JP6913534B2 - クランキング制御装置 - Google Patents

Description

本開示は、車両等におけるクランキングの動作を制御するクランキング制御装置に関する。

自動車等の車両に適用される内燃機関（エンジン）を始動させる際には、スタータモータを用いたスタータ機構が利用される（例えば、特許文献１参照）。このようなスタータ機構においては、スタータモータを用いてピニオンギヤを回転駆動し、このピニオンギヤとリングギヤとの噛み合いを利用してエンジンのクランクシャフトを回転させることで、エンジンを始動させるクランキングが開始されるようになっている。

特開２０１５−２５４４３号公報

このようなクランキングの動作を制御する際には、一般に、車両等の商品性を向上させることが求められている。商品性を向上させることが可能なクランキング制御装置を提供することが望ましい。

本開示の一実施の形態に係るクランキング制御装置は、エンジンのクランクシャフトと共に回転するリングギヤに対してスタータモータのピニオンギヤを噛み合わせるとともにスタータモータの回転を開始させるクランキング開始制御と、リングギヤとピニオンギヤとの噛み合いを解除させるとともにスタータモータの回転を停止させるクランキング停止制御と、を行う制御回路を備えたものである。この制御回路は、以下の条件（Ａ），（Ｂ）が成立した後、以下の条件（Ｃ）が成立したときに、上記クランキング停止制御を行うと共に、以下の条件（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）においてそれぞれ示される異常発生時のうちのいずれかに該当すると判定された場合には、上記条件（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）においてそれぞれ示されるタイミングにて、上記クランキング停止制御を行う。
（Ａ）上記クランクシャフトの回転数であるクランク回転数が、第１の閾値を超えていること
（Ｂ）上記クランクシャフトの角加速度であるクランク角加速度の符号が反転したこと
（Ｃ）上記クランクシャフトが、上記クランク角加速度の符号が反転したタイミングである反転タイミングにおける回転角度位置から、所定の遅延角度だけ回転したこと
（Ｄ）上記クランク回転数が限界回転数に対応する第２の閾値を超えた、という上記異常発生時：即時に上記クランキング停止制御を行う
（Ｅ）上記クランキング開始制御が行われてから限界時間に対応する第１の期間が経過した、という上記異常発生時：即時に上記クランキング停止制御を行う
（Ｆ）上記クランク回転数が、上記第１の閾値よりも大きいと共に上記第２の閾値よりも小さい第３の閾値を超えた、という上記異常発生時：第２の期間の経過後に上記クランキング停止制御を行う

本開示の一実施の形態に係るクランキング制御装置によれば、商品性を向上させることが可能となる。

本開示の一実施の形態に係るクランキング制御装置を内蔵した車両の概略構成例を表す模式図である。 図１に示したパワーユニットの詳細構成例を表す模式図である。 図２に示したピニオンギヤとリングギヤとの噛み合い状態の例を表す模式図である。 図２に示したパワーユニットに適用されるクランキング制御システムの概略構成例を表す模式ブロック図である。 図４に示したスタータリレー等の詳細構成例を表す模式図である。 スタータリレーのオフ状態時におけるクランキング制御システムの動作状態例を表す模式ブロック図である。 スタータリレーのオン状態時におけるクランキング制御システムの動作状態例を表す模式ブロック図である。 ピニオンギヤとリングギヤとの接触面圧が高い状態の例を表す模式図である。 ピニオンギヤとリングギヤとの接触面圧が低い状態の例を表す模式図である。 実施の形態に係るクランキング停止制御の一例を表す流れ図である。 図９に示したクランキング停止制御の一例を表すタイミング図である。 図４に示した水温テーブルの一例を表す模式図である。 変形例１に係るクランキング停止制御の一例を表すタイミング図である。 変形例２に係るクランキング停止制御の一例を表すタイミング図である。

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．実施の形態（クランク角加速度の正から負への最初の反転タイミングを適用する例）
２．変形例
変形例１（クランク角加速度の負から正への反転タイミングを適用する場合の例）
変形例２（クランク角加速度の２番目の反転タイミングを適用する場合の例）
３．その他の変形例

＜１．実施の形態＞
［車両１の概略構成］
図１は、本開示の一実施の形態に係るクランキング制御装置（後述するコントロールユニット１５）を内蔵する車両１の概略構成例を、模式的に表したものである。車両１は、この例では四輪の自動車として構成されている。この車両１は、車体１０内に、パワーユニット（駆動ユニット）としてのエンジン２、自動変速機３、トルクコンバータ４およびスタータ機構５を備えている。

エンジン２は、車両１の動力を発生させるものであり、各種の内燃機関を用いて構成されている。自動変速機３は、エンジン２において発生した動力を、車両１の走行に適した変速比で各駆動輪へ伝達する機構である。トルクコンバータ４は、エンジン２から出力される動力を、自動変速機３へと伝達する機構である。スタータ機構５は、停止状態のエンジン２を始動させる（クランキングを行う）際に用いられる機構であり、後述するスタータモータ５１等を含んで構成されている。

［パワーユニットの詳細構成］
図２は、上記したパワーユニット（エンジン２、自動変速機３、トルクコンバータ４およびスタータ機構５）の詳細構成例を、模式的に表したものである。

（エンジン２）
エンジン２には、図２に示したように、その構成部品の１つとして、クランクシャフト２０が設けられている。このクランクシャフト２０は、エンジン２内のピストンにおける往復運動を回転力に変えるための軸である。

（自動変速機３）
自動変速機３は、図２に示したように、入力軸３２１を有している。この入力軸３２１は、トルクコンバータ４に接続されている。エンジン２から出力されてトルクコンバータ４を介して伝達された動力は、入力軸３２１に入力された後、変速機構を介して各駆動輪へ伝達されるようになっている。

（トルクコンバータ４）
トルクコンバータ４は、図２に示したように、コンバータケース４０内に、ポンプインペラ４１１、タービンランナ４１２およびロックアップクラッチ４１３を有している。このトルクコンバータ４にはまた、リングギヤ４２が設けられている。

