(57)【要約】  アイドルストップシステムを備えた車両において、チェンジ・オブ・マインド実行時にスタータのピニオンギヤの噛み込み機能の故障を検出し、故障が検出された場合はアイドルストップの制御の制限、ならびにスタータの駆動制御を切替えて、故障時に発生しうる不具合を防止するとともに燃費の悪化を抑えるシステムを提供することにある。  エンジンの惰性回転中でもピニオンギヤを噛み込ませて再始動を行うアイドルストップシステムにおいて、スタータが駆動されている時のエンジン回転情報の変化からスタータの機能異常を判定し、判定結果からスタータの駆動方法、およびアイドルストップ制御の切り替えを行うフェールセーフ機能を備える。
2015060137.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
前記回転軸を回転させるモータと、
エンジンのリングギヤに前記回転軸の回転力を伝達するピニオンギヤと、
前記回転軸と前記ピニオンギヤとを前記リングギヤ側へ移動させ、
前記ピニオンギヤと前記リングギヤとを噛み合わせるピニオンシフト機構と、
を備える始動装置を制御し、
前記エンジンの回転数降下期間中に前記ピニオンシフト機構へ噛み合い指示を行う車載制御装置において、
前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示後に前記モータを通電制御しているときの前記エンジンの運転状態に基づき、
前記エンジンの回転数が上昇しない状態を検出することを特徴とする車載制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の車載制御装置において、
前記始動装置は、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが接触したときに撓んで前記ピニオンギヤを相対移動させ、前記リングギヤ側へ付勢する弾性体を備え、
前記車載制御装置は、前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示後の前記エンジンの運転状態に基づき、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合わない状態、前記ピニオンギヤが相対移動出来ない固着状態、または前記弾性体の異常状態の少なくとも一つを検出し、フェールセーフ制御を行うことを特徴とする車載制御装置。
【請求項３】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記ピニオンギヤは前記回転軸の軸方向に相対移動可能であり、
前記弾性体は前記回転軸の軸方向の前記リングギヤ側へ前記ピニオンギヤを付勢することを特徴とする車載制御装置。
【請求項４】
請求項２に記載の車載制御装置において、
前記車載制御装置は、前記モータへの通電開始または前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示から所定時間経過しても前記エンジンの回転数が前記モータの回転数相当にならない場合に、前記ピニオンギヤが相対移動出来ない固着状態、または前記弾性体の異常が発生したと判断することを特徴とする車載制御装置。
【請求項５】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記車載制御装置は、前記モータへの通電開始または前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示から所定時間経過後、所定クランク角位相での前記エンジンの回転数が所定範囲にない場合に前記ピニオンギヤが相対移動出来ない固着状態、または前記弾性体の異常が発生したと判断することを特徴とする車載制御装置。
【請求項６】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記車載制御装置は、前記エンジンの回転数降下期間中に前記ピニオンギヤと前記リングギヤとの噛み込みが成功したときのエンジン回転数挙動を予め記憶し、記憶されたエンジン回転数挙動と前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示後の前記エンジンの回転数挙動とを比較して前記ピニオンギヤが相対移動出来ない固着状態、または前記弾性体の異常を検出することを特徴とする車載制御装置。
【請求項７】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記始動装置は、前記ピニオンギヤの移動量を検出するセンサを備え、
前記車載制御装置は、前記センサの検出値に基づき、前記ピニオンギヤが相対移動出来ない固着状態、または前記弾性体の異常を検出することを特徴とする車載制御装置。
【請求項８】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記車載制御装置は、前記エンジンの始動が完了するまでの期間に複数回前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合わない状態を検出し、所定回数以上前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合わない状態を検出したときに前記ピニオンギヤが相対移動出来ない固着状態、または前記弾性体の異常が発生したと判断することを特徴とする車載制御装置。
【請求項９】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記車載制御装置は、所定の自動停止条件が成立したときに前記エンジンを自動停止するアイドルストップ機能を備え、
前記フェールセーフ制御は、前記アイドルストップ機能による前記エンジンの自動停止禁止であることを特徴とする車載制御装置。
【請求項１０】
請求項９記載の車載制御装置において、
前記アイドルストップ機能による前記エンジンの自動停止は、車両が走行状態にあるときの自動停止を含み、
前記フェールセーフ制御は、車両が走行状態にあるときの自動停止の禁止であることを特徴とする車載制御装置。
【請求項１１】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記車載制御装置は、所定の自動停止条件が成立したときに前記エンジンを自動停止するアイドルストップ機能と、前記エンジンの自動停止条件が成立してから前記エンジンが停止するまでの間に、再始動要求に応じて前記エンジンを再始動する再始動機能と、を備え、
