(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジン（２０）の燃焼停止によりエンジン回転速度の降下が生じてから前記エンジンの回転が停止するまでの期間内におけるエンジン回転速度を予測するエンジン制御装置であって、
前記エンジンのシリンダ容積の増減変化に伴うエンジン回転速度の増減１周期分を回転脈動期間とし、先の前記回転脈動期間のロスエネルギに基づいて、正回転域における将来のエンジン回転速度を予測する第１予測手段と、
前記正回転域のロスエネルギに含まれる成分のうち前記エンジンのピストンの移動に伴う摩擦により生じるエネルギ損失であるフリクション成分の正負の符号を反転し、その符号反転後のフリクション成分と、前記エンジンの吸気行程で発生するエネルギ損失であるポンピングロス成分とに基づいて、逆回転域のロスエネルギを算出するエネルギ算出手段と、
前記エネルギ算出手段により算出したロスエネルギに基づいて、逆回転域における将来のエンジン回転速度を予測する第２予測手段と、
を備え、
前記エネルギ算出手段は、前記エンジンの圧縮行程にある気筒のシリンダ容積と膨張行程にある気筒のシリンダ容積とが等しくなる回転角度位置でのロスエネルギに基づいて前記ポンピングロス成分を算出することを特徴とするエンジン制御装置。
【請求項２】
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、前記エンジンの自動停止後に所定の再始動条件が成立した場合にスタータ装置（１０）により前記エンジンの出力軸を回転させて前記エンジンを再始動するエンジン自動停止始動機能を有し、
前記第１予測手段及び前記第２予測手段により予測したエンジン回転速度に基づいて、前記スタータ装置のピニオン（１１）の移動開始タイミングを制御するスタータ制御手段を備える請求項１に記載のエンジン制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン制御装置に関し、詳しくは、エンジンの燃焼停止によりエンジン回転速度の降下が生じてからエンジンの回転が停止するまでの期間内におけるエンジン回転速度を予測する技術に関する。
【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、所謂アイドリング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。こうしたエンジン自動停止始動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】
エンジン自動停止始動制御としては、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中に再始動要求があった場合に、エンジン出力軸の回転が停止するのを待たずに、再始動要求後できるだけ速やかにエンジンを再始動させることが提案されている。この場合のエンジン再始動に際し、スタータのピニオンを移動させてエンジン出力軸に連結されたリングギヤに噛み合わせる動作に必要な時間が経過した後のエンジン回転速度を予測して、スタータ駆動を制御することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
特許文献１には、正回転中のロスエネルギから逆回転中のロスエネルギを推定することで、逆回転域のエンジン回転速度を予測することが開示されている。逆回転域のロスエネルギを推定に際し、特許文献１に記載のものでは、正回転域でのロスエネルギをフリクション成分とコンプレッション成分とに分解し、フリクション成分については瞬時値の正負の符号を反転し、コンプレッション成分の全行程での積算値についてはゼロであると仮定して、逆回転域のロスエネルギを推定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−７７３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、コンプレッション成分の全行程での積算値をゼロであると仮定してエンジン回転速度の予測を行った場合、コンプレッション成分が大きいほど、エンジン回転速度の予測精度が低下することが懸念される。また、エンジン回転速度の予測精度が低いと、噛み合い音やギヤの摩耗などの観点から許容されるエンジン回転速度域でピニオンとリングギヤとの噛み合いを生じさせることができず、エンジン再始動時において、ピニオンとリングギヤの噛み合い音が大きくなったりギヤの摩耗が促進されたりすることが考えられる。
【０００７】
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、エンジンの燃焼停止によりエンジン回転速度の降下が生じてからエンジンの回転が停止するまでの期間内におけるエンジン回転速度を精度良く予測することができるエンジン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】
【０００８】
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。
【０００９】
