(57)【要約】【課題】適正なるエンジン始動を実現することができるエンジン始動装置を提供する。【解決手段】本制御システムは、走行駆動源としてのエンジン１０と、通電に伴いピニオンギア５１をエンジン１０のリングギア１７に噛み合わせるとともに回転軸を回転させるギア駆動式のスタータ５０とを備える。ＥＣＵ３０は、通電に伴うスタータ５０の駆動開始後において、通電終了によりスタータ５０の駆動を停止させる通電制御部と、通電制御部によるスタータ５０への通電終了後に初爆が生じるようにエンジン１０の燃焼制御を開始する燃焼制御部と、を備える。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
通電に伴いピニオンギア（５１）をエンジン（１０）のリングギア（１７）に噛み合わせるとともに回転軸を回転させるギア駆動式のスタータ（５０）を備える車両に適用され、
前記通電に伴う前記スタータの駆動開始後において、通電終了により前記スタータの駆動を停止させる通電制御部と、
前記通電制御部による前記スタータへの通電終了後に初爆が生じるように前記エンジンの燃焼制御を開始する燃焼制御部と、
を備えるエンジン始動装置（３０）。
【請求項２】
前記スタータによるクランキング回転の付与時に、前記エンジンで初爆が生じる圧縮上死点を決定する決定部を備え、
前記通電制御部は、前記初爆が生じる圧縮上死点が決定された場合に、その圧縮上死点に達する前に前記スタータの通電を終了させる請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記通電制御部は、前記初爆が生じる圧縮上死点が決定された場合に、その圧縮上死点の１つ前の圧縮上死点又はその付近で、前記スタータの通電を終了させる請求項２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記決定部は、前記エンジンの気筒（１１）内への充填空気量が所定量以上になっていることに基づいて、前記エンジンで初爆が生じる圧縮上死点を決定するものであり、
前記燃焼制御部は、前記初爆が生じる圧縮上死点が決定された場合に、その圧縮上死点の前に燃料噴射弁（１２）による燃料噴射を含む前記燃焼制御を開始させる請求項２又は３に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、前記エンジンの気筒内に燃料を直接噴射するものであり、
前記燃焼制御部は、前記スタータの通電終了後に前記燃料噴射弁による燃料噴射を開始させる請求項４に記載のエンジン始動装置。
【請求項６】
前記通電制御部は、前記決定部により決定された初爆が生じる圧縮上死点の１つ前の圧縮上死点の直前に前記スタータの通電を終了させる請求項２乃至５のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【請求項７】
前記スタータによるクランキング回転の付与時において、前記エンジンの吸入空気量を増加させる制御を実施する空気量制御部を備える請求項１乃至６のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン始動装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの始動方法として、ギア駆動式のスタータとＩＳＧ（Integrated Starter Generator）等の回転電機を併用した方法が提案されている。この始動方法は、大きなトルクが必要となるエンジン回転初期の段階ではスタータを駆動させ、その後ＩＳＧを駆動させるという方法であり、これによりＩＳＧのみでエンジンを始動させる場合に比べて、ＩＳＧの小型化や低コスト化が図られている。
【０００３】
このようなスタータとＩＳＧを併用した始動方法として、特許文献１に記載のエンジン始動装置がある。特許文献１に記載の始動装置では、エンジンの初爆まではスタータ（始動モータ）でクランキングを行い、その後、エンジンの完爆まではＩＳＧ（電動モータ）によりクランキングを行っている。こうすることで、消費電力を抑制しつつ、エンジンの始動性の向上を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４４２１５６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、スタータが駆動中に初爆が生じると、エンジンの急激な回転上昇に伴って、スタータ側のピニオンギアとエンジン側のリングギアとの噛み合いにより大きな音（ギア音）が発生する。具体的には、初爆によって、リングギアの回転速度がピニオンギアの回転速度よりも一時的に大きくなり、ピニオンギアがリングギアに衝突されることで大きなギア音が生じることとなる。今回本発明者らは、この初爆に伴って発生するギア音に着目した。
【０００６】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、適正なるエンジン始動を実現することができるエンジン始動装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明のエンジン始動装置（３０）では、通電に伴いピニオンギア（５１）をエンジン（１０）のリングギア（１７）に噛み合わせるとともに回転軸を回転させるギア駆動式のスタータ（５０）を備える車両に適用され、前記通電に伴う前記スタータの駆動開始後において、通電終了により前記スタータの駆動を停止させる通電制御部と、前記通電制御部による前記スタータへの通電終了後に初爆が生じるように前記エンジンの燃焼制御を開始する燃焼制御部と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
