JP6629148B2 - 内燃機関の停止始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関を自動的に停止させるとともに再始動させる内燃機関の停止始動制御装置に関し、特に自動停止に伴って内燃機関の回転数が低下する回転数低下期間中に内燃機関を再始動させる停止始動制御装置に関する。

従来のこの種の内燃機関の停止始動制御装置として、例えば特許文献１に開示されたものが知られている。この装置では、停止要求の発生に応じて内燃機関を自動停止させるとともに、自動停止後に低下する内燃機関の回転数（＝リングギヤの回転数）を、停止要求の発生時からの経過時間などに応じて推定する。また、この内燃機関の回転数低下期間中に再始動要求が発生したときに、スタータのモータを作動させ、ピニオンギヤを回転駆動するとともに、ピニオンギヤの立上がりの回転数を、モータの作動開始時からの経過時間とモータの供給電圧に応じ、所定の推定マップを参照することによって、推定する。そして、推定したリングギヤの回転数とピニオンギヤの回転数との回転数差が所定の範囲内になったときに、スタータのアクチュエータを作動させることにより、ピニオンギヤを押し出し、リングギヤに噛み合わせることによって、クランキングを行い、内燃機関を再始動させる。

特許第５００７８３９号公報

一般に、スタータのモータは、その使用回数が少ない初期と使用が進んだ後の時期とでは、異なる回転数特性を示す。その要因としては、例えばモータの使用の初期には、モータのブラシと整流子との接触部のなじみ（ブラシなじみ）が不足していることが挙げられる。また、他の要因として、モータの使用の初期には、モータのコイル及びコンミテータが酸化していないことで、その抵抗が小さいことが挙げられる。

これに対し、上述した従来の停止始動制御装置では、モータで駆動されるピニオンギヤの回転数が、モータの作動開始時からの経過時間と通電電流に基づいて推定される。このため、上述した使用の時期に応じたモータの回転数特性の相違による誤差が、推定されたピニオンギヤの回転数に含まれてしまい、その推定を精度良く行うことができない。その結果、リングギヤの回転数とピニオンギヤの回転数との回転数差が実際には所定の範囲から外れた状態で、両者の噛み合わせが行われるおそれがある。その場合には、リングギヤとピニオンギヤとの噛み合わせを円滑に行えず、リングギヤ及びピニオンギヤのギヤ摩耗を早めるとともに、大きな騒音・振動が発生するなどの不具合が生じる。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、使用時期に応じたモータの回転数特性の相違を補償しながらピニオンギヤの回転数を精度良く推定でき、推定したピニオンギヤの回転数に基づき、自動停止後の回転数低下期間中からの再始動を円滑に行うことができる内燃機関の停止始動制御装置を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本願の請求項１に係る発明は、ピニオンギヤ９を回転駆動するモータ１１と、ピニオンギヤ９を内燃機関３のクランクシャフト７に一体に連結されたリングギヤ８に向かって移動させ、噛み合わせるアクチュエータ１０とを有するスタータ４を備え、所定の停止条件が成立したときに、内燃機関３を自動停止させ、所定の再始動条件が成立したときに、自動停止した内燃機関３を再始動させる内燃機関の停止始動制御装置であって、自動停止に伴って内燃機関３の回転数ＮＥが低下する回転数低下期間中に再始動条件が成立したときに、モータ１１を作動させ、ピニオンギヤ９の回転数ＮＰをリングギヤ８の回転数ＮＲに同期させた状態で、アクチュエータ１０を作動させ、ピニオンギヤ９をリングギヤ８に噛み合わせることによって、クランクシャフト７を回転させ、内燃機関３を再始動させる再始動制御手段（実施形態における（以下、本項において同じ）ＥＣＵ２、図１０）を備え、再始動制御手段は、回転数低下期間中、リングギヤ８の回転数ＮＲを取得するリングギヤ回転数取得手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ１６）と、自動停止からの再始動の回数を再始動回数Ｃ＿ＲＳとして計測する再始動回数計測手段（ＥＣＵ２、図９のステップ２、３）と、計測された再始動回数Ｃ＿ＲＳに応じて、モータ１１が最終的に到達する回転数を、モータ１１の最終回転数（基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦ）として算出する最終回転数算出手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ１３、図１１）と、回転数低下期間中、算出されたモータ１１の最終回転数及びモータ１１の作動開始時からの経過時間（モータ作動時間ＴＭ＿ＭＯＴ）に基づいて、ピニオンギヤ９の回転数ＮＰを算出するピニオンギヤ回転数算出手段（ＥＣＵ２、図１０のステップ１７、図１２）と、を有し、取得されたリングギヤ８の回転数ＮＲと算出されたピニオンギヤ９の回転数ＮＰとの回転数差ΔＮＲＰが所定の範囲内になったときに、アクチュエータ１１を作動させること（図１０のステップ１８〜２０）を特徴とする。

この内燃機関の停止始動制御装置では、所定の停止条件が成立したときに、内燃機関を自動停止させる、いわゆるアイドルストップが実行されるとともに、その後、所定の再始動条件が成立したときに、アクチュエータの作動によるピニオンギヤとクランクシャフトと一体のリングギヤとの噛み合わせと、モータの作動によるピニオンギヤの回転駆動によって、クランクシャフトを駆動し、内燃機関を再始動させる。

また、この停止始動制御装置では、自動停止に伴って内燃機関の回転数が低下する回転数低下期間中に再始動条件が成立したときに、モータを作動させ、ピニオンギヤの回転数をリングギヤの回転数に同期させた状態で、アクチュエータを作動させ、ピニオンギヤをリングギヤに噛み合わせることによって、内燃機関を再始動させる再始動制御が実行される。

