JP5566530B2 - エンジン始動装置およびエンジン始動方法 - Google Patents

Description

本発明は、所定のアイドルストップ条件が成立するとエンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動装置およびエンジン始動方法に関するものである。

従来、自動車の燃費改善・環境負荷低減等を目的として、所定の条件が満たされると自動でアイドルストップを行う自動アイドルストップシステムが開発されてきた。しかしながら、エンジン回転が摩擦力により完全に停止するまでには時間がかかり、従来のアイドルストップシステムでは、この期間の再始動が不可能であった。

そこで、この問題を解決する方法として、例えば、内燃機関の始動制御装置において、内燃機関の回転数が、回転駆動機構を内燃機関に係合させることの可能な回転数に低下したことが始動回転数判定手段によって判定された場合に、回転駆動機構を内燃機関に係合させて内燃機関を回転駆動するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジン自動停止始動制御装置において、ピニオンを回転駆動するモータと、前記ピニオンをエンジンのクランク軸に連結されたリングギアに噛み合わせるアクチュエータとを個別に作動可能なスタータを備え、エンジンの自動停止によりエンジン回転速度が降下するエンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が所定の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときに、アクチュエータによりピニオンをリングギアに噛み合わせた後、またはその噛み合わせの途中にモータによりピニオンを回転させて前記スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させるものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、エンジン始動装置において、エンジンの再始動要求があると、エンジン回転数があらかじめ定められた噛合い可能回転数以下であるか否かを判断する判断処理、前記判断処理にてエンジン回転数が前記噛合い可能回転数以下であると判断された場合、前記ソレノイドへの電力供給を行う第１電力供給処理、前記第１電力供給処理の後、あらかじめ定められた条件の成立を判断する条件判断処理、および、前記条件判断処理にて条件の成立が判断されると、前記スタータモータへの電力供給を行う第２電力供給処理、を実行するエンジン始動装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００３−６５１９１号公報 特開２０１１−９９４５５号公報 特開２０１０−８４７５４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。
特許文献１においては、確かにエンジンの完全停止まで待機してから、ピニオンギアとリングギアを噛み合わせて再始動するよりも、早期のエンジン再始動を実現可能である。しかしながら、一般的に、エンジンは、慣性回転中に０ｒｐｍ付近で正転と逆転を繰り返すため、エンジンが逆転中にピニオンギアがリングギアへと噛み合ってしまうおそれがあった。

また、特許文献２においても、エンジンの完全停止まで待機するよりも早期にエンジン再始動を実現可能である。しかしながら、この特許文献２は、逆回転中の噛み合いに関しては何ら言及していない。また、アクチュエータにより逆回転以前にピニオンギアを噛み合わせる記載はあるが、モータとアクチュエータを個別に動作させる構造が前提となってしまう。このため、従来のスタータより部品点数や寸法、重量等が増加してしまうという課題があった。

また、エンジン停止時に毎回噛み合わせるため、ドライバの操作とは無関係に噛み合い音が発生してしまうこととなり、ドライバに違和感を与えてしまうおそれがあった。

また、特許文献３の装置においても、エンジン逆転中の噛み合いを禁止しておらず、また、モータとアクチュエータを個別に動作させる構造が前提となっていた。また、ピニオンギアの移動とスタータモータの回転とを個別に行うことができないスタータでは、このような対策が適用できないため、より正確にエンジンの逆回転挙動を予測する必要があった。
また、例えば、逆転中の噛み合いを禁止中に、エンジン回転数が所定回転数未満（所定回転数よりマイナス側）となった後、再度所定回転数以上となった際に、噛み合い禁止を解除するように設定したケースを考える。このケースにおいて、逆転量が大きい場合には、噛み合い禁止後にエンジン回転数が所定回転数未満となった後に再度所定回転数以上となり、噛み合い禁止が解除されるが、逆転量が小さい場合には、噛み合い禁止後にエンジン回転数が所定回転数未満とならず、噛み合い禁止を解除することができなくなる。よって、エンジン回転数と所定回転数との比較だけでは、噛み合い禁止を解除できなくなるおそれがある。

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、噛み合い時のピニオンギアとリングギアとの衝撃を抑え、自動アイドルストップシステムにおけるエンジンの慣性回転中の再始動を、速やかに、かつ静粛に行うことを可能にしたエンジン始動装置およびエンジン始動方法を提供することを目的とする。

