JP2016098748A - エンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】モータジェネレータとスタータとを併用した最適なエンジン始動制御を行うことにより、出力性能の適正化を図り、低コスト化を実現する。
【解決手段】エンジン始動要求が発生したときに、スタータ（３）を起動させてエンジン（１）をクランキングし、その後、モータジェネレータ（２）をモータ機能として起動させると同時か前後して、スタータ（３）を停止させるとともにスタータ（３）とエンジン（１）との連結を解除し、エンジン始動完了後にモータジェネレータ（２）のモータ機能を停止させる一連処理により併用始動制御を行う始動制御部（５）を備え、始動制御部（５）は、スタータ（３）の停止タイミングと、モータジェネレータ（２）のモータ機能としての起動タイミングを、燃料噴射開始後の最初に発生する第１圧縮行程の上死点を通過した以降に設定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電機能とエンジン始動機能を備えたモータジェネレータと、エンジン始動時にエンジンのクランキングを行うスタータとを搭載した車両のエンジン始動制御に関し、特に、エンジン始動時にモータジェネレータとスタータを最適に併用することにより、それぞれの負荷を軽減し、モータジェネレータ、モータジェネレータのインバータ、およびスタータの低コスト化を実現するエンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法に関するものである。

発電機能とエンジン始動機能を備えたモータジェネレータと、エンジン始動時にエンジンのクランキングを行うスタータとが搭載され、設定された条件によりエンジンを自動停止し、再始動の要求によりエンジンを再始動させる、アイドリングストップ機能が搭載された車両が、従来からよく知られている。

この種の車両においては、エンジンと連動するモータジェネレータを用いて、エンジン出力を発電電力に変換するとともに、モータジェネレータとスタータを状況により使い分け、もしくは併用して、エンジンを始動するようになっている（例えば、特許文献１、２参照）。

すなわち、通常運転時には、エンジンの回転出力によりモータジェネレータからバッテリが充電され、エンジン始動時には、バッテリ出力によりモータジェネレータおよびスタータに始動トルクや駆動トルクが供給される。

例えば、特許文献１に記載されたエンジン始動制御装置では、イグニッションキーによる初期のエンジン始動時には、スタータによりエンジンを始動させ、アイドリングストップ機能によるエンジン停止状態からのエンジン再始動時には、モータジェネレータによりエンジンを再始動させる制御手段が明記されている。また、エンジンの雰囲気温度により、所定の温度未満ではスタータで始動し、所定の温度以上ではモータジェネレータで始動する制御手段も明記されている。

さらに、特許文献２に記載されたエンジン始動制御装置では、停止しているエンジンを始動する際、クランクング当初は、スタータのみ、もしくは、スタータとモータジェネレータを併用して、クランキングを行い、クランクシャフトの摩擦抵抗に応じて、スタータを用いたクランキング時間またはクランキングを終了する回転速度を設定し、その後に、モータジェネレータのみを用いたクランキングに移行する制御手段が明記されている。

特開２００１−１５２９０１号公報 特開２０１４−１０１８４７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。
従来のエンジン始動制御装置では、初期のエンジン始動においては、スタータによりエンジンを始動させる制御になっている。また、アイドリングストップからの再始動においては、モータジェネレータによりエンジンを再始動させる制御になっている。さらに、所定の温度未満では、スタータによりエンジンを始動させる制御になっており、所定の温度以上では、モータジェネレータによりエンジンを再始動させる制御になっている。

前記のような制御でエンジンを始動させる場合、条件によっては、モータジェネレータのみでエンジンを始動させないといけない。すなわち、エンジンが静止している状態からの大きな要求トルクを、モータジェネレータのみで駆動しなければいけない。このため、インバータ装置の大容量化あるいは始動機能の高出力化が必要とされ、制御装置の大型化・高コスト化の問題があった。

また、スタータにおいても、初期のエンジン始動時や低温時にスタータのみでエンジンを始動させないといけない。すなわち、モータジェネレータを搭載しないタイプの車両に搭載されるスタータと同等の出力性能が必要となる。この結果、コストも、モータジェネレータを搭載しないタイプの車両に搭載されるものと同等となり、モータジェネレータと相まって、車両がコストアップしてしまう問題があった。

その一方で、エンジンを始動する際、当初はスタータのみ、もしくは、スタータとモータジェネレータを併用してクランキングを行い、その後に、モータジェネレータのみを用いたクランキングに移行する制御においては、モータジェネレータのみでエンジンを始動させない。この結果、回路要素の小容量化や始動機能の小高出力化により、小型化・低コスト化に一定の効果があると考えられる。

しかしながら、始動中のスタータを停止させるタイミングは、エンジンの回転に対する摩擦抵抗の大きさにより決定されており、摩擦抵抗は、スタータの駆動電流の大きさに基づいて推測されている。このため、電流センサー等の新たな装置や機能が必要となり、結果としてコストアップしてしまう問題があった。