この再始動制御では、回転数低下期間中、リングギヤの回転数を取得する。また、自動停止からの再始動の回数を再始動回数として計測するとともに、計測された再始動回数に応じて、モータが最終的に到達する回転数を、モータの最終回転数として算出する。そして、回転数低下期間中、モータの最終回転数及びモータの作動開始時からの経過時間に基づいて、ピニオンギヤの回転数を算出する。

前述したように、モータの回転数特性は、その使用回数が少ない初期と使用が進んだ後の時期では、ブラシなじみの度合の相違などに応じて異なり、使用が進むにつれて低下する傾向を示す。このような回転数特性に基づき、上述した構成では、モータが最終的に到達する最終回転数を、計測された再始動回数に応じて算出するので、その算出を精度良く行うことができる。また、後述するように、モータの作動後にその回転数が値０から上昇し、最終回転数に到達するまでの推移（立上がり特性）は、最終回転数の大きさにかかわらず、ほぼ一定であることが認められている。したがって、上述した構成により、回転数低下期間中、モータの最終回転数とモータの作動開始時からの経過時間に基づいて、ピニオンギヤの回転数を精度良く算出することができる。

そして、リングギヤの回転数と算出されたピニオンギヤの回転数との回転数差が所定の範囲内になったときに、アクチュエータを作動させるので、それによるリングギヤとピニオンギヤとの噛み合わせを、両者の回転数差が実際に所定の範囲内に収まった状態で行うことができる。これにより、自動停止後の回転数低下期間中からの内燃機関の再始動を円滑に行うことができ、リングギヤ及びピニオンギヤの噛み合いに伴う摩耗や騒音・振動を低減することができる。また、例えば、モータの回転数特性のばらつきをなくすためのブラシなじみの作業をモータの出荷前に行う必要がなくなるので、モータの実質的な使用回数を増加させることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の停止始動制御装置において、最終回転数算出手段は、再始動回数Ｃ＿ＲＳに応じ、最終回転数の初期値ＮＭＦＩＮＴからの低下量を回転数低下量ＮＤＥＣとして算出する回転数低下量算出手段（ＥＣＵ２、図１１のステップ２２）を有し、初期値ＮＭＦＩＮＴから回転数低下量ＮＤＥＣを減算することによって、最終回転数を算出することを特徴とする。

この構成によれば、モータの使用の初期状態からの最終回転数の低下量である回転数低下量を、再始動回数に応じて算出するので、その算出を精度良く行うことができる。そして、算出した回転低下量を最終回転数の初期値から減算することによって、最終回転数を精度良く算出することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の停止始動制御装置において、イグニッションスイッチ２６の操作に応じて内燃機関３を始動させる手動始動の回数を、手動始動回数Ｃ＿ＭＳとして計測する手動始動回数計測手段（ＥＣＵ２、図９のステップ４、５）をさらに備え、回転数低下量算出手段は、再始動の１回当たりの最終回転数の低下量である再始動時単位低下量ΔＮＲＳと、手動始動の１回当たりの最終回転数の低下量である手動始動時単位低下量ΔＮＭＳを用い、回転数低下量ＮＤＥＣを、回転数低下量ＮＤＥＣ＝再始動時単位低下量ΔＮＲＳ×再始動回数Ｃ＿ＲＳ＋手動始動時単位低下量ΔＮＭＳ×手動始動回数Ｃ＿ＭＳによって算出すること（図１１のステップ２２）を特徴とする。

この構成によれば、イグニッションスイッチの操作に応じて内燃機関を始動させる手動始動の回数を、自動停止からの再始動回数とは別個に、手動始動回数として計測する。そして、再始動回数、計測された手動始動回数と、上記のように定義される再始動時単位低下量及び手動始動時単位低下量を用い、回転数低下量を、回転数低下量＝再始動時単位低下量×再始動回数＋手動始動時単位低下量×手動始動回数によって算出する。

イグニッションスイッチの操作に応じた手動始動は、内燃機関の回転が停止した状態で、かつ低い温度条件で行われるのが通常であるため、自動停止からの再始動の場合と比較して、内燃機関の完爆に要するクランキング時間、したがってモータの作動時間が異なり、それに応じてモータのブラシなじみの進み度合が異なるため、始動１回当たりの最終回転数の低下量が異なる。このような観点から、最終回転数の低下を再始動の場合と手動始動の場合に切り分け、上述した式を用いて回転数低下量を算出するので、その算出をより精度良く行うことができる。

請求項４に係る発明は、請求項３に記載の車両の停止始動制御装置において、手動始動時単位低下量ΔＮＭＳは、再始動時単位低下量ΔＮＲＳよりも大きな値に設定されていることを特徴とする。

上述したような再始動又は手動始動を行う際の内燃機関の回転状態及び温度状態の相違から、始動１回当たりの最終回転数の低下量は、手動始動の場合の方が大きい傾向にある。この構成によれば、手動始動時単位低下量を再始動時単位低下量よりも大きな値に設定するので、上記の傾向を反映させながら、手動始動時単位低下量及び再始動時単位低下量を適切に設定し、これらを用いた回転数低下量の算出をより精度良く行うことができる。

請求項５に係る発明は、請求項３又は４に記載の内燃機関の停止始動制御装置において、回転数低下量算出手段は、再始動回数Ｃ＿ＲＳと手動始動回数Ｃ＿ＭＳの和（総始動回数Ｃ＿Ｓ）が所定の上限値Ｃ＿ＳＬＭＴに達した以降は、回転数低下量ＮＤＥＣの新たな算出を保留すること（図９のステップ７、図１１のステップ２１、２４）を特徴とする。

