(57)【要約】【課題】ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態にされるときのリングギアの回転速度とピニオンギアの回転速度との相対的な差をより小さくする。【解決手段】エンジン始動装置１０であって、ピニオンギア６２と、モータ３０と、ワンウェイクラッチ６０と、を備え、モータは、出力トルクを制御可能であり、第１時点においてワンウェイクラッチが伝達状態とされた後、第２時点においてワンウェイクラッチが遮断状態とされ、その後、第３時点においてワンウェイクラッチが再び伝達状態とされる際、リングギアの回転速度にピニオンギアとリングギアとのギア比を乗じた変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差である相対回転速度が所定値以下となり、且つ、リングギアの変換回転速度の時間変化量とピニオンギアの回転速度の時間変化量との差である相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるようにモータの出力トルクを制御する制御部４１を備える。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（１１０）の始動時に前記エンジンの出力軸（７０）に対して初期回転を与えるエンジン始動装置（１０）であって、
前記出力軸に設けられたリングギア（６８）に近づく側に移動することでそのリングギアに噛み合うピニオンギア（６２）と、
そのピニオンギアを回転させるモータ（３０）と、
前記リングギアの回転速度に前記ピニオンギアと前記リングギアとのギア比を乗じた変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が高い場合、前記モータから前記リングギアに対してトルクの伝達を行う伝達状態となるとともに、前記リングギアの前記変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が低い場合、前記リングギアから前記モータに対するトルクの伝達を遮断する遮断状態となるワンウェイクラッチ（６０）と、を備え、
前記モータは、出力トルクを制御可能であり、
所定の第１時点において前記ワンウェイクラッチが前記伝達状態とされた後、所定の第２時点において前記ワンウェイクラッチが前記遮断状態とされ、その後、所定の第３時点において前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされる際、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差である相対回転速度が所定値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差である前記相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する制御部（４１）を備えるエンジン始動装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第２時点から前記第３時点までの期間において、前記ピニオンギアの回転速度が、前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされる際に前記エンジンで燃焼可能な回転速度の最低値以上となるように前記モータの出力トルクを制御する請求項１に記載のエンジン始動装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第２時点から前記第３時点までの期間における前記リングギアの前記変換回転速度、及び、その変換回転速度の時間変化量を推定し、前記リングギアの前記変換回転速度、及び、前記変換回転速度の時間変化量の推定値に基づいて、前記モータの出力トルクを制御する請求項１又は２に記載のエンジン始動装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記エンジンの回転速度、及び、前記モータの回転速度に基づいて、前記第３時点を推定し、その推定された前記第３時点における前記相対回転速度が所定値以下となり、且つ、その推定された前記第３時点における前記相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する請求項１乃至３のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記第２時点以降に前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされたことを条件として、前記出力軸に初期回転を与えるように前記モータの出力トルクを制御する請求項１乃至４のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記第２時点以降の期間において、現在の前記モータの出力トルク、及び現在の前記モータの回転速度に基づいて、将来の前記モータの回転速度を推定し、その将来の前記モータの回転速度が、実際の前記モータの回転速度を下回った場合に、前記第３時点となったことを判定する請求項５に記載のエンジン始動装置。
【請求項７】
エンジン（１１０）の始動時に前記エンジンの出力軸（７０）に対して初期回転を与えるエンジン始動装置（１０）であって、
前記出力軸に設けられたリングギア（６８）に近づく側に移動することでそのリングギアに噛み合うピニオンギア（６２）と、
そのピニオンギアを回転させるモータ（３０）と、
前記リングギアの回転速度に前記ピニオンギアと前記リングギアとのギア比を乗じた変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が高い場合、前記モータから前記リングギアに対してトルクの伝達を行う伝達状態となるとともに、前記リングギアの前記変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が低い場合、前記リングギアから前記モータに対するトルクの伝達を遮断する遮断状態となるワンウェイクラッチ（６０）と、を備え、
前記モータは、出力トルクを制御可能であり、
所定の第１時点において前記ワンウェイクラッチが前記伝達状態とされた後、所定の第２時点において前記ワンウェイクラッチが前記遮断状態とされた場合、前記第１時点から前記第２時点の期間において、前記出力軸に初期回転を与えるように前記モータを制御するとともに、前記第２時点以降の期間において、所定回転速度で維持されるように前記モータの出力トルクを制御する制御部（４１）を備えるエンジン始動装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記第１時点から前記第２時点以前の所定時点において、前記出力軸の角度又は前記出力軸の回転速度に基づいて、前記出力軸に対して回転を付与しなくとも前記エンジンの始動を完了できると判断した場合に、その所定時点以降において、前記所定回転速度で維持されるように前記モータの出力トルクを制御する請求項７に記載のエンジン始動装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記第２時点の後、所定の第３時点において前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされた場合に、前記出力軸に初期回転を与えるように前記モータの出力トルクを制御する請求項７又は８に記載のエンジン始動装置。
【請求項１０】
前記制御部は、前記第２時点以降の期間において、前記エンジンが完爆状態となったか否かを判定し、前記エンジンが完爆状態となっていると判定された場合に、前記モータを前記所定回転速度で維持する制御を停止させる請求項７乃至９のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【請求項１１】
前記制御部は、前記第１時点から前記第２時点までの期間における前記モータの回転速度に基づいて、前記第２時点から前記第３時点までの期間における前記リングギアの回転速度を推定する請求項１乃至６、９のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【請求項１２】
前記制御部は、
前記第１時点から前記第２時点までの期間における前記モータの回転速度に基づいて、前記出力軸の回転抵抗、及び、前記出力軸のイナーシャを推定し、
前記出力軸の前記回転抵抗の推定値、及び、前記出力軸の前記イナーシャの推定値に基づいて、前記第２時点から前記第３時点までの期間における前記リングギアの回転速度を推定する請求項１１に記載のエンジン始動装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記モータの出力トルク、前記エンジンの前記出力軸の回転抵抗、並びに、前記エンジン始動装置及び前記エンジンの前記出力軸のイナーシャに基づいて、前記ワンウェイクラッチが前記伝達状態から前記遮断状態とされたことを判定する請求項１乃至９のいずれか１項に記載のエンジン始動装置。
【請求項１４】
エンジン（１１０）の始動時に前記エンジンの出力軸（７０）に対して初期回転を与えるエンジン始動装置（１０）であって、
前記出力軸に設けられたリングギア（６８）に近づく側に移動することでそのリングギアに噛み合うピニオンギア（６２）と、
そのピニオンギアを回転させるモータ（３０）と、
前記リングギアの回転速度に前記ピニオンギアと前記リングギアとのギア比を乗じた変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が高い場合、前記モータから前記リングギアに対してトルクの伝達を行う伝達状態となるとともに、前記リングギアの前記変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が低い場合、前記リングギアから前記モータに対するトルクの伝達を遮断する遮断状態となるワンウェイクラッチ（６０）と、を備え、
前記モータは、出力トルクを制御可能であり、