本発明に係るエンジン始動装置は、所定のアイドルストップ条件が成立するとエンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動装置であって、スタータと、エンジンのクランク軸に連結するリングギアと、エンジンを始動するためのスタータモータと、スタータモータの回転をリングギアに伝達するピニオンギアと、リングギアとピニオンギアとの噛み合い許可条件が成立中にエンジンの再始動条件が成立した場合には、ピニオンギアとリングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させ、リングギアとピニオンギアとの噛み合い禁止条件成立中に再始動条件が成立した場合には、ピニオンギアとリングギアとの噛み合いが噛み合い許容範囲外で発生しないようにピニオンギアとリングギアとの噛み合いを禁止し、噛み合い禁止条件解除後にピニオンギアとリングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させるスタータ制御手段とを備え、スタータ制御手段は、少なくともエンジン回転数に基づいて噛み合い許可条件および噛み合い禁止条件を判定し、噛み合い禁止条件の成立からの経過時間に基づいて噛み合い禁止条件の解除をエンジンの完全停止前に判定するものである。

また、本発明に係るエンジン始動方法は、所定のアイドルストップ条件が成立するとエンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動方法であって、スタータと、エンジンのクランク軸に連結するリングギアと、エンジンを始動するためのスタータモータと、スタータモータの回転をリングギアに伝達するピニオンギアと、リングギアとピニオンギアとの噛み合い許可条件が成立中にエンジンの再始動条件が成立した場合には、ピニオンギアとリングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させ、リングギアとピニオンギアとの噛み合い禁止条件成立中に再始動条件が成立した場合には、ピニオンギアとリングギアとの噛み合いが噛み合い許容範囲外で発生しないようにピニオンギアとリングギアとの噛み合いを禁止し、噛み合い禁止条件解除後にピニオンギアとリングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させるスタータ制御手段とを備えたエンジン始動装置に適用されるエンジン始動方法であり、スタータ制御手段において、少なくともエンジン回転数に基づいて噛み合い許可条件および噛み合い禁止条件を判定するステップと、噛み合い禁止条件の成立からの経過時間に基づいて噛み合い禁止条件の解除をエンジンの完全停止前に判定するステップとを備えるものである。

本発明に係るエンジン始動装置およびエンジン始動方法によれば、少なくともエンジン回転数に基づいて噛み合い許可条件および噛み合い禁止条件を判定し、エンジン回転数もしくは噛み合い禁止条件の成立からの経過時間のうち少なくともいずれか一方に基づいて噛み合い禁止条件の解除を判定することにより、噛み合い時のピニオンギアとリングギアとの衝撃を抑え、自動アイドルストップシステムにおけるエンジンの慣性回転中の再始動を、速やかに、かつ静粛に行うことを可能にしたエンジン始動装置およびエンジン始動方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置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におけるエンジン始動装置のスタータ断面図である。 本発明の実施の形態１における慣性回転中のエンジン回転数の挙動を示すグラフである。 本発明の実施の形態１におけるエンジン再始動に関する一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における再始動条件成立時のスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における噛み合い禁止期間を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態２における第一の所定回転数が一定値である場合を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態２における第一の所定回転数をエンジンのクランク角に応じて変化させた場合を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態２における第二の所定回転数が一定値である場合を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態２における第二の所定回転数をエンジンのクランク角に応じて変化させた場合を示すイメージ図である。 本発明の実施の形態２における再始動条件成立時のスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３におけるエンジンの逆回転ピークを示すイメージ図である。 本発明の実施の形態３における再始動条件成立時のスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。

以下、本発明によるエンジン始動装置およびエンジン始動方法を、四気筒エンジンを例に、好適な実施の形態に従って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におけるエンジン始動装置１０の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置のスタータ断面図である。

図１に示した本実施の形態１におけるエンジン始動装置１０は、スタータ制御手段１１、リングギア１２、クランク角センサ１３、スタータモータ１４、ピニオンギア１５、ワンウェイクラッチ１６、プランジャ１７、およびソレノイド１８を備えて構成されている。

スタータ制御手段１１は、ソレノイド１８への通電を制御する。ソレノイド１８への通電により、プランジャ１７を吸引し、レバー１９（図２参照）を介してピニオンギア１５を移動させることで、ピニオンギア１５をリングギア１２と噛み合わせる。また、プランジャ１７の移動により接点が閉じ、スタータモータ１４へと通電され、ピニオンギア１５を回転させる。

また、リングギア１２は、ピニオンギア１５と噛み合い、駆動力をエンジンに伝達する。また、クランク角センサ１３は、エンジンのクランク角を検出する。また、ワンウェイクラッチ１６は、スタータモータ１４の出力軸に連結され、リングギア１２からトルクが入力された場合には空転する。

そして、スタータ制御手段１１は、クランク角センサ１３から出力されるクランク軸の回転パルスの周期から、エンジン回転数を算出することが可能である。

次に、本実施の形態１のエンジン始動装置における、アイドルストップ条件成立時のエンジン慣性回転挙動に関して説明する。
車両の走行中に自動停止条件（例えば、車速１５ｋｍ／ｈ以下、かつドライバがブレーキを踏んでいる等）が成立した場合には、エンジンへの燃料供給を停止し、慣性回転させる。