前述したように、モータの回転数特性は、その使用が進むにつれて低下する傾向を示すとともに、ある使用回数に達した以降は、ほぼ一定の状態に収束する傾向を示す。この構成によれば、再始動回数と手動始動回数の和が所定の上限値に達した以降は、最終回転数がほぼ収束したとして、回転数低下量の新たな算出（更新）を保留するので、上述した最終回転数の収束の傾向に合わせて、最終回転数を精度良く算出することができる。

本発明を適用した内燃機関及び停止始動制御装置を概略的に示す図である。 減速時アイドルストップ後のエンジン回転数と再始動モードとの関係を示す図である。 自己復帰モードにおける内燃機関の動作を示す図である。 ＣＯＭ始動モードのうちのモータ先駆動モードでのスタータの動作を示す図である。 ＣＯＭ始動モードのうちのモータ後駆動モードでのスタータの動作を示す図である。 逆回転始動モードでのスタータの動作を示す図である。 異なる３つのモータ電圧に対するモータの立上がり特性を示す図である。 モータの作動回数と最終回転数との関係を示す図である。 始動回数の計測処理を示すフローチャートである。 モータ先駆動制御処理を示すフローチャートである。 基準最終回転数の算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 ピニオンギヤ回転数の算出処理のサブルーチンを示すフローチャートである。 モータの立上がり率を算出するためのテーブルである。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１に示す車両Ｖは、動力源としての内燃機関（以下「エンジン」という）３と、エンジン３を始動させるためのスタータ４と、これらの動作を制御するＥＣＵ（電子制御ユニット）２を備えている。

エンジン３は、ＥＣＵ２による制御により、所定の停止条件が成立したときに自動的に停止され、その後、所定の再始動条件が成立したときに自動的に再始動される、いわゆるアイドルストップ機能を有する。エンジン３には、燃料を噴射する燃料噴射弁６が気筒（図示せず）ごとに設けられ、クランクシャフト７と一体のフライホイールの外周には、リングギヤ８が形成されている。

スタータ４は、いわゆるピニオン押出し式のものであり、リングギヤ８に噛み合い可能なピニオンギヤ９と、ピニオンギヤ９をリングギヤ８側に駆動するアクチュエータ１０と、ピニオンギヤ９を回転駆動する直流式のモータ１１を有する。アクチュエータ１０は、電磁式のものであり、ソレノイド１２と、ソレノイド１２によって駆動されるプランジャ１３を有する。

ソレノイド１２は、第１リレー１４を介してバッテリ５に接続され、第１リレー１４はＥＣＵ２に接続されており、その動作はＥＣＵ２によって制御される。プランジャ１３には、支点１５を中心として揺動自在の連結部材１６の一端部が係合し、連結部材１６の他端部は、ピニオンギヤ９と一体の出力軸１７に係合している。プランジャ１３は、復帰ばね（図示せず）によって、リングギヤ８側（図１の右方向）に常時、付勢されている。

また、モータ１１は、スイッチング機構３０を介して、電源であるキャパシタ３１に接続されている。スイッチング機構３０は、電磁式のものであり、ソレノイド３２と、ソレノイド３２によって駆動されるプランジャ３３と、プランジャ３３のモータ１１側の端部に設けられた電極板３４を有する。

ソレノイド３２は、第２リレー１８を介してバッテリ５に接続され、第２リレー１８はＥＣＵ２に接続されており、その動作はＥＣＵ２によって制御される。また、プランジャ３３の電極板３５とモータ１１との間には、第１及び第２電極板３５ａ、３５ｂが、互いに間隔を隔てて対向するように設けられている。第１電極板３５ａはキャパシタ３１に接続され、第２電極板３５ｂはモータ１１に接続されている。

キャパシタ３１は比較的大きな容量のものであり、キャパシタ３１とバッテリ５の間には、ＤＣ／ＤＣコンバータなどから成る充放電コントローラ（ＢＢＣ）１９が設けられている。充放電コントローラ１９は、ＥＣＵ２からの制御信号に応じ、バッテリ５及びキャパシタ３１の充放電や、車両Ｖの電気負荷（補機類）３６及び第１及び第２リレー１４、１８への供給電圧などを制御する。なお、図１の符号３７（ＡＣＧ）は発電機である。

以上の構成により、ＥＣＵ２による制御によって第１リレー１４がオンされると、バッテリ５からの電力の供給によってアクチュエータ１０が作動し、ソレノイド１２が励磁状態になり、プランジャ１３を吸引し、リングギヤ８と反対側（図１の矢印Ａ方向）に移動させる。このプランジャ１３の移動に伴い、連結部材１６が支点１５を中心として揺動し、出力軸１７を介してピニオンギヤ９をリングギヤ８側（図１の矢印Ｂ方向）に移動させることによって、ピニオンギヤ９がリングギヤ８に噛み合わされる。

また、ＥＣＵ２による制御によって第２リレー１８がオンされると、バッテリ５からの電力の供給によって、スイッチング機構３０のソレノイド３２が励磁状態になり、プランジャ３３をモータ１１側（図１の左方）に移動させる。この移動に伴い、プランジャ３３の電極板３４が第１及び第２電極板３５ａ、３５ｂに接触し、両者を電気的に接続する。これにより、キャパシタ３１の電力が、第１及び第２電極板３５ａ、３５ｂを介してモータ１１に供給されることで、モータ１１が回転し、ピニオンギヤ９が回転駆動される。

