルギが同一の変化態様で増減するものとなる。これに対し、補機類の駆動等によりエンジン出力軸に作用する実際のロストルクが変化すると、エンジン回転脈動の脈動幅が大きくなるか又は小さくなり、ロスエネルギがそれまでとは異なる変化態様で増減するものとなる。その点、請求項２に記載の発明によれば、上記のような実際のロストルクの変化に際し、その変化に即したロスエネルギを好適に算出できる。

本発明において、具体的には、請求項３に記載の発明のように、エンジン回転脈動の１周期分となる期間で、前記エネルギ算出手段により前記所定回転角度ごとに算出したロスエネルギを積算してロスエネルギ積算値を算出する手段を備え、前記禁止手段は、前記ロスエネルギ積算値に基づいて、前記スタータ予測制御手段による前記噛み合い手段及び前記モータの駆動を禁止するとよい。

エンジンの回転脈動に際しては、その１周期分となる期間内で瞬時回転速度の変動に合わせてロスエネルギも増減変動するが、当該期間内でのロスエネルギ積算値（ロスエネルギの総和）を見ると、前後する各期間で毎回略同じ値になることが確認された。故に、ロスエネルギ積算値によれば、エンジン回転速度の変動を精度よく検出できる。

また、所定回転角度ごとのロスエネルギ（ロスエネルギ瞬時値）は、都度の回転速度レベルに依存するものであり、例えば高回転であるほどエンジン回転脈動の脈動幅が大きくなるといった影響を受ける。これに対し、ロスエネルギ積算値は、回転速度レベルに依存せず、略一定の値になる。したがって、ロスエネルギ積算値に基づいてエンジン回転速度の変動を検出する構成であれば、ロスエネルギ瞬時値に基づいて回転変動を検出する構成に比べて、エンジン回転速度の変動の検出精度を高めることができる。

ここで、「エンジン回転脈動の１周期分となる期間」は、ロスエネルギ積算値の算出に際し、前後に一部が重複する期間として定められるものでもよいし、前後に重複しない期間として定められるものでもよい。

ロスエネルギ積算値に基づいてエンジン回転速度の変動を検出する構成（請求項３）においては、請求項４に記載の発明のように、前記ロスエネルギ積算値と所定のしきい値とを比較する比較手段を備え、前記禁止手段は、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スタータ予測制御手段による前記噛み合い手段及び前記モータの駆動を禁止するものであり、前記自動停止条件の成立に伴うエンジン回転速度の降下開始当初の前記ロスエネルギ積算値を基準ロスエネルギとし、その基準ロスエネルギに基づいて前記しきい値を可変に設定するとよい。

エンジン出力軸に作用する実際のロストルクはエンジン回転速度の降下開始の時点で毎回同じではなく、降下開始の時点でロスエネルギ積算値（エンジン回転脈動の１周期分のロスエネルギの総和）が比較的大きい場合と、比較的小さい場合とが生じると考えられる。この点、請求項４に記載の発明によれば、エンジン回転降下開始の時点でのロスエネルギ積算値が相違しても、ロスエネルギの変動を精度よく検出でき、ひいてはエンジン回転速度の変動を精度よく検出できる。

エンジン制御システムの全体概略構成図。 エンジン回転予測方法を説明するための図。 エンジン自動停止時のエネルギ変化の推移を示すタイムチャートであり、補機類の駆動の切り替えなしの場合を示す図。 エンジン自動停止時のエネルギ変化の推移を示すタイムチャートであり、補機類の駆動の切り替え有りの場合を示す図。 スタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、エンジン制御システムのエンジン停止始動制御装置に具体化している。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御、アイドルストップ制御等を実施する。この制御システムの全体概略を示す構成図を図１に示す。

図１において、スタータ１０にはモータ１１が設けられており、バッテリ１２からの電力供給によりモータ１１が回転駆動されるようになっている。モータ１１の図示しない回転軸にはピニオン軸１３が係合されており、そのピニオン軸１３の一端において、ピニオン１４が、ピニオン軸１３とピニオン１４との間で動力の伝達を断続するワンウエイクラッチ１５と一体に支持されている。

ピニオン軸１３は、軸１６を中心に回動するレバー１７の一端に支持されている。レバー１７の他端には、コイル１８及びプランジャ１９により構成される第１ソレノイドＳＬ１が配置されており、コイル１８内に配置されたプランジャ１９がレバー１７によって支持されている。コイル１８の非通電状態では、ピニオン１４が、エンジン２０の出力軸（クランク軸）２１に連結されたリングギヤ２２に対して非接触の状態で配置されている。

