JP5029680B2

JP5029680B2 - エンジン停止始動制御装置

Info

Publication number: JP5029680B2
Application number: JP2009281764A
Authority: JP
Inventors: 英弥能谷; 章加藤; 崇千田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-05-20
Filing date: 2009-12-11
Publication date: 2012-09-19
Anticipated expiration: 2029-12-11
Also published as: DE102010017025A1; DE102010017025B4; JP2011001949A

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。

エンジンを再始動させる場合、基本的には、キー操作に伴うエンジン始動時と同様に、まずスタータによりエンジンの駆動軸（クランク軸）に初期回転が付与される。具体的には、スタータモータに設けられたピニオンを回転軸の軸線方向に押し出すことにより、クランク軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせ、スタータモータへの通電制御によりピニオンを回転させることでリングギヤを回転駆動させる。これにより、クランキングが開始され、エンジン始動が行われる。

エンジンの再始動要求があった場合、ドライバビリティ向上等の観点からすると、できるだけ速やかにエンジンを再始動させるのが望ましく、そのための技術が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１には、エンジン回転速度の降下中に再始動要求があった場合、エンジン回転が完全に停止するのを待たずにスタータによるクランキングを開始することが開示されている。具体的には、エンジン自動停止後においてエンジン回転速度がゼロになる前に再始動要求があった場合、リングギヤに噛み込ませる直前の位置までピニオンを押し出して待機させた状態でピニオンを回転させ、ピニオン回転速度及びリングギヤ回転速度（エンジン回転速度）に基づいて同期が成立したと判定された時点でピニオンをリングギヤに噛み合わせる。

更に詳しくは、スタータのモータ部において分巻コイルを備えており、分巻コイルの通電電流をデューティ制御することによりピニオンの回転速度を制御可能になっている。そして、ピニオン回転速度をリングギヤ回転速度に同期させる際には、スタータ特性に基づいて分巻コイルのディーティ比を決定し、そのデューティ比で分巻コイルへの通電を行うことにより、ピニオン回転速度を目標回転速度まで上昇させる。また、ピニオン押し出しについても電磁アクチュエータの通電デューティ制御により行っており、具体的には、同アクチュエータへの通電を所定のデューティ比で行うことで、ピニオンが停止しない程度に非常にゆっくりとピニオンを押し出しながらピニオンをリングギヤに接近させる。そして、ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度とが同期した時点で、電磁アクチュエータのデューティ比を最大値に切り替えることでピニオンの押し出し力を最大にし、ピニオンをリングギヤに速やかに噛み合わせる。この制御により、同期が成立した時点で速やかにピニオンをリングギヤに噛み合わせるようにしている。

特開２００５−３３０８１３号公報

しかしながら、上記特許文献１では、同期判定のためにピニオン回転速度を検出する必要があり、そのための構成として例えばセンサなどといった検出手段を設ける必要がある。また、ピニオンをリングギヤに噛み合わせるのに際し、ピニオンの回転速度やピニオンを押し出すタイミングをデューティ比に基づき制御する必要があり、エンジン再始動時のスタータ駆動制御が複雑になる。さらに、その制御を実現するために分巻コイル等の特別な構成が必要になる。

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、複雑な制御や特別な構成を用いることなく適正なタイミングでピニオンをリングギヤに噛み合わせ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実施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、請求項１に記載の発明は、前記再始動条件の成立に伴い前記ピニオンの回転を開始する回転制御手段と、前記再始動条件の成立時のエンジン回転速度である始動時回転速度を検出する回転速度検出手段と、前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせタイミングでそれら両方の回転速度を同期させるべく、前記回転制御手段による前記ピニオンの回転開始から該ピニオンとリングギヤとの噛み合わせまでの所要時間を、前記回転速度検出手段により検出した始動時回転速度に基づいて設定する所要時間設定手段と、前記所要時間設定手段により設定した所要時間に基づいて、前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせる噛み合わせ動作を制御する噛み合わせ制御手段と、を備えることを特徴とする。

要するに、エンジン自動停止後のエンジン再始動において、エンジン回転速度がゼロになる前に再始動条件が成立した場合、例えばスタータモータによりピニオンの回転速度とリングギヤの回転速度（エンジン回転速度）とを同期させた状態にして両者を噛み合わせることがある。一方、ピニオンの回転速度とリングギヤの回転速度とが同期されていないと、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせがスムーズに行われず、結果としてクランキングが開始されるまでに時間がかかったり、あるいはショックが発生したりすることが考えられる。

本発明者らは、ピニオンの回転開始から同期状態となるまでの時間、すなわちピニオンの回転開始からピニオンとリングギヤとの噛み合わせまでの所要時間が、再始動条件成立時のエンジン回転速度（始動時回転速度）に応じて異なることに着目した。すなわち、請求項１に記載の発明では、始動時回転速度に基づいて、ピニオンの回転開始からピニオンとリングギヤとの噛み合わせまでの所要時間を設定する。これにより、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを、始動時回転速度に応じた適正な時期で実施することができる。また、今回のエンジン再始動における始動時回転速度を算出するだけで上記所要時間を設定できる。したがって、本発明によれば、複雑な制御や特別な構成を用いることなく、適正なタイミングでピニオンとリングギヤとを噛み合わせることができ、ひいては噛み合わせ時の不都合を回避することができる。

また、ピニオンの回転開始からピニオンとリングギヤとの噛み合わせまでの所要時間に代えて、ピニオンの回転速度とリングギヤの回転速度との回転差が所定範囲、具体的には両者が同期状態になったと判断される範囲に入るまでの時間を始動時回転速度に基づいて設定した場合にも上記請求項１と同様の効果を得ることができる。よって、請求項２に記載の発明のように、上記所要時間設定手段として、前記再始動条件の成立に伴う前記ピニオンの回転開始後において当該ピニオンの回転速度と前記リングギヤの回転速度との回転差が所定範囲に入るまでの所要時間を、前記回転速度検出手段により検出した始動時回転速度に基づいて設定する手段を備える構成としてもよい。

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、請求項３に記載の発明のように、前記回転制御手段による前記ピニオンの回転開始後において、前記噛み合わせ動作を開始させるタイミングを、前記所要時間設定手段により設定した所要時間に基づいて制御する。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。また、噛み合わせに要する時間は、始動時回転速度にかかわらず、基本的には略一定であると考えられる。したがって、この構成によれば、ピニオンの噛み合わせ動作の開始時期を制御することで、ピニオンの回転開始から噛み合わせまでの所要時間に基づくピニオンの噛み合わせ動作を比較的簡単な制御で行うことができる。

