JP5505337B2

JP5505337B2 - エンジン始動制御装置

Info

Publication number: JP5505337B2
Application number: JP2011044619A
Authority: JP
Inventors: 英弥能谷; 芳範山口; 裕昭樋口
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2014-05-28
Anticipated expiration: 2031-03-02
Also published as: JP2012180794A; DE102012101720A1

Description

本発明は、エンジン始動制御装置に関するものである。

一般に、エンジンの始動は、スタータによりエンジンの出力軸（クランク軸）に初期回転を付与することによって行われる。具体的には、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。その後、スタータのモータへの通電によりピニオンを回転させ、その回転力によってリングギヤを回転させる。これにより、エンジンのクランキングを行う。また、エンジン始動後には、ピニオンの押し出し解除によりピニオンをリングギヤから離脱させ、クランキングを終了する。

エンジンの始動に際しスタータを駆動させるとき、ピニオンとリングギヤとの噛み合いが生じない場合にはエンジンを始動できないといった不都合が生じることが考えられる。そこで、従来、ピニオンとリングギヤとの噛み合い不良を回避するための技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１のものでは、スタータスイッチのオン時でもスタータへの通電を遮断し得るスタータブロックリレーを始動回路内に設け、エンジン再始動の際には、エンジンＥＣＵで認識できるエンジン回転速度が０になってから所定のディレイ時間が経過するまではスタータブロックリレーをオフのままにする。これにより、エンジン停止に伴うエンジン回転速度の降下中に、静止していないリングギヤにピニオンが飛び込むことで噛み合い不良を起こすおそれを未然に回避するようにしている。

特開２００９−１９１６５３号公報

しかしながら、特許文献１のものでは、エンジンの回転が完全に停止するまでエンジンが再始動されないため、エンジン回転速度の降下中にドライバの始動要求があった場合に、その始動要求を迅速に満たすことができないおそれがある。その一方で、回転状態のリングギヤにピニオンを押し出す場合、リングギヤの静止状態の場合よりも噛み合い不良が生じる可能性が高いとも考えられ、噛み合い不良が生じた場合の対策を講じる必要がある。

また、エンジンを始動できない原因としては、上記噛み合い不良のほか、エンジン側の事象に起因するものなど種々のものがある。更にそれら原因によっては、例えば、スタータの駆動によって不都合が生じる場合もあれば、逆に、スタータ駆動を継続すれば正常なクランキングを実施できる可能性がある場合もある。よって、前者においてスタータ駆動を継続した場合には、その不都合による影響を増大させることになり、後者においてスタータ駆動を直ちに停止した場合には、エンジン始動にかかる時間が長くなるおそれがある。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、エンジンを始動できない場合にその始動できない原因に応じて適切に対処することができ、ひいてはエンジン始動制御を適正に実施することができるエンジン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、エンジン始動に際し、エンジン出力軸に連結されたリングギヤに向けてスタータのピニオンを移動させることで前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合いを生じさせるとともに、前記噛み合いの状態での前記スタータのモータの回転によりエンジンをクランキングし、その後、前記スタータの駆動を停止してクランキングを終了するエンジン始動制御装置に関する。そして、請求項１に記載の発明は、前記ピニオンの移動及び前記モータの回転の開始後であって前記クランキングを終了するまでの間に生じる複数の異常内容を診断対象として、該診断対象ごとに定めた異常判定条件の成否に基づいて異常診断を実施する異常診断手段と、前記異常診断手段により前記複数の異常内容のいずれかの異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合に前記スタータの駆動停止を指令するスタータ制御手段と、を備え、前記スタータ制御手段は、前記異常診断手段により異常有りと診断された異常内容に応じて、前記異常判定条件が成立してから前記スタータの駆動停止を指令するまでの時間を可変にすることを特徴とする。

要するに、エンジンを始動できない原因（異常内容）は種々あり、それら異常内容によっては、スタータの駆動を停止させる緊急性が高い場合もあれば、逆に、エンジンを始動できる可能性が高くスタータ駆動をできるだけ長く継続するのが望ましい場合もある。その点に鑑み、上記構成では、エンジンを始動できない場合に、その異常内容を、該異常内容ごとに予め定めた異常判定条件に基づいて特定し、特定された異常内容に応じて、異常判定条件が成立してからスタータの駆動停止を指令するまでの時間を定める。この場合、エンジンを始動できない原因に応じた適切なタイミングでスタータを駆動停止することができ、ひいてはエンジン始動制御の適正化を図ることができる。

請求項２に記載の発明では、前記異常診断手段による診断対象として、前記ピニオンの移動開始後における前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合い不良を含み、前記スタータ制御手段は、前記噛み合い不良を判定する異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合、異常が発生したことを示す異常発生情報を記憶するとともに、前記異常判定条件の成立後直ちに前記スタータの駆動停止を指令する。

噛み合い不良が生じている場合、スタータ駆動をそのまま継続してもエンジンを始動できないだけでなく、スタータ駆動を継続することによりピニオンやリングギヤの磨耗が生じるおそれがある。つまり、噛み合い不良が生じた場合には、スタータの駆動を停止させる緊急性が高いと考えられる。その点に鑑み、上記構成とすることにより、ピニオンやリングギヤの磨耗を抑制することができる。

噛み合い不良の判定方法について具体的には、請求項３に記載の発明のように、前記噛み合い不良を判定する異常判定条件として、前記モータの回転開始後における前記モータの回転負荷が前記クランキング時よりも小さいこと、及び前記リングギヤの歯部の通過速度よりも前記ピニオンの歯部の通過速度の方が速いことを含むものとするとよい。

