JP5901763B2 - エンジン始動装置およびエンジン始動方法 - Google Patents

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Description

この発明は、所定のエンジン自動停止条件の成立によりエンジンへの燃料噴射を停止してエンジンを自動停止させ、その後エンジン再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動システムに用いられるエンジン始動装置およびエンジン始動方法に関する。
従来、自動車の燃費改善や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エンジンを自動で停止するエンジン自動停止再始動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って完全に停止するまでには時間がかかるので、従来のエンジン自動停止再始動システムでは、この期間におけるエンジンの再始動が不可能であるという問題があった。
そこで、この問題を解決するために、エンジン回転速度が、回転駆動機構をエンジンに係合させることのできる回転速度に低下したと判定された場合に、回転駆動機構をエンジンに係合させてエンジンを回転駆動するエンジンの始動制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
また、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する軌道を予測し、エンジン回転降下軌道の予測データに基づいて、スタータのピニオンギアを押し出してエンジンのクランク軸に連結されたリングギアと噛み合わせるタイミングを決定するエンジン自動停止始動制御装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
また、エンジン停止条件が成立してエンジンへの燃料噴射を停止した後、エンジンが停止する前にエンジン再始動条件が成立した場合に、燃料噴射の再開のみでエンジンが再始動する自己復帰が可能であると判定されたときには、エンジンへの燃料噴射を再開してエンジンを自己復帰させ、エンジンの自己復帰ができないと判定されたときには、エンジンへの燃料噴射を再開するとともに、エンジン回転速度およびピニオンギア回転速度に基づいて、ピニオンギアを軸方向に移動させてリングギアと噛み合わせるピニオンギア駆動手段、およびピニオンギアを回転駆動させるスタータモータの動作を制御するエンジン自動停止再始動装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００３−６５１９１号公報 特開２０１１−１４０９３８号公報 特開２０１１−１６９２２５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には、エンジンの停止前にスタータを駆動し、それに併せてエンジンへの燃料噴射を再開することが示されているが、スタータ駆動および燃料噴射の再開タイミングについては示されていない。
また、特許文献２には、エネルギ変化によりエンジン回転降下軌道を予測し、エンジン回転降下軌道に基づいて、スタータのピニオンギアをリングギアと噛み合わせてエンジンを再始動することが示されているが、燃料噴射の再開タイミングについては示されていない。
また、特許文献３には、エンジン再始動条件が成立したと同時にエンジンへの燃料噴射を再開し、エンジンが燃料噴射の再開のみで自己復帰できない場合において、ピニオンギア駆動手段およびスタータモータの動作を制御することが示されているが、ピニオンギアの移動を開始した後にスタータモータを回転させる際の燃料噴射の再開タイミングについては示されていない。
すなわち、特許文献１〜３では、エンジン再始動条件が成立し、ピニオンギアの移動を開始した後における燃料噴射の再開タイミングが示されていないので、エンジンが燃焼を再開するまでに長時間を要するとともに、ギアの噛み合い不良により騒音が発生するという問題がある。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンの慣性回転中の再始動を速やか、かつ静粛に行うことができるエンジン始動装置およびエンジン始動方法を得ることを目的とする。
この発明に係るエンジン始動装置は、エンジン自動停止条件の成立によりエンジンへの燃料噴射を停止してエンジンを自動停止させ、その後エンジン再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるエンジン始動装置であって、エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、通電により回転するスタータモータと、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、通電によりピニオンギアをリングギア方向に移動させて噛み合わせるピニオンギア移動部と、エンジン再始動条件の成立後、かつピニオンギアをリングギア方向に移動させるピニオンギア移動部によるピニオンギアの移動開始後に、所定の圧縮気筒で燃焼が発生するように、エンジンのクランク角が吸気限界となる角度である場合に、次回行程の燃焼可能判定角度における回転エネルギを算出し、回転エネルギが０よりも小さい場合に燃料噴射を再開する燃料噴射制御部と、を備え、ピニオンギア移動部は、燃料噴射の再開後、エンジンのクランク角に基づいて随時算出されるエンジン回転速度がスタータ駆動許可回転速度以上であると判定された場合に、ピニオンギアの移動を開始し、所定の圧縮気筒は、ピニオンギアとリングギアとの噛み合い完了後、エンジン回転速度が、上死点前に点火を行った場合に、逆回転方向の燃焼トルクが発生しない回転速度以上となる最初の圧縮気筒であるものである。
