JP4214401B2 - エンジン自動停止再始動装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの停止と再始動を自動的に行うエンジン自動停止再始動装置にに関する発明である。

近年の自動車においては、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止再始動装置（いわゆるアイドリングストップ装置）を搭載したものがある。このエンジン自動停止再始動装置は、運転者が車両を停車させたときにエンジンを自動的に停止し、その後、運転者が車両を発進させようとする操作（例えばブレーキ解除操作、ドライブレンジ等へのシフト操作等）を行うと、再始動要求が発生して、エンジンを自動的に再始動するようにしている。

再始動時には、特許文献１（特開２００２−１２２０５９号公報）に示すように、スタータによって回転駆動されるピニオンを電磁アクチュエータ（プランジャコイル）によって押し出して、該ピニオンをエンジンのクランク軸に連結されたリングギアに噛み込ませた後、スタータに通電してピニオンを回転させてリングギアを回転駆動することで、エンジンをクランキングして再始動させるようにしている。尚、ピニオンを押し出したときにピニオンがリングギアに噛み合わずにピニオンの先端がリングギアの側面に当接した状態になることがあるが、この場合は、その後、スタータに通電してピニオンを回転させると、ピニオンがリングギアとの噛み合いのずれ分だけ回転した時点で、電磁アクチュエータの押し出し力によりピニオンがリングギアに噛み込まれてクランキングが開始される。
特開２００２−１２２０５９号公報（第２頁〜第３頁等）

この様なエンジン自動停止再始動装置においては、再始動要求が発生したときに、できるだけ速やかにエンジンを再始動することが要求される。

しかし、上記従来のエンジン自動停止再始動装置では、自動停止によりエンジン回転が完全に停止した状態になっているか又はほぼ停止とみなせるような極低回転状態になっているときに、ピニオンを押し出してリングギアに噛み込ませるようにしているため、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生しても、エンジン回転が完全に停止した状態になるか又はほぼ停止とみなせるような極低回転状態になるまで待って、上記の再始動の制御を開始するようにしている。このため、再始動要求発生からクランキングを開始するまでに時間遅れが生じてしまい、運転者に再始動が遅いと感じさせてしまう結果となっていた。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、エンジン回転の停止を待たずにピニオンをリングギアに噛み込ませてクランキングを開始することができ、運転者に再始動が遅いと感じさせずに済むエンジン自動停止再始動装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、スタータによって回転駆動されるピニオンと、前記ピニオンを前記リングギアから外れた待機位置から前記リングギアに噛み込ませるピニオン押し出し手段とを備えたエンジン自動停止再始動装置において、前記リングギアの回転速度を判定するリングギア回転速度判定手段と、前記ピニオンの回転速度を判定するピニオン回転速度判定手段とを備え、自動停止要求が発生してからエンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、スタータへの通電を開始してピニオンを回転させ、このピニオンの回転速度が前記リングギアの回転速度と同期した時点で、前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませて前記スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させることを第１の特徴とし、更に、リングギア回転速度判定手段の判定結果に基づいて将来のリングギア回転速度を予測して、ピニオンの回転速度がリングギア回転速度と同期する時点を予測し、その時点に合わせてピニオンをリングギアに噛み込ませるようにピニオン押し出し手段の押し出し速度及び／又は押し出し開始タイミングを制御することを第２の特徴とする。

要するに、リングギア（エンジン）が回転していても、ピニオンの回転速度をリングギアの回転速度と同期させれば、ピニオンをリングギアに噛み込ませることが可能である。この点に着目して、本発明は、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、ピニオンを回転させてピニオンの回転速度をリングギアの回転速度と同期させた時点で、ピニオンをリングギアに噛み込ませてクランキングを開始するようにしたので、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、エンジン回転が完全に停止した状態になるのを待たずに、速やかにピニオンをリングギアに噛み込ませてクランキングを開始することができ、運転者に再始動が遅いと感じさせずに済む。