エンジン３の再始動は、基本的に、燃料噴射弁６からの燃料の供給を再開しながら、上記のアクチュエータ１０及びモータ１１の作動により、ピニオンギヤ９をリングギヤ８に噛み合った状態で回転させ、ピニオンギヤ９及びリングギヤ８を介してクランクシャフト７を回転させる（クランキングする）ことによって、行われる。

また、この構成では、アクチュエータ１０の作動によるピニオンギヤ９とリングギヤ８との噛み合わせと、モータ１１の作動によるピニオンギヤ９の回転駆動を、ＥＣＵ２によって互いに独立して制御することが可能である。後述するように、本実施形態では、モータ１１の作動を先に行い、その後にアクチュエータ１０を作動させる「モータ先駆動」と、これとは逆に、アクチュエータ１０の作動を先に行い、その後にモータ１１を作動させる「モータ後駆動」が用いられる。

ＥＣＵ２には、バッテリ電圧センサ２２からバッテリ５の電圧（バッテリ電圧）ＶＢを表す検出信号が、モータ電圧センサ２３からモータ１１の電圧（モータ電圧）ＶＭを表す検出信号が、それぞれ入力される。

ＥＣＵ２にはさらに、アクセル開度センサ２４から、車両Ｖのアクセルペダル（図示せず）の開度ＡＰを表す検出信号が、ブレーキスイッチ２５から、車両Ｖのブレーキペダル（図示せず）のオン（踏込み）又はオフ（非踏込み）の状態を表す検出信号が、イグニッションスイッチ２６から、そのオン／オフ状態を表す検出信号が、それぞれ入力される。

ＥＣＵ２は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及び入力インターフェース（いずれも図示せず）などから成るマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２は、上述した各種のセンサ２２〜２４及びスイッチ２５、２６の検出信号に応じ、ＲＯＭに記憶された制御プログラムなどに基づいて、エンジン３及び車両Ｖの運転状態を判別するとともに、エンジン３の自動停止及び再始動を制御する停止始動制御（アイドルストップ制御）を実行する。

なお、実施形態では、ＥＣＵ２が、再始動制御手段、リングギヤ回転数取得手段、再始動回数計測手段、最終回転数算出手段、ピニオンギヤ回転数算出手段、回転数低下量算出手段、及び手動始動回数計測手段に相当する。

以下、ＥＣＵ２によって実行される停止始動制御について、詳細に説明する。まず、エンジン３の自動停止は、ブレーキペダルがオンされる（ブレーキスイッチ２５：オン）などの所定の停止条件が成立したときに、例えば燃料噴射弁６からの燃料噴射を停止することによって、実行される。

また、この場合の自動停止モードは、停止条件が成立したときの車両Ｖの停車状態に応じて、車両Ｖの停車中にエンジン３を停止させる停車時アイドルストップと、車両Ｖが停車する前の減速中にエンジン３を停止させる減速時アイドルストップに分類される。

一方、エンジン３の再始動は、上記の自動停止の後、ブレーキペダルがオフされる（ブレーキスイッチ２５：オフ）などの所定の再始動条件が成立したときに、燃料噴射弁６からの燃料の供給を再開しながら、スタータ４でクランクシャフト７を回転させる（クランキングする）ことなどによって、行われる。

また、この場合の再始動モードは、再始動条件が成立したときのエンジン３の回転状態に応じて、エンジン３の回転停止中に再始動を行う通常始動モードと、減速時アイドルストップの実行後においてエンジン３が惰性回転する回転数低下期間中に再始動を行うＣＯＭ始動モードと、エンジン３の惰性回転が終了する際の逆回転中に再始動を行う逆回転始動モードに分類される。上記のＣＯＭ始動モードはさらに、自己復帰モード、モータ先駆動モード及びモータ後駆動モードに細分される。以下、これらの再始動モードについて順に説明する。

［通常始動モード］
上述したように、通常始動モードは、エンジン３の回転停止中に再始動を行うものである。この通常始動モードでは、再始動条件が成立すると、まずアクチュエータ１０が作動することで、ピニオンギヤ９をリングギヤ８側に押し出し、リングギヤ８に噛み合わせる。次いで、モータ１１を作動させ、ピニオンギヤ９を回転駆動する。これにより、ピニオンギヤ９及びリングギヤ８を介して、クランクシャフト７が駆動され、再始動が行われる。

［自己復帰モード］
図２に示すように、自己復帰モードは、エンジン回転数ＮＥが所定の自己復帰下限値Ｎ１（例えば８００ｒｐｍ）よりも高い回転領域にあるときに、選択される。図３に示すように、自己復帰モードでは、再始動条件が成立した（「ＢＲＫＯＦＦ」と表示）タイミング（ｔ１１）で、エンジン３への燃料の供給が再開され、比較的高い回転状態にあるエンジン３が、自身の復帰力により、スタータ４によらずに再始動される。

［モータ先駆動モード］
図２に示すように、モータ先駆動モードは、エンジン回転数ＮＥが上記の自己復帰下限値Ｎ１とより低い所定のモータ先駆動下限値Ｎ２（例えば５００ｒｐｍ）との間の回転領域にあるときに、選択される。図４に示すように、このモータ先駆動モードでは、再始動条件が成立したタイミング（ｔ２１）で、モータ１１が先に作動し（「モータＯＮ」と表示）、その後、低下するエンジン回転数ＮＥと上昇するピニオンギヤ回転数ＮＰとの回転差が所定値以下になったタイミング（ｔ２２）で、アクチュエータ１０が作動し（「アクチュエータＯＮ」と表示）、ピニオンギヤ９がリングギヤ８に噛み合わされる。なお、上記のピニオンギヤ回転数ＮＰは、ピニオンギヤ９の実際の回転数をリングギヤ８との減速比に基づいてエンジン３の回転数に換算した値である。このモータ先駆動制御の内容については、後に詳しく説明する。

