JP6651975B2 - 制御システム - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの回転軸に付与される回転力を制御する制御システムに関する。

エンジンの始動時に初期回転力を付与する手段として、ＩＳＧ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｓｔａｒｔｅｒ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ）を用いることが、一般的に行われている。一般的なＩＳＧは体格が大きいため、ＩＳＧを単独で駆動することによりエンジンの始動が可能である。ところが、ＩＳＧはエンジンの回転軸にベルトで接続されているため、大きなトルクが必要な低温時の始動はベルトが滑り困難な場合もあり、スタータも搭載している。そのため、制御システム全体の体格が大きくなり、コストも増大するおそれがある。また大きなトルクをベルトにかけるため、ベルトの強度及び耐久性を確保したり、トルク変動を吸収するトルクテンショナを設けたりする必要があった。

上記のような課題を解決したものとして、特許文献１に記載の制御システムがある。特許文献１に記載の始動システムでは、大トルクを要するエンジンの初爆まではスタータでクランキングを行い、その後、小トルクで済むエンジンの完爆まではＩＳＧによりクランキングを行っている。こうすることで、ＩＳＧの体格が小さくてもエンジンの始動が可能となり、制御システムのコストを低減することができる。

特許第４４２１５６７号

スタータモータとＩＳＧとを協調させてエンジンを始動させる場合には、これらスタータモータ及び回転電機に対して相互の制御タイミングのずれ等を生じさせることなく、個々の制御を適正に実施する必要がある。しかしながら、特許文献１ではエンジンの始動時には、これらスタータモータ及びＩＳＧの両方を制御するＥＣＵは、さらにエンジンの燃料の噴射及び点火についての制御を行ったり、エンジンに備えられている各種アクチュエータの動作確認を行ったりする。したがって、ＥＣＵの処理負荷が過大となり、ＥＣＵとＩＳＧとの間で通信遅延等が生ずるおそれがある。そして、この通信遅延に起因して、始動性の悪化や始動の遅れ等が生ずるおそれがある。さらにＩＳＧの場合、ＥＣＵの制御工数も大きくなり、それに伴って適合工数も大きくなるといった課題があった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、エンジンの回転軸へ付与される回転力を制御するうえで、好適な構成を実現できる制御システムを提供することにある。

第１の構成は、主制御装置により制御されるエンジンを駆動源とする車両に適用され、前記エンジンの回転軸に付与される回転力を制御する制御システムであって、前記主制御装置と、前記主制御装置により非回転状態と回転状態とでオンオフ制御され、前記エンジンに動力を伝達する回転電動機と、前記回転軸に動力を伝達可能に接続され、回転数の制御が可能な回転電機と、前記回転電機の回転を検出する回転検出部と、前記回転電機を駆動する回転駆動部と、トリガ信号を起点にあらかじめ定められた制御シーケンスを実行する制御部と、を備え、前記制御シーケンスでは、前記回転検出部が検出した回転状況に基づいて前記回転駆動部を介して行う前記回転電機の制御を、前記主制御装置とは独立して行う。

回転状態と非回転状態とでオンオフ制御が行われる回転電動機については、制御が単純であるため、主制御装置の処理負荷は小さい。一方、回転数に基づいて制御を実行する回転電機を主制御装置により制御する場合には、回転電機の回転数に基づく各種の制御指令値を回転電機の制御部に対して送信する必要があり、主制御装置の処理負荷は増大する。上記構成では、回転数に基づいて制御を行う回転電機については、制御部がトリガ信号を取得することにより搭載している制御シーケンスから所定の制御シーケンスを選択開始し、且つ、回転電機の回転数に基づいて制御シーケンスを実行するものとしているため、回転電機の回転数に基づく制御を行ううえで、エンジンの制御を行う主制御装置との通信を行う必要が無くなる。したがって、主制御装置において処理負荷が増大する状況においても、主制御装置と制御部との通信量を低減することができ、通信の遅延に起因する制御の遅れを抑制することができる。これによって、大きなＩＳＧ等を必要としないシステムコストの低減だけでなく、主制御装置のソフトウエアの規模も小さくでき、結果、適合工数も小さくできるので車両全体の開発工数も小さくできるといった効果がある。
なお、本明細書における制御シーケンスとは、制御対象に加える操作に対して、取得したトリガ信号に対応してあらかじめ定められた制御ルーチンのことを指し、単独の制御ルーチンであってよい。また、複数の制御ルーチンを備え、それらの操作順序をトリガ信号に対応して定めるものであってもよいし、そうでなくてもよい。

第２の構成では、第１の構成に加えて、前記回転電動機は前記回転軸へピニオン及びリングギアを介して動力を伝達するものであり、前記回転電機は、前記回転電動機よりも高回転まで駆動でき、前記回転軸へプーリ及びベルトを備える動力伝達部を介して動力を伝達するものである。

ピニオンとリングギアとにより動力を伝達する回転電動機と、プーリ及びベルトにより動力を伝達する回転電機とを用いることは、エンジンの始動システムとして一般に用いられている。上記構成では、トリガ信号の取得により制御シーケンスを開始し、回転数検出部が検出した回転数に基づいて制御シーケンスを実行する制御部を、既存の制御システムに対して適用しているため、制御システムを構成するコストを低減することができる。

第３の構成では、第１又は第２の構成に加えて、前記制御シーケンスは、前記エンジンの始動時に回転軸へ回転力を付与する始動制御を含み、前記回転軸の回転数が所定値よりも大きい状態で前記エンジンの始動を行う場合、前記主制御装置は前記回転電動機を回転状態とせず、且つ、前記制御部は前記始動制御を実行し、前記回転軸の回転数が所定値よりも小さい状態で前記エンジンの始動を行う場合、前記主制御装置は前記回転電動機を回転状態とし、且つ、前記制御部は前記始動制御を実行する。

一般に同一体格で高回転まで駆動できる設定にした回転電機は低回転でのトルクが小さくなる。上記構成では、エンジンの回転軸の回転数が所定値よりも小さい場合には、よりトルクの大きい回転電動機を用いて始動を行うため、始動性を向上させることができる。また、回転電動機と回転軸との動力の伝達を、ピニオンとリングギアとを噛み合わせることにより行う場合、エンジンの回転軸の回転数が大きい場合は、噛み合わせの際の衝突音や摺動音が大きくなり、それに伴いピニオンの摩耗が進むおそれがある。そのため高回転域では回転電動機では始動させないのが一般的である。もしくは回転の低下を待ってから始動するため始動応答性が遅かった。この点、エンジンの回転軸の回転数が所定値よりも大きい場合には、回転電機のみにより始動制御を行うため、ピニオンとリングギアとの衝突音や、それに起因するピニオンの摩耗を抑制することができ、応答性の良い始動が実現できる。

第４の構成では、第３の構成に加えて、前記回転軸の回転数が所定値よりも小さい状態で前記エンジンの再始動を行う場合、前記主制御装置が前記回転電動機を回転状態としてから所定の期間が経過した後に、前記制御部は、前記始動制御を実行する。

エンジンの再始動を行う場合、回転電機の始動制御を、回転電動機の制御開始と同時に、又は回転電動機の制御開始よりも前に行えば、回転電動機のピニオンがリングギアに噛みあう前に、回転電機の回転によりエンジンの回転数が上昇する場合がある。この場合、エンジンの回転軸と回転電動機とはピニオンとリングギアとにより接続されるものであるため、エンジンの回転軸の回転数が上昇した場合、ピニオンとリングギアとの衝突音が生じたり、ピニオンの摩耗が進んだりする。上記構成では、回転電動機のピニオンとリングギアとの噛合いが終了した後に、制御部が回転電機の始動制御を実行するため、ピニオンとリングギアとの噛み合わせ時の衝突音を抑制でき、且つ、ピニオンの摩耗を抑制した応答性の良い始動を実現することができる。

第５の構成では、第３の構成又は第４の構成に加えて、前記制御部は、前記回転軸の回転数が所定回転数に達した場合に前記始動制御を終了するものであり、前記回転軸の回転数が前記始動制御の開始から所定時間以内に前記所定回転数まで上昇しない場合、前記始動制御を中止する。

上記構成では、回転数が所定回転数に到達することを終了条件としているが、この条件では、回転数が所定回転数に到達しない場合、始動制御は際限なく継続される。この点、始動制御の終了条件を定めているため、始動制御を際限なく継続する事態を抑制することができる。

第６の構成では、第３の構成又は第４の構成に加えて、前記主制御装置は、前記エンジンが前記始動制御の開始から所定時間以内に始動しない場合、前記エンジンへ燃料の供給をより早期に行う。

上記構成では、始動制御の開始から所定時間内にエンジンの始動が可能である場合には、燃焼をできるだけ高回転側で開始することで始動時の燃料の供給量を低減することができ、エミッションを向上させることができる。一方、エンジンが始動制御の開始から所定時間に始動しない場合には、燃料の供給をより早期に行うことでエンジンの始動性を向上させることができる。

第７の構成では、第３〜５のいずれかの構成に加えて、前記主制御装置は、前記エンジンが前記始動制御の開始から所定時間以内に始動しない場合、前記回転電動機を回転状態とする時間を長くする。

上記構成では、始動制御の開始から所定時間内にエンジンの始動できない場合は、バッテリの充電状態も含めた何らかの原因で、回転電機の回転数が上がらずに回転数の低い状態であると考えられる。回転電動機への通電期間を長くすることで、回転電機の立ち上がりを待つことで、回転電機の調子が悪いときにでも確実にエンジンを始動させることができる。

第８の構成は、主制御装置により制御されるエンジンを駆動源とし、走行中または停車中に燃料の供給を停止することでエンジンにおける燃焼を停止する車両に適用され、前記エンジンの回転軸に付与される回転力を制御する制御システムであって、前記主制御装置と、前記主制御装置により非回転状態と回転状態とでオンオフ制御され前記回転軸へピニオン及びリングギアを介して動力を伝達する回転電動機と、前記回転軸に動力を伝達可能に接続され前記回転電動機よりも高回転まで回転駆動でき、前記回転軸へプーリ及びベルトを備える動力伝達部を介して動力を伝達する回転数の制御が可能な回転電機と、前記回転電機の回転を検出する回転検出部と、前記回転電機を駆動する回転駆動部と、トリガ信号を起点にあらかじめ定められた制御シーケンスを実行する制御部と、を備え、前記制御シーケンスでは、前記燃料の供給の停止後であって、且つ前記回転軸の回転停止前に、前記回転検出部が検出した回転状況に基づいて前記回転駆動部を駆動し、前記回転電機から前記回転軸へ回転力を付与する逆回転抑制制御を、前記主制御装置とは独立して行う。

燃料の供給停止後にエンジンの回転軸の回転数は減少を始め、エンジン停止直前にエンジンの慣性エネルギによって一旦逆回転になる場合が多い。このとき、慣性エネルギが大きいほど、逆回転の回転量すなわち回転角は大きくなる。エンジンの回転軸の逆回転時からの始動は、逆回転の回転量が大きいほど、より大きなトルクが必要になる。上記構成では、燃料カット制御が行われ且つ回転軸の回転停止前に、回転軸へ回転力を付与する逆回転抑制制御を行っているため、エンジンの回転が０ｒｐｍを跨ぐときの慣性エネルギを小さくすることができる。これにより、逆回転の回転量を小さくすることができる。したがって、エンジンの回転軸の逆回転時において、エンジンを再始動させるうえで必要なトルクは小さくなり、結果、エンジンを再始動させる際の始動性を向上させることができる。

