JP4636199B2 - エンジン自動停止始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置に関する発明である。

近年、エンジン（内燃機関）を搭載した車両においては、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止始動制御システム（いわゆるアイドルストップ制御システム）を採用したものがある。このエンジン自動停止始動制御システムは、例えば、運転者が車両を停車させたときにエンジンを自動的に停止させ、その後、運転者が車両を発進させようとする操作を行ったときに自動的にスタータでエンジンをクランキングして再始動させるようにしている。一般に、スタータは、モータでピニオンを回転させると共に、アクチュエータでピニオンを押し出して、該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ヤに噛み合わせてリングギヤを回転駆動することで、エンジンをクランキングする構成となっている。

このようなスタータを備えたシステムにおいては、エンジン再始動性の向上を目的として、特許文献１（特表２００８−５１００９９号公報）に記載されているように、モータへの通電をオン／オフするモータ用のスイッチング素子（トランジスタ）を設けると共に、アクチュエータへの通電をオン／オフするアクチュエータ用のスイッチング素子を設け、エンジンの自動停止によりエンジン回転が停止する直前か又はエンジン回転が停止した後に、アクチュエータ用のスイッチング素子によりアクチュエータの通電電流を制御してピニオンをリングギヤに噛み合わせた後、モータ用のスイッチング素子によりモータの通電電流を制御してピニオンを回転させてエンジン回転停止クランク角を目標停止位置（再始動に適したクランク角）に制御し、その後、エンジン再始動要求が発生したときにモータ用のスイッチング素子によりモータへの通電をオンしてピニオンを回転させてエンジンをクランキングしてエンジンを再始動させるようにしたものがある。

特表２００８−５１００９９号公報

上記特許文献１の技術では、エンジンを再始動させる際に、スイッチング素子によりモータへの通電をオンしてエンジンをクランキングするようにしているが、一般に、エンジンをクランキングするにはモータに比較的大きな電流（例えば５００〜１５００Ａ）を通電する必要があるため、モータ用のスイッチング素子として、大容量で高価なスイッチング素子を設ける必要があり、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができない。

また、一般に、スイッチング素子は、モータの通電電流をＰＷＭ制御等により精度良く制御することができるが、機械式リレー（例えば電磁リレー）は、モータの通電電流を精度良く制御することができない。このため、モータ用のスイッチング素子に代えて、安価で大電流の通電に適した機械式リレーを設けた構成にすると、エンジン回転停止クランク角を制御する際に、機械式リレーではモータの通電電流を精度良く制御することができず、エンジン回転停止クランク角を目標停止位置（再始動に適したクランク角）に精度良く制御することができないため、エンジン再始動性が低下する可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、低コスト化の要求を満たしながら、エンジン再始動性を向上させることができるエンジン自動停止始動制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、モータへの通電をオン／オフするモータ用の機械式リレーと、モータ用の機械式リレーと並列に接続されてモータへの通電をオン／オフするスイッチング素子と、前記アクチュエータへの通電をオン／オフするアクチュエータ用の機械式リレーと、前記スイッチング素子が前記モータ用の機械式リレーと並列に接続される回路と、前記スイッチング素子が前記アクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続される回路とを切り替える回路切替スイッチとを設けた構成としたものである。

この構成では、エンジン再始動に関連するスタータの制御を行う際に、モータに比較的大きな電流を通電する必要はないが、モータの通電電流を精度良く制御する必要がある場合には、スイッチング素子によりモータの通電電流をＰＷＭ制御等で制御することで、モータの通電電流を精度良く制御することができる。一方、モータの通電電流を精度良く制御する必要はないが、モータに比較的大きな電流を通電する必要がある場合には、モータ用の機械式リレーによりモータへの通電をオンすることで、モータに比較的大きな電流を通電することができる。これにより、エンジン再始動に関連するスタータの制御を良好に実行することができ、エンジン再始動性を向上させることができる。この場合、大容量で高価なスイッチング素子を設ける必要がないため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

また、請求項１に係る発明では、アクチュエータへの通電をオン／オフするアクチュエータ用の機械式リレーと、スイッチング素子がモータ用の機械式リレーと並列に接続される回路と、スイッチング素子がアクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続される回路とを切り替える回路切替スイッチとを設けた構成としたので、回路切替スイッチによって、スイッチング素子がモータ用の機械式リレーと並列に接続される回路（つまりスイッチング素子によりモータの通電電流を制御可能な回路）と、スイッチング素子がアクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続される回路（つまりスイッチング素子によりアクチュエータの通電電流を制御可能な回路）とを切り替えることができる。このため、１つのスイッチング素子でモータの通電電流とアクチュエータの通電電流の両方を制御することが可能となり、モータの通電電流を制御するスイッチング素子とアクチュエータの通電電流を制御するスイッチング素子を別々に設ける構成に比べて低コスト化することができる。