このように、従来のエンジン始動制御装置においては、モータジェネレータとスタータを搭載しているにもかかわらず、それぞれが独立してエンジンを始動できる性能を有しており、車両のエンジン始動制御装置として、コストアップの原因となっていた。

また、モータジェネレータとスタータを併用して始動する場合にも、それぞれの起動タイミングや停止タイミングを決定するために、新たな装置や機能を必要とし、この点も、車両のコストアップの原因となっていた。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、モータジェネレータとスタータとを併用した最適なエンジン始動制御を行うことにより、モータジェネレータとスタータの出力性能の適正化を図り、低コスト化を実現することのできるエンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法を得ることを目的としている。

本発明に係るエンジン始動制御装置は、エンジンと、ベルトによりエンジンに常時連結されてエンジン始動および発電を行うモータジェネレータと、インバータを介してモータジェネレータに接続されたバッテリと、インバータを介してモータジェネレータを制御するモータジェネレータ制御回路と、エンジンをクランキングするときにエンジンと連結されるスタータと、スタータへ電力供給を行うための電気接点の開閉機能を有する電磁スイッチと、エンジンに対してエンジン始動要求が発生したときに、電磁スイッチの電気接点を閉状態とすることでスタータを起動させて、エンジンとスタータが連結されることでエンジンをクランキングし、燃料噴射を開始させる第１制御と、モータジェネレータ制御回路を制御することによりモータジェネレータをモータ機能として起動させる第２制御と、モータジェネレータのモータ機能としての起動と同時かまたは前後して、電磁スイッチの電気接点を開状態とすることでスタータを停止させるとともに、スタータとエンジンとの連結を解除させる第３制御と、エンジン始動完了後にモータジェネレータ制御回路を制御することによりモータジェネレータのモータ機能を停止させる第４制御とを実行することで、モータジェネレータとスタータによる併用始動制御を行う始動制御部とを備えたエンジン始動制御装置であって、始動制御部は、第２制御によりモータジェネレータのモータ機能としての起動を行うタイミングと、第３制御によりスタータを停止させるタイミングを、第１制御による燃料噴射の開始後、最初に発生するエンジンの第１圧縮行程の上死点を通過した以降に設定し、第２制御によりモータジェネレータのモータ機能としての起動を行うタイミングを、第２圧縮行程の上死点に達する以前に設定するものである。

また、本発明に係るエンジン始動制御方法は、エンジンと、ベルトによりエンジンに常時連結されてエンジン始動および発電を行うモータジェネレータと、インバータを介してモータジェネレータに接続されたバッテリと、インバータを介してモータジェネレータを制御するモータジェネレータ制御回路と、エンジンをクランキングするときにエンジンと連結されるスタータと、スタータへ電力供給を行うための電気接点の開閉機能を有する電磁スイッチと、モータジェネレータ制御回路と電磁スイッチを制御することで、モータジェネレータとスタータによる併用始動制御を行う始動制御部とを備えたエンジン始動制御装置において、始動制御部により実行されるエンジン始動制御方法であって、始動制御部において、エンジンに対してエンジン始動要求が発生したか否かを判断する第１ステップと、第１ステップによりエンジン始動要求が発生したと判断した場合に、電磁スイッチの電気接点を閉状態とすることでスタータを起動させて、エンジンとスタータが連結されることでエンジンをクランキングし、燃料噴射を開始させる第２ステップと、モータジェネレータ制御回路を制御することによりモータジェネレータをモータ機能として起動させる第３ステップと、第３ステップによるモータジェネレータのモータ機能としての起動と同時かまたは前後して、電磁スイッチの電気接点を開状態とすることでスタータを停止させるとともに、スタータとエンジンとの連結を解除させる第４ステップと、エンジン始動完了後にモータジェネレータ制御回路を制御することによりモータジェネレータのモータ機能を停止させる第５ステップとを有し、第３ステップによるモータジェネレータのモータ機能としての起動、および第４ステップによるスタータの停止は、第２ステップによる燃料噴射の開始後、最初に発生するエンジンの第１圧縮行程の上死点を通過した以降に実行され、第３ステップによるモータジェネレータのモータ機能としての起動は、第２圧縮行程の上死点に達する以前に実行されるものである。

