JP6504006B2 - エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンと、通電によって回転力を発生するモータ及び前記モータの回転力が伝達されるピニオンギアを有するスタータと、を備えるシステムに適用されるエンジンの制御装置に関する。

この種の制御装置としては、エンジンの始動時における異音を低減するものが知られている。例えば下記特許文献１に記載された制御装置では、エンジン回転速度を判定速度まで上昇させた状態で点火を行うことにより、エンジンを始動させている。上記判定速度は、エンジンの定常運転可能範囲の最低回転速度よりも高い回転速度に固定されている。

特開２００２−１８８５４９号公報

ここで本願発明者は、上記判定速度を固定値に設定すると、クランキングによるクランク軸の回転速度の上昇過程で発生する異音が状況によっては増加する問題に直面した。このため、エンジンの始動時に発生する異音を低減する技術に関しては、未だ改善の余地を残すものとなっている。

本発明は、エンジンの始動時における異音を低減することができるエンジンの制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

第１の発明は、エンジン（１０）と、通電によって回転力を発生するモータ（３２）、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）、及び前記エンジンのクランク軸（１９）に連結されたリングギア（２３）に噛み合う位置まで前記ピニオンギアを押し出すピニオンシフト部（３３）を有するスタータ（３０）と、を備えるシステムに適用され、前記ピニオンシフト部により前記ピニオンギアを押し出して前記リングギアに噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより、前記エンジンのクランキングを行うクランキング制御部（５０）を備え、エンジン回転速度に含まれる脈動成分又はその相関値のいずれかである脈動パラメータに応じて、前記クランキングの終了タイミングを変化させる。

クランキング時において、エンジン回転速度には、脈動成分が含まれる。この脈動成分は、例えばエンジンシリンダに充填されるガス量に応じて変化する。この脈動成分が大きいほど、リングギアとピニオンギアとの間に作用するトルクが大きくなる。この場合、リングギアとピニオンギアとの間で異音が発生する。具体的には例えば、脈動成分が大きいとエンジンがシリンダ内のガスを圧縮する場合の駆動力が脈動成分が小さいときに比べて必要になりピニオンギアとリングギアとの接触部で大きなトルクが発生することに加え、脈動成分が大きいとリングギアの回転にピニオンギアの回転が追従できない状況が発生する。これにより、リングギアとピニオンギアとの衝突音を含む異音が発生する。

ここで、エンジン回転速度が高い領域において、脈動成分が大きいほど上記異音が大きくなる。このため、脈動成分が大きい場合には、クランキング終了時のエンジン回転速度は低い方が望ましい。

そこで上記発明では、エンジン回転速度に含まれる脈動成分又はその相関値のいずれかである脈動パラメータに応じて、クランキングの終了タイミングを変化させる。これにより、脈動パラメータが大きいほど、クランキングを終了させるエンジン回転速度を低くでき、エンジンの始動時においてリングギアとピニオンギアとの間で発生する異音を低減することができる。

ここで、脈動パラメータとしては、具体的には第２の発明のように、前記エンジン回転速度に含まれる脈動成分を採用することができる。

また、脈動パラメータとしては、具体的には第３の発明のように、前記エンジンの燃焼室（１０ａ）内に供給される吸気量を採用することができる。

エンジン回転速度に含まれる脈動成分は、燃焼室内に供給される吸気量と正の相関を有する。これは、吸気量が大きいほど、燃焼室の圧縮及び膨張による燃焼室内の圧力変動量が大きくなるためである。なお上記発明によれば、クランキングの終了タイミングを、エンジン回転速度を用いることなく把握できる。

第４の発明は、前記システムには、前記エンジンの燃焼室（１０ａ）に接続された吸気通路（１１）と、前記吸気通路から前記燃焼室内に供給される吸気量を調節すべく操作される吸気量調節部（１３，１４，２０）と、が備えられ、前記クランキング中において、前記吸気量を調節すべく前記吸気量調節部を操作する操作部（５０）を備える。

クランキング中における吸気量が小さいほど、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が小さくなるとともに、クランキングが開始されてから脈動パラメータが閾値に到達するまでの時間が長くなる。このため、吸気量が小さいほど、異音を小さいレベルに維持しながらクランキング時間を長くでき、クランキング終了時におけるエンジンの回転速度を高くすることができる。その結果、エンジン始動時に要する燃料量を低減することができる。この点に鑑み、上記発明では、クランキング中において吸気量調節部の操作により吸気量を調節できる構成とした。

第５の発明は、前記クランキングが開始された後、前記脈動パラメータが上昇して閾値以上になったか否かを判定する終了判定部（５０）と、前記終了判定部により前記脈動パラメータが前記閾値以上になったと判定された場合、前記クランキングを終了させる終了制御部（５０）と、前記脈動パラメータが前記閾値よりも小さい所定値以上になったか否かを判定する切替判定部（５０）と、を備え、前記操作部は、前記クランキングが開始されてから前記切替判定部により前記脈動パラメータが前記所定値以上になったと判定されるまでの期間において前記燃焼室内に供給される吸気量が、前記切替判定部により前記脈動パラメータが前記所定値以上になったと判定されてから前記終了判定部により前記脈動パラメータが前記閾値以上になったと判定されるまでの期間において前記燃焼室内に供給される吸気量よりも大きくなるように前記吸気量調節部を操作する。

エンジン回転速度に含まれる脈動成分に起因してリングギアとピニオンギアとの間で発生する異音は、エンジン回転速度が高いほど大きくなる。このため、エンジン始動時の前半においては、エンジン回転速度が低いため、エンジンを速やかに始動させるべく燃焼室内に供給する吸気量を多くしたとしても、上記異音が過度に大きくならない。一方、エンジンの回転速度が高くなるエンジン始動時の後半においては、エンジン回転速度が高くなるため、異音を抑制すべく燃焼室内に供給する吸気量を少なくすることが望ましい。

