JP6357308B2 - 車載制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車載制御装置に関し、特にエンジンの停止と再始動を自動的に行うアイドルストップシステムに関する。

近年、エネルギ資源の節約と環境保全を目的とした自動車の技術が開発されている。例えば、運転中に所定の条件(自動停止条件)が成立した時に、エンジンに供給する燃料をカットし、エンジンが発生するトルクを失わせるアイドルストップシステムを搭載したものがある。エンジン自動停止条件は、運転者がアクセルから足を離したり、ブレーキを踏んだりすることで成立する。このアイドルストップシステムでは、車両が停止していなくても、エンジン自動停止条件が成立したらエンジンを自動的に停止する。その後、運転者の再始動要求が生じた時点や，エンジンの稼働が必要になった時にエンジンを再始動する。

エンジンを再始動させる方法として、ピニオン押し出し式のスタータを用い、スタータのピニオンを押し出してそのピニオンをエンジンのリングギヤに噛合わせ、スタータの回転をエンジンに伝えて、エンジンを回転させ、始動させる方法を採っているものがある。

エンジンが発生するトルクが失われた後の惰性回転中に、アクセルが踏み込まれるなどの条件が成立し、再始動要求が発生したときはスタータのモータへの通電を開始してピニオンを回転させ、ピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度と同期した時点でピニオンをリングギヤに噛み込ませてスタータによるクランキングを開始することで、エンジン回転の復帰を早める方法が提案されている（特許文献１参照）。

特開２００５−３３０８１３

エンジン自動停止条件が成立後、エンジンが発生するトルクが失われた後の惰性回転期間中にスタータのピニオンをリングギヤに予め噛み込ませる場合、その噛み込み音をできるだけ小さくするには、エンジン回転速度ゼロ付近で噛み込ませるのが望ましい。しかし、
このようなエンジン回転が低い領域に関しては、エンジン回転速度がエンジン惰性回転期間中、上昇と下降を繰り返し脈動しながら低下することに起因して、リングギヤの逆転が生じて、リングギヤとピニオンギヤとの噛み合い時に異音が生じるおそれがある。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、リングギヤとピニオンギヤとの噛み合い異音を低減しつつスタータの駆動を行うことにある。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明の車載制御装置は、車両の運転状態に基づいてエンジンを自動停止させる自動停止手段と、前記自動停止手段が前記エンジンの自動停止を実行してから前記エンジンが完全に停止するまでの期間中にスタータを制御して前記エンジンを再始動させる自動始動手段と、クランク信号に基づいて前記エンジンのクランク位相または回転数を検知または演算するエンジン回転検知手段と、を備え、前記エンジン回転検知手段の検知結果から求まるクランク角の角加速度の変化に基づいて将来のエンジン回転数を予測し、予測したエンジン回転数が所定範囲内にある場合に、前記自動始動手段によるスタータ駆動を許可することを特徴とする。

本発明によれば、エンジン回転数が所定範囲のときにスタータの駆動を行うことで、意図せぬギヤの噛み合い異音発生を抑制することができる。

本願発明の実施形態における車両のシステム構成図である。 本願発明の実施形態における制御装置の構成図である。 本願発明の実施形態における機能ブロック図である。 本願発明の実施形態におけるスタータシステム図である。 本願発明の実施形態における制御フローチャートである。 本願発明の実施形態における制御フローチャートである。 本願発明の実施形態におけるクランク信号補間演算説明図である。 本願発明の実施形態におけるピニオンギヤとリングギヤの噛み合い動作説明図である。 本願発明の実施形態におけるピニオンギヤとリングギヤの噛み合い動作説明図である。 本願発明の実施形態におけるピニオンギヤとリングギヤの噛み合い動作説明図である。 本願発明の実施形態におけるエンジン回転速度とエンジン回転加速度の相関を示す図である。 本願発明の実施形態における制御フローチャートである。 本願発明の実施形態におけるスタータの作動許可判定とエンジン回転数との相関を示す図である。 本願発明の実施形態におけるスタータの作動許可判定とエンジン回転数との相関を示す図である。

図１〜１４を参照して、本発明による車両の制御装置の実施の形態を説明する。図１は、本発明の車両の制御装置を搭載した車両の全体構成図である。なお、図１では、本発明による車両の制御装置に関する説明に係る部分を主に記載して、他の部分の記載を省略している。この車両は、多気筒のエンジン（内燃機関本体）１と、アイドルストップスタータシステム１０と、ＥＣＵ（コントロールユニット、制御装置）１１とを備えている。

内燃機関本体（単に内燃機関とも呼ぶ）１はクランク軸１ａを有し、点火コイル１４ａ、点火プラグ１４ｂ、および燃料噴射弁１５等が取り付けられている。アイドルストップスタータシステム１０は、ピニオンギヤ押し出し式のスタータ本体３と、半導体スイッチング素子１３とを備えており、ＥＣＵ１１によって制御されている。なお、半導体スイッチング素子１３は、ON、OFF信号で動作する機械式マグネットスイッチに置き換えてもよい。

