JP2014139419A - エンジン始動装置およびエンジン始動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの回転変動が大きい場合であっても、ピニオンギアとリングギアとの噛み合い時の衝撃を抑えつつ、エンジン自動停止始動システムにおけるエンジンの慣性回転中の再始動を、速やかに、かつ静粛に行うことを可能にする。
【解決手段】コントローラ（１０）は、エンジン回転速度に基づいて、噛み合い許可判定および噛み合い禁止判定を、エンジン回転低下中におけるスタータの噛み合いの許可と禁止の切り替えおよび処理周期を考慮しながら行い、噛み合い許可判定による判定結果が許可、かつ噛み合い禁止判定による判定結果が禁止となった場合に、噛み合い禁止判定の判定結果の方を優先する。
【選択図】図９

Description

本発明は、所定のエンジン停止条件が成立すると、エンジンへの燃料供給を停止し、その後、再始動条件が成立するとエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動システムのためのエンジン始動装置およびエンジン始動方法に関するものである。

従来、自動車の燃費改善・環境負荷低減等を目的として、所定のエンジン停止条件が成立すると、エンジンへの燃料供給を停止するエンジン自動停止始動システムが開発されてきた。しかしながら、エンジン回転が摩擦力により完全に停止するまでには時間がかかり、従来のエンジン自動停止始動システムでは、この期間の再始動が不可能であった。

そこで、この問題を解決する方法として、内燃機関の回転数が、所定範囲内の最大回転数を下回り、かつ最小回転数を上回っており、さらに、回転方向がクランク軸の順回転方向に相応している場合に、スタータピニオンをリングギアに噛み合わせている方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジン自動停止始動制御装置において、ピニオンを回転駆動するモータと、ピニオンをエンジンのクランク軸に連結されたリングギアに噛み合わせるアクチュエータとを個別に作動可能なスタータを備え、エンジンの自動停止によりエンジン回転速度が降下するエンジン回転降下期間中に、エンジン回転速度が所定の回転速度領域でエンジン再始動要求が発生したときに、アクチュエータによりピニオンをリングギアに噛み合わせた後、またはその噛み合わせの途中にモータによりピニオンを回転させて、スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させるものがある（例えば、特許文献２参照）。

また、エンジン始動装置において、エンジンの回転降下期間に再始動条件が成立したのに伴い、噛み合い手段によるピニオンのリングギア側への移動を開始した場合において、回転予測手段により予測したエンジン回転速度に基づいて、ピニオンとリングギアとの噛み合い状態への移行が出力軸の反転中に生じるか否かを判定し、該判定結果に基づいて、噛み合い手段によるピニオンの移動開始及びモータの回転開始の少なくともいずれかのタイミングを制御するエンジン始動装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００７−１０７５２７号公報 特開２０１１−０９９４５５号公報 特開２０１２−０３１８１９号公報

しかしながら、従来技術には以下のような課題がある。
特許文献１においては、確かにエンジンの完全停止まで待機してから、ピニオンギアとリングギアを噛み合わせて再始動するよりも、早期のエンジン再始動を実現可能である。しかし、一般的に、エンジンは、慣性回転中に０ｒｐｍ付近で順回転と逆回転を繰り返すが、エンジンの逆回転中における噛み合いが考慮されていなかった。

また、エンジンが逆回転した後、順回転の所定範囲内にならない場合に噛み合いが行われない問題があった。さらに、エンジン回転数の演算周期に関しても何ら考慮されていなかった。

また、特許文献２においても、エンジンの完全停止まで待機するよりも早期にエンジン再始動を実現可能である。しかしながら、この特許文献２では、逆回転中の噛み合いに関しては何ら言及していない。また、アクチュエータにより逆回転以前にピニオンギアを噛み合わせる記載はある。しかしながら、エンジン停止時に再始動要求が発生しない場合にも、毎回、ピニオンギアとリングギアを噛み合わせるため、ドライバの操作とは無関係に噛み合い音が発生してしまうこととなり、ドライバに違和感を与えてしまうおそれがあった。

また、特許文献３においては、逆回転のピーク値ΔＮＥを算出し、逆回転のピーク値ΔＮＥが閾値以下であれば、モータの電力消費の過上昇の影響が比較的小さいと考えられ、逆回転中であっても噛み合いを許可する構成が記載されている。しかしながら、エンジンの回転変動が大きな場合における噛み合いの許可と禁止の切り替えに関しては、記載されておらず、また、処理周期に関する記載もされていなかった。従って、エンジンの回転変動が大きい場合には、本来、噛み合いを禁止すべきエンジン回転速度であるにも関わらず、噛み合いが許可されるおそれがあった。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、エンジンの回転変動が大きい場合であっても、ピニオンギアと、リングギアとの噛み合い時の衝撃を抑えつつ、エンジン自動停止始動システムにおけるエンジンの慣性回転中の再始動を、速やかに、かつ静粛に行うことを可能にしたエンジン始動装置およびエンジン始動方法を得ることを目的とする。

