JP2014077399A - エンジン制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】エンジンの燃焼停止後、エンジンの回転が停止するまでのエンジン回転降下期間におけるエンジン回転速度を精度良く予測する。
【解決手段】ＥＣＵ３０は、エンジン燃焼停止によりエンジン回転速度が降下する際に、その回転降下が生じてからエンジン２０が回転停止するまでの回転降下期間におけるエンジン回転速度を予測する回転予測手段を備える。また、回転予測手段として、回転降下期間のうちエンジン出力軸２２が正回転中のエンジン回転速度を予測する第１予測手段と、エンジン出力軸２２が逆回転中のエンジン回転速度を予測する手段であって、第１予測手段とは異なる第２予測手段と、を備える。ＥＣＵ３０は、予測するエンジン回転速度がエンジン出力軸２２の正回転中か逆回転中かに応じて、回転降下期間におけるエンジン回転速度の予測を、第１予測手段及び第２予測手段のいずれを用いて実施するかを切り替える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジン制御装置に関し、詳しくは、エンジンの燃焼停止後のエンジン回転降下中のエンジン回転速度を予測する技術に関する。
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。
また従来、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下中に再始動要求があった場合に、エンジン出力軸の回転が停止するのを待たずに、再始動要求後、できるだけ速やかにエンジン再始動を行うことが提案されている。また、この場合のエンジン再始動に際し、エンジン回転降下中のエンジン回転速度を予測することにより、スタータのピニオンをエンジン出力軸に連結されたリングギヤに噛み合わせる動作に必要な時間が経過した後のエンジン回転速度を予測して、その予測データに基づいてスタータ駆動を制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１には、エンジン自動停止に伴いエンジン回転速度が降下する期間では、エンジン回転速度（瞬時回転速度）が脈動しながら降下することを考慮し、所定の演算周期におけるエンジンのロスエネルギに基づいて、次の演算タイミングでのエンジン回転速度を予測することが開示されている。
特開２０１１−１４０９３８号公報
ところで、エンジン自動停止に際し、エンジン回転速度が略ゼロまで低下すると、気筒のピストンが上死点を乗り越えられず、エンジン出力軸の回転方向が正回転から逆回転に切り替わる。またその後、正回転と逆回転とを交互に繰り返し、やがて回転速度ゼロに収束する。ここで、エンジン回転降下中に再始動要求が生じるタイミングは予期できず、例えばエンジン出力軸の逆回転中に再始動要求が生じることもある。このとき、再始動要求後には、できるだけ速やかにエンジンを再始動させることにより、エンジン始動に遅延が生じるのを抑制することが望ましい。
その一方で、ピニオンをリングギヤに噛み合わせるべく、エンジン出力軸の逆回転中にピニオンをリングギヤに当接させると、互いの噛み合い音が大きくなったりギヤの磨耗が生じたりするおそれがある。そのため、ピニオンとリングギヤとの噛み合い動作は、噛み合い音やギヤの磨耗などの観点から許容されるエンジン回転速度域において実施する必要がある。また、同速度域でピニオンとリングギヤとの噛み合いを生じさせるには、エンジン回転速度を精度良く予測する必要がある。しかしながら、上記特許文献１に記載のエンジン回転速度の予測方法は、エンジンの燃焼停止後、エンジン回転速度が最初にゼロになるまで、すなわちエンジン出力軸が正回転している状態のエンジン回転速度については精度良く予測できるものの、エンジン出力軸が逆回転している状態でのエンジン回転速度に適用すると、演算誤差が大きくなってしまう。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、エンジンの燃焼停止後、エンジンの回転が停止するまでのエンジン回転降下期間におけるエンジン回転速度を精度良く予測することができるエンジン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、エンジンの燃焼停止によりエンジン回転速度が降下する際に、その回転降下が生じてから前記エンジンの回転が停止するまでの所定の回転降下期間におけるエンジン回転速度を予測する回転予測手段を備えるエンジン制御装置に関する。また、請求項１に記載の発明は、前記回転予測手段として、前記回転降下期間のうち前記エンジンの出力軸が正回転中のエンジン回転速度を予測する第１予測手段と、前記回転降下期間のうち前記出力軸が逆回転中のエンジン回転速度を予測し、前記第１予測手段とは異なる第２予測手段と、を備え、予測するエンジン回転速度が前記出力軸の正回転中か逆回転中かに応じて、前記回転降下期間におけるエンジン回転速度の予測を、前記第１予測手段及び前記第２予測手段のいずれを用いて実施するかを切り替えることを特徴とする。
エンジン自動停止に伴いエンジン回転速度が降下する期間において、エンジン回転速度の予測を正回転中と逆回転中とで同じ方法で実施すると、演算誤差が大きくなるという知見を本発明者らは得た。これに鑑み、上記構成では、エンジン回転方向に応じて回転予測の手法が異なる２つの回転予測手段を備え、正回転中と逆回転中とで異なる回転予測手段を用いて回転予測を実施する。本構成によれば、エンジンの燃焼停止によりエンジン回転速度が降下する際のエンジン回転速度の予測精度を高めることができる。これにより、例えばエンジン回転速度の予測結果を用いてピニオンとリングギヤとの噛み合い動作を行う際に、その噛み合い動作を最適なタイミングで実施することができる。
また、請求項２に記載の発明は、前記第２予測手段は、前記出力軸の正回転時と逆回転時とで、前記エンジンの回転角度位置が同じ位置では前記エンジンのピストンの移動に伴う摩擦により生じるフリクションロスの作用する方向が互いに逆になることに基づいて、前記出力軸が逆回転中のエンジン回転速度を予測する。
エンジン回転降下期間では、シリンダ容積の増減変化に伴い、エンジン回転速度が周期的に増減する。この増減１周期分を回転脈動期間とした場合、エンジン正回転中では、前後する回転脈動期間でエンジントルク（ロスエネルギ）が同様の傾向で生じ、これによりエンジン回転速度の降下軌道が同様の傾向で脈動しながら次第に降下する。一方、エンジン出力軸が正回転から逆回転に移行する場合、前後する回転脈動期間では、エンジントルク（ロスエネルギ）がそれまでと同様の傾向で生じるといった前提が成立しない。これは、ロスエネルギのうち、ピストンの圧縮・膨張によるコンプレッション成分については、エンジン回転方向にかかわらず同一方向に作用するのに対し、ピストンの移動に伴い摩擦が働く方向はエンジン回転方向に依存し、正回転時と逆回転時では逆方向に作用するからである。そのため、正回転中のロスエネルギをそのまま用いて、逆回転中のエンジン回転速度を予測すると、実際のエンジン回転速度からのズレが大きくなり、回転予測を精度良く実施できない。
この点に鑑み、上記構成では、エンジン出力軸の正回転時と逆回転時とで、エンジンの回転角度位置に対するフリクションロスの作用する方向が互いに逆になることに基づいて、逆回転中のエンジン回転速度を予測する。この構成によれば、正回転中と逆回転中とのロスエネルギの相違を考慮してエンジン回転速度を算出でき、その結果、回転予測の精度を高めることができる。
エンジン制御システムの全体概略を示す構成図。 第１予測手段によるエンジン回転予測を説明するための図。 第１予測手段による逆回転中のエンジン回転速度の予測結果を示す図。 ピストンの進行方向、摩擦の作用方向及びエンジン回転方向と、フリクショントルク及びコンプレッショントルクとの関係をエンジンの行程毎に示す図。 第２予測手段によるエンジン回転予測を説明するための図。 正回転から逆回転への切り替わり直後のエンジン回転予測を説明する図。 第１の実施形態の予測値算出処理を示すフローチャート。 移動禁止期間の設定についての説明図。 第１の実施形態のスタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャート。 第２の実施形態の予測値算出処理を示すフローチャート。 逆回転予測用マップの一例を示す図。 第２の実施形態のスタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャート。
（第１の実施形態）
以下、第１の実施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、４サイクル４気筒エンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。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。
