(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの出力軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせる噛み合い手段と、電源からの電力供給のオンオフの切り替えにより回転停止が切り替えられ前記ピニオンに回転力を付与するモータとを備えるスタータを用いてクランキングが実施されるエンジンに適用され、
所定の自動停止条件が成立した場合に前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立した場合に電力供給オンにより前記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エンジン停止始動制御装置において、
前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に前記再始動条件が成立した場合に、噛み合わせ点における前記ピニオンと前記リングギヤとの各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が電力供給に伴い上昇可能な最大回転速度に到達する前に所定値以下になるように前記モータの通電開始タイミングを制御するモータ制御手段と、
前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になったタイミングで、前記噛み合い手段により前記ピニオンと前記リングギヤとを噛み合わせる噛み合い制御手段と、
を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
【請求項２】
前記モータ制御手段は、前記モータの時定数に基づいて前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出し、該算出したタイミングに基づいて前記通電開始タイミングを算出する請求項１に記載のエンジン停止始動制御装置。
【請求項３】
前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測する回転予測手段を備え、
前記モータ制御手段は、前記回転予測手段により予測した予測回転速度に基づいて、前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出する請求項２に記載のエンジン停止始動制御装置。
【請求項４】
前記クランキングの際に前記ピニオンから前記リングギヤへの動力伝達を行わせるモータ回転速度範囲としてクランキング回転速度領域が定められており、
前記モータ制御手段は、モータ回転速度が前記クランキング回転速度領域を超える前に前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるように前記通電開始タイミングを制御する請求項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。
【請求項５】
エンジンの出力軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせる噛み合い手段と、電源からの電力供給により回転し前記ピニオンに回転力を付与するモータとを備えるスタータを用いてクランキングが実施されるエンジンに適用され、
所定の自動停止条件が成立した場合に前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立した場合に前記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エンジン停止始動制御装置において、
前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に前記再始動条件が成立した場合に、噛み合わせ点における前記ピニオンと前記リングギヤとの各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が電力供給に伴い上昇可能な最大回転速度に到達する前に所定値以下になるように前記モータの通電タイミングを制御するモータ制御手段と、
前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になったタイミングで、前記噛み合い手段により前記ピニオンと前記リングギヤとを噛み合わせる噛み合い制御手段と、
を備え、
前記モータ制御手段は、前記モータの時定数に基づいて前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出し、該算出したタイミングに基づいて前記通電タイミングを算出することを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
【請求項６】
前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測する回転予測手段を備え、
前記モータ制御手段は、前記回転予測手段により予測した予測回転速度に基づいて、前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出する請求項５に記載のエンジン停止始動制御装置。
【請求項７】