内燃機関本体１のクランク軸１ａには、リングギヤ２が取り付けられている。スタータ本体３は、半導体スイッチング素子１３により駆動されるアクチュエータ５と、モータ７と、ピニオンギヤ４とが設けられている。リングギヤ２の近傍には、リングギヤ２の凸凹を検出してパルス信号に変換するパルスセンサ３７が設けられている。パルスセンサ３７から出力されるパルス信号に基づいて、ＥＣＵ１１は内燃機関１の回転数（エンジン回転数）を算出する。

スタータ本体３は、ピニオンギヤ４と、アクチュエータ５と、レバー６と、スタータモータ７と、ピニオンパルスセンサ３８とを備えている。ピニオンギヤ４は、リングギヤ２と噛合可能なギヤであり、スタータモータ７の軸（ピニオン軸）８に軸方向に移動可能に設けられている。アクチュエータ５は、レバー６を介してピニオンギヤ４をピニオン軸８の軸方向に移動させるための電動アクチュエータである。スタータモータ７は、後述するように内燃機関１をクランキングするためのモータである。ピニオンパルスセンサ３８は、ピニオン軸８の回転速度を検出するためのセンサである。

ＥＣＵ１１のピニオン移送指令がピニオン移送アクチュエータ駆動用の半導体スイッチング素子１３aのゲート端子に入力されると、バッテリ１２の電力がアクチュエータ５へ供給される。これによりアクチュエータ５がレバー６を介してピニオンギヤ４を図示右方向へ移動させるので、ピニオンギヤ４はリングギヤ２と噛合する。

ＥＣＵ１１からのモータ駆動指令がスタータモータ駆動用の半導体スイッチング素子１３bのゲート端子に入力されると、バッテリ１２の電力がスタータモータ７へ供給される。これにより、スタータモータ７がピニオンギヤ４およびリングギヤ２を介してクランク軸１ａを回転させて内燃機関１をクランキングする。

なお、クランク軸１ａにはトランスミッション１６が接続されている。トランスミッション１６は、ドライブシャフト１７およびタイヤ１８を介して内燃機関本体１で発生する回転駆動力を路面に伝える。また、トランスミッション１６には、その出力軸の回転パルスを検知する車速センサ３３が取り付けられている。ＥＣＵ１１は、車速センサ３３からの出力信号に基づき、所定の係数で変換すること等により車速値を算出する。

バッテリ１２のマイナス端子側には、バッテリセンサ３９が接続され、バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリの周囲温度を検知し、ＥＣＵ１１へ検知した情報を出力する。

図２は、ＥＣＵ１１のシステム構成をＥＣＵ１１に入力するセンサ等の各種の入力信号、および、ＥＣＵ１１から制御機器等に出力する各種の出力信号とともに示す図である。
ＥＣＵ１１の入力回路２２４には、車両の不図示のアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサ２３０、不図示のスロットルバルブの開き量を検知するスロットル開度センサ２３１、内燃機関１のシリンダ内へ吸入される吸入空気量を計測するエアフロセンサ２３２、車両の走行速度を検出する車速センサ２３３、不図示のフットブレーキの操作を検知するブレーキスイッチ２３４、内燃機関１の点火、噴射タイミングの算出や気筒判定に用いるカム角信号とクランク角信号を検出するカム角センサ２３５とクランク角センサ２３６、上述したリングギヤセンサ３７およびピニオンギヤセンサ２３８、バッテリ電圧、バッテリ電流、バッテリの周囲温度を検知し、情報を出力するバッテリセンサ２３９、が接続されている。

出力回路２２６には、点火コイル１４ａと、燃料噴射弁１５と、半導体スイッチング素子１３とが接続されている。点火コイル１４ａは、カム角センサ２３５、クランク角センサ２３６の信号からＥＣＵ１１が算出した点火タイミングに基づいて出力回路２２６から出力される点火信号を受信すると、点火コイル１４ａでシリンダ内の混合気に点火するために、点火プラグ１４ｂへ高電圧の電力を供給する。燃料噴射弁１５は、出力回路２２６を介して所定のタイミングで所定時間出力される開弁信号を受信すると、燃料を噴射する。なお、ＥＣＵ１１は、エアフロセンサ２３２で計量された吸入空気量から燃料噴射弁１５で噴射する燃料量を算出する。

スイッチング素子１３は、出力回路２２６を介して出力されるPWM駆動信号を受信すると、アクチュエータ５、スタータモータ７をそれぞれ駆動する。スイッチング素子１３ａはアクチュエータ５を駆動し、スイッチング素子１３ｂはスタータモータ７を駆動する。なお、ＥＣＵ１１は、スタータ３への駆動要求を受けると出力回路２２６を介してPWM駆動信号を出力する。