ポンプインペラ４１１は、コンバータケース４０に固定されている。このポンプインペラ４１１は、トルクコンバータ４内の作動油を介して動力を伝達するための部材であり、この作動油の流れを発生させるようになっている。

タービンランナ４１２は、コンバータケース４０内において、ポンプインペラ４１１に対向する位置に配置されている。このタービンランナ４１２は、ポンプインペラ４１１により発生された作動油の流れを利用して動力を伝達するための部材である。

ロックアップクラッチ４１３は、動力の伝達効率を向上させるための部材であり、例えば車両１の定常走行時に締結されるようになっている。

リングギヤ４２は、コンバータケース４０の外周部分に固定されており、エンジン２におけるクランクシャフト２０の回転と連動して回転するギヤである。このリングギヤ４２は、詳細は後述するが、前述したエンジン２のクランキングを行う際に、スタータ機構５におけるピニオンギヤ５２と噛み合うようになっている。

（スタータ機構５）
スタータ機構５は、図２に示したように、スタータモータ５１を有している。また、このスタータモータ５１には、ピニオンギヤ５２が設けられている。

スタータモータ５１は、前述したエンジン２のクランキングを行う際に用いられるモータである。具体的には、以下説明するピニオンギヤ５２と前述したリングギヤ４２との噛み合いを利用して、このスタータモータ５１の回転をエンジン２のクランクシャフト２０に伝達して回転させることで、クランキングが開始されるようになっている。すなわち、このスタータモータ５１の回転を利用して、エンジン２を始動させるようになっている。なお、このようなクランキングの開始制御の詳細については、後述する。

ピニオンギヤ５２は、スタータモータ５１の回転と連動して回転するギヤである。このピニオンギヤ５２は、図２中の破線の矢印ｄ１で示したように、リングギヤ４２に噛み合う位置である突出位置と、リングギヤ４２と噛み合わない位置である退避位置との間で、双方向に移動可能となっている。そして、ピニオンギヤ５２が突出位置に移動してリングギヤ４２と噛み合うことで、スタータモータ５１の回転がコンバータケース４０を介してクランクシャフト２０に伝達され、クランキングが開始されるようになっている。

ここで、図３は、このようなピニオンギヤ５２とリングギヤ４２との噛み合い状態の例を、平面図（Ｘ−Ｙ平面図）にて模式的に表したものである。なお、図３においては、クランクシャフト２０におけるＸ−Ｙ平面内での配置位置（クランクシャフト２０はＺ軸方向に延在）と、上記したピニオンギヤ５２の移動方向（図２中の矢印ｄ１の方向）とについても、模式的に図示している。この図３中に示した領域Ｐ１では、ピニオンギヤ５２における歯５２０と、リングギヤ４２における歯４２０とが、互いに噛み合う状態となっている。そして、この噛み合い状態において、ピニオンギヤ５２が例えば回転方向ｄ２１に沿ってＸ−Ｙ平面内を回転すると、その回転に連動して、リングギヤ４２が例えば回転方向ｄ２２に沿ってＸ−Ｙ平面内を回転するようになっている。

［クランキング制御システムの構成］
続いて、図４および図５を参照して、これまでに説明したパワーユニットに適用される、クランキング制御システムの構成例について説明する。

図４は、このようなクランキング制御システムの概略構成例を、模式的にブロック図で表したものである。このクランキング制御システムは、前述したエンジン２のクランキング動作の制御を行うシステムである。図４に示したように、このクランキング制御システムは、前述したトルクコンバータ４およびスタータ機構５に加え、スタータスイッチ１１、バッテリ１２、スタータリレー１３、クランク角センサ１４１、水温センサ１４２およびコントロールユニット１５を備えている。

スタータスイッチ１１は、車両１の運転者による車両１の始動操作（スタータスイッチ１１に対する押し操作）がなされるスイッチである。このような運転者による始動操作に伴って、車両１の始動指示を示す操作信号Ｓｍが、スタータスイッチ１１からコントロールユニット１５へと供給されるようになっている。

バッテリ１２は、スタータモータ５１を動作させるための電力Ｐｅを、スタータリレー１３を介してスタータモータ５１へと供給するためのバッテリである。このようなバッテリ１２は、例えば、１２Ｖの鉛蓄電池等により構成されている。

（スタータリレー１３）
スタータリレー１３は、図４に示したように、バッテリ１２とスタータモータ５１との間の経路（電力Ｐｅの供給経路）上に配置されている。このスタータリレー１３は、コントロールユニット１５から供給される制御信号Ｓｃに従って、この経路を接続または遮断させるためのスイッチ素子である。具体的には、スタータリレー１３が制御信号Ｓｃによってオン状態に設定されると、バッテリ１２とスタータモータ５１との経路が接続され、バッテリ１２からスタータモータ５１へと電力Ｐｅが供給されるようになっている。一方、スタータリレー１３が制御信号Ｓｃによってオフ状態に設定されると、バッテリ１２とスタータモータ５１との経路が遮断され、バッテリ１２からスタータモータ５１へは電力Ｐｅが供給されないようになっている。

図５は、このようなスタータリレー１３の詳細構成例を、バッテリ１２、スタータモータ５１およびピニオンギヤ５２と共に、模式的に表したものである。この例ではスタータリレー１３は、マグネットスイッチを用いて構成されており、図５に示したように、接点１３０、コイル１３１、可動鉄心（プランジャ）１３２およびシフトレバー１３３を有している。

接点１３０は、スタータリレー１３の接点部分であり、バッテリ１２とスタータモータ５１との間の経路上に配置されている。コイル１３１は、マグネットスイッチにおける固定子として機能する素子である。このコイル１３１の一端には、図５に示したように、前述した制御信号Ｓｃがコントロールユニット１５から供給されると共に、コイル１３１の他端は、バッテリ１２と接点１３０との間の経路上に接続されている。可動鉄心１３２は、コイル１３１内を延伸するように配置されており、この延伸方向に沿って移動可能に構成されている。この可動鉄心１３２の一端は、シフトレバー１３３に接続されていると共に、可動鉄心１３２の他端は、接点１３０と接触して接点１３０を閉じさせることが可能となっている。シフトレバー１３３の一端は、スタータモータ５１とピニオンギヤ５２との間の経路上に配置されており、シフトレバー１３３の他端は、可動鉄心１３２の一端に接続されている。