エンジン始動時には、スタータへの通電に伴い、ピニオンギアの噛み合いとスタータ回転軸の回転とが行われる。また、スタータへの通電の終了に伴いピニオンギアの噛み合いが解除されるとともにスタータ回転軸の回転が停止される。ここで、エンジンでは、例えば、圧縮上死点の直前に圧縮反力が生じることに伴いピニオンギアとリングギア間のギア面圧が高まることで、ギア音が発生する。また、圧縮上死点の直後では圧縮反力の解消に伴いリングギアの回転速度がピニオンギアの回転速度を上回ることで、ギア同士の衝突音や引っ掻き音等が発生する。このようなギア音は、特に初爆が生じた場合に大きくなる傾向にあると考えられる。
【０００９】
この点、上記構成では、通電に伴うスタータの駆動開始後において、通電終了によりスタータの駆動を停止させるとともに、スタータへの通電終了後に初爆が生じるようにエンジンの燃焼制御を開始するため、エンジン始動時においてスタータの駆動と燃焼制御とが同時に実施されなくなる。この場合、初爆の前にスタータへの通電が終了されることで、初爆の前にピニオンギアの噛み合いの解除が可能となる。すなわち、初爆発生時におけるギア同士の衝突の前に、ピニオンギアがリングギアから離脱することが可能となる。また、初爆前における圧縮反力が生じる領域でのギア音の発生も抑制しうる。これにより、初爆に伴うギア音の発生を抑制することができ、適正なるエンジン始動を実現することができる。
【００１０】
第２の発明では、前記スタータによるクランキング回転の付与時に、前記エンジンで初爆が生じる圧縮上死点を決定する決定部を備え、前記通電制御部は、前記初爆が生じる圧縮上死点が決定された場合に、その圧縮上死点に達する前に前記スタータの通電を終了させることを特徴とする。
【００１１】
上記構成によれば、特定の圧縮上死点で初爆が生じるとの判定の下でスタータ通電が終了されるため、スタータ通電を終了しても、初爆の発生に必要なエンジン回転速度を維持しつつ、適正に初爆を生じさせることができる。その結果、エンジン始動性を確保することができる。
【００１２】
第３の発明では、前記通電制御部は、前記初爆が生じる圧縮上死点が決定された場合に、その圧縮上死点の１つ前の圧縮上死点又はその付近で、前記スタータの通電を終了させることを特徴とする。
【００１３】
ここで、ピニオンギアのリングギアからの離脱は、ピニオンギアとリングギア間のギア面圧が小さくなる領域で生じやすい。この点、初爆が生じる圧縮上死点の１つ前の圧縮上死点又はその付近で、スタータの通電を終了させるようにしたため、初爆が生じる圧縮上死点の直前、すなわち圧縮反力が大きくなる前にスタータの通電がオフされる。つまり、ピニオンギアとリングギア間のギア面圧が小さい状況下でスタータの通電がオフされるため、ピニオンギアの離脱が可能となる。これにより、ギア音の発生を抑制することができる。
【００１４】
第４の発明では、前記決定部は、前記エンジンの気筒（１１）内への充填空気量が所定量以上になっていることに基づいて、前記エンジンで初爆が生じる圧縮上死点を決定するものであり、前記燃焼制御部は、前記初爆が生じる圧縮上死点が決定された場合に、その圧縮上死点の前に燃料噴射弁（１２）による燃料噴射を含む前記燃焼制御を開始させることを特徴とする。
【００１５】
初爆を生じさせる前提条件として、筒内への充填空気量を十分量で確保する必要があり、その充填空気量が確保された状態下で、燃料噴射を含む燃焼制御を開始することにより、意図する圧縮上死点で初爆を生じさせることが可能となる。これにより、意図する圧縮上死点、すなわち初爆が生じる圧縮上死点に合わせて、その圧縮上死点に達する前に適正にスタータの通電を終了させることができる。
【００１６】
第５の発明では、前記燃料噴射弁は、前記エンジンの気筒内に燃料を直接噴射するものであり、前記燃焼制御部は、前記スタータの通電終了後に前記燃料噴射弁による燃料噴射を開始させることを特徴とする。
【００１７】
燃料噴射弁として気筒内に燃料を直接噴射するものとし、スタータの通電終了後に燃料噴射を開始するようにしたため、意図する圧縮上死点の直前の圧縮行程において燃料噴射を開始することで、初爆の発生する圧縮上死点の制御が好適に行える。
【００１８】
第６の発明では、前記通電制御部は、前記決定部により決定された初爆が生じる圧縮上死点の１つ前の圧縮上死点の直前に前記スタータの通電を終了させることを特徴とする。
【００１９】
スタータの通電終了後に初爆を生じさせるためには、圧縮反力よりもエンジンの慣性回転を大きくする必要がある。この点、初爆が生じる圧縮上死点の１つ前の圧縮上死点の直前に通電を終了させる。この場合、圧縮上死点の直前までスタータを通電させることで、次の圧縮上死点を迎えるための回転トルクを付与することができる。これにより、スタータの通電終了後においても次の圧縮上死点を通過できるだけのエンジンの慣性回転を与えることができ、エンジン回転速度の低下を抑制した状態で初爆を確実に発生させることができる。
【００２０】
第７の発明では、前記スタータによるクランキング回転の付与時において、前記エンジンの吸入空気量を増加させる制御を実施する空気量制御部を備えることを特徴とする。
【００２１】
スタータの通電終了後に初爆を生じさせるためには、エンジン回転速度の低下を抑制する必要がある。この点、スタータのクランキング回転中にエンジンの吸入空気量を増加させるようにしたため、充填空気量が増加し、その結果圧縮反力が増加する。この場合、圧縮反力を大きくすることで膨張行程でエンジン回転速度を大きくすることができる。これにより、スタータの通電終了後においてもエンジン回転速度の低下を抑制することができ、初爆を確実に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】エンジン制御システムの概略構成を示す図。
【図２】ピニオンギアとリングギアとの噛み合いを説明するための図。
【図３】ＥＣＵが実施する一連の処理を示すフローチャート。
【図４】制御部が実施する駆動制御の処理を示すフローチャート。