本発明におけるエンジン始動装置は、エンジンを始動するためのスタータと、所定の処理周期毎にエンジン回転速度を算出するエンジン回転速度算出部と、少なくともエンジン回転速度算出部により所定の処理周期毎に算出されたエンジン回転速度が、噛み合い許可回転速度以下であるか否かを所定の処理周期毎に判定し、噛み合い許可回転速度以下である場合には、判定結果を許可として、スタータの動作を許可する許可判定部と、少なくともエンジン回転速度算出部により所定の処理周期毎に算出されたエンジン回転速度が、噛み合い許可回転速度よりも小さい値として規定される噛み合い禁止回転速度以下であるか否かを所定の処理周期毎に判定し、噛み合い禁止回転速度以下である場合には、判定結果を禁止として、スタータの動作を禁止する禁止判定部と、許可判定部および禁止判定部による判定結果に基づいて、所定の処理周期毎にスタータを動作させるか否かを判定するスタータ制御部と、を備え、スタータ制御部は、所定の処理周期毎における今回の処理周期において、許可判定部による判定結果が許可であり、かつ禁止判定部による判定結果が禁止である場合には、禁止判定部による判定結果を優先し、スタータの動作を禁止するものである。

また、本発明におけるエンジン始動方法は、エンジンを始動するためのスタータを備えたエンジン始動装置においてコントローラにより実行されるエンジン始動方法であって、所定の処理周期毎にエンジン回転速度を算出するエンジン回転速度算出ステップと、少なくともエンジン回転速度算出ステップにおいて所定の処理周期毎に算出されたエンジン回転速度が、噛み合い許可回転速度以下であるか否かを所定の処理周期毎に判定し、噛み合い許可回転速度以下である場合には、判定結果を許可として、スタータの動作を許可する許可判定ステップと、少なくともエンジン回転速度算出ステップにおいて所定の処理周期毎に算出されたエンジン回転速度が、噛み合い許可回転速度よりも小さい値として規定される噛み合い禁止回転速度以下であるか否かを所定の処理周期毎に判定し、噛み合い禁止回転速度以下である場合には、判定結果を禁止として、スタータの動作を禁止する禁止判定ステップと、許可判定ステップおよび禁止判定ステップによる判定結果に基づいて、所定の処理周期毎にスタータを動作させるか否かを判定するスタータ制御ステップと、を備え、スタータ制御ステップでは、所定の処理周期毎における今回の処理周期において、許可判定ステップによる判定結果が許可であり、かつ禁止判定ステップによる判定結果が禁止である場合には、禁止判定ステップによる判定結果を優先し、スタータの動作を禁止するものである。

本発明によれば、エンジン回転速度に基づいて、噛み合い許可判定および噛み合い禁止判定を、エンジン回転低下中におけるスタータの噛み合いの許可と禁止の切り替えおよび処理周期を考慮しながら行い、噛み合い許可判定による判定結果が許可、かつ噛み合い禁止判定による判定結果が禁止となった場合に、噛み合い禁止判定の判定結果の方を優先する。これにより、エンジンの回転変動が大きい場合であっても、ピニオンギアと、リングギアとの噛み合い時の衝撃を抑えつつ、エンジン自動停止始動システムにおけるエンジンの慣性回転中の再始動を、速やかに、かつ静粛に行うことを可能にしたエンジン始動装置およびエンジン始動方法を得ることができる。

本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置の概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置のスタータの概略構成を示す断面図である。 本発明の実施の形態１による慣性回転中のエンジン回転挙動を示すグラフである。 本発明の実施の形態１における一連の処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における再始動条件成立時のエンジン再始動制御に関する一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における噛み合い許可判定に関する一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における噛み合い禁止判定に関する一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１におけるスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１による慣性回転中のエンジン回転挙動と、処理周期におけるエンジン回転速度との関係を示すグラフである。

以下、本発明によるエンジン始動装置およびエンジン始動方法を、四気筒エンジンに適用した場合を例にして、好適な実施の形態に従って図面を用いて説明する。なお、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置１の概略構成を示すブロック図である。また、図２は、本発明の実施の形態１におけるエンジン始動装置１のスタータの概略構成を示す断面図である。

図１に示した本実施の形態１におけるエンジン始動装置１は、コントローラ１０、リングギア１１、リレー１２、スタータモータ１３、ピニオンギア１４、ワンウェイクラッチ１５（図１に図示せず、図２に図示している）、電源１６（バッテリ）およびピニオンギア移動部２０を備えて構成されている。また、ピニオンギア移動部２０は、具体的には、プランジャ２１、ソレノイド２２およびレバー２３を備えて構成されているが、これに限定されることはない。

また、スタータの概略構成を示す断面図である図２には、具体的なスタータの構成として、スタータモータ１３、ピニオンギア１４、ワンウェイクラッチ１５およびピニオンギア移動部２０（プランジャ２１、ソレノイド２２およびレバー２３）が示されているとともに、リングギア１１も併せて示されている。なお、スタータは、エンジンを始動するためのスタータモータ１３、スタータモータ１３の回転をリングギア１１に伝達するピニオンギア１４、およびピニオンギア１４を移動させてリングギア１１と噛み合わせるピニオンギア移動部２０を少なくとも備えて構成されていればよい。

