JP5656013B2 - エンジン自動停止始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置に関する発明である。

近年、エンジン（内燃機関）を搭載した車両においては、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止始動制御システム（いわゆるアイドルストップ制御システム）を採用したものがある。このエンジン自動停止始動制御システムは、例えば、運転者が車両を停車させたときにエンジンを自動的に停止させ、その後、運転者が車両を発進させようとする操作を行ったときに自動的にスタータでエンジンをクランキングして再始動させるようにしている。

一般に、スタータは、モータでピニオンを回転させると共に、アクチュエータでピニオンを押し出して該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ヤに噛み合わせてリングギヤを回転駆動することで、エンジンをクランキングするようになっているが、ピニオンとリングギヤの回転速度の差が大きい状態でピニオンをリングギヤに噛み合わせようとすると、ピニオンがリングギヤにスムーズに噛み合わずに騒音が発生する可能性がある。

そこで、特許文献１（特開２００２−１２２０５９号公報）に記載されているように、エンジン自動停止要求が発生した直後で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再始動要求が発生した場合には、その後、エンジン回転（リングギヤの回転）がほぼ停止してから、スタータのピニオンをリングギヤに噛み合わせた後にピニオンを回転させて、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ようにしたものがある。

しかし、上記特許文献１の技術では、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン再始動要求が発生した場合に、その後、エンジン回転がほぼ停止するまで待ってから、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ため、エンジン再始動要求からエンジンを再始動させるまでの遅れが大きくなってしまい、運転者にエンジンの再始動が遅いと感じさせてしまう可能性がある。

この対策として、特許文献２（特開２００５−３３０８１３号公報）や特許文献３（特開２００２−７０６９９号公報）に記載されているように、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン再始動要求が発生したときに、ピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後にピニオンをリングギヤに噛み合わせて、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ようにしたものがある。

特開２００２−１２２０５９号公報 特開２００５−３３０８１３号公報 特開２００２−７０６９９号公報

しかしながら、上記特許文献２や上記特許文献３の技術では、単に、ピニオンとリングギヤの回転速度を同期した時点でピニオンとリングギヤを噛み合わせるとの記載のみであり、この噛み合せタイミングに関する記載が非常に少なく、良好な噛み合せの実現には、いまだ実用化に達していないといわざるをえない状況である。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン再始動要求が発生したとしても、スムーズにエンジンの再始動を行うことができるエンジン自動停止始動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、ピニオンを回転駆動するモータと、この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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、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第１の回転速度よりも高い第１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、スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開してエンジンを再始動させる第１の再始動制御手段と、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第１の回転速度以下で第２の回転速度よりも高い第２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、モータによりピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させた後にアクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせて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第２の再始動制御手段と、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第２の回転速度以下で且つ５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定された第３の回転速度よりも高い待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときに、スタータによるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度が第３の回転速度以下の第３の回転速度領域になったときに、アクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせた後又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待機再始動制御手段と、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第３の回転速度以下の第３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ヤに噛み合わせた後又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第３の再始動制御手段とを備えた構成としたものである。

この構成では、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が比較的高い第１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は、スタータによるクランキングを行わなくてもエンジンを再始動できると判断して、スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開してエンジンを再始動させることができる。これにより、エンジン再始動要求が発生したときに、直ちにエンジンの燃焼を再開してエンジンを速やかに再始動させることができる。しかも、スタータによるクランキングを行わないため、スタータの電力消費量を０にすることができると共に、ピニオンとリングギヤの回転速度の差が大きい状態でピニオンをリングギヤに噛み合わせることを回避して、騒音の発生を防止することができる。

また、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第２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は、リングギヤの回転速度が比較的高いため、ピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させないと、ピニオンをリングギヤにスムーズに噛み合わせることができないと判断して、モータによりピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後にアクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせて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ことができる。これにより、ピニオンをリングギヤにスムーズに噛み合わせて騒音の発生を防止しながら、エンジン再始動要求からエンジンを再始動させるまでの遅れを小さくすることができる。

更に、エンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が比較的低い第３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は、リングギヤの回転速度が比較的低いため、ピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させなくても、ピニオンをリングギヤにスムーズに噛み合わせることができると判断して、アクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせた後又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ことができる。これにより、ピニオンをリングギヤにスムーズに噛み合わせて騒音の発生を防止しながら、ピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させる処理を省略することができるため、その分、スタータによるクランキングの開始を早くしてエンジンを速やかに再始動させることができると共に、スタータの電力消費量を低減することができる。

また、本発明者らの研究によると、第２の回転速度領域と第３の回転速度領域との間に待機回転速度領域を設けずに、第２の回転速度領域と第３の回転速度領域とを隣接させるように設定した場合には、次のような問題が発生することが判明した。図９に示すように、一般にエンジンの自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン回転速度は脈動しながら降下するため、第２の回転速度領域と第３の回転速度領域とを隣接させた場合には、エンジン回転速度が第２の回転速度領域と第３の回転速度領域とを行き来しながら低下する。このため、第２の回転速度領域と第３の回転速度領域との境界付近では、エンジン回転速度が第２の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後すぐにエンジン回転速度が第３の回転速度領域に入ったり、或は、エンジン回転速度が第３の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後すぐにエンジン回転速度が第２の回転速度領域に戻ったりする可能性がある。これにより、エンジン回転速度の予測を必要とする複雑な再始動制御を行わなければ、適正な再始動制御を行うことが困難となり、スムーズにエンジンの再始動を行うことができない。

そこで、本発明は、第２の回転速度領域と第３の回転速度領域との間に待機回転速度領域を設定し、この待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときには、スタータによるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度が第３の回転速度領域になったときに、アクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせた後又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。これにより、第２の回転速度領域と第３の回転速度領域との間の領域（待機回転速度領域）でエンジン再始動要求が発生した場合でも、エンジン回転速度の予測を必要とする複雑な再始動制御を行うことなく、スムーズにエンジンの再始動を行うことができる。この場合、エンジン回転速度が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後、エンジン回転速度が第３の回転速度領域になってから、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ことになるが、エンジン回転速度が待機回転速度領域を通過する時間は比較的短いため、エンジン再始動要求からエンジンを再始動させるまでの遅れを許容範囲内に抑えることができる。

尚、本発明は、第１の再始動制御手段（スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開してエンジンを再始動させる手段）を備えた構成に限定されず、上記請求項１の構成から第１の再始動制御手段を省略した構成（請求項２の構成）としても良い。

更に、請求項３のように、第２の再始動制御手段は、リングギヤの回転速度とピニオンの回転速度との回転速度差が±２００ｒｐｍの範囲内になったときにピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期したと判断するようにすると良い。このようにすれば、ピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期したと判断してピニオンをリングギヤに噛み合わせる際の騒音の発生を防止することができる。ここで、リングギヤの回転速度とピニオンの回転速度との回転速度差における「回転速度差」とは、「クランク軸に換算した回転速度差」を意味する（以下、同様）。

或は、請求項４のように、第２の再始動制御手段は、リングギヤのピッチ円上の周速度とピニオンのピッチ円上の周速度との周速度差が±３．１ｍ／秒の範囲内になったときにピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期したと判断するようにしても良い。このようにしても、前記請求項３とほぼ同じ効果を得ることができる。

また、請求項５のように、スタータに、エンジン回転方向においてピニオンからモータへ動力を伝達しないワンウエイクラッチが設けられたシステムの場合には、第２の再始動制御手段は、リングギヤの回転速度がピニオンの回転速度よりも高く且つリングギヤの回転速度とピニオンの回転速度との回転速度差が所定値以下になったときにピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期したと判断するようにしても良い。このようにすれば、ピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期したと判断してピニオンをリングギヤに噛み合わせる際に、リングギヤの回転速度がピニオンの回転速度よりも高いときにピニオンをリングギヤに噛み合わせるが、ワンウエイクラッチが空転してスタータに加わる衝撃を緩和することができ、その後、フリクションによるエンジン回転速度（リングギヤの回転速度）の低下とモータの回転速度（ピニオンの回転速度）の上昇に伴って、リングギヤの回転速度とピニオンの回転速度との回転速度差が０になったときに、ワンウエイクラッチがロックしてモータからピニオンへ動力が伝達され始める。このような挙動により、ピニオンをリングギヤに比較的スムーズに噛み合わせることができ、スタータの構成部品への衝撃も少なく、強度的に余裕を持たせることができる。

