JP2013147964A - エンジン始動装置およびエンジン始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの逆転を直接検出することなく、より早期にエンジンを再始動可能にする。
【解決手段】クランク信号発生手段（１３）と、クランク信号に基づいてクランク軸の所定のクランク位置を特定するとともに、エンジンを始動させるエンジン制御手段（１０）とを備え、エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、特定した所定のクランク位置のエンジン回転数に基づいて、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転するか否かを推定し、逆転すると推定した後は、スタータ駆動禁止開始タイミングからスタータ駆動禁止解除タイミングまでで規定される禁止範囲、および禁止範囲外である許可範囲を設定し、エンジンの回転中にエンジンの再始動条件が成立した際には、禁止範囲内での再始動を禁止し、許可範囲での再始動を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定のアイドルストップ条件が成立すると、エンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立すると、エンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動装置およびエンジン始動方法に関するものである。

従来、自動車の燃費改善・環境負荷低減等を目的として、所定の条件が満たされると、自動でアイドルストップを行う自動アイドルストップシステムが開発されてきた。

しかしながら、エンジン逆回転時にエンジンの再始動要求が発生した場合にスタータモータにてエンジンを始動すると、スタータモータは、逆回転しているエンジンを正回転させることとなり、スタータモータに過大な負荷が作用する。このため、エンジンが逆回転しているか否かを検出する逆転検出手段にて、エンジンが何らかの原因で逆転している場合に逆転を検知して、スタータモータの駆動を禁止し、スタータモータおよびその動力伝達機構の破損を防止するものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１４００３０号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
上述したように、特許文献１は、エンジンが逆転しているか否かを検出する逆転検出手段と、逆転が検出された場合にモータの回転を禁止する手段とを有しており、エンジンが逆転している場合には、モータを回転させないようにしている。しかしながら、この特許文献１は、エンジンの逆転を検出する逆転検出手段を設ける必要があるため、装置が複雑になり、コストがかかるという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、エンジンの逆転を直接検出することなく、より早期にエンジンを再始動可能にするエンジン始動装置およびエンジン始動方法を得ることを目的とする。

本発明に係るエンジン始動装置は、エンジンのクランク軸の基準位置を示す情報を含むクランク信号を出力するクランク信号発生手段と、クランク信号発生手段から受信したクランク信号に基づいて基準位置を判断することで、クランク軸の所定のクランク位置を特定するとともに、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させた後、エンジンの再始動条件が成立するとエンジンを始動させるエンジン制御手段とを備えたエンジン始動装置であって、エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、特定した所定のクランク位置のエンジン回転数に基づいて、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転するか否かを推定し、逆転すると推定した後は、スタータ駆動禁止開始タイミングからスタータ駆動禁止解除タイミングまでで規定される禁止範囲、および禁止範囲外である許可範囲を設定し、エンジンの回転中にエンジンの再始動条件が成立した際には、禁止範囲内での再始動を禁止し、許可範囲での再始動を行うものである。

また、本発明に係るエンジン始動方法は、エンジンのクランク軸の基準位置を示す情報を含むクランク信号を出力するクランク信号発生手段と、クランク信号発生手段から受信したクランク信号に基づいて基準位置を判断することで、クランク軸の所定のクランク位置を特定するとともに、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させた後、エンジンの再始動条件が成立するとエンジンを始動させるエンジン制御手段とを備えたエンジン始動装置に適用されるエンジン始動方法であって、エンジン制御手段において、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、特定した所定のクランク位置のエンジン回転数に基づいて、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転するか否かを推定するステップと、推定するステップにより逆転すると推定された後は、スタータ駆動禁止開始タイミングからスタータ駆動禁止解除タイミングまでで規定される禁止範囲、および禁止範囲外である許可範囲を設定するステップと、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、エンジンの回転中にエンジンの再始動条件が成立した際には、禁止範囲内での再始動を禁止し、許可範囲での再始動を行うステップとを備えるものである。

本発明に係るエンジン始動装置およびエンジン始動方法によれば、エンジンの所定のクランク位置における回転数に基づいて次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転するか否かを推定し、エンジン逆回転状態が発生する前に、スタータの駆動を禁止する制御を可能とすることにより、エンジンの逆転を直接検出することなく、より早期にエンジンを再始動可能にするエンジン始動装置およびエンジン始動方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の構成要素であるスタータの断面図である。 本発明の実施の形態１におけるクランク角検出装置の模式図である。 本発明の実施の形態１におけるクランク信号およびカム信号のタイミングを示すチャートである。 本発明の実施の形態１で、エンジン停止過程におけるクランク位置とエンジン回転との関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態１におけるエンジン停止時のエンジン再始動制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２で、エンジン停止過程におけるクランク位置とエンジン回転との関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２で、エンジン停止過程におけるクランク位置とエンジン回転との関係を示すタイムチャートである。 本発明の実施の形態２におけるエンジン停止時のエンジン再始動制御を示すフローチャートである。

以下、本発明のエンジン始動装置およびエンジン始動方法の好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。なお、以下では、本発明によるエンジン始動装置を三気筒エンジンに適用した場合を例に説明する。

実施の形態１．
１．用語の説明
まず始めに、本発明で用いられる用語について説明する。

係るエンジン始動装置における「エンジン」とは、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジンなど、気筒内の燃焼室で燃料を爆発・燃焼させ、その力でピストンなどを作動させるものである。一般的に、自動車等のエンジンでは、このピストンの往復運動を、クランクシャフト等を介して回転運動に変換する構成を有している。なお、本発明に係るエンジン始動装置を、このようなエンジンに対して使用する場合、燃料の種類、気筒の数量、または容積、サイクル数等は、無論限定されない。