この場合、請求項２のように、回路切替スイッチによりスイッチング素子がアクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続される回路（つまりスイッチング素子によりアクチュエータの通電電流を制御可能な回路）に切り替えた状態で、エンジンの自動停止によりエンジン回転が停止する直前又はそれ以降に、スイッチング素子によりアクチュエータの通電電流を制御してピニオンをリングギヤに噛み合わせた後、機械式リレーによりアクチュエータに通電してピニオンをリングギヤに噛み合わせた状態に維持するピニオン事前噛合制御を実行するようにすると良い。このようにすれば、ピニオン事前噛合制御の際に、まず、スイッチング素子によりアクチュエータの通電電流をＰＷＭ制御等で制御することで、ピニオンをゆっくりと押し出してリングギヤにスムーズに噛み合わせることができ、その後、アクチュエータ用の機械式リレーによりアクチュエータへの通電をオンすることで、アクチュエータに比較的大きな電流を通電してピニオンをリングギヤに噛み合わせた状態に確実に維持することができる。

更に、請求項３のように、ピニオン事前噛合制御の後に回路切替スイッチによりスイッチング素子がモータ用の機械式リレーと並列に接続される回路（つまりスイッチング素子によりモータの通電電流を制御可能な回路）に切り替えた状態で、スイッチング素子によりモータの通電電流を制御してピニオンを回転させてエンジン回転停止クランク角を目標停止位置に制御するようにすると良い。このようにすれば、ピニオン事前噛合制御の後に、スイッチング素子によりモータの通電電流を制御してエンジン停止位置制御を精度良く行うことができる。

ところで、図８に示す従来例のように、スタータでエンジンをクランキングして始動させる際に、機械式リレーによりモータへの通電をオンしてモータの駆動を開始する場合、機械式リレーを通電オン状態（接点を閉じた状態）に切り換えたときに、モータに流れる電流が急上昇して、モータに大きな突入電流が流れる可能性がある。モータに大きな突入電流が流れると、バッテリ電圧が大きく低下して、車両に搭載された電気機器（例えば、カーナビゲーション、オーディオ、コンピュータ等）に悪影響を及ぼす可能性がある。

この対策として、請求項４のように、モータの駆動を開始する際に、機械式リレーを通電オフ状態（接点を開いた状態）に維持したままスイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくしてモータの印加電圧を上昇させた後に、機械式リレーを通電オン状態（接点を閉じた状態）にし、その後、スイッチング素子を通電オフ状態（デューティ比＝０％の状態）にするモータ駆動開始制御手段を備えた構成としても良い。

このようにすれば、モータの駆動を開始する際に、スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくしてモータの印加電圧を徐々に上昇させることができるため、モータの通電開始時にモータに大きな突入電流が流れることを防止できる。これにより、バッテリ電圧が大きく低下することを防止でき、車両に搭載された電気機器に悪影響を及ぼすことを回避できる。しかも、モータの駆動を開始する際に、一時的にスイッチング素子を通電オン状態（デューティ比が０％よりも大きい状態）にするだけであるため、スイッチング素子の発熱に対する耐久性をあまり考慮する必要がなく、小型で安価なスイッチ素子を使用することが可能となり、低コスト化の要求を満たすことができる。

この場合、請求項５のように、スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始した後、(1) 所定時間が経過、(2) モータの回転速度が所定回転速度以上、(3) デューティ比が所定値以上のうちの少なくとも１つの条件が成立したときに、機械式リレーを通電オン状態にするようにすると良い。このようにすれば、モータの駆動を開始する際に、スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始した後、上記(1) 〜(3) のうちの少なくとも１つの条件が成立したときに、機械式リレーを通電オン状態に切り換えてもモータに大きな突入電流が流れない状態になったと判断して、機械式リレーを通電オン状態に切り換えることができ、モータに大きな突入電流が流れることを確実に防止できる。

更に、請求項６のように、スイッチング素子を通電オフ状態にする際に該スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくするようにしても良い。このようにすれば、スイッチング素子を通電オフ状態にする際に、スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくすることで、モータに流れる電流が急変することを防止して、モータの出力が急変することを回避できる。

また、請求項７のように、モータの駆動を停止する際に、機械式リレーを通電オン状態（接点を閉じた状態）に維持したままスイッチング素子を通電オン状態（デューティ比が０％よりも大きい状態）にした後に、機械式リレーを通電オフ状態（接点を開いた状態）にし、その後、スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくしてモータの印加電圧を低下させて、モータへの通電を遮断するモータ駆動停止制御手段を備えた構成としても良い。

このようにすれば、モータの駆動を停止する際に、スイッチング素子を通電オン状態にして機械式リレーに流れる電流を適度に小さくした状態で、機械式リレーを通電オフ状態に切り換えることができるため、機械式リレーを通電オフ状態に切り換えたときに、機械式リレーの接点間に発生するアークを抑制することができ、機械式リレーの耐久寿命を向上させることができる。これは、特にエンジン始動回数（つまりモータの駆動回数）が多くなるアイドルストップ制御システムや、インダクタンスの高いソレノイドコイルを用いたスタータに有効である。また、スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくしてモータの印加電圧を徐々に低下させて、最終的にモータへの通電を遮断することができるため、サージ電圧の発生を抑制することができる。

