JP5353721B2 - エンジン停止始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン停止始動制御装置に関するものである。

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。

エンジン再始動では、基本的にはキー操作に伴うエンジン始動時と同様に、スタータによりエンジンの出力軸（クランク軸）に初期回転が付与される。すなわち、まず、スタータに設けられたピニオンを、ピニオン回転軸の軸線方向に押し出すことにより、クランク軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせる。そして、スタータへの通電制御によりピニオンを回転させることでリングギヤを回転させる。これにより、クランキングが開始され、エンジンが再始動される。

エンジン再始動時のスタータ駆動制御として、エンジンの自動停止後であってエンジン回転速度がゼロになる前に次回のエンジン再始動に備えて予めピニオンをリングギヤに噛み合わせておき、エンジン再始動要求があったときにピニオンとリングギヤとの噛み合い状態でピニオンの回転を行うことが提案されている（例えば特許文献１参照）。こうすることで、エンジン再始動を速やかに行うとともに、ピニオンがリングギヤに噛み合う際の噛み合い音が抑制されるようにしている。

特開２００８−１６３８１８号公報

エンジン自動停止後であってその再始動要求前にピニオンとリングギヤとを予め噛み合わせておく場合、その噛み合わせ後、エンジン再始動の前にピニオンとリングギヤとの噛み合いが外れてしまうことがあると考えられる。この噛み合い解除時において、噛み合い時と同様にエンジン再始動要求に伴いピニオンの回転を行った場合、ピニオンがリングギヤに噛み合っていないにもかかわらずピニオンが回転される。この場合、例えば、回転停止中のリングギヤに対し、回転状態のピニオンが噛み合わされることにより、ピニオンとリングギヤとの噛み合い音が過大になったり、あるいは両者の噛み合いがスムーズに実施できなかったりすることが懸念される。

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、スタータによるクランキングを適正に実施することができるエンジン停止始動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、所定の自動停止条件が成立した場合にエンジンを自動停止し、その後所定の再始動条件が成立した場合にスタータによるクランキングを実施して前記エンジンを再始動する自動停止始動機能を有し、前記自動停止条件の成立後であって前記再始動条件の成立前に噛み合い駆動手段の通電制御により前記エンジンの出力軸に連結されたリングギヤへ前記スタータのピニオンを噛み合わせる噛み合い処理を実施する噛み合い制御手段と、前記再始動条件の成立に伴い回転駆動手段の通電制御により前記ピニオンを回転させる回転制御手段と、を備えるエンジン停止始動制御装置に関するものである。特に、請求項１に記載の発明は、前記噛み合い制御手段による前記噛み合い処理の実施後であって前記再始動条件の成立前に前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合いが解除されるピニオン抜けが発生したことを判定する抜け判定手段と、前記抜け判定手段による前記ピニオン抜けの判定結果に基づいて前記ピニオンの駆動を制御する駆動制御手段と、を備えることを特徴とする。

要するに、アイドルストップ制御では、エンジン自動停止後であってエンジンの回転停止前に、次回のエンジン再始動に備えて予めピニオンをリングギヤに噛み合わせておくことがある。この場合、同噛み合わせ実施後であって次回のエンジン再始動までの期間において、例えばエンジンの出力軸が回転することにより、ピニオンとリングギヤとの噛み合いが解除されるピニオン抜けが発生することが考えられる。ここで、ピニオン抜けの発生時に、ピニオンとリングギヤとが噛み合っている（互いの歯部が噛み合ってピニオンからリングギヤへの動力伝達が行われる）ものとしてピニオンを回転させた場合、ピニオンとリングギヤとが噛み合っていないためリングギヤを適正に回転させることができず、その結果、エンジンのクランキングが適正に実施されないことが考えられる。

その点に鑑み、本発明では、エンジン自動停止後にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを実施した場合、その噛み合い処理の実施後であってエンジン再始動条件の成立前にピニオン抜けが発生したか否かを判定し、その判定結果に基づいてピニオンの駆動、例えばピニオンとリングギヤとの噛み合わせやピニオンの回転を制御する。これにより、エンジン自動停止後において、ピニオンとリングギヤとの噛み合い状態に応じてピニオンを駆動することができ、ひいてはスタータによるクランキングを適正に実施することができる。

ピニオン抜けの判定結果に基づくピニオンの駆動制御として具体的には、請求項２に記載の発明のように、前記ピニオン抜けの発生なしと判定される場合に、前記再始動条件の成立に伴い前記回転制御手段により前記ピニオンの回転を開始し、前記ピニオン抜けの発生ありと判定される場合に、前記再始動条件が成立してから所定の遅延時間が経過した後に前記ピニオンの回転を開始する。

