JP5110231B2

JP5110231B2 - スタータの制御装置、エンジンの始動装置、ならびに車両

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Publication number: JP5110231B2
Application number: JP2012530442A
Authority: JP
Inventors: 孝紀守屋; 淳平筧; ハシムハスルルサニービン
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-03-15
Filing date: 2011-03-15
Publication date: 2012-12-26
Anticipated expiration: 2031-03-15
Also published as: CN103502629A; DE112011105032T8; US20130019711A1; WO2012124051A1; DE112011105032T5; JPWO2012124051A1

Description

本発明は、エンジンの制御装置および制御方法、エンジンの始動装置、ならびに車両に関し、より特定的には、ピニオンギヤをエンジンのリングギヤに係合させるための係合機構と、ピニオンギヤを回転させるためのモータとが個別に駆動可能なエンジンのスタータの制御に関する。

内燃機関などをエンジンとして有する自動車においては、燃費削減や排気エミッション低減などを目的として、車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダルが操作された状態においてエンジンの自動停止を行なうとともに、たとえば、ブレーキペダルの操作量が零まで減少されるなどの、運転者による再発進の動作によって自動再始動をする、いわゆるアイドリングストップまたはエコノミーランニング機能を搭載したものがある。

また、エンジンを始動させるためのスタータにおいては、スタータのピニオンギヤをエンジンのリングギヤに係合させるための係合機構と、ピニオンギヤを回転させるためのモータとを個別に駆動することが可能なものがある。

欧州特許公開番号ＥＰ２１５９４１０号（特許文献１）は、ピニオンギヤとピニオンギヤを回転させるモータとが個別に制御可能なエンジンのスタータにおいて、エンジン停止後のエンジン再始動の際に、エンジン回転速度に応じて、ピニオンギヤをモータに先行して駆動させるモードと、モータに先行してピニオンギヤを駆動するモードとを切換えてスタータを制御する構成が開示される。

欧州特許公開番号ＥＰ２１５９４１０号

このような車両において、アイドリングストップまたはエコノミーランニング機能によってエンジンが停止された際、エンジンの回転速度がまだ比較的高い状態で、エンジンの再始動が行なわれる場合がある。この場合、エンジンの回転速度が、無回転状態のピニオンギヤがリングギヤと係合可能な所定の基準回転速度以下まで低下したことに応答してピニオンギヤが駆動されるとともに、ピニオンギヤがリングギヤに係合した後にモータによりピニオンギヤが駆動されるようにスタータが制御される場合がある。

ところが、エンジン停止後、エンジンの回転速度は必ずしも滑らかに低下するわけではなく、たとえば、シリンダ内の空気によるピストンの脈動などによって、回転速度が振動的に変動しながら低下することがある。そうすると、この変動が大きい場合には、エンジン回転速度が、一旦基準回転速度以下まで低下した後に、再び上記基準回転速度を上回ってしまう状態が起こり得る。

このような状態が生じると、ピニオンギヤとリングギヤとの間の回転速度差が大きく、ピニオンギヤとリングギヤとがうまく係合できない状態でモータが駆動されてしまう可能性があり、これらのギヤの摩耗や破損の要因となったり、ギヤ同士の接触によって発生する音が大きくなり、ユーザに不快感を与えたりするおそれがある。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ピニオンギヤとピニオンギヤを回転させるモータとが個別に制御可能なスタータを備えたエンジンにおいて、エンジン停止後にエンジンを再始動させる際に、エンジンの回転速度の変動が大きい場合であっても、適切にピニオンギヤとリングギヤとを係合させてエンジンを再始動させることである。

本発明によるエンジンの制御装置は、クランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、第２のギヤを回転させるモータとを含むスタータが設けられたエンジンを制御する。アクチュエータおよびモータは各々を個別に制御可能である。制御装置は、エンジンの回転速度が予め定められた第１の基準回転速度を下回るとアクチュエータを駆動し、アクチュエータ駆動後にモータを駆動する制御ユニットを備える。制御ユニットは、アクチュエータ駆動後にエンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回った場合には、エンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回らない場合に比べて、モータの駆動を遅延させる。

好ましくは、制御ユニットは、アクチュエータ駆動後にエンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回った場合には、エンジンの回転速度が再び第２の基準回転速度を下回るまで、モータの駆動を遅延させる。

好ましくは、制御ユニットは、アクチュエータ駆動後の第１の期間が経過したときにモータを駆動する。制御ユニットは、アクチュエータ駆動後であって第１の期間が経過する前にエンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回った場合には、エンジンの回転速度が再び第２の基準回転速度を下回った後、第２の期間が経過したときにモータを駆動する。