係るエンジン始動装置における「スタータ」とは、エンジンのリングギヤと噛合うピニオンギヤを有し、始動時にのみピニオンギヤを移動させエンジンリングギヤとピニオンギヤとを噛合わせてモータの回転力をエンジンに伝達し、エンジンが始動したらピニオンギヤとエンジンリングギヤとの噛合いを解除する構成を有する。

エンジンを始動させる際には、例えば、このスタータをバッテリーの電力等によって駆動し、ピニオンギヤをエンジンリングギヤに噛合わせ、モータを駆動して、その回転力をピニオンギヤからエンジンのリングギヤを介してエンジンのクランクシャフトに伝達し、エンジンを機械的に始動回転させる。

この回転中に、エンジン制御手段において、クランク信号ならびにカム信号からクランク位置および気筒を判別して、エンジンは燃料の吸入、圧縮、爆発、排気の工程が開始され、以降、エンジンは、スタータ装置を必要とせずに、自発的にこれら工程を繰り返しながら、停止命令が発生するまで回転を続ける。

さらに、係るエンジン始動装置において、「エンジンが逆回転している場合」とは、エンジンが、本発明に係るスタータによって得られる回転方向（正回転）とは異なる向きに回転している場合を指す。通常、エンジンが自発的な回転を行っている場合には、このような逆回転は発生しないが、エンジン停止過程、特にエンジンを停止した直後には、物理的にエンジンは両方向に回転可能であるから、このような逆回転が発生する。

２．本実施の形態に係るエンジン始動装置の全体構成
図１は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の構成要素であるスタータの断面図である。

本実施の形態に係るエンジン始動装置２０は、エンジン制御手段１０（ＥＣＵ１０）、カム信号発生手段１１、リングギヤ１２、クランク信号発生手段１３、電磁スイッチ１４、プランジャ１５、ワンウェイクラッチ１６、ピニオンギヤ１７、およびモータ１８を備えて構成されている。

エンジン制御手段１０は、電磁スイッチ１４への通電を制御する。電磁スイッチ１４のコイル１４ａへの通電により、プランジャ１５が吸引され、プランジャ１５に係合されたレバー１９を介してピニオンギヤ１７を移動させ、ピニオンギヤ１７をリングギヤ１２と噛み合わせる。

また、プランジャ１５の移動により電磁スイッチ１４の内部に構成された接点１４ｂが閉じ、モータ１８へと通電され、ピニオンギヤ１７を回転させ、モータ１８の駆動力をエンジンに伝達する。ワンウェイクラッチ１６は、出力軸９に連結され、リングギヤ１２からトルクが入力された場合には空転する。

３．クランク信号の検出について
図３は、本発明の実施の形態１におけるクランク角検出装置の模式図であり、カム信号発生手段１１と、クランク信号発生手段１３の具体的な構成を示している。内燃機関（図示せず）は、ピストンの往復運動を回転運動に変換するクランク軸（図示せず）、燃焼室に設けられた吸気弁（図示せず）、ならびに排気弁（図示せず）を開閉するカムが設けられたカム軸（図示せず）、クランク軸の回転をカム軸に伝達する伝達手段（図示せず）、燃料を供給するインジェクタ（図示せず）、および点火プラグ等（図示せず）から構成される。なお、カム軸は、クランク軸の角速度の１／２角速度で伝達手段にて減速され、クランク軸と同期して回転する。

そして、本実施の形態１における内燃機関は、吸気行程→圧縮行程→爆発行程→排気行程の順で、各行程を繰り返す４サイクル方式である。また、各気筒は、クランク軸の回転角に換算して、２４０度間隔で等間隔に爆発する。

クランク信号発生手段１３は、クランク軸（図示せず）と同一の角速度で同期して回転する歯車状の回転体２３、および回転体２３の外周部に形成された多数個の歯部２３Ａを検出して矩形波等の信号を出力するピックアップ２４等から構成されている。

図４は、本発明の実施の形態１におけるクランク信号およびカム信号のタイミングを示すチャートである。ピックアップ２４は、ピックアップ２４に歯部２３Ａが最も近接した時にＯＮ信号を出力し、歯部２３Ａがピックアップ２４から離れた時にＯＦＦ信号を出力することにより矩形波状の信号（パルス列信号に相当）を出力し、この信号は、エンジン制御手段１０に入力される。

また、回転体２３の外周部には、ほぼ全域にわたって等間隔で歯部２３Ａが設けられているが、一部に歯部が設けられていない欠け歯部２３Ｂ、２３Ｃ（以降、クランク信号の欠け歯部をクランクの基準位置と称し、欠け歯部２３Ｂ、２３Ｃは、基準位置を示す情報に相当する）が設けられている。本実施の形態１では、回転体２３の外周部を３６等分して、３２個の歯部２３Ａと１歯分の欠け歯部２３Ｂを２カ所と、２歯分の欠け歯部２３Ｃを１カ所とを設けている。

このため、等間隔で歯部２３Ａが設けられた領域においては、ＯＮ信号またはＯＦＦ信号が所定の回転角毎（本実施の形態１では、１０度毎の角度となる。以降、この角度を基準ステップ角と称す）に出力されるのに対して、欠け歯部２３Ｂ、２３Ｃでは、ＯＮ信号またはＯＦＦ信号が出力される時間が基準ステップ角の２倍あるいは３倍分相当の時間となる。