すなわち、ピニオン抜けが発生していない場合には、ピニオンとリングギヤとが噛み合った状態が維持されているため、エンジン再始動条件の成立と同時にピニオンを回転させる。これにより、エンジン再始動を速やかに実施することができ、始動性を向上させることができる。これに対し、ピニオン抜けが発生している場合には、ピニオンとリングギヤとの噛み合いが解除されているため、エンジン再始動条件の成立に伴い直ちにピニオンを回転させるのではなく、同条件成立から所定時間経過後にピニオンの回転を開始する。この場合、仮にエンジン再始動条件の成立に伴いピニオンの噛み合い処理が再度実施されるときであっても、その噛み合いに要する時間を確保することができる。

ピニオン抜けの判定結果に基づくピニオンの駆動制御として、請求項３に記載の発明のように、前記ピニオン抜けの発生有りと判定される場合に、同判定後であって前記再始動条件成立までの抜け発生後期間において前記噛み合い制御手段による前記噛み合い処理を実施してもよい。こうすれば、ピニオンとリングギヤとの噛み合いが解除された場合であっても、エンジン再始動条件の成立前にそれらを再度噛み合わせた状態にしておくことができる。その結果、エンジン再始動を速やかに実施することができる。

一般に、ピニオンとリングギヤとの噛み合いは、それらの少なくとも一方の回転方向への動きを利用して行われる。したがって、ピニオン抜け発生後において噛み合い駆動手段を通電状態にしておけば、その通電期間に何等かの要因でピニオン又はリングギヤが回転方向に動いたときにその動きを利用して両者の噛み合わせを実施可能と考えられる。その点を考慮し、抜け発生後期間に噛み合い駆動手段の通電／非通電を複数回実施する構成（請求項４）や、抜け発生後期間に噛み合い駆動手段の通電を連続して実施する構成（請求項５）とする。これにより、ピニオン抜けの発生後において、次回のエンジン再始動条件の成立前にピニオンとリングギヤとを再度噛み合わせ状態にすることが可能となる。

また、請求項４に記載の発明のように、抜け発生後期間に噛み合い駆動手段の通電／非通電を複数回実施した場合には、電力消費の抑制を好適に図ることができる。すなわち、エンジン自動停止後では、基本的にはエンジンが回転停止状態にあるため、エンジンの回転停止直前に噛み合いを実施する場合に比べて、ピニオン及びリングギヤの互いの歯部が噛み合いにくいと考えられる。したがって、このような噛み合いにくい状況において噛み合い駆動手段の通電を断続的に行うことにより、電力消費の無駄を抑制することができる。

ピニオン抜けの発生後にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを再度実施する場合、請求項６に記載の発明のように、前記噛み合い駆動手段への電力供給を行うバッテリの電気残量を検出する手段を備え、前記抜け発生後期間において前記噛み合い処理を実施する際、前記バッテリの電気残量に基づいて前記噛み合い駆動手段の通電状態を変更してもよい。こうすることにより、バッテリ残量に応じてエンジン始動性を優先させるか又はバッテリの電力消費の抑制を優先させるかを適宜選択することができる。

本発明は、請求項７に記載の発明のように、前記噛み合い処理の完了から所定期間が経過した後に前記噛み合い駆動手段の通電を停止し、この通電停止状態においてピニオンとリングギヤとの噛み合い状態を維持するといった構成を適用するのが望ましい。ピニオンとリングギヤとの噛み合い完了後にエンジンが回転停止した場合、エンジンの回転停止状態が保持されていれば、噛み合い駆動手段の通電を停止したとしても、例えばピニオンとリングギヤとの各歯部の摩擦力によりその噛み合い状態を維持可能と考えられる。したがって、上記構成とすることにより消費電力の節約等を効果的に図ることが可能となる。ところが、エンジン回転停止中であってピニオンがリングギヤに噛み合った状態のときに噛み合い駆動手段が非通電状態であると、例えば意図しないエンジンの揺れ等に起因してピニオンとリングギヤとの噛み合いが解除されやすいことが考えられる。したがって、上記構成を本発明に適用することにより、スタータによるリングギヤの回転を適正に実施するといった効果を好適に得ることができる。

エンジン制御システムの全体概略構成図。 スタータ駆動制御の具体的態様を示すタイムチャート。 エンジン自動停止処理の処理手順を示すフローチャート。 ピニオン抜け判定処理の処理手順を示すフローチャート。 エンジン再始動処理の処理手順を示すフローチャート。 スタータ駆動制御の具体的態様を説明するためのタイムチャート。 位置検出信号及びコイル電流値の推移を示すタイムチャート。 電流変化量と噛み合い長さとの関係を示す図。

以下、本発明を具体化した実施の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、エンジン制御システムのエンジン停止始動制御装置に具体化している。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。この制御システムの全体概略を示す構成図を図１に示す。

図１において、スタータ１０には、回転駆動手段としてのモータ１１が設けられており、モータ１１とバッテリ１２との間において、モータ１１の通電／非通電を切り替えるモータスイッチ部１３が設けられている。モータスイッチ部１３は、制御信号に基づいてそのオン／オフの状態が切り替えられる。