前記フェールセーフ制御は、前記エンジンの自動停止条件が成立してから前記エンジンが停止するまでの間の前記エンジンの始動禁止であることを特徴とする車載制御装置。
【請求項１２】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記車載制御装置は、所定の自動停止条件が成立したときに前記エンジンを自動停止するアイドルストップ機能を備え、
前記車載制御装置は、前記エンジン回転数が所定の設定範囲内のときに前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示を行い、
前記フェールセーフ制御は、前記設定範囲の変更であることを特徴とする車載制御装置。
【請求項１３】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記フェールセーフ制御は、前記ピニオンギヤが前記リングギヤへ当接した後の前記モータへの通電電流の制限であることを特徴とする車載制御装置。
【請求項１４】
請求項２記載の車載制御装置において、
前記フェールセーフ制御は、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとの噛み合い性能低下の度合いに基づき、複数処理の切り替えまたは組み合わせを行うことを特徴とする車載制御装置。
【請求項１５】
請求項２記載の車載制御装置において、前記車載制御装置は前記エンジンの運転状態を車載ネットワークを介して外部から取得することを特徴とする車載制御装置。
【請求項１６】
回転軸と、
前記回転軸を回転させるモータと、
エンジンのリングギヤに前記回転軸の回転力を伝達するピニオンギヤと、
前記回転軸と前記ピニオンギヤとを前記リングギヤ側へ移動させ、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとを噛み合わせるピニオンシフト機構と、
前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが接触したときに撓んで前記ピニオンギヤを相対移動させ、前記リングギヤ側へ付勢する弾性体と、を備える始動装置を制御し、
前記エンジンの回転数降下期間中に前記ピニオンシフト機構へ噛み合い指示を行う始動装置の制御方法において、
前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示後の前記エンジンの運転状態に基づき、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとが噛み合わない状態、前記ピニオンギヤが相対移動出来ない固着状態、または前記弾性体の異常状態の少なくとも一つを検出し、フェールセーフ制御を行うことを特徴とする始動装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車載制御装置に関し、特にアイドルストップシステムを備えた車両の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アイドルストップシステムを備えた車両においては、その運転中に、内燃機関の自動停止条件が成立した時に、燃料供給を遮断することにより内燃機関を停止し、運転者の操作又は車両の要求により、内燃機関の再始動条件が成立した時に、速やかに内燃機関を始動し発進する技術が実用化されている。このようなアイドルストップシステムを備えた車両においては、車両の運転状態に基づいた様々な判定方法によりアイドルストップを実行するか否かの判断を行い、アイドルストップを実行する時間を増やすことによって燃費を向上する工夫をしている。【０００３】
アイドルストップの燃費向上策の一例としては、車両を停止するためにブレーキをかけながら減速している途中で、所定車速以下となった時に内燃機関への燃料供給を遮断して内燃機関を停止する制御がある。このような制御を行うことにより、車両が完全停止（車速０ｋｍ／ｈ）してから燃料供給を停止するアイドルストップシステムと比較して、更に燃料の消費量を抑えられ、燃費の向上を期待することが出来る。以降このような制御をコーストストップと呼び、アイドルストップに含まれる制御の一種として以降説明する。【０００４】
一般的に、アイドルストップを実行し、その後エンジンが完全に停止している状態で運転者や制御システム側から再始動要求を受けた場合は、運転者の手動操作による通常の初回始動のようにスタータで駆動してエンジンをクランキングし、再始動を行う。しかし、アイドルストップが実行され燃料カットが行われた直後、エンジンが惰性で回転している状態において、再始動の要求を受けた場合は一般的なピニオンギヤ飛び込み式のスタータでは、エンジンが完全に停止してからでないとクランキングを行えないため、再始動要求と再始動実行のタイミングに時間差が生じて、交差点等での再発進でドライバーへ違和感とともに不安を与える。以降、前記のようにアイドルストップが実行され燃料カットが行われた直後のエンジンが惰性で回転している状態において、再始動の要求を与える操作をチェンジ・オブ・マインドと呼ぶこととする。【０００５】
ここで、チェンジ・オブ・マインド要求からエンジンの再始動実行までの時間差を解消するため、エンジンが惰性で回転している最中に、無理矢理スタータモータを回転駆動すると、スタータのピニオンギヤをエンジンのリングギヤへ噛み合わせる際に、ギヤの端面同士で滑って噛み込むことができない、または噛み込みまでに時間がかかる、所謂ギヤ同士の端面滑りという状態に陥る恐れがある。端面滑りが起きるとギヤの異常磨耗や異音が発生し、耐久性および商品性を著しく低下させる不具合が発生する。【０００６】
エンジンが惰性で回転している最中に、端面滑りを発生させないようにスタータのピニオンギヤをエンジンのリングギヤに噛み込ませて再始動させる方法として、スタータの駆動方法や回路構成を変更することが特許文献１により開示されている。【０００７】
例えば特許文献1では、スタータのピニオンギヤの押し出し動作とスタータモータの駆動を独立して行えるように、２つのソレノイドを２系統の信号で駆動できる構成とし、チェンジ・オブ・マインド要求を受けた時に、予めピニオンギヤを回転させて、惰性回転しているリングギヤとの回転差を小さくして噛み込み易い状況を作り出してからピニオンギヤを押し出して噛み込ませる方法が開示されている。特許文献１開示の技術によれば、エンジンが惰性で回転している最中でも、チェンジマインド要求を受けて再始動を行うことが出来るエンジン回転領域を拡大することができるので、ドライバーへの違和感(タイムラグ)を低減することができる。【０００８】