図１において、スタータ装置１０は、ピニオン押出し式のエンジン始動装置であり、ピニオン１１を回転駆動するモータ１２と、ピニオン１１をその軸線方向に押出し可能な電気駆動式のアクチュエータとしての電磁アクチュエータ１３と、を備えている。モータ１２は、モータ通電用リレー１５を介してバッテリ１６に接続されており、モータ通電用リレー１５のスイッチ部が閉状態となることにより、バッテリ１６からモータ１２への給電が可能になっている。また、モータ通電用リレー１５のコイルには、電気信号により開閉可能なモータ駆動リレー１４が接続されている。このモータ駆動リレー１４への閉信号により、モータ通電用リレー１５のスイッチ部が閉状態となり、バッテリ１６からモータ１２への給電が行われる。
電磁アクチュエータ１３は、ピニオン１１にレバー等を介して駆動力を伝達するプランジャ１７と、通電に伴いプランジャ１７を軸線方向に移動させるコイル１８と、を備えており、ピニオン駆動リレー１９を介してバッテリ１６に接続されている。ピニオン駆動リレー１９は、モータ駆動リレー１４に対する電気信号とは別個の電気信号により開閉可能となっている。これにより、モータ１２によるピニオン１１の回転駆動と、電磁アクチュエータ１３によるピニオン１１の押出しと、を独立して制御可能になっている。
ピニオン１１は、エンジン２０の出力軸（クランク軸２２）に連結されたリングギヤ２１に対して、ピニオン１１の押出しに伴い互いの歯部が噛み合い可能な位置に配置されている。詳しくは、電磁アクチュエータ１３の非通電時では、ピニオン１１はリングギヤ２１に対して非接触の状態になっている。この非接触の状態において、ピニオン駆動リレー１９がオンされる（閉状態にされる）と、バッテリ１６から電磁アクチュエータ１３への給電によりプランジャ１７が軸線方向に吸引されるとともに、ピニオン１１がリングギヤ２１に向かって押し出される。このとき、リングギヤ２１の外周縁に設けられた歯部と歯部との間に、ピニオン１１の外周縁に設けられた歯部が嵌り込むことにより、ピニオン１１の歯部とリングギヤ２１の歯部との噛み合いが生じる。また、この噛み合いが生じている状態でモータ１２へ通電されることにより、ピニオン１１によってリングギヤ２１が回転され、エンジン２０に初期回転が付与される（エンジン２０のクランキングが行われる）。
本システムには、エンジン２０の所定クランク角毎に矩形状の信号を出力するクランク角センサ２３が設けられている。クランク角センサ２３は、クランク軸２２と一体に回転するパルサ（回転円板）２４と、パルサ２４の外周部近傍に設けられた電磁ピックアップ部２５と、を備えている。パルサ２４の外周部には、所定の回転角度間隔（本実施形態では３０°ＣＡ間隔）で突起２６が設けられているとともに、その外周部の一部において複数の突起（例えば２歯分の突起）を欠落させた欠歯部２７が設けられている。クランク軸２２の回転に伴いパルサ２４が回転すると、パルサ２４の突起２６が電磁ピックアップ部２５に近付く毎に（本実施形態では、基本的には３０°ＣＡ毎に）電磁ピックアップ部２５から検出信号（クランクパルス信号）が出力される。このクランクパルス信号のパルス幅に基づきエンジン回転速度や角速度が算出されるとともに、クランクパルス信号をカウントしてクランク角が算出される。
ＥＣＵ３０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、それら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、スタータ装置１０の駆動制御を実施する。
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自動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。エンジン自動停止条件としては、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。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。
本システムでは、エンジン自動停止に伴いエンジン２０の回転降下が生じる所定期間（回転降下期間）内に再始動条件が成立した場合、エンジン２０の回転が完全に停止するのを待たずに、できるだけ早いタイミングでエンジン２０を再始動することとしている。
具体的には、自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止し、その燃焼停止に伴う回転降下期間中に再始動条件が成立した場合、まず、エンジン回転速度に基づき決定されるタイミング（例えば、１００ｒｐｍ以下の低回転領域内）でピニオン駆動リレー１９にオン信号を出力する。これにより、コイル１８に通電され、ピニオン１１がリングギヤ２１に向かって押し出される。また、ピニオン１１の押出しタイミングから所定の移動所要時間Ｔｐが経過した後、モータ駆動リレー１４にオン信号を出力する。ここで、移動所要時間Ｔｐは、ピニオン１１の押出し開始から、ピニオン１１がリングギヤ２１との接触位置まで移動してリングギヤ２１に当接するのに要する時間に設定されている。これにより、エンジン２０の回転が完全に停止するのを待たずに、ピニオン１１がリングギヤ２１に噛み合わされた状態で回転され、エンジン２０のクランキングが実施される。
ここで、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いは、両者の噛み合い音やギヤの摩耗を最小限に抑えるべく、ピニオン１１に対するリングギヤ２１の相対回転速度が所定の許容範囲（例えば０±１００ｒｐｍ）となるタイミングで実施することが好ましい。ところが、ピニオン１１とリングギヤ２１とは非接触の状態で配置されており、ピニオン１１を押し出してリングギヤ２１に当接させるには所定時間がかかる。そのため、再始動要求のタイミングでピニオン１１の押出しを実施した場合、再始動要求のタイミングでは、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いを許容する許容範囲内にエンジン回転速度があっても、実際の噛み合い時には許容範囲外となることがある。
また、本実施形態のクランク角センサ２３として使用されるような電磁ピックアップ式の回転角センサでは、クランクパルス信号を出力できるエンジン回転速度域に限界があり、低回転域（例えば５０ｒｐｍ以下の領域）でのエンジン回転速度を精度良く検出できない。これは、エンジン低回転領域では、回転角センサにおいて歯部（突起２６）の通過を検出できない、換言すれば、電磁ピックアップ式センサであれば磁界変化が生じにくくなるからである。そのため、クランク角センサ２３の検出値を用いてスタータ制御を実施すると、低回転領域では制御性が低下するおそれがある。
そこで、ＥＣＵ３０は、エンジン回転降下期間において、現時点よりも後のエンジン回転速度を予測しており、その予測データを用いることにより、ピニオン１１の押出しタイミング及びモータ１２の駆動タイミングを決定している。特に本実施形態では、エンジン回転降下期間のエンジン回転速度を予測する回転予測手段として、回転降下期間のうちクランク軸２２が正回転中のエンジン回転速度を予測する第１予測手段を備えるとともに、この第１予測手段とは別に、第１予測手段とは異なる回転予測手段として、クランク軸２２が逆回転中のエンジン回転速度を予測する第２予測手段を備えている。
つまり、エンジン自動停止後において、エンジン回転速度が略ゼロまで低下すると、気筒のピストンが上死点を乗り越えられず、クランク軸２２の回転方向が正回転から逆回転に切り替わる。また、逆回転になった後では、正回転と逆回転とを繰り返し、やがて回転速度ゼロに収束する。本実施形態では、エンジン自動停止によるエンジン２０の燃焼停止後、最初に回転速度ゼロになるまでのエンジン回転速度については、第１予測手段によりエンジン回転速度の予測値を算出する。そして、第１予測手段により算出した回転予測値が負の値となった場合、それよりも後のエンジン回転速度の予測を、第１予測手段から第２予測手段に切り替えて実施する。以下、本システムにおける回転予測方法について詳述する。
まず、第１予測手段により回転予測値を算出する方法について説明する。本実施形態における第１予測手段は、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１周期分を回転脈動期間とし、前の回転脈動期間のロスエネルギに基づいてその後の回転脈動期間のエンジン回転速度を予測することにより、エンジン正回転中のエンジン回転速度を予測する。
より詳細には、第１予測手段は、エンジン回転降下期間において正回転中のロスエネルギは、ピストン位置で決まる回転角度位置では一定であると仮定し、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（本実施形態では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のエンジン回転速度に基づいて、その後の回転脈動期間のエンジン回転速度を予測するものである。つまり、本実施形態の第１予測手段は、エンジン正回転中では、前後する回転脈動期間でエンジントルクが同様の傾向で生じると仮定して、現時点よりも後のエンジン回転速度を予測する。なお、瞬時回転速度は、クランク軸２２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である。この予測方法では、次のクランクパルス信号が出力される回転角度位置（クランク角度位置）、すなわち次の演算タイミングの瞬時回転速度の予測値を算出するとともに、その回転予測値に基づいて、更にその次の演算タイミングの瞬時回転速度の予測値を算出するといった処理を複数回繰り返す。これにより、エンジン回転降下期間内でのエンジン回転軌道の予測が可能となる。