この場合、ピニオンの押し出しを開始してからピニオンがリングギアに到達するまでにピニオンの移動時間分の遅れが生じるため、ピニオンの回転速度がリングギアの回転速度と同期した時点で、直ちにピニオンの押し出しを開始しても、ピニオンの移動時間中のリングギアの回転降下量が大きくなると、ピニオンとリングギアとの同期が成立しなくなってピニオンの噛み込みに失敗する可能性がある。

この対策として、請求項１のように、リングギア回転速度判定手段の判定結果に基づいて将来のリングギア回転速度を予測して、ピニオンの回転速度がリングギア回転速度と同期する時点を予測し、その時点に合わせてピニオンをリングギアに噛み込ませるようにピニオン押し出し手段の押し出し速度及び／又は押し出し開始タイミングを制御するようにすれば、ピニオンがリングギアに到達する時点で確実にピニオンとリングギアとの同期が成立するように制御できるため、ピニオンの移動時間中のリングギアの回転降下量が大きくなっても（或はピニオンの移動時間が長くなっても）、ピニオンをリングギアに確実に噛み込ませることができる。

また、請求項２，４のように、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、同期が成立する以前にピニオン押し出し手段によりピニオンをリングギアに噛み込ませる直前の位置まで押し出して待機させておき、同期が成立した時点でピニオン押し出し手段によりピニオンをリングギアに噛み込ませるようにしても良い。このように、ピニオンをリングギアに噛み込ませる直前の位置まで押し出して待機させておけば、同期が成立した時点でピニオンをほぼ最短の移動距離でリングギアに噛み込ませることができるため、同期が成立した時点で速やかにピニオンをリングギアに噛み込ませることができて、ピニオンをリングギアに確実に噛み込ませることができる。

また、請求項３，５のように、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、同期が成立する以前にピニオン押し出し手段によるピニオンの押し出しを開始し、ピニオンをリングギアに噛み込ませる直前の位置で待機させることなく、同期が成立した時点でピニオンをリングギアに噛み込ませるようにピニオン押し出し手段の押し出し速度及び／又は押し出し開始タイミングを制御するようにしても良い。このようにすれば、ピニオンがリングギアに噛み込まれる直前の位置に到達する頃にピニオンとリングギアとの同期が成立するように制御できるため、同期が成立した時点で速やかにピニオンをリングギアに噛み込ませることができて、ピニオンをリングギアに確実に噛み込ませることができる。しかも、最終的にピニオンをリングギアに噛み込ませる前（同期成立前）からピニオンを押し出し続けているので、最終的にピニオンをリングギアに噛み込ませるときに、イナーシャや静止摩擦力の影響が少なく、ピニオンをリングギアに極めて短時間で噛み込ませることができる。

また、請求項６，７のように、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、ピニオンの回転速度を目標同期回転速度まで上昇させるように制御し、リングギアの回転速度が目標同期回転速度まで降下した時点で前記同期が成立したと判断するようにしても良い。この場合、目標同期回転速度は、ピニオンの噛み込みが容易な回転速度に設定することが好ましい。この目標同期回転速度は、演算処理の簡略化ために毎回同じ速度に設定しても良いが、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生した時点のリングギアの回転速度に基づいて目標同期回転速度を設定するようにしても良い（例えば、再始動要求発生時のリングギアの回転速度よりも所定速度低い速度に目標同期回転速度を設定するようにしても良い）。

或は、請求項８のように、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、ピニオンの回転速度を制御可能な範囲で上昇させるように制御し、上昇するピニオンの回転速度と降下するリングギアの回転速度とがほぼ一致した時点で同期が成立したと判断するようにしても良い。このようにすれば、同期が成立するまでの時間を短くすることができて、再始動要求発生からクランキング開始までの時間を短くすることができる利点がある。

また、請求項９，１０のように、ピニオンをリングギアに噛み込ませるときのピニオンの押し込み速度がリングギアの歯の空間周波数に相当する速度以上となるようにピニオン押し出し手段の押し出し速度を制御するようにすると良い。このようにすれば、ピニオンとリングギアとの同期が若干ずれても（或は同期の判定条件を緩和しても）、ピニオンをリングギアに比較的スムーズに噛み込ませることができ、ピニオンの噛み込み動作を安定させることができる利点がある。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した実施例１，２を説明する。