そこで上記発明では、閾値よりも小さい値を所定値と定義する。そして、クランキングが開始されてから脈動パラメータが所定値以上になったと判定されるまでの期間において燃焼室内に供給される吸気量が、脈動パラメータが所定値以上になったと判定されてから脈動パラメータが閾値以上になったと判定されるまでの期間において燃焼室内に供給される吸気量よりも大きくなるように吸気量調節部を操作する。これにより、リングギアとピニオンギアとの間で発生する異音を抑制しつつ、エンジンを速やかに始動させることができる。

ここで、吸気量調節部としては、具体的には第６の発明のように、前記吸気通路に設けられるスロットルバルブ装置（１３，１４）、及び前記エンジンの吸気バルブ（１６）の開閉タイミングを調節するバルブタイミング装置（２０）のうち少なくとも一方を含むといった構成を採用することができる。

第７の発明は、前記クランキングの開始後において前記脈動パラメータが判定値以上であるか否かを判定するサブ判定部（５０）を備え、前記サブ判定部により前記判定値以上であると判定された場合、前記エンジンの燃焼室における混合気の着火後に前記クランキングを終了させ、前記サブ判定部により前記判定値未満であると判定された場合、前記燃焼室における混合気の着火前に前記クランキングを終了させる。

エンジン回転速度に含まれる脈動成分が大きいと、クランキングが終了された場合であっても、その直後のエンジン回転速度は脈動成分の振幅分だけ小さくなる。この場合、エンジンの始動に要する燃料噴射量が不足してエンジンの失火が生じる懸念がある。したがって、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が大きい場合には、混合気の着火後にクランキングを終了させることが望ましい。

そこで上記発明では、クランキングの開始後において脈動パラメータが判定値以上であると判定した場合、脈動成分が大きいと判定し、燃焼室における混合気の着火後にクランキングを終了させる。このため、失火を生じさせることなく、エンジンを適正に始動させることができる。

一方、脈動パラメータが判定値未満であると判定した場合、脈動成分が小さいと判定し、燃焼室における混合気の着火前にクランキングを終了させる。着火前にクランキングを終了できるのは、脈動成分が小さい場合、脈動成分が大きい場合よりもエンジンの始動に必要な噴射燃料を予測しやすいためである。これにより、燃焼を開始させるための燃料増量分を低減できるとともに、クランキング時間を短くすることができる。

第８の発明は、前記エンジンのアイドリング回転速度よりも低い回転速度が所定速度と定義されており、前記スタータは、前記クランキングが開始されてから、前記エンジン回転速度が前記所定速度に到達するまでの時間が所定時間以下となるものであり、前記クランキングが開始された後、前記脈動パラメータが上昇して閾値以上になったか否かを判定する終了判定部（５０）と、前記終了判定部により前記脈動パラメータが前記閾値以上になったと判定された場合、前記クランキングを終了させる終了制御部（５０）と、を備え、前記閾値は、前記クランキングが開始されてから前記所定時間経過するタイミングにおいて前記脈動パラメータが取り得る範囲の最小値に設定されている。

上記発明では、エンジンのアイドリング回転速度よりも低い回転速度を所定速度と定義する。そして、スタータは、クランキングが開始されてからエンジン回転速度が上記所定速度に到達するまでの時間が所定時間以下となるものである。この構成を前提として、上記閾値は、クランキングが開始されてから上記所定時間経過するタイミングにおいて脈動パラメータが取り得る範囲の最小値に設定されている。この設定により、脈動成分が大きいほど、クランキング時間が短くなり、クランキング終了時におけるエンジン回転速度を低くすることができる。

第１実施形態に係る車載制御システムの全体構成図。 エンジン始動制御処理の手順を示すフローチャート。 閾値Ｇｔｈの設定手法を説明するためのタイムチャート。 クランキング終了時のエンジン回転速度と吸気量との関係を示す図。 燃料増量が必要な領域及び不必要な領域を示す図。 エンジン始動制御処理の一例を示すタイムチャート。 第２実施形態に係るエンジン始動制御処理の手順を示すフローチャート。 第３実施形態に係るエンジン始動制御処理の手順を示すフローチャート。 脈動成分が小さい場合のエンジン始動制御処理を示すタイムチャート。 脈動成分が大きい場合のエンジン始動制御処理を示すタイムチャート。 第４実施形態に係るエンジン始動制御処理を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明に係るエンジンの制御装置を、車載主機として多気筒（例えば４気筒）４サイクルエンジンを搭載した車両に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

図１に示すように、車両は、エンジン１０、スタータ３０、及び制御装置であるＥＣＵ５０を備えている。本実施形態では、エンジン１０として、ガソリンを燃料とした火花点火式エンジンを用いている。エンジン１０において、吸気通路１１には吸気量を検出する吸気量センサとしてのエアフローメータ１２が設けられている。吸気通路１１においてエアフローメータ１２の下流側には、ＤＣモータなどのスロットルアクチュエータ１３により吸気通路１１の流路面積が調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４を介して吸入される空気は、エンジン１０の各気筒の吸気ポートを介してエンジンの燃焼室１０ａに供給される。各気筒の吸気ポートには、燃焼室１０ａ内に燃料を供給する燃料噴射弁１５が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポートには吸気バルブ１６が設けられ、エンジン１０の排気ポートには排気バルブ１７が設けられている。吸気バルブ１６の開弁により、吸入された空気が燃焼室１０ａ内に導入される。排気バルブ１７の開弁により、燃焼後の排気が排気通路１８に排出される。エンジン１０のクランク軸１９の回転に基づいて、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトがそれぞれ回転させられる。そして、吸気カムシャフトに設けられたカム及び排気カムシャフトに設けられたカムにより、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７がそれぞれ往復駆動される。なお、排気通路１８には、排気を浄化するための図示しない触媒（例えば三元触媒）等が設けられている。

