WO2012131845A1

WO2012131845A1 - スタータの制御装置および制御方法、ならびに車両

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Publication number: WO2012131845A1
Application number: PCT/JP2011/057370
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: 2011-03-25
Filing date: 2011-03-25
Publication date: 2012-10-04
Also published as: DE112011102615T5; US8695553B2; JP5316734B2; CN103429885A; US20140000541A1; DE112011102615T8; CN103429885B; DE112011102615B4; JPWO2012131845A1

Abstract

　スタータは、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独立して駆動することができる。リングギヤとピニオンギヤとの同期が制限された場合、アクチュエータの駆動に先立ってピニオンギヤを回転させる回転モードが制限される。

Description

スタータの制御装置および制御方法、ならびに車両

　本発明は、スタータの制御装置および制御方法、ならびに車両に関し、特に、エンジン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とピニオンギヤとが係合する前にピニオンギヤを回転することを制限する技術に関する。

　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（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。

　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。

　欧州特許出願公開第２１５９４１０号（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、エンジンの回転速度が下降している間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技術を開示する。

欧州特許出願公開第２１５９４１０号

　しかしながら、たとえばエンジンまたはピニオンギヤの回転速度を検出できない場合ならびにピニオンギヤの係合動作を開始してから完了するまでの時間が変化した場合などには、リングギヤの回転速度とピニオンギヤの回転速度との同期が困難である。そのような場合、ピニオンギヤを回転させると、ピニオンギヤの回転速度とリングギヤの回転速度との差が意図に反して大きくなり得る。そのため、ピニオンギヤとリングギヤとが係合するときに大きな音が発生し易い。さらに、ピニオンギヤが早く磨耗し得る。

　本発明の目的は、エンジンをクランキングするときに発生し得る音を小さくしたり、ギヤの磨耗量を低減したりすることである。

　ある実施例において、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。スタータの制御装置は、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でアクチュエータおよびモータを駆動する制御ユニットを備える。第１のギヤの回転速度と第２のギヤの回転速度との同期が制限される場合、回転モードが制限される。

　この実施例によると、第１のギヤの回転速度と第２のギヤの回転速度との同期が制限された結果、同期が困難である場合、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の駆動に先立って第２のギヤを回転させる回転モードが制限される。したがって、ピニオンギヤの回転速度とリングギヤの回転速度との差が意図に反して大きくなることが抑制される。その結果、ピニオンギヤとリングギヤとが衝突するときに発生し得る音が小さくされたり、ギヤの磨耗量が低減され得る。

　別の実施例において、同期が制限される場合、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が駆動される。

　この実施例によると、第２のギヤを回転させずに、第２のギヤが第１のギヤと係合される。したがって、始動要求を満たすべく、エンジンをクランキングできる。

　別の実施例において、エンジンの回転速度が上限値より大きいと、回転モードでアクチュエータおよびモータが駆動される。エンジンの回転速度が上限値以下であると、係合モードでアクチュエータおよびモータが駆動される。同期が制限される場合、第２の状態において上限値が大きくされる。

　この実施例によると、同期が制限される場合において係合モードが実行されるエンジン回転速度の上限値は、同期が制限されない場合において係合モードが実行されるエンジン回転速度の上限値よりも高い。したがって、回転モードが制限されても、エンジンが速やかにクランキングされる。

　別の実施例において、エンジンの回転速度が上限値より大きいと、回転モードでアクチュエータおよびモータが駆動される。エンジンの回転速度が上限値以下であると、係合モードでアクチュエータおよびモータが駆動される。同期が制限される場合、第２の状態においてエンジンの回転速度の低下率が大きくされる。

　この実施例によると、同期が制限される場合のエンジンの回転速度の低下率は、同期が制限されない場合のエンジンの回転速度の低下率よりも大きい。そのため、エンジンの回転速度が、係合モードが実行されるエンジン回転速度の上限値まで速く低下する。したがって、回転モードが制限されても、エンジンが速やかにクランキングされる。