図３は、本発明の実施の形態１における慣性回転中のエンジン回転数の挙動を示すグラフである。具体的には、アイドルストップ条件が成立したことで、エンジンへの燃料供給を停止し、慣性回転させたときのエンジン回転数の挙動を示している。慣性回転させた結果、エンジンのピストンにおける圧縮・膨張サイクルにより、トルク変動が発生し、エンジン回転数が脈動を起こしながら低下していくこととなる。

本発明は、再始動条件が成立した際に、エンジン回転数が図３の破線で示す噛み合い許容範囲外である時に、ピニオンギア１５とリングギア１２が噛み合ってしまうことを防止することを技術的特徴とするものである。なお、図３におけるＮ１、Ｎ２については、図６〜図１０を用いて後述する。

次に、本実施の形態１におけるエンジン始動装置の具体的な動作について、図４を用いて詳細に説明する。
図４は、本発明の実施の形態１におけるエンジン再始動に関する一連処理を示すフローチャートである。まず始めに、ステップＳ１１０において、スタータ制御手段１１は、アイドルストップ条件が成立しているか否かを判定する。そして、このステップＳ１１０において、アイドルストップ条件が成立していないと判定した場合には、スタータ制御手段１１は、一連の処理を終了し、次の制御周期へと進む。

一方、ステップＳ１１０において、アイドルストップ条件が成立していると判断した場合には、ステップＳ１１１に進み、スタータ制御手段１１は、エンジン停止制御を行う。具体的には、スタータ制御手段１１は、エンジンへの燃料供給を停止し、惰性回転により回転数を低下させる。

次に、ステップＳ１１２において、スタータ制御手段１１は、エンジンが完全停止しているか否かを判定する。エンジンの完全停止判定は、例えば、クランク角のパルスが所定時間（例えば、３００ｍｓ）検出されたか否かで判定される。従って、スタータ制御手段１１は、クランク角のパルスが所定時間検出されなければ、エンジンが完全停止していると判定し、処理を終了し、次の周期へと進む。

一方、ステップＳ１１２において、エンジンが完全停止していないと判定された場合には、ステップＳ１１３へと進み、スタータ制御手段１１は、再始動条件が成立しているか否かを判定する。

再始動条件が成立していると判定した場合には、ステップＳ１１４へと進み、スタータ制御手段１１は、エンジン再始動制御を行う。一方、再始動条件が成立していないと判定した場合には、ステップＳ１１２へと戻る。

次に、ステップＳ１１４におけるエンジン再始動制御について、詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態１における再始動条件成立時のスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。

まず、ステップＳ２１０において、スタータ制御手段１１は、噛み合い禁止条件が成立しているか否かを判定する。ここで、噛み合い禁止条件は、ソレノイド１８へ通電した場合にピニオンギア１５とリングギア１２が噛み合った際のエンジン回転数ＮＥが、第二の所定回転数Ｎ２以下か否かにより判定される。

ここで、ピニオンギア１５とリングギア１２の噛み合いに関して説明する。ピニオンギア１５の回転数とリングギア１２の回転数との差が大きい場合には、噛み合い時に衝撃や騒音が発生してしまうため、噛み合い許容範囲上限回転数（例えば、１５０ｒｐｍ）と噛み合い許容範囲下限回転数（例えば、−１５０ｒｐｍ）とにより規定される回転数差範囲内（−１５０ｒｐｍ〜１５０ｒｐｍ）でピニオンギア１５とリングギア１２を噛み合わせる必要がある。

また、ソレノイド１８への通電によるピニオンギア１５とリングギア１２の噛み合いは、ソレノイド１８への通電開始から噛み合い完了までに遅れ時間Ｔｄ（例えば、１０ｍｓ）が発生するため、ギアを噛み合わせる際にはこの遅れ時間を考慮する必要がある。よって、第二の所定回転数Ｎ２は、上記を考慮して設定される。具体的には、エンジン回転数が噛み合い許容範囲下限回転数となる時刻より遅れ時間Ｔｄ遡った時点でのエンジン回転数となる。

このように設定すれば、エンジン回転数が第二の所定回転数Ｎ２より大きい回転数でソレノイド１８への通電を開始し、遅れ時間Ｔｄ経過後に噛み合った時に、エンジン回転数が許容範囲下限回転数以上となっており、スムーズに噛み合わせることができる。

第二の所定回転数Ｎ２以下で噛み合いを開始した場合には、実際にギアが噛み合う際の回転数が許容範囲外となり、回転数に応じた衝撃トルクや、騒音が発生し、また、スタータの寿命を縮めてしまうおそれもあり、望ましくない。

そこで、ステップＳ２１０において、エンジン回転数ＮＥが第二の所定回転数より大きいと判定した場合には、スタータ制御手段１１は、ステップＳ２１１へと進み、噛み合い許可条件が成立しているか否かを判定する。