本発明によれば、エンジン始動時の静止状態からの第１圧縮行程の上死点を経過するまでの一番負荷が大きい領域を、スタータでクランクングさせることにより、モータジェネレータも所定の回転速度に達し、その後に、モータジェネレータでクランキングするエンジン始動制御を行っている。この結果、モータジェネレータの駆動力としての出力を抑制でき、モータジェネレータや電力変換装置の小型化・低コスト化ができる。換言すると、モータジェネレータとスタータの最適なエンジン始動制御を行うことにより、モータジェネレータとスタータの出力性能の適正化を図り、低コスト化を実現することのできるエンジン始動制御装置およびエンジン始動制御方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るエンジン始動制御装置を搭載する車両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によるエンジン始動制御装置において、イグニッションキーがＯＦＦ状態からＯＮ状態に操作されたときの、エンジンの初期始動のための併用始動制御の流れを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２によるエンジン始動制御装置において、アイドリングストップ機能によるエンジンの自動停止期間中に、所定の条件によりエンジンを再始動するための併用始動制御を含むエンジン再始動の流れ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制御装置およびエンジン始動制御方法の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るエンジン始動制御装置を搭載する車両の概略構成を示すブロック図である。図１において、エンジン１は、アイドリングストップのエンジン停止、あるいはエンジン再始動を判断する機能を含む、エンジン１の制御を行うエンジン制御装置（以下、エンジンＥＣＵと称する）６により駆動制御されている。

エンジン１のクランクシャフト１１には、ベルト１２を介してモータジェネレータ２が常時連結されている。また、スタータ３の駆動力の出力部となるピニオン３１は、クランクシャフト１１と一体となったリングギヤ１３に駆動力を伝達する。そして、このスタータ３は、リングギヤ１３に着脱可能な状態で装着されている。

モータジェネレータ２には、モータジェネレータ２の電源として機能するインバータ２１が接続されている。さらに、インバータ２１は、バッテリ４と、モータジェネレータの発電および駆動の制御を行うモータジェネレータ制御回路（以下、ＭＧ制御回路と称する）２２とに接続されている。

スタータ３は、スタータ３へ電力の供給を行うための電気接点の開閉機能を持った電磁スイッチ３２を備えている。そして、電磁スイッチ３２は、バッテリ４に接続されている。

ＭＧ制御回路２２および電磁スイッチ３２の励磁端子３２ａは、それぞれエンジン始動時の制御を行う始動制御部５に接続されている。また、始動制御部５は、エンジンＥＣＵ６に接続されている。

さらに、エンジン１は、クランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサー１４を備えており、クランク角度信号は、エンジンＥＵＣ６に送信されるとともに、エンジンＥＣＵ６経由か、もしくは、直接に、始動制御部５へ送信される。

次に、モータジェネレータ２の機能について説明する。モータジェネレータ２は、発電機の機能と、モータの機能の２つの機能を有している。発電機として機能するときは、エンジン１が稼働状態の場合であり、エンジン１の駆動トルクにより、クランクシャフト１１からベルト１２を介して常時回転している状態で、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１で発電電力を整流して、バッテリ４の充電を行っている。

また、モータとして機能するときは、エンジン１へ駆動力を供給する場合であり、バッテリ４の電力を使用し、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１を介して電力供給を受け、モータとして駆動される。さらに、ベルト１２を介してクランクシャフト１１へ駆動トルクが伝達され、エンジン１が駆動される。

なお、モータジェネレータ２は、エンジン１の始動が完了した後には、モータの機能を停止し、発電機の機能を開始する。また、エンジン１へ駆動力を供給するときは、エンジン１の始動時と、エンジンの発生トルクを補うトルクアシスト時の２つがある。

次に、スタータ３の機能について説明する。スタータ３は、エンジン始動時に使用され、電磁スイッチ３２の励磁端子３２ａに電圧が印加されることにより、電磁スイッチ３２の電気接点が閉路されて、スタータ３のモータ部へ電力が供給されるとともに、ピニオン３１がリングギヤ１３側へ移動する。そして、リングギヤ１３とピニオン３１が噛合うことにより、スタータ３のモータ部で発生する駆動トルクが、クランクシャフト１１へ伝達され、エンジン１を駆動する。

モータ部の出力軸とピニオン３１を含むピニオン移動体とは、モータ部が回転駆動したときに、ピニオン移動体が静止位置からリングギヤ１３側への推進力が発生する角度を持ったヘリカルスプラインで係合されている。

エンジン１側でスタータ３の駆動力が不要となった場合には、励磁端子３２ａの電圧の印加が解消される。これにより、電磁スイッチ３２の電気接点が開路されて、スタータ３のモータ部への電力の供給がなくなるとともに、ピニオン３１がリングギヤ１３と噛合っている状態が解消される。

モータジェネレータ２は、エンジン始動時には、ＭＧ制御回路２２やインバータ２１によって駆動されるモータとして機能する。そして、モータジェネレータ２からエンジン１への駆動力の伝達はベルト１２で行われる。この場合、低温時や駆動トルクが大きい時のベルトのスベリが懸念される。

次に、本実施の形態１における始動制御部５による一連動作について説明する。図２は、本発明の実施の形態１による始動制御部５において、イグニッションキーがＯＦＦ状態からＯＮ状態に操作されたときの、エンジンの初期始動のための併用始動制御の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１１０において、始動制御部５は、エンジンＥＣＵ６へ入力されるエンジンおよび車両の運転状態等を示す運転状態信号に基づいて、イグニッションキーがＯＦＦ状態からＯＮ状態に操作されたときのエンジンの初期始動のためのエンジン初期始動要求があるか否かを判定する。