第９の構成では、第８の構成に加えて、前記逆回転抑制制御は、前記回転電機の回転数を所定回転数に維持した状態を所定時間継続した後、前記回転電機の駆動を停止する。

上記構成では、回転電機の回転数をアイドル回転数より低い所定回転数に維持するため、エンジンの回転軸の回転数も、その所定回転数に基づく回転数となる。この低い回転数で回転電機の駆動を停止することで、０ｒｐｍに至る直前のエンジンの慣性エネルギを小さくでき、結果逆回転量を小さくできる。主制御装置でのエンジン回転数の検出は、１５０ｒｐｍ以下では分解能が悪く回転数を正確に検出することが困難である。回転電機側はエンジンのクランク軸に対して減速比を持って結合されているため、減速比分だけ回転数がエンジン回転数より高い。よって回転電機側の回転数で検出した回転数に基いて制御を行う方が、主制御装置側の回転数に基づくよりも高精度であるため、検出精度が高い分だけより低回転での駆動が可能となる。結果、前記維持する回転数をより低回転にすることで０ｒｐｍに至る直前の慣性エネルギを小さくできるので、逆回転量をより小さくすることが可能になる。

第１０の構成では、第８の構成又は第９の構成に加えて、前記逆回転抑制制御は、前記回転電機の回転数を漸減させ、前記回転軸の回転数の減少を抑制する制御を含む。

上記構成では、逆回転抑制制御を行ううえで回転電機を駆動しエンジンの回転軸にトルクを掛けているために、エンジンの回転軸の回転数の減少は、回転電機のトルク分だけ緩慢になる。これにより、エンジンの回転軸の回転数の急減を抑制することができ、エンジンの回転軸の逆回転を抑制することができる。

第１１の構成では、第８〜第１０の構成のいずれかに加えて、前記制御部は、前記制御シーケンスとして前記エンジンの始動時に回転軸へ回転力を付与する始動制御を備え、前記主制御装置は、前記制御部が前記逆回転抑制制御を行っている場合に前記エンジンの始動要求を受け付けた場合、前記エンジンの前記回転軸の回転数が所定回転数よりも小さくなった後に、前記回転電動機の制御を開始する。

回転電動機によりエンジンの回転軸に回転力を付与する場合、ピニオンとリングギアとを噛み合わせるため、エンジンの回転軸の回転数が大きいほど、ピニオンとリングギアとの噛み合わせ時の衝突音が大きくなり、ピニオンの摩耗が進行する。上記構成では、エンジンの回転軸の回転数が所定回転数よりも小さくなった場合に回転電動機の制御を開始するため、ピニオンとリングギアとの噛み合わせ時の衝突音を抑制でき、且つ、ピニオンの摩耗を抑制することができる。

第１２の構成では、第８〜第１０の構成のいずれかに加えて、前記制御部は、前記制御シーケンスとして、前記エンジンの始動時に回転軸へ回転力を付与する始動制御を備え、前記主制御装置は、前記制御部が前記逆回転抑制制御を行っている場合に前記エンジンの始動要求を受け付けた場合、前記回転電動機の駆動開始と、前記回転電機の始動制御の開始間の時間を、逆回転抑制制御を行っていない場合の時間と異なる所定時間とする。

回転電動機によりエンジンの回転軸に回転力を付与する場合、ピニオンとリングギアとを噛み合わせるため、エンジンの回転軸の回転数が大きいほど、ピニオンとリングギアとの噛み合わせ時の衝突音が大きくなり、ピニオンの摩耗が進行する。通常交流モータの起動は直流モータに比べて回転の立ち上がりに少し時間が掛かる。しかし逆回転抑制シーケンスの実行中は、回転電機は既に逆回転抑制制御で駆動しているために始動制御に切り替えた場合すぐに駆動による回転数の上昇が期待できる。上記構成では、エンジンの回転軸の回転数がピニオンが噛合い時にリングギア間で摩耗が急速に進まない所定回転よりも小さくなった場合に回転電動機の制御を開始する。このときすぐに回転電機による始動制御を開始すると既に回転していたために想定よりも応答性が早くなり回転数が上昇する。このために回転電機の制御開始までの時間を長めに設定することで、回転電機の想定以上の早い立ち上がりによるピニオンとリングギアの噛合う前の回転電機の駆動を防止できる。その結果として、ピニオンとリングギアとの噛み合わせ時の衝突音を抑制でき、且つ、ピニオンの摩耗を抑制することができる。

第１３の構成では、第１〜第１２の構成のいずれかに加えて、前記制御部は、前記制御シーケンスとして、互いに開始条件の異なる複数の制御シーケンスを備え、第１条件で開始する制御シーケンスに続いて、前記第１条件とは異なる条件で開始する制御シーケンスを実行する場合に、所定期間の間、前記回転電機の制御を停止する。

制御部は、トリガ信号を認識することにより、複数の制御シーケンスのうちのいずれかの制御シーケンスを実行しているため、いずれかの制御シーケンスを実行中に他の制御シーケンスを開始するトリガ信号を認識した場合には、他の制御シーケンスへと切り替えることとなる。制御シーケンスを切り替える場合には、後に実行する制御シーケンスの開始時の環境は、切替前の制御シーケンスで行われていた制御に起因するものとなる。つまり、始動制御シーケンス実行直前に既に実行していた制御シーケンスによって回転電機の駆動開始時の状態が異なる。すなわち、直前の制御シーケンスの中断と同時に始動シーケンスを実行すると、回転電機でのトルクの影響やエンジン回転数やバッテリ状態や自身の励起状態等の状態が、直前の制御シーケンスの影響を受け、回転の立ち上がりにばらつきが生じる。上記構成では、制御シーケンスを切り替える際に、一旦、回転電機の駆動を停止しエンジンに連れまわされる状態を作ることで回転電機の直前の駆動の影響を排除した後に始動シーケンスを実行できるので精度のよい始動制御が可能になる。この結果、ギア噛合い音や摩耗の発生を抑制した始動応答性が向上した始動を実現できる。

第１４の構成では、第１〜第１３の構成のいずれかに加えて、前記制御部は、前記回転電機の回転数またはその変化に基づいて前記トリガ信号を生成し、その生成した前記トリガ信号に基づいて前記制御シーケンスを実行する。

上記構成では、制御部が、制御対象である回転電機の回転数またはその変化に基づいてトリガ信号を生成するため、主制御装置と制御部との間での情報の伝達を低減することができる。この結果、通信遅れに依存しない応答性の良い始動制御または逆回転抑制制御などの制御シーケンスの実行が可能となる。

第１５の構成では、第１〜第１４の構成のいずれかに加えて、前記回転電機は、交流回転電機であり、前記制御部は、前記回転電機に生ずる誘導起電力により、前記制御部は、前記回転電機に生ずる誘導起電力により前記回転電機の回転数および交流電動機として駆動すべき位相を検出する。

エンジンの回転軸の回転数を回転速度センサにより求める場合、有限の歯をもったパルサの１歯の通過時間からエンジン回転数を算出するために、回転速度が小さいほど回転数の回転速度の検出精度が低下する。この点、回転電機が交流回転電機であり、その回転軸がエンジンの回転軸と接続されていれば、交流電力の周波数または生じる誘導起電圧から、エンジンの回転軸の回転数を歯数の制限なく精度よく取得することができる。

制御システム全体の構成図である。 第１実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第１実施形態においてＥＣＵが実行する制御を示すフローチャートである。 第１実施形態において制御ＩＣ２２が実行する制御を示すフローチャートである。 第２実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第３実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第４実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第４実施形態に係る制御の別の例を示すタイムチャートである。 第４実施形態に係る制御の別の例を示すタイムチャートである。 第５実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第５実施形態においてＥＣＵが実行する制御を示すフローチャートである。 第５実施形態において制御ＩＣ２２が実行する制御を示すフローチャートである。 第６実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第７実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第７実施形態に係る制御の別の例を示すタイムチャートである。 第７実施形態に係る制御の別の例を示すタイムチャートである。 第７実施形態においてＥＣＵが実行する制御を示すフローチャートである。 第７実施形態において制御ＩＣ２２が実行する制御を示すフローチャートである。 第８実施形態に係る制御を示すタイムチャートである。 第８実施形態において制御ＩＣ２２が実行する制御を示すフローチャートである。

以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。

＜第１実施形態＞
以下、本発明を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態に係る制御システムは、走行駆動源としてのエンジン１０を備える車両に搭載されるものである。図１において、エンジン１０は、ガソリンや軽油等の燃料の燃焼により駆動される多気筒エンジンであり、周知のとおり燃料噴射弁や点火装置等を備えている。

エンジン１０には、回転電動機であるスタータモータ１１が設けられている。スタータモータ１１の回転軸にはピニオン１２が設けられており、そのピニオン１２はエンジン１０の回転軸１３に設けられたリングギア１４に対して結合可能に設けられている。スタータモータ１１には、ピニオン１２をリングギア１４と結合させるべく押し出すソレノイド１５が設けられている。このソレノイド１５はピニオン１２の駆動部として機能し、エンジン１０の始動時には、ソレノイド１５の駆動によりピニオン１２が軸方向へと移動してリングギア１４とが噛み合わされ、スタータモータ１１の動力をエンジン１０の回転軸１３へと伝達可能とされる。

エンジン１０の回転軸１３には、プーリ及びベルトを含んで構成される動力伝達部１６を介して、回転電機であるオルタネータ２０が動力を伝達可能に接続されている。オルタネータ２０は、エンジン１０の回転軸１３へ駆動力を供給する際には電動機として機能し、エンジン１０の駆動力を電力に変換する際には発電機として機能する。

オルタネータ２０は、回転電機部２１と、制御ＩＣ２２と、回転電機部２１に流れる電流を検出する回転検出部２３と、回転電機部２１へと電力を供給する回転駆動部２４とを備えている。回転電機部２１は、三相交流回転電機であり、ロータに巻かれたロータコイルと、ステータに巻かれたステータコイルとを備える公知の構成を有している。回転駆動部２４は、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴを複数備える周知のインバータ回路であり、バッテリ３１から供給される直流電力を交流電力へ変換して回転電機部２１へ供給する機能と、回転電機部２１から供給される交流電力を直流電力へと変換してバッテリ３１へと供給する機能とを有する。

制御ＩＣ２２は、オルタネータ２０を制御する制御部であり、オルタネータ２０を電動機として機能させる場合には、回転駆動部２４を駆動してバッテリ３１から供給される直流電力を三相の電力へと変換し、三相の電力をステータコイルへと供給する。このとき、制御ＩＣ２２は、回転検出部２３により検出された電流値を用いて、回転電機部２１の回転数が目標の回転数となるように、回転駆動部２４を制御する。

また、オルタネータ２０を発電機として機能させる場合には、ステータコイルに交流の誘導起電力が生ずる。この交流の誘導起電力の周波数は、回転電機部２１の回転数に依存している。したがって、回転検出部２３により誘導起電力を検出することにより、回転電機部２１の回転数を求めることができる。すなわち、回転検出部２３を回転電機部２１の回転数検出部と称することができる。さらに、回転検出部２３は生じる誘起電圧および逆起電力から回転角度も検出することができる。

回転電機部２１の回転数を取得することができれば、その回転数と、動力伝達部１６の減速比とを用いることにより、エンジン１０の回転軸１３の回転数であるエンジン回転数Ｎｅを求めることができる。

