JP4735737B2 - エンジン停止始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン停止始動制御装置に関するものである。

従来、例えばアクセル操作やブレーキ操作などといった停車又は発進のための動作等を検知してエンジンの自動停止及び自動再始動を行う、所謂アイドルストップ機能を備えるエンジン制御システムが知られている。このアイドルストップ制御により、エンジンの燃費低減等の効果を図っている。

エンジン再始動時のスタータ駆動制御として、エンジンが自動停止した後に該エンジンが惰性回転をしている最中に、次回のエンジン再始動に備えて、スタータモータに設けられた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予め噛み込ませることが提案されている（例えば特許文献１参照や特許文献２参照）。こうすることで、エンジン再始動を速やかに行うとともに、ピニオンがリングギヤに噛み込む際の噛み合い音を抑制するようにしている。

特開２００７−１０７５２７号公報 特開２００８−５１００９９号公報

エンジンが自動停止した後のエンジン惰性回転中にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを実施する場合、その噛み合い音をできるだけ小さくするには、エンジンの惰性回転が停止する直前の極低回転速度領域で上記噛み合わせを行うのが望ましい。しかしながら、例えば一般に用いられている電磁ピックアップ式の回転センサでは、パルサの歯間隔により分解能が制限されることに起因して、極低回転速度領域でのエンジン回転速度（リングギヤの回転速度）を精度良く検出できないことが懸念される。かかる場合、ピニオンの噛み込みタイミングを最適なタイミングに制御できないおそれがある。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを最適なタイミングで実施することができ、ひいてはピニオンとリングギとの噛み合い音を抑制することができるエンジン停止始動制御装置を提供することを主たる目的とする。

本発明は、上記課題を解決するために、以下の手段を採用した。

本発明は、所定の自動停止条件が成立した場合にエンジンを自動停止し、その後所定の再始動条件が成立した場合にスタータによるクランキングを開始して前記エンジンを再始動する自動停止始動機能を有し、エンジン再始動に際して、前記エンジンの出力軸に連結されたリングギヤに前記スタータのピニオンを噛み合わせた状態でクランキングを実施し、そのクランキングの終了後に前記噛み合わせを解除するエンジン停止始動制御装置に関する。特に、第１の構成は、前記出力軸の回転を検出する回転センサの検出信号に基づいて、エンジン回転速度を算出する回転速度算出手段と、前記エンジン自動停止後に同エンジンが惰性回転している期間において前記回転速度算出手段により算出したエンジン回転速度に基づいてエンジン惰性回転の回転軌道を予測する予測手段と、前記予測手段により予測した回転軌道に基づいて、前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせるタイミングを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

要するに、アイドルストップ制御において、エンジンの自動停止後のエンジン惰性回転中に予めピニオンをリングギヤに噛み込ませておくことがある。この場合、ピニオンとリングギヤとの噛み合い音を抑制すべく、音抑制の効果が高い所定のエンジン回転速度領域（極低回転速度領域）で噛み合わせを実施するのが望ましい。ところが、エンジン出力軸の回転を検出する回転センサでは、検出信号を出力できるエンジン回転速度に限界があり、極低回転速度領域でのエンジン回転速度を精度良く算出できない場合がある。かかる場合、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを最適なタイミングで実施することができず、噛み合い音が大きくなってしまうおそれがある。

その点に鑑み、第１の構成では、エンジン自動停止後の惰性回転中において、回転センサの検出信号に基づく算出値を用い、同検出信号からは算出できない領域のエンジン回転速度を予測する。また、その予測結果の領域内における所望のエンジン回転速度で上記噛み合わせが実施されるようピニオンの駆動を制御する。これにより、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを最適なタイミングで実施することができ、ひいてはピニオンとリングギヤとの噛み合わせの際の噛み合い音を抑制することができる。

具体的には、第２の構成のように、前記回転速度算出手段が、前記出力軸の所定回転角度の回転に要した時間から算出される前記エンジン回転速度としての瞬時回転速度を算出し、前記予測手段が、前記瞬時回転速度が減少傾向にある期間での複数の瞬時回転速度に基づいて前記回転軌道を予測する。瞬時回転速度は上昇と減少とが繰り返されるが、瞬時回転速度が減少傾向にある期間では、速度ゼロに向かうエンジン回転速度の傾き、すなわち速度ゼロに向かう回転軌道を予測することができる。ここで、回転軌道の予測に用いる瞬時回転速度としては、少なくとも、瞬時回転速度が減少傾向にある期間での複数の瞬時回転速度を含んでいればよく、同期間での瞬時回転速度のみによって回転軌道の予測を行ってもよいし、あるいは同期間の直前の瞬時回転速度（例えば瞬時回転速度が上昇傾向にある期間での瞬時回転速度）を加えて回転速度の予測を行ってもよい。