そして、ステップＳ１１０での判定の結果、エンジン初期始動要求がない場合（ＮＯ）には、始動制御部５は、エンジン初期始動要求があるまで、状態を維持して待機する。一方、ステップＳ１１０での判定の結果、エンジン初期始動要求がある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１１に進む。そして、ステップＳ１１１において、始動制御部５は、電磁スイッチ３２を駆動して電気接点を閉路する。この結果、モータ回路に通電がなされることにより、電流がスタータ３のモータ部に供給され、モータ部に回転駆動力が発生する。

また、電磁スイッチ３２を駆動して電気接点を閉路することによって、ピニオン３１は、リングギヤ１３に噛み合う位置に移動する。その結果、モータ部の回転駆動力が、噛み合ったピニオン３１とリングギヤ１３とを介してクランクシャフト１１に伝達され、エンジン１を回転駆動することとなる。そして、燃料噴射が開始される。

このようなエンジン始動後、エンジンＥＣＵ６は、クランク角センサー１４からのクランク角信号により得られる現在のクランク角度およびクランク角信号の周期に基づいて、エンジンの回転速度、つまり、リングギヤ１３の回転速度を演算して、監視している。

ステップＳ１１１においてスタータ３によるクランキングを開始した後、ステップＳ１１２において、始動制御部５は、現在のクランク角度をモニターし、第一圧縮行程の上死点になるタイミングに相当するクランク角度以降に設定された第１クランク角度になるまで、状態を維持して待機する。

ステップＳ１１２での判定の結果、第１クランク角度に達したと判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１３に進む。そして、ステップＳ１１３において、始動制御部５は、バッテリ４の電力を使用して、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１を介して、モータジェネレータ２へ電力を供給する。この結果、モータジェネレータ２は、モータとして駆動され、ベルト１２を介してクランクシャフト１１へ駆動トルクを伝達することで、エンジン１を駆動する。

ステップＳ１１３においてモータジェネレータ２によるクランキングを開始した後、ステップＳ１１４において、始動制御部５は、現在のクランク角度をモニターし、第二圧縮行程の上死点になるタイミングに相当するクランク角度よりも前に設定された第２クランク角度になるまで、状態を維持して待機する。

ステップＳ１１４での判定の結果、第２クランク角度に達したと判定した場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１５に進む。そして、ステップＳ１１５において、始動制御部５は、電磁スイッチ３２の駆動を停止し、電気接点を開路する。この結果、モータ回路の通電が解消されることにより、モータ部の回転駆動力が停止される。また、電磁スイッチ３２の駆動を停止することで、ピニオン３１は、リングギヤ１３との噛み合わせ位置から移動して、噛合いを離脱して、元の位置に押し戻される。

すなわち、上述したステップＳ１１３およびステップＳ１１５による動作は、エンジン初期始動の併用始動制御開始後、最初に発生するエンジン１の圧縮行程である第一圧縮行程の上死点になるタイミングに相当するクランク角度以降であり、かつ、第一圧縮行程以降に次に発生するエンジン１の圧縮行程である第二圧縮行程の上死点になるタイミングに相当するクランク角度以前である膨張圧縮行程期間で実行される。換言すると、第１クランク角度および第２クランク角度を適切な値に設定することで、ステップＳ１１３およびステップＳ１１５による動作を、上述した膨張圧縮行程期間で実行することができる。

この膨張圧縮行程期間では、第１圧縮行程で圧縮された空気の膨張力により、エンジン１のフリクショントルクは、第１圧縮行程と第２圧縮行程のそれぞれの上死点付近に比べて小さくなる。この結果、エンジン１の回転速度は、クランキング中のスタータ３の回転速度よりも高い回転速度になる。そして、スタータ３のピニオン３１は、リングギヤ１３から回転駆動され、モータ部の回転速度以上に回されることになる。

通常のスタータでは、モータ部の駆動トルクをピニオン３１側へ伝達して、ピニオン３１側からの駆動トルクをモータ部側へ伝達しないワンウェイクラッチが設けられている。ただし、本実施の形態１では、上述した膨張圧縮行程期間におけるリングギヤ１３の回転速度よりも大きな回転速度で、ピニオン３１がリングギヤ１３側から回転駆動されることはない。このため、通常は備えられているワンウェイクラッチを備えていなくても、モータ部が高回転により破損することがなくなり、ワンウェイクラッチをなくすことが可能となる。