前記エンジンの燃焼が停止され前記出力軸が空転している状態で前記エンジンを始動する場合に、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定の閾値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する制御部（４１）を備えるエンジン始動装置。
【請求項１５】
前記制御部は、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が前記閾値以下となったことを条件として、前記ピニオンギアを前記リングギアに噛み合わせる請求項１４に記載のエンジン始動装置。
【請求項１６】
前記制御部は、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定の閾値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となる伝達時点までの期間において、前記リングギアの前記変換回転速度、及び、その変換回転速度の時間変化量を推定し、前記リングギアの前記変換回転速度、及び、前記変換回転速度の時間変化量の推定値に基づいて、前記モータの出力トルクを制御する請求項１４又は１５に記載のエンジン始動装置。
【請求項１７】
前記制御部は、前記エンジンの回転速度、及び、前記モータの回転速度に基づいて、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定の閾値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となる伝達時点を推定し、その推定された伝達時点における前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する請求項１４乃至１６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】
エンジンの始動時にエンジンの出力軸に対して初期回転を与えるエンジン始動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの始動時にエンジンの出力軸に対して初期回転を与える（クランキングを実施する）エンジン始動装置（スタータ）において、スタータの有するピニオンギアを出力軸に設けられたリングギアに近づく側に移動させることで、ピニオンギアとリングギアを噛み合わせる構成が知られている。特許文献１に記載のスタータは、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場合に、ピニオンギアを空転させるワンウェイクラッチを備える。そして、特許文献１の構成では、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り、ワンウェイクラッチが空転した後、再度クランキングを実施する場合に、ピニオンギアの回転速度をリングギアの回転速度（出力軸の回転速度）と相対的に一致させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１―１２７５９１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載の構成では、例えば、出力軸の回転速度の検出精度が低い場合、ピニオンギアの回転速度とリングギアの回転速度との相対的な差が大きくなる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態にされるときのリングギアの回転速度とピニオンギアの回転速度との相対的な差をより小さくすることが可能なエンジン始動装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための第１の手段は、
エンジン（１１０）の始動時に前記エンジンの出力軸（７０）に対して初期回転を与えるエンジン始動装置（１０）であって、
前記出力軸に設けられたリングギア（６８）に近づく側に移動することでそのリングギアに噛み合うピニオンギア（６２）と、
そのピニオンギアを回転させるモータ（３０）と、
前記リングギアの回転速度に前記ピニオンギアと前記リングギアとのギア比を乗じた変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が高い場合、前記モータから前記リングギアに対してトルクの伝達を行う伝達状態となるとともに、前記リングギアの前記変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が低い場合、前記リングギアから前記モータに対するトルクの伝達を遮断する遮断状態となるワンウェイクラッチ（６０）と、を備え、
前記モータは、出力トルクを制御可能であり、
所定の第１時点において前記ワンウェイクラッチが前記伝達状態とされた後、所定の第２時点において前記ワンウェイクラッチが前記遮断状態とされ、その後、所定の第３時点において前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされる際、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差である相対回転速度が所定値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差である前記相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する制御部（４１）を備える。
【０００６】
本構成では、出力トルクを制御可能なトルク制御形モータを用いる。そして、リングギアの変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差が所定値以下となり、且つ、リングギアの変換回転速度の時間変化量とピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるようにモータの出力トルクを制御する。当該制御により、リングギアの回転速度とピニオンギアの回転速度とが近づいた状態でワンウェイクラッチが噛み合わされてトルクの伝達が再開される。特に、リングギアの変換回転速度の時間変化量とピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるようにモータの出力トルクを制御することで、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態にされるときのリングギアの変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差をより小さくすることができる。これにより、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態とされる噛み合い時の衝撃を抑え、噛み合い音の低減、並びに、リングギア及びピニオンギアの損傷を抑制できる。
【０００７】
第２の手段では、前記制御部は、前記第２時点から前記第３時点までの期間において、前記ピニオンギアの回転速度が、前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされる際に前記エンジンで燃焼可能な回転速度の最低値以上となるように前記モータの出力トルクを制御する。
【０００８】
上記構成によれば、第１時点〜第２時点の間にエンジンを完爆状態にできなかった場合でも、ワンウェイクラッチが再び伝達状態とされる第３時点以降において、エンジンで直ちに燃焼を行って完爆状態にすることが可能になる。
【０００９】
第３の手段では、前記制御部は、前記第２時点から前記第３時点までの期間における前記リングギアの前記変換回転速度、及び、その変換回転速度の時間変化量を推定し、前記リングギアの前記変換回転速度、及び、前記変換回転速度の時間変化量の推定値に基づいて、前記モータの出力トルクを制御する。
【００１０】
上記構成によれば、リングギアの変換回転速度、及び、その変換回転速度の時間変化量を推定し、その推定値に基づいてモータの出力トルクを制御することで、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態にされるときのリングギアの変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差をより小さくすることができる。
【００１１】
第４の手段では、前記制御部は、前記エンジンの回転速度、及び、前記モータの回転速度に基づいて、前記第３時点を推定し、その推定された前記第３時点における前記相対回転速度が所定値以下となり、且つ、その推定された前記第３時点における前記相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する。
【００１２】
上記構成によれば、ワンウェイクラッチが遮断状態とされてから再度伝達状態とされる第３時点を推定し、その第３時点における相対回転速度、及び、相対回転速度の時間変化量をそれぞれ所定値以下に抑えることで、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態とされる噛み合い時の衝撃を抑えることができる。
【００１３】
第５の手段では、前記制御部は、前記第２時点以降に前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされたことを条件として、前記出力軸に初期回転を与えるように前記モータの出力トルクを制御する。
【００１４】
上記構成によれば、ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされたこと（即ち、第３時点となったこと）を条件として、出力軸に初期回転を与えるようにモータの出力トルクを制御する。即ち、第３時点となった場合に速やかにクランキングが開始される。これにより、エンジンの始動時間を短くすることができる。
【００１５】
第６の手段では、前記制御部は、前記第２時点以降の期間において、現在の前記モータの出力トルク、及び現在の前記モータの回転速度に基づいて、将来の前記モータの回転速度を推定し、その将来の前記モータの回転速度が、実際の前記モータの回転速度を下回った場合に、前記第３時点となったことを判定する。
【００１６】