また、この発明に係るエンジン始動方法は、エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、通電により回転するスタータモータと、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、通電によりピニオンギアをリングギア方向に移動させて噛み合わせるピニオンギア移動部と、を備え、エンジン自動停止条件の成立によりエンジンへの燃料噴射を停止してエンジンを自動停止させ、その後エンジン再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるエンジン始動装置によって実行されるエンジン始動方法であって、エンジン再始動条件の成立後、かつピニオンギアをリングギア方向に移動させるピニオンギア移動部によるピニオンギアの移動開始後に、所定の圧縮気筒で燃焼が発生するように、エンジンのクランク角が吸気限界となる角度である場合に、次回行程の燃焼可能判定角度における回転エネルギを算出し、回転エネルギが０よりも小さい場合に燃料噴射を再開する燃料噴射制御ステップと、燃料噴射の再開後、エンジンのクランク角に基づいて随時算出されるエンジン回転速度がスタータ駆動許可回転速度以上であると判定された場合に、ピニオンギア移動部によりピニオンギアの移動を開始する移動開始ステップと、を備え、所定の圧縮気筒は、ピニオンギアとリングギアとの噛み合い完了後、エンジン回転速度が、上死点前に点火を行った場合に、逆回転方向の燃焼トルクが発生しない回転速度以上となる最初の圧縮気筒であるものである。
この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、燃料噴射制御部（燃料噴射制御ステップ）は、エンジン再始動条件の成立後、かつピニオンギア移動部によるピニオンギアの移動開始後に、所定の圧縮気筒で燃焼が発生するように燃料噴射を再開する。
そのため、エンジンが燃焼を再開するまでの時間を短縮し、エンジンの慣性回転中の再始動を速やか、かつ静粛に行うことができる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。
この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の概略構成を示すブロック構成図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置のスタータの一部破断正面図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置における一連の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置におけるエンジン再始動条件成立時の一連の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置において、エンジン回転速度がスタータ駆動後燃焼可能回転速度よりも高い状態で燃料噴射が再開された場合の動作を示すタイミングチャートである。 （ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置における燃料噴射制御を、従来技術と比較して示す説明図である。 この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の動作を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置における一連の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置における燃料噴射許可判定の一連の処理を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置におけるエンジン再始動条件成立時の一連の処理を示すフローチャートである。
以下、この発明に係るエンジン始動装置の好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、以下の実施の形態では、ポート噴射式の３気筒エンジンを例に挙げて説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の概略構成を示すブロック構成図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置のスタータの一部破断正面図である。
図１、２において、エンジン始動装置１０は、リングギア１１、クランク角センサ１２、コントローラ１３、スタータ１４、インジェクタ１５およびイグニッションコイル１６を備えている。また、スタータ１４は、ソレノイド１４１、プランジャ１４２、レバー１４３、ピニオンギア１４４、スタータモータ１４５およびワンウェイクラッチ１４６を有している。
リングギア１１は、エンジンのクランク軸（図示せず）に連結され、ピニオンギア１４４と噛み合って駆動力をエンジンに伝達する。クランク角センサ１２は、燃料噴射タイミングおよび点火タイミングを決定するためのエンジンのクランク角を検出して、その検出値に応じた信号をコントローラ１３に出力する。
コントローラ１３は、例えばエンジンＥＣＵ（図示せず）等によって構成され、クランク角センサ１２からの信号等に基づいて、スタータ１４のソレノイド１４１への通電、インジェクタ１５による各気筒への燃料噴射、およびイグニッションコイル１６への通電による点火を制御する。
ソレノイド１４１への通電により、プランジャ１４２が吸引され、レバー１４３を介してピニオンギア１４４が移動されることで、ピニオンギア１４４がリングギア１１と噛み合わされる。また、プランジャ１４２の移動により接点が閉じられ、スタータモータ１４５へと通電され、ピニオンギア１４４が回転されて、リングギア１１がピニオンギア１４４と噛み合った状態で、駆動力がエンジンに伝達される。また、ワンウェイクラッチ１４６は、スタータモータ１４５の出力軸に連結され、リングギア１１からトルクが入力された場合には空転する。
また、コントローラ１３は、クランク角センサ１２からの信号等に基づいて、クランク角を算出し、このクランク角に応じて、インジェクタ１５により燃料噴射を行う。さらに、コントローラ１３は、算出したクランク角に応じて、イグニッションコイル１６への電圧チャージを行い、点火プラグ（図示せず）により火花を発生させて、燃料への着火を行う。
また、コントローラ１３は、クランク角センサ１２から出力されるクランク軸の回転パルスの周期に基づいて、エンジン回転速度ＮＥを算出する。なお、コントローラ１３によってエンジン回転速度ＮＥを算出する代わりに、回転エンコーダやリングギア１１の歯に基づくパルスを検出できるパルス発生器等を設け、これらからの信号のＦＶ（周波数−電圧）変換等によって、エンジン回転速度ＮＥを算出してもよい。