図２は、第１予測手段によるエンジン回転速度の予測値の算出方法を説明するための図である。なお、図２では、各気筒の上死点（ＴＤＣ）から次のＴＤＣまでの１８０℃Ａ区間（回転脈動期間）のうち、今回の回転脈動期間をＳ[j]、前回の回転脈動期間をＳ[j-1]、次回の回転脈動期間をＳ[j+1]と示している。
ＥＣＵ３０は、エンジン自動停止条件の成立後の回転降下期間において、クランク角センサ２３からクランクパルス信号が入力される毎に（本実施形態では３０°ＣＡ毎に）、前回のパルスの立ち上がりタイミングから今回のパルスの立ち上がりタイミングまでの時間である時間幅Δt[sec]に基づいて瞬時回転速度Ne(i)を算出し、これを都度記憶する。また、ＴＤＣから所定回転角度θ（クランク分解能）ごとの瞬時回転速度Ne(θ,i-1)の変化に基づいて、回転脈動期間における回転角度位置間のエンジントルクTe(θn-θn+1)を算出する。例えば前回の回転脈動期間（前回の１８０℃Ａ区間）Ｓ[j-1]における回転角度位置間のエンジントルクTe(j-1)(θn-θn+1)は、下記式（１）により表される。
Te(j-1)(θn-θn+1)＝−Ｊ・（（ω(j-1)(θn+1)）2 −（ω(j-1)(θn)）2）／２ …（１）
ω(θn)[rad/sec]＝Ne(θn)×360／60
なお、式（１）中、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されている。
図２において、現在のクランク角度位置がＴＤＣ後３０℃Ａであり、それ以降のエンジン回転速度を予測する場合、まず、クランクパルス信号に基づいて、現時点の瞬時回転速度Ne(30,i)を算出する。また、その算出した瞬時回転速度Ne(30,i)と、直前のクランク角度位置の瞬時回転速度Ne(0,i)とを用いて、上記式（１）によりエンジントルクTe(0-30,i)を算出し、これを記憶する。
次いで、前回の１８０℃Ａ区間Ｓ[j-1]において、ＴＤＣを基準とする回転角度が予測点と同じになるクランク角度位置と、その前回のクランク角度位置との間のエンジントルク、ここではエンジントルクTe(j-1)(30-60)と、現在の瞬時回転速度Ne(30,i)とを用いて、次のパルスの立ち上がりタイミングのエンジン回転速度の予測値として、クランク角度位置６０℃Ａの予測値Ne(60,i)を演算する。併せて、クランク角度位置３０℃Ａから６０℃Ａに到達するまでの予測到達時間ｔ(j)(30-60)を演算する。さらに、前回の１８０℃Ａ区間Ｓ[j-1]のクランク角度位置６０℃Ａから９０℃ＡまでのエンジントルクTe(j-1)(60-90)と、エンジン回転速度の予測値Ne(60,i)とを用いて、今回の１８０℃Ａ区間Ｓ[j]においてＴＤＣ後の回転角度９０℃Ａのクランク角度位置の予測値Ne(90,i)を演算するとともに、クランク角度位置６０℃Ａから９０℃Ａに到達するまでの予測到達時間ｔ(j)(60-90)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）を予測するとともに、その予測データを例えば線形補間することにより、回転降下期間におけるエンジン回転速度の軌道を予測する。なお、この予測方法に基づき算出した瞬時回転速度の予測値が図２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、クランクパルス信号の入力毎（３０℃Ａ毎）に、次のクランクパルス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。このとき、次のクランクパルス信号入力までの期間では、エンジン２０の回転が停止するまでのエンジン回転降下軌道を予測してもよいし、あるいは、エンジン回転が停止する前の途中の時点で予測演算を打ち切ってもよい。なお、エンジン回転速度（瞬時回転速度）を角速度に換算して予測演算を行うようにしてもよい。
次に、第２予測手段によるエンジン回転速度の予測値の算出方法について説明する。第１予測手段では、エンジン燃焼停止後のロスエネルギは、ピストン位置で決まるクランク角度位置が同じであれば一定であると仮定してエンジン回転速度の予測値を算出したが、エンジン２０の回転方向が正回転から逆回転に切り替わった場合、正回転と逆回転との間にはこの仮定が成立しなくなる。これは、エンジン２０の燃焼停止状態において作用するエンジントルクのうち、エンジン２０のピストン移動に伴いフリクションロスが作用する方向はエンジン２０の回転方向に依存し、正回転時と逆回転時とでは逆方向に作用するからである。そのため、第１予測手段により、正回転時のロスエネルギを用いて逆回転時のエンジン回転速度の予測値を算出すると、逆回転領域の予測精度が悪化してしまう。第１予測手段により正回転中及び逆回転中のエンジン回転速度を予測した予測データと、実回転速度とを対比した結果を図３に示す。
そこで、本実施形態では、逆回転中の回転予測方法として、正回転中のエンジントルク（ロスエネルギ）に含まれる、エンジン２０のピストンの移動に伴うエンジン各部の摩擦により生じるフリクション成分（フリクショントルク）と、シリンダ容積の増減変化に伴い生じるコンプレッション成分（コンプレッショントルク）と、のうち、フリクション成分が作用する方向がエンジン正回転中と逆回転中とで逆になることに基づいて、逆回転中のエンジン回転速度を予測することとしている。
逆回転時のエンジントルクの算出方法について、図４を用いて更に詳しく説明する。図４中、（ａ）及び（ｂ）はエンジン正回転時、（ｃ）及び（ｄ）はエンジン逆回転時を示す。また、（ａ）及び（ｃ）は、クランク角度位置が下死点（ＢＤＣ）から正回転方向に＋１８０℃Ａまでの範囲にある気筒について、（ｂ）及び（ｄ）は、クランク角度位置が上死点（ＴＤＣ）から正回転方向に＋１８０℃Ａまでの範囲にある気筒について示す。なお、図中では、「筒内圧＞大気圧」の場合を想定している。また、フリクショントルク及びコンプレッショントルクについては、矢印の方向に作用していることを表している。
まず、クランク角度位置がＢＤＣから正回転方向に＋１８０℃Ａまでの範囲にある気筒について、エンジン正回転時では、図４（ａ）に示すように、フリクショントルク及びコンプレッショントルクの両方がエンジン回転方向とは逆方向に作用する。一方、エンジン逆回転時では、図４（ｃ）に示すように、コンプレッショントルクは正回転時と同じ方向、つまりエンジン回転方向と同じ方向に作用し、フリクショントルクは正回転時と逆方向、つまりエンジン２０の回転方向とは逆方向に作用する。なお、「クランク角度位置がＢＤＣから正回転方向に＋１８０℃Ａまでの範囲にある気筒」とは、エンジン正回転時であれば、シリンダ容積が減少する行程（圧縮行程及び排気行程）に相当する。
また、クランク角度位置がＴＤＣから正回転方向に＋１８０℃Ａまでの範囲にある気筒について、エンジン正回転時では、図４（ｂ）に示すように、コンプレッショントルクはエンジン回転方向と同じ方向に作用し、フリクショントルクはエンジン回転方向と逆方向に作用する。これに対し、エンジン逆回転時では、図４（ｄ）に示すように、コンプレッショントルクは正回転時と同じ方向、つまりエンジン回転方向と逆方向に作用し、フリクショントルクは正回転時と逆方向、つまりエンジン２０の回転方向とは逆方向に作用する。なお、「クランク角度位置がＴＤＣから正回転方向に＋１８０℃Ａまでの範囲にある気筒」とは、エンジン正回転時であれば、シリンダ容積が増加する行程（吸気行程及び膨張行程）に相当する。このように、燃焼停止後のエンジントルクのうち、フリクショントルクはエンジン回転方向とは逆方向に作用し、コンプレッショントルクはエンジン回転方向に依存しないことが分かる。
より具体的には、エンジン正回転時に例えばピストンがＢＤＣ側からＴＤＣ側に移動する場合、コンプレッショントルク及びフリクショントルクが、共にエンジン回転方向（正転方向）に対して損失となるように生じる。これに対し、エンジン回転方向が正回転から逆回転に移行し、それに伴いピストンがＴＤＣ側からＢＤＣ側に移動する場合には、フリクショントルクはエンジン回転方向（反転方向）に対して損失となり、コンプレッショントルクは損失とならず、エンジン回転をアシストする側に作用する。
この点に着眼し、本実施形態では、エンジン回転降下期間において、正回転時の回転脈動期間のエンジントルクに含まれる、フリクション成分及びコンプレッション成分の２つの成分のうち、フリクション成分の正負の符号を反転し、その符号反転後のフリクション成分と、符号はそのままのコンプレッション成分と、の和で表されるロスエネルギを逆回転中の回転脈動期間のロスエネルギとし、これを用いて、その後の回転脈動期間のエンジン回転速度を予測することにより、逆回転中のエンジン回転速度を予測する。その手順について、以下詳細に説明する。
