JP5715608B2 - エンジン制御装置およびそれを搭載した車両ならびにエンジン制御方法、エンジン制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンを制御する技術に関する。

上記技術分野において、特許文献１には、いわゆるアイドルストップからの復帰制御に関する技術が開示されている。特許文献１の段落００３６には、「車両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」「所定減速状態になったとき」「エンジンの燃焼（燃料噴射および／または点火）を停止させる」技術が開示されている。段落００３７には、「運転者が車両発進のための準備操作（ブレーキ解除、シフトレバーのドライブレンジへの操作等）や発進操作（アクセル踏み込み等）を行ったときに、再始動要求が発生したと判断」する点が開示されている。そして、「スタータ１１のモータ１２に通電してピニオン１３を回転駆動してエンジン２１をクランキングして燃料噴射を再開して再始動させる」点が開示されている。

また、特許文献２には、内燃機関の惰性回転数が、ある特定の公差領域内で一定であるタイミングを噛み合わせ時点とする技術が開示されている。

特開２０１１−１４０９３８号公報 特表２０１２−５０５９９８号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、ピニオン回転上昇軌道を予測した上で、予測ピニオン回転速度と予測エンジン回転速度とを比較して、再始動の制御を行なっていた。したがって、計算が煩雑であり、予測の精度によっては、誤ったタイミングでピニオンギアをリングギアに飛び込ませる恐れがあった。

また公差領域内の時間窓Ｚ１（ボトムからピークまでの期間）内の回転変動量は、ピストンのストローク量や気筒の数（燃焼間隔）で大きく異なる。このため、特許文献２に記載の技術は、あらゆるタイプのエンジンにて効果を十分に得るものではなかった。

本発明の目的は、上述の課題を解決する技術を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るエンジン制御装置は、
エンジンの単位時間あたりの回転数を算出する回転数算出部と、
停止条件成立に応じて、前記エンジンを停止させるべく制御する停止制御部と、
前記停止制御部による停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記回転数算出部で算出した前記エンジンの単位時間あたりの回転数が下降から上昇に転じるボトム期間を算出するボトム算出部と、
前記停止制御部による停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記ボトム期間に合わせて、回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させる復帰制御部と、
を備えた。

前記回転数算出部が、クランク角度検出部が検出した前記エンジンのクランク角度に基づいて前記回転数を算出することは好適である。

前記復帰制御部が前記回転駆動装置に対して復帰指示を出してから、前記回転駆動装置の回転力が前記エンジンに伝達するまでの遅延時間をあらかじめ算出し、
前記復帰制御部は、
前記ボトム期間よりも、前記遅延時間だけ前のタイミングで前記回転駆動装置に対して復帰指示を出すことは好適である。

前記復帰制御部は、前記回転駆動装置の回転力が前記エンジンに伝達する際の前記エンジンの回転数が、所定範囲内に含まれることを条件として、前記回転駆動装置を制御することは好適である。

前記復帰条件が成立した後、前記回転数が上昇から下降に転じるトップ期間を算出するトップ算出部をさらに備え、
前記復帰制御部は、
前記トップ期間での最大回転数が、前記回転駆動装置によって定められた上限値以下の場合に、前記トップ期間に前記回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させることも好適である。

前記回転駆動装置は、ピニオンギアを回転させながら突き出すスタータモータであって、
前記復帰制御部は、前記エンジンのクランクシャフトに接続されたリングギアに対して、前記スタータモータのピニオンギアを噛合させるべく、前記スタータモータを制御することは好適である。

前記復帰制御部が、前記リングギアと前記ピニオンギアの噛合時の前記エンジンの回転数が、前記スタータモータの上限回転数および下限回転数から決められる定格回転数の範囲内に含まれるように、前記スタータモータを制御することは好適である。

前記回転数算出部は、前記復帰条件が成立した場合、前記復帰条件が未成立時より短い間隔で、前記エンジンの回転数を算出することは好適である。

前記ボトム算出部は、前記エンジンの回転数の変化を推定することによって前記ボトム期間を算出することは好適である。

前記復帰制御部が、エンジンの逆回転が生じる可能性のある回転数まで前記エンジンの回転数が低下した場合には、前記回転駆動装置による復帰制御を行なわないことも好適である。

上記目的を達成するため、本発明に係るエンジン制御方法にあっては、
エンジンの単位時間あたりの回転数を算出する回転数算出ステップと、
停止条件成立に応じて、前記エンジンを停止させるべく制御する停止制御ステップと、
前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記エンジンの単位時間あたりの回転数が下降から上昇に転じるボトム期間を算出するボトム算出ステップと、
前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記ボトム期間に合わせて、回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させる復帰制御ステップと、
を備えた。

上記目的を達成するため、本発明に係るエンジン制御プログラムにあっては、
エンジンの単位時間あたりの回転数を算出する回転数算出ステップと、
停止条件成立に応じて、前記エンジンを停止させるべく制御する停止制御ステップと、
前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記エンジンの単位時間あたりの回転数が下降から上昇に転じるボトム期間を算出するボトム算出ステップと、
前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記ボトム期間に合わせて、回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させる復帰制御ステップと、
をプロセッサに実行させる。