ここで、噛み合い許可条件は、エンジン回転数ＮＥが第一の所定回転数Ｎ１（ただし、Ｎ１＞Ｎ２）以下か否かにより判定される。そして、噛み合い許可条件が成立（ＮＥ≦Ｎ１）していると判定した場合には、ステップＳ２１３へと進み、スタータ制御手段１１は、ソレノイド１８へ通電し、ピニオンギア１５とリングギア１２を噛み合わせる。

ここで、第一の所定回転数Ｎ１は、噛み合い許容範囲上限回転数（例えば、１５０ｒｐｍ）と遅れ時間Ｔｄを考慮して設定される。具体的には、エンジン回転数が噛み合い許容範囲上限回転数となる時刻より遅れ時間Ｔｄ遡った時点でのエンジン回転数となる。このように設定すれば、エンジン回転数が第一の所定回転数Ｎ１以下の回転数でソレノイド１８への通電を開始し、遅れ時間Ｔｄ経過後に噛み合った時に、エンジン回転数が許容範囲上限回転数以下となっており、スムーズに噛み合わせることができる。

また、ステップＳ２１１において、エンジン回転数ＮＥが第一の所定回転数Ｎ１より大きい場合には、スタータ制御手段１１は、エンジン回転数ＮＥが摩擦によりＮ１以下となるまで待った後に、ステップＳ２１３へと進む。

また、先のステップＳ２１０において、エンジン回転数ＮＥが第二の所定回転数Ｎ２以下である場合には、ステップＳ２１２へと進む。

そして、ステップＳ２１２において、スタータ制御手段１１は、噛み合い禁止条件が成立（ＮＥ≦Ｎ２）してからの経過時間Ｔが、所定時間Ｔ１より大きいか否かにより噛み合い禁止条件の解除を判定する。ここで、所定時間Ｔ１は、エンジンの逆回転が終了する、もしくはエンジン回転数が十分に噛み合い可能な回転数範囲内となるような時間に設定されている。

この所定時間Ｔ１について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施の形態１における噛み合い禁止期間を示すイメージ図である。図６に示すように、エンジン回転数ＮＥが第二の所定回転数Ｎ２以下となる時刻ｔａから、所定時間Ｔ１経過した時刻ｔｂまでの間では、たとえ再始動条件が成立したとしても、スタータ制御手段１１は、ピニオンギア１５とリングギア１２の噛み合いを禁止し、所定時間Ｔ１が経過した時点で、ソレノイド１８へと通電し、噛み合わせる。

また、この経過時間Ｔは、再始動条件の成立に関わらず、エンジン回転数ＮＥが第二の所定回転数Ｎ２以下となってからの経過時間である。そして、噛み合い禁止条件が成立してからの経過時間Ｔが、所定時間Ｔ１より大きいと判定した場合には、スタータ制御手段１１は、噛み合い禁止条件の成立を解除し、ステップＳ２１３へと進む。

次に、ステップＳ２１３において、スタータ制御手段１１は、ソレノイド１８へ通電し、ピニオンギア１５とリングギア１２を噛み合わせる。これにより、エンジンの逆転中の噛み合い許容範囲外回転数におけるギアの噛み合いを確実に回避し、静粛かつスムーズなギアの噛み合いを実現することができる。

そして、次に、ステップＳ２１４へと進み、スタータ制御手段１１は、ピニオンギア１５とリングギア１２を噛み合わせた後、クランキングによりエンジンを再始動させる。

以上のように、実施の形態１に係るエンジン始動装置は、少なくともエンジン回転数に基づいて、噛み合い許可条件および噛み合い禁止条件を判定し、さらに、噛み合い禁止条件の解除を禁止条件成立からの経過時間に基づいて判定している。

これにより、ピニオンギアとリングギアとの噛み合わせを速やか、かつ確実に行うことができ、ドライバに違和感を与えず、さらに、噛み合い許容範囲内でギアを噛み合わせることができ、ピニオンギアとリングギアとの噛み合い時の騒音低減、衝撃トルクの抑制、および部品の長寿命化を達成できる。

なお、上述した実施の形態１では、エンジン回転数ＮＥが第二の所定回転数Ｎ２以下となった場合に噛み合い禁止条件が成立するとしていたが、禁止条件の成立は、これに限定されるものではない。一度噛み合い禁止条件が成立し、その後、所定時間Ｔ１の経過により禁止条件が解除された場合には、エンジンが再始動し、次回のアイドルストップまでは、禁止条件が成立しないようにしてもよい。

これは、２回目以降の逆転量が小さいことによるものであり、このような制御を行うことで、エンジンが一度逆転した後、正転となり、もう一度エンジン回転数ＮＥが第二の所定回転数Ｎ２以下となった場合に、噛み合い禁止条件が成立してしまうことを防止することができる。この結果、不要な噛み合い禁止を防ぐことができ、迅速なエンジンの再始動を実現することができる。