図３は、ＥＣＵ１１の機能ブロック図である。ROM２４１には、走行速度算出部３１１ａと、回転数算出部３１１ｂと、減速時燃料カット制御部３１１ｃと、燃料噴射復帰制御部３１１ｄと、コーストストップ制御部３１１ｅ等がプログラムとして格納されており、演算処理装置２２３により実行され、所定の処理が実現される。走行速度算出部３１１ａは、車速センサ２３３からの出力信号に基づき、所定の係数で変換すること等により車速値を算出する。回転数算出部３１１ｂは、リングギヤセンサ２３７からの出力信号に基づき、エンジン回転数を算出する。

減速時燃料カット制御部３１１ｃは、所定の減速時燃料カット条件が満たされると、車両の減速中に内燃機関１への燃料供給を停止するよう燃料噴射弁１５を制御する。燃料噴射復帰制御部３１１ｄは、減速時燃料カット制御部３１１ｃによって内燃機関１への燃料供給が停止されているときに、エンジン回転数が燃料噴射復帰回転数以下であれば内燃機関１への燃料供給を再開するよう燃料噴射弁１５を制御する。

コーストストップ制御部３１１ｅは、車速がコーストストップ許可車速以下であることを少なくとも条件の１つとする所定のコーストストップ条件が満たされると、内燃機関１への燃料の供給を停止するよう燃料噴射弁１５を制御する。

図４は本実施例におけるスタータ本体３と制御装置１１の簡単な構造と回路接続の模式図である。スタータ本体３は、いわゆるピニオン押し出し方式のスタータであり、スタータモータ７とスタータモータ７によって回転駆動されるピニオンギヤ４と、ピニオンギヤ４を押し出すためのマグネットスイッチ５を備えた構成となっている。スタータモータ７の回転はその内部にある減速機構で減速することでトルクを増大させてピニオンギヤ４に伝達する。マグネットスイッチ５に通電するとピニオンギヤ４を押し出して（図４の右方向）、リングギヤ２に連結する構造となっている。ピニオンギヤ４を押し出す機能を備えるものであれば、マグネットスイッチでなくても良い。ピニオンギヤ４はワンウェイクラッチ４２０７と一体化されている。

ピニオンギヤ４はスタータモータ７の軸方向に移動可能である。ピニオンギヤ４はエンジンのクランク軸に連結されたリングギヤ２と噛み合わせて回転することでエンジンに動力を伝えることができる。ワンウェイクラッチ４２０７はスタータモータ７がエンジンを正回転させる方向にしか動力が伝わらない構成にする。これにより、ピニオンギヤ４、リングギヤ２に噛み合っている時は、リングギヤの回転速度は、モータ７の回転速度に対して、減速比に応じた同期速度になるか、もしくは、それよりも速い回転速度になる。すなわち、リングギヤ２がピニオンギヤ４の回転速度よりも低下しようとすると、ワンウェイクラッチ４２０７が動力を伝達するため、リングギヤ２の回転速度がスタータモータ７に対する同期速度を下回ることはない。一方で、同期速度よりもリングギヤの回転速度の方が速い時は、ワンウェイクラッチが動力を伝達しないため、リングギヤ２からスタータモータ７側へ動力が伝達されることはない。

図４に示す通り、ピニオン回転センサ３８（ピニオン回転速度検知手段）、リングギヤ回転センサ３７（リングギヤ回転速度検知手段）、クランク角センサ２３６（クランク角検知手段）からの信号は制御装置１１に入力される。なおリングギヤ２とエンジンのクランク軸は連結されているので、リングギヤ回転速度とエンジン回転速度は同義である。制御装置１１は通常の燃料噴射、点火、空気制御（電子制御スロットル）に加え、ブレーキペダル状態、車速等の各種情報より、アイドルストップを許可し、燃料カットを行う。制御装置からはピニオン押し出し指令信号とモータ回転指令信号がそれぞれ独立して出力される。図４で示す通り、ピニオン押し出し指令信号を伝えるマグネットスイッチ通電用スイッチ１３ａとモータ回転指令信号を伝えるスタータモータ通電用スイッチ１３ｂがピニオン押し出しとスタータモータ７の回転とを制御する。スイッチの役割を果たす部品として機械式接点を持つリレースイッチや、半導体を用いたスイッチなどを使うことができる。

ところで、エンジン１の自動停止後の再始動は、再始動要求に伴いできるだけ速やかに実施されるのが望ましい。また、ピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み込ませる際、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合い音が発生し、ドライバに不快感を与えるおそれがある。そこで本実施形態では、エンジン１を迅速に再始動させるとともに、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合い音を抑制すべく、エンジン自動停止後の再始動に際し、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合わせをエンジン自動停止後にエンジン１が惰性回転している期間で実施することとしている。