好ましくは、第２の期間は、第１の期間よりも短く設定される。
好ましくは、第２の基準回転速度は、第１の基準回転速度と等しい値に設定される。

好ましくは、第２の基準回転速度は、第１の基準回転速度より小さい値に設定される。
本発明によるエンジンの始動装置は、スタータと、上記の制御装置とを備える。

本発明による車両は、エンジンと、スタータと、制御装置とを備える。スタータは、エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤ、駆動状態において第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータ、および第２のギヤを回転させるモータを含む。制御装置は、エンジンの回転速度が予め定められた第１の基準回転速度を下回るとアクチュエータを駆動し、アクチュエータ駆動後の予め定められた所定期間が経過したときにモータを駆動するようにスタータを制御する。アクチュエータおよびモータは各々を個別に制御可能である。そして、制御装置は、アクチュエータ駆動後にエンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回った場合には、エンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回らない場合に比べて、モータの駆動を遅延させる。

本発明によれば、ピニオンギヤとピニオンギヤを回転させるモータとが個別に制御可能なスタータを備えたエンジンにおいて、エンジン停止後にエンジンを再始動させる際に、エンジンの回転速度の変動が大きい場合であっても、適切にピニオンギヤとリングギヤとを係合させることができる。

実施の形態１に従うエンジンの制御装置を搭載する車両の全体ブロック図である。エンジン停止後のエンジン回転速度の挙動を説明するための図である。実施の形態１におけるスタータ駆動制御の概要を説明するための図である。実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるスタータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。実施の形態１において、ＥＣＵで実行されるスタータ駆動制御処理を説明するためのフローチャートである。図５における、ピニオン駆動制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５における、モータ駆動判定処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５における、モータ駆動制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。実施の形態２におけるスタータ駆動制御の概要を説明するための図である。実施の形態２の変形例における、モータ駆動判定処理の詳細を説明するためのフローチャートである。実施の形態２の変形例における、モータ駆動制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

［実施の形態１］
図１は、実施の形態１に従うエンジンの制御装置を搭載する車両１０の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１０は、エンジン１００と、バッテリ１２０と、スタータ２００と、制御装置（以下ＥＣＵ（Electronic Control Unit）とも称する。）３００と、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを備える。また、スタータ２００は、プランジャ２１０と、モータ２２０と、ソレノイド２３０と、連結部２４０と、出力部材２５０と、ピニオンギヤ２６０とを含む。

エンジン１００は、車両１０を走行するための駆動力を発生する。エンジン１００のクランク軸１１１は、クラッチや減速機などを含んで構成される動力伝達装置を介して、駆動輪に接続される。

エンジン１００には、回転速度センサ１１５が設けられる。回転速度センサ１１５は、エンジン１００の回転速度ＮＥを検出し、その検出結果をＥＣＵ３００へ出力する。

バッテリ１２０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ１２０は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電などの二次電池を含んで構成される。また、バッテリ１２０は、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成されてもよい。

バッテリ１２０は、ＥＣＵ３００によって制御されるリレーＲＹ１，ＲＹ２を介して、スタータ２００に接続される。そして、バッテリ１２０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２が閉成されることによって、スタータ２００に駆動用の電源電圧を供給する。なお、バッテリ１２０の負極は車両１０のボディアースに接続される。

バッテリ１２０には、電圧センサ１２５が設けられる。電圧センサ１２５は、バッテリ１２０の出力電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

バッテリ１２０の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２７を介して、ＥＣＵ３００、および空調装置のインバータなどの補機に供給される。

リレーＲＹ１の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ１の他方端はスタータ２００内のソレノイド２３０の一方端に接続される。リレーＲＹ１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１により制御され、バッテリ１２０からソレノイド２３０への電源電圧の供給と遮断とを切換える。

リレーＲＹ２の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ２の他方端はスタータ２００内のモータ２２０に接続される。リレーＲＹ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２により制御され、バッテリ１２０からモータ２２０へ電源電圧の供給と遮断とを切換える。また、リレーＲＹ２とモータ２２０とを結ぶ電力線には、電圧センサ１３０が設けられる。電圧センサ１３０は、モータ電圧ＶＭを検出して、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

上述のように、スタータ２００内のモータ２２０およびソレノイド２３０への電源電圧の供給は、リレーＲＹ１，ＲＹ２によってそれぞれ独立に制御することが可能である。

出力部材２５０は、モータ内部のロータ（図示せず）の回転軸と、たとえば直線スプラインなどで結合される。また、出力部材２５０のモータ２２０とは反対側の端部には、ピニオンギヤ２６０が設けられる。リレーＲＹ２が閉成されることによって、バッテリ１２０から電源電圧が供給されてモータ２２０が回転すると、出力部材２５０は、ロータの回転動作をピニオンギヤ２６０に伝達して、ピニオンギヤ２６０を回転させる。