また一般的に、特許文献２では、ピニオンギヤがリングギヤに当接した時にスプリングを撓ませてギヤの衝突音を吸収する構造が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特許第４２１４４０１号公報
【特許文献２】特許第３７４９４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１記載の技術では、例えばピニオンギヤとリングギヤいずれかについての回転数取得値に異常が生じたときや、モータの駆動回路に異常が生じたときなどに、ギヤ同士の回転差を小さくすることができず噛み込み性能が低下する。また特許文献２記載のスタータの惰性回転中のリングギヤとピニオンギヤとの噛み込み制御への適用を検討しても、ギヤ同士の衝突音を緩和するためのスプリング構造に破損や固着などの異常が生じた場合に、同様に噛み込み性能が低下する。このような状態で、エンジンが惰性回転している期間にピニオンギヤとリングギヤとの噛み合い制御がなされると、ギヤ同士の端面滑りや異音、ギヤの異常磨耗などの不具合が発生してしまう。しかしながら、特許文献のいずれもこのような状態を検出することができない。【００１１】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、スタータのピニオンギヤとエンジンのリングギヤとの噛み合い性能の低下を検出することが可能な車載制御装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため本発明の車載制御装置は、回転軸と、前記回転軸を回転させるモータと、エンジンのリングギヤに前記回転軸の回転力を伝達するピニオンギヤと、前記回転軸と前記ピニオンギヤとを前記リングギヤ側へ移動させ、前記ピニオンギヤと前記リングギヤとを噛み合わせるピニオンシフト機構と、を備える始動装置を制御し、前記エンジンの回転数降下期間中に前記ピニオンシフト機構へ噛み合い指示を行う車載制御装置において、前記エンジンの運転状態を取得または推定し、前記ピニオンシフト機構への噛み合い指示後の前記エンジンの運転状態に基づき、前記エンジンの回転数が上昇しない状態を検出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、スタータの機能に異常が発生してピニオンギヤとリングギヤとの噛み込み性能が低下した場合でも噛み合い性能の低下を検出することが可能となり、ひいては運転者へ異常の通知を行って修理を促したり、アイドルストップ機能を制限した所定のフェールセーフ制御を行うことでさらなる不具合発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明のアイドルストップ車両のシステム構成例である。
【図２】本発明の車載制御装置の機能ブロック図である。
【図３】プリメッシュ機能有りの制御フローチャートである。
【図４】プリメッシュ機能無しの制御フローチャートである。
【図５】本発明のアイドルストップ車両の他のシステム構成例である。
【図６】スタータのピニオンシフト機構部の構成図である。
【図７】本発明の車載制御装置の機能ブロック図である。
【図８】制御フローチャートである。
【図９】スタータ機能の故障診断を含む制御フローチャートである。
【図１０】故障診断のフローチャートである。
【図１１】本発明のスタータ機能の故障診断タイムチャートである。
【図１２】センサを用いた故障診断タイムチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１〜１２を参照して、本発明による車両の始動制御装置の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１６】
図１は、本発明の車両の始動制御装置を搭載した車両の全体構成図である。なお、図１では、本発明による車両の始動制御装置に関する説明に係る部分を主に記載して、他の部分の記載を省略している。この車両は、多気筒のエンジン（内燃機関本体）１とアイドルストップスタータシステム１０と、ＥＣＵ（車載制御装置）２１とを備えている。【００１７】
エンジン１は燃料噴射弁１５から噴射した燃料を、点火コイル１４ａ、点火プラグ１４ｂにより着火させて爆発力を得て、クランク軸１ａを回転させる。【００１８】
エンジン１のクランク軸１ａの一方には、クランク角信号を検出するために既定のパターンを刻んだ信号プレート３ともう一方には、トランスミッションへ駆動力を伝達するドライブプレートと一体のリングギヤ２が取り付けられている。【００１９】
信号プレート３の近傍には、そのパターンの凸凹を検出してパルス信号を出力するクランク角センサ３６が取り付けられている。クランク角センサ３６から出力されるパルス信号に基づいて、ＥＣＵ２１はエンジン１の回転数（エンジン回転数）を算出する。【００２０】
アイドルストップスタータシステム１０は、ピニオンギヤ押し出し式のスタータ本体（始動装置）９と、半導体スイッチング素子１３とを備えており、ＥＣＵ２１によって制御されている。なお、半導体スイッチング素子１３は、ON、OFF信号で動作する機械式のマグネットスイッチに置き換えてもよい。スタータ本体９は、半導体スイッチング素子１３により駆動されるスタータソレノイド５と、ピニオン移送レバー６と、ピニオンギヤ４、ワンウェイクラッチ４ａ、ピニオンギヤセンサ３８と、スタータモータ７とを備えている。【００２１】
ピニオンギヤ４は、リングギヤ２と噛合可能なギヤであり、ワンウェイクラッチ４ａを介してスタータモータ７のピニオン軸（回転軸）８に軸方向に移動可能に設けられている。スタータソレノイド５は、ピニオン移送レバー６を介してピニオンギヤ４をピニオン軸８の軸方向に移動させるための電動アクチュエータである。スタータモータ７は、後述するようにエンジン１をリングギヤ２を介してクランキングさせ、始動するためのモータである。ピニオンギヤセンサ３８は、ピニオン軸８の回転速度を検出するためのセンサである。【００２２】
