JP5288070B2 - エンジンの制御装置および制御方法、ならびに車両 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの制御装置および制御方法、ならびに車両に関し、特に、エンジンのアイドリングストップまたはエコノミーランニングを制限する技術に関する。

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。

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車両においては、エンジンを停止した後、再始動する際に、スタータを駆動することに起因して、スタータに電力を供給するバッテリの電圧が低下し得る。バッテリの電圧が低くなると、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）のメモリがリセットされるなどし得る。

このような事項を考慮して、特開２０１０−２４９０６号公報（特許文献１）は、内燃機関を自動始動させるときのバッテリの最低電圧が閾値電圧以上になると予測される場合にアイドリングストップを許可することを開示する。

特開２０１０−２４９０６号公報

エンジンの回転速度が零になる前にエンジンを再始動する場合には、エンジンの回転速度が零になってからエンジンを再始動する場合に比べて、スタータの負荷が小さい。そのため、エンジンの回転速度が零になる前にエンジンを再始動する場合には、エンジンの回転速度が零になってからエンジンを再始動する場合に比べて、バッテリの電圧の低下量が小さい。よって、バッテリの電圧が不十分であっても、エンジンを再始動するときのバッテリの最低電圧が閾値電圧以上になり得る。したがって、アイドリングストップを制限すべき状況において、アイドリングストップを実行し得る。

本発明の目的は、バッテリの電圧が不十分である場合には、エンジンの停止を制限することである。

ある実施例において、予め定められた停止条件が満たされたときにエンジンを停止し、停止した後、予め定められた始動条件が満たされたときにモータによってクランキングされるエンジンの制御装置は、モータを駆動してエンジンをクランキングしている間に、モータに電力を供給するバッテリの電圧がしきい値を下回った後は、エンジンの停止を制限する制御ユニットを備える。しきい値は、モータを駆動するときのエンジンの回転速度が高いほど高い。

この実施例によると、エンジンの停止を制限するためのしきい値は、モータを駆動するときのエンジンの回転速度が高いほど高い。したがって、エンジンの回転速度が高い状態でモータを駆動したときの電圧の低下量が、エンジンの回転速度が低い状態でモータを駆動したときの電圧の低下量より小さくても、バッテリの電圧が不十分であれば、バッテリの電圧がしきい値を下回り得る。よって、以後、エンジンの停止が制限される。

別の実施例において、エンジンには、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を含むスタータが設けられる。モータは、第２のギヤを回転させる。制御ユニットは、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させる第１のモードと、モータの駆動に先立ってアクチュエータによって、第２のギヤを第１のギヤと係合させる第２のモードとを含む。第２のモードでアクチュエータおよびモータが駆動されるときのエンジンの回転速度よりも高い回転速度において、第１のモードでアクチュエータおよびモータが駆動される。

この実施例によると、エンジンの回転速度が高い場合には、第１のギヤと第２のギヤとの係合に先立って、モータが駆動される。これにより、第１のギヤと第２のギヤとの回転数差を小さくしてから、第１のギヤと第２のギヤとが係合される。よって、第１のギヤと第２のギヤとが円滑に係合される。そのため、エンジンの回転速度が高い状態であっても、エンジンを始動するためにクランキングを開始できる。このようなエンジンにおいて、エンジンの停止を制限するためのしきい値は、モータを駆動するときのエンジンの回転速度が高いほど高い。したがって、第１のモードでエンジンをクランキングしたときの電圧の低下量が、第２のモードでエンジンをクランキングしたときの電圧の低下量より小さくても、バッテリの電圧が不十分であれば、第１のモードでエンジンをクランキングしている間に、バッテリの電圧がしきい値を下回り得る。よって、以後、エンジンの停止が制限される。

さらに別の実施例において、しきい値は、第１のモードにおいて用いられるしきい値と、第２のモードにおいて用いられるしきい値とを含む。第１のモードにおいて用いられるしきい値は、第２のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い。