本発明によれば、エンジンの停止制御中に、復帰条件の成立に応じて、エンジンの駆動を早期かつ安定的に復帰させることができる。

本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置によるエンジン駆動復帰制御を行なう状況を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る車両の構成を説明するための概略構成図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置の詳細な構成を示す図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置におけるアイドリングストップからの復帰制御を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置におけるアイドリングストップからの復帰制御を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置における処理の流れを説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置におけるエンジン回転数の推定方法を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置におけるアイドリングストップからの復帰制御を説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係るエンジン制御装置におけるアイドリングストップからの復帰制御を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係るエンジン制御装置におけるエンジン回転数の推定方法を説明するための図である。

以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について例示的に詳しく説明する。ただし、以下の実施の形態に記載されている構成要素はあくまで例示であり、本発明の技術範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。

［第１実施形態］
本発明の第１実施形態としてのエンジン制御装置１００について、図１を用いて説明する。エンジン制御装置１００は、回転数算出部１０１と停止制御部１０２とボトム算出部１０３と復帰制御部１０４とを含み、エンジン１１０および回転駆動装置１２０を制御する。

回転数算出部１０１は、エンジン１１０の単位時間あたりの回転数を算出する。また、停止制御部１０２は、停止条件成立に応じて、エンジン１１０を停止させるべく制御する。さらに、ボトム算出部１０３は、停止制御部１０２による停止制御後、復帰条件が成立した場合に、回転数算出部１０１で算出したエンジン１１０の単位時間あたりの回転数が下降から上昇に転じるボトム期間を算出する。復帰制御部１０４は、停止制御部１０２による停止制御後、復帰条件が成立した場合に、ボトム期間に合わせて、回転駆動装置１２０を制御してエンジン１１０の回転を復帰させる。

以上の構成により、エンジン１１０が停止制御中であっても、復帰条件の成立に応じて、早期にかつ安定的にエンジンの駆動を復帰させることが可能となる。

図２は、本実施形態としてのエンジン制御装置１００によるエンジン駆動復帰制御を行なう状況を説明するための図である。状態２０１は、運転者２１１がアクセル２１２を全閉にしてブレーキ２１３を踏んで、車両停止に至る可能性のある所定減速状態になったことを示している。状態２０２は、運転者が車両加速のための準備操作（ブレーキ２１３解除等）を行った状態またはアクセル２１２踏み込みを行った状態を示している。状態２０２によって復帰条件が成立したと判断すると、状態２０３に進み、エンジン１１０に回転力を加え、燃料噴射を再開して再始動させる。

図３は、ＥＣＵ（Engine Control Unit）とも呼ばれるエンジン制御装置１００を搭載した車両の概略構成を示す図である。エンジン１１０は、本実施形態では４気筒エンジンであり、各気筒３１１は、吸気バルブ３１２の手前に設けられた吸気ポート３１３にインジェクタ３１４がガソリンを噴射するポート式として構成されている。吸気ポート３１３に吸入された空気は、インジェクタ３１４から噴射されたガソリンと混合して混合気となる。この混合気は、吸気バルブ３１２が開くことにより燃焼室３１５へ吸入され、点火プラグ３１６のスパークによって点火されて爆発燃焼する。その燃焼エネルギによりピストン３１７が往復運動して、クランクシャフト３１８を回転運動させる。燃焼後の排気は、排気バルブ３１９が開くことにより燃焼室３１５から排出される。

また、エンジン１１０の各気筒は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１サイクルとしてこのサイクルを順次繰り返すものであり、クランクシャフト３１８が半回転つまり１８０°回転するごとに行程が切り替わる。クランクシャフト３１８が２回転つまり７２０°回転するごとに１サイクル進む。また、４つの気筒の点火タイミングは１番気筒、３番気筒、４番気筒、２番気筒という順であり、したがって例えば１番気筒が膨張行程にあるとき、３番気筒は圧縮行程、４番気筒は吸気行程、２番気筒は排気行程となる。エンジン１１０は、４気筒であるため、原則的には、吸気バルブ３１２は吸気行程での上死点にて開き下死点にて閉じ、排気バルブ３１９は排気行程での下死点にて開き上死点にて閉じる。

エンジン１１０のクランクシャフト３１８には、オートマチックトランスミッション３０１が接続されている。このオートマチックトランスミッション３０１は、エンジン１１０からクランクシャフト３１８に出力された動力を変速してデファレンシャルギア３０２を介して駆動輪３０３ａ，３０３ｂに伝達する。また、クランクシャフト３１８には、クランク角センサ３０４が取り付けられている。このクランク角センサ３０４は、クランクシャフト３１８に取り付けられたマグネットロータに対向する位置に磁気抵抗素子を配置したＭＲＥ（Magnet Resistance Element）回転センサである。このクランク角センサ３０４が発生するパルスを利用してクランク角を特定したり、エンジン回転数ＮＥを求めたりすることができる。

このエンジン制御装置１００には、クランク角センサ３０４の他にも、エンジン１１０の運転状態を示す種々のセンサ（カム角センサ、吸気温センサ、スロットルバルブポジションセンサ、エンジン１１０の冷却水の温度センサなど）が接続されている。エンジン制御装置１００は、各種センサからの検出信号を入力して、回転駆動装置の一例としてのスタータモータ１２０への駆動信号やインジェクタ３１４への駆動信号や点火プラグ３１６の制御信号などを出力する。