なお、エンジン１０の回転軸１３には、図示しないクラッチや変速機等を介して駆動輪が接続されている。この構成については、公知のものであるため、具体的な説明を省略する。

本システムでは、システム全体を統括する主制御装置としてＥＣＵ３０を備えている。ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ等を備えてなる周知の電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果等に基づいて、エンジン１０の制御を行う。

ＥＣＵ３０は、バッテリ３１と電気的に接続され、バッテリ３１から供給される電力により動作する。このバッテリ３１は、スタータモータ１１と接続され、リレー３３を介してソレノイド１５と接続されている。リレー３３はＥＣＵ３０からの駆動信号により接続状態となる。スイッチ３２が接続状態となることで、バッテリ３１から供給される電力によりスタータモータ１１が回転状態となり、スイッチ３２が遮断状態となることで、バッテリ３１からの電力の供給が停止し、スタータモータ１１は非駆動状態となる。リレー３３が接続状態となることで、バッテリ３１から供給される電力によりソレノイド１５が駆動し、ピニオン１２が押し出されてリングギア１４と噛み合わされる。ピニオン１２が押し出された後にスイッチ３２がＯＮし、スタータモータ１１はクランキングを開始する。リレー３３が遮断されることでバッテリ３１からの電力供給が停止し、ソレノイド１５が作動前の元の位置に戻る途中でスイッチ３２がＯＦＦとなり、非駆動状態になったあとでピニオン１２とリングギア１４の噛合いが解除される。

センサ類としては、アクセル操作部材としてのアクセルペダル４１の踏み込み操作量を検出するアクセルセンサ４２、ブレーキペダル４３の踏み込み操作量を検出するブレーキセンサ４４、エンジン１０の回転軸１３の回転速度を検出する回転速度センサ４５等が設けられている。これらのセンサからの検出信号はＥＣＵ３０に逐次入力される。なお、本システムにはこれらのセンサ以外のセンサも設けられているが、図示は省略している。

ＥＣＵ３０は、各センサの検出結果等に基づいて、燃料噴射弁による燃料噴射量制御及び点火装置による点火制御などの制御を実施する。

制御ＩＣ２２は、制御シーケンスとして、エンジン１０の停止時に回転軸１３へ回転力を付与する始動制御を実行可能としている。この始動制御は、スタータモータ１１と協働して行う制御であり、ＥＣＵ３０から送信されるトリガ信号である駆動開始指令を受信することにより、開始される。この始動制御について、図２を参照して説明する。なお、以下の説明において、アイドリングストップ状態から再始動する場合について説明するが、冷間始動の際にも同様の制御が可能である。

まず、時刻ｔ１でエンジン１０を始動させる指令が運転者から行われたとする。具体的には、運転者によりブレーキペダル４３が踏み込まれたことをブレーキセンサ４４により検出した場合に、エンジン１０を始動させる指令がなされたとする。このエンジン始動指令に基づいてスタータモータ１１の駆動指令が生成され、まずリレー３３が接続状態となる。これにより、ピニオン１２がリングギア１４に噛み合わされる。一方、エンジン始動指令は、オルタネータ２０の制御ＩＣ２２へも送信される。このとき、制御ＩＣ２２へ送信されるエンジン始動指令は、トリガ信号として送信される。

制御ＩＣ２２は、エンジン始動指令を示すトリガ信号を受信することにより、エンジン始動指令に対応してあらかじめ設定されている始動シーケンスを開始する。具体的には、回転電機部２１のステータコイルへ通電を開始してトルクを発生させ、エンジン１０の回転軸１３へ動力伝達部１６を介してトルクを伝達させる。

続いて、時刻ｔ２において、スイッチ３２が接続状態となり、スタータモータ１１への通電が開始される。時刻ｔ１と時刻ｔ２との間隔、すなわちリレー３３を接続してからスイッチ３２を接続するまでの時間は、ピニオン１２とリングギア１４との噛み合わせに必要な時間に基づいて、予め定められている。スタータモータ１１への通電が開始されれば、スタータモータ１１の回転がエンジン１０の回転軸１３に伝達されることにより、エンジン回転数Ｎｅが上昇を開始する。

時刻ｔ１から所定時間が経過した時刻ｔ３では、スタータモータ１１の駆動指令がオフとされ、スイッチ３２及びリレー３３がいずれも遮断状態となる。すなわち、ピニオン１２とリングギア１４との係合状態が解除されるとともに、スタータモータ１１への通電が停止される。このとき、スタータモータ１１の回転数は、漸減する。なお、図２において、時刻ｔ３以降のスタータモータ１１の回転数を、破線で示している。

時刻ｔ３でスタータモータ１１への通電が停止された後、オルタネータ２０のトルクがエンジン１０の回転軸１３を回転させるうえで十分なものであれば、オルタネータ２０の回転に伴い、エンジン回転数Ｎｅは上昇する。このとき、制御ＩＣ２２は、エンジン回転数Ｎｅが漸増するように、回転駆動部２４を制御した後、または同時に燃焼制御を開始する。

時刻ｔ４で、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなれば、制御ＩＣ２２は、始動制御シーケンスを終了する。すなわち、回転駆動部２４の制御を終了し、バッテリ３１から回転電機部２１へ電力が供給されないようにする。この第１閾値Ｎｅ１は、例えば、アイドル回転数に設定されている。

ところで、上述したように、オルタネータ２０における始動シーケンスを終了させる条件として、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなることを採用している。したがって、オルタネータ２０の駆動によってエンジン１０が始動しない場合、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１を上回らないため、オルタネータ２０の駆動が継続されることとなる。そこで、本実施形態では、始動制御の開始から計時を行い、所定時間経過を条件として、オルタネータ２０における始動制御を終了するものとしている。

ここで、図３を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ３０が実行する一連の処理について説明する。なお、図３に示すフローチャートに係る処理は、所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。

まずステップＳ１０１にて、スタータモータ１１が駆動中であるか否かを判定する。具体的には、既にスタータモータ１１の駆動指令が生成されているか否かを判定する。ステップＳ１０１にて否定判定した場合、すなわちスタータモータ１１が駆動中でない場合、ステップＳ１０２に進み、アイドリングストップ中であるか否かを判定する。ステップＳ１０２で肯定判定した場合には、ステップＳ１０３へ進み、エンジン１０の始動要求が行われたか否かを判定する。ステップＳ１０３で肯定判定した場合、すなわちエンジン１０の始動要求を運転者から受け付けている場合、ステップＳ１０４へ進む。なお、ステップＳ１０２で否定判定した場合、及びステップＳ１０３で否定判定した場合には、エンジン１０の始動制御を行う必要がないため、一連の処理を終了する。

ステップＳ１０４では、スタータ駆動指令を生成し、リレー３３へスタータ駆動指令を送信するとともに、ステップＳ１０５にて、オルタネータ２０の始動指令を生成し、制御ＩＣ２２へオルタネータ２０の始動指令を送信する。そして、一連の処理を終了する。

ステップＳ１０１の説明に戻り、ステップＳ１０１にて肯定判定した場合、すなわちスタータモータ１１の駆動中である場合には、ステップＳ１０６に進み、スタータモータ１１の始動指令を送信してから所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ１０６にて否定判定すれば、そのまま一連の処理を終了する。すなわち、スタータモータ１１の駆動を継続する。一方、ステップＳ１０６にて肯定判定すれば、ステップＳ１０７へ進み、スタータモータ１１の駆動を停止する。すなわち、スイッチ３２及びリレー３３を遮断状態とする。そして、一連の処理を終了する。

続いて、図４を参照して、制御ＩＣ２２が実行する始動制御について説明する。なお、図４に示すフローチャートに係る処理は、所定の制御周期ごとに繰り返し実行される。この制御周期は、ＥＣＵ３０の制御周期と同じであってもよいし、異なっていてもよい。

まず、ステップＳ２０１にて、ＥＣＵ３０からオルタネータ始動指令を受信しており、始動許可がなされているか否かを判定する。ステップＳ２０１にて否定判定した場合、すなわち始動許可がなされていない場合、オルタネータ２０の駆動を行わず、そのまま一連の処理を終了する。

ステップＳ２０１にて肯定判定した場合、すなわち始動許可がなされている場合、ステップＳ２０２へ進み、回転駆動部２４を制御して始動制御を実行する。続いて、ステップＳ２０３にて、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きいか否かを判定する。このステップＳ２０３では、回転検出部２３が検出した回転電機部２１の回転数に基づいてエンジン回転数Ｎｅを求め、そのエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きいか否かを判定する。

ステップＳ２０３にて否定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第１閾値以下である場合、ステップＳ２０４に進み、オルタネータ２０における始動制御を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ２０４にて否定判定した場合、すなわち始動制御を開始してから所定時間が経過していない場合には、そのまま一連の処理を終了する。すなわち、次の制御周期における制御においても、始動制御が行われることとなる。

一方、ステップＳ２０３にて肯定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなった場合には、ステップＳ２０５へ進み、始動制御を終了する。同様に、ステップＳ２０４にて肯定判定した場合、すなわち、始動制御の開始から所定時間が経過した場合にも、ステップＳ２０５へ進み、始動制御を終了する。

上記構成により、本実施形態に係る始動システムは、以下の効果を奏する。

・ＥＣＵ３０からの駆動指令を認識すれば、オルタネータ２０が備える制御ＩＣ２２により行われる制御シーケンスにより、回転電機部２１の駆動制御が行われる。回転電機部２１の駆動開始後、第１閾値Ｎｅ１まで到達すれば、制御ＩＣ２２はＥＣＵ３０からの停止指令を受けることなく、駆動を停止する。この構成により、エンジン１０の始動時において、ＥＣＵ３０とオルタネータ２０との間での情報の伝達は、駆動開始指令を示すトリガ信号の送受信のみとすることとができる。したがって、ＥＣＵ３０の演算負荷が増大したとしても、その影響は小さく、エンジン１０の迅速な始動を可能とすることができる。

・オルタネータ２０の制御ＩＣ２２に、駆動指令の受信によって始動の開始から停止までを行う制御シーケンスを搭載しているため、簡単な通信によりオルタネータ２０を制御できる。これにより、マイコン等を備えるＩＳＧ等と比較して、装置の構成を簡略化でき、システム全体のコストを抑制することができる。

・オルタネータ２０を制御する制御部をＥＣＵ３０と独立して持ち、かつトリガを取得することで、ＥＣＵ３０とは独立して作動開始および制御を行う制御シーケンスを実行するために、ＥＣＵ３０に搭載するソフトウエアの規模を小さくできる。結果、適合作業も少なくでき開発工数をも低減できる。

・オルタネータ２０が発生するトルクが大きくなるほど、動力伝達部１６を構成するベルトはより耐久力の高いものとする必要があり、また、ベルトテンショナを備える必要も生ずる。この点、エンジン１０の回転軸１３の回転開始時、すなわち、回転軸１３を回転させるうえでより大きなトルクがスタータモータ１１を駆動して回転力を付与しているため、オルタネータ２０が発生するトルクを、より小さくすることができる。したがって、制御システム全体のコストを低減することができる。

・オルタネータ２０の駆動によりエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくならず、所定時間が経過した場合、始動制御を終了するものとしている。始動制御は、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１に到達することを終了条件としているが、これにより、始動制御を際限なく継続する事態を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、エンジン１０の始動システムの全体構成は第１実施形態と共通しており、始動制御においてＥＣＵ３０が実行する処理の一部が第１実施形態と異なっている。