上記構成によれば、出力軸の回転角度の検出精度が低い場合であっても、モータの回転速度を用いることにより、ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされたことを判定できる。
【００１７】
第７の手段は、
エンジン（１１０）の始動時に前記エンジンの出力軸（７０）に対して初期回転を与えるエンジン始動装置（１０）であって、
前記出力軸に設けられたリングギア（６８）に近づく側に移動することでそのリングギアに噛み合うピニオンギア（６２）と、
そのピニオンギアを回転させるモータ（３０）と、
前記リングギアの回転速度に前記ピニオンギアと前記リングギアとのギア比を乗じた変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が高い場合、前記モータから前記リングギアに対してトルクの伝達を行う伝達状態となるとともに、前記リングギアの前記変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が低い場合、前記リングギアから前記モータに対するトルクの伝達を遮断する遮断状態となるワンウェイクラッチ（６０）と、を備え、
前記モータは、出力トルクを制御可能であり、
所定の第１時点において前記ワンウェイクラッチが前記伝達状態とされた後、所定の第２時点において前記ワンウェイクラッチが前記遮断状態とされた場合、前記第１時点から前記第２時点の期間において、前記出力軸に初期回転を与えるように前記モータを制御するとともに、前記第２時点以降の期間において、所定回転速度で維持されるように前記モータの出力トルクを制御する制御部（４１）を備える。
【００１８】
上記構成によれば、第１時点から第２時点の期間において、クランキングを実施し、その第２時点以降の期間において、モータの回転速度を所定の回転速度で維持する制御を実施する。当該制御により、エンジンが完爆せず、クランキングを再度実施する場合に、即座に実施することが可能になる。さらに、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態にされるときのリングギアの回転速度（変換回転速度）とピニオンギアの回転速度との相対的な差をより小さくすることができる。
【００１９】
第８の手段では、前記制御部は、前記第１時点から前記第２時点以前の所定時点において、前記出力軸の角度又は前記出力軸の回転速度に基づいて、前記出力軸に対して回転を付与しなくとも前記エンジンの始動を完了できると判断した場合に、その所定時点以降において、前記所定回転速度で維持されるように前記モータの出力トルクを制御する。
【００２０】
上記構成によれば、クランキング時間を短縮することで、モータにおける電力消費を抑制するとともに、モータの動作に伴う騒音を抑制することができる。
【００２１】
第９の手段では、前記制御部は、前記第２時点の後、所定の第３時点において前記ワンウェイクラッチが再び前記伝達状態とされた場合に、前記出力軸に初期回転を与えるように前記モータの出力トルクを制御する。
【００２２】
上記構成によれば、モータの出力トルクがエンジンの出力軸に伝達可能とされた場合に、クランキングを実施することで、クランキング時間を短くすることができる。
【００２３】
第１０の手段では、前記制御部は、前記第２時点以降の期間において、前記エンジンが完爆状態となったか否かを判定し、前記エンジンが完爆状態となっていると判定された場合に、前記モータを前記所定回転速度で維持する制御を停止させる。
【００２４】
上記構成によれば、完爆状態となっている場合に、モータを所定回転速度で維持する制御を停止させることで、モータにおける電力消費を抑制することができる。
【００２５】
第１１の手段では、前記制御部は、前記第１時点から前記第２時点までの期間における前記モータの回転速度に基づいて、前記第２時点から前記第３時点までの期間における前記リングギアの回転速度を推定する。
【００２６】
上記構成によれば、出力軸の回転角度の検出を行わない場合や、出力軸の回転角度の検出精度が低い場合であっても、モータの回転速度に基づいてリングギア（出力軸）の回転速度を精度よく得ることができる。
【００２７】
第１２の手段では、前記制御部は、前記第１時点から前記第２時点までの期間における前記モータの回転速度に基づいて、前記出力軸の回転抵抗、及び、前記出力軸のイナーシャを推定し、前記出力軸の前記回転抵抗の推定値、及び、前記出力軸の前記イナーシャの推定値に基づいて、前記第２時点から前記第３時点までの期間における前記リングギアの回転速度を推定する。
【００２８】
具体的には、エンジンの出力軸の回転抵抗の推定値、及び、エンジンの出力軸のイナーシャの推定値に基づいて、第２時点から第３時点までの期間におけるリングギアの回転速度を推定することができる。エンジンの出力軸の回転抵抗やイナーシャはエンジンの温度などに応じて変化するため、第１時点から第２時点までの期間における前記モータの回転速度に基づいて、エンジンの出力軸の回転抵抗、及び、エンジンの出力軸のイナーシャを推定することで、より精度よくリングギアの回転速度を推定することができる。
【００２９】
第１３の手段では、前記制御部は、前記モータの出力トルク、前記エンジンの前記出力軸の回転抵抗、並びに、前記エンジン始動装置及び前記エンジンの出力軸のイナーシャに基づいて、前記ワンウェイクラッチが前記伝達状態から前記遮断状態とされたことを判定する。
【００３０】
上記構成によれば、出力軸の回転角度の検出を行うことなく、ワンウェイクラッチが再び遮断状態とされたことを判定できる。
【００３１】
第１４の手段は、
エンジン（１１０）の始動時に前記エンジンの出力軸（７０）に対して初期回転を与えるエンジン始動装置（１０）であって、
前記出力軸に設けられたリングギア（６８）に近づく側に移動することでそのリングギアに噛み合うピニオンギア（６２）と、
そのピニオンギアを回転させるモータ（３０）と、
前記リングギアの回転速度に前記ピニオンギアと前記リングギアとのギア比を乗じた変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が高い場合、前記モータから前記リングギアに対してトルクの伝達を行う伝達状態となるとともに、前記リングギアの前記変換回転速度より前記ピニオンギアの回転速度が低い場合、前記リングギアから前記モータに対するトルクの伝達を遮断する遮断状態となるワンウェイクラッチ（６０）と、を備え、
前記モータは、出力トルクを制御可能であり、
前記エンジンの燃焼が停止され前記出力軸が空転している状態で前記エンジンを始動する場合に、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定の閾値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する制御部（４１）を備える。
【００３２】
本構成では、出力トルクを制御可能なトルク制御形モータを用いる。そして、エンジンの燃焼が停止され出力軸が空転している状態でエンジンを始動する場合に、リングギアの変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差が所定値以下となり、且つ、リングギアの変換回転速度の時間変化量とピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるようにモータの出力トルクを制御する。当該制御により、リングギアの回転速度とピニオンギアの回転速度とが近づいた状態でワンウェイクラッチが噛み合わされてトルクの伝達が開始される。特に、リングギアの変換回転速度の時間変化量とピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるようにモータの出力トルクを制御することで、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態にされるときのリングギアの変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差をより小さくすることができる。これにより、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態とされる噛み合い時の衝撃を抑え、噛み合い音の低減、並びに、リングギア及びピニオンギアの損傷を抑制できる。
【００３３】
第１５の手段では、前記制御部は、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が前記閾値以下となったことを条件として、前記ピニオンギアを前記リングギアに噛み合わせる。
【００３４】
上記構成によれば、リングギアの変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差が閾値以下となったことを条件として、ピニオンギアを前記リングギアに噛み合わせることで、確実にリングギアとピニオンギアとを噛み合わせることができる。
【００３５】
第１６の手段では、前記制御部は、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定の閾値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となる伝達時点までの期間において、前記リングギアの前記変換回転速度、及び、その変換回転速度の時間変化量を推定し、前記リングギアの前記変換回転速度、及び、前記変換回転速度の時間変化量の推定値に基づいて、前記モータの出力トルクを制御する。
【００３６】
上記構成によれば、リングギアの変換回転速度、及び、その変換回転速度の時間変化量を推定し、その推定値に基づいてモータの出力トルクを制御することで、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態にされるときのリングギアの変換回転速度とピニオンギアの回転速度との差をより小さくすることができる。
【００３７】