前記クランキングの際に前記ピニオンから前記リングギヤへの動力伝達を行わせるモータ回転速度範囲としてクランキング回転速度領域が定められており、
前記モータ制御手段は、モータ回転速度が前記クランキング回転速度領域を超える前に前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるように前記通電タイミングを制御する請求項５又は６に記載のエンジン停止始動制御装置。
【請求項８】
エンジンの出力軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせる噛み合い手段と、電源からの電力供給により回転し前記ピニオンに回転力を付与するモータとを備えるスタータを用いてクランキングが実施されるエンジンに適用され、
所定の自動停止条件が成立した場合に前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立した場合に前記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エンジン停止始動制御装置において、
前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に前記再始動条件が成立した場合に、噛み合わせ点における前記ピニオンと前記リングギヤとの各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が電力供給に伴い上昇可能な最大回転速度に到達する前に所定値以下になるように前記モータの通電タイミングを制御するモータ制御手段と、
前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になったタイミングで、前記噛み合い手段により前記ピニオンと前記リングギヤとを噛み合わせる噛み合い制御手段と、
を備え、
前記クランキングの際に前記ピニオンから前記リングギヤへの動力伝達を行わせるモータ回転速度範囲としてクランキング回転速度領域が定められており、
前記モータ制御手段は、モータ回転速度が前記クランキング回転速度領域を超える前に前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるように前記通電タイミングを制御することを特徴とするエンジン停止始動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
エンジンを再始動させる場合、ドライバビリティ向上等の観点からすると、再始動要求があった後できるだけ速やかにエンジンを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、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に再始動要求があった場合、エンジンの回転が完全に停止するのを待たずに、スタータを用いてエンジンのクランキングを行うことが開示されている。この特許文献１では、再始動要求があった時点（図４のｔ２）でモータに調速通電を行ってピニオンを回転させ、その後、ピニオンの回転速度がリングギヤの回転速度に同期した時点でピニオンをリングギヤに噛み合わせる。これにより、できるだけ速やかにエンジンを運転状態に復帰させるようにしている。また、ピニオンとリングギヤとが回転同期した時点で両者の噛み合いを行うことにより、噛み合い音の抑制やピニオンの磨耗の抑制等を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４２１１２０８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、上記特許文献１では、再始動要求のタイミングでスタータの通電を行うため、再始動要求時のエンジン回転速度が高い場合には、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り、モータの通電時間が長くなることが懸念される。また、ピニオンとリングギヤとを回転同期させるのに際し、モータの調速制御を行う必要があり、エンジン再始動時のスタータ駆動制御が複雑になるおそれがある。
【０００６】
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簡単な制御でありながら適正なタイミングで実施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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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。
【０００８】
本発明は、エンジンの出力軸に連結されたリングギヤにピニオンを噛み合わせる噛み合い手段と、電源からの電力供給により回転し前記ピニオンに回転力を付与するモータとを備えるスタータを用いてクランキングが実施されるエンジンに適用され、所定の自動停止条件が成立した場合に前記エンジンを自動停止し、前記自動停止条件の成立後、所定の再始動条件が成立した場合に前記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エンジン停止始動制御装置に関するものである。