本発明は、エンジン（２０）の燃焼停止によりエンジン回転速度の降下が生じてから前記エンジンの回転が停止するまでの期間内におけるエンジン回転速度を予測するエンジン制御装置に関する。第１の構成は、前記エンジンのシリンダ容積の増減変化に伴うエンジン回転速度の増減１周期分を回転脈動期間とし、先の前記回転脈動期間のロスエネルギに基づいて、正回転域における将来のエンジン回転速度を予測する第１予測手段と、前記正回転域のロスエネルギに含まれる成分のうち前記エンジンのピストンの移動に伴う摩擦により生じるエネルギ損失であるフリクション成分の正負の符号を反転し、その符号反転後のフリクション成分と、前記エンジンの吸気行程で発生するエネルギ損失であるポンピングロス成分とに基づいて、逆回転域のロスエネルギを算出するエネルギ算出手段と、前記エネルギ算出手段により算出したロスエネルギに基づいて、逆回転域における将来のエンジン回転速度を予測する第２予測手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
エンジンの燃焼停止によりエンジン回転速度の降下が生じてから回転が停止するまでの期間内で生じるエンジンのロスエネルギのうち、ピストンの移動に伴う摩擦により生じるエネルギ損失であるフリクション成分は、正回転時と逆回転時とでは逆方向に作用する。また、気筒内圧力の増減変化に伴い生じるコンプレッション成分は、エンジンの吸気行程で発生するエネルギ損失であるポンピングロス成分で表すことができる。こうした着眼点に基づき、上記構成とすることにより、逆回転域でのロスエネルギを精度良く算出することができ、その結果、逆回転域におけるエンジン回転速度の予測精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】エンジン制御システムの全体概略を示す構成図。
【図２】エンジンのＰ−Ｖ線図。
【図３】クランク角度位置と気筒内圧力との関係を示す図。
【図４】予測回転速度の算出処理を示すフローチャート。
【図５】スタータ駆動制御を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態は、４サイクル４気筒エンジンを対象にエンジン制御システムを構築するものとしている。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、エンジン自動停止始動制御などを実施する。
【００１３】
図１において、スタータ装置１０は、ピニオン押出し式のエンジン始動装置であり、ピニオン１１と、ピニオン１１を回転駆動するモータ１２と、ピニオン１１をその軸線方向に押出し可能な電気駆動式のアクチュエータとしての電磁アクチュエータ１３と、を備えている。モータ１２は、モータ通電用リレー１５を介してバッテリ１６に接続されており、モータ通電用リレー１５のスイッチ部が閉状態となることにより、バッテリ１６からモータ１２への給電が可能になっている。また、モータ通電用リレー１５のコイルには、電気信号により開閉可能なモータ駆動リレー１４が接続されている。このモータ駆動リレー１４への閉信号により、モータ通電用リレー１５のスイッチ部が閉状態となり、バッテリ１６からモータ１２への給電が行われる。
【００１４】
電磁アクチュエータ１３は、ピニオン１１にレバー等を介して駆動力を伝達するプランジャ１７と、通電に伴いプランジャ１７を軸線方向に移動させるコイル１８と、を備えており、ピニオン駆動リレー１９を介してバッテリ１６に接続されている。ピニオン駆動リレー１９は、モータ駆動リレー１４に対する電気信号とは別個の電気信号により開閉可能となっている。これにより、モータ１２によるピニオン１１の回転駆動と、電磁アクチュエータ１３によるピニオン１１の押出しと、を独立して制御可能になっている。
【００１５】
ピニオン１１は、エンジン２０の出力軸（クランク軸２２）に連結されたリングギヤ２１に対して、ピニオン１１の押出しに伴い互いの歯部が噛み合い可能な位置に配置されている。詳しくは、電磁アクチュエータ１３の非通電時では、ピニオン１１はリングギヤ２１に対して非接触の状態になっている。この非接触の状態において、ピニオン駆動リレー１９がオンされる（閉状態にされる）と、バッテリ１６から電磁アクチュエータ１３への給電によりプランジャ１７が軸線方向に吸引されるとともに、ピニオン１１がリングギヤ２１に向かって押し出される。このとき、リングギヤ２１の外周縁に設けられた歯部と歯部との間に、ピニオン１１の外周縁に設けられた歯部が嵌り込むことにより、ピニオン１１の歯部とリングギヤ２１の歯部との噛み合いが生じる。また、この噛み合いが生じている状態でモータ１２へ通電されることにより、ピニオン１１によってリングギヤ２１が回転され、エンジン２０に初期回転が付与される（エンジン２０のクランキングが行われる）。
【００１６】
本システムには、エンジン２０の所定クランク角毎に矩形状の信号を出力するクランク角センサ２３が設けられている。クランク角センサ２３は、クランク軸２２と一体に回転するパルサ（回転円板）２４と、パルサ２４の外周部近傍に設けられた電磁ピックアップ部２５と、を備えている。パルサ２４の外周部には、所定の回転角度間隔（本実施形態では３０°ＣＡ間隔）で突起２６が設けられているとともに、その外周部の一部において複数の突起（例えば２歯分の突起）を欠落させた欠歯部２７が設けられている。クランク軸２２の回転に伴いパルサ２４が回転すると、パルサ２４の突起２６が電磁ピックアップ部２５に近付く毎に（本実施形態では、基本的には３０°ＣＡ毎に）電磁ピックアップ部２５から検出信号（クランクパルス信号）が出力される。このクランクパルス信号のパルス幅に基づきエンジン回転速度や角速度が算出されるとともに、クランクパルス信号をカウントしてクランク角が算出される。