また、回転体２３が回転する間の欠け歯間で出力されるＯＮ信号またはＯＦＦ信号の個数は、既知である。従って、エンジン制御手段１０は、信号がＯＦＦ信号からＯＮ信号に変化した時点またはＯＮ信号からＯＦＦ信号に変化した時点で計数するとともに、クランク信号のタイミングの時間間隔（パルス列間隔に相当）からクランク信号の周期（欠け歯部２３Ｂ、２３Ｃにより特定されるクランク軸の位置の周期に相当）を演算でき、エンジンの回転数についても判断することが可能である。

なお、エンジン制御手段１０は、クランク信号の周期の変化率に基づいて、クランク信号間のエンジン回転数を演算することにより、より精度よくエンジン回転数を得ることも可能である。

さらに、エンジン制御手段１０は、クランク信号の時間間隔からエンジン回転数を演算する場合と、クランク信号の周期の変化率に基づいてクランク信号間のエンジン回転数を演算する場合とを、クランクの位置により切り替えることで、エンジン回転数を求めてもよい。このようにすると、エンジン回転数の変曲点付近の回転数の演算誤差を減少させることが可能となる。

４．気筒判別について
本実施の形態１の内燃機関において、燃料を噴射するタイミングは、圧縮行程から爆発行程に移る時のピストン上死点を基準に決定される。４サイクル方式の内燃機関では、吸気行程→圧縮行程→爆発行程→排気行程の順で、各行程がクランク位置の角度に換算して１８０度単位で繰り返される。従って、クランク位置のみでは、各気筒のピストンが圧縮行程時であるのか排気行程時であるのかが判別できない。

そこで、エンジン制御手段１０は、気筒判別用として、カム信号発生手段１１からの信号を利用する。図３に示したように、このカム信号発生手段１１は、カム軸と同一の角速度でカム軸の回転と同期して回転する歯車状の第２の回転体２１、第２の回転体２１の外周部に形成された複数の歯部２１Ａ、２１Ｂ、および複数の歯部２１Ａ、２１Ｂを検出して矩形波状の信号を出力するピックアップ２２備えて構成されている。

そして、エンジン制御手段１０は、クランク信号発生手段１３から出力される信号とともに、カム信号発生手段１１から出力される信号を読み込んで解析することより、いずれの気筒が圧縮行程時であるのかを判別する。具体的な判別方法を、図４のタイミングチャートを用いて説明する。

エンジン制御手段１０は、クランク信号基準位置である１歯欠け、１歯欠け間の区間で、カム信号を２回検出した場合には、１歯欠けのクランク位置が１番気筒のＡＴＤＣ（上死点後）１６５度と特定できる。また、エンジン制御手段１０は、この欠け歯間でカム信号が検出されなかった場合には、１歯欠けのクランク位置が１番気筒のＡＴＤＣ（上死点後）５２５度と特定できる。

また、エンジン制御手段１０は、クランク信号基準位置である１歯欠け、２歯欠け間の区間で、カム信号が検出されない場合には、２歯欠けの位置が１番気筒のＡＴＤＣ（上死点後）２８５度と特定できる。また、エンジン制御手段１０は、この欠け歯区間でカム信号が１回検出された場合には、２歯欠けの位置が１番気筒のＡＴＤＣ（上死点後）６４５度と特定できる。

また、エンジン制御手段１０は、クランク信号基準位置である２歯欠け、１歯欠け間の区間で、カム信号が１回検出された場合には、１歯欠けの位置が１番気筒のＡＴＤＣ（上死点後）４０５度と特定できる。さらに、エンジン制御手段１０は、この欠け歯区間でカム信号が検出されなかった場合には、１歯欠けの位置が１番気筒のＡＴＤＣ（上死点後）４５度と特定できる。

以上のように、エンジン制御手段１０は、クランク信号とカム信号からエンジンの気筒を判別するとともに、クランク位置を把握し、この情報を基に燃料を供給し、燃料に点火して燃焼させエンジンを適正に運転する。

５．アイドルストップ時のエンジン再始動
本実施の形態１に係るアイドルストップ機構は、無駄な燃料の消費を抑制すべく、信号待ち等の、車両が短期的に停止しているときに、エンジンを自動的に停止させるとともに、走行開始指令がされたとき（例えば、アクセルペダルが踏み込まれた場合、あるいはブレーキが解除された場合）に、エンジンを自動的に再始動する。以下、エンジン回転中の再始動時の制御の詳細を説明する。

図５は、本発明の実施の形態１で、エンジン停止過程におけるクランク位置とエンジン回転との関係を示すタイムチャートである。なお、この図５中に示した「スタータ駆動可能領域」とは、スタータを駆動してスタータのピニオンを飛出させ、エンジンのリングギヤとスタータのピニオンを噛合わせ、スタータのモータの回転力をエンジンに伝達し、エンジンを始動することが可能である領域を表している。

所定のクランク位置（本実施の形態１では、ＡＴＤＣ５度の位置を所定のクランク位置としているが、回転変化が少なく精度よく判断可能となる回転変化の変曲点付近であればよい）におけるエンジン回転数を表すポイントを、図中にＡ、Ｂで示す。また、所定のクランク位置の回転数が、逆転をする前の位置であるか否かを判断するためにあらかじめ設定される回転数を、「所定の回転数」として図中に示す。