請求項４に記載の発明では、前記異常診断手段の診断対象として、前記スタータによるエンジンのクランキングが継続したまま所定時間が経過する異常である連続クランキングを含み、前記スタータ制御手段は、前記連続クランキングを判定する異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合、異常が発生したことを示す異常発生情報を記憶するとともに、前記異常判定条件の成立後、第１ディレイ時間が経過した後に前記スタータの駆動停止を指令する。

また、請求項５に記載の発明では、前記異常診断手段による診断対象として、前記噛み合いが生じた状態においてエンジン回転速度が上昇しない異常である非回転異常を含み、前記スタータ制御手段は、前記非回転異常を判定する異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合、異常が発生したことを示す異常発生情報を記憶するとともに、前記異常判定条件の成立後、第２ディレイ時間が経過した後に前記スタータの駆動停止を指令する。

エンジンを始動できない原因が連続クランキングや非回転異常によるものである場合、ピニオンとリングギヤとの噛み合いは生じていることから、クランキングをそのまま継続することによってエンジンを始動できる可能性があると考えられる。また、これらの場合には、噛み合い不良時の場合とは異なり、スタータ駆動の継続によるピニオンやリングギヤの磨耗等といった不都合が生じるおそれが小さい。したがって、上記請求項４や請求項５の構成のように、異常内容を特定してからスタータ駆動を強制停止するまでの間に猶予期間を設けることにより、エンジンの早期始動を図ることができる。

エンジン制御システムの全体概略構成図。噛み合い不良の判定条件を示す図。ピニオン押し出し及びモータ駆動の開始後のバッテリ電圧の推移を示す図。噛み合い不良が生じた場合の具体的態様を示すタイムチャート。連続クランキングの判定条件を示す図。連続クランキングが生じた場合の具体的態様を示すタイムチャート。連続ロックの判定条件を示す図。連続ロックが生じた場合の具体的態様を示すタイムチャート。異常診断処理の処理手順を示すフローチャート。

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、エンジン２０は、例えば４気筒エンジンであり、気筒内への吸入空気量を調整する空気量調整手段としてのスロットルバルブ２１や、燃料を噴射供給する燃料噴射手段としてのインジェクタ２２、気筒ごとに設けられた点火プラグ２３に点火火花を発生させる点火手段としてのイグナイタ（図示略）等を備えている。なお、エンジン２０は、インジェクタ２２が吸気ポート近傍に設けられた吸気ポート噴射式であってもよいし、各気筒のシリンダヘッド等に設けられた直噴式であってもよい。

スタータ１０にはモータ１１が設けられており、バッテリ１２からの電力供給によりモータ１１が回転駆動されるようになっている。また、モータ１１の回転軸１３にはピニオン１４が設けられており、回転軸１３の回転によってピニオン１４が回転される。ピニオン１４は、回転軸１３とピニオン１４との間で動力の伝達を断続するワンウエイクラッチ１５と一体になっている。

スタータ１０には、コイル１８及びプランジャ１９により構成されるアクチュエータＳＬ１が設けられており、コイル１８の通電／非通電の切り替えにより、ピニオン１４が回転軸１３の軸方向に往復動されるようになっている。

詳しくは、コイル１８の非通電状態では、ピニオン１４が、エンジン２０の出力軸（クランク軸）２４に連結されたリングギヤ２５に対して非接触の状態で配置されている。この非接触の状態においてバッテリ１２からコイル１８に通電されると、プランジャ１９がその軸方向に移動してレバー１６が作動され、ピニオン１４がリングギヤ２５に向かって押し出される。これにより、ピニオン１４が、リングギヤ２５との接触位置まで移動する。また、ピニオン１４の移動に伴い、ピニオン１４の歯部とリングギヤ２５の歯部との噛み合いが生じ、ピニオン１４からリングギヤ２５への動力伝達が可能な状態になる。この噛み合い状態においてモータ１１の駆動が開始されることにより、ピニオン１４からリングギヤ２５への動力伝達が行われる。

一方、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合い状態においてコイル１８の通電が遮断されると、図示しないスプリングの付勢力により、ピニオン１４が、リングギヤ２５に向かう方向とは反対方向に移動する。これにより、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いが解除され、両者が非接触の状態に戻る。

スタータ１０とバッテリ１２との間にはＩＧスイッチ２６が設けられており、ドライバによるＩＧスイッチ２６のオン操作により、バッテリ１２からスタータ１０への通電が可能になっている。また、コイル１８とバッテリ１２との間には、制御信号に基づいてアクチュエータＳＬ１の通電／非通電を切り替えるＳＬ１駆動リレー２７が設けられている。さらに、モータ１１とバッテリ１２との間には、モータ１１の電磁子に接続され接点の開閉により通電／非通電を切り替えるモータスイッチＳＬ２と、制御信号に基づいてモータスイッチＳＬ２の通電／非通電を切り替えるＳＬ２駆動リレー２８とが設けられている。

その他、本システムには、エンジン２０の所定クランク角毎に（例えば１０°ＣＡ周期で）矩形状の検出信号（クランク角信号）を出力するクランク角センサ３１や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ３２、アクチュエータＳＬ１の端子電圧を検出するＳＬ１電圧センサ３３、モータスイッチＳＬ２の端子電圧を検出するＳＬ２電圧センサ３４、バッテリ１２の電圧を検出するバッテリ電圧センサ３５などの各種センサが設けられている。