具体的には、エンジン１の自動停止要求があった場合、その停止要求に伴い燃料噴射及び点火が停止されることでエンジン１が惰性回転する。この惰性回転の期間において、駆動リレー１３ａにオン信号を出力してコイル５への通電を開始する。これにより、ピニオンギヤ４がピニオン軸の軸線方向に押し出され、エンジン１が完全に停止する前に（惰性回転の期間において）ピニオンギヤ４がリングギヤ２に噛み込まれる。この噛み合わせ状態でエンジン再始動要求があった場合、駆動リレー１３ｂにオン信号を出力してモータ７への通電を開始する。これにより、ピニオンギヤ４が回転駆動され、その回転によりリングギヤ４が回転駆動させることで、クランキングが行われる。

ここで、噛み合い音をできるだけ小さくするには、エンジン１の惰性回転が停止する直前、具体的には、ピニオンギヤ４に対するリングギヤ２の相対回転速度が所定の極低回転範囲（例えば０±１００ｒｐｍ）となる領域で両者を噛み合せる必要がある。特に、エンジン回転速度がゼロの場合には、音抑制の効果が高い。

その一方で、本実施形態のクランク角センサ２３１として使用されるような電磁ピックアップ式の回転センサでは、ＮＥ信号を出力できるエンジン回転速度に限界があり、極低回転速度領域（例えば２００〜３００ｒｐｍ以下の領域）でのエンジン回転速度を精度良く算出できない場合がある。これは、エンジン回転速度が極めて低い領域では、回転センサにおいて歯部（突起）の通過信号がエンジン回転数を演算所定時間内に検出できなくなるからである。ところが、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合い音を好適に抑制可能な回転速度領域は、ＮＥ信号からは算出不可能な回転速度領域に含まれている。そのため、ＮＥ信号に基づき算出されるエンジン回転速度ではピニオンギヤ４の駆動制御を適正に実施することができないおそれがある。つまり、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合わせを最適なタイミングで実施することができず、その結果、噛み合い音が大きくなってしまうおそれがある。

そこで本実施形態では、エンジン１の自動停止後に惰性回転している期間において、ＮＥ信号に基づき算出したエンジン回転速度に基づいて、エンジン惰性回転の回転軌道を予測する。そして、予測した回転軌道に基づいて、ピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み合わせるタイミングを制御する。回転軌道の予測について具体的には、ＮＥ信号に基づいて瞬時回転速度を算出し、瞬時回転速度が減少傾向にある期間での複数の瞬時回転速度を含む同回転速度に基づいて、上記回転軌道を予測する。

ここで、瞬時回転速度とは、クランク軸２１が所定回転角度(本実施形態では３０°ＣＡ)回転する度に、その回転に要した時間から算出される値である。

以下、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み合わせタイミングの制御について図５を参照しつつ詳細に説明する。

図５は、アイドルストップ時に内燃機関１の回転数とピニオンギヤ４の回転数とを同期して、ピニオンギヤ４をリングギヤ２へ噛み込ませながら内燃機関１を停止する回転数同期式プリメッシュのフローチャートである。この制御フローチャートで示した動作の処理は、ＥＣＵ１１にて繰り返し実行される。

車両が停止する過程の減速走行中には、減速感の向上と燃料消費量低減を目的として、ステップ５１０１で所定の条件（減速時燃料カット条件）が成立するとステップ１０２で燃料噴射弁１５の駆動を停止させる。これにより、内燃機関１への燃料供給の遮断(燃料カット)が実行され、エンジンブレーキが作動する。なお、減速時燃料カット条件としては、たとえば、「車速が２０ｋｍ／ｈ以上であり、かつエンジン回転数が１２００ｒｐｍ以上であり、かつ、不図示のアクセルペダルが踏み込まれていないこと」が挙げられる。

上述した減速時燃料カットの実行中にステップ５１０３において、エンジン回転数が燃料噴射を再開(リカバ)する所定の回転数（燃料噴射復帰回転数（たとえば１１００ｒｐｍ））まで低下し、燃料噴射復帰(リカバ)条件が成立するとステップ５１０４のサブルーチンで燃料噴射を再開(リカバ)させる燃料リカバ処理を実行する。燃料リカバ処理のサブルーチンについては後述する。

ステップ５１０４の燃料リカバ処理の実行後に、スロットル開度が全閉で内燃機関１が無負荷運転にある時、ステップ５１０５で、車速センサ３３やブレーキスイッチ３４などの各入力条件がコーストストップ条件を満たすと、ステップ５１０６で、燃料噴射弁１５の駆動を停止して、内燃機関１の燃料供給の遮断(燃料カット)を行う。なお、コーストストップ条件としては、たとえば、「車速がたとえば１４ｋｍ／ｈ以下であり、かつ不図示のブレーキペダルが踏み込まれていること」が挙げられる。