また、スタータモータ１４５の回転速度は、ピニオンギア１４４とリングギア１１との歯数比や遊星ギア（図示せず）により減速される場合があるが、便宜上すべてエンジンのクランク軸上に換算した値とする。また、この実施の形態１では、回転速度と表記しているが、ギア半径を用いて周速度による制御を行ってもよい。
ここで、車両の走行中にエンジン自動停止条件（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の条件）が成立した場合には、コントローラ１３は、エンジンへの燃料噴射を停止して、エンジンを惰性回転させる。
以下、図３を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の具体的な動作について説明する。図３は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置における一連の処理を示すフローチャートである。
まず、コントローラ１３は、エンジン自動停止条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０１）。
一方、ステップＳ１０１において、エンジン自動停止条件が成立している（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、エンジン停止制御を開始する（ステップＳ１０２）。具体的には、コントローラ１３は、エンジンへの燃料噴射を停止し、慣性回転によりエンジン回転速度ＮＥを低下させる。
続いて、コントローラ１３は、エンジンが自動停止中であると判断し、エンジン自動停止中フラグＦ１を「１」にセットする（ステップＳ１０３）。
次に、コントローラ１３は、エンジンが惰性回転しているか否かを判定する（ステップＳ１０４）。ここで、エンジンが惰性回転しているか否かは、例えば、クランク角のパルスが所定時間（例えば、３００ｍｓ）の間に検出されたか否かで判断することができる。
ステップＳ１０４において、クランク角のパルスが所定時間内に検出されず、エンジンが惰性回転していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、エンジンが完全停止していると判断し、図３の処理を終了して、次の制御周期へと進む。
一方、ステップＳ１０４において、エンジンが惰性回転している（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、エンジン再始動条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ１０５）。
ステップＳ１０５において、エンジン再始動条件が成立している（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、エンジン再始動制御を行う（ステップＳ１０６）。
一方、ステップＳ１０５において、エンジン再始動条件が成立していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、図３の処理を終了して、次の制御周期へと進む。
また一方、ステップＳ１０１において、エンジン自動停止条件が成立していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、エンジン自動停止中フラグＦ１が「１」であるか否かを判定する（ステップＳ１０７）。
ステップＳ１０７において、エンジン自動停止中フラグＦ１が「１」である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、エンジン自動停止中であると判断し、ステップＳ１０６に移行してエンジン再始動制御を行う（継続する）。
一方、ステップＳ１０７において、エンジン自動停止中フラグＦ１が「０」である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、エンジン自動停止中でないと判断し、図３の処理を終了して、次の制御周期に進む。
次に、図４を参照しながら、図３のステップＳ１０６に示したエンジン再始動制御について詳細に説明する。図４は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置におけるエンジン再始動条件成立時のスタータ制御および燃料噴射に関する一連の処理を示すフローチャートである。
まず、コントローラ１３は、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１（例えば、４００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０１）。なお、スタータ駆動後燃焼可能とは、エンジン回転速度ＮＥが低下し、コントローラ１３がソレノイド１４１への通電によってピニオンギア１４４とリングギア１１とを噛み合わせた後に燃焼が発生することである。
ここで、図５を参照しながら、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１よりも高い状態で燃料噴射を再開した場合の動作について説明する。図５は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置において、エンジン回転速度がスタータ駆動後燃焼可能回転速度よりも高い状態で燃料噴射が再開された場合の動作を示すタイミングチャートである。
図５において、エンジン自動停止条件が成立して燃料噴射を停止した後、時刻ｔ０において、エンジン再始動条件が成立する。その後、エンジン回転速度ＮＥが、スタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１まで低下する前の時刻ｔ１において、燃料噴射を再開する。続いて、エンジン回転速度ＮＥが低下し、ソレノイド１４１への通電を開始してピニオンギア１４４が移動を開始する。
しかしながら、ソレノイド１４１への通電開始後、ピニオンギア１４４がリングギア１１に到達するまでに時間遅れが発生する。そのため、ソレノイド１４１への通電を開始してピニオンギア１４４を移動させた後、燃料を噴射した気筒の圧縮行程において、ピニオンギア１４４とリングギア１１との噛み合い前に燃焼が再開してしまい、噛み合いが完了しない場合がある。