ＥＣＵ４０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１０の駆動制御等を実施する。

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では、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、燃料噴射及び点火を停止してエンジン２０の燃焼を停止することにより、エンジン２０を自動停止させる。また、自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立すると、燃料噴射及び点火を再開してエンジン２０を再始動させる。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。また、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が含まれる。

次に、スタータ１０の駆動制御について説明する。本実施形態において、ＥＣＵ４０は、ＳＬ１駆動リレー２７のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ１と、ＳＬ２駆動リレー２８のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ２とを備えている。ＥＣＵ４０では、これら出力ポートＰ１，Ｐ２からの制御信号により、モータ１１及びコイル１８の通電状態をそれぞれ個別に切り替え可能になっている。

例えば、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のエンジン回転速度の降下中に再始動条件が成立した場合を考える。この場合の一つの態様として、ＥＣＵ４０は、エンジン回転速度が所定の低回転速度以下になったことを条件に、まず、ＳＬ１駆動リレー２７をオンすることにより、ピニオン１４をリングギヤ２５に向かって押し出す。その後、ピニオン１４とリングギヤ２５とが接触した状態になるか、又は両者の噛み合いが生じた時点で、ＳＬ２駆動リレー２８をオンすることにより、モータ１１を駆動してピニオン１４を回転させる。この態様では、クランク軸２４の回転が停止するのを待たずにエンジン２０が再始動されるため、エンジン再始動要求があった後できるだけ早期にエンジン２０を始動することができる。

ここで、再始動条件の成立に伴い、ピニオン１４の押し出し及びモータ回転の開始後において、例えばピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合い不良が生じたり、エンジン２０の燃焼が実施されなかったりした場合、スタータ駆動をそのまま継続してもエンジン２０を始動できないことが考えられる。また、この場合、通電時間が長くなることにより、モータ１１の回転負荷が過大になったりバッテリ１２の消費が進んだりすることも考えられる。

そこで、本実施形態では、スタータ駆動から所定時間が経過してもエンジン２０を始動できない場合、スタータ１０の駆動を一旦停止することとしている。具体的には、ＥＣＵ４０は、スタータ駆動に際し、コイル１８の通電開始からの経過時間及びモータ１１の通電開始からの経過時間をそれぞれ計測する。そして、コイル１８の通電時間が判定時間Ｔｉｍｅ１を超えたこと、及びモータ１１の通電時間が判定時間Ｔｉｍｅ２を超えたことの少なくともいずれかの条件が成立した場合に、コイル１８及びモータ１１の通電を遮断する。また、スタータ１０の駆動停止後は、コイル１８及びモータ１１の通電を再度実施することにより、エンジン再始動をやり直す（リトライする）ようにしている。

なお、スタータ１０の駆動を停止する際に、エンジン始動（キー始動）を促す旨の警告をドライバに対して行い、これを認知したドライバのキー操作に基づいてエンジン再始動を行う構成としてもよい。

ところで、エンジン２０を始動できない原因は種々あり、それら原因によっては、スタータ１０の駆動を強制停止させる緊急性が高い場合もあれば、逆に、エンジン２０を始動できる可能性が高くスタータ駆動をできるだけ長く継続するのが望ましい場合もある。

そこで、本実施形態では、スタータ１０によるエンジン始動が適切に実施されない場合、その異常内容を特定するための異常診断を実施し、特定した異常内容に応じて、それぞれの異常内容に適した対処を行うこととしている。具体的には、エンジン始動に際し、ピニオン１４の押し出し及びモータ１１の回転を開始した後であってクランキングを終了するまでの期間に生じるおそれがある複数の異常内容について、各々の異常内容を特定するための異常判定条件を異常内容ごとに予め定めておく。そして、ＥＣＵ４０は、異常判定条件の成否に基づいて、エンジン２０を始動できない場合の異常内容を特定し、その特定した異常内容に応じて、異常判定条件が成立してからスタータ１０の駆動を停止するまでの時間を可変にしている。

以下、エンジン始動に際し生じ得る異常内容、及びそれぞれの異常内容を特定するための異常判定条件について説明する。

（１）噛み合い不良
ピニオン１４の押し出し後において、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合い不良が生じた場合、ピニオン１４の歯部端面がリングギヤ２５の歯部端面に接触した状態でピニオン１４が空回りした状態になることがある。この場合、スタータ駆動をそのまま継続してもエンジン２０を始動できないだけでなく、スタータ駆動を継続するとピニオン１４やリングギヤ２５の磨耗が促進されるおそれがある。そこで、本実施形態では、異常診断の診断対象として噛み合い不良を含み、噛み合い不良が検出された場合にはスタータ１０の駆動を停止する。また特に、噛み合い不良が生じた場合、スタータ駆動を継続してもエンジン２０を始動できる可能性が低く、またスタータ駆動の継続によりピニオン１４等の磨耗が促進されるおそれがあることから、噛み合い不良の発生を特定した直後にスタータ１０の駆動を直ちに停止することとしている。

噛み合い不良の判定方法について具体的には、図２に示すように、
（ａ）スタータ駆動指令がなされていること
（ｂ）スタータ端子に電圧印加されていること
の２つの条件が成立しており、かつ噛み合い不良を特定するための異常判定条件として、
（ｃ１）モータ１１の回転開始後において、モータ１１の回転負荷が無負荷又は低負荷駆動の状態であること
（ｃ２）リングギヤ２５の歯部の通過速度よりもピニオン１４の歯部の通過速度の方が速いこと
を含む全ての条件が成立した場合に噛み合い不良が生じているものと判断する。