ピニオン１４とリングギヤ２２との非接触状態において、バッテリ１２からコイル１８に通電されると、その通電によりプランジャ１９が軸線方向に移動し、更にその移動に伴いレバー１７が軸１６を中心に回動する。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に向かう方向に押し出されて、ピニオン１４の歯部とリングギヤ２２の歯部とが噛み合わされる。

一方、ピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合わされた状態において、コイル１８の通電が遮断されることにより、図示しないスプリングの付勢力によりピニオン軸１３がリングギヤ２２に向かう方向とは反対方向に移動する。このピニオン軸１３の移動により、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合いが解除され、両者の接触状態が解除される。

スタータ１０とバッテリ１２との間にはＩＧスイッチ２３が設けられており、ドライバの操作に基づくＩＧスイッチ２３のオンにより、バッテリ１２からスタータ１０への通電が可能になる。また、コイル１８とバッテリ１２との間には、制御信号に基づいて第１ソレノイドＳＬ１の通電／非通電を切り替えるＳＬ１駆動リレー２４が設けられており、モータ１１とバッテリ１２との間には、モータ１１の電磁子に接続され接点の開閉により通電／非通電が切り替えられる第２ソレノイドＳＬ２と、制御信号に基づいて第２ソレノイドＳＬ２の通電／非通電を切り替えるＳＬ２駆動リレー２５とが設けられている。

その他、本システムには、エンジン２０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ３１や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ３２などの各種センサが設けられている。

ＥＣＵ４０は、周知のマイクロコンピュータ等を備えてなる電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果等を入力し、それに基づいて燃料噴射量制御や点火時期制御、アイドルストップ制御などの各種エンジン制御や、スタータ１０の駆動制御等を実施する。

上記のシステム構成において実施されるアイドルストップ制御について詳述する。アイドルストップ制御は、エンジン２０のアイドル運転時に所定の停止条件が成立すると当該エンジン２０を自動停止させるとともに、その後、所定の再始動条件が成立するとエンジン２０を再始動させるものである。エンジン停止条件としては、例えば、アクセル操作量がゼロになったこと（アイドル状態になったこと）、ブレーキペダルの踏込み操作が行われたこと、車速が所定値以下まで低下したこと等の少なくともいずれかが含まれる。また、エンジン再始動条件としては、例えばアクセルの踏込み操作が行われたこと、ブレーキ操作量がゼロになったこと等の少なくともいずれかが含まれる。

次に、スタータ１０の駆動制御について説明する。本実施形態において、ＥＣＵ４０は、ＳＬ１駆動リレー２４のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ１と、ＳＬ２駆動リレー２５のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ２とを備えている。この出力ポートＰ１，Ｐ２からの制御信号により、スタータ１０の通電を自動的に（図示しないスタータスイッチの切り替え状態にかかわらず）行うことが可能になっている。また、これらの制御信号により、モータ１１及びコイル１８の通電状態をそれぞれ個別に切り替え可能になっている。

また、本実施形態では、エンジン２０を自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立した場合、エンジン出力軸２１が回転停止するのを待たずに、スタータ１０によりエンジン２０のクランキングを行うこととしている。その場合の一つの態様として、ＥＣＵ４０は、再始動条件の成立時のエンジン回転速度がしきい値よりも高い場合には、再始動条件の成立に伴い、まずモータ１１に通電してピニオン１４を回転させ、その後、ピニオン１４とリングギヤ２２との各歯部の通過速度差が所定値以下になる点で両者が噛み合うようにピニオン１４を押し出すピニオン先回し制御を実施する。また、別の態様として、ＥＣＵ４０は、再始動条件の成立時のエンジン回転速度がしきい値以下の場合には、再始動条件の成立に伴い、まずピニオン１４を押し出してピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合いを実施し、その後、モータ１１に通電してピニオン１４を回転させるピニオン後回し制御を実施する。