瞬時回転速度が速度ゼロに向けて単調減少する期間、すなわち瞬時回転速度が上昇方向に変化せず減少方向にのみ変化する期間では、エンジン回転速度の上昇がないことから回転軌道を正確に予測しやすい。したがって、第３の構成のように、前記瞬時回転速度が速度ゼロに向けて単調減少する単調減少期間に到達した場合に、前記複数の瞬時回転速度に基づいて前記回転軌道を予測するとよい。こうすることで、エンジン惰性回転の回転軌道の予測精度を向上させることができる。

ここで、単調減少期間として具体的には、例えばエンジンの惰性回転が未だ速度ゼロに至っておらず正転状態が保持されている場合における最終の上死点に到達した後の期間とする。

ピニオンとリングギヤとの噛み合い音を抑制するには、できるだけ速度ゼロに近い回転速度領域にあるときに実施するよい。また、速度ゼロ付近の回転速度を予測するには、回転センサにより検出可能な回転速度のうち、予測したい領域にできるだけ近い値を用いて実施するのが望ましい。したがって、第４の構成のように、エンジン惰性回転によるエンジン回転速度が所定回転速度に低下した場合に前記回転軌道を予測してもよい。

エンジンの惰性回転が減少していき、エンジン回転速度が極めて小さい値になると、回転センサにおいて歯部の通過が検出できなくなる（電磁ピックアップ式の場合、磁界変化が生じにくくなる）。ゆえに、センサ検出信号によるエンジン回転速度の算出ができなくなる。また、その予測精度の観点からすると、回転センサにより適正にエンジン回転が検出できる回転速度のうち、できるだけ低速の回転速度に基づいて回転軌道が予測されることが望ましい。したがって、第５の構成のように、前記回転センサが、前記出力軸と共に回転するパルサに設けられた複数の歯部の通過を検出するものであり、前記回転速度算出手段が、前記歯部の通過に応じて前記回転センサから出力される検出信号のパルス間隔に基づいて前記エンジン回転速度を算出し、前記予測手段が、前記回転センサにより前記歯部の通過が検出できなくなる回転速度領域の直前でのセンサ検出信号により前記回転軌道を予測するとよい。

第６の構成では、前記予測手段が、前記回転軌道として、前記瞬時回転速度が速度ゼロに向けて単調減少する単調減少期間の傾きと、前記エンジンの惰性回転に際して前記単調減少期間に至るまでの所要時間とを算出する。この構成によれば、単調減少期間の傾きと同期間に至るまでの所要時間とが算出された時点で、センサ検出信号からは算出できない回転速度領域の回転軌道の予測が可能なため、例えば比較的高回転時の惰性回転速度を用いて上記傾き及び上記所要時間を算出することにより、より早い時期にエンジン回転速度の予測を実施することができる。なお、所要時間については、例えば単調減少期間の傾きを算出した時点でのエンジン回転速度に基づいて算出する。

第６の構成について具体的には、例えば、単調減少期間で取り得るエンジン回転速度よりも高回転の瞬時回転速度から単調減少期間の傾きを算出した場合、同傾きに基づき予測される所定回転速度への到達時刻を、傾きの算出時の瞬時回転速度に対応するオフセット量だけ遅くする。

噛み合わせ時の音抑制の観点からすると、エンジンの惰性回転がゼロの時点又はゼロになる直前若しくは直後のタイミングで噛み合わせを実施するのが望ましい。そこで、第７の構成のように、前記予測手段により予測した回転軌道に基づいて、実際のエンジン回転速度がゼロになるタイミングを推定し、その推定タイミング又はその付近で前記ピニオンの噛み合わせ処理を実施するとよい。特に、エンジン自動停止後の惰性回転で最初に速度ゼロになるタイミングが望ましい。かかる場合には、できるだけ早い時期にピニオンとリングギヤとを噛み合わせることができ、次のエンジン再始動要求前に同噛み合わせを確実に完了させておく上で好適である。

ピニオンの回転開始時において、ピニオンとリングギヤとが非接触の状態である構成では、ピニオンの噛み合わせ動作の開始（例えばリングギヤに向かう方向への移動開始）から実際にピニオンとリングギヤとが噛み合わされる（接触状態にされる）までには時間を要する。したがって、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを最適なタイミングで行うには、そのタイミングよりも、噛み合わせ動作に要する時間だけ早くピニオンの作動を開始する必要がある。したがって、第８の構成のように、前記予測手段により予測した回転軌道と、前記ピニオンの噛み合わせ動作に要する噛み合わせ動作時間とに基づいて前記ピニオンの作動開始タイミングを決定するとよい。こうすることにより、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを適正な時期に行うといった効果が好適に得られる。

第９の構成は、前記予測手段により予測した回転軌道を記憶する記憶手段を備え、前記制御手段が、前記記憶手段に記憶されている過去の回転軌道に基づいて、前記ピニオンを前記リングギヤに噛みあわせるタイミングを制御する。この構成によれば、センサ値に基づくエンジン惰性回転での回転軌道の予測をエンジン自動停止毎に実施しなくて済む。このとき、今回のエンジン又はエンジン駆動補機の運転状態に対応するエンジンの回転速度に関する情報を用いるのが望ましい。エンジン惰性回転での回転軌道が、エンジン等の運転状態に応じて異なるからである。