第１実施形態では、所定時間内にエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくならない場合、オルタネータ２０の駆動を停止した。この点、本実施形態では、１回目のスタータモータ１１の駆動開始から駆動終了までの制御は、第１実施形態と共通している。その１回目のスタータモータ１１の駆動と、オルタネータ２０の駆動によりエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくならない場合には、２回目のスタータモータ１１の駆動を行う。加えて、２回目のスタータモータ１１の駆動時には、エンジン１０における燃料の噴射及びその燃料への点火を開始するエンジン回転数Ｎｅについて、１回目よりも低いエンジン回転数Ｎｅとする。

本実施形態に係るＥＣＵ３０及び制御ＩＣ２２が実行する処理について、図５のタイムチャートを参照して説明する。

本実施形態に係る一連の制御について、図５のタイムチャートを参照して説明する。まず、時刻ｔ１１でエンジン１０の始動指令が生成されれば、ＥＣＵ３０では、スタータモータ１１の駆動指令が生成され、リレー３３が接続状態となる。すなわち、ピニオン１２とリングギア１４とが係合状態となる。一方、エンジン始動指令は、オルタネータ２０へも送信され、オルタネータ２０の制御ＩＣ２２は、始動シーケンスを開始する。

時刻ｔ１２でスイッチ３２が接続状態となれば、スタータモータ１１の回転に伴い、エンジン回転数Ｎｅも上昇を開始する。続く時刻ｔ１３でスタータモータ１１の駆動開始から所定時間が経過すれば、スタータモータ１１の駆動を停止する。

オルタネータ２０の駆動と１回目のスタータモータ１１の駆動とによりエンジン回転数Ｎｅが上昇しない場合、続く時刻ｔ１４で再びスタータモータ１１の駆動指令を生成する。この２回目のスタータ駆動指令が生成されるまでの時間は、予め定められたものであり、オルタネータ２０によってエンジン回転数Ｎｅが増加していないと判断できる時間が経過した場合に、２回目のスタータ駆動指令を生成する。

時刻ｔ１４で２回目のエンジン駆動指令が生成されれば、リレー３３が接続状態となる。すなわち、ピニオン１２とリングギア１４とが係合状態となる。続く時刻ｔ１５でスタータモータ１１の回転が開始され、その回転に伴い、エンジン回転数Ｎｅが上昇する。この２回目のスタータモータ１１の駆動の際には、エンジン１０における燃料の噴射及び点火を、スタータモータ１１の駆動期間中に行う。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが、オルタネータ２０の駆動により上昇するよりも前に、燃料の噴射及び点火を行う。こうすることで、エンジン回転数Ｎｅを第１閾値Ｎｅ１まで上昇させるうえで、オルタネータ２０のトルクに加えて燃料の噴射及び点火により発生するトルクも用いることができる。

２回目のスタータモータ１１の駆動開始から所定時間が経過した時刻ｔ１６で、スタータモータ１１の駆動を停止する。なお、２回目のスタータモータ１１の駆動期間の長さは、１回目のスタータモータ１１の駆動期間の長さと等しい。そして、時刻ｔ１７でエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなれば、制御ＩＣ２２はオルタネータ２０における始動制御を終了する。

上記構成により、本実施形態に係る制御システムは、以下の効果を奏する。

・スタータモータ１１の１回目の駆動でエンジン１０の始動が可能であれば、オルタネータ２０によってエンジン回転数Ｎｅが上昇した後に燃料の噴射及び点火を行うため、燃費およびエミッションを向上させることができる。一方、スタータモータ１１の１回目の駆動とその後のオルタネータ２０の駆動によりエンジン回転数Ｎｅが上昇しない場合には、スタータモータ１１の２回目の駆動を行い、且つ、燃料の噴射及び点火を行うエンジン回転数Ｎｅをより小さくしている。これにより、電源電圧の低下等でオルタネータ２０の駆動が不良の場合でもスタータモータ１１での駆動が可能になる。したがって、スタータモータ１１の１回目の駆動でエンジン１０の始動が可能な場合におけるエミッションを向上させつつ、オルタネータ２０が不調の場合でも確実に始動させることができる。

＜第３実施形態＞
本実施形態では、エンジン１０の始動システムの全体構成は第１実施形態と共通しており、始動制御においてＥＣＵ３０が実行する処理の一部が第１実施形態と異なっている。

第１実施形態では、所定時間内にエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくならない場合、オルタネータ２０の駆動を停止した。この点、本実施形態では、１回目のスタータモータ１１の駆動開始から駆動終了までの制御は、第１実施形態と共通している。また、１回目のスタータモータ１１の駆動と、オルタネータ２０の駆動によりエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくならない場合には、２回目のスタータモータ１１の駆動を行うとともに、２回目のスタータモータ１１の駆動時間を１回目よりも長くする。

本実施形態に係る一連の制御について、図６のタイムチャートを参照して説明する。まず、時刻ｔ２１でエンジン１０の始動指令が生成されれば、ＥＣＵ３０では、スタータモータ１１の駆動指令が生成され、リレー３３が接続状態となる。すなわち、ピニオン１２とリングギア１４とが係合状態となる。一方、エンジン始動指令は、オルタネータ２０へも送信され、オルタネータ２０の制御ＩＣ２２は、始動シーケンスを開始する。

時刻ｔ２２でスイッチ３２が接続状態となれば、スタータモータ１１の回転に伴い、エンジン回転数Ｎｅも上昇を開始する。続く時刻ｔ２３でスタータモータ１１の駆動開始から所定時間が経過すれば、スタータモータ１１の駆動を停止する。

オルタネータ２０の駆動と１回目のスタータモータ１１の駆動とによりエンジン回転数Ｎｅが上昇しない場合、続く時刻ｔ２４で再びスタータモータ１１の駆動指令を生成する。この２回目のスタータ駆動指令が生成されるまでの時間は、予め定められたものであり、オルタネータ２０によってエンジン回転数Ｎｅが増加していないと判断できる時間が経過した場合に、２回目のスタータ駆動指令を生成する。

時刻ｔ２４で２回目のエンジン駆動指令が生成されれば、リレー３３が接続状態となる。すなわち、ピニオン１２とリングギア１４とが係合状態となる。続く時刻ｔ２５でスタータモータ１１の回転が開始され、続いてＥＣＵ３０によって燃焼制御が開始されｔ２６で初爆の後は燃焼によってもエンジン回転数Ｎｅが上昇する。つまり、オルタネータ２０の回転と燃焼によって発生する回転エネルギの双方によりエンジン回転数Ｎｅがさらに増加していく。

その後、時刻ｔ２７でエンジン回転数Ｎｅが第２閾値Ｎｅ２よりも大きくなれば、ＥＣＵ３０はスタータモータ１１の駆動指令をオフとする。この第２閾値Ｎｅ２は、スタータモータ１１の最大回転数よりも高い値に設定されている。

オルタネータ２０によるエンジン回転数Ｎｅの増加が継続し、時刻ｔ２８でエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなれば、制御ＩＣ２２はオルタネータ２０の正常異常にかかわらず始動制御シーケンスを終了する。

上記構成により、本実施形態に係る始動システムは、以下の効果を奏する。

・オルタネータ２０による始動がうまくいかない場合でもスタータモータ１１での始動が可能となる。また、ＥＣＵ３０はオルタネータ２０の制御ＩＣ２２との通信を行う必要がない構成なのでオルタネータ２０の異常時でも、通信および通信遅れの影響を最小限にでき良好な始動を実現可能となる。

＜第４実施形態＞
本実施形態では、エンジン１０の始動システムの全体構成は第１実施形態と共通しており、始動制御においてＥＣＵ３０が実行する処理の一部が第１実施形態と異なっている。具体的には、スタータモータ１１の駆動を開始するタイミングと、オルタネータ２０の駆動を開始するタイミングをずらしている。

本実施形態における一連の制御について、図７のタイムチャートを参照して説明する。図７に示すタイムチャートでは、オルタネータ２０の駆動開始のタイミングを、スタータモータ１１の駆動開始のタイミングよりも早くしている。

まず時刻ｔ３１でエンジン始動指令を生成すれば、そのエンジン始動指令に基づいて、オルタネータ２０の駆動指令を生成して制御ＩＣ２２へ送信する。制御ＩＣ２２は、ＥＣＵ３０から取得した駆動指令に基づいて、始動制御を開始する。このとき、オルタネータ２０のトルクはエンジン回転数Ｎｅを増加させるうえで不十分であるため、エンジン回転数Ｎｅは増加しない。エンジン始動指令の生成から所定時間経過後の時刻ｔ３２では、ＥＣＵ３０はスタータモータ１１の駆動指令を生成する。この時刻ｔ３２では、リレー３３が接続状態とされ、ピニオン１２とリングギア１４とが噛み合わせられる。なお、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２までの時間は、予め定められた時間であるが、バッテリ３１の電圧や、種々の温度の条件で変更するものとしてもよい。

続く時刻ｔ３３で、スイッチ３２が接続状態とされ、スタータモータ１１への通電が行われる。スタータモータ１１が発生させるトルクがエンジン回転数Ｎｅを上昇させるうえで十分なものとなれば、エンジン回転数Ｎｅは増加を始める。

その後、時刻ｔ３２から所定時間経過後の時刻ｔ３４でスタータモータ１１の駆動を停止する。このとき、オルタネータ２０のトルクがエンジン回転数Ｎｅを増加させるうえで十分であれば、図示するように、オルタネータ２０からの駆動力により、エンジン回転数Ｎｅはさらに増加を続ける。そして、時刻ｔ３５でエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなれば、制御ＩＣ２２は始動制御を終了する。このとき燃焼制御によって完爆状態であることは言うまでもない。

なお、オルタネータ２０の駆動を開始するタイミングと、スタータモータ１１の駆動を開始するタイミングとを異ならせる場合には、図８及び図９のタイムチャートのごとく変更することができる。交流機であるオルタネータ２０の始動は直流機に比べて遅れることが知られている。ハードおよび制御の特性によって回転立ち上がりまでの応答時間はばらつくが、上記発明によってオルタネータ２０のハードおよび制御の特性に合わせた設計が行えるために最良のオルタネータ２０の始動応答性を実現できる。

図８に示すタイムチャートでは、スタータモータ１１の駆動開始のタイミングを、オルタネータ２０の駆動開始のタイミングよりも早くしている。まず時刻ｔ３１でエンジン始動指令を生成すれば、そのエンジン始動指令に基づいて、スタータモータ１１の駆動指令を生成し、リレー３３を接続状態とする。続く時刻ｔ３２ａでスイッチ３２が接続状態とされ、スタータモータ１１への通電が行われる。スタータモータ１１が発生させるトルクがエンジン回転数Ｎｅを上昇させるうえで十分なものとなれば、エンジン回転数Ｎｅは増加を始める。

時刻ｔ３３ａでは、オルタネータ２０の駆動指令が生成され、制御ＩＣ２２へ送信される。制御ＩＣ２２は、ＥＣＵ３０から取得した駆動指令に基づいて、始動制御を開始する。スタータモータ１１の駆動指令を生成したタイミングから所定時間経過後の時刻ｔ３４ａでは、スタータモータ１１の駆動を停止する。このとき、オルタネータ２０のトルクがエンジン回転数Ｎｅを増加させるうえで十分であれば、図示するように、オルタネータ２０からの駆動力により、エンジン回転数Ｎｅはさらに増加を続ける。そして、時刻ｔ３５でエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなれば、制御ＩＣ２２は始動制御を終了する。このとき燃焼制御によって完爆状態であることは言うまでもない。