これにより、エンジン制御手段１０は、所定のクランク位置Ａのポイントでは、エンジン回転数が所定の回転数を上回っているので、次に来る所定のクランク位置Ｂのポイントでは、まだエンジンは逆転しないことが判別できる。さらに、エンジン制御手段１０は、所定のクランク位置Ｂのポイントでは、エンジン回転数が所定の回転数を下回っているので、次の所定のクランク位置が来る前にエンジンが逆転すると判断可能となる。

ここで、エンジン制御手段１０は、逆転すると判断した所定のクランク位置Ｂのポイントでのエンジン回転数の高低により、次に生じるエンジンの逆転の高低を判断することができる。具体的には、エンジン制御手段１０は、所定のクランク位置Ｂのポイントでのエンジン回転数が高い場合（所定の判断回転数よりも大きい場合）には、エンジンの回転慣性が大きいため、エンジンの逆転が大きくなると判断できる。一方、エンジン制御手段１０は、所定のクランク位置Ｂのポイントでのエンジン回転数が低い場合（所定の判断回転数以下の場合）には、エンジンの逆転は小さいと判断できる。

さらに、本実施の形態１のエンジン始動装置におけるエンジン制御手段１０は、この所定の回転数を、エンジンの停止挙動が変化する要因となる車の状態で補正する第１の補正機能を有することができる。このような第１の補正機能を有することで、スタータの駆動可否の判定精度を向上させることが可能となる。

この第１の補正機能は、車の状態の一例として、スロットル開度に応じた回転数で、所定の回転数を補正することができる。具体的には、エンジンのスロットルが開いていると、気筒内に空気が多く入るので、エンジンの脈動が大きくなり、逆転前の所定のクランク位置の回転数が高くなる。逆に、スロットルが閉じていると、気筒内の空気が少ないので、エンジンの脈動は小さくなり、逆転前の所定のクランク位置の回転数が低くなる。

そこで、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、所定の回転数Ｎをスロットル開度に応じた回転数ΔＮで補正し、Ｎ±ΔＮを補正後の所定の回転数とするように補正することができる。なお、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、スロットル開度の代わりに、エンジンの吸気圧に応じて補正しても、同様に、所定の回転数を車の状態に応じて適切に補正することが可能である。

また、エンジン潤滑油の粘度は、温度により変化するため、摩擦が変化するので、油温や水温に応じて、逆転前の所定のクランク位置の回転数が変化する。そこで、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、車の状態として、油温や水温に基づいて所定の回転数を補正することも可能である。

例えば、エンジンが充分暖機された状態での所定の回転数Ｎに対し、エンジンの油温・水温が低い場合には、エンジン潤滑油の粘性が高いため回転の抵抗となり、所定の回転数はＮより高くなる。このため、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、エンジンの水温や油温に応じた回転数ΔＮで所定の回転数を補正し、Ｎ±ΔＮを補正後の所定の回転数とすることができる。

また、車輪軸から変速機を介して回転力がエンジンに伝達されるため、車速に応じて、逆転前の所定のクランク位置の回転数が変化する。そこで、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、車の状態として、車両の車速に基づいて所定の回転数を補正することも可能である。

例えば、車速がない状態でエンジン停止命令が発生した場合の所定の回転数Ｎに対し、車速がある場合にエンジン停止命令が発生した場合には、車輪軸からの回転力がエンジンに伝達されるため、所定の回転数は、Ｎより低くなる。このため、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、車速に応じた回転数ΔＮで所定の回転数を補正し、Ｎ−ΔＮを補正後の所定の回転数とすることができる。

また、ブレーキの踏み加減により、エンジンの停止挙動が変化するため、ブレーキの踏力に応じて、逆転前の所定のクランク位置の回転数が変化する。そこで、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、車の状態として、ブレーキの踏力に基づいて所定の回転数を補正することも可能である。

例えば、通常のブレーキよりもブレーキを深く踏み込む急ブレーキの場合には、車輪軸が速く停止するため、エンジンの回転も早く停止し、所定の回転数Ｎは、高くなる。このため、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、ブレーキの踏力、あるいは踏込代に応じた回転数ΔＮで所定の回転数を補正し、Ｎ±ΔＮを補正後の所定の回転数とすることができる。なお、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、ブレーキの踏力の代わりに、車両の加速Ｇに応じて補正しても、同様に、所定の回転数を車の状態に応じて適切に補正することが可能である。

また、エンジン停止前の変速機の減速比により車軸側からエンジンに伝わる回転力が変化するため、変速機の状態に応じて、逆転前の所定のクランク位置の回転数が変化する。そこで、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、車の状態として、変速機の状態に基づいて所定の回転数を補正することも可能である。

例えば、変速段がエンジンのトルクを増大するようなローギヤ比の場合には、車輪軸側からの力がエンジンに伝達されやすくなる。反対にハイギヤ比の場合には、車輪軸側からの力がエンジンに伝達されにくくなる。そこで、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、車軸側からの力の伝達度合いを変速機のギヤ比に応じて補正回転数を補正ｋ・ΔＮし、Ｎ±ｋ・ΔＮを補正後の所定の回転数とすることができる。

さらに、電気負荷により、発電機の発電状態が変化するため、電気負荷に応じて、逆転前の所定のクランク位置の回転数が変化する。そこで、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、車の状態として、電気負荷に基づいて所定の回転数を補正することも可能である。

例えば、発電量が大きい場合には、エンジンを速く停止させるため、発電量が無い場合の所定の回転数Ｎよりも高くなる。このため、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、発電量に応じた回転数ΔＮで所定の回転数を補正し、Ｎ±ΔＮを補正後の所定の回転数とすることができる。なお、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、電気負荷の代わりに、車両電気負荷に応じて補正しても、同様に、所定の回転数を車の状態に応じて適切に補正することが可能である。

