JPWO2013046387A1

JPWO2013046387A1 - エンジンの始動装置および制御方法

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Publication number: JPWO2013046387A1
Application number: JP2012525358A
Authority: JP
Inventors: 佑美近藤; 裕也吉冨; 敏宏河井
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2011-09-29
Filing date: 2011-09-29
Publication date: 2015-03-26
Anticipated expiration: 2031-09-29
Also published as: EP2613042A4; JP5170347B1; RU2510467C1; EP2613042A8; EP2613042A1; CN103140658A; US20130325304A1; WO2013046387A1; EP2613042B1; CN103140658B; US8812222B2

Abstract

スタータは、エンジンのクランク軸に連結されたリングギヤと係合可能なピニオンギヤと、駆動状態において、ピニオンギヤをリングギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、ピニオンギヤを回転させるモータとを含む。ＥＣＵは、予め定められた停止条件が満たされたときにエンジンを停止し、エンジンが停止した後、予め定められた始動条件が満たされたときにモータによってエンジンをクランキングする。モータおよびアクチュエータには、バッテリから電力が供給される。ＥＣＵは、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させるモードを含む。ＥＣＵは、モータを駆動した後に低下したバッテリの電圧と、アクチュエータを駆動した後に低下したバッテリの電圧とのうち、低い方の電圧がしきい値を下回ると、エンジンの停止を制限する。

Description

本発明は、エンジンの始動装置および制御方法に関し、特に、エンジンのアイドリングストップまたはエコノミーランニングを制限する技術に関する。

内燃機関などをエンジンとして有する自動車においては、燃費削減や排気エミッション低減などを目的として、車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダルが操作された状態においてエンジンの自動停止を行なうとともに、たとえば、ブレーキペダルの操作量が零まで減少されるなどの、運転者による再発進の動作によって自動再始動をする、いわゆるアイドリングストップまたはエコノミーランニング機能を搭載したものがある。

アイドリングストップまたはエコノミーランニング機能を搭載した車両においては、エンジンを停止した後、再始動する際に、スタータを駆動することに起因して、スタータに電力を供給するバッテリの電圧が低下し得る。バッテリの電圧が低くなると、バッテリの電圧が低くなると、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）のメモリがリセットされるなどし得る。

そこで、特開２０１０−２５５４６４号公報（特許文献１）に記載されているように、内燃機関の停止後に再始動させた時のバッテリの推定最低電圧が所定値よりも高い場合に、内燃機関を停止させることが提案されている。特開２０１０−２５５４６４号公報においては、第３５段落および図２に示すように、エンジンの再始動直前の電圧から、モータの起動による電圧降下量を減算することにより、最低電圧が推定される。

特開２０１０−２５５４６４号公報

ピニオンギヤをフライホイール（またはドライブプレート）のリングギヤに係合させるアクチュエータと、ピニオンギヤを回転させるモータとを独立して駆動することができるように構成されたスタータが提案されている。このようなスタータにおいては、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動することにより、スタータのピニオンギヤの回転速度を、フライホイール（またはドライブプレート）のリングギヤ回転速度に同期させてから、ピニオンギヤをリングギヤに係合させることができる。したがって、エンジンの出力軸（クランク軸）の回転数が零になる前に、ピニオンギヤをリングギヤに係合させることができる。そのため、エンジンを早期にクランキングできる。

アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動する場合、モータの駆動直後はエンジンがクランキングされていないため、モータの負荷は小さい。したがって、モータの駆動直後におけるバッテリの電圧降下量は小さくなり得る。よって、実際にはバッテリの電圧が不十分であっても、アイドリングストップを実行可能であると判断し易い。したがって、モータの駆動直後のバッテリの電圧ではなく、アクチュエータの駆動後の電圧、すなわち、エンジンのクランキング中における電圧に基づいて、アイドリングストップの実行可否を判断することが好ましい。

しかしながら、たとえばエンジンの出力軸回転速度が高い場合、または出力軸回転速度の低下率が小さい場合においては、ピニオンギヤをリングギヤに係合させてエンジンをクランキングするときのモータの負荷が小さくなり得る。この場合、たとえば、モータの駆動後の電圧がしきい値まで下回っても、アクチュエータの駆動後の電圧がしきい値を下回らない可能性がある。したがって、実際にはバッテリの電圧が不十分であるにも関わらず、アイドリングストップを実行する恐れがある。