ここで、条件（ａ）については、ＳＬ１駆動リレー２７及びＳＬ２駆動リレー２８にオン信号が出力されている場合に該条件が成立しているものと判定する。また、条件（ｂ）は、ＳＬ１電圧センサ３３及びＳＬ２電圧センサ３４の検出値に基づいて判定し、例えばセンサ検出値が判定値よりも大きい場合に、スタータ端子に電圧印加されているものと判定する。

条件（ｃ１）は、例えばバッテリ電圧センサ３５の検出値に基づいて判定する。具体的には、図３に示すように、ＳＬ２駆動リレー２８のオン後において、オフ時におけるバッテリ電圧Ｖｏ（例えば１４Ｖ）に対して電圧がどれだけ変動したかの推移を電圧変動幅ΔＶＢとして検出する。そして、検出した電圧変動幅ΔＶＢが第１判定値Ｖ１よりも大きい場合（図３の実線の場合）、モータ１１の回転負荷がクランキング実施時と同等であると判定する。一方、電圧変動幅ΔＶＢが第１判定値Ｖ１以下の場合（図３の一点鎖線の場合）、モータ１１の回転開始後におけるモータ回転負荷がクランキング時よりも小さい、つまりモータ１１が無負荷又は低負荷の状態であると判定する。

なお、条件（ｃ１）の判定は、バッテリ１２の電圧変動幅に基づく方法に限らず、例えばモータトルクをトルクセンサにより検出するか又はエンジン回転速度に基づいて算出し、その検出値又は算出値に基づいて行ってもよい。

条件（ｃ２）について、本実施形態では、エンジン回転速度（リングギヤ回転速度）が０になったか否かを検出することによって該条件の成否を判定している。具体的には、スタータ１０の駆動開始後において、クランク角信号の更新が行われず、かつその更新しない時間が所定時間Ｔ１以上継続した場合にＮＥ信号更新判定フラグｆ１をオンにすることとし、このＮＥ信号更新判定フラグｆ１に基づいて上記（ｃ２）の条件の成否を判定する。

図４は、噛み合い不良が生じた場合の具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）はピニオン駆動指令（ＳＬ１駆動リレー２７のオン指令）の推移、（ｂ）はモータ駆動指令（ＳＬ２駆動リレー２８のオン指令）の推移、（ｃ）はＳＬ１電圧センサ３３の検出値の推移、（ｄ）はＳＬ２電圧センサ３４の検出値の推移、（ｅ）はバッテリ１２の電圧変動幅ΔＶＢの推移、（ｆ）はクランク角信号の推移、（ｇ）はＮＥ信号更新判定フラグｆ１の推移、（ｈ）は噛み合い不良発生フラグｆａの推移を示す。

なお、（ｅ）の電圧変動幅ΔＶＢについては、ＳＬ２駆動リレー２８のオン後におけるバッテリ電圧の変動幅が第１判定値Ｖ１よりも大きい場合にローレベルの検出信号が出力され、第１判定値Ｖ１以下の場合にハイレベルの検出信号が出力されるようになっている。また、図４では、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のエンジン回転降下中に再始動条件が成立した場合を想定している。

図４において、再始動条件の成立に伴い、タイミングｔ１１でピニオン駆動指令がオンされ、かつタイミングｔ１２でモータ駆動指令がオンされることにより、スタータ端子に電圧が印加された状態になる。これにより、ピニオン１４のリングギヤ２５への押し出し及びモータ１１の駆動が開始される。このとき、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いが生じ、ピニオン１４からリングギヤ２５への動力伝達が行われれば、（ｅ）に一点鎖線で示すように、バッテリ１２の電圧変動幅ΔＶＢが第１判定値Ｖ１よりも大きい状態が継続する。

一方、噛み合いが生じなかった場合には、ピニオン１４からリングギヤ２５への動力伝達が行われず、（ｅ）に実線で示すように、バッテリ１２の電圧変動幅ΔＶＢが第１判定値Ｖ１以下の状態が継続する。また、エンジン回転速度は徐々に０に近付き、（ｇ）に示すように、クランク角信号のパルス幅が徐々に大きくなっていった後、やがてパルスの更新が生じなくなる。そして、パルス更新が所定時間Ｔ１の間継続して行われないと、タイミングｔ１３でＮＥ信号更新判定フラグｆ１がオンされる。

このタイミングｔ１３では、噛み合い不良を特定するための全ての条件が成立したものとして、噛み合い不良発生フラグｆａがオンされ、そのフラグ情報が異常発生情報として不揮発性メモリに記憶される。また、図４の（ａ）、（ｂ）に示すように、その判定タイミングｔ１３の直後にピニオン１４の駆動停止及びモータ１１の駆動停止が指令される。これにより、スタータ１０の駆動が直ちに停止される。

（２）連続クランキング
スタータ駆動の開始後において、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いは生じているが、スタータ１０によるエンジン２０のクランキングが継続する異常として連続クランキングが発生することがある。この連続クランキングが生じる原因としては、例えば、エンジン２０の燃焼が再開されない、バッテリ電圧が不足している、ピストン上死点の乗り越しのために過大な負荷が必要な条件下（例えば温度条件など）である等が考えられる。この場合にも、スタータ駆動を一旦強制停止し、その停止後にスタータ１０への通電を再度実施することにより、エンジン再始動をやり直すようにしている。