【０００９】
第１の構成は、前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間に前記再始動条件が成立した場合に、噛み合わせ点における前記ピニオンと前記リングギヤとの各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が電力供給に伴い上昇可能な最大回転速度に到達する前に所定値以下になるように前記モータの通電タイミングを制御するモータ制御手段と、前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になったタイミングで、前記噛み合い手段により前記ピニオンと前記リングギヤとを噛み合わせる噛み合い制御手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
要するに、上記構成では、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間中に再始動条件が成立した場合、モータ回転速度が通電開始によって上昇可能な最大回転速度に到達する前の回転上昇期間でピニオンとリングギヤとの各歯の通過速度を略一致させるべくモータ通電を開始し、両者の各歯の通過速度が略一致したタイミングでピニオンとリングギヤとを噛み合わせる。この構成によれば、モータの通電を開始してからピニオンとリングギヤとの各歯の通過速度が略一致するまでの間に、モータ回転速度を最大回転速度で保持する期間を設ける必要がないため、モータ通電時間が必要以上に長くなるのを抑制することができる。
【００１１】
しかも、本発明者は、モータ通電時におけるモータ回転速度の推移に着目し、モータ回転速度が最大回転速度に到達するまでの回転上昇期間では、最大回転速度に到達した後よりも、スタータ温度等の相違によるモータ回転速度のばらつきが小さいという知見を得た。つまり、モータ回転速度が最大回転速度に到達する前に噛み合いを実施する本構成によれば、モータの通電タイミングを制御することにより、スタータ状態の相違に起因するピニオン回転速度のばらつきが小さい領域で両者の噛みあわせを実施することができる。したがって、上記構成によれば、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを、比較的簡単な制御でありながら適正なタイミングで実施することができる。
【００１２】
具体的には、第２の構成のように、前記モータの時定数に基づいて前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出し、該算出したタイミングに基づいて前記通電タイミングを算出するとよい。この場合、例えば、モータの通電タイミングから、時定数＋α（例えばα＝１０％）に相当する時間が経過したタイミング又はその経過前に、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせが実施されるようにモータの通電タイミングを制御するとよい。
【００１３】
第３の構成は、前記エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測する回転予測手段を備え、前記回転予測手段により予測した予測回転速度に基づいて、前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるタイミングを算出する。
【００１４】
エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測することにより、ピニオンとリングギヤとの各歯の通過速度の差が所定値以下になるタイミング、すなわち噛み合いタイミングを正確に定めることができる。また、噛み合いタイミングを正確に定めることができれば、モータの通電タイミングを適正なタイミングに設定することができ、その結果、ピニオンとリングギヤとの噛み合わせを、モータの通電開始後であって最大回転速度に到達する前に確実に行うことができる。
【００１５】
第４の構成は、前記クランキングの際に前記ピニオンから前記リングギヤへの動力伝達を行わせるモータ回転速度範囲としてクランキング回転速度領域が定められており、モータ回転速度が前記クランキング回転速度領域を超える前に前記各歯の通過速度の差が前記所定値以下になるように前記通電タイミングを制御する。
【００１６】
モータでは、モータ回転速度と出力トルクとが相反する関係にあり、モータ回転速度が高いほど、モータからピニオンへの伝達トルクが小さくなるといった特性がある（図６参照）。一方、クランキング時には、エンジン出力軸を回転させるのに十分なトルクをモータから出力する必要があり、例えばモータ無負荷状態で出力可能な回転速度よりも小さい回転速度領域（クランキング回転速度領域）でモータを駆動してピニオンを回転させる必要がある。したがって、クランキング回転速度領域よりも高い回転速度で噛み合わせを実施した場合には、その高回転状態ではエンジンの出力軸に十分な回転力を付与することができず、モータ回転速度をクランキング回転速度まで低下させる必要が生じる。
【００１７】