本発明の実施例１を図１乃至図６に基づいて説明する。まず、図１に基づいてエンジン自動停止再始動装置の構成を説明する。スタータ１１は、いわゆるピニオン押し出し式スタータであり、モータ部１２と、このモータ部１２によって回転駆動されるピニオン１３と、このピニオン１３を押し出すための電磁アクチュエータ１４（ピニオン押し出し手段）等を備えた構成となっている。モータ部１２は、電機子１５に直巻コイル１６と分巻コイル１７を同方向に巻回し、分巻コイル１７の通電電流をデューティ制御等で制御することでピニオン１３の回転速度を制御可能となっている（図２参照）。

ピニオン１３は、ワンウエイクラッチ１８と一体化され、モータ部１２の減速機構（図示せず）の回転軸に軸方向に移動可能に連結されている。始動時にピニオン１３を押し出す電磁アクチュエータ１４は、プランジャ１９とプランジャコイル２０とから構成され、プランジャ１９がレバー２１を介してワンウエイクラッチ１８に連結されている。プランジャコイル２０に通電すると、プランジャ１９が矢印Ａ方向に吸引され、それによって、レバー２１が軸２２を中心にして回動してピニオン１３がワンウエイクラッチ１８と一体に押し出されて、該ピニオン１３がエンジンのクランク軸に連結されたリングギア２３に噛み合わされる。

尚、始動時にエンジン回転速度（リングギア２３の回転速度）がピニオン１３の回転速度を上回って、リングギア２３によってピニオン１３が回転駆動されるようになると、ワンウエイクラッチ１８が空転して、スタータ１１のモータ部１２がエンジン動力によって回転駆動されることを防止するようにしている。

以上のように構成されたスタータ１１とバッテリ２４との間には常開型の電磁スイッチ２５が設けられ、運転者がイグニッションスイッチ２６をスタート位置（ＳＴＡＲＴ位置）の接点に操作して該接点をオンすると、電磁スイッチ２５のコイル２５ａにバッテリ２４から通電されて電磁スイッチ２５がオンした状態となり、スタータ１１の直巻コイル１６とプランジャコイル２０に通電されてエンジンが始動される。イグニッションスイッチ２６をスタート位置からオン位置に戻してスタート位置の接点をオフすると、電磁スイッチ２５のコイル２５ａへの通電が断たれて、電磁スイッチ２５がオフした状態となり、スタータ１１への通電がオフされる。

本実施例１では、エンジンの自動停止期間中に再始動要求が発生したときにスタータ１１に自動的に通電するために、スタータ１１への通電をコントローラ２７（再始動制御手段）によって制御できるようになっている。このコントローラ２７は、電磁スイッチ２５のコイル２５ａへの通電をオン／オフする出力ポートＰ１と、プランジャコイル２０への通電をデューティ制御する出力ポートＰ２と、分巻コイル１７への通電をデューティ制御するスイッチング素子２８をオン／オフする出力ポートＰ３と、エンジンＥＣＵ２９（エンジン制御コンピュータ）から出力される再始動要求の信号を受信する入力ポート等を備えている。

エンジンＥＣＵ２９は、エンジン運転中に運転者が車両を停車させて、その停車時間が所定時間を越えたときに、自動停止要求が発生したと判断して、燃料噴射と点火を停止してエンジンを自動停止させる。更に、エンジンＥＣＵ２９は、この自動停止期間中に運転者が車両を発進させようとする操作（例えばブレーキ解除操作、ドライブレンジ等へのシフト操作等）を行うと、再始動要求が発生したと判断して、再始動要求の信号をコントローラ２７に送信する。このエンジンＥＣＵ２９によるエンジン自動停止再始動の制御は、後述する図３のエンジン自動停止再始動ルーチンによって実行される。