しかも、モータの駆動を停止する際に、一時的にスイッチング素子を通電オン状態（デューティ比が０％よりも大きい状態）にするだけであるため、スイッチング素子の発熱に対する耐久性をあまり考慮する必要がなく、小型で安価なスイッチ素子を使用することが可能となり、低コスト化の要求を満たすことができる。また、熱に弱いスイッチング素子の通電オン時間を短くして、熱に強い機械式リレーの通電オン時間を長くすることができると共に、耐久寿命に及ぼす影響が大きい通電遮断の際に、オン／オフの耐久寿命回数が機械式リレーよりも大きいスイッチング素子でモータへの通電を遮断することができるため、それぞれの長所を生かすことができ、スイッチング素子と機械式リレーの両方の小型化及び長寿命化が可能となる。

更に、請求項８のように、スイッチング素子を通電オン状態にする際に該スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくするようにしても良い。このようにすれば、スイッチング素子を通電オン状態にする際に、スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくすることで、モータに流れる電流が急変することを防止して、モータの出力が急変することを回避できる。

図１は本発明の実施例１におけるエンジン及びスタータの概略構成図である。 図２は実施例１のスタータ制御システムの概略構成図である。 図３は実施例１のスタータ制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図４は実施例１のエンジン停止位置制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図５は実施例２のスタータ制御システムの概略構成図である。 図６は実施例２のピニオン事前噛合制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図７は実施例３のエンジン再始動制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。 図８は従来のモータ通電制御を説明するタイムチャートである。 図９は実施例４のモータ通電制御を説明するタイムチャートである。 図１０は実施例４のエンジン始動制御ルーチンの処理の流れを説明するフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した幾つかの実施例を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図４に基づいて説明する。
まず、図１及び図２に基づいてエンジン始動制御システムの概略構成を説明する。
図１に示すように、スタータ１１は、いわゆるピニオン押し出し式スタータであり、モータ１２と、このモータ１２によって回転駆動されるピニオン１３と、このピニオン１３を押し出す電磁アクチュエータ１４等を備えた構成となっている。ピニオン１３は、軸方向に移動可能に設けられている。電磁アクチュエータ１４には、プランジャ１５と、このプランジャ１５を駆動するソレノイド１６が設けられ、プランジャ１５の駆動力がレバー１７等を介してピニオン１３に伝達されるようになっている。エンジン２１のクランク軸２２には、リングギヤ２３が連結され、このリングギヤ２３とピニオン１３とが噛み合うようになっている。

図２に示すように、バッテリ１８と電磁アクチュエータ１４との間には、電磁アクチュエータ１４（ソレノイド１６）への通電をオン／オフするアクチュエータ用の機械式リレー１９が設けられ、ＥＣＵ２０（エンジン制御回路）によってアクチュエータ用の機械式リレー１９をオンして電磁アクチュエータ１４への通電をオンしてプランジャ１５をピニオン押出方向に移動させることで、ピニオン１３を押し出して該ピニオン１３をエンジン２１のクランク軸２２に連結されたリングギヤ２３に噛み合わせるようになっている。

また、バッテリ１８とモータ１２との間には、モータ１２への通電をオン／オフするモータ用の機械式リレー２４が設けられ、ＥＣＵ２０によってモータ用の機械式リレー２４をオンしてモータ１２への通電をオンすることで、ピニオン１３を回転駆動するようになっている。更に、モータ１２への通電をオン／オフするスイッチング素子２５が、モータ用の機械式リレー２４と並列に接続され、ＥＣＵ２０によってスイッチング素子２５のオン／オフを制御してモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等によって制御することで、ピニオン１３の回転を制御するようになっている。

また、スイッチ２６がイグニッション位置（ＩＧ位置）に操作されると、バッテリ１８からの電力がＥＣＵ２０等に供給され、更に、スイッチ２６がスタート位置（ＳＴ位置）に操作されると、スタータオン信号がＥＣＵ２０に入力されて電磁アクチュエータ１４及びモータ１２への通電がオンされる。また、エンジン２１のシリンダブロックには、クランク軸２２が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２７（図２参照）が取り付けられ、このクランク角センサ２７の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

ＥＣＵ２０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じてエンジン２１の燃料噴射量や点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ２０は、図示しないエンジン自動停止始動制御ルーチンを実行することで、エンジン自動停止始動制御（いわゆるアイドルストップ制御）を実行する。このエンジン自動停止始動制御では、車両の走行中に運転者が減速操作（アクセル全閉、ブレーキ操作等）を行って減速要求が発生したときや、車両を停車させたときにエンジン自動停止要求が発生したと判断して、エンジン２１の燃焼（燃料噴射及び／又は点火）を停止させてエンジン２１を自動的に停止させる。その後、車両の走行中に減速要求が解除されたときや、車両の停止中に運転者が車両発進のための準備操作（ブレーキ解除、シフトレバー操作等）や発進操作（アクセル踏み込み等）を行ったときにエンジン再始動要求が発生したと判断して、エンジン２１を再始動させる。