吸気バルブ１６には、その開閉タイミングを可変とする吸気バルブ装置２０が設けられ、排気バルブ１７には、その開閉タイミングを可変とする排気バルブ装置２１が設けられている。吸気バルブ装置２０は、クランク軸１９と吸気カムシャフトとの相対回転位相を変更し、排気バルブ装置２１は、クランク軸１９と排気カムシャフトとの相対回転位相を変更する。吸気バルブ装置２０及び排気バルブ装置２１は、例えば油圧駆動式の可変バルブタイミング機構により実現される。なお本実施形態において、吸気バルブ装置２０、スロットルアクチュエータ１３及びスロットルバルブ１４が吸気量調節部に相当する。

本実施形態において、吸気バルブ１６の開閉タイミングは、所定の最遅角位置を基準に進角側に調整され、その進角側への調整量を吸気側進角値として定義する。つまり、吸気側進角値は、吸気バルブ装置２０が動作していない初期状態において０°ＣＡに設定され、吸気バルブ装置２０の動作により進角側に調整される。吸気側進角値は、例えば、最遅角である０°ＣＡから４０°ＣＡの範囲に設定される。また、排気バルブ１７の開閉タイミングは、所定の最進角位置を基準に遅角側に調整され、その遅角側への調整量を排気側遅角値として定義する。つまり、排気側遅角値は、排気バルブ装置２１が動作していない初期状態において０°ＣＡに設定されており、排気バルブ装置２１の動作により遅角側に調整される。排気側遅角値は、例えば、最進角である０°ＣＡから４０°ＣＡの範囲に設定される。

エンジン１０のシリンダヘッドには、各気筒に対応した点火プラグ２２が取り付けられている。点火プラグ２２には、図示しない点火コイル等を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２２の対向電極間に放電火花が発生し、燃焼室１０ａ内において燃料と空気との混合気が点火されて燃焼に供される。なお、燃焼によって発生するクランク軸１９の回転動力は、図示しない駆動輪に伝達される。

スタータ３０は、ピニオン押出し式のエンジン始動装置であり、ピニオンギア３１と、ピニオンギア３１を回転駆動するモータ３２と、ピニオンギア３１をその軸線方向に押出し可能な電磁アクチュエータ３３とを備えている。モータ３２は、モータ通電用リレー３４を介してバッテリ３５に電気的に接続され、モータ通電用リレー３４のスイッチ部がオンされることにより、バッテリ３５からモータ３２への給電が可能になっている。また、モータ通電用リレー３４のコイルには、電気信号によりオンオフ可能なモータ駆動リレー３６が接続されている。モータ駆動リレー３６へのオン信号によりモータ通電用リレー３４のスイッチ部がオンされると、バッテリ３５からモータ３２への給電が行われ、モータ３２が回転駆動する。

電磁アクチュエータ３３は、ピニオンギア３１にレバー等を介して駆動力を伝達するプランジャ３７と、通電に伴いプランジャ３７を軸線方向に吸引して移動させるコイル３８と、リターンスプリング３９とを備えており、ピニオン駆動リレー４０を介してバッテリ３５に電気的に接続されている。本実施形態において、ピニオン駆動リレー４０は、モータ駆動リレー３６に対する電気信号とは別個の電気信号によりオンオフ可能となっている。これにより、モータ３２によるピニオンギア３１の回転駆動と、電磁アクチュエータ３３によるピニオンギア３１の押出しとを独立して制御可能になっている。なお、本実施形態において、電磁アクチュエータ３３が「ピニオンシフト部」に相当する。

ピニオンギア３１は、クランク軸１９に連結されたリングギア２３と噛み合う連結位置、又はリングギア２３と非接触の状態とされる非連結位置に移動可能に設けられている。詳しくは、コイル３８への非通電時には、リターンスプリング３９の付勢力により、ピニオンギア３１は非連結位置に位置している。この状態において、ＥＣＵ５０から出力されるピニオン駆動リレー４０へのオン信号によってピニオン駆動リレー４０がオンされると、バッテリ３５からコイル３８へと給電される。これにより、リターンスプリング３９の付勢力に打ち勝ってプランジャ３７が軸線方向に吸引されるとともに、ピニオンギア３１がリングギア２３に向かって押し出される。このとき、リングギア２３の外周縁に設けられた歯と歯との間に、ピニオンギア３１の外周縁に設けられた歯が嵌り込むことにより、ピニオンギア３１の歯とリングギア２３の歯との噛み合いが生じる。また、この噛み合いが生じている状態でモータ３２へ通電されることにより、ピニオンギア３１によってリングギア２３が回転され、クランキングが行われる。

その後、ＥＣＵ５０から出力されるピニオン駆動リレー４０へのオフ信号によってピニオン駆動リレー４０がオフされると、バッテリ３５からコイル３８への給電が停止される。これにより、リターンスプリング３９の付勢力によってプランジャ３７が移動され、ピニオンギア３１がリングギア２３から離脱する。

なお、モータ３２の回転力は、ワンウェイクラッチ４１を介してピニオンギア３１に伝達される。ワンウェイクラッチ４１は、ピニオンギア３１がリングギア２３を連れ回そうとする回転力のみをモータ３２からピニオンギア３１に伝達し、クランク軸１９の回転によってピニオンギア３１が連れ回されることを空転により遮断する部材である。