まず、エンジン正回転方向と逆向きへの作用方向を正と仮定すると、エンジントルクTe［Nm］は下記式（２）で表される。
Te＝Tef＋Tec …（２）
（式（２）中、Tefはフリクショントルク、Tecはコンプレッショントルクを示す。）
また、燃料カット中のフリクショントルクTeは、図４に示すように、正回転時と逆回転時で符号が反転する。したがって、フリクショントルクの大きさ（絶対値）が一定であると仮定すると、逆回転時のフリクショントルクTef_nは、正回転時のフリクショントルクTef_pを用いて下記式（３）で表される。
Tef_n＝−Tef_p …（３）
燃料カット中のコンプレッショントルクTecについて、エンジン燃焼サイクルの１行程内（本実施形態では１８０℃Ａ）の平均値がゼロであると仮定すると、上記式（２）より、フリクショントルクTefは下記式（４）で表される。なお、下記式（４）は、エンジントルクの１行程内の平均値がフリクショントルクに等しいことを示している。
Figure 2014077399
 （式中、ｎ＝720［deg］÷クランク分解能［deg］÷気筒数である。）
ここで、燃料カット中のコンプレッショントルクが、回転脈動期間内においてＴＤＣからの回転角度が同じクランク角度位置では等しいと仮定すると、逆回転時のコンプレッショントルクTec_nは、正回転時のコンプレッショントルクTec_pを用いて下記式（５）で表される。
Tec_n＝Tec_p＝Te−Tef …（５）
よって、逆回転時のエンジントルクTe_nは、正回転時のエンジントルクTe_pを用いて下記式（６−１）で表される。
Te_n＝Tef_n＋Tec_n＝−Tef_p＋（Te_p−Tef_p）＝Te_p−２×Tef_p …（６−１）
また、上記式（６−１）は、上記式（４）を用いることにより下記式（６−２）で表すことができる。
Figure 2014077399
また、エンジントルクとロスエネルギとは比例関係にあることから、上記式（６−２）は、エンジントルクをロスエネルギに置き換えても成立する。逆回転時のロスエネルギEloss_nの算出式を下記式（７）に示す。この式（７）によれば、正回転時のロスエネルギEloss_pから逆回転時のロスエネルギEloss_nを算出することができる。なお、正回転時のロスエネルギEloss_pは、クランク角センサ２３による検出値又は第１予測手段により算出した回転予測値Ne(i+1)を用いることにより算出することができる。
Figure 2014077399
 （式（７）中、Eloss_pは正回転時のロスエネルギ[rpm2]、Eloss_nは逆回転時のロスエネルギ[rpm2]である。）
次に、エンジン逆回転時の回転予測値を算出する手順について説明する。エンジントルクの作用方向が、正回転時では回転を妨げる側、つまり減速側となる場合には、逆回転時では回転をアシストする側、つまり加速側となる。したがって、クランク角センサ２３により検出済みであるか又は回転予測手段により予測値を算出済みのポイントを基準点P(i)、回転予測するポイントを予測点P(i+1)とした場合（図５参照）、予測点P(i+1)のエンジン回転速度である回転予測値Ne(i+1)は、正回転時には下記式（８）、逆回転時には下記式（９）で表すことができる。なお、ロスエネルギの符号は、エンジン２０の正回転方向と逆向きへの作用方向を「正」とする。
Figure 2014077399
 （式中、Ne(i)は、基準点P(i)のエンジン回転速度、Ne(i+1)は、予測点P(i+1)のエンジン回転速度、Eloss_p(i→i+1)は、正回転時における基準点P(i)から予測点P(i+1)までのロスエネルギ、Eloss_n(i→i+1)は、逆回転時における基準点P(i)から予測点P(i+1)までのロスエネルギを示す。）
本実施形態では、エンジン回転方向が同じであれば、燃料カット中のエンジントルクは、前後する回転脈動期間において、ＴＤＣからのクランク回転角度が同じとなるクランク角度位置では等しいものと仮定している。したがって、上記式（８）において、正回転時のロスエネルギEloss_p(i→i+1)としては、１行程前の（前回の回転脈動期間の）対応するクランク角度位置間のロスエネルギが用いられる。また、上記式（９）において、逆回転時のEloss_n(i→i+1)としては、正回転時の回転脈動期間のうち、基準点P(i)及び予測点P(i+1)とそれぞれ同じクランク角度位置となるクランク角度位置間のロスエネルギを、上記式（７）により逆回転時のロスエネルギに換算した値が用いられる。例えば、図５において、点P(i)〜点P(i+1)の期間と、点P(i-3)〜点P(i-2)の期間とは、ピストンのクランク角度位置（回転角度位置）が同じになる。そのため、点P(i+1)の回転予測値Ne(i+1)を算出する場合には、点P(i-3)〜点P(i-2)の期間のロスエネルギをEloss_pとして、上記式（７）により、点P(i)〜点P(i+1)の期間のロスエネルギEloss_nが算出される。
補足すると、正回転から逆回転に移行した後は、ピストンのクランク角度位置が逆回転側に戻ることになる。その際、図５に示すように、点P(i)は、逆回転になる前（正回転時）の点P(i-2)と同じクランク位置になり、点P(i+1)は、逆回転になる前（正回転時）の点P(i-3)と同じクランク位置になる。この場合、回転方向が正逆異なっていても、同じクランク角度位置であれば、ロスエネルギの値が対応関係にあり、上記式（７）の換算式を用いて、正回転時における点P(i-3)〜点P(i-2)の期間のロスエネルギにより、点P(i)〜点P(i+1)の期間のロスエネルギを算出できる。
また、基準点P(i)から予測点P(i+1)までの時間幅Δt(i→i+1)は、エンジン回転方向に関わらず下記式（１０）で表される。なお、式中、Δθ(i→i+1)は、基準点P(i)から予測点P(i+1)までの回転角度（クランク分解能）である。
Figure 2014077399
ここで、上記式（８）及び式（９）による予測値の算出方法では、基準点P(i)と、その基準点P(i)からクランク分解能と同じ角度だけ回転したクランク角度位置間のロスエネルギを用いて、一定クランク角度毎に回転予測値を算出している。しかしながら、エンジン回転方向が切り替わる際には、パルサ２４の回転方向が反転することにより、電磁ピックアップ部２５を通過した直後の突起２６が再び電磁ピックアップ部２５に近付く。そのため、エンジン回転方向の切り替わりタイミングの前後では、クランクパルス信号の更新間隔が、クランク分解能、すなわち突起２６の間隔（本実施形態では３０℃Ａ）と同じになるとは限らない。そこで本実施形態では、この点を考慮して、基準点P(i)と予測点P(i+1)とでエンジン回転方向が逆方向となる場合には、上記式（８）及び式（９）を用いずに、別の手法により回転予測値を算出することとしている。
以下、エンジン回転方向の切り替わり直後の回転予測値の算出方法について説明する。ここでは、エンジン回転速度が正回転から逆回転に切り替わる場合を一例に挙げて、図６を用いて説明する。その概要としては、まず、正回転中の回転脈動期間のロスエネルギを用いて、エンジン回転速度がゼロになる時刻（ゼロ到達時刻）を算出する。次いで、正回転時の最終パルスからゼロ到達時刻までのクランク角変化量Δθ(i→0)と同じ角度だけ、ゼロ到着時刻のクランク角度位置から逆回転したポイントを、逆回転中の初回パルスの入力タイミングとし、その点P(i+1)のエンジン回転速度及び時刻の予測値を算出する。
詳細には、図６において、基準点P(i)からゼロ到着時刻までのロスエネルギEloss(i→0)は、基準点P(i)のエンジン回転速度をNe(i)とすると、下記式（１１）により算出される。
Eloss(i→0)＝（Ne(i)）2−０＝（Ne(i)）2 …（１１）
次いで、前回の回転脈動期間の（１行程前の）ロスエネルギEloss_p(j-1)(i→i+1)を用いて、ゼロ到達時刻を算出する。ここで、クランクパルス信号の出力周期Δθ（本実施形態では３０℃Ａ）に対する、基準点P(i)からゼロ到達時刻までのクランク角変化量Δθ(i→0)の割合と、前回の回転脈動期間内の基準点P(i)と同じクランク位置から次のクランク位置までの間のロスエネルギEloss(j-1)(i→i+1)に対する、基準点P(i)からゼロ到達時刻までのロスエネルギEloss(j)(i→0)の割合と、が等しいと仮定する。この場合、クランク角変化量Δθ(i→0)は下記式（１２）で表される。
Δθ(i→0)／Δθ＝Eloss(j)(i→0)／Eloss(j-1)(i→i+1)
Δθ(i→0)＝（（Ne(i)）2／Eloss(j-1)(i→i+1)）×Δθ …（１２）
したがって、基準点P(i)からゼロ到達時刻（ｔ２２）までの時間幅Δｔ(i→0)は、下記式（１３）により算出することができる。
Δｔ(i→0)＝２×Δθ(i→0)／ω(i)
＝２×60/360×Ne(i)／Eloss(j-1)(i→i+1)×Δθ …（１３）