ＥＣＵ２１のピニオン移送指令、すなわちピニオンギヤ４とリングギヤ２の噛み合い指示がピニオン移送アクチュエータ駆動用の半導体スイッチング素子１３aのゲート端子に入力されると、バッテリ１２の電力がスタータソレノイド５へ供給される。これによりスタータソレノイド５がピニオン移送レバー６を介してピニオンギヤ４を図示右方向、すなわちリングギヤ２側へ移動させるので、ピニオンギヤ４はリングギヤ２と噛合する。【００２３】
ＥＣＵ２１からのモータ駆動指令がスタータモータ駆動用の半導体スイッチング素子１３bのゲート端子に入力されると、バッテリ１２の電力がスタータモータ７へ供給される。これにより、スタータモータ７がピニオンギヤ４およびリングギヤ２を介してクランク軸１ａを回転させてエンジン１をクランキングする。【００２４】
なお、クランク軸１ａにはリングギヤ２と一体化したドライブプレートを介してトランスミッション１６が接続されている。トランスミッション１６は、ドライブシャフト１７およびタイヤ１８を介してエンジン１で発生する回転駆動力を路面に伝える。また、トランスミッション１６には、その出力軸の回転パルスを検知する車速センサ３３が取り付けられている。ＥＣＵ２１は、車速センサ３３からの出力信号に基づき、所定の係数で変換することにより車速値を算出する。【００２５】
本実施例では、ECU２１がエンジン１とアイドルストップスタータシステム１０とを双方制御する例を説明するが、これに限られない。エンジン制御用ECUとスタータ制御用ECUとを別体で構成し、ネットワークを介してピニオンギヤセンサ３８やクランク角センサ３６、車速センサ３３等からの検出値を共有して分散制御するようにしてよい。【００２６】
図２は、ＥＣＵ２１のシステム構成を入力するセンサ等の各種の入力信号、および、ＥＣＵ２１から制御機器等に出力する各種の出力信号とともに示す図である。【００２７】
ＥＣＵ２１の入力回路２２４には、不図示のアクセルペダルの踏み込み量を検知するアクセル開度センサ３０、不図示のスロットルバルブの開き量を検知するスロットル開度センサ３１、エンジン１のシリンダ内へ吸入される吸入空気量を計測するエアフロセンサ３２、車両の走行速度を検出する車速センサ３３、不図示のフットブレーキの操作を検知するブレーキスイッチ３４、エンジン１の点火、噴射タイミングの算出や気筒判定に用いるカム角信号とクランク角信号を検出するカム角センサ３５とクランク角センサ３６、ピニオン軸８の回転速度を検出するピニオンギヤセンサ３８が接続されている。  出力回路２２６には、点火コイル１４ａと、燃料噴射弁１５と、半導体スイッチング素子１３とが接続されている。点火コイル１４ａは、カム角センサ３５、クランク角センサ３６の信号から、演算処理装置２２３がROM２４１から読み出した所定のアルゴリズムに基づいて算出した点火タイミングに基づいて出力回路２２６から出力される点火信号を受信すると、点火コイル１４ａでシリンダ内の混合気に点火するために、点火プラグ１４ｂへ高電圧の電力を供給する。燃料噴射弁１５は、出力回路２２６を介して所定のタイミングで所定時間出力される開弁信号を受信すると、燃料を噴射する。なお、ＥＣＵ２１は、エアフロセンサ３２で計量された吸入空気量から燃料噴射弁１５で噴射する燃料量を算出し開弁時間を決定する。【００２８】
スイッチング素子１３は、出力回路２２６を介して出力されるPWM駆動信号を受信すると、スタータソレノイド５、スタータモータ７をそれぞれ駆動する。スイッチング素子１３ａはスタータソレノイド５を駆動し、スイッチング素子１３ｂはスタータモータ７を駆動する。なお、ＥＣＵ２１は、スタータ本体９への駆動要求を受けると出力回路２２６を介してPWM駆動信号を出力する。【００２９】
図３は、アイドルストップ時にエンジン１の回転数とピニオンギヤ４の回転数とを同期して、ピニオンギヤ４をリングギヤ２へ噛み込ませながらエンジン１を停止する回転数同期式プリメッシュ制御を行う際のフローチャートの一例である。この制御フローチャートで示した動作の処理は、演算処理装置２２３にて繰り返し実行される。【００３０】
一般的なアイドルストップは、例えば車両が停止（車速＝０ｋｍ／ｈ）状態で、スロットル開度が全閉でエンジン１が無負荷運転にある時、ステップ１０１で、車速センサ３３やブレーキスイッチ３４などの各入力条件がアイドルストップ許可条件を満たすと実行される。また、車両が減速中にアイドルストップを行うコーストストップは、前記「車両が停止（車速＝０ｋｍ／ｈ）状態」に代わり、例えば「車速条件が１３ｋｍ／ｈ以下で、かつ不図示のブレーキペダルが踏み込まれていること」が挙げられる。アイドルストップ条件、またはコーストストップ条件を満たすと、ステップ１０２で、燃料噴射弁１５の駆動を停止して、エンジン１の燃料供給の遮断(燃料カット)を行う。【００３１】
上述した燃料カット動作により、エンジン回転数は徐々に低下して、ステップ１０３で、判定条件の所定値A（たとえばエンジン回転数が６００ｒｐｍ）以下となった時には、ステップ１０４に進み、ピニオン予回転動作、即ちスタータモータ７へ通電し、ピニオンギヤセンサ３８から算出されるピニオンギヤ回転数を所定値まで上昇させて、通電を停止する動作を行う。【００３２】
この場合、上記のピニオン予回転動作は無負荷で回転するため、通電停止後ピニオンギヤ回転数は惰性によって時間とともに徐々に低下する。一方、エンジン回転数は吸入→圧縮→膨張→排気を繰り返して脈動しながら低下するので、クランク角センサ３６から算出されるエンジン回転数と、ピニオン予回転動作によって徐々に低下しているピニオンギヤ回転数とが同期するタイミングを予測し、ステップ１０５で、プリメッシュ条件が成立した時、ステップ１０６に進みピニオンギヤ移送を実行、即ちスタータソレノイド５への通電を開始し、回転するピニオンギヤ４をリングギヤ２へピニオン移送レバー６を介して噛み込ませる、いわゆるプリメッシュ状態とする。なお、プリメッシュ条件としては、たとえば、「エンジン回転数から予測される３０ｍｓ後のエンジン回転数と、実際のピニオンギヤ４の回転数との差が±１００ｒｐｍ以内であること」が挙げられる。【００３３】
ステップ１０７で、例えば不図示のブレーキペダルから足が離れるなどの運転者からの再始動要求、いわゆるチェンジ・オブ・マインドが無いと判定された場合は、ステップ１０８に進み、上記プリメッシュ状態のまま、エンジン１を完全停止させて、ステップ１０９に進み、再始動要求を受けるまで待機する。【００３４】
ステップ１０９の待機状態において、運転者の操作などにより、再始動要求を受けた時には、ステップ１１１に進み、スタータモータ７へ通電し、燃料噴射を再開させて内燃機関を再始動させる。【００３５】