ただし、連続クランキングの場合には、噛み合い不良の場合とは異なり、スタータ駆動を即停止させるほどの緊急性はさほど高くないと考えられる。また、この場合には、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いは生じていることから、スタータ駆動をもう少し継続することでエンジン２０を始動できる可能性があると考えられる。

そこで、本実施形態では、エンジン始動できない異常内容が連続クランキングによるものである場合、異常内容を特定した時点でその異常発生情報を記憶した上で、該異常内容の特定後、所定のディレイ時間Ｔｄｙ１が経過してからスタータ１０の駆動停止を指令することとしている。このディレイ時間Ｔｄｙ１は、噛み合い不良の発生時において、異常内容を特定してから（噛み合い不良発生フラグｆａをオンしてから）スタータ１０の駆動停止を指令するまでに要する時間よりも長く設定してあり、本実施形態では数秒（例えば２〜３秒）としてある。

次に、連続クランキングの判定方法について図５を用いて具体的に説明する。

連続クランキングについては、図５に示すように、
（ａ）スタータ駆動指令がなされていること
（ｂ）スタータ端子に電圧印加されていること
の２つの条件が成立しており、かつ連続クランキングを特定するための異常判定条件として、
（ｄ１）スタータ駆動指令から所定時間が経過したこと
（ｄ２）エンジン２０が回転していること（エンジン回転速度が０よりも大きいこと）
（ｄ３）エンジン２０の燃焼が再開されないこと
を含む全ての条件が成立した場合に当該異常が生じているものと判断する。

条件（ｄ３）について、本実施形態ではクランク角センサ３１で検出したエンジン回転速度に基づいて行う。具体的には、エンジン回転速度が、エンジン２０の着火が行われたことを示す着火回転速度（例えば５００〜６００ｒｐｍ）に到達していない場合に、条件（ｄ３）が成立しているものと判定する。

図６は、連続クランキングが生じた場合の具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）はピニオン駆動指令の推移、（ｂ）はモータ駆動指令の推移、（ｃ）はＳＬ１電圧センサ３３の検出値の推移、（ｄ）はＳＬ２電圧センサ３４の検出値の推移、（ｅ）はクランク角信号の推移、（ｆ）はＮＥ信号更新判定フラグｆ１の推移、（ｇ）は着火判定フラグｆ２の推移、（ｈ）は連続クランキング発生フラグｆｂの推移を示す。図６では、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のエンジン回転降下中に再始動条件が成立した場合を想定している。

図６において、再始動条件の成立に伴いタイミングｔ２１でピニオン駆動指令がオンされ、かつタイミングｔ２２でモータ駆動指令がオンされることにより、スタータ端子に電圧が印加された状態になる。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２５に向かって押し出されるとともに、モータ１１の駆動が開始される。

この場合、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いが生じ、かつエンジン２０の燃焼が再開されれば、エンジン回転速度が着火回転速度に到達し、（ｇ）に一点鎖線で示すように、着火判定フラグｆ２がオンされる。これに対し、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合い後においてエンジン回転速度が着火回転速度に到達しない場合、（ｅ），（ｇ）に示すように、スタータ１０からクランク軸２４に回転力が付与されることによってクランク角信号は逐次更新されるが、着火判定フラグｆ２はオフのままとなる。

そして、モータ１１の回転開始から所定時間Ｔ２継続した場合に、タイミングｔ２３において、連続クランキングを特定するための全ての条件が成立したものとして連続クランキング発生フラグｆｂがオンされ、そのフラグ情報が異常発生情報として不揮発性メモリに記憶される。また、（ａ）、（ｂ）に示すように、タイミングｔ２３からディレイ時間Ｔｄｙ１が経過した後のタイミングｔ２４で、ピニオン駆動指令及びモータ駆動指令がオフされ、スタータ１０の駆動が停止される。

なお、本実施形態では、タイミングｔ２３からディレイ時間Ｔｄｙ１が経過する前にエンジン２０が再始動された場合にも、連続クランキングに関する異常発生情報が不揮発性メモリに記憶される。したがって、不揮発性メモリ内の情報を参照することで、該異常の発生履歴を把握することができる。

（３）非回転異常（連続ロック）
スタータ駆動の開始後では、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いは生じているが、エンジン回転速度が上昇しない異常である非回転異常（連続ロック）が発生することがある。この連続ロックが生じる原因としては、例えば、エンジン２０の出力軸が何らかの理由で非回転状態になっている、登坂路でのエンジン再始動時においてエンジン側からスタータ側に動力が伝達された状態になっている等が考えられる。この場合、スタータ駆動を一旦強制停止し、その停止後にスタータ１０への通電を再度実施することにより、エンジン再始動をやり直すようにしている。

連続ロックの場合にも、連続クランキングの場合と同様に、スタータ駆動を即停止させるほどの緊急性はさほど高くないものと考えられる。また、連続ロックの発生時においてスタータ駆動を継続した場合、噛み合いは生じていることから、エンジン２０を始動できる可能性がある。したがって、エンジン始動できない異常内容が連続ロックである場合には、異常内容を特定した時点でその異常発生情報を記憶した上で、異常内容を特定してから所定のディレイ時間Ｔｄｙ２が経過した後にスタータ１０の駆動停止を指令することとしている。