［モータ後駆動モード］
図２に示すように、モータ後駆動モードは、エンジン回転数ＮＥが上記のモータ先駆動下限値Ｎ２と値０よりも若干大きい所定の逆転みなし値Ｎ３（例えば１００ｒｐｍ）との間の回転領域にあるときに、選択される。図５に示すように、このモータ後駆動モードでは、再始動条件が成立した（ｔ３１）後、エンジン回転数ＮＥが所定のＮＶ許容値ＮＮＶまで低下したタイミング（ｔ３２）で、アクチュエータ１０が先に作動し、リングギヤ８に噛み合わされ、その後、この噛み合いが完了したと推定される所定時間が経過したタイミング（ｔ３３）で、モータ１１が作動する。上記のＮＶ許容値ＮＮＶは、ピニオンギヤ９とリングギヤ８との噛み合いの際に発生するＮＶ（騒音・振動）が許容される回転領域の上限値として設定されている。

［逆回転始動モード］
図２に示すように、逆回転始動モードは、エンジン回転数ＮＥが上記の逆転みなし値Ｎ３以下の回転領域まで低下し、エンジン３の惰性回転が終了する際のピストンの押下げによりエンジン３の逆回転が発生すると予測されるときに、選択される。図６に示すように、この逆回転始動モードでは、再始動条件が成立した（ｔ４１）後、逆転したエンジン回転数ＮＥが所定の逆転噛み合い禁止値Ｎ４（例えば−１００ｒｐｍ）まで正転側に回復したタイミング（ｔ４２）で、アクチュエータ１０が作動し、ピニオンギヤ９がリングギヤ８に噛み合わされる。この逆転噛み合い禁止値Ｎ４は、ピニオンギヤ９と逆回転状態のリングギヤ８との噛み合いの際に発生するＮＶが許容される回転領域の上限値として設定されている。その後、エンジン回転数ＮＥが値０まで復帰したタイミング（ｔ４３）で、モータ１１が作動する。

次に、上記のモータ先駆動制御を説明する前に、その前提になっているモータの回転数特性について説明する。図７は、モータの立上がり特性、すなわち、モータを無負荷状態で駆動したときの、モータ作動時間（モータの作動開始時からの経過時間）ＴＭ＿ＭＯＴに対するモータ回転数ＮＭＯＴの推移の関係を、モータ電圧ＶＭが異なる３つの場合について示したものである。同図に示すように、モータ回転数ＮＭＯＴは、いずれのモータ電圧ＶＭの場合にも、モータの作動開始時における値０から同様の態様で立ち上がり、最終的にモータ電圧ＶＭに応じた回転数に到達（収束）する。以下、この回転数を「最終回転数ＮＭＦ」という。

これらの立上がり特性線の比較から明らかなように、最終回転数ＮＭＦ（ＮＭＦ１〜ＮＭＦ３）は、モータ電圧ＶＭに比例する。このことは、任意の同一のモータ作動時間ＴＭ＿ＭＯＴにおけるモータ回転数ＮＭＯＴ（例えば、同図のＮＭＯＴ１〜ＮＭＯＴ３）についても、同様である。したがって、次式（１）に示すように、モータ作動時間ＴＭ＿ＭＯＴにおけるモータ回転数ＮＭＯＴと最終回転数ＮＭＦとの比をモータの立上がり率Ｒ＿ＩＮＣと定義すると、
Ｒ＿ＩＮＣ＝ ＮＭＯＴ／ＮＭＦ ・・・（１）
モータ作動時間ＴＭ＿ＭＯＴに対する立上がり率Ｒ＿ＩＮＣの関係は、モータ電圧ＶＭにかかわらず一定になる（図１３参照）。

また、ある１つのモータ電圧ＶＭ（例えば１６．０Ｖ）を基準電圧ＶＭＲＥＦとし、それに対する最終回転数ＶＭＦを基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦとすると、任意のモータ電圧ＶＭに対し、モータ作動時間ＴＭ＿ＭＯＴにおけるモータ回転数ＮＭＯＴは、次式（２）で求められる。
ＮＭＯＴ＝ ＮＭＦＲＥＦ・（ＶＭ／ＶＭＲＥＦ）・Ｒ＿ＩＮＣ ・・・（２）
後述するモータ先駆動制御では、以上のようなモータの回転数特性が用いられている。

また、図８は、モータ電圧ＶＭが一定の条件でモータを繰り返し作動させたときに得られた最終回転数ＮＭＦを、作動回数に対して表したものである。同図に示すように、モータの最終回転数ＮＭＦは、モータの使用の初期に最も高く、作動回数が多くなるにつれて次第に低下し、作動回数がある値（図８のＣ＿ＳＢ）付近に達した以降は、ほぼ一定の状態に収束する。これは、前述したように、作動回数が上記の値付近に達するまでは、ブラシと整流子とのブラシなじみが不足することや、モータのコイル及びコンミテータが酸化していないことで、その抵抗が小さいことなどによる。このようなモータの回転数特性に基づき、モータ先駆動制御では、モータの使用時期に応じた最終回転数ＮＭＦの低下分を考慮して、基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦが算出される。

次に、図９を参照しながら、モータ先駆動制御に用いられるエンジン３の始動回数の計測処理について説明する。本処理は、モータ先駆動制御の処理と並行して、所定の周期で繰り返し実行される。