その際、ＥＣＵ２０は、後述する図３及び図４のスタータ制御用の各ルーチンを実行することで、エンジン２１の自動停止によりエンジン回転が停止したとき（又はエンジン回転が停止する直前）に、アクチュエータ用の機械式リレー１９により電磁アクチュエータ１４への通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせるピニオン事前噛合制御を行い、このピニオン事前噛合制御の実行後にスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３を回転させてエンジン回転停止クランク角を目標停止位置（例えば再始動に適したクランク角）に制御するエンジン停止位置制御を行う。この後、エンジン再始動要求が発生したときに、モータ用の機械式リレー２４によりモータ１２への通電をオンしてピニオン１３を回転させてエンジン２１をクランキングするエンジン再始動制御を行ってエンジン２１を再始動させる。
以下、ＥＣＵ２０が実行する図３及び図４のスタータ制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。

［スタータ制御ルーチン］
図３に示すスタータ制御ルーチンは、ＥＣＵ２０の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、図示しないピニオン事前噛合制御ルーチンを実行することで、ピニオン事前噛合制御を実行する。このピニオン事前噛合制御では、エンジン２１の自動停止によりエンジン回転が停止したか否かをクランク角センサ２７の出力に基づいて判定し、エンジン回転が停止したと判定されたときに、アクチュエータ用の機械式リレー１９により電磁アクチュエータ１４への通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせる。尚、エンジン２１の自動停止によりエンジン回転が停止する直前（例えばエンジン回転速度が所定回転速度まで低下したとき）に、アクチュエータ用の機械式リレー１９により電磁アクチュエータ１４への通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせるようにしても良い。このステップ１０１の処理が特許請求の範囲でいうピニオン事前噛合制御手段としての役割を果たす。

この後、ステップ１０２に進み、後述する図４のエンジン停止位置制御ルーチンを実行することで、エンジン停止位置制御を実行する。このエンジン停止位置制御では、スイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３を回転させてエンジン回転停止クランク角を目標停止位置（例えば再始動に適したクランク角）に制御する。

この後、ステップ１０３に進み、図示しないエンジン再始動制御ルーチンを実行することで、エンジン再始動制御を実行する。このエンジン再始動制御では、エンジン再始動要求が発生したか否かを判定し、エンジン再始動要求が発生したと判定されたときに、モータ用の機械式リレー２４によりモータ１２への通電をオンしてピニオン１３を回転させてエンジン２１をクランキングしてエンジン２１を再始動させる。このステップ１０３の処理が特許請求の範囲でいうエンジン再始動制御手段としての役割を果たす。

［エンジン停止位置制御ルーチン］
図４に示すエンジン停止位置制御ルーチンは、前記図３のスタータ制御ルーチンのステップ１０２で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいうエンジン停止位置制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、ピニオン事前噛合制御の実行後であるか否かを判定し、ピニオン事前噛合制御の実行後であると判定されれば、ピニオン１３がリングギヤ２３に噛み合っていると判断して、ステップ２０２に進み、スイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３の回転を制御することでクランク軸２２の回転を制御してエンジン回転停止クランク角を目標停止位置（例えば再始動に適したクランク角）に制御する。

この後、ステップ２０３に進み、クランク角センサ２７の出力に基づいてエンジン回転停止クランク角が目標停止位置になったか否かを判定し、エンジン回転停止クランク角が目標停止位置になったと判定されれば、ステップ２０４に進み、スイッチング素子２５をオフ状態にしてモータ１２への通電を停止する。

以上説明した本実施例１では、スタータ１１のモータ１２への通電をオン／オフするモータ用の機械式リレー２４と、このモータ用の機械式リレー２４と並列に接続されてモータ１２への通電をオン／オフするスイッチング素子２５とを設けた構成としたので、モータ１２に比較的大きな電流を通電する必要はないが、モータ１２の通電電流を精度良く制御する必要があるエンジン停止位置制御を行う場合には、スイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御することで、モータ１２の通電電流を精度良く制御することができ、エンジン回転停止クランク角を目標停止位置に精度良く制御することができる。一方、モータ１２の通電電流を精度良く制御する必要はないが、モータ１２に比較的大きな電流を通電する必要があるエンジン再始動制御を行う場合には、モータ用の機械式リレー２４によりモータ１２への通電をオンすることで、モータ１２に比較的大きな電流を通電することができ、エンジン２１を確実にクランキングすることができる。これにより、エンジン再始動に関連するスタータ１１の制御（エンジン停止位置制御及びエンジン再始動制御）を良好に実行することができ、エンジン再始動性を向上させることができる。しかも、大容量で高価なスイッチング素子を設ける必要がないため、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

次に、図５及び図６を用いて本発明の実施例２を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分には同一符号を付して説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

本実施例２では、図５に示すように、スイッチング素子２５とスタータ１１（モータ１２及び電磁アクチュエータ１４）との間に、回路切替スイッチ２８が設けられ、この回路切替スイッチ２８によって、スイッチング素子２５がモータ用の機械式リレー２４と並列に接続されるモータ制御用回路（つまりスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流を制御可能な回路）と、スイッチング素子２５がアクチュエータ用の機械式リレー１９と並列に接続されるアクチュエータ制御用回路（つまりスイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４の通電電流を制御可能な回路）とを切り替えるようになっている。