請求項４に記載の発明のように、前記エンジンのイグニッションスイッチにより前記ピニオンを回転駆動する場合と同一の回転速度で前記ピニオンを回転駆動するといった比較的簡単な構成を採用した場合に、上記効果、つまり複雑な制御や特別な構成を用いることなくピニオンとリングギヤとの噛み合わせを好適に実施するといった効果を好適に得ることができる。つまり、この構成によれば、始動時回転速度に基づいてピニオンの回転開始から噛み合わせまでの所要時間を設定することでピニオンの回転速度とリングギヤの回転速度を同期させるため、ピニオンの回転速度をリングギヤの回転速度に同期させるための通電制御といった複雑な制御を必要としない。

具体的には、請求項５に記載の発明のように、前記所要時間設定手段により設定される所要時間が、前記ピニオンの噛み合わせ動作の開始から該ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせまでに要する時間以上となる場合に前記所要時間に基づいて前記噛み合わせ動作を制御するといった構成を適用するとよい。上記所要時間が噛み合わせ動作に要する時間以上では、ピニオンを回転開始後に該ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを実施する可能性が高い。したがって、本構成とすることにより、ショック抑制等といった効果を好適に得ることができる。

一方、所要時間が噛み合わせ動作時間よりも短い場合には、ピニオンの回転速度とリングギヤの回転速度との同期状態が形成された時点でピニオンとリングギヤとを噛み合わせることができない。そこで、請求項５に記載の発明のように、前記所要時間設定手段により設定される所要時間が、前記ピニオンの噛み合わせ動作の開始から該ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせまでに要する時間よりも短い場合に、前記所要時間に基づく前記噛み合わせ動作を実施しない構成とする。つまり、所要時間が噛み合わせ動作時間よりも短い場合には、ピニオンをリングギヤに噛み合わせた後、ピニオンを回転駆動させる。

リングギヤの回転速度がピニオンの回転速度よりも低い状態で両者が噛み合わされた場合、リングギヤの回転速度がピニオンの回転力により急速に上昇し、ショックが発生することが考えられる。その点に鑑み、請求項７に記載の発明では、前記スタータには、前記エンジン回転速度が前記ピニオンの回転速度よりも高い場合に該ピニオンの回転力を前記スタータ側へ伝達するのを遮断するクラッチ装置が設けられ、前記所要時間設定手段が、所要時間に基づいて前記噛み合わせ動作が開始された場合に、前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせが、前記エンジン回転速度が前記ピニオンの回転速度よりも高くかつ前記エンジン回転速度と前記ピニオンの回転速度の差分が所定値以下で実施されるように前記所要時間を設定する。こうすることで、ピニオンとリングギヤとの噛み合い時におけるショックを抑制することができる。また、いわゆるワンウエイクラッチが設けられている構成であれば、リングギヤの回転速度がピニオンの回転速度よりも高い状態でピニオンとリングギヤとを噛み合せても、ピニオンの回転がスタータ側に伝達されないため、エンジンによりスタータが駆動されるといった不都合も懸念されずに済む。

再始動条件成立後のエンジン回転速度の落ち込み変化やピニオンの回転速度の上昇変化の推移は、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ことが考えられる。具体的には、例えばエンジンの低温時には高温時に比べてエンジンフリクションが大きく、結果としてエンジン回転速度（リングギヤの回転速度）の落ち込み変化の度合いが大きくなることが考えられる。また、バッテリの充電状態が低下している場合には、バッテリ充電状態が良好である場合に比べてピニオンの回転速度の上昇が緩慢になり、ピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期するまでの時間が長くなることが考えられる。その点に鑑み、請求項８に記載の発明では、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応じて前記所要時間を設定する。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又はピニオン回転速度の変化度合いに応じて、ピニオンをリングギヤに噛み合わせるまでの時間を変更することができる。したがって、適正なタイミングでピニオンをリングギヤに噛み合わせる上で好適である。

再始動条件の成立後においてピニオンの回転速度と同期するときのリングギヤの回転速度は始動時回転速度に応じて変化し、またピニオン回転速度との同期タイミングにおけるリングギヤの回転速度が変化すると、その同期時におけるリングギヤ回転速度に応じてピニオンの回転駆動時間、つまりスタータの駆動時間が相違すると考えられる。この場合、始動時回転速度によってはスタータの駆動時間が長くなることがあり、これによりスタータを駆動するための電力を無駄に消費してしまうことが懸念される。

加えて、ピニオン回転速度の上昇変化は、外乱等の種々の要因の影響を受けてその上昇度合いが異なり、また、その上昇変化において種々の要因の影響の受けやすさが、ピニオン回転開始からの経過時間（スタータの駆動時間）に応じて相違する。このとき、外乱等の影響を受けやすい期間でピニオンとリングギヤとの噛み合わせが実施されると、ピニオン回転速度の上昇変化の推移が外乱等によって異なることにより、始動時回転速度に対応する上記所要時間が相違し、ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度との同期制御におけるロバスト性が低下してしまうことが懸念される。

その点に鑑み、請求項９に記載の発明では、前記再始動条件の成立から前記ピニオンの回転開始までの待機時間を、前記回転速度検出手段により検出した始動時回転速度に基づいて設定する待機時間設定手段を備え、前記回転制御手段が、前記待機時間設定手段により設定した待機時間に基づいて、前記再始動条件の成立後に前記ピニオンの回転を開始する。こうすることで、スタータの駆動による電力消費を抑制することができ、また同期制御におけるロバスト性の最適化を図ることができる。

ピニオン回転速度の上昇変化について具体的には、回転開始当初は外乱等の種々の要因によらずほぼ同様に推移し、その後、種々の要因に応じて上昇変化に差が生じる。この場合、ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度との同期制御におけるロバスト性の最適化の観点からすると、ピニオンの回転上昇期間において種々の要因（外乱等）の影響が少ない期間、すなわち回転速度の立ち上がりタイミングを含む前期にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを実施するのが望ましい。したがって、請求項１０に記載の発明のように、前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせが、前記ピニオンの回転速度が上昇変化する回転上昇期間のうち該回転速度の立ち上がりタイミングを含む前期に実施されるよう前記始動時回転速度に対して前記待機時間が設定されているものとするとよい。

ピニオンにおいて回転上昇変化に影響を及ぼす要因として具体的には、例えばスタータの温度や、スタータに電力供給するバッテリの充電状態などといったスタータの運転条件に関するパラメータが挙げられる。したがって、請求項１１に記載の発明のように、前記スタータの運転条件に関するパラメータに基づいて前記待機時間を可変に設定することにより、ピニオンの回転上昇変化に対して適正な時期に噛み合わせを実施することができる。

エンジン制御システムの全体概略構成図。エンジン回転速度及びピニオン回転速度の推移を示すタイムチャート。スタータ駆動処理の処理手順を示すフローチャート。始動時回転速度と押出し待機時間との関係を表すマップの一例を示す図。モータ駆動によるピニオン回転速度の上昇特性を示す図。第２の実施形態のスタータ駆動処理の処理手順を示すフローチャート。始動時回転速度と回転ディレイ時間との関係を表すマップの一例を示す図。第２の実施形態におけるエンジン回転速度及びピニオン回転速度の推移を示すタイムチャート。