エンジンの惰性回転中の回転速度の低下度合いは、エンジンやエンジンによって駆動される補機の運転状態に応じて異なる。その点に鑑み、第１０の構成は、前記エンジン又は該エンジンによって駆動される補機の運転状態に基づいて、前記回転速度算出手段により算出したエンジン回転速度に基づき予測した回転軌道を変更する。こうすることで、エンジン等の運転状態の相違に起因するエンジン回転速度の低下度合いに応じて、ピニオンをリングギヤに噛み込ませるタイミングを変更することができる。したがって、最適なタイミングでピニオンをリングギヤに噛み込ませる上で好適である。

エンジン制御システムの全体概略構成図。 実回転速度及び瞬時回転速度の推移を示すタイムチャート。 エンジン再始動時におけるスタータ駆動処理の処理手順を示すフローチャート。

以下、本発明を具体化した実施の形態について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態は、車載の４気筒エンジンに適用されるエンジン制御システムのエンジン停止始動制御装置に具体化している。当該制御システムにおいては、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢として燃料噴射量の制御や点火時期の制御、アイドルストップ制御等を実施する。この制御システムの全体概略を示す構成図を図１に示す。

図１において、スタータ１０にはモータ１１が設けられており、モータ１１とバッテリ１２との間において、モータ１１への通電／非通電を切り替えるモータスイッチ部ＳＬ１が設けられている。また、モータスイッチ部ＳＬ１には、制御信号に基づいてモータスイッチ部ＳＬ１のオン／オフを切り替えるＳＬ１駆動リレー１３が接続されている。

モータ１１には、該モータ１１によって回転駆動されるピニオン軸１４と、通電／非通電によりピニオン軸１４をその軸線方向に往復動させるコイル１５とを備えるアクチュエータＳＬ２が接続されている。ピニオン軸１４の一端にはピニオン１６が支持されており、このピニオン１６において、ピニオン軸１４とピニオン１６との間で動力の伝達を断続するワンウエイクラッチ１７と一体になっている。ピニオン１６は、コイル１５の非通電時において、エンジン２０のクランク軸２１に連結されたリングギヤ２２に対し非接触の状態で配置されている。

プランジャコイル１５とバッテリ１２との間には、制御信号に基づいてコイル１５への通電／非通電を切り替えるＳＬ２駆動リレー１８が設けられている。ＳＬ２駆動リレー１８にオン信号が入力されてＳＬ２駆動リレー１８がオン状態にされると、バッテリ１２からコイル１５への通電が行われ、ピニオン軸１４がリングギヤ２２に向かって押し出される。これにより、ピニオン１６がリングギヤ２２に噛み込まれる。

また、ＳＬ２駆動リレー１８にオフ信号が入力されてＳＬ２駆動リレー１８がオフ状態にされると、バッテリ１２からコイル１５への通電が遮断され、図示しないスプリングの付勢力によりピニオン軸１４がリングギヤ２２に向かう方向とは反対方向に変位する。このピニオン軸１４の変位により、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み込みが解除される。

エンジン始動時にエンジン回転速度（リングギヤ２２の回転速度）がピニオン１６の回転速度よりも高くなり、リングギヤ２２によってピニオン１６が回転駆動されるようになると、ワンウエイクラッチ１７が非結合状態となってピニオン１６が空転することにより、ピニオン１６の回転がピニオン軸１４に伝達されなくなる。これにより、モータ１１がエンジン動力によって回転駆動されるのが回避される。

また、本システムには、エンジン２０の所定クランク角毎に（例えば３０°ＣＡ周期で）矩形状のクランク角信号を出力するクランク角センサ２３が設けられている。クランク角センサ２３は、クランク軸２１と一体に回転するパルサ（回転円板）２４と、その外周部近傍に設けられた電磁ピックアップ部２５とを備える。パルサ２４の外周部には、所定のクランク角間隔（例えば３０°ＣＡ間隔）に突起２６が設けられている。なお、パルサ２４のその一部には、複数の突起（例えば２歯分の突起）を欠落させた欠歯部が設けられている。そして、クランク軸２１の回転に伴いパルサ２４が回転すると、パルサ２４の突起２６が電磁ピックアップ部２５に近づく毎（基本的には３０°ＣＡ毎）に、電磁ピックアップ部２５から検出信号（ＮＥ信号）が出力される。このＮＥ信号のパルス幅に基づき、エンジン２０の回転速度ＮＥが算出される。なお、このクランク角センサ２３が本発明の回転センサに相当する。

その他、本システムには、ドライバのキー操作に基づいてバッテリ１２からの電力がモータ１１及びコイル１５に供給される状態に切り替えるＩＧスイッチ１９や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ２７といった各種センサなどが設けられている。