さらに別の実施例において、始動条件が満たされたときにエンジンの回転速度が零より大きく、かつ予め定められた回転速度以下であると、第２のモードでアクチュエータおよびモータが駆動される。制御ユニットは、第１のモードおよび第２のモードに加えて、始動条件が満たされたときにエンジンの回転速度が零であると、モータの駆動に先立ってアクチュエータによって、第２のギヤを第１のギヤと係合させる第３のモードを含む。しきい値は、第１のモードにおいて用いられるしきい値と、第２のモードにおいて用いられるしきい値と、第３のモードにおいて用いられるしきい値とを含む。第１のモードにおいて用いられるしきい値は、第２のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い。第２のモードにおいて用いられるしきい値は、第３のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い。

さらに別の実施例において、始動条件が満たされたときにエンジンの回転速度が零より大きく、かつ予め定められた回転速度以下であると、第２のモードでアクチュエータおよびモータが駆動される。制御ユニットは、第１のモードおよび第２のモードに加えて、始動条件が満たされたときにエンジンの回転速度が零であると、モータの駆動に先立ってアクチュエータによって、第２のギヤを第１のギヤと係合させる第３のモードを含む。しきい値は、第２のモードにおいて用いられるしきい値と、第３のモードにおいて用いられるしきい値とを含む。第２のモードにおいて用いられるしきい値は、第３のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い。

さらに別の実施例において、始動条件が満たされたときにエンジンの回転速度が零より大きく、かつ予め定められた回転速度以下であると、第２のモードでアクチュエータおよびモータが駆動される。制御ユニットは、第１のモードおよび第２のモードに加えて、始動条件が満たされたときにエンジンの回転速度が零であると、モータの駆動に先立ってアクチュエータによって、第２のギヤを第１のギヤと係合させる第３のモードを含む。しきい値は、第１のモードにおいて用いられるしきい値と、第３のモードにおいて用いられるしきい値とを含む。第１のモードにおいて用いられるしきい値は、第３のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い。

これらの実施例によると、制御モード毎に、エンジンの停止を制限するためのしきい値が定められる。したがって、たとえばアクチュエータまたはモータの動作遅れ等に起因して、クランキングを開始するまでの間にエンジンの回転速度が低下しても、各制御モードに対して適切に定められたしきい値を用いて、エンジンの停止を制限するか否かが判定される。たとえば、第１のモードでアクチュエータおよびモータを駆動するときに、クランキングを開始するまでの間にエンジンの回転速度が低下しても、第２のモードに対して定められた、比較的低いしきい値は用いられない。よって、第１のモードでエンジンをクランキングしたときの電圧の低下量が小さくても、バッテリの電圧が不十分であれば、第１のモードでエンジンをクランキングしている間に、バッテリの電圧がしきい値を下回り得る。同様に、第２のモードでアクチュエータおよびモータを駆動するときに、クランキングを開始するまでの間にエンジンの回転速度が低下しても、第３のモードに対して定められた、比較的低いしきい値は用いられない。よって、第２のモードでエンジンをクランキングしたときの電圧の低下量が小さくても、バッテリの電圧が不十分であれば、第３のモードでエンジンをクランキングしている間に、バッテリの電圧がしきい値を下回り得る。よって、以後、エンジンの停止が制限される。

エンジンの停止を制限するためのしきい値は、モータを駆動するときのエンジンの回転速度が高いほど高い。したがって、エンジンの回転速度が高い状態でモータを駆動したときの電圧の低下量が、エンジンの回転速度が低い状態でモータを駆動したときの電圧の低下量より小さくても、バッテリの電圧が不十分であれば、バッテリの電圧がしきい値を下回り得る。よって、以後、停止条件が満たされても、エンジンが継続して運転される。