ＥＣＵ４０は、エンジン自動停止の際のエンジン回転降下期間において、クランク角センサ３１の検出信号に基づいて算出した現時点及びそれ以前のエンジン回転速度を用いて、現時点よりも後の期間の将来のエンジン回転速度Ｎｅを予測しており、その予測データ（予測エンジン回転速度）を用いることにより、ピニオン先回し制御及びピニオン後回し制御でのピニオン１４の押出しタイミング及びモータ１１の通電タイミングを制御することとしている。例えば、ピニオン１４の押出しタイミングについては、ピニオン１４のリングギヤ２２側への移動を開始してから、ピニオン１４がリングギヤ２２との接触位置まで移動し両者が噛み合うまでに時間（噛み合い所要時間）を要することを考慮し、予測エンジン回転速度に基づき決定した噛み合いタイミングよりも、噛み合い所要時間だけ前のタイミングをピニオン１４の押出しタイミングとして定める。そして、その決定した押出しタイミングになった時点で、ＳＬ１駆動リレー２４にオン信号を出力する。これにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせが所望のタイミングで行われるようにしている。

回転予測について本実施形態では、現時点よりも後の期間における将来のエンジン回転速度（瞬時回転速度）を、エンジン２０のロスエネルギ、エンジン回転速度及びイナーシャをパラメータとして予測することとしている。この予測方法によれば、シリンダ容積の増減変化に伴うエンジン回転速度の増減変化、すなわちエンジン回転脈動を考慮して将来のエンジン回転速度を予測することができる。ここで、瞬時回転速度とは、エンジン出力軸２１の所定回転角度（本実施形態では３０℃Ａ）の回転に要した時間から算出されるエンジン回転速度である。

具体的には、ＥＣＵ４０は、シリンダ容積の増減変化に伴う瞬時回転速度の増減１周期分（４気筒エンジンでは１８０℃Ａ）を回転脈動期間として、現時点よりも前の回転脈動期間での瞬時回転速度に基づいて、その後の回転脈動期間での将来のエンジン回転速度を予測する。

図２は、本実施形態のエンジン回転予測方法を説明するための図である。なお、図２では、各気筒のＴＤＣから次のＴＤＣまでの１８０℃Ａ区間（回転脈動周期）をＳ[i]として示してある。また、図２では、現在の回転角度がＴＤＣ後の３０℃Ａであるものとして説明する。

ＥＣＵ４０は、エンジン自動停止条件の成立後のエンジン回転降下期間において、クランク角センサ３１からＮＥ信号が入力される毎に（本実施形態では３０℃Ａ毎に）、瞬時回転速度としての角速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］を次式（１）により算出し、これを都度記憶する。
ω＝３０×２π／（３６０×tp） …（１）
tpはパルス幅[sec]を示す。

次に、前回の１８０℃Ａ区間Ｓ[i-1]における回転角度θ（ＴＤＣを基準とする回転角度）での角速度ω[θ,i-1]（θ＝0,30,60,90,120,150）の変化に基づいて、前回の１８０℃Ａ区間Ｓ[i-1]におけるロスエネルギＴ[θn-θn+1,i-1]を回転位置ごとに下記式（２）により算出する。このロスエネルギは、自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止した場合におけるエンジン２０の回転エネルギの損失分である。
Ｔ[θn-θn+1,i-1]＝−Ｊ・（ω[θn+1,i-1]² −ω[θn,i-1]²）／２ …（２）
Ｊはエンジン２０のイナーシャであり、本実施形態では予めエンジン２０の設計データ等に基づいて算出して記憶用メモリに記憶しておく。

続いて、現時点の角速度ω[30,i]を上記式（１）により算出するとともに、その算出した角速度ω[30,i]と、直前の回転角度での角速度[0,i]とを用いてロスエネルギＴ[0-30,i]を算出する。

その後、前回の１８０℃Ａ区間Ｓ[i-1]でのロスエネルギのうち、ＴＤＣを基準とする回転角度が同じになる回転角度位置でのロスエネルギ、ここではロスエネルギＴ[30-60,i-1]と現在の角速度ω[30,i]とを用いて、次のパルスの立ち上がりタイミングにおける予測角速度ωとして、回転角度６０℃Ａでの予測角速度ω'[60,i]を演算する。併せて、クランク角３０℃Ａから６０℃Ａに到達するまでの予測到達時間ｔ[30-60,i]を演算する。さらに、前回の１８０℃Ａ区間Ｓ[i-1]のクランク角６０℃Ａから９０℃ＡまでのロスエネルギＴ[60-90,i-1]と、予測角速度ω'[60,i]とを用いて、今回の１８０℃Ａ区間Ｓ[i]のＴＤＣ後の回転角度９０℃Ａの予測角速度ω'[90,i]を演算するとともに、クランク角６０℃Ａから９０℃Ａに到達するまでの予測到達時間ｔ[60-90,i] を演算する。この処理を何回も繰り返すことで、エンジン２０の回転降下期間におけるエンジン回転速度（瞬時回転速度）を予測する。この予測方法に基づき予測した瞬時回転速度が図中の黒丸で示すものであり、エンジン２０の予測回転軌道が図中の破線で示すものである。