（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の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、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／非通電の切り替えによりピニオン軸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てリングギヤ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。

ここで、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、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が設けられている。さらに、エンジン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や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ２４などの各種センサが設けられている。

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。

エンジン２０の自動停止中に再始動要求があった場合、エンジン２０を始動させるべくスタータ１０の駆動が開始される。このとき、エンジン自動停止に伴いエンジン２０が完全に停止した状態か、又はほぼ停止したとされる極低回転速度領域の状態であれば、ＥＣＵ３０は、再始動要求に伴い、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、再始動要求後直ちにピニオン１６をリングギヤ２２の方向へ押し出して、ピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせる。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。すなわち、エンジン停止状態からエンジン２０の再始動を行う場合には、ピニオン１６をリングギヤ２２の方向へ押し出した後、モータ１１によりピニオン１６が回転されることでクランキングが行われ、エンジン２０が再始動される。

一方、エンジン回転速度の減速中に（エンジン回転速度が略ゼロになる前に）エンジン再始動要求があった場合には、上記とは異なり、モータ１１によりピニオン１６の回転を開始した後ピニオン１６をリングギヤ２２の方向へ押し出すことでクランキングが行われる。すなわち、ＥＣＵ３０は、再始動要求があった場合、まずＳＬ１駆動リレー１３にオン信号を出力することでモータ１１への通電を開始し、ピニオン１６の回転を開始する。続いて、ＳＬ２駆動リレー１８にオン信号を出力し、コイル１５への通電を開始する。これにより、ピニオン１６の回転速度がリングギヤ２２の回転速度と同期した状態においてピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが実施されるようにする。なお、本明細書では、便宜上、リングギヤ２２の外周縁に設けられた歯の速度とピニオン１６の外周縁に設けられた歯の速度とが所定の関係にある状態を、リングギヤ２２の回転速度とピニオン１６の回転速度とが同期した状態と表現している。したがって、例えば、リングギヤ２２の回転速度とピニオン１６の回転速度とが等しいと表現した場合は、リングギヤ２２の外周縁に設けられた歯の速度とピニオン１６の外周縁に設けられた歯の速度とが等しい場合であり、ピニオン１６の実際の回転速度はリングギヤ２２の直径とピニオン１６の直径との比に応じた回転速度となっている。例えば、上記所定の関係を両者の歯の速度が等しい状態とした場合、リングギヤ２２の直径がピニオン１６の直径の１０倍であれば、リングギヤ２２の回転速度とピニオン１６の回転速度とが同期した状態において、ピニオン１６の実際の回転速度はリングギヤ２２の実際の回転速度の１０倍の回転速度になる。

ところで、リングギヤ２２の回転中にピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせる際、噛み合わせタイミングが適正でないと、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせがスムーズに行われず、その結果、クランキングが開始されるまでに時間がかかったり、あるいはピニオン回転速度Ｎｅｐとリングギヤ回転速度（エンジン回転速度）Ｎｅｒとの相違に起因してショックが発生したりすることが考えられる。したがって、ピニオン回転速度Ｎｅｐとリングギヤ回転速度Ｎｅｒとが同期した状態においてピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを実施するべく、ピニオン１６の押出しを開始する時期を適正に設定する必要がある。

ここで、本発明者らは、ピニオン１６の回転開始から上記同期状態でピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが開始されるまでの時間（所要時間ＴＰ）が、再始動条件成立時のエンジン回転速度、すなわち再始動要求時のエンジン回転速度（始動時回転速度）に応じて異なることに着目した。すなわち、始動時回転速度が高いほど、エンジン再始動要求時においてピニオン１６の回転速度とリングギヤ２２の回転速度との差が大きくなり、ピニオン回転速度がリングギヤ回転速度に同期するまでに要する時間が長くなる。また、同期までの時間が長くなることにより、ピニオン１６の回転開始から上記同期状態で噛み合わせが開始されるまでの所要時間ＴＰが長くなる。したがって、こうした傾向に基づいて、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度と、ピニオン１６の回転開始から同期状態で噛み合わせを開始するまでの所要時間ＴＰとを予め関連付けておけば、今回のエンジン再始動における再始動要求時のエンジン回転速度を算出するだけで、その回転速度に対応する所要時間ＴＰを算出することができる。

ピニオン１６の回転開始から同期状態でピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが開始されるまでのピニオン１６の動作について、図２のタイムチャートを用いて更に詳細に説明する。図２は、エンジン再始動時におけるエンジン回転速度ＮＥ（リングギヤ回転速度ＮＥｒ）及びピニオン回転速度ＮＥｐの推移を示すタイムチャートである。図中、一点鎖線はエンジン回転速度ＮＥの推移を示し、実線はピニオン回転速度ＮＥｐの推移を示す。なお、図中においては、リングギヤ２２の外周縁に設けられた歯の速度およびピニオン１６の外周縁に設けられた歯の速度を、リングギヤ２２の回転速度およびピニオン１６の回転速度として示している。

エンジン自動停止中において、エンジン回転速度ＮＥがゼロになる前にタイミングｔ１でエンジン再始動要求があった場合、図２に示すように、まずＳＬ１駆動リレー１３にオン信号が出力され、モータ１１が回転駆動される。これにより、ピニオン回転速度ＮＥｐが上昇し、エンジン回転速度ＮＥとの差が次第に小さくなっていく。そして、ピニオン１６の押出しタイミングｔｐになった時点でＳＬ２駆動リレー１８がオン状態にされ、ピニオン１６がリングギヤ２２に向かって押し出される。また、ピニオン１６の押し出し開始から噛み合わせが開始されるまでの時間（押出し動作時間ＴＡ）が経過した後のタイミングｔ２でピニオン１６がリングギヤ２２に噛み合わされる。なお、本実施形態では、図示するように、リングギヤ回転速度ＮＥｒがピニオン回転速度ＮＥｐよりも高い状態で両者の噛み合わせが開始されるようにしており、この状態をピニオン回転速度ＮＥｐとリングギヤ回転速度ＮＥｒとの同期状態としている。

そして、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合いに伴いスタータ１０によるクランキングが開始され、その後、エンジン回転速度ＮＥが始動判定値ＮＥｔｈ以上になると、ＳＬ１駆動リレー１３がオフ状態とされることでモータ１１への通電が停止され、ピニオン１６の回転が停止される。また、ＳＬ２駆動リレー１８が適宜オフ状態にされることで、ピニオン１６の切り離しが適宜行われる。

