WO2012011175A1

WO2012011175A1 - スタータの制御装置およびスタータの制御方法

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Publication number: WO2012011175A1
Application number: PCT/JP2010/062321
Authority: WO
Inventors: 守屋　孝紀; 淳平筧; ハシムハスルルサニービン
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2010-07-22
Filing date: 2010-07-22
Publication date: 2012-01-26
Also published as: DE112010005751T5; JP5321746B2; JPWO2012011175A1; US20130175810A1

Abstract

　ＥＣＵは、エンジンの始動要求がある場合であって（Ｓ１００にてＹＥＳ）、エンジンの回転速度がα２以下であって（Ｓ１１０にてＹＥＳ）、かつ、α１よりも大きい場合（Ｓ１２０にてＮＯ）、回転モードを選択するステップ（Ｓ１４０）と、全駆動モードを選択するステップ（Ｓ２００）と、スタータのピニオンギヤとエンジンのリングギヤとが係合不良となった場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ，Ｓ２３０）、モータおよびアクチュエータを停止させるステップ（Ｓ２４０）と、モータの回転速度ＮｍがＡ以下であって、エンジンの回転速度ＮｅがＢ以下である場合（Ｓ２５０にてＹＥＳ）、係合モードを選択するステップ（Ｓ１４５）とを含む、プログラムを実行する。

Description

スタータの制御装置およびスタータの制御方法

　本発明は、スタータの制御装置およびスタータの制御方法に関し、特に、エンジンのフライホイールの外周に設けられたリングギヤと係合するようにピニオンギヤを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が個別に制御されるスタータを制御する技術に関する。

　近年、エンジンなどの内燃機関を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機能を搭載したものがある。

　このアイドリングストップにおいて、エンジンの回転速度が比較的高い状態で、エンジンの再始動が行なわれる場合がある。このような場合において、エンジンを回転させるためのピニオンギヤの押出しとピニオンギヤの回転とが１つの駆動指令によって行なわれる従来のスタータでは、ピニオンギヤとエンジンのリングギヤとの係合が容易となるように、エンジンの回転速度が十分に低下するのを待ってスタータが駆動される。そうすると、エンジンの再始動要求から実際のエンジンのクランキングまでに時間遅れが発生してしまい、運転者に違和感を与えてしまうおそれがあった。

　特開２００５－３３０８１３号公報（特許文献１）には、このような課題を解決するために、ピニオンギヤの係合動作およびピニオンギヤの回転動作が独立して実行可能な構成を有するスタータを用いて、停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生した場合に、ピニオンギヤの係合動作に先立ってピニオンギヤの回転動作を行なうとともに、ピニオンギヤの回転速度がエンジン回転速度に同期したときに、ピニオンギヤの係合動作を行なうことによってエンジンの再始動を行なう技術を開示する。

特開２００５－３３０８１３号公報

　しかしながら、特開２００５－３３０８１３号公報に記載の技術のように、ピニオンギヤの回転速度とエンジン回転速度とが同期したときに、ピニオンギヤの係合動作を行なう場合において、ピニオンギヤの係合動作前にエンジンの回転速度が急変動するとピニオンギヤの回転速度とエンジン回転速度とを同期させることが困難となるという問題がある。そのため、エンジンの始動性が悪化する場合がある。

　本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、エンジンの始動性の悪化を抑制するスタータの制御装置およびスタータの制御方法を提供することである。

　この発明のある局面に係るスタータの制御装置は、エンジンを始動させるスタータの制御装置である。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る。制御装置は、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させる回転モードと、モータの駆動に先立ってアクチュエータを駆動し、第２のギヤを第１のギヤと係合させる係合モードとを有する。制御装置は、回転モードでエンジンの始動に失敗した場合は、モータの回転速度を低下させ、係合モードを選択する。

　好ましくは、制御装置は、回転モードを選択してエンジンの始動に失敗した場合にモータを停止させた後に係合モードを選択してエンジンが始動するようにアクチュエータとモータとを制御する。

　さらに好ましくは、制御装置は、モータの回転速度が第１しきい値以下であって、かつ、エンジンの回転速度が第２しきい値以下であるという第１のギヤと第２のギヤとの係合が可能な条件が成立した場合に、係合モードでエンジンが始動するようにアクチュエータとモータとを制御する。