このような構成のスタータリレー１３では、制御信号Ｓｃが供給されてコイル１３１に電流が流れると、このコイル１３１に発生する磁気によって、例えば図５中の破線の矢印ｄ０で示した方向に、可動鉄心１３２が移動する。このような可動鉄心１３２の移動により、接点１３０が閉じられてバッテリ１２からスタータモータ５１に電力Ｐｅが供給されることで、スタータモータ５１が動作する（回転を開始する）。それとともに、シフトレバー１３３を介して、例えば図５中の破線の矢印ｄ１（前出）で示した方向に、ピニオンギヤ５２が移動する。このようにして、スタータリレー１３に制御信号Ｓｃが供給されることで、スタータモータ５１が回転を開始すると共に、ピニオンギヤ５２が前述した突出位置に移動してリングギヤ４２と噛み合う状態となる結果、エンジン２のクランキングが開始されるようになっている。

図４に示したクランク角センサ１４１は、エンジン２の近傍に配置されており、クランクシャフト２０の回転角度（クランク角Ａｃ）を示すパルス信号を出力するセンサである。このようにしてクランク角センサ１４１において検知されたクランク角Ａｃ（出力されたパルス信号）は、コントロールユニット１５へ供給されるようになっている。なお、このようなクランク角センサ１４１は、例えば磁気センサを用いて構成されている。

水温センサ１４２もまた、エンジン２の近傍に配置されており、このエンジン２の温度に対応するエンジン水温Ｔｗ（例えばエンジン２の冷却水の温度等）を検知するセンサである。このようにして水温センサ１４２において検知されたエンジン水温Ｔｗは、コントロールユニット１５へ供給されるようになっている。

（コントロールユニット１５）
コントロールユニット１５は、パワーユニット全体の動作を制御するユニットであり、いわゆるエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ：Engine Control Unit）として機能する部分である。このコントロールユニット１５は、演算処理部としてのＣＰＵ（Central Processing Unit）を備えると共に、各種の制御プログラムや演算式、後述する水温テーブル１５０等の各種データなどを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）と、一時的にデータを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）とを備えている。なお、このようなコントロールユニット１５は、本開示における「クランキング制御装置」および「制御回路」の一具体例に対応している。

ここで、本実施の形態のコントロールユニット１５は、前述したエンジン２のクランキング動作を制御するようになっている。具体的には、コントロールユニット１５は、エンジン２のクランクシャフト２０と共に回転するリングギヤ４２に対して、スタータモータ５１におけるピニオンギヤ５２を噛み合わせるとともに、スタータモータ５１の回転を開始させる、クランキング開始制御を行う。また、コントロールユニット１５は、リングギヤ４２とピニオンギヤ５２との噛み合いを解除させるとともに、スタータモータ５１の回転を停止させる、クランキング停止制御を行う。なお、コントロールユニット１５は、このようなクランキング動作の制御（クランキング開始制御およびクランキング停止制御）を、供給された操作信号Ｓｍ、クランク角Ａｃおよびエンジン水温Ｔｗ等の各種信号および各種パラメータに基づいて行うようになっている。

また、特に本実施の形態では、コントロールユニット１５は、例えば以下の条件（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）の全てが成立したときに、上記したクランキング停止制御を行う。具体的には、コントロールユニット１５は、条件（Ａ），（Ｂ）が成立した後、条件（Ｃ）が成立したときに、クランキング停止制御を行うようになっている。なお、条件（Ａ）における閾値Ｎth１は、本開示における「第１の閾値」に一具体例に対応し、エンジン２が始動する回転数に設定されるようになっている。また、このようなクランキング停止制御の詳細については、後述する。

（Ａ）クランクシャフト２０の回転数であるクランク回転数Ｎｃが、閾値Ｎth１を超えていること（Ｎｃ＞Ｎth１）
（Ｂ）クランクシャフト２０の角加速度であるクランク角加速度αｃの符号（極性）が、反転したこと
（Ｃ）クランクシャフト２０が、上記したクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングにおける回転角度位置から、所定の遅延角度ΔＡｄだけ回転したこと

［動作および作用・効果］
（Ａ．クランキング制御システムの基本動作）
図４に示したクランキング制御システムでは、例えば以下のようにして、エンジン２におけるクランキング動作の制御（クランキング開始制御およびクランキング停止制御）が行われる。

（クランキング開始制御）
すなわち、まず、リングギヤ４２に対してピニオンギヤ５２を噛み合わせるとともにスタータモータ５１の回転を開始させるクランキング開始制御が、以下のようにして行われる。

具体的には、最初に、図６に模式的に示したエンジン２の停止状態では、クランキング制御システムは以下のようになっている。すなわち、このエンジン２の停止状態では、車両１の始動指示を示す操作信号Ｓｍが、スタータスイッチ１１からコントロールユニット１５へは供給されていない。したがって、コントロールユニット１５からの制御信号Ｓｃによって、スタータリレー１３がオフ状態に設定され、バッテリ１２とスタータモータ５１との経路が遮断されると共に、バッテリ１２からスタータモータ５１へは電力Ｐｅが供給されない。その結果、図６中に模式的に示したように、スタータモータ５１の動作が停止していると共に、ピニオンギヤ５２が前述した退避位置に設定されてリングギヤ４２とは噛み合わない状態となっている。