【００１７】
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を入力し、それらに基づいて燃料噴射量制御や点火時期制御、エンジン自動停止始動制御などの各種エンジン制御や、スタータ装置１０の駆動制御を実施する。各種センサとしては、クランク角センサ２３のほか、例えばエンジン２０の吸気管圧力を検出する吸気圧センサ２８や、エンジン冷却水温を検出する冷却水温センサ（図示略）などが設けられている。
【００１８】
上記のシステム構成において実施されるエンジン自動停止始動制御について詳述する。この制御は、エンジン２０のアイドル運転時に所定の自動停止条件が成立するとエンジン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。エンジン自動停止条件としては、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、等の少なくともいずれかが含まれる。
【００１９】
本システムでは、エンジン自動停止に伴いエンジン２０の回転降下が生じる期間（回転降下期間）内に再始動条件が成立した場合には、エンジン２０の回転が完全に停止するのを待たずに、できるだけ早いタイミングでエンジン２０を再始動することとしている。
【００２０】
具体的には、自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止し、その燃焼停止に伴う回転降下期間中に再始動条件が成立した場合、まず、エンジン回転速度に基づき決定されるタイミング（例えば、１００ｒｐｍ以下の低回転領域内）でピニオン駆動リレー１９にオン信号を出力する。これにより、コイル１８に通電され、ピニオン１１がリングギヤ２１に向かって押し出される。また、ピニオン１１の押出しタイミングから所定の移動所要時間Ｔｐが経過した後、モータ駆動リレー１４にオン信号を出力する。移動所要時間Ｔｐは、ピニオン１１の押出し開始から、ピニオン１１がリングギヤ２１との接触位置まで移動してリングギヤ２１に当接するまでに要する時間に設定されている。これにより、エンジン２０の回転が完全に停止するのを待たずに、ピニオン１１がリングギヤ２１に噛み合わされた状態で回転され、エンジン２０のクランキングが実施される。
【００２１】
ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いは、両者の噛み合い音やギヤの摩耗を最小限に抑えるべく、ピニオン１１に対するリングギヤ２１の相対回転速度が所定の許容範囲（例えば０±１００ｒｐｍ）となるタイミングで実施することが好ましい。ところが、ピニオン１１とリングギヤ２１とは非接触の状態で配置されており、ピニオン１１を押し出してリングギヤ２１に当接させるには所定時間がかかる。そのため、再始動要求のタイミングでピニオン１１の押出しを実施した場合、再始動要求のタイミングでは、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いを許容する許容範囲内にエンジン回転速度があっても、実際の噛み合い時には許容範囲外となることがある。かかる場合、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合い音が大きくなったり、ギヤの摩耗が促進されたりすることが懸念される。
【００２２】
また、本実施形態のクランク角センサ２３として使用されるような電磁ピックアップ式の回転角センサでは、クランクパルス信号を出力できるエンジン回転速度域に限界があり、低回転域（例えば５０ｒｐｍ以下の領域）でのエンジン回転速度を精度良く検出できない。そのため、クランク角センサ２３の検出値を用いてスタータ制御を実施しようとすると、低回転領域での制御性が低下するおそれがある。
【００２３】
そこで、ＥＣＵ３０は、エンジン２０の燃焼停止によりエンジン回転速度の降下が生じてからエンジン２０の回転が停止するまでの期間内におけるエンジン回転速度を予測し、その予測したエンジン回転速度である予測回転速度を用いることにより、ピニオン１１の押出しタイミング及びモータ１２の駆動タイミングを決定している。詳しくは、エンジン２０の燃焼停止後のエンジン回転速度を予測する回転予測手段として、正回転域のエンジン回転速度を予測する第１予測手段と、逆回転域のエンジン回転速度を予測する第２予測手段と、を備えている。以下、本システムの回転予測手段について詳述する。
【００２４】
＜第１予測手段＞
第１予測手段は、シリンダ容積の増減変化に伴うエンジン回転速度の増減１周期分を回転脈動期間とし、先の回転脈動期間のロスエネルギに基づいて、将来のエンジン回転速度のうち正回転域のエンジン回転速度を予測する。
【００２５】
第１予測手段についてより詳細には、回転降下期間における正回転中のロスエネルギは、ピストン位置で決まる回転角度位置では一定であると仮定し、シリンダ容積の増減変化に伴う瞬時回転速度の増減１周期分（本実施形態では１８０℃Ａ）を回転脈動期間として、現時点よりも前の回転脈動期間のエンジン回転速度に基づき将来のエンジン回転速度を予測するものである。つまり、第１予測手段は、エンジン正回転中では前後する回転脈動期間でエンジントルクが同様の傾向で生じると仮定して将来のエンジン回転速度を予測する。なお、瞬時回転速度は、クランク軸２２の所定回転角度の回転に要した時間から算出されるエンジン回転速度である。
【００２６】