本処理では、まずステップ１（「Ｓ１」と図示。以下同じ）において、計測終了フラグＦ＿ＣＮＴＥが「１」であるか否かを判別し、その答えがＹＥＳで、後述する条件によって始動回数の計測がすでに終了されているときには、そのまま本処理を終了する。

上記ステップ１の答えがＮＯのときには、自動停止したエンジン３の再始動（通常始動モード、モータ先駆動モード、モータ後駆動モード又は逆回転始動モードによる再始動）が実行されたか否かを判別する（ステップ２）。この答えがＹＥＳのときには、再始動回数Ｃ＿ＲＳを計測するカウンタをインクリメントする（ステップ３）。

上記ステップ２の答えがＮＯのときには、イグニッションスイッチ２６の操作に応じたエンジン３の手動始動が実行されたか否かを判別する（ステップ４）。この答えがＹＥＳのときには、手動始動回数Ｃ＿ＭＳを計測するカウンタをインクリメントする（ステップ５）。なお、これらの再始動回数Ｃ＿ＲＳ及び手動始動回数Ｃ＿ＭＳはいずれも、スタータ４のモータ１１が新品状態である車両Ｖの出荷時やモータ１１の交換時に、値０にリセットされる。

上記ステップ４の答えがＮＯで、エンジン３の再始動又は手動始動が実行されていないとき、又は前記ステップ３もしくは５の実行の後には、ステップ６に進み、計測された再始動回数Ｃ＿ＲＳと手動始動回数Ｃ＿ＭＳの和を、総始動回数Ｃ＿Ｓとして算出する。次に、算出した総始動回数Ｃ＿Ｓが所定の上限値Ｃ＿ＳＬＭＴ（例えば１０００）に達したか否かを判別し（ステップ７）、その答えがＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

一方、ステップ７の答えがＹＥＳのときには、総始動回数Ｃ＿Ｓが、図８のＣ＿ＳＢ値に相当するような回数に達したことで、最終回転数ＮＭＦがほぼ収束していると判定して、始動回数の計測を終了すべきとし、計測終了フラグＦ＿ＣＮＴＥを「１」にセットした（ステップ８）後、本処理を終了する。このステップ８が実行されたときには、以降、前記ステップ１の答えがＹＥＳになることで、始動回数の計測は行われない。

図１０は、モータ先駆動制御処理のメインフローを示す。本処理は、所定の周期で繰り返し実行される。本処理では、まずステップ１１において、モータ先駆動モードフラグＦ＿ＲＳＭが「１」であるか否かを判別する。このモータ先駆動モードフラグＦ＿ＲＳＭは、再始動モードとしてモータ先駆動モードが選択されたときに「１」にセットされるものである。したがって、ステップ１１の答えがＮＯのときには、そのまま本処理を終了する。

ステップ１１の答えがＹＥＳのときには、モータ先駆動モードフラグの前回値Ｆ＿ＲＳＭＺが「１」であるか否かを判別する（ステップ１２）。この答えがＮＯのとき、すなわち、今回の処理サイクルがモータ先駆動モードを開始した直後に相当するときには、ステップ１３において、モータ１１の基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦを算出する。次に、モータ１１の作動時間ＴＭ＿ＭＯＴをアップカウント式に計時するタイマの値を０にリセットする（ステップ１４）とともに、モータ１１の駆動を開始する（ステップ１５）ことによって、ピニオンギヤ９を回転駆動し（図４のｔ２１）、本処理を終了する。

上記ステップ１３の基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦは、モータ電圧ＶＭが所定の基準電圧ＶＭＲＥＦ（例えば１６．０Ｖ）のときの最終回転数ＮＭＦに相当し、その算出は、図１１に示すサブルーチンに従って行われる。本処理では、まずステップ２１において、計測終了フラグＦ＿ＣＮＴＥが「１」であるか否かを判別する。この答えがＮＯで、最終回転数ＮＭＦが収束していないと判定されているときには、図９の処理で計測された再始動回数Ｃ＿ＲＳ及び手動始動回数Ｃ＿ＭＳを用い、次式（３）によって、最終回転数ＮＭＦの初期値からの回転数低下量ＮＤＥＣを算出する（ステップ２２）。
ＮＤＥＣ＝ ΔＮＲＳ・Ｃ＿ＲＳ＋ΔＮＭＳ・Ｃ＿ＭＳ ・・・（３）
ここで、ΔＮＲＳは、再始動の１回当たりの最終回転数ＮＭＦの低下量に相当する再始動時単位低下量であり、ΔＮＭＳは、手動始動の１回当たりの最終回転数ＮＭＦの低下量手動始動時単位低下量である。

これらの再始動時単位低下量ΔＮＲＳ及び手動始動時単位低下量ΔＮＭＳは、実験結果などに基づいてあらかじめ設定されている。また、手動始動の場合には、再始動の場合と比較して、エンジン３の温度が低いために、クランキング時間が長く、モータ１１のブラシなじみが進みやすいことから、手動始動時用のΔＮＭＳ値は、再始動時用のΔＮＲＳ値よりも大きな値に設定されている。

次に、算出した回転数低下量ＮＤＥＣを、基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦの初期値ＮＭＦＩＮＴから減算することによって、基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦを算出し（ステップ２３）、本処理を終了する。この初期値ＮＭＦＩＮＴは、実験結果などに基づいてあらかじめ設定されている。