この場合には、ピニオンギア１４４がリングギア１１のギア端面で弾かれ、騒音やギアの損耗が発生する恐れがあるので好ましくない。なお、噛み合い完了とは、エンジン回転速度ＮＥとスタータモータ回転速度との差が、噛み合い可能な所定範囲内（例えば、１００ｒｐｍ）になり、ピニオンギア１４４がリングギア１１の端面よりも奥に移動し、互いにトルク伝達が可能な状態になることである。
そこで、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置では、エンジン再始動条件成立時に、図４に示した処理を実行する。
図４に戻って、ステップＳ２０１において、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１よりも大きい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、図４の処理を終了して、次の制御周期へと進む。
一方、ステップＳ２０１において、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、燃料噴射を再開する（ステップＳ２０２）。
続いて、コントローラ１３は、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動許可回転速度Ｎｒ２（例えば、２００ｒｐｍ）以下であるか否かを判定する（ステップＳ２０３）。なお、スタータ駆動許可とは、ソレノイド１４１への通電を開始することによって、ピニオンギア１４４の移動を開始することである。
ステップＳ２０３において、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動許可回転速度Ｎｒ２よりも大きい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、図４の処理を終了して、次の制御周期へと進む。
一方、ステップＳ２０３において、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動許可回転速度Ｎｒ２以下である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、ソレノイド１４１への通電を開始する（ステップＳ２０４）。
このとき、ソレノイド１４１への通電に伴い、ピニオンギア１４４の移動が開始され、ピニオンギア１４４とリングギア１１とが噛み合う。また、プランジャ１４２の移動により接点が閉じられ、スタータモータ１４５へと通電され、スタータモータ１４５の回転が開始される。
次に、コントローラ１３は、エンジン再始動が完了したか否かを判定する（ステップＳ２０５）。ここで、エンジン再始動が完了したか否かは、例えばエンジン回転速度ＮＥが所定の回転速度（例えば、７００ｒｐｍ）以上になったか否かで判断することができる。
ステップＳ２０５において、エンジン再始動が完了していない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、図４の処理を終了して、次の制御周期へと進む。
一方、ステップＳ２０５において、エンジン再始動が完了した（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、ソレノイド１４１への通電を停止し、ピニオンギア１４４とリングギア１１との噛み合いを解除させるとともに、スタータモータ１４５への通電を停止する（ステップＳ２０６）。
続いて、コントローラ１３は、エンジン自動停止中フラグＦ１を「０」にセットし（ステップＳ２０７）、図３の処理を終了して、次の制御周期に進む。
以下、図６を参照しながら、燃料噴射に伴うエンジン再始動について詳細に説明する。図６（ａ）、（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置における燃料噴射制御を、従来技術と比較して示す説明図である。図６（ａ）は、特許文献１におけるスタータ駆動に併せた燃料噴射の再開を示し、図６（ｂ）は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置における燃料噴射の再開を示している。
また、図６は、３気筒エンジンの場合を示している。図中の矢印は、点火タイミングを示しており、エンジン自動停止中は中断され、エンジン再始動条件成立後の所定のタイミング（ここでは、圧縮行程中のクランク角ＢＴＤＣ０５ｄｅｇ毎）で点火が再開されるものとする。なお、図６において、「爆」は爆発行程、「排」は排気行程、「吸」は吸気行程、「圧」は圧縮行程をそれぞれ示している。
まず、図６（ａ）を用いて、スタータ駆動に併せた燃料噴射の再開について説明する。エンジン再始動条件成立後にエンジン回転速度ＮＥの低下により、ピニオンギア１４４とリングギア１１とを噛み合わせることができる回転速度になると、ソレノイド１４１に通電してスタータ１４の駆動を開始する。また、これと併せて所定の複数気筒（例えば、吸気行程にある気筒および排気行程にある気筒）に燃料噴射を実施する（図６（ａ）におけるタイミングＡ１）。
その後、タイミングＡ１で噴射された燃料がシリンダ内に吸い込まれ、タイミングＢ１で着火して初爆が発生する。ここで、タイミングＡ１では、吸気行程および排気行程の気筒に燃料が噴射されているが、吸気行程の気筒（図６（ａ）の＃３気筒）へ噴射された燃料は、その後すぐに圧縮行程へ移るため、十分に気筒内へ燃料が入らず、燃料噴射後最初の圧縮（タイミングＢ２）では、燃焼しない場合がある。よって、タイミングＡ１にて排気行程で燃料噴射された気筒（図６（ａ）の＃２気筒）の圧縮において、最初の燃焼が発生することとなる（タイミングＢ１）。また、タイミングＡ１で燃料噴射を実施した後は、通常のシーケンシャル噴射、例えば排気行程中のクランク角ＢＴＤＣ０５ｄｅｇ毎に燃料噴射を実施する（図６の（ａ）に網掛け部で示すタイミング）ことで、エンジンを再始動することができる。
次に、図６（ｂ）を用いて、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置における燃料噴射の再開について説明する。エンジン再始動条件成立後にエンジン回転速度ＮＥの低下により、スタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１以下になると判定された場合に、所定の複数気筒（例えば、吸気行程にある気筒および排気行程にある気筒）に燃料噴射を実施する（図６（ｂ）におけるタイミングＡ２）。