クランク軸１９付近には、クランク軸１９の回転角度を検出するクランク角センサ２４が設けられている。クランク角センサ２４の出力信号に加えて、エアフローメータ１２の出力信号は、ＥＣＵ５０に入力される。また、スロットルバルブ１４の開度や、ユーザがエンジン１０の始動を指示するイグニッションキーの操作状態に関する信号ＩＧも、ＥＣＵ５０に入力される。ＥＣＵ５０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することにより、アイドリングストップ制御、及びエンジン１０の燃焼制御等を行う。なお、アイドリングストップ制御は、エンジン１０の運転時に所定の停止条件が成立するとエンジン１０を自動停止させるとともに、その後、所定の再始動条件が成立するとエンジン１０を再始動させるものである。

ところで、スタータ３０によるクランキング時において、エンジン回転速度は小刻みな変動をしつつ変化する。この小刻みな変動を本明細書では脈動成分と呼ぶ。すなわち、クランク軸１９の回転速度であるエンジン回転速度には、脈動成分が含まれる。これは、エンジン１０の各気筒において、燃焼室１０ａの圧縮及び膨張が繰り返されるためである。上記脈動成分が大きいほど、リングギア２３の回転速度に含まれる脈動成分が大きくなり、リングギア２３とピニオンギア３１との間に作用するトルクが大きくなる。この場合、リングギア２３とピニオンギア３１との間で異音が発生する。具体的には例えば、脈動成分が大きくなると、リングギア２３の回転にピニオンギア３１の回転が追従できない状況が発生することにより、リングギア２３とピニオンギア３１との衝突音を含む異音が発生する。本実施形態では、この異音を低減すべく、燃焼室１０ａに供給される吸気量が大きいほど、クランキング終了時のエンジン回転速度を低くするエンジン１０の始動制御処理をクランキング制御部が行う。以下、吸気量が大きいほどクランキング終了時のエンジン回転速度を低くできる具体例を説明する。

図２に、本実施形態に係る始動制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０によって実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、燃料噴射弁１５からの燃料噴射が停止されているか否かを判定する。ステップＳ１０において停止されていると判定した場合には、ステップＳ１２に進み、エンジン１０の始動要求があるか否かを判定する。本実施形態において、始動要求には、ユーザがイグニッションキーを操作することによりエンジン１０の始動が指示されたことと、アイドリングストップ制御によりエンジン１０の再始動条件が成立したこととが含まれる。

ステップＳ１２において始動要求があると判定した場合には、ステップＳ１４に進み、モータ駆動リレー３６とピニオン駆動リレー４０とをオンしてスタータ３０を駆動させる。これにより、クランキングが開始される。なお本実施形態では、クランキングが開始されてから、エンジン１０の初爆が生じるまでにおける期間に渡って、スロットルバルブ１４の開度は予め定められた開度に固定され、吸気バルブ１６及び排気バルブ１７の開閉タイミングは予め定められたタイミングに固定されているものとする。

続くステップＳ１６では、エアフローメータ１２により検出された吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈ以上になったか否かを判定する。ステップＳ１６の処理は、クランキングを終了させるか否かを判定するための処理である。本実施形態において、ステップＳ１６の処理が脈動成分検出部及び終了判定部を含む。以下、図３を用いて、閾値Ｇｔｈの設定手法について説明する。

図３に、クランキングが開始されてからのエンジン回転速度ＮＥ及び吸気量の推移を示す。なお、図３には、エンジン回転速度ＮＥとして、脈動成分を除いたエンジン回転速度を示した。

図３において、時刻ｔ１はクランキングの開始タイミングを示し、時刻ｔ２はエンジン回転速度ＮＥが所定速度Ｎα（例えば４５０ｒｐｍ）に到達するタイミングを示す。本実施形態に係るスタータ３０は、図３に示すように、クランキングが開始されてからエンジン回転速度ＮＥが所定速度Ｎαに到達するまでの時間Ｔαが所定時間（例えば０．３秒）以下となるものである。具体的には例えば、スタータ３０は、初期状態において、上記時間Ｔαが所定時間未満の時間（例えば０．２秒）となるものである。ここで初期状態とは、例えば、バッテリ３５が満充電状態であってかつ、スタータ３０及びバッテリ３５に経時劣化が生じていない状態のことである。

そして、上記閾値Ｇｔｈは、クランキングが開始されてから上記所定時間Ｔα経過するタイミングにおいて吸気通路１１を流れる吸気量が取り得る範囲のうち最小値Ｇｍｉｎに設定されている。上記閾値Ｇｔｈは、実験等により予め定められる値である。図３において、Ｇｍａｘは、クランキングが開始されてから上記所定時間Ｔα経過するタイミングにおいて吸気通路１１を流れる吸気量が取り得る範囲のうち最大値を示す。

このように閾値Ｇｔｈを設定することにより、リングギア２３とピニオンギア３１との間で発生する異音を低減することができる。つまり、エンジン回転速度ＮＥに含まれる脈動成分に起因してリングギア２３とピニオンギア３１との間で発生する異音は、エンジン回転速度ＮＥが高いほど大きくなる。ここで、図４に示すように、実際の吸気量が大きいほど、クランキングが開始されてから吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈ以上となるまでの時間が短くなり、クランキング終了時におけるエンジン回転速度ＮＥが低くなる。したがって、実際の吸気量が大きいほど、クランキングが開始されてから吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈ以上になるまでの時間を短くでき、クランキング終了時におけるエンジン回転速度ＮＥを低くできる。その結果、上記異音を低減できる。

ちなみに、脈動成分が小さくなると、リングギア２３の回転に対するピニオンギア３１の回転の追従性がよくなり、クランキング終了時におけるエンジン回転速度が高くなっても、上記異音が目立たなくなる。