本発明は、バッテリの電圧が不十分である場合には、エンジンの停止を制限することである。

ある実施例において、予め定められた条件に基づいて自動停止するエンジンの始動装置は、エンジンを始動させるスタータと、スタータに電力を供給するバッテリと、スタータの制御装置とを備える。スタータは、エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において、第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、第２のギヤを回転させるモータとを含む。制御装置は、アクチュエータおよびモータの各々を個別に駆動可能であり、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させる回転モードを有し、回転モードの実行時に、モータを駆動した後に低下したバッテリの電圧と、アクチュエータを駆動した後に低下したバッテリの電圧とのうち、低い方の電圧に基づいて、エンジンの自動停止を制限する。

この構成によると、モータを駆動した後の電圧降下量が小さくても、アクチュエータを駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジンの自動停止を制限できる。逆に、アクチュエータを駆動した後の電圧降下量が小さくても、モータを駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジンの自動停止を制限できる。そのため、バッテリの電圧が不十分である場合には、電圧降下を見逃さずに、エンジンの自動停止を制限できる。

別の実施例において、制御装置は、モータの駆動に先立ってアクチュエータを駆動して、第２のギヤを第１のギヤと係合させる係合モードをさらに有する。係合モードの実行時は、モータを駆動した後に低下する電圧に基づいて、エンジンの自動停止を制限する。

この構成によると、たとえばエンジンの出力軸回転速度が低い場合には、第１のギヤと第２のギヤとの同期は必要ないため、第２のギヤが回転する前に、第２のギヤが第１のギヤに係合される。第２のギヤが第１のギヤと係合した後、第２のギヤが回転し、エンジンがクランキングされる。この場合、モータの駆動後の電圧がアクチュエータの駆動後の電圧よりも低くなり得る。したがって、モータを駆動する前の電圧を監視せずに、モータを駆動した後に低下したバッテリの電圧がしきい値を下回ると、エンジンの停止が制限される。よって、バッテリの電圧が不十分である場合には、エンジンの停止を制限できる。

さらに別の実施例において、エンジンは、予め定められた条件に基づいて自動停止する。エンジンには、クランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において、第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、第２のギヤを回転させるモータとを含み、かつバッテリから電力が供給されるスタータが設けられる。エンジンの制御方法は、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させるステップと、モータを駆動した後に低下したバッテリの電圧と、アクチュエータを駆動した後に低下したバッテリの電圧とのうち、低い方の電圧に基づいて、エンジンの自動停止を制限するステップとを備える。

モータを駆動した後の電圧降下量が小さくても、アクチュエータを駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジンの自動停止を制限できる。逆に、アクチュエータを駆動した後の電圧降下量が小さくても、モータを駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジンの自動停止を制限できる。そのため、バッテリの電圧が不十分である場合には、電圧降下を見逃さずに、エンジンの自動停止を制限できる。

車両の全体ブロック図である。スタータの動作モードの遷移を説明するための図である。エンジン始動動作時の駆動モードを説明するための図である。第１のモードでのバッテリの電圧を示す図である。第２のモードでのバッテリの電圧を示す図である。ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャート（その１）である。ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャート（その２）である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

図１は、車両１０の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１０は、エンジン１００と、バッテリ１２０と、スタータ２００と、ＥＣＵ３００と、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを備える。また、スタータ２００は、プランジャ２１０と、モータ２２０と、ソレノイド２３０と、連結部２４０と、出力部材２５０と、ピニオンギヤ２６０とを含む。

エンジン１００は、車両１０を走行するための駆動力を発生する。エンジン１００のクランク軸１１１は、クラッチや減速機などを含んで構成される動力伝達装置を介して、駆動輪に接続される。

エンジン１００には、回転速度センサ１１５が設けられる。回転速度センサ１１５は、エンジン１００の回転速度Ｎｅを検出し、その検出結果をＥＣＵ３００へ出力する。

バッテリ１２０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ１２０は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電などの二次電池を含んで構成される。また、バッテリ１２０は、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成されてもよい。