その後、タイミングＡ２で噴射された燃料がシリンダ内に吸い込まれ、タイミングＢ２で着火して初爆が発生する。また、タイミングＡ２で燃料噴射を実施した後は、上述したシーケンシャル噴射に移行することで、エンジンを再始動することができる。
このように、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置における燃料噴射の再開は、スタータ駆動に併せた燃料噴射の再開によるエンジンの再始動よりも早期（図６（ｂ）に示したＴ１の期間分）に初爆を迎えることができ、結果としてエンジンが再始動するまでに要する時間も短縮される。
続いて、図７を参照しながら、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の動作について説明する。図７は、この発明の実施の形態１に係るエンジン始動装置の動作を示すタイミングチャートである。
図７において、車両走行中にエンジン自動停止条件が成立し、燃料噴射が停止される。その後、エンジン再始動条件（例えば、ドライバがブレーキペダルから足を離す等）が成立した時刻ｔ３においては、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１よりも高いので、燃料噴射は再開されない（図４のステップＳ２０１でＮｏ）。
続いて、エンジン回転速度ＮＥがさらに低下し、スタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１以下になった時刻ｔ４において、燃料噴射を再開する（図４のステップＳ２０１でＹｅｓ）。次に、燃料噴射を再開した後、エンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動許可回転速度Ｎｒ２以下になった時刻ｔ５において、ソレノイド１４１への通電を開始してスタータモータ１４５を駆動させる。
その後、時刻ｔ４において噴射した燃料が圧縮行程で燃焼し、時刻ｔ６において初爆が発生する。また、スタータ駆動に併せた燃料噴射の再開を実施した場合のエンジン回転挙動を図７に点線で示しているが、時刻ｔ４ではなく、時刻ｔ５またはそれ以降のタイミングで燃料噴射が再開されるので、時刻ｔ６の圧縮行程には燃料が間に合わず、早くとも時刻ｔ７で初爆が発生することになる。
このように、コントローラ１３は、慣性回転中のエンジン再始動条件成立後にエンジン回転速度ＮＥがスタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１以下になった後、ピニオンギア１４４の移動開始前に燃料噴射を再開して、ギア噛み合い後最初の圧縮気筒で燃焼を発生させる。
これにより、エンジンの再始動を速やか、かつ静粛に行うことができ、ドライバに違和感を与えず、さらに、スタータの通電時間を短縮することにより、省電力、部品の長寿命化を達成することができる。
以上のように、実施の形態１によれば、エンジン自動停止条件の成立によりエンジンへの燃料噴射を停止してエンジンを自動停止させ、その後エンジン再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるエンジン始動装置であって、エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、通電により回転するスタータモータと、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、通電によりピニオンギアをリングギア方向に移動させて噛み合わせるピニオンギア移動部と、エンジン再始動条件の成立後、かつピニオンギア移動部によるピニオンギアの移動開始後に、所定の圧縮気筒で燃焼が発生するように燃料噴射を再開する燃料噴射制御部とを備えている。
また、所定の圧縮気筒は、ピニオンギアとリングギアとの噛み合い完了後、最初の圧縮気筒である。
そのため、スタータモータ駆動後最初の圧縮気筒で燃焼が発生するように、燃料噴射を行うことにより、エンジンの再始動を早めることができる。
また、燃料噴射制御部は、エンジン再始動条件の成立後、かつピニオンギア移動部によるピニオンギアの移動開始前に、燃料噴射を再開する。
また、エンジンへの燃料噴射停止によるエンジンの慣性回転中に、エンジン再始動条件が成立した場合には、少なくともエンジン回転速度に基づいて、ピニオンギア移動部によりピニオンギアの移動を開始した後、スタータモータへの通電を開始する
そのため、スタータモータ駆動後最初の点火タイミングで燃焼が発生するように、燃料噴射を行うことにより、エンジンの再始動を早めることができる。
実施の形態２．
上記実施の形態１では、エンジン回転速度ＮＥとスタータ駆動後燃焼可能回転速度Ｎｒ１との比較により燃料噴射を再開し、ギア噛み合い後最初の圧縮気筒で燃焼を発生させると説明した。
しかしながら、一般にエンジン回転速度ＮＥが極端に低い場合は燃焼効率が悪く、また上死点前（例えば、ＢＴＤＣ０５ｄｅｇ）に点火を行う場合には、逆回転方向の燃焼トルクが発生する。そのため、ギア噛み合い後に燃焼許可エンジン回転速度（例えば、２００ｒｐｍ）以上になる最初の圧縮気筒で燃焼が発生するように燃料噴射を再開してもよい。
そこで、この実施の形態２では、コントローラ１３が、エンジン回転速度ＮＥが燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上になる最初の圧縮気筒で燃焼が発生するように燃料噴射を再開する場合について説明する。なお、この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置の構成は、上述した実施の形態１のものと同様なので、説明を省略する。
以下、図８を参照しながら、この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置の具体的な動作について説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置における一連の処理を示すフローチャートである。