逆回転中の初回パルスの入力タイミング（ｔ２３）は、正回転中の最終パルスの入力タイミング（ｔ２１）からゼロ到達時刻（ｔ２２）までのクランク角変化量Δθ(i→0)と同じ角度だけ逆回転した点P(i+1)となる。つまり、Δθ(i→0)＝Δθ(0→i+1)の関係が成立する。また、上記式（７）を用いて、前回の回転脈動期間のロスエネルギEloss_p(j-1)(i→i+1)を逆回転中のロスエネルギEloss_n(j-1)(i→i+1)に換算すると、下記式（１４）で表すことができる。なお、式中、Efrcは、ロスエネルギのフリクション成分である。
Eloss_n(j-1)(i→i+1)＝（Eloss_p(j-1)(i→i+1)−Efrc）−Efrc
＝Eloss_p(j-1)(i→i+1)−２×Efrc …（１４）
ここで、クランクパルス信号の出力周期Δθに対する、ゼロ到着時刻から予測点P(i+1)までのクランク角変化量Δθ(0→i+1)の割合と、１行程前のロスエネルギの逆回転換算値Eloss_n(j-1)(i→i+1)に対する、ゼロ到達時刻から予測点P(i+1)までのロスエネルギEloss(j)(0→j+1)の割合と、が等しいと仮定する。この場合、下記式（１５）が成り立つ。
Eloss(j)(0→i+1)／Eloss_n(j-1)(i→i+1)＝Δθ(0→i+1)／Δθ
Eloss(j)(0→i+1)＝Δθ(i→0)／Δθ×（Eloss_n(j-1)(i→i+1)） …（１５）
したがって、予測点P(i+1)のエンジン回転速度の予測値である回転予測値Ne(i+1)、及びゼロ到着時刻から予測点P(i+1)までの時間Δｔ(0→i+1)は、それぞれ下記式（１６）及び式（１７）で表すことができる。この式を用いることにより、逆回転中における初回のパルス入力タイミング（ｔ２３）のエンジン回転速度を予測できる。
Figure 2014077399
次に、本実施形態の回転予測値の算出処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。この処理は、自動停止条件の成立に伴うエンジン２０の燃焼停止後において、所定のクランク角度毎に（例えば３０℃Ａごとに）ＥＣＵ３０のマイコンにより実行される。
図７において、ステップＳ１０１では、入力したクランクパルス信号に基づいて、瞬時回転速度Ne(i)及び現在時刻としての到達時刻t(i)を算出する。また、その算出した瞬時回転速度Ne(i)と、前回のパルス入力タイミングで演算した瞬時回転速度Ne(i-1)とを用いて、上記式（１）によりクランク角度位置間のロスエネルギEloss(j)(i-1→i)を算出して、レジスタに格納しておく。続くステップＳ１０２では、上記式（８）により、次の予測点P(i+1)のエンジン回転速度の予測値Ne(i+1)を算出する（第１予測手段）。
ステップＳ１０３では、算出した回転予測値Ne(i+1)が、クランク軸２２が正回転していることを示す値であるか否かを判定する。ここでは、[Ne(i)2−Eloss(i→i+1)]＞０の場合には回転予測値Ne(i+1)は正であり、[Ne(i)2−Eloss(i→i+1)]＜０の場合には回転予測値Ne(i+1)は負であると判定する。ステップＳ１０３がＹｅｓの場合、ステップＳ１０４へ進み、回転予測を続行するか否か（次のクランクパルス入力までの待機中か否か）を判定し、回転予測を続行する場合には、ステップＳ１０２〜Ｓ１０３の処理を実行し、第１予測手段による回転予測を繰り返す。
回転予測の継続中に、上記式（８）により算出した最新の回転予測値Ne(i+1)が負になったと判定された場合、ステップＳ１０３がＮｏとなり、ステップＳ１０５へ進む。ステップＳ１０５では、算出した回転予測値Ne(i+1)に基づいて、所定回転速度（０又は０近傍の所定値）に到達する時刻である逆回転判定時刻ｔｂを算出する。この逆回転判定時刻ｔｂは、ピニオン１１とリングギヤ２１との当接を正回転中に実施可能な時刻のうち最も遅い時刻であり、回転降下の挙動に応じて都度相違する。続くステップＳ１０６では、現在時刻が逆回転判定時刻ｔｂよりも後か否かを判定する。ステップＳ１０６がＮｏの場合、現在タイミングでエンジン２０の再始動要求があり、これに伴いピニオン１１の押出しを開始した場合には、エンジン正回転中にピニオン１１をリングギヤ２１に当接させることができることから、逆回転中の期間の回転予測を続行する必要はないと判断して、そのまま本ルーチンを終了する。
一方、ステップＳ１０６がＹｅｓの場合、ステップＳ１０７以降の処理を実行することにより、エンジン逆回転中の回転予測を実施する（第２予測手段）。すなわち、ステップＳ１０７では、上記式（７）を用いることにより、正回転中の対応するクランク角度位置間のロスエネルギEloss_p(j-1)(i→i+1)をパラメータとして逆回転中のロスエネルギEloss_n(j-1)(i→i+1)を算出する。続くステップＳ１０８では、エンジン逆回転の初回の算出タイミングか否かを判定する。そして、ステップＳ１０８がＹｅｓの場合、ステップＳ１０９へ進み、エンジン回転方向の切り替え直後用の演算式である上記式（１６）を用いて回転予測値Ne(i+1)を算出するとともに、上記式（１７）を用いて予測到達時刻t(i+1)を算出する。一方、ステップＳ１０８がＮｏの場合、ステップＳ１１０へ進み、逆回転中の２回目以降用の演算式である上記式（９）を用いて回転予測値Ne(i+1)を算出するとともに、上記式（１０）を用いて予測到達時刻t(i+1)を算出する。
ステップＳ１１１では、本ルーチンで算出した最後の回転予測値Ne(i+1)が判定値Nth1以上になったか否かを判定する。判定値Nth1は、回転予測を実施期間の終了時期を定めた値であり、本実施形態ではゼロに設定されている。つまり、本実施形態では、回転降下期間においてエンジン回転速度が最初に逆回転状態から正回転状態に切り替わるタイミングまでの期間を回転予測の実施期間としており、ステップＳ１１１では、予め定めた実施期間におけるエンジン回転速度の予測が完了したか否かを判定する。ただし、判定値Nth1は、ゼロ近傍の所定値（例えば正回転側のエンジン回転速度又は逆回転側のエンジン回転速度）に設定されていてもよい。
ステップＳ１１１がＹｅｓの場合にはそのまま本ルーチンを終了し、次のクランクパルス入力まで待機する。一方、ステップＳ１１１がＮｏの場合、ステップＳ１１２へ進み、回転予測を続行するか否かを判定し、回転予測を続行する場合には、ステップＳ１０７〜Ｓ１１１の処理を実行し、第２予測手段による回転予測を繰り返す。一方、回転予測を続行しないと判定された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。
次に、スタータ駆動制御について説明する。本実施形態では、エンジン２０が所定の逆回転状態にある時にはピニオン１１をリングギヤ２１に当接させないようにするため、エンジン回転軌道の予測演算の結果を用いて、ピニオン１１の移動（押出し）を禁止する移動禁止期間Tｘを設定する。そして、移動禁止期間Tx内に再始動要求があった場合には、移動禁止期間Txが経過するのを待ってピニオン１１の押出しを実施することとしている。この移動禁止期間Txは、ピニオン１１のリングギヤ２１への当接を禁止する当接禁止期間Tyと、ピニオン１１の押出しを開始してからピニオン１１がリングギヤ２１に当接するまでに要する移動所要時間Ｔｐと、を考慮して設定される。
移動禁止期間Txの設定について、図８を用いて具体的に説明する。なお、図中、実線は予測エンジン回転軌道を示し、点線は実際のエンジン回転軌道を示す。なお、予測エンジン回転軌道は、第１予測手段及び第２予測手段により算出した回転予測値につき、隣り合う２点のデータ間を線形補間したものである。
本実施形態では、エンジン自動停止に伴うエンジン回転降下期間において、エンジン回転速度が、０又は０近傍（例えば、０〜５０ｒｐｍ）に設定した逆回転判定値Ｎｂを下回ってから、当接許容値Ｎｐ（例えば、−５０ｒｐｍ）以上となるまでの期間ｔ３２〜ｔ３４を当接禁止期間Tyとしている。ＥＣＵ３０は、この当接禁止期間Ty（ｔ３２〜ｔ３４）に基づき移動禁止期間Txを設定しており、具体的には、予測エンジン回転軌道に基づくエンジン回転速度が、逆回転判定値Ｎｂを下回る時刻ｔ３２よりも移動所要時間Ｔｐだけ早い時刻ｔ３１を開始点とし、予測エンジン回転軌道に基づくエンジン回転速度が、当接許容値Ｎｐ以上となる時刻ｔ３４よりも移動所要時間Ｔｐだけ早い時刻ｔ３３を終点とする期間ｔ３１〜ｔ３３を移動禁止期間Txとして設定する。なお、本実施形態では、移動所要時間Ｔｐの最大値Ｔｐ１及び最小値Ｔｐ２を用いて移動禁止期間Txを設定しており、移動禁止期間Txの開始点については最大値Ｔｐ１を用い、終点については最小値Ｔｐ２を用いて移動禁止期間Txを設定することとしている。
したがって、エンジン回転降下期間において、例えば時刻ｔ３１以降であって時刻ｔ３３以前に再始動条件が成立した場合には、現在時刻がｔ３３に到達するのを待ってからピニオン１１の押出しを実施する。また、ピニオン１１の押出し後、移動所要時間Ｔｐが経過した後にモータ１２への通電を開始して、ピニオン１１を回転駆動させる。こうすることにより、噛み合い音をできるだけ小さくするとともに、ピニオン１１及びリングギヤ２１の摩耗を抑制しつつ、再始動要求があった後にできるだけ速やかにエンジン再始動するようにしている。なお、本実施形態では、回転予測に誤差が生じることを考慮して、逆回転判定値Ｎｂを０よりも高いエンジン回転速度（例えば５０ｒｐｍ）に設定したが、０ｒｐｍに設定してもよい。