ＥＣＵ３０は、周知のマイクロコンピュータ等を備えてなる電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果等に基づいて、吸入空気量制御や燃料噴射量制御、アイドルストップ制御などの各種エンジン制御や、スタータ１０の駆動制御等を実施する。スタータ１０の駆動制御についてＥＣＵ３０は、ＳＬ１駆動リレー１３のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ１と、ＳＬ２駆動リレー１８のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ２とを備えており、出力ポートＰ１，Ｐ２からの制御信号によりモータ１１及びコイル１５への通電状態をそれぞれ切り替える。

上記のシステム構成において実施されるアイドルストップ制御について詳述する。アイドルストップ制御は、エンジン２０のアイドル運転時に所定の停止条件が成立すると当該エンジン２０を自動停止させるとともに、その後、所定の再始動条件が成立するとエンジン２０を再始動させるものである。エンジン停止条件としては、例えば、アクセル操作量がゼロになったこと（アイドル状態になったこと）、ブレーキペダルの踏込み操作が行われたこと、車速が所定値以下まで低下したこと等の少なくともいずれかが含まれる。エンジン再始動条件としては、例えばアクセルの踏込み操作が行われたこと、ブレーキ操作量がゼロになったこと、バッテリ１２の充電状態が所定の低下状態になったこと等の少なくともいずれかが含まれる。

スタータ１０の駆動制御として基本的には、ＥＣＵ３０は、エンジン始動要求に伴い、まずＳＬ２駆動リレー１８にオン信号を出力することでコイル１５への通電を開始する。これにより、スタータ１０からピニオン１６が押し出され、ピニオン１６がリングギヤ２２に噛み込まれる。その後、ＳＬ１駆動リレー１３にオン信号を出力し、モータ１１への通電を開始する。これにより、モータ１１の回転駆動に伴いピニオン１６が回転され、その回転に伴いリングギヤ２２が回転駆動されることで、クランキングが行われる。

ところで、エンジン２０の自動停止後の再始動は、再始動要求に伴いできるだけ速やかに実施されるのが望ましい。また、ピニオン１６をリングギヤ２２に噛み込ませる際、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合い音が発生し、ドライバに不快感を与えるおそれがある。そこで本実施形態では、エンジン２０を迅速に再始動させるとともに、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合い音を抑制すべく、エンジン自動停止後の再始動に際し、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせをエンジン自動停止後にエンジン２０が惰性回転している期間で実施することとしている。

具体的には、エンジン２０の自動停止要求があった場合、その停止要求に伴い燃料噴射及び点火が停止されることでエンジン２０が惰性回転する。この惰性回転の期間において、ＳＬ２駆動リレー１８にオン信号を出力してコイル１５への通電を開始する。これにより、ピニオン１６がピニオン軸１４の軸線方向に押し出され、エンジン２０が完全に停止する前に（惰性回転の期間において）ピニオン１６がリングギヤ２２に噛み込まれる。この噛み合わせ状態でエンジン再始動要求があった場合、ＳＬ１駆動リレー１３にオン信号を出力してモータ１１への通電を開始する。これにより、ピニオン１６が回転駆動され、その回転によりリングギヤ２２が回転駆動させることで、クランキングが行われる。

ここで、噛み合い音をできるだけ小さくするには、エンジン２０の惰性回転が停止する直前、具体的には、ピニオン１６に対するリングギヤ２２の相対回転速度が所定の極低回転範囲（例えば０±１００ｒｐｍ）となる領域で両者を噛み合せる必要がある。特に、エンジン回転速度がゼロの場合には、音抑制の効果が高い。

その一方で、本実施形態のクランク角センサ２３として使用されるような電磁ピックアップ式の回転センサでは、ＮＥ信号を出力できるエンジン回転速度に限界があり、極低回転速度領域（例えば２００〜３００ｒｐｍ以下の領域）でのエンジン回転速度を精度良く算出できない場合がある。これは、エンジン回転速度が極めて低い領域では、回転センサにおいて歯部（突起２６）の通過が検出できなくなる、すなわち電磁ピックアック式センサであれば磁界変化が生じにくくなるからである。ところが、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合い音を好適に抑制可能な回転速度領域は、ＮＥ信号からは算出不可能な回転速度領域に含まれている。そのため、ＮＥ信号に基づき算出されるエンジン回転速度ではピニオン１６の駆動制御を適正に実施することができないおそれがある。つまり、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを最適なタイミングで実施することができず、その結果、噛み合い音が大きくなってしまうおそれがある。

そこで本実施形態では、エンジン２０の自動停止後に惰性回転している期間において、ＮＥ信号に基づき算出したエンジン回転速度に基づいて、エンジン惰性回転の回転軌道を予測する。そして、予測した回転軌道に基づいて、ピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせるタイミングを制御する。回転軌道の予測について具体的には、ＮＥ信号に基づいて瞬時回転速度を算出し、瞬時回転速度が減少傾向にある期間での複数の瞬時回転速度を含む同回転速度に基づいて、上記回転軌道を予測する。