ソレノイド２３０の一方端は上述のようにリレーＲＹ１に接続され、ソレノイド２３０の他方端はボディアースに接続される。リレーＲＹ１が閉成されソレノイド２３０が励磁されると、ソレノイド２３０はプランジャ２１０を矢印の方向に吸引する。すなわち、プランジャ２１０とソレノイド２３０とで、アクチュエータ２３２を構成する。

プランジャ２１０は、連結部２４０を介して出力部材２５０と結合される。ソレノイド２３０が励磁されてプランジャ２１０が矢印の方向に吸引される。これにより、支点２４５が固定された連結部２４０によって、出力部材２５０が、図１に示された待機位置から、プランジャ２１０の動作方向とは逆の方向、すなわちピニオンギヤ２６０がモータ２２０の本体から遠ざかる方向に動かされる。また、プランジャ２１０は、図示しないばね機構によって、図１中の矢印とは逆向きの力が付勢されており、ソレノイド２３０が非励磁となると、待機位置に戻される。

このように、ソレノイド２３０が励磁されることによって、出力部材２５０が軸方向に動作すると、ピニオンギヤ２６０が、エンジン１００のクランク軸１１１に取付けられたフライホイールまたはドライブプレートの外周に設けられたリングギヤ１１０と係合する。そして、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合した状態で、ピニオンギヤ２６０が回転動作することによって、エンジン１００がクランキングされ、エンジン１００が始動される。

このように、実施の形態１においては、エンジン１００のフライホイールまたはドライブプレートの外周に設けられたリングギヤ１１０と係合するようにピニオンギヤ２６０を移動させるアクチュエータ２３２と、ピニオンギヤ２６０を回転させるモータ２２０とが個別に制御される。

なお、図１には図示しないが、リングギヤ１１０の回転動作によって、モータ２２０のロータが回転されないように、出力部材２５０とモータ２２０のロータ軸の間にワンウェイクラッチが設けられてもよい。

また、図１におけるアクチュエータ２３２は、ピニオンギヤ２６０の回転をリングギヤ１１０に伝達でき、かつピニオンギヤ２６０およびリングギヤ１１０が係合した状態と、両方が非係合の状態とを切換えることができる機構であれば、上記のような機構に限られるものではなく、たとえば、出力部材２５０の軸を、ピニオンギヤ２６０の径方向に動かすことによってピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合するような機構であってもよい。

ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御指令の出力を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、アクセルペダル１４０に設けられたセンサ（図示せず）からのアクセルペダル１４０の操作量を表わす信号ＡＣＣを受ける。ＥＣＵ３００は、ブレーキペダル１５０に設けられたセンサ（図示せず）からのブレーキペダル１５０の操作量を表わす信号ＢＲＫを受ける。また、ＥＣＵ３００は、運転者によるイグニッション操作などによる始動操作信号ＩＧ−ＯＮを受ける。ＥＣＵ３００は、これらの情報に基づいて、エンジン１００の始動要求信号および停止要求信号を生成し、それに従って制御信号ＳＥ１，ＳＥ２を出力してスタータ２００の動作を制御する。

たとえば、車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダル１５０が操作されているという停止条件が満たされたとき、停止要求信号が生成され、ＥＣＵ３００は、エンジン１００を停止する。すなわち、停止条件が満たされたとき、エンジン１００における燃料噴射および燃焼が停止される。

その後、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零になったという始動条件が満たされたとき、始動要求信号が生成され、ＥＣＵ３００は、モータ２２０を駆動してエンジン１００を始動する。その他、アクセルペダル１４０、変速レンジまたはギヤを選択するためのシフトレバー、もしくは、車両の走行モード（たとえば、パワーモードまたはエコモード等）を選択するためのスイッチが操作されると、エンジン１００を始動するようにしてもよい。

このように、ピニオンギヤの係合機構と、ピニオンギヤを回転させるためのモータとを個別に駆動することが可能なスタータを備える車両において、アイドリングストップまたはエコノミーランニング機能を行なう場合、エンジンの回転速度が高い状態で再始動が指示される場合がある。そして、このエンジンの再始動においては、まずアクチュエータを駆動してピニオンギヤをエンジンのリングギヤに係合させるとともに、係合動作指令出力後、係合動作が完了されるべき所定期間が経過したタイミングでモータを駆動し、それによってエンジンのクランク軸を回転させる方式が採用される場合がある。