ステップＳ１１５においてスタータ３を停止させた後、ステップＳ１１６において、始動制御部５は、エンジン１が完爆したか否か、すなわち、エンジン１が始動完了したか否かの判定を行う。ステップＳ１１６での判定の結果、エンジン１が始動完了していない場合（ＮＯ）には、始動制御部５は、エンジン１が始動完了する判定が行われるまで、状態を維持する。一方、ステップＳ１１６での判定の結果、エンジン１が始動している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１１７へと進む。

そして、ステップＳ１１７において、始動制御部５は、ＭＧ制御回路２２によるモータジェネレータ２への電力供給を停止し、モータの機能を停止させ、続いて、発電機の機能を開始させる。これらの一連処理により、エンジン初期始動における、モータジェネレータ２とスタータ３による併用始動制御が終了する。

このように構成された始動制御部５によれば、以下の２つの特徴を実現できる。
（特徴１）エンジン始動時当初のエンジン１の回り始めと第一圧縮行程の上死点のフリクショントルクが大きい領域は、ギヤによりトルク伝達を確実に行えるスタータ３で実施する。
（特徴２）フリクショントルクが比較的小さい領域は、大きいフリクショントルクではスベリの可能性があるベルト１２でトルク伝達を行うモータジェネレータ２で実施する。

これらの特徴１、２を備えることで、ベルト１２への負担が軽減するとともに、確実なエンジン始動の効果が得られる。低温時においては、ベルト１２は、さらにスベリ易くなるため、一層の効果が得られる。

また、本実施の形態１における併用始動制御を採用することで、モータジェネレータ２は、フリクショントルクの大きな領域を駆動する必要がない。このため、モータジェネレータ２の機能としては、発電機の機能を重視でき、モータの機能として小出力化が可能になり、モータジェネレータ２の小型化および低コスト化の効果が得られる。

さらに、本実施の形態１における併用始動制御を採用することで、スタータ３は、エンジン１の始動に必要な回転速度までクランキングする必要がない。このため、スタータ３の機能としては、低回転の出力特性でよいことになり、スタータ３の小出力化による小型化および低コスト化の効果が得られる。例えば、従来よりも内部減速比を上げて、低回転での駆動トルクに特化した仕様にすることで、スタータ３の小型化が可能になる。

また、スタータ３によってモータジェネレータ２も回転駆動される。このため、モータジェネレータ２は、完全停止の状態からの起動がなく、起動されるときは、一定の回転速度を持った状態から起動されることとなる。

通常のモータでは、完全停止の状態でモータへの通電を開始すると、初期に多大なラッシュ電流が発生し、回転速度の上昇に伴い、逆起電力が大きくなり、電流が低下する特性がある。

これに対して、本実施の形態１における併用始動制御によれば、モータジェネレータ２への通電を開始するときは常に、モータジェネレータ２自身がすでに一定の回転速度を持っている。従って、ラッシュ電流の抑制にも効果があり、さらには、インバータ２１のパワー素子（例えば、ＭＯＳ−ＦＥＴ等）への負担も軽減し、インバータ２１の低容量化が可能となる。この結果、モータジェネレータ２の小型化や低コスト化の効果が得られる。

さらに、ステップＳ１１３およびステップＳ１１５による動作は、上述した膨張圧縮行程期間内に設定されている。このため、ステップＳ１１５では、スタータ３のモータ部の回転速度よりも、ピニオン３１の回転速度が大きくなり、スタータ３が停止される。この結果、ヘリカルスプラインにより、ピニオン３１に静止位置に戻る推進力が発生し、確実にピニオン３１をリングギヤ１３から離脱させることができる。

また、ステップＳ１１３では、エンジン１のフリクショントルクが小さくなっているときであり、さらにスタータ３のモータ部の回転速度より、リングギヤ１３の回転速度が大きくなっている状態で、モータジェネレータ２が起動される。このため、モータジェネレータ２の負荷が小さく、回転速度が上昇しやすくなる。この結果、モータジェネレータ２やベルト１２の負荷の低減、および始動時間の短縮を図ることができる。

さらに、スタータ停止とモータジェネレータ起動のタイミングは、従来から車両に搭載されているクランク角センサー１４を用いて、クランク角度をモニターする機能で決定することができる。この結果、車両全体のコストに影響がなく、システムの簡素化を図ることが可能となる。

以上の内容を整理すると、実施の形態１によれば、エンジン初期始動要求時において、以下の４点の効果を得ることができる。
（効果１）エンジン始動時の静止状態からの第１圧縮行程の上死点を経過するまでの一番負荷が大きい領域を、スタータでクランクングさせることにより、モータジェネレータも所定の回転速度に達し、その後にモータジェネレータでクランキングすることになる。このため、モータジェネレータの駆動力としての出力を抑制でき、モータジェネレータおよび電力変改装置の小型化・低コスト化ができる。

（効果２）モータジェネレータは、回転している状態からの起動となるため、静止しているモータジェネレータの起動時にバッテリからの電力供給時に発生するラッシュ電流を抑制することができる。さらに、電力変改装置の小型化・低コスト化が可能となる。