第１の実施の形態の車両の全体ブロック図である。 スタータの動作モードの遷移を説明するための図である。 エンジン始動動作時の駆動モードを説明するための図である。 バッテリの電圧を示す図（その１）である。 バッテリの電圧を示す図（その２）である。 第１の実施の形態においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャート（その１）である。 第１の実施の形態においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャート（その２）である。 第２の実施の形態の車両の全体ブロック図である。 第２の実施の形態においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャート（その１）である。 第２の実施の形態においてＥＣＵが実行する処理を示すフローチャート（その２）である。 しきい値ＶＳを示す図である。

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。

第１の実施の形態
図１は、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、ＥＣＵ３００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替える。

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替える。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、本実施の形態においては、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替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、運転者によりブレーキペダル１５０が操作され、かつエンジン１００の停止が制限されていない（許可されている）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をクランキングする。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をクランキングするようにしてもよい。

ＥＣＵ３００は、エンジン１００の始動条件が満たされたとき、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動した後、ピニオンギヤ２６０が回転を開始するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される第２のモードと、ピニオンギヤ２６０が回転を開始した後、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される第１のモードとのうちのいずれか一方のモードで、アクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。

後述するように、ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが予め定められた第１の基準値α１以下であると、第２のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きいと、第１のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。

図２は、本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードの遷移を説明するための図である。本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードには、待機モード４１０、係合モード４２０、回転モード４３０、および全駆動モード４４０が含まれる。

前述した第２のモードは、係合モード４２０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードである。第１のモードは、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードである。

待機モード４１０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されていない状態、すなわちスタータ２００へのエンジン始動要求が出力されていない状態を表わす。待機モード４１０は、スタータ２００の初期状態に相当し、エンジン１００の始動動作前、エンジン１００が始動完了した後、およびエンジン１００の始動が失敗したときなどにおいて、スタータ２００の駆動が不要となった場合に選択される。

全駆動モード４４０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されている状態を表わす。この全駆動モード４４０においては、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合した状態で、モータ２２０によってピニオンギヤ２６０が回転される。これによって、実際にエンジン１００がクランキングされて始動動作が開始される。

本実施の形態におけるスタータ２００は、上述のように、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の各々を、独立して駆動することができる。そのため、待機モード４１０から全駆動モード４４０に遷移する過程において、モータ２２０の駆動に先立ってアクチュエータ２３２を駆動する場合（すなわち、係合モード４２０に相当）と、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０を駆動する場合（すなわち、回転モード４３０に相当）とがある。

この係合モード４２０および回転モード４３０の選択は、基本的には、エンジン１００の再始動要求が発生したときの、エンジン１００の回転速度Ｎｅに基づいて行なわれる。

係合モード４２０は、アクチュエータ２３２のみが駆動され、モータ２２０が駆動されていない状態である。このモードは、ピニオンギヤ２６０が停止した状態においても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合可能である場合に選択される。具体的には、エンジン１００が停止している状態、あるいはエンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に低下した状態（Ｎｅ≦第１の基準値α１）の場合に、この係合モード４２０が選択される。

一方、回転モード４３０は、モータ２２０のみが駆動され、アクチュエータ２３２が駆動されていない状態である。このモードは、たとえば、エンジン１００の停止要求直後に、エンジン１００の再始動要求が出力されたような場合に、エンジン１００の回転速度Ｎｅが相対的に高いとき（α１＜Ｎｅ≦第２の基準値α２）に選択される。

このように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが高いときには、ピニオンギヤ２６０を停止したままの状態では、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との間の速度差が大きく、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が困難となる可能性がある。そのため、回転モード４３０においては、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０のみが駆動され、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度とを同期させる。そして、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度との差が十分に小さくなったことに応じてアクチュエータ２３２が駆動され、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との係合が行なわれる。そして、動作モードが回転モード４３０から全駆動モード４４０へ遷移する。

全駆動モード４４０の場合に、エンジン１００の始動が完了し、エンジン１００が自立運転を開始したことに応じて、運転モードは全駆動モード４４０から待機モード４１０へ戻される。