また、一般的に、エンジン回転数は、所定クランク角度回転する毎に発生するパルスの周期により演算されることが多いが、クランク角毎のパルスが来ない間の時間も考慮に入れてエンジン回転数を演算してもよい。

クランク角パルスのみによる演算方法では、クランク角パルスが来ない場合にエンジン回転数が更新されず、実際のエンジン回転数に対して遅れが発生する場合がある。これに対して、クランク角パルスが来ない間の時間も考慮に入れることにより、実際のエンジン回転数に即したエンジン回転数に基づき、噛み合い禁止の解除を判定することが可能となる。

また、上述した実施の形態１においては、ソレノイド１８への通電とスタータモータ１４への通電を連動して行うスタータ（広く普及しているシングルソレノイド型スタータに相当）を例に挙げて説明した。本発明のエンジン始動方法は、このようなスタータに適用することができるため、エンジンレイアウト変更や製造ラインの変更を行わなくてもよい。

しかしながら、本発明はこのようなものに限定されず、ソレノイドへの通電とスタータモータへの通電とを個別に制御可能なスタータに適用することも可能であり、その場合にも、上述した効果を得ることができる。

実施の形態２．
先の実施の形態１においては、第一の所定回転数Ｎ１および第二の所定回転数Ｎ２が、一定回転数として設定されていた。しかしながら、これらの所定回転数は、必ずしも一定の値である必要はなく、エンジン脈動に合わせて、クランク角毎に値を設定する等してもよい。

そこで、本実施の形態２においては、第一の所定回転数Ｎ１および第二の所定回転数Ｎ２を、エンジンのクランク角に対応して定める場合について、図７から図１０を用いて説明する。

図７は、本発明の実施の形態２における第一の所定回転数Ｎ１が一定値である場合を示すイメージ図である。一方、図８は、本発明の実施の形態２における第一の所定回転数をエンジンのクランク角に応じて変化させた場合を示すイメージ図である。

エンジンの慣性回転中は、圧縮上死点の前後で圧縮行程と膨張行程が切り替わるため、回転加速度の正負が逆になる。よって、図７に示すように、圧縮上死点直前もしくは直後（時刻ｔｃ）にＮＥ≦Ｎ１となることで、ソレノイド１８への通電を開始した場合に、ピニオンギア１５がリングギア１２に噛み合う時点（時刻ｔｄ）には、エンジン回転数が上昇してしまい、噛み合い許容範囲外となっていることがある。

そこで、図８に示すように、第一の所定回転数Ｎ１をクランク角に対応させることにより、ＮＥ≦Ｎ１となった時点（時刻ｔｅ）でソレノイド１８への通電を開始した場合に、その後、ギアが噛み合うまでにエンジン回転数が上昇することはなく、ピニオンギア１５がリングギア１２に噛み合う時点（時刻ｔｆ）では、エンジン回転数ＮＥが噛み合い許容範囲内となる。

このように、本実施の形態２によれば、第一の所定回転数Ｎ１をクランク角に対応して変化させることにより、ソレノイド１８へ通電し、ピニオンギア１５がリングギア１２に噛み合う時点のエンジン回転数ＮＥが確実に噛み合い許容範囲内となるように制御することが可能となる。

次に、第二の所定回転数Ｎ２をクランク角に対応して変化させる場合について説明する。図９は、本発明の実施の形態２における第二の所定回転数Ｎ２が一定値である場合を示すイメージ図である。一方、図１０は、本発明の実施の形態２における第二の所定回転数Ｎ２をエンジンのクランク角に応じて変化させた場合を示すイメージ図である。

上述したように、エンジンの慣性回転中は、圧縮上死点の前後で圧縮行程と膨張行程が切り替わる。このため、図９に示したように、Ｎ２を一定値とした場合には、時刻ｔｇの時点でＮＥ≦Ｎ２となり噛み合い禁止条件が成立し、それから所定期間Ｔ１だけ噛み合いを禁止する（時刻ｔｈまで）が、時刻ｔｇの直後に圧縮上死点を超えたため、エンジン回転数が上昇してしまい、目的とする期間（噛み合い許容範囲下限回転数以下で噛み合う期間）を禁止できない場合がある。

そこで、図１０に示すように、第二の所定回転数Ｎ２をクランク角に対応して変化させることにより、ＮＥ≦Ｎ２となった時点（時刻ｔｉ）で噛み合いを禁止した場合に、ソレノイド１８へ通電を開始してから、実際にピニオンギア１５がリングギア１２に噛み合うまでの遅れ時間を考慮して、噛み合い禁止が必要な期間中（時刻ｔｉ〜ｔｊ）にのみ、適切に噛み合いを禁止することが可能となる。

このように、本実施の形態２によれば、第二の所定回転数Ｎ２をクランク角に対応して変化させることにより、ソレノイド１８へ通電し、ピニオンギア１５がリングギア１２に噛み合う時点のエンジン回転数ＮＥが噛み合い許容範囲以下となる場合に、確実に噛み合いを禁止するように制御することが可能となる。