この予測演算は、ＮＥ信号の入力毎（３０℃Ａ毎）に次のＮＥ信号が入力されるまでの時間を利用して実行され、その都度、回転軌道の予測データが更新される。なお、角速度をエンジン回転速度（瞬時回転速度）に換算して予測演算を行うようにしても良い。

ところで、エンジン２０の燃焼停止後では、ロスエネルギＴの発生によりエンジン回転速度が降下する。この降下時のエンジン回転挙動は種々の要因によって変動することがあり、例えば、
・エアコンやオルタネータなどの補機類の駆動のオフ／オンが切り替わった場合
・ドライバによりブレーキペダルが急速に踏み込まれ、車輪（図示略）がロックした場合
・変速機として手動式変速機（マニュアルトランスミッション）を備える車両において、クラッチリリース操作に伴いエンジン２０を再始動させるとき、クラッチリリース操作の開始後においてクラッチ繋ぎ操作が急速に行われた場合
といった事象がエンジン回転速度の降下中に生じたときには、エンジン出力軸２１の回転負荷が増大側に変化し、その結果、エンジン回転速度の降下率が急速に大きくなる側又は小さくなる側の急変することが考えられる。また、再始動条件の成立に伴い燃料噴射及び点火を開始するシステムでは、スタータ１０によるエンジン２０のクランキング実施中においてエンジン２０が燃焼再開（自立復帰）することが考えられ、この場合には、エンジン回転速度が上昇側に急変することとなる。

エンジン自動停止の際のエンジン回転降下中において、ＥＣＵ４０の意図しないエンジン回転速度の急変が生じた場合、それ以前に算出した予測エンジン回転速度は適正でなくなる。そのため、予測エンジン回転速度（予測エンジン回転軌道）に基づいて実施されるスタータ制御において、ピニオン１４の押出しタイミングや、モータ１１の通電タイミングを適正に制御できないおそれがある。

また、本実施形態では、エンジン自動停止時のエンジン回転降下期間中の回転予測に際して、現時点に対し、前の回転脈動期間（１８０℃Ａ区間Ｓ[i-1]）のロスエネルギＴを用いて、現在の回転脈動期間（１８０℃Ａ区間Ｓ[i]）及び後の回転脈動期間（１８０℃Ａ区間Ｓ[i+1]）におけるエンジン回転速度を予測しており、前後する回転脈動期間においてエンジン出力軸２１に作用する実際のロストルクが一定である（エネルギ損失が一定である）場合には、エンジン回転降下中のエンジン回転速度を正確に予測できると考えられる。ところが、ＥＣＵ４０の意図しないエンジン回転速度の急変が発生した場合には、前後する回転脈動期間でのエネルギ損失は必ずしも一定であるとは言えず、回転予測の予測精度が低下することが考えられる。

補機類の駆動の切り替え等は、エンジン出力軸２１にとってはロスエネルギＴの増減に相当し、特に燃料カット状態でエンジン回転速度が降下する場合には、そのロスエネルギＴの増減がエンジン回転速度の変動に顕著に現れることとなる。すなわち、エンジン出力軸２１に作用するロストルクが一定であれば、エンジン回転脈動の脈動幅は略同一となり、瞬時回転速度に基づき算出されるロスエネルギＴについては、同一の変化態様で増減する。これに対し、補機類の駆動の切り替え等が生じ、エンジン出力軸２１に作用するロストルクが変化すると、エンジン回転脈動の脈動幅が変化し、ロスエネルギＴが、それまでとは異なる変化態様で増減するものとなる。

そこで、本実施形態では、エンジン自動停止時のエンジン回転降下中においてロスエネルギＴを算出し、その算出したロスエネルギＴに基づいて、予測エンジン回転速度に基づくピニオン１４及びモータ１１の駆動を実施するか禁止するかを切り替えることとしている。つまり、本実施形態では、エンジン自動停止に際し、エンジン２０の燃焼停止後のロスエネルギＴを算出することにより、エンジン回転速度の変動の有無を把握し、これにより、ピニオン１４の押出しタイミングやモータ１１の駆動タイミングを定めている。