これに対して、コントローラ２７は、後述する図４及び図５のルーチンを実行することで、エンジンＥＣＵ２９から出力された再始動要求の信号を受信したときに、エンジンを自動的に再始動する。この際、自動停止によりエンジン回転が完全に停止した状態になっているか又はほぼ停止とみなせるような極低回転状態になっているときに、再始動要求が発生した場合には、通常再始動ルーチン（図示せず）を実行して、直ちにプランジャコイル２０に通電して、プランジャ１９によってピニオン１３を押し出してリングギア２３に噛み込ませた後、スタータ１１の直巻コイル１６に通電してピニオン１３を回転させてリングギア２３を回転駆動することで、エンジンをクランキングして再始動させる。尚、ピニオン１３を押し出したときにピニオン１３がリングギア２３に噛み合わずにピニオン１３の先端がリングギア２３の側面に当接した状態になることがあるが、この場合は、その後、スタータ１１の直巻コイル１６に通電してピニオン１３を回転させると、ピニオン１３がリングギア２３との噛み合いのずれ分だけ回転した時点で、プランジャ１９の押し出し力によりピニオン１３がリングギア２３に噛み込まれてクランキングが開始される。

一方、自動停止要求が発生してからエンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときには、後述する図５のエンジン回転降下中再始動ルーチンを実行することで、スタータ１１の分巻コイル１７への通電を開始してピニオン１３を回転させ、このピニオン１３の回転速度がリングギア２３の回転速度と同期したと判断した時点で、プランジャコイル２０に最大のデューティ比１００％で通電してピニオン１３の押し出し力を最大にしてピニオン１３をリングギア２３に速やかに噛み込ませた後、スタータ１１の直巻コイル１６に通電して、スタータ１１の出力を最大にしてエンジンをクランキングして再始動させる。

本実施例１では、同期が成立してからピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませるまでのピニオン１３の移動時間を短くするために、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときには、同期が成立する以前に、プランジャコイル２０への通電を開始して、ピニオン１３をゆっくりと押し出して、同期が成立する頃にピニオン１３の先端がリングギア２３の側面に接近した状態になるようにしている。この際、ピニオン１３の動き始めがイナーシャや静止摩擦力によって遅くなるのを防止するために、図６に示すように、プランジャコイル２０の通電開始時からイナーシャや静止摩擦力の影響が少なくなる所定時間ｔが経過するまで、プランジャコイル２０に最大のデューティ比１００％で通電して最大の押し出し力でピニオン１３の押し出しを開始し、所定時間ｔ経過後に、プランジャコイル２０のデューティ比を、ピニオン１３が止まらない程度のデューティ比（Ｄ１％）に低下させてピニオン１３を非常にゆっくりと押し出して、ピニオン１３をリングギア２３にゆっくりと接近させ、同期が成立した時点で、プランジャコイル２０のデューティ比を最大のデューティ比１００％に切り換えてピニオン１３の押し出し力を最大にしてピニオン１３をリングギア２３に速やかに噛み込ませるようにしている。

以下、図３乃至図５の各ルーチンの処理内容を説明する。
図３のエンジン自動停止再始動ルーチンは、エンジンＥＣＵ２９によって所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、自動停止要求が有るか否かを判定し、自動停止要求が無ければ、そのまま本ルーチンを終了するが、自動停止要求が有れば、ステップ１０２に進み、エンジン停止処理（燃料噴射・点火の停止）を実行してエンジンを自動停止させる。

この後、ステップ１０３に進み、再始動要求が有るか否かを判定し、再始動要求が無ければ、そのまま本ルーチンを終了するが、再始動要求が有れば、ステップ１０４に進み、エンジンＥＣＵ２９から再始動要求の信号をコントローラ２７へ送信し、スタータ１１によるクランキングが開始されるまで待機する（ステップ１０５）。そして、クランキングが開始された時点で、ステップ１０６に進み、燃料噴射・点火を実行してエンジンを始動させる。

図４のスタータ制御ルーチンは、コントローラ２７によって所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、再始動要求が有るか否か（エンジンＥＣＵ２９から送信されてくる再始動要求の信号を受信したか否か）を判定し、再始動要求が無ければ、そのまま本ルーチンを終了する。