なお、エンジン制御装置１００は、シフトポジションセンサ３０５、アクセルペダルポジションセンサ３０６、ブレーキポジションセンサ３０７、車速センサ３０８にも接続されている。そして、エンジン制御装置１００は、それらセンサからのオンオフ信号や検出値に基づいて、アイドルストップ制御の開始、およびそこからの復帰制御の開始を判定する。

エンジン１１０のクランクシャフト３１８には、エンジン１１０の本体外側に露出した状態でリングギア３０９が接続されている。エンジン始動時にはスタータモータ１２０の回転軸の先端に設けられたピニオンギア３２１とリングギア３０９とが噛み合って始動クランキングが行われる。

エンジン制御装置１００は、スタータモータ１２０への通電によりスタータモータ１２０の回転軸を突出させながら回転軸の先端に設けられたピニオンギア３２１を回転させてリングギア３０９に噛み合わせる。その結果、スタータモータ１２０の回転軸の先端に設けられたピニオンギア３２１とリングギア３０９とが噛み合いながら回転し、このスタータモータ１２０の回転力によってクランクシャフト３１８を回転させる。

エンジン制御装置１００は、復帰時には、エンジン回転速度が始動完了判定しきい値を越えた時点で、再始動完了と判定して、スタータモータ１２０への通電を停止する。これにより、ピニオンギア３２１は、リングギア３０９から抜き出されて元の位置に戻される。

図４は、エンジン制御装置１００のより詳しい構成を説明するためのハードウェア構成図である。

図４に示すとおり、エンジン制御装置１００は、プロセッサとしてのＣＰＵ（Central Processing Unit）４０１を中心として構成されている。そして、ＣＰＵ４０１が実行する処理プログラムやデータなどを記憶するストレージ４０２、および一時的にデータを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）４０３を備えている。さらに、エンジン制御装置１００は、不図示の入出力ポート、通信ポートなどを備えている。

ストレージ４０２内に示している、回転数算出部１０１、停止制御部１０２、ボトム算出部１０３、復帰制御部１０４、アイドルストップ条件判定部４２１、復帰条件判定部４２２、回転数検出間隔変更部４２３は、それぞれプログラムモジュールである。これらのプログラムモジュールを、ＣＰＵ４０１が実行することにより、それぞれの機能を発揮する。ストレージ４０２は、フラッシュメモリやＥＥＰＲＯＭであればよいが、これらに限定されるものでもない。

ＲＡＭ４０３は、遅延時間４３１、ボトムタイミング４３２、トップタイミング４３３、目標クランク角度４３４など、プログラムモジュールで算出した値や、各種センサから入力した値などを一時的に保存している。

アイドルストップ条件判定部４２１は、走行中の車両において、アクセルペダルポジションセンサ３０６、ブレーキポジションセンサ３０７および車速センサ３０８からの入力信号に基づいてアイドルストップ条件を判定する。具体的には、アクセル２１２が全閉であること、ブレーキ２１３が踏まれていること、そして、車両停止に至る可能性のある所定減速状態になったことを条件にして、停止制御部１０２に対してアイドルストップ制御を行なうよう指示する。

一方、復帰条件判定部４２２は、アイドルストップ状態からの復帰（再始動）を行なう条件を満たしているか否かを判定する。まず、アイドルストップ状態であることが第１の条件である。そして、ブレーキ解除およびアクセル開放をセンサ３０６、３０７で検出したことが第２の条件となる。さらに、エンジン回転数がスタータモータ１２０の仕様によって定められた上限値と、エンジンの逆転が起こりうる下限値との間にあることが第３の条件となる。エンジン回転数が所定の回転数よりも大きい場合には、エンジン１１０に対する燃料供給および点火によって、自己復帰できるため、復帰制御部１０４には指示を送る必要がない。

回転数算出部１０１は、クランク角度検出部としてのクランク角センサ３０４が検出したクランク角度の検出値に基づいてエンジンの回転数を算出する。また、回転数算出部１０１は、復帰条件が成立した場合、復帰条件が未成立時より短い間隔で、エンジンの回転数を算出する。この検出間隔の変更は、回転数検出間隔変更部４２３によって行なわれる。例えば、復帰条件が未成立の場合には、クランク角度において１８０度間隔でエンジンの回転数を算出し、復帰条件が成立した場合には、クランク角度で６度（リングギア１歯分の角度）間隔でエンジンの回転数を算出する。これにより、復帰条件成立後は、エンジン回転数のより細かい変化を検出することができ、スタータモータ１２０の破損をより確実に防止することができる。

ボトム算出部１０３は、停止制御部１０２によるアイドルストップ制御後、復帰条件が成立した場合に、回転数算出部１０１で算出したエンジン１１０の単位時間あたりの回転数が下降から上昇に転じるボトムタイミング４３２を算出する。具体的には、エンジン１１０のピストン３１７の上死点ＴＤＣのタイミングを表わすボトムタイミング４３２は、ＲＡＭ４０３に記憶される。

トップ算出部４２５は、停止制御部１０２によるアイドルストップ制御後、復帰条件が成立した場合に、回転数算出部１０１で算出したエンジン１１０の単位時間あたりの回転数が上昇から下降に転じるトップタイミング４３３を算出する。算出されたトップタイミング４３３は、ＲＡＭ４０３に記憶される。