コントローラ１０は、電源１６と、ソレノイド２２との間に設けられたリレー１２を介して、ソレノイド２２への通電を制御する。そして、コントローラ１０は、ソレノイド２２への通電により、プランジャ２１を吸引し、レバー２３を介してピニオンギア１４を移動させることで、ピニオンギア１４をリングギア１１と噛み合わせる。また、プランジャ２１の移動により接点が閉じ、スタータモータ１３へ通電されることで、ピニオンギア１４が回転する。また、リングギア１１は、ピニオンギア１４と噛み合い、駆動力をエンジンに伝達する。

エンジン始動完了後においては、コントローラ１０は、ソレノイド２２への通電を停止する。そして、プランジャ２１に接続されたプランジャばね（図示せず）の動作に従って、プランジャ２１は、ピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合いを解除する方向に移動する。これにより、ピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合いがレバー２３を介して解除されるとともに、スタータモータ１３への通電が停止される。

また、ワンウェイクラッチ１５は、スタータモータ１３の出力軸に連結され、リングギア１１の回転速度がスタータモータ１３の回転速度よりも高くなった場合には空転し、一方で、スタータモータ１３の回転速度がリングギア１１の回転速度よりも高くなった場合にはロックして、回転トルクを伝達する。

また、クランク角センサ（図示せず）は、エンジンの回転角度（クランク角）に対応したパルスを検出する。なお、本実施の形態１では、具体例として、クランク角が３０ｄｅｇ毎にパルスが生成される。

そして、クランク角センサにより検出されるパルスの周期は、エンジンが所定角度回転するのに要した時間に相当する。従って、コントローラ１０は、クランク角センサから出力されるクランク軸の回転パルスの周期に基づいて、エンジン回転速度を算出することが可能となる。なお、本実施の形態１では、具体例として、コントローラ１０は、所定の処理周期毎（例えば、１０ｍｓ毎）にエンジン回転速度を演算し、制御実行時の演算したエンジン回転速度を用いて制御を行う。

なお、混乱を避けるために、本発明におけるリングギア１１およびピニオンギア１４等の回転速度は、すべてクランク軸における回転速度に換算したもので統一する。

また、本実施の形態１では、コントローラ１０は、エンジン制御を行うエンジンＥＣＵで構成されてもよいし、エンジンＥＣＵとは別にエンジン自動停止始動システムを実行するＥＣＵとして構成されてもよい。また、上記とは別にスタータの制御専用のＥＣＵとして構成されてもよい。

次に、本実施の形態１のエンジン始動装置１における、エンジン自動停止条件成立時のエンジン慣性回転挙動について、図３を参照しながら説明する。図３は、本発明の実施の形態１による慣性回転中のエンジン回転挙動を示すグラフである。具体的には、エンジン自動停止条件が成立したことで、エンジンへの燃料供給を停止し、慣性回転させたときの、時間経過に伴うエンジン回転速度の挙動を示している。

ここで、車両の走行中にエンジン自動停止条件（例えば、車速１５ｋｍ／ｈ以下、かつドライバがブレーキを踏んでいる等）が成立した場合には、エンジンへの燃料供給を停止し、慣性回転させる。

慣性回転させた結果、図３に示すように、エンジンのピストンにおける圧縮・膨張サイクルにより、トルク変動が発生し、エンジン回転速度が脈動を起こしながら低下していくこととなる。また、一旦、エンジン回転速度が０ｒｐｍとなった後に、トルク変動と摩擦により、逆回転と順回転を繰り返しながら減衰していく。

ここで、本発明は、エンジン自動停止条件が成立した後におけるエンジンの慣性回転中において、再始動条件が成立したことによりエンジンを再始動させる際に、エンジン回転速度に基づいて、噛み合い許可判定および噛み合い禁止判定を、エンジン回転低下中におけるスタータの噛み合いの許可と禁止の切り替えおよび処理周期を考慮しながら行うことにより、エンジン回転速度が噛み合い許容回転速度範囲内である場合には、スタータの動作を許可し、エンジン回転速度が噛み合い許容回転速度範囲内でない場合には、スタータの動作を禁止することを技術的特徴とするものである。

ここで、噛み合い許容回転速度範囲内は、図３に示すように、破線でそれぞれ示した噛み合い許容範囲上限回転速度と、噛み合い許容範囲下限回転速度とにより規定される。また、図３には、一点鎖線で示した噛み合い許可回転速度ＮＥ１および噛み合い禁止回転速度ＮＥ２（後述する）も併せて示されている。

次に、本実施の形態１におけるエンジン始動装置１の具体的な動作について、図４を参照しながら詳細に説明する。図４は、本発明の実施の形態１におけるエンジン再始動に関する一連処理を示すフローチャートである。なお、本発明の技術的特徴について、スタータの動作の具体例として、ピニオンギア１４と、リングギア１１とを噛み合わせる動作を例示する。また、コントローラ１０は、この図４におけるフローチャートの一連処理を、前述した処理周期毎に実行する。