この予測方法では、次のクランクパルス信号が出力されるクランク角度位置、すなわち、次の演算タイミングの瞬時回転速度の予測値（予測回転速度）を算出するとともに、算出した予測回転速度に基づいて、更にその次の演算タイミングの予測回転速度を算出するといった処理を複数回繰り返す。これにより、エンジン回転降下期間内でのエンジン回転軌道の予測が可能となる。
【００２７】
具体的には、クランク角センサ２３により検出済みであるか、又は回転予測手段により予測済みのポイントを基準点P(i)、回転予測するポイントを予測点P(i+1)とした場合、正回転域における予測点P(i+1)の予測回転速度Ne(i+1)は、正回転域における基準点P(i)から予測点P(i+1)までのロスエネルギEloss_p(i→i+1)を用いて、下記式（１）で表される。なお、ロスエネルギの符号は、エンジン２０の正回転方向と逆向きへの作用方向を「正」とする。
【数１】
0006447339.tif 000002
（式中、Ne(i)は、基準点P(i)のエンジン回転速度、Ne(i+1)は、予測点P(i+1)のエンジン回転速度、Eloss_p(i→i+1)は、正回転域における基準点P(i)から予測点P(i+1)までのロスエネルギを示す。）
【００２８】
本システムでは、エンジン回転方向が同じであれば、燃料カット中のエンジントルクは、前後する回転脈動期間において、ＴＤＣからのクランク角度が同じとなるクランク角度位置では等しいものと仮定している。したがって、上記式（１）のロスエネルギEloss_p(i→i+1)は、前回の回転脈動期間の対応するクランク角度位置間のロスエネルギを用いる。
【００２９】
なお、予測演算は、クランクパルス信号の入力毎（３０℃Ａ毎）に、次のクランクパルス信号が入力されるまでの時間を利用して実行され、その都度、回転軌道の予測データが更新される。なお、エンジン回転速度（瞬時回転速度）を角速度に換算して予測演算を行うようにしてもよい。
【００３０】
＜第２予測手段＞
次に、第２予測手段について説明する。第１予測手段では、エンジン燃焼停止後のロスエネルギは、ピストン位置で決まるクランク角度位置が同じであれば一定であると仮定して、先の回転脈動期間でのロスエネルギを用いて将来のエンジン回転速度を予測した。ところが、エンジン２０の逆回転域ではこの仮定が成立しなくなる。これは、エンジン２０の燃焼停止状態で作用するエンジントルク（ロストルクともいう。）のうち、エンジン２０のピストン移動に伴う摩擦により生じるトルク損失であるフリクショントルクが作用する方向はエンジン２０の回転方向に依存し、正回転時と逆回転時とでは逆方向に作用するからである（図２参照）。また、回転脈動期間でのロスエネルギには、エンジンのピストンの移動に伴う摩擦により生じるエネルギ損失であるフリクション成分と、エンジン２０の気筒内圧力の増減変化に伴い生じるエネルギ損失であるコンプレッション成分と、が含まれる。
【００３１】
こうした着眼点に基づき、本実施形態では、ロスエネルギをフリクション成分とコンプレッション成分とに分解し、作用方向の違いから逆回転域のロスエネルギを算出することとしている。具体的には、フリクション成分については、エンジン正回転中の回転脈動期間のロスエネルギに含まれるフリクション成分の正負の符号を反転し、これを逆回転域のロスエネルギのフリクション成分とする。また、コンプレッション成分については、エンジンの吸気行程で発生するエネルギ損失であるポンピングロス成分を推定し、これを逆回転域のロスエネルギのコンプレッション成分とする。そして、フリクション成分とコンプレッション成分との和で表されるロスエネルギを逆回転域のロスエネルギの推定値とし、これを用いて逆回転域のエンジン回転速度を予測する。
【００３２】
ロスエネルギのコンプレッション成分としてポンピングロス成分を考慮する理由について図２のＰ−Ｖ線図を用いて説明する。図２中、（１）〜（４）はエンジン２０の一燃焼サイクルの各行程におけるコンプレッションエネルギ変化を示す。これらのうち、（１）は吸気行程、（２）は圧縮行程、（３）は膨張行程、（４）は排気行程を示している。また、上段はシリンダ容積が増大する行程であり、下段はシリンダ容積が減少する行程である。なお、図２では、単気筒についてのコンプレッションエネルギ変化を示している。
【００３３】
吸気行程の気筒では、図２（１）に示すように、ポンピングロスによるエネルギ減少量Ｐ１が生じる。また、圧縮行程の気筒では、図２（２）に示すように、ピストン上昇に伴い増加量Ｑ２のコンプレッションエネルギの増加が生じ、その後、減少量Ｐ２のコンプレッションエネルギ減少が生じる。膨張行程の気筒では、図２（３）に示すように、ピストン下降に伴い増加量Ｑ３のコンプレッションエネルギ増加が生じ、その後、減少量Ｐ３のコンプレッションエネルギ減少が生じる。一方、排気行程の気筒では、気筒内圧力が大気圧にほぼ等しいため、コンプレッションエネルギ変化はほぼ０である。圧縮行程と膨張行程のコンプレッションエネルギ変化は相殺されることから、全行程（吸気行程、圧縮行程、膨張行程及び排気行程）でのコンプレッションエネルギ変化は、ポンピングロスによるエネルギ変化Ｐ１が残ることになる。
【００３４】