次に、先の図４のステップＳ１１４に示したエンジン再始動制御の処理に対応する、本実施の形態２における具体的な処理内容の詳細を、図１１に示すフローチャートに沿って説明する。図１１は、本発明の実施の形態２における再始動条件成立時のスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。

再始動条件が成立すると、ステップＳ３１０へと進み、スタータ制御手段１１は、エンジン回転数ＮＥと第二の所定回転数Ｎ２とを比較し、ＮＥがＮ２以下であればステップＳ３１４へと進み、ＮＥがＮ２より大きければ、ステップＳ３１２へと進む。

ここで、第二の所定回転数Ｎ２は、ステップＳ３１１において設定される。具体的には、エンジンのクランク角毎に対応するＮ２の値が設定されているテーブルをあらかじめ記憶しておき、その制御周期におけるエンジンのクランク角に応じて適切な値がＮ２として設定される。

これにより、前述したように、クランク角の変化による圧縮・膨張を繰り返し、エンジン回転数が脈動しながら低下する場合に、意図しない期間（先の図９の時刻ｔｇ〜ｔｈに相当）で噛み合い禁止条件が成立することを防止することができる。

ステップＳ３１０において、ＮＥ≦Ｎ２であると判定した場合には、スタータ制御手段１１は、先の実施の形態１における図５で示したステップＳ２１０でＮＥ≦Ｎ２であると判定した場合と同様に、所定期間Ｔ１だけ噛み合いを禁止し、所定期間Ｔ１経過後にソレノイド１８へ通電しギアを噛み合わせ、エンジンを再始動する（ステップＳ３１４〜ステップＳ３１６）。

また、ステップＳ３１０において、ＮＥ＞Ｎ２と判定した場合には、ステップＳ３１２へと進む。ここで、第一の所定回転数Ｎ１は、ステップＳ３１３において設定される。具体的には、Ｎ２と同様に、エンジンのクランク角毎に対応するＮ１の値が設定されているテーブルをあらかじめ記憶しておき、その制御周期におけるエンジンのクランク角に応じて適切な値がＮ１として設定される。

これにより、前述したように、クランク角の変化による圧縮・膨張を繰り返し、エンジン回転数が脈動しながら低下する場合に、意図しないタイミング（図７の時刻ｔｃ〜ｔｄ）で噛み合い許可条件が成立することを防止することができる。

ステップＳ３１２において、ＮＥ≦Ｎ１と判定した場合には、スタータ制御手段１１は、ステップＳ３１５へと進み、ソレノイド１８へ通電し、ピニオンギア１５とリングギア１２を噛み合わせ、ステップＳ３１６へ進み、クランキングによりエンジンを再始動させる。

以上のように、実施の形態２に係るエンジン始動装置は、Ｎ１およびＮ２をクランク角に対応して変化させることにより、適切なタイミングでの噛み合い許可および適切な期間での噛み合い禁止を行うことができる。

なお、上述した本実施の形態２においては、Ｎ１およびＮ２の両方ともクランク角に対応して変化させる場合を説明したが、必ずしも両方とも変化させる必要はなく、どちらか一方だけを変化させてもよい。

実施の形態３．
先の実施の形態１、２においては、噛み合い禁止条件の解除を噛み合い禁止条件が成立してからの経過時間Ｔが所定時間Ｔ１より大きいか否かにより判定する場合について説明した。これに対して、本実施の形態３では、エンジン回転数に基づいて噛み合い禁止条件の解除を行うか否かを判定する場合について説明する。

図１２は、本発明の実施の形態３におけるエンジンの逆回転ピークを示すイメージ図である。アイドルストップによりエンジンが慣性回転し、噛み合い禁止条件成立中にエンジンが逆回転をしている場合には、演算周期ごとや角度ごとのエンジン回転数の変化率を判定することで、逆回転のピーク（図１２中の時刻ｔｋ）を判定することができる。そこで、本実施の形態３では、逆回転のピークを過ぎたと判定した場合には、噛み合い禁止を解除するようにする。

なお、この時点で噛み合い禁止条件が一度も成立していない場合には、そのアイドルストップによる慣性回転中には噛み合い禁止条件が成立しないようにしてもよい。

次に、先の図４のステップＳ１１４に示したエンジン再始動制御の処理に対応する、本実施の形態３における具体的な処理内容の詳細を、図１３に示すフローチャートに沿って説明する。図１３は、本発明の実施の形態３における再始動条件成立時のスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。

先の実施の形態２における図１１のフローチャートで示した各ステップＳ３１０〜Ｓ３１６と、本実施の形態３における図１３のフローチャートで示した各ステップＳ４１０〜Ｓ４１６とを比較すると、ステップＳ３１４とステップＳ４１４の処理のみが異なり、他は同様の処理を行っている。そこで、先の実施の形態２とは異なる処理を行っているステップＳ４１４の処理を中心に、以下に説明する。