　さらに好ましくは、制御装置は、モータとアクチュエータとの作動中に、モータの回転速度とエンジンの回転速度との差が予め定められた範囲外となる状態が予め定められた時間が経過するまで継続する場合にエンジンの始動に失敗したと判定する。

　さらに好ましくは、制御装置は、エンジンの始動要求がある場合にエンジンの回転速度が基準値よりも大きいときには回転モードを選択し、エンジンの始動要求がある場合にエンジンの回転速度が基準値よりも小さいときには係合モードを選択する。

　この発明の他の局面に係るスタータの制御方法におけるスタータは、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。アクチュエータおよびモータの各々は個別に駆動可能である。この制御方法は、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させる回転モードでアクチュエータおよびモータを駆動するステップと、モータの駆動に先立ってアクチュエータを駆動し、第２のギヤを第１のギヤと係合させる係合モードでアクチュエータおよびモータを駆動するステップと、回転モードでエンジンの始動に失敗した場合は、モータの回転速度を低下させ、係合モードを選択するステップとを含む。

　本発明によると、回転モードでエンジンの始動が完了した場合には、エンジンの回転速度が高い場合でも速やかにエンジンを始動させることができる。また、回転モードでエンジンの始動に失敗した場合でも、係合モードによって確実にエンジンを始動させることができるため、エンジンの始動性の悪化を抑制することができる。したがって、エンジンの始動性の悪化を抑制するスタータの制御装置およびスタータの制御方法を提供することができる。

車両の全体ブロック図である。ＥＣＵの機能ブロック図である。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。ＥＣＵが実行する処理の制御構造を示すフローチャートである。

　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返さない。

　［エンジン始動装置の構成］
　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、制御装置（以下ＥＣＵとも称する。）３００と、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを備える。また、スタータ２００は、モータ２２０と、アクチュエータ２３２と、連結部２４０と、出力部材２５０と、ピニオンギヤ２６０とを含む。また、アクチュエータ２３２は、プランジャ２１０とソレノイド２３０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の出力軸であるクランク軸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在させて、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を介在させて、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を経由して、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。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２７は、ＥＣＵ３００などに供給される電圧を維持するようにＥＣＵ３００により制御される。たとえば、モータ２２０を駆動してエンジン１００をクランキングすることによってバッテリ１２０の電圧が一時的に低下することに鑑みて、モータ２２０を駆動するときに昇圧するように制御される。

　後述するように、モータ２２０は、エンジン１００の始動要求信号が出力された場合に駆動するように制御されるため、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２７は、エンジン１００の始動要求信号が出力された場合に昇圧するように制御される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１２７の制御方法はこれに限定されない。

　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。

　本実施の形態において、スタータ２００は、エンジン１００のクランク軸１１１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２３２と、第２のギヤを回転させるためのモータ２２０とを含む。本実施の形態において「第１のギヤ」は、エンジン１００のクランク軸１１１に連結されたリングギヤ１１０であり、「第２のギヤ」は、ピニオンギヤ２６０である。

　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。

　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。

　ＥＣＵ３００は、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の各々を個別に駆動させることができる。また、ＥＣＵ３００は、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０を駆動させる回転モードと、モータ２２０の駆動に先立ってアクチュエータ２３２を駆動し、ピニオンギヤ２６０をリングギヤ１１０と係合させる係合モードとを有する。

　本実施の形態において、ＥＣＵ３００は、回転モードでエンジン１００の始動に失敗した場合は、モータ２２０の回転速度を低下させ、係合モードを選択する。

　図２を参照して、ＥＣＵ３００の機能について説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ３００の機能は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアの協働により実現してもよい。

　ＥＣＵ３００は、判定部３０２と、制御部３０４とを備える。判定部３０２は、エンジン１００を始動要求があるか否かを判定する。判定部３０２は、たとえば、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零まで減少すると、エンジン１００の始動要求があると判定する。より具体的には、判定部３０２は、エンジン１００および車両１０が停止した状態において、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零まで減少すると、エンジン１００の始動要求があると判定する。判定部３０２がエンジン１００の始動要求があるか否かを判定する方法はこれに限らない。制御部３０４は、エンジン１００の始動要求があると判定した場合、エンジン１００の始動要求信号を生成し、それに従って制御信号ＳＥ１，ＳＥ２を出力することによってアクチュエータ２１２およびモータ２２０を制御する。