ここで、例えば図７に模式的に示したように、車両１の始動指示を示す操作信号Ｓｍが、スタータスイッチ１１からコントロールユニット１５へ供給されると、このクランキング制御システムでは、以下のようにしてクランキング開始制御が行われる。すなわち、コントロールユニット１５からの制御信号Ｓｃによって、スタータリレー１３がオン状態に設定され、バッテリ１２とスタータモータ５１との経路が接続されると共に、バッテリ１２からスタータモータ５１へ電力Ｐｅが供給されるようになる。その結果、図７中に模式的に示したように、スタータモータ５１が動作（回転）を開始すると共に、ピニオンギヤ５２が前述した突出位置に移動して（破線の矢印ｄ１参照）、リングギヤ４２と噛み合う状態となる。そして前述したように、ピニオンギヤ５２がリングギヤ４２との噛み合い状態に設定されると、スタータモータ５１の回転がコンバータケース４０を介してクランクシャフト２０に伝達されることで、クランキングが開始される。

（クランキング停止制御）
続いて、このようにしてクランキングが開始された後、コントロールユニット１５においてエンジン２の始動が完了したと判断されると、以下のようにして、クランキング停止制御が行われる。すなわち、リングギヤ４２とピニオンギヤ５２との噛み合いが再び解除されるとともに、スタータモータ５１の回転が停止させられる。

具体的には、図６を再び参照すると、このクランキング停止制御では、まず、コントロールユニット１５からの制御信号Ｓｃによって、スタータリレー１３が再びオフ状態に設定される。したがって、バッテリ１２とスタータモータ５１との経路が再び遮断されると共に、バッテリ１２からスタータモータ５１に対して、電力Ｐｅが再び供給されないようになる。その結果、図６中に模式的に示したように、スタータモータ５１の動作（回転）が停止すると共に、ピニオンギヤ５２が再び退避位置に移動して戻ることで、リングギヤ４２とは噛み合わない状態となる。このようにして、エンジン２の始動完了後に、クランキングが停止される。

（Ｂ．クランキング停止制御の詳細について）
ここで、このようなクランキング停止制御の際に、例えば以下のような問題が生じ得る。すなわち、まず、上記したように、ピニオンギヤ５２をリングギヤ４２との噛み合い状態から退避位置に戻すとき、ピニオンギヤ５２はリングギヤ４２と摺動しながら引っ込むことになる。この際に、ピニオンギヤ５２の先端は細くなっているため、エンジン２の回転変動に伴ってリングギヤ４２が回転変動すると、ピニオンギヤ５２とリングギヤ４２との間で歯当たりが発生し易くなる。

具体的には、例えば図８Ａに模式的に示したように、ピニオンギヤ５２の歯５２０とリングギヤ４２の歯４２０との接触面圧が高い状態で、ピニオンギヤ５２がリングギヤ４２から摺動しながら引っ込むと、離れる瞬間に歯当たりが発生するおそれがある（符号Ｐ２１参照）。このような歯当たりが発生すると、そのときの振動がリングギヤ４２からトルクコンバータ４に伝わり、耳障りな金属音（異音）が響くケースがある。このようにして、ピニオンギヤ５２とリングギヤ４２との間での接触面圧が高い状態での噛み合いの解除動作に起因して、異音が発生するケースがあると、車両１の商品性が低下するおそれがある。

そこで本実施の形態では、例えば図８Ｂに示したように、ピニオンギヤ５２の歯５２０とリングギヤ４２の歯４２０との接触面圧が低くなるタイミングを捉え（符号Ｐ２２参照）、そのタイミングにて、ピニオンギヤ５２がリングギヤ４２から離れて退避位置に戻るようにしている。すなわち、コントロールユニット１５は、そのような接触面圧が低くなるタイミング（ピニオンギヤ５２とリングギヤ４２との間での歯当たりが生じにくいタイミング）を検出し、そのタイミングにて、上記したクランキング停止制御を実行するようにしている。

（本実施の形態のクランキング制御動作）
以下、図９〜図１１を参照して、本実施の形態のクランキング制御動作（クランキング停止制御）の詳細について説明する。図９は、本実施の形態のクランキング停止制御の一例を、流れ図で表したものである。図１０は、図９に示したクランキング停止制御の一例を、タイミング図で表したものである。具体的には、この図１０では、前述したクランク回転数Ｎｃ（エンジン回転数に対応）、クランクシャフト２０の角速度であるクランク角速度ωｃの逆数（１／ωｃ）、および、前述したエンジン水温Ｔｗのタイミング波形を、それぞれ示している。また、図１１は、図４に示した水温テーブル１５０の一例を、模式的に表したものである。

本実施の形態のクランキング停止制御では、まず、コントロールユニット１５は、前述した条件（Ａ）が成り立つのか否か、すなわち、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth１を超えている（Ｎｃ＞Ｎth１）のか否かを判定する（図９のステップＳ１１）。具体的には、コントロールユニット１５は、クランク角センサ１４１から供給される、クランク角Ａｃを示すパルス信号に基づいて、エンジン２の回転数に対応するクランク回転数Ｎｃを算出し、算出したクランク回転数Ｎｃと閾値Ｎth１との大小関係を判定する。なお、この閾値Ｎth１は、後述するようにエンジン水温Ｔｗに応じて変動する値（図１１参照）であるものの、例えば、６００〜９００（ｒｐｍ：回転毎分）程度の値である。

ここで、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth１を超えていない（Ｎｃ≦Ｎth１）と判定された場合（ステップＳ１１：Ｎ）、再びステップＳ１１へと戻ることになる。

一方、例えば図１０中の矢印Ｐ３１（タイミングｔ１）で示したように、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth１を超えている（Ｎｃ＞Ｎth１）と判定された場合（ステップＳ１１：Ｙ）、以下のようになる。つまり、次にコントロールユニット１５は、前述した条件（Ｂ）が成り立つのか否か、すなわち、クランク角加速度αｃの符号（極性）が反転したのか否かを判定する（ステップＳ１２）。

具体的には、コントロールユニット１５は、まず、クランク角センサ１４１から供給されるクランク角Ａｃを示すパルス信号における、立ち上がりおよび立ち下りの各タイミングに同期して、クランク角速度ωｃを算出する。そして、コントロールユニット１５は、このクランク角速度ωｃにおける算出サイクル間の（時間軸に沿った）増減傾向（＝クランク角加速度αｃ）を算出し、このクランク角加速度αｃにおける正負の符号の反転タイミングを検出する。