また、ステップ１０７において、運転者からのチェンジ・オブ・マインド要求が有りと判定された場合には、ステップ１１０に進み、エンジン１の予測回転数が正転域であるか否かを判定する。エンジンの予測回転数が正転域である場合には、ステップ１１１に進み、スタータへの駆動指令を行う。エンジンの予測回転数が逆転域の場合には、エンジンの予測回転数が正転域に入るまで待機する。ステップ１１０の判定によって、エンジン１が停止直前で圧縮上死点を越えられずに逆転している領域でクランキングすることを防止できるので、半導体素子１３、スタータモータ７が過負荷となって損傷することを回避することが可能である。【００３６】
その後、ステップ１１２へ進み、エンジン回転数が所定値Ｃ（たとえばエンジン回転数が５００ｒｐｍ）以上か否かを判定して、所定値Ｃ以上の場合はエンジン1の始動が完了したものとみなし、ステップ１１３に進み、スタータ本体９の駆動をＯＦＦとする。【００３７】
以上のように、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との回転数同期式のプリメッシュ動作を行うことにより、次回再始動時には、ピニオンギヤ４をリングギヤ２へ噛み込ませる動作が不要となるので、再始動要求を受けてからエンジン１が完爆に至るまでの始動時間を短縮できるとともにピニオンギヤ４をリングギヤ２へ噛み込ませる際の騒音を低減できる。【００３８】
また、前記の行程でプリメッシュ動作を省いて簡略化した場合のフローチャートを図４に示す。ステップ２０３で運転者からのチェンジ・オブ・マインド要求が有りと判定され、ステップ２０４でその時のエンジン回転数が所定値A（たとえばエンジン回転数が５００ｒｐｍ）以上である場合には、惰性で回転しているリングギヤ２との差回転を小さい状態とするため、ステップ２０８で予めスタータモータ７にのみ通電させてピニオンギヤ４を予回転させる。なお、ステップ２０８の制御は、チェンジ・オブ・マインド要求の有無に関わらず実行し、チェンジ・オブ・マインド要求が無い場合にピニオンギヤ４をリングギヤ２へ噛み込ませることなくスタータモータ７の回転を停止してもよい。その後、ステップ２０９でピニオンギヤ４の飛び込み可能範囲の目安であるエンジン１の予測回転数が所定範囲B3〜B4（たとえば３０ｍｓ後のエンジン回転数が０〜３００ｒｐｍ）内であれば、ステップ２１０でスタータ駆動ONし、ピニオンギヤ４をリングギヤ２へ飛び込ませてスタータモータ７を駆動し、エンジン１をクランキングする。【００３９】
その後、ステップ２１１へ進み、エンジン回転数が所定値Ｃ（たとえばエンジン回転数が５００ｒｐｍ）以上か否かを判定して、所定値Ｃ以上の場合はエンジン1の始動が完了したものとみなし、ステップ２１２へ進み、スタータ本体９の駆動をＯＦＦとする。【００４０】
以上が図１のアイドルストップシステムで、プリメッシュ動作を伴わない場合のアイドルストップから再始動までの動作である。【００４１】
図３、図４はともに、スタータのピニオンギヤ４の飛び込み動作とスタータモータ７の駆動動作を、それぞれ２系統の駆動信号で独立して制御することが可能なスタータ、および制御装置を備えるシステムによる実施の一形態であり、ピニオンギヤ４とリングギヤ２の回転数差が小さい状況で噛み込みを行うようにすることで、噛み込み性能を向上することができる。これにより、アイドルストップ直後のエンジン１が惰性で回転している期間にリングギヤへピニオンギヤを噛み込ませることを実現可能で、その状態から再始動を行うチェンジ・オブ・マインドに対応している。【００４２】
図３，４で説明したシステムに対して、よりシンプルな構成でチェンジ・オブ・マインドに対応するシステムの例を図５に示す。【００４３】
図５は、図１のアイドルストップスタータシステム１０をシンプルな構成でエンジン１が惰性で回転している期間にリングギヤ２へピニオンギヤ４を噛み込ませることができ、チェンジ・オブ・マインドに対応することが可能なスタータ本体９に置き換えた始動制御装置の例である。スタータ本体９は、スタータモータ７への給電を開閉するモータ接点１１およびピニオン移送レバー６を駆動するスタータソレノイド５と、スタータモータ７のピニオン軸８にはワンウェイクラッチ４ａ、ピニオンギヤ４とが接続されている。【００４４】
従来のスタータはピニオンギヤ４とワンウェイクラッチ４ａは一体構造でピニオン移送レバー６によってリングギヤ２へ押し出されるが、図５のスタータは別体構造としている。詳しくは図６（ａ）に示すようにワンウェイクラッチ４ａに縦溝のスプラインシャフト４３が固定され、前記スプラインと一定のクリアランスを確保して勘合する縦溝スプラインを内側に設けたピニオンギヤ４が、前記シャフト４３上を軸方向に移動できる構造としている。【００４５】
ピニオンギヤ４はスプリング４４によって図中右方向、すなわちリングギヤ２側に押され、ストッパー４５に押し付けられた状態で停止している。【００４６】
また、図６（ａ）の構造の代替案として、図６（ｂ）に示すように、可動鉄心４２とピニオン移送レバー６の間にスプリング４４を介してリンク４２ａと接続するようにしてダンパー機構を構成しピニオン移送レバー６と接続してもよい。【００４７】
以上のように構成されたシステムで、チェンジ・オブ・マインドによる再始動要求を受けて、ＥＣＵ２１からスタータ駆動指令が出るとスタータリレー４１の接点が閉じてスタータソレノイド５へ給電される。スタータソレノイド５は電磁式ソレノイドで、コイルに電流が流れると可動鉄心４２に電磁力が作用し、ピニオン移送レバー６を図中左側へ吸引するとともに、一定のストロークに達した時にモータ接点１１を閉じてモータへ給電しピニオンギヤを回転させる。【００４８】
図６（ｂ）の構成では、ピニオン移送レバー６が吸引されるとピニオンギヤユニット４ｂがリングギヤ２側へ押し出され、ピニオンギヤ４がリングギヤ２に当接した時にスプリング４４が一瞬たわむ際の反発力を利用して、素早く噛み込みを完了させることが可能となる。すなわち、ピニオン移送レバー６の移動速度よりも、スプリング４４の反発力によるピニオンギヤ４の移動速度の方が速く、スプリング４４の反発力を利用することで、ピニオンギヤ４とリングギヤ２の位相が噛み合い可能位置となった時、瞬時に噛み込むことができる。【００４９】