復帰制御部１０４は、復帰条件が成立した後、エンジン回転数が上昇から下降に転じるトップタイミング（トップ期間）４３３での最高回転数が、スタータモータ１２０によって定められた上限値以下の場合、そのトップタイミング４３３でスタータモータ１２０を制御する。これにより、回転加速度が小さくなるタイミングに、リングギア３０９とピニオンギア３２１との噛合を行なうことができ、回転変動を抑えつつスムーズかつ確実に復帰制御を行なうことができる。

ＲＡＭ４０３は、復帰制御部１０４がスタータモータ１２０に対して復帰指示を出してから、スタータモータ１２０の回転力がエンジン１１０に伝達するまでの遅延時間４３１をあらかじめ算出し、記憶している。

復帰制御部１０４は、ボトムタイミング４３２よりも、遅延時間だけ前のタイミングでスタータモータ１２０に対して復帰指示を出す。具体的には、推定されたボトムタイミングから遅延時間を減算した時間におけるクランク角度を目標クランク角度とする。これにより、ピニオンギア３２１の回転数を制御する動作とピニオンギア３２１をリングギア３０９に飛び込ませる動作とを個別に制御可能な特殊なスタータを必要とせずに、復帰制御を行なうことができる。つまり、生産性の向上および装置の小型化を図ることができる。

復帰制御部１０４は、スタータモータ１２０の回転力がエンジン１１０に伝達する際のエンジン１１０の回転数が、所定範囲内に含まれることを条件として、スタータモータ１２０を制御する。これにより、スタータモータ１２０を破損させることなく復帰制御を行なうことができる。

復帰制御部１０４は、エンジン１１０のクランクシャフト３１８に接続されたリングギア３０９に対して、スタータモータ１２０のピニオンギア３２１を噛合させるべく、スタータモータ１２０を制御する。

復帰制御部１０４は、リングギア３０９とピニオンギア３２１の噛合時のエンジン１１０の回転数が、スタータモータ１２０の上限回転数および下限回転数から決められる定格回転数の範囲内に含まれるように、スタータモータ１２０を制御する。

ボトム算出部１０３は、エンジン１１０の回転数の変化を推定することによってボトム期間を算出する。

復帰制御部１０４は、エンジン１１０の逆回転が生じる可能性のある回転数までエンジン１１０の回転数が低下した場合には、回転駆動装置による復帰制御を行なわない。これにより装置の破損をより確実に防止できる。

図５、図６は、アイドルストップ制御中のエンジン回転数の変化と、復帰制御の可能性について説明する図である。図５に示す階段状の下降グラフ５０１は、４気筒エンジンの回転数ＮＥ（RPM）をクランク角１８０度ごとに算出したものである。

停止条件の成立に伴いアイドルストップ状態に入り、インジェクションを止めるとピストンは空回りになる。この状態で４気筒のうち少なくとも１気筒は圧縮行程にあるため、圧縮行程にある気筒は抵抗になって、回転数が落ちてくると波打つような階段状の挙動になる。これは６気筒、８気筒となると、波（段差）が細かくなる。実際の回転数の変化は波を描くが、クランク角１８０度毎の算出によれば、この図５のグラフ５０１のように非常に粗い回転数の変化しか把握できない。

エンジン１１０の自己復帰が可能な範囲５０３を決める下限回転数ａよりもエンジン回転数が小さくなると、スタータモータ１２０による復帰回転制御が必要になる。ところがスタータモータ１２０自体に上限回転数ｂがあるため、回転数ｂ以下となるタイミングＴ２以降でなければ復帰動作が行なえない。

一方、リングギア３０９の歯を検出してクランクシャフト３１８の１回転あたり所定数（例えば１２０）のパルスを発生させるクランク角センサ３０４の出力５０２をみれば、エンジン回転が停止する直前にクランクシャフト３１８が逆回転していることが分かる。このタイミングで、ピニオンギア３２１をリングギア３０９に噛み合わせると、ピニオンギア３２１やリングギア３０９の歯かけが起こってしまう。したがって、この逆回転部分を避けて復帰処理を行なわなければならない。しかし、クランク角１８０度毎の回転数の算出によれば、回転数ｃ以下の状況で逆回転が起こると判断せざるを得ない。したがって、復帰可能な範囲５０４は、回転数で言えばｂ〜ｃ、タイミングで言えばＴ２〜Ｔ３の非常に狭い範囲となる。さらに、グラフ５０１では、回転数ｂと回転数ｃの間に収まっているタイミングＴ２〜Ｔ３であっても、実際のリングギアの回転速度がその範囲に入っていない場合もあり、問題が生じてしまう。

そこで、本実施形態にかかる回転数算出部１０１は、復帰条件が成立した場合、復帰条件が未成立時より短い間隔（例えばクランク角６度毎）で、エンジンの回転数を算出する。図６に示す波状の下降グラフ６０１は、４気筒エンジンの回転数ＮＥ（RPM）をクランク角６度ごとに算出したものである。