ここで、瞬時回転速度とは、クランク軸２１が所定回転角度(本実施形態では３０°ＣＡ)回転する度に、その回転に要した時間から算出される値である。

以下、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせタイミングの制御について図２を参照しつつ詳細に説明する。

図２は、実際のエンジン回転速度（実回転速度ＮＥＡ）の推移（一点鎖線）と、瞬時回転速度ＮＥＳの推移（実線）とを示すタイムチャートである。

まず、エンジン２０の自動停止のための処理として燃料噴射及び点火の停止が実行されることにより、エンジン２０が惰性回転になる。この場合、図２に一点鎖線で示すように、実回転速度ＮＥＡが徐々に減少していく。この減速時では、上死点に到達する毎に実回転速度ＮＥＡが下降から上昇に転じ、再び下降に転じるといった変化が繰り返される。

また、図２に実線で示すように、瞬時回転速度ＮＥＳについても、実回転速度ＮＥＡの変化に合わせて変化する。すなわち、各気筒のＴＤＣを含む所定期間（１８０°ＣＡ）を単位波形ＴＢで示すと、単位波形ＴＢにおいて、瞬時回転速度ＮＥＳが下降→上昇→下降と変化するとともに、その単位波形ＴＢが繰り返し出現する。そこで、こうした傾向を利用し、本実施形態では、単位波形ＴＢにおいて瞬時回転速度ＮＥＳが減少傾向にある期間ＴＣ内での複数の瞬時回転速度ＮＥＳ（図２ではＡ１時点とＢ１時点との２点での瞬時回転速度ＮＥＳ）に基づいて、その用いた瞬時回転速度ＮＥＳの算出タイミング以降の惰性回転速度の回転軌道を予測する。

具体的には、例えば図２に示すように、上死点直後のタイミングＡ１，Ｂ１での瞬時回転速度ＮＥＳを結ぶ一次関数により、そのタイミングＡ１，Ｂ１以降のエンジン回転速度の下降方向への変化（軌道）を予測する。また、軌道予測に用いた瞬時回転速度ＮＥＳのうちの一点（図２ではＢ１）を起算点とし、その起算点から、予め定めた所定の噛み合わせ実施回転速度ＮＥＰ（例えばゼロ）に対応する軌道上の点Ｐまでに要する所要時間ＴＰを算出する。そして、起算点から所要時間ＴＰが経過した時点が噛み合わせタイミングｔｐ１となるようピニオン１６の押出し制御を実施する。

なお、一次関数により軌道予測を行う場合、図２に示すように、隣接するタイミングでの瞬時回転速度ＮＥＳを用いてもよいが、隣接しないものであってもよい。また、３つ以上のタイミングでの瞬時回転速度ＮＥＳを用いてもよい。また、噛み合わせ実施回転速度ＮＥＰについて本実施形態では、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせ開始の回転速度とする。ただし、同噛み合わせが完了したときの回転速度としてもよい。

また、本実施形態では、瞬時回転速度ＮＥＳがゼロに向けて単調減少する期間(単調減少期間ＴＤＷ)に到達した場合に複数の瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて回転軌道の予測を実施する。単調減少期間ＴＤＷについて本実施形態では、エンジン２０の惰性回転が正転から反転に移行する前であって、かつその正転時において最終の上死点（最終ＴＤＣ）を含む単位波形ＴＢ上の瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて、回転軌道の予測を実施している。これは、正転中の最終ＴＤＣ以降では、エンジン回転速度が単調減少するため、エンジン２０の回転軌道をより正確に算出できるからである。つまり、最終の上死点よりも前では、次の上死点に到達した場合に瞬時回転速度ＮＥＳが再度上昇することから、実際の回転速度と予測結果とにずれが生じてしまう。これに対し、最終の上死点以降であれば、瞬時回転速度ＮＥＳが上昇しないため、最終の上死点での単位波形ＴＢ上の瞬時回転速度ＮＥＳを用いることにより、実際のエンジン回転速度と予測結果との誤差が小さくなるようにする。

ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせタイミングの制御として、本実施形態では、ピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２を制御することにより、ピニオン１６のリングギヤ２２への噛み合わせタイミングｔｐ１を制御している。すなわち、ピニオン１６の押し出しが開始されてから実際にピニオン１６がリングギヤ２２に噛み込むまでには時間がかかる。したがって、図２に示すように、噛み合わせを行うべきタイミングを基準に、ピニオン１６の押し出し開始から該ピニオン１６とリングギヤ２２とが噛み合わされるまでの所要時間（押出し動作時間ＴＡ）だけ早いタイミングでピニオン１６の押し出しが実施されるようピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２を制御している。

図３は、アイドルストップ制御時におけるスタータ駆動処理に関する処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ３０のマイコンにより所定周期毎に実行される。