このように、エンジン１００の始動要求信号が出力された場合、すなわち、エンジン１００を始動すると判定された場合、係合モード４２０を経て、全駆動モード４４０に移行する第２のモードと、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行する第１のモードとのうちのいずれか一方のモードで、アクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される。

図３は、本実施の形態において、エンジン始動動作時の２つの駆動モード（第１のモード，第２のモード）を説明するための図である。

図３の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、第１のモード時および第２のモード時における、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動状態が示される。

時刻ｔ０において、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ことによってエンジン１００の停止要求が生成され、エンジン１００が停止（燃料噴射および点火が停止）された場合を考える。この場合に、エンジン１００が再始動されなければ、実線の曲線Ｗ０のように、徐々にエンジン１００の回転速度Ｎｅが低下し、最終的にエンジン１００の回転が停止する。

次に、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下中に、たとえば、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ことによってエンジン１００の再始動要求が生成された場合について考える。この場合には、エンジン１００の回転速度Ｎｅによって３つの領域に分類される。

第１の領域（領域１）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２よりも高い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ０において始動条件が満たされ、再始動要求が生成されたような状態である。

この領域１は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に高いので、燃料噴射および点火動作によって、スタータ２００を用いなくともエンジン１００が始動可能な領域である。すなわち、エンジン１００が自立復帰可能な領域である。したがって、領域１においては、スタータ２００の駆動が制限、より具体的には禁止される。なお、上述の第２の基準値α２については、モータ２２０の最高回転速度によって制限される場合もある。

第２の領域は（領域２）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１および第２の基準値α２の間にある場合であり、図３中の点Ｐ１において始動条件が満たされ、再始動要求が生成されたような状態である。

この領域２は、エンジン１００は自立復帰できないが、エンジン１００の回転速度Ｎｅが比較的高い状態の領域である。この領域においては、図２で説明したように、回転モードが選択される。

時刻ｔ２において、エンジン１００の再始動要求が生成されると、所定時間経過後に、まずモータ２２０が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０が回転し始める。そして、時刻ｔ４において、アクチュエータ２３２が駆動される。そして、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０とが係合されると、エンジン１００がクランキングされて、破線の曲線Ｗ１のようにエンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

第３の領域（領域３）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１よりも低い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ２において始動条件が満たされ、再始動要求が生成されたような状態である。

この領域３は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが低く、ピニオンギヤ２６０を同期させなくても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が可能な領域である。この領域においては、図２で説明したように、係合モードが選択される。

時刻ｔ５において、エンジン１００の再始動要求が生成されると、所定時間経過後に、まずアクチュエータ２３２が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０側に押し出される。その後、モータ２２０が駆動される（図３中の時刻ｔ７）。これによってエンジン１００がクランキングされて破線の曲線Ｗ２のように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

このように、アクチュエータ２３２とモータ２２０とが独立して駆動可能なスタータ２００を用いて、エンジン１００の再始動制御を行なうことによって、従来のスタータでは、エンジン１００の自立復帰が不可能となる回転速度（図３中の時刻ｔ１）から、エンジン１００が停止するまで（図３中の時刻ｔ８）の期間（Ｔｉｎｈ）中エンジン１００の再始動動作が禁止されていた場合に比べて、より短時間でエンジン１００を再始動することが可能となる。これによって、運転者に対して、エンジン再始動が遅れてしまうことによる違和感を低減することができる。

図４に示すように、エンジン１００を再始動する際には、モータ２００を駆動することにより、モータ２２０に電力を供給するバッテリ１２０の電圧が一時的に低下し得る。バッテリ１２０はモータ２２０の他、補機類にも電力を供給しているため、バッテリ１２０の電圧の低下は望ましくない。

そこで、本実施の形態においては、モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ると、以後、エンジン１００の停止が制限される。より具体的には、エンジン１００の自動停止、すなわちアイドリングストップまたはエコノミーランニングが禁止される。エンジン１００を自動停止する頻度を少なくするようにしてもよい。たとえば、モータ２２０を駆動している間のバッテリ１２０の電圧の最低値がしきい値ＶＳ以下であると、バッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ったと判定される。