図６に示すように、クランク角６度毎の回転数算出を行なえば、まず、逆回転の恐れが生じる下限回転数ｃを下げて、復帰制御可能な回転数範囲ｂ〜ｃを大きくとることが可能となり、結果として復帰制御可能な範囲６０４の時間間隔Ｔ２〜Ｔ３も長くなる。運転者にとってみれば、アイドルストップ状態の減速中であっても、車両が停止するまで待つことなく、広い範囲で復帰制御可能であるため、運転フィーリングが格段に向上する。

一方、クランク角６度毎の回転数６０１によれば、復帰制御可能な範囲６０４内であっても、回転数６０１が上限値ｂを越えたり、下限値ｃを下回ったりするタイミングを把握でき、そのタイミングを避けて復帰制御を行なうことができる。

上述したようにボトム算出部１０３は、停止制御部１０２によるアイドルストップ制御後、復帰条件が成立した場合に、回転数算出部１０１で算出したエンジン１１０の単位時間あたりの回転数が下降から上昇に転じるボトムタイミング６０５〜６０７を算出する。ボトムタイミング６０５〜６０７は、エンジン１１０のピストン３１７の上死点ＴＤＣのタイミングで推定することができ、クランク角センサ３０４が出力する角度（実際にはリングギアのギア番号）によって表現することができる。

一方、トップ算出部４２５は、停止制御部１０２によるアイドルストップ制御後、復帰条件が成立した場合に、回転数算出部１０１で算出したエンジン１１０の単位時間あたりの回転数が上昇から下降に転じるトップタイミング６０８〜６１０を算出する。トップタイミング６０８〜６１０は、エンジン１１０のピストン３１７の上死点ＴＤＣのタイミングで推定することができ、やはりクランク角センサ３０４が出力する角度（実際にはリングギアのギア番号）によって表現することができる。

本実施形態では、スムーズかつ確実な復帰制御を行なうため、このように推定したボトムタイミング６０５〜６０７およびトップタイミング６０８〜６１０を利用して、スタータモータ１２０へ指示を送るタイミングを算出する。

具体的な復帰制御のポイントは、以下の３点である。
（Ａ）まずボトムタイミング６０５〜６０７で、ピニオンギア３２１をリングギア３０９に噛合させることを考える。復帰指示からピニオンギア３２１が駆動するまでの遅延時間を逆算して、復帰指示を送るべき目標タイミング（目標CRK角）を算出する。推定回転数ＮＥが、下限値ｃ以上であるボトムタイミング６０５、６０６に対して、目標タイミングを経過していなければ（目標CRK角≧実CRK角であれば）、目標タイミング（目標CRK角＝実CRK角）まで待って、スタータモータ１２０に指示を送る。
（Ｂ）ボトムタイミング６０７のように、推定エンジン回転数が下限値ｃ未満の場合、ボトム狙いではなく、ボトムタイミング６０７を過ぎて、回転数≧ｃとなった時点で、スタータに指示を送る。
（Ｃ）下限値ｃ以上であるボトムタイミング６０５、６０６に対して、目標タイミングを経過してしまっていれば（目標CRK角＜実CRK角であれば）、次のボトムタイミング６０６、６０７まで待つのではなく、なるべく早くスタータに指示を送りたい。しかし、そうすると実際にスタータモータのピニオンが飛び込んだ時点でｂ＜回転数となるかもしれないので、ｂ≧回転数となるトップタイミング（図６ではトップタイミング６０９）で、スタータに指示を送る。

図７は、エンジン制御装置１００で行なわれる処理の流れを説明するためのフローチャートである。エンジン制御装置１００内のＣＰＵ４０１は、ストレージ４０２に格納されたプログラムモジュール１０１、１０２、１０３、１０４、４２１、４２２、４２３、４２５を実行することで、このフローチャートの処理を所定のサイクルタイムで繰り返し実行する。

まず、ステップＳ７０１において、アイドルストップ条件判定部４２１は、アイドルストップ状態からの復帰条件に適合するか判定する。アイドルストップ状態からの復帰条件に適合した場合、ステップＳ７０３に進む。ステップＳ７０３では、回転数算出部１０１は、単位時間あたりのエンジン回転数ＮＥ(Number of Engine Revolutions)として、クランク角度６度ごとに測定した回転速度からの算出値を用いるように、エンジン回転数ＮＥの算出方法を変更する。次に、ステップＳ７０５に進み、復帰条件判定部４２２が、エンジンが逆回転する可能性のある回転数であるか否かを確かめる。エンジンの逆回転の恐れがないと判断すると、ステップＳ７０７に進む。

ステップＳ７０７において、ボトム算出部１０３は、スタータモータのピニオンギアをエンジン側のリングギアに飛び込ませる目標タイミングとしての目標クランク角（CRK角:Crank角）の算出・設定が済んでいるか、判定する。

目標クランク角の算出・設定が済んでいなければ、ステップＳ７０９に進み、ボトム算出部１０３とトップ算出部４２５は次回の上死点ＴＤＣ(Top Dead Center)と下死点ＢＤＣ（Bottom Dead Center）でのクランク角を取得する。さらに、ボトム算出部１０３は、前回ＴＤＣでのエンジン回転数ＮＥから段階的な回転数の差分ΔＮＥを減算することで、次回上死点ＴＤＣのエンジン回転数ＮＥを算出する。