【図５】エンジン始動時の制御をより具体的に示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、各実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付しており、同一符号の部分についてはその説明を援用する。
【００２４】
本実施形態に係る制御システムは、走行駆動源としてのエンジン１０を備える車両に搭載されるものである。図１において、エンジン１０は、ガソリンや軽油等の燃料の燃焼により駆動される多気筒エンジンであり、周知のとおり点火装置等を備えている。なお、本実施形態では、筒内噴射式（直噴式）のエンジン１０を用いており、エンジン１０の気筒１１には、それぞれ筒内に燃料を直接噴射する電磁式の燃料噴射弁１２が取り付けられている。
【００２５】
気筒１１には、吸気管１３から空気が供給され、吸気管１３には吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、吸入空気量を調整するスロットルバルブ１５が設けられている。
【００２６】
また、エンジン１０には、ギア駆動式の第１始動機であるスタータ５０が設けられている。スタータ５０は、ピニオン押出し式のものであり、ピニオンギア５１、ピニオンギア５１を回転させるモータ５２、プランジャ５３、通電に伴いプランジャ５３を軸線方向に移動させるコイル５４、及びリターンスプリング５５を備えている。
【００２７】
ピニオンギア５１は、スタータ５０の回転軸に設けられており、エンジン回転軸１６に設けられたリングギア１７に対して結合可能となっている。プランジャ５３はピニオンギア５１の噛み合わせ駆動部として機能する。エンジン１０の始動時には、通電によりピニオンギア５１が軸方向へと移動してリングギア１７と噛み合わされ、スタータ５０の動力をエンジン回転軸１６へと伝達する。
【００２８】
スタータ５０にはバッテリ３１が接続されている。具体的には、コイル５４とバッテリ３１とはリレー３２を介して接続されており、モータ５２とバッテリ３１とは接点５６を介して接続されている。リレー３２が接続状態となることで、バッテリ３１からコイル５４に電力が供給され、すなわち通電され、ピニオンギア５１がリングギア１７との噛み合い位置に押し出される。そして、ピニオンギア５１の押し出しに際して、プランジャ５３によって接点５６間が接続状態とされることにより、モータ５２が回転する。これにより、ピニオンギア５１によってリングギア１７が回転され、エンジン１０に初期回転が付与される（クランキングが行われる）。
【００２９】
また、リレー３２が遮断状態となることでバッテリ３１からコイル５４への電力供給が停止されると、それに伴いスタータ５０の通電が終了される。この場合、コイル５４への電力供給の停止に伴い、リターンスプリング５５の付勢力によってピニオンギア５１が作動前の元の位置に戻り、ピニオンギア５１とリングギア１７との噛み合いが解除される。また、プランジャ５３によって接点５６間が遮断状態となり、モータ５２の回転が停止される。
【００３０】
エンジン回転軸１６には、プーリ及びベルトを含んで構成される動力伝達部１８を介して、ベルト駆動式の第２始動機であるオルタネータ２０が動力を伝達可能に接続されている。オルタネータ２０は、動力伝達部１８によりエンジン回転軸１６に対して常時、駆動連結されている。オルタネータ２０は、エンジン回転軸１６へ駆動力を供給する際には電動機として機能し、エンジン１０の駆動力を電力に変換する際には発電機として機能する。
【００３１】
なお、スタータ５０は、通電のオンオフに応じて回転する始動機であるのに対し、オルタネータ２０は、回転速度制御を可能として力行駆動される始動機である。また、スタータ５０は、比較的大きなトルクを発生することができる低回転型の始動機であるのに対し、オルタネータ２０は、高回転型の始動機である。
【００３２】
オルタネータ２０は、回転電機部２１と、制御部２２と、回転電機部２１に流れる電流を検出する回転検出部２３と、回転電機部２１へと電力を供給する回転駆動部２４とを備えている。回転電機部２１は、三相交流回転電機として構成され、ロータに巻かれたロータコイルと、ステータに巻かれたステータコイルとを備える公知の構成を有している。回転駆動部２４は、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴを複数備える周知のインバータ回路であり、バッテリ３１から供給される直流電力を交流電力へ変換して回転電機部２１へ供給する機能と、回転電機部２１から供給される交流電力を直流電力へと変換してバッテリ３１へと供給する機能とを有する。バッテリ３１は、電源装置に相当し、スタータ５０及びオルタネータ２０の双方に電力を供給する。
【００３３】
制御部２２は、オルタネータ２０の回転速度制御を実施するものであり、オルタネータ２０を電動機として機能させる場合には、回転駆動部２４を駆動してバッテリ３１から供給される直流電力を三相の電力へと変換し、三相の電力をステータコイルへと供給する。このとき、制御部２２は、回転検出部２３により検出された電流値を用いて、回転電機部２１の回転速度が目標の回転速度となるように回転駆動部２４を制御する。
【００３４】
また、オルタネータ２０を発電機として機能させる場合には、ステータコイルに交流の誘導起電力が生ずる。この交流の誘導起電力の周波数は、回転電機部２１の回転速度に依存している。したがって、回転検出部２３にて誘導起電力を検出することにより、回転電機部２１の回転情報を取得することができる。
【００３５】
つまり、本実施形態では、オルタネータ２０として回転センサを具備していない、いわゆるセンサレス構造のものを使用することとしている。回転検出部２３は、回転電機部２１のロータが回転することでロータコイル又はステータコイルに発生する誘起電圧又は誘起電流を検出する。制御部２２は、回転検出部２３で検出された誘起電圧又は誘起電流に基づいて、回転電機部２１が回転状態にあることを認識したり、回転電機部２１において励磁すべき位相を認識したりする。そして、制御部２２は、自ら認識した位相に基づいて、回転電機部２１の力行駆動等を実施する。