第１７の手段では、前記制御部は、前記エンジンの回転速度、及び、前記モータの回転速度に基づいて、前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定の閾値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となる伝達時点を推定し、その推定された伝達時点における前記リングギアの前記変換回転速度と前記ピニオンギアの回転速度との差が所定値以下となり、且つ、前記リングギアの前記変換回転速度の時間変化量と前記ピニオンギアの回転速度の時間変化量との差が所定値以下となるように前記モータの出力トルクを制御する。
【００３８】
ワンウェイクラッチが遮断状態とされてから再度伝達状態とされる伝達時点を推定し、その伝達時点における相対回転速度、及び、相対回転速度の時間変化量をそれぞれ所定値以下に抑えることで、ワンウェイクラッチが遮断状態から伝達状態とされる噛み合い時の衝撃を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】車両の構成を示す模式図。
【図２】スタータの電気的構成図。
【図３】スタータの機械的構成を示す部分断面図。
【図４】比較例のエンジン始動の態様を示すタイムチャート。
【図５】図４の楕円枠内を拡大した拡大図。
【図６】本実施形態のエンジン始動の態様を示すタイムチャート。
【図７】本実施形態のエンジン始動制御の手順を示すフローチャート。
【図８】ワンウェイクラッチ切り離し判定の手順を示すフローチャート。
【図９】ワンウェイクラッチ切り離し判定の態様を示すタイムチャート。
【図１０】スタータ噛み合い制御の手順を示すフローチャート。
【図１１】スタータ噛み合い制御の態様を示すタイムチャート。
【図１２】将来エンジン回転速度推定の手順を示すフローチャート。
【図１３】将来エンジン回転速度推定の態様を示すタイムチャート。
【図１４】ワンウェイクラッチ噛み合い判定の手順を示すフローチャート。
【図１５】ワンウェイクラッチ噛み合い判定の態様を示すタイムチャート。
【図１６】スタータ噛み合い制御の変更例の手順を示すフローチャート。
【図１７】スタータ噛み合い制御の変更例の態様を示すタイムチャート。
【図１８】失火待機制御を含むエンジン始動制御の手順を示すフローチャート。
【図１９】失火待機制御への切り替え判定の手順を示すフローチャート。
【図２０】失火待機制御への切り替え判定の態様を示すタイムチャート。
【図２１】失火待機制御を含むエンジン始動制御の態様を示すタイムチャート。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
図１に示すように、車両１００は、エンジン１１０、スタータ１０、低電圧バッテリ４５、補機類１０４、変速機１１７、デフ１１８等を備えている。エンジン１１０として、ガソリンエンジンやディーゼルエンジン等を採用することができる。エンジン１１０のクランク軸７０（出力軸に相当）と変速機１１７の出力軸とはクラッチ１１６を介して接続されている。変速機１１７の出力軸は、デフ１１８を介して車両１００の車輪に接続されている。
【００４１】
低電圧バッテリ４５は、スタータ１０、補機類１０４等に対して電力供給を行う。低電圧バッテリ４５は、例えば出力電圧１２Ｖの鉛バッテリである。なお、低電圧バッテリ４５として他のものを用いてもよい。
【００４２】
以下、図２を用いて、スタータ１０（エンジン始動装置に相当）の構成を詳述する。
【００４３】
図２に示すように、車両１００には、エンジン１１０を制御対象とする電子制御装置（以下、エンジンＥＣＵ２０）が備えられている。スタータ１０は、モータ３０、インバータ４０、制御回路４１、電磁ソレノイド５０、ピニオンギア６２等を備えている。
【００４４】
モータ３０は、３相交流回転機であり、ロータ３２と、Ｕ，Ｖ，Ｗ相ステータコイル３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗとを備えている。Ｕ，Ｖ，Ｗ相ステータコイル３４Ｕ，３４Ｖ，３４Ｗのそれぞれの一端は、中性点にて互いに接続されている。本実施形態では、モータ３０として、永久磁石同期機（ＰＭＳＭ）を用いている。なお、モータ３０は、出力トルクを制御可能なものであれば、他の型式を採用することができる。
【００４５】
インバータ４０は、￥相上アームスイッチング素子Ｓ￥ｐ（￥＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）、及び￥相下アームスイッチング素子Ｓ￥ｎの直列接続体を３組備える３相インバータである。詳しくは、￥相上，下アームスイッチング素子Ｓ￥ｐ，Ｓ￥ｎの接続点は、￥相ステータコイル３４￥の両端のうち中性点と接続された側とは反対側（モータ３０の￥相端子）に接続されている。ここで、本実施形態では、スイッチング素子Ｓ￥＃（＃＝ｐ，ｎ）として、半導体スイッチング素子であるＭＯＳＦＥＴを用いている。また、スイッチング素子Ｓ￥＃には、ダイオードＤ￥＃が逆並列に接続されている。
【００４６】
インバータ４０の一対の入力端子間には、コンデンサ４２を介して高電圧バッテリ４４が接続されている。また、電磁ソレノイド５０を構成するソレノイドコイル５２の一端に、ＤＣＤＣコンバータ４６を介して、低電圧バッテリ４５が接続されている。ソレノイドコイル５２の他端は、接地されている。ＤＣＤＣコンバータ４６は、制御回路４１によって制御されることで、ソレノイドコイル５２に流れる電流Ｉを所定電流とする定電流制御を実施する。なお、ＤＣＤＣコンバータ４６は、出力電圧を所定電圧とする定電圧制御をするものであってもよい。ＤＣＤＣコンバータ４６は、例えば、周知のチョッパ回路である。また、電磁ソレノイド５０は、ソレノイドコイル５２に加えて、プランジャ５４（可動鉄心）を備えている。
【００４７】
エンジンＥＣＵ２０は、エンジン１１０のクランク軸７０に対して設けられた回転角度センサ７６から出力信号を取得することで、クランク軸７０の回転角度、及び、エンジン回転速度（ＮＥ）を取得する。
【００４８】
スタータ１０に設けられた制御回路４１（制御部に相当）は、インバータ４０、即ち、￥相上，下アームスイッチング素子Ｓ￥ｐ，Ｓ￥ｎを操作対象とする。また、制御回路４１は、ＤＣＤＣコンバータ４６を制御対象とする。制御回路４１は、インバータ４０の出力電流を検出する電流センサ７２Ｖ，７２ＷからＶ，Ｗ相の出力電流の検出値を取得する。制御回路４１は、インバータ４０の入力電圧を検出する電圧センサ７４から入力電圧の検出値を取得する。また、インバータ４０には、エンジンＥＣＵ２０からエンジン回転速度（ＮＥ）及びスタータ１０の駆動要求信号（Ｓｉｇ）が入力される。制御回路４１は、これらの検出値及びスタータ１０の駆動指令に基づいて、インバータ４０及びＤＣＤＣコンバータ４６の出力電流・出力電圧を調整し、スタータ１０の制御を行う。特に、制御回路４１は、インバータ４０を操作することにより、モータ３０の出力トルクを制御する。
【００４９】
図３にスタータ１０の構造を表す概略図を示す。スタータ１０は、ワンウェイクラッチ６０、ピニオンギア６２、回転軸６４、ストップリング６５及びシフトレバー６６等を備えている。ピニオンギア６２は、ワンウェイクラッチ６０及び連結部材６７を介してモータ３０に連結されている。ワンウェイクラッチ６０は、モータ３０の出力軸８１の回転速度からピニオンギア６２の回転速度を減算した相対回転速度が負でない場合にのみモータ３０からピニオンギア６２へと回転力を伝達させ、上記相対回転速度が負となる場合にモータ３０とピニオンギア６２との間で回転力を伝達させない一方向伝達機構である。
【００５０】
ピニオンギア６２は、モータ３０の出力軸８１と同軸上に設けられている。ピニオンギア６２は、エンジン１１０のクランク軸７０に直結されたリングギア６８と噛み合う位置（以下、連結位置）と、リングギア６８と噛み合わない位置（以下、非連結位置、又は初期位置）との間で移動可能に設けられている。
【００５１】
詳しくは、ＤＣＤＣコンバータ４６の電力出力が停止されソレノイドコイル５２に通電されない場合、ピニオンギア６２は、非連結位置に位置する。一方、ＤＣＤＣコンバータ４６の電力出力によってソレノイドコイル５２に通電される場合、電磁ソレノイド５０の電磁力により、プランジャ５４が所定方向へ移動させられる。これにより、シフトレバー６６を介して、ピニオンギア６２は、非連結位置からリングギア６８と噛み合う連結位置に向かって（リングギア６８に近付く側に）押し出されることとなる。以降、本明細書において、ソレノイドコイル５２に通電することを、電磁ソレノイド５０を駆動すると記載することもある。
【００５２】
ピニオンギア６２は、同軸上に設けられた連結部材６７（所定部材）と連結されており、連結部材６７の内周には螺旋状の溝であるヘリカルスプライン（図示略）が設けられている。また、モータ３０の出力軸８１には、連結部材６７の内周に設けられたヘリカルスプラインと嵌合する螺旋状の歯が設けられている。ヘリカルスプラインを介して、モータ３０の出力軸８１の回転が、連結部材６７及びピニオンギア６２へと伝達される。連結部材６７及びピニオンギア６２がシフトレバー６６によって押し出される際、連結部材６７のヘリカルスプラインに沿うように押し出される。なお、モータ３０の出力軸８１と、ピニオンギア６２の回転軸６４とは、別体であり、同軸上に設けられている。
【００５３】
ピニオンギア６２が連結位置に移動することで、ピニオンギア６２はリングギア６８と噛み合うことが可能となる。ピニオンギア６２がリングギア６８と噛み合った状態において、ピニオンギア６２がモータ３０によって回転駆動されると、エンジン１１０のクランク軸７０に対して、初期回転が付与される。即ち、クランキングが行われる。
【００５４】
また、ストップリング６５が、回転軸６４上に設けられている。電磁ソレノイド５０が駆動されてピニオンギア６２が押し出されると、ピニオンギア６２とリングギア６８との噛み合いの開始後に、ピニオンギア６２がストップリング６５に当接する。ストップリング６５は、ピニオンギア６２に当接することで、ピニオンギア６２の移動を規制し、ピニオンギア６２の位置を連結位置に固定する。
【００５５】
さらに、プランジャ５４には、バネ５５（付勢部材）が連結されている。バネ５５は、プランジャ５４に対して付勢力を加えることで、電磁ソレノイド５０による移動方向とは逆方向にプランジャ５４を移動させる。クランキングが完了すると、ソレノイドコイル５２への通電が停止され、プランジャ５４に対して、バネ５５による付勢力のみが作用することになる。これにより、シフトレバー６６を介して、ピニオンギア６２は、連結位置から非連結位置へと戻されることになる。