バッテリ１２０は、ＥＣＵ３００によって制御されるリレーＲＹ１，ＲＹ２を介して、スタータ２００に接続される。そして、バッテリ１２０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２が閉成されることによって、スタータ２００に駆動用の電源電圧を供給する。なお、バッテリ１２０の負極は車両１０のボディアースに接続される。

バッテリ１２０には、電圧センサ１２５が設けられる。電圧センサ１２５は、バッテリ１２０の出力電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

バッテリ１２０の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２７を介して、ＥＣＵ３００、および空調装置のインバータなどの補機に供給される。

リレーＲＹ１の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ１の他方端はスタータ２００内のソレノイド２３０の一方端に接続される。リレーＲＹ１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１により制御され、バッテリ１２０からソレノイド２３０への電源電圧の供給と遮断とを切替える。

リレーＲＹ２の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ２の他方端はスタータ２００内のモータ２２０に接続される。リレーＲＹ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２により制御され、バッテリ１２０からモータ２２０へ電源電圧の供給と遮断とを切替える。また、リレーＲＹ２とモータ２２０とを結ぶ電力線には、電圧センサ１３０が設けられる。電圧センサ１３０は、モータ電圧ＶＭを検出して、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

上述のように、スタータ２００内のモータ２２０およびソレノイド２３０への電源電圧の供給は、リレーＲＹ１，ＲＹ２によってそれぞれ独立に制御することが可能である。

出力部材２５０は、モータ内部のロータ（図示せず）の回転軸と、たとえば直線スプラインなどで結合される。また、出力部材２５０のモータ２２０とは反対側の端部には、ピニオンギヤ２６０が設けられる。リレーＲＹ２が閉成されることによって、バッテリ１２０から電源電圧が供給されてモータ２２０が回転すると、出力部材２５０は、ロータの回転動作をピニオンギヤ２６０に伝達して、ピニオンギヤ２６０を回転させる。

ソレノイド２３０の一方端は上述のようにリレーＲＹ１に接続され、ソレノイド２３０の他方端はボディアースに接続される。リレーＲＹ１が閉成されソレノイド２３０が励磁されると、ソレノイド２３０はプランジャ２１０を矢印の方向に吸引する。すなわち、プランジャ２１０とソレノイド２３０とで、アクチュエータ２３２を構成する。

プランジャ２１０は、連結部２４０を介して出力部材２５０と結合される。ソレノイド２３０が励磁されてプランジャ２１０が矢印の方向に吸引される。これにより、支点２４５が固定された連結部２４０によって、出力部材２５０が、図１に示された待機位置から、プランジャ２１０の動作方向とは逆の方向、すなわちピニオンギヤ２６０がモータ２２０の本体から遠ざかる方向に動かされる。また、プランジャ２１０は、図示しないばね機構によって、図１中の矢印とは逆向きの力が付勢されており、ソレノイド２３０が非励磁となると、待機位置に戻される。

このように、ソレノイド２３０が励磁されることによって、出力部材２５０が軸方向に動作すると、ピニオンギヤ２６０が、エンジン１００のクランク軸１１１に取付けられたフライホイールまたはドライブプレートの外周に設けられたリングギヤ１１０と係合する。そして、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合した状態で、ピニオンギヤ２６０が回転動作することによって、エンジン１００がクランキングされ、エンジン１００が始動される。

このように、本実施の形態においては、エンジン１００のフライホイールまたはドライブプレートの外周に設けられたリングギヤ１１０と係合するようにピニオンギヤ２６０を移動させるアクチュエータ２３２と、ピニオンギヤ２６０を回転させるモータ２２０とが個別に制御される。

なお、図１には図示しないが、リングギヤ１１０の回転動作によって、モータ２２０のロータが回転されないように、出力部材２５０とモータ２２０のロータ軸の間にワンウェイクラッチが設けられてもよい。