【００３６】
なお、回転電機部２１の回転速度を取得することができれば、その回転速度と、動力伝達部１８の減速比とを用いることにより、エンジン回転軸１６の回転速度であるエンジン回転速度ＮＥを求めることが可能である。エンジン回転軸１６には、図示しないクラッチや変速機等を介して駆動輪が接続されている。この構成については、公知のものであるため、具体的な説明を省略する。
【００３７】
本システムでは、主にエンジン制御を実施するＥＣＵ３０を備えている。ＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータ等を備えてなる周知の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、エンジン１０の各種制御を実施する。ＥＣＵ３０は、制御部２２と相互に通信可能に接続されている。ＥＣＵ３０は、バッテリ３１と電気的に接続され、バッテリ３１から供給される電力により動作する。
【００３８】
センサ類としては、アクセル操作部材としてのアクセルペダル４１の踏み込み操作量を検出するアクセルセンサ４２、ブレーキペダル４３の踏み込み操作量を検出するブレーキセンサ４４、所定の回転角度ごとにエンジン回転軸１６の回転速度を検出する回転速度センサ４５、車速を検出する車速センサ４６、上述のエアフローメータ１４等が設けられている。これらのセンサからの検出信号はＥＣＵ３０に逐次入力される。なお、本システムにはこれらのセンサ以外のセンサも設けられているが、図示は省略している。
【００３９】
ＥＣＵ３０は、各センサの検出結果等に基づいて、燃料噴射弁１２による燃料噴射量制御や点火装置による点火制御などのエンジン制御を実施する。また、スタータ５０の通電をオンオフ制御する。すなわち、リレー３２の接続及び遮断の状態を制御する。ＥＣＵ３０は、アイドリングストップ制御を実施する。ＥＣＵ３０は、アイドリングストップ制御として、周知のとおり所定の自動停止条件の成立によりエンジン１０を自動停止させ、かつその自動停止状態下で所定の再始動条件の成立によりエンジン１０を自動再始動させる。自動停止・再始動の条件には、車速、アクセル操作、ブレーキ操作等が含まれる。
【００４０】
本実施形態では、エンジン１０の初回始動時や自動再始動時において、スタータ５０とオルタネータ２０との併用によるエンジン始動を実施することとしており、特にエンジン始動初期（すなわち、エンジン回転軸１６の回転初期）においてはスタータ５０の駆動によりクランキングを行い、その後、オルタネータ２０の駆動を開始させることとしている。
【００４１】
ところで、エンジン始動時には、その始動開始当初においてスタータ５０によってクランキング回転が付与されることになる。このクランキング回転時のピニオンギア５１とリングギア１７の噛合いについて図２を用いて説明する。なお、図２では、４気筒エンジンを例にして、クランキング回転中に初爆が生じる場合の制御について示している。
【００４２】
まず、スタータ５０の通電に伴って、ピニオンギア５１がリングギア１７に噛み合うとともに、スタータ５０の回転軸が回転することで、クランキングが開始される。このとき、リングギア１７がピニオンギア５１の駆動歯面側で押されることで、リングギア１７が回転する。クランキングの開始に伴い、スタータ５０のピニオン回転速度ＮＰと共にエンジン回転速度ＮＥが上昇する。その後、圧縮上死点に近づくにつれて圧縮反力の影響により、エンジン回転速度ＮＥが減速され、ピニオンギア５１とリングギア１７間のギア面圧が大きくなることに伴ってギア音が発生する。
【００４３】
そして、圧縮上死点を通過すると、燃焼室の容積拡張に伴いエンジン回転速度ＮＥが増加する。このとき、圧縮上死点通過後には、一時的にピニオン回転速度ＮＰよりもエンジン回転速度ＮＥが大きくなる。つまり、ピニオンギア５１の回転速度よりもリングギア１７の回転速度の方が大きくなる。この圧縮行程から膨張行程に移行する際には、ギア間のギア面圧が減少し、圧縮上死点以前に当たっていたピニオンギア５１の駆動歯面とリングギア１７が一時的に離れる。そして、ピニオンギア５１が駆動歯面の逆歯面側でリングギア１７に衝突されることで、衝突音や引っ掻き音等のギア音が発生する。
【００４４】
その後、再び圧縮行程に移行することでエンジン回転速度ＮＥが減速すると、ピニオンギア５１の駆動歯面がリングギア１７に再び当たる。このとき、ピニオンギア５１の駆動歯面とリングギア１７とが衝突することで、ギア音が発生する。このように、ピニオンギア５１とリングギア１７との衝突によってギア音が発生する。
【００４５】
一方、クランキング回転中に初爆が発生すると、燃焼トルクによってエンジン回転速度ＮＥ（すなわちリングギア１７の回転速度）が急激に上昇する。かかる場合にも、ピニオンギア５１に対してリングギア１７が衝突することにより、ギア音が発生する。特に初爆の発生時には、リングギア１７とピニオンギア５１の衝突エネルギが大きくなるため、より大きなギア音が発生することになる。
【００４６】
そこで、本実施形態では、通電に伴うスタータ５０の駆動開始後において、通電終了によりスタータ５０の駆動を停止させるとともに、スタータ５０への通電終了後に初爆が生じるようにエンジン１０の燃焼制御を開始するようにしている。この場合、エンジン始動時においてスタータ５０の駆動と燃焼制御とが同時に実施されなくなる。その結果、初爆前における圧縮反力が生じる領域でのギア音の発生が抑制され、かつ、初爆に起因して生じる衝突音や引っ掻き音等のギア音の発生が抑制される。ここで、スタータ５０の通電終了に関してより具体的には、スタータ５０によるクランキング回転の付与時に、初爆が生じる圧縮上死点である初爆上死点ＴＤＣＸを決定するとともに、その初爆上死点ＴＤＣＸに達する前にスタータ５０の通電を終了させることとしている。