以下に、エンジン回転速度の変化とエンジン２０のロスエネルギＴの変化との関係について詳しく説明する。なお、以下では、補機類のオンからオフへの切り替えに起因してエンジン出力軸２１に作用するロストルクが変化する場合を一例に挙げて説明する。

図３及び図４は、エンジン自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止した後におけるエネルギ変化の推移を示すタイムチャートである。このうち、図３は、エンジン燃焼停止後において補機類のオン／オフの切り替えがない場合を示し、図４は、エンジン燃焼停止後において補機類のオフからオンへの切り替えがあった場合を示す。図中、（ａ）はエンジン回転速度の推移を示し、（ｂ）はロスエネルギＴの推移を示す。また、（ｂ）において、破線は、エンジン２０の所定回転角度（本実施形態では３０℃Ａ）ごとに算出したロスエネルギＴ（ロスエネルギ瞬時値）を示し、実線は、エンジン回転脈動の１周期分におけるロスエネルギＴの積算値（ロスエネルギ総和ΣＴ）を示す。

ロスエネルギ総和ΣＴについて本実施形態では、エンジン回転脈動の１周期分となる期間を前回の算出時と今回の算出時とで前後に一部重複するように定め、その期間におけるロスエネルギＴの積算値としてある。換言すれば、エンジン回転脈動において前後する脈動における同一回転角度間（１８０℃Ａ）のロスエネルギＴの積算値である。

エンジン燃焼停止後において、補機類の駆動切り替えがない場合には、図３に示すように、エンジン２０のロスエネルギＴにおいて、正側のピークと負側のピークとが交互に現れ、エンジン回転速度が降下するにつれてそのピークが徐々に減衰し、やがて一定値に収束する。

また、ロスエネルギ総和ΣＴについては、例えばアイドル運転時であれば、燃料供給によるエネルギ増加分はエンジン回転速度保持に使われるため、ロスエネルギ総和ΣＴは略ゼロになる。これに対し、エンジン２０の燃焼停止後では、図３に示すように、エネルギを失いながらエンジン回転速度が降下していくことにより、ロスエネルギ総和ΣＴは正の値で略一定に保持される。つまり、エンジン２０の回転角度ごとに算出されるロスエネルギＴについては、都度のエンジン回転速度のレベルに依存し、高回転であるほど変動が大きくなるのに対し、ロスエネルギ総和ΣＴは、回転速度レベルに依存せず一定値を保つ。

エンジン２０の燃焼停止後において、例えばエアコンがオフからオンに切り替わった場合には、図４に示すように、タイミングｔａ付近でロスエネルギＴの変化態様が異なり、その変動幅が大きくなるとともに、エンジン回転脈動の脈動幅が急激に大きくなる。また、ロスエネルギ総和ΣＴについては、タイミングｔａよりも前では正の値で略一定であるのに対し、タイミングｔａ付近で大きく増加し、正側にピークが出現する。

また、エンジン２０の燃焼停止後、スタータ１０によるエンジン２０のクランキング実施中においてエンジン２０が燃焼再開し、エンジン回転速度が上昇に転じた場合には、燃料供給により回転エネルギが与えられているため、ロスエネルギ総和ΣＴは負の値となる。

上記に鑑み、本実施形態では、エンジン２０の所定回転角度ごとのロスエネルギＴからロスエネルギ総和ΣＴを算出し、その算出したロスエネルギ総和ΣＴに基づいてエンジン回転速度の変動を検出することとしている。このとき、算出したロスエネルギ総和ΣＴと基準とする値（基準ロスエネルギ）とを比較し、それらの差分が判定値よりも大きいか否かを判定する。そして、ロスエネルギ総和ΣＴと基準ロスエネルギとの差分が判定値よりも大きい場合には、予測エンジン回転速度に基づくピニオン１４の押出しタイミング及びモータ１１の駆動タイミングの設定を禁止することとしている。

図５は、スタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。本処理は、クランク角センサ３１からのＮＥ信号を入力する毎にＥＣＵ４０により実行される。

図５において、まずステップＳ１１では、エンジン自動停止条件の成立に伴うエンジン２０の燃焼停止後か否かを判定し、燃焼停止後であればステップＳ１２へ進み、上記式（１）により、今回入力したＮＥ信号に基づいて角速度ω[θn]を算出する。また、ステップＳ１３では、角速度の前回値ω[θn-1]と今回値ω[θn]とを用いて、上記式（２）によりロスエネルギＴを算出する。なお、算出したロスエネルギＴについては、都度、記憶用メモリに記憶しておく。