また、図１におけるアクチュエータ２３２は、ピニオンギヤ２６０の回転をリングギヤ１１０に伝達でき、かつピニオンギヤ２６０およびリングギヤ１１０が係合した状態と、両方が非係合の状態とを切替えることができる機構であれば、上記のような機構に限られるものではなく、たとえば、出力部材２５０の軸を、ピニオンギヤ２６０の径方向に動かすことによってピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合するような機構であってもよい。

ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御指令の出力を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

ＥＣＵ３００は、アクセルペダル１４０に設けられたセンサ（図示せず）からのアクセルペダル１４０の操作量を表わす信号ＡＣＣを受ける。ＥＣＵ３００は、ブレーキペダル１５０に設けられたセンサ（図示せず）からのブレーキペダル１５０の操作量を表わす信号ＢＲＫを受ける。また、ＥＣＵ３００は、運転者によるイグニッション操作などによる始動操作信号ＩＧ−ＯＮを受ける。ＥＣＵ３００は、これらの情報に基づいて、エンジン１００の始動要求信号および停止要求信号を生成し、それに従って制御信号ＳＥ１，ＳＥ２を出力してスタータ２００の動作を制御する。

たとえば、車両が停止し、運転者によりブレーキペダル１５０が操作され、かつエンジン１００の停止が制限されていない（許可されている）という停止条件が満たされたとき、停止要求信号が生成され、ＥＣＵ３００は、エンジン１００を停止する。すなわち、停止条件が満たされたとき、エンジン１００における燃料噴射および燃焼が停止される。

その後、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零になったという始動条件が満たされたとき、始動要求信号が生成され、ＥＣＵ３００は、モータ２２０を駆動してエンジン１００をクランキングする。その他、アクセルペダル１４０、変速レンジまたはギヤを選択するためのシフトレバー、もしくは、車両の走行モード（たとえば、パワーモードまたはエコモード等）を選択するためのスイッチが操作されると、エンジン１００をクランキングするようにしてもよい。

ＥＣＵ３００は、エンジン１００の始動条件が満たされたとき、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動した後、ピニオンギヤ２６０が回転を開始するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される第１のモードと、ピニオンギヤ２６０が回転を開始した後、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される第２のモードとのうちのいずれか一方のモードで、アクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。

後述するように、ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが予め定められた第１の基準値α１以下であると、第１のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きいと、第２のモードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。

図２は、本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードの遷移を説明するための図である。本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードには、待機モード４１０、係合モード４２０、回転モード４３０、および全駆動モード４４０が含まれる。

前述した第１のモードは、係合モード４２０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードである。第２のモードは、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードである。

待機モード４１０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されていない状態、すなわちスタータ２００へのエンジン始動要求が出力されていない状態を表わす。待機モード４１０は、スタータ２００の初期状態に相当し、エンジン１００の始動動作前、エンジン１００が始動完了した後、およびエンジン１００の始動が失敗したときなどにおいて、スタータ２００の駆動が不要となった場合に選択される。

全駆動モード４４０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されている状態を表わす。この全駆動モード４４０においては、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合した状態で、モータ２２０によってピニオンギヤ２６０が回転される。これによって、実際にエンジン１００がクランキングされて始動動作が開始される。

本実施の形態におけるスタータ２００は、上述のように、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の各々を、独立して駆動することができる。そのため、待機モード４１０から全駆動モード４４０に遷移する過程において、モータ２２０の駆動に先立ってアクチュエータ２３２を駆動する場合（すなわち、係合モード４２０に相当）と、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０を駆動する場合（すなわち、回転モード４３０に相当）とがある。

この係合モード４２０および回転モード４３０の選択は、基本的には、エンジン１００の再始動要求が発生したときの、エンジン１００の回転速度Ｎｅに基づいて行なわれる。

係合モード４２０は、アクチュエータ２３２のみが駆動され、モータ２２０が駆動されていない状態である。このモードは、ピニオンギヤ２６０が停止した状態においても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合可能である場合に選択される。具体的には、エンジン１００が停止している状態、あるいはエンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に低下した状態（Ｎｅ≦第１の基準値α１）の場合に、この係合モード４２０が選択される。