図９のタイムチャートに示す例では、図７で示した例と同様に、オルタネータ２０の駆動開始のタイミングを、スタータモータ１１の駆動開始のタイミングよりも早くしている。加えて、オルタネータ２０の駆動指令をパルス状のトリガ信号としている。

まず時刻ｔ３１でエンジン始動指令を生成すれば、そのエンジン始動指令に基づいて、オルタネータ２０の駆動指令を生成して制御ＩＣ２２へ送信する。制御ＩＣ２２は、ＥＣＵ３０から取得した駆動指令に基づいて、始動制御を開始する。このとき、オルタネータ２０のトルクはエンジン回転数Ｎｅを増加させるうえで不十分であるため、エンジン回転数Ｎｅは増加しない。エンジン始動指令の生成から所定時間経過後の時刻ｔ３２ｂでは、ＥＣＵ３０はスタータモータ１１の駆動指令を生成する。この時刻ｔ３２ｂでは、リレー３３が接続状態とされ、ピニオン１２とリングギア１４とが噛み合わせられる。なお、時刻ｔ３１から時刻ｔ３２ｂまでの時間は、予め定められた時間であるが、バッテリ３１の電圧や、種々の温度の条件で変更するものとしてもよい。

続く時刻ｔ３３ｂで、スイッチ３２が接続状態とされ、スタータモータ１１への通電が行われる。スタータモータ１１が発生させるトルクがエンジン回転数Ｎｅを上昇させるうえで十分なものとなれば、エンジン回転数Ｎｅは増加を始める。

その後、時刻ｔ３２ｂから所定時間経過後の時刻ｔ３４ｂでスタータ駆動指令はオフとなる。このとき、オルタネータ２０のトルクがエンジン回転数Ｎｅを増加させるうえで十分であれば、図示するように、オルタネータ２０からの駆動力により、エンジン回転数Ｎｅはさらに増加を続ける。そして、時刻ｔ３５でエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなれば、制御ＩＣ２２は始動制御を終了する。

上記構成により、本実施形態に係る制御システムは、交流機のハードおよび制御の特性に応じた始動制御を行えるために、ハードおよび制御に関わらず始動応答性を向上させることができる。

＜第５実施形態＞
本実施形態では、エンジン１０の始動システムの全体構成は第１実施形態と共通しており、ＥＣＵ３０が実行する制御の一部、及び、オルタネータ２０が備える制御ＩＣ２２が実行する制御シーケンスが、第１実施形態と異なっている。

具体的には、ＥＣＵ３０は、所定の車速以下で運転者にブレーキペダル４３が踏み込まれたことをブレーキセンサ４４で検出し、エンジン１０へ燃料の供給を停止するアイドリングストップ制御を行う。

制御ＩＣは、エンジン１０のアイドリングストップ制御を行ううえで、燃料カット制御を行ううえで、エンジン１０の回転軸１３が逆回転をしないようにすべく、オルタネータ２０から回転軸１３へと正のトルクを付与する逆回転抑制制御を行う。この逆回転抑制制御では、エンジン回転数Ｎｅの時間当たりの減少量が予め定められたものとなるように、オルタネータ２０の回転数を制御する。この逆回転抑制制御により、エンジン回転数Ｎｅの急激な減少を抑制でき、それにより、エンジン１０の回転軸１３の逆回転を抑制できる。

この逆回転抑制制御について、図１０のタイムチャートを用いて説明する。なお、図１０において、逆回転抑制制御を行わない場合のエンジン回転数Ｎｅを、破線で示している。

まず、時刻ｔ４１で、ＥＣＵ３０において燃料カット信号が生成されれば、ＥＣＵ３０は、エンジン１０における燃料の噴射を停止し、アイドリングストップ状態とする。このとき、車両は惰性で走行する状態となる。なお、燃料カット信号は、所定の車速以下で運転者のブレーキペダル４３の踏み込みがあったことをブレーキセンサ４４で検出することに基づいて、生成される。

燃料カット信号が生成され、エンジン１０における燃料の噴射及び燃焼が停止されると、エンジン回転数Ｎｅは降下を始める。エンジン回転数Ｎｅの降下が継続し、時刻ｔ４２でエンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３を下回れば、制御ＩＣ２２は燃料カット信号をトリガに自身の回転数を検出し、制御ＩＣ２２にあらかじめ搭載している逆回転抑制制御のシーケンスを開始する。このとき、制御ＩＣ２２は、エンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３を下回ったか否かを、オルタネータ２０が備える回転検出部２３から取得した回転数に基づいて判定する。エンジン１０の回転軸１３とオルタネータ２０とは、動力伝達部１６により接続されているため、エンジン１０の回転軸１３の回転は、オルタネータ２０に伝達される。これにより、オルタネータ２０の回転電機部２１には３相の交流電力である誘導起電圧が生ずる。この誘導起電圧または逆起電圧から求めた回転電機部２１の回転数と動力伝達部１６の減速比とにより、エンジン回転数Ｎｅを求めることができる。ここでは誘導起電圧または逆起電圧から回転電機部２１の回転数を算出したが、オルタネータ２０の回転電機部２１に回転センサを搭載しても良い。

逆回転抑制制御において、制御ＩＣ２２は、エンジン回転数Ｎｅの時間当たりの減少量が予め定められた値となるように駆動を行う。エンジン回転数Ｎｅの降下がさらに継続し、時刻ｔ４３でエンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４に到達すれば、エンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４を維持するように制御を行う。このように、エンジン回転数Ｎｅを第４閾値Ｎｅ４に維持する制御を所定時間継続する。エンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４の値近傍で一時保持した後に、エンジン１０の回転軸１３の駆動を停止させる。

以上のように行われる逆回転抑制制御について、図１１及び図１２を参照して説明する。最初に、図１１のフローチャートを参照して、ＥＣＵ３０が実行する処理について説明する。

まず、ステップＳ３０１にて、アイドリングストップ中であるか否かを判定する。ステップＳ３０１にて肯定判定した場合、ステップＳ３０２へ進み、エンジン回転数Ｎｅが降下中であるか否かを判定する。ステップＳ３０２で肯定判定した場合、ステップＳ３０３へ進み、逆回転抑制制御の許可を制御ＩＣ２２へ送信し、一連の処理を終了する。

続いて、図１２のフローチャートを参照して、制御ＩＣ２２が実行する一連の処理について説明する。

まず、ステップＳ４０１にて、逆回転抑制制御の許可をＥＣＵ３０から受け取っているか否かを判定する。ステップＳ４０１にて否定判定した場合、すなわちＥＣＵ３０においてアイドリングストップ中でないと判定されているか、エンジン回転数Ｎｅが降下中でないと判定されている場合、そのまま一連の処理を終了する。

続いて、ステップＳ４０２に進み、逆回転抑制制御がすでに行われているか否かを判定する。ステップＳ４０２にて否定判定した場合、すなわち逆回転抑制制御が開始されていない場合、ステップＳ４０３へ進む。ステップＳ４０３では、エンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３よりも小さいか否かを判定する。このステップＳ４０３において、エンジン回転数Ｎｅは、他の実施形態と同様に回転電機部２１の誘導起電力に基づいて求める。ステップＳ４０３にて肯定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３以上である場合、そのまま一連の処理を終了する。一方、ステップＳ４０３にて否定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３よりも小さい場合、ステップＳ４０４へ進み、逆回転抑制制御を開始する。そして、一連の処理を終了する。なお、逆回転抑制制御はアイドリングストップ中に行われることから、第３閾値Ｎｅ３は、アイドリング回転数よりも低い値に設定されていればよい。

ステップＳ４０２にて肯定判定した場合、すなわち、すでにステップＳ４０４の処理が行われ逆回転抑制制御が開始されている場合、ステップＳ４０５へ進む。ステップＳ４０５では、エンジン回転数Ｎｅを第４閾値Ｎｅ４に維持する維持制御を行っている状態であるか否かを判定する。ステップＳ４０５で否定判定した場合、ステップＳ４０６に進み、エンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ４０６にて肯定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４よりも大きい場合、ステップＳ４０７へ進んでエンジン回転数Ｎｅを漸減させる制御を行い、一連の処理を終了する。一方、ステップＳ４０６にて否定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４以下となった場合、ステップＳ４０８へ進み、エンジン回転数Ｎｅを第４閾値Ｎｅ４に維持する維持制御を開始する。そして、一連の処理を終了する。なお、第４閾値Ｎｅ４は、エンジン回転数Ｎｅがその第４閾値Ｎｅ４を維持した状態において回転電機部２１の駆動を停止したとしても、エンジン１０の回転軸１３が逆回転しない程度の回転数として予め定められた値である。

ステップＳ４０５で肯定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅを第４閾値Ｎｅ４に維持する維持制御が既に行われている場合、ステップＳ４０９へ進み、維持制御を開始してから所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ４０９にて否定判定し場合、すなわち、維持制御を開始してから所定時間が経過していない場合、ステップＳ４１０へ進み、エンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４となるように回転駆動部２４を制御する。そして、一連の制御を終了する。一方、ステップＳ４０９にて肯定判定し場合、すなわち、維持制御を開始してから所定時間が経過した場合、ステップＳ４１１へ進み、一連の逆回抑制制御を終了する。

上記構成により、本実施形態に係る制御システムは、第１実施形態に係る制御システムが奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・エンジン１０の回転を停止させる際に、エンジン回転数Ｎｅの時間当たりの減少量が大きいほど、慣性エネルギが大きくなる。これにより、エンジン回転数Ｎｅがゼロとなった後の回転軸１３の逆回転量が大きくなる。エンジン１０が逆回転中に始動を行う場合、その始動にはより大きなトルクが必要となる。ゆえに、エンジン１０が逆回転中にも始動を可能とするには、スタータモータ１１としてより大きなトルクを発生させることが可能なものを採用するか、逆回転が終了してから始動を行うものとすることが考えられる。こうした場合、前者であれば、システム全体のコストの上昇およびギア摩耗の増大という問題が生じ、後者であれば、始動時間が長くなるという問題が生ずる。本実施形態では、エンジン１０の停止前にオルタネータ２０を用いて逆回転抑制制御を行っているため、エンジン回転数Ｎｅを十分に小さくした後に、回転を停止させることができる。

エンジン回転数Ｎｅを第４閾値Ｎｅ４に維持する制御を行い、その後にエンジン回転数Ｎｅをゼロとしているため、エンジン回転数Ｎｅが減少する際の慣性エネルギを小さくすることができる。これにより、エンジン１０の回転軸１３の逆回転量を小さくすることができる。

・回転速度センサ４５により検出されるエンジン１０の回転軸１３のエンジン回転数Ｎｅの検出精度は、エンジン回転数Ｎｅが小さくなるほど悪化する。本実施形態では、逆回転抑制制御を行ううえで、減速比分だけエンジン回転数Ｎｅより高い回転で回るオルタネータ２０が備える回転検出部２３からの連続した誘導起電圧に起因する信号に基づいてエンジン回転数Ｎｅを求めているため、エンジン回転数Ｎｅを検出する回転速度センサ４５よりも高い分解能で回転を検出することができる。これにより、エンジン１０の停止直前においてもエンジン回転数Ｎｅを精度よく検出することができ、かつ低回転での制御が可能となる。ゆえに、精度よく逆回転抑制制御を行うことができる。
結果、逆回転を抑制することでスタータモータ１１の体格の小型化及びピニオン１２の摩耗の抑制をしつつ、再始動までの時間を短縮することができる。