（効果３）スタータにおいても、エンジン始動可能な回転速度まで回す必要がないため、小出力で小型化・低コスト化が可能になる。

（効果４）スタータ停止とモータジェネレータ起動のタイミングは、従来から車両に搭載されているクランク角センサーの信号に基づいて、クランク角度をモニターすることで決定することができるため、車両全体のコストに影響がなく、システムも簡素化することが可能となる。

実施の形態２．
先の実施の形態１では、エンジン初期始動要求時における併用始動制御内容について説明した。これに対して、本実施の形態２では、エンジン再始動要求時における併用始動制御内容について説明する。

図３は、本発明の実施の形態２による始動制御部５において、アイドリングストップ機能によるエンジン１の自動停止期間中に、所定の条件によりエンジンを再始動するための併用始動制御を含むエンジン再始動の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１２０において、始動制御部５は、エンジンＥＣＵ６へ入力されるエンジンおよび車両の運転状態等を示す運転状態信号に基づいて、アイドリングストップ機能によるエンジンの自動停止期間中に、所定の再始動条件が成立したときに、自動停止したエンジンを再始動するためのエンジン再始動要求があるか否かを判定する。

そして、ステップＳ１２０での判定の結果、エンジン再始動要求がない場合（ＮＯ）には、始動制御部５は、エンジン再始動要求があるまで、状態を維持して待機する。

このとき、エンジンＥＣＵ６は、クランク角センサー１４からのクランク角信号により得られる現在のクランク角度およびクランク角信号の周期に基づいて、エンジンの回転速度、つまり、リングギヤ１３の回転速度を演算して、監視している。

一方、ステップＳ１２０での判定の結果、エンジン始動要求がある場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２１に進む。そして、ステップＳ１２１において、始動制御部５は、エンジン１の回転速度によって、再始動方法を判定する。

具体的には、始動制御部５は、ステップＳ１２１において、エンジン１の回転速度が、以下の３つの回転速度域のいずれであるかを判定している。
（１）第１回転速度域：エンジン１の回転速度が、燃料噴射の再開のみでエンジン再始動が可能な回転速度域。
（２）第２回転速度域：第１回転速度域以下で、モータジェネレータ２のみでエンジン再始動可能な回転速度域。
（３）第３回転速度域：第２回転速度域以下で、スタータ３による再始動制御初期のクランキングが必要な回転速度域。

ステップＳ１２１での判定の結果、エンジン１の回転速度が第１回転速度域である場合（ＹＥＳ１）には、ステップＳ１２２に進む。そして、ステップＳ１２２において、始動制御部５は、燃料噴射を再開する。さらに、ステップＳ１２３において、始動制御部５は、モータジェネレータ２の発電機機能を開始し、エンジン再始動における自立復帰制御を終了させる。

また、ステップＳ１２１での判定の結果、エンジン１の回転速度が第３回転速度域である場合（ＹＥＳ３）には、ステップＳ１１１に進む。そして、ステップＳ１１１に進んだ場合には、始動制御部５は、先の実施の形態１で説明したステップＳ１１１〜ステップＳ１１７による併用始動制御を実施する。

また、ステップＳ１２１での判定の結果、エンジン１の回転速度が第２回転速度域である場合（ＹＥＳ２）には、ステップＳ１２４に進む。そして、ステップＳ１２４において、始動制御部５は、バッテリ４の電力を使用して、ＭＧ制御回路２２によって制御されるインバータ２１を介して、モータジェネレータ２へ電力を供給する。この結果、モータジェネレータ２は、モータとして駆動され、ベルト１２を介してクランクシャフト１１へ駆動トルクを伝達することで、エンジン１を駆動する。

ステップＳ１２４においてモータジェネレータ２によるクランキングを開始した後、ステップＳ１２５において、始動制御部５は、エンジン１が完爆したか否か、すなわち、エンジン１が始動完了したか否かの判定を行う。ステップＳ１２４での判定の結果、エンジン１が始動完了していない場合（ＮＯ）には、始動制御部５は、エンジン１が始動完了する判定が行われるまで、状態を維持する。一方、ステップＳ１２４での判定の結果、エンジン１が始動している場合（ＹＥＳ）には、ステップＳ１２５へと進む。

そして、ステップＳ１２５において、始動制御部５は、ＭＧ制御回路２２によるモータジェネレータ２への電力供給を停止し、モータの機能を停止させ、続いて、発電機の機能を開始させる。これらの一連処理により、エンジン再始動における、モータジェネレータ２とスタータ３による併用始動制御が終了する。

以上の内容を整理すると、実施の形態２によれば、エンジン再始動要求時において、以下の５点の効果を得ることができる。

（効果１）初期始動のときだけでなく、アイドリングストップ機能時の再始動においても、併用始動制御が実施される。このため、モータジェネレータは、生涯にわたって完全停止状態からのモータの機能として起動されることがない。