　本実施の形態において、制御部３０４は、エンジン１００の始動要求信号が生成された場合、すなわち、エンジン１００の始動要求があると判定された場合、エンジン１００の回転速度Ｎｅに基づいて複数の制御モードのうちのいずれか一つを選択して、エンジン１００が始動するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。複数の制御モードは、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モードとを含む。

　制御部３０４は、第１モードを選択した場合には、判定部３０２によってエンジン１００の始動要求があると判定されたときにピニオンギヤ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を制御し、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動した後に、ピニオンギヤ２６０が回転するようにモータ２２０を制御する。

　制御部３０４は、第２モードを選択した場合には、判定部３０２によってエンジン１００の始動要求があると判定されたときにピニオンギヤ２６０が回転を開始するようにモータ２２０が制御され、ピニオンギヤ２６０が回転を開始した後にピニオンギヤ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を制御する。

　制御部３０４は、エンジン１００の始動要求がある場合にエンジン１００の回転速度Ｎｅが予め定められた第１の基準値α１以下であるときには第１モードを選択する。制御部３０４は、エンジン１００の始動要求がある場合にエンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きいときに第２モードを選択する。

　制御部３０４は、エンジン１００の始動に失敗した場合には、モータ２２０の駆動を停止させた後に、第１モードを選択してエンジン１００が始動するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。

　特に、本実施の形態においては、制御部３０４は、第２モードを選択してエンジン１００の始動に失敗した場合には、モータ２２０の駆動を停止させた後に、第２モードに代えて第１モードを選択してエンジン１００が始動するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する点に特徴を有する。

　制御部３０４は、モータ２２０とアクチュエータ２３２とが並行して作動している場合、モータ２２０の回転速度Ｎｍとエンジン１００の回転速度Ｎｅとの差（Ｎｍ－Ｎｅ）が予め定められた範囲外（予め定められた値Ｎｅｒｒよりも大きい）状態が予め定められた時間以上継続するときにエンジン１００の始動に失敗したと判定する。なお、制御部３０４は、モータ２２０の回転速度Ｎｍを図示しない回転速度センサを用いて検出してもよいし、あるいは、モータ２２０の駆動時間とマップ、数式あるいは表等とを用いてモータ２２０の回転速度Ｎｍを推定するようにしてもよい。マップ、数式あるいは表等は、モータ２２０の駆動時間と回転速度Ｎｍとの関係を示すものであって、たとえば、設計的あるいは実験的に予め定められる。また、モータ２２０の回転速度Ｎｍは、ピニオン２６０とリングギヤ１１０とのギヤ比に基づいて、エンジン１００のクランク軸１１１の回転速度に換算した回転速度をいうものとする。

　制御部３０４は、エンジン１００の始動が失敗したと判定した場合に、モータ２２０の回転速度Ｎｍが第１しきい値以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２しきい値以下になるまでモータ２２０の駆動を停止する。

　制御部３０４は、モータ２２０の回転速度Ｎｍが第１しきい値以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２しきい値以下になる場合に、第１モードを選択して、モータ２２０とアクチュエータ２３２とを制御する。なお、制御部３０４は、第１モードを選択してエンジン１００の始動に失敗した場合にモータ２２０の駆動を停止させた後に、第１モードを選択して、エンジン１００が始動するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御するようにしてもよい。

　［スタータの動作モードの説明］
　図３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、全駆動モード４４０および再始動待機モード４５０が含まれる。

　前述した第１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。前述した第２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の両方の駆動を停止させるモードであって、エンジン１００の始動要求がない場合に選択されるモードである。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の両方を駆動させるモードである。この全駆動モード４４０が選択された場合、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合した状態で、ピニオンギヤ２６０を回転させるようにモータ２２０およびアクチュエータ２３２が制御される。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。

　再始動待機モード４５０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方の駆動を停止させるモードであって、第２モードが選択されてエンジンが始動するようにモータ２２０およびアクチュエータ２３２が制御された場合であって、かつ、エンジン１００の始動に失敗した場合に選択されるモードである。