＜第６実施形態＞
本実施形態では、第５実施形態と同様に逆回転抑制制御を行うものの、その逆回転抑制制御の具体的内容が第５実施形態と一部異なっている。

本実施形態に係る逆回転抑制制御について、図１３のタイムチャートを参照して説明する。まず、時刻ｔ５１で燃料カット信号が生成されれば、第５実施形態と同様に、エンジン回転数Ｎｅは降下を開始する。エンジン回転数Ｎｅの降下が継続し、制御ＩＣ２２は燃料カット信号をトリガに逆回転抑制制御シーケンスを実行する。時刻ｔ５２でエンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３を下回れば、逆回転抑制制御を開始する。この逆回転抑制制御は、時刻ｔ５３でエンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４を下回れば、逆回転抑制制御を終了する。

なお、本実施形態において、エンジン回転数Ｎｅが第４閾値Ｎｅ４を下回ることを条件として逆回転抑制制御を終了する代わりに、エンジン回転数Ｎｅがゼロとなるまで逆回転抑制制御を継続するものとしてもよい。

上記構成により、本実施形態に係る制御システムは、第５実施形態に係る制御システムが奏する効果と同等の効果を奏する。

＜第７実施形態＞
本実施形態では、エンジン１０の始動システムの全体構成は第１実施形態と共通しており、オルタネータ２０が備える制御ＩＣ２２が実行する制御シーケンスが、第１実施形態と異なっている。具体的には、エンジン１０のアイドリングストップ制御を行ううえで、エンジン１０の回転軸１３が逆回転をしないようにすべく、オルタネータ２０から回転軸１３へと正のトルクを付与する逆回転抑制制御を行う。加えて、アイドリングストップ制御により燃料の噴射が停止している状態からエンジン１０を再始動させる始動制御を行う。すなわち、第１実施形態に係る制御と第５実施形態に係る制御とを実施するものとしている。

本実施形態におけるＥＣＵ３０及び制御ＩＣ２２が実行する処理について、図１４のタイムチャートを参照して説明する。なお、図１４では、エンジン回転数Ｎｅの降下中に、逆回転抑制制御が行われていない状態で始動制御が行われる例を示している。

時刻ｔ６１で燃料カット信号が生成されると、エンジン１０での燃料の噴射が停止され、それに伴いエンジン回転数Ｎｅが下降する。続く時刻ｔ６２で運転者から再始動要求を取得することにより、エンジン始動指令を生成すれば、そのエンジン始動指令を制御ＩＣ２２へと送信する。このとき、オルタネータ２０の制御ＩＣ２２は、回転検出部２３から取得した回転に基づいて、エンジン回転数Ｎｅを認識する。

制御ＩＣ２２は、エンジン回転数Ｎｅの認識後の時刻ｔ６３にて、始動制御を開始する。このとき、オルタネータ２０の回転数が時刻ｔ６３におけるエンジン回転数Ｎｅと概ね等しくなるように通電を行う。その後、エンジン回転数Ｎｅを上昇させるべく、オルタネータ２０の回転数を漸増さる。そして、時刻ｔ６４でエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きくなれば、始動制御を終了する。この場合燃焼はｔ６４までに開始させておくことは言うまでもない。

本実施形態に係る制御システムでは、オルタネータ２０のみによりエンジン回転数Ｎｅを上昇させることが可能であるように、高回転まで駆動できるオルタネータ２０を使用する。

ところで、本実施形態のように、エンジン回転数Ｎｅの降下中にオルタネータ２０を用いて再始動を行う場合、トルクが不足し、オルタネータ２０のみでは再始動が困難な場合がある。この場合には、エンジン回転数Ｎｅが十分に低下した後にスタータモータ１１の駆動指令を生成し、スタータモータ１１により初期駆動力を付与した後に、オルタネータ２０によりさらにエンジン回転数Ｎｅを増加させる制御を行う。

エンジン回転数Ｎｅの降下中に再始動の要求がなされたものの、オルタネータ２０のみでは始動ができず、スタータモータ１１も用いて再始動を行う場合の処理を、図１５のタイムチャートを参照して説明する。

まず、時刻ｔ７１で燃料カット信号が生成されると、エンジン１０での燃料の噴射が停止され、それに伴いエンジン回転数Ｎｅが下降する。続く時刻ｔ７２で運転者から再始動要求を取得することにより、エンジン始動指令を生成すれば、そのエンジン始動指令を制御ＩＣ２２へと送信する。このとき、オルタネータ２０の制御ＩＣ２２は、回転検出部２３から取得した回転に基づいて、エンジン回転数Ｎｅを認識する。

制御ＩＣ２２は、エンジン回転数Ｎｅの認識後の時刻ｔ７３にて、始動制御を開始する。このとき、オルタネータ２０の回転数が時刻ｔ７３におけるエンジン回転数Ｎｅと概ね等しくなるように通電を行う。このとき、オルタネータ２０のトルクが不足していれば、エンジン回転数Ｎｅを上昇させることができず、エンジン回転数Ｎｅは降下を続ける。そして、時刻ｔ７４でエンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６を下回れば、ＥＣＵ３０はスタータモータ１１の駆動指令を生成する。このとき、エンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６を下回ったか否かは、回転速度センサ４５の検出信号に基づいて取得すればよい。

時刻ｔ７４でスタータモータ１１の駆動指令が生成されれば、まず、リレー３３が接続状態とされ、ピニオン１２とリングギア１４との噛み合わせがなされる。続く時刻ｔ７５でスイッチ３２が接続状態とされれば、スタータモータ１１の回転により、エンジン回転数Ｎｅが上昇を開始する。時刻ｔ７６でエンジン回転数Ｎｅが第５閾値Ｎｅ５よりも大きくなれば、スタータモータ１１の駆動を停止する。すなわち、スイッチ３２及びリレー３３を遮断状態となる。

時刻ｔ７６でスタータモータ１１の駆動を停止した後、オルタネータ２０の回転により、エンジン回転数Ｎｅは上昇する。そして、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１に到達すれば、制御ＩＣ２２は、制御を終了する。この場合、第１閾値Ｎｅ１到達前までに燃焼を開始しておくことは言うまでもない。

なお、図１５で示した一連の制御を行いエンジン１０の再始動に失敗した場合には、第２、第３実施形態に準ずる制御を行ってエンジン１０の再始動を行うものとすればよい。

続いて、アイドリングストップが行われ、それに伴い逆回転抑制制御を行っている場合に、運転者からエンジン１０の再始動の要求がなされた場合について、図１６のタイムチャートを参照して説明する。

まず、時刻ｔ８１で燃料カット信号が生成されると、エンジン１０での燃料の噴射が停止され、それに伴いエンジン回転数Ｎｅが下降する。続く時刻ｔ８２でエンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３よりも小さくなれば、制御ＩＣ２２は、逆回転抑制制御を行う。この逆回転抑制制御は、第５実施形態と同等の制御である。時刻ｔ８３で運転者から再始動要求を取得すれば、ＥＣＵ３０はエンジン１０の始動指令を生成する。ＥＣＵ３０は、エンジン始動指令を生成すれば、そのエンジン始動指令を制御ＩＣ２２へと送信する。続く時刻ｔ８４にてエンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６よりも小さくなれば、ＥＣＵ３０はスタータモータ１１の駆動指令を生成する。

スタータモータ１１の回転によりエンジン回転数Ｎｅが上昇し、時刻ｔ８５でエンジン回転数Ｎｅが第５閾値Ｎｅ５よりも大きくなれば、スタータモータ１１の駆動を停止する。すなわち、スイッチ３２及びリレー３３を遮断状態とする。スタータモータ１１の駆動を停止した後、オルタネータ２０の回転により、エンジン回転数Ｎｅは上昇する。そして、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１に到達すれば、制御ＩＣ２２は、始動制御を終了する。この場合も、第１閾値Ｎｅ１到達前までに燃焼を開始しておくことは言うまでもない。

以上のタイムチャートで示したＥＣＵ３０が実行する一連の制御について、図１７のフローチャートを参照して説明する。

まず、ステップＳ５０１にてスタータモータ１１が駆動中であるか否かを判定する。ステップＳ５０１にて否定判定すれば、すなわちスタータモータ１１が駆動中でなければ、ステップＳ５０２へ進む。ステップＳ５０２では、アイドリングストップ中であるか否かを判定する。ステップＳ５０２で否定判定すれば、すなわちアイドリングストップ中でなければ、エンジン１０は燃料の燃焼により駆動しているため、そのまま一連の処理を終了する。

ステップＳ５０２にて肯定判定すれば、すなわちアイドリングストップ中であれば、ステップＳ５０３へ進み、エンジン１０の始動要求がなされているか否かを判定する。ステップＳ５０３で否定判定すれば、すなわちエンジン１０の始動要求がなされていなければ、ステップＳ５０４へ進み、エンジン回転数Ｎｅは降下中であるか否かを判定する。ステップＳ５０４で肯定判定すれば、すなわちアイドリングストップ制御によりエンジン回転数Ｎｅが降下中であれば、ステップＳ５０５へ進み、逆回転抑制制御の許可を制御ＩＣ２２へ送信する。一方、ステップＳ５０４で否定判定すれば、そのまま一連の処理を終了する。

ステップＳ５０３にて肯定判定した場合、すなわちアイドリングストップ制御が行われている状態でエンジン１０の始動要求がなされた場合、ステップＳ５０６へ進み、エンジン回転数Ｎｅが自己着火回転数Ｎ０よりも小さいか否かを判定する。この自己着火エンジン回転数Ｎｅ０は、スタータモータ１１又はオルタネータ２０からの回転力を付与することなく、燃料の噴射及びその燃料への着火を行うことによりエンジン１０の始動が可能な回転数であり、予め定められた値である。

ステップＳ５０６にて肯定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが自己着火エンジン回転数Ｎｅ０よりも小さい場合、ステップＳ５０７へ進み、エンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６よりも小さい値であるか否かを判定する。ステップＳ５０７で肯定判定した場合、エンジン回転数Ｎｅが十分に小さく、オルタネータ２０のみによる再始動は困難である。一方で、エンジン回転数Ｎｅが小さいために、スタータモータ１１のピニオン１２とリングギア１４との回転数の差が小さく、噛み合わせ時の衝突音や、摩耗は小さくなる。そのため、ステップＳ５０８へ進み、スタータモータ１１へ始動指令を送信する。さらに、ステップＳ５０９にてオルタネータ２０へ始動指令を送信する。そして、一連の処理を終了する。

一方、ステップＳ５０７で否定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６よりも大きい場合、オルタネータ２０のみによる始動を行うべく、スタータモータ１１の始動指令は行わず、オルタネータ２０へ始動指令を送信する。そして、一連の処理を終了する。

なお、ステップＳ５０６にて否定判定すれば、すなわち自己着火によりエンジン１０の再始動が可能であれば、ステップＳ５１０へ進み、ＥＣＵ３０は燃料の噴射及びその燃料への着火により、エンジン１０の再始動を行い、一連の処理を終了する。