【００５６】
ピニオンギア６２とリングギア６８とは、所定のギア比に設定されている。このため、モータ３０からリングギア６８に対してトルクが伝達されている状態では、リングギア６８の回転速度にギア比を乗じた変換回転速度がピニオンギア６２の回転速度と等しくなる。したがって、ワンウェイクラッチ６０は、変換回転速度よりピニオンギア６２の回転速度が高い場合、モータ３０からリングギア６８に対してトルクの伝達を行う伝達状態（噛み合い状態）となる。一方、ワンウェイクラッチ６０は、リングギア６８の変換回転速度よりピニオンギア６２の回転速度が低い場合、リングギア６８からモータ３０に対するトルクの伝達を遮断する遮断状態（切り離し状態）となる。
【００５７】
図４は、比較例のエンジン始動の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、時刻ｔ１において、エンジンにおける燃焼が停止して、エンジン回転速度ＮＥ（詳しくはリングギアの変換回転速度）が低下し始める。時刻ｔ２において、エンジンの始動制御が開始され、スタータ回転速度ＮＳ（詳しくはモータの回転速度）が上昇し始める。時刻ｔ２と時刻ｔ３との間において、リングギアとピニオンギアとが噛み合わせられる。時刻ｔ４において、モータの駆動が停止され、スタータ回転速度ＮＳが低下し始める。
【００５８】
図５は、図４の楕円枠内を拡大した拡大図である。比較例では、エンジン回転速度ＮＥとスタータ回転速度ＮＳとを一致（近付けた）上で、リングギアとピニオンギアとを噛み合わせている。しかしながら、同図に示すように、リングギアとピニオンギアとが噛み合った瞬間に、スタータ回転速度ＮＳが急変している。すなわち、リングギアの歯とピニオンギアの歯とが強く衝突している。エンジン回転速度ＮＥとスタータ回転速度ＮＳとを近付けることで、リングギア６８の変換回転速度とピニオンギア６２の回転速度との差である相対回転速度を０に近付けることができる。しかしながら、比較例では、リングギア６８の変換回転速度の時間変化量（加速度）とピニオンギア６２の回転速度の時間変化量（加速度）との差である相対回転速度の時間変化量（相対加速度）は比較的大きくなっている。このため、ギアの噛み合いの瞬間に相対回転速度が瞬間的に大きくなり、リングギアの歯とピニオンギアの歯とが強く衝突することとなる。
【００５９】
そこで、本実施形態では、制御回路４１は、ワンウェイクラッチ６０が遮断状態とされ、その後にワンウェイクラッチ６０が再びトルク伝達状態とされる際、リングギア６８の変換回転速度とピニオンギア６２の回転速度との差である相対回転速度が所定値以下となり、且つ、リングギア６８の変換回転速度の時間変化量とピニオンギア６２の回転速度の時間変化量との差である相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるようにモータ３０の出力トルクを制御する。
【００６０】
図６は、本実施形態のエンジン始動の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、時刻ｔ１１（第１時点に相当）において、制御回路４１は、エンジンＥＣＵ２０からの指令を受けて、ソレノイドコイル５２が通電され、プランジャ５４が移動することでリングギア６８とピニオンギア６２とを噛み合わせるとともに、モータ３０の回転速度を上昇させるようにインバータ４０を制御する。これにより、エンジン回転速度ＮＥ（詳しくはリングギア６８の変換回転速度）及びスタータ回転速度ＮＳ（詳しくはモータ３０の回転速度）が、上昇を開始する。
【００６１】
エンジン１１０のクランクシャフトが進角し、回転抵抗（ポンピングロス）が低減すると、時刻ｔ１２（第２時点に相当）において、モータ３０の回転速度には上限があるため、リングギア６８の変換回転速度よりピニオンギア６２の回転速度が低くなり、ワンウェイクラッチ６０が切り離される（遮断状態とされる）。なお、ワンウェイクラッチが遮断状態とされるだけで、ソレノイドコイル５２への通電は継続され、プランジャ５４の位置は同じままで、ピニオンギア６２はリングギア６８との連結位置にある。そのため、時刻ｔ１２から時刻ｔ１３までの期間において、リングギア６８に対してピニオンギア６２を介したモータ駆動力が加わらなく、そのため、エンジン回転速度ＮＥが上昇から下降に変化している。この場合、制御回路４１は、再度ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態（トルク伝達状態）となる際に、望ましくは相対回転速度が０となり、且つ相対回転速度の上記時間変化量が０となるように上記相対回転速度が所定値以下となり且つ相対回転速度の上記時間変化量が所定値以下となるように、モータ３０の出力トルクを制御する噛み合い制御を実行する。
【００６２】
時刻ｔ１３（第３時点に相当）において、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態となる。制御回路４１は、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態になったか否か判定し、噛み合い状態になったと判定した場合に、スタータ１０によるクランクキングを開始する。
【００６３】
エンジン１１０で燃料の燃焼が開始されると、時刻ｔ１４（第２時点に相当）において、ワンウェイクラッチ６０が切り離される。時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間において、エンジン回転速度ＮＥが完爆回転速度まで上昇するまで、制御回路４１は、エンジン１１０の失火に備えて失火待機制御を実行する。失火待機制御では、制御回路４１は、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態となったか否か判定するとともに、スタータ回転速度ＮＳを所定回転速度に維持する。エンジン回転速度ＮＥが完爆回転速度まで上昇し、クランキングが完了するとピニオンギア６２はリングギヤとの連結位置から非連結位置へ戻る。クランキングが完了するまでピニオンギア６２はリングギヤとの連結位置のままであるのでワンウェイクラッチが噛み合うことで直ちにエンジンをスタータでクランキングできる。
【００６４】
時刻ｔ１４から時刻ｔ１５までの期間において、エンジンが失火した場合はエンジン回転速度ＮＥが減速し、時刻ｔ１５（第３時点に相当）において、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態となる。制御回路４１は、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態になったか否か判定し、噛み合い状態になったと判定した場合に、スタータ１０によるクランクキングを開始する。時刻ｔ１６以降において、制御回路４１は失火待機制御を実行する。
【００６５】
図７は、本実施形態のエンジン始動制御の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御回路４１がエンジンＥＣＵ２０からエンジン始動指令を受けた場合に、制御回路４１により実行される。
【００６６】
まず、ピニオンギア６２をリングギア６８に噛み合わせる（Ｓ０１）。モータ３０を駆動することにより、エンジン１１０をクランキングするクランキング制御を実行する（Ｓ０２）。ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態（遮断状態）であるか否か判定する（Ｓ０３）。この判定（ワンウェイクラッチ切り離し判定）の詳細については後述する。ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態でないと判定した場合（Ｓ０４：ＮＯ）、Ｓ０２の処理から再度実行する。
【００６７】
一方、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態であると判定した場合（Ｓ０４：ＹＥＳ）、スタータ噛み合い制御を実行する（Ｓ０５）。スタータ噛み合い制御の詳細については後述する。ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態（トルク伝達状態）であるか否か判定する（Ｓ０６）。この判定（ワンウェイクラッチ噛み合い判定）の詳細については後述する。ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態でないと判定した場合（Ｓ０７：ＮＯ）、Ｓ０５の処理から再度実行する。
【００６８】
一方、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態であると判定した場合（Ｓ０７：ＹＥＳ）、クランキング制御を実行する（Ｓ０８）。すなわち、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態とされたことを条件として、クランキング制御（クランク軸７０に初期回転を与える制御）を実行する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。
【００６９】
なお、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態であると判定した場合に、モータ３０の出力トルクが最大になるように駆動してクランキング制御を実行してもよい。こうした構成によれば、クランキング時間を最短にすることができ、クランキング音の発生時間を最短にすることができる。
【００７０】
図８は、ワンウェイクラッチ切り離し判定の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御回路４１により実行される。
【００７１】