　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とモータ２２０とのうちアクチュエータ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。

　エンジン１００の始動要求信号が生成された後にアクチュエータ２３２およびモータ２２０が係合モード４２０が選択される。

　そして、係合モード４２０が動作モードとして選択された後に、係合モード４２０から全駆動モード４４０に動作モードが遷移する。すなわち、全駆動モード４４０が選択されてアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される。すなわち、本実施の形態においては、アクチュエータ２３２の駆動開始から予め定められた時間が経過したことに基づいて、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が完了したと判定される。

　一方、回転モード４３０は、アクチュエータ２３２とモータ２２０とのうちモータ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。

　エンジン１００の始動要求信号が生成された場合に、アクチュエータ２３２およびモータ２２０が回転モード４３０で制御される。

　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Ｎｅ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Ｎｅ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同期が成立したと判定されたときにアクチュエータ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。

　本実施の形態において同期の成立の判定としては、具体的には、エンジン１００の回転速度Ｎｅとピニオンギヤ２６０の回転速度（クランク軸換算のモータ２２０の回転速度Ｎｍ）との相対回転速度Ｎｄｉｆｆ（＝Ｎｅ－Ｎｍ）が所定のしきい値の範囲内となっているか否かによって行なう（０≦β１≦Ｎｄｉｆｆ＜β２）。なお、同期の成立の判定を、相対回転速度Ｎｄｉｆｆの絶対値がしきい値βより小さいか否か（｜Ｎｄｉｆｆ｜＜β）によって判定することも可能であるが、エンジン１００の回転速度Ｎｅのほうがピニオンギヤ２６０の回転速度より高い状態で係合させるほうがより好ましい。

　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。回転モード４３０を経由して全駆動モード４４０に遷移した場合は、エンジン１００の始動が失敗したことに応じて再始動待機モード４５０に遷移する。なお、係合モード４２０を経由して全駆動モード４４０に遷移した場合でも、エンジン１００の始動が失敗したことに応じて再始動待機モード４５０に遷移するようにしてもよい。

　再始動待機モード４５０が選択された場合に、モータ２２０の回転速度Ｎｍがしきい値Ａ以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅがしきい値Ｂ以下になるまでは再始動待機モード４５０の選択を維持し、モータ２２０の回転速度Ｎｍがしきい値Ａ以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅがしきい値Ｂ以下になる場合に係合モード４２０（第１モード）に遷移する。

　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。

　さらに、回転モード４３０を経由して全駆動モード４４０に移行した場合であって、かつ、エンジン１００の始動に失敗した場合、再始動待機モード４５０を経由して再び係合モード４２０に移行して、エンジン１００が始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。

　図４は、本実施の形態において、エンジン始動動作時に選択される２つの駆動モード（第１モード，第２モード）によるエンジンの始動制御を説明するための図である。

　図４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モード時および第２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１０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の燃焼が停止された場合を想定する。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４中の点Ｐ０において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４中の点Ｐ１において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３で説明したように、回転モード（第２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、ＥＣＵ３００は、まずモータ２２０を駆動させる。これによって、ピニオンギヤ２６０が回転し始める。

　時刻ｔ３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４中の点Ｐ２において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３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、ＥＣＵ３００は、まずアクチュエータ２３２を駆動させる。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。時間ｔ６において、アクチュエータ２３２が駆動された後にリングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との係合が完了すると、モータ２２０が駆動される。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４中の時刻ｔ１）から、エンジン１００が停止するまで（図４中の時刻ｔ７）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。

　さらに、第２モードが選択された場合であって、時刻ｔ３からモータ２２０とアクチュエータ２３２とが並行して作動している場合に、モータ２２０の回転速度Ｎｍからエンジン１００の回転速度Ｎｅを減算した値（Ｎｍ－Ｎｅ）が予め定められた値Ｎｅｒｒよりも大きい状態が予め定められた時間が経過するまで継続する場合には、エンジン１００の始動が失敗したと判定される。そのため、再始動待機モードが選択されて、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

　モータ２２０の回転速度Ｎｍがしきい値Ａ以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅがしきい値Ｂ以下になるまで再始動待機モードが選択され、時刻ｔ８にて、モータ２２０の回転速度Ｎｍがしきい値Ａ以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅがしきい値Ｂ以下になる場合に第１モードが選択される。