その後、ステップ２０１で、再始動要求有りと判定された時点で、ステップ２０２に進み、エンジン回転降下中であるか否か（エンジン回転停止前であるか否か）を判定し、エンジン回転降下中ではなく、エンジン回転が停止していると判定されれば、ステップ２０４に進み、通常再始動ルーチン（図示せず）を実行して、直ちにプランジャコイル２０に通電して、プランジャ１９によってピニオン１３を押し出してリングギア２３に噛み込ませた後、スタータ１１の直巻コイル１６に通電してピニオン１３を回転させてリングギア２３を回転駆動することで、エンジンをクランキングして再始動させる。

一方、上記ステップ２０２で、エンジン回転降下中であると判定されれば、ステップ２０３に進み、図５のエンジン回転降下中再始動ルーチンを実行する。本ルーチンが起動されると、まずステップ３０１で、所定時間Ｔ（ｓ）経過後のエンジン回転速度ＮＥを予測する。ここで、所定時間Ｔ（ｓ）は、ピニオン１３の回転速度をリングギア２３の回転速度と同期させるのに必要な平均的な時間又はそれに近い時間に設定されている。所定時間Ｔ（ｓ）経過後のエンジン回転速度ＮＥを予測する方法は、例えば、特願２００３−３４５８０号の明細書に記載されているように、現在のエンジンの運動エネルギと、エンジンの運動を妨げる仕事量（ポンプ損失、各部の摩擦損失、各補機の駆動損失、熱損失、車両駆動系損失、路面との摩擦損失等）を演算し、現在の運動エネルギと運動を妨げる仕事量とに基づいて将来の運動エネルギを予測し、この将来の運動エネルギから将来のエンジン回転速度を予測すれば良い。

所定時間Ｔ（ｓ）経過後のエンジン回転速度ＮＥを予測した後、ステップ３０２に進み、所定時間Ｔ（ｓ）経過後のエンジン回転速度ＮＥを、分巻コイル１７にて制御可能なピニオン１３の最小回転速度ＮＥｍｉｎと比較し、所定時間Ｔ（ｓ）経過後のエンジン回転速度ＮＥが制御可能な最小回転速度ＮＥｍｉｎよりも小さければ、エンジン回転がほぼ停止とみなせるような極低回転状態であると判断して、ステップ３０３に進み、電磁スイッチ２５をオンすると共に、プランジャコイル２０への通電を開始し、プランジャ１９によってピニオン１３を押し出してリングギア２３に噛み込ませると共に、スタータ１１の直巻コイル１６に通電してピニオン１３を回転させてリングギア２３を回転駆動することで、エンジンをクランキングする。

これに対して、上記ステップ３０２で、所定時間Ｔ（ｓ）経過後のエンジン回転速度ＮＥが制御可能な最小回転速度ＮＥｍｉｎ以上であると判定された場合は、ステップ３０４に進み、電磁スイッチ２５をオンすると共に、プランジャコイル２０への通電を開始する。この通電開始当初は、ピニオン１３の動き始めがイナーシャや静止摩擦力によって遅くなるのを防止するために、図６に示すように、プランジャコイル２０の通電開始時からイナーシャや静止摩擦力の影響が少なくなる所定時間ｔが経過するまで、分巻コイル１７への通電をオフ（デューティ比０％）に維持して、プランジャコイル２０に最大のデューティ比１００％で通電することで、最大の押し出し力でピニオン１３の押し出しを開始し、所定時間ｔが経過した時点で（ステップ３０５）、ステップ３０６に進み、プランジャコイル２０のデューティ比を、ピニオン１３が止まらない程度のデューティ比（Ｄ１％）に低下させてピニオン１３の押し出し速度を減速し、ピニオン１３を非常にゆっくりと押し出して、ピニオン１３をリングギア２３に非常にゆっくりと接近させる。これは、ピニオン１３の回転速度ＮＥｐとリングギア２３の回転速度ＮＥｒとの同期が成立する前に、ピニオン１３がリングギア２３に到達するのを防止するためである。