なお本実施形態において、所定速度Ｎαは、図５に示すように、エンジン１０の始動時において燃料増量が必要な増量必要領域Ｓ１と、燃料増量が不要な増量不要領域Ｓ２との境界である境界速度Ｎｍｉｎよりも高くて、かつ、エンジン１０のアイドリング回転速度Ｎｉｄよりも低く設定されている。各領域Ｓ１，Ｓ２について説明すると、エンジン回転速度ＮＥが高いほど、エンジン１０の初爆に要する燃料噴射量である始動時噴射量Ｑｉｎｊが少なく設定されている。また、境界速度Ｎｍｉｎよりも高回転側におけるエンジン回転速度ＮＥの増加分に対する始動時噴射量Ｑｉｎｊの減少分は、境界速度Ｎｍｉｎよりも低回転側におけるエンジン回転速度ＮＥの増加分に対する始動時噴射量Ｑｉｎｊの減少分よりも小さく設定されている。

先の図２の説明に戻り、ステップＳ１６において肯定判定した場合には、ステップＳ１８に進み、モータ駆動リレー３６とピニオン駆動リレー４０とをオフにしてスタータ３０の駆動を停止させる。これにより、クランキングが終了される。本実施形態において、ステップＳ１８の処理が終了制御部に相当する。

続くステップＳ２０では、燃料噴射弁１５による燃料噴射制御、及び点火プラグ２２による点火制御を行う。

図６に、本実施形態に係るエンジン１０の始動制御処理の一例を示す。ここで、図６（ａ）はエンジン回転速度ＮＥの推移を示し、図６（ｂ）は吸気量Ｇｒの推移を示し、図６（ｃ）はスタータ３０の駆動状態の推移を示し、図６（ｄ）はモータ３２に流れる電流の推移を示す。なお図６において、吸気量が大きい場合の各推移を実線にて示し、吸気量が少ない場合の各推移を一点鎖線にて示した。

図示される例では、吸気量が大きい場合、時刻ｔ１においてクランキングが開始された後、吸気量Ｇｒが徐々に増加する。そして、クランキングが開始された後の吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈに到達する時刻ｔ２においてクランキングが終了される。

一方、吸気量が小さい場合、時刻ｔ１の後の吸気量Ｇｒの増加速度が、吸気量が大きい場合における吸気量Ｇｒの増加速度よりも低い。このため、時刻ｔ２よりも後の時刻ｔ３において吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈに到達し、クランキングが終了される。クランキング制御部は、吸気量が大きいほどクランキング終了信号を早期にスタータに送ることを判定する終了判定部を有する。そしてクランキング制御部は、クランキング開始信号をスタータに送る開始判定部をさらに備える。前記終了判定部は、前記開始判定部により前記クランキング開始信号をスタータに送った後の前記吸気量が所定閾値に達したタイミングを、クランキング終了信号をスタータに送る終了タイミングと判定する。吸気量の測定は、吸気量センサを用い、周知の技術で行う。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

クランキングが開始された後、吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈ以上になったと判定した場合にクランキングを終了させた。これにより、エンジン回転速度に含まれる実際の脈動成分が大きいほど、クランキング終了時におけるエンジン回転速度ＮＥを低くでき、リングギア２３とピニオンギア３１との間で発生する異音を低減することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、吸気量Ｇｒに代えて、エンジン回転速度に含まれる脈動成分を用いてクランキングの終了タイミングを判定する。

図７に、本実施形態に係るエンジン１０の始動制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０によって実行される。なお図７において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１４の処理の後、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、エンジン回転速度ＮＥに含まれる脈動成分の振幅ΔＮを検出する。脈動成分の振幅ΔＮは、先の図６（ａ）に示すように、クランキングが開始されてからのエンジン回転速度ＮＥの上昇過程におけるエンジン回転速度ＮＥの極小値Ｎ１と極大値Ｎ２との差として検出すればよい。ここでは、例えば、エンジン回転速度ＮＥの極小値及び極大値が出現するたびに脈動成分の振幅ΔＮを更新してもよい。また例えば、エンジン回転速度ＮＥの極小値及び極大値が出現するたびに、これまでに算出した極大値及び極小値の差を平均化した値を脈動成分の振幅ΔＮとして算出してもよい。このように更新又は算出された脈動成分の振幅ΔＮは、クランキング開始後、時間経過とともに徐々に増加する時系列となる。なお、エンジン回転速度ＮＥは、クランク角センサ２４の検出値に基づいて算出すればよい。

そしてステップＳ２２では、脈動成分の振幅ΔＮが閾値Δｔｈ以上になったか否かを判定する。閾値Δｔｈは、実験等により予め定められる値である。ステップＳ２２の処理は、クランキングを終了させるか否かを判定するための処理である。閾値Δｔｈは、クランキングが開始されてから上記所定時間Ｔα経過するタイミングまでにおいて、脈動成分の振幅が取り得る範囲の最小値に設定されている。ステップＳ２２において肯定判定した場合には、ステップＳ１８に進む。

以上説明した本実施形態によっても、エンジン１０の始動時における異音を低減することができる。なお、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が大きい場合、吸気量を正確に把握しにくくなるといった問題が生じ得る。このときであっても、本実施形態によれば、エンジン回転速度ＮＥに基づく脈動成分の振幅ΔＮを用いるため、エンジン回転速度に含まれる脈動成分を適正に把握してクランキング終了タイミングを判定できる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が大きい場合、燃焼室１０ａ内における混合気の着火後にクランキングを終了させる。