再始動条件が成立すると、ステップＳ４１０へと進み、スタータ制御手段１１は、エンジン回転数ＮＥと第二の所定回転数Ｎ２とを比較し、ＮＥがＮ２以下であればステップＳ４１４へと進み、ＮＥがＮ２より大きければ、ステップＳ４１２へと進む。

ここで、ステップＳ４１２へと進んだ場合には、先の実施の形態２の図１１において、ステップＳ３１２へと進んだ場合と同様の制御となるため、説明を割愛する。

ステップＳ４１４において、スタータ制御手段１１は、エンジン回転数変化率ｄＮＥが、０より大きいか否かを判定する。ｄＮＥ＞０と判定した場合には、スタータ制御手段１１は、逆回転のピークを過ぎたと判定して噛み合い禁止条件を解除し、ステップＳ４１５へと進み、ソレノイド１８へと通電し、ピニオンギア１５とリングギア１２を噛み合わせ、ステップＳ４１６にてクランキングによりエンジンを再始動する。

ここで、エンジン回転数変化率ｄＮＥは、例えば、エンジン回転数ＮＥの更新タイミングにおける前回値と今回値から計算してもよいし、複数データによる移動平均から求めてもよい。

このように、ステップＳ４１４において逆回転のピークを過ぎたか否かの判定を行うことにより噛み合い禁止を解除した場合には、ステップＳ４１５においてソレノイド１８へ通電し、ピニオンギア１５がリングギア１２へ噛み合う時点においては、既にエンジン回転数ＮＥが噛み合い許容範囲内まで上昇している。このため、スムーズに噛み合うことが可能となる。

以上のように、実施の形態３に係るエンジン始動装置は、逆回転のピークを過ぎたか否かの判定を行うことにより噛み合い禁止条件の解除を行うことができる。これにより、先の実施の形態１、２で説明したような、禁止条件成立からの経過時間Ｔにより噛み合い禁止を解除する必要がなく、エンジン回転挙動に沿った噛み合い禁止の解除が可能となる。

なお、上述した実施の形態３の説明では、逆回転のピークを過ぎたか否かでのみ、噛み合い禁止の解除を判定していたが、エンジン回転数の変化率とともにエンジン回転数を考慮して、噛み合い禁止の解除を判定してもよい。

このようにすれば、例えば、エンジン回転数の変化率が負から正に変化した逆回転のピーク時において、エンジン回転数ＮＥが噛み合い許容範囲内であれば、エンジン回転数が低下することはなく、噛み合い許容範囲内から外れることはないため、噛み合い禁止を解除してもよい。

逆に、噛み合い許容範囲外であれば、噛み合い禁止を解除せずに、所定時間Ｔ１の経過やエンジン回転数ＮＥが噛み合い許容範囲内となった時点で、噛み合い禁止を解除すればよい。

このように、その制御周期におけるエンジン回転数およびエンジン回転数の変化率の両方を考慮することで、噛み合い禁止の解除の精度をさらに向上させることが可能となる。

また、ソレノイド１８へ通電を開始してからピニオンギア１５がリングギア１２へ噛み合うまでの遅れ時間を考慮し、エンジン回転数の変化率を用いて、遅れ時間Ｔｄ経過後のエンジン回転数を予測し、予測回転数が噛み合い可能範囲内になれば、噛み合い禁止を解除するようにしてもよい。このように、その制御周期におけるエンジン回転数の変化率を考慮することで、噛み合い禁止の解除の精度をさらに向上させることが可能となる。

Claims (10)