なお、上記では、エンジン制御手段１０内の第１の補正機能は、補正量を加減算することで所定の回転数の補正を実施しているが、第１の補正機能は、この態様に限定されるものではない。車両の状態と補正後の回転数を対応させてマップ化しておき、あらかじめ記憶しておくなど、同等の態様すべてを含むものである。

さらに、図５においては、スタータ駆動領域を逸脱するタイミングを「スタータ駆動禁止開始タイミング」として示している。本実施の形態１において、このスタータ駆動禁止開始タイミングは、エンジンのクランク位置を基にして決めている。なお、このスタータ駆動禁止開始タイミングは、エンジンの回転数を基に決定することも可能である。また、このスタータ駆動禁止開始タイミングは、所定のクランク位置のＢの時点からの経過時間で決めることも可能である。

また、図５においては、スタータ駆動禁止開始タイミングの後、スタータ駆動可能領域にエンジン回転数が復帰したポイントを、「スタータ駆動許可（禁止解除）タイミング」として示している。本実施の形態１において、このスタータ駆動許可（禁止解除）タイミングは、クランク位置を基にして決めている。

なお、スタータ駆動許可（禁止解除）タイミングは、スタータ駆動禁止開始タイミングから所定時間経過した時点として決めてもよく、所定のクランク位置のＢの時点からの経過時間で決めることも可能である。また、このスタータ駆動許可（禁止解除）タイミングは、エンジンの回転数を基にして決定することも可能である。さらには、スタータ駆動禁止・許可（禁止解除）のタイミングは、これらの組合せによって決定することも可能である。

なお、本実施の形態１において、スタータ駆動禁止・許可（禁止解除）のタイミングの設定に関しては、スタータの駆動可能領域を基にして、スタータ駆動開始から機構部が動作するタイムラグを考慮して決定している。

次に、再始動時制御に関して、フローチャートを用いて、詳細に説明する。図６は、本発明の実施の形態１におけるエンジン停止時のエンジン再始動制御を示すフローチャートである。具体的には、エンジン停止過程において、再始動要求が発生している場合の動作を示している。

まず、ステップＳ６０１において、エンジン制御手段１０は、クランク信号およびカム信号に基づいて、クランク信号が所定のクランク位置であるか否かを判断する。そして、エンジン制御手段１０は、所定のクランク位置でないと判断した場合（ステップＳ６０１：ＮＯ）には、ステップＳ６０１に戻り、所定のクランク位置であると判断した場合（ステップＳ６０１：ＹＥＳ）には、次のステップＳ６０２に進む。

次に、ステップＳ６０２において、エンジン制御手段１０は、所定のクランク位置でのエンジン回転数が、所定の回転数を下回っているか否かを判断する。そして、エンジン制御手段１０は、エンジン回転数が所定の回転数を下回っていないと判断した場合（ステップＳ６０２：ＮＯ）には、ステップＳ６０１に戻り、下回っていると判断した場合（ステップＳ６０２：ＹＥＳ）には、次のステップＳ６０３に進む。

次に、ステップＳ６０３において、エンジン制御手段１０は、エンジン回転数がスタータの駆動許可範囲内であるか否かを判断する。そして、エンジン制御手段１０は、エンジン回転数がスタータの駆動許可範囲内であると判断した場合（ステップＳ６０３：ＹＥＳ）には、ステップＳ６０４に進み、スタータの電磁スイッチ１４への通電を開始する。

電磁スイッチ１４のコイル１４ａへの通電により、プランジャ１５が吸引され、プランジャ１５に係合されたレバー１９を介してピニオンギヤ１７が移動し、ピニオンギヤ１７がリングギヤ１２と噛み合うこととなる。

また、プランジャ１５の移動により電磁スイッチ１４の内部に構成された接点１４ｂが閉じ、モータ１８へと通電され、ピニオンギヤ１７を回転させ、モータ１８の駆動力をエンジンに伝達する。

そして、スタータを駆動した後、ステップＳ６０５に進み、エンジン制御手段１０は、エンジンの完爆を判断する。ここで、エンジン制御手段１０は、完爆したと判断する（ステップＳ６０５：ＹＥＳ）と、次のステップＳ６０６に進み、スタータを停止し再始動時制御を終了する。

一方、先のステップＳ６０３において、エンジン回転数が駆動許可範囲外（ステップＳ６０３：ＮＯ）であると判断した場合には、エンジン制御手段１０は、ステップＳ６０７に進む。そして、ステップＳ６０７において、エンジン制御手段１０は、エンジンが逆転時のスタータ駆動禁止領域に入っているか否かを判断し、エンジン逆転時のスタータ駆動禁止領域でないと判断した場合（ステップＳ６０７：ＮＯ）には、ステップＳ６０３に戻る。一方、エンジン逆転時のスタータ駆動禁止領域内であると判断した場合（ステップＳ６０７：ＹＥＳ）には、エンジン制御手段１０は、次のステップＳ６０８に進む。

そして、ステップＳ６０８において、エンジン制御手段１０は、スタータ駆動許可（禁止解除）タイミングになったか否かを判断する。ここで、エンジン制御手段１０は、駆動が許可（禁止解除）されたと判断した場合（ステップＳ６０８：ＹＥＳ）には、ステップＳ６０４に進み、スタータを駆動してエンジンを始動し、エンジンが完爆する（ステップＳ６０５）とスタータを停止して（ステップＳ６０６）再始動制御を終了する。