上述した燃料カット動作により、エンジン回転数は徐々に低下して、ステップ５１０７で、判定条件の所定値A（たとえばエンジン回転数が６００ｒｐｍ）以下となった時には、ステップ５１０８に進み、ピニオン予回転動作、即ちスタータモータ７へ通電し、ピニオンギヤセンサ２３８から算出されるピニオンギヤ回転数を所定値まで上昇させて、通電を停止する動作を行う。

この場合、上記のピニオン予回転動作により、ピニオンギヤ回転数は惰性によって時間とともに徐々に低下する。一方、エンジン回転数が吸入→圧縮→膨張→排気を繰り返して脈動しながら低下するので、リングギヤセンサ２３７から算出されるエンジン回転数とピニオン予回転動作によって徐々に低下しているピニオンギヤ回転数が同期するタイミングを予測し、ステップ５１０９で、プリメッシュ条件が成立した時、ステップ５１１０に進み、ピニオンギヤ移送を実行、即ちスタータモータ７およびアクチュエータ５への通電を開始し、回転するピニオンギヤ４をリングギヤ２へレバー６を介して噛み込ませる、いわゆるプリメッシュ状態とする。なお、プリメッシュ条件としては、たとえば、「リングギヤ２と完全にシンクロしたと仮定した時のピニオンギヤ４の回転数と、実際のピニオンギヤ４の回転数との差が±１００ｒｐｍ以内であること」が挙げられる。

ステップ５１１１で、たとえば不図示のブレーキペダルから足が離れるなどの運転者からの再始動要求、いわゆるチェンジ・オブ・マインドが無いと判定された場合は、ステップ５１１２に進み、上記プリメッシュ状態のまま、内燃機関本体１を完全停止させて、ステップ５１１３に進み、再始動要求を受けるまで、待機する。

ステップ５１１３の待機状態において、運転者の操作などにより、再始動要求を受けた時には、ステップ５１１６に進み、スタータモータ７へ通電し、燃料噴射を再開させて内燃機関を再始動させる。

また、ステップ５１１１において、運転者からのチェンジ・オブ・マインド要求が有りと判定された場合には、ステップ５１１４に進み、エンジン回転数が所定値Ｂ（たとえばエンジン回転数が６００ｒｐｍ）以下か否かを判定する。エンジン回転数が所定値Ｂ以下でない場合には、ステップ５１１６に進み、内燃機関回転数が所定値Ｂ以下の場合には、ステップ１１５に進み、所定時間だけスタータ本体３の駆動を禁止した後、ステップ１１６に進む。

その後、ステップ５１１７に進み、エンジン回転数が所定値Ｃ（たとえばエンジン回転数が５００ｒｐｍ）以上か否かを判定して、所定値Ｃ以上の場合は、ステップ５１１８に進み、スタータ本体３の駆動をＯＦＦとする。

以上のように、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との回転数同期式のプリメッシュ動作を行うことにより、ピニオンギヤ４がリングギヤ２へ噛み込むまでの時間を短縮することが出来るので、ギヤ噛み込み時に発生する騒音を低減できる。また、次回再始動時には、ピニオンギヤ４をリングギヤ２へ噛み込ませる動作が不要となるので、再始動要求を受けてから内燃機関が完爆に至るまでの始動時間を短縮できる。