なお、ディレイ時間Ｔｄｙ２は、噛み合い不良の発生時において、異常発生を特定してから（噛み合い不良発生フラグｆａをオンしてから）スタータ１０の駆動停止を指令するまでに要する時間よりも長く設定してあり、本実施形態では数秒（例えば２〜３秒）としてある。このディレイ時間Ｔｄｙ２は、連続クランキングの場合のディレイ時間Ｔｄｙ１と同じ時間でも異なる時間でもよい。

次に、連続ロックの検出方法について図７を用いて具体的に説明する。

連続ロックについては、図７に示すように、
（ａ）スタータ駆動指令がなされていること
（ｂ）スタータ端子に電圧印加されていること
の２つの条件が成立しており、かつ連続ロックを特定するための異常判定条件として、
（ｅ１）モータ１１が高負荷駆動の状態であること
（ｅ２）エンジン２０が回転していないこと（エンジン回転速度が略０であること）
を含む全ての条件が成立した場合に連続ロックが生じているものと判断する。

異常判定条件のうち条件（ｅ１）は、例えばバッテリ電圧センサの検出値に基づいて判定する。具体的には、上記の図３に示すように、ＳＬ２駆動リレー２８のオン後における電圧変動幅ΔＶＢに基づいて判定する。このとき、電圧変動幅ΔＶＢが第２判定値Ｖ２（＞Ｖ１）よりも小さい場合（図３の実線の場合）に、モータ１１が、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合い状態と同等の回転負荷状態にあると判定する。一方、電圧変動幅ΔＶＢが第２判定値Ｖ２以上の場合（図３の二点鎖線の場合）に、モータ１１が高負荷の状態であると判定する。なお、条件（ｅ１）についても、例えばモータトルクをトルクセンサにより検出するか又はエンジン回転速度に基づいて算出し、その検出値又は算出値に基づいて判定してもよい。

図８は、連続ロックが生じた場合の具体的態様を示すタイムチャートである。図中、（ａ）はピニオン駆動指令の推移、（ｂ）はモータ駆動指令の推移、（ｃ）はＳＬ１電圧センサ３３の検出値の推移、（ｄ）はＳＬ２電圧センサ３４の検出値の推移、（ｅ）はバッテリ１２の電圧変動幅ΔＶＢの推移、（ｆ）はクランク角信号の推移、（ｇ）はＮＥ信号更新判定フラグｆ１の推移、（ｈ）は連続ロック発生フラグｆｃの推移を示す。

なお、（ｅ）の電圧変動幅ΔＶＢについては、ＳＬ２駆動リレー２８のオン後におけるバッテリ電圧の変動幅が第２判定値Ｖ２よりも小さい場合にローレベルの検出信号が出力され、第２判定値Ｖ２以上の場合にハイレベルの検出信号が出力されるようになっている。

図８において、再始動条件の成立に伴いタイミングｔ３１でピニオン駆動指令がオンされ、かつタイミングｔ３２でモータ駆動指令がオンされることにより、スタータ端子に電圧が印加された状態になる。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２５に向かって押し出されるとともに、モータ１１の駆動が開始される。

この場合、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いが生じ、かつエンジン２０の燃焼が再開されれば、その燃焼エネルギによりエンジン回転速度が上昇し、クランク角信号が逐次更新される。これに対し、連続ロックが生じている場合には、（ｅ）、（ｆ）に示すように、モータ１１が高負荷状態であって、かつクランク角信号が更新されない状態が検出される。この場合、スタータ１０の駆動開始から所定時間Ｔ３が経過した後のタイミングｔ３３で、ＮＥ信号更新判定フラグｆ１がオンされ、なお、時間Ｔ３については、噛み合い不良時における時間Ｔ１と同じでも異なっていてもよい。

このタイミングｔ３３では、連続ロックを特定するための全ての条件が成立したものとして、連続ロック発生フラグｆｃがオンされる。また、タイミングｔ３３から所定のディレイ時間Ｔｄｙ２が経過した後のタイミングｔ３４において、ピニオン駆動指令及びモータ駆動指令がオフされ、スタータ１０の駆動が停止される。

なお、連続ロック発生時についても連続クランキングの場合と同様に、タイミングｔ３３からディレイ時間Ｔｄｙ２が経過する前にエンジン２０が再始動された場合にも、連続ロックに関する異常発生情報が不揮発性メモリに記憶される。したがって、不揮発性メモリ内の情報を参照することで、該異常の発生履歴を把握することができる。

次に、本実施形態のエンジン始動時における異常診断処理について図９を用いて説明する。この処理は、ＥＣＵ４０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Ｓ１１では、エンジン自動停止条件の成立後において、エンジン再始動条件が成立したか否かを判定する。ステップＳ１１がＹＥＳの場合、ステップＳ１２へ進み、ＳＬ１駆動リレー２７がオン状態であって、かつＳＬ２駆動リレー２８がオン状態であるか否かを判定する。なお、ＳＬ１駆動リレー２７及びＳＬ２駆動リレー２８のオン／オフ制御は、図示しない別ルーチンにより実行される。

ステップＳ１２がＹＥＳの場合、ステップＳ１３へ進み、モータ回転負荷に関する情報として、バッテリ１２の電圧変動幅ΔＶＢを取得する。また、ステップＳ１４では、クランク角信号に関する情報として、ＮＥ信号更新判定フラグｆ１及び着火判定フラグｆ２を取得する。