まず始めに、ステップＳ１００において、コントローラ１０は、エンジン自動停止条件が成立しているか否かを判定する。そして、ステップＳ１００において、コントローラ１０は、エンジン自動停止条件が成立していないと判定した場合には、一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

一方、ステップＳ１００において、コントローラ１０は、エンジン自動停止条件が成立していると判定した場合には、ステップＳ１０１へと進み、エンジン停止制御を開始する。具体的には、コントローラ１０は、エンジンへの燃料供給を停止し、慣性回転によりエンジンの回転速度を低下させる。

次に、ステップＳ１０２において、コントローラ１０は、エンジンが完全停止しているか否かを判定する。例えば、クランク角のパルスが所定時間（例えば、３００ｍｓ）の間に検出されたか否かで判定される。従って、コントローラ１０は、クランク角のパルスが所定時間の間に検出されなければ、エンジンが完全停止していると判定し、一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

一方、ステップＳ１０２において、コントローラ１０は、エンジンが完全停止していないと判定した場合には、ステップＳ１０３へと進み、再始動条件（例えば、ドライバがブレーキを離す等）が成立しているか否かを判定する。

そして、ステップＳ１０３において、コントローラ１０は、再始動条件が成立していると判定した場合には、ステップＳ１０４へと進み、エンジン再始動制御を行う。一方、ステップＳ１０３において、コントローラ１０は、再始動条件が成立していないと判定した場合には、一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

また、図示はしていないが、コントローラ１０は、一旦、再始動条件が成立していると判定し、エンジン再始動制御を開始した場合に、以降の処理周期におけるステップＳ１００において、エンジン自動停止条件が成立していないと判定したとする。このような場合であっても、コントローラ１０は、フラグ等によりエンジン再始動制御を継続し、エンジンを再始動させる。

次に、ステップＳ１０４におけるエンジン再始動制御について、図５を参照しながら詳細に説明する。図５は、本発明の実施の形態１におけるエンジン再始動制御に関する一連処理を示すフローチャートである。

まず始めに、ステップＳ２００において、コントローラ１０は、エンジン停止挙動予測を開始し、今回の処理タイミング（処理周期）におけるエンジン回転速度を、前回の処理タイミングにおけるエンジン回転速度から更新し、ステップＳ２０１へと進む。なお、このステップＳ２００は、コントローラ１０に含まれるエンジン回転速度算出部によって実行される。

また、前述したように、エンジン回転速度は、クランク角センサにより検出される所定角度間隔毎のパルス周期に基づいて算出される。具体例として、ＢＴＤＣ６０°と、ＢＴＤＣ３０°との間の周期が４０ｍｓであった場合に、ＢＴＤＣ３０°に対応したパルスが入力された以降の処理タイミングにおけるエンジン回転速度ＮＥは、下式（１）に従って、算出される。なお、この具体例の場合には、エンジン回転速度ＮＥは、１２５ｒｐｍと計算される。

また、エンジン回転速度ＮＥは、コントローラ１０の処理周期（例えば、１０ｍｓ）毎に更新されるので、ＢＴＤＣ３０°に対応したパルスが入力された以降の最初の処理タイミングにおいて、エンジン回転速度ＮＥが更新されることとなる。

なお、処理周期による処理タイミングを待たずに、クランク角センサによるパルスが入った時点で割り込み処理を行うことにより、エンジン回転速度ＮＥを更新してもよい。また、処理周期毎に仮想パルスを発生させ、仮想パルスの周期に基づいてエンジン回転速度ＮＥを減じていくことにより、エンジン回転速度ＮＥを更新してもよい。

次に、ステップＳ２０１において、コントローラ１０は、ステップＳ２００で更新されたエンジン回転速度ＮＥに基づいて、噛み合い許可判定を行う。なお、このステップＳ２０１は、コントローラ１０に含まれる許可判定部によって実行される。

このステップＳ２０１において、コントローラ１０は、ソレノイド２２へ通電された場合に、遅れ時間Ｔｄを伴ってピニオンギア１４がリングギア１１へ到達した際（ピニオンギア１４と、リングギア１１とが噛み合った際）のエンジン回転速度が、噛み合い許容範囲上限回転速度以下か否かを判定することで、噛み合い許可判定を行う。

具体的には、コントローラ１０は、図６のフローチャートに従って、ステップＳ２０１における噛み合い許可判定を行う。図６は、本発明の実施の形態１における噛み合い許可判定に関する一連処理を示すフローチャートである。

まず始めに、ステップＳ３００において、コントローラ１０は、噛み合い許可フラグＦ１が成立（「Ｆ１＝１」が成立）しているか否かを判定する。これにより、噛み合い許可条件が成立しているか否かが判定される。

そして、ステップＳ３００において、コントローラ１０は、噛み合い許可フラグＦ１が成立（「Ｆ１＝１」が成立）していると判定した場合には、既に、噛み合い許可条件が成立していることとなるので、噛み合い許可判定を終了する。なお、図６のフローチャートにおいて、噛み合い許可条件がはじめて成立するまでの間は、初期値として、「Ｆ１＝０」となる。