　第１のギヤの回転速度と第２のギヤの回転速度との同期が制限された場合、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の駆動に先立って第２のギヤを回転させる回転モードが制限される。したがって、ピニオンギヤの回転速度とリングギヤの回転速度との差が意図に反して大きくなることが抑制される。その結果、ピニオンギヤとリングギヤとが衝突するときに発生し得る音が小さくされたり、ギヤの磨耗量が低減され得る。

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。エンジンの回転速度が特定不能であるときの駆動モードを説明するための図である。モータの回転速度が推定不能であるとき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は、ＶＶＴ（Variable Valve Timing）機構１０２を有する。ＶＶＴ機構１０２により、吸気バルブまたは排気バルブの位相が変更される。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。このとき、ピニオンギヤ２６０の回転速度、すなわちモータ２２０の回転速度は、通電時間などに基いて推定される。モータ２２０の回転速度と通電時間との関係は、実験およびシミュレーションなどの結果に基いて、開発者により予め特定される。

　リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度とが同期したと推定される時刻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。

　ところで、上述したように、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の間にある領域において回転モードを実行することにより、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０とが同期される。しかしながら、たとえば通信エラーおよび回転速度センサ１１５のフェールなどに起因してエンジン１００の回転速度が特定できない場合、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期が制限される。すなわち、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期の精度が悪化したり、同期が困難であったり、同期が不可能であり得る。

　また、同様に、通信エラー、種々のセンサのフェールなどに起因して、ピニオンギヤ２６０の回転速度、すなわちモータ２２０の回転速度が正しく推定できない場合、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期が制限される。さらに、バッテリ１２０の電圧特性またはモータ２２０の出力特性の変化に起因して、モータ２２０の回転速度と通電時間との関係が変化した場合、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期の制御が悪化しえる。したがって、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期が制限される。

　本実施の形態においては、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期が制限される場合、回転モードが制限される。より具体的には、回転モードが禁止される。リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期が制限された結果、回転モードが制限される場合は、図４において実線で示すように、エンジン回転速度Ｎｅの低下率が、破線で示される正常時のエンジン回転速度Ｎｅの低下率よりも大きくされる。たとえば、ポンピングロスを増大すべく、ＶＶＴ機構１０２によって吸気バルブの位相が最進角の位相まで進角される。その他、補機類による負荷を増大することなどによってエンジン回転速度Ｎｅの低下率を増大してもよい。

　特に、エンジン１００の回転速度が特定できない場合は、エンジン回転速度Ｎｅの低下率を増大することに加えて、もしくは代わりに、エンジン１００の停止条件が満たされてからの経過時間、または、燃料噴射および点火が停止されてからの経過時間が所定の時間Δｔを越えると、係合モードが選択される。

　したがって、図４に示すように、時刻ｔ１０において、エンジン１００の再始動要求が生成され、時刻ｔ１１において、エンジン１００の停止条件が満たされてからの経過時間、または、燃料噴射および点火が停止されてからの経過時間が所定の時間Δｔを越えると、アクチュエータ２３２が駆動される。その後、モータ２２０が駆動される（図４中の時刻ｔ１２）。これによってエンジン１００がクランキングされて、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。所定時間Δｔは、エンジン回転速度Ｎｅが十分に低くなるために要する時間として、実験およびシミュレーションに基き開発者により予め定められる。たとえば、所定時間Δｔは、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下まで低下するために要する時間として定められる。

　一方、特に、エンジン１００の回転速度が特定できるものの、モータ２２０の回転速度が推定できない場合は、エンジン回転速度Ｎｅの低下率を増大することに加えて、もしくは代わりに、図５に示すように、第１の基準値α１が大きくされる。