まず、将来のスタータ回転速度を推定するために用いるパラメータを取得する（Ｓ４１）。具体的には、モータ３０の出力トルク、エンジン１１０のクランク軸７０の回転抵抗（以下、「クランクシャフト回転抵抗」という）、並びに、スタータ１０及びエンジン１１０のクランク軸７０のイナーシャ（以下、「クランクシャフトのイナーシャ」という）を取得する。エンジン１１０のクランクシャフト回転抵抗及びエンジン１１０のクランクシャフトのイナーシャは、ワンウェイクラッチ６０の噛み合い状態におけるクランク角の検出値に基づいて推定する。スタータ１０のイナーシャは、モータ３０の回転速度に基づいて算出する。なお、スタータ１０及びエンジン１１０のクランクシャフトのイナーシャとして、設計値を用いることもできる。
【００７２】
モータ３０の出力トルク、エンジン１１０のクランクシャフト回転抵抗、並びに、スタータ１０及びエンジン１１０のクランクシャフトのイナーシャ等の指標に基づいて、将来スタータ回転速度（将来ＮＳ）を推定する（Ｓ４２）。具体的には、これらの指標と関連付けられた将来ＮＳがマップであらかじめ定められており、そこからこれらの指標に対応した将来ＮＳを読み出せばよい。なお、実際のスタータ１０の回転速度（実ＮＳ）の推移に基づいて、将来スタータ回転速度を推定することもできる。
【００７３】
一定時間が経過した後、すなわち将来スタータ回転速度を推定した将来の時点において、実際のスタータ１０の回転速度（実スタータ回転速度）を算出する（Ｓ４３）。将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも低いか否か判定する（Ｓ４４）。具体的には、将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも閾値以上低いか否か判定する。
【００７４】
将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも低いと判定した場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、ワンウェイクラッチ６０が切り離し済み（遮断状態）であると判定する（Ｓ４５）。一方、将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも低くないと判定した場合（Ｓ４４：ＮＯ）、ワンウェイクラッチ６０が未切り離し（トルク伝達状態）であると判定する（Ｓ４６）。その後、図７のＳ０３以後の処理に戻る（ＲＥＴ）。
【００７５】
図９は、ワンウェイクラッチ切り離し判定の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態である間（切り離し前）は、エンジン回転速度ＮＥと実ＮＳとが一致している。将来ＮＳは実ＮＳの推移傾向を維持しつつ先行するように推定される。ここで、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態になると、モータ３０の負荷が減少するため、実ＮＳが上昇し易くなる。これに対して、将来ＮＳは、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態となる以前の状態に基づいて推定されているため、実ＮＳに対して上昇が遅れる。その結果、将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも低いと判定され、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態であると判定される。
【００７６】
また、モータ３０の出力トルク、エンジン１１０のクランクシャフト回転抵抗、並びに、スタータ１０及びエンジン１１０のクランクシャフトのイナーシャに基づいて、将来ＮＳが推定されるため、将来ＮＳを推定する精度を向上させることができる。さらに、エンジン回転速度ＮＥの検出周期が長い場合であっても、スタータ回転速度ＮＳを用いることにより、将来ＮＳの推定精度、ひいてはワンウェイクラッチ６０の切り離しタイミングの判定精度を向上させることができる。
【００７７】
なお、スタータ回転速度ＮＳがエンジン回転速度ＮＥよりも閾値以上低いことにより、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態であると判定することもできる。
【００７８】
図１０は、スタータ噛み合い制御の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御回路４１により実行される。
【００７９】
まず、将来エンジン回転速度（将来ＮＥ）の推定結果を取得する（Ｓ５１）。将来エンジン回転速度の推定手順については後述する。
【００８０】
次に、スタータ目標回転速度（モータ３０の目標回転速度）及びスタータ目標回転速度傾き（モータ３０の回転速度の目標傾き）を決定する（Ｓ５２）。具体的には、特定のタイミングにおいて、推定された将来エンジン回転速度の推移にスタータ回転速度ＮＳの推移が一致する（近付く）ように、モータ３０の目標回転速度を決定する。および、上記特定のタイミングにおいて、推定された将来エンジン回転速度の傾きにスタータ回転速度ＮＳの傾きが一致する（近付く）ように、スタータ目標回転速度傾きを決定する。より詳細には、将来エンジン回転速度の軌跡上に、モータ３０の回転速度を制御することで得られるモータ３０の回転速度の軌跡との接点が存在し、かつ、そのタイミングを、モータ３０の回転速度とその傾きが制御に適切な値になるように設定する。
そして、設定したモータ３０の目標回転速度、モータ３０の目標回転速度の傾きがその接点タイミングで実現するように、現時点から接点タイミングまでのモータ３０の目標回転速度を設定する。
【００８１】
そして、接点タイミングでのスタータ目標回転速度およびスタータ目標回転速度傾きに基づいて、現時点から接点タイミングまでのモータ３０を駆動する指令値を出力する（Ｓ５３）。その後、図７のＳ０５以後の処理に戻る（ＲＥＴ）。
【００８２】
図１１は、スタータ噛み合い制御の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、噛み合い制御において将来ＮＥが推定される。そして、将来ＮＥの推移にスタータ回転速度ＮＳの推移が近付けられて一致させられる。このとき、将来ＮＥの傾きにスタータ回転速度ＮＳの傾きが近付いて一致するように、モータ３０の回転速度の指令値（指令ＮＳ）が出力される。このため、実際のエンジン回転速度ＮＥとモータ回転速度ＮＳとが略一致し、且つエンジン回転速度ＮＥの時間変化量とスタータ回転速度ＮＳの時間変化量とが略一致した状態で、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態となる。その結果、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態から噛み合い状態になる時に、ワンウェイクラッチ６０、リングギア６８及びピニオンギア６２において衝撃を抑制することができる。したがって、衝撃音の発生を抑制することができるとともに、リングギア６８及びピニオンギア６２の寿命を延ばすことができる。
【００８３】
なお、同図に一点鎖線で示すように、モータ３０の回転速度の指令値を、将来ＮＥを所定量オフセットした回転速度に設定することもできる。この時のオフセット値はモータ固有の制御遅れ特性に基づいて設定した値であり、指令値の変化よりも実際のモータ回転速度ＮＥの変化が遅れるため、実際のエンジン回転速度ＮＥとモータ回転速度ＮＳとが略一致し、且つエンジン回転速度ＮＥの時間変化量とモータ回転速度ＮＳの時間変化量とが略一致した状態で、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態となるように設定できる。例えば、将来ＮＥの軌跡の回転速度に対して所定回転速度分だけ一律にオフセットしたものをモータ３０の回転速度の制御指令値として設定した制御を始めるタイミングを、将来ＮＥの軌跡とモータ３０の回転速度の現時点の値とに基づいて適切に決定することで噛み合い状態を実現できる。こうした制御によれば、制御の簡素化を図ることができる。また、この時のオフセット量はエンジン回転速度ＮＥまたはモータ回転速度ＮＳの現在回転数が低下するにつれて、段階的に減少させても良い。
【００８４】
また、スタータ回転速度ＮＳが下限回転速度以上になるように、モータ３０の回転速度の指令値を出力するとよい。下限回転速度としては、例えばクランキングによりエンジン１１０において完爆が実現できる回転速度を採用するとよい。こうした構成によれば、ワンウェイクラッチ６０が下限回転速度で噛み合い状態となった場合でも、次のクランキング完了時に、エンジン１１０において完爆を実現することができる。
【００８５】
図１２は、将来エンジン回転速度推定の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御回路４１により実行される。
【００８６】
まず、将来のエンジン回転速度を推定するために用いるパラメータを取得する（Ｓ３１）。具体的には、第１時点から第２時点までの期間（ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態となるまでの期間）におけるモータ３０の回転速度を取得する。そして、取得したパラメータに基づいて、将来のエンジン回転速度を推定する（Ｓ３２）。具体的には、第１時点から第２時点までの期間におけるモータ３０の回転速度の推移に基づいて、第２時点から第３時点までの期間（ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態である期間）におけるエンジン回転速度（リングギア６８の回転速度）を推定する。その後、図１０のＳ５１以後の処理に戻る（ＲＥＴ）。
【００８７】
なお、エンジン１１０のクランクシャフト回転抵抗及びエンジン１１０のクランクシャフトのイナーシャを推定し、これらの推定値を上記エンジン回転速度の推定に反映させてもよい。また、エンジン回転速度ＮＥを所定の周期で検出し、その都度検出されたエンジン回転速度に基づいて将来のエンジン回転速度を補正してもよい。また、検出されたエンジン回転速度の推移に基づいて、将来のエンジン回転速度を推定することもできる。
【００８８】