モータ１１には、該モータ１１の通電により回転駆動されるピニオン軸１４が接続されており、そのピニオン軸１４の一端にピニオン１５が支持されている。ピニオン１５は、ピニオン軸１４とピニオン１５との間で動力の伝達を断続するワンウエイクラッチと一体になっている。モータ１１の通電によりピニオン軸１４が回転されると、そのピニオン軸１４の回転に伴いピニオン１５が回転される。

また、スタータ１０には、通電制御によりピニオン軸１４をその軸線方向に往復動させるためのコイル１６が設けられており、コイル１６とバッテリ１２との間において、コイル１６の通電／非通電を切り替えるコイルスイッチ部１７が設けられている。コイルスイッチ部１７は、制御信号に基づいてコイル１６の通電／非通電の状態が切り替えられる。

詳しくは、コイル１６の中空部には、鉄心１８が、コイル１６の軸線方向に往復動可能に挿入されている。コイル１６の非通電時には、ピニオン１５が、エンジン２０のクランク軸２１に連結されたリングギヤ２２に対し非接触の状態になっている。この場合、ピニオン１５からリングギヤ２２への動力伝達は行われない。この状態においてコイル１６が通電されると、鉄心１８が、コイル１６の軸線方向に沿って移動する。この鉄心１８の動きに伴いレバー１９が作動され、ピニオン軸１４（ピニオン１５）がリングギヤ２２に向かって押し出される。これにより、ピニオン１５の歯部とリングギヤ２２の歯部とが噛み合い、ピニオン１５からリングギヤ２２への動力伝達が可能な状態になる。

本システムにはＩＧスイッチ２３が設けられており、このＩＧスイッチ２３がオンされることにより、モータ１１及びコイル１６の通電が可能な状態に切り替わる。さらに、エンジン２０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ２４や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ、アクセルペダル２５の操作量を検出するアクセルセンサ２６、クラッチペダル２７の操作量（クラッチストローク）を検出するクラッチセンサ２８、車輪速を検出する車輪速センサ２９などの各種センサが設けられている。

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に基づいて、吸入空気量制御や燃料噴射量制御、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１０の駆動制御等を実施する。スタータ１０の駆動制御についてＥＣＵ３０は、モータスイッチ部１３にオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ１と、コイルスイッチ部１７にオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ２とを備えており、出力ポートＰ１，Ｐ２からの制御信号によりモータ１１及びコイル１６の通電状態をそれぞれ切り替える。

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。

本システムにおいて、エンジン２０の自動停止後における再始動では、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度が第１回転速度ＮＥ１（例えば５００ｒｐｍ以下）よりも大きい場合には、エンジン２０の燃焼制御の再開により（自立復帰により）エンジン２０を再始動させる。これに対し、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度が第１回転速度ＮＥ１以下である場合には、スタータ１０によるクランキングを利用してエンジン２０を再始動させる。

エンジン再始動時のスタータ駆動制御について具体的には、ＥＣＵ３０は、エンジン再始動要求時（再始動条件成立時）のエンジン回転速度と第２回転速度ＮＥ２（例えば２００ｒｐｍ）との比較結果に基づいてその駆動態様を変更している。詳しくは、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度が第２回転速度ＮＥ２よりも大きい場合には、まずモータ１１の通電によりピニオン１５をリングギヤ２２の回転速度（エンジン回転速度）まで上昇させ、その後、コイル１６の通電を行うことにより、回転同期状態でピニオン１５をリングギヤ２２に向かって押し出す。すなわち、エンジン２０の自動停止後、エンジン回転速度が比較的高いうちにエンジン再始動要求があった場合には、エンジン回転中（エンジン自動停止後における惰性回転中）にピニオン１５とリングギヤ２２とを噛み合わせてクランキングを実施する。これにより、エンジン２０の回転停止を待つことなく、エンジン２０の再始動を迅速に行うようにしている。

一方、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度が第２回転速度ＮＥ２以下の場合には、まず所定タイミングでコイル１６に通電してピニオン１５をリングギヤ２２に向かって押し出す。そしてその後、エンジン再始動条件の成立に伴いモータ１１の通電を行うことによりピニオン１５を回転させる。すなわち、エンジン２０の自動停止後、その再始動要求がある前にエンジン２０の回転がほぼ停止した状態になった場合には、エンジン２０の回転停止直前であって再始動要求前にピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合わせを実施する。そして、エンジン再始動要求があったときにピニオン１５を回転させクランキングを行う。これにより、エンジン再始動要求と同時にモータ１１によるクランキングを開始して、エンジン２０が迅速に再始動されるようにしている。また、このエンジン再始動によれば、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いがエンジン停止直前に実施されるため、噛み合い音が大きくなるのが抑制される。