　以下、図６および図７を参照して、エンジン１００の停止条件が満たされた後、エンジン１００を始動するために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（Ｓ１００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Ｓ１９０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（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１０２に進められる。Ｓ１０２にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが特定不可能か否かを判定する。通信エラーまたは回転速度センサ１１５のフェールなどが検出されると、エンジン１００の回転速度が特定不可能であると判定される。なお、エンジン１００の回転速度Ｎｅが特定不可能であるか否かは周知の一般的な技術を利用して判定すればよいため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが特定不可能であると（Ｓ１０２にてＹＥＳ）、Ｓ１０４にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下率を増大する。その後、停止条件が満たされてからの経過時間、または燃料噴射および点火を停止してからの経過時間が所定時間Δｔを超えると（Ｓ１０４にてＹＥＳ）、処理がＳ１４５に進められる。

　Ｓ１４５にて、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、Ｓ１７０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、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、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が特定可能であると（Ｓ１０２にてＮＯ）、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）、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Ｓ１９０に進めて待機モードを選択する。その後、エンジン１００を再始動すべく、燃料噴射および燃焼が再開される。

　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、処理はＳ１１２に進められる。Ｓ１１２にて、ＥＣＵ３００は、モータ２２０の回転速度が推定不可能か否かを判定する。通信エラーまたは種々のセンサ（バッテリ１２０の電流センサなど）のフェールなどが検出されると、モータ２２０の回転速度が推定不可能であると判定される。なお、モータ２２０の回転速度が推定不可能であるか否かを判定する方法はこれらに限定されない。

　モータ２２０の回転速度が推定可能であると（Ｓ１１２にてＮＯ）、Ｓ１２０にて、ＥＣＵ３００は、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。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、Ｓ１７０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。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。

　モータ２２０の回転速度が推定不可能であると（Ｓ１１２にてＹＥＳ）、Ｓ１１４にて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下率を増大する。さらに、Ｓ１１６にて、ＥＣＵ３００は、第１の基準値α１を増大する。その後、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下まで低下すると（Ｓ１１８にてＹＥＳ）、Ｓ１４５にて、係合モードが選択される。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。エンジン１００の始動が完了すると（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。

　なお、モータ２２０の回転速度が推定不可能であると、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下率を変更せずに、第１の基準値α１のみを変更、たとえば増大してもよい。

　以上のように、本実施の形態においては、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との同期が制限された場合、ピニオンギヤ２６０をリングギヤ１１０と係合する位置まで移動させるアクチュエータ２３２の駆動に先立ってピニオンギヤ２６０を回転させる回転モードが制限される。したがって、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意図せず増大しないようにできる。

　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、１０２　ＶＶＴ機構、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、３００　ＥＣＵ、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。

Claims

　スタータの制御装置であって、
　前記スタータ（２００）は、エンジン（１００）のクランク軸に連結された第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）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）を駆動する制御ユニット（３００）を備え、
　前記第１のギヤ（１１０）の回転速度と前記第２のギヤ（２６０）の回転速度との同期が制限される場合、前記回転モードが制限される、スタータの制御装置。
　前記同期が制限される場合、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）が駆動される、請求項１に記載のスタータの制御装置。
　前記エンジン（１００）の回転速度が上限値以下であると、前記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）が駆動され、
　前記同期が制限される場合、前記第２の状態において前記上限値が大きくされる、請求項２に記載のスタータの制御装置。
　前記エンジン（１００）の回転速度が上限値以下であると、前記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）が駆動され、
　前記同期が制限される場合、前記第２の状態において前記エンジン（１００）の回転速度の低下率が大きくされる、請求項２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、
　前記第１のギヤ（１１０）の回転速度と前記第２のギヤ（２６０）の回転速度との同期が制限される場合、前記回転モードを制限するステップとを備える、スタータの制御方法。
　エンジン（１００）と、
　前記エンジン（１００）のクランク軸に連結された第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）とを含むスタータ（２００）と、
　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）を駆動する制御ユニット（３００）を備え、
　前記第１のギヤ（１１０）の回転速度と前記第２のギヤ（２６０）の回転速度との同期が制限される場合、前記回転モードが制限される、車両。