【００４７】
また、本実施形態では、意図した圧縮上死点で初爆が生じるようにしている。具体的には、筒内への充填空気量が十分に確保された状態下で、燃料噴射を含む燃焼制御を開始する。これにより、初爆上死点ＴＤＣＸを基準とする所望のタイミングで、スタータ５０の通電を終了させることが可能となっている。本実施形態では、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹを特定するとともに、そのＴＤＣＹの直前でスタータ５０の通電を終了させることとしている。
【００４８】
図３を参照して、本実施形態に係るＥＣＵ３０が実施する一連の処理について説明する。図３に示すフローチャートに係る処理は、所定の制御周期ごとに繰り返し実施される。
【００４９】
まずステップＳ１０１では、エンジン１０の始動完了前の状態にあるか否かを判定する。例えば、アイドリングストップ制御により自動停止され、かつ再始動の完了前の状態下ではステップＳ１０１が肯定される。始動完了後の状態にあればそのまま本処理を終了し、始動完了前の状態にあれば後続のステップＳ１０２に進む。ステップＳ１０２では、エンジン回転速度ＮＥが所定の閾値ＴＨ１未満であるか否かを判定する。閾値ＴＨ１は、オルタネータ２０の力行駆動を停止させることを判定するための判定値であり、例えばＴＨ１＝５００ｒｐｍである。ステップＳ１０２を肯定した場合、ステップＳ１０３に進み、ステップＳ１０２を否定した場合、ステップＳ１１４に進む。
【００５０】
ステップＳ１０３では、今回のエンジン始動に際し、スタータ５０への通電がオン状態からオフされた後であるか否かを判定する。このとき、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前でスタータ５０の通電を終了させる構成からすると、その圧縮上死点ＴＤＣＹを通過した後においてステップＳ１０３が肯定される。ステップＳ１０３を肯定した場合、ステップＳ１１２に進み、ステップＳ１０３を否定した場合、ステップＳ１０４に進む。
【００５１】
ステップＳ１０４では、スタータ５０への通電がオンされる前であるか否かを判定する。具体的には、リレー３２が遮断状態のままであるか否かを判定する。ステップＳ１０４を肯定した場合、すなわちスタータ５０への通電がオンされる前である場合、ステップＳ１０５に進み、エンジン１０の始動要求が行われたか否かを判定する。このとき、エンジン自動停止後において再始動の要求が生じると、ステップＳ１０５を肯定してステップＳ１０６に進む。なお、エンジン自動停止後において再始動の要求が生じるまでは、ステップＳ１０５が否定され、そのまま本処理を終了する。
【００５２】
ステップＳ１０６では、スタータ５０の通電をオンにする。つまりリレー３２を接続状態にする。ステップＳ１０７では、オルタネータ駆動スタンバイ指令を制御部２２に送信する。ステップＳ１０８では、スロットルバルブ１５のスロットル開度を大きくし、本処理を終了する。なお、ステップＳ１０８が、「空気量制御部」に相当する。
【００５３】
スタータ５０の通電が開始された後は、ステップＳ１０４を否定してステップＳ１０９に進む。ステップＳ１０９では、気筒１１に対する充填空気量が所定の閾値ＴＨ３以上となる状況下であるか否かを判定する。このステップＳ１０９は、現時点で燃料噴射を伴う燃焼制御を開始した場合に、その燃焼制御の対象となる気筒で初爆が生じるか否かを判定するものであり、次に圧縮行程が到来する気筒が初爆気筒であって、その初爆気筒の圧縮上死点が初爆上死点ＴＤＣＸであるか否かを判定する処理である。言うなれば、ステップＳ１０９は、スタータ駆動時に初爆が生じる圧縮上死点（初爆上死点ＴＤＣＸ）を決定する処理（決定部）に相当する。なお、充填空気量は、周知の方法で算出され、例えばエアフローメータ１４により検出される吸入空気量とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて算出される。閾値ＴＨ３は、初爆の発生に必要な空気量であることを判定するための判定値である。ステップＳ１０９を肯定した場合、すなわち初爆上死点ＴＤＣＸが決定された場合、ステップＳ１１０に進む。
【００５４】
ステップＳ１１０では、エンジン１０の回転角度位置が圧縮上死点の直前位置であるか否かを判定する。このとき、気筒１１への充填空気量が十分である状況下（ステップＳ１０９が肯定される状況下）では燃焼制御の開始が可能であり、ステップＳ１１０では、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前になっているか否かが判定される。なお、圧縮上死点ＴＤＣＹに対する所定位置（例えばＢＴＤＣ４５〜５°ＣＡ）を「直前位置」としている。ステップＳ１１０を肯定した場合、ステップＳ１１１へ進む。ステップＳ１１１では、スタータ５０の通電をオフにする。つまりリレー３２を遮断状態とする。この処理に伴い、リターンスプリング５５の付勢力によりピニオンギア５１とリングギア１７との噛み合いが解除される。
【００５５】
一方、ステップＳ１０９，Ｓ１１０を否定した場合には、そのまま本処理を終了する。すなわち、スタータ５０の通電状態が継続される。なお、ステップＳ１０９が、「決定部」に相当し、ステップＳ１１０及びＳ１１１が、「通電制御部」に相当する。
【００５６】
また、スタータ５０の通電がオフされた後において、ステップＳ１０３が肯定されると、ステップＳ１１２に進む。ステップＳ１１２では、現時点以降において燃料噴射弁１２による燃料噴射を開始する旨を決定する。この燃料噴射の開始決定により、次に到来する圧縮上死点、すなわち初爆上死点ＴＤＣＸで初爆を生じさせるべく燃料噴射が実施される。なお本実施形態では、直噴式のエンジン１０を用いており、例えば初爆上死点ＴＤＣＸの直前の圧縮行程において燃料噴射が実施される。なお、ステップＳ１１２が、「燃焼制御部」に相当する。