アイドリングストップまたはエコノミーランニングは、次にＩＧ−ＯＦＦ信号が受信されるまで制限されてもよく、バッテリ１２０が交換されることによってＥＣＵ３００のメモリがリセットされるまで制限されてもよい。

バッテリ１２０の電圧の低下量は、モータ２２０を駆動するときのエンジン回転速度Ｎｅに応じて変化する。モータ２２０を駆動するときのエンジン回転速度Ｎｅが高いほど、モータ２２０の負荷が小さくなり得るため、図５において破線で示すように、モータ２２０を駆動するときのエンジン回転速度Ｎｅが高いほど、電圧の低下量が小さくなり得る。

このような事項を考慮し、本実施の形態においては、モータ２２０を駆動するときのエンジン回転速度Ｎｅに応じて、異なるしきい値ＶＳが用いられる。すなわち、第１のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される場合、エンジン回転速度Ｎｅが零になる前に第２のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される場合、エンジン回転速度Ｎｅが零になってから第２のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される場合のそれぞれの場合において、別々のしきい値ＶＳが用いられる。

第１のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される場合には、第１しきい値ＶＳ１が用いられる。エンジン回転速度Ｎｅが零になる前に第２のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される場合には、第２しきい値ＶＳ２が用いられる。エンジン回転速度Ｎｅが零になってから第２のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される場合には、第３しきい値ＶＳ３が用いられる。

第１しきい値ＶＳ１は、第２しきい値ＶＳ２よりも高い。第２しきい値ＶＳ２は、第３しきい値ＶＳ３よりも高い。第１しきい値ＶＳ１、第２しきい値ＶＳ２および第３しきい値ＶＳ３は、実験およびシミュレーションの結果などに基いて開発者により予め定められる。

以下、図６および図７を参照して、エンジン１００を停止および始動するためにＥＣＵ３００が実行する処理について説明する。図６および図７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。

ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００が運転しているか否か判定する。エンジン１００が運転していると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止条件が満たされた否かを判定する。すなわち、エンジン１００を停止するか否かが判定される。

たとえばエンジン１００の停止が制限されているため、エンジン１００の停止条件が満たされていないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、エンジン１００の運転が継続される。この場合、処理がＳ２９０に進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

エンジン１００の停止が制限されていないために、エンジン１００の停止条件が満たされると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１０６にて、エンジン１００を停止する。したがって、エンジン１００において燃料噴射および燃焼が停止される。

その後、Ｓ２００において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の始動条件が満たされた否かを判定する。すなわち、エンジン１００を始動するか否かが判定される。エンジン１００の始動条件が満たされていない場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、エンジン１００の始動動作は不要であるので、処理がＳ２９０に進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

エンジン１００の始動条件が満たされた場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、処理がＳ２１０に進められ、ＥＣＵ３００は、次にエンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２より大きい場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、エンジン回転速度Ｎｅは、エンジン１００の自立復帰が可能な図３における領域１に対応するので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ２１２に進めて待機モードを選択する。その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ２１４にて、エンジン１００を再始動すべく、燃料噴射および燃焼を再開する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下の場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、Ｓ２１６にて、エンジン１００の回転速度Ｎｅが零であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが零である場合（Ｓ２１６にてＹＥＳ）、Ｓ２１８にて、ＥＣＵ３００は、第１しきい値ＶＳ１、第２しきい値ＶＳ２および第３しきい値ＶＳ３のうち、もっとも低い第３しきい値ＶＳ３を、バッテリ１２０の電圧と比較されるしきい値ＶＳとして選択する。

さらに、エンジン１００の回転速度Ｎｅが零である場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、エンジン回転速度Ｎｅが図３における領域３に含まれるので、処理がＳ２４５に進められ、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして係合モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１を出力してリレーＲＹ１を閉成することによってアクチュエータ２３２を駆動する。このとき、モータ２２０は駆動されない。