図３において、まずステップＳ１０では、エンジン自動停止処理の実行によりエンジン２０が惰性回転中か否かを判定する。エンジン２０が惰性回転中であればステップＳ１１へ進み、ピニオン１６の押し出しを開始するタイミングｔｐ２が既に算出済みか否かを判定する。押出しタイミングｔｐ２が算出済みでなければ、ステップＳ１２へ進み、クランク角センサ２３からのパルス入力があったか否かを判定する。そして、パルス入力があった場合には、ステップＳ１３において、クランク角センサ２３からのＮＥ信号に基づき算出されるエンジン回転速度（瞬時回転速度ＮＥＳ）を都度算出しこれを記憶するとともに、都度のパルス幅を記憶する。

続くステップＳ１４では、単調減少期間ＴＤＷであるか否かを判定する。具体的には、エンジン２０が正転から反転に移行する前であって、かつその正転中での最終ＴＤＣを通過したか否かを判定する。最終ＴＤＣの判定について本実施形態では、瞬時回転速度ＮＥＳが所定の判定値（例えば２００〜３００ｒｐｍ）以下であって、かつパルス幅の前回値に対する今回値が所定値以下の場合に最終ＴＤＣと判定する。

最終ＴＤＣを通過したと判定された場合にはステップＳ１５へ進み、最終ＴＤＣ通過後において記憶された複数の瞬時回転速度ＮＥＳを読み出し、その読み出した瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて、起算点（例えば読み出した瞬時回転速度ＮＥＳのうち最も遅い時期の瞬時回転速度ＮＥＳ）からピニオン１６とリングギヤ２２とを噛み合わせ状態にするまでの所要時間ＴＰ（図２参照）を算出する。続くステップＳ１６では、算出した所要時間ＴＰに基づいて、ピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２を算出する。具体的には、ピニオン１６の押し出し開始から該ピニオン１６の噛み込みまでの押出し動作時間ＴＡを所要時間ＴＰから差し引いた時間（ＴＰ−ＴＡ）を算出し、起算点から時間（ＴＰ−ＴＡ）だけ経過した時点をピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２とする。

ステップＳ１７では、ピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２になったか否かを判定し、同押出しタイミングｔｐ２になった時点でステップＳ１８へ進み、ＳＬ２駆動リレー１８をオン状態にしてコイル１５への通電を開始する。これにより、ピニオン１６がリングギヤ２２に向かって押し出され、ピニオン１６とリングギヤ２２とが噛み合わされる。

以上、詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

エンジン自動停止後の惰性回転中において、クランク角センサ２３の検出信号（ＮＥ信号）に基づく算出値を用いてそのＮＥ信号からは算出できない領域のエンジン回転速度を予測し、その予測結果の領域内における所望のエンジン回転速度でピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが実施されるようピニオン１６の駆動を制御する構成としたため、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを最適なタイミングで実施することができ、ひいてはピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせの際の噛み合い音を抑制することができる。

瞬時回転速度ＮＥＳが減少傾向にある期間ＴＣでの複数の瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて回転軌道を予測する構成としたため、速度ゼロに向かうエンジン回転速度の傾き、すなわち速度ゼロに向かう回転軌道を予測することができる。

瞬時回転速度ＮＥＳが速度ゼロに向けて単調減少する期間ＴＤＷに到達した場合に、複数の瞬時回転速度ＮＥＳを用いて、その期間ＴＤＷにおける回転軌道を予測する構成としたため、エンジン回転速度の上昇がなく、速度ゼロ近傍の回転軌道を正確に予測するのに好適である。また、このとき、単調減少期間ＴＤＷ内又はこれにできるだけ近接した期間での瞬時回転速度ＮＥＳを用いて回転軌道を予測する構成としたため、回転軌道の予測制度を向上させることができる。

電磁ピックアップ式の回転センサでは、極低回転速度領域では磁界変化が生じにくくなり、センサ検出信号に基づくエンジン回転速度の算出ができなくなるところ、磁界変化が生じにくくなる極低回転速度領域での回転軌道を予測する構成としたため、この極低回転速度領域においても、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを最適タイミングで実施することができる。

予測した回転軌道に基づいて、実際のエンジン回転速度がゼロになるタイミングを推定し、その推定タイミング又はその付近でピニオン１６の噛み合わせ処理を実施する構成としたため、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを抑制する上で有意である。また、エンジン自動停止後の惰性回転で最初に速度ゼロになるタイミングで上記噛み合わせを実施することができ、その結果、できるだけ早い時期にピニオンとリングギヤとを噛み合わせることができる。つまり、次のエンジン再始動要求前に同噛み合わせを確実に完了させておく上で好適である。

予測した回転軌道と、ピニオン１６の押出し動作に要する押出し動作時間ＴＡとに基づいてピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２を決定する構成としたため、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを適正な時期に行うことができる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態の記載内容に限定されず、例えば次のように実施されてもよい。