同様に、図６（ｂ）に示す構成では、スプリング４４がたわんで同様の効果を生み出す。なお、ピニオン移送レバー６の移動速度よりも早くピニオンギヤ４を移動可能であれば、スプリングではなく、ゴム材料等他の弾性体や、反発力を生じさせる他の構造を採用してもよい。  この動作を利用することにより、従来の標準的な１系統の駆動信号で制御するスタータの置き換えで、アイドルストップ直後の惰性で回転しているリングギヤへの噛み込みが可能となるため、最小限の変更とシンプルな構成でギヤ同士の噛み込み性能を向上できる。【００５０】
図７は図５に示す始動システムのＥＣＵ２１のシステム構成を入力するセンサ等の各種の入力信号、および、ＥＣＵ２１から制御機器等に出力する各種の出力信号とともに示す図である。【００５１】
図２で示したシステム構成との違いは、出力回路２２６に接続されているスタータリレー４１とスタータ本体９の部分で、１系統の駆動信号でスタータを駆動する点である。【００５２】
図８は図５に示す始動システムで、アイドルストップから再始動までを行う際の制御フローチャートである。この制御フローチャートで示した動作の処理は、ＥＣＵ２１にて繰り返し実行される。【００５３】
ステップ３０１で車速センサ３３やブレーキスイッチ３４などの各入力条件がアイドルストップ許可条件を満たすとステップ３０２で燃料カット処理が実行される。その後ステップ３０３で運転者からのチェンジ・オブ・マインド要求が有りと判定され、ステップ３０６でピニオンギヤ４の飛び込み可能範囲の目安であるエンジン１の予測回転数が所定範囲B５〜B６（たとえば３０ｍｓ後のエンジン回転数が０〜１８０ｒｐｍ）内であれば、ステップ３０７でスタータ駆動ONし、ピニオンギヤ４をリングギヤ２へ飛び込ませてモータを駆動し、エンジン１をクランキングする。【００５４】
その後、ステップ３０８へ進み、エンジン回転数が所定値Ｃ（たとえばエンジン回転数が５００ｒｐｍ）以上か否かを判定して、所定値Ｃ以上の場合は、ステップ３０９へ進み、スタータ本体９の駆動をＯＦＦとする。【００５５】
ステップ３０３でチェンジ・オブ・マインド要求が無い場合は、ステップ３０４へ進みエンジン停止で待機状態となり、ステップ３０５で再始動要求を受けた場合はステップ３０７へ進みスタータを駆動して再始動を行う流れである。【００５６】
なお、図１で説明したスタータのピニオンギヤ４の飛び込み動作とスタータモータ７の駆動動作を、それぞれ２系統の駆動信号で独立して制御することが可能なシステムにおいて、図６で説明したような、弾性体の反発力により噛み込み性能を向上させる構造をさらに組み合わせてもよい。【００５７】
ここで、図１、図５等でこれまで説明したアイドルストップシステムで、回転しているリングギヤ２へピニオンギヤ４を噛み込ませようとする場面において、スタータに異常が発生してリングギヤへの噛み込み性能が低下した状態になると、ピニオンギヤとリングギヤの当接時にギヤ同士が滑り、噛み込み完了までの時間が長くなる、破壊的な摩擦音が発生する、ギヤが異常磨耗するなどの不具合現象が発生する。【００５８】
スタータに発生する異常の内容としては、図１のシステムの場合、ピニオン予回転動作の不良によって回転不足、または回転過多となってリングギヤとの回転差が大きくなるなどが考えられる。予回転動作の不良は、例えばピニオンギヤセンサ３８が故障し、ＥＣＵ２１がピニオンギヤ４の回転数を認識できない、といった原因により生じ得る。【００５９】
また図５のシステムの場合は、ピニオンギヤ４のスライド機構が、異物の噛み込みや車両の長期間放置等で固着しスプリング４４がたわまなくなる、またはスプリング４４が折損する、スプリング４４が劣化して反発力が落ちる、などの異常が考えられる。前記のようにスプリング４４が異常となると、スプリングの反発力が得られなくなり、ピニオンギヤ４とリングギヤ２の位相が噛み合い可能位置となっても瞬時に噛み込むことが出来なくなるので、端面滑りが発生して噛み込み性能が低下することになる。【００６０】
そこで本実施形態では、スタータの故障診断を行い、スタータの噛み込み性能の低下を検出する。故障と判断された場合には、運転者への通知やフェールセーフ制御といった所定の処理を行うことによりアイドルストップ機能の低下を最小限に抑えて、故障による燃費悪化を防止できる。【００６１】
図９は、図５のシステムの動作フローチャート図８にスタータの機能診断を追加した場合のフローチャートであり、ステップ３０７でスタータ駆動ＯＮした後にステップ３１０でスタータの機能診断制御を追加した例であり、図１のシステムの動作フローチャート図３、図４においても同様にスタータ駆動ＯＮした後に診断実行する流れとなる。なお、ステップ３１０の処理は、図９の処理を実行する毎に行っても良いし、実行頻度や時期を車両の運転状態に応じて適宜変更してもよい。【００６２】
図１０はステップ３１０の機能診断制御をフローチャートで図示した内容である。【００６３】
診断を実行する条件としては、ステップ４０１でチェンジ・オブ・マインド要求を受けて、ステップ４０２でスタータが動作した時に、ステップ４０３でエンジン回転情報等のエンジン運転状態を基に異常判定を行う。ステップ４０３の処理は図１１を用いて後述する。ステップ４０３、４０４でスタータ機能が正常と診断された場合は、診断制御を終了する。【００６４】
ステップ４０５では、診断により異常と診断された回数をカウントアップする。これにより、誤診断を抑制することができる。ステップ４０６では、診断ＮＧ回数の回数に基づき、ステップ４０８のフェールセーフ制御とステップ４１０の仮故障時の制御とを切り替える。ステップ４１０の処理としては、警告灯などによる運転者への異常通知、ステップ４０８はアイドルストップ機能の制限と運転者への異常通知双方の処理などとして故障の程度に応じてフェールセーフ制御を切り替えることが考えられるが、これに限られない。【００６５】
図１１に図１０のステップ４０３で述べたスタータ機能の異常判定のタイムチャートの一例を示す。まず、スタータ機能の異常判定の条件として以下条件（１）条件で判定を行う手段について説明する。
（１）チェンジ・オブ・マインド要求後、スタータモータ７の通電開始タイミングスタータＯＮ指令から所定時間Ｔ１（例えば２００ｍｓ）経過後のエンジン回転数を検知し、その値が所定値Ｄ（例えば３００ｒｐｍ）未満であること。【００６６】
ここでいうスタータON指令とは、図１に示すシステムではピニオンシフト指令（スタータソレノイド５への通電開始）タイミングより後のスタータモータ７の通電開始タイミング（例えば、図３のステップ１１１）を、図５に示すシステムではバッテリ電圧降下量を検知して知ることができるモータ通電開始タイミング、またはピニオンシフト指令タイミングとすることができる。【００６７】