一方、ステップＳ３００において、コントローラ１０は、噛み合い許可フラグＦ１が成立していない（「Ｆ１＝１」が成立せず、「Ｆ１＝０」が成立している）と判定した場合には、ステップＳ３０１へと進み、エンジン回転速度ＮＥが、噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下か否かを判定する。

ここで、ピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合いに関して説明する。ピニオンギア１４の回転速度と、リングギア１１の回転速度との差が大きい場合には、噛み合い時に衝撃や騒音が発生してしまう。従って、噛み合い許容範囲上限回転速度と、噛み合い許容範囲下限回転速度とにより規定される噛み合い許容回転速度範囲内で、ピニオンギア１４と、リングギア１１とを噛み合わせる必要がある。

また、ソレノイド２２への通電によるピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合いは、ソレノイド２２への通電開始からピニオンギア１４がリングギア１１へ到達完了までに遅れ時間Ｔｄが発生する。従って、ギアを噛み合わせる際にはこの遅れ時間Ｔｄを考慮する必要がある。よって、噛み合い許可回転速度ＮＥ１は、上記を考慮して設定される。具体的には、噛み合い許可回転速度ＮＥ１は、エンジン回転速度が噛み合い許容範囲上限回転速度となる時刻よりＴｄ遡った時点での値となる。

このように設定すれば、エンジン回転速度ＮＥが噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下の回転速度で、ソレノイド２２への通電が開始され、結果として、遅れ時間Ｔｄ経過後に、エンジン回転速度が許容範囲上限回転速度以下で噛み合うこととなる。

そして、ステップＳ３０１において、コントローラ１０は、エンジン回転速度ＮＥが噛み合い許可回転速度ＮＥ１以下と判定した場合には、ステップＳ３０２へと進み、噛み合い許可フラグＦ１を、「Ｆ１＝０」から「Ｆ１＝１」として、図６のフローチャートにおける一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ２０１における噛み合い許可判定処理が終了することとなる。

一方、ステップＳ３０１において、コントローラ１０は、エンジン回転速度ＮＥが噛み合い許可回転速度ＮＥ１よりも高いと判定した場合には、噛み合い許可フラグＦ１を変更することなく（「Ｆ１＝０」の状態で）、図６のフローチャートにおける一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ２０１における噛み合い許可判定が終了することとなる。

次に、図５の説明に戻り、コントローラ１０は、ステップＳ２０１における噛み合い許可判定が終了した後、ステップＳ２０２へと進み、ステップＳ２００で更新されたエンジン回転速度ＮＥに基づいて、噛み合い禁止判定を行う。なお、このステップＳ２０２は、コントローラ１０に含まれる禁止判定部によって実行される。

このステップＳ２０２において、コントローラ１０は、ソレノイド２２へ通電された場合に、遅れ時間Ｔｄを伴ってピニオンギア１４がリングギア１１へ到達した際（ピニオンギア１４と、リングギア１１とが噛み合った際）のエンジン回転速度が、噛み合い許容範囲下限回転速度以下か否かを判定することで、噛み合い禁止判定を行う。

具体的には、コントローラ１０は、図７のフローチャートに従って、ステップＳ２０２における噛み合い禁止判定を行う。図７は、本発明の実施の形態１における噛み合い禁止判定に関する一連処理を示すフローチャートである。

まず始めに、ステップＳ４００において、コントローラ１０は、噛み合い禁止フラグＦ２が成立（「Ｆ２＝１」が成立）しているか否かを判定する。これにより、噛み合い禁止条件が成立しているか否かが判定される。

そして、ステップＳ４００において、コントローラ１０は、噛み合い禁止フラグＦ２が成立していない（「Ｆ２＝１」が成立せず、「Ｆ２＝０」が成立している）と判定した場合には、ステップＳ４０１へと進み、エンジン回転速度ＮＥが、噛み合い禁止回転速度ＮＥ２以下か否かを判定する。なお、図７のフローチャートにおいて、噛み合い禁止条件がはじめて成立するまでの間は、初期値として、「Ｆ２＝０」となる。

ここで、噛み合い禁止回転速度ＮＥ２は、噛み合い許容範囲下限回転速度と、遅れ時間Ｔｄとを考慮して設定される。具体的には、噛み合い禁止回転速度ＮＥ２は、エンジン回転速度が噛み合い許容範囲下限回転速度となる時刻よりＴｄ遡った時点での値となる。このように設定すれば、エンジン回転速度ＮＥが噛み合い禁止回転速度ＮＥ２よりも高い回転速度で、ソレノイド２２への通電が開始され、結果として、遅れ時間Ｔｄ経過後に、エンジン回転速度が許容範囲下限回転速度よりも高い回転速度で噛み合うこととなる。

そして、ステップＳ４０１において、コントローラ１０は、エンジン回転速度ＮＥが噛み合い禁止回転速度ＮＥ２以下と判定した場合には、ステップＳ４０２へと進み、噛み合い禁止フラグＦ２を、「Ｆ２＝０」から「Ｆ２＝１」とする。