図２に示すように、ピニオン１６の押出しタイミングｔｐは、モータ１１への通電開始によりピニオン回転速度ＮＥｐがエンジン回転速度ＮＥに同期するタイミングｔ２よりも押出し動作時間ＴＡだけ早いタイミングに設定される。換言すれば、ピニオン１６の回転開始からピニオン１６とリングギヤ２２とが噛み合うまでの時間（所要時間ＴＰ）は、ピニオン１６の回転開始タイミングｔ１からピニオン１６の押出しが開始されるまでの時間（押出し待機時間ＴＳＬ２）と、ピニオン１６の押出し動作時間ＴＡとの和で表される。ピニオン１６の押出し動作時間ＴＡがスタータ１０の固有の値でありエンジン回転速度の変動を受けないパラメータであるとすると、再始動要求時のエンジン回転速度に応じて所要時間ＴＰを適切に設定することは、押出し待機時間ＴＳＬ２を再始動要求時のエンジン回転速度に応じて可変にすることにより実現できる。

以上に基づき本実施形態では、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度と、所要時間ＴＰとの関係をマップや数式等により予め定めておき、その関係に基づいて、今回のエンジン再始動における所要時間ＴＰを設定し、その設定した所要時間ＴＰに基づいてピニオン１６の押出し制御を実施する。特に本実施形態では、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度と所要時間ＴＰとの関係を、同エンジン回転速度と押出し待機時間ＴＳＬ２との関係として表しており、この関係が例えばマップとしてＥＣＵ３０のメモリ等に予め記憶してある。

図３は、エンジン再始動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、エンジン再始動条件が成立しているか否かを判定する。エンジン再始動条件が成立している場合には、ステップＳ１１へ進み、ピニオン１６の押出しタイミングｔｐが設定済みか否かを判定する。ピニオン押出しタイミングｔｐが設定済みでなければ、ステップＳ１２へ進み、その要求時のエンジン回転速度（始動時回転速度ＮＥＳＴＡ）を記憶するとともに、始動時回転速度ＮＥＳＴＡがエンジン停止判定値ＮＥ１以上か否かを判定する。

ここで、エンジン停止判定値ＮＥ１は、ピニオン１６の回転速度とリングギヤ２２の回転速度とを同期させるべくモータ１１によりピニオン１６を回転開始させた後にピニオン１６の押出し制御を実施可能なエンジン回転速度の下限値として設定してあり、本実施形態では例えば２００ｒｐｍに設定してある。エンジン停止判定値ＮＥ１について詳しくは、モータ１１によりピニオン回転速度ＮＥｐをリングギヤ回転速度ＮＥｒに同期させるまでの時間、すなわち所要時間ＴＰが、ピニオン１６の押出し開始からピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合いが開始されるまでに要する時間（例えば３０ｍｓｅｃ）以上になる場合の始動時回転速度ＮＥＳＴＡの下限値として設定してある。

始動時回転速度ＮＥＳＴＡがエンジン停止判定値ＮＥ１未満の場合にはステップ１３へ進み、通常時のスタータ駆動制御として、ピニオン１６の押し出し後にピニオン１６が回転されるようＳＬ２駆動リレー１８及びＳＬ１駆動リレー１３を制御する。

一方、始動時回転速度ＮＥＳＴＡがエンジン停止判定値ＮＥ１以上の場合にはステップＳ１４へ進み、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが自立復帰判定値ＮＥ２以下か否かを判定する。ここで、自立復帰判定値ＮＥ２は、スタータ１０を駆動させることなく混合気の燃焼によりエンジン回転速度を上昇に転じさせることができる（自立復帰することができる）始動時回転速度の下限値として設定してあり、本実施形態では例えば５００〜６００ｒｐｍに設定してある。

始動時回転速度ＮＥＳＴＡが自立復帰判定値ＮＥ２よりも大きい場合にはステップＳ１５へ進み、スタータ１０を作動させずにエンジン２０の点火制御及び燃料噴射制御によりエンジン２０を再始動させる。これに対し、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが自立復帰判定値ＮＥ２以下の場合にはステップＳ１６へ進み、ＳＬ１駆動リレー１３をオン状態にしてモータ１１への通電を開始する。これにより、モータ１１の駆動に伴いピニオン１６が回転駆動され、ピニオン回転速度ＮＥｐが上昇する。

ステップＳ１７では、始動時回転速度ＮＥＳＴＡを読み出し、ステップＳ１８において、ピニオン押出しタイミングｔｐを算出する。本実施形態では、始動時回転速度ＮＥＳＴＡと押出し待機時間ＴＳＬ２との関係が例えばマップとして予め記憶してあり、今回の再始動時における始動時回転速度ＮＥＳＴＡに対応する押出し待機時間ＴＳＬ２を同マップから読み出す。そして、ピニオン１６の回転開始タイミング（本実施形態ではエンジン再始動要求があったタイミング）から、その読み出した押出し待機時間ＴＳＬ２が経過した時点をピニオン押出しタイミングｔｐとする。

図４は、始動時回転速度ＮＥＳＴＡと押出し待機時間ＴＳＬ２との関係を示すマップの一例を示す図である。図４に示すように、始動時回転速度ＮＥＳＴＡがエンジン停止判定値ＮＥ１（図４では２００ｒｐｍ）の場合に押出し待機時間ＴＳＬ２がゼロに設定してあり、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが高くなるほど、押出し待機時間ＴＳＬ２が長くしてある。

本実施形態では、リングギヤ回転速度ＮＥｒがピニオン回転速度ＮＥｐよりも高く、かつリングギヤ回転速度ＮＥｒとピニオン回転速度ＮＥｐとの回転速度差ΔＮＥが所定値（例えば数百ｒｐｍ程度）以下のときにピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが開始されるようピニオン１６の押出しタイミングｔｐが設定してある（図２参照）。

その理由は以下の通りである。すなわち、リングギヤ回転速度ＮＥｒがピニオン回転速度ＮＥｐよりも低い状態で両者が噛み合わされると、リングギヤ２２の回転速度がピニオン１６の回転力により急速に上昇し、ショックが発生することが考えられる。なお、本システムにはピニオン１６と一体になってワンウエイクラッチ１７が設けられているため、リングギヤ回転速度ＮＥｒがピニオン回転速度ＮＥｐよりも高い状態でピニオン１６とリングギヤ２２とを噛み合せても、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に伝達されない。したがって、本実施形態では、リングギヤ回転速度ＮＥｒがピニオン回転速度ＮＥｐよりも回転速度差ΔＮＥだけ高い状態でピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせることにより、噛み合い時におけるショックが抑制されるようにしている。また、リングギヤ回転速度ＮＥｒとピニオン回転速度ＮＥｐとの回転速度差ΔＮＥが大きくなり過ぎると、ピニオン１６からリングギヤ２２への回転駆動力の伝達が遅くなるため、エンジンの始動性が低下することとなる。

図３の説明に戻り、ステップＳ１９では、ピニオン押出しタイミングｔｐか否かを判定し、ピニオン押出しタイミングｔｐと判定した場合にはステップＳ２０へ進み、ＳＬ２駆動リレー１８をオン状態にする。これにより、コイル１５への通電が開始され、ピニオン１６がリングギヤ２２へ向かって押し出される。このとき、ピニオン１６の押し出しが、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合い開始に最適なタイミングで実施されるため、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合い時におけるショック発生が抑制される。