図８において、基本的には、図３に示したステップＳ１０１〜ステップＳ１０７と同様の処理になるが、ステップＳ３０４において、エンジンが惰性回転している（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合、およびステップＳ３０８において、エンジン自動停止中フラグＦ１が「１」である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合に、コントローラ１３は、さらに燃料噴射許可判定を実施する（ステップＳ３０５またはステップＳ３０９）。
次に、図９を参照しながら、図８のステップＳ３０５またはステップＳ３０９における燃料噴射許可判定について詳細に説明する。図９は、この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置における燃料噴射許可判定の一連の処理を示すフローチャートである。
まず、コントローラ１３は、今回の処理タイミングにおけるクランク角ＣＡが、吸気限界となる角度ＣＡ１（例えば、ＢＴＤＣ９０ｄｅｇ）であるか否かを判定する（ステップＳ４０１）。
ステップＳ４０１において、今回の処理タイミングにおけるクランク角ＣＡが、吸気限界となる角度ＣＡ１でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、今回の処理タイミングにおけるクランク角ＣＡが、あらかじめ定められた燃焼可能判定角度ＣＡ２（例えば、ＢＴＤＣ３０ｄｅｇ）であるか否かを判定する（ステップＳ４０２）。
ここで、燃焼可能判定角度ＣＡ２は、スタータモータ１４５によって、エンジン回転速度ＮＥが燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上になるまでに必要な回転角度分、圧縮気筒における点火タイミング（ＢＴＤＣ０５ｄｅｇ）から遡った角度である。例えば、スタータモータ１４５によって、２５ｄｅｇだけクランク軸が回転される間に、エンジン回転速度ＮＥが燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上になる場合には、燃焼可能判定角度ＣＡ２は、ＢＴＤＣ０５ｄｅｇから２５ｄｅｇ遡ったＢＴＤＣ３０ｄｅｇとなる。
ステップＳ４０２において、今回の処理タイミングにおけるクランク角ＣＡが、燃焼可能判定角度ＣＡ２である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、ＮＥＣＡ３に今回の処理タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥを格納し（ステップＳ４０３）、今回行程における燃焼可能判定角度ＣＡ２でのエンジン回転速度を記憶して、図９に示した今回の処理タイミングにおける燃料噴射許可判定の処理を終了する。
一方、ステップＳ４０２において、今回の処理タイミングにおけるクランク角ＣＡが、燃焼可能判定角度ＣＡ２でない（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、そのまま図９に示した今回の処理タイミングにおける燃料噴射許可判定の処理を終了する。
また一方、ステップＳ４０１において、今回の処理タイミングにおけるクランク角ＣＡが、吸気限界となる角度ＣＡ１である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、ＮＥＣＡ２にＮＥＣＡ１を格納し（ステップＳ４０４）、前回行程における吸気限界となる角度ＣＡ１でのエンジン回転速度を記憶する。
続いて、コントローラ１３は、ＮＥＣＡ１に今回の処理タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥを格納し（ステップＳ４０５）、今回行程における吸気限界となる角度ＣＡ１でのエンジン回転速度を記憶する。
次に、コントローラ１３は、ギア噛み合い後最初の圧縮気筒の燃焼タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥｂが、燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上であるか否か、すなわち燃料噴射を許可するか否かを判定する（ステップＳ４０６）。
ステップＳ４０６において、エンジン回転速度ＮＥｂが、燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、燃料噴射許可フラグＦ２を「１」にセットして（ステップＳ４０７）、ステップＳ４０２に移行する。
一方、ステップＳ４０６において、エンジン回転速度ＮＥｂが、燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３よりも小さい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、そのままステップＳ４０２に移行する。
ここで、ステップＳ４０６において、具体的には、次式（１）に基づいて判定を行う。
Figure 0005901763
エンジンの慣性回転中において、アイドリング回転速度（例えば、７００ｒｐｍ）以下では、回転速度に依存する粘性抵抗をほぼ０とみなすことができ、各角度間で見た場合のエネルギ損失は、互いに等しいと考えられる。
すなわち、吸気限界となる角度ＣＡ１における１行程間の回転エネルギ変化ＥＬｏｓｓ１は、エンジンの回転慣性をＪとして、次式（２）で表すことができる。
Figure 0005901763
同様に、前回行程のエンジン回転速度を用いて、吸気限界となる角度ＣＡ１と燃焼可能判定角度ＣＡ２との間の回転エネルギ変化ＥＬｏｓｓ２は、次式（３）で表すことができる。
Figure 0005901763
また、式（２）、（３）を用いて、吸気限界となる角度ＣＡ１において、次回行程の燃焼可能判定角度ＣＡ２における回転エネルギは、次式（４）で表される。
Figure 0005901763
なお、式（１）の左辺は、式（４）をＪで除算して２倍したものである。式（１）の左辺が０より小さい、すなわち次回行程の燃焼可能判定角度ＣＡ２における回転エネルギが０より小さい場合には、エンジンの慣性回転のみでは当該角度まで回転せず、ピニオンギア１４４とリングギア１１との噛み合い後、スタータモータ１４５による回転中に当該角度に到達することを意味する。