次に、コントローラ１０は、ステップＳ４０３へと進み、所定時間を計測するためのタイマーをセットする。具体的には、コントローラ１０は、禁止タイマーのカウントＴｃをＴｎに設定し、図７のフローチャートにおける一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ２０２における噛み合い禁止判定が終了することとなる。なお、ステップＳ４０３は、コントローラ１０に含まれるタイマーセット部によって実行され、後述するスタータ制御部は、タイマーセット部に対して、タイマーをセットするように指令する。なお、タイマーセット部の機能をスタータ制御部自身が兼ねてもよい。

ここで、Ｔｎは、エンジン回転速度ＮＥが噛み合い禁止回転速度ＮＥ２以下となった後、再び噛み合い許容範囲下限回転速度よりも高い回転速度でピニオンギア１４がリングギア１１へ到達する回転速度となるまでの時間を考慮して設定される。すなわち、コントローラ１０は、タイマーをセットすることにより、タイマーに基づいて、所定時間の経過を判定することとなる。

一方、ステップＳ４０１において、コントローラ１０は、エンジン回転速度ＮＥが噛み合い禁止回転速度ＮＥ２よりも高いと判定した場合には、噛み合い禁止フラグＦ２を変更することなく（「Ｆ２＝０」の状態で）、図７のフローチャートにおける一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ２０２における噛み合い禁止判定が終了することとなる。

また、ステップＳ４００において、コントローラ１０は、噛み合い禁止フラグＦ２が成立（「Ｆ２＝１」が成立）していると判定した場合には、既に、噛み合い禁止条件が成立していることになるので、ステップＳ４０４へと進む。

そして、ステップＳ４０４において、コントローラ１０は、禁止タイマーＴｃのカウントを１つ減算し（すなわち、Ｔｃ＝Ｔｃ−１として）、図７のフローチャートにおける一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ２０２における噛み合い禁止判定が終了することとなる。このように、噛み合い禁止フラグＦ２が成立している場合には、各処理周期において、コントローラ１０がステップＳ４０４を実行することにより、禁止タイマーＴｃのカウントが１つずつ減算される。その結果として、禁止タイマーＴｃがＴｃ≦０になれば、コントローラ１０は、所定時間が経過したと判定し、噛み合い禁止が解除される。

次に、図５の説明に戻り、コントローラ１０は、ステップＳ２０２における噛み合い禁止判定が終了した後、ステップＳ２０３へと進み、ステップＳ２０１における噛み合い許可判定およびステップＳ２０２における噛み合い禁止判定に基づいて、スタータ制御を行う。なお、このステップＳ２０３は、コントローラ１０に含まれるスタータ制御部によって実行される。

具体的には、コントローラ１０は、図８のフローチャートに従って、ステップＳ２０３におけるスタータ制御を行う。図８は、本発明の実施の形態１におけるスタータ制御に関する一連処理を示すフローチャートである。

まず始めに、ステップＳ５００において、コントローラ１０は、噛み合い禁止フラグＦ２が成立（「Ｆ２＝１」が成立）しているか否かを判定する。

そして、ステップＳ５００において、コントローラ１０は、噛み合い禁止フラグＦ２が成立（「Ｆ２＝１」が成立）していると判定した場合には、ステップＳ５０１へと進み、禁止タイマーＴｃのカウントを判定する。

一方、ステップＳ５００において、コントローラ１０は、噛み合い禁止フラグＦ２が成立していない（「Ｆ２＝１」が成立せず、「Ｆ２＝０」が成立している）と判定した場合には、ステップＳ５０２へと進む。

また、ステップＳ５０１において、コントローラ１０は、禁止タイマーＴｃが、Ｔｃ≦０を満たしているか否か（すなわち、噛み合い禁止が解除されているか否か）を判定する。そして、ステップＳ５０１において、コントローラ１０は、禁止タイマーＴｃが、Ｔｃ≦０を満たしている（すなわち、噛み合い禁止が解除されている）と判定した場合には、ステップＳ５０２へと進む。

一方、ステップＳ５０１において、コントローラ１０は、禁止タイマーＴｃが、Ｔｃ＞０を満たしている（すなわち、噛み合い禁止が解除されていない）と判定した場合には、図８のフローチャートにおける一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ２０３におけるスタータ制御が終了することとなるので、コントローラ１０は、図４のフローチャートにおける一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

また、ステップＳ５０２において、コントローラ１０は、噛み合い許可フラグＦ１が成立（「Ｆ１＝１」が成立）しているか否かを判定する。そして、ステップＳ５０２において、コントローラ１０は、噛み合い許可フラグＦ１が成立（「Ｆ１＝１」が成立）していると判定した場合には、ステップＳ５０３へと進む。

一方、ステップＳ５０２において、コントローラ１０は、噛み合い許可フラグＦ１が成立していない（「Ｆ１＝１」が成立せず、「Ｆ１＝０」が成立している）と判定した場合には、図８のフローチャートにおける一連の処理を終了する。これにより、ステップＳ２０３におけるスタータ制御が終了することとなるので、コントローラ１０は、図４のフローチャートにおける一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