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。

始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて、ピニオン１６の回転開始からピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせ開始までの所要時間ＴＰを設定し、その所要時間ＴＰに基づいてピニオン１６の押出し制御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、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに応じた適正な時期で実施することができる。また、今回のエンジン再始動における始動時回転速度ＮＥＳＴＡを算出するだけで上記所要時間ＴＰを設定できる。さらに、ピニオン１６の回転駆動や押出し制御を、ＳＬ１駆動リレー１３及びＳＬ２駆動リレー１８への通電／非通電の切り替え制御により行うため、ピニオン１６の回転速度とリングギヤ２２の回転速度とを同期させるための制御が複雑になるのが回避される。したがって、複雑な制御や特別な構成を用いることなく、適正なタイミングでピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせることができる。

ピニオン１６の押出しタイミングｔｐを、所要時間ＴＰに基づいて制御する構成としたため、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを適正な時期に行う点において好適である。また、所要時間ＴＰに基づくピニオン１６の噛み合わせ動作の制御を、ピニオン１６の押出しタイミングｔｐを制御することにより行う構成としたため、比較的簡単な制御とすることができる。つまり、噛み合わせ開始の時期を最適にするための制御が複雑にならないようにすることができる。

始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいてピニオン１６の回転開始から噛み合わせまでの所要時間ＴＰを設定することでピニオンの回転速度とリングギヤの回転速度を同期させる構成としたため、ピニオン１６の回転速度をリングギヤ２２の回転速度に同期させるための通電制御といった複雑な制御を必要としない。つまり、エンジン２０のイグニッションスイッチ１９によりピニオン１６が回転駆動される場合と同一の回転速度で、エンジン２０の再始動時においてピニオン１６を回転駆動させればよい。

所要時間ＴＰが押出し動作時間ＴＡ以上では、ピニオン１６とリングギヤ２２とを同期すべくピニオン１６の回転を開始した後に該ピニオン１６をリングギヤ２２に噛み込ませることにより、クランキングを速やかに実施できるといった効果や、ショックを低減できるといった効果が好適に得られる。そのため、上記のようなスタータ制御を実施する可能性が高い。したがって、上記の場合に始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて所要時間ＴＰを制御することにより、複雑な制御を回避できるといった効果を好適に得ることができる。

所要時間ＴＰが押出し動作時間ＴＡよりも短い場合に、ピニオン１６をリングギヤ２２に噛み込ませた後、ピニオン１６を回転駆動する構成としたため、ピニオン１６の回転速度ＮＥｐとリングギヤ２２の回転速度ＮＥｒとの同期状態が形成された時点でピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせるための複雑な制御を実施しなくて済む。

リングギヤ回転速度ＮＥｒがピニオン回転速度ＮＥｐよりも高く、かつリングギヤ回転速度ＮＥｒとピニオン回転速度ＮＥｐとの回転速度差ΔＮＥが所定値以下のときにピニオン１６をリングギヤ２２に噛み合わせる構成としたため、噛み合い時におけるショックを抑制することができる。このとき、リングギヤ回転速度ＮＥｒがピニオン回転速度ＮＥｐよりも高い状態でピニオン１６とリングギヤ２２とを噛み合せても、ピニオン１６の回転がピニオン軸１４に伝達されないため、エンジン２０によりスタータ１０が駆動されるといった不都合も生じない。また、リングギヤ回転速度ＮＥｒとピニオン回転速度ＮＥｐとの回転速度差ΔＮＥを定めているため、ピニオン１６からリングギヤ２２への回転駆動力の伝達が遅くなることによるエンジン２０の始動性低下を回避することができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について、上記第１の実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態では、再始動要求時のエンジン回転速度である始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて、エンジン再始動要求のタイミングｔ１とピニオン１６の回転開始タイミングとの間に待機時間を設ける構成としており、この点において上記第１の実施形態と相違する。

始動時回転速度ＮＥＳＴＡに応じて上記待機時間を設けるのは以下の理由からである。すなわち、エンジン２０の再始動要求後において、ピニオン１６の回転速度と同期する際のリングギヤ２２の回転速度は始動時回転速度ＮＥＳＴＡに応じて変化し、具体的には、始動時回転速度ＮＥＳＴＡの高回転時と低回転時とを比較した場合、高回転時の方が、ピニオン回転速度がより高回転側にあるときにピニオン回転速度とリングギヤ回転速度（エンジン回転速度）とが同期状態になる。そのため、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが高いほど、ピニオン１６の回転駆動時間が長くなり、その結果、モータ１１の消費電力が大きくなることが考えられる。

加えて、モータ１１の回転によるピニオン１６の回転速度には上限があり、ピニオン１６の回転速度がその上限値まで上昇した後にピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが実施される場合、ピニオン１６の回転開始からピニオン回転速度とリングギヤ回転速度とが同期するまでの時間が長くなる。この場合、モータ駆動による電力消費が大きくなることが懸念される。

図５は、モータ駆動によるピニオン回転速度ＮＥｐの上昇特性を示す図である。図５において、横軸はピニオン１６の回転開始からの経過時間を示し、縦軸はピニオン回転速度ＮＥｐを示す。

図５の実線に示すように、ピニオンの回転開始直後では、ピニオン１６の回転開始からの経過時間が増加するのに伴いピニオン回転速度が大きく立ち上がり、その後、時間の経過につれてピニオン回転速度の上昇変化が緩慢になる。また、ピニオン１６の回転開始からの時間がある程度経過すると、ピニオン回転速度ＮＥｐが、例えばクランキング回転速度よりも所定値だけ高い回転速度（最高到達回転速度）で略一定になる。そのため、ピニオン回転速度ＮＥｐが最高到達回転速度に保持されている期間でピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合いが実施される場合、ピニオン１６の回転開始後においてピニオン回転速度ＮＥｐとリングギヤ回転速度とが同期状態になるまでピニオン回転速度ＮＥｐを最高到達回転速度で保持する時間分、バッテリ１２の電力消費に無駄が生じることが考えられる。

また、図５におけるピニオン１６の回転速度の上昇変化は、スタータ１０の運転条件に関する種々のパラメータ、例えばスタータ１０やバッテリ１２の温度、あるいはバッテリ１２の充電状態等に応じて相違する。具体的には、図５の実線及び破線で示すように、バッテリ電圧ＶＢが低いほど又は温度が高いほど、ピニオン１６の最高到達回転速度が小さくなる。なお、スタータ１０等の温度が高いほど最高到達回転速度が小さくなるのは、温度が高いほどモータ１１のコイル抵抗やバッテリ１２の内部抵抗などといった電気的抵抗が大きくなることに起因する。