一方、先のステップＳ６０８において、駆動が許可（禁止解除）されなかったと判断した場合（ステップＳ６０８：ＮＯ）には、エンジン制御手段１０は、ステップＳ６０８に戻り、スタータ駆動が許可（禁止解除）されたか否かを判断する。

なお、上記は、ステップＳ６０１、Ｓ６０２により、所定のクランク位置の回転数が、所定の回転数以下となったか否かを判断する場合について説明したが、所定の回転数以下の領域において所定のクランク位置を検出したか否かを判断することも可能であり、同様の効果を得ることができる。

以上のように、実施の形態１によれば、エンジンの所定のクランク位置（例えば、各気筒のＴＤＣ位置）における回転数が、所定の回転数以下か否かを判断することによって、係るエンジン逆回転状態が発生する前に、スタータの駆動を禁止する制御を行っている。従って、スタータに過度な負荷が生ずることがなく、スタータの破損を未然に防ぐことが可能となる。さらに、スタータやエンジンリングギヤの伝達機構の破損を未然に防ぐことが可能となる。

また、スタータ駆動禁止期間中にエンジンを再始動する命令が発せられた場合には、エンジンのリングギヤとピニオンギヤとが噛合える状態であること（例えば、スタータ駆動禁止成立から所定時間経過した後であること）を判断することで、スタータの駆動禁止を解除して、エンジンを始動する制御を行う。従って、エンジンが完全に停止する前にスタータを駆動してエンジンを始動することができ、早期にエンジンを始動することが可能となる。

なお、上記は、エンジンのリングギヤとピニオンギヤとが噛合える状態であることを、スタータ駆動禁止成立から所定時間経過した後として判断する場合について説明したが、エンジンの回転数が所定の回転数以内となった場合として判断することも可能である。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、エンジン停止時のエンジン再始動制御において、エンジン回転数を所定の回転数と比較する処理を行う場合について説明した。これに対して、本実施の形態２では、エンジン停止時のエンジン再始動制御において、エンジン回転数を所定の回転数と比較する代わりに、エンジン回転数が所定の回転数範囲内にあるかを判断する処理を行う場合について説明する。

図７、図８は、本発明の実施の形態２で、エンジン停止過程におけるクランク位置とエンジン回転との関係を示すタイムチャートである。より具体的には、図７は、所定のクランク位置におけるエンジン回転数を表すポイントＢが、所定の回転数範囲内に入った場合のタイムチャートを表している。これに対し、図８は、所定のクランク位置におけるエンジン回転数を表すポイントＤが、所定の回転数範囲内に入らず、所定の回転数範囲の下限を下回った場合のタイムチャートを表している。

次に、図７、図８のように、所定の回転数に範囲を設けた場合の動作について、フローチャートを用いて詳細に説明する。図９は、本発明の実施の形態２におけるエンジン停止時のエンジン再始動制御を示すフローチャートである。具体的には、エンジン停止過程において、再始動要求が発生している場合の動作を示している。なお、図９中、ステップＳ６０１、Ｓ６０３〜Ｓ６０８は、先の実施の形態１における図６と同じ動作を表しており、動作の異なるステップＳ９０１、Ｓ９０２を中心に、以下に説明する。

ステップＳ９０１において、エンジン制御手段１０は、所定のクランク位置でのエンジン回転数が、所定の回転数範囲内に入っているか否かを判断する。そして、エンジン制御手段１０は、エンジン回転数が所定の回転数範囲内である（図７におけるポイントＢに相当）と判断した場合（ステップＳ９０１：ＹＥＳ）には、ステップＳ６０３に進み、以降、先の図６と同じ動作を行う。

一方、ステップＳ９０１において、エンジン制御手段１０は、エンジン回転数が所定の回転数範囲外であると判断した場合（ステップＳ９０１：ＮＯ）には、ステップＳ９０２に進み、エンジン回転数が所定の回転数範囲の下限を下回ったかを判断する。そして、エンジン制御手段１０は、エンジン回転数が所定の回転数範囲の下限を下回っていないと判断した場合（ステップＳ９０２：ＮＯ）には、エンジン回転数が所定の回転数範囲の上限を上回っている（図７におけるポイントＡ、図８におけるポイントＣに相当）と判断し、ステップＳ６０１に戻る。

一方、先のステップＳ９０２において、エンジン制御手段１０は、エンジン回転数が所定の回転数範囲の下限を下回った（図８におけるポイントＤに相当）と判断した場合（ステップＳ９０２：ＹＥＳ）には、ステップＳ６０３に進み、スタータの駆動可否を判断する。

図８に示したように、ポイントＤを通過した後に、一旦、スタータ駆動許可範囲に入った場合は、このタイミング以降、いつでも再始動要求があれば、すぐにエンジンを始動する動作に入ることが可能となる。なお、このスタータの駆動許可判断は、クランク位置で判断してもよく、エンジンの回転数であってもよく、また、エンジン回転数が所定の回転数範囲の下限を下回った時点からの経過時間であっても同様の判断が可能となる。

先の実施の形態１で説明したように、所定のクランク位置でのエンジン回転数が所定の回転数以下であるか否かでエンジンの逆転を判断する場合には、エンジンが逆転することを考慮するため、禁止区間（図５におけるスタータ駆動禁止タイミングからスタータ駆動許可（禁止解除）タイミングの区間に相当）が発生する。