ここで、ステップＳ５０２よりも前に、ステップＳ５００およびステップＳ５０１が実行されることにより、噛み合い許可フラグＦ１の成立（ステップＳ５０２）ではなく、噛み合い禁止フラグＦ２の不成立（ステップＳ５００）もしくは噛み合い禁止解除の判定（ステップＳ５０１）を優先していることとなる。

図９は、本発明の実施の形態１による慣性回転中のエンジン回転挙動と、処理周期におけるエンジン回転速度との関係を示すグラフである。例えば、図９に示すように、前回の処理周期では、更新されたエンジン回転速度ＮＥに基づいて、噛み合い許可フラグＦ１が不成立（Ｆ１＝０）、かつ噛み合い禁止フラグＦ２が不成立（Ｆ２＝０）であった場合を想定する。

この場合において、前回の処理周期の次である今回の処理周期では、更新されたエンジン回転速度ＮＥに基づいて、噛み合い許可フラグＦ１が成立（Ｆ１＝１）、かつ噛み合い禁止フラグＦ２が成立（Ｆ２＝１）となった場合には、噛み合い禁止判定による判定結果の方が優先され、ピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合いが禁止される（行われない）。すなわち、エンジンの回転変動の周期よりも短く設定された所定の処理周期毎に、噛み合い許可判定および噛み合い禁止判定が行われるので、エンジンの回転変動が大きく、このような場合が生じても、ピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合いが許可されることがない。したがって、結果として、噛み合い許容範囲下限回転速度以下での噛み合いを回避することが可能となる。

また、ステップＳ５０３において、コントローラ１０は、ソレノイド２２へ通電し、プランジャ２１の移動により、ピニオンギア１４と、リングギア１１とを噛み合わせ、ステップＳ５０４へと進む。

そして、ステップＳ５０４において、コントローラ１０は、プランジャ２１の移動により接点を閉じることによって、スタータモータ１３へ通電し、ピニオンギア１４を回転させ、ステップＳ５０５へと進む。

そして、ステップＳ５０５において、コントローラ１０は、エンジンへの燃料噴射を再開し、クランキングによりエンジンを再始動させ、図８のフローチャートにおける一連の処理を終了する。また、コントローラ１０は、エンジンを再始動させた場合、噛み合い許可フラグＦ１および噛み合い禁止フラグＦ２を初期値であるゼロに戻す（「Ｆ１＝０」、Ｆ２＝０」とする）。これにより、ステップＳ２０３におけるスタータ制御が終了することとなるので、コントローラ１０は、図４のフローチャートにおける一連の処理を終了し、次の処理周期へと進む。

このように、今回の処理周期において、噛み合い許可判定による許可（噛み合い許可フラグＦ１が成立）と、噛み合い禁止判定による禁止（噛み合い禁止フラグＦ２が成立）とが同時に成立した場合に、噛み合い禁止判定による判定結果の方を優先する。そして、この場合には、コントローラ１０は、ピニオンギア移動部２０の動作を禁止し、噛み合いが行われないようにする。また、禁止タイマーＴｃに基づいて、噛み合い禁止判定による禁止が解除されない場合においても、コントローラ１０は、同様に、ピニオンギア移動部２０の動作を禁止し、噛み合いが行われないようにする。

これにより、エンジンの回転変動が大きい場合であっても、噛み合い許可範囲下限回転速度以下での噛み合いを回避し、ピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合い時の衝撃を抑えつつ、エンジン自動停止始動システムにおけるエンジンの慣性回転中の再始動を、速やかに、かつ静粛に行うことを可能とするので、ドライバに違和感を与えることがない。さらには、ピニオンギア１４と、リングギア１１との噛み合い時の騒音低減および部品の長寿命化を達成することができる。

以上のように、本実施の形態１によれば、燃料供給停止による慣性回転によりエンジンの回転速度が低下するエンジン回転速度低下期間中に、今回の処理周期において、噛み合い許可判定による判定結果が許可、かつ噛み合い禁止判定による判定結果が禁止となった場合に、噛み合い禁止判定による判定結果の方を優先し、スタータの動作を禁止する。これにより、エンジンの回転変動が大きい場合であっても、噛み合い許可範囲下限回転速度以下での噛み合いを回避し、ピニオンギアと、リングギアとの噛み合い時の衝撃を抑えることができる。

なお、本実施の形態１では、スタータの動作の一例として、ピニオンギアの移動とモータの駆動とが連続して行われる構成のスタータを用いて、ピニオンギア１４と、リングギア１１とを噛み合わせる動作を例示して説明したが、これに限定されない。すなわち、それぞれ独立して動作可能な構成のスタータに適用してもよく、その場合、スタータの動作として、例えば、ピニオンギアの移動を禁止する代わりに、モータの動作を禁止する構成としてもよい。

また、本実施の形態１では、図７のフローチャートで、噛み合い禁止フラグＦ２が成立している場合に、所定時間経過後での噛み合い禁止の解除を考慮するため、禁止タイマーＴｃを導入する場合を例示したが、これに限定されない。すなわち、噛み合い禁止の解除を考慮しない場合には、禁止タイマーＴｃを導入しなくてもよい。この場合、図７のフローチャートのステップＳ４０３、Ｓ４０４および図８のフローチャートのステップＳ５０１は、省略される。