さらに、ピニオン回転速度の上昇変化において、外乱等の種々の要因による影響の受けやすさは、ピニオン回転開始からの経過時間（モータ１１の駆動時間）に応じて異なる。具体的には、図５に示すように、ピニオン１６の回転開始当初は、外乱等の種々の要因によらずほぼ同様に回転上昇し、その後、種々の要因に応じて上昇変化の違いが大きくなる。このとき、種々の要因に応じて上昇変化の違いが大きくなる期間、例えば最高到達回転速度の期間でピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを実施すると、その種々の要因によってピニオン１６の上昇変化が異なることに起因して、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づき上記図４のマップにより算出した押出し待機時間ＴＳＬ２でピニオン１６の押し出しを実施したとしても、ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度とが同期状態になっていないことがあると考えられる。したがって、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせは、同期制御におけるロバスト性の適正化を図るべく、ピニオン１６の回転速度の上昇変化において種々の要因の影響を受けにくい期間、すなわちピニオン１６の回転開始当初に行うのが好ましいと言える。

そこで、本実施形態では、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを実施する場合に、その噛み合わせが、ピニオン１６の回転開始当初の期間、具体的には図５において、ピニオン１６の回転速度がその回転開始から最高到達回転速度に到達するまでに要する到達期間Ｔ２のうちピニオン回転速度の立ち上がりタイミングを含む前期Ｔ１に実施されるようモータ１１の回転を制御している。より具体的には、本実施形態では、エンジン再始動要求時のエンジン回転速度である始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて、その再始動要求からピニオン１６の回転（モータ１１の通電）を開始するまでの回転ディレイ時間ＴＤを設定し、その設定した回転ディレイ時間ＴＤに基づいてモータ１１の通電制御を実施する。

図６は、本実施形態の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。なお、図６の処理のうち上記図３と同じ処理については、図３と同じステップ番号を付すことによりその説明を省略する。

図６において、ステップＳ３０，Ｓ３１では、図３のステップＳ１０，Ｓ１１と同様の処理を実施し、ステップＳ３２において、回転ディレイ時間ＴＤが設定済みであるか否かを判定する。再始動条件が成立した直後であれば回転ディレイ時間ＴＤは未設定であることから、ステップＳ３２で否定判定されてステップＳ３３以降へ進む。ステップＳ３３〜Ｓ３６では、図３のステップＳ１２〜Ｓ１５と同様の処理を実行する。

ステップＳ３５で始動時回転速度ＮＥＳＴＡが自立復帰判定値ＮＥ２以下の場合にはステップＳ３７へ進み、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて回転ディレイ時間ＴＤを設定する。本実施形態では、始動時回転速度ＮＥＳＴＡと回転ディレイ時間ＴＤとの関係が例えばマップとして予め記憶してあり、同マップから、今回の再始動時における始動時回転速度ＮＥＳＴＡに対応する値を読み出してこれを回転ディレイ時間ＴＤとして設定する。

図７は、始動時回転速度ＮＥＳＴＡと回転ディレイ時間ＴＤとの関係を示すマップの一例である。図７において、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが回転開始上限値ＮＥ３（図７では４００ｒｐｍ）以下では回転ディレイ時間ＴＤがゼロに設定してあり、回転開始上限値ＮＥ３よりも大きい回転領域では、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが大きいほど回転ディレイ時間ＴＤを長くしてある。

また、図７では、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが、ピニオン回転速度ＮＥｐの回転開始当初の期間、具体的には、ピニオン１６の回転上昇変化の時定数に対応するタイミング（ピニオン１６の回転開始から前期Ｔ１が経過したタイミング）になる前のタイミングで、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合いが実施されるよう、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが回転開始上限値ＮＥ３よりも大きい場合に回転ディレイ時間ＴＤを正の値にしている。換言すれば、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが回転開始上限値ＮＥ３よりも大きい場合には、再始動条件の成立タイミングから回転ディレイ時間ＴＤが経過するまでの間、モータ１１の駆動が禁止されるようになっている。

図６の説明に戻り、ステップＳ３８では、再始動要求があったタイミングから回転ディレイ時間ＴＤが経過したか否かを判定し、回転ディレイ時間ＴＤが経過していなければ、そのままモータ１１の駆動を停止状態にしておく。一方、回転ディレイ時間ＴＤが経過した場合には、ステップＳ３２で肯定判定された後、ステップＳ３９へ進み、ＳＬ１駆動リレー１３をオン状態にしてモータ１１の通電を開始する。これにより、ピニオン１６の回転が開始され、ピニオン回転速度ＮＥｐが上昇する。

続くステップＳ４０では、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて押出し待機時間ＴＳＬ２を設定する。押出し待機時間ＴＳＬ２について本実施形態では、図４のマップを用いることにより、今回の始動時回転速度ＮＥＳＴＡに対応する押出し待機時間ＴＳＬ２を読み出すことにより設定する。また、その設定した押出し待機時間ＴＳＬ２に基づいて、ピニオン押出しタイミングｔｐを算出する。ピニオン押出しタイミングｔｐは、ピニオン１６の回転開始タイミング、すなわち再始動条件成立から回転ディレイ時間ＴＤが経過したタイミングを基準に、同基準よりも押出し待機時間ＴＳＬ２だけ後のタイミングとして算出される。その後、ステップＳ４１及びＳ４２において、図３のステップＳ１９及びＳ２０と同様の処理を実施して本ルーチンを終了する。

図８は、ピニオン１６の回転開始から同期状態でピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせが実施されるまでのピニオン１６の動作について説明するためのタイムチャートである。図８では、始動時回転速度ＮＥＳＴＡが回転開始上限値ＮＥ３よりも大きい場合を想定している。また、図中、一点鎖線はエンジン回転速度ＮＥの推移を示し、実線はピニオン回転速度ＮＥｐの推移を示す。なお、図８では、リングギヤ２２の外周縁に設けられた歯の速度およびピニオン１６の外周縁に設けられた歯の速度を、リングギヤ２２の回転速度およびピニオン１６の回転速度として示している。

図８において、エンジン自動停止中であって、エンジン回転速度ＮＥがゼロになる前のタイミングｔ１１でエンジン再始動要求があったとき、その要求時のエンジン回転速度である始動時回転速度ＮＥＳＴＡが回転開始上限値ＮＥ３の場合には、その再始動の要求タイミングｔ１１では直ちにモータ１１が駆動されず、要求タイミングｔ１１から回転ディレイ時間ＴＤが経過した後のタイミングｔｍ１でＳＬ１駆動リレー１３にオン信号が出力される。これにより、ピニオン１６の回転が開始されてピニオン回転速度ＮＥｐが上昇し、エンジン回転速度ＮＥとの差が次第に小さくなっていく。