そして、次のステップ３０７で、分巻コイル１７への通電を開始してピニオン１３を回転させ、図２のスタータ特性に基づいて分巻コイル１７のデューティ比を決定してピニオン１３の回転速度ＮＥｐを目標同期回転速度まで上昇させるように制御する。

続くステップ３０８で、ピニオン１３の回転速度ＮＥｐとリングギア２３の回転速度ＮＥｒとが同期したか否かを、両者の回転速度差｜ＮＥｒ−ＮＥｐ｜が同期判定値ΔＮＥよりも小さいか否かで判定し、同期が成立するまで待機する。ここで、同期判定値ΔＮＥは、ピニオン１３をリングギア２３に噛み込み可能な回転速度差に設定されている。この際、ピニオン１３の回転速度ＮＥｐは、分巻コイル１７の通電電流（デューティ比）に基づいて算出し、リングギア２３の回転速度ＮＥｒは、エンジン回転速度に基づいて算出すれば良い。これらの機能が特許請求の範囲でいうピニオン回転速度判定手段とリングギア回転速度判定手段に相当する。

その後、ピニオン１３とリングギア２３との回転速度差｜ＮＥｒ−ＮＥｐ｜が同期判定値ΔＮＥよりも小さくなった時点で、同期が成立したと判断して、ステップ３０９に進み、プランジャコイル２０に最大のデューティ比１００％で通電してピニオン１３の押し出し力を最大にしてピニオン１３をリングギア２３に速やかに噛み込ませる。この場合、プランジャコイル２０のデューティ比を１００％にする前（同期成立前）からデューティ比Ｄ１％でピニオン１３をゆっくりと押し出し続けているので、プランジャコイル２０のデューティ比を１００％に増加させたときに、イナーシャや静止摩擦力の影響が少なく、ピニオン１３をリングギア２３に極めて短時間で噛み込ませることができる。

この後、ステップ３１０に進み、分巻コイル１７への通電をオフ（デューティ比０％）して、直巻コイル１６に最大の電流を流して、ピニオン１３の回転速度を増速し、最大出力でエンジンをクランキングする。

この後、ステップ３１１に進み、始動が完了したか否かをエンジン回転速度が始動判定回転速度以上になったか否かで判定し、始動完了と判定されるまで、クランキングを継続し、始動完了と判定された時点で、ステップ３１２に進み、電磁スイッチ２５をオフすると共に、プランジャコイル２０への通電をオフして、クランキングを終了し、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例１では、リングギア２３（エンジン）が回転していても、ピニオン１３の回転速度をリングギア２３の回転速度と同期させれば、ピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませることが可能であるという点に着目して、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、ピニオン１３を回転させてピニオン１３の回転速度をリングギア２３の回転速度と同期させた時点で、ピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませてクランキングを開始するようにしたので、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、エンジン回転が停止した状態になるのを待たずに、速やかにピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませてクランキングを開始することができ、運転者に再始動が遅いと感じさせずに済む。

しかも、本実施例１では、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、同期が成立する以前にピニオン１３の押し出しを開始し、同期が成立する頃にピニオン１３がリングギア２３に噛み込まれる直前の位置に到達するようにピニオン１３を非常にゆっくりと押し出し、同期が成立した時点で、ピニオン１３の押し出し力を最大にしてピニオン１３をリングギア２３に速やかに噛み込ませるようにしたので、同期成立からピニオン１３をほぼ最短の移動距離で速やかにリングギア２３に噛み込ませることができて、ピニオン１３をリングギア２３に確実に噛み込ませることができる。しかも、ピニオン１３の押し出し力を最大にする前（同期成立前）からピニオン１３をゆっくりと押し出し続けているので、ピニオン１３の押し出し力を最大にしたときに、イナーシャや静止摩擦力の影響が少なく、ピニオン１３をリングギア２３に極めて短時間で噛み込ませることができる。