その後、Ｓ２７０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして全駆動モードを選択する。そして、エンジン１００をクランキングすべく、モータ２２０が駆動される。

モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ると（Ｓ２７２にてＹＥＳ）、Ｓ２７４にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止を制限する。エンジン１００の回転速度Ｎｅが零である場合には、モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧が第３しきい値ＶＳ３を下回ると、エンジン１００の停止が制限される。エンジン１００の停止が制限されると、以後、停止条件が満たされない。したがって、エンジン１００の自動停止、すなわちアイドリングストップまたはエコノミーランニングが制限され、エンジン１００が継続して運転される。

モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回らなければ（Ｓ２７２にてＮＯ）、Ｓ２７６にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止を許可する。

次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ２８０にて、エンジン１００の始動が完了したか否かを判定する。エンジン１００の始動完了の判定については、たとえば、モータ２２０の駆動開始から所定時間が経過した後に、エンジン回転速度が、自立運転を示すしきい値γより大きいか否かによって判定するようにしてもよい。

エンジン１００の始動が完了していない場合（Ｓ２８０にてＮＯ）は、Ｓ２７０に処理が戻され、エンジン１００のクランキングが継続される。

エンジン１００の始動が完了した場合（Ｓ２８０にてＹＥＳ）は、Ｓ２９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが零より大きい場合（Ｓ２１６にてＮＯ）は、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１（０＜α１）以下であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下の場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、Ｓ２２２にて、ＥＣＵ３００は、第１しきい値ＶＳ１、第２しきい値ＶＳ２および第３しきい値ＶＳ３のうち、第２しきい値ＶＳ２を、バッテリ１２０の電圧と比較されるしきい値ＶＳとして選択する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下の場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、エンジン回転速度Ｎｅは、図３における領域３に対応するので、処理がＳ２４５に進められ、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして係合モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１を出力してリレーＲＹ１を閉成することによってアクチュエータ２３２を駆動する。このとき、モータ２２０は駆動されない。

その後、Ｓ２７０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして全駆動モードを選択する。そして、スタータ２００によって、エンジン１００のクランキングが開始される。

モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ると（Ｓ２７２にてＹＥＳ）、Ｓ２７４にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止を制限する。エンジン１００の回転速度Ｎｅが零より大きく、かつ第１の基準値α１以下である場合には、モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧が第２しきい値ＶＳ２を下回ると、エンジン１００の停止が制限される。

エンジン１００の始動が完了していない場合（Ｓ２８０にてＮＯ）は、Ｓ２７０に処理が戻され、エンジン１００のクランキングが継続される。

エンジン１００の始動が完了した場合（Ｓ２８０にてＹＥＳ）は、Ｓ２９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きい場合（Ｓ２２０にてＮＯ）、Ｓ２２４にて、ＥＣＵ３００は、第１しきい値ＶＳ１、第２しきい値ＶＳ２および第３しきい値ＶＳ３のうち、最も高い第１しきい値ＶＳ１を、バッテリ１２０の電圧と比較されるしきい値ＶＳとして選択する。

さらに、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きい場合（Ｓ２２０にてＮＯ）は、Ｓ２４０にて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして回転モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２を出力してリレーＲＹ２を閉成することによってモータ２２０を駆動する。このとき、アクチュエータ２３２は駆動されない。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２７０にて、スタータ２００の動作モードとして全駆動モードを選択する。これによって、アクチュエータ２３２が駆動されて、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合し、エンジン１００がクランキングされる。

モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ると（Ｓ２７２にてＹＥＳ）、Ｓ２７４にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止を制限する。エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きい場合には、モータ２２０を駆動している間にバッテリ１２０の電圧が第１しきい値ＶＳ１を下回ると、エンジン１００の停止が制限される。