この場合、請求項６のように、所定値は、３００ｒｐｍ以下の値に設定すると良く、具体的には、請求項７のように、所定値は、２００ｒｐｍに設定すると良い。このようにすれば、リングギヤの回転速度とピニオンの回転速度との同期を判断する際の回転速度の検出精度をあまり高くする必要がないため、リングギヤの回転速度を精度良く検出できる高価なクランク角センサやピニオンの回転速度を精度良く検出できる高価な回転速度センサを設ける必要がなく、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

或は、請求項８のように、スタータにワンウエイクラッチが設けられたシステムの場合に、第２の再始動制御手段は、リングギヤのピッチ円上の周速度がピニオンのピッチ円上の周速度よりも高く且つリングギヤのピッチ円上の周速度とピニオンのピッチ円上の周速度との周速度差が３．１ｍ／秒の範囲内になったときにピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期したと判断するようにしても良い。このようにしても、前記請求項５とほぼ同じ効果を得ることができる。

また、請求項９のように、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第１の回転速度よりも高い第１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、スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開してエンジンを再始動させる第１の再始動制御手段と、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第１の回転速度以下で第２の回転速度よりも高い待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときに、スタータによるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度が第２の回転速度以下で且つ５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定された第３の回転速度よりも高い第２の回転速度領域になったときに、モータによりピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させた後にアクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせて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待機再始動制御手段とを備えた構成としても良い。

このようにすれば、第１の回転速度領域と第２の回転速度領域との間の領域（待機回転速度領域）でエンジン再始動要求が発生した場合でも、エンジン回転速度の予測を必要とする複雑な再始動制御を行うことなく、スムーズにエンジンの再始動を行うことができる。この場合、エンジン回転速度が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後、エンジン回転速度が第２の回転速度領域になってから、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ことになるが、エンジン回転速度が待機回転速度領域を通過する時間は比較的短いため、エンジン再始動要求からエンジンを再始動させるまでの遅れを許容範囲内に抑えることができる。

また、請求項１０のように、第１の回転速度は、３００〜７００ｒｐｍの範囲内に設定するようにすると良い。要するに、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第１の回転速度（３００〜７００ｒｐｍ）よりも高いときには、スタータによるクランキングを行わなくてもエンジンを再始動できるため、第１の回転速度を３００〜７００ｒｐｍの範囲内に設定すれば、第１の回転速度（３００〜７００ｒｐｍ）よりも高い第１の回転速度領域が、スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開してエンジンを再始動できる領域となる。

更に、請求項１，２，９のように、第３の回転速度は、５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定するようにすると良い。要するに、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第３の回転速度（５０〜４５０ｒｐｍ）以下に低下すると、ピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させなくても、ピニオンをリングギヤにスムーズに噛み合わせることができるため、第３の回転速度を５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定すれば、第３の回転速度（５０〜４５０ｒｐｍ）以下の第３の回転速度領域が、ピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させなくても、ピニオンをリングギヤにスムーズに噛み合わせることができる領域となる。

また、請求項１１のように、第２の回転速度は、第３の回転速度よりも５０〜１５０ｒｐｍ高い回転速度に設定するようにすると良い。このようにすれば、第２の回転速度以下で第３の回転速度よりも高い待機回転速度領域（又は第１の回転速度以下で第２の回転速度よりも高い待機回転速度領域）を適正に設定することができる。

また、請求項１２のように、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第１の回転速度よりも高い第１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、スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開してエンジンを再始動させる第１の再始動制御手段と、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が第１の回転速度以下で且つ５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定された第３の回転速度よりも高い待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときに、スタータによるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度が第３の回転速度以下の第３の回転速度領域になったときに、アクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせた後又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待機再始動制御手段とを備えた構成としても良い。

このようにすれば、第１の回転速度領域と第３の回転速度領域との間の領域（待機回転速度領域）でエンジン再始動要求が発生した場合でも、エンジン回転速度の予測を必要とする複雑な再始動制御を行うことなく、スムーズにエンジンの再始動を行うことができる。この場合、エンジン回転速度が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後、エンジン回転速度が第３の回転速度領域になってから、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ことになるが、エンジン回転速度が待機回転速度領域を通過する時間は比較的短いため、エンジン再始動要求からエンジンを再始動させるまでの遅れを許容範囲内に抑えることができる。

この場合も、請求項１３のように、第１の回転速度は、３００〜７００ｒｐｍの範囲内に設定すると良い。

ところで、エンジン回転が停止する間際に、圧縮上死点（ＴＤＣ）の直前で圧縮圧によってエンジンの回転方向が逆転する現象が発生して、エンジンの逆回転と正回転を交互に繰り返した後にエンジン回転が停止することがある。このようにエンジンの逆回転と正回転を交互に繰り返すエンジン揺動期間中に、ピニオンをリングギヤに噛み合わせようとすると、エンジンの逆回転中（リングギヤの逆回転中）にピニオンがリングギヤに衝突して、ピニオンに過大な衝撃が加わってスタータが破損する可能性があると共に、大きな騒音が発生するという問題がある。

この対策として、エンジン回転が停止する間際にエンジン再始動要求が発生したときには、エンジン揺動期間が過ぎてエンジン回転がほぼ停止するまで待ってから、ピニオンをリングギヤに噛み合わせて、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ようにすることが考えられるが、このようにすると、エンジン再始動要求からエンジンを再始動させるまでの遅れが大きくなってしまう。

そこで、請求項１４のように、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が０となる直前の所定回転速度まで低下したときに、アクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせて、その後、エンジン再始動要求が発生したときに、モータによりピニオンを回転させて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第４の再始動制御手段を備えた構成としても良い。このようにすれば、エンジン回転が停止する間際のエンジン揺動期間よりも前に、ピニオンをリングギヤに噛み合わせておくことができるので、エンジン揺動期間中にピニオンをリングギヤに噛み合わせることを回避して、スタータの破損や騒音の発生を防止することができる。そして、エンジン回転速度が所定回転速度以下に低下した後にエンジン再始動要求が発生したときに、その時点で、スタータによるクランキングを開始してエンジンを速やかに再始動させることができる。

この場合、請求項１５のように、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が０となる直前の所定回転速度まで低下したときに、アクチュエータによりピニオンをリングギヤに噛み合わせるようにアクチュエータの通電をオンし、該アクチュエータの通電をオンしてから所定時間が経過したとき又はピニオンとリングギヤとの噛合を確認したときに、アクチュエータの通電をオフにするようにしても良い。このようにすれば、アクチュエータの通電をオンしてから所定時間（例えばピニオンとリングギヤとの噛合が完了するのに必要な時間）が経過したとき又はセンサ等によって実際にピニオンとリングギヤとの噛合を確認したときに、アクチュエータの通電をオフしてもピニオンとリングギヤとを噛合状態に保持できると判断して、アクチュエータの通電をオフすることができ、その後、エンジン再始動要求が発生してスタータによるクランキングを開始するまで、アクチュエータの通電をオフに維持することができ、スタータの電力消費量を低減することができる。

また、本発明は、エンジンの再始動制御の際にエンジンに設けられたクランク角センサの出力信号に基づいてエンジン回転速度を検出するようにしても良いが、一般的なクランク角センサは、エンジン回転降下期間のエンジン回転速度（つまりアイドル回転速度よりも低いエンジン回転速度）を精度良く検出できないため、エンジンの再始動制御の際にクランク角センサでエンジン回転速度を検出するには、エンジン回転降下期間のエンジン回転速度を精度良く検出できる高価なクランク角センサを設ける必要がある。

そこで、請求項１６のように、エンジン自動停止要求の発生又はエンジンの燃焼停止（燃料噴射や点火の停止）からの経過時間に基づいてエンジン回転速度を推定するようにしても良い。一般に、エンジン自動停止要求が発生してエンジンの燃焼が停止されてからの時間経過に伴ってエンジン回転速度が降下するため、エンジン自動停止要求の発生又はエンジンの燃焼停止（燃料噴射や点火の停止）からの経過時間からエンジン回転速度を推定することができる。このようにすれば、エンジン回転降下期間のエンジン回転速度を精度良く検出できる高価なクランク角センサを設ける必要がなく、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