１ エンジン始動装置、１０ コントローラ、１１ リングギア、１２ リレー、１３ スタータモータ、１４ ピニオンギア、１５ ワンウェイクラッチ、１６ 電源（バッテリ）、２０ ピニオンギア移動部、２１ プランジャ、２２ ソレノイド、２３ レバー。

Claims (5)

1. エンジンを始動するためのスタータと、
   所定の処理周期毎にエンジン回転速度を算出するエンジン回転速度算出部と、
   少なくとも前記エンジン回転速度算出部により前記所定の処理周期毎に算出された前記エンジン回転速度が、噛み合い許可回転速度以下であるか否かを前記所定の処理周期毎に判定し、前記噛み合い許可回転速度以下である場合には、判定結果を許可として、前記スタータの動作を許可する許可判定部と、
   少なくとも前記エンジン回転速度算出部により前記所定の処理周期毎に算出された前記エンジン回転速度が、前記噛み合い許可回転速度よりも小さい値として規定される噛み合い禁止回転速度以下であるか否かを前記所定の処理周期毎に判定し、前記噛み合い禁止回転速度以下である場合には、判定結果を禁止として、前記スタータの動作を禁止する禁止判定部と、
   前記許可判定部および前記禁止判定部による判定結果に基づいて、前記所定の処理周期毎に前記スタータを動作させるか否かを判定するスタータ制御部と、
   を備え、
   前記スタータ制御部は、
   前記所定の処理周期毎における今回の処理周期において、前記許可判定部による判定結果が許可であり、かつ前記禁止判定部による判定結果が禁止である場合には、前記禁止判定部による判定結果を優先し、前記スタータの動作を禁止する
   エンジン始動装置。
2. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータは、
   前記エンジンのリングギアと噛み合わせるためのピニオンギアと、
   前記ピニオンギアを回転させるスタータモータと、
   前記ピニオンギアを前記リングギアの位置に移動させることにより、前記ピニオンギアと、前記リングギアとを噛み合わせるピニオンギア移動部と、
   を有し、
   前記スタータ制御部は、
   前記禁止判定部による判定結果を優先することで前記スタータの動作を禁止する際に、前記ピニオンギア移動部が前記ピニオンギアを前記リングギアの位置に移動させないように制御する
   エンジン始動装置。
3. 請求項１に記載のエンジン始動装置において、
   前記スタータは、
   前記エンジンのリングギアと噛み合わせるためのピニオンギアと、
   前記ピニオンギアを回転させるスタータモータと、
   前記ピニオンギアを前記リングギアの位置に移動させることにより、前記ピニオンギアと、前記リングギアとを噛み合わせるピニオンギア移動部と、
   を有し、
   前記スタータ制御部は、
   前記禁止判定部による判定結果を優先することで前記スタータの動作を禁止する際に、前記スタータモータが前記ピニオンギアを回転させないように制御する
   エンジン始動装置。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のエンジン始動装置において、
   処理周期の経過時間を計測するためのタイマーをさらに備え、
   前記スタータ制御部は、
   前記禁止判定部による判定結果が禁止に切り替わった処理周期において前記タイマーによる経過時間の計測を開始し、前記タイマーによる計測を開始した後の処理周期において、前記タイマーによる前記計測時間が所定時間以上経過したと判定した場合には、前記禁止判定部による判定結果である禁止を解除する
   エンジン始動装置。
5. エンジンを始動するためのスタータを備えたエンジン始動装置においてコントローラにより実行されるエンジン始動方法であって、
   所定の処理周期毎にエンジン回転速度を算出するエンジン回転速度算出ステップと、
   少なくとも前記エンジン回転速度算出ステップにおいて前記所定の処理周期毎に算出された前記エンジン回転速度が、噛み合い許可回転速度以下であるか否かを前記所定の処理周期毎に判定し、前記噛み合い許可回転速度以下である場合には、判定結果を許可として、前記スタータの動作を許可する許可判定ステップと、
   少なくとも前記エンジン回転速度算出ステップにおいて前記所定の処理周期毎に算出された前記エンジン回転速度が、前記噛み合い許可回転速度よりも小さい値として規定される噛み合い禁止回転速度以下であるか否かを前記所定の処理周期毎に判定し、前記噛み合い禁止回転速度以下である場合には、判定結果を禁止として、前記スタータの動作を禁止する禁止判定ステップと、
   前記許可判定ステップおよび前記禁止判定ステップによる判定結果に基づいて、前記所定の処理周期毎に前記スタータを動作させるか否かを判定するスタータ制御ステップと、
   を備え、
   前記スタータ制御ステップでは、
   前記所定の処理周期毎における今回の処理周期において、前記許可判定ステップによる判定結果が許可であり、かつ前記禁止判定ステップによる判定結果が禁止である場合には、前記禁止判定ステップによる判定結果を優先し、前記スタータの動作を禁止する
   エンジン始動方法。

Images