次に、本実施形態のスタータ駆動制御について、図９のフローチャートを用いて説明する。この処理は、自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止した後、エンジン２０の回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に、ＥＣＵ３０のマイコンにより所定周期毎に実行される。
図９において、ステップＳ２０１では、再始動条件の成立後であるか否かを判定する。再始動条件が成立すると、ステップＳ２０２へ進み、エンジン回転速度が移動許可速度以下であるか否かを判定する。この移動許可速度は、ピニオン１１とリングギヤ２１との当接を許容するエンジン回転速度の上限値であり、例えば１００ｒｐｍに設定されている。なお、移動許可速度との比較に用いるエンジン回転速度としては、クランク角センサ２３により検出される実際値、又は第１予測手段により算出される回転予測値である。
ステップＳ２０２がＹｅｓになると、ステップＳ２０３へ進み、再始動条件の成立タイミングが、移動禁止期間Txの開始点（図８の時刻ｔ３１）よりも後か否かを判定する。移動禁止期間Txの開始点よりも前に再始動条件が成立している場合には、ステップＳ２０３がＮｏとなり、ステップＳ２０４へ進み、ピニオン駆動リレー１９にオン信号を出力してピニオン１１をリングギヤ２１に向かって押し出す。また、続くステップＳ２０５では、ピニオン１１の押出し開始から移動所要時間Ｔｐが経過した時点でモータ駆動リレー１４にオン信号を出力し、モータ駆動を開始する。
これに対し、移動禁止期間Txの開始点よりも後に再始動条件が成立している場合には、ステップＳ２０３がＹｅｓとなり、ステップＳ２０６へ進む。ステップＳ２０６では、現在時刻が、移動禁止期間Txの終点（図８の時刻ｔ３３）よりも後か否かを判定する。そして、ステップＳ２０６がＮｏの場合、移動禁止期間Txが経過するまでそのまま待機する。一方、ステップＳ２０６がＹｅｓの場合、つまり移動禁止期間Txの経過後であれば、ステップＳ２０４及びＳ２０５の処理を実行し、スタータ装置１０によりエンジン２０に初期回転を付与する。
ステップＳ２０７では、エンジン回転速度Ｎｅが始動回転速度Ｎｅｆ（例えば４００〜５００ｒｐｍ）以上になったことを条件に、ピニオン駆動リレー１９及びモータ駆動リレー１４にそれぞれオフ信号を出力する。これにより、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いが解除されるとともに、モータ１２の駆動が停止され、エンジン２０のクランキングが終了される。
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。
エンジン回転方向に応じて回転予測の手法が異なる２つの回転予測手段として、第１予測手段と、第１予測手段とは異なる第２予測手段と、を備え、クランク軸２２の正回転中と逆回転中とで異なる回転予測手段を用いてエンジン回転速度を予測する構成とした。この構成によれば、クランク軸２２の正回転中と逆回転中とでエンジン回転降下の態様が相違する場合にも、その相違に応じた算出方法を設定することにより、エンジン２０の燃焼停止によりエンジン回転速度が降下する際のエンジン回転速度の予測を精度良く実施することができる。
エンジン回転降下期間において、正回転中では、前後する回転脈動期間でロスエネルギが同様の傾向で生じ、これによりエンジン回転速度の降下軌道が同様の傾向で脈動しながら次第に降下するのに対し、正回転から逆回転に移行する場合にはこの前提が成立しない。この前提が成立しない理由としては、ロスエネルギのうちコンプレッション成分は、エンジン回転方向にかかわらず同一方向に作用するのに対し、フリクション成分は、エンジン回転方向に依存し、正回転時と逆回転時では逆方向に作用する点が挙げられる。この点に着眼し、上記構成では、クランク軸２２の正回転時と逆回転時とで、エンジン２０の回転角度位置に対するフリクションロスの作用する方向が互いに逆になることに基づいて、逆回転中のエンジン回転速度を予測するため、より具体的には、正回転中の回転脈動期間のロスエネルギに含まれる、フリクション成分とコンプレッション成分とのうち、フリクション成分については正負の符号を反転し、コンプレッション成分には符号反転せずにそのままにし、それら２つの成分を足し合わせることにより、逆回転中の回転脈動期間のロスエネルギを算出するとともに、その算出したロスエネルギを用いて、逆回転中のエンジン回転速度を予測する構成とした。この構成によれば、逆回転中のロスエネルギの変化の傾向に即してエンジン回転速度を算出でき、その結果、回転予測の精度を高めることができる。
逆回転中の最初のタイミングでは、上記式（９）を用いるのではなく、上記式（１４）を用いてエンジン回転速度を予測する構成とした。エンジン回転方向の切り替わりタイミングの前後では、クランクパルス信号の更新間隔が基本的には突起２６の間隔と同じにならないが、上記構成によれば、エンジン回転方向の切り替わり時におけるクランクパルス信号の更新間隔を正確に反映させた上でエンジン回転速度の予測を行うため、正回転から逆回転への切り替わり直後でもエンジン回転速度の予測を精度良く実施することができる。
エンジントルク（ロスエネルギ）の作用方向について、クランク軸２２の正回転時と逆回転時とでは異なり、正回転時では回転を妨げる側、つまり減速側に作用する場合、逆回転時では回転をアシストする側、つまり加速側に作用する。この点に着眼し、エンジン正回転中のエンジン回転速度の演算式を上記式（８）とし、エンジン逆回転中のエンジン回転速度の演算式を上記式（９）としたため、エンジン回転予測を行う際に、エンジントルクの作用方向を考慮することができ、予測精度を高めることができる。
エンジン回転速度の予測結果に基づいて、ピニオン１１の移動を禁止する移動禁止期間Txを設定し、該設定した移動禁止期間Tx内で再始動条件が成立した場合には、移動禁止期間Tｘの経過後にピニオン１１の移動を開始する構成とした。本実施形態の回転予測手段によれば、エンジン回転降下期間のエンジン回転速度の予測精度が高いことから、この予測結果に基づき移動禁止期間Txを設定する本構成によれば、ピニオン１１とリングギヤ２１との当接を禁止する回転領域において、ピニオン１１がリングギヤ２１に当接することを極力回避することができる。また、ピニオン１１とリングギヤ２１との当接を禁止する回転領域を経過するタイミングを精度良く求めることができることから、同回転領域の経過後、できるだけ早いタイミングでエンジン２０を再始動させることができる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１の実施形態では、正回転時のロスエネルギを用いて逆回転時の回転予測値を算出したが、本実施形態では、正回転時のロスエネルギを用いずに逆回転時の回転予測値を算出する。
エンジン出力軸２２が逆回転する際の逆回転量は、エンジン出力軸２２が逆回転になる前の所定タイミング（例えば、逆回転判定時刻ｔｂや、エンジン回転速度がゼロになるタイミング）におけるクランク角度位置に応じて相違し、そのクランク角度位置がＴＤＣに近いほど、逆回転量のピーク値が大きくなる傾向にある。そこで本実施形態では、エンジン回転降下期間において、正回転中のエンジン回転速度の予測値に基づいて、エンジン出力軸２２の逆回転が開始される前の所定タイミングにおけるクランク角度位置（回転角度位置）を算出し、そのクランク角度位置に基づいて、逆回転時のエンジン回転速度を予測する。また、その回転予測の結果に基づいて、ピニオン１１の移動開始タイミング及びモータ１２の駆動タイミングを制御する。
本実施形態の回転予測値の算出処理について、図１０のフローチャートを用いて説明する。この処理は、自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止した後において、所定のクランク角度毎に（例えば３０℃Ａごとに）ＥＣＵ３０のマイコンにより実行される。なお、図１０の各処理について、上記図７と同じ処理については図７と同じステップ番号を付してその説明を省略する。
図１０において、ステップＳ３０１〜Ｓ３０６では、上記図７のステップＳ１０１〜Ｓ１０６と同じ処理を実行する。ステップＳ３０６で、現在時刻が逆回転判定時刻ｔｂよりも後であると判定された場合、ステップＳ３０７へ進み、ステップＳ３０２〜Ｓ３０４の処理により算出した回転予測値Ne(i+1)に基づいて、逆回転判定時刻ｔｂでのクランク角度位置（予測値）を算出する。また、その算出したクランク角度位置に基づいて、逆回転中のエンジン回転速度を予測する（第２予測手段）。本実施形態では、逆回転判定時刻ｔｂのクランク角度位置（ＴＤＣからのクランク回転角度）と、エンジン回転降下期間に最初に逆回転状態となる逆回転期間での逆回転量の最大値（逆回転ピーク値）との対応関係が、逆回転予測用マップとして予め定めてＥＣＵ３０に記憶されている。ＥＣＵ３０のマイコンは、その逆回転予測用マップを用いて、今回の逆回転判定時刻ｔｂでのクランク角度位置に対応する逆回転ピーク値を読み出し、その読み出した逆回転ピーク値に基づいて、今回のエンジン回転降下期間における逆回転中のエンジン回転速度（軌道）を予測する。具体的には、当接禁止期間Tyの開始点の時刻（ｔ３２）と、読み出した逆回転ピーク値と、当接禁止期間Tyの終点の時刻（ｔ３４）とにより、今回のエンジン回転降下期間における逆回転中のエンジン回転速度（軌道）を予測する。逆回転予測用マップの一例を図１１に示す。図１１では、クランク回転角度が小さいほど（ＴＤＣに近いほど）、逆回転ピーク量が大きくなっている。また、当接禁止期間Tyの開始点の時刻については、ステップＳ３０２〜Ｓ３０４の処理により算出した回転予測値Ne(i+1)に基づいて算出（推定）する。当接禁止期間Tyの終点の時刻については、例えば逆回転ピーク値に対する当接禁止期間Tyのマップ（負の相関）、あるいは所定タイミングのクランク角度位置に対する当接禁止期間Tyのマップ（正の相関）に基づいて算出（推定）する。