図２は、再始動要求前にピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いを予め実施しておく場合のスタータ駆動制御の具体的態様を示すタイムチャートである。図２において、エンジン２０が自動停止されることによりエンジン回転速度ＮＥが低下した場合、未だエンジン再始動条件が成立していなければ、エンジン２０の回転停止直前のタイミングｔ１１でコイルスイッチ部１７がオン状態にされてピニオン１５がリングギヤ２２に向かって押し出される。これにより、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが実施される。より具体的には、ピニオン１５がリングギヤ２２に向かって押し出されることによりピニオン１５がリングギヤ２２の側面に当接し、その当接後、エンジン回転の惰性によりリングギヤ２２が回転方向へ動くことにより、ピニオン１５及びリングギヤ２２の互いの歯部が噛み合わされる。

その後、エンジン２０の回転が完全に停止した状態になると、そのタイミングｔ１２でコイルスイッチ部１７がオフ状態に切り替えられ、コイル１６の通電が停止される。このとき、エンジン回転速度ＮＥがゼロの状態、すなわちリングギヤ２２の回転停止状態が保持されていれば、スタータ１０に設けられた図示しないスプリングの付勢力及びピニオン１５及びリングギヤ２２の互いの歯部の摩擦力により、コイル１６を通電状態から非通電状態への切り替え後においてその噛み合い状態が保持される。このように、本システムでは、エンジン２０の回転が完全に停止した後にコイル１６の通電を停止することにより、バッテリ１２の電力消費の抑制や、コイル１６の発熱の抑制を図るようにしている。

ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い実施後、エンジン再始動条件が成立するまでは、その状態のまま待機する。そして、エンジン２０の再始動条件の成立タイミングであるｔ１３では、コイルスイッチ部１７がオン状態にされるとともに、モータスイッチ部１３がオン状態にされる。すなわち、再始動条件の成立と同時にモータ１１が回転駆動され、ピニオン１５によるクランキングが実施される。

このとき、モータ１１の回転駆動に伴いリングギヤ２２が回転停止状態から回転状態になることにより、コイル１６の非通電状態を維持した場合には、スタータ１０のスプリングが作用してピニオン１５がコイル側に（リングギヤ２２から離間する方向に）変位し、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが解除されてしまう。そのため、タイミングｔ１３では、コイルスイッチ部１７をオン状態に切り替えることにより、エンジン２０の回転開始によってピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが解除されるピニオン抜けが起きるのを抑制している。

クランキングの開始後、エンジン２０の燃焼制御によりエンジン回転速度ＮＥが所定回転速度以上になると、そのタイミングｔ１４でコイル１６の通電が停止されるとともに、モータ１１の通電が停止される。

ところで、エンジン再始動要求前にピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いを予め実施しておく場合、その噛み合い実施後の待機中において（図２中のタイミングｔ１２〜ｔ１３の期間において）、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが解除されるピニオン抜けが発生することが考えられる。

より具体的には、タイミングｔ１２〜ｔ１３の期間ではコイル１６が非通電状態であり、この期間でリングギヤ２２が何等かの理由（例えば、エンジン２０の揺れや、車両の後退等によるクランク軸２１の回転など）により回転方向に動いた場合、ピニオン１５とリングギヤ２２との各歯部の摩擦力が解除され、これによりスタータ１０のスプリングが作用してピニオン１５がリングギヤ２２から離間する方向に変位することが考えられる。この場合、ピニオン抜けが発生する。かかる場合、エンジン再始動要求に伴いモータ１１を駆動すると、実際にはピニオン１５とリングギヤ２２とが噛み合っていないにもかかわらずピニオン１５が回転され、その結果、スタータ１０によるクランキングに際し不都合が生じることが考えられる。

この事象についてより詳細には、エンジン再始動要求のタイミングｔ１３（図２参照）では、コイル１６の通電が行われる。したがって、タイミングｔ１３以前にピニオン抜けが発生した場合、その通電によりピニオン１５がリングギヤ２２に向かって押し出され、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが実施される。ところが、エンジン再始動要求と同時にモータ１１が回転されるため、ピニオン抜けの発生時には、回転停止状態のリングギヤ２２に対し、回転状態のピニオン１５が噛み合わされることとなる。かかる場合、両者の噛み合いを迅速に実施できなかったり、噛み合い音が大きくなったりすることが懸念される。

そこで、本実施形態では、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い処理の実施後であってエンジン再始動条件の成立前にピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが解除されるピニオン抜けが発生したことを判定し、その判定結果に基づいてピニオン１５の駆動を制御する。より具体的には、ピニオン抜けの発生有りと判定した場合には、エンジン再始動要求に伴いコイル１６の通電開始後、所定のディレイ時間が経過した後にモータ１１を回転駆動する。

図３〜図５は、本システムのエンジン自動停止処理及び再始動処理の処理手順を示すフローチャートである。以下、各処理について順に説明する。

まず、前提となるエンジン自動停止処理について図３のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ３０のマイコンにより所定周期毎に実行される。

図３において、ステップＳ１０１では、エンジン２０を自動停止させるための所定の自動停止条件の成立後であるか否かを判定し、エンジン自動停止条件の成立後であれば、ステップＳ１０２へ進み、点火及び燃料噴射を停止する。続くステップＳ１０３では、エンジン再始動条件の成立前であるか否かを判定し、再始動条件成立前であることを条件にステップＳ１０４以降へ進む。