ステップＳ１４では、ロスエネルギ総和ΣＴを算出する。具体的には、現在の回転角度θnと、前の回転脈動期間（１８０℃Ａ区間Ｓ[i-1]）であって現在の回転角度θnと同一回転角度のθn-1との間の期間（１８０℃Ａ区間）のロスエネルギＴを記憶用メモリから読み出し、その読み出した回転角度ごとのロスエネルギＴを足し合わせ、これをロスエネルギ総和ΣＴとする。算出したロスエネルギ総和ΣＴは、都度、記憶用メモリに記憶しておく。

ステップＳ１５では、算出したロスエネルギ総和ΣＴと基準ロスエネルギとを比較する。本実施形態では、エンジン自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止した後、エンジン回転降下した時の降下開始当初のロスエネルギ総和ΣＴを基準ロスエネルギとし、この基準ロスエネルギとロスエネルギ総和ΣＴとを比較する。基準ロスエネルギについて本実施形態では、燃焼停止タイミングから所定時間において都度算出されたロスエネルギ総和ΣＴの平均値とする。なお、予め定めた値を基準ロスエネルギとしてもよい。

基準ロスエネルギとロスエネルギ総和ΣＴとの差分が所定値以下の場合には、ステップＳ１６へ進み、回転予測の予測データを用いて算出したピニオン１４の押し出し開始タイミング及びモータ１１の回転開始タイミングに基づいてピニオン１４及びモータ１１を駆動する。

一方、基準ロスエネルギとロスエネルギ総和ΣＴとの差分が所定値よりも大きい場合にはステップＳ１７へ進み、回転予測の予測データに基づきピニオン１４及びモータ１１の駆動タイミングが算出済みであれば、その算出値を無効にするとともに、今回のエンジン自動停止の際のエンジン再始動に際して、予測エンジン回転速度を用いずにピニオン１４及びモータ１１を駆動するものとする。この場合、エンジン再始動に際しては、例えば、エンジン出力軸２１の回転が完全に停止した後にＳＬ１駆動リレー２４にオン信号を出力することにより、ピニオン１４とリングギヤ２２とを噛み合わせ、その噛み合わせ後にＳＬ２駆動リレー２５にオン信号を出力することによりモータ１１を回転することでエンジン２０のクランキングを実施する。

なお、基準ロスエネルギとロスエネルギ総和ΣＴとの差分が所定値よりも大きいと判定された場合、今回のエンジン自動停止の際のエンジン再始動に際して、回転予測の予測データに基づくスタータ駆動を実施しない構成に代えて、ロスエネルギ総和ΣＴの変動量が所定値以下になるまでは、予測エンジン回転速度を用いずにピニオン１４及びモータ１１を駆動するものとし、ロスエネルギ総和ΣＴの変動量が所定値以下で安定したことを条件に、予測エンジン回転速度を基に定めたタイミングでピニオン１４及びモータ１１を駆動してもよい。

以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。

エンジン自動停止の際の回転降下中においてエンジン２０のロスエネルギＴを算出し、そのロスエネルギＴに基づいて、予測エンジン回転速度に基づくピニオン１４及びモータ１１の駆動を禁止するか否かを決定する構成としたため、実際のエンジン回転速度の変動に即した態様でピニオン１４の噛み合いタイミングやモータ１１の駆動タイミングを制御することができ、ひいては、スタータ１０によるエンジン２０のクランキングを適正に実施することができる。

また、ロスエネルギＴは瞬時回転速度に基づき算出されることから、ロスエネルギＴによれば、エンジン出力軸２１に作用する実際のロストルクを精度よく検出でき、ひいてはエンジン回転速度の変動を精度よく検出できる。

ロスエネルギ総和ΣＴを用いてエンジン回転速度の変動を検出する構成としたため、ロスエネルギＴの瞬時値を用いて行う場合に比べて、検出精度を高めることができる。すなわち、ロスエネルギ瞬時値は、都度の回転速度レベルに依存するものであり、高回転であるほどエンジン回転脈動の脈動幅が大きくなるといった影響を受けるのに対し、ロスエネルギ総和ΣＴは、回転速度レベルに依存せず略一定の値になることから、ロスエネルギ総和ΣＴに基づいてエンジン回転速度の変動を検出する構成であれば、ロスエネルギ瞬時値に基づいて回転変動を検出する構成に比べて、エンジン回転速度の変動の検出精度を高めることができる。