図３は、単気筒の筒内圧の変化（一点鎖線Ａ）、全気筒（本実施形態では４気筒）の筒内圧を合成した全気筒合成圧力（破線Ｂ）、及び全気筒合成圧力の１行程での平均値（実線Ｃ）を示している。なお、圧力は、大気圧を基準圧力として表しており、圧力の作用方向については正回転方向を「＋」としている。クランク角は、１つの気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準位置（０℃Ａ）として示している。この図から、全気筒合成圧力の１行程での平均値（実線Ｃ）は、単気筒の吸気行程の圧力（一点鎖線Ａの吸気行程）と等しいことが分かる。つまり、全気筒の１行程でのコンプレッションエネルギは、吸気行程でのポンピングロスのエネルギに等しいと言える。
【００３５】
そこで本実施形態では、コンプレッション成分について、ポンピングロス成分を無視せずに算出式に組み込むことで、エンジン回転速度の予測精度の向上を図ることとしている。具体的には、コンプレッショントルクTecとポンピングロストルクTpompとの関係を下記式（３）で表し、全気筒のエネルギロスの総和を、フリクショントルクTefとポンピングロストルクTpompとを用いて下記式（４）で表す。なお、下記式（３）及び（４）の積分区間は全行程（全気筒の１行程分）である。
【数２】
0006447339.tif 000003
（式（４）中、Ep(i)は１行程あたりのエネルギロスであり、ｎは気筒数である。）
【００３６】
次に、逆回転域の予測回転速度の算出方法について以下詳細に説明する。まず、エンジン正回転方向と逆向きへの作用方向を正とすると、エンジントルクTe［Nm］は下記式（５）で表される。
Te＝Tef＋Tec    …（５）
（式（５）中、Tefはフリクショントルク、Tecはコンプレッショントルクを示す。）
また、逆回転時のフリクショントルクTef_nは、正回転時のフリクショントルクTef_pを用いて下記式（６）で表される。
Tef_n＝−Tef_p    …（６）
【００３７】
フリクショントルクTefは、上記式（５）及び上記式（３）を用いて、下記式（７）で表される。
【数３】
0006447339.tif 000004
【００３８】
回転脈動期間内においてＴＤＣからの回転角度が同じクランク角度位置ではコンプレッショントルクが等しいと仮定すると、逆回転時のコンプレッショントルクTec_nは、正回転時のコンプレッショントルクTec_pを用いて下記式（８）で表される。
Tec_n＝Tec_p＝Te−Tef    …（８）
よって、逆回転時のエンジントルクTe_nは、正回転時のエンジントルクTe_pを用いて下記式（９）で表される。
Te_n＝Tef_n＋Tec_n＝−Tef_p＋（Te_p−Tef_p）＝Te_p−２×Tef_p    …（９）
【００３９】
また、上記式（９）は、上記式（７）及び上記式（３）を用いて下記式（１０）で表される。
【数４】
0006447339.tif 000005
【００４０】
エンジントルクTeとロスエネルギElossとは比例関係にあることから、上記式（１０）は、エンジントルクTeをロスエネルギElossに置き換えても成立する。逆回転時のロスエネルギEloss_nの算出式を下記式（１１）に示す。この式（１１）によれば、正回転時のロスエネルギEloss_pから逆回転時のロスエネルギEloss_nを推定できる。なお、正回転時のロスエネルギEloss_pは、クランク角センサ２３による検出値又は第１予測手段により算出した予測回転速度Ne(i+1)から算出する。
【数５】
0006447339.tif 000006
（式（１１）中、Eloss_pは正回転時のロスエネルギ[rpm2]、Eloss_nは逆回転時のロスエネルギ[rpm2]、Epompはポンピングロスエネルギ[rpm2]である。）
【００４１】
上記式（１１）において、ポンピングロスエネルギEpompは、吸気行程にある気筒の気筒内圧力に基づいて算出する。具体的には、下記式（１２）を用いてポンピングロスエネルギEpompを算出する。
Epomp＝βＰ    …（１２）
（式（１２）中、Ｐは吸気行程にある気筒の気筒内圧力であり、βは圧力からエネルギへの換算係数である。）
吸気行程にある気筒の気筒内圧力Ｐについて、本実施形態では、吸気圧センサ２８により検出した吸気管圧力を用いることとしている。
【００４２】
そして、上記式（１１）で算出した逆回転時のロスエネルギEloss_nを用いて、下記式（１３）により逆回転域の予測回転速度を算出する。
【数６】
0006447339.tif 000007
（式（１３）中、Ne(i)は、基準点P(i)のエンジン回転速度、Ne(i+1)は、予測点P(i+1)のエンジン回転速度、Eloss_n(i→i+1)は、逆回転域における基準点P(i)から予測点P(i+1)までのロスエネルギを示す。）
【００４３】
上記式（１３）において、ロスエネルギEloss_n(i→i+1)としては、正回転域において基準点P(i)及び予測点P(i+1)のそれぞれと同じクランク角度位置となる位置間のロスエネルギEloss_pを、上記式（１１）を用いて逆回転時のロスエネルギEloss_nに換算した値が用いられる。すなわち、正回転から逆回転に移行した後は、ピストンのクランク角度位置が戻ることになる。そのため、エンジン回転速度がP(i-3)→P(i-2)→P(i-1)→P(i)→P(i+1)→P(i+2)と推移していき、かつ点P(i-1)でエンジン回転速度が０になる場合、逆回転域になった直後の点P(i)は、逆回転になる直前の正回転域の点P(i-2)と同じクランク位置になり、点P(i+1)は点P(i-3)と同じクランク位置になる。この場合、回転方向が正逆異なっていても、同じクランク角度位置であればロスエネルギが対応する関係にある。したがって、例えば点P(i)〜点P(i+1)の期間のロスエネルギ（推定値）は、上記式（１１）の換算式を用いて、正回転域の点P(i-3)〜点P(i-2)の期間のロスエネルギにより算出される。