図１３は、将来エンジン回転速度推定の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、ワンウェイクラッチ６０が切り離される前の期間において、将来のエンジン回転速度を推定するために用いるパラメータであるモータ３０の回転速度が取得される。一方、あらかじめ切り離される前の期間におけるモータ３０の回転速度と将来ＮＥの軌跡とはマップで定められている。そして、ワンウェイクラッチ６０が切り離された後、噛み合い制御において、上記のように取得されたパラメータに基づいてマップから将来ＮＥの軌跡が読みだされることで将来ＮＥが推定される。ここで、スタータ回転速度ＮＳが検出（算出）される周期はエンジン回転速度ＮＥが検出される周期よりも短く、且つスタータ回転速度ＮＳの検出精度はエンジン回転速度ＮＥの検出精度よりも高い。したがって、将来ＮＥを推定する精度を向上させることができる。
【００８９】
さらに、推定したエンジン１１０のひきずりトルク及びエンジン１１０のクランクシャフトのイナーシャをエンジン回転速度の推定に反映させた場合は、将来ＮＥを推定する精度をさらに向上させることができる。また、所定の周期で検出されたエンジン回転速度に基づいて将来のエンジン回転速度を補正した場合も、将来ＮＥを推定する精度を向上させることができる。
【００９０】
図１４は、ワンウェイクラッチ噛み合い判定の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御回路４１により実行される。
【００９１】
Ｓ７１〜Ｓ７３の処理は、図８のＳ４１〜Ｓ４３の処理と同一である。続いて、将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも高いか否か判定する（Ｓ７４）。具体的には、将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも閾値以上高いか否か判定する。
【００９２】
将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも高いと判定した場合（Ｓ７４：ＹＥＳ）、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い済み（トルク伝達状態）であると判定する（Ｓ７５）。一方、将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも高くないと判定した場合（Ｓ７４：ＮＯ）、ワンウェイクラッチ６０が未噛み合い（遮断伝達状態）であると判定する（Ｓ７６）。その後、図７のＳ０６以後の処理に戻る（ＲＥＴ）。
【００９３】
図１５は、ワンウェイクラッチ噛み合い判定の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態である間（噛み合い前）は、エンジン回転速度ＮＥが実ＮＳよりも高くなっている。将来ＮＳは実ＮＳの推移傾向を維持しつつ先行するように推定される。ここで、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態になると、モータ３０の負荷が増加し、実ＮＳがエンジン回転速度ＮＥの下降に従って下降し易くなる。これに対して、将来ＮＳは、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態となる以前の状態に基づいて推定されているため、実ＮＳに対して下降が遅れる。その結果、将来スタータ回転速度が実スタータ回転速度よりも高いと判定され、ワンウェイクラッチ６０がトルク伝達状態であると判定される。
【００９４】
なお、スタータ回転速度ＮＳとエンジン回転速度ＮＥとの偏差が閾値よりも小さいことにより、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態であると判定することもできる。また、モータ３０に流れる実電流を検出し、電流指令と実電流との偏差が閾値よりも大きいことにより、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態から噛み合い状態になったと判定することもできる。すなわち、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態から噛み合い状態に変化する際に、モータ３０の逆起電圧が低下するため、電流指令と実電流との偏差が大きくなる。このため、モータ３０の電流指令と実電流との偏差に基づいて、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態から噛み合い状態になったことを判定することができる。こうした構成によれば、新規センサ等の追加を必要とせず、上記判定を実行することができる。
【００９５】
また、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態から噛み合い状態になったと判定する構成を複数備え、１つの構成により噛み合い状態になったと判定した場合と、複数の構成により噛み合い状態になったと判定した場合とで、クランキング制御におけるモータ３０の出力トルクを変更してもよい。具体的には、例えば複数の構成により噛み合い状態になったと判定した場合に、モータ３０の出力トルクが最大になるように駆動してクランキング制御を実行し、１つの構成により噛み合い状態になったと判定した場合に、モータ３０の出力トルクを最大よりも小さいトルクに設定してもよい。こうした構成によれば、噛み合い状態になったことを判定する精度に応じて、モータ３０の出力トルクを適切に制御することができる。
【００９６】
以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。
・スタータ１０は出力トルクを制御可能なトルク制御形のモータ３０を用いている。そして、リングギア６８（エンジン１１０のクランク軸７０）の変換回転速度ＮＥとピニオンギア６２の回転速度ＮＳとの差が所定値以下となり、且つ、リングギア６８の変換回転速度の時間変化量とピニオンギア６２の回転速度ＮＳの時間変化量との差が所定値以下となるようにモータ３０の出力トルクが制御される。こうした制御により、リングギア６８の回転速度ＮＥとピニオンギア６２の回転速度ＮＳとが近づいた状態でワンウェイクラッチ６０が噛み合わされてトルクの伝達が再開される。特に、リングギア６８の変換回転速度の時間変化量とピニオンギア６２の回転速度ＮＳの時間変化量との差が所定値以下となるようにモータ３０の出力トルクを制御することで、ワンウェイクラッチ６０が遮断状態から伝達状態にされるときのリングギア６８の変換回転速度とピニオンギア６２の回転速度ＮＳとの差をより小さくすることができる。これにより、ワンウェイクラッチ６０が遮断状態から伝達状態とされる噛み合い時の衝撃を抑え、噛み合い音の低減、並びに、リングギア６８及びピニオンギア６２の損傷を抑制できる。
【００９７】
・ワンウェイクラッチ６０が下限回転速度で噛み合い状態となった場合でも、次のクランキング完了時に、エンジン１１０において完爆を実現することができる。
【００９８】
・リングギア６８の変換回転速度、及び、その変換回転速度の時間変化量（加速度）を推定し、その推定値に基づいてモータ３０の出力トルクを制御することで、ワンウェイクラッチ６０が遮断状態から伝達状態にされるときのリングギア６８の変換回転速度とピニオンギア６２の回転速度ＮＳとの差をより小さくすることができる。
【００９９】
・ワンウェイクラッチ６０が再び伝達状態とされたこと（即ち、第３時点となったこと）を条件として、クランク軸７０（出力軸）に初期回転を与えるようにモータ３０の出力トルクが制御される。即ち、第３時点となった場合に速やかにクランキング制御が開始される。これにより、エンジン１１０の始動時間を短くすることができる。
【０１００】
・クランク軸７０の回転角度の検出精度が低い場合であっても、モータ３０の回転速度ＮＳを用いることにより、ワンウェイクラッチ６０が再びトルク伝達状態とされたことを判定できる。
【０１０１】
・クランク軸７０の回転角度の検出を行わない場合や、クランク軸７０の回転角度の検出精度が低い場合であっても、モータ３０の回転速度ＮＳに基づいてリングギア６８の回転速度ＮＥを精度よく得ることができる。
【０１０２】
・エンジン１１０のクランクシャフト回転抵抗やクランクシャフトのイナーシャはエンジン１１０の温度などに応じて変化するため、第１時点から第２時点までの期間におけるモータ３０の回転速度ＮＳに基づいて、エンジン１１０のクランクシャフト回転抵抗、及び、エンジン１１０のクランクシャフトのイナーシャを推定することで、より精度よくリングギア６８の回転速度ＮＥを推定することができる。
【０１０３】
なお、上記実施形態を、以下のように変更して実施することもできる。
【０１０４】
・図１６は、スタータ噛み合い制御の変更例の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御回路４１により実行される。
【０１０５】
Ｓ６１の処理は、図１０のＳ５１の処理と同一である。そして、取得した将来エンジン回転速度（将来ＮＥ）とモータ３０の目標回転速度（スタータ目標回転速度）とに基づいて、ワンウェイクラッチ６０が噛み合うタイミングを推定する（Ｓ６２）。推定した噛み合いタイミングでの将来エンジン回転速度（エンジン回転速度ＮＥ）の傾きを推定する（Ｓ６３）。
【０１０６】
推定した将来エンジン回転速度の傾きに合うように、噛み合いタイミングにおけるモータ３０の目標回転速度を決定する（Ｓ６４）。具体的には、噛み合いタイミング（第３時点に相当）におけるエンジン回転速度ＮＥ（詳しくは変換回転速度）とモータ３０の回転速度との差である相対回転速度が所定値以下となり、且つ、噛み合いタイミングにおける相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるようにモータ３０の出力トルクを制御する。続いて、噛み合いタイミングにおけるモータ３０の目標回転速度と、現在のモータ３０の回転速度ＮＳとに基づいて、モータ３０の目標回転速度を決定する（Ｓ６５）。そして、モータ３０の目標回転速度に基づいて、モータ３０を駆動する指令値を出力する（Ｓ６６）。その後、図７のＳ０５以後の処理に戻る（ＲＥＴ）。
【０１０７】