エンジン１００の始動が完了していない場合（Ｓ２８０にてＮＯ）は、Ｓ２７０に処理が戻され、エンジン１００のクランキングが継続される。

エンジン１００の始動が完了した場合（Ｓ２８０にてＹＥＳ）は、Ｓ２９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

以上のように、本実施の形態においては、予め定められた停止条件が満たされたときにエンジン１００が停止される。予め定められた始動条件が満たされたときにスタータ２００のモータ２２０を駆動してエンジン１００がクランキングされる。モータ２２０を駆動している間に、モータ２２０に電力を供給するバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ると、以後、エンジン１００の停止が制限される。しきい値は、モータ２２０を駆動するときのエンジン回転速度Ｎｅが高いほど高い。したがって、エンジン回転速度Ｎｅが高い状態でモータ２２０を駆動したときの電圧の低下量が、エンジン回転速度Ｎｅが低い状態でモータ２２０を駆動したときの電圧の低下量より小さくても、バッテリ１２０の電圧が不十分であれば、バッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回り得る。よって、以後、停止条件が満たされても、エンジン１００が継続して運転される。

第２の実施の形態
以下、図８を参照して、第２の実施の形態について説明する。本実施の形態におけるスタータ２０２は、第１の実施の形態におけるスタータ２００と比較して、ピニオンギヤ２６０が常時リングギヤ１１０と係合している点で相違する。

本実施の形態におけるスタータ２０２は、アクチュエータの代わりに、ワンウェイクラッチ２７０を有する。ワンウェイクラッチ２７０は、出力部材２５０上に設けられる。ワンウェイクラッチ２７０は、エンジン回転速度Ｎｅがモータ２２０の回転速度よりも大きくなることを許容する。

その他のエンジン１００の構成は同じである。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。

以下、図９および図１０を参照して、本実施の形態においてエンジン１００を停止および始動するためにＥＣＵ３００が実行する処理について説明する。図９および図１０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、一部の処理は、専用のハードウェア（電子回路）を構築して実現することも可能である。

前述の第１の実施の形態と同じ処理については、同じ符号を付してある。したがって、ここではそれらの詳細な説明は繰り返さない。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下の場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、Ｓ３００にて、バッテリ１２０の電圧と比較されるしきい値ＶＳを、エンジン回転速度Ｎｅに応じて設定する。たとえば、図１１に示すように、エンジン回転速度Ｎｅが高いほど高くなるようにしきい値ＶＳが設定される。より具体的には、モータ２２０を駆動している間に電圧が最も低くなるときのエンジン回転速度Ｎｅが高いほど高くなるようにしきい値ＶＳが設定される。始動条件が満たされたときのエンジン回転速度Ｎｅが高いほど高くなるようにしきい値ＶＳを設定してもよい。モータ２２０の駆動を開始するときのエンジン回転速度Ｎｅが高いほど高くなるようにしきい値ＶＳを設定してもよい。その他、しきい値ＶＳを設定するために用いられるエンジン回転速度Ｎｅは、適宜適切な回転速度を用いてもよい。

図１０を参照して、ＥＣＵ３００は、Ｓ３０２にて、エンジン１００をクランキングすべく、モータ２２０を駆動する。

エンジン１００の始動が完了した場合（Ｓ２８０にてＹＥＳ）は、Ｓ３０４に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、モータ２２０を停止する。

このようにしても、第１の実施の形態と同様の効果を奏することができる。その他、オルタネータによりエンジン１００をクランキングするようにしてもよい。

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、１４０ アクセルペダル、１５０ ブレーキペダル、１６０ 動力伝達装置、１７０ 駆動輪、２００，２０２ 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、２７０ ワンウェイクラッチ、３００ ＥＣＵ、４１０ 待機モード、４２０ 係合モード、４３０ 回転モード、４４０ 全駆動モード、ＲＹ１，ＲＹ２ リレー。

Claims (7)