これに対して、本実施の形態２のように、エンジンの逆転を所定のクランク位置でのエンジン回転数が所定の回転数範囲内であるか否かでエンジンの逆転を判断することで、図８に示すように、所定のクランク位置でのエンジン回転数が所定の回転数範囲内の下限を下回った場合には、逆転を考慮しなくてもよくなり、より早期にエンジンを始動することが可能となる。

なお、上記は、ステップＳ６０１、Ｓ９０１、Ｓ９０２により、所定のクランク位置のエンジン回転数が所定の回転数範囲内となったか否か、そしてエンジン回転数が所定の回転数範囲内の下限を下回ったか否かを判断する場合について説明した。これに対して、所定の回転数範囲の領域において、所定のクランク位置を検出したか否かを判断し、そして、所定の回転数範囲内で所定のクランク位置が検出されず、所定の回転数範囲の下限を下回って所定のクランク位置を検出するか否か判断することも可能であり、同様の効果を得ることができる。

さらに、本実施の形態２のエンジン始動装置におけるエンジン制御手段１０は、所定のクランク位置の回転数によって、スタータの駆動可否の判断条件（スタータ駆動許可・禁止タイミング）を補正する第２の補正機能を有することができる。このような第２の補正機能を有することで、精度よくスタータの駆動可否を判断することが可能となる。

上述したように、エンジンの逆転の大きさは、所定のクランク位置のエンジン回転数が高ければ、エンジンの回転慣性が大きいため、逆転の回転数は大きくなり、反対に、所定のクランク位置のエンジン回転数が低ければ、逆転の回転数は小さくなる。

このため、この第２の補正機能は、所定のクランク位置の回転数が高い場合には、スタータの駆動可否の判断条件を以下のように補正することができる。すなわち、エンジン制御手段１０内の第２の補正機能は、判断基準がクランク位置の場合には、エンジン回転数が高いことでエンジンの回転変化が大きいので、禁止タイミングは早めに補正し、許可タイミングは遅らせるように補正する。

また、エンジン制御手段１０内の第２の補正機能は、経過時間を判断基準とする場合には、禁止タイミングは経過時間を短くするように補正し、許可タイミングは禁止タイミングからの経過時間が短くなるように補正する。

また、エンジン制御手段１０内の第２の補正機能は、エンジン回転数を判断基準とする場合には、エンジン回転数が高いことでエンジン回転の変化が大きいので、禁止タイミングは回転数が高くなる方向に補正し、許可タイミングは回転数が低くなる方向に補正する。

反対に、所定のクランク位置の回転数が低い場合には、エンジン制御手段１０内の第２の補正機能は、前記の補正とは逆の補正をすることとなる。このような第２の補正機能により、精度よくスタータの駆動禁止可否を補正することが可能となる。

なお、上記では、補正量を増減して補正を実施しているが、第２の補正機能は、この態様に限定されるものではない。所定のクランク位置の回転数に応じた補正後の値をマップ化しておき、あらかじめ記憶しておくなど、同等の態様すべてを含むものである。

以上のように、実施の形態２によれば、エンジンの所定のクランク位置（例えば、各気筒のＴＤＣ位置）における回転数が、所定の回転数範囲内か否かを判断することによって、係るエンジン逆回転状態が発生する前に、スタータの駆動を禁止する制御を行っている。従って、スタータに過度な負荷が生ずることがなく、スタータの破損を未然に防ぐことが可能となる。さらに、スタータやエンジンリングギヤの伝達機構の破損を未然に防ぐことが可能となる。

また、スタータ駆動禁止期間中にエンジンを再始動する命令が発せられた場合には、エンジンのリングギヤとピニオンギヤとが噛合える状態であること（例えば、スタータ駆動禁止成立から所定時間経過した後であること）を判断することで、スタータの駆動禁止を解除して、エンジンを始動する制御を行う。従って、エンジンが完全に停止する前にスタータを駆動してエンジンを始動することができ、早期にエンジンを始動することが可能となる。

さらに、所定のクランク位置でのエンジン回転数が、所定の回転数範囲内にはなく、所定の回転数範囲内の下限を下回ってしまっていた場合には、逆転を考慮しなくてもよくなり、より早期にエンジンを始動することが可能となる。

１０ エンジン制御手段（ＥＣＵ）、１１ カム信号発生手段、１３ クランク信号発生手段、２１ 回転体、２１Ａ 歯部、２１Ｂ 歯部、２２ ピックアップ、２３Ａ 歯部、２３Ｂ 欠け歯部（１歯欠け部）、２３Ｃ 欠け歯部（２歯欠け部）、２４ ピックアップ。

Claims (25)