更に、エンジンの再始動制御の際に、モータの回転速度（ピニオンの回転速度）を検出するセンサの出力信号に基づいてピニオンの回転速度を検出するようにしても良いが、請求項１７のように、モータの通電時間と通電電流のうちの少なくとも一方に基づいてピニオンの回転速度を推定するようにしても良い。一般に、モータの通電開始後の時間経過に伴ってモータの回転速度が上昇してピニオンの回転速度が上昇し、その際、モータの通電電流（例えばデューティ比）が大きいほどモータの回転速度が速くなってピニオンの回転速度が速くなるため、モータの通電時間（通電開始後の経過時間）や通電電流からピニオンの回転速度を推定することができる。この場合、モータの回転速度（ピニオンの回転速度）を検出するセンサを省略した構成にすることができ、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

また、請求項１８のように、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軌道（以下「エンジン回転降下軌道」という）を予測する回転降下軌道予測手段と、この回転降下軌道予測手段によるエンジン回転降下軌道の予測データ（エンジン回転速度の予測値）に基づいて待機回転速度領域を判定すると共にピニオンの駆動タイミングとモータの駆動タイミングを決定する制御手段とを備えた構成としても良い。このようにすれば、エンジンを自動停止させる際に、エンジン回転速度が脈動しながら降下する軌道を予測できるため、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が脈動しても、ピニオンをリングギヤに飛び込ませて噛み合わせる際のピニオンの駆動タイミング（押し出しタイミング）やモータの駆動タイミングを精度良く制御することができる。

図１は本発明の実施例１におけるエンジン始動制御システムの概略構成図である。 図２は実施例１のエンジン再始動制御を説明するタイムチャートである。 図３は第２の再始動制御を説明するタイムチャートである。 図４はピニオンとリングギヤの噛み合い時の音圧を測定した結果を示す図である。 図５は第３の再始動制御を説明するタイムチャートである。 図６は実施例１のエンジン再始動制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図７は実施例２のエンジン再始動制御を説明するタイムチャートである。 図８は実施例２のエンジン再始動制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図９は第２の回転速度領域と第３の回転速度領域とを隣接させた場合の問題を説明するタイムチャートである。 図１０は実施例３のエンジン再始動制御を説明するタイムチャートである。 図１１は実施例３のエンジン再始動制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図１２は実施例４のエンジン再始動制御を説明するタイムチャートである。 図１３は実施例４のエンジン再始動制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図１４はエンジン回転降下軌道の予測結果を示す図である。 図１５はエンジン回転降下軌道の予測演算方法を説明する図である。 図１６は実施例５のエンジン回転降下軌道予測ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。
まず、図１に基づいてエンジン始動制御システムの概略構成を説明する。
スタータ１１は、いわゆるピニオン押し出し式スタータであり、モータ１２と、このモータ１２によって回転駆動されるピニオン１３と、このピニオン１３を押し出す電磁アクチュエータ１４等を備えた構成となっている。ピニオン１３は、軸方向に移動可能に設けられている。電磁アクチュエータ１４には、プランジャ１５と、このプランジャ１５を駆動するソレノイド１６が設けられ、プランジャ１５の駆動力がレバー１７等を介してピニオン１３に伝達されるようになっている。

また、バッテリ１８と電磁アクチュエータ１４との間には、リレー１９が設けられ、ＥＣＵ２０（エンジン制御回路）によってリレー１９をオンして電磁アクチュエータ１４の通電をオンすることで、プランジャ１５をピニオン押出方向に移動させてピニオン１３を押し出して、該ピニオン１３をエンジン２１のクランク軸２２に連結されたリングギヤ２３に噛み合わせるようになっている。

更に、バッテリ１８とモータ１２との間には、機械式のリレー２５と、このリレー２５をオン／オフするためのスイッチング素子２４が設けられ、ＥＣＵ２０によってスイッチング素子２４をオンしてリレー２５をオンすることで、モータ１２の通電をオンしてピニオン１３を回転駆動するようになっている。

ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてエンジン２１の燃料噴射量や点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ２０は、図示しないエンジン自動停止始動制御ルーチンを実行することで、エンジン自動停止始動制御（いわゆるアイドルストップ制御）を実行する。このエンジン自動停止始動制御では、車両の走行中に運転者が減速操作（アクセル全閉、ブレーキ操作等）を行って減速要求が発生したときや、車両を停車させたときにエンジン自動停止要求が発生したと判断して、エンジン２１の燃焼（燃料噴射及び／又は点火）を停止させてエンジン２１を自動的に停止させる。その後、車両の走行中に減速要求が解除されたときや、車両の停止中に運転者が車両発進のための準備操作（ブレーキ解除、シフトレバー操作等）や発進操作（アクセル踏み込み等）を行ったときにエンジン再始動要求が発生したと判断して、エンジン２１を再始動させる。

その際、本実施例１では、ＥＣＵ２０により後述する図６のエンジン再始動制御ルーチンを実行することで、エンジン２１の再始動制御を次のようにして行う。
図２のタイムチャートに示すように、エンジン運転中にエンジン自動停止要求が発生すると、エンジン２１の燃焼が停止されてエンジン２１が自動停止される。

(1) エンジン２１の自動停止によりエンジン回転速度Ｎe 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Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 （例えば５００ｒｐｍ）よりも高い第１の回転速度領域（Ｎe ＞Ｎ1 ）でエンジン再始動要求が発生したときには、スタータ１１によるクランキングを行わなくてもエンジン２１を再始動できると判断して、第１の再始動制御を実行する。この第１の再始動制御では、スタータ１１によるクランキングを行わずに燃料噴射及び点火を再開してエンジン２１を再始動させる。

これにより、エンジン再始動要求が発生したときに、直ちにエンジン２１の燃焼を再開してエンジン２１を速やかに再始動させることができる。しかも、スタータ１１によるクランキングを行わないため、スタータ１１の電力消費量を０にすることができると共に、ピニオン１３とリングギヤ２３の回転速度の差が大きい状態でピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせることを回避して、騒音の発生を防止することができる。

(2) エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 以下で第２の回転速度Ｎ2 （例えば３５０ｒｐｍ）よりも高い第２の回転速度領域（Ｎ1 ≧Ｎe ＞Ｎ2 ）でエンジン再始動要求が発生したときには、リングギヤ２３の回転速度が比較的高いため、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させないと、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせることができないと判断して、第２の再始動制御を実行する。この第２の再始動制御では、モータ１２によりピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後に、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

具体的には、図３に示すように、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した時点ｔ1 で、モータ１２の通電をオンしてモータ１２によりピニオン１３を回転させ、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差が±２００ｒｐｍの範囲内になった時点ｔ2 で、ピニオン１３の回転速度がリングギヤ２３の回転速度に同期したと判断して、電磁アクチュエータ１４の通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。ここで、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差における「回転速度差」とは、「クランク軸２２に換算した回転速度差」を意味する（以下、同様）。

このようにすれば、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせて騒音の発生を防止しながら、エンジン再始動要求からエンジン２１を再始動させるまでの遅れを少なくすることができる。しかも、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との同期を判断する際の回転速度の検出精度をあまり高くする必要がないため、例えば、リングギヤ２３の回転速度を精度良く検出できる高価なクランク角センサやピニオン１３の回転速度を精度良く検出できる高価な回転速度センサを設ける必要がなく、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

本実施例１では、リングギヤ２３の直径（歯先の外径）が３００ｍｍで、ピニオン１３の直径（歯先の外径）が３０ｍｍである。この場合、例えば、リングギヤ２３の回転速度が３００ｒｐｍで、ピニオン１３の回転速度が１０００ｒｐｍのときに、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差（クランク軸２２に換算した回転速度差）が２００ｒｐｍになる。このとき、リングギヤ２３の直径が３００ｍｍで回転速度が３００ｒｐｍであるため、リングギヤ２３のピッチ円上（ピニオン１３の歯車ところがり接触する仮想の円上）の周速度は約４．７ｍ／秒となる。また、ピニオン１３の直径が３０ｍｍで回転速度が１０００ｒｐｍであるため、ピニオン１３のピッチ円上（リングギヤ２３の歯車ところがり接触する仮想の円上）の周速度は約１．６ｍ／秒となる。これにより、リングギヤ２３のピッチ円上の周速度とピニオン１３のピッチ円上の周速度との周速度差は約３．１ｍ／秒となる。従って、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差が±２００ｒｐｍの範囲内になるとは、リングギヤ２３のピッチ円上の周速度とピニオン１３のピッチ円上の周速度との周速度差が±３．１ｍ／秒の範囲内になることである。