図８に、本実施形態に係るエンジン１０の始動制御処理の手順を示す。この処理は、ＥＣＵ５０によって実行される。なお図８において、先の図２に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１４の処理の後、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、エンジン回転速度ＮＥが、先の図４に示した境界速度Ｎｍｉｎ以上になったか否かを判定する。本実施形態において、ステップＳ２４の処理がサブ判定部に相当し、境界速度Ｎｍｉｎが規定速度に相当する。ステップＳ２４において肯定判定した場合には、ステップＳ２６に進み、吸気量Ｇｒが判定値Ｇα以上になったか否かを判定する。この処理は、エンジン回転速度ＮＥに含まれる実際の脈動成分の振幅が基準となる振幅よりも大きいか否かを判定するための処理である。なお本実施形態において、上記判定値Ｇαは、実験等により予め定められた固定値に設定されている。具体的には例えば、判定値Ｇαは、上記初期状態において、エンジン回転速度ＮＥが境界速度Ｎｍｉｎに到達するタイミングで吸気量が取り得る範囲の中間の値に設定されればよい。

ステップＳ２６において肯定判定した場合には、ステップＳ２８において燃料噴射制御及び点火制御を行う。その後、ステップＳ３０において初爆が発生したか否かを判定する。ここで初爆が発生したか否かは、例えば、エンジン回転速度ＮＥに基づいて判定すればよい。ステップＳ３０において肯定判定した場合には、ステップＳ３２に進み、モータ駆動リレー３６とピニオン駆動リレー４０とをオフにしてクランキングを終了させる。

燃料噴射制御及び点火制御を開始させて混合気を着火させた後にクランキングを終了させるのは、エンジン１０の失火が発生するのを回避するためである。つまり、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が大きいと、クランキング開始後、吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈに到達した場合であっても、その到達直後のエンジン回転速度は、脈動成分の振幅分だけ小さくなる。このため、吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈに到達したことをもってクランキングを終了させると、燃料噴射量が不足してエンジン１０の失火が生じる懸念がある。したがって、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が大きい場合には、混合気の着火後にクランキングを終了させることが望ましい。このため本実施形態では、ステップＳ２６〜Ｓ３２の処理を設けた。

一方、ステップＳ２６において否定判定した場合には、ステップＳ３４に進み、吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈ以上になったか否かを判定する。この処理は、クランキングを終了させるか否かを判定するための処理である。ステップＳ３４において肯定判定した場合には、モータ駆動リレー３６とピニオン駆動リレー４０とをオフにしてクランキングを終了させる。その後、ステップＳ３８において燃料噴射制御及び点火制御を行う。

ステップＳ２６において否定判定した場合、クランキングを終了させてから燃料噴射制御及び点火制御を開始させるのは、クランキング時間を短縮するためである。つまり、エンジン回転速度に含まれる脈動成分の振幅が小さいと、燃料噴射量を正確に予測でき、失火の確率が低くなる。また、クランキング中にスタータ３０の駆動を停止させても、慣性回転によりエンジン回転速度は上昇する。したがって、脈動成分の振幅が小さい場合には、着火前にクランキングを停止させても、初爆を発生させることができる。したがって、早期にクランキングを停止でき、クランキング時間を短縮できる。

図９及び図１０を用いて、本実施形態に係るエンジン１０の始動制御処理の一例を示す。ここで図９及び図１０において、（ａ）はエンジン回転速度ＮＥの推移を示し、（ｂ）はモータ３２に流れる電流の推移を示す。また、図９は、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が小さい場合の各推移を示し、図１０は、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が図８における脈動成分よりも大きい場合の各推移を示す。

まず、脈動成分が小さい場合について説明する。図９に示す例では、クランキングが開始された後、時刻ｔ１前に吸気量Ｇｒが判定値Ｇα未満であると判定される。その後時刻ｔ１において吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈに到達したと判定され、クランキングが終了される。その後、燃料噴射制御及び点火制御が開始され、時刻ｔ２においてエンジン１０に初爆が発生する。

続いて、脈動成分が大きい場合について説明する。図１０に示す例では、クランキングが開始された後、吸気量Ｇｒが判定値Ｇα以上であると判定される。その後、燃料噴射制御及び点火制御が開始され、時刻ｔ１において初爆が発生する。そして、時刻ｔ２において初爆が発生したと判定されることにより、クランキングが終了される。

以上説明した本実施形態によれば、エンジン回転速度に含まれる脈動成分が大きい場合において、エンジン１０の始動時における失火の発生を回避することができる。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、上記第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、クランキングが開始されてから終了されるまでの期間において、燃焼室１０ａ内に供給する吸気量を調節する。以下、吸気量の調節手法について図１１を用いて説明する。図１１（ａ）はエアフローメータ１２により検出される吸気量Ｇｒの推移を示し、図１１（ｂ）は燃焼室１０ａ内に供給される吸気量Ｓｐの推移を示す。

時刻ｔ１においてクランキングが開始されてから、吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈよりも小さい所定値Ｇβ以上になったとＥＣＵ５０により判定される時刻ｔ２までの期間を第１期間ＴＬ１とする。また、時刻ｔ２から、吸気量Ｇｒが閾値Ｇｔｈに到達したとＥＣＵ５０により判定される時刻ｔ３までの期間を第２期間ＴＬ２とする。本実施形態では、第１期間ＴＬ１において燃焼室１０ａ内に供給される単位時間あたりの吸気量を、第２期間ＴＬ２において燃焼室１０ａ内に供給される単位時間あたりの吸気量よりも大きくなるように、スロットルバルブ１４及び吸気バルブ装置２０を操作する。詳しくは、第２期間ＴＬ２におけるスロットルバルブ１４の開度を第１期間ＴＬ１におけるスロットルバルブ１４の開度よりも小さく設定する。また、第２期間ＴＬ２における吸気バルブ１６の吸気側進角値を、第１期間ＴＬ１における吸気側進角値よりも小さくするように吸気バルブ装置２０を操作する。すなわち、第２期間ＴＬ２における吸気バルブ１６の開弁タイミングを、第１期間ＴＬ１における吸気バルブ１６の開弁タイミングより遅くするように吸気バルブ装置２０を操作する。なお本実施形態において、ＥＣＵ５０が切替判定部及び操作部を含む。