一方、回転モード４３０は、モータ２２０のみが駆動され、アクチュエータ２３２が駆動されていない状態である。このモードは、たとえば、エンジン１００の停止要求直後に、エンジン１００の再始動要求が出力されたような場合に、エンジン１００の回転速度Ｎｅが相対的に高いとき（α１＜Ｎｅ≦第２の基準値α２）に選択される。

このように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが高いときには、ピニオンギヤ２６０を停止したままの状態では、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との間の速度差が大きく、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が困難となる可能性がある。そのため、回転モード４３０においては、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０のみが駆動され、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度とを同期させる。そして、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度との差が十分に小さくなったことに応じてアクチュエータ２３２が駆動され、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との係合が行なわれる。そして、動作モードが回転モード４３０から全駆動モード４４０へ遷移する。

全駆動モード４４０の場合に、エンジン１００の始動が完了し、エンジン１００が自立運転を開始したことに応じて、運転モードは全駆動モード４４０から待機モード４１０へ戻される。

このように、エンジン１００の始動要求信号が出力された場合、すなわち、エンジン１００を始動すると判定された場合、係合モード４２０を経て、全駆動モード４４０に移行する第１のモードと、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行する第２のモードとのうちのいずれか一方のモードで、アクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される。

図３は、本実施の形態において、エンジン始動動作時の２つの駆動モード（第１のモード，第２のモード）を説明するための図である。

図３の横軸には時間が示され、縦軸には、エンジン１００の回転速度Ｎｅ、第１のモード時および第２のモード時における、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動状態が示される。

時刻ｔ０において、たとえば車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダル１５０が操作されているという停止条件が満たされたことによってエンジン１００の停止要求が生成され、エンジン１００が停止（燃料噴射および点火が停止）された場合を考える。この場合に、エンジン１００が再始動されなければ、実線の曲線Ｗ０のように、徐々にエンジン１００の回転速度Ｎｅが低下し、最終的にエンジン１００の回転が停止する。

次に、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下中に、たとえば、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零になったという始動条件が満たされたことによってエンジン１００の再始動要求が生成された場合について考える。この場合には、エンジン１００の回転速度Ｎｅによって３つの領域に分類される。

第１の領域（領域１）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２よりも高い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ０において始動条件が満たされ、再始動要求が生成されたような状態である。

この領域１は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に高いので、燃料噴射および点火動作によって、スタータ２００を用いなくともエンジン１００が始動可能な領域である。すなわち、エンジン１００が自立復帰可能な領域である。したがって、領域１においては、スタータ２００の駆動が制限、より具体的には禁止される。なお、上述の第２の基準値α２については、モータ２２０の最高回転速度によって制限される場合もある。

第２の領域は（領域２）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１および第２の基準値α２の間にある場合であり、図３中の点Ｐ１において始動条件が満たされ、再始動要求が生成されたような状態である。

この領域２は、エンジン１００は自立復帰できないが、エンジン１００の回転速度Ｎｅが比較的高い状態の領域である。この領域においては、図２で説明したように、回転モードが選択される。

時刻ｔ２において、エンジン１００の再始動要求が生成されると、所定時間経過後に、まずモータ２２０が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０が回転し始める。そして、時刻ｔ４において、アクチュエータ２３２が駆動される。そして、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０とが係合されると、エンジン１００がクランキングされて、破線の曲線Ｗ１のようにエンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

第３の領域（領域３）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１よりも低い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ２において始動条件が満たされ、再始動要求が生成されたような状態である。

この領域３は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが低く、ピニオンギヤ２６０を同期させなくても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が可能な領域である。この領域においては、図２で説明したように、係合モードが選択される。

時刻ｔ５において、エンジン１００の再始動要求が生成されると、所定時間経過後に、まずアクチュエータ２３２が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０側に押し出される。その後、モータ２２０が駆動される（図３中の時刻ｔ７）。これによってエンジン１００がクランキングされて破線の曲線Ｗ２のように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

このように、アクチュエータ２３２とモータ２２０とが独立して駆動可能なスタータ２００を用いて、エンジン１００の再始動制御を行なうことによって、従来のスタータでは、エンジン１００の自立復帰が不可能となる回転速度（図３中の時刻ｔ１）から、エンジン１００が停止するまで（図３中の時刻ｔ８）の期間（Ｔｉｎｈ）中エンジン１００の再始動動作が禁止されていた場合に比べて、より短時間でエンジン１００を再始動することが可能となる。これによって、運転者に対して、エンジン再始動が遅れてしまうことによる違和感を低減することができる。