1. 所定のアイドルストップ条件が成立するとエンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動装置であって、
   スタータと、
   前記エンジンのクランク軸に連結するリングギアと、
   前記エンジンを始動するためのスタータモータと、
   前記スタータモータの回転を前記リングギアに伝達するピニオンギアと、
   前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い許可条件が成立中に前記エンジンの再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させ、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い禁止条件成立中に前記再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いが噛み合い許容範囲外で発生しないように前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いを禁止し、前記噛み合い禁止条件解除後に前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせて前記エンジンを再始動させるスタータ制御手段と
   を備え、
   前記スタータ制御手段は、少なくともエンジン回転数に基づいて前記噛み合い許可条件および前記噛み合い禁止条件を判定し、前記噛み合い禁止条件の成立からの経過時間に基づいて前記噛み合い禁止条件の解除をエンジンの完全停止前に判定する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
2. 所定のアイドルストップ条件が成立するとエンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動装置であって、
   スタータと、
   前記エンジンのクランク軸に連結するリングギアと、
   前記エンジンを始動するためのスタータモータと、
   前記スタータモータの回転を前記リングギアに伝達するピニオンギアと、
   前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い許可条件が成立中に前記エンジンの再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させ、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い禁止条件成立中に前記再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いが噛み合い許容範囲外で発生しないように前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いを禁止し、前記噛み合い禁止条件解除後に前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせて前記エンジンを再始動させるスタータ制御手段と
   を備え、
   前記スタータ制御手段は、少なくともエンジン回転数に基づいて前記噛み合い許可条件および前記噛み合い禁止条件を判定し、前記エンジン回転数の変化率を判定することでアイドルストップによるエンジンの慣性回転中における逆回転のピークを検出し、前記逆回転のピークが過ぎたと判定した場合には、前記噛み合い禁止条件を成立させないこと、もしくは前記噛み合い禁止条件を解除することをエンジンの完全停止前に判定する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
3. 請求項２に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータ制御手段は、前記逆回転のピークが過ぎたと判定し、かつ前記逆回転のピーク時におけるエンジン回転数が噛み合い許容範囲内であると判定した場合には、前記噛み合い禁止条件を成立させない、もしくは前記噛み合い禁止条件を解除する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
4. 請求項２に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータ制御手段は、前記逆回転のピークが過ぎたと判定し、かつ前記エンジン回転数の変化率を用いて、前記ピニオンギアを移動させるソレノイドへの通電開始から前記ピニオンギアが前記リングギアへ噛み合うまでの遅れ時間が経過した後のエンジン回転数を予測し、予測した前記エンジン回転数が噛み合い許容範囲内であると判定した場合には、前記噛み合い禁止条件を成立させない、もしくは前記噛み合い禁止条件を解除する
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータ制御手段は、前記エンジン回転数が第一の所定回転数以下の場合に前記噛み合い許可条件を成立させ、前記エンジン回転数が前記第一の所定回転数よりも小さい第二の所定回転数以下の場合に前記噛み合い禁止条件を成立させる
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
6. 請求項５に記載のエンジン始動装置において、
   前記第一の所定回転数または前記第二の所定回転数のうち少なくとも一方は、エンジンのクランク角に応じて設定される
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
7. 請求項１ないし６のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータ制御手段は、エンジンの慣性回転中に前記噛み合い禁止条件が成立した後に、前記噛み合い禁止条件を解除した場合には、エンジンが再始動するまでは再び前記噛み合い禁止条件を成立させない
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータは、前記ピニオンギアを移動させるソレノイドを有し、前記スタータモータへの通電と、前記ソレノイドへの通電とが連動して行われる構造を備える
   ことを特徴とするエンジン始動装置。
9. 所定のアイドルストップ条件が成立するとエンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動方法であって、
   スタータと、
   前記エンジンのクランク軸に連結するリングギアと、
   前記エンジンを始動するためのスタータモータと、
   前記スタータモータの回転を前記リングギアに伝達するピニオンギアと、
   前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い許可条件が成立中に前記エンジンの再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させ、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い禁止条件成立中に前記再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いが噛み合い許容範囲外で発生しないように前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いを禁止し、前記噛み合い禁止条件解除後に前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせて前記エンジンを再始動させるスタータ制御手段と
   を備えたエンジン始動装置に適用されるエンジン始動方法であり、
   前記スタータ制御手段において、
   少なくともエンジン回転数に基づいて前記噛み合い許可条件および前記噛み合い禁止条件を判定するステップと、
   前記噛み合い禁止条件の成立からの経過時間に基づいて前記噛み合い禁止条件の解除をエンジンの完全停止前に判定するステップと
   を備えることを特徴とするエンジン始動方法。
10. 所定のアイドルストップ条件が成立するとエンジンのアイドルストップを行い、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させる自動アイドルストップシステムのためのエンジン始動方法であって、
    スタータと、
    前記エンジンのクランク軸に連結するリングギアと、
    前記エンジンを始動するためのスタータモータと、
    前記スタータモータの回転を前記リングギアに伝達するピニオンギアと、
    前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い許可条件が成立中に前記エンジンの再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせてエンジンを再始動させ、前記リングギアと前記ピニオンギアとの噛み合い禁止条件成立中に前記再始動条件が成立した場合には、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いが噛み合い許容範囲外で発生しないように前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合いを禁止し、前記噛み合い禁止条件解除後に前記ピニオンギアと前記リングギアとを噛み合わせて前記エンジンを再始動させるスタータ制御手段と
    を備えたエンジン始動装置に適用されるエンジン始動方法であり、
    前記スタータ制御手段において、
    少なくともエンジン回転数に基づいて前記噛み合い許可条件および前記噛み合い禁止条件を判定するステップと、
    前記エンジン回転数の変化率を判定することでアイドルストップによるエンジンの慣性回転中における逆回転のピークを検出し、前記逆回転のピークが過ぎたと判定した場合には、前記噛み合い禁止条件を成立させないこと、もしくは前記噛み合い禁止条件を解除することをエンジンの完全停止前に判定するステップと
    を備えることを特徴とするエンジン始動方法。

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