本発明者は、ピニオン１３とリングギヤ２３の噛み合い時の音圧を測定する試験を行ったので、その試験結果を図４に示す。この試験は、直径３００ｍｍのリングギヤ２３と直径３０ｍｍのピニオン１３を用いて、ピニオン１３とリングギヤ２３を噛み合わせる際のリングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差を変化させて、回転速度差毎にピニオン１３とリングギヤ２３の噛み合い時の音圧を測定した。また、ピニオン１３とリングギヤ２３の噛み合い時の音圧は、噛み合い位置から１５ｃｍ離れた位置にマイクを設置して測定した。

図４に示す試験結果より、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差が±２５０ｒｐｍの範囲内の場合、好ましくはリングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差が±２００ｒｐｍの範囲内（つまりリングギヤ２３のピッチ円上の周速度とピニオン１３のピッチ円上の周速度との周速度差が±３．１ｍ／秒の範囲内）の場合に、ピニオン１３とリングギヤ２３の噛み合い時の音圧を十分に低減できることが確認された。

尚、スタータ１１に、エンジン回転方向においてモータ１２からピニオン１３へ動力を伝達するが、ピニオン１３からモータ１２へ動力を伝達しないワンウエイクラッチが設けられたシステムの場合には、第２の再始動制御の際に、リングギヤ２３の回転速度がピニオン１３の回転速度よりも高く且つリングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差が所定値以下になったときにピニオン１３の回転速度がリングギヤ２３の回転速度に同期したと判断するようにしても良い。この場合、所定値は、３００ｒｐｍ以下の値（例えば２００ｒｐｍ）に設定すると良い。ここで、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差が２００ｒｐｍ以下になるとは、リングギヤ２３のピッチ円上の周速度とピニオン１３のピッチ円上の周速度との周速度差が３．１ｍ／秒以下になることである。

このようにすれば、ピニオン１３の回転速度がリングギヤ２３の回転速度に同期したと判断してピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせる際に、リングギヤ２３の回転速度がピニオン１３の回転速度よりも高いときにピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせるが、ワンウエイクラッチが空転してスタータ１１に加わる衝撃を緩和することができ、その後、フリクションによるエンジン回転速度（リングギヤ２３の回転速度）の低下とモータ１２の回転速度（ピニオン１３の回転速度）の上昇に伴って、リングギヤ２３の回転速度とピニオン１３の回転速度との回転速度差が０になったときに、ワンウエイクラッチがロックしてモータ１２からピニオン１３へ動力が伝達され始める。このような挙動により、ピニオン１３をリングギヤ２３に比較的スムーズに噛み合わせることができ、スタータ１１の構成部品への衝撃も少なく、強度的に余裕を持たせることができる。

(3) エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 よりも低い第３の回転速度Ｎ3 （例えば２５０ｒｐｍ）以下の第３の回転速度領域（Ｎ3 ≧Ｎe ）でエンジン再始動要求が発生したときには、リングギヤ２３の回転速度が比較的低いため、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させなくても、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせることができると判断して、第３の再始動制御を実行する。この第３の再始動制御では、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

具体的には、図５に示すように、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した時点ｔ3 で、電磁アクチュエータ１４の通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせ、ピニオン１３とリングギヤ２３の噛み合わせが完了した時点ｔ4 又はその噛み合わせの途中の時点で、モータ１２の通電をオンしてモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

このようにすれば、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせて騒音の発生を防止しながら、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させる処理を省略することができるため、その分、スタータ１１によるクランキングの開始を早くしてエンジン２１を速やかに再始動させることができると共に、スタータ１１の電力消費量を低減することができる。

(4) エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域と第３の回転速度領域との間に設定された領域、つまり第２の回転速度Ｎ2 以下で第３の回転速度Ｎ3 よりも高い待機回転速度領域（Ｎ2 ≧Ｎe ＞Ｎ3 ）でエンジン再始動要求が発生したときには、待機再始動制御を実行する。この待機再始動制御では、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下の第３の回転速度領域になったときに、第３の再始動制御と同じように電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

これにより、第２の回転速度領域と第３の回転速度領域との間の領域（待機回転速度領域）でエンジン再始動要求が発生した場合でも、エンジン回転速度Ｎe の予測を必要とする複雑な再始動制御を行うことなく、スムーズにエンジン２１の再始動を行うことができる。この場合、エンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域になってから、スタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させることになるが、エンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域を通過する時間は比較的短いため、エンジン再始動要求からエンジン２１を再始動させるまでの遅れを許容範囲内に抑えることができる。

尚、エンジン２１の再始動制御の際に、エンジン回転速度Ｎe （リングギヤ２３の回転速度）は、例えば、エンジン自動停止要求の発生（又はエンジン２１の燃焼停止）からの経過時間をパラメータとするエンジン回転速度Ｎe のマップを参照して、エンジン自動停止要求の発生（又はエンジン２１の燃焼停止）からの経過時間に応じたエンジン回転速度Ｎe を推定（算出）する。エンジン回転速度Ｎe のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。一般に、エンジン自動停止要求が発生してエンジン２１の燃焼が停止されてからの時間経過に伴ってエンジン回転速度Ｎe が低下するため、エンジン自動停止要求の発生（又はエンジン２１の燃焼停止）からの経過時間からエンジン回転速度Ｎe を推定することができる。

また、ピニオン１３の回転速度は、例えば、モータ１２の通電時間（通電開始後の経過時間）と通電電流（例えばデューティ比）とをパラメータとするピニオン１３の回転速度のマップを参照して、モータ１２の通電時間と通電電流とに応じたピニオン１３の回転速度を推定（算出）する。ピニオン１３の回転速度のマップは、予め試験データや設計データ等に基づいて作成され、ＥＣＵ２０のＲＯＭに記憶されている。一般に、モータ１２の通電開始後の時間経過に伴ってモータ１２の回転速度が上昇してピニオン１３の回転速度が上昇し、その際、モータ１２の通電電流が大きいほどモータ１２の回転速度が速くなってピニオン１３の回転速度が速くなるため、モータ１２の通電時間や通電電流からピニオン１３の回転速度を推定することができる。

以上説明した本実施例１のエンジン２１の再始動制御は、ＥＣＵ２０によって図６のエンジン再始動制御ルーチンに従って実行される。以下、図６のエンジン再始動制御ルーチンの処理内容を説明する。

図６に示すエンジン再始動制御ルーチンは、ＥＣＵ２０の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン自動停止制御中（例えば、エンジン２１の燃焼停止から再始動制御が開始されるまでの期間）であるか否かを判定し、エンジン自動停止制御中ではないと判定されれば、ステップ１０２以降の再始動制御に関する処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０１で、エンジン自動停止制御中であると判定された場合には、ステップ１０２以降の再始動制御に関する処理を次のようにして実行する。まず、ステップ１０２で、エンジン再始動要求が発生したか否かを判定し、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点で、ステップ１０３に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いか否かによって、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域（Ｎe ＞Ｎ1 ）であるか否かを判定する。

ここで、第１の回転速度Ｎ1 は、例えば３００〜７００ｒｐｍの範囲内（本実施例１では５００ｒｐｍ）に設定されている。エンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 （３００〜７００ｒｐｍ）よりも高いときには、スタータ１１によるクランキングを行わなくても燃焼（燃料噴射・点火）を再開するだけでエンジン２１を再始動できるため、第１の回転速度Ｎ1 を３００〜７００ｒｐｍの範囲内に設定すれば、第１の回転速度Ｎ1 （３００〜７００ｒｐｍ）よりも高い第１の回転速度領域が、スタータ１１によるクランキングを行わずに燃料噴射及び点火を再開してエンジン２１を再始動できる領域となる。

エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ１０３で、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、スタータ１１によるクランキングを行わなくてもエンジン２１を再始動できると判断して、ステップ１０４に進み、第１の再始動制御を実行する。この第１の再始動制御では、スタータ１１によるクランキングを行わずに燃料噴射及び点火を再開してエンジン２１を再始動させる。このステップ１０４の処理が特許請求の範囲でいう第１の再始動制御手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０５に進み、エンジン２１の始動が完了したか否かを、例えばエンジン回転速度Ｎe が始動完了判定値を越えたか否かによって判定し、エンジン２１の始動が完了していないと判定された場合には、上記ステップ１０３に戻り、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域であれば、第１の再始動制御を継続する（ステップ１０３、１０４）。その後、ステップ１０５で、エンジン２１の始動が完了したと判定されれば、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０３で、現在のエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 以下であると判定された場合には、ステップ１０６に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 よりも高いか否かによって、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域（Ｎ1 ≧Ｎe ＞Ｎ2 ）であるか否かを判定する。ここで、第２の回転速度Ｎ2 は、第３の回転速度Ｎ3 よりも例えば５０〜１５０ｒｐｍ高い回転速度（本実施例１では３５０ｒｐｍ）に設定されている。

エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ１０６で、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、リングギヤ２３の回転速度が比較的高いため、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させないと、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせることができないと判断して、ステップ１０７に進み、第２の再始動制御を実行する。この第２の再始動制御では、モータ１２によりピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後に電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。このステップ１０７の処理が特許請求の範囲でいう第２の再始動制御手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０８に進み、エンジン２１の始動が完了したか否かを判定し、エンジン２１の始動が完了したと判定されれば、本ルーチンを終了するが、エンジン２１の始動が完了していないと判定されれば、ステップ１１０に進む。

一方、上記ステップ１０６で、現在のエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 以下であると判定された場合には、ステップ１０９に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下であるか否かによって、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域（Ｎ3 ≧Ｎe ）であるか待機回転速度領域（Ｎ2 ≧Ｎe ＞Ｎ3 ）であるかを判定する。

ここで、第３の回転速度Ｎ3 は、例えば５０〜４５０ｒｐｍの範囲内（本実施例１では２５０ｒｐｍ）に設定されている。エンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ2 （５０〜４５０ｒｐｍ）以下に低下すれば、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させなくても、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせることができるため、第３の回転速度Ｎ3 を５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定すれば、第３の回転速度Ｎ3 （５０〜４５０ｒｐｍ）以下の第３の回転速度領域が、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させなくても、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせることができる領域となる。

エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ１０９で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下であると判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、リングギヤ２３の回転速度が比較的低いため、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させなくても、ピニオン１３をリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせることができると判断して、ステップ１１０に進み、第３の再始動制御を実行する。この第３の再始動制御では、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。このステップ１１０の処理が特許請求の範囲でいう第３の再始動制御手段としての役割を果たす。

これに対して、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、上記ステップ１０９で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、ステップ１０９で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下になったと判定されたとき（つまりエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域まで低下したとき）に、ステップ１１０に進み、待機再始動制御を実行する。この待機再始動制御では、第３の再始動制御と同じように電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。このステップ１１０の処理が特許請求の範囲でいう待機再始動制御手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１１１に進み、エンジン２１の始動が完了したか否かを判定し、エンジン２１の始動が完了していないと判定された場合には、上記ステップ１１０に戻り、第３の再始動制御又は待機再始動制御を継続する。その後、ステップ１１１で、エンジン２１の始動が完了したと判定されれば、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例１では、エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第１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は、スタータ１１によるクランキングを行わずに燃料噴射及び点火を再開してエンジン２１を再始動させる第１の再始動制御を実行し、エンジン回転速度Ｎe が第２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は、ピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させた後にピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる第２の再始動制御を実行する。また、エンジン回転速度Ｎe が第３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は、ピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる第３の再始動制御を実行し、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域と第３の回転速度領域との間に設定された待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときには、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域になったときに、ピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる待機再始動制御を実行する。これにより、エンジン回転降下期間中にエンジン再始動要求が発生したときに、そのときのエンジン回転速度Ｎe に応じた適正なエンジン再始動制御を行うことができて、スムーズにエンジン２１の再始動を行うことができ、エンジン２１の再始動の遅れや騒音の発生を防止できると共に、スタータ１１の電力消費量を低減することができる。

また、本実施例１では、エンジン再始動制御の際に、エンジン自動停止要求の発生（又はエンジン２１の燃焼停止）からの経過時間に基づいてエンジン回転速度を推定するようにしたので、例えば、エンジン回転降下期間のエンジン回転速度を精度良く検出できる高価なクランク角センサを設ける必要がなく、更に、モータ１２の通電時間と通電電流とに基づいてピニオン１３の回転速度を推定するようにしたので、モータ１２の回転速度（ピニオン１３の回転速度）を検出するセンサを省略した構成にすることができ、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

尚、上記実施例１では、第１〜第３の再始動制御と待機再始動制御を実行可能な構成としたが、第１の再始動制御を実行する機能を省略して、第２及び第３の再始動制御と待機再始動制御を実行可能な構成としても良い。

次に、図７及び図８を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、ＥＣＵ２０により後述する図８のエンジン再始動制御ルーチンを実行することで、図７のタイムチャートに示すように、エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン再始動要求が発生せずにエンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 （エンジン回転速度Ｎe が０となる直前の回転速度であり、例えば１００ｒｐｍ）まで低下したときには、第４の再始動制御を実行する。この第４の再始動制御では、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 まで低下したときに、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせて、その後、エンジン再始動要求が発生したときに、モータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させるようにしている。

具体的には、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 まで低下した時点ｔ5 で、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせるように電磁アクチュエータ１４の通電をオンし、該電磁アクチュエータ１４の通電をオンしてから所定時間（例えばピニオン１３とリングギヤ２３との噛合が完了するのに必要な時間）が経過した時点ｔ6 で、電磁アクチュエータ１４の通電をオフしてもピニオン１３とリングギヤ２３とを噛合状態に保持できると判断して、電磁アクチュエータ１４の通電をオフにする。その後、エンジン再始動要求が発生した時点で、電磁アクチュエータ１４の通電をオンすると共に、モータ１２の通電をオンしてピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

このようにすれば、エンジン回転が停止する間際のエンジン揺動期間（エンジン２１の逆回転と正回転を交互に繰り返す期間）よりも前に、ピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせておくことができるので、エンジン揺動期間中にピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせることを回避して、スタータ１１の破損や騒音の発生を防止することができる。そして、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 以下に低下した後にエンジン再始動要求が発生したときに、その時点で、スタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を速やかに再始動させることができる。

以下、本実施例２でＥＣＵ２０が実行する図８のエンジン再始動制御ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンでは、まず、ステップ１０１で、エンジン自動停止制御中であるか否かを判定し、エンジン自動停止制御中であると判定されれば、ステップ１０１ａに進み、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 よりも高いか否かを判定する。ここで、第４の回転速度Ｎ4 は、エンジン回転速度Ｎe が０となる直前の回転速度であり、例えば１００ｒｐｍに設定されている。

このステップ１０１ａで、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 よりも高いと判定された場合には、ステップ１０２に進み、エンジン再始動要求が発生したか否かを判定する。

この後、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ１０３で、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第１の再始動制御を実行してエンジン２１を再始動させる（ステップ１０４、１０５）。

また、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ１０６で、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第２の再始動制御を実行してエンジン２１を再始動させる（ステップ１０７、１０８）。

また、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ１０９で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下であると判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第３の再始動制御を実行してエンジン２１を再始動させる（ステップ１１０、１１１）。

一方、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、上記ステップ１０９で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、ステップ１０９でエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下になったと判定されたとき（つまりエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域まで低下したとき）に、待機再始動制御を実行してエンジン２１を再始動させる（ステップ１１０、１１１）。

これに対して、上記ステップ１０１ａで、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 以下であると判定された場合（つまりエンジン再始動要求が発生せずにエンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 以下に低下した場合）には、ステップ１１２に進み、第４の再始動制御を実行する。この第４の再始動制御では、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 まで低下したときに、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせて、その後、エンジン再始動要求が発生したときに、モータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

以上説明した本実施例２では、第４の再始動制御により、エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中にエンジン再始動要求が発生せずにエンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 まで低下したときに、ピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせるようにしたので、エンジン回転が停止する間際のエンジン揺動期間（エンジン２１の逆回転と正回転を交互に繰り返す期間）よりも前に、ピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせておくことができ、エンジン揺動期間中にピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせることを回避して、スタータ１１の破損や騒音の発生を防止できる。そして、その後、エンジン再始動要求が発生したときに、ピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させるようにしたので、エンジン２１を速やかに再始動させることができる。