図４に示すように、第１のモードでエンジン１００を再始動する際には、モータ２２０の負荷が急増するため、モータ２２０を駆動した後に、モータ２２０およびアクチュエータ２３２に電力を供給するバッテリ１２０の電圧が一時的に大きく低下し得る。バッテリ１２０はモータ２２０の他、補機類にも電力を供給しているため、バッテリ１２０の電圧の低下は望ましくない。

そこで、本実施の形態においては、第１のモードでエンジン１００を再始動する際には、モータ２２０を駆動した後に低下したバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ると、以後、エンジン１００の停止が制限される。より具体的には、エンジン１００の自動停止、すなわちアイドリングストップまたはエコノミーランニングが禁止される。エンジン１００を自動停止する頻度を少なくするようにしてもよい。たとえば、モータ２２０を駆動している間のバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ１がしきい値ＶＳ以下であると、バッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ったと判定される。

第１のモードでエンジン１００を再始動する場合、モータ２２０の駆動後の電圧がアクチュエータ２３２の駆動後の電圧よりも低くなり得る。したがって、モータ２２０を駆動する前の電圧を監視せずに、モータ２２０を駆動した後に低下したバッテリ１２０の電圧がしきい値ＶＳを下回ると、エンジン１００の停止が制限される。よって、バッテリ１００の電圧が不十分である場合には、エンジン１００の自動停止を制限できる。

同様に、図５に示すように、第２のモードでエンジン１００を再始動する際には、モータ２２０を駆動した後に加えて、アクチュエータ２３２を駆動してクランキングを開始した後に、モータ２２０の負荷が急増することに起因してバッテリ１２０の電圧が一時的に大きく低下し得る。

第２のモードでエンジン１００を再始動する際には、モータ２２０を駆動した後に低下したバッテリ１２０の電圧と、アクチュエータ２３２を駆動した後に低下バッテリ１２０の電圧とのうち、低いほうの電圧がしきい値ＶＳをを下回ると、以後、エンジン１００の停止が制限される。たとえば、モータ２２０を駆動した後であって、アクチュエータ２３２を駆動する前の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ１と、アクチュエータ２３２を駆動した後の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ２とのうちの、低い方の電圧がしきい値ＶＳ以下であると、以後、エンジン１００の停止が制限される。

これにより、モータ２２０を駆動した後の電圧降下量が小さくても、アクチュエータ２３２を駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジン１００の自動停止を制限できる。逆に、アクチュエータ２３２を駆動した後の電圧降下量が小さくても、モータ２２０を駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジン１００の自動停止を制限できる。そのため、バッテリ１２０の電圧が不十分である場合には、電圧降下を見逃さずに、エンジン１００の自動停止を制限できる。

アイドリングストップまたはエコノミーランニングは、次にＩＧ−ＯＦＦ信号が受信されるまで制限されてもよく、バッテリ１２０が交換されることによってＥＣＵ３００のメモリがリセットされるまで制限されてもよい。

以下、図６および図７を参照して、エンジン１００を停止および始動するためにＥＣＵ３００が実行する処理について説明する。図６および図７に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

ステップ（以下、ステップをＳと略す）１００において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００が運転しているか否か判定する。エンジン１００が運転していると（Ｓ１００にてＹＥＳ）、Ｓ１０２において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止条件が満たされた否かを判定する。すなわち、エンジン１００を停止するか否かが判定される。

たとえばエンジン１００の停止が制限されているため、エンジン１００の停止条件が満たされていないと（Ｓ１０２にてＮＯ）、エンジン１００の運転が継続される。この場合、処理がＳ２９０に進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

エンジン１００の停止が制限されていないために、エンジン１００の停止条件が満たされると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ１０４にて、エンジン１００を停止する。したがって、エンジン１００において燃料噴射および燃焼が停止される。

その後、Ｓ２００において、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の始動条件が満たされた否かを判定する。すなわち、エンジン１００を始動するか否かが判定される。エンジン１００の始動条件が満たされていない場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、エンジン１００の始動動作は不要であるので、処理がＳ２９０に進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