次に、本実施形態のスタータ駆動制御について、図１２のフローチャートを用いて説明する。この処理は、自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止した後、エンジン２０の回転が停止するまでの期間（回転降下期間）中に、ＥＣＵ３０のマイコンにより所定周期毎に実行される。なお、図１２の各処理について、上記図９と同じ処理については図９と同じステップ番号を付してその説明を省略する。
図１２において、ステップＳ４０１〜Ｓ４０２では上記図９のステップＳ２０１〜Ｓ２０２と同じ処理を実行する。ステップＳ４０３では、上記図１０の予測値算出処理により算出した逆回転ピーク値が判定値以下であるか否かを判定する。この判定値は、クランク軸２２が逆回転している状態でのピニオン１１とリングギヤ２１との当接を許容する逆回転量の上限値であり、例えば２００ｒｐｍに設定されている。
逆回転ピーク値が判定値以下である場合には、ステップＳ４０４へ進み、ピニオン駆動リレー１９にオン信号を出力してピニオン１１をリングギヤ２１に向かって押し出す。また、続くステップＳ４０５では、ピニオン１１の押出し開始から移動所要時間Ｔｐが経過した時点でモータ駆動リレー１４にオン信号を出力し、モータ駆動を開始する。
一方、逆回転ピーク値が判定値よりも大きい場合には、ステップＳ４０７へ進み、ピニオン１１の移動を禁止する移動禁止期間Txを設定済みか否かを判定し、ステップＳ４０７がＮｏの場合、ステップＳ４０８へ進み、移動禁止期間Txを設定する。ここでは、逆回転ピーク値の大小に応じて移動禁止期間Tｘの長さを可変にしており、逆回転ピーク値が大きいほど、移動禁止期間Txを長くしている。具体的には、移動禁止期間Txの開始点については、回転予測値（予測エンジン回転軌道）が逆回転判定値Ｎｂを下回る時刻よりも移動所要時間Ｔｐだけ早い時刻に設定し、終点については、その開始点から、逆回転ピーク値に応じた時間だけ後の時刻に設定する。具体的には、例えば逆回転ピーク値に対する当接禁止期間Tyのマップ（正の相関）に基づいて当接禁止期間Tyを推定する。そして、回転予測値が逆回転判定値Nbを下回る時刻から、推定した当接禁止期間Tyが経過した後のタイミングよりも移動所要時間Tpだけ早い時刻を、移動禁止期間Txの終点として設定する。あるいは、所定タイミングのクランク角度位置に対する当接禁止期間Tyのマップ（負の相関）を用いて、直接、移動禁止期間Txを推定し、その推定した移動禁止期間Txを用いて移動禁止期間Txの終点を設定してもよい。
移動禁止期間Txの設定が完了し、ステップＳ４０７がＹｅｓになると、ステップＳ４０９へ進む。ステップＳ４０９では、再始動条件の成立タイミングが、移動禁止期間Txの開始点よりも後か否かを判定する。移動禁止期間Txの開始点よりも前に再始動条件が成立している場合には、ステップＳ４０９がＮｏとなり、ステップＳ４０４及びＳ４０５の処理を実行する。これにより、スタータ装置１０によるエンジン再始動が行われる。一方、ステップＳ４０９がＹｅｓの場合には、ステップＳ４１０において、現在時刻が移動禁止期間Txの終点よりも後か否かを判定する。そして、ステップＳ４１０がＮｏの場合、移動禁止期間Txが経過するまでそのまま待機し、ステップＳ４１０がＹｅｓの場合、ステップＳ４０４及びＳ４０５の処理を実行し、スタータ装置１０によるエンジン再始動を実施する。
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
エンジン出力軸２２が逆回転する際の逆回転量は、エンジン出力軸２２が逆回転になる前の所定タイミングのクランク角度位置に応じて相違する点に着眼し、エンジン出力軸２２の逆回転が開始される前の所定タイミングにおけるクランク角度位置に基づいて、逆回転時のエンジン回転速度を予測する構成とした。このように、正回転中と逆回転中とで異なる回転予測手段を用いて回転予測を実施することにより、エンジン２０の自動停止によりエンジン回転速度が降下する際のエンジン回転速度の予測精度を高めることができる。その結果、エンジン回転速度の予測結果を用いてピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合い動作を行う際に、その噛み合い動作を最適なタイミングで実施することができる。
エンジン回転降下期間にエンジン出力軸２２が逆回転する場合、その逆回転量は最初の逆回転時に最も大きく、その後、徐々に減衰していく。したがって、最初に逆回転状態となる逆回転期間では、ピニオン１１をリングギヤ２１に当接させないようにすることが望ましい。その一方で、逆回転時の逆回転量がさほど大きくなければ、逆回転時にピニオン１１をリングギヤ２１に当接させても、噛み合い音が過剰となったりギヤの磨耗が促進されたりする等の不都合が生じにくい。
その点に鑑み、逆回転量のピーク値が所定値以下であると予測される場合には、逆回転時においてピニオン１１がリングギヤ２１に当接することを許容する、つまりエンジン回転降下期間において再始動要求があった場合、直ちにピニオン１１の押出しを実施し、一方、逆回転量のピーク量が所定値を超えると予測される場合には、逆回転時においてピニオン１１がリングギヤ２１に当接することを禁止する、つまりエンジン回転降下期間において再始動要求があった場合、所定時間待ってからピニオン１１の押出しを実施する構成とした。したがって、本構成によれば、逆回転中の噛み合いによる不都合が生じないようにしつつ、そのような不都合が生じない状況下では、早期のエンジン再始動を優先させることができる。
（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。
・上記第１の実施形態では、スタータ駆動制御として、予測したエンジン回転速度に基づいて移動禁止期間Txを設定し、該設定した移動禁止期間Txの範囲外で再始動条件が成立した場合には、再始動条件の成立に伴いピニオン１１の移動を開始し、一方、移動禁止期間Tx内で再始動条件が成立した場合には、移動禁止期間Txの経過後にピニオン１１の移動を開始する構成とした。これに対し、本実施形態では、予測したエンジン回転速度に基づいて、回転降下期間で最初に逆回転状態となる逆回転期間での逆回転量のピーク値（逆回転ピーク値）が判定値以下であるか否かを判定する。そして、逆回転ピーク値が判定値以下であると判定された場合には、逆回転期間中にピニオン１１がリングギヤ２１に当接することを許容する。すなわち、再始動要求があった場合には、ピニオン１１がリングギヤ２１に当接するタイミングが正回転中になるか逆回転中になるかに関わらず、再始動要求後、直ちにピニオン１１の押出しを実施する。一方、逆回転ピーク値が判定値を超えると判定された場合には、逆回転期間中にピニオン１１がリングギヤ２１に当接することを禁止する。すなわち、再始動要求があった場合に、その再始動の要求タイミングでピニオン１１の押出しを実施すると、エンジン逆回転中にピニオン１１がリングギヤ２１に当接すると予測される場合には、再始動要求後、直ちにピニオン１１の押出しを実施せず、所定時間待機した後にピニオン１１の押出しを実施する。
・上記第１の実施形態では、エンジン回転速度の予測値が逆回転判定値Ｎｂを下回ってから当接許容値Ｎｐ以上となるまでの期間を当接禁止期間Tｙとし、この当接禁止期間Tyに基づいて移動禁止期間Txを設定する構成としたが、エンジン回転速度の予測値が所定回転速度以下の期間（例えば、逆回転判定値Ｎｂ以下の領域、逆回転中の所定回転速度以下の領域）を移動禁止期間Txとして設定する構成としてもよい。
・上記実施形態では、第１予測手段として、エンジン回転降下時のロスエネルギに基づいてエンジン回転速度を予測する構成としたが、第１予測手段としては、エンジン回転降下時のロスエネルギを使わずにエンジン回転速度を予測する構成であってもよい。例えば、エンジン回転降下期間におけるエンジン回転速度の減少変化に基づいて現時点以降のエンジン回転速度を予測する手段であってもよい。具体的には、クランク角センサ２３から入力したクランクパルス信号に基づいて瞬時回転速度を算出する。そして、その回転降下期間での連続する複数の瞬時回転速度を用いて、その後のエンジン回転軌道を予測する。