また、本実施の形態では、例えば図１０中の矢印Ｐ３２（タイミングｔ２）で示したように、コントロールユニット１５は、上記した条件（Ａ）が成立した後において、クランク角加速度αｃの符号が、最初に正（＋）から負（−）へ反転したタイミングを検出する。なお、図１０では、クランク角速度ωｃの逆数（１／ωｃ）のタイミング波形を示しているため、以下のことが言える。すなわち、（１／ωｃ）の時間変化が減少（負）から増加（正）に反転したタイミングが、クランク角加速度αｃの符号における、正から負への反転タイミング（タイミングｔ２）に相当する。なお、このタイミングｔ２は、本開示における「反転タイミング」の一具体例に対応している。

ここで、クランク角加速度αｃの符号が反転していないと判定された場合（ステップＳ１２：Ｎ）、再びステップＳ１１へと戻ることになる。

一方、例えば図１０中の矢印Ｐ３２（タイミングｔ２）で示したように、クランク角加速度αｃの符号が反転したと判定された場合（ステップＳ１２：Ｙ）、以下のようになる。つまり、次にコントロールユニット１５は、前述した条件（Ｃ）が成り立つのか否か、すなわち、クランクシャフト２０が上記した反転タイミング（タイミングｔ２）における回転角度位置から所定の遅延角度ΔＡｄだけ回転したのか否かを判定する（ステップＳ１３）。なお、この遅延角度ΔＡｄは、後述するようにエンジン水温Ｔｗに応じて変動する値（図１１参照）であるものの、例えば、０〜９０（deg：度）程度の値である。

この際にコントロールユニット１５は、具体的には、クランク角センサ１４１から供給されるクランク角Ａｃを示すパルス信号に基づいて、クランクシャフト２０が上記した反転タイミングの回転角度位置から遅延角度ΔＡｄだけ回転したのか否かを判定する。なお、この際にコントロールユニット１５は、この遅延角度ΔＡｄを、上記した反転タイミングからの遅延時間Δｔｄを用いて間接的に規定するようにしてもよい。これは、条件（Ｃ）における遅延角度ΔＡｄは、クランキング停止制御を実行する際における、コントロールユニット１５での制御タイミングから、各機構（ピニオンギヤ５２など）が実際に動作するまでの、機械的な遅延時間を考慮したものであるからである。ただし、遅延角度ΔＡｄを用いて直接的に算出処理を行う場合のほうが、遅延時間Δｔｄを用いて間接的に規定して算出処理を行う場合と比べ、コントロールユニット１５における算出処理が簡易となるため、好ましいと言える。

ここで、クランクシャフト２０がタイミングｔ２から遅延角度ΔＡｄだけ回転していない（あるいは、タイミングｔ２から遅延時間Δｔｄが経過していない）と判定された場合（ステップＳ１３：Ｎ）、後述するステップＳ１５〜Ｓ１７（異常発生の判定）へと進む。

一方、例えば図１０中の矢印Ｐ３３（タイミングｔ３）で示したように、クランクシャフト２０がタイミングｔ２から遅延角度ΔＡｄだけ回転した（あるいは、タイミングｔ２から遅延時間Δｔｄが経過した）と判定された場合（ステップＳ１３：Ｙ）、以下のようになる。つまり、コントロールユニット１５は、前述した制御信号Ｓｃを用いて、スタータリレー１３を即時にオフ状態に設定することで、クランキング停止制御を実行する（ステップＳ１４）。これにより前述したように、リングギヤ４２とピニオンギヤ５２との噛み合いが解除されるとともに、スタータモータ５１の回転が停止させられる。以上により、図９に示した一連の処理（クランキング停止制御）が終了となる。

ここで、上記したステップＳ１５〜Ｓ１７（異常発生の判定）では、コントロールユニット１５は、具体的には以下の処理を行う。すなわち、コントロールユニット１５は、以下の条件（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）においてそれぞれ示される異常発生時のうちのいずれかに該当すると判定された場合には、条件（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）において示される各タイミングにて、クランキング停止制御を実行する。

（Ｄ）クランク回転数Ｎｃが限界回転数に対応する閾値Ｎth２を超えた、という異常発生時：即時にクランキング停止制御を行う
（Ｅ）クランキング開始制御が行われてから限界時間に対応する期間Δｔ１が経過した（クランキングが期間Δｔ１の間、継続している）、という異常発生時：即時にクランキング停止制御を行う
（Ｆ）クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth３（Ｎth２＞Ｎth３＞Ｎth１）を超えた（Ｎｃ＞Ｎth３）、という異常発生時：期間Δｔ２の経過後にクランキング停止制御を行う

なお、条件（Ｄ）における閾値Ｎth２は、本開示における「第２の閾値」に一具体例に対応すると共に、条件（Ｆ）における閾値Ｎth３は、本開示における「第３の閾値」に一具体例に対応している。また、条件（Ｅ）における期間Δｔ１は、本開示における「第１の期間」に一具体例に対応すると共に、条件（Ｆ）における期間Δｔ２は、本開示における「第２の期間」に一具体例に対応している。

このような異常発生の判定では、詳細にはまず、コントロールユニット１５は、前述した条件（Ｄ）が成り立つのか否か、すなわち、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth２を超えている（Ｎｃ＞Ｎth２）のか否かを判定する（ステップＳ１５）。ここで、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth２を超えている（Ｎｃ＞Ｎth２）と判定された場合（ステップＳ１５：Ｙ）、以下のようになる。すなわち、コントロールユニット１５は、制御信号Ｓｃを用いて、スタータリレー１３を即時にオフ状態に設定することで、前述したクランキング停止制御を実行する（ステップＳ１４）。以上により、図９に示した一連の処理が終了となる。