ロスエネルギ総和ΣＴと基準エネルギとを比較し、その比較結果に基づいてエンジン回転速度の変動を検出する際、基準エネルギについては、燃焼停止に伴うエンジン回転速度の降下開始当初のロスエネルギ総和ΣＴとする構成としたため、エンジン回転降下開始の時点でのロスエネルギ総和ΣＴが相違しても、ロスエネルギＴの変動を精度よく検出でき、ひいてはエンジン回転速度の変動を精度よく検出できる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・エンジン回転脈動の脈動周期のうち、前後する脈動周期における同一回転角度で算出したロスエネルギ総和ΣＴを比較し、その比較結果に基づいてエンジン回転速度の変動を検出する構成とする。エンジン回転降下期間では、エンジン回転速度の変動がなければ、エンジン回転脈動の前後する脈動周期ではロスエネルギＴの変化の推移は略同じになり、同一回転角度で算出したロスエネルギ総和ΣＴは、前後する脈動周期においてさほど変化しないと考えられる。これに対し、エンジン回転速度の変動が生じた場合には、前後する脈動周期の同一回転角度でのロスエネルギ総和ΣＴを比較した場合、後の脈動周期では前の脈動周期よりもロスエネルギ総和ΣＴが大きくなると考えられる。したがって、上記構成とすることにより、エンジン回転速度の変動を検出することができ、その結果、エンジン回転速度の変動に即した態様でピニオン１４及びモータ１１を駆動できる。

・エンジン回転脈動の脈動周期のうち、前後する脈動周期における同一回転角度でのロスエネルギＴ（瞬時値）を比較し、その比較結果に基づいてエンジン回転速度の変動を検出する構成とする。この場合にも上記と同様に、エンジン２０の燃焼停止後にエンジン回転速度の変動が生じた場合には、前後する脈動周期の同一回転角度でのロスエネルギＴを比較した場合、後の脈動周期では前の脈動周期よりもロスエネルギ（絶対値）が大きくなると考えられる。したがって、上記構成とすることにより、エンジン回転速度の変動を検出することができる。

・ロスエネルギＴと所定の基準値との比較によりロスエネルギＴの変動を検出する構成とし、その際、燃焼停止に伴うエンジン回転速度の降下開始当初のロスエネルギＴを基準ロスエネルギとし、その基準ロスエネルギに基づいて基準値を可変に設定する。エンジン２０の燃焼停止後において、エンジン２０の気筒燃焼室のポンプロスが小さい場合（例えば、スロットルバルブが開弁状態のままの場合）には、エンジン回転脈動の脈動幅が小さく、ロスエネルギＴの脈動幅（正側のピーク及び負側のピーク）が小さくなると考えられる。また、ロスエネルギＴの脈動幅が比較的小さい状態であれば、エンジン回転速度の変動がロスエネルギＴの変化として現れやすい。したがって、エンジン２０の気筒燃焼室のポンプロスが小さい場合であれば、上記構成においても、エンジン回転速度の変動を検出することができる。

・ロスエネルギＴの前回算出値と今回算出値とを比較し、その差が判定値よりも大きい場合に、エンジン回転速度が変動したものと判定する構成とする。エンジン２０の気筒燃焼室のポンプロスが小さい場合であれば、ロスエネルギＴの脈動幅が小さくなり、また、ロスエネルギＴの脈動幅が比較的小さい状態であれば、エンジン回転速度の変動がロスエネルギＴの過剰変化として現れやすい。よって、エンジン２０の気筒燃焼室のポンプロスが小さい場合であれば、上記構成においても、エンジン回転速度の変動を検出することができる。

・ロスエネルギ総和ΣＴと判定値とを比較し、ロスエネルギ総和ΣＴが判定値よりも大きいか、又はロスエネルギ総和が負の値である場合に、エンジン回転速度が変動したものと判定する構成としてもよい。

・ロスエネルギ総和ΣＴの前回算出値と今回算出値とを比較し、その差が判定値よりも大きい場合に、エンジン回転速度が変動したものと判定する構成としてもよい。

・エンジン回転脈動の１周期分となる期間内のロスエネルギＴ（瞬時値）を積算してロスエネルギ総和ΣＴを算出する際、前回の算出時と今回の算出時とで、その１周期分となる期間が前後に重複しない構成としてもよい。

・エンジン回転脈動の複数周期分となる期間のロスエネルギＴを積算した値をロスエネルギ総和ΣＴとし、そのΣＴに基づいてエンジン回転速度の変動を検出する構成としてもよい。例えば、現在の回転位置を含むこれよりも前の[１８０×ｎ（ｎは２以上）]℃Ａ区間におけるロスエネルギＴの積算値をロスエネルギ総和ΣＴとしてもよい。