【００４４】
また、基準点P(i)から予測点P(i+1)までの時間幅Δt(i→i+1)は、エンジン回転方向に関わらず下記式（１４）で表される。なお、式中、Δθ(i→i+1)は、基準点P(i)から予測点P(i+1)までの回転角度（クランク分解能）である。
【数７】
0006447339.tif 000008
【００４５】
次に、予測回転速度の算出処理について、図４のフローチャートを用いて説明する。この処理は、自動停止条件の成立に伴うエンジン２０の燃焼停止後において、所定のクランク角度毎に（例えば３０℃Ａごとに）ＥＣＵ３０のマイコンにより実行される。
【００４６】
図４において、ステップＳ１０１では、前回の回転脈動期間におけるロスエネルギElossを用い、上記式（１）により、次の予測点P(i+1)の予測回転速度Ne(i+1)を算出する（第１予測手段）。続くステップＳ１０２では、算出した予測回転速度Ne(i+1)が、クランク軸２２が正回転していることを示す値であるか否かを判定する。ここでは、[Ne(i)2−Eloss(i→i+1)]＞０の場合には予測回転速度Ne(i+1)は正であり、[Ne(i)2−Eloss(i→i+1)]＜０の場合には予測回転速度Ne(i+1)は負であると判定する。ステップＳ１０２がＹｅｓの場合、ステップＳ１０３へ進み、回転予測を続行するか否か（次のクランクパルス入力までの待機中か否か）を判定し、回転予測を続行する場合には、ステップＳ１０１〜Ｓ１０２の処理を実行し、第１予測手段による回転予測を繰り返す。
【００４７】
回転予測の継続中に、上記式（１）により算出した最新の予測回転速度Ne(i+1)が負になったと判定された場合、ステップＳ１０２がＮｏとなり、ステップＳ１０４へ進む。ステップＳ１０４では、予測回転速度に基づいて、所定回転速度（例えば０近傍の正回転側の値）に到達する時刻である逆回転判定時刻ｔｂを算出する。この逆回転判定時刻ｔｂは、ピニオン１１とリングギヤ２１との当接を正回転中に実施可能な時刻のうち最も遅い時刻であり、移動所要時間Ｔｐを考慮して設定される。
【００４８】
続くステップＳ１０５では、現在時刻が逆回転判定時刻ｔｂよりも後か否かを判定する。ステップＳ１０５がＮｏの場合、現在のタイミングでエンジン２０の再始動要求があり、これに伴いピニオン１１の押出しを開始した場合に、エンジン正回転中にピニオン１１をリングギヤ２１に当接させることができることから、逆回転中の期間の回転予測を続行する必要はないと判断して、本ルーチンを一旦終了する。
【００４９】
一方、ステップＳ１０５がＹｅｓの場合、ステップＳ１０６へ進み、上記式（１１）を用いて、逆回転域のロスエネルギEloss_nを算出する（エネルギ算出手段）。続くステップＳ１０７では、逆回転域のロスエネルギEloss_nを用い、上記式（１３）により逆回転域の予測回転速度を算出する（第２予測手段）。
【００５０】
その後のステップＳ１０８では、逆回転域の回転予測を続行するか否かを判定し、回転予測を続行する場合には、ステップＳ１０６〜Ｓ１０７の処理により第２予測手段による回転予測を繰り返す。一方、回転予測を続行しないと判定された場合にはそのまま本ルーチンを終了する。本実施形態では、エンジン２０の燃焼停止後、エンジン回転速度が最初に逆回転状態から正回転状態に切り替わるまでの期間を回転予測の実施期間としている。したがって、ここでは、エンジン回転速度と、回転予測の実施期間の終了時期を定めた判定値とを比較し、エンジン回転速度が逆回転状態から正回転状態に切り替わった最初のタイミング以降であると判定されると、ステップＳ１０８でＮｏとなり、本ルーチンを終了する。
【００５１】
次に、スタータ駆動制御について、図５のフローチャートを用いて説明する。この処理は、自動停止条件の成立に伴いエンジン２０の燃焼を停止した後、エンジン２０の回転が停止するまでの期間中に、ＥＣＵ３０のマイコンにより所定周期毎に実行される。
【００５２】
図５において、ステップＳ２０１では、再始動条件の成立後であるか否かを判定する。再始動条件が成立すると、ステップＳ２０２へ進み、エンジン回転速度が移動許可速度以下であるか否かを判定する。この移動許可速度は、ピニオン１１とリングギヤ２１との当接を許容するエンジン回転速度の上限値であり、例えば１００ｒｐｍに設定されている。なお、移動許可速度との比較に用いるエンジン回転速度は、クランク角センサ２３による検出値、又は第１予測手段による予測値である。
【００５３】
ステップＳ２０２がＹｅｓになると、ステップＳ２０３へ進み、ピニオン１１の移動許可期間内であるか否かを判定する。移動許可期間は、噛み合い音及びギヤの摩耗の観点から許容されるエンジン回転速度域でピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いを実施可能な期間である。この移動許可期間は、ピニオン１１のリングギヤ２１への当接を禁止する当接禁止期間と移動所要時間Ｔｐとを考慮して、予測回転速度に基づき都度設定される。当接禁止期間は、例えば逆回転域の比較的大きい回転速度範囲に設定してある。
【００５４】
移動許可期間内で再始動条件が成立している場合には、ステップＳ２０３がＹｅｓとなり、ステップＳ２０４へ進み、ピニオン駆動リレー１９にオン信号を出力してピニオン１１をリングギヤ２１に向かって押し出す。続くステップＳ２０５では、ピニオン１１の押出し開始から移動所要時間Ｔｐが経過した時点でモータ駆動リレー１４にオン信号を出力し、モータ駆動を開始する。