一方、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth２を超えていない（Ｎｃ≦Ｎth２）と判定された場合（ステップＳ１５：Ｎ）、以下のようになる。つまり、次にコントロールユニット１５は、前述した条件（Ｅ）が成り立つのか否か、すなわち、クランキング開始制御が行われてから期間Δｔ１が経過したのか否かを判定する（ステップＳ１６）。ここで、クランキング開始制御が行われてから期間Δｔ１が経過したと判定された場合（ステップＳ１６：Ｙ）、以下のようになる。すなわち、コントロールユニット１５は、制御信号Ｓｃを用いて、スタータリレー１３を即時にオフ状態に設定することで、前述したクランキング停止制御を実行する（ステップＳ１４）。以上により、図９に示した一連の処理が終了となる。

一方、クランキング開始制御が行われてから期間Δｔ１が経過していないと判定された場合（ステップＳ１６：Ｎ）、以下のようになる。つまり、次にコントロールユニット１５は、前述した条件（Ｆ）が成り立つのか否か、すなわち、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth３を超えている（Ｎｃ＞Ｎth３）のか否かを判定する（ステップＳ１７）。ここで、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth３を超えている（Ｎｃ＞Ｎth３）と判定された場合（ステップＳ１７：Ｙ）、以下のようになる。すなわち、コントロールユニット１５は、期間Δｔ２の経過後に、制御信号Ｓｃを用いてスタータリレー１３をオフ状態に設定することで、前述したクランキング停止制御を実行する（ステップＳ１４）。以上により、図９に示した一連の処理が終了となる。

一方、クランク回転数Ｎｃが閾値Ｎth３を超えていない（Ｎｃ≦Ｎth３）と判定された場合（ステップＳ１７：Ｎ）、再び前述したステップＳ１３へと戻ることになる。

ここで、図１１に示した水温テーブル１５０の一例において規定されているように、これまでに説明した閾値Ｎth１，Ｎth２，Ｎth３および遅延角度ΔＡｄ（あるいは遅延時間Δｔｄ）はそれぞれ、エンジン水温Ｔｗに応じて規定されている。具体的には、この例では、エンジン水温Ｔｗが高くなるのに従って、閾値Ｎth１，Ｎth３がそれぞれ、（段階的に）小さくなるように設定されている。一方、この例では、エンジン水温Ｔｗが高くなるのに従って、遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）および期間Δｔ２がそれぞれ、（段階的に）大きくなるように設定されている。本実施の形態では、コントロールユニット１５は、前述した水温センサ１４２において検知されたエンジン水温Ｔｗの情報を用いて、これらの閾値Ｎth１，Ｎth２，Ｎth３および遅延角度ΔＡｄ（あるいは遅延時間Δｔｄ）の値を、随時設定するようにしている。

（Ｃ．作用・効果）
このようにして本実施の形態では、コントロールユニット１５は、上記した条件（Ａ），（Ｂ）が成立した後、上記した条件（Ｃ）が成立したときに、クランキング停止制御を行う。

これにより、例えば、前述した図８Ｂ中の符号Ｐ２２で示したように、リングギヤ４２とピニオンギヤ５２との接触面圧が低くなるタイミング（歯当たりが生じにくいタイミング）にて、リングギヤ４２とピニオンギヤ５２との噛み合いを解除できるようになる。その結果、リングギヤ４２とピニオンギヤ５２との接触面圧が高い状態（例えば、前述した図８Ａ中の符号Ｐ２１参照）での噛み合いの解除動作（クランキング停止制御）に起因した、異音の発生が抑えられる。

また、本実施の形態では、例えば図１０（タイミングｔ２，矢印Ｐ３２）に示したように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングは、条件（Ａ）の成立後において、クランク角加速度αｃの符号が最初に反転したタイミングとなっている。これは、例えば図１０に示したように、クランク角速度ωｃ（１／ωｃ）は、脈動状に変化しながら収束していくタイミング波形を示すからである。つまり、クランク角加速度αｃの符号の反転タイミングを検知する際には、その脈動状の時間変化における山部分と谷部分との差が最も大きくなる、最初の反転タイミングにて検知する場合が、最も検知精度が高くなり、上記した異音の発生が抑えられ易くなると言える。

更に、本実施の形態では、例えば図１０（タイミングｔ２，矢印Ｐ３２）に示したように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングは、クランク角加速度αｃの符号が正から負に反転したタイミングとなっている。これにより、リングギヤ４２側よりもピニオンギヤ５２側のほうを支配的にした、クランキング停止制御が実現される。したがって、例えば逆に、クランク角加速度αｃの符号が負から正に反転したタイミングを条件（Ｂ）における反転タイミングとした場合（後述する変形例１の場合に相当）と比べ、クランキング停止制御を行うことが容易となる。ちなみに、この逆のケースでは、ピニオンギヤ５２側よりもリングギヤ４２側のほうを支配的にした、クランキング停止制御となる。

加えて、本実施の形態では、コントロールユニット１５は、前述した異常発生時（条件（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）のいずれか）に該当すると判定された場合には、これらの条件において示される各タイミングにて、クランキング停止制御を行うようにしている。これにより、条件（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に該当する場合（通常時）に加え、このような異常発生時についても、適切なクランキング停止制御の対応を取ることができる。したがって、前述した異音の発生を、更に抑え易くすることが可能となる。

また、図１１（水温テーブル１５０の一例）に示したように、本実施の形態では、条件（Ａ），（Ｆ）における閾値Ｎth１，Ｎth３はそれぞれ、エンジン水温Ｔｗに応じて規定されるようになっている。具体的には、このエンジン水温Ｔｗが高くなるのに従って、これらの閾値Ｎth１，Ｎth３はそれぞれ、小さくなるように設定されている。これは、エンジン水温Ｔｗが相対的に高い場合（高温の場合）と比べ、エンジン水温Ｔｗが相対的に低い場合（低温の場合）のほうが、エンジン２の始動時における燃焼動作が一般に安定しにくいため、閾値Ｎth１，Ｎth３が高めに設定されているのである。このようにして本実施の形態では、エンジン水温Ｔｗ（温度）に応じて閾値Ｎth１，Ｎth３を随時変化させているため、前述した異音の発生を、更に抑え易くすることが可能となる。なお、この図１１に示した例では、閾値Ｎth１，Ｎth３はいずれも、エンジン水温Ｔｗに対して同傾向の変化を示していると共に、閾値Ｎth３の値は、閾値Ｎth１の値に対して全体的に嵩上げしたものとなっている。