また、ピニオンシフト指令タイミング自体を起点とすることもでき、この場合ピニオンギヤ４が移送されてモータ通電用接点が閉じてモータを駆動するまでに十数ｍｓの時間差が生じるため、時間差を考慮してエンジン回転数の検知ウインドウを短く設定すると端面滑りの検知精度を向上することができる。【００６８】
所定値Ｄの設定方法としては、例えばスタータモータ７がエンジン１をクランキングを行う際のクランキング回転数相当の値に設定するとよい。これにより、スタータ機能正常時であれば噛み合いが成功する時間が経過してもエンジン回転数がクランキング回転数に相当する値まで上昇しないことをもって、ピニオンギヤ４とリングギヤ２が噛み合わない状態が生じていると判断できる。また、所定値Ｄをエンジン１の初爆相当の回転数と完爆相当の回転数との間の値に設定してもよい。また、回転数の傾きを判定に使用し、エンジン１の初爆以降回転数が急変しないことをもってピニオンギヤ４とリングギヤ２が噛み合わない状態が生じていると判断してもよい。【００６９】
この判定条件によれば、既存の回転センサ信号で簡素な判定方法で故障を判定するので、複雑なロジックやコストアップなしに故障を検出することができる。【００７０】
なお、スタータ機能の異常判定の条件としては、他に以下（２）〜（４）のような手段がある。
（２）  スタータＯＮ指令から所定時間Ｔ１(例えば２００ｍｓ)経過後、所定クランク角位相Ｆ（例えば圧縮上死点０度）でのエンジン回転数が所定範囲Ｄ１〜Ｄ２（例えば１００ｒｐｍ〜３００ｒｐｍ）にないこと。【００７１】
前記の所定クランク角位相は他の位相をみても判定することができるが、圧縮上死点における角加速度が最も低くなるので、安定した回転数を得られ、より高い精度の判定を行うことができる。【００７２】
また、端面滑りが生じている期間はギヤ同士の摩擦により、リングギヤが減速される作用が働くので、エンジンの回転低下傾きは緩くなる傾向にあるため、圧縮行程の位相におけるエンジン回転数の傾きを判定に使用することが可能である。【００７３】
この判定条件によれば、既存の回転センサ信号で簡素な判定方法で故障を判定するので、複雑なロジックやコストアップなしに故障を検出することができる。【００７４】
なお、一例としてエンジン回転数をパラメータとして判定を行う例を説明したが、代替方法としてエンジン１筒内燃焼状態に基づくイオン電流、燃焼圧力の変化を検知して判定することも可能である。すなわち、イオン電流センサ、または燃焼圧力センサで検知した信号の間隔などからクランク角速度を算出し判定に使用することができる。【００７５】
（３）  チェンジ・オブ・マインド動作時のスタータ作動指令からピニオンギヤがリングギヤへの噛み込みを成功した時のエンジン回転挙動を時間単位、あるいはクランク角単位で記憶しておき、その記憶してあるエンジン回転挙動と現在のエンジン回転挙動とを比較して、回転数の乖離が所定値以上であること。【００７６】
この判定条件によれば、既存の回転センサ信号を利用して精密に故障を判定するので、コストアップなしで精度の高い故障診断を行うことができる。【００７７】
（４）  ピニオンストロークセンサ、ひずみセンサ、音センサ、位置スイッチなどの新規に追加した物理センサを用いて、ピニオンギヤの移動量を検知、または推定し、前記検知、または推定した移動量が所定時間経過しても完全噛み込みした時の移動量まで到達しないこと。【００７８】
図１２に前記のひずみセンサ、および音センサの出力でピニオンギヤの移動量を推定する例を図示する。ピニオンギヤの移送指令でピニオンギヤが移動し、リングギヤに当接したタイミングでセンサ出力のピークが現れ、当接位置を知ることができる。その後ギヤの端面同士が滑りながら噛み込み可能な状態となるまで当接位置に留まる。その後、ギヤ同士が噛み合うと再度移動し始め、最終的に完全噛み合い位置まで移動する。【００７９】
この判定条件によれば、ピニオンギヤの移動量をセンサにより検知、または推定して故障を判定するので、（１）〜（３）の方法と比較してより確実に故障を検出することができる。【００８０】
上記方法で異常と判定された場合は、図１０のステップ４０５で異常と診断された回数をカウントアップする。次にステップ４０６で異常と診断された回数を判定し、所定値Ｅ以上となった場合はステップ４０７で異常確定し、ステップ４０８でフェールセーフ制御をする。【００８１】
また、ステップ４０６で異常と診断された回数が所定値Ｅ未満の場合はステップ４０９で仮故障と判定し、ステップ４１０で仮故障時の制御を行うこととする。【００８２】
上記異常判定に加えて、さらに別の要因によりエンジン１の回転数等が上昇しないことを判定し、異常状態の切り分けを行ってもよい。例えば、スタータモータ７が回らない、スタータモータ７が早くから回る、リングギヤ２やピニオンギヤ４の磨耗、欠損により、エンジン１の回転数が上昇しない状態が検出されるため、誤診断モードとして切り分ける。その方法としては、例えばバッテリ電圧の降下を監視して、スタータＯＮ指令とは関連なくモータが回転する、無負荷で回転している、等を検出してよい。また、半導体スイッチング素子１３周辺回路の断線等を検出する、ピニオンギヤセンサ３８の出力とスタータＯＮ指令との一致を確認する等が考えられる。これらの誤診断モードに該当する場合は、図１０に示す故障診断の内容から除外し、別のフェールセーフ制御を行う。【００８３】
また、ステップ３１０の機能診断を実行する際には、ピニオンギヤ４の押し出し条件を可変して、よりギヤ同士が噛み合わない状態を検出し易くしても良い。例えば、ステップ２０９のエンジン予測回転数範囲を一時的に高く設定するなどして良い。エンジン１の回転数が高回転なほど、ギヤ同士が噛み合わない状態が顕著に現れるからである。【００８４】
以上説明したとおり、本実施の形態によれば、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込み性能が低下した場合でも噛み合い性能の低下を検出することが可能となり、ひいては運転者へ異常の通知を行って修理を促したり、アイドルストップ機能を制限した所定のフェールセーフ制御を行うことでさらなる不具合発生を抑制することができる。
【実施例２】
【００８５】
続いて、スタータの噛み合い性能低下を検出したときのフェールセーフ制御の実施例について説明する。実施例１と共通する部分については説明を省略し、実施例１と異なる部分を中心に説明を行う。【００８６】