ちなみに、時刻ｔ３以降においては、第２期間ＴＬ２において燃焼室１０ａ内に供給される単位時間あたりの吸気量よりも吸気量が大きくなるように、スロットルバルブ１４及び吸気バルブ装置２０を操作する。

上述した構成は、リングギア２３とピニオンギア３１との間で発生する異音を抑制しつつ、エンジン１０を速やかに始動させるためのものである。つまり、エンジン回転速度に含まれる脈動成分に起因して発生する異音は、エンジン回転速度が高いほど大きくなる。このため、エンジン１０の始動時の前半においては、エンジン回転速度が低いため、エンジン１０を速やかに始動させるべく燃焼室１０ａ内に供給する吸気量を多くしたとしても、上記異音が目立たない。一方、エンジン回転速度が高くなるエンジン１０の始動時の後半においては、エンジン回転速度が高くなるため、異音を抑制すべく燃焼室１０ａ内に供給する吸気量を少なくすることが望ましい。この点に鑑み、本実施形態では、第２期間ＴＬ２において燃焼室１０ａ内に供給される吸気量を、第１期間ＴＬ１において燃焼室１０ａ内に供給される吸気量よりも小さく設定した。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・上記第１実施形態の図２のステップＳ１８において、モータ駆動リレー３６とピニオン駆動リレー４０とのうちいずれか一方のみをオフすることにより、クランキングを終了させてもよい。

・上記第３，第４実施形態において、クランキングの終了タイミングの判定に、吸気量Ｇｒに代えて、脈動成分の振幅ΔＮを用いてもよい。

・吸気量が大きいほど、クランキングを終了させるエンジン回転速度を低くする手法としては、上記第１実施形態に例示したものに限らない。例えば、クランキング開始後の吸気量Ｇｒの増加速度又は増加量が大きいほど、クランキング終了時におけるエンジン回転速度を低くしてもよい。

・クランキング中において燃焼室１０ａ内に供給される吸気量を調節する手法としては、上記第４実施形態に例示したものに限らない。例えば、エンジン回転速度ＮＥから算出した脈動成分の振幅ΔＮをその目標値に制御するように、スロットルアクチュエータ１３の開度、及び吸気バルブ１６の開閉タイミングのうち少なくとも一方を操作する手法であってもよい。ここで上記目標値は、例えば、実験等により予め定めた固定値に設定されてもよい。

・エンジンとしては、火花点火式のものに限らず、例えば、ディーゼルエンジン等の圧縮着火式のものであってもよい。この場合、エンジン回転速度に含まれる脈動成分と相関を有する脈動パラメータとして燃焼室内に供給される吸気量が用いられるとき、吸気量には、新気に加え、ＥＧＲガスが含まれてもよい。

１０…エンジン、１９…クランク軸、２３…リングギア、３０…スタータ、３１…ピニオンギア、５０…ＥＣＵ。

Claims (10)