その点、上記構成では、モータ回転速度がクランキング回転速度領域を超える前にピニオンとリングギヤとの噛み合わせを実施するため、モータ回転速度を引き下げる必要がない。したがって、無駄な電力消費を抑制できるとともに、エンジン始動を速やかに実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】エンジン制御システムの全体概略構成図。
【図２】スタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャート。
【図３】モータの立ち上がり特性を示す図。
【図４】ピニオン回転速度の回転上昇軌道と噛み合いタイミングとの関係を示す図。
【図５】スタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャート。
【図６】モータ特性を示す図。
【図７】タイミング設定処理のサブルーチン。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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、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。
【００２０】
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、バッテリ１２からの電力供給によりモータ１１が回転駆動されるようになっている。モータ１１の図示しない回転軸にはピニオン軸１３が係合されており、そのピニオン軸１３の一端において、ピニオン１４が、ピニオン軸１３とピニオン１４との間で動力の伝達を断続するワンウエイクラッチ１５と一体に支持されている。
【００２１】
ピニオン軸１３は、軸１６を中心に回動するレバー１７の一端に支持されている。レバー１７の他端には、コイル１８及びプランジャ１９により構成される第１ソレノイドＳＬ１が配置されており、コイル１８内に配置されたプランジャ１９がレバー１７によって支持されている。コイル１８の非通電状態では、ピニオン１４が、エンジン２０の出力軸（クランク軸）２１に連結されたリングギヤ２２に対して非接触の状態で配置されている。
【００２２】
ピニオン１４とリングギヤ２２との非接触状態において、バッテリ１２からコイル１８に通電されると、その通電によりプランジャ１９が軸線方向に移動し、更にその移動に伴いレバー１７が軸１６を中心に回動する。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に向かう方向に押し出されて、ピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合わされる。
【００２３】
また、ピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合わされた状態において、コイル１８の通電が遮断されることにより、図示しないスプリングの付勢力によりピニオン軸１３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１３の変位により、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合いが解除され、両者の接触状態が解除される。
【００２４】
スタータ１０とバッテリ１２との間にはＩＧスイッチ２３が設けられており、ドライバの操作に基づくＩＧスイッチ２３のオンにより、バッテリ１２からスタータ１０への通電が可能になる。また、コイル１８とバッテリ１２との間には、制御信号に基づいて第１ソレノイドＳＬ１の通電／非通電を切り替えるＳＬ１駆動リレー２４が設けられており、モータ１１とバッテリ１２との間には、モータ１１の電磁子に接続され接点の開閉により通電／非通電が切り替えられる第２ソレノイドＳＬ２と、制御信号に基づいて第２ソレノイドＳＬ２の通電／非通電を切り替えるＳＬ２駆動リレー２５とが設けられている。
【００２５】
その他、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３１や、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温センサ３２などの各種センサが設けられている。
【００２６】
ＥＣＵ４０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を入力し、それに基づいて燃料噴射量制御や点火時期制御、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。
【００２７】
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。また、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等の少なくともいずれかが含まれる。
【００２８】
スタータ１０の駆動制御について、ＥＣＵ４０は、ＳＬ１駆動リレー２４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２５のオン／オフ信号を出力する出力ポートＰ２とを備えている。この出力ポートＰ１，Ｐ２からの制御信号により、スタータ１０の通電を自動的に（図示しないスタータスイッチの切り替え状態にかかわらず）行うことが可能になっている。また、これらの制御信号により、モータ１１及びコイル１８の通電状態をそれぞれ個別に切り替え可能になっている。