本実施形態では、図１０ステップ４０８のフェールセーフ制御、およびステップ４１０の仮故障時の制御の具体例として、例えば下記（１）〜（６）の制御を実行する。【００８７】
（１） アイドルストップを禁止する。【００８８】
（２） 車両の減速走行中にアイドルストップを行うコーストストップを禁止する。【００８９】
（３） チェンジ・オブ・マインドによる再始動を禁止し、エンジンが完全に停止してから再始動を実行する。【００９０】
（４） チェンジ・オブ・マインドによるスタータの噛み込み指令を許可するエンジン回転数の設定範囲を変更する。例えば、機能正常時は−５０〜２００ｒ／ｍｉｎで許可していたものを、機能低下時は０〜１００ｒ／ｍｉｎとする。【００９１】
（５） 実施例１のように、図１の半導体スイッチング素子１３を備えるシステムでは、ピニオンギヤがリングギヤ４へ当接した際にモータへの通電電流を制限することによってピニオンギヤ４の回転上昇を抑制し、ギヤ同士が滑らないように噛み込ませる。【００９２】
（６）始動制御装置へ故障内容を記憶するとともに、メーターパネル内のインジケータを点灯、または点滅させてドライバーへ異常を告知する。【００９３】
上記（１）、（２）のフェールセーフ制御によれば、ドライバーのキー操作による初回始動や、エンジン1が完全停止した後の再始動以外ではスタータを使用しないため、端面滑りの発生によるギヤの磨耗等を防止することができる。【００９４】
上記（３）のフェールセーフ制御によれば、エンジン１が完全停止してからのアイドルストップは実行できるので燃費の悪化を抑えることができる。【００９５】
上記（４）のフェールセーフ制御によれば、噛み込み許可回転数が低くなるためにピニオンギヤ４を噛み込ませるタイミングが例えば数十ms遅くなるものの、エンジン１の回転数が低下している期間中のアイドルストップを実行できるので、再始動の応答性を確保しつつ燃費の悪化を抑えることができる。【００９６】
上記（５）のフェールセーフ制御によれば、半導体スイッチング素子１３の電流制御を変更することで初期のピニオン回転の上昇を抑えて端面滑りを防止でき、エンジン１の回転数が低下している期間中のアイドルストップを実行できるので、再始動の応答性を確保しつつ燃費の悪化を抑えることができる。【００９７】
上記（６）のフェールセーフ制御によれば、故障であることをドライバーへ知らせて点検・整備を促すことができるので、故障したままの車両を長時間、または長距離使用することを防止することができる。【００９８】
また、これらのフェールセーフ制御を複数同時に実行したり、故障の程度に応じて段階的にフェールセーフ制御を切り替えても良い。例えば、図１０のステップ４０９において仮故障と判定した場合には、一部機能を制限した状態でコーストストップを継続するべくステップ４１０では上記（４）または（５）の制御を実行する。ステップ４０７において異常確定と判定した場合には、エンジン１の回転数が低下している期間中のアイドルストップを制限して、エンジン１が完全停止してからのアイドルストップのみを行うようにステップ４０８では上記（２）または（３）の制御を実行する。【００９９】
また、故障の程度の判定については、図１０のステップ４０６で説明したような診断NG回数に基づく判定に限られない。例えば、スタータ機能の異常がより顕著なほど、ピニオンギヤ４とリングギヤ２との噛み込みに要する時間が増加するため、この時間により噛み合い性能の低下度合いを判定してもよい。【０１００】
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。【０１０１】
アイドルストップシステムを搭載した車両において、チェンジ・オブ・マインド操作時にスタータの機能に異常が発生してリングギヤとの噛み込み性能が低下した場合でも、フェールセーフによって制御の切り替えを行うことにより、ドライバーへ異常の通知を行うことができ、またアイドルストップの一部機能を制限した状態でアイドルストップを実行することが可能であるため、アイドルストップを完全に禁止した場合と比較して燃費の悪化を防止することができる。
【符号の説明】
【０１０２】
１      エンジン
１ａ            クランクシャフト
２      リングギヤ
３            クランク角信号プレート
４      ピニオンギヤ
４ａ            ワンウェイクラッチ
４ｂ            ピニオンギヤユニット
５      スタータソレノイド
６      ピニオン移送レバー
７      スタータモータ
８      ピニオン軸
９      スタータ本体
１０            アイドルストップスタータシステム
１１            モータ接点
１２    バッテリ
１４ａ  点火コイル
１４ｂ  点火プラグ
１５    燃料噴射弁
１６      トランスミッション
１７      ドライブシャフト
１８      タイヤ 
２１    ＥＣＵ（コントロールユニット、制御装置）
３３      車速センサ
３６    クランク角センサ
３８    ピニオンギヤセンサ
４１            スタータリレー
４２            可動鉄心
４２ａ            リンク
４３            スプラインシャフト
４４            スプリング
４５            ストッパー
【図１】
2015060137.tif 000003
【図２】
2015060137.tif 000004
【図３】
2015060137.tif 000005
【図４】
2015060137.tif 000006
【図５】
2015060137.tif 000007
【図６】
2015060137.tif 000008
【図７】
2015060137.tif 000009
【図８】
2015060137.tif 000010
【図９】
2015060137.tif 000011
【図１０】
2015060137.tif 000012
【図１１】
2015060137.tif 000013
【図１２】
2015060137.tif 000014
【国際調査報告】
2015060137.tif 000015
2015060137.tif 000016
2015060137.tif 000017
2015060137.tif 000018