このとき、エンジンの回転速度が高過ぎると、ピニオンギヤとリングギヤとの速度差が大きいために、ピニオンギヤとリングギヤとがうまく係合できない場合がある。そのため、エンジンの回転速度が高い状態で再始動が指示された場合には、エンジンの回転速度が所定の基準回転速度を下回ったことに応じて、ピニオンギヤの係合動作が開始される。

ところが、エンジンへの燃料供給が停止されたことによって、エンジンの回転速度が低下していく際に、エンジンのピストン内にある空気の圧縮・膨張の影響によってクランク軸の回転に脈動が生じる場合があり、図２に示すように、エンジン回転速度ＮＥは振動的に変動しながら低下する。この回転速度の振動的な変動は、低回転速度になるほど振幅が大きくなる傾向を有することが知られている。

図２において、時刻ｔ１でフューエルカットにより燃料供給が停止されてエンジン回転速度ＮＥが振動的に変動しながら低下する。そして、時刻ｔ２において、ピニオンギヤが係合可能な基準回転速度ＮＥｓｔｏｎまで低下すると、アクチュエータが作動されてピニオンギヤの係合動作が開始される。

このとき、図２中の実線の曲線Ｗ１に示されるように、振動的な変動の振幅が比較的小さく、時刻ｔ２より後に、回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎより大きくならない場合には、ピニオンギヤとリングギヤとは適切に係合することができる。しかしながら、図２中の破線の曲線Ｗ２に示されるように、振動的な変動の振幅が比較的大きく、時刻ｔ２より後に、回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎより大きくなってしまう場合には、ピニオンギヤとリングギヤとが係合できない場合が起こり得る。そうすると、係合動作指令が出力されてから所定期間経過後にモータが駆動されると、ピニオンギヤとリングギヤとが未係合のままピニオンギヤが回転する。これによって、ピニオンギヤおよびリングギヤの摩耗や破損が促進され耐久性を低下させる要因となるとともに、ピニオンギヤとリングギヤとの接触音によりユーザに不快感を与えてしまうおそれがある。

そこで、実施の形態１においては、このように、エンジン回転速度ＮＥが、基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを一旦下回ってピニオンギヤの係合動作指令が出力された後に、再度基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを上回ってしまった場合に、さらにエンジン回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを下回るまでモータの駆動を遅延させる、スタータ駆動制御を実行する。これによって、ピニオンギヤとリングギヤとを適切に係合できるとともに、スタータの耐久性および静粛性を向上させることができる。

図３は、実施の形態１におけるスタータ駆動制御の概要を説明するための図であり、図２における時刻ｔ２の付近の円で示す部分に相当する部分を拡大した図に加えて、リレーＲＹ１，ＲＹ２の制御信号ＳＥ１，ＳＥ２の状態を示したものである。なお、図３において、エンジンの回転速度ＮＥの状態を示す曲線Ｗ１１，Ｗ１２は、エンジンの再始動動作が行なわれないとしたときの状態を示す。

図１および図３を参照して、エンジン１００への燃料供給停止後に、エンジン回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎまで低下したことに応答して、時刻ｔ１０において、制御信号ＳＥ１がオンに設定され、アクチュエータ２３２の駆動が開始される（図３中の曲線Ｗ２０）。

そして、曲線Ｗ１１で示すような、時刻ｔ１０以降に、エンジン回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを上回らない場合には、係合動作が完了すべき所定期間Ｔ１経過後の時刻ｔ１２において、モータ２２０を駆動するためのリレーＲＹ２の制御信号ＳＥ２がオンに設定される（図３中の曲線Ｗ２１）。これにより、エンジン１００がクランキングされる。

一方、破線の曲線Ｗ１２のように、振動的な変動が大きく、所定期間Ｔ１を経過する前に、エンジン回転速度ＮＥが再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを上回った場合（時刻ｔ１１）は、所定期間Ｔ１が経過する時刻ｔ１２におけるモータ２２０の駆動が禁止される。そして、図３中の破線の曲線Ｗ２２に示すように、エンジン回転速度ＮＥが再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎに到達する時刻ｔ１３から所定期間Ｔ２が経過した時点（時刻ｔ１４）において、リレーＲＹ２の制御信号ＳＥ２がオンに設定される。

このように、エンジン回転速度ＮＥが一旦基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを下回った後に再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを上回るような場合には、エンジン回転速度ＮＥが再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを下回るまでモータ２２０の駆動タイミングを遅延させることによって、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合していない状態でピニオンギヤ２６０が回転されることが防止できる。これによって、ピニオンギヤ２６０およびリングギヤ１１０の摩耗や破損が抑制されるとともに、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との大きな接触音を防止することができる。