・上死点での瞬時回転速度ＮＥＳを中間に含む連続する３つ以上の瞬時回転速度ＮＥＳを結ぶ二次関数により、その瞬時回転速度ＮＥＳが得られたタイミング以降のエンジン惰性回転の回転軌道を予測する構成とする。こうした構成によれば、エンジン回転速度の予測において、実回転速度ＮＥＡとの誤差をより小さくすることができる。

・２以上の単位波形ＴＢでの瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて、その瞬時回転速度ＮＥＳが得られたタイミング以降のエンジン惰性回転の回転軌道を予測する構成とする。具体的には、例えば隣接する２つの単位波形ＴＢ内のそれぞれ３つ以上の瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて回転軌道を予測する。

・回転センサ（クランク角センサ２３）により歯部の通過が検出できなくなる回転速度領域の直前でのＮＥ信号に基づいて回転軌道を予測する構成とする。例えば電磁ピックアップ式の回転センサでは、極低回転速度領域において磁界変化が生じにくくなり、ＮＥ信号によるエンジン回転速度の算出ができなくなることがある。このとき、できるだけ低速の回転速度に基づいて回転軌道を予測すれば、予測精度を向上させることができる。ここで、回転センサにおいて歯部の通過が検出できなくなったことは、例えばパルス幅が所定値以上になったか否かにより判定してもよい。

・上記実施形態では、最終ＴＤＣ通過後の瞬時回転速度ＮＥＳに基づいてエンジン惰性回転の回転軌道を予測し、その予測結果に基づいてピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２を算出する構成としたが、これを変更し、所定回転速度（例えば数百ｒｐｍ）以下のエンジン回転速度領域において、各々の単位波形ＴＢについてそのまま速度ゼロに向けて単調減少するとした場合の回転軌道を各々の単位波形ＴＢ上の複数の瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて単位波形ＴＢ毎に予測し、その都度の予測結果に基づいてピニオン１６の押出しタイミングｔｐ２を算出する構成とする。この構成では、次の単位波形ＴＢでの瞬時回転速度ＮＥＳに基づき新たな押出しタイミングｔｐ２が算出された場合、その新たに算出されたタイミングで都度更新する。

・瞬時回転速度ＮＥＳに基づき予測した回転軌道を、エンジン２０又はエンジン２０によって駆動される補機の運転状態に応じて変更する構成とする。すなわち、エンジン２０の惰性回転中におけるエンジン回転速度の低下度合い（傾き）はエンジン２０等の運転状態に応じて異なる。具体的には、例えばエンジン冷却水温やエンジン油温、外気温といったエンジン２０の温度情報が低温側ほど、エンジン２０のシリンダとピストンとの摺動部におけるフリクションが大きくなり、結果としてエンジン回転速度ＮＥの低下度合いが小さくなる。また、気筒の圧縮負荷が大きいほど（例えばスロットル開度が大きいほど）、エンジン回転速度の低下度合いが大きくなる。

さらに、エンジン２０の惰性回転中でのエンジン回転速度の低下度合いは、クランク軸２１の回転により駆動される補機の駆動状態に応じて変化する。具体的には、本システムに車載エアコンが設けられている場合、エアコンがオン状態の場合にはオフ状態の場合に比べてエンジン回転速度の低下度合いが大きくなる。したがって、エンジン２０の運転状態等を考慮してエンジン回転速度の変化を予測すれば、実際値に対する予測値の誤差をより小さくすることができる。

・単調減少期間ＴＤＷにおけるエンジン回転速度の傾き（低下度合い）と、エンジン２０の惰性回転に際して単調減少期間ＴＤＷに至るまでの所要時間とを算出し、その算出結果に基づいて、ＮＥ信号からは算出できない回転速度領域の回転軌道を予測する構成とする。具体的には、例えば、最終ＴＤＣよりも前の単位波形ＴＢでの瞬時回転速度ＮＥＳを用い、その瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて、一次関数又は二次関数により同単位波形ＴＢでの減少方向への傾きを算出する。また、傾きの算出時の瞬時回転速度ＮＥＳに対応する所要時間（オフセット量）を算出する。そして、その単位波形ＴＢの出現した時点において上記傾きを用いて所定回転速度となる時刻を算出し、その時刻をオフセット量だけ遅らせた時点を噛み合わせタイミングとする。

・過去のエンジン自動停止後にエンジン２０が惰性回転している期間での瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて予測した回転軌道を記憶しておき、その記憶されている過去の回転軌道に基づいて、ピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせるタイミングを制御する構成とする。この構成によれば、センサ値に基づくエンジン惰性回転での回転軌道の予測をエンジン自動停止毎に実施しなくて済む。具体的には、過去エンジン自動停止時に瞬時回転速度ＮＥＳに基づいて、例えば一次関数又は二次関数によりエンジン惰性回転の回転軌道を予測し、そのときの回転軌道（例えば傾き）を学習値として記憶しておく。そして、今回の惰性回転中において、その記憶した学習値を読み出し、該学習値を用いてエンジン惰性回転の回転軌道を予測する。学習値については、過去の時点で、そのときのエンジン２０の運転状態やエンジン２０によって駆動される補機の運転状態に対応づけて記憶しておく。そして、今回のエンジン又はエンジン駆動補機の運転状態に応じた学習値を読み出し、その読み出した学習値によりエンジン回転速度の回転軌道を予測するとよい。