ステップＳ１５では、（ｃ１）モータ１１が無負荷又は低負荷駆動の状態であること、及び（ｃ２）リングギヤ２５の歯部の通過速度よりもピニオン１４の歯部の通過速度の方が速いこと、の２つの条件の成否を判定する。ここでは、バッテリ１２の電圧変動幅ΔＶＢが第１判定値Ｖ１以下であり、かつＮＥ信号更新判定フラグｆ１がオンである場合に肯定判定され、ステップＳ１６へ進む。

ステップＳ１６では、噛み合い不良発生フラグｆａをオンにし、そのフラグ情報を異常発生情報として不揮発性メモリに記憶する。ステップＳ１７では、噛み合い不良発生フラグｆａのオン後、直ちにＳＬ１駆動リレー２７に対しオフ指令するとともに、ＳＬ２駆動リレー２８に対しオフ指令する。これにより、スタータ１０の駆動が即停止される。その後、噛み合い不良発生フラグｆａをオフに切り替える。

さて、ステップＳ１８では、（ｄ１）スタータ駆動指令から所定時間Ｔ２が経過したこと、（ｄ２）エンジン２０が回転していること、及び（ｄ３）エンジン２０の燃焼が再開されないこと、の３つの条件の成否を判定する。ここでは、ＳＬ２駆動リレーＯＮから時間Ｔ２が経過し、かつＮＥ信号更新判定フラグｆ１がオフ、着火判定フラグｆ２がオフの場合に肯定判定され、ステップＳ１９へ進む。

なお、ステップＳ１８では、条件（ｄ１）〜（ｄ３）に加え、（ｄ４）モータ回転負荷が所定の正常範囲であること、の条件の成否を判定してもよい。この場合、電圧変動幅ΔＶＢが第１判定値Ｖ１よりも大きく第２判定値Ｖ２未満である場合に該条件が成立しているものと判定し、ステップＳ１９へ進む。

ステップＳ１９では、連続クランキング発生フラグｆｂをオンにし、そのフラグ情報を異常発生情報として不揮発性メモリに記憶する。ステップＳ２０では、連続クランキング発生フラグｆｂをオンしてから所定のディレイ時間Ｔｄｙ１が経過したか否かを判定し、ディレイ時間Ｔｄｙ１が経過した場合にはＳＬ１駆動リレー２７に対しオフ指令するとともに、ＳＬ２駆動リレー２８に対しオフ指令する。その後、連続クランキング発生フラグｆｂをオフに切り替える。

ステップＳ２１では、（ｅ１）モータ１１が高負荷駆動の状態であること、及び（ｅ２）エンジン２０が回転していないこと、の２つの条件の成否を判定する。ここでは、電圧変動幅ΔＶＢが第２判定値Ｖ２以上であり、かつＮＥ信号更新判定フラグｆ１がオンである場合に肯定判定され、ステップＳ２２へ進む。

ステップＳ２２では、連続ロック発生フラグｆｃをオンにし、そのフラグ情報を異常発生情報として不揮発性メモリに記憶する。ステップＳ２３では、連続ロック発生フラグｆｃをオンしてから所定のディレイ時間Ｔｄｙ２が経過したか否かを判定し、ディレイ時間Ｔｄｙ２が経過した場合にはＳＬ１駆動リレー２７に対しオフ指令するとともに、ＳＬ２駆動リレー２８に対しオフ指令する。その後、連続ロック発生フラグｆｃをオフに切り替える。

ステップＳ１５、Ｓ１８及びＳ２１で否定判定された場合、ステップＳ２４へ進む。ステップＳ２４では、ＳＬ１駆動リレー２７をオン状態にしてからの経過時間が判定時間Ｔｉｍｅ１を超えたか、又はＳＬ２駆動リレー２８をオン状態にしてからの経過時間が判定時間Ｔｉｍｅ２を超えたか否かを判定する。そして、ステップＳ２４がＹＥＳの場合、ステップＳ１７へ進み、ＳＬ１駆動リレー２７に対しオフ指令するとともに、ＳＬ２駆動リレー２８に対しオフ指令する。

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２０を始動できない場合に、その異常内容を、該異常内容ごとに予め定めた異常判定条件に基づいて特定し、特定された異常内容に応じて、異常判定条件が成立してからスタータの駆動停止を指令するまでの時間を可変にする構成とした。よって、エンジン２０を始動できない原因に応じた適切なタイミングでスタータ１０を駆動停止することができる。その結果、エンジン始動制御の適正化を図ることができる。

エンジン２０を始動できない原因が噛み合い不良である場合に、その異常特定した直後にスタータ１０の駆動停止を指令する構成とした。これにより、エンジン２０のクランキングが実施不能な状況でのスタータ駆動や、ピニオン１４やリングギヤ２５の磨耗が生じるおそれがある状況でのスタータ駆動を回避することができる。

エンジン２０を始動できない原因が連続クランキングや連続ロックである場合に、その異常を特定して異常発生情報を記憶した後、所定のディレイ時間（Ｔｄｙ１，Ｔｄｙ２）が経過した後にスタータ１０の駆動停止を指令する構成とした。この場合、異常内容を特定してからスタータ駆動を強制停止するまでの間に猶予期間が設けられるため、スタータ１０によるクランキングの実施期間が長くなり、その結果、エンジン始動できる可能性を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。