【００５７】
そして、ステップＳ１１３では、オルタネータ駆動指令を制御部２２に送信する。オルタネータ駆動指令の送信に伴って、オルタネータ２０の駆動制御が実行されると、オルタネータ２０の力行駆動によりエンジン回転速度ＮＥが上昇する。そして、ステップＳ１０２が肯定されると、ステップＳ１１４に進む。ステップＳ１１４では、オルタネータ２０の力行駆動を停止させるべくオルタネータ駆動指令をオフする旨の信号を送信し、その後、本処理を終了する。これにより、エンジン１０の始動が完了する。
【００５８】
続いて、図４を参照して、制御部２２が実施する駆動制御について説明する。図４に示すフローチャートに係る処理は、所定の制御周期ごとに繰り返し実施される。この制御周期は、ＥＣＵ３０の制御周期と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【００５９】
まず、ステップＳ２０１では、オルタネータ２０が駆動状態であるか否かを判定する。ステップＳ２０１を肯定した場合、ステップＳ２０６に進み、ステップＳ２０１を否定した場合、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２では、ＥＣＵ３０からオルタネータ駆動スタンバイ指令を受信した後であるか否かを判定する。ステップＳ２０２を肯定した場合、ステップＳ２０３に進み、ステップＳ２０２を否定した場合、そのまま本処理を終了する。ステップＳ２０３では、オルタネータ２０の駆動のための準備を開始する。具体的には、回転検出部２３にて誘導起電力を検出することにより、回転電機部２１の回転情報を取得する。
【００６０】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ３０からオルタネータ駆動指令を受信した後であるか否か、すなわちオルタネータ２０の力行駆動が許可されているか否かを判定する。ステップＳ２０４を否定した場合、すなわち駆動許可がなされていない場合、オルタネータ２０の力行駆動を行わず、そのまま本処理を終了する。ステップＳ２０４を肯定した場合、すなわち駆動許可がなされている場合、ステップＳ２０５に進み、駆動制御を実行する。
【００６１】
オルタネータ２０の駆動制御が実行されると、ステップＳ２０１が肯定されて、ステップＳ２０６に進む。ステップＳ２０６では、ＥＣＵ３０からオルタネータ駆動指令オフの信号を受信したか否かを判定する。ステップＳ２０６を否定した場合はそのまま本処理を終了する。すなわちオルタネータ２０の駆動を継続する。一方、ステップＳ２０６を肯定した場合はステップＳ２０７に進み、オルタネータ２０の駆動制御を停止する。これにより、エンジン１０の始動が完了する。
【００６２】
図５は、エンジン始動時の制御をより具体的に示すタイムチャートである。図５では、エンジン１０が自動停止され、その後に再始動される状況が示されている。
【００６３】
タイミングｔ１１以前はエンジン１０が停止状態にあり、タイミングｔ１１で、運転者の操作によりエンジン１０の始動要求が生じる。具体的には、運転者によりアクセル操作が行われたこと、又はブレーキ操作が解除されたことに基づいて、始動要求が生じる。なお、エンジン１０の初回始動時であれば、例えば運転者のキー操作に基づいて始動要求が生じる。
【００６４】
この始動要求に基づいて、ＥＣＵ３０によりスタータ５０への通電が開始されると、クランキングが開始される。またこのとき、スロットルバルブ１５の開度が通常の自動再始動時に比べて大きい開度となるように制御される。そして、クランキングの開始に伴って、スタータ５０のピニオン回転速度ＮＰと共にエンジン回転速度ＮＥが上昇する。
【００６５】
そして、エンジン回転速度ＮＥは、圧縮上死点に近づくにつれて圧縮反力の影響により減速され、圧縮上死点の通過後に燃焼室の容積拡張に伴って増加する。なお、圧縮上死点通過後には、一時的にピニオン回転速度ＮＰよりもエンジン回転速度ＮＥ（すなわち、リングギア１７の回転速度）が大きくなる。
【００６６】
スロットルバルブ１５の開度が大きい開度となるように制御された後において、時間経過に伴い吸入空気量が増加すると、気筒１１内への充填空気量も増加していく。そして、タイミングｔ１２では、気筒１１に対する充填空気量が十分量になっている、すなわち充填空気量が所定の閾値ＴＨ３以上になっている状況下で、エンジン１０の回転角度位置が圧縮上死点の直前位置になることに基づいて、スタータ５０の通電がオフされる。このとき、タイミングｔ１２では、現時点で燃料噴射を伴う燃焼制御を開始した場合に、その燃焼制御の対象となる気筒で初爆が生じるとみなされ、それに伴い、スタータ５０の通電がオフされる。実際には、初爆が生じる圧縮上死点（初爆上死点ＴＤＣＸ）の１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前でスタータ５０の通電がオフされる。これにより、リングギア１７とピニオンギア５１の噛み合いが解除される。ピニオン回転速度ＮＰは時間経過とともに低下していく。
【００６７】
ここで、初爆が発生する前にスタータ５０の通電がオフされると、初爆によるエンジン回転速度ＮＥの急上昇前にピニオンギア５１の噛み合いが解除される。すなわち、初爆に伴うピニオンギア５１とリングギア１７との衝突によるギア音の発生を抑制することができる。また、スタータ５０のクランキング時間を短くできるため、クランキング回転によるギア音の発生も低減できる。さらに、圧縮上死点では筒内圧力が最大となり、噛み合いトルクも最大となるが、圧縮上死点の前にスタータ５０の通電がオフされるため、ギア音の低減を図る上で一層効果的である。
【００６８】