（効果２）スタータは、生涯にわたって一定の回転速度以上で駆動されることがない。このため、より一層、実施の形態１と同様の効果が得られることになる。

（効果３）スタータのピニオンは、生涯にわたって、膨張圧縮行程期間のエンジンのリングギヤの回転速度よりも大きな回転速度で、リングギヤ側から回転駆動されることがない。このため、通常は備えられているワンウェイクラッチを備えていなくても、モータ部が高回転により破損することがなくなり、ワンウェイクラッチをなくすことで、さらなる低コスト化の効果が得られる。

（効果４）通常、ピニオンとワンウェイクラッチを含むピニオン移動体は、ワンウェイクラッチをなくすことができることで、軽量化が可能となる。さらに、ピニオン移動体を、静止位置からリングギヤ側へ移動させる電磁スイッチも、ピニオン移動体の軽量化によって押出し力を低減でき、電磁スイッチの小型化が可能になり、さらなる低コスト化の効果が得られる。

（効果５）ピニオン移動体の軽量化に伴い、ヘリカルスプラインによるリングギヤ側への推進力と、リングギヤから回転駆動されることによる静止位置へ戻る推進力によるピニオン移動体の移動が、さらに容易になる効果が得られる。さらには、モータ部の回転トルクにより、ピニオンの慣性を利用してピニオンが出力軸上をリングギヤ側へ移動して、リングギヤと噛合うベンディックス方式のスタータとすることも可能である。この場合、電磁スイッチによるピニオンの押出し機構が不要となり、さらなる低コスト化が可能となる。

なお、上述した実施の形態１、２では、モータジェネレータ２とスタータ３への電力の供給は、１つのバッテリ４で行い、モータジェネレータ２とスタータ３が同じ電圧で操作するシステムとして説明している。しかしながら、本発明は、このような場合に限定されるものではなく、モータジェネレータ２がスタータ３に比べ高電圧で使用される仕様に対しても適用可能である。

このような仕様の場合には、例えば、バッテリ４とスタータ３の間には、バッテリ４の電圧を降圧する降圧ＤＣ／ＤＣコンバータを必要とする。また、モータジェネレータ２とスタータ３は、それぞれに別のバッテリが接続されていて、その電圧においては、特に制限されない構成であってもよい。

また、実施の形態１、２では、ステップＳ１１３でモータジェネレータ２を起動してから、ステップＳ１１５でスタータ３を停止する構成で説明した。しかしながら、ステップＳ１１３が第１圧縮行程の上死点以降で第２圧縮行程の上死点以前の膨張圧縮行程期間内で設定されていて、ステップＳ１１５が第１圧縮行程の上死点以降に設定されていればよく、ステップＳ１１３とステップＳ１１５が同時に実施されても、また、ステップＳ１１５が第２圧縮行程の上死点以降の何れかの膨張圧縮行程で実施されても、同様の効果を得ることができる。

さらに、第１膨張行程では、スタータ３のモータ部の回転速度よりも、リングギヤ１３の回転速度が相対的に大きくなるので、第一圧縮行程の上死点を経過した以降に、先にステップＳ１１５が実施され、その後に、第二圧縮行程の上死点よりも前にＳ１１３が実施されてもよい。この場合には、電力の消費が抑制される効果が得られる。

１ エンジン、２ モータジェネレータ、３ スタータ、４ バッテリ、５ エンジン始動制御装置、６ エンジン制御装置（エンジンＥＣＵ）、１１ クランクシャフト、１２ ベルト、１３ リングギヤ、１４ クランク角センサー、２１ インバータ、２２ モータジェネレータ制御回路（ＭＧ制御回路）、３１ ピニオン、３２ 電磁スイッチ。

Claims (9)