同様に、図１１（水温テーブル１５０の一例）に示したように、本実施の形態では、条件（Ｃ），（Ｆ）における遅延角度ΔＡｄ（あるいは遅延時間Δｔｄ）および期間Δｔ２もそれぞれ、エンジン水温Ｔｗに応じて規定されるようになっている。具体的には、このエンジン水温Ｔｗが高くなるのに従って、これらの遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）および期間Δｔ２はそれぞれ、大きく（長く）なるように設定されている。これは、エンジン水温Ｔｗが相対的に高い場合と比べ、エンジン水温Ｔｗが相対的に低い場合のほうが、エンジン２の始動時におけるエンジン回転数が一般に大きくて早く安定化するため、遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）を小さく設定しているのである。このようにして本実施の形態では、エンジン水温Ｔｗに応じて遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）および期間Δｔ２を随時変化させているため、前述した異音の発生を、更に抑え易くすることが可能となる。なお、この図１１に示した例では、遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）および期間Δｔ２はいずれも、エンジン水温Ｔｗに対して同傾向の変化を示していると共に、期間Δｔ２の値は、遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）の値に対して全体的に嵩上げしたものとなっている。

以上のように本実施の形態では、条件（Ａ），（Ｂ）が成立した後、条件（Ｃ）が成立したときに、クランキング停止制御を行うようにしたので、リングギヤ４２とピニオンギヤ５２との接触面圧が高い状態での噛み合いの解除動作に起因した、異音の発生を抑えることができる。よって、車両１における商品性を向上させることが可能となる。

＜２．変形例＞
続いて、本開示の変形例（変形例１，２）について説明する。なお、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

［変形例１］
図１２は、変形例１に係るクランキング停止制御の一例を、タイミング図で表したものである。具体的には、この図１２では、実施の形態で説明した図１０と同様に、クランク回転数Ｎｃ、クランク角速度ωｃの逆数（１／ωｃ）、および、エンジン水温Ｔｗのタイミング波形を、それぞれ示している。

上記実施の形態では、例えば図１０（タイミングｔ２，矢印Ｐ３２）で示したように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングが、クランク角加速度αｃの符号が正から負に（最初に）反転したタイミングとなっている。これに対して本変形例では、例えば図１２（タイミングｔ２，矢印Ｐ３２）で示したように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングが、逆に、クランク角加速度αｃの符号が負から正に（最初に）反転したタイミングとなっている。

なお、この図１２においても図１０と同様に、クランク角速度ωｃの逆数（１／ωｃ）のタイミング波形を示しているため、以下のことが言える。すなわち、（１／ωｃ）の時間変化が増加（正）から減少（負）に反転したタイミングが、クランク角加速度αｃの符号における、負から正への反転タイミング（タイミングｔ２）に相当する。

このように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングとしては、正から負への反転タイミング（実施の形態）、および、負から正への反転タイミング（本変形例）、のいずれを採用するようにしてもよい。ただし、前述したように、実施の形態の場合には、リングギヤ４２側よりもピニオンギヤ５２側のほうを支配的にしたクランキング停止制御が実現されるため、本変形例の場合と比べ、クランキング停止制御を行うことが容易になると言える。

［変形例２］
図１３は、変形例２に係るクランキング停止制御の一例を、タイミング図で表したものである。具体的には、この図１３においても図１０，図１２と同様に、クランク回転数Ｎｃ、クランク角速度ωｃの逆数（１／ωｃ）、および、エンジン水温Ｔｗのタイミング波形を、それぞれ示している。

上記実施の形態では、例えば図１０（タイミングｔ２，矢印Ｐ３２）で示したように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングが、条件（Ａ）の成立後において、クランク角加速度αｃの符号が最初に反転したタイミングとなっている。これに対して本変形例では、例えば図１３（タイミングｔ２，矢印Ｐ３２）で示したように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングが、条件（Ａ）の成立後において、クランク角加速度αｃの符号が２回目に反転したタイミングとなっている。

このように、条件（Ｂ）におけるクランク角加速度αｃの符号の反転タイミングとしては、条件（Ａ）の成立後における最初の反転タイミングには限られず、２番目（２回目）以降の反転タイミングを採用するようにしてもよい。すなわち、図１３に示した２番目の反転タイミングや、更には３番目，４番目，……などの反転タイミングを採用するようにしてもよい。ただし、前述したように、クランク角加速度αｃの符号の反転タイミングを検知する際には、クランク角速度ωｃ（１／ωｃ）の脈動状の時間変化における山部分と谷部分との差が最も大きくなる、最初の反転タイミングにて検知する場合が、最も検知精度が高くなる。したがって、実施の形態の場合のほうが本変形例の場合と比べ、前述した異音の発生が抑えられ易くなると言える。

＜３．その他の変形例＞
以上、実施の形態および変形例を挙げて本開示を説明したが、本開示はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。

例えば、上記実施の形態等では、車両におけるパワーユニットおよびクランキング制御システム（クランキング制御装置）に適用される各部材の構成（形状、配置、個数等）については、上記実施の形態等で説明したものには限られない。すなわち、これらの各部材（例えば、自動変速機３、トルクコンバータ４、スタータ機構５およびスタータリレー１３など）における構成については、他の形状や配置、個数等であってもよい。また、上記実施の形態等で説明した各種パラメータの値や範囲、大小関係等についても、上記実施の形態等で説明したものには限られず、他の値や範囲、大小関係等であってもよい。

また、上記実施の形態等では、クランキング制御動作（クランキング開始制御およびクランキング停止制御）について具体例を挙げて説明したが、この例には限られない。すなわち、例えば、図９のステップＳ１５〜Ｓ１７（条件（Ｄ）〜（Ｆ））において示した異常発生の判定処理および異常発生時のクランキング停止制御等については、場合によっては行わないようにしてもよい。