また、本実施例１では、最終的にピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませる際に、ピニオン１３の押し出し力を最大（プランジャコイル２０のデューティ比１００％）にしてピニオン１３の押し込み速度を最大にするようにしたが、ピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませるときのピニオン１３の押し込み速度がリングギア２３の歯の空間周波数に相当する速度以上となるようにピニオン１３の押し出し速度（プランジャコイル２０のデューティ比）を制御するようにすると良い。このようにすれば、ピニオン１３とリングギア２３との同期が若干ずれても（或は同期判定値ΔＮＥを大きくしても）、ピニオン１３をリングギア２３に比較的スムーズに噛み込ませることができ、ピニオン１３の噛み込み動作を安定させることができる利点がある。

次に、本発明の実施例２を図７及び図８に基づいて説明する。本実施例２では、電磁アクチュエータ１４のプランジャ１９によってオン／オフされるマグネットスイッチ３１を電磁スイッチ２５と並列に設け、電磁スイッチ２５のコイル２５ａへの通電をコントローラ２７によって制御するようになっている。

本実施例２では、前記図５のエンジン回転降下中再始動ルーチンに代えて、図８のエンジン回転降下中再始動ルーチンを用いる。本実施例２においても、前記実施例１と同様に、図３のエンジン自動停止再始動ルーチンと図４のスタータ制御ルーチンを実行する。そして、図４のスタータ制御ルーチンのステップ２０１、２０２で、再始動要求発生直後のエンジン回転降下中であると判定されれば、ステップ２０３に進み、図８のエンジン回転降下中再始動ルーチンを実行する。本ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、電磁スイッチ２５をオンし、分巻コイル１７への通電をオフ（デューティ比０％）に維持して、プランジャコイル２０に最大のデューティ比１００％で通電することで、最大の押し出し力でピニオン１３の押し出しを開始すると共に、直巻コイル１６に最大の電流を流して、最大出力でピニオン１３を回転させる。

この後、プランジャコイル２０の通電開始時からイナーシャや静止摩擦力の影響が少なくなる所定時間ｔが経過した時点で（ステップ４０２）、ステップ４０３に進み、プランジャコイル２０のデューティ比を、ピニオン１３が止まらない程度のデューティ比（Ｄ１％）に低下させてピニオン１３の押し出し速度を減速し、ピニオン１３を非常にゆっくりと押し出して、ピニオン１３をリングギア２３に非常にゆっくりと接近させる。

そして、次のステップ３０７で、分巻コイル１７のデューティ比を１００％に設定して、ピニオン１３の回転速度ＮＥｐを減速する。この後、ステップ４０５に進み、ピニオン１３の回転速度ＮＥｐが分巻コイル１７にて制御可能な最小回転速度ＮＥｍｉｎ以下に低下するまで待機し、制御可能な最小回転速度ＮＥｍｉｎ以下に低下した時点で、ステップ４０６に進み、分巻コイル１７のデューティ比を１００％から徐々に低下させることで、ピニオン１３の回転速度ＮＥｐを徐々に増速させる。

そして、次のステップ４０７で、ピニオン１３の回転速度ＮＥｐとリングギア２３の回転速度ＮＥｒとが同期したか否かを、両者の回転速度差｜ＮＥｒ−ＮＥｐ｜が同期判定値ΔＮＥよりも小さいか否かで判定し、同期が成立するまで待機する。ここで、同期判定値ΔＮＥは、ピニオン１３をリングギア２３に噛み込み可能な回転速度差に設定されている。

その後、ピニオン１３とリングギア２３との回転速度差｜ＮＥｒ−ＮＥｐ｜が同期判定値ΔＮＥよりも小さくなった時点で、同期が成立したと判断して、ステップ４０８に進み、プランジャコイル２０に最大のデューティ比１００％で通電してピニオン１３の押し出し力を最大にしてピニオン１３をリングギア２３に速やかに噛み込ませる。この際、プランジャコイル２０のデューティ比を１００％にする前（同期成立前）からデューティ比Ｄ１％でピニオン１３をゆっくりと押し出し続けているので、プランジャコイル２０のデューティ比を１００％に増加させたときに、イナーシャや静止摩擦力の影響が少なく、ピニオン１３をリングギア２３に極めて短時間で噛み込ませることができる。