図６は本実施形態のアイドルストップシステムにおける制御フローチャートであり、制御装置１１の内部で実施される。まずアイドルストップ条件が成立したことを受けて、ステップ６３０１にて燃料噴射を停止する。その結果、エンジン回転は惰性回転を始める。その後、スタータモータ７に通電する。この通電による回転を予回転と称する。スタータモータ７が予回転することにより、ピニオンギヤ４が予回転する。その予回転開始の判定はステップ６３０３で行う。予回転開始の判定方法としては、例えばエンジン回転速度が所定の回転速度を下回ったことを条件にすることが考えられる。予回転開始判定が成立した後は、ステップ６３０４でスタータモータ６３０４に通電して予回転を開始する。予回転は例えば一定時間、またはピニオンギヤ４の回転速度が所定の回転速度に到達すると終了する。その後は、通電をやめることでスタータモータ７が発生するトルクが失われ、ピニオンギヤ４は惰性回転に移行する。なお本実施例においては必ずしもスタータモータを予回転させる必要はなく、スタータモータが回転していない状態でも本発明を適用することはできる。予回転させることでエンジン回転速度、すなわちリングギヤ２の回転速度が比較的高い領域であってもピニオンギヤ４とリングギヤ２とのスムーズな噛み込みが可能になる。スタータモータ７の予回転後、ステップ６３０６にてピニオン押し出し判定を行って、押し出し指令を出す。この判定を行う際、判定によってピニオンギヤ４が押し出され、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に接触する時点でのリングギヤ２の回転速度とピニオンギヤ４の回転速度とを予測し、それらの回転速度差が所定の値になるように、押し出しタイミングを決め、判定を行う。すなわち、ピニオン押し出し手段の遅れ時間（Ｔdelay）であり、この遅れ時間を考慮して、前もって押し出し指令を出す。つまりピニオン押し出し手段の遅れ時間、すなわちピニオンが移動してリングギヤに到達するまでの時間の間のピニオンギヤ４の回転速度及びリングギヤ２の回転速度の変化を予測することで、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に接触した時点での両者の速度差を最適な速度差になるように飛出しタイミングを決めることができ、騒音が小さくスムーズな噛み込みを実現することができる。なお、将来のリングギヤ２の回転速度の予測は時々刻々制御装置によって行われる。すなわち、時々刻々のエンジン回転速度とクランク角の情報を使って将来のリングギヤ２の回転速度を予測する。以下では時々刻々将来のリングギヤ２の回転速度を予測しようとしている時点を予測開始時点と呼ぶ。ここでのピニオン押し出し判定の実施例に関しては後に詳しく述べる。

ピニオンギヤ４がリングギヤ２に噛み込んだ後に発生した再始動要求に対してはステップ６３０９にて直ちにスタータによる再始動を開始する。ピニオンギヤ４が噛み込み済みであるので、直ちにスタータモータ７に通電し、クランキングを開始することで素早い再始動を可能にする。一方、アイドルストップ開始からピニオンギヤ４が噛み込む前に、再始動要求が発生する可能性はある。それに対してはステップ６３０２とステップ６３０５にて判定し、ステップ６３１０にて燃料噴射を再開し、燃焼による再始動を試みる。アイドルストップ条件が成立し、燃料カットされた後でもエンジン回転が高い領域に関しては、燃焼噴射を再開して燃焼を再開することでエンジン回転を復帰させることができるが、エンジン回転が低い領域では燃焼を再開してもそのままエンジンが止まってしまうことがある。ステップ６３１１にてエンジンが燃焼復帰できたかどうかを判定し、燃焼復帰できなかった場合にだけステップ６３１２にてピニオンギヤ４をリングギヤ２に噛み込ませスタータモータ７による再始動を行う。燃焼復帰判定は、例えばエンジン回転速度が所定の値（例えば５０ｒ／min）を下回った時点で燃焼復帰できなかったと判定することができ、またエンジン回転速度が所定の値（例えば５００ｒ／min）を上回った時点で燃焼復帰完了と見なすことができる。

従来技術は、低エンジン回数数(200r/min以下)の領域において、クランク信号の間隔がエンジン回転数演算の間隔より長くなり、スタータ作動指令を判定するエンジン回転数が正確に演算できなくなり、将来回転数が精度良く算出できない。その結果、リングギヤ噛み込み時にピニオンとの回転数差が大きく(△Ne≧50r/min)なり、異音が発生していた。

そのため対応として、低エンジン回数数(200r/min以下)の領域において、エンジン回転数演算のタイミングに合わせて、クランク信号の情報を基に、クランク回転を計算することで将来エンジン回転数を算出する。その結果、リングギヤ回転数との差(△Ne≦50r/min)を実現することができ、異音を発生させることなくリングギヤに噛み込ませることができる。

次に将来のリングギヤ２の回転速度の予測方法について説明する。惰性回転中のエンジン回転速度は一定の変化率で減速していくという挙動はとらず、エンジン回転速度の変化率（角加速度）がクランク角に対応して周期的に変化する。本実施例では、この周期的に変化しているエンジン回転速度の変化率を利用して、将来のエンジン回転速度すなわち、リングギヤ２の回転速度を予測する。

また、図７にクランク信号間隔が長くなるような低エンジン回転数におけるエンジン回転数推定の方法を示す。

エンジン停止直前（クランク信号間隔が長くなるタイミング）で、ドライバがエンジン再始動要求を行った際に、ECUは最後のクランク信号からエンジン回転数を推定し空気の圧縮膨張を考慮して逆転を推定しているため、スタータの駆動指令がクランク信号の入力がなくても、リングギヤ２の逆転と判定した場合にスタータの作動指定を変更することができる。