エンジン１００の始動条件が満たされた場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、処理がＳ２１０に進められ、ＥＣＵ３００は、次にエンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２より大きい場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、エンジン回転速度Ｎｅは、エンジン１００の自立復帰が可能な図３における領域１に対応するので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ２１２に進めて待機モードを選択する。その後、ＥＣＵ３００は、Ｓ２１４にて、エンジン１００を再始動すべく、燃料噴射および燃焼を再開する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下の場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、ＥＣＵ３００は、Ｓ２２０にて、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１（０＜α１）以下であるか否かを判定する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下の場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、エンジン回転速度Ｎｅが図３における領域３に含まれるので、処理がＳ２３０に進められ、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして係合モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１を出力してリレーＲＹ１を閉成することによってアクチュエータ２３２を駆動する。このとき、モータ２２０は駆動されない。

その後、Ｓ２３２に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして全駆動モードを選択する。そして、エンジン１００をクランキングすべく、モータ２２０が駆動される。

モータ２２０に先立ってアクチュエータ２３２を駆動する場合、モータ２２０を駆動してクランキングを開始した後の電圧がアクチュエータ２３２の駆動後の電圧よりも低くなり得る。したがって、モータ２２０を駆動する前の電圧を監視する必要はない。よって、２４０にて、モータ２２０が駆動された後に低下したバッテリ１２０の電圧の最小値Ｖ１が、エンジン１００の停止可否を判定するための最小値ＶＭＩＮに設定される。最小値ＶＭＩＮがしきい値ＶＳを下回ると（Ｓ２７２にてＹＥＳ）、Ｓ２７４にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止を制限する。これにより、バッテリ１００の電圧が不十分である場合には、エンジン１００の自動停止が制限される。エンジン１００の停止が制限されると、以後、停止条件が満たされない。したがって、エンジン１００の自動停止、すなわちアイドリングストップまたはエコノミーランニングが制限され、エンジン１００が継続して運転される。

最小値ＶＭＩＮがしきい値ＶＳを下回らなければ（Ｓ２７２にてＮＯ）、Ｓ２７６にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止を許可する。

次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ２８０にて、エンジン１００の始動が完了したか否かを判定する。エンジン１００の始動完了の判定については、たとえば、モータ２２０の駆動開始から所定時間が経過した後に、エンジン回転速度が、自立運転を示すしきい値γより大きいか否かによって判定するようにしてもよい。

エンジン１００の始動が完了していない場合（Ｓ２８０にてＮＯ）は、エンジン１００のクランキングが継続される。

エンジン１００の始動が完了した場合（Ｓ２８０にてＹＥＳ）は、Ｓ２９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きい場合（Ｓ２２０にてＮＯ）は、Ｓ２３４にて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして回転モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２を出力してリレーＲＹ２を閉成することによってモータ２２０を駆動する。このとき、アクチュエータ２３２は駆動されない。

そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２３６にて、スタータ２００の動作モードとして全駆動モードを選択する。これによって、アクチュエータ２３２が駆動されて、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合し、エンジン１００がクランキングされる。

一般的に、モータ２２０の消費電力はアクチュエータ２３２等の他の電気機器に比べて大きいが、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合する前はモータ２２０の負荷が小さいため、バッテリ１２０の電圧が不十分であるにもかかわらずバッテリ１２０の電圧降下量が小さい場合があり得る。逆に、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合する際には、ピニオンギヤ２６０の回転数とリングギヤ１１０の回転数が同期しているため、クランキングのために要するモータ２２０の負荷が小さいこともあり得る。この場合も、バッテリ１２０の電圧が不十分であるにもかかわらずバッテリ１２０の電圧降下量が小さい場合があり得る。

そこで、本実施の形態においては、アクチュエータ２３２を駆動する前の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ１が、アクチュエータ２３２を駆動した後の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ２よりも低いと（Ｓ２４２にてＮＯ）、Ｓ２４０にて、最小値Ｖ１が、エンジン１００の停止可否を判定するための最小値ＶＭＩＮに設定される。