この後、ステップ４０９に進み、分巻コイル１７への通電をオフ（デューティ比０％）して、直巻コイル１６に最大の電流を流して、ピニオン１３の回転速度を増速し、最大出力でエンジンをクランキングする。

この後、ステップ４１０に進み、始動が完了したか否かをエンジン回転速度が始動判定回転速度以上になったか否かで判定し、始動完了と判定されるまで、クランキングを継続し、始動完了と判定された時点で、ステップ４１１に進み、電磁スイッチ２５をオフして、クランキングを終了し、本ルーチンを終了する。

以上説明した本実施例２では、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、ピニオン１３の回転速度を制御可能な範囲で上昇させるように制御し、上昇するピニオン１３の回転速度と降下するリングギア２３の回転速度との差が同期判定値ΔＮＥよりも小さくなった時点で同期が成立したと判断するようにしたので、再始動要求発生から同期が成立するまでの時間を短くすることができ、再始動要求発生からクランキング開始までの時間を短くすることができる利点がある。その他、前記実施例１と同様の効果を得ることができる。

［その他の実施例］
前記実施例１，２の他に、次のような実施例が考えられる。
（１）前記実施例１，２では、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、同期が成立する以前にピニオン１３の押し出しを開始するようにしたが、同期が成立した時点で、ピニオン１３の押し出しを開始するようにしても良い。この場合でも、ピニオン１３の押し出し速度を高速化したり、ピニオン１３とリングギア２３との間の距離を短くして、ピニオン１３の噛み込みまでの移動時間を短くすれば、ピニオン１３をリングギア２３に十分に噛み込ませることができる。

（２）自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、将来のリングギア２３の回転速度を予測して、ピニオン１３の回転速度がリングギア２３の回転速度と同期する時点を予測し、その時点に合わせてピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませるようにピニオン１３の押し出し速度（プランジャコイル２０のデューティ比）及び／又は押し出し開始タイミングを制御するようにしても良い。このようにすれば、ピニオン１３がリングギア２３に到達する時点で確実にピニオン１３とリングギア２３との同期が成立するように制御できるため、ピニオン１３の移動時間中のリングギア２３の回転降下量が大きくなっても（或はピニオン１３の移動時間が長くなっても）、ピニオン１３をリングギア２３に確実に噛み込ませることができる。

（３）前記実施例１，２では、自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、同期が成立する以前にピニオン１３の押し出しを開始し、ピニオン１３を非常にゆっくりと押し出して、リングギア２３に噛み込ませる直前の位置で停止させることなく、同期が成立した時点で素早くピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませるようにしたが、ピニオン１３の押し出し開始タイミングを制御したり、押し出し速度と押し出し開始タイミングの両方を制御するようにしても良い。押し出し開始タイミングを制御する場合は、同期が成立するまでの時間を予測して、ピニオン１３の噛み込みまでの移動時間を考慮して押し出し開始タイミングを決定すれば良い。

（４）自動停止要求発生直後のエンジン回転降下期間中に再始動要求が発生したときに、同期が成立する以前にピニオン１３の押し出しを開始してピニオン１３をリングギア２３に噛み込ませる直前の位置まで押し出して待機させておき、同期が成立した時点で、ピニオン１４をリングギア２３に噛み込ませるようにしても良い。

本発明の実施例１のスタータ制御システム全体の概略構成を説明する図である。 スタータ特性を説明する図である。 実施例１のエンジン自動停止再始動ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のスタータ制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のエンジン回転降下中再始動ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 実施例１のピニオン押し出し制御を説明するタイムチャートである。 実施例２のスタータ制御システム全体の概略構成を説明する図である。 実施例１のエンジン回転降下中再始動ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…スタータ、１２…モータ部、１３…ピニオン、１４…電磁アクチュエータ（ピニオン押し出し手段）、１６…直巻コイル、１７…分巻コイル、１９…プランジャ、２０…プランジャコイル、２３…リングギア、２５…電磁スイッチ、２６…イグニッションスイッチ、２７…コントローラ（リングギア