また、本実施例２では、第４の再始動制御により、エンジン回転速度Ｎe が第４の回転速度Ｎ4 まで低下した時点で電磁アクチュエータ１４の通電をオンし、該電磁アクチュエータ１４の通電をオンしてから所定時間が経過した時点で電磁アクチュエータ１４の通電をオフにするようにしたので、その後、エンジン再始動要求が発生してスタータ１１によるクランキングを開始するまで、電磁アクチュエータ１４の通電をオフに維持することができ、スタータ１１の電力消費量を低減することができる。

尚、上記実施例２では、第４の再始動制御の際に、電磁アクチュエータ１４の通電をオンした後に、電磁アクチュエータ１４の通電をオンしてから所定時間が経過した時点で電磁アクチュエータ１４の通電をオフするようにしたが、例えば、ピニオン１３とリングギヤ２３との噛合を確認可能なセンサを設け、このセンサで実際にピニオン１３とリングギヤ２３との噛合を確認した時点で電磁アクチュエータ１４の通電をオフするようにしても良い。

また、上記実施例２では、第１〜第４の再始動制御と待機再始動制御を実行可能な構成としたが、第１の再始動制御を実行する機能を省略して、第２〜第４の再始動制御と待機再始動制御を実行可能な構成としても良い。

次に、図１０及び図１１を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例３では、ＥＣＵ２０により後述する図１１のエンジン再始動制御ルーチンを実行することで、図１０のタイムチャートに示すように、エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域と第２の回転速度領域との間に設定された領域、つまり第１の回転速度Ｎ1 以下で第２の回転速度Ｎ2 （例えば４００ｒｐｍ）よりも高い待機回転速度領域（Ｎ1 ≧Ｎe ＞Ｎ2 ）でエンジン再始動要求が発生したときには、待機再始動制御を実行する。この待機再始動制御では、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 以下で第３の回転速度Ｎ3 よりも高い第２の回転速度領域（Ｎ2 ≧Ｎe ＞Ｎ3 ）になったときに、第２の再始動制御と同じようにモータ１２によりピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後に、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

以下、本実施例３でＥＣＵ２０が実行する図１１のエンジン再始動制御ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンでは、まず、ステップ２０１で、エンジン自動停止制御中であるか否かを判定し、エンジン自動停止制御中であると判定されれば、ステップ２０２に進み、エンジン再始動要求が発生したか否かを判定し、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点で、ステップ２０３に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いか否かを判定する。

エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ２０３で、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第１の再始動制御を実行して、スタータ１１によるクランキングを行わずに燃料噴射及び点火を再開してエンジン２１を再始動させる（ステップ２０４、２０５）。

一方、上記ステップ２０３で、現在のエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 以下であると判定された場合には、ステップ２０６に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 以下であるか否かを判定し、第２の回転速度Ｎ2 以下であると判定されれば、ステップ２０７に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 よりも高いか否かを判定する。

エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、上記ステップ２０６でエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 以下であると判定され、且つ、上記ステップ２０７でエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第２の再始動制御を実行して、モータ１２によりピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後に電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる（ステップ２０８、２０９）。

これに対して、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、上記ステップ２０６で、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、ステップ２０６で、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度Ｎ2 以下になったと判定されたとき（つまりエンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域まで低下したとき）に、待機再始動制御を実行して、第２の再始動制御と同じようにモータ１２によりピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後に電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる（ステップ２０８、２０９）。

一方、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、上記ステップ２０７で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下であると判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第３の再始動制御を実行して、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる（２１０、２１１）。

以上説明した本実施例３では、第１の回転速度領域と第２の回転速度領域との間に待機回転速度領域を設定し、この待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときには、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域になったときに、第２の再始動制御と同じようにモータ１２によりピニオン１３の回転速度をリングギヤ２３の回転速度に同期させて両者の回転速度の差を小さくした後に電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる待機再始動制御を実行するようにしたので、第１の回転速度領域と第２の回転速度領域との間の領域（待機回転速度領域）でエンジン再始動要求が発生した場合でも、エンジン回転速度Ｎe の予測を必要とする複雑な再始動制御を行うことなく、スムーズにエンジン２１の再始動を行うことができる。この場合、エンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後、エンジン回転速度Ｎe が第２の回転速度領域になってから、スタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させることになるが、エンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域を通過する時間は比較的短いため、エンジン再始動要求からエンジン２１を再始動させるまでの遅れを許容範囲内に抑えることができる。

尚、上記実施例３では、第１〜第３の再始動制御と待機再始動制御を実行可能な構成としたが、更に、上記実施例２で説明した第４の再始動制御を実行可能な構成としても良い。

次に、図１２及び図１３を用いて本発明の実施例４を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例４では、ＥＣＵ２０により後述する図１３のエンジン再始動制御ルーチンを実行することで、図１２のタイムチャートに示すように、エンジン２１の自動停止によるエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域と第３の回転速度領域との間に設定された領域、つまり第１の回転速度Ｎ1 以下で第３の回転速度Ｎ3 よりも高い待機回転速度領域（Ｎ1 ≧Ｎe ＞Ｎ3 ）でエンジン再始動要求が発生したときには、待機再始動制御を実行する。この待機再始動制御では、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下の第３の回転速度領域になったときに、第３の再始動制御と同じように電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる。

以下、本実施例４でＥＣＵ２０が実行する図１３のエンジン再始動制御ルーチンの処理内容を説明する。本ルーチンでは、まず、ステップ３０１で、エンジン自動停止制御中であるか否かを判定し、エンジン自動停止制御中であると判定されれば、ステップ３０２に進み、エンジン再始動要求が発生したか否かを判定し、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点で、ステップ３０３に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いか否かを判定する。

エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、ステップ３０３で、エンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第１の再始動制御を実行して、スタータ１１によるクランキングを行わずに燃料噴射及び点火を再開してエンジン２１を再始動させる（ステップ３０４、３０５）。

一方、上記ステップ３０３で、現在のエンジン回転速度Ｎe が第１の回転速度Ｎ1 以下であると判定された場合には、ステップ３０６に進み、現在のエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下であるか否かを判定する。

エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、上記ステップ３０６で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下であると判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、第３の再始動制御を実行して、電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる（３０７、３０８）。

これに対して、エンジン再始動要求が発生したと判定された時点において、上記ステップ３０６で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 よりも高いと判定された場合（つまりエンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生した場合）には、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、ステップ３０６で、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度Ｎ3 以下になったと判定されたとき（つまりエンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域まで低下したとき）に、待機再始動制御を実行して、第３の再始動制御と同じように電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる（３０７、３０８）。

以上説明した本実施例４では、第１の回転速度領域と第３の回転速度領域との間に待機回転速度領域を設定し、この待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときには、スタータ１１によるクランキングを行わずに、その後、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域になったときに、第３の再始動制御と同じように電磁アクチュエータ１４によりピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中にモータ１２によりピニオン１３を回転させてスタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させる待機再始動制御を実行するようにしたので、第１の回転速度領域と第３の回転速度領域との間の領域（待機回転速度領域）でエンジン再始動要求が発生した場合でも、エンジン回転速度Ｎe の予測を必要とする複雑な再始動制御を行うことなく、スムーズにエンジン２１の再始動を行うことができる。この場合、エンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域でエンジン再始動要求が発生しても、その後、エンジン回転速度Ｎe が第３の回転速度領域になってから、スタータ１１によるクランキングを開始してエンジン２１を再始動させることになるが、エンジン回転速度Ｎe が待機回転速度領域を通過する時間は比較的短いため、エンジン再始動要求からエンジン２１を再始動させるまでの遅れを許容範囲内に抑えることができる。

尚、上記実施例４では、第１及び第３の再始動制御と待機再始動制御を実行可能な構成としたが、更に、上記実施例２で説明した第４の再始動制御を実行可能な構成としても良い。