ステップＳ１０４では、コイル１６の通電中か否かを判定する。このとき、コイル通電中でない場合にはステップＳ１０５へ進み、ピニオン１５の押出しタイミングか否かを判定する。本実施形態では、エンジン２０の回転停止直前をピニオン１５の押出しタイミングとしており、具体的には、クランク角センサ２４の出力値に基づき検出されるエンジン回転速度が所定の低回転速度（例えば１００ｒｐｍ）以下になったタイミングとしている。

ピニオン１５の押出しタイミングでない場合には、本ルーチンを一旦終了する。一方、ピニオン１５の押出しタイミングの場合には、ステップＳ１０６へ進み、コイル１６の通電を開始する。これにより、エンジン２０の回転停止直前でピニオン１５がリングギヤ２２に向かって押し出され、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが実施される。

続くステップＳ１０７では、エンジン２０が回転停止状態であるか否かを判定する。ここでは、エンジン回転速度ＮＥがゼロ近傍の所定回転速度（例えば数ｒｐｍ）未満の状態が所定時間継続した場合に、エンジン２０が回転停止状態になったと判定する。エンジン２０が回転停止状態になった場合には、ステップＳ１０８へ進み、コイル１６の通電を停止し、本ルーチンを終了する。

次に、本システムにおけるピニオン抜けの判定処理について図４のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ３０のマイコンにより所定周期毎に実行される。

図４において、ステップＳ２０１では、エンジン２０の自動停止中か否かを判定し、エンジン自動停止中であれば、ステップＳ２０２において、エンジン自動停止後であってエンジン２０の回転停止直前にピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い処理を実施済みであるか否かを判定する。噛み合い処理を実施済みであれば、ステップＳ２０３へ進み、ピニオン抜けが発生しているか否かを判定する。

ピニオン抜けの判定について本実施形態では、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い解除とみなすことができる要件、具体的には、
・クランク角センサ２４の出力値に基づきエンジン２０が正回転又は逆回転したことが検出されたこと
・エンジン２０の逆回転方向へのトルクが検出されたこと
・車輪速センサ２９の出力値に基づき車両が後退したことが検出されたこと
の少なくともいずれかの要件を満たす場合に、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが解除されたものとみなし、ピニオン抜けの発生有りと判定する。

なお、車両の動きに伴う加速度を検出する加速度センサ等を用いて路面の傾斜角を検出する傾斜角検出手段を備えるシステムであれば、その傾斜角検出手段により路面が所定傾斜角度以上の上り坂又は下り坂であることを検出した場合にピニオン抜けの発生有りと判定してもよい。あるいは、ナビゲーションシステムを搭載する車両であれば、そのナビゲーションシステムの地図情報に基づいて路面が所定傾斜角度以上の上り坂又は下り坂であることを検出した場合にピニオン抜けの発生有りと判定してもよい。

ピニオン抜けの発生なしと判定される場合には、ステップＳ２０４へ進み、ピニオン抜け発生フラグＦｐを値０にセットし、ピニオン抜けの発生有りと判定される場合には、ステップＳ２０５へ進み、ピニオン抜け発生フラグＦｐに値１をセットして本ルーチンを終了する。

次に、本システムのエンジン再始動処理の処理手順について図５のフローチャートを用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ３０のマイコンにより所定周期毎に実行される。

図５において、ステップＳ３０１では、エンジン２０の自動停止後におけるエンジン再始動条件の成立後である否かを判定する。エンジン再始動条件が成立した場合には、ステップＳ３０２へ進み、再始動条件成立時のエンジン回転速度ＮＥが第１回転速度ＮＥ１（例えば５００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する。エンジン回転速度ＮＥがＮＥ１よりも大きい場合には、ステップＳ３０３へ進み、燃料噴射及び点火の再開によりエンジン２０を再始動させる（自立復帰）。

一方、エンジン回転速度ＮＥがＮＥ１以下の場合には、ステップＳ３０４へ進み、再始動条件成立時のエンジン回転速度ＮＥが第２回転速度ＮＥ２（例えば２００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する。エンジン回転速度ＮＥがＮＥ２よりも大きい場合には、ステップＳ３０５へ進み、モータ１１の通電によりピニオン１５の回転速度をリングギヤ２２の回転速度（エンジン回転速度）と同期させ、その後、ステップＳ３０６において、コイル１６の通電によりその同期状態でピニオン１５をリングギヤ２２に向かって押し出す。

さて、再始動条件成立時のエンジン回転速度ＮＥがＮＥ２以下の場合には、ステップＳ３０７へ進み、ピニオン抜け発生フラグＦｐに値１がセットされているか否かを判定する。このとき、ピニオン抜け発生フラグＦｐに値０がセットされている場合には、ステップＳ３０８へ進み、コイル１６の通電を実施するとともにモータ１１の通電を実施する。