次にステップＳ７１１では、復帰制御部１０４が、次回上死点ＴＤＣのエンジン回転数ＮＥが、下限値ｃ（例えば１５０rpm）未満か否か判定する。図６のボトムタイミング６０７のように次回上死点ＴＤＣのエンジン回転数ＮＥが、下限値ｃ未満の場合、ステップＳ７１３に進み、Ｎという変数に１を代入する。

次に、ステップＳ７１５において、スタータモータ１２０へのオン指令からスタータモータ１２０のピニオンギア３２１と、エンジン１１０側のリングギア３０９がかみ合うまでの遅延時間をその時点の回転数でのクランク角度（遅延角度）に変換する。さらに、次回上死点ＴＤＣのクランク角度から遅延角度を減算して、目標クランク角度とする。つまり、目標クランク角度の時点で、スタータモータ１２０に対してオン指令を送れば、ちょうど次回上死点ＴＤＣのタイミングで、スタータモータ１２０のピニオンギア３２１と、エンジン１１０側のリングギア３０９がかみ合うことになる。これにより、回転速度が最も小さくなるタイミングで、ギアの噛合が行なわれるため、回転変動を抑えつつ、スムーズかつ確実に復帰操作が行なわれる。

以上のように目標クランク角度を設定した場合、あるいは、ステップＳ７０７において、既に目標クランク角度の設定が完了していると判断した場合、ステップＳ７１７に進む。 ステップＳ７１７では、復帰制御部１０４が、現時点でのクランク角度（実ＣＲＫ角）が、目標クランク角度と一致しているか否かを判定する。一致している場合にはステップＳ７１９に進み、Ｎ＝１か否か判定する。Ｎ＝１の場合、次回上死点ＴＤＣのタイミングでのエンジン回転数は下限値ｃを下回っているため、スタータモータ１２０に対してオン指令を送らずに、ステップＳ７２１に進む。

ステップＳ７２１では、Ｎ＝２に設定する。これは、上死点ＴＤＣのタイミング（図６のボトムタイミング６０７）でのエンジン回転数は下限値ｃを下回っており、実クランク角度が、目標クランク角度に達したことを示す。

ステップＳ７１９でＮ＝１ではないと判断すると、ステップＳ７２３に進み、スタータモータ１２０に対してオン指令を送る。これによりボトムタイミング６０５、６０６で、リングギア３０９とピニオンギア３２１との噛合を開始させることが可能となる。そして、ステップＳ７２５において、Ｎに０を設定する。

一方、ステップＳ７１７において、実クランク角度が目標クランク角度ではないと判断するとステップＳ７２７に進み、Ｎ＝２か否か判定する。Ｎ＝２の場合には、目標クランク角度を過ぎたと考えられる。ここで、エンジン回転数ＮＥが下降曲線上にある場合には、現時点でエンジン回転数ＮＥが下限値ｃ以上でも、実際にピニオンギアが飛び込むタイミングで、下限値ｃを下回る可能性がある。したがって、ここでは、一旦、ステップＳ７２９において、実クランク角度が上死点ＴＤＣのクランク角度以上か否か判断する。実クランク角度が上死点ＴＤＣのクランク角度以上であれば、エンジン回転数ＮＥはボトムタイミングを越えて上昇曲線上にあると考えられる。このため、この場合には、現時点でエンジン回転数ＮＥが下限値ｃ以上であれば、実際にピニオンギア３２１が飛び込むタイミングで、回転数ＮＥが下限値ｃを下回る可能性はない。そこで、ステップＳ７２９で実クランク角度が上死点ＴＤＣのクランク角度以上であって、かつ、ステップＳ７３１で現時点でのエンジン回転数ＮＥが下限値ｃを上回っていると判断した場合、ステップＳ７２３に進み、スタータモータ１２０にオン指令を送る。この処理によれば、ボトムタイミングを逃したとしても、次のボトムタイミングやトップタイミングを待たずに、回転数の上昇曲線上で復帰制御を行なうことができる。

実クランク角度が目標クランク角度と一致しておらず、Ｎ＝２でもない場合には、ステップＳ７３３に進み、実クランク角度がトップタイミングのクランク角度に一致するか判定する。トップタイミングは、ある気筒がＴＤＣからＢＤＣへ移行する際の加速度が最も高くなる箇所である。実クランク角度がトップタイミングのクランク角度に一致する場合には、エンジン回転数ＮＥは、トップタイミングにあると考えられる。この場合には、ステップＳ７３５において、エンジン回転数ＮＥが上限値ｂを越えないことのみを確認して、ステップＳ７３７に進み、スタータモータ１２０にオン指令を送り駆動させる。そして、ステップＳ７３９においてＮに０を設定する。

以上の処理により、アイドルストップによりエンジン回転数が下降中のタイミングであっても、復帰条件に応じて、スタータモータを破損させることなく、スムーズかつ確実にアイドルストップからの復帰が可能となる。

図８は、目標クランク角度の算出方法について説明するための図である。ボトムタイミング８０１は気筒番号♯３での上死点ＴＤＣ（圧縮トップ）に対応し、ボトムタイミング８０２は気筒番号♯４での上死点ＴＤＣ（圧縮トップ）に対応し、ボトムタイミング８０３は気筒番号♯２での上死点ＴＤＣ（圧縮トップ）に対応するものとする。