タイミングｔ１２以降は、スタータ５０によるクランキング回転が付与されないが、慣性力によってエンジン回転軸１６は回転し、次の圧縮上死点、すなわち初爆上死点ＴＤＣＸを迎えることができる。ここで、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前までスタータ５０を駆動させることで、初爆上死点ＴＤＣＸを確実に迎えるための回転トルクを付与することができる。さらに、スロットルバルブ１５を大きくすることも回転トルクの付与に寄与する。つまりこれらの制御により、スタータ通電オフ後におけるエンジン回転速度の低下が抑制され、初爆上死点ＴＤＣＸを確実に迎えることができる。
【００６９】
そして、スタータ５０の通電がオフされた後に、燃料噴射弁１２による燃料噴射が開始される。図５では、初爆上死点ＴＤＣＸの直前の圧縮行程のタイミングｔ１３で、燃料噴射が行われる。またこのとき、ＥＣＵ３０は制御部２２にオルタネータ駆動指令を送信する。そして、初爆上死点ＴＤＣＸにて初爆が発生する。
【００７０】
その後、オルタネータ２０の力行駆動が開始し、そのオルタネータ２０の駆動トルクと燃焼による燃焼トルクとによりエンジン回転速度ＮＥが上昇する。これにより、エンジン回転速度ＮＥが上昇する際に、共振域をいち早く通過させることができる。
【００７１】
つまり、エンジン１０においては回転振動の共振域が存在し、一般にはアイドル回転速度よりも低回転側の領域、例えば３００〜４００ｒｐｍの回転域に共振域が存在している。また、スタータ５０によるクランキング回転速度は２００ｒｐｍ程度である。かかる場合、エンジン共振域に到達する以前に、オルタネータ２０の力行駆動を開始することで、回転上昇のための所望のトルクを得ることができる。
【００７２】
その後、タイミングｔ１４でエンジン回転速度ＮＥが閾値ＴＨ１に到達すると、ＥＣＵ３０から制御部２２に対してオルタネータ駆動指令をオフする旨の信号が送信され、制御部２２によりオルタネータ２０の力行駆動が停止される。
【００７３】
上記構成により、本実施形態に係る始動システムは、以下の効果を奏する。
【００７４】
エンジン始動時には、スタータ５０への通電に伴い、ピニオンギア５１の噛み合いとスタータ回転軸の回転とが行われる。ここで、エンジン１０では、例えば、圧縮上死点の直前に圧縮反力が生じることに伴いピニオンギア５１とリングギア１７間のギア面圧が高まることで、ギア音が発生する。また、圧縮上死点の直後では圧縮反力の解消に伴いリングギア１７の回転速度がピニオンギア５１の回転速度を上回ることで、ギア同士の衝突音や引っ掻き音等が発生する。このようなギア音は、特に初爆が生じた場合に大きくなる傾向にあると考えられる。この点、上記構成では、通電に伴うスタータ５０の駆動開始後において、通電終了によりスタータ５０の駆動を停止させるとともに、スタータ５０への通電終了後に初爆が生じるようにエンジン１０の燃焼制御を開始するため、エンジン始動時においてスタータ５０の駆動と燃焼制御とが同時に実施されなくなる。この場合、初爆の前にスタータ５０への通電が終了されることで、初爆の前にピニオンギア５１の噛み合いの解除が可能となる。すなわち、初爆発生時におけるギア同士の衝突の前に、ピニオンギア５１がリングギア１７から離脱することが可能となる。また、初爆前における圧縮反力が生じる領域でのギア音の発生も抑制しうる。これにより、初爆に伴うギア音の発生を抑制することができ、適正なるエンジン始動を実現することができる。
【００７５】
また、スタータ５０によるクランキング回転の付与時に、エンジン１０で初爆が生じる圧縮上死点（初爆上死点ＴＤＣＸ）を決定し、その圧縮上死点に達する前にスタータ５０の通電を終了させるようにした。この場合、特定の圧縮上死点で初爆が生じるとの判定の下でスタータ通電が終了されるため、スタータ通電を終了しても、初爆の発生に必要なエンジン回転速度を維持しつつ、適正に初爆を生じさせることができる。その結果、エンジン始動性を確保することができる。
【００７６】
ピニオンギア５１のリングギア１７からの離脱は、ピニオンギア５１とリングギア１７間のギア面圧が小さくなる領域で生じやすい。この点を考慮し、初爆が生じる圧縮上死点（初爆上死点ＴＤＣＸ）の１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前で、スタータ５０の通電を終了させるようにしたため、初爆上死点ＴＤＣＸの直前、すなわち圧縮反力が大きくなる前にスタータ５０の通電がオフされる。つまり、ピニオンギア５１とリングギア１７間のギア面圧が小さい状況下でスタータ５０の通電がオフされるため、ピニオンギア５１の離脱が可能となる。これにより、ギア音の発生を抑制することができる。
【００７７】
初爆を生じさせる前提条件として、筒内への充填空気量を十分量で確保する必要があり、その充填空気量が確保された状態下で、燃料噴射を含む燃焼制御を開始することにより、意図する圧縮上死点で初爆を生じさせることが可能となる。これにより、意図する圧縮上死点、すなわち初爆上死点ＴＤＣＸに合わせて、その圧縮上死点に達する前に適正にスタータ５０の通電を終了させることができる。
【００７８】
燃料噴射弁１２を気筒内に燃料を直接噴射するものとし、スタータ５０の通電終了後に燃料噴射を開始するようにした。この場合、意図する圧縮上死点の直前の圧縮行程において燃料噴射を開始することで、初爆上死点ＴＤＣＸの制御が好適に行える。
【００７９】
始動機としてスタータ５０に加えて、エンジン回転軸１６に対して常時連結されたオルタネータ２０を用いる始動方法が知られており、この場合、オルタネータ２０を駆動させることで、エンジン回転速度が大きくなる。この点を考慮し、エンジン共振域に到達する以前にオルタネータ２０を駆動させるようにした。これにより、エンジン始動時において、エンジン回転速度ＮＥが上昇する際に共振域をいち早く通過させることができる。また、スタータ５０の通電オフ後にオルタネータ２０を駆動させるようにしたため、消費電力の低減を図ることができる。