【００５５】
ステップＳ２０６では、エンジン回転速度Ｎｅが始動回転速度Ｎｅｆ（例えば４００〜５００ｒｐｍ）以上になったことを条件に、ピニオン駆動リレー１９及びモータ駆動リレー１４にそれぞれオフ信号を出力する。これにより、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いが解除されるとともに、モータ１２の駆動が停止され、エンジン２０のクランキングが終了される。
【００５６】
以上詳述した本実施形態によれば、次の優れた効果が得られる。
【００５７】
正回転域のロスエネルギに含まれる成分のうち、エンジン２０のピストンの移動に伴う摩擦により生じるエネルギ損失であるフリクション成分の正負の符号を反転し、その符号反転後のフリクション成分と、エンジン２０の吸気行程で発生するエネルギ損失であるポンピングロス成分とに基づいて逆回転域のロスエネルギを算出するとともに、その算出したロスエネルギに基づいて、逆回転域における将来のエンジン回転速度を予測する構成とした。すなわち、ロスエネルギに含まれるコンプレッション成分について、ポンピングロス成分を無視せずに算出式に組み込む構成とした。こうした構成によれば、逆回転域のロスエネルギを精度良く推定することができ、ひいては、逆回転域におけるエンジン回転速度の予測精度を向上させることができる。
【００５８】
吸気行程にある気筒の気筒内圧力Ｐに基づいて、ポンピングロスエネルギEpompを算出する構成とした。こうした構成によれば、吸気行程にある気筒の気筒内圧力Ｐを検出することによって、ポンピングロスエネルギEpompを精度良く推定することができる。特に、吸気圧センサ２８により検出した吸気管圧力を気筒内圧力ＰとしてポンピングロスエネルギEpompを算出することから、気筒内圧力を直接検出するセンサを備えない車両に好適である。
【００５９】
エンジン２０の自動停止要求に伴いエンジン２０の燃焼を停止した後の回転降下中に再始動要求があった場合、クランク軸２２の回転が停止するのを待たずに、再始動要求後できるだけ速やかにエンジン２０を再始動させることが望ましい。その一方で、ピニオン１１をリングギヤ２１に噛み合わせるべく、クランク軸２２の逆回転中の比較的大きい回転速度域でピニオン１１をリングギヤ２１に当接させると、互いの噛み合い音が大きくなったり、ギヤの摩耗が促進されたりすることが懸念される。こうした点に鑑み、エンジン自動停止始動制御を行うシステムに本発明を適用し、第１予測手段及び第２予測手段により算出した予測回転速度を用いてピニオン１１の移動開始タイミングを制御することにより、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合い音の低減及びギヤの摩耗を図りつつ、再始動要求後できるだけ速やかにエンジン２０を再始動させることができる。
【００６０】
特に、ピニオン１１の移動とモータ１２の駆動とを独立して制御可能なスタータ装置１０を備えるシステムを適用したことから応答性に優れており、したがって、第１予測手段及び第２予測手段により算出した予測回転速度に基づきピニオン１１の移動開始タイミングをより高い精度で制御することができる。よって、ピニオン１１やリングギヤ２１の摩耗を抑制しつつエンジン再始動を速やかに行う、といった効果を好適に得ることができる。
【００６１】
（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。
【００６２】
・上記実施形態では、ポンピングロスエネルギEpompを算出する際に、吸気行程にある気筒の気筒内圧力Ｐとして、吸気圧センサ２８により検出した吸気管圧力を用いたが、気筒内圧力を検出する圧力センサを各気筒に設け、該圧力センサにより検出した気筒内圧力を用いる構成としてもよい。こうした構成によれば、吸気行程にある気筒の気筒内圧力Ｐを直接検出することができ、ポンピングロスエネルギEpompを精度良く推定できる点で好適である。
【００６３】
・上記実施形態では、吸気行程にある気筒の気筒内圧力Ｐに基づいてポンピングロスエネルギEpompを算出したが、ポンピングロスエネルギEpompの算出方法はこれに限定されない。例えば、エンジン２０の圧縮行程にある気筒のシリンダ容積と、膨張行程にある気筒のシリンダ容積とが等しくなる回転角度位置でのロスエネルギに基づいて、ポンピングロス成分を算出する構成とする。
【００６４】
圧縮行程にある気筒のシリンダ容積と、膨張行程にある気筒のシリンダ容積とが等しくなる回転角度位置では、圧縮行程と膨張行程のロスエネルギが相殺され、吸気行程のロスエネルギ、つまりポンピングロス成分のみが残る。例えば４気筒エンジンであれば、１つの気筒（例えば第１気筒）の圧縮上死点を基準位置（０℃Ａ）とした場合、−２７０℃Ａ、−９０℃Ａ、９０℃Ａ、及び２７０℃Ａでは、圧縮行程にある気筒と、膨張行程にある気筒とでシリンダ容積が同じになり、図３に示すように、全気筒合成圧力（破線Ｂ）が、全気筒合成圧力の１行程での平均値（実線Ｃ）と等しくなる。この点に着目し、上記構成とすることによりポンピングロス成分を抽出することができる。具体的には、まず、過去の履歴データを用いて、正回転域において圧縮行程にある気筒と膨張行程にある気筒とのシリンダ容積が同じになるクランク角度位置のロスエネルギEloss_pを算出する。そして、その算出したロスエネルギEloss_pをポンピングロスエネルギEpompとして、上記式（１１）により逆回転域のロスエネルギEloss_nを算出する。