・上記実施形態では、コイル１８の通電／非通電を制御するＳＬ１駆動リレー２４と、モータ１１の通電／非通電を制御するＳＬ２駆動リレー２５とを有するスタータ１０を本発明に適用する場合について説明したが、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除とモータ１１の回転停止とを独立して制御可能なスタータであればよく、例えば従来のスタータにおいてモータ通電制御用のリレーを設けたものを本発明に適用してもよい。すなわち、この構成では、図１のスタータ１０における第２ソレノイドＳＬ２に代えて、プランジャ１９において、レバー１７とは反対側の端部にモータ通電用の接点が設けられている。また、本構成では、モータ１１とバッテリ１２との間において、ＥＣＵ４０からの制御信号に基づいてオン／オフの切り替え可能なモータ通電制御用のリレーが設けられている。この構成においても、ＳＬ１駆動リレー２４とモータ通電制御用のリレーとを個別に制御することにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ動作とモータ１１の回転動作とを独立して制御可能である。

・ガソリンエンジンを適用する場合について説明したが、ディーゼルエンジンを本発明に適用する構成であってもよい。

１０…スタータ、１１…モータ、１４…ピニオン、１８…コイル（噛み合い手段）、２０…エンジン、２１…クランク軸、２２…リングギヤ、２４…ＳＬ１駆動リレー、２５…ＳＬ２駆動リレー、４０…ＥＣＵ（回転速度算出手段、回転予測手段、スタータ予測制御手段、エネルギ算出手段、禁止手段、比較手段）、ＳＬ１…第１ソレノイド（噛み合い手段）、ＳＬ２…第２ソレノイド。

Claims (4)

1. エンジンの出力軸に連結されたリングギヤに向けてピニオンを移動させて前記リングギヤに前記ピニオンを噛み合わせる噛み合い手段と、前記ピニオンに回転力を付与するモータとを備えるスタータを用いてクランキングが実施されるエンジンに適用され、
   所定の自動停止条件が成立したときに前記エンジンの燃焼を停止して前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立したときに前記噛み合い手段及び前記モータを制御して前記エンジンを再始動するエンジン停止始動制御装置において、
   前記出力軸の回転を検出する回転センサの検出信号に基づいてエンジン回転速度を算出する回転速度算出手段と、
   エンジン自動停止に際してエンジンの回転降下が生じる回転降下期間に前記回転速度算出手段により算出した現時点及びそれ以前のエンジン回転速度に基づいて、その回転降下期間における予測エンジン回転速度を算出する回転予測手段と、
   前記回転予測手段により算出した予測エンジン回転速度に基づいて前記噛み合い手段及び前記モータを駆動するスタータ予測制御手段と、を備え、
   前記回転降下期間に前記回転速度算出手段により算出したエンジン回転速度に基づいてロスエネルギを算出するエネルギ算出手段と、
   前記エネルギ算出手段により算出したロスエネルギに基づいて、前記スタータ予測制御手段による前記噛み合い手段及び前記モータの駆動を禁止する禁止手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
2. 前記回転速度算出手段は、前記出力軸の所定回転角度の回転に要した時間から算出されるエンジン回転速度としての瞬時回転速度を算出するものであり、
   前記エネルギ算出手段は、前記瞬時回転速度に基づいて、前記所定回転角度ごとにロスエネルギを算出する請求項１に記載のエンジン停止始動制御装置。
3. エンジン回転脈動の１周期分となる期間で、前記エネルギ算出手段により前記所定回転角度ごとに算出したロスエネルギを積算してロスエネルギ積算値を算出する手段を備え、
   前記禁止手段は、前記ロスエネルギ積算値に基づいて、前記スタータ予測制御手段による前記噛み合い手段及び前記モータの駆動を禁止する請求項２に記載のエンジン停止始動制御装置。
4. 前記ロスエネルギ積算値と所定のしきい値とを比較する比較手段を備え、
   前記禁止手段は、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記スタータ予測制御手段による前記噛み合い手段及び前記モータの駆動を禁止するものであり、
   前記自動停止条件の成立に伴うエンジン回転速度の降下開始当初の前記ロスエネルギ積算値を基準ロスエネルギとし、その基準ロスエネルギに基づいて前記しきい値を可変に設定する請求項３に記載のエンジン停止始動制御装置。

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