ここで、燃焼可能判定角度ＣＡ２について、スタータモータ１４５により回転される間に、エンジン回転速度ＮＥが燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上となった後に、圧縮気筒の燃焼タイミングとなるので、効率よく燃焼が行われ、スムーズにエンジンの再始動を行うことができる。
また逆に、式（１）の左辺が０以上、すなわち次回行程の燃焼可能判定角度ＣＡ２における回転エネルギが０以上の場合には、ギア噛み合いまでに１行程以上存在する、または燃焼可能判定角度ＣＡ２まで到達後、燃焼タイミング前にエンジン回転速度ＮＥが０となる。
したがって、次回行程の燃焼可能判定角度ＣＡ２における回転エネルギが０以上の場合に燃料噴射を再開したときには、ギア噛み合い前に燃焼が再開、またはスタータモータ１４５による回転が十分行われず（２５ｄｅｇ以下）、エンジン回転速度ＮＥが低い段階で圧縮気筒の燃焼タイミングとなり、スムーズなエンジンの再始動が行われない恐れがある。そのため、式（１）の真偽に基づいて燃料噴射許可フラグＦ２を設定することにより、スムーズなエンジンの再始動が可能となる。
続いて、図１０を参照しながら、図８のステップＳ３０７に示したエンジン再始動制御について詳細に説明する。図１０は、この発明の実施の形態２に係るエンジン始動装置におけるエンジン再始動条件成立時のスタータ制御および燃料噴射に関する一連の処理を示すフローチャートである。
まず、コントローラ１３は、燃料噴射許可フラグＦ２が「１」であるか否かを判定する（ステップＳ５０１）。
ステップＳ５０１において、燃料噴射許可フラグＦ２が「１」である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、ステップＳ５０２に移行して、燃料噴射を再開する。なお、ステップＳ５０２以下の処理は、図４に示したステップＳ２０２〜ステップＳ２０７と同様なので、説明を省略する。
一方、ステップＳ５０１において、燃料噴射許可フラグＦ２が「０」である（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、今回の処理タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥが、スタータ駆動許可回転速度Ｎｒ２以上であるか否かを判定する（ステップＳ５０８）。
ステップＳ５０８において、今回の処理タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥが、スタータ駆動許可回転速度Ｎｒ２以上である（すなわち、Ｙｅｓ）と判定された場合には、コントローラ１３は、燃料噴射を再開し（ステップＳ５０９）、ステップＳ５０４に移行して、ソレノイド１４１への通電を開始する。
一方、ステップＳ５０８において、今回の処理タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥが、スタータ駆動許可回転速度Ｎｒ２よりも小さい（すなわち、Ｎｏ）と判定された場合には、コントローラ１３は、図１０に示した今回の処理タイミングにおけるエンジン再始動制御の処理を終了して、次の制御周期へと進む。
このように、コントローラ１３は、燃焼可能判定角度ＣＡ２におけるエンジンの回転エネルギが０よりも小さいか否かにより、圧縮気筒での燃焼タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥｂが、燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上か否かを判定する。また、コントローラ１３は、この判定に基づいて、ピニオンギア１４４の移動開始前に燃料噴射を再開して、燃焼許可エンジン回転速度Ｎｒ３以上となる最初の圧縮気筒で燃焼を発生させる。
これにより、エンジンの再始動を速やか、かつ静粛に行うことができ、ドライバに違和感を与えず、さらに、スタータの通電時間を短縮することにより、省電力、部品の長寿命化を達成することができる。
また、吸気限界となる角度ＣＡ１のタイミングで燃料噴射許可判定を行うことにより、より遅いタイミングでエンジン再始動条件が成立した場合であっても、早期に燃料噴射を再開することができる可能性が高くなる。
以上のように、実施の形態２によれば、エンジン自動停止条件の成立によりエンジンへの燃料噴射を停止してエンジンを自動停止させ、その後エンジン再始動条件の成立によりエンジンを再始動させるエンジン始動装置であって、エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、通電により回転するスタータモータと、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、通電によりピニオンギアをリングギア方向に移動させて噛み合わせるピニオンギア移動部と、エンジン再始動条件の成立後、かつピニオンギア移動部によるピニオンギアの移動開始後に、所定の圧縮気筒で燃焼が発生するように燃料噴射を再開する燃料噴射制御部とを備えている。
また、所定の圧縮気筒におけるエンジン回転速度を予測する回転速度予測部をさらに備え、所定の圧縮気筒は、回転速度予測部で予測されたエンジン回転速度が、所定の回転速度以上となる最初の圧縮気筒である。
そのため、スタータモータ駆動後最初の圧縮気筒で燃焼が発生するように、燃料噴射を行うことにより、エンジンの再始動を早めることができる。
また、回転速度予測部は、エンジンの各気筒における吸気限界前に、エンジン回転速度を予測する。
そのため、スタータモータ駆動後最初の点火タイミングで燃焼が発生するように、燃料噴射を行うことにより、エンジンの再始動を早めることができる。
実施の形態３．
上記実施の形態２では、燃焼タイミングをＢＴＤＣ０５ｄｅｇとして説明したが、上死点後（例えば、ＡＴＤＣ０５ｄｅｇ）にイグニッションコイル１６への電圧チャージを開始して、点火を行うようにしてもよい。
このように、上死点後に点火を行うようにすれば、低回転で燃焼が発生した場合であっても、逆回転方向の燃焼トルクが発生することがなくなるので、燃料噴射を再開可能な領域を増やすことができる。具体的には、燃焼可能判定角度ＣＡ２を、より上死点に近い角度に設定することができる。