1. エンジンと、
   ベルトにより前記エンジンに常時連結されてエンジン始動および発電を行うモータジェネレータと、
   インバータを介して前記モータジェネレータに接続されたバッテリと、
   前記インバータを介して前記モータジェネレータを制御するモータジェネレータ制御回路と、
   前記エンジンをクランキングするときに前記エンジンと連結されるスタータと、
   前記スタータへ電力供給を行うための電気接点の開閉機能を有する電磁スイッチと、
   前記エンジンに対してエンジン始動要求が発生したときに、
   前記電磁スイッチの前記電気接点を閉状態とすることで前記スタータを起動させて、前記エンジンと前記スタータが連結されることで前記エンジンをクランキングし、燃料噴射を開始させる第１制御と、
   前記モータジェネレータ制御回路を制御することにより前記モータジェネレータをモータ機能として起動させる第２制御と、
   前記モータジェネレータの前記モータ機能としての起動と同時かまたは前後して、前記電磁スイッチの前記電気接点を開状態とすることで前記スタータを停止させるとともに、前記スタータと前記エンジンとの連結を解除させる第３制御と、
   エンジン始動完了後に前記モータジェネレータ制御回路を制御することにより前記モータジェネレータの前記モータ機能を停止させる第４制御と
   を実行することで、前記モータジェネレータと前記スタータによる併用始動制御を行う始動制御部と
   を備えたエンジン始動制御装置であって、
   前記始動制御部は、
   前記第２制御により前記モータジェネレータの前記モータ機能としての起動を行うタイミングと、前記第３制御により前記スタータを停止させるタイミングを、前記第１制御による前記燃料噴射の開始後、最初に発生する前記エンジンの第１圧縮行程の上死点を通過した以降に設定し、
   前記第２制御により前記モータジェネレータの前記モータ機能としての起動を行うタイミングを、第２圧縮行程の上死点に達する以前に設定する
   エンジン始動制御装置。
2. 前記始動制御部は、前記第３制御により前記スタータを停止させるタイミングを、前記第１制御による前記燃料噴射の開始後に発生する前記エンジンの第２圧縮行程の上死点に達する以前に設定する
   請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
3. 前記エンジンのクランクシャフトの回転角度を検出するクランク角センサー
   をさらに備え、
   前記始動制御部は、前記第１圧縮行程の上死点と、前記第２圧縮行程の上死点を、前記クランク角センサーの信号に基づくクランク角度から判断する
   請求項１または２に記載のエンジン始動制御装置。
4. 前記併用始動制御が行われる対象となる車両は、あらかじめ定められた条件を満足すると一時的にエンジンを停止させるアイドリングストップシステムが搭載された車両であり、
   前記始動制御部は、前記エンジンが静止している状態から始動する場合に前記併用始動制御を実施する
   請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
5. 前記始動制御部は、前記アイドリングストップシステムにおいて、前記あらかじめ定められた条件を満足して前記エンジンを停止させる過程の前記エンジンの惰性回転中にエンジン再始動要求が発生した場合には、前記モータジェネレータのみを起動させて、前記エンジンを再始動させる
   請求項４に記載のエンジン始動制御装置。
6. 前記電磁スイッチの前記電気接点が閉状態となった際に前記スタータへ電力供給を行うためのスタータ用バッテリをさらに備える
   請求項１から５のいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
7. 前記電磁スイッチの前記電気接点が閉状態となった際に前記スタータに供給される電力は、前記バッテリから降圧されて供給される、
   請求項１から５のいずれか１項に記載のエンジン始動制御装置。
8. エンジンと、
   ベルトにより前記エンジンに常時連結されてエンジン始動および発電を行うモータジェネレータと、
   インバータを介して前記モータジェネレータに接続されたバッテリと、
   前記インバータを介して前記モータジェネレータを制御するモータジェネレータ制御回路と、
   前記エンジンをクランキングするときに前記エンジンと連結されるスタータと、
   前記スタータへ電力供給を行うための電気接点の開閉機能を有する電磁スイッチと、
   前記モータジェネレータ制御回路と前記電磁スイッチを制御することで、前記モータジェネレータと前記スタータによる併用始動制御を行う始動制御部と
   を備えたエンジン始動制御装置において、前記始動制御部により実行されるエンジン始動制御方法であって、
   前記始動制御部において、
   前記エンジンに対してエンジン始動要求が発生したか否かを判断する第１ステップと、
   前記第１ステップにより前記エンジン始動要求が発生したと判断した場合に、前記電磁スイッチの前記電気接点を閉状態とすることで前記スタータを起動させて、前記エンジンと前記スタータが連結されることで前記エンジンをクランキングし、燃料噴射を開始させる第２ステップと、
   前記モータジェネレータ制御回路を制御することにより前記モータジェネレータをモータ機能として起動させる第３ステップと、
   前記第３ステップによる前記モータジェネレータの前記モータ機能としての起動と同時かまたは前後して、前記電磁スイッチの前記電気接点を開状態とすることで前記スタータを停止させるとともに、前記スタータと前記エンジンとの連結を解除させる第４ステップと、
   エンジン始動完了後に前記モータジェネレータ制御回路を制御することにより前記モータジェネレータの前記モータ機能を停止させる第５ステップと
   を有し、
   前記第３ステップによる前記モータジェネレータの前記モータ機能としての起動、および前記第４ステップによる前記スタータの停止は、前記第２ステップによる前記燃料噴射の開始後、最初に発生する前記エンジンの第１圧縮行程の上死点を通過した以降に実行され、
   前記第３ステップによる前記モータジェネレータの前記モータ機能としての起動は、第２圧縮行程の上死点に達する以前に実行される
   エンジン始動制御方法。
9. 前記始動制御部において、
   前記第４ステップによる前記スタータの停止は、前記第２ステップによる前記燃料噴射の開始後に発生する前記エンジンの第２圧縮行程の上死点に達する以前に実行される
   請求項８に記載のエンジン始動制御方法。

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