【００２９】
また、本実施形態では、エンジン２０を自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立した場合、モータ１１によりピニオン１４を回転させ、その回転したままの状態でピニオン１４をリングギヤ２２に噛み合わせるピニオン先回し制御を実施することとしている。
【００３０】
図２は、ピニオン先回し制御を説明するためのタイムチャートである。図２では、エンジン自動停止条件が成立した後のエンジン回転速度Ｎｅ（ピニオン回転速度）の推移、及びモータ駆動時のピニオン回転速度Ｎｐの推移をそれぞれ示してある。図中のエンジン回転速度Ｎｅの推移を示す線のうち、実線は実回転速度を示し、破線はクランク角センサ３１による測定値を示す。なお、図２において、回転速度の推移は、ＳＬ１駆動リレー２４及びＳＬ２駆動リレー２５がオフの状態の場合をそれぞれ示してある。
【００３１】
エンジン自動停止条件の成立に伴い燃焼停止した後では、図２に示すように、エンジン回転速度Ｎｅは、シリンダ容積の増減変化に伴い増減変化しながら降下したり、あるいは直線的に降下したりして、やがてゼロに収束する。一方、ピニオン回転速度Ｎｐは、モータ特性により、バッテリ１２からモータ１１への電力供給の開始に伴い、回転開始当初において急速に立ち上がり、時間とともに回転速度の上昇速度が遅くなり、やがて最高到達回転速度Ｎｍａｘで一定になる。
【００３２】
エンジン回転速度の降下期間にエンジン再始動条件が成立した場合には、まず、タイミングｔ１１でＳＬ２駆動リレー２５にオン信号を出力し、モータ１１の通電を開始する。続いて、タイミングｔ１２でＳＬ１駆動リレー２４にオン信号を出力する。これにより、ピニオン１４が回転した状態のままリングギヤ２２に向かって押し出され、その後、タイミングｔ１３でピニオン１４の歯部がリングギヤ２２の歯部に噛み合わされ、ピニオン１４からリングギヤ２２への動力伝達が可能な状態になる。なお、タイミングｔ１２〜ｔ１３までの時間は、ピニオン１４の押し出しを開始してからピニオン１４とリングギヤ２２とが噛み合うまでに要する時間（噛み合い所要時間ＴＡ）に相当する。
【００３３】
モータ１１の通電タイミングｔ１１及びピニオン１４の押出しタイミングｔ１２について、本実施形態では、現時点よりも後の期間におけるエンジン回転速度Ｎｅ及びピニオン回転速度Ｎｐを予測し、その予測データに基づいて決定することとしている。例えば、現在、図２中のＡ点のタイミングであれば、まず、そのＡ点以降のエンジン回転降下軌道及びピニオン回転上昇軌道を予測する。次に、それらの予測データを用いて、ピニオン１４とリングギヤ２２との回転速度差が所定値以下となるタイミング（噛み合いタイミング）を算出する。そして、その噛み合いタイミング（ｔ１３）よりも噛み合い所要時間ＴＡだけ前のタイミングを押出しタイミング（ｔ１２）とし、噛み合いタイミング（ｔ１３）よりも、ピニオン回転速度Ｎｐが噛み合い時の回転速度に到達するまでに要する時間だけ前のタイミングを通電タイミング（ｔ１１）として定めている。これにより、ピニオン回転速度Ｎｐとリングギヤ回転速度Ｎｒとが略一致するタイミングで、両者の噛み合いが実施されるようにしている。
【００３４】
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通過速度とピニオン１４の外周縁に設けられた歯の通過速度とが所定値以下の状態を、リングギヤ２２とピニオン１４との回転速度差が所定値以下の状態（略一致した状態）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１４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通過速度とピニオン１４の外周縁に設けられた歯の通過速度とが等しい場合であり、ピニオン１４の実際の回転速度はリングギヤ２２の直径とピニオン１４の直径との比に応じた回転速度となっている。例えば、ピニオン１４とリングギヤ２２との各歯の通過速度が等しいと表現した場合、リングギヤ２２の直径がピニオン１４の直径の１０倍であれば、ピニオン１４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。
【００３５】
エンジン回転降下軌道の予測方法としては、例えば、エンジン２０のロストルク（フリクショントルク）、エンジン回転速度及びイナーシャをパラメータとして、シリンダ容積の増減変化に伴い増減変化するエンジン回転速度の降下軌道を予測する方法が挙げられる。あるいは、過去のエンジン回転速度（瞬時回転速度）をパラメータとして、現在以降のエンジン回転速度の減少変化の回転軌道を予測してもよい。
【００３６】
また、ピニオン回転上昇軌道の予測方法としては、例えば、ピニオン１４の回転上昇軌道を所定の時定数τの一次遅れモデルでモデル化した下記式（１）を用いる方法を用いることができる。
Ｎp＝Ｎpmax｛１−ｅｘｐ（−ｔ／τ）｝      …（１）
Ｎpはピニオン回転速度、Ｎpmaxはピニオンの最高到達回転速度、ｔは時間を示す。
【００３７】