また、上記各実施例１〜４では、エンジン２１の再始動制御の際に、エンジン自動停止要求の発生（又はエンジン２１の燃焼停止）からの経過時間に基づいてエンジン回転速度Ｎe を推定（算出）し、モータ１２の通電時間と通電電流に基づいてピニオン１３の回転速度を推定（算出）するようにしたが、これに限定されず、例えば、クランク角センサの出力信号に基づいてエンジン回転速度を検出するようにしたり、モータの回転速度（ピニオン１３の回転速度）を検出するセンサの出力信号に基づいてピニオン１３の回転速度を検出するようにしても良い。

次に、図１４乃至図１６を用いて本発明の実施例５を説明する。
本実施例５では、上記各実施例１〜４のいずれかのエンジン２１の再始動制御を実行するシステムにおいて、ＥＣＵ２０は、エンジン２１の自動停止によりエンジン回転速度が降下する軌道（以下「エンジン回転降下軌道」という）を予測する回転降下軌道予測手段として機能し、更に、そのエンジン回転降下軌道の予測データ（エンジン回転速度の予測値）に基づいて第１〜第４の回転速度領域や待機回転速度領域を判定すると共にピニオン１３の駆動タイミングとモータ１２の駆動タイミングを決定する制御手段としても機能する。

ここで、本実施例５のエンジン回転降下軌道の予測方法を説明する。
以下の説明では、クランクパルスが３０℃Ａ毎に出力されるクランク角センサ（図示せず）を用いた例を説明する。これにより、エンジン自動停止時に、エンジン回転速度が降下する期間に、クランク角センサからクランクパルスがＥＣＵ２０に入力される３０℃Ａ毎に次式により角速度ω［ｒａｄ／ｓｅｃ］を算出する。
ω＝３０×２π／（３６０×ｔp ）
ｔp ：クランクパルス間隔[sec]

上式により、前回の１８０℃Ａ区間[i-1] のＴＤＣ後のクランク角０℃Ａの角速度ω[0,i-1] 、クランク角３０℃Ａの角速度ω[30,i-1]、クランク角６０℃Ａの角速度ω[60,i-1]、クランク角９０℃Ａの角速度ω[90,i-1]、クランク角１２０℃Ａの角速度ω[120,i-1] 、クランク角１５０℃Ａの角速度ω[150,i-1] 、今回の１８０℃Ａ区間[i] のＴＤＣ後のクランク角０℃Ａの角速度ω[0,i] を算出する。

更に、前回の１８０℃Ａ区間[i-1] のＴＤＣ後のクランク角０℃Ａから３０℃ＡまでのロストルクＴ[0-30,i-1]、クランク角３０℃Ａから６０℃ＡまでのロストルクＴ[30-60,i-1] 、クランク角６０℃Ａから９０℃ＡまでのロストルクＴ[60-90,i-1] 、クランク角９０℃Ａから１２０℃ＡまでのロストルクＴ[90-120,i-1]、クランク角１２０℃Ａから１５０℃ＡまでのロストルクＴ[120-150,i-1] 、クランク角１５０℃Ａから今回の１８０℃Ａ区間[i] のＴＤＣ後の０℃ＡまでのロストルクＴ[150-0,i-1] を算出する。

Ｔ[0-30,i-1]＝−Ｊ・（ω[30,i-1]² −ω[0,i-1] ² ）／２
Ｔ[30-60,i-1] ＝−Ｊ・（ω[60,i-1]² −ω[30,i-1]² ）／２
Ｔ[60-90,i-1] ＝−Ｊ・（ω[90,i-1]² −ω[60,i-1]² ）／２
Ｔ[90-120,i-1]＝−Ｊ・（ω[120,i-1] ² −ω[90,i-1]² ）／２
Ｔ[120-150,i-1] ＝−Ｊ・（ω[150,i-1] ² −ω[120,i-1] ² ）／２
Ｔ[150-0,i-1] ＝−Ｊ・（ω[0,i] ² −ω[150,i-1] ² ）／２

ここで、Ｊはエンジン２１のイナーシャである。これらのロストルクＴ[0-30,i-1]〜Ｔ[150-0,i-1] の算出値は、それぞれレジスタに更新記憶される（図１５参照）。
そして、今回の１８０℃Ａ区間[i] のＴＤＣ後の３０℃Ａ（現時点）で、角速度ω[30,i]を算出すると共に、ロストルクＴ[0-30,i]を同様に算出し、このロストルクＴ[0-30,i]をレジスタに更新記憶する。

その後、図１５に示すように、前回の１８０℃Ａ区間[i-1] のクランク角３０℃Ａから６０℃ＡまでのロストルクＴ[30-60,i-1] を用いて、今回の１８０℃Ａ区間[i] のＴＤＣ後のクランク角６０℃Ａの予測角速度ω'[60,i] を演算すると共に、クランク角３０℃Ａから６０℃Ａに到達するまでの予測到達時間ｔ[30-60,i] を演算し、更に、前回の１８０℃Ａ区間[i-1] のクランク角６０℃Ａから９０℃ＡまでのロストルクＴ[60-90,i-1] と上記予測角速度ω'[60,i] を用いて、今回の１８０℃Ａ区間[i] のＴＤＣ後のクランク角９０℃Ａの予測角速度ω'[90,i] を演算すると共に、クランク角６０℃Ａから９０℃Ａに到達するまでの予測到達時間ｔ[60-90,i] を演算し、更に、前回の１８０℃Ａ区間[i-1] のクランク角９０℃Ａから１２０℃ＡまでのロストルクＴ[90-120,i-1]と上記予測角速度ω'[90,i] を用いて、今回の１８０℃Ａ区間[i] のＴＤＣ後のクランク角１２０℃Ａの予測角速度ω'[120,i]を演算すると共に、クランク角９０℃Ａから１２０℃Ａに到達するまでの予測到達時間ｔ[90-120,i]を演算するという処理を何回も繰り返すことで、エンジン回転降下軌道を予測する（図１４参照）。

この予測演算は、クランクパルス入力毎（３０℃Ａ毎）に次のクランクパルスが入力されるまでの時間を利用して実行され、その都度、エンジン回転降下軌道の予測データが更新される。次のクランクパルスが入力されるまでの演算時間に余裕があれば、エンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下軌道を予測するが、演算時間が足りない場合は、予測演算を途中で打ち切って、次のクランク角での実角速度を用いた新たな予測演算に移行する。尚、角速度をエンジン回転速度に換算して予測演算を行うようにしても良いことは言うまでもない。

以上説明した本実施例５のエンジン回転降下軌道の予測は、ＥＣＵ２０によって図１６のエンジン回転降下軌道予測ルーチンに従って実行される。以下、図１６のルーチンの処理内容を説明する。

図１６のエンジン回転降下軌道予測ルーチンは、エンジン運転中（ＥＣＵ２０の電源オン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいう回転降下軌道予測手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１で、自動停止要求（燃料噴射停止）が発生したか否かを判定し、自動停止要求が発生していなければ、そのまま本ルーチンを終了する。

その後、自動停止要求が発生した時点で、ステップ４０２に進み、クランク角センサからクランクパルスがＥＣＵ２０に入力されたか否かを判定し、クランクパルスが入力されるまで待機する。そして、クランクパルスが入力される毎に、ステップ４０３に進み、今回のクランクパルス入力時の角速度ωを算出する。
ω＝３０×２π／（３６０×ｔp ）
ｔp ：クランクパルス間隔[sec]

この後、ステップ４０４に進み、レジスタに記憶されたエンジン２１のロストルクを読み込む。このロストルクは、１５０℃Ａ前のクランクパルス入力時に算出してレジスタに記憶したロストルクを用いる。この後、ステップ４０５に進み、ロストルクを用いて、次のクランクパルスの入力タイミングでの予測角速度ω' を算出すると共に、次のクランクパルスの入力タイミングまでの予測到達時間ｔを算出する。

この後、ステップ４０６に進み、次のクランクパルスの入力タイミングでの予測角速度ω' が０以下であるか否かで、エンジン回転停止に至るまでのエンジン回転降下軌道を予測し終えたか否かを判定する。このステップ４０６で、予測角速度ω' が０以下でないと判定されれば、ステップ４０７に進み、エンジン２１のロストルクを算出してレジスタに記憶して、前述したステップ４０４、４０５の処理を繰り返して、ロストルクと上記予測角速度ω' を用いて、更にその次のクランクパルスの入力タイミングでの予測角速度ω' と予測到達時間ｔを算出する処理を繰り返す。