そして、ＥＣＵ２０が前記図３のスタータ制御ルーチンのステップ１０１で、後述する図６のピニオン事前噛合制御ルーチンを実行することで、次のようなピニオン事前噛合制御を行う。このピニオン事前噛合制御では、回路切替スイッチ２８によりスイッチング素子２５がアクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続されるアクチュエータ制御用回路に切り替えた状態で、エンジン２１の自動停止によりエンジン回転が停止したとき（又はエンジン回転が停止する直前）に、スイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３をゆっくりと押し出してリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせた後、アクチュエータ用の機械式リレー１９により電磁アクチュエータ１４への通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた状態に維持する。

このピニオン事前噛合制御の実行後に回路切替スイッチ２８によりスイッチング素子２５がモータ用の機械式リレー２４と並列に接続されるモータ制御用回路に切り替えた状態で、スイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３を回転させてエンジン回転停止クランク角を目標停止位置に制御する。

以下、ＥＣＵ２０が実行する図６のピニオン事前噛合制御ルーチンの処理内容を説明する。図６に示すピニオン事前噛合制御ルーチンは、前記図３のスタータ制御ルーチンのステップ１０１で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいうピニオン事前噛合制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ３０１で、回路切替スイッチ２８によりスイッチング素子２５がアクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続されるアクチュエータ制御用回路（つまりスイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４の通電電流を制御可能な回路）に切り替える。

この後、ステップ３０２に進み、エンジン２１の自動停止によりエンジン回転が停止したか否かをクランク角センサ２７の出力に基づいて判定し、エンジン回転が停止したと判定されたときに、ステップ３０３に進み、スイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３をゆっくりと押し出してリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせる。尚、エンジン２１の自動停止によりエンジン回転が停止する直前（例えばエンジン回転速度が所定回転速度まで低下したとき）に、スイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３をゆっくりと押し出してリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせるようにしても良い。

この後、ステップ３０４に進み、スイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４への通電を開始してから所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過したと判定された時点で、ピニオン１３がリングギヤ２３に噛み合ったと判断して、ステップ３０５に進み、アクチュエータ用の機械式リレー１９により電磁アクチュエータ１４への通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた状態に維持する。尚、スイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４への通電を開始した後、実際にピニオン１３がリングギヤ２３に噛み合ったことを確認した時点で、アクチュエータ用の機械式リレー１９により電磁アクチュエータ１４への通電をオンしてピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた状態に維持するようにしても良い。

この後、ステップ３０６に進み、スイッチング素子２５をオフ状態にした後、ステップ３０７に進み、回路切替スイッチ２８によりスイッチング素子２５がモータ用の機械式リレー２４と並列に接続されるモータ制御用回路（つまりスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流を制御可能な回路）に切り替える。

この後、ＥＣＵ２０が前記図３のスタータ制御ルーチンのステップ１０２で、前記図４のエンジン停止位置制御ルーチンを実行することで、スイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３を回転させてエンジン回転停止クランク角を目標停止位置（例えば再始動に適したクランク角）に制御するエンジン停止位置制御を精度良く行うことができる。

以上説明した本実施例２では、回路切替スイッチ２８によって、スイッチング素子２５がモータ用の機械式リレー２４と並列に接続されるモータ制御用回路（つまりスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流を制御可能な回路）と、スイッチング素子２５がアクチュエータ用の機械式リレー１９と並列に接続されるアクチュエータ制御用回路（つまりスイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４の通電電流を制御可能な回路）とを切り替え可能な構成にしたので、１つのスイッチング素子２５でモータ１２の通電電流と電磁アクチュエータ１４の通電電流の両方を制御することが可能となり、モータ１２の通電電流を制御するスイッチング素子と電磁アクチュエータ１４の通電電流を制御するスイッチング素子を別々に設ける構成に比べて低コスト化できる利点がある。

更に、本実施例２では、ピニオン事前噛合制御の際に、まず、スイッチング素子２５により電磁アクチュエータ１４の通電電流をＰＷＭ制御等で制御することで、ピニオン１３をゆっくりと押し出してリングギヤ２３にスムーズに噛み合わせることができ、その後、アクチュエータ用の機械式リレー１９により電磁アクチュエータ１４への通電をオンすることで、電磁アクチュエータ１４に比較的大きな電流を通電してピニオン１３をリングギヤ２３に噛み合わせた状態に確実に維持することができる。

次に、図７を用いて本発明の実施例３を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

エンジン２１を再始動させる際に、最初からモータ用の機械式リレー２４によりモータ１２への通電をオンすると、モータ１２への通電開始直後にモータ１２の回転を停止状態から上昇させるとき（つまりモータ１２の回転負荷が大きいとき）に、モータ１２の通電電流が大きく上昇する可能性がある。このため、モータ１２への通電開始直後に、バッテリ電圧が大きく低下して、他の電気部品に悪影響を及ぼす可能性がある。

この対策として、本実施例３では、ＥＣＵ２０が前記図３のスタータ制御ルーチンのステップ１０３で、後述する図７のエンジン再始動制御ルーチンを実行することで、次のようなエンジン再始動制御を実行する。このエンジン再始動制御では、エンジン２１を再始動させる際に、所定時間が経過するまではスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３を回転させてエンジン２１をクランキングすることで、モータ１２の通電電流が大きく上昇することを防止する。そして、所定時間が経過した後にモータ用の機械式リレー２４によりモータ１２への通電をオンしてピニオン１３を回転させてエンジン２１をクランキングしてエンジン２１を再始動させる。