噛み合いタイミング（ｔ１３）について、本実施形態では、リングギヤ回転速度Ｎｒ（エンジン回転速度）がピニオン回転速度Ｎｐよりも高く（Ｎｒ＞Ｎｐ）、かつリングギヤ回転速度Ｎｒとピニオン回転速度Ｎｐとの回転速度差が所定値α（例えば２００ｒｐｍ）未満（Ｎｒ−Ｎｐ＜α）となるタイミングとしている。「Ｎｒ＞Ｎｐ」の条件が成立する場合では、ワンウエイクラッチ１５によってピニオン１４が空転されるため、ピニオン１４の回転はピニオン軸１３に伝達されない。よって、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合い時において、ピニオン１４の歯部とリングギヤ２２の歯部との衝突を抑制することができ、これにより、噛み合い音やピニオン１４の磨耗を好適に抑制できるからである。
【００３８】
次に、モータ１１の通電タイミング（ｔ１１）について詳しく説明する。
【００３９】
本発明者は、モータ通電のオフからオンへの切り替えに伴い、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達するまでの回転上昇期間では、最高到達回転速度に到達した後よりも、スタータ１０の状態の相違に起因するモータ回転速度のばらつきが小さいという知見を得た。
【００４０】
図３は、モータ１１の立ち上がり特性を示す図である。図中、（ａ）はスタータ温度ごとの立ち上がり特性を示し、（ｂ）はバッテリ１２の充電量（ＳＯＣ）ごとの立ち上がり特性を示す。
【００４１】
図３において、モータ回転速度は、通電開始当初において急速に立ち上がり、やがて最高到達回転速度で一定となる。このとき、スタータ温度が低いほど、又はＳＯＣが低いほど、モータ１１の最高到達回転速度が低くなっている。また、回転速度が収束した状態では、スタータ温度又はＳＯＣの相違によるモータ回転速度のばらつきが大きく、具体的には、例えば図３（ａ）において、収束後のタイミングｔａでは、モータ回転速度のばらつきがΔＮ１となるのに対し、収束前のタイミングｔｂでは、モータ回転速度のばらつきがΔＮ１よりも小さいΔＮ２となっている。
【００４２】
モータ回転上昇軌道の相違は、スタータ温度やＳＯＣといったパラメータの他に、スタータ１０の劣化によっても生じる。この場合、スタータ１０の劣化が進行するほど、モータ１１の最高到達回転速度が低くなり、その結果、モータ回転速度の収束後では、収束前に比べて、スタータの劣化程度の相違によるモータ回転速度のばらつきが大きくなってしまう。
【００４３】
このようなスタータ１０の状態の相違によるモータ回転速度のばらつきは、ピニオン回転速度のばらつきに繋がる。また、スタータ１０の状態によるピニオン回転速度のばらつきが大きいと、噛み合いタイミング（ｔ１３）の予測を正確に行うことができないことが考えられる。
【００４４】
図４に、ピニオン回転速度Ｎｐの回転上昇軌道と噛み合いタイミングとの関係を示す。なお、図４では、スタータ温度ごとの立ち上がり特性を示している。図４に示すように、噛み合いタイミングｔｘ〜ｔｚ、すなわち、ピニオン回転速度Ｎｐとリングギヤ回転速度Ｎｒとが略一致するタイミングは、回転上昇軌道の相違に起因してスタータ温度に応じて異なり、スタータ温度が低いほど、噛み合いタイミングが遅くなっている。
【００４５】
噛み合いタイミング（ｔ１３）を正確に算出できない場合、噛み合いに適したタイミングでピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを実施できないことが考えられる。かかる場合、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合い音が大きくなったり、噛み合いによる衝撃が生じたりすることが懸念される。特に、スタータ温度については、冷却水温センサ３２により検出されるエンジン水温に基づいて予測可能であるものの、エンジン水温に基づく場合では、スタータ温度を精度良く予測できないおそれがある。また、スタータ温度検出用のセンサを別途設けることも考えられるが、その場合、部品数の増加やコスト増大などの問題が懸念される。このように、モータ立ち上がり特性のばらつきは温度による補正では解消しにくいという問題がある。
【００４６】
さらに、ピニオン先回し制御において、通電タイミングが早すぎる場合、例えばエンジン再始動条件の成立タイミングでモータ通電を開始する場合には、モータ回転速度を最高到達回転速度で待機させておく期間が生じることがある。かかる場合、モータ１１の電力消費が必要以上に大きくなることが考えられる。
【００４７】
そこで、本実施形態では、エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立した場合、ピニオン１４とリングギヤ２２との各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達する前に所定値以下になるようにモータ１１の通電タイミングを制御し、各歯の通過速度の差が所定値以下になったタイミングでピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを実施することとしている。つまり、本制御では、モータ１１のオン／オフの切り替えタイミングを制御し、モータ回転速度については成り行きで上昇させることにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせが適正なタイミングで実施されるようにしている。