そして、モータ１１の回転開始タイミングｔｍ１から、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づき設定された押出し待機時間ＴＳＬ２が経過すると、そのタイミングｔｐ１でＳＬ２駆動リレー１８がオン状態にされる。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る。また、ピニオン１６の押し出し開始から噛み合わせが開始されるまでの時間（押出し動作時間ＴＡ）が経過した後のタイミングｔ１２でピニオン１６がリングギヤ２２に噛み合わされる。

エンジン再始動要求時のエンジン回転速度（始動時回転速度ＮＥＳＴＡ）に基づいて、その再始動要求からピニオン１６の回転開始までの回転ディレイ時間ＴＤを設定し、その設定した回転ディレイ時間ＴＤに基づいてモータ１１の通電制御を実施する構成としたため、モータ１１の無駄な駆動による電力消費を抑制することができる。また、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに応じた適正なタイミング、具体的にはピニオン１６の回転速度が上昇変化する回転上昇期間のうち該回転速度の立ち上がりタイミングを含む前期でピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせを実施することができ、ひいては同期制御におけるロバスト性の最適化を図ることができる。

（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。

・始動時回転速度ＮＥＳＴＡと押出し待機時間ＴＳＬ２との関係に基づいて、今回の始動時回転速度ＮＥＳＴＡに対応する押出し待機時間ＴＳＬ２を設定し、その押出し待機時間ＴＳＬ２からピニオン１６の押出しタイミングｔｐを算出する構成としたが、始動時回転速度ＮＥＳＴＡと所要時間ＴＰとの関係に基づいて、今回の始動時回転速度ＮＥＳＴＡに対応する所要時間ＴＰを設定し、その所要時間ＴＰからピニオン１６の押出しタイミングｔｐを算出する構成としてもよい。このとき、所要時間ＴＰから押出し動作時間ＴＡを差し引いた時間が押出し待機時間ＴＳＬ２となるため、ピニオン１６の駆動開始した時点（ｔ１）からその押出し待機時間ＴＳＬ２だけ後の時点を押出しタイミングｔｐとする。

・所要時間ＴＰを、ピニオン１６の回転開始からピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせ開始までの時間としたが、これに代えて、ピニオン１６の回転開始からピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせ完了までの時間とする。

・始動時回転速度ＮＥＳＴＡと押出し待機時間ＴＳＬ２との関係を、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設定する。すなわち、エンジン再始動要求があった後のエンジン回転速度の落ち込み変化の度合い（傾き）はエンジン２０等の運転状態に応じて異なり、具体的には、例えばエンジン冷却水温が低温の場合には高温の場合に比べて、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、結果としてエンジン回転速度ＮＥの落ち込み変化度合いが大きくなることが考えられる。したがって、エンジン冷却水温が低いほど押出し待機時間ＴＳＬ２が短くなる（ピニオン１６の押出しタイミングｔｐが早くなる）ように押出し待機時間ＴＳＬ２を設定しておくとよい。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落ち込み度合いが大きくなることに鑑み、気筒の圧縮負荷が大きいほど、押出し待機時間ＴＳＬ２を短くするとよい。

さらに、エンジン再始動要求後のエンジン回転速度の落ち込み変化の度合いは、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ことが考えられる。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落ち込み変化の度合いが大きくなることが考えられる。したがって、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押出し待機時間ＴＳＬ２が短くなる（ピニオン１６の押出しタイミングｔｐが早くなる）ようにするとよい。その他、補機としては、例えばオルタネータ等が挙げられる。

・エンジン再始動要求があった後のピニオン回転速度ＮＥｐの上昇変化の度合い（傾き）がエンジン２０の運転状態に応じて異なることに鑑み、始動時回転速度ＮＥＳＴＡと押出し待機時間ＴＳＬ２とを関連付けたマップをエンジン２０の運転状態に応じて設定する構成とする。例えば、バッテリ１２の充電状態が低下している場合には、充電状態が良好である場合に比べてピニオン回転速度ＮＥｐの上昇が緩慢になり、ピニオン回転速度ＮＥｐがリングギヤ回転速度ＮＥｒに同期するまでの時間が長引くことが考えられる。したがって、バッテリ１２の充電状態が低下しているほど、押出し待機時間ＴＳＬ２を長く設定する（ピニオン１６の押出しタイミングｔｐを遅く設定する）のが望ましい。

あるいは、エンジン２０の低温時には高温時に比べて、スタータ１０内の各部材同士の接触部に塗布されたグリースの粘度が高くなることでピニオン回転速度ＮＥｐの上昇が緩慢になり、結果としてピニオン回転速度ＮＥｐがリングギヤ回転速度ＮＥｒに同期するまでの時間が長引くことが考えられる。また、スタータ１０の各リレーの温度が高くなることでピニオン回転速度ＮＥｐの上昇が緩慢になることも考えられる。したがって、エンジン冷却水温に応じて押出し待機時間ＴＳＬ２を予め設定しておくのが望ましい。

・始動時回転速度ＮＥＳＴＡと押出し待機時間ＴＳＬ２とを関連付けたマップを、スタータ１０のモータ１１の劣化度合いに応じて設定する構成とする。モータ１１の劣化が進行するほど、エンジン再始動要求後のピニオン回転速度ＮＥｐの上昇変化の度合いが小さくなり、リングギヤ回転速度ＮＥｒと同期するタイミングが遅れるからである。モータ１１の劣化度合いは、例えばモータ１１の使用開始からの経過期間により検出する。

・図４のマップに基づき算出した今回のエンジン再始動時における押出し待機時間ＴＳＬ２又はピニオン１６の押し出しタイミングｔｐ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補正する構成とする。上述したように、エンジン再始動要求後におけるエンジン回転速度ＮＥの落ち込み変化度合い又はピニオン回転速度ＮＥｐの上昇度合いはエンジン２０等の運転状態に応じて異なると考えられる。したがって、算出した押出し待機時間ＴＳＬ２又はピニオン１６の押し出しタイミングｔｐに、例えば補正係数を乗じることで、押出し待機時間ＴＳＬ２又はピニオン１６の押し出しタイミングｔｐをエンジン２０等の運転状態に応じて変更するとよい。

・ピニオン１６の押出し動作時間ＴＡを固定値として説明したが、エンジン２０の運転状態に応じて可変とする構成としてもよい。この場合、上記と同様に、バッテリ１２の充電状態が低下しているほど、又はエンジン冷却水温が低いほど、押出し待機時間ＴＳＬ２を長く設定しておくとよい。

・イグニッションスイッチ１９によりピニオン１６が回転駆動される場合と同一の回転速度で、エンジン２０の再始動時においてピニオン１６が回転駆動される構成としたが、イグニッションスイッチ１９によるピニオン１６の回転駆動時とエンジン再始動時におけるピニオン１６の回転駆動時とで回転速度を変更する構成としてもよい。