以下、ＥＣＵ２０が実行する図７のエンジン再始動制御ルーチンの処理内容を説明する。図７に示すエンジン再始動制御ルーチンは、前記図３のスタータ制御ルーチンのステップ１０３で実行されるサブルーチンであり、特許請求の範囲でいうエンジン再始動制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ４０１で、エンジン再始動要求が発生したか否かを判定し、エンジン再始動要求が発生したと判定されたときに、ステップ４０２に進み、スイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３を回転させてエンジン２１をクランキングすることで、モータ１２の通電電流が大きく上昇することを防止する。

この後、ステップ４０３に進み、スイッチング素子２５によりモータ１２への通電を開始してから所定時間が経過したか否かを判定し、所定時間が経過したと判定された時点で、モータ１２の回転がある程度上昇したと判断して、ステップ４０４に進み、モータ用の機械式リレー２４によりモータ１２への通電をオンしてピニオン１３を回転させてエンジン２１をクランキングしてエンジン２１を再始動させる。この後、ステップ４０４に進み、スイッチング素子２５をオフ状態にする。

以上説明した本実施例３では、エンジン２１を再始動させる際に、所定時間が経過するまではスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御してピニオン１３を回転させてエンジン２１をクランキングするようにしたので、モータ１２への通電開始直後でモータ１２の回転を停止状態から上昇させるとき（つまりモータ１２の回転負荷が大きいとき）には、スイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流をＰＷＭ制御等で制御して、モータ１２の通電電流が大きく上昇することを防止することができる。これにより、モータ１２への通電開始直後に、バッテリ電圧が大きく低下することを防止して、他の電気部品に悪影響を及ぼすことを回避できる。

尚、上記実施例３では、エンジン２１を再始動させる際に、所定時間が経過するまでスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流を制御するようにしたが、モータ１２の回転速度又はモータ１２の通電電流が所定値に上昇するまでスイッチング素子２５によりモータ１２の通電電流を制御するようにしても良い。

次に、図９及び図１０を用いて本発明の実施例４を説明する。但し、前記実施例１と実質的に同一部分については説明を省略又は簡略化し、主として前記実施例１と異なる部分について説明する。

図８に示す従来例のように、スタータでエンジンをクランキングして始動させる際に、機械式リレーによりモータへの通電をオンしてモータの駆動を開始する場合、機械式リレーを通電オン状態（接点を閉じた状態）に切り換えたときに、モータに流れる電流が急上昇して、モータに大きな突入電流が流れる可能性がある。モータに大きな突入電流が流れると、バッテリ電圧が大きく低下して、車両に搭載された電気機器（例えば、カーナビゲーション、オーディオ、コンピュータ等）に悪影響を及ぼす可能性がある。

この対策として、本実施例４では、ＥＣＵ２０により後述する図１０のエンジン始動制御ルーチンを実行することで、スタータ１１でエンジン２１をクランキングして始動させる際に、モータ１２の通電制御を次のようにして行う。

図９に示すように、まず、モータ１２の駆動を開始する際には、運転者によりスイッチ２６がスタート位置に操作されて又はアイドルストップ制御によりエンジン再始動要求が発生して、スタータ１１の駆動指令（スタータオン信号）がオフからオンに切り換わった時点ｔ1 で、機械式リレー２４を通電オフ状態（接点を開いた状態）に維持したままスイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始してモータ１２の印加電圧を徐々に上昇させる。このスイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始した後、(1) 所定時間が経過、(2) モータ１２の回転速度が所定回転速度以上、(3) スイッチング素子２５のデューティ比が所定値以上のうちの少なくとも１つの条件が成立した時点ｔ2 で、機械式リレー２４を通電オン状態（接点を閉じた状態）に切り換え、この後、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくしてスイッチング素子２５を通電オフ状態（デューティ比＝０％の状態）にする。

その後、モータ１２の駆動を停止する際には、スタータ１１の駆動指令（スタータオン信号）がオンからオフに切り換わった時点ｔ3 で、機械式リレー２４を通電オン状態（接点を閉じた状態）に維持したままスイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくしてスイッチング素子２５を通電オン状態（デューティ比が０％よりも大きい状態）にする。この後、機械式リレー２４を通電オフ状態（接点を開いた状態）に切り換えた後、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくしてモータ１２の印加電圧を徐々に低下させて、最終的にスイッチング素子２５を通電オフ状態（デューティ比＝０％の状態）にしてモータ１２への通電を遮断する。

以下、本実施例４でＥＣＵ２０が実行する図１０のエンジン始動制御ルーチンの処理内容を説明する。
図１０のエンジン始動制御ルーチンは、ＥＣＵ２０の電源オン中に所定周期で繰り返し実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ５０１で、スタータ１１の駆動指令（スタータオン信号）がオフからオンに切り換わった直後であるか否かを判定し、スタータ１１の駆動指令がオフからオンに切り換わった直後であると判定されたときに、ステップ５０２に進み、機械式リレー２４を通電オフ状態（接点を開いた状態）に維持したままスイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始してモータ１２の印加電圧を徐々に上昇させる。