いま、ボトムタイミング８０２を過ぎた状態で次のボトムタイミング８０３を推定しようとする。このとき、１８０度間隔で算出した回転数の直前の段差分回転数ＮＥ８０４と、直前のボトムタイミング８０２から次のボトムタイミング８０３までの回転数の下降具合（差分）８０５とが同じであると推定する。これにより、次のボトムタイミング８０３での回転数を推定でき、そこから時間あたりのクランク角速度を算出できる。復帰制御オン指令からスタータモータ１２０のピニオンギア３２１とリングギア３０９が噛合するまでの遅延時間８０６を、クランク角速度で割れば、遅延角度を算出できる。次回の上死点ＴＤＣ（圧縮トップ）でのクランク角度は、既知の推定方法によって推定できるため、その次回圧縮トップのクランク角度から遅延角度を減算して、目標クランク角度を算出することができる。この目標クランク角度（目標タイミング）において、復帰制御オン指令を送れば、次回のボトムタイミングでピニオンギア３２１とリングギア３０９が噛合することになる。

例えば、今回の上死点ＴＤＣで算出された回転数が３５０ｒｐｍとする。そして、階段状の回転数の差分ΔＮＥ（８０４、８０５）は１２０ｒｐｍだとする。そうすると３５０−１２０＝２３０が、次回ボトムタイミング８０３での推定回転数となる。

２３０ｒｐｍ時のクランク角度６度（リングギア１歯分）の時間を算出すると、４．３ｍｓと言うことが分かる。復帰制御オン指令からスタータモータ１２０のピニオンギア３２１とリングギア３０９が噛合するまでの時間を４０ｍｓとすると、この遅延時間は、４０／４．３で、リングギアの歯数にして９枚分に相当する。次回の圧縮トップ時の歯番号を９２とすると、遅延時間を考慮に入れると９２−９＝８３となるため、歯番号８３のタイミングで復帰制御オン指令を出力すればよいことが分かる。

図９は、図７のステップＳ７１７およびＳ７２３での制御の様子をグラフに示したものである。アイドルストップ状態において復帰条件に適合した場合、回転数が上限値ｂ以下になるタイミング９０１になると、ΔＮＥ８０４を算出し、ΔＮＥ８０５を推定する。このΔＮＥ８０５と遅延時間８０６とを用いて、図８で説明したように、ピニオンギア３２１に対してオン指令を出す目標タイミング９０２の算出を行なう。

ボトムタイミング８０３において推定回転数が下限値ｃ以上であることを確かめると、目標タイミング９０２で、スタータモータ１２０に対してオン許可９０４をだす。

そして、その後、エンジン回転数が所定の閾値を超えるタイミング９０３までスタータコントロールはオンを維持し、所定の閾値を超えれば、スタータコントロールをオフにして、リングギア３０９とピニオンギア３２１との噛合を解除する。

図１０は、図７のステップＳ７３３およびＳ７３７での制御の様子をグラフに示したものである。タイミング１００１で復帰条件に適合した場合、次のボトムタイミング１００２を待たずに、トップタイミング１００３でスタータモータ１２０に対してオン許可を与える。そして、その後、エンジン回転数が所定の閾値を超えるタイミング９０３までスタータコントロールはオンを維持し、所定の閾値を超えれば、スタータコントロールをオフにして、リングギア３０９とピニオンギア３２１との噛合を解除する。

以上、本実施形態によれば、エンジン１１０がアイドルストップ制御中であっても、復帰条件の成立に応じて、早期にかつ安定的にエンジンの駆動を復帰させることが可能となる。

なお、本実施形態では、スタータモータに対する駆動指示があってから、スタータモータのピニオンギアをエンジン側のリングギアに飛び込ませる構成としたが、本発明はこれに限定されるものではない。アイドルストップ制御中、スタータモータのピニオンギアをエンジンのリングギアに噛合させたままで空回ししておき、駆動指示がエンジン制御装置からきた場合に、スタータモータを駆動してその回転力をリングギアに伝達してもよい。

［第２実施形態］
次に本発明の第２実施形態に係るエンジン制御装置について、図１１を用いて説明する。図１１は、本実施形態に係るエンジン制御装置の回転数推定方法を説明するための図である。本実施形態に係るエンジン制御装置は、上記第１実施形態と比べると、回転数の推定方法のみ異なる。その他の構成および動作は、第１実施形態と同様であるため、同じ構成および動作については同じ符号を付してその詳しい説明を省略する。

図１１においてグラフ１１０１は、以下の推定式を用いて導かれたものである。
NE＋(30-p)/30×ΔNE−(1-NE/B)×Acos(π×p/15)×(cos(π×p/15)+C)/(1+C)
ここで、NEは上死点タイミングでの回転数である。Pはクランク角センサ３０４の出力パルス数であり、Ａは低回転域での振動振幅であり、Ｂは低回転域での振動振幅収束係数、Ｃは１サイクルでの偏差を決定する指数である。この式により、タイミング１１０２において、間隔１１０３での回転数の変化を算出することができる。

グラフ６０１と比較すれば分かるように、この式によれば、実際の６度間隔で求めた回転数とほぼ同様の回転数曲線を得ることができ、より正確にボトムタイミングを推定できる。つまり、より正確に、スタータモータ１２０のオンタイミングを導き出すことができる。