なお、遅延後の所定期間Ｔ２については、所定期間Ｔ１と同じとしてもよいが、図３の時刻ｔ１２の時点では、ピニオンギヤ２６０は、すでにリングギヤ１１０の付近まで移動しており、かつ、リングギヤ１１０との接触によって回転させられている状態であるので、エンジン回転速度ＮＥが再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを下回った際には、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが速やかに係合するものと考えられる。そのため、エンジン１００の再始動を少しでも早期に行なうために、所定期間Ｔ２は所定期間Ｔ１よりも短く設定することが好ましい。

図４は、実施の形態１において、ＥＣＵ３００で実行されるスタータ駆動制御を説明するための機能ブロック図である。図４の機能ブロック図に記載された各機能ブロックは、ＥＣＵ３００によるハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。

図１および図４を参照して、ＥＣＵ３００は、ピニオン制御部３１０と、判定部３２０と、モータ制御部３３０とを含む。

ピニオン制御部３１０は、始動操作信号ＩＧ−ＯＮ、アクセルペダル１４０およびブレーキペダル１５０の操作信号ＡＣＣ，ＢＲＫ、およびエンジン１００の回転速度ＮＥを受ける。ピニオン制御部３１０は、始動操作信号ＩＧ−ＯＮ、アクセルペダル１４０およびブレーキペダル１５０の操作信号ＡＣＣ，ＢＲＫに基づいて、エンジン１００の再始動要求がされたことを検出した場合には、エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを下回ったときに、制御信号ＳＥ１をオンに設定してアクチュエータ２３２を駆動する。

判定部３２０は、エンジン１００の回転速度ＮＥと、ピニオン制御部３１０からのリレーＲＹ１の制御信号ＳＥ１とを受ける。そして、判定部３２０は、アクチュエータ２３２が駆動されてから所定期間Ｔ１が経過するまでに、回転速度ＮＥが再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを上回るか否かを監視する。判定部３２０は、所定期間Ｔ１が経過するまでに回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを上回ったことを検出すると、モータ２２０の駆動を遅延させるために待機フラグＦＬＧをオンに設定し、それをモータ制御部３３０へ出力する。この待機フラグＦＬＧは、回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを再び下回ってから所定期間Ｔ２が経過したときにオフに設定される。

モータ制御部３３０は、判定部３２０からの待機フラグＦＬＧと、ピニオン制御部３１０からのリレーＲＹ１の制御信号ＳＥ１とを受ける。モータ制御部３３０は、制御信号ＳＥ１がオンにされたことを検出した後、待機フラグＦＬＧがオフのままの場合には、制御信号ＳＥ１がオンになった時点から所定期間Ｔ１が経過したタイミングで、リレーＲＹ２の制御信号ＳＥ２をオンに設定してモータ２２０を駆動する。

一方、制御信号ＳＥ１がオンにされたことを検出した後に待機フラグＦＬＧがオンとなった場合には、モータ制御部３３０は、所定期間Ｔ１が経過しても制御信号ＳＥ２をオフのままの状態に維持し、モータ２２０の駆動を遅延させる。そして、モータ制御部３３０は、判定部３２０からの待機フラグＦＬＧがオフになったことを検出したことに応じて、制御信号ＳＥ２をオンに設定してモータ２２０の駆動を開始する。

次に、図５から図８のフローチャートを用いて、ＥＣＵ５００で実行されるスタータ駆動制御処理の詳細を説明する。図５から図８に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

図５は、実施の形態１において、ＥＣＵ３００で実行されるスタータ駆動制御の基本的な処理を示すフローチャートである。

図４および図５を参照して、ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、ピニオン制御部３１０によって、ピニオン駆動制御処理を実行する。次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ２００にて、判定部３２０によって、モータ駆動判定処理を実行する。そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ３００にて、モータ制御部３３０によって、モータ駆動制御処理を実行する。

以下、Ｓ１００，Ｓ２００，Ｓ３００における処理の詳細を、それぞれ図６，図７，図８を参照して説明する。

まず、図１および図６を参照して、ピニオン駆動制御処理の詳細を説明する。
ＥＣＵ３００は、Ｓ１１０にて、エンジン１００の始動要求がされたか否かを判定する。

始動要求がされなかった場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に進められ、ＥＣＵ３００は、ピニオン駆動指令、すなわちアクチュエータ２３２を駆動するための制御信号ＳＥ１をオフに維持する。