一方、前記ステップ２１の答えがＹＥＳで、最終回転数ＮＭＦが収束していると判定されているときには、回転数低下量ＮＤＥＣをその前回値に保持し（ステップ２４）、前記ステップ２４に進む。このように、総始動回数Ｃ＿Ｓが上限値Ｃ＿ＳＬＭＴに達し、最終回転数ＮＭＦが収束していると判定された後には、回転数低下量ＮＤＥＣの新たな算出（更新）は行われず、回転数低下量ＮＤＥＣ及び基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦは、それまでに算出された値に保持される。

図１０に戻り、前記ステップ１２の答えがＹＥＳで、今回の処理サイクルがモータ先駆動モードを開始した２回目以降のときには、ステップ１６において、現時点でのリングギヤ８の回転数ＮＲを推定する。このリングギヤ回転数ＮＲの推定は、例えば、エンジン３の停止条件が成立してからの経過時間に応じ、所定のマップ（図示せず）を検索することによって行われる。

次に、ステップ１７に進み、ピニオンギヤ９の回転数ＮＰを算出する。図１２は、そのサブルーチンを示す。本処理では、まずステップ３１において、モータ作動時間ＴＭ＿ＭＯＴに応じ、図１３のテーブルを検索することによって、モータ１１の立上がり率Ｒ＿ＩＮＣを算出する。前述したように、立上がり率Ｒ＿ＩＮＣは、前記式（１）で表される、モータ作動時間ＴＭ＿ＭＯＴにおけるモータ回転数ＮＭＯＴと最終回転数ＮＭＦとの比である。

次に、ステップ３２に進み、算出した立上がり率Ｒ＿ＩＮＣ、図１１の処理で算出した基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦ、基準電圧ＶＲＥＦ及びモータ電圧ＶＭを用い、前記式（２）によって、現時点でのモータ回転数ＮＭＯＴを算出する。

次に、算出したモータ回転数ＮＭＯＴを、ピニオンギヤ９とリングギヤ８との減速比Ｒ＿ＲＥＤで除算することによって、リングギヤ回転数ＮＲに換算した、現時点でのピニオンギヤ回転数ＮＰを算出し（ステップ３３）、本処理を終了する。

図１０に戻り、前記ステップ１７に続くステップ１８では、上記のように算出したリングギヤ回転数ＮＲとピニオンギヤ回転数ＮＰとの差を、回転数差ΔＮＲＰとして算出するとともに、ステップ１９では、回転数差ΔＮＲＰが所定値ＮＲＰＲＥＦ以下であるか否かを判別する。この答えがＮＯのときには、リングギヤ８とピニオンギヤ９との回転数差ΔＮＲＰが所定の範囲にないとして、そのまま本処理を終了する。

一方、上記ステップ１９の答えがＹＥＳのときには、リングギヤ８とピニオンギヤ９との回転数差ΔＮＲＰが所定の範囲に入ったとして、アクチュエータ１０の駆動を開始し（ステップ２０）（図４のｔ２２）、本処理を終了する。これにより、ピニオンギヤ９がリングギヤ８に噛み合わされ、クランキングが行われることで、モータ先駆動モードによる再始動が行われる。

以上のように、本実施形態によれば、モータ先駆動制御において、モータ電圧ＶＭが基準電圧ＶＭＲＥＦのときのモータ１１の基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦを、計測された再始動回数Ｃ＿ＲＳ及び手動始動回数Ｃ＿ＭＳに応じて精度良く算出することができる。また、回転数低下期間中のモータ回転数ＮＭＯＴ及びピニオンギヤ回転数ＮＰを、基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦ、基準電圧ＶＭＲＥＦ、モータ電圧ＶＭ及び立上がり率Ｒ＿ＩＮＣを用い、式（２）によって、精度良く算出することができる。

そして、リングギヤ回転数ＮＲとピニオンギヤ回転数ＮＰとの回転数差ΔＮＲＰが所定値ＮＲＰＲＥＦ以下になったときに、アクチュエータ１０を作動させるので、それによるリングギヤ８とピニオンギヤ９との噛み合わせを、両者の回転数差ΔＮＲＰが実際に所定の範囲内に収まった状態で行うことができる。これにより、モータ先駆動モードによる再始動を円滑に行うことができ、リングギヤ８及びピニオンギヤ９の噛み合いに伴う摩耗や騒音・振動を低減することができる。また、例えば、モータ１１の回転数特性のばらつきをなくすためのブラシなじみの作業をモータの出荷前に行う必要がなくなるので、モータ１１の実質的な使用回数を増加させることができる。

また、基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦの回転数低下量ＮＤＥＣを、自動停止からの再始動の場合の低下分と、イグニッションスイッチの操作に応じた手動始動の場合の低下分に切り分けることによって、精度良く算出するとともに、この回転数低下量ＮＤＥＣを初期値ＮＭＦＩＮＴから減算することによって、基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦを精度良く算出することができる。

また、再始動回数Ｃ＿ＲＳと手動始動回数Ｃ＿ＭＳの和である総始動回数Ｃ＿Ｓが所定の上限値Ｃ＿ＳＬＭＴに達した（図７のステップ７：ＹＥＳ）以降は、始動回数の計測を終了するとともに、回転数低下量ＮＤＥＣを前回値に保持し、さらなる算出（更新）を実質的に行わないので、基準最終回転数ＮＭＦＲＥＦの収束の傾向に合わせて、その算出をさらに精度良く行うことができる。

なお、本発明は、説明した実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、始動回数の計測の終了と回転数低下量ＮＤＥＣのさらなる算出の保留を、実施形態では、総始動回数Ｃ＿Ｓが上限値Ｃ＿ＳＬＭＴに達することを条件として行っているが、これに代えて、算出した回転低下量ＮＤＥＣが所定の上限値に達することを条件として行ってもよい。