・上記実施形態では、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて、ピニオン１６の回転開始タイミングｔ１からピニオン１６の押出しが開始されるまでの時間（押出し待機時間ＴＳＬ２）を設定し、その設定した押出し待機時間ＴＳＬ２に基づいてピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合いを実施したが、これを変更し、始動時回転速度ＮＥＳＴＡに基づいて、再始動条件の成立に伴うピニオン１６の回転開始後において当該ピニオン１６の回転速度とリングギヤ２２の回転速度との回転差が所定範囲に入るまでの所要時間を設定し、その設定した所要時間に基づいてピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合いを実施する構成とする。この場合、始動時回転速度ＮＥＳＴＡと、ピニオン回転速度とリングギヤ回転速度との回転差が所定範囲に入るまでの所要時間との関係をマップ等として予めＥＣＵ３０のＲＯＭ等に記憶しておく。そして、そのマップから今回のエンジン再始動要求時における始動時回転速度ＮＥＳＴＡに対応する所要時間を読み出し、その読み出した所要時間に基づいてピニオン１６の押出しタイミングを制御する。このとき、ピニオン１６の回転開始から所要時間が経過したタイミングでピニオン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の押出しタイミングを制御する。

・上記第２の実施形態における図６のステップＳ３７において、スタータ１０の温度や、スタータ１０に電力供給するバッテリ１２の充電状態や温度などといったスタータ１０の運転条件に関するパラメータに応じて回転ディレイ時間ＴＤを可変に設定する。これらのパラメータに応じて、ピニオン１６の回転開始からの経過時間に対応するピニオン回転速度ＮＥｐが相違するからである。

具体的には、上記図５の関係を考慮し、バッテリ電圧ＶＢが大きいほど又はスタータ１０やバッテリ１２の温度が低いほど、回転ディレイ時間ＴＤを短くする。こうすることにより、外乱等の種々の要因が変化した場合であっても、ピニオン１６とリングギヤ２２との噛み合わせをそれらの同期状態で確実に実施することができる。また、このとき、エンジン２０の低温時には高温時に比べてスタータ１０内の各部材同士の接触部に塗布されたグリースの粘度が高くなることを考慮して、スタータ１０の温度に応じて回転ディレイ時間ＴＤを可変にしてもよい。なお、スタータ１０やバッテリ１２の温度は、センサ等により直接検出してもよいし、冷却水温センサ２４によって検出されるエンジン冷却水温に基づいて間接的に検出してもよい。

・始動時回転速度ＮＥＳＴＡと回転ディレイ時間ＴＤとの関係を、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設定する。具体的には、例えばエンジン冷却水温が低いほどエンジン回転速度ＮＥの落ち込み変化の度合いが大きくなることから、エンジン冷却水温が低いほど回転ディレイ時間ＴＤを短くする。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落ち込み変化の度合いが大きくなることから、気筒の圧縮負荷が大きいほど回転ディレイ時間ＴＤを短くする。あるいは、エンジン補機としての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回転ディレイ時間ＴＤを短くしてもよい。

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、１７…ワンウエイクラッチ（クラッチ装置）、１８…ＳＬ２駆動リレー、２０…エンジン、２１…クランク軸、２２…リングギヤ、３０…ＥＣＵ、ＳＬ１…モータスイッチ部、ＳＬ２…アクチュエータ。

Claims

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実施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、
前記再始動条件の成立に伴い前記ピニオンの回転を開始する回転制御手段と、
前記再始動条件の成立時のエンジン回転速度である始動時回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせタイミングでそれら両方の回転速度を同期させるべく、前記回転制御手段による前記ピニオンの回転開始から該ピニオンとリングギヤとの噛み合わせまでの所要時間を、前記回転速度検出手段により検出した始動時回転速度に基づいて設定する所要時間設定手段と、
前記所要時間設定手段により設定した所要時間に基づいて、前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせる噛み合わせ動作を制御する噛み合わせ制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
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実施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、
前記再始動条件の成立に伴い前記ピニオンの回転を開始する回転制御手段と、
前記再始動条件の成立時のエンジン回転速度である始動時回転速度を検出する回転速度検出手段と、
前記再始動条件の成立に伴う前記ピニオンの回転開始後において当該ピニオンの回転速度と前記リングギヤの回転速度との回転差が所定範囲に入るまでの所要時間を、前記回転速度検出手段により検出した始動時回転速度に基づいて設定する所要時間設定手段と、
前記所要時間設定手段により設定した所要時間に基づいて、前記ピニオンを前記リングギヤに噛み合わせる噛み合わせ動作を制御する噛み合わせ制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
前記噛み合わせ制御手段は、前記回転制御手段による前記ピニオンの回転開始後において、前記噛み合わせ動作を開始させるタイミングを、前記所要時間設定手段により設定した所要時間に基づいて制御する請求項１又は２に記載のエンジン停止始動制御装置。
前記回転制御手段は、前記エンジンのイグニッションスイッチにより前記ピニオンを回転駆動する場合と同一の回転速度で前記ピニオンを回転駆動する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。
前記噛み合わせ制御手段は、前記所要時間設定手段により設定される所要時間が、前記ピニオンの噛み合わせ動作の開始から該ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせまでに要する時間以上となる場合に、前記所要時間に基づいて前記噛み合わせ動作を制御する請求項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。
前記噛み合わせ制御手段は、前記所要時間設定手段により設定される所要時間が、前記ピニオンの噛み合わせ動作の開始から該ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせまでに要する時間よりも短い場合に、前記所要時間に基づく前記噛み合わせ動作を実施しない請求項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。
前記スタータには、前記エンジン回転速度が前記ピニオンの回転速度よりも高い場合に該ピニオンの回転力を前記スタータ側へ伝達するのを遮断するクラッチ装置が設けられ、
前記所要時間設定手段は、所要時間に基づいて前記噛み合わせ動作が開始された場合に、前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせが、前記エンジン回転速度が前記ピニオンの回転速度よりも高くかつ前記エンジン回転速度と前記ピニオンの回転速度の差分が所定値以下で実施されるように前記所要時間を設定する請求項１乃至６のいずれか一項に記載のエンジン停止始動制御装置。
前記所要時間設定手段は、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応じて前記所要時間を設定する請求項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。
前記再始動条件の成立から前記ピニオンの回転開始までの待機時間を、前記回転速度検出手段により検出した始動時回転速度に基づいて設定する待機時間設定手段を備え、
前記回転制御手段は、前記待機時間設定手段により設定した待機時間に基づいて、前記再始動条件の成立後に前記ピニオンの回転を開始する請求項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。
前記ピニオンと前記リングギヤとの噛み合わせが、前記ピニオンの回転速度が上昇変化する回転上昇期間のうち該回転速度の立ち上がりタイミングを含む前期に実施されるよう前記始動時回転速度に対して前記待機時間が設定されている請求項９に記載のエンジン停止始動制御装置。
前記待機時間設定手段は、前記スタータの運転条件に関するパラメータに基づいて前記待機時間を設定する請求項９又は１０に記載のエンジン停止始動制御装置。