1. エンジンのクランク軸の基準位置を示す情報を含むクランク信号を出力するクランク信号発生手段と、
   前記クランク信号発生手段から受信した前記クランク信号に基づいて前記基準位置を判断することで、前記クランク軸の所定のクランク位置を特定するとともに、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させた後、エンジンの再始動条件が成立するとエンジンを始動させるエンジン制御手段と
   を備えたエンジン始動装置であって、
   前記エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、特定した前記所定のクランク位置のエンジン回転数に基づいて、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転するか否かを推定し、逆転すると推定した後は、スタータ駆動禁止開始タイミングからスタータ駆動禁止解除タイミングまでで規定される禁止範囲、および前記禁止範囲外である許可範囲を設定し、エンジンの回転中に前記エンジンの再始動条件が成立した際には、前記禁止範囲内での再始動を禁止し、前記許可範囲での再始動を行う
   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、
   前記エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、前記所定のクランク位置のエンジン回転数が、所定の回転数以下であると判断した場合には、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転すると判断する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、エンジン回転数が所定の回転数以下になった状態で所定のクランク位置に到達したと判断した場合には、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転すると判断する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、前記所定のクランク位置のエンジン回転数が、所定の回転数範囲内であると判断した場合には、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転すると判断する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
5. 請求項４に記載のエンジン始動装置において、
   前記エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、前記所定のクランク位置の前記エンジン回転数が、前記所定の回転数範囲内に入らずに前記所定の回転数範囲の下限を下回った場合には、エンジンは逆転しない、もしくはエンジンが逆転したとしても前記許可範囲内での逆転であると判断する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
6. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、前記エンジン回転数が所定の回転数範囲内になった状態で所定のクランク位置に到達したと判断した場合には、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転すると判断する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
7. 請求項６に記載のエンジン始動装置において、
   前記エンジン制御手段は、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、前記所定の回転数範囲内で前記所定のクランク位置が検出されず、前記所定の回転数範囲の下限を下回ったところで所定のクランク位置が検出された場合には、エンジンは逆転しない、もしくはエンジンが逆転したとしても前記許可範囲内での逆転であると判断する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記エンジン制御手段は、エンジンが逆転すると判断した際の前記所定のクランク位置におけるエンジン回転数に基づいて、逆転時の回転数の大きさを推定し、推定した前記逆転時の回転数の大きさに応じて前記許可範囲および前記禁止範囲を補正する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
9. 請求項１ないし８のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記所定のクランク位置は、ＴＤＣ付近の位置である
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
10. 請求項２または３に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、前記所定の回転数を、車両ならびにエンジンの状態で補正する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
11. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンの回転数を、特定した前記クランク軸の位置の周期に基づいて算定する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
12. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンの回転数を、特定した前記クランク軸の位置の周期の変化率に基づいて算定する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
13. 請求項１ないし１０のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンの回転数を、特定した前記クランク軸の位置の周期に基づいて算定する場合と、特定した前記クランク軸の位置の周期の変化率に基づいて算定する場合とを、前記クランク軸の位置に応じて切り替える
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
14. 請求項２ないし４、６、８ないし１３のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、前記所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転すると判断した後に、所定のタイミングにおいて、再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
15. 請求項１４に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンのクランク位置が所定位置となったタイミングを前記所定のタイミングとして、前記再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
16. 請求項１４に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンが逆転すると判断した時点から所定の経過時間後のタイミングを前記所定のタイミングとして、前記再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
17. 請求項１４に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンの回転数があらかじめ決められた値以下に到達したタイミングを前記所定のタイミングとして、前記再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
18. 請求項１４に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンのクランク位置が所定位置となったタイミング、エンジンが逆転すると判断した時点から所定の経過時間後のタイミング、およびエンジンの回転数があらかじめ決められた値以下に到達したタイミングの組み合わせで判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
19. 請求項５または７に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、前記エンジンが逆転しない、もしくはエンジンが逆転したとしても前記許容範囲内での逆転であると判断した後に、所定のタイミングにおいて、再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
20. 請求項１９に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンのクランク位置が所定位置となったタイミングを前記所定のタイミングとして、前記再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
21. 請求項１９に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、前記エンジンが逆転しない、もしくはエンジンが逆転したとしても前記許容範囲内での逆転であると判断した時点から所定の経過時間後のタイミングを前記所定のタイミングとして、前記再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
22. 請求項１９に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンの回転数があらかじめ決められた値以下に到達したタイミングを前記所定のタイミングとして、前記再始動の可否を判断する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
23. 請求項１４ないし２２のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記エンジン制御手段は、エンジンが逆転すると判断した際、または前記エンジンが逆転しない、もしくはエンジンが逆転したとしても前記許容範囲内での逆転であると判定した際の、前記所定のクランク位置におけるエンジン回転数により、逆転時の回転数の大きさを推定し、推定した前記逆転時の回転数の大きさに応じて前記所定のタイミングを補正する
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
24. 請求項１ないし２３のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
    前記スタータは、始動時にピニオンを移動させてエンジンリングギヤに噛合わせスタータの回転力をエンジンに伝達することでエンジンを始動し、始動時以外はピニオンとエンジンリングギヤとの噛合いは外れているタイプのスタータである
    ことを特徴とするエンジン始動装置。
25. エンジンのクランク軸の基準位置を示す情報を含むクランク信号を出力するクランク信号発生手段と、
    前記クランク信号発生手段から受信した前記クランク信号に基づいて前記基準位置を判断することで、前記クランク軸の所定のクランク位置を特定するとともに、エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させた後、エンジンの再始動条件が成立するとエンジンを始動させるエンジン制御手段と
    を備えたエンジン始動装置に適用されるエンジン始動方法であって、
    前記エンジン制御手段において、
    エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、特定した前記所定のクランク位置のエンジン回転数に基づいて、次の所定のクランク位置に到達する前にエンジンが逆転するか否かを推定するステップと、
    前記推定するステップにより逆転すると推定された後は、スタータ駆動禁止開始タイミングからスタータ駆動禁止解除タイミングまでで規定される禁止範囲、および前記禁止範囲外である許可範囲を設定するステップと、
    エンジンへの停止条件が成立してエンジンを停止させる過程において、エンジンの回転中に前記エンジンの再始動条件が成立した際には、前記禁止範囲内での再始動を禁止し、前記許可範囲での再始動を行うステップと
    を備えることを特徴とするエンジン始動方法。

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