図１７は、図１６に述べたフローチャートをより詳細に説明するため、スタータ噛み合い制御の変更例の態様を示すタイムチャートである。初めに、噛み合い制御において将来ＮＥの軌跡が推定される。次にその軌跡のうち傾きの変化が少ない範囲を同図に示すようにワンウェイクラッチ６０が噛み合う噛み合いタイミング推定範囲として設定される。そして、噛み合いタイミング推定範囲における将来ＮＥとスタータ回転速度ＮＳとの差である相対回転速度が所定値以下となり、且つ、噛み合いタイミングにおける相対回転速度の時間変化量が所定値以下となるように、モータ３０の目標回転速度が決定され、モータ３０の出力トルクが制御される。具体的には、将来ＮＥの軌跡において噛み合いタイミング推定範囲の傾きにスタータ回転数の傾きが一致するとともに、スタータ回転数が将来ＮＥの軌跡と一致する時点（この後に定めるスタータ回転数の軌跡とすでに定められている将来ＮＥ軌跡との接点）が噛み合いタイミング推定範囲内に収まるように、モータ３０の目標回転速度が決定される。上記のように定められた接点の位置でのスタータ回転数と現時点でのスタータ回転数とに基づいて、現時点から接点までのスタータ回転数の軌跡がスタータ目標回転数の軌跡として決定され、これに基づいてモータ３０の出力トルクが制御される。接点を特定位置に設定するのでなく、接点が収まるべき噛み合いタイミング推定範囲を設定したのは、接点を設定する自由度を高め、スタータ目標回転数の軌跡に自由度を与えることでスタータ回転数を制御しやすくするためである。その結果、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態から噛み合い状態になる時に、ワンウェイクラッチ６０、リングギア６８及びピニオンギア６２において衝撃を抑制することができる。したがって、衝撃音の発生を抑制することができるとともに、リングギア６８及びピニオンギア６２の寿命を延ばすことができる。
【０１０８】
・図１８は、失火待機制御を含むエンジン始動制御の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、リングギア６８とピニオンギア６２とを噛み合わせた後に、制御回路４１により実行される。
【０１０９】
Ｓ１１の処理は、図７のＳ０２の処理と同一である。そして、失火待機制御への切り替え判定を行う（Ｓ１２）。この判定の詳細については後述する。失火待機制御への切り替えが指令されているか否か判定する（Ｓ１３）。失火待機制御への切り替えが指令されていないと判定した場合（Ｓ１３：ＮＯ）、Ｓ１１の処理から再度実行する。
【０１１０】
一方、失火待機制御への切り替えが指令されていると判定した場合（Ｓ１３：ＹＥＳ）、失火待機制御を実行する（Ｓ１４）。具体的には、失火待機制御では、モータ３０の回転速度ＮＳを所定回転速度に変更するようにモータ３０の出力トルクを制御する。この所定回転速度としては、例えばエンジン１１０における燃料の燃焼が可能となる回転速度や、その燃焼可能な回転速度よりも低いがエンジン１１０の始動時間を短縮することのできる回転速度を採用することができる。そして、モータ３０の回転速度ＮＳが所定回転速度になった後は、所定回転速度を維持可能な最低限の出力トルクに制御する。
【０１１１】
Ｓ１５，Ｓ１６の処理は、図７のＳ０６，Ｓ０７の処理と同一である。ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態から噛み合い状態になったと判定した場合（Ｓ１６：ＹＥＳ）、再クランキング制御を実行する（Ｓ１７）。再クランキング制御では、Ｓ１１のクランキング制御と同様の制御を行う。そして、Ｓ１１の処理から再度実行する。
【０１１２】
一方、ワンウェイクラッチ６０が噛み合い状態でないと判定した場合（Ｓ１６：ＮＯ）、失火待機制御の終了判定を行う（Ｓ１８）。具体的には、ワンウェイクラッチ６０が切り離し状態（第２時点以降）の期間において、エンジン１１０が完爆状態となったか否かを判定する。エンジン１１０が完爆状態となった場合に、失火待機制御の終了を指令し、エンジン１１０が完爆状態となっていない場合に、失火待機制御の継続を指令する。エンジン１１０が完爆状態となったか否かは、例えば失火待機制御へ移行後に一定期間にわたってエンジン回転速度ＮＥが閾値を下回らない場合にエンジン１１０が完爆状態になったと判定することができる。そして、失火待機制御の終了が指令されていない（継続が指令されている）と判定した場合（Ｓ１９：ＮＯ）、Ｓ１４の処理から再度実行する。
【０１１３】
一方、失火待機制御の終了が指令されていると判定した場合（Ｓ１９：ＹＥＳ）、失火待機制御を終了する処理を度実行する（Ｓ２０）。具体的には、モータ３０の回転速度ＮＳを所定回転速度で維持する制御を終了し、モータ３０の出力トルクを低下させてモータ３０を停止させる。そして、リングギア６８とピニオンギア６２との噛み合いを解除する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。
【０１１４】
図１９は、失火待機制御への切り替え判定の手順を示すフローチャートである。この一連の処理は、制御回路４１により実行される。
【０１１５】
Ｓ８１，Ｓ８２の処理は、図７のＳ０３，Ｓ０４の処理と同一である。そして、ワンウェイクラッチ６０が切り離されたと判定した場合（Ｓ８２：ＹＥＳ）、失火待機制御への切り替えを指令する（Ｓ８５）。一方、ワンウェイクラッチ６０が切り離されていないと判定した場合（Ｓ８２：ＮＯ）、クランキングが必要であるか否か判定する（Ｓ８３）。具体的には、エンジン回転速度ＮＥが、スタータ１０によるクランキングが不要となる回転速度を超えたか否か判定する。
【０１１６】
クランキングが必要であると判定した場合（Ｓ８４：ＹＥＳ）、クランキング制御の継続を指令する（Ｓ８６）。一方、クランキングが必要でないと判定した場合（Ｓ８４：ＮＯ）、Ｓ８５の処理を実行する。その後、図１８のＳ１２以後の処理に戻る（ＲＥＴ）。
【０１１７】
図２０は、失火待機制御への切り替え判定の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、クランキング制御においてワンウェイクラッチ６０が切り離されると、失火待機制御が開始される。また、クランキング制御においてワンウェイクラッチ６０が切り離されていない場合であっても、クランキングが必要でないと判定されると、失火待機制御が開始される。このため、モータ３０が高トルクを出力する期間を短縮することができ、クランキング音が発生する時間を短縮することできるとともに、消費電力を減少させることができる。
【０１１８】
図２１は、失火待機制御を含むエンジン始動制御の態様を示すタイムチャートである。同図に示すように、失火待機制御においてエンジン１１０が完爆状態になったとエンジンＥＣＵ２０によって判定されると、失火待機制御の終了処理が開始される。すなわち、モータ３０の回転速度ＮＳが低下させられて、モータ３０が停止される。そして、エンジンＥＣＵ２０によってクランキングが完了したと判断されると、ソレノイドコイル５２への通電が停止されバネ５５の付勢力でプランジャ５４が戻ることでピニオンギア６２が非連結位置に戻り、リングギア６８とピニオンギア６２との噛み合いが解除される。このため、モータ３０の回転速度ＮＳを所定回転速度で維持する制御をできるたけ早く終了することができ、消費電力を減少させることができる。さらに、リングギア６８とピニオンギア６２との噛み合い時間を短縮することにより、リングギア６８、ピニオンギア６２、及びワンウェイクラッチ６０の消耗を抑制することができる。
【０１１９】
・エンジン１１０における燃料の燃焼を開始する始動時に限らず、エンジン１１０の燃焼開始後に燃焼が停止されクランク軸７０が空転している状態でエンジン１１０を始動する場合に、上記の実施形態及びその変更例を実施することもできる。例えば、車両１００の減速時にエンジン１１０のアイドリングを停止する減速時アイドリングストップを行う構成において、上記の実施形態及びその変更例を実施することができる。
【０１２０】
その場合に、制御回路４１（制御部に相当）は、リングギア６８の変換回転速度とピニオンギア６２の回転速度との差が閾値以下となったことを条件として、ピニオンギア６２をリングギア６８に噛み合わせるとよい。こうした構成によれば、確実にリングギア６８とピニオンギア６２とを噛み合わせることができる。
【０１２１】
・低電圧バッテリ４５の温度及び出力電圧の少なくとも１つを用いて、モータ３０の回転速度を維持する際の所定回転速度を調節してもよい。こうした構成によれば、低電圧バッテリ４５の出力が低下している場合であっても、モータ３０の回転速度を所定回転速度に維持することができる。
【０１２２】
・エンジン１１０の温度（例えば冷却水温）を用いて、推定される将来エンジン回転速度を補正してもよい。こうした構成によれば、エンジン１１０の特性変化（状態）を将来エンジン回転速度の推定に反映させることができ、ワンウェイクラッチ６０の噛み合いタイミングを推定する精度を向上させることができる。
【０１２３】
・制御回路４１に限らず、エンジンＥＣＵ２０等により上記実施形態及びその変更例を実施することもできる。
【０１２４】
・モータ３０が、発電機能を備えるＩＳＧ（Integrated Starter Generator）や、ＭＧ（Motor Generator）であってもよい。
【符号の説明】
【０１２５】
１０…スタータ、２０…エンジンＥＣＵ、３０…モータ、６０…ワンウェイクラッチ、６２…ピニオンギア、６８…リングギア、７０…クランク軸、１１０…エンジン。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
2018127953.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
2018127953.tif 000017
【図１６】
2018127953.tif 000018
【図１７】
2018127953.tif 000019
【図１８】
2018127953.tif 000020
【図１９】
2018127953.tif 000021
【図２０】
2018127953.tif 000022
【図２１】
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