・上記実施形態では、エンジン２０の回転速度をクランク角センサ２３により検出する構成としたが、クランク軸２１の回転を検出するための回転センサはこれに限定せず、例えばクランク軸２１に連結されたプーリーの回転速度を検出するためのセンサや、リングギヤ２２の回転速度を直接検出するためのセンサ等によりエンジン２０の回転速度を検出してもよい。なお、これらのうち、リングギヤ２２の回転センサについては、リングギヤ２２の外周部に設けた歯数が一番多く、エンジン回転速度をより精度良く検出する上で好適である。

１０…スタータ、１１…モータ、１３…ＳＬ１駆動リレー、１４…ピニオン軸、１５…コイル、１６…ピニオン、１８…ＳＬ２駆動リレー、２０…エンジン、２１…クランク軸、２２…リングギヤ、２３…クランク角センサ、２４…パルサ、２５…電磁ピックアップ部、３０…ＥＣＵ、ＳＬ１…モータスイッチ部、ＳＬ２…アクチュエータ。

Claims (10)

1. 所定の自動停止条件が成立した場合にエンジンを自動停止し、その後所定の再始動条件が成立した場合にスタータによるクランキングを開始して前記エンジンを再始動する自動停止始動機能を有し、エンジン再始動に際して、前記エンジンの出力軸に連結されたリングギヤに前記スタータのピニオンを噛み合わせた状態でクランキングを実施し、そのクランキングの終了後に前記噛み合わせを解除するエンジン停止始動制御装置であって、
   前記出力軸の回転を検出する回転センサの検出信号に基づいて、前記出力軸の所定回転角度の回転に要した時間から算出される前記エンジン回転速度としての瞬時回転速度を算出する回転速度算出手段と、
   前記エンジン自動停止後に同エンジンが惰性回転している期間において前記回転速度算出手段により算出した瞬時回転速度のうち、前記瞬時回転速度が下降及び上昇する際の単位波形において前記瞬時回転速度が減少傾向にある期間での複数の瞬時回転速度に基づいて、エンジン惰性回転の回転速度がゼロに向かう回転軌道を予測する予測手段と、
   前記予測手段により予測した回転軌道に基づいて、実際のエンジン回転速度がゼロになるタイミングを推定し、その推定タイミング又はその付近で前記ピニオンの噛み合わせ処理を実施する制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
2. 前記制御手段は、エンジン自動停止後の惰性回転で最初にエンジン回転速度がゼロになるタイミングを推定する請求項１に記載のエンジン停止始動制御装置。
3. 前記予測手段は、前記瞬時回転速度が速度ゼロに向けて単調減少する単調減少期間に到達した場合に、前記複数の瞬時回転速度に基づいて前記回転軌道を予測する請求項１又は２に記載のエンジン停止始動制御装置。
4. 前記予測手段は、上死点直後の複数の瞬時回転速度を結ぶ一次関数により前記回転軌道を予測する請求項３に記載のエンジン停止始動制御装置。
5. 前記予測手段は、エンジン惰性回転によるエンジン回転速度が所定回転速度に低下した場合に前記回転軌道を予測する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。
6. 前記回転センサは、前記出力軸と共に回転するパルサに設けられた複数の歯部の通過を検出するものであり、
   前記回転速度算出手段は、前記歯部の通過に応じて前記回転センサから出力される検出信号のパルス間隔に基づいて前記エンジン回転速度を算出し、
   前記予測手段は、前記回転センサにより前記歯部の通過が検出できなくなる回転速度領域の直前でのセンサ検出信号により前記回転軌道を予測する請求項１乃至５のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。
7. 前記予測手段は、前記回転軌道として、前記瞬時回転速度が速度ゼロに向けて単調減少する単調減少期間の傾きと、前記エンジンの惰性回転に際して前記単調減少期間に至るまでの所要時間とを算出する請求項１又は２に記載のエンジン停止始動制御装置。
8. 前記制御手段は、前記予測手段により予測した回転軌道と、前記ピニオンの噛み合わせ動作に要する噛み合わせ動作時間とに基づいて前記ピニオンの作動開始タイミングを決定する請求項１乃至７のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。
9. 前記予測手段により予測した回転軌道を記憶する記憶手段を備え、
   前記制御手段は、前記記憶手段に記憶されている過去の回転軌道に基づいて、前記ピニオンを前記リングギヤに噛みあわせるタイミングを制御する請求項１乃至８のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。
10. 前記予測手段は、前記エンジン又は該エンジンによって駆動される補機の運転状態に基づいて、前記回転速度算出手段により算出したエンジン回転速度に基づき予測した回転軌道を変更する請求項１乃至９のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。

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