更に、上記実施の形態等では、閾値Ｎth１，Ｎth３、期間Δｔ２および遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）がそれぞれ、エンジン水温Ｔｗに応じて変化する場合の例について説明したが、この例には限られない。すなわち、例えば、これらの閾値Ｎth１，Ｎth３、期間Δｔ２および遅延角度ΔＡｄ（遅延時間Δｔｄ）がそれぞれ、エンジン水温Ｔｗには依存しない値（固定値）であってもよい。また、これらのパラメータがエンジン水温Ｔｗに応じて変化する場合であっても、変化の態様については、上記実施の形態で説明したもの（エンジン水温Ｔｗの変化に対して増加あるいは減少する変化の態様や、その変化の際の割合など）には限られない。

加えて、上記実施の形態等では、車両１の運転者によるスタータスイッチ１１への始動操作に伴って、エンジン２の始動制御（クランキング制御）がなされる場合の例について説明したが、この例には限られない。すなわち、例えば、車両状態に応じてエンジンを停止するアイドリングストップ車両における再始動時に、本開示のクランキング制御システム（クランキング制御装置）を適用するようにしてもよい。

また、上記実施の形態等で説明した一連の処理は、ハードウェア（回路）で行われるようにしてもよいし、ソフトウェア（プログラム）で行われるようにしてもよい。ソフトウェアで行われるようにした場合、そのソフトウェアは、各機能をコンピュータにより実行させるためのプログラム群で構成される。各プログラムは、例えば、上記コンピュータに予め組み込まれて用いられてもよいし、ネットワークや記録媒体から上記コンピュータにインストールして用いられてもよい。

更に、これまでに説明した各種の例を、任意の組み合わせで適用させるようにしてもよい。

なお、本明細書中に記載された効果はあくまで例示であって限定されるものではなく、また、他の効果があってもよい。

１…車両、１０…車体、１１…スタータスイッチ、１２…バッテリ、１３…スタータリレー、１３０…接点、１３１…コイル、１３２…可動鉄心（プランジャ）、１３３…シフトレバー、１４１…クランク角センサ、１４２…水温センサ、１５…コントロールユニット、１５０…水温テーブル、２…エンジン、２０…クランクシャフト、３…自動変速機、３２１…入力軸、４…トルクコンバータ、４０…コンバータケース、４１１…ポンプインペラ、４１２…タービンランナ、４１３…ロックアップクラッチ、４２…リングギヤ、４２０…歯、５…スタータ機構、５１…スタータモータ、５２…ピニオンギヤ、５２０…歯、Ｓｍ…操作信号、Ｓｃ…制御信号、Ｐｅ…電力、Ａｃ…クランク角、ΔＡｄ…遅延角度、ωｃ…クランク角速度、αｃ…クランク角加速度、Ｔｗ…エンジン水温、Ｎｃ…クランク回転数、Ｎth１，Ｎth２，Ｎth３…閾値、ｔ１，ｔ２，ｔ３…タイミング、Δｔ１，Δｔ２…期間、Δｔｄ…遅延時間。

Claims (10)

1. エンジンのクランクシャフトと共に回転するリングギヤに対してスタータモータのピニオンギヤを噛み合わせるとともに前記スタータモータの回転を開始させるクランキング開始制御と、前記リングギヤと前記ピニオンギヤとの噛み合いを解除させるとともに前記スタータモータの回転を停止させるクランキング停止制御と、を行う制御回路を備え、
   前記制御回路は、
   以下の条件（Ａ），（Ｂ）が成立した後、以下の条件（Ｃ）が成立したときに、前記クランキング停止制御を行うと共に、
   以下の条件（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）においてそれぞれ示される異常発生時のうちのいずれかに該当すると判定された場合には、前記条件（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）においてそれぞれ示されるタイミングにて、前記クランキング停止制御を行う
   クランキング制御装置。
   （Ａ）前記クランクシャフトの回転数であるクランク回転数が、第１の閾値を超えていること
   （Ｂ）前記クランクシャフトの角加速度であるクランク角加速度の符号が反転したこと
   （Ｃ）前記クランクシャフトが、前記クランク角加速度の符号が反転したタイミングである反転タイミングにおける回転角度位置から、所定の遅延角度だけ回転したこと
   （Ｄ）前記クランク回転数が限界回転数に対応する第２の閾値を超えた、という前記異常発生時：即時に前記クランキング停止制御を行う
   （Ｅ）前記クランキング開始制御が行われてから限界時間に対応する第１の期間が経過した、という前記異常発生時：即時に前記クランキング停止制御を行う
   （Ｆ）前記クランク回転数が、前記第１の閾値よりも大きいと共に前記第２の閾値よりも小さい第３の閾値を超えた、という前記異常発生時：第２の期間の経過後に前記クランキング停止制御を行う
2. 前記反転タイミングは、前記条件（Ａ）が成立した後において、前記クランク角加速度の符号が最初に反転したタイミングである
   請求項１に記載のクランキング制御装置。
3. 前記反転タイミングは、前記クランク角加速度の符号が正から負に反転したタイミングである
   請求項１または請求項２に記載のクランキング制御装置。
4. 前記遅延角度が、前記反転タイミングからの遅延時間を用いて間接的に規定される
   請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のクランキング制御装置。
5. 前記第１の閾値および前記遅延角度は、それぞれ、エンジン水温に応じて規定される
   請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のクランキング制御装置。
6. 前記エンジン水温が高くなるのに従って、前記第１の閾値が小さくなるように設定されている
   請求項５に記載のクランキング制御装置。
7. 前記エンジン水温が高くなるのに従って、前記遅延角度が大きくなるように設定されている
   請求項５または請求項６に記載のクランキング制御装置。
8. 前記第３の閾値および前記第２の期間は、それぞれ、エンジン水温に応じて規定される
   請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のクランキング制御装置。
9. 前記エンジン水温が高くなるのに従って、前記第３の閾値が小さくなるように設定されている
   請求項８に記載のクランキング制御装置。
10. 前記エンジン水温が高くなるのに従って、前記第２の期間が長くなるように設定されている
    請求項８または請求項９に記載のクランキング制御装置。

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