【００６５】
・上記実施形態では、エンジン１０の燃焼停止後、エンジン回転速度が最初に逆回転状態から正回転状態に切り替わるまでの期間を回転予測の実施期間としたが、回転予測の実施期間はこれに限定されず、エンジン回転速度が最初に逆回転状態から正回転状態に切り替わった後において回転予測を継続する構成としてもよい。例えば、エンジン回転速度がゼロになるまで回転予測を継続する構成とする。
【００６６】
・上記実施形態では、コイル１８の通電／非通電を制御するピニオン駆動リレー１９と、モータ１２の通電／非通電を制御するモータ駆動リレー１４とを有するスタータ装置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１１の移動と、モータ１２の回転とを独立して制御可能なスタータ装置１０の構成は上記に限定しない。例えば、従来のスタータ装置において、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。具体的には、図１のスタータ装置１０において、モータ駆動リレー１４の代わりに、プランジャにおけるレバー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とともに、モータ１２とバッテリ１６との間に、ＥＣＵ３０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構成に適用する。この構成においても、ピニオン駆動リレー１９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１１とリングギヤ２１との噛み合わせ動作と、モータ１２の回転動作とを独立して制御可能である。
【００６７】
・上記実施形態では、ピニオン１１の移動とモータ１２の駆動とを独立して制御可能なスタータ装置１０に本発明を適用する場合について説明したが、従来のスタータ装置のように、スタータ装置１０への駆動指令に伴い、ピニオン１１の移動とモータ１２の駆動とが一連の動作によって行われるスタータ装置に本発明を適用してもよい。こうしたスタータ装置では、通電オンによりまずピニオン１１の移動が開始され、その後、ピニオン１１の移動開始から所定の遅延時間が経過した後にモータ１２の駆動が開始される。この場合、モータ駆動の遅延時間が一定であるため、クランク軸２２の逆回転中にピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いが生じた場合に、制御によってはモータ駆動の開始タイミングを遅らせることができない。このとき、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合い状態でのモータ駆動がエンジン逆回転中に開始されると、逆回転状態のエンジン出力軸２２に対し、モータ１２によって正回転方向の回転力が付与されるため、ピニオン１１やリングギヤ２１の摩耗が促進されやすくなる。また、逆回転中でのモータ駆動を回避することを考慮して、スタータ装置の設計の際に、ピニオン１１の移動開始からモータ１２の駆動開始までの時間を長めに設定しておくことも考えられるが、その場合、再始動要求からエンジン２０が始動されるまでに要する時間が長くなり、エンジン始動性が低下してしまう。この点、本発明の回転予測手段によれば、逆回転中のエンジン回転速度を事前に正確に予測可能であるから、従来のスタータ装置において、予測回転速度に基づいてピニオンの移動開始タイミングを制御することにより、ピニオン１１やリングギヤ２１の摩耗を好適に抑制できるし、またエンジン始動性を良好にすることができる。
【００６８】
・第１予測手段及び第２予測手段により回転予測した結果からエンジン２０の回転が停止するタイミングを予測し、その予測したタイミングでピニオン１１がリングギヤ２２に噛み合うようにピニオン１１の移動開始タイミングを制御する構成としてもよい。コンプレッション成分を考慮して逆回転域のエンジン回転速度を予測する構成によれば精度が高い予測を行うことができることから、エンジン２０の回転が停止した直後にピニオン１１の移動を開始させることが可能となり、ひいては、ピニオン１１やリングギヤ２１の摩耗を抑制しつつエンジン再始動をできるだけ早期に行うことができる。特に、ピニオン１１の移動とモータ１２の駆動とが一連の動作によって行われる従来のスタータ装置では、それらを独立に制御可能なスタータ装置に比べて、ピニオン１１とリングギヤ２１との噛み合いを精密に制御することが難しい。そのため、エンジン２０の回転停止を待ってからエンジン再始動を行うことがあるが、こうした構成に本発明を適用することにより、上記効果を好適に得ることができる。
【符号の説明】
【００６９】
１０…スタータ装置、１１…ピニオン、１２…モータ、１３…電磁アクチュエータ、１４…モータ駆動リレー、１５…モータ通電用リレー、１９…ピニオン駆動リレー、２０…エンジン、２１…リングギヤ、２２…クランク軸（出力軸）、２３…クランク角センサ、２８…吸気圧センサ（圧力検出手段）、３０…ＥＣＵ（第１予測手段、第２予測手段、エネルギ算出手段、スタータ制御手段）。
【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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