・噛み合い不良の異常判定条件のうち、条件（ｃ２）について、エンジン回転速度ＮＥが０になり、かつＮＥ＝０が所定時間継続した場合に条件（ｃ２）が成立したものと判定したが、リングギヤ回転速度とモータ回転速度とをそれぞれセンサ等により検出し、それらの比較結果に基づいて判定してもよい。このとき、リングギヤ回転速度に対するモータ回転速度の相対回転速度差が判定値よりも大きい場合に上記（ｃ２）が成立したものと判定するとよい。

・連続クランキング及び連続ロックについて、異常発生情報の過去の履歴を参照し、その履歴に基づいてディレイ時間を設定する構成としてもよい。例えば、連続クランキング発生フラグｆｂ、連続ロック発生フラグｆｃのオンへの切り替え回数が判定値を超えた場合にディレイ時間をゼロにする。つまり、フラグのオン後、直ちにスタータ駆動を強制停止させる。あるいは、該切り替え回数が多いほどディレイ時間を短くしてもよい。

・噛み合い不良の判定方法は、条件（ｃ１）及び条件（ｃ２）の成否によるもの以外であってもよい。例えば、ピニオン１４とリングギヤ２５との噛み合いが生じたか否かを判定するためのセンサ等の噛み合い判定手段を設け、その噛み合い判定手段による判定結果に基づいて、ピニオン１４とリングギヤ２５とが噛み合った状態であるか否かを判定する。具体的には、例えばピニオン１４又はリングギヤ２５の近傍にセンサを配置し、同センサの検出値を用いて判定する。また、ピニオン１４とリングギヤ２５とが噛み合った状態において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１４とリングギヤ２５との噛み合い完了と判定する構成としてもよい。

・エンジン２０の気筒内圧力を検出する筒内圧センサや、エンジン２０の出力トルクを検出するトルクセンサを設け、それらセンサの検出結果に基づいて、連続クランキングにおける条件（ｄ２）の成否を判定する構成としてもよい。要は、条件（ｄ２）については、エンジン始動の際における燃料噴射及び点火の開始に伴い、エンジン２０の燃焼が正常に開始されたことを判定するものであればよい。

・上記実施形態では、アイドルストップ制御によるエンジン再始動時に異常が生じた場合について説明したが、キー操作によるエンジン始動の場合に適用してもよい。

・上記実施形態では、ピニオン１４の押し出しとモータ１１の駆動とを独立して制御可能なスタータ１０を本発明に適用する場合を説明したが、ピニオン１４の押し出しを行うことによってモータ１１が駆動される従来のスタータを本発明に適用してもよい。

・ガソリンエンジンを適用する場合について説明したが、ディーゼルエンジンを本発明に適用する構成であってもよい。

１０…スタータ、１１…モータ、１４…ピニオン、２０…エンジン、２４…クランク軸、２５…リングギヤ、２７…ＳＬ１駆動リレー、２８…ＳＬ２駆動リレー、４０…ＥＣＵ（異常診断手段、スタータ制御手段）、ＳＬ１…アクチュエータ、ＳＬ２…モータスイッチ。

Claims

エンジン始動に際し、エンジン出力軸に連結されたリングギヤに向けてスタータのピニオンを移動させることで前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合いを生じさせるとともに、前記噛み合いの状態での前記スタータのモータの回転によりエンジンをクランキングし、その後、前記スタータの駆動を停止してクランキングを終了するエンジン始動制御装置において、
前記ピニオンの移動及び前記モータの回転の開始後であって前記クランキングを終了するまでの間に生じる複数の異常内容を診断対象として、該診断対象ごとに定めた異常判定条件の成否に基づいて異常診断を実施する異常診断手段と、
前記異常診断手段により前記複数の異常内容のいずれかの異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合に前記スタータの駆動停止を指令するスタータ制御手段と、を備え、
前記スタータ制御手段は、前記異常診断手段により異常有りと診断された異常内容に応じて、前記異常判定条件が成立してから前記スタータの駆動停止を指令するまでの時間を可変にすることを特徴とするエンジン始動制御装置。
前記異常診断手段による診断対象として、前記ピニオンの移動開始後における前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合い不良を含み、
前記スタータ制御手段は、前記噛み合い不良を判定する異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合、異常が発生したことを示す異常発生情報を記憶するとともに、前記異常判定条件の成立後直ちに前記スタータの駆動停止を指令する請求項１に記載のエンジン始動制御装置。
前記噛み合い不良を判定する異常判定条件として、前記モータの回転開始後における前記モータの回転負荷が前記クランキング時よりも小さいこと、及び前記リングギヤの歯部の通過速度よりも前記ピニオンの歯部の通過速度の方が速いことを含む請求項２に記載のエンジン始動制御装置。
前記異常診断手段の診断対象として、前記スタータによるエンジンのクランキングが継続したまま所定時間が経過する異常である連続クランキングを含み、
前記スタータ制御手段は、前記連続クランキングを判定する異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合、異常が発生したことを示す異常発生情報を記憶するとともに、前記異常判定条件の成立後、第１ディレイ時間が経過した後に前記スタータの駆動停止を指令する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジン始動制御装置。
前記異常診断手段による診断対象として、前記噛み合いが生じた状態においてエンジン回転速度が上昇しない異常である非回転異常を含み、
前記スタータ制御手段は、前記非回転異常を判定する異常判定条件が成立し異常有りと診断された場合、異常が発生したことを示す異常発生情報を記憶するとともに、前記異常判定条件の成立後、第２ディレイ時間が経過した後に前記スタータの駆動停止を指令する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジン始動制御装置。