始動要求がされた場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１２０に進められ、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の回転速度ＮＥが、基準回転速度ＮＥｓｔｏｎ以下であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎより大きい場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との速度差が大きく、うまく係合できない可能性が高いので、Ｓ１４０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１をオフに維持する。

一方、エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎ以下の場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１３０に進められて、ＥＣＵ３００は制御信号ＳＥ１をオンに設定してアクチュエータ２３２を駆動し、ピニオンギヤ２６０をリングギヤ１１０と係合させる。

次に、図１および図７を参照して、モータ駆動判定処理の詳細を説明する。
ＥＣＵ３００は、Ｓ２１０にて、リレーＲＹ２の制御信号ＳＥ２がオフであるか否か、すなわち、モータ２２０が駆動されていないか否かを判定する。

制御信号ＳＥ２がオンである場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、すなわちすでにモータ２２０が駆動されている場合は、以降の処理がスキップされて、図５のＳ３００に処理が進められる。

制御信号ＳＥ２がオフである場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２２０に進められて、ＥＣＵ３００は、次に制御信号ＳＥ１がオンに設定されているか否かを判定する。

制御信号ＳＥ１がオフの場合（Ｓ２２０にてＮＯ）は、まだピニオンギヤ２６０の係合動作が行なわれていないので、処理がＳ２５０に進められ、ＥＣＵ３００は、待機フラグＦＬＧをオフに設定する。そして、処理をＳ３００（図５）へ進める。

制御信号ＳＥ１がオンの場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２３０に進められ、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎより大きいか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎより大きい場合（Ｓ２３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２４０に進められ、ＥＣＵ３００は、待機フラグＦＬＧをオンに設定してＳ３００（図５）へ処理を進める。

エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎ以下の場合（Ｓ２３０にてＮＯ）は、現状の待機フラグＦＬＧの状態を維持する。この状態となるのは、図３の曲線Ｗ１２の場合においては、時刻ｔ１０から時刻ｔ１１の間、および時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間である。すなわち、エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎ以下で、かつ所定期間が経過するのを待っている状態である。

そのため、図３の時刻ｔ１０から時刻ｔ１１の間の状態においては、まだ待機フラグＦＬＧはオンになっていないので、待機フラグＦＬＧがオフの状態が維持される。一方、時刻ｔ１３から時刻ｔ１４の間は、モータ２２０の駆動を遅延させるために待機フラグＦＬＧがオンの状態が維持される。

最後に、図１および図８を参照して、モータ駆動制御処理の詳細を説明する。
ＥＣＵ３００は、Ｓ３１０にて、制御信号ＳＥ１がオンであるか否かを判定する。

制御信号ＳＥ１がオフの場合（Ｓ３１０にてＮＯ）は、アクチュエータ２３２が駆動されていない状態であるので、処理がＳ３６０に進められ、ＥＣＵ３００は、モータ駆動指令である制御信号ＳＥ２をオフに設定する。

制御信号ＳＥ１がオンの場合（Ｓ３１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ３２０に進められ、ＥＣＵ３００は、次に、待機フラグＦＬＧがオフであるか否かを判定する。

待機フラグＦＬＧがオフである場合（Ｓ３２０にてＹＥＳ）は、図３における、時刻ｔ１０から時刻ｔ１２までの、所定期間Ｔ１が経過するまでの間の状態に相当する。そのため、ＥＣＵ３００は、処理をＳ３３０に進めて、所定期間Ｔ１が経過したか否かを判定する。

所定期間Ｔ１が経過していない場合（Ｓ３３０にてＮＯ）は、処理が図５に戻される。そして、それまでの状態が変化していなければ、次回の制御周期で再びＳ３３０まで処理が進められ、ＥＣＵ３００は、所定期間Ｔ１が経過するのを待つ。

所定期間Ｔ１が経過した場合（Ｓ３３０にてＹＥＳ）は、図３における曲線Ｗ１１の時刻ｔ１２の状態に対応する。そのため、ＥＣＵ３００は、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合したと判断し、処理をＳ３４０に進める。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２をオンに設定してモータ２２０を駆動する。これによって、エンジン１００がクランキングされ、エンジン１００が始動する。

一方、待機フラグＦＬＧがオンである場合（Ｓ３２０にてＮＯ）は、図３における曲線Ｗ１２の時刻ｔ１１から時刻ｔ１４までの状態に対応する。ＥＣＵ３００は、Ｓ３５０に処理を進めて、エンジン１００の回転速度ＮＥが再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎ以下となってから所定期間Ｔ２が経過したか否かを判定する。