この後、ステップ５０３に進み、機械式リレーオン条件が成立したか否かを、例えば、次の(1) 〜(3) の条件によって判定する。
(1) スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始してから所定時間が経過していること
(2) モータ１２の回転速度が所定回転速度以上であること
(3) スイッチング素子２５のデューティ比が所定値以上であること

これら(1) 〜(3) の条件のうちのいずれか１つの条件を満たしたときに、機械式リレーオン条件が成立する。尚、上記(1) 〜(3) の条件のうちのいずれか２つの条件を満たしたときに、機械式リレーオン条件が成立するようにしても良い。或は、上記(1) 〜(3) の条件を全て満たしたときに、機械式リレーオン条件が成立するようにしても良い。

このステップ５０３で、機械式リレーオン条件が成立したと判定されたときに、機械式リレー２４を通電オン状態に切り換えてもモータ１２に大きな突入電流が流れない状態になったと判断して、ステップ５０４に進み、機械式リレー２４を通電オン状態（接点を閉じた状態）に切り換えた後、ステップ５０５に進み、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくしてスイッチング素子２５を通電オフ状態（デューティ比＝０％の状態）にする。これらのステップ５０１〜５０５の処理が特許請求の範囲でいうモータ駆動開始制御手段としての役割を果たす。

一方、上記ステップ５０１で、スタータ１１の駆動指令（スタータオン信号）がオフからオンに切り換わった直後ではないと判定された場合には、ステップ５０６に進み、スタータ１１の駆動指令がオンからオフに切り換わった直後であるか否かを判定し、スタータ１１の駆動指令がオンからオフに切り換わった直後であると判定されたときに、ステップ５０７に進み、機械式リレー２４を通電オン状態（接点を閉じた状態）に維持したままスイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくしてスイッチング素子２５を通電オン状態（デューティ比が０％よりも大きい状態）にする。これにより、機械式リレー２４に流れる電流を適度に小さくする。

この後、ステップ５０８に進み、機械式リレー２４を通電オフ状態（接点を開いた状態）に切り換えた後、ステップ５０９に進み、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくしてモータ１２の印加電圧を徐々に低下させて、最終的にスイッチング素子２５を通電オフ状態（デューティ比＝０％の状態）にしてモータ１２への通電を遮断する。これらのステップ５０６〜５０９の処理が特許請求の範囲でいうモータ駆動停止制御手段としての役割を果たす。

以上説明した本実施例４では、モータ１２の駆動を開始する際に、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくしてモータ１２の印加電圧を徐々に上昇させるようにしたので、モータ１２の通電開始時にモータ１２に大きな突入電流が流れることを防止できる。これにより、バッテリ電圧が大きく低下することを防止でき、車両に搭載された電気機器に悪影響を及ぼすことを回避できる。しかも、モータ１２の駆動を開始する際に、一時的にスイッチング素子２５を通電オン状態にするだけであるため、スイッチング素子２５の発熱に対する耐久性をあまり考慮する必要がなく、小型で安価なスイッチ素子２５を使用することが可能となり、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。

また、本実施例４では、モータ１２の駆動を開始する際に、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始した後、機械式リレーオン条件（所定時間が経過、モータ１２の回転速度が所定回転速度以上、スイッチング素子２５のデューティ比が所定値以上のうちの少なくとも１つ）が成立したときに、機械式リレー２４を通電オン状態に切り換えてもモータ１２に大きな突入電流が流れない状態になったと判断して、機械式リレー２４を通電オン状態に切り換えるようにしたので、モータ１２に大きな突入電流が流れることを確実に防止できる。

更に、本実施例４では、機械式リレー２４を通電オン状態に切り換えた後にスイッチング素子２５を通電オフ状態にする際に、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくするようにしたので、モータ１２に流れる電流が急変することを防止して、モータ１２の出力が急変することを回避できる。しかしながら、本発明は、機械式リレー２４を通電オン状態に切り換えた後にスイッチング素子２５を通電オフ状態にする際に、スイッチング素子２５のデューティ比を一気（ステップ的）に０％まで減少させて通電オフ状態に切り換えるようにしても良い。

また、本実施例４では、モータ１２の駆動を停止する際に、スイッチング素子２５を通電オン状態にして機械式リレー２４に流れる電流を適度に小さくした状態で、機械式リレー２４を通電オフ状態に切り換えるようにしたので、機械式リレー２４を通電オフ状態に切り換えたときに、機械式リレー２４の接点間に発生するアークを抑制することができ、機械式リレー２４の耐久寿命を向上させることができる。また、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくしてモータ１２の印加電圧を徐々に低下させて、最終的にモータ１２への通電を遮断するようにしたので、サージ電圧の発生を抑制することができる。しかも、モータ１２の駆動を停止する際に、一時的にスイッチング素子２５を通電オン状態にするだけであるため、スイッチング素子２５の発熱に対する耐久性をあまり考慮する必要がなく、小型で安価なスイッチ素子２５を使用することが可能となり、近年の重要な技術的課題である低コスト化の要求を満たすことができる。また、熱に弱いスイッチング素子２５の通電オン時間を短くして、熱に強い機械式リレー２４の通電オン時間を長くすることができると共に、耐久寿命に及ぼす影響が大きい通電遮断の際に、オン／オフの耐久寿命回数が機械式リレー２４よりも大きいスイッチング素子２５でモータ１２への通電を遮断することができるため、それぞれの長所を生かすことができ、スイッチング素子２５と機械式リレー２４の両方の小型化及び長寿命化が可能となる。