また、実施形態では、回転低下量ＮＤＥＣを算出する際に、再始動の場合の低下分と手動始動の場合の低下分に切り分けているが、再始動の場合をさらに細分してもよい。具体的には、再始動モードを、前述した分類に従って、例えばＣＯＭ始動モード（モータ先駆動モード及びモータ後駆動モード）、逆回転始動モード及び通常始動モードに細分し、各再始動モードによる再始動回数を計測し、各モード用の単位低下量に乗算するとともに、それらの和を再始動モード全体による回転低下量としてもよい。

この場合、単位低下量は、ＣＯＭ始動モード、逆回転始動モード及び通常始動モードの順に大きいことが好ましい。これは、ＣＯＭ始動モードではエンジン３が比較的高温で正転状態にあり、逆回転始動モードではエンジン３が比較的高温でかつ逆回転状態にあり、通常始動モードではエンジン３が比較的低温かつ回転停止状態にあることから、クランキングに要する時間（モータ１１の作動時間）が上記の順に大きく、それに応じて再始動１回当たりの回転低下量もまた、その順になると想定されるためである。その他、本発明の趣旨の範囲内で、細部の構成を適宜、変更することが可能である。

２ ＥＣＵ（再始動制御手段、リングギヤ回転数取得手段、再始動回数計測手段、最終 回転数算出手段、ピニオンギヤ回転数算出手段、回転数低下量算出手段、及び手動 始動回数計測手段）
３ 内燃機関
４ スタータ
７ クランクシャフト
８ リングギヤ
９ ピニオンギヤ
１０ アクチュエータ
１１ モータ
２６ イグニッションスイッチ
ＮＥ エンジン回転数（内燃機関の回転数）
ＮＰ ピニオンギヤの回転数
ＮＲ リングギヤの回転数
ΔＮＲＰ リングギヤとピニオンギヤとの回転数差
Ｃ＿ＲＳ 再始動回数
ＮＭＦＲＥＦ 基準最終回転数（最終回転数）
ＴＭ＿ＭＯＴ モータ作動時間（モータの作動開始時からの経過時間）
ＮＭＦＩＮＴ 初期値（最終回転数の初期値）
ＮＤＥＣ 回転数低下量
Ｃ＿ＭＳ 手動始動回数
ΔＮＲＳ 再始動時単位低下量
ΔＮＭＳ 手動始動時単位低下量
Ｃ＿Ｓ 総始動回数（再始動回数と手動始動回数の和）
Ｃ＿ＳＬＭＴ 上限値

Claims (5)

1. ピニオンギヤを回転駆動するモータと、前記ピニオンギヤを内燃機関のクランクシャフトに一体に連結されたリングギヤに向かって移動させ、噛み合わせるアクチュエータとを有するスタータを備え、所定の停止条件が成立したときに、前記内燃機関を自動停止させ、所定の再始動条件が成立したときに、前記自動停止した内燃機関を再始動させる内燃機関の停止始動制御装置であって、
   前記自動停止に伴って前記内燃機関の回転数が低下する回転数低下期間中に前記再始動条件が成立したときに、前記モータを作動させ、前記ピニオンギヤの回転数を前記リングギヤの回転数に同期させた状態で、前記アクチュエータを作動させ、前記ピニオンギヤを前記リングギヤに噛み合わせることによって、前記クランクシャフトを回転させ、前記内燃機関を再始動させる再始動制御手段を備え、
   当該再始動制御手段は、
   前記回転数低下期間中、前記リングギヤの回転数を取得するリングギヤ回転数取得手段と、
   前記自動停止からの再始動の回数を再始動回数として計測する再始動回数計測手段と、
   当該計測された再始動回数に応じて、前記モータが最終的に到達する回転数を、前記モータの最終回転数として算出する最終回転数算出手段と、
   前記回転数低下期間中、前記算出されたモータの最終回転数及び当該モータの作動開始時からの経過時間に基づいて、前記ピニオンギヤの回転数を算出するピニオンギヤ回転数算出手段と、を有し、
   前記取得されたリングギヤの回転数と前記算出されたピニオンギヤの回転数との回転数差が所定の範囲内になったときに、前記アクチュエータを作動させることを特徴とする内燃機関の停止始動制御装置。
2. 前記最終回転数算出手段は、
   前記再始動回数に応じ、前記最終回転数の初期値からの低下量を回転数低下量として算出する回転数低下量算出手段を有し、
   前記初期値から前記回転数低下量を減算することによって、前記最終回転数を算出することを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
3. イグニッションスイッチの操作に応じて内燃機関を始動させる手動始動の回数を、手動始動回数として計測する手動始動回数計測手段をさらに備え、
   前記回転数低下量算出手段は、前記再始動の１回当たりの前記最終回転数の低下量である再始動時単位低下量と、前記手動始動の１回当たりの前記最終回転数の低下量である手動始動時単位低下量を用い、前記回転数低下量を、回転数低下量＝再始動時単位低下量×再始動回数＋手動始動時単位低下量×手動始動回数によって算出することを特徴とする、請求項２に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
4. 前記手動始動時単位低下量は、前記再始動時単位低下量よりも大きな値に設定されていることを特徴とする、請求項３に記載の内燃機関の停止始動制御装置。
5. 前記回転数低下量算出手段は、前記再始動回数と前記手動始動回数の和が所定の上限値に達した以降は、前記回転数低下量のさらなる算出を保留することを特徴とする、請求項３又は４に記載の内燃機関の停止始動制御装置。

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