一方、ピニオン抜け発生フラグＦｐに値１がセットされている場合には、ステップＳ３０９へ進み、コイル１６の通電を行う。このとき、モータ１１の通電は実施しない。これにより、ピニオン１５が回転停止状態においてリングギヤ２２に向かって押し出される。また、ステップＳ３１０において、コイル１６の通電開始から（エンジン再始動条件の成立時から）所定のディレイ時間ＴＤが経過したか否かを判定する。ディレイ時間ＴＤの経過前であれば、コイル１６を通電状態とし、モータ１１を非通電状態としてそのまま待機する。そして、ディレイ時間ＴＤが経過した場合には、ステップＳ３１０で肯定判定されてステップＳ３１１へ進み、モータ１１の通電を開始する。これにより、ピニオン１５が回転され、エンジン２０のクランキングが開始される。

なお、ディレイ時間ＴＤについて本実施形態では、コイル１６の通電開始からピニオン１５がリングギヤ２２の位置に到達するまでの所要時間として定めてある。

その後、ステップＳ３１２では、別ルーチンで実行されるエンジン２０の燃料噴射及び点火の再開によりエンジン回転速度が所定回転速度に達したか（エンジン２０が完爆したか）否かを判定し、エンジン２０が完爆したと判定された場合には、ステップＳ３１３において、コイル１６の通電を停止するとともにモータ１１の通電を停止する。また、ピニオン抜け発生フラグＦｐを値０にリセットする。そして、本ルーチンを終了する。

図６は、本システムにおけるスタータ駆動制御の具体的態様を説明するためのタイムチャートである。

図６において、エンジン２０の自動停止に伴いエンジン回転速度ＮＥが低下していき、回転停止直前になると、そのタイミングｔ２１でコイル１６の通電が開始される。これにより、ピニオン１５が押し出されてリングギヤ２２と噛み合わされる。また、エンジン２０の出力軸の回転が完全に停止した状態になると、そのタイミングｔ２２でコイル１６の通電が停止される。このとき、エンジン回転速度がゼロの状態が保持されている期間ＴＡでは、スタータ１０に設けられた図示しないスプリングの付勢力及びピニオン１５及びリングギヤ２２の各歯部の摩擦力により、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い状態が保持される。

ところが、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いをコイル非通電の状態で維持しているときに例えばエンジン２０の逆回転が発生すると、ピニオン抜けが起きたと判定され、そのタイミングｔ２３でピニオン抜け発生フラグＦｐに値１がセットされる。その後、エンジン２０の再始動条件が成立したときには、その成立タイミングｔ２４でコイル１６の通電が開始されることにより、ピニオン１５がリングギヤ２２に向かって押し出される。また、タイミングｔ２４からディレイ時間ＴＤが経過したタイミングｔ２５でモータ１１の通電が開始され、エンジン２０のクランキングが開始される。

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。

ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い処理の実施後であってエンジン再始動条件の成立前にピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが解除されるピニオン抜けが発生したことを判定し、その判定結果に基づいてピニオン１５の駆動を制御する構成としたため、エンジン自動停止後において、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い状態に応じてピニオン１５を駆動することができる。その結果、スタータ１０によるクランキングを適正に実施することができる。

特に、ピニオン抜けの発生有りと判定された場合に、エンジン再始動要求に伴いコイル１６の通電開始後、所定のディレイ時間が経過した後にモータ１１を回転駆動する構成としたため、エンジン再始動条件の成立に伴いピニオン１５の噛み合い処理が再度実施されるときであっても、その噛み合いに要する時間を確保することができる。これにより、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いを迅速に実施できなかったり、噛み合い音が大きくなったりするといった不都合が生じなくて済む。

噛み合い処理の完了から所定期間が経過した後にコイル１６の通電を停止した状態でピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い状態を維持する構成としたため、その通電停止中においてピニオン抜け発生のおそれが懸念されるところ、本実施形態によれば、ピニオン抜けの発生を考慮して、次回のエンジン再始動時のスタータ駆動制御を実施する構成としたため、スタータ１０によるクランキングを適正に実施するといった効果を一層高めることができる。

（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。

・上記実施形態では、ピニオン抜けの発生ありと判定した場合に、エンジン再始動要求に伴いコイル１６に通電してピニオン１５の押し出しを実施する構成としたが、これを変更し、ピニオン抜けの発生ありと判定した場合に、その判定後、直ちにコイル１６に通電してピニオン１５の押し出しを実施する構成とする。この構成によれば、エンジン再始動の要求前にピニオン１５とリングギヤ２２とを噛み合い状態にしておくことができ、その結果、エンジン再始動要求があったときにエンジン再始動を速やかに実施することができる。つまり、エンジン２０の始動性を良好にすることができる。