【００４８】
図５は、本実施形態のスタータ駆動制御の処理手順を示すフローチャートである。この処理は、ＥＣＵ４０により所定周期毎に実行される。
【００４９】
図５において、まずステップＳ１１では、エンジン２０を自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立したか否かを判定し、肯定判定される場合には、ステップＳ１２へ進む。
【００５０】
ステップＳ１２では、モータ１１の通電タイミング（ｔ１１）及びピニオン１４の押出しタイミング（ｔ１２）を設定する（タイミング設定処理）。本実施形態では、噛み合いタイミング（ｔ１３）が、モータ回転速度Ｎｍがその最高到達回転速度に到達する前のタイミングになるように、噛み合いタイミングを基準に、通電タイミング及び押出しタイミングを設定する。
【００５１】
噛み合いタイミングについて、特に本実施形態では、モータ回転速度Ｎｍが最高到達回転速度に到達する前の期間のうち、エンジン２０のクランキングの際にピニオン１４からリングギヤ２２への動力伝達を行わせるモータ回転速度範囲（クランキング回転速度領域Ｎｃｒ）を超える前としており、より詳しくは、モータ１１の通電開始後であって最高到達回転速度に到達するまでの過程における時定数τに基づき設定したタイミングとしている。
【００５２】
ここで、噛み合いタイミング（ｔ１３）を、クランキング回転速度に到達する前のタイミングとするのは以下の理由からである。
【００５３】
すなわち、モータ１１の特性は、図６に示すように、モータ回転速度とトルクとが相反する関係になっており、モータ回転速度が高いほど、モータ１１からピニオン１４への伝達トルクが小さくなる。また、エンジン２０のクランキング時では、クランク軸２１を回転させるのに十分なトルクをモータ１１から出力する必要があるため、モータ無負荷状態で出力可能な回転速度Ｎｍｎよりも小さい回転速度範囲（クランキング回転速度領域Ｎｃｒに相当）でモータ１１を駆動してピニオン１４を回転させる必要がある。そのため、クランキング回転速度領域Ｎｃｒよりも高い回転速度までモータ１１を回転させたとしても、その状態ではクランク軸２１に十分な回転力を付与することができず、結局、モータ回転速度をクランキング回転速度まで低下させる必要が生じるからである。
【００５４】
図７は、タイミング設定処理のサブルーチンである。図７において、まずステップＳ２１では、図示しない別ルーチンで予測した現時点以降のエンジン回転速度の降下軌道及びピニオン回転速度の上昇軌道の予測データを読み込む。続くステップＳ２２では、読み込んだピニオン回転上昇軌道の予測データを用いて、噛み合いタイミングでのエンジン回転速度として噛み合い回転速度Ｎｅτを算出する。本実施形態では、予測データにおけるピニオン回転速度の最大値の例えば（６３＋α）％よりも小さい回転速度を噛み合い回転速度Ｎｅτとする。
【００５５】
ステップＳ２３では、エンジン回転降下軌道の予測データを用いて、エンジン回転速度Ｎｅが噛み合い回転速度Ｎｅτに到達するタイミング（噛み合いタイミング）を算出し、ステップＳ２４において、その噛み合いタイミングを基準にして、モータ１１の通電タイミング（ｔ１１）及びピニオン１４の押出しタイミング（ｔ１２）を算出する。このとき、モータ通電タイミングについては、時定数τに基づいて算出した時間、より具体的には、ピニオン回転速度が噛み合い回転速度Ｎｅτまで上昇するのに要する時間ＴＢを考慮し、例えばその所要時間ＴＢだけ噛み合いタイミングよりも前のタイミングとする。また、ピニオン押出しタイミングについては、噛み合いタイミングより噛み合い所要時間ＴＡだけ前のタイミングとする。そして本処理を終了する。
【００５６】
図５の説明に戻り、ステップＳ１３では、モータ１１の通電タイミング（ｔ１１）になったか否かを判定し、モータ通電タイミングになった場合には、ステップＳ１４へ進み、ＳＬ２駆動リレー２５にオン信号を出力し、第２ソレノイドＳＬ２を通電オフからオンの状態に切り替える。これにより、モータ１１が回転され、ピニオン１４が回転される。
【００５７】
ステップＳ１５では、ピニオン１４の押出しタイミング（ｔ１２）になったか否かを判定し、ピニオン押出しタイミングになった場合には、ステップＳ１６へ進み、ＳＬ１駆動リレー２４にオン信号を出力し、第１ソレノイドＳＬ１を通電オフからオンの状態に切り替える。この通電切り替えに伴いプランジャ１９が変位し、そのプランジャ１９の変位に伴い、ピニオン軸１３が、モータ１１により回転力が付与された状態のままリングギヤ２２に向かう方向に変位する。これにより、ピニオン１４がリングギヤ２２に噛み合わされ、エンジン２０のクランキングが開始される。
【００５８】
ステップＳ１７では、エンジン回転速度Ｎｅが始動回転速度Ｎｅｆ（例えば４００〜５００ｒｐｍ）以上であるか否かを判定する。この始動回転速度Ｎｅｆは、クランキング回転速度よりも所定速度だけ高い値に設定してある。そして、エンジン回転速度が始動回転速度Ｎｅｆ以上であることを条件にステップＳ１８へ進み、ＳＬ１駆動リレー２４及びＳＬ２駆動リレー２５にオフ信号を出力する。これにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせが解除され、モータ１１の回転が停止される。