【００８０】
スタータ５０の通電終了後に初爆を生じさせるためには、圧縮反力よりもエンジン１０の慣性回転を大きくする必要がある。この点上記構成では、スタータ５０のクランキング回転中にエンジン１０の吸入空気量を増加させるようにした。その結果、充填空気量が増加し、圧縮反力が増加する。この場合、圧縮反力を大きくすることで膨張行程でエンジン回転速度を大きくすることができる。さらに、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前にスタータ５０の通電を終了させるようにした。この場合、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前までスタータ５０を回転させることで、初爆上死点ＴＤＣＸを確実に迎えるための回転トルクを付与することができる。これにより、スタータ５０の通電終了後においても次の圧縮上死点を通過できるだけのエンジン１０の慣性回転を与えることができ、エンジン回転速度の低下を抑制した状態で初爆を確実に発生させることができる。
【００８１】
＜変形例＞
・上記実施形態では、気筒１１に対する充填空気量が所定の閾値ＴＨ３以上となる状況下であることに基づいて、初爆が生じる圧縮上死点（初爆上死点ＴＤＣＸ）を決定する構成としたが、これに限られない。例えば、所定のクランク角度（例えばＢＴＤＣ４５°）におけるエンジン回転速度ＮＥに基づいて、初爆上死点ＴＤＣＸを決定する構成であってもよい。また、初爆の発生は温度等のエンジン条件にも依存するため、エンジン温度（筒内温度や冷却水温）に基づいて、充填空気量やエンジン回転速度ＮＥを判定する閾値を可変に設定する構成としてもよい。
【００８２】
・上記実施形態では、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直前を、スタータ５０の通電を終了するタイミングとしたが、これを変更してもよい。例えば、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹを、スタータ５０の通電を終了するタイミングとしてもよく、又は、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹの直後を、スタータ５０の通電を終了するタイミングとしてもよい。要するに、スタータ５０の通電を終了するタイミングは、初爆上死点ＴＤＣＸの前であって、スタータ通電を終了してもエンジン１０の惰性回転により初爆上死点ＴＤＣＸを迎えることが可能なタイミング、すなわち初爆上死点ＴＤＣＸでの初爆を生じさせることが可能なタイミングであるとよい。つまり、初爆上死点ＴＤＣＸよりも１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹ付近であるとよい。これらの構成によれば、初爆上死点ＴＤＣＸの直前、すなわち圧縮反力が大きくなる前にスタータ５０の通電がオフされることで、ピニオンギア５１の離脱が可能となる。これにより、圧縮反力の発生に伴うギア音の発生を抑制することができ、かつ、初爆の発生に伴う大きなギア音の発生を抑制することができる。
【００８３】
・スタータ５０の駆動時（クランキング時）において当初期間では気筒内への充填空気量を比較的小さくし、その後の期間において気筒内への充填空気量を増加させる構成としてもよい。この場合、クランキング初期においては、圧縮反力の増加を抑えることでギア音を抑制することができ、その後においては、燃料の着火性を向上させて所定の圧縮上死点で初爆を確実に発生させることができる。ＥＣＵ３０は、スタータ５０の通電開始後において所定時期まではスロットル開度を制限し、その後、初爆上死点ＴＤＣＸの１つ前の圧縮上死点ＴＤＣＹまでにスロットル開度を増加させる。
【００８４】
・充填空気量の制御としてスロットル開度制御以外を実施してもよい。例えば、吸気弁の開閉タイミング及び開度の少なくともいずれかを調整可能な可変動弁機構を用い、その可変動弁機構を制御対象として、気筒１１への充填空気量を制御する構成としてもよい。
【００８５】
・オルタネータ２０の駆動について、スタータ５０通電オフ後であってエンジン共振域に到達する以前に、オルタネータ２０を駆動させる構成としたが、これを変更し、スタータ５０の通電中にオルタネータ２０を駆動させる構成としてもよい。
【００８６】
また、オルタネータ２０は、ベルトを介してエンジン回転軸１６に駆動連結されていることから、スタータ５０の場合とは異なり、オルタネータ２０が駆動中に初爆が生じたとしても大きなギア音は発生しない。そのため、上記構成では、初爆の発生に関係なく、オルタネータ２０を駆動させる構成とした。この点、初爆の発生タイミングに対してオルタネータ２０の駆動開始時期を制御する構成としてもよい。例えば、初爆前にオルタネータ２０を駆動させる構成としてもよく、又は初爆後にオルタネータ２０を駆動させる構成としてもよい。
【００８７】
・上記実施形態では、エンジン１０として、直噴式のエンジン１０を用いる構成としたが、これを変更し、吸気管内に燃料噴射弁を備えた、いわゆるポート噴射式のエンジン１０を用いる構成であってもよい。
【００８８】
・上記実施形態では、第２始動機として、回転センサを具備していないオルタネータ２０を用いる構成としたが、これを変更し、回転センサを具備するオルタネータ２０を用いる構成であってもよい。
【符号の説明】
【００８９】
１０…エンジン、１１…気筒、１２…燃料噴射弁、１６…エンジン回転軸、１７…リングギア、２０…オルタネータ、３０…ＥＣＵ、５０…スタータ、５１…ピニオンギア。
【図１】
2018035725.tif 000003
【図２】
2018035725.tif 000004
【図３】
2018035725.tif 000005
【図４】
2018035725.tif 000006
【図５】
2018035725.tif 000007