・ピニオン抜け有りの判定後直ちにピニオン１５の押し出しを実施する場合に、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが再度実施されるまでコイル１６の通電を継続して実施する、つまりコイル１６を通電し放しにする構成とする。ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いは、基本的にはピニオン１５又はリングギヤ２２の回転方向への動きを利用して行われ、具体的には、コイル１６の通電によりピニオン１５がリングギヤ２２に向かって押し出されてリングギヤ２２の側面に当接した後、リングギヤ２２の回転方向の動きによってピニオン１５及びリングギヤ２２の各歯部が噛み合わされる。したがって、ピニオン抜けの発生後、コイル１６を通電し放しにすることにより、ピニオン抜けの発生後においてエンジン２０の揺れ等があった場合に、その揺れ等に伴うクランク軸２１の回転（リングギヤ２２の回転）を利用してピニオン１５とリングギヤ２２とを噛み合わせることが可能となる。

・ピニオン抜け有りの判定後直ちにピニオン１５の押し出しを実施する場合に、コイル１６の通電を断続して実施する、つまりコイル１６の通電と非通電とを複数回実施する。この場合にも、ピニオン抜けの発生後においてエンジン２０の揺れ等があった場合に、その揺れ等に伴うクランク軸２１の回転を利用してピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合わせを実施することができる。ただし、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いは例えばクランク軸２１の回転を利用して行われるが、噛み合い処理の実施後エンジン再始動までの期間において、エンジン２０の揺れ等が発生することが原則としてまれである場合には、同期間でコイル１６の通電を継続したとしても、ピニオン１５とリングギヤ２２とを噛み合わせることができないことが考えられる。したがって、本構成とすることにより、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが実施される可能性が低い状況においてコイル１６の通電を抑制し、電力消費の抑制を図ることが可能となる。

・ピニオン抜けの発生ありと判定した後、直ちにピニオン１５の押し出しを実施する場合に、コイル１６の通電態様をバッテリ１２の電気残量に応じて変更する構成とする。具体的には、例えば、バッテリ１２の電気残量に余裕がある場合には、ピニオン抜け発生後、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが再度実施されるまでコイル１６の通電を継続して実施する。これにより、エンジン２０の始動性確保を優先する。逆に、そうでない場合には、ピニオン抜け発生後、コイル１６の通電と非通電とを複数回実施する。これにより、バッテリ１２の電力消費の抑制を優先する。こうすることにより、エンジン始動性確保とバッテリ１２の電力消費抑制とのバランスを考慮しつつ、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いを実施することができる。

・ピニオン抜け有りとの判定後、例えばクランク角センサ２４の出力値に基づきエンジン２０の動き（リングギヤ２２の回転）があったことを検出した場合にコイル１６の通電を行う構成とする。このときのコイル１６の通電態様については特に限定しないが、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが再度実施されるまで、コイル１６の通電を継続して実施するのが望ましい。特に、エンジン２０の動きが検出される状況であれば、例えば車両が坂道にいる等であり、エンジン２０の揺れが再度発生する可能性が高いと言える。したがって、上記構成とすることにより、エンジン再始動要求前にピニオン１５とリングギヤ２２とを噛み合わせるのに好適である。

・上記実施形態では、ピニオン１５の抜け判定を、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い解除とみなすことができる要件の成否によって実施したが、これを変更し、リングギヤ２２に対するピニオン１５の位置を検出する位置検出手段を設け、その位置検出手段に基づいてピニオン１５の抜け判定を実施する。例えば、ピニオン１５又はリングギヤ２２の近傍に、光学式や磁気式などの各種位置センサを配置し、同センサにより両者の噛み合い完了を検知してもよい。あるいは、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い時に両者のギヤ間で通電可能に構成し、同通電があった場合にピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い処理が完了したと判定してもよい。

本構成では、例えば、エンジン自動停止後におけるピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い実施後、ピニオン１５の駆動電流に所定の位置検出信号を乗せ、その位置検出信号により生じる電流に基づいてピニオン１５の抜け判定を実施する。

図７及び図８は、位置検出信号によるピニオン１５の抜け判定についての説明図である。このうち、図７は、位置検出信号及びその信号に対応して流れるコイル１６の電流波形の推移を示すタイムチャートである。また、図８は、電流変化量Ａｒｅとピニオン１５及びリングギヤ２２の噛み合い状態（噛み合い長さ）との関係を示す図である。

図７に示すように、本構成では、エンジン２０の自動停止後においてピニオン１５の押し出し及び噛み合わせのためのコイル通電を終了したタイミングｔ３１後であって、エンジン再始動要求前の期間において、所定の位置検出信号を所定周期で繰り返し出力する。そして、その位置検出信号に対応するコイル１６の電流変化量Ａｒｅに基づいてピニオン１５の抜け判定を実施する。