【００５９】
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。
【００６０】
エンジンを自動停止させる際のエンジン回転速度が降下する期間にエンジン再始動条件が成立した場合、ピニオン１４とリングギヤ２２との各歯の通過速度の差が、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達する前に所定値以下になるようにモータ１１の通電タイミングを制御する構成としたため、スタータ１０の状態の相違に起因するピニオン回転速度のばらつきが小さい領域で両者の噛みあわせを実施することができる。しかも、モータ１１のオン／オフの切り替えタイミングを制御し、モータ回転速度については成り行きで上昇させることから、本構成によれば、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを、比較的簡単な制御でありながら適正なタイミングで実施することができる。
【００６１】
また、モータ回転速度を最大到達回転速度で保持する期間を設ける必要がないため、モータ通電時間が必要以上に長くなるのを抑制することができる。
【００６２】
モータ１１の時定数τに基づいて、ピニオン１４とリングギヤ２２との各歯の通過速度の差が所定値以下になるタイミングを算出する構成としたため、スタータ１０の状態の相違に起因するピニオン回転速度のばらつきがより小さい領域で両者の噛み合わせを実施することができる。
【００６３】
エンジン回転速度の降下期間において、その降下中のエンジン回転速度を予測し、その予測データに基づいて、ピニオン１４とリングギヤ２２との各歯の通過速度の差が所定値以下になるタイミングを算出する構成としたため、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合いに最適なタイミングを正確に定めることができる。また、噛み合いタイミングを正確に定めることにより、モータ１１の通電タイミングを適正なタイミングに設定することができ、その結果、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを、モータ１１の通電開始後であって最大回転速度に到達する前に確実に行うことができる。
【００６４】
モータ回転速度がクランキング回転速度領域Ｎｃｒを超える前にピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせを実施する構成としたため、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせの実施前において、モータ回転速度を引き下げる必要がない。したがって、無駄な電力消費を抑制できるとともに、エンジン始動を速やかに実施することができる。
【００６５】
（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。
【００６６】
・ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合いタイミングは、モータ回転速度が最高到達回転速度に到達する前であればよく、例えば、エンジン２０のクランキングの際にピニオン１４からリングギヤ２２に動力伝達するための回転速度（クランキング回転速度）に到達した後のタイミングとしてもよい。また、モータ１１の通電タイミングから、モータ通電タイミングから時定数τを超えた後のタイミングを噛み合いタイミングとしてもよい。
【００６７】
・上記実施形態では、コイル１８の通電／非通電を制御するＳＬ１駆動リレー２４と、モータ１１の通電／非通電を制御するＳＬ２駆動リレー２５とを有するスタータ１０を本発明に適用する場合について説明したが、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ解除とモータ１１の回転停止とを独立して制御可能なスタータであればよく、例えば従来のスタータにおいてモータ通電制御用のリレーを設けたものを本発明に適用してもよい。すなわち、この構成では、図１のスタータ１０における第２ソレノイドＳＬ２に代えて、プランジャ１９において、レバー１７とは反対側の端部にモータ通電用の接点が設けられている。また、本構成では、モータ１１とバッテリ１２との間において、ＥＣＵ４０からの制御信号に基づいてオン／オフの切り替え可能なモータ通電制御用のリレーが設けられている。この構成においても、ＳＬ１駆動リレー２４とモータ通電制御用のリレーとを個別に制御することにより、ピニオン１４とリングギヤ２２との噛み合わせ動作とモータ１１の回転動作とを独立して制御可能である。
【符号の説明】
【００６８】
１０…スタータ、１１…モータ、１４…ピニオン、１８…コイル（噛み合い手段）、２０…エンジン、２１…クランク軸、２２…リングギヤ、２４…ＳＬ１駆動リレー、２５…ＳＬ２駆動リレー、４０…ＥＣＵ（モータ制御手段、噛み合い制御手段、回転予測手段）、ＳＬ１…第１ソレノイド（噛み合い手段）、ＳＬ２…第２ソレノイド。
【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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