　すなわち、ＥＣＵ３００は、係合モードが選択されることによって、まずアクチュエータ２３２を駆動させて、ピニオンギヤ２６０をリングギヤ１１０側に押し出す。時刻ｔ９において、アクチュエータ２３２が駆動された後にリングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との係合が完了すると、全駆動モードが選択されることによって、モータ２２０が駆動される。

　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Ｗ３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が自立回転を運転すると、時刻ｔ１０において、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

　［動作モード設定制御の説明］
　図５は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される動作モード設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００のメモリ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。

　図１および図５を参照して、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の始動要求があるか否かを判定する。

　エンジン１００の始動要求がない場合は（Ｓ１００にてＮＯ）、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の始動動作は不要であるので、処理をＳ１９０に進めて、待機モードを選択する。

　エンジン１００の始動要求がある場合は（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理がＳ１１０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（Ｓ１１０にてＮＯ）は、エンジン１００の自立復帰が可能な図４における領域１に対応するので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ１９０に進めて待機モードを選択する。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下の場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、さらにエンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値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（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、図４における領域１に対応するので、処理がＳ１４５に進められ、ＥＣＵ３００は、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、Ｓ１７０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、全駆動モードを選択する。そして、スタータ２００によって、エンジン１００のクランキングが開始される。

　次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８０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１００の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（Ｓ１８０にてＮＯ）は、Ｓ１７０に処理が戻され、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（Ｓ１８０にてＹＥＳ）は、Ｓ１９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、待機モードを選択する。

　一方、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（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に進められ、ＥＣＵ３００は、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、Ｓ２００にて、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。

　次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ２１０にて、モータ２２０の回転速度Ｎｍとエンジン１００の回転速度Ｎｅとの差（Ｎｍ－Ｎｅ）が予め定められた範囲外となる状態（すなわち、予め定められた値Ｎｅｒｒよりも大きい状態）がモータ２２０の駆動開始から予め定められた時間が経過するまで継続するか否かを判定する。モータ２２０の回転速度Ｎｍとエンジン１００の回転速度Ｎｅとの差が予め定められた値Ｎｅｒｒよりも大きい状態がモータ２２０の駆動開始から予め定められた時間が経過するまで継続する場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）、Ｓ２３０にて、ＥＣＵ３００は、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合に失敗し、エンジン１００の始動に失敗したと判定する。

　そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ２４０にて、モータ２２０およびアクチュエータ２３２の駆動を停止する。その後、Ｓ２５０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、モータ２２０の回転速度Ｎｍが予め定められた値Ａ以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅが予め定められた値Ｂ以下であるか否かを判定する。ＥＣＵ３００は、モータ２２０の回転速度Ｎｍが予め定められた値Ａ以下であって、かつ、エンジン１００の回転速度Ｎｅが予め定められた値Ｂ以下であると判定した場合（Ｓ２５０にてＹＥＳ）、Ｓ１４５に処理が戻されて、ＥＣＵ３００は、係合モードを選択する。ＥＣＵ３００は、モータ２２０の回転速度Ｎｍが予め定められた値Ａよりも大きいか、あるいは、エンジン１００の回転速度Ｎｅが予め定められた値Ｂよりも大きい場合（Ｓ２５０にてＮＯ）、処理をＳ２５０に戻して待機する。

　また、駆動開始から予め定められた時間が経過するまでにモータ２２０の回転速度Ｎｍとエンジン１００の回転速度Ｎｅとの差が予め定められた値Ｎｅｒｒ以下となる場合（Ｓ２１０にてＮＯ）、Ｓ２２０にて、ＥＣＵ３００は、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが正常に係合したと判定し、Ｓ１８０に処理を進めて、エンジン１００の始動が完了したか否か判定する。