ステップＳ５０１の説明に戻り、ステップＳ５０１にて肯定判定した場合、すなわちスタータモータ１１が既に駆動中である場合、ステップＳ５１１へ進み、エンジン回転数Ｎｅが第５閾値Ｎｅ５よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ５１１にて肯定判定すれば、エンジン回転数Ｎｅは十分に上昇しており、オルタネータ２０の駆動によりエンジン１０の始動が可能といえるため、ステップＳ５１２へ進み、スタータモータ１１の駆動を停止する。一方、ステップＳ５１１にて否定判定すれば、そのまま一連の処理を終了する。すなわち、スタータモータ１１の駆動を継続した状態を維持する。

続いて、図１８のフローチャートを参照して、制御ＩＣ２２が実行する一連の処理を説明する。

まずステップＳ６０１にて、ＥＣＵ３０から始動許可を取得しているか否かを判定する。ステップＳ６０１にて否定判定した場合、すなわち始動許可を取得していない場合、ステップＳ４０１へ進み、逆回転抑制制御の許可を取得しているか否かを判定する。このステップＳ４０１以降の処理については、第５実施形態における図１２で示したものと同等の処理であるため、具体的な説明を省略する。

ステップＳ６０１にて肯定判定した場合、すなわち始動許可を取得している場合、ステップＳ６０２へ進み、逆回転抑制制御を行っているか否かを判定する。ステップＳ６０２にて肯定判定した場合、すなわち逆回転抑制制御を行っている場合、ステップＳ６０３へ進み、その逆回転抑制制御を停止する。そして、ステップＳ６０４へ進む。一方、ステップＳ６０２で否定判定した場合、すなわち逆回転抑制制御を行っていない場合には、そのままステップＳ６０２へ進む。

ステップＳ６０４では、始動制御を実行する。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが漸増するように、回転電機部２１への通電状態を制御する。続いて、ステップＳ６０５へ進み、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ６０５で肯定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きい場合には、ステップＳ６０６へ進み、始動制御を終了する。

一方、ステップＳ６０５で否定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第１閾値以下である場合には、ステップＳ６０７へ進み、始動制御の開始から所定時間が経過したか否かを判定する。この場合の所定時間については、第１実施形態と同様の時間を採用すればよい。ステップＳ６０７で否定判定した場合、そのまま一連の処理を終了する。すなわち、始動制御を継続する。

ステップＳ６０７で肯定判定した場合、すなわち始動制御の開始から所定時間が経過した場合、エンジン回転数Ｎｅが上昇していないことを意味するため、オルタネータ２０の駆動を継続したとしてもエンジン１０を再始動することができない可能性が高い。そのため、ステップＳ６０６へ進み、始動制御を終了する。ステップＳ６０７を経てステップＳ６０６へと進んで始動制御を終了した場合には、第２実施形態又は第３実施形態に係る制御を行うことにより、エンジン１０の再始動を行うものとしてもよい。

上記構成により、本実施形態に係る制御システムは、第１実施形態に係る制御システムが奏する効果、及び第６実施形態に係る制御システムが奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・電動機を、同一出力で高回転まで回転駆動可能にした場合、一般的に出力できるトルクが低下する。本実施形態では、エンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６よりも小さい場合には、トルクの大きなスタータモータ１１を用いて始動を行うため、始動性を向上させることができる。また、スタータモータ１１とエンジン１０との動力の伝達を、ピニオン１２とリングギア１４とを噛み合わせることにより行っているため、エンジン回転数Ｎｅが大きい場合は、噛み合わせの際の衝突音が大きくなり、それに伴いピニオン１２の摩耗が進むおそれがある。この点、エンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６よりも大きい場合には、オルタネータ２０のみにより始動制御を行うため、ピニオン１２とリングギア１４との衝突音や、それに起因するピニオン１２の摩耗を抑制することができる。

＜第８実施形態＞
本実施形態では、エンジン１０の始動システムの全体構成は第１実施形態と共通しており、オルタネータ２０が備える制御ＩＣ２２が実行する制御シーケンスが、第１実施形態と異なっている。具体的には、第７実施形態と同様に、逆回転抑制制御と、始動制御とを行い、且つ、その逆回転抑制制御から始動制御へと切り替える際に、回転駆動部２４の制御を行わず、回転電機部２１の駆動を停止する遷移制御を行うものとしている。この遷移制御を行う期間は、予め定められた時間であってもよいし、各種の条件、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、バッテリ３１の電圧、気温、水温、制御ＩＣ２２の温度、回転駆動部２４の温度、制御基板の温度等の環境温度、又は経時変化等によって変更してもよい。このように、各種温度または経時変化により遷移制御を行う期間を定めることにより、車両に不具合を起こす前に始動制御を開始することができる。

本実施形態におけるＥＣＵ３０及び制御ＩＣ２２が実行する処理について、図１９のタイムチャートを参照して説明する。

まず、時刻ｔ９１で燃料カット信号が生成されると、エンジン１０での燃料の噴射が停止され、それに伴いエンジン回転数Ｎｅが下降する。続く時刻ｔ９２でエンジン回転数Ｎｅが第３閾値Ｎｅ３よりも小さくなれば、制御ＩＣ２２は、逆回転抑制制御を行う。この逆回転抑制制御は、第５実施形態と同等の制御である。時刻ｔ９３で運転者から再始動要求を取得すれば、ＥＣＵ３０はエンジン１０の始動指令を生成する。ＥＣＵ３０は、エンジン始動指令を生成すれば、その時刻ｔ９３においてエンジン回転数Ｎｅは第６閾値Ｎｅ６よりも小さいため、そのエンジン始動指令に基づきスタータモータ１１の駆動指令を生成する。なお、エンジン始動指令を生成した時点でエンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６よりも大きければ、エンジン回転数Ｎｅが第６閾値Ｎｅ６よりも小さくなるのを待って、スタータモータ１１の駆動指令を生成する。

一方、時刻ｔ９３において、ＥＣＵ３０から制御ＩＣ２２へエンジン始動指令が送信されることにより、制御ＩＣ２２は逆回転抑制制御を終了する。そして、回転電機部２１の制御を行わない遷移制御へと移行する。この遷移制御では、制御ＩＣ２２により回転電機部２１が制御されていないため、回転電機部２１に生ずる誘導起電力を回転検出部２３により検出することにより、エンジン回転数Ｎｅを認識することができる。時刻ｔ９３での遷移制御の開始から所定時間経過後の時刻ｔ９４において、制御ＩＣ２２は、始動制御を開始する。

時刻ｔ９５でスタータモータ１１の駆動開始から所定時間が経過すれば、スタータモータ１１の駆動を停止する。この、スタータモータ１１の駆動開始から駆動停止までの期間は、制御ＩＣ２２における遷移制御の期間の長さにもとづいて予め設定されている。これは、オルタネータ２０の遷移制御中にスタータモータ１１を停止すれば、始動制御をオルタネータ２０のみにより行うこととなり、エンジン１０の始動が困難となるためである。そして、時刻ｔ９６でエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１に到達すれば、制御ＩＣ２２は、始動制御を終了する。この場合、第１閾値Ｎｅ１到達前までに燃焼を開始しておくことは言うまでもない。

続いて、図２０のフローチャートを参照して、制御ＩＣ２２が実行する一連の処理を説明する。

まずステップＳ７０１にて、ＥＣＵ３０から始動許可を取得しているか否かを判定する。ステップＳ７０１にて否定判定した場合、すなわち始動許可を取得していない場合、ステップＳ４０１へ進み、逆回転抑制制御の許可を取得しているか否かを判定する。このステップＳ４０１以降の処理については、第５実施形態における図１２で示したものと同等の処理であるため、具体的な説明を省略する。

ステップＳ７０１にて肯定判定した場合、すなわち始動許可をＥＣＵ３０から受信している場合、ステップＳ７０２へ進み、逆回転抑制制御が行われているか否かを判定する。ステップＳ７０２で肯定判定した場合、すなわち逆回転抑制制御が行われている場合、ステップＳ７０３へ進み、逆回転抑制制御を終了する。続いて、ステップＳ７０４へ進み、遷移制御を開始する。この遷移制御は、図１９のタイムチャートの説明で述べたとおり、回転電機部２１の制御を停止し、回転電機部２１に生ずる誘導起電力によりエンジン回転数Ｎｅを認識する制御である。そして、一連の処理を終了する。

ステップＳ７０２にて否定判定した場合、すなわち逆回転抑制制御が行われていない場合、ステップＳ７０５へ進み、遷移制御が行われているか否かを判定する。ステップＳ７０５にて肯定判定した場合、すなわち遷移制御中である場合、ステップＳ７０６へ進み、遷移制御の開始から所定時間が経過したか否かを判定する。ステップＳ７０６における判定に用いられる所定時間は、予め定められた時間であってもよいし、逆回転抑制制御を停止した時点での回転数に基づいて可変に設定される時間であってもよい。

ステップＳ７０６にて否定判定した場合、すなわち遷移制御が開始されてから所定時間が経過していない場合、そのまま一連の処理を終了する。すわなち、遷移制御を継続する。一方、ステップＳ７０７にて肯定判定した場合、すなわち遷移制御を開始してから所定時間が経過している場合、ステップＳ７０８へ進む。また、ステップＳ７０５で否定判定した場合、すなわち、既に遷移制御が終了している場合にも、ステップＳ７０８へ進む。

ステップＳ７０８では、始動制御を実行する。すなわち、エンジン回転数Ｎｅが漸増するように、回転電機部２１への通電状態を制御する。続いて、ステップＳ７０９へ進み、エンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きいか否かを判定する。ステップＳ７０９で肯定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第１閾値Ｎｅ１よりも大きい場合には、ステップＳ７１０へ進み、始動制御を終了する。

一方、ステップＳ７０９で否定判定した場合、すなわちエンジン回転数Ｎｅが第１閾値以下である場合には、ステップＳ７１１へ進み、始動制御の開始から所定時間が経過したか否かを判定する。この場合の所定時間については、第１実施形態と同様の時間を採用すればよい。ステップＳ７１１で否定判定した場合、そのまま一連の処理を終了する。すなわち、始動制御を継続する。

ステップＳ７１１で肯定判定した場合、すなわち始動制御の開始から所定時間が経過した場合、エンジン回転数Ｎｅが上昇していないことを意味するため、オルタネータ２０の駆動を継続したとしてもエンジン１０を再始動することができない可能性が高い。そのため、ステップＳ７１０へ進み、始動制御を終了する。ステップＳ７１１を経てステップＳ７１０へと進んで始動制御を終了した場合には、第２実施形態又は第３実施形態に係る制御を行うことにより、エンジン１０の再始動を行うものとしてもよい。

なお、第１実施形態で示すような、エンジン回転数Ｎｅがゼロの状態から再始動を行う場合には始動許可を取得した時点で、逆回転抑制制御は行われていない。すなわち、ステップＳ７０２で肯定判定されることはなく、それゆえにステップＳ７０４へ進み遷移制御が開始されることもない。したがって、ステップＳ７０２及びステップＳ７０５のいずれにおいても否定判定され、ステップＳ７０８で始動制御が行われることとなる。