図８は本発明を含むアイドルストップシステムを実施する際の制御動作の図であり、制御装置１１の内部で実施されるものである。図中のピニオン停止位置とは制御装置１１にてスタータの駆動を実施する前のピニオン位置である。その時のリングギヤ２の回転速度を図中に示す。制御装置１１にてピニオンがリングギヤに当接する際のエンジン回転数を推定し、推定したエンジン回転数が所定の範囲以内にあるかどうかでスタータ駆動を判断する。もし推定したエンジン回転数が所定の範囲以内であると判断された場合は、スタータを駆動してピニオンの動作を開始する。その後、ピニオンとリングギヤが当接を開始する際、実際のエンジン回転数が所定回転数以内であれば、リングギヤとピニオンから異音を発生させることなく、噛み込みが開始され噛み込み位置までピニオンが移動してスタータ駆動が可能となる。

しかし、図中の（２）のケースのように、ピニオン当接位置では、エンジン回転数が所定範囲以内にあったとしても、噛み込み位置まで移動する際に、異音が発生する場合がある。その理由は、ピニオンとリングギヤには噛み込みをよくするためにつくられた面取りが回転加速度の大きい時に、噛み込み滑りを発生させてしまい、うまく噛み込めずに、異音が発生してしまう。

図９はエンジン回転数が上昇する場合を示している。同様に制御装置１１にてピニオンがリングギヤに当接する際のエンジン回転数を推定し、推定したエンジン回転数が所定の範囲以内にあるかどうかでスタータ駆動を判断する。もし推定したエンジン回転数が所定の範囲以内であると判断された場合は、スタータを駆動してピニオンの動作を開始する。その後、ピニオンとリングギヤが当接を開始する際、実際のエンジン回転数が所定回転数以内であれば、リングギヤとピニオンから異音を発生させることなく、噛み込みが開始され噛み込み位置までピニオンが移動してスタータ駆動が可能となる。

しかし、図中の（２）のケースのように、ピニオン当接位置では、エンジン回転数が所定範囲以内にあったとしても、噛み込み位置まで移動する際に、異音が発生する場合がある。その理由は図７の下に記載しているように、ピニオンとリングギヤには噛み込みをよくするためにつくられた面取りが回転加速度の大きい時に、噛み込み滑りを発生させてしまい、うまく噛み込めずに、異音が発生してしまう。

図１０は、スタータ駆動がされる際にピニオンとリングギヤが面取り部で噛み込み滑りをおこす動作を示す。

ピニオンとリングギヤは、スタータ駆動時の噛み込みを良くするために、各ギヤに面取りが施されている。

面取りとは、リングギヤ及びピニオンギヤの角または隅を斜めに削りとった加工法であり、リングギヤとピニオンギヤの噛み込みが円滑に行われるようにしている。

この面取りはリングギヤ及びピニオンギヤが止まっている状態から噛み込みを行う場合に有効であるが、本発明の実施例のように、リングギヤが回転中にピニオンギヤを飛び込ませる場合は、角部を削り角面や丸面などの形状に加工した部分が、逆に噛み込む際に滑りやすく（噛み込み外れしやすく）なってしまう。

面取り部での滑り易さは、リングギヤとピニオンギヤの回転数差ではなく、回転加速度が大きさに比例する。

図１１にリングギヤとピニオンギヤの回転加速度の関係とギヤの滑り易さを示す。

これまでは、噛み込み時にリングギヤとピニオンギヤの回転数差で異音の評価をしていたが、リングギヤとピニオンギヤの回転数差の単位時間あたりの変化量が大きい場合、または、ピニオンギヤが回転しないシステムの場合、エンジン回転数の単位時間あたりの変化量（回転加速度）が大きい場合、リングギヤとピニンギヤが噛み込む際に、リングギヤまたはピニンギヤに施された面取り部で噛み込み滑りを起こしてしまい、ピニオンギヤとリングギヤの回転数差が所定範囲以内にも関わらず、異音を発生させてしまう。

そのために、リングギヤとピニオンギヤの噛み込み許可条件に、リングギヤとピニオンギヤの回転数差の単位時間あたりの変化量が大きいかどうかを加味することで、リングギヤとピニオンギヤの噛み込み時に発生する異音を少なくすることができる。

図１２に上記動作を実現させるための制御フローを示す。

アイドルストップ中の再始動要求に対して、内燃機関１のリングギヤ２へピニオンギヤ４を噛み込ませて再始動する方式のフローチャートである。この制御フローチャートで示した動作の処理は、ＥＣＵ１１にて繰り返し実行される。

車両が停止する過程の減速走行中には、減速感の向上と燃料消費量低減を目的として、ステップ１２０１で所定の条件（減速時燃料カット条件）が成立するとステップ１２０２で燃料噴射弁１５の駆動を停止させる。これにより、内燃機関１への燃料供給の遮断(燃料カット)が実行され、エンジンブレーキが作動する。なお、減速時燃料カット条件としては、たとえば、「車速が２０ｋｍ／ｈ以上であり、かつエンジン回転数が１２００ｒｐｍ以上であり、かつ、不図示のアクセルペダルが踏み込まれていないこと」が挙げられる。