以上、本実施形態によれば、上記第１実施形態の効果に加えて、より安定的にエンジンの駆動を復帰させることが可能となる。

［他の実施形態］
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。また、それぞれの実施形態に含まれる別々の特徴を如何様に組み合わせたシステムまたは装置も、本発明の範疇に含まれる。

また、本発明は、複数の機器から構成されるシステムに適用されてもよいし、単体の装置に適用されてもよい。さらに、本発明は、実施形態の機能を実現する情報処理プログラムが、システムあるいは装置に直接あるいは遠隔から供給される場合にも適用可能である。したがって、本発明の機能をコンピュータで実現するために、コンピュータにインストールされるプログラム、あるいはそのプログラムを格納した媒体、そのプログラムをダウンロードさせるＷＷＷ(World Wide Web)サーバも、本発明の範疇に含まれる。

３０１ オートマチックトランスミッション
３０２ デファレンシャルギア
３０８ リングギア
３１１ 気筒
３１２ 吸気バルブ
３１３ 吸気ポート
３１４ インジェクタ
３１５ 燃焼室
３１６ 点火プラグ
３１７ ピストン
３１８ クランクシャフト
３１９ 排気バルブ
３２１ ピニオンギア

Claims (12)

1. エンジンの単位時間あたりの回転数を算出する回転数算出部と、
   停止条件成立に応じて、前記エンジンを停止させるべく制御する停止制御部と、
   前記停止制御部による停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記回転数算出部で算出した前記エンジンの単位時間あたりの回転数が上昇から下降に転じるトップ期間を算出するトップ算出部と、
   前記停止制御部による停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記トップ期間のタイミングで、回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させる復帰制御部と、
   を備え、
   前記回転数算出部は、前記復帰条件が成立した場合、前記復帰条件が未成立時より短い間隔で、前記エンジンの回転数を算出する、
   エンジン制御装置。
2. 前記回転数算出部は、クランク角度検出部が検出した前記エンジンのクランク角度に基づいて前記回転数を算出する、請求項１に記載のエンジン制御装置。
3. 前記回転数算出部で算出した前記エンジンの単位時間あたりの回転数が下降から上昇に転じるボトム期間を算出するボトム算出部をさらに備え、
   前記復帰制御部が前記回転駆動装置に対して復帰指示を出してから、前記回転駆動装置の回転力が前記エンジンに伝達するまでの遅延時間をあらかじめ算出し、
   前記復帰制御部は、
   前記ボトム期間よりも、前記遅延時間だけ前のタイミングで前記回転駆動装置に対して復帰指示を出す、請求項１または２に記載のエンジン制御装置。
4. 前記復帰制御部は、前記回転駆動装置の回転力が前記エンジンに伝達する際の前記エンジンの回転数が、所定範囲内に含まれることを条件として、前記回転駆動装置を制御する請求項１、２または３に記載のエンジン制御装置。
5. 前記復帰制御部は、
   前記トップ期間での最大回転数が、前記回転駆動装置によって定められた上限値以下の場合に、前記トップ期間に前記回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させる、請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
6. 前記回転駆動装置は、ピニオンギアを回転させながら突き出すスタータモータであって、
   前記復帰制御部は、前記エンジンのクランクシャフトに接続されたリングギアに対して、前記スタータモータのピニオンギアを噛合させるべく、前記スタータモータを制御する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
7. 前記復帰制御部は、前記リングギアと前記ピニオンギアの噛合時の前記エンジンの回転数が、前記スタータモータの上限回転数および下限回転数から決められる定格回転数の範囲内に含まれるように、前記スタータモータを制御する、請求項６に記載のエンジン制御装置。
8. 前記ボトム算出部は、前記エンジンの回転数の変化を推定することによって前記ボトム期間を算出する、請求項１乃至７のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
9. 前記復帰制御部は、エンジンの逆回転が生じる可能性のある回転数まで前記エンジンの回転数が低下した場合には、前記回転駆動装置による復帰制御を行なわない、請求項１乃至８のいずれか１項に記載のエンジン制御装置。
10. エンジンの単位時間あたりの回転数を算出する回転数算出ステップと、
    停止条件成立に応じて、前記エンジンを停止させるべく制御する停止制御ステップと、
    前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記エンジンの単位時間あたりの回転数が上昇から下降に転じるトップ期間を算出するトップ算出ステップと、
    前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記トップ期間のタイミングで、回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させる復帰制御ステップと、
    前記復帰条件が成立した場合、前記復帰条件が未成立時より短い間隔で、前記エンジンの回転数を算出するステップと、
    を含むエンジン制御方法。
11. エンジンの単位時間あたりの回転数を算出する回転数算出ステップと、
    停止条件成立に応じて、前記エンジンを停止させるべく制御する停止制御ステップと、
    前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記エンジンの単位時間あたりの回転数が上昇から下降に転じるトップ期間を算出するトップ算出ステップと、
    前記停止制御ステップによる停止制御後、復帰条件が成立した場合に、前記トップ期間のタイミングで、回転駆動装置を制御して前記エンジンの回転を復帰させる復帰制御ステップと、
    前記復帰条件が成立した場合、前記復帰条件が未成立時より短い間隔で、前記エンジンの回転数を算出するステップと、
    をプロセッサに実行させるエンジン制御プログラム。
12. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエンジン制御装置を搭載した車両。

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