　以上のように、本実施の形態においては、エンジンの始動要求に応じて第２モードを選択してエンジンの始動に失敗した場合にモータおよびアクチュエータの駆動を停止させた後に第１モードを選択してエンジンが始動するようにアクチュエータとモータとを制御することによって、第２モードでエンジンの始動が完了した場合には、エンジンの回転速度が高い場合でも速やかにエンジンを始動させることができる。また、第２モードでエンジンの始動に失敗した場合でも、第１モードによって確実にエンジンを始動させることができるため、エンジンの始動性の悪化を抑制することができる。したがって、エンジンの始動性の悪化を抑制するスタータの制御装置およびスタータの制御方法を提供することができる。

　なお、本実施の形態においては、第２モードを選択してエンジンの始動に失敗した場合にモータおよびアクチュエータの駆動を停止させるとして説明したが、少なくともモータおよびアクチュエータのうちモータの駆動のみを停止させるようにしてもよい。

　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　電圧センサ、１２７　ＤＣ／ＤＣコンバータ、１３０　電圧センサ、１４０　アクセルペダル、１５０　ブレーキペダル、２００　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、３００　ＥＣＵ、３０２　判定部、３０４　制御部。

Claims

　エンジン（１００）を始動させるスタータの制御装置であって、
　前記スタータ（２００）は、前記エンジン（１００）のクランク軸（１１１）に連結された第１のギヤ（１１０）と係合可能な第２のギヤ（２６０）と、
　駆動状態において、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合する位置まで移動させるアクチュエータ（２３２）と、
　前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含み、
　前記制御装置は、前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）の各々を個別に駆動可能であり、
　前記制御装置は、前記アクチュエータ（２３２）の駆動に先立って前記モータ（２２０）を駆動させる回転モードと、
　前記モータ（２２０）の駆動に先立って前記アクチュエータ（２３２）を駆動し、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合させる係合モードとを有し、
　前記回転モードで前記エンジン（１００）の始動に失敗した場合は、前記モータ（２２０）の回転速度を低下させ、前記係合モードを選択する、スタータの制御装置。
　前記制御装置は、前記回転モードを選択して前記エンジン（１００）の始動に失敗した場合に前記モータ（２２０）を停止させた後に前記係合モードを選択して前記エンジン（１００）が始動するように前記アクチュエータ（２３２）と前記モータ（２２０）とを制御する、請求の範囲第１項に記載のスタータの制御装置。
　前記制御装置は、前記モータ（２２０）の回転速度が第１しきい値以下であって、かつ、前記エンジン（１００）の回転速度が第２しきい値以下であるという前記第１のギヤ（１１０）と前記第２のギヤ（２６０）との係合が可能な条件が成立した場合に、前記係合モードで前記エンジン（１００）が始動するように前記アクチュエータ（２３２）と前記モータ（２２０）とを制御する、請求の範囲第２項に記載のスタータの制御装置。
　前記制御装置は、前記モータ（２２０）と前記アクチュエータ（２３２）との作動中に、前記モータ（２２０）の回転速度と前記エンジン（１００）の回転速度との差が予め定められた範囲外となる状態が予め定められた時間が経過するまで継続する場合に前記エンジン（１００）の始動に失敗したと判定する、請求の範囲第２項に記載のスタータの制御装置。
　前記制御装置は、前記エンジン（１００）の始動要求がある場合に前記エンジン（１００）の回転速度が基準値よりも大きいときには前記回転モードを選択し、前記エンジン（１００）の始動要求がある場合に前記エンジン（１００）の回転速度が前記基準値よりも小さいときには前記係合モードを選択する、請求の範囲第３項または第４項に記載のスタータの制御装置。
　スタータの制御方法であって、
　前記スタータ（２００）は、エンジン（１００）のクランク軸（１１１）に連結された第１のギヤ（１１０）と係合可能な第２のギヤ（２６０）と、駆動状態において、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合する位置まで移動させるアクチュエータ（２３２）と、前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含み、
　前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）の各々は個別に駆動可能であり、
　前記制御方法は、
　前記アクチュエータ（２３２）の駆動に先立って前記モータ（２２０）を駆動させる回転モードで前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）を駆動するステップと、
　前記モータ（２２０）の駆動に先立って前記アクチュエータ（２３２）を駆動し、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合させる係合モードで前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）を駆動するステップと、
　前記回転モードで前記エンジン（１００）の始動に失敗した場合は、前記モータ（２２０）の回転速度を低下させ、前記係合モードを選択するステップとを含む、スタータの制御方法。