ステップ1203で、たとえば不図示のブレーキペダルから足が離れるなどの運転者からの再始動要求、いわゆるチェンジ・オブ・マインド要求が有りと判定された場合には、ステップ1204に進み、エンジン回転数が所定値Ａ（たとえばエンジン回転数が０ｒｐｍ、つまりクランク信号入力がない）か否かを判定する。エンジン回転数が所定値Ａの場合には、ステップ1206に進み、エンジン回転数が所定値Ａでない場合には、エンジン回転数および回転加速度を算出する。
ステップ1206のエンジン回転数予測制御において、上述した燃料カット動作により、
エンジン回転数が吸入→圧縮→膨張→排気を繰り返して脈動しながら低下するので、クランク角センサ３６の入力間隔から算出されるエンジン回転数と回転加速度を算出する。

算出したエンジンによってピニオンと同期するタイミングを予測し、ステップ1208に進み、エンジン予測回転数または予測回転加速度が所定値B範囲（たとえばエンジン回転数差５０ｒｐｍ以内または回転加速度が5rpm／ms以内）か否かを判定する。エンジン予測回転数または予測回転加速度が所定値B範囲の場合には、同期タイミング条件が成立したとして、ステップ1209に進み、ピニオンギヤ４移送を実行、即ちスタータモータ７およびアクチュエータ５への通電を開始し、回転するピニオンギヤ４をリングギヤ２へレバー６を介して噛み込ませる。

なお、同期タイミング条件としては、たとえば、「リングギヤ２と完全にシンクロしたと仮定した時のピニオンギヤ４の回転数と、実際のピニオンギヤ４の回転数との差が−５０〜＋１００ｒｐｍ以内である、またはピニオンギヤ４の回転数とピニオンギヤ４の回転数との差の回転加速度が−５〜＋１０ｒｐｍ／ｍｓ以内であること」が挙げられる。

その後、ステップ1215に進み、エンジン回転数が所定値Ｃ（たとえばエンジン回転数が５００ｒｐｍ）以上か否かを判定して、所定値Ｃ以上の場合は、ステップ1216に進み、スタータ本体３の駆動をＯＦＦとする。

図１３の（A）部分は、再始動要求が出された状態においてもスタータが駆動しない場合の例として説明する。エンジン回転数（リングギヤ回転数）がスタータ噛み込み可能範囲以内にない場合は、再始動要求が出された状態においてもスタータ駆動を禁止することで、リングギヤとピニオンの噛み込み異音が発生させることを防止できる。

また、図１４の（Ｂ）部分は、エンジンの逆回転時（揺り戻し時）に、再始動要求が出された状態においてもスタータが駆動しない場合の例として説明する。エンジン回転数（リングギヤ回転数）がスタータ噛み込み可能範囲を外れた場合は、再始動要求が出された状態においてもスタータ駆動を禁止することで、リングギヤとピニオンの噛み込み異音が発生させることを防止できる。

１…エンジン（内燃機関）、２…リングギヤ、３…スタータ、４…ピニオンギヤ、５…アクチュエータ、６…レバー、７…スタータモータ、１０…アイドルストップスタータシステム、１１…ＥＣＵ、１３…半導体スイッチング素子、１５…燃料噴射弁、３７…リングギヤセンサ、３８…ピニオンギヤセンサ

Claims (4)

1. 車両の運転状態に基づいてエンジンを自動停止させる自動停止手段と、
   前記自動停止手段が前記エンジンの自動停止を実行してから前記エンジンが完全に停止するまでの期間中にスタータを制御して前記エンジンを再始動させる自動始動手段と、
   クランク信号に基づいて前記エンジンのクランク位相または回転数を検知または演算するエンジン回転検知手段と、を備え、
   前記エンジン回転検知手段の検知結果から求まるクランク角の角加速度の変化に基づいて将来のエンジン回転数を予測し、予測したエンジン回転数が所定範囲内にある場合に、前記自動始動手段によるスタータ駆動を許可することを特徴とする車載制御装置。
2. 前記クランク信号が出力される間隔の変化に基づいて前記スタータのピニオンとリングギアが同期する将来のエンジン回転数を求めるエンジン回転数算出手段を備え、
   前記自動始動手段は、前記エンジン回転数算出手段の算出結果に基づいて、前記スタータを制御することを特徴とする請求項１に記載の車載制御装置。
3. 前記スタータのピニオンの押し出し手段は前記ピニオンがリングギアに接触した時点での前記ピニオン及び前記リングギアの回転速度の速度差が所定値以下となるように前記ピニオンを制御することを特徴とする請求項１に記載の車載制御装置。
4. 前記自動始動手段は、前記エンジンの回転速度が前記スタータのリングギア噛み込み可能回転速度範囲内となってから前記スタータを駆動することを特徴とする請求項１に記載の車載制御装置。