このような３０℃Ａ毎の予測角速度ω' と予測到達時間ｔを何回も繰り返して、予測角速度ω' が０以下になった時点で、エンジン回転停止に至るまでのエンジン回転降下軌道を予測し終えたと判断して、前記ステップ４０２に戻り、次のクランクパルスが入力されるまで待機する。これにより、クランクパルスが入力される毎に、エンジン回転停止に至るまでのエンジン回転降下軌道の予測演算が行われる。

尚、次のクランクパルスが入力されるまでの演算時間が、エンジン回転停止に至るまでのエンジン回転降下軌道の予測演算に必要な時間よりも短い場合は、予測演算を途中で打ち切って、次のクランク角での実角速度ωを用いた新たな予測演算に移行する。

以上説明した本実施例５によれば、エンジン２１を自動停止させる際に、エンジン回転速度が脈動しながら降下する軌道を予測できるため、エンジン回転降下期間中にエンジン回転速度が脈動しても、ピニオン１３をリングギヤ２３に飛び込ませて噛み合わせる際のピニオン１３の駆動タイミング（押し出しタイミング）やモータ１２の駆動タイミングを精度良く制御することができる。

尚、エンジン回転降下軌道を予測する方法は、上記実施例５で説明した方法に限定されず、適宜変更しても良い。
その他、本発明は、エンジン始動制御システムの構成を適宜変更しても良い等、要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。

１１…スタータ、１２…モータ、１３…ピニオン、１４…電磁アクチュエータ、１８…バッテリ、１９…リレー、２０…ＥＣＵ（第１〜第４の再始動制御手段，待機再始動制御手段，回転降下軌道予測手段，制御手段）、２１…エンジン、２２…クランク軸、２３…リングギヤ、２４…スイッチング素子、２５…リレー

Claims (18)

1. 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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、
   前記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前記エンジン回転速度が第１の回転速度よりも高い第１の回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる第１の再始動制御手段と、
   前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が前記第１の回転速度以下で第２の回転速度よりも高い第２の回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記モータにより前記ピニオンの回転速度を同期させた後に前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせて前記スタータによるクランキングを開始して前記エンジンを再始動させる第２の再始動制御手段と、
   前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が前記第２の回転速度以下で且つ５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定された第３の回転速度よりも高い待機回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記スタータによるクランキングを行わずに、その後、前記エンジン回転速度が前記第３の回転速度以下の第３の回転速度領域になったときに、前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中に前記モータにより前記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前記エンジンを再始動させる待機再始動制御手段と、
   前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が前記第３の回転速度以下の第３の回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中に前記モータにより前記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前記エンジンを再始動させる第３の再始動制御手段と
   を備えていることを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
2. 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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、
   前記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前記エンジン回転速度が第１の回転速度以下で第２の回転速度よりも高い第２の回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記モータにより前記ピニオンの回転速度を前記リングギヤの回転速度に同期させた後に前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせて前記スタータによるクランキングを開始して前記エンジンを再始動させる第２の再始動制御手段と、
   前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が前記第２の回転速度以下で且つ５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定された第３の回転速度よりも高い待機回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記スタータによるクランキングを行わずに、その後、前記エンジン回転速度が前記第３の回転速度以下の第３の回転速度領域になったときに、前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中に前記モータにより前記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前記エンジンを再始動させる待機再始動制御手段と、
   前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が前記第３の回転速度以下の第３の回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中に前記モータにより前記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前記エンジンを再始動させる第３の再始動制御手段と
   を備えていることを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
3. 前記第２の再始動制御手段は、前記リングギヤの回転速度と前記ピニオンの回転速度との回転速度差が±２００ｒｐｍの範囲内になったときに前記ピニオンの回転速度が前記リングギヤの回転速度に同期したと判断する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
4. 前記第２の再始動制御手段は、前記リングギヤのピッチ円上の周速度と前記ピニオンのピッチ円上の周速度との周速度差が±３．１ｍ／秒の範囲内になったときに前記ピニオンの回転速度が前記リングギヤの回転速度に同期したと判断する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
5. 前記スタータには、エンジン回転方向において前記ピニオンから前記モータへ動力を伝達しないワンウエイクラッチが設けられ、
   前記第２の再始動制御手段は、前記リングギヤの回転速度が前記ピニオンの回転速度よりも高く且つ前記リングギヤの回転速度と前記ピニオンの回転速度との回転速度差が所定値以下になったときに前記ピニオンの回転速度が前記リングギヤの回転速度に同期したと判断する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
6. 前記所定値は、３００ｒｐｍ以下の値に設定されていることを特徴とする請求項５に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
7. 前記所定値は、２００ｒｐｍに設定されていることを特徴とする請求項５に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
8. 前記スタータには、エンジン回転方向において前記ピニオンから前記モータへ動力を伝達しないワンウエイクラッチが設けられ、
   前記第２の再始動制御手段は、前記リングギヤのピッチ円上の周速度が前記ピニオンのピッチ円上の周速度よりも高く且つ前記リングギヤのピッチ円上の周速度と前記ピニオンのピッチ円上の周速度との周速度差が３．１ｍ／秒の範囲内になったときに前記ピニオンの回転速度が前記リングギヤの回転速度に同期したと判断する手段を有することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
9. 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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、
   前記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前記エンジン回転速度が第１の回転速度よりも高い第１の回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる第１の再始動制御手段と、
   前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が前記第１の回転速度以下で第２の回転速度よりも高い待機回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記スタータによるクランキングを行わずに、その後、前記エンジン回転速度が前記第２の回転速度以下で且つ５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定された第３の回転速度よりも高い第２の回転速度領域になったときに、前記モータにより前記ピニオンの回転速度を前記リングギヤの回転速度に同期させた後に前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせて前記スタータによるクランキングを開始して前記エンジンを再始動させる待機再始動制御手段と
   を備えていることを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
10. 前記第３の回転速度は、５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載のエンジン自動停止始動制御装置。
11. 前記第２の回転速度は、前記第３の回転速度よりも５０〜１５０ｒｐｍ高い回転速度に設定されていることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
12. 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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、
    前記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前記エンジン回転速度が第１の回転速度よりも高い第１の回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記スタータによるクランキングを行わずに燃料噴射を再開して前記エンジンを再始動させる第１の再始動制御手段と、
    前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が前記第１の回転速度以下で且つ５０〜４５０ｒｐｍの範囲内に設定された第３の回転速度よりも高い待機回転速度領域で前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記スタータによるクランキングを行わずに、その後、前記エンジン回転速度が前記第３の回転速度以下の第３の回転速度領域になったときに、前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせた後又はその噛み合わせの途中に前記モータにより前記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前記エンジンを再始動させる待機再始動制御手段と
    を備えていることを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
13. 前記第１の回転速度は、３００〜７００ｒｐｍの範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１２に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
14. 前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が０となる直前の所定回転速度まで低下したときに、前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせて、その後、前記エンジン再始動要求が発生したときに、前記モータにより前記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前記エンジンを再始動させる第４の再始動制御手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１３のいずれかに記載のエンジン自動停止始動制御装置。
15. 前記第４の再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記エンジン回転速度が０となる直前の所定回転速度まで低下したときに、前記アクチュエータにより前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせるように前記アクチュエータの通電をオンし、該アクチュエータの通電をオンしてから所定時間が経過したとき又は前記ピニオンと前記リングギヤとの噛合を確認したときに、前記アクチュエータの通電をオフにする手段を有することを特徴とする請求項１４に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
16. 前記エンジン自動停止要求の発生又は前記エンジンの燃焼停止からの経過時間に基づいて前記エンジン回転速度を推定する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれかに記載のエンジン自動停止始動制御装置。
17. 前記モータの通電時間と通電電流のうちの少なくとも一方に基づいて前記ピニオンの回転速度を推定する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至１６のいずれかに記載のエンジン自動停止始動制御装置。
18. 前記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軌道（以下「エンジン回転降下軌道」という）を予測する回転降下軌道予測手段と、
    前記回転降下軌道予測手段によるエンジン回転降下軌道の予測データに基づいて前記待機回転速度領域を判定すると共に前記ピニオンの駆動タイミングと前記モータの駆動タイミングを決定する制御手段と
    を備えていることを特徴とする請求項１乃至１７のいずれかに記載のエンジン自動停止始動制御装置。

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