上記構成により、本実施形態に係る制御システムは、第７実施形態が奏する効果に加えて、以下の効果を奏する。

・制御ＩＣ２２は、トリガ信号を認識することにより、複数の制御シーケンスのうちのいずれかの制御シーケンスを実行しているため、いずれかの制御シーケンスを実行中に他の制御シーケンスを開始するトリガ信号を認識した場合には、他の制御シーケンスへと切り替えることとなる。制御シーケンスを切り替える場合には、後に実行する制御シーケンスの開始時の環境は、切替前の制御シーケンスで行われていた制御に起因するものとなる。本実施形態では、制御シーケンスを切り替える際に、遷移制御を行うものとしているため、切替後の制御シーケンスを開始する時点のエンジン１０の状態を、精度よく認識することができる。

・エンジン１０の再始動を行う場合、オルタネータ２０の始動制御を、スタータモータ１１の制御開始と同時に、又はスタータモータ１１の制御開始よりも前に行えば、オルタネータ２０の回転によりエンジン回転数Ｎｅが上昇する場合がある。この場合、エンジン１０の回転軸１３とスタータモータ１１とはピニオン１２とリングギア１４とにより接続されるものであるため、エンジン回転数Ｎｅが上昇した場合、ピニオン１２とリングギア１４との衝突音が生じたり、ピニオン１２の摩耗が進んだりする。本実施形態では、遷移制御を行うことにより、スタータモータ１１の駆動を開始してから所定の期間が経過した後に、制御ＩＣがオルタネータ２０における始動制御を実行するため、スタータモータ１１の駆動開始時にオルタネータ２０の始動制御によりエンジン回転数Ｎｅが上昇しない。したがって、ピニオン１２とリングギア１４との噛み合わせ時の衝突音を抑制でき、且つ、ピニオン１２の摩耗を抑制することができる。

＜変形例＞
・各実施形態では、制御ＩＣ２２は、ＥＣＵ３０から各種の許可信号を取得したうえで、エンジン回転数Ｎｅに基づいて制御シーケンスを実行するものとした。この点、ＥＣＵ３０から各種の許可信号を取得することなく、制御ＩＣ２２がエンジン回転数Ｎｅに基づいてトリガ信号を生成し、制御シーケンスを実行するものとしてもよい。具体的には、エンジン回転数Ｎｅがゼロである状態から増加を開始した場合、スタータモータ１１の駆動に起因したものであるといえるため、オルタネータ２０の始動制御を開始する。エンジン回転数Ｎｅが漸減して第３閾値Ｎｅ３を下回った場合には、燃料カットが行われているといえるため、逆回転抑制制御を開始する。また、逆回転抑制制御中に再始動を行う場合には、スタータモータ１１により回転力が付与されてエンジン回転数Ｎｅが増加する。したがって、エンジン回転数Ｎｅが増加を開始すれば、逆回転抑制制御を終了し、始動制御を行うものとすればよい。この場合には、第８実施形態のごとく、逆回転抑制制御の終了後に、遷移制御を行うものとしてもよい。

・実施形態では、制御ＩＣ２２において、回転検出部２３が検出した電流値に基づいてエンジン回転数Ｎｅを求めるものとした。この点。回転速度センサ４５の検出信号を制御ＩＣ２２にも入力するものとしてもよい。

・実施形態では、スタータモータ１１の駆動を開始する場合、ピニオン１２とリングギア１４とを噛み合わせてから、スタータモータ１１の回転を開始するものとしている。この点、スタータモータ１１の回転と、ピニオン１２とリングギア１４とを噛み合わせとを同時に行うものとしてもよい。

・実施形態では、スタータモータ１１の駆動を開始する場合、ピニオン１２とリングギア１４とを噛み合わせてから、スタータモータ１１の回転を開始するものとしている。この点、エンジン回転数Ｎｅがゼロでない場合にスタータモータ１１の駆動制御を行う場合、スタータモータ１１の回転を開始したあとにピニオン１２とリングギア１４とを噛み合わせるものとしてもよい。こうすることで、ピニオン１２とリングギア１４との回転数の差が小さくなり、ピニオン１２とリングギア１４との衝突音を低減し、且つピニオン１２の摩耗を抑制することができる。

・第８実施形態において、遷移制御を行うことで、オルタネータ２０における始動制御の開始を、スタータモータ１１の駆動開始よりも遅らせるものとした。この点、遷移制御を行ったとしても、オルタネータ２０の始動制御の開始がスタータモータ１１の駆動開始よりも早くなる場合、遷移制御の期間を延長し、オルタネータ２０の始動制御の開始がスタータモータ１１の駆動開始よりも遅くなるようにしてもよい。

・第８実施形態で示した始動制御の開始をスタータモータ１１の駆動開始よりも遅らせる処理を、逆回転抑制制御が行われない場合に実行してもよい。この場合には、ＥＣＵ３０がエンジン１０の始動指令を生成した場合、まずスタータモータ１１の駆動指令を生成し、所定時間経過後にオルタネータ２０における駆動制御を開始すればよい。このとき、スタータモータ１１の駆動指令の生成からオルタネータ２０の駆動制御の開始までの時間は、各種の条件、例えば、エンジン回転数Ｎｅ、バッテリ３１の電圧、気温、水温、制御ＩＣ２２の温度、回転駆動部２４の温度、制御基板の温度等の環境温度、又は経時変化等によって変更してもよい。各種温度または継時変化により駆動制御の開始までの時間を定めることにより、車両に不具合を起こす前に駆動制御を開始することができる。

１０…エンジン、１１…スタータモータ、１２…ピニオン、１３…回転軸、１４…リングギア、１６…動力伝達部、２１…回転電機部、２２…制御ＩＣ、２３…回転検出部、２４…回転駆動部、３０…ＥＣＵ。

Claims (15)

1. 主制御装置（３０）により制御されるエンジン（１０）を駆動源とする車両に適用され、前記エンジンの回転軸（１３）に付与される回転力を制御する制御システムであって、
   前記主制御装置と、
   前記主制御装置により非回転状態と回転状態とでオンオフ制御され、前記エンジンに動力を伝達する回転電動機（１１）と、
   前記回転軸に動力を伝達可能に接続され、回転数の制御が可能な回転電機（２１）と、
   前記回転電機の回転を検出する回転検出部（２３）と、
   前記回転電機を駆動する回転駆動部（２４）と、
   トリガ信号を起点にあらかじめ定められた制御シーケンスを実行する制御部（２２）と、を備え、
   前記制御シーケンスでは、前記回転検出部が検出した回転状況に基づいて前記回転駆動部を介して行う前記回転電機の制御を、前記主制御装置とは独立して行う制御システム。
2. 前記回転電動機は前記回転軸へピニオン（１２）及びリングギア（１４）を介して動力を伝達するものであり、
   前記回転電機は、前記回転電動機よりも高回転まで回転駆動でき、前記回転軸へプーリ及びベルトを備える動力伝達部（１６）を介して動力を伝達するものである、請求項１に記載の制御システム。
3. 前記制御シーケンスは、前記エンジンの始動時に回転軸へ回転力を付与する始動制御を含み、
   前記回転軸の回転数が所定値よりも大きい状態で前記エンジンの始動を行う場合、前記主制御装置は前記回転電動機を回転状態とせず、且つ、前記制御部は前記始動制御を実行し、
   前記回転軸の回転数が所定値よりも小さい状態で前記エンジンの始動を行う場合、前記主制御装置は前記回転電動機を回転状態とし、且つ、前記制御部は前記始動制御を実行する、請求項１又は２に記載の制御システム。
4. 前記回転軸の回転数が所定値よりも小さい状態で前記エンジンの再始動を行う場合、前記主制御装置が前記回転電動機を回転状態としてから所定の期間が経過した後に、前記制御部は、前記始動制御を実行する、請求項３に記載の制御システム。
5. 前記制御部は、前記回転軸の回転数が所定回転数に達した場合に前記始動制御を終了するものであり、前記回転軸の回転数が前記始動制御の開始から所定時間以内に前記所定回転数まで上昇しない場合、前記始動制御を中止する、請求項３又は４に記載の制御システム。
6. 前記主制御装置は、前記エンジンが前記始動制御の開始から所定時間以内に始動しない場合、前記エンジンへ燃料の供給をより早期に行う、請求項３〜５のいずれか１項に記載の制御システム。
7. 前記主制御装置は、前記エンジンが前記始動制御の開始から所定時間以内に始動しない場合、前記回転電動機を回転状態とする時間を長くする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の制御システム。
8. 主制御装置（３０）により制御されるエンジン（１０）を駆動源とし、走行中または停車中に燃料の供給を停止することでエンジンにおける燃焼を停止する車両に適用され、前記エンジンの回転軸（１３）に付与される回転力を制御する制御システムであって、
   前記主制御装置と、
   前記主制御装置により非回転状態と回転状態とでオンオフ制御され前記回転軸へピニオン（１２）及びリングギア（１４）を介して動力を伝達する回転電動機（１１）と、
   前記回転軸に動力を伝達可能に接続され前記回転電動機よりも高回転まで回転駆動でき、前記回転軸へプーリ及びベルトを備える動力伝達部（１６）を介して動力を伝達する回転数の制御が可能な回転電機（２１）と、
   前記回転電機の回転を検出する回転検出部（２３）と、
   前記回転電機を駆動する回転駆動部（２４）と、
   トリガ信号を起点にあらかじめ定められた制御シーケンスを実行する制御部（２２）と、を備え、
   前記制御シーケンスでは、前記燃料の供給の停止後であって、且つ前記回転軸の回転停止前に、前記回転検出部が検出した回転状況に基づいて前記回転駆動部を駆動し、前記回転電機から前記回転軸へ回転力を付与する逆回転抑制制御を、前記主制御装置とは独立して行う制御システム。
9. 前記逆回転抑制制御は、前記回転電機の回転数を所定回転数に維持した状態を所定時間継続した後、前記回転電機の駆動を停止する、請求項８に記載の制御システム。
10. 前記逆回転抑制制御は、前記回転電機の回転数を漸減させ、前記回転軸の回転数の減少を抑制する制御を含む、請求項８又は９に記載の制御システム。
11. 前記制御部は、前記制御シーケンスとして前記エンジンの始動時に回転軸へ回転力を付与する始動制御を備え、
    前記主制御装置は、前記制御部が前記逆回転抑制制御を行っている場合に前記エンジンの始動要求を受け付けた場合、前記エンジンの前記回転軸の回転数が所定回転数よりも小さくなった後に、前記回転電動機の制御を開始する、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の制御システム。
12. 前記制御部は、前記制御シーケンスとして前記エンジンの始動時に回転軸へ回転力を付与する始動制御を備え、
    前記主制御装置は、前記制御部が前記逆回転抑制制御を行っている場合に前記エンジンの始動要求を受け付けた場合、前記回転電動機の駆動開始と、前記回転電機の始動制御の開始間の時間を、逆回転抑制制御を行っていない場合の時間と異なる所定時間とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の制御システム。
13. 前記制御部は、前記制御シーケンスとして、互いに開始条件の異なる複数の制御シーケンスを備え、
    第１条件で開始する制御シーケンスに続いて、前記第１条件とは異なる条件で開始する制御シーケンスを実行する場合に、所定期間の間、前記回転電動機の制御を停止する、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の制御システム。
14. 前記制御部は、前記回転電動機の回転数またはその変化に基づいて前記トリガ信号を生成し、その生成した前記トリガ信号に基づいて前記制御シーケンスを実行する、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の制御システム。
15. 前記回転電機は、交流回転電機であり、
    前記制御部は、前記回転電機に生ずる誘導起電力により前記回転電機の回転数および交流電動機として駆動すべき位相を検出する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の制御システム。

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