また、上死点前にイグニッションコイル１６への電圧チャージを開始し、何らかの理由によりピニオンギア１４４とリングギア１１との噛み合いに失敗した場合には、イグニッションコイル１６の焼損を防止するために、電圧チャージを開放し、点火火花を発生させる必要がある。
このとき、燃料噴射が再開されていると、点火によって上死点前で燃焼が発生し、エンジンの振動等によりドライバに違和感を与える恐れがある。そのため、上死点後にイグニッションコイル１６への電圧チャージを開始することにより、仮にピニオンギア１４４とリングギア１１との噛み合いに失敗し、電圧チャージを開放した場合であっても、逆回転方向のトルクが発生せず、エンジンの振動等を抑制することができる。
以上のように、実施の形態３によれば、イグニッションコイルと、イグニッションコイルによる点火タイミングを制御する点火タイミング制御部と、をさらに備え、点火タイミング制御部は、所定の圧縮気筒への点火を上死点後とする。
また、イグニッションコイルと、イグニッションコイルに電圧をチャージする点火準備部と、をさらに備え、点火準備部は、イグニッションコイルへの電圧チャージを上死点後に開始する。
そのため、スタータモータ駆動後最初の点火タイミングで燃焼が発生するように、燃料噴射を行うことにより、エンジンの再始動を早めることができる。
１０ エンジン始動装置、１１ リングギア、１２ クランク角センサ、１３ コントローラ（ピニオンギア移動部、燃料噴射制御部、回転速度予測部、点火タイミング制御部、点火準備部）、１４ スタータ、１５ インジェクタ、１６ イグニッションコイル、１４１ ソレノイド、１４２ プランジャ、１４３ レバー、１４４ ピニオンギア、１４５ スタータモータ、１４６ ワンウェイクラッチ。

Claims (6)

  1. エンジン自動停止条件の成立によりエンジンへの燃料噴射を停止して前記エンジンを自動停止させ、その後エンジン再始動条件の成立により前記エンジンを再始動させるエンジン始動装置であって、
    前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、
    通電により回転するスタータモータと、
    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、
    通電により前記ピニオンギアを前記リングギア方向に移動させて噛み合わせるピニオンギア移動部と、
    前記エンジン再始動条件の成立後、かつ前記ピニオンギアを前記リングギア方向に移動させるピニオンギア移動部による前記ピニオンギアの移動開始後に、所定の圧縮気筒で燃焼が発生するように、前記エンジンのクランク角が吸気限界となる角度である場合に、次回行程の燃焼可能判定角度における回転エネルギを算出し、前記回転エネルギが０よりも小さい場合に燃料噴射を再開する燃料噴射制御部と、を備え、
    前記ピニオンギア移動部は、燃料噴射の再開後、前記エンジンのクランク角に基づいて随時算出されるエンジン回転速度がスタータ駆動許可回転速度以上であると判定された場合に、前記ピニオンギアの移動を開始し、
    前記所定の圧縮気筒は、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合い完了後、前記エンジン回転速度が、上死点前に点火を行った場合に、逆回転方向の燃焼トルクが発生しない回転速度以上となる最初の圧縮気筒である
    エンジン始動装置。
  2. 前記燃料噴射制御部は、前記エンジン再始動条件の成立後、かつ前記ピニオンギア移動部による前記ピニオンギアの移動開始前に、燃料噴射を再開する
    請求項１に記載のエンジン始動装置。
  3. イグニッションコイルと、
    前記イグニッションコイルによる点火タイミングを制御する点火タイミング制御部と、をさらに備え、
    前記点火タイミング制御部は、前記所定の圧縮気筒への点火を上死点後とする
    請求項１または請求項２に記載のエンジン始動装置。
  4. イグニッションコイルと、
    前記イグニッションコイルに電圧をチャージする点火準備部と、をさらに備え、
    前記点火準備部は、前記イグニッションコイルへの電圧チャージを上死点後に開始する
    請求項１から請求項３までの何れか１項に記載のエンジン始動装置。
  5. 前記エンジンへの燃料噴射停止によるエンジンの慣性回転中に、前記エンジン再始動条件が成立した場合には、少なくともエンジン回転速度に基づいて、前記ピニオンギア移動部により前記ピニオンギアの移動を開始した後、前記スタータモータへの通電を開始する
    請求項１から請求項４までの何れか１項に記載のエンジン始動装置。
  6. エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、通電により回転するスタータモータと、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、通電により前記ピニオンギアを前記リングギア方向に移動させて噛み合わせるピニオンギア移動部と、を備え、エンジン自動停止条件の成立により前記エンジンへの燃料噴射を停止して前記エンジンを自動停止させ、その後エンジン再始動条件の成立により前記エンジンを再始動させるエンジン始動装置によって実行されるエンジン始動方法であって、
    前記エンジン再始動条件の成立後、かつ前記ピニオンギアを前記リングギア方向に移動させるピニオンギア移動部による前記ピニオンギアの移動開始後に、所定の圧縮気筒で燃焼が発生するように、前記エンジンのクランク角が吸気限界となる角度である場合に、次回行程の燃焼可能判定角度における回転エネルギを算出し、前記回転エネルギが０よりも小さい場合に燃料噴射を再開する燃料噴射制御ステップと、
    燃料噴射の再開後、前記エンジンのクランク角に基づいて随時算出されるエンジン回転速度がスタータ駆動許可回転速度以上であると判定された場合に、前記ピニオンギア移動部により前記ピニオンギアの移動を開始する移動開始ステップと、を備え、
    前記所定の圧縮気筒は、前記ピニオンギアと前記リングギアとの噛み合い完了後、前記エンジン回転速度が、上死点前に点火を行った場合に、逆回転方向の燃焼トルクが発生しない回転速度以上となる最初の圧縮気筒である
    エンジン始動方法。
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