・上記第２の実施形態では、エンジン出力軸２２の逆回転が開始される前の所定タイミングを逆回転判定時刻ｔｂとし、逆回転判定時刻ｔｂのクランク位置に基づいて、逆回転中のエンジン回転速度を予測する構成としたが、当該所定タイミングは逆回転判定時刻ｔｂ以外であってもよい。例えば、当該所定タイミングを、エンジン回転速度がゼロに到達するタイミング（ゼロ到達時刻）とし、ゼロ到達時刻のクランク角度位置に基づいて、逆回転中のエンジン回転速度を予測する構成としてもよい。
・上記第２の実施形態では、エンジン出力軸２２の逆回転が開始される前の所定タイミングのクランク角度位置と、逆回転ピーク値との対応関係を予めマップ等に記憶しておき、そのマップ等を用いて逆回転中のエンジン回転速度を予測する構成とした。これに対し、本実施形態では、エンジン出力軸２２の逆回転が開始される前の所定タイミングのクランク角度位置に相関するパラメータと、逆回転ピーク値との対応関係を予め記憶しておき、その対応関係に基づいて逆回転中のエンジン回転速度を予測する構成とする。この場合、相関パラメータとしては、エンジン自動停止後、エンジン回転速度が最初にゼロになる前の期間における最終ＴＤＣでのエンジン回転速度などが挙げられる。
・上記実施形態では、コイル１８の通電／非通電を制御するピニオン駆動リレー１９と、モータ１２の通電／非通電を制御するモータ駆動リレー１４とを有するスタータ装置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１１の移動と、モータ１２の回転とを独立して制御可能なスタータ装置１０の構成は上記に限定しない。例えば、従来のスタータ装置において、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。具体的には、図１のスタータ装置１０において、モータ駆動リレー１４の代わりに、プランジャにおけるレバー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とともに、モータ１２とバッテリ１６との間に、ＥＣＵ３０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構成に適用する。この構成においても、ピニオン駆動リレー１９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１１とリングギヤ２１との噛み合わせ動作と、モータ１２の回転動作とを独立して制御可能である。
・上記実施形態では、ピニオン１１の移動とモータ１２の駆動とを独立して制御可能なスタータ装置１０に本発明を適用する場合について説明したが、従来のスタータ装置のように、ピニオン１１の移動開始に伴い、所定の遅延時間が経過した後にモータ１２の駆動が開始される構成のスタータ装置に本発明を適用してもよい。この構成のスタータ装置では、モータ駆動の遅延時間が一定であるため、クランク軸２２の逆回転中にピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いが生じた場合に、制御によってはモータ駆動の開始タイミングを遅らせることができない。このとき、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合い状態でのモータ駆動がエンジン逆回転中に開始されると、逆回転状態のエンジン出力軸２２に対し、モータ１２によって正回転方向の回転力が付与されるため、ピニオン１１やリングギヤ２１の摩耗が促進されやすくなる。また、逆回転中でのモータ駆動を回避することを考慮して、スタータ装置の設計の際に、ピニオン１１の移動開始からモータ１２の駆動開始までの時間を長めに設定しておくことも考えられるが、その場合、再始動要求からエンジン２０が始動されるまでに要する時間が長くなり、エンジン始動性が低下してしまう。この点、本発明の回転予測手段によれば、逆回転中のエンジン回転速度を事前に正確に予測可能であるから、従来のスタータ装置に本発明を適用することにより、ピニオン１１やリングギヤ２１の摩耗を好適に抑制できるし、またエンジン始動性を良好にすることができる。
１０…スタータ装置、１１…ピニオン、１２…モータ、１３…電磁アクチュエータ、１４…モータ駆動リレー、１５…モータ通電用リレー、１９…ピニオン駆動リレー、２０…エンジン、２１…リングギヤ、２２…クランク軸（出力軸）、２３…クランク角センサ、３０…ＥＣＵ（回転予測手段、第１予測手段、第２予測手段、期間設定手段、ピーク判定手段、スタータ制御手段）。

Claims (8)

  1. エンジン（２０）の燃焼停止によりエンジン回転速度が降下する際に、その回転降下が生じてから前記エンジンの回転が停止するまでの所定の回転降下期間におけるエンジン回転速度を予測する回転予測手段を備えるエンジン制御装置であって、
    前記回転予測手段として、前記回転降下期間のうち前記エンジンの出力軸が正回転中のエンジン回転速度を予測する第１予測手段と、前記回転降下期間のうち前記出力軸が逆回転中のエンジン回転速度を予測し、かつ前記第１予測手段とは異なる第２予測手段と、を備え、
    予測するエンジン回転速度が前記出力軸の正回転中か逆回転中かに応じて、前記回転降下期間におけるエンジン回転速度の予測を、前記第１予測手段及び前記第２予測手段のいずれを用いて実施するかを切り替えることを特徴とするエンジン制御装置。
  2. 前記第２予測手段は、前記出力軸の正回転時と逆回転時とで、前記エンジンの回転角度位置が同じ位置では前記エンジンのピストンの移動に伴う摩擦により生じるフリクションロスの作用する方向が互いに逆になることに基づいて、前記出力軸が逆回転中のエンジン回転速度を予測する請求項１に記載のエンジン制御装置。
  3. 前記第１予測手段は、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１周期分を回転脈動期間とし、前の回転脈動期間のロスエネルギに基づいてその後の回転脈動期間のエンジン回転速度を予測することにより前記正回転中のエンジン回転速度を予測し、
    前記第２予測手段は、正回転中の回転脈動期間のロスエネルギに含まれる、前記エンジンのピストンの移動に伴う摩擦により生じるフリクション成分と、シリンダ容積の増減変化に伴い生じるコンプレッション成分とのうち、前記フリクション成分の正負の符号を反転し、その符号反転後のフリクション成分と、前記コンプレッション成分との和で表されるロスエネルギに基づいて、その後の回転脈動期間のエンジン回転速度を予測することにより前記逆回転中のエンジン回転速度を予測する請求項１又は２に記載のエンジン制御装置。
  4. 前記第２予測手段は、前記出力軸の正回転から逆回転への切り替わり直後の予測タイミングを、その切り替わり直前の予測タイミングからエンジン回転速度がゼロになるまでのエンジン回転角度と同じ角度だけ、エンジン回転速度がゼロになってから逆回転したタイミングに設定する請求項２又は３に記載のエンジン制御装置。
  5. 前記第２予測手段は、前記第１予測手段により予測した前記出力軸の正回転中のエンジン回転速度に基づいて、前記出力軸の逆回転が開始される前の所定タイミングの回転角度位置又はその相関パラメータを算出し、該算出した値に基づいて前記逆回転中のエンジン回転速度を予測する請求項１に記載のエンジン制御装置。
  6. 所定の自動停止条件が成立した場合に前記エンジンを自動停止し、前記エンジンの自動停止後に所定の再始動条件が成立した場合にスタータ装置（１０）により前記出力軸を回転させて前記エンジンを再始動するエンジン自動停止始動機能を有し、
    前記スタータ装置は、ピニオン（１１）を回転駆動するモータ（１２）と、前記出力軸に連結されたリングギヤ（２１）に前記ピニオンを噛み合わせるべく前記ピニオンを前記リングギヤに向けて移動させるアクチュエータ（１３）と、を備え、
    前記回転予測手段により算出したエンジン回転速度に基づいて、前記ピニオンの移動開始タイミングを制御するスタータ制御手段を備える請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジン制御装置。
  7. 前記回転予測手段により予測したエンジン回転速度に基づいて、前記ピニオンの移動を禁止する所定の移動禁止期間を設定する期間設定手段を備え、
    前記スタータ制御手段は、前記期間設定手段により設定した移動禁止期間内で前記再始動条件が成立した場合に、前記移動禁止期間の経過後に前記ピニオンの移動を開始する請求項６に記載のエンジン制御装置。
  8. 前記回転予測手段により予測したエンジン回転速度に基づいて、前記回転降下期間において最初に逆回転状態となる逆回転期間での逆回転量のピーク値が所定値を超えるか否かを判定するピーク判定手段を備え、
    前記スタータ制御手段は、前記ピーク判定手段により前記ピーク値が前記所定値以下であると判定された場合に、前記逆回転期間において前記ピニオンが前記リングギヤに当接することを許容し、前記ピーク値が前記所定値を超えると判定された場合に、前記逆回転期間において前記ピニオンが前記リングギヤに当接することを禁止する請求項６に記載のエンジン制御装置。
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