一方、アクチュエータ２３２を駆動した後の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ２が、アクチュエータ２３２を駆動する前の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ１よりも低いと（Ｓ２４２にてＹＥＳ）、Ｓ２４４にて、最小値Ｖ２が、エンジン１００の停止可否を判定するための最小値ＶＭＩＮに設定される。

最小値ＶＭＩＮがしきい値ＶＳを下回ると（Ｓ２７２にてＹＥＳ）、Ｓ２７４にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の停止を制限する。したがって、モータ２２０を駆動した後の電圧降下量が小さくても、アクチュエータ２３２を駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジン１００の自動停止を制限できる。逆に、アクチュエータ２３２を駆動した後の電圧降下量が小さくても、モータ２２０を駆動した後の電圧降下量が大きければ、エンジン１００の自動停止を制限できる。

エンジン１００の始動が完了すると（Ｓ２８０にてＹＥＳ）、Ｓ２９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、スタータ２００の動作モードとして待機モードを選択する。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０車両、１００エンジン、１１０リングギヤ、１１１クランク軸、１１５回転速度センサ、１２０バッテリ、１２５，１３０電圧センサ、１４０アクセルペダル、１５０ブレーキペダル、１６０動力伝達装置、１７０駆動輪、２００，２０２スタータ、２１０プランジャ、２２０モータ、２３０ソレノイド、２３２アクチュエータ、２４０連結部、２４５支点、２５０出力部材、２６０ピニオンギヤ、２７０ワンウェイクラッチ、３００ＥＣＵ、４１０待機モード、４２０係合モード、４３０回転モード、４４０全駆動モード、ＲＹ１，ＲＹ２リレー。

バッテリ１２０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ１２０は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電池などの二次電池を含んで構成される。また、バッテリ１２０は、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成されてもよい。

第２のモードでエンジン１００を再始動する際には、モータ２２０を駆動した後に低下したバッテリ１２０の電圧と、アクチュエータ２３２を駆動した後に低下バッテリ１２０の電圧とのうち、低いほうの電圧がしきい値ＶＳを下回ると、以後、エンジン１００の停止が制限される。たとえば、モータ２２０を駆動した後であって、アクチュエータ２３２を駆動する前の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ１と、アクチュエータ２３２を駆動した後の期間におけるバッテリ１２０の電圧の最低値Ｖ２とのうちの、低い方の電圧がしきい値ＶＳ以下であると、以後、エンジン１００の停止が制限される。

Claims

予め定められた条件に基づいて自動停止するエンジンの始動装置であって、
前記エンジンを始動させるスタータと、
前記スタータに電力を供給するバッテリと、
前記スタータの制御装置とを備え、
前記スタータは、
前記エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、
駆動状態において、前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、
前記第２のギヤを回転させるモータとを含み、
前記制御装置は、
前記アクチュエータおよび前記モータの各々を個別に駆動可能であり、
前記アクチュエータの駆動に先立って前記モータを駆動させる回転モードを有し、
前記回転モードの実行時に、前記モータを駆動した後に低下した前記バッテリの電圧と、前記アクチュエータを駆動した後に低下した前記バッテリの電圧とのうち、低い方の電圧に基づいて、前記エンジンの自動停止を制限する、エンジンの始動装置。
前記制御装置は、
前記モータの駆動に先立って前記アクチュエータを駆動して、前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合させる係合モードをさらに有し、
前記係合モードの実行時は、前記モータを駆動した後に低下する電圧に基づいて、前記エンジンの自動停止を制限する、請求項１に記載のエンジンの制御装置。
予め定められた条件に基づいて自動停止するエンジンの制御方法であって、前記エンジンには、クランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において、前記第２のギヤを前記第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、前記第２のギヤを回転させるモータとを含み、かつバッテリから電力が供給されるスタータが設けられ、制御方法は、
前記アクチュエータの駆動に先立って前記モータを駆動させるステップと、
前記モータを駆動した後に低下した前記バッテリの電圧と、前記アクチュエータを駆動した後に低下した前記バッテリの電圧とのうち、低い方の電圧に基づいて、前記エンジンの自動停止を制限するステップとを備える、エンジンの制御方法。