1. エンジン（１０）と、
   通電によって回転力を発生するモータ（３２）、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）、及び前記エンジンのクランク軸（１９）に連結されたリングギア（２３）に噛み合う位置まで前記ピニオンギアを押し出すピニオンシフト部（３３）を有するスタータ（３０）と、を備えるシステムに適用され、
   前記ピニオンシフト部により前記ピニオンギアを押し出して前記リングギアに噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより、前記エンジンのクランキングを行うクランキング制御部（５０）を備え、
   エンジン回転速度に含まれる脈動成分の相関値を脈動パラメータとする場合、前記脈動パラメータとしての前記エンジンの燃焼室（１０ａ）内に供給される吸気量が少ないほど、前記クランキングを終了する前記エンジン回転速度を高くし、前記吸気量が多いほど、前記クランキングを終了する前記エンジン回転速度を低くするエンジンの制御装置。
2. エンジン（１０）と、
   通電によって回転力を発生するモータ（３２）、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）、及び前記エンジンのクランク軸（１９）に連結されたリングギア（２３）に噛み合う位置まで前記ピニオンギアを押し出すピニオンシフト部（３３）を有するスタータ（３０）と、
   前記エンジンの燃焼室（１０ａ）に接続された吸気通路（１１）と、
   前記吸気通路から前記燃焼室内に供給される吸気量を調節すべく操作される吸気量調節部（１３，１４，２０）と、を備えるシステムに適用され、
   前記ピニオンシフト部により前記ピニオンギアを押し出して前記リングギアに噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより、前記エンジンのクランキングを行うクランキング制御部（５０）を備え、
   エンジン回転速度に含まれる脈動成分又はその相関値のいずれかである脈動パラメータに応じて、前記クランキングの終了タイミングを変化させ、
   前記クランキングが開始されてから前記クランキングが終了するまでの期間のうち、前記クランキングが開始されてから前記クランキングの途中までの期間を第１期間とし、残りの期間を第２期間とする場合、前記第１期間において前記燃焼室内に供給される吸気量が、前記第２期間において前記燃焼室内に供給される吸気量よりも大きくなるように、前記吸気量調節部を操作する操作部（５０）を備えるエンジンの制御装置。
3. エンジン（１０）と、
   通電によって回転力を発生するモータ（３２）、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）、及び前記エンジンのクランク軸（１９）に連結されたリングギア（２３）に噛み合う位置まで前記ピニオンギアを押し出すピニオンシフト部（３３）を有するスタータ（３０）と、
   前記エンジンの燃焼室（１０ａ）に接続された吸気通路（１１）と、
   前記吸気通路から前記燃焼室内に供給される吸気量を調節すべく操作される吸気量調節部（１３，１４，２０）と、を備えるシステムに適用され、
   前記ピニオンシフト部により前記ピニオンギアを押し出して前記リングギアに噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより、前記エンジンのクランキングを行うクランキング制御部（５０）を備え、
   エンジン回転速度に含まれる脈動成分又はその相関値のいずれかである脈動パラメータに応じて、前記クランキングの終了タイミングを変化させ、
   前記クランキング中において、前記吸気量を調節すべく前記吸気量調節部を操作する操作部（５０）と、
   前記クランキングが開始された後、前記脈動パラメータが上昇して閾値以上になったか否かを判定する終了判定部（５０）と、
   前記終了判定部により前記脈動パラメータが前記閾値以上になったと判定された場合、前記クランキングを終了させる終了制御部（５０）と、
   前記脈動パラメータが前記閾値よりも小さい所定値以上になったか否かを判定する切替判定部（５０）と、を備え、
   前記操作部は、前記クランキングが開始されてから前記切替判定部により前記脈動パラメータが前記所定値以上になったと判定されるまでの期間において前記燃焼室内に供給される吸気量が、前記切替判定部により前記脈動パラメータが前記所定値以上になったと判定されてから前記終了判定部により前記脈動パラメータが前記閾値以上になったと判定されるまでの期間において前記燃焼室内に供給される吸気量よりも大きくなるように前記吸気量調節部を操作するエンジンの制御装置。
4. 前記吸気量調節部は、前記吸気通路に設けられるスロットルバルブ装置（１３，１４）、及び前記エンジンの吸気バルブ（１６）の開閉タイミングを調節するバルブタイミング装置（２０）のうち少なくとも一方を含む請求項２又は３に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記脈動パラメータは、前記エンジン回転速度に含まれる脈動成分である請求項２〜４のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記クランキングの開始後において前記脈動パラメータが判定値以上であるか否かを判定するサブ判定部（５０）を備え、
   前記サブ判定部により前記判定値以上であると判定された場合、前記エンジンの燃焼室における混合気の着火後に前記クランキングを終了させ、前記サブ判定部により前記判定値未満であると判定された場合、前記燃焼室における混合気の着火前に前記クランキングを終了させる請求項１〜５のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
7. エンジン（１０）と、
   通電によって回転力を発生するモータ（３２）、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）、及び前記エンジンのクランク軸（１９）に連結されたリングギア（２３）に噛み合う位置まで前記ピニオンギアを押し出すピニオンシフト部（３３）を有するスタータ（３０）と、を備えるシステムに適用され、
   前記ピニオンシフト部により前記ピニオンギアを押し出して前記リングギアに噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより、前記エンジンのクランキングを行うクランキング制御部（５０）を備え、
   エンジン回転速度に含まれる脈動成分又はその相関値のいずれかである脈動パラメータに応じて、前記クランキングの終了タイミングを変化させ、
   前記クランキングの開始後において前記脈動パラメータが判定値以上であるか否かを判定するサブ判定部（５０）を備え、
   前記サブ判定部により前記判定値以上であると判定された場合、前記エンジンの燃焼室における混合気の着火後に前記クランキングを終了させ、前記サブ判定部により前記判定値未満であると判定された場合、前記燃焼室における混合気の着火前に前記クランキングを終了させるエンジンの制御装置。
8. 前記エンジンのアイドリング回転速度よりも低い回転速度が所定速度と定義されており、
   前記スタータは、前記クランキングが開始されてから、前記エンジン回転速度が前記所定速度に到達するまでの時間が所定時間以下となるものであり、
   前記クランキングが開始された後、前記脈動パラメータが上昇して閾値以上になったか否かを判定する終了判定部（５０）と、
   前記終了判定部により前記脈動パラメータが前記閾値以上になったと判定された場合、前記クランキングを終了させる終了制御部（５０）と、を備え、
   前記閾値は、前記クランキングが開始されてから前記所定時間経過するタイミングにおいて前記脈動パラメータが取り得る範囲の最小値に設定されている請求項１〜７のいずれか１項に記載のエンジンの制御装置。
9. エンジン（１０）と、
   通電によって回転力を発生するモータ（３２）、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）、及び前記エンジンのクランク軸（１９）に連結されたリングギア（２３）に噛み合う位置まで前記ピニオンギアを押し出すピニオンシフト部（３３）を有するスタータ（３０）と、を備えるシステムに適用され、
   前記ピニオンシフト部により前記ピニオンギアを押し出して前記リングギアに噛み合わせた状態で前記モータを回転させることにより、前記エンジンのクランキングを行うクランキング制御部（５０）を備え、
   エンジン回転速度に含まれる脈動成分又はその相関値のいずれかである脈動パラメータに応じて、前記クランキングの終了タイミングを変化させ、
   前記エンジンのアイドリング回転速度よりも低い回転速度が所定速度と定義されており、
   前記スタータは、前記クランキングが開始されてから、前記エンジン回転速度が前記所定速度に到達するまでの時間が所定時間以下となるものであり、
   前記クランキングが開始された後、前記脈動パラメータが上昇して閾値以上になったか否かを判定する終了判定部（５０）と、
   前記終了判定部により前記脈動パラメータが前記閾値以上になったと判定された場合、前記クランキングを終了させる終了制御部（５０）と、を備え、
   前記閾値は、前記クランキングが開始されてから前記所定時間経過するタイミングにおいて前記脈動パラメータが取り得る範囲の最小値に設定されているエンジンの制御装置。
10. 前記脈動パラメータは、前記エンジン回転速度に含まれる脈動成分である請求項７又は９に記載のエンジンの制御装置。

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