Ｓ３５０にてＮＯ、すなわち、エンジン１００の回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを上回っている状態（図３における曲線Ｗ１２の時刻ｔ１１から時刻ｔ１３）の場合、あるいは、エンジン１００の回転速度ＮＥが再び基準回転速度ＮＥｓｔｏｎ以下となっているが所定期間Ｔ２が経過していない場合（図３における曲線Ｗ１２の時刻ｔ１３から時刻ｔ１４）は、ＥＣＵ３００は、現在の状態を維持して処理を図５に戻し、所定期間Ｔ２が経過するのを待つ。

そして、所定期間Ｔ２が経過した場合（Ｓ３５０にてＹＥＳ）は、図３における曲線Ｗ１２の時刻ｔ１４の状態であるので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ３４０に進め、制御信号ＳＥ２をオンに設定してモータ２２０を駆動する。

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、ピニオンギヤとピニオンギヤを回転させるモータとが個別に制御可能なスタータを備えたエンジンにおいて、エンジン停止後にエンジンを再始動させる際に、エンジンの回転速度の変動が大きい場合であっても、適切にピニオンギヤとリングギヤとを係合させることができる。これによって、エンジンの始動が確実に行なえるとともに、スタータの耐久性および静粛性を向上さえることができる。

［実施の形態２］
実施の形態１においては、スタータにおけるモータの駆動タイミングを遅延させる基準回転速度として、アクチュエータの駆動タイミングを規定する基準回転速度ＮＥｓｔｏｎを採用した。このように、共通の基準回転速度を採用することは、制御としてはシンプルとなるという利点はあるが、このモータの駆動タイミングを遅延させる基準回転速度は、必ずしも基準回転速度ＮＥｓｔｏｎと等しい値である必要はない。

アクチュエータの駆動タイミングを規定する基準回転速度ＮＥｓｔｏｎは、一般に、アクチュエータ自身の動作時間の間に低下するエンジンの回転速度を考慮して設定される。そのため、基準回転速度ＮＥｓｔｏｎは、ピニオンギヤとリングギヤとが実際に係合可能なエンジン回転速度よりもやや高い値に設定される場合がある。しかしながら、既にアクチュエータの駆動が開始された後においては、ピニオンギヤとリングギヤとが実際に係合可能なエンジン回転速度を反映することがより望ましく、これを達成するためには、アクチュエータの駆動タイミングを規定する基準回転速度と、モータの駆動タイミングを遅延させる基準回転速度とを異なる値とすることが好適である。

そこで、実施の形態２においては、アクチュエータの駆動タイミングを規定する基準回転速度ＮＥｓｔｏｎ（第１の基準回転速度）よりも低い基準回転速度ＮＥｄｌｙ（第２の基準回転速度）に基づいて、モータの駆動タイミングを遅延させるか否かを判定する構成について説明する。

図９は、実施の形態２におけるスタータ駆動制御の概要を説明するための図である。図９は、実施の形態１の図３と同様に、横軸には時間が示され、縦軸にはエンジン１００の回転速度ＮＥ、アクチュエータ２３２およびモータ２２０を駆動するための制御信号ＳＥ１，ＳＥ２の状態が示される。なお、図９においても、エンジンの回転速度ＮＥの状態を示す曲線Ｗ３１，Ｗ３２は、エンジンの再始動動作が行なわれないとしたときの状態を示す。

図１および図９を参照して、エンジン１００への燃料供給停止後に、エンジン回転速度ＮＥが基準回転速度ＮＥｓｔｏｎまで低下したことに応答して、時刻ｔ２０において、制御信号ＳＥ１がオンに設定され、アクチュエータ２３２の駆動が開始される（図９中の曲線Ｗ４０）。

そして、曲線Ｗ３１で示すような、時刻ｔ２０以降に、エンジン回転速度ＮＥが第２の基準回転速度ＮＥｄｌｙ（ＮＥｄｌｙ＜ＮＥｓｔｏｎ）を上回らない場合には、係合動作が完了すべき所定期間Ｔ１経過後の時刻ｔ２２において、モータ２２０を駆動するためのリレーＲＹ２の制御信号ＳＥ２がオンに設定される（図９中の曲線Ｗ４１）。これにより、エンジン１００がクランキングされる。