詳しくは、本システムでは、ピニオン１５の軸方向における位置（コイル１６中における鉄心１８の入り込み量）に応じてコイル１６のインダクタンスが変化する構成としており、コイルインダクタンスによってピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合い状態を検出することとしている。具体的には、本システムでは、ピニオン１５とリングギヤ２２とが噛み合った状態の場合（噛み合い長さが大きい場合）には、ピニオン１５がスタータ１０からより突出した位置に変位する（コイル１６中への鉄心１８の入り込み量が大きくなる）ことによりコイルインダクタンスが大きくなり、その結果、コイル１６に流れる電流が小さくなる。一方、ピニオン１５とリングギヤ２２との噛み合いが外れた場合（噛み合い長さが小さい場合）には、ピニオン１５がスタータ１０に引き戻された位置に変位する（コイル１６中への鉄心１８の入り込み量が小さくなる）ことによりコイルインダクタンスが小さくなり、その結果、コイル１６に流れる電流が大きくなるという関係にある。この関係を示したのが図８である。したがって、図７のタイムチャートに示すように、タイミングｔ３２でコイル１６とリングギヤ２２との噛み合いが解除された場合には、その解除前に比べて位置検出信号に対応するコイル１６の電流変化量Ａｒｅが大きくなる。これに鑑み、本構成では、電流変化量Ａｒｅが判定値Ａｔｈよりも大きい場合に、ピニオン１５の抜け有りと判定する。

なお、図７では、コイル１６に正電流と負電流とが流れるよう位置検出信号を設定したが、位置検出信号はこれに限定せず、コイル１６に正電流か負電流が流れるよう位置検出信号を設定してもよい。

・位置検出手段によりピニオン１５の抜け判定を実施する場合、逆に、位置検出手段の検出結果に基づいてピニオン１５とリングギヤ２２とが噛み合ったことも判定可能と考えられる。そこで、ピニオン抜けの発生後において、位置検出手段によりピニオン１５とリングギヤ２２とが噛み合っていることを判定し、その判定結果に基づいてコイル１６の通電制御を実施する。

具体的には、エンジン自動停止後においてピニオン抜け有りと判定された場合に、その判定後、直ちにコイル１６に通電してピニオン１５の押し出しを実施する。また、そのコイル通電中において、位置検出手段によりピニオン１５の噛み合い判定を実施する。そして、ピニオン１５の噛み合い完了と判定された場合に、その判定から所定時間経過後にコイル１６の通電を停止する。こうすることにより、噛み合い完了後における電力消費の無駄を抑制することができる。

１０…スタータ、１１…モータ（回転駆動手段）、１３…モータスイッチ部、１４…ピニオン軸、１５…ピニオン、１６…コイル、１７…コイルスイッチ部、１８…鉄心、２０…エンジン、２１…クランク軸、２２…リングギヤ、３０…ＥＣＵ。

Claims (7)

1. 所定の自動停止条件が成立した場合にエンジンを自動停止し、その後所定の再始動条件が成立した場合にスタータによるクランキングを実施して前記エンジンを再始動する自動停止始動機能を有し、前記自動停止条件の成立後であって前記再始動条件の成立前に噛み合い駆動手段の通電制御により前記エンジンの出力軸に連結されたリングギヤへ前記スタータのピニオンを噛み合わせる噛み合い処理を実施する噛み合い制御手段と、前記再始動条件の成立に伴い回転駆動手段の通電制御により前記ピニオンを回転させる回転制御手段と、を備えるエンジン停止始動制御装置において、
   前記噛み合い制御手段による前記噛み合い処理の実施後であって前記再始動条件の成立前に前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合いが解除されるピニオン抜けが発生したことを判定する抜け判定手段と、
   前記抜け判定手段による前記ピニオン抜けの判定結果に基づいて前記ピニオンの駆動を制御する駆動制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
2. 前記駆動制御手段は、前記ピニオン抜けの発生なしと判定される場合に、前記再始動条件の成立に伴い前記回転制御手段により前記ピニオンの回転を開始し、前記ピニオン抜けの発生ありと判定される場合に、前記再始動条件が成立してから所定の遅延時間が経過した後に前記ピニオンの回転を開始する請求項１に記載のエンジン停止始動制御装置。
3. 前記駆動制御手段は、前記ピニオン抜けの発生有りと判定される場合に、同判定後であって前記再始動条件成立までの抜け発生後期間において前記噛み合い制御手段による前記噛み合い処理を実施する請求項１又は２に記載のエンジン停止始動制御装置。
4. 前記駆動制御手段は、前記抜け発生後期間において前記噛み合い駆動手段の通電及び非通電を複数回実施する請求項３に記載のエンジン停止始動制御装置。
5. 前記駆動制御手段は、前記抜け発生後期間において、前記噛み合い駆動手段の通電開始後、その通電を連続して実施する請求項３に記載のエンジン停止始動制御装置。
6. 前記噛み合い駆動手段への電力供給を行うバッテリの電気残量を検出する手段を備え、
   前記駆動制御手段は、前記抜け発生後期間において前記噛み合い処理を実施する際、前記バッテリの電気残量に基づいて前記噛み合い駆動手段の通電状態を変更する請求項３乃至５のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。
7. 前記噛み合い制御手段は、前記噛み合い処理の完了から所定期間が経過した後に前記噛み合い駆動手段の通電を停止する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。

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