更に、本実施例４では、機械式リレー２４を通電オフ状態に切り換える前にスイッチング素子２５を通電オン状態にする際に、スイッチング素子２５のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくするようにしたので、モータ１２に流れる電流が急変することを防止して、モータ１２の出力が急変することを回避できる。しかしながら、本発明は、機械式リレー２４を通電オフ状態に切り換えた前にスイッチング素子２５を通電オン状態にする際に、スイッチング素子２５のデューティ比を一気（ステップ的）に所定値（例えば１００％）まで増加させて通電オン状態に切り換えるようにしても良い。

１１…スタータ、１２…モータ、１３…ピニオン、１４…電磁アクチュエータ、１９…アクチュエータ用の機械式リレー、２０…ＥＣＵ（ピニオン事前噛合制御手段，エンジン停止位置制御手段，エンジン再始動制御手段，モータ駆動開始制御手段，モータ駆動停止制御手段）、２１…エンジン、２２…クランク軸、２３…リングギヤ、２４…モータ用の機械式リレー、２５…スイッチング素子、２８…回路切替スイッチ

Claims (8)

1. ピニオンを回転駆動するモータと、前記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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、
   前記モータへの通電をオン／オフするモータ用の機械式リレーと、
   前記モータ用の機械式リレーと並列に接続されて前記モータへの通電をオン／オフするスイッチング素子と、
   前記アクチュエータへの通電をオン／オフするアクチュエータ用の機械式リレーと、
   前記スイッチング素子が前記モータ用の機械式リレーと並列に接続される回路と、前記スイッチング素子が前記アクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続される回路とを切り替える回路切替スイッチと
   を備えていることを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
2. 前記回路切替スイッチにより前記スイッチング素子が前記アクチュエータ用の機械式リレーと並列に接続される回路に切り替えた状態で、前記エンジンの自動停止によりエンジン回転が停止する直前又はそれ以降に、前記スイッチング素子により前記アクチュエータの通電電流を制御して前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせた後、前記アクチュエータ用の機械式リレーにより前記アクチュエータに通電して前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせた状態に維持するピニオン事前噛合制御を実行するピニオン事前噛合制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
3. 前記ピニオン事前噛合制御の後に前記回路切替スイッチにより前記スイッチング素子が前記モータ用の機械式リレーと並列に接続される回路に切り替えた状態で、前記スイッチング素子により前記モータの通電電流を制御して前記ピニオンを回転させてエンジン回転停止クランク角を目標停止位置に制御するエンジン停止位置制御手段を備えていることを特徴とする請求項２に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
4. ピニオンを回転駆動するモータと、前記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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、
   前記モータへの通電をオン／オフするモータ用の機械式リレーと、
   前記モータ用の機械式リレーと並列に接続されて前記モータへの通電をオン／オフするスイッチング素子と、
   前記モータの駆動を開始する際に、前記機械式リレーを通電オフ状態に維持したまま前記スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくして前記モータの印加電圧を上昇させた後に、前記機械式リレーを通電オン状態にし、その後、前記スイッチング素子を通電オフ状態にするモータ駆動開始制御手段と
   を備えていることを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
5. 前記モータ駆動開始制御手段は、前記スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする制御を開始した後、(1) 所定時間が経過、(2) 前記モータの回転速度が所定回転速度以上、(3) 前記デューティ比が所定値以上のうちの少なくとも１つの条件が成立したときに、前記機械式リレーを通電オン状態にする手段を有することを特徴とする請求項４に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
6. 前記モータ駆動開始制御手段は、前記スイッチング素子を通電オフ状態にする際に該スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくする手段を有することを特徴とする請求項４又は５に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
7. ピニオンを回転駆動するモータと、前記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ヤ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、エンジン自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、エンジン再始動要求が発生したときにエンジンを再始動させるエンジン自動停止始動制御装置において、
   前記モータへの通電をオン／オフするモータ用の機械式リレーと、
   前記モータ用の機械式リレーと並列に接続されて前記モータへの通電をオン／オフするスイッチング素子と、
   前記モータの駆動を停止する際に、前記機械式リレーを通電オン状態に維持したまま前記スイッチング素子を通電オン状態にした後に、前記機械式リレーを通電オフ状態にし、その後、前記スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に小さくして前記モータの印加電圧を低下させて、前記モータへの通電を遮断するモータ駆動停止制御手段と
   を備えていることを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
8. 前記モータ駆動停止制御手段は、前記スイッチング素子を通電オン状態にする際に該スイッチング素子のデューティ比をＰＷＭ制御により徐々に大きくする手段を有することを特徴とする請求項７に記載のエンジン自動停止始動制御装置。

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