1. 予め定められた停止条件が満たされたときに停止し、停止した後、予め定められた始動条件が満たされたときにモータによってクランキングされるエンジンの制御装置であって、
   前記モータを駆動して前記エンジンをクランキングしている間に、前記モータに電力を供給するバッテリの電圧がしきい値を下回った後は、前記エンジンの停止を制限する制御ユニットを備え、
   前記しきい値は、前記モータを駆動するときの前記エンジンの回転速度が高いほど高い、エンジンの制御装置。
2. 前記エンジンには、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、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を含むスタータが設けられ、
   前記モータは、前記第２のギヤを回転させ、
   前記制御ユニットは、前記アクチュエータの駆動に先立って前記モータを駆動させる第１のモードと、前記モータの駆動に先立って前記アクチュエータによって、前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合させる第２のモードとを含み、
   前記第２のモードで前記アクチュエータおよび前記モータが駆動されるときの前記エンジンの回転速度よりも高い回転速度において、前記第１のモードで前記アクチュエータおよび前記モータが駆動される、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記しきい値は、
   前記第１のモードにおいて用いられるしきい値と、
   前記第２のモードにおいて用いられるしきい値とを含み、
   前記第１のモードにおいて用いられるしきい値は、前記第２のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記始動条件が満たされたときに前記エンジンの回転速度が零より大きく、かつ予め定められた回転速度以下であると、前記第２のモードで前記アクチュエータおよび前記モータが駆動され、
   前記制御ユニットは、前記第１のモードおよび前記第２のモードに加えて、 前記始動条件が満たされたときに前記エンジンの回転速度が零であると、前記モータの駆動に先立って前記アクチュエータによって、前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合させる第３のモードを含み、
   前記しきい値は、
   前記第１のモードにおいて用いられるしきい値と、
   前記第２のモードにおいて用いられるしきい値と、
   前記第３のモードにおいて用いられるしきい値とを含み、
   前記第１のモードにおいて用いられるしきい値は、前記第２のモードにおいて用いられるしきい値よりも高く、
   前記第２のモードにおいて用いられるしきい値は、前記第３のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記始動条件が満たされたときに前記エンジンの回転速度が零より大きく、かつ予め定められた回転速度以下であると、前記第２のモードで前記アクチュエータおよび前記モータが駆動され、
   前記制御ユニットは、前記第１のモードおよび前記第２のモードに加えて、 前記始動条件が満たされたときに前記エンジンの回転速度が零であると、前記モータの駆動に先立って前記アクチュエータによって、前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合させる第３のモードとを含み、
   前記しきい値は、
   前記第２のモードにおいて用いられるしきい値と、
   前記第３のモードにおいて用いられるしきい値とを含み、
   前記第２のモードにおいて用いられるしきい値は、前記第３のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記始動条件が満たされたときに前記エンジンの回転速度が零より大きく、かつ予め定められた回転速度以下であると、前記第２のモードで前記アクチュエータおよび前記モータが駆動され、
   前記制御ユニットは、前記第１のモードおよび前記第２のモードに加えて、 前記始動条件が満たされたときに前記エンジンの回転速度が零であると、前記モータの駆動に先立って前記アクチュエータによって、前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合させる第３のモードとを含み、
   前記しきい値は、
   前記第１のモードにおいて用いられるしきい値と、
   前記第３のモードにおいて用いられるしきい値とを含み、
   前記第１のモードにおいて用いられるしきい値は、前記第３のモードにおいて用いられるしきい値よりも高い、請求項２に記載のエンジンの制御装置。
7. 予め定められた停止条件が満たされたときに停止し、停止した後、予め定められた始動条件が満たされたときにモータによってクランキングされるエンジンの制御装置であって、
   前記モータを駆動して前記エンジンをクランキングしている間における、前記モータに電力を供給するバッテリの電圧に応じて、前記エンジンの停止を制限する制御ユニットを備え、
   前記エンジンの停止が制限されるときの前記バッテリの電圧は、前記モータを駆動するときの前記エンジンの回転速度が高いほど高い、エンジンの制御装置。

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