一方、破線の曲線Ｗ３２のように、振動的な変動が大きく、所定期間Ｔ１を経過する前に、エンジン回転速度ＮＥが第２の基準回転速度ＮＥｄｌｙを上回った場合（時刻ｔ２１）は、所定期間Ｔ１が経過する時刻ｔ２２におけるモータ２２０の駆動が禁止される。そして、図９中の破線の曲線Ｗ４２に示すように、エンジン回転速度ＮＥが再び第２の基準回転速度ＮＥｄｌｙに到達する時刻ｔ２３から所定期間Ｔ２が経過した時点（時刻ｔ２４）において、リレーＲＹ２の制御信号ＳＥ２がオンに設定される。

図１０および図１１は、実施の形態２において、ＥＣＵ３００で実行されるモータ駆動判定処理およびモータ駆動制御処理をそれぞれ説明するためのフローチャートである。図１０および図１１は、実施の形態１の図７および図８のフローチャートにそれぞれ対応する。図１０および図１１のフローチャートにおいては、待機フラグＦＬＧをオンとする条件（図１０のＳ２３０Ａ）、およびモータ駆動指令をオンとする条件（Ｓ１１のＳ３３０Ａ，Ｓ３５０Ａ）について、比較する基準回転速度として第２の基準回転速度ＮＥｄｌｙが採用される点が異なっているのみであるので、その他の図７および図８と重複するステップの説明については繰り返さない。

以上の説明のように、モータの駆動タイミングを遅延させる基準回転速度を、アクチュエータの駆動タイミングを規定する基準回転速度とは異なる値に設定することによって、ピニオンギヤとリングギヤとのより滑らかな係合を可能とすることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０車両、１００エンジン、１１０リングギヤ、１１１クランク軸、１１５回転速度センサ、１２０バッテリ、１２５，１３０電圧センサ、１２７ＤＣ／ＤＣコンバータ、１４０アクセルペダル、１５０ブレーキペダル、２００スタータ、２１０プランジャ、２２０モータ、２３０ソレノイド、２３２アクチュエータ、２４０連結部、２４５支点、２５０出力部材、２６０ピニオンギヤ、３００ＥＣＵ、３１０ピニオン制御部、３２０判定部、３３０モータ制御部、ＲＹ１，ＲＹ２リレー。

Claims

クランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、前記第２のギヤを回転させるモータとを含むエンジン始動用スタータの制御装置であって、
前記アクチュエータおよび前記モータは各々を個別に制御可能であり、
前記制御装置は、
前記エンジンの回転速度が予め定められた第１の基準回転速度を下回ると前記アクチュエータを駆動し、前記アクチュエータ駆動後に前記モータを駆動する制御ユニットを備え、
前記制御ユニットは、前記アクチュエータ駆動後に前記エンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回った場合には、前記エンジンの回転速度が前記第２の基準回転速度を上回らない場合に比べて、前記モータの駆動を遅延させる、スタータの制御装置。
前記制御ユニットは、前記アクチュエータ駆動後に前記エンジンの回転速度が前記第２の基準回転速度を上回った場合には、前記エンジンの回転速度が再び前記第２の基準回転速度を下回るまで、前記モータの駆動を遅延させる、請求項１に記載のスタータの制御装置。
前記制御ユニットは、前記アクチュエータ駆動後の第１の期間が経過したときに前記モータを駆動し、
前記制御ユニットは、前記アクチュエータ駆動後であって前記第１の期間が経過する前に前記エンジンの回転速度が前記第２の基準回転速度を上回った場合には、前記エンジンの回転速度が再び前記第２の基準回転速度を下回った後、第２の期間が経過したときに前記モータを駆動する、請求項２に記載のスタータの制御装置。
前記第２の期間は、前記第１の期間よりも短く設定される、請求項３に記載のスタータの制御装置。
前記第２の基準回転速度は、前記第１の基準回転速度と等しい値に設定される、請求項１に記載のスタータの制御装置。
前記第２の基準回転速度は、前記第１の基準回転速度より小さい値に設定される、請求項１に記載のスタータの制御装置。
前記スタータと、
請求項１〜６のいずれか１項に記載の制御装置とを備える、エンジンの始動装置。
エンジンと、
前記エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤ、駆動状態において前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータ、および前記第２のギヤを回転させるモータを含むスタータと、
前記エンジンの回転速度が予め定められた第１の基準回転速度を下回ると前記アクチュエータを駆動し、前記アクチュエータ駆動後の予め定められた所定期間が経過したときに前記モータを駆動するように前記スタータを制御する制御装置とを備え、
前記アクチュエータおよび前記モータは各々を個別に制御可能であり、
前記制御装置は、前記アクチュエータ駆動後に前記エンジンの回転速度が第２の基準回転速度を上回った場合には、前記エンジンの回転速度が前記第２の基準回転速度を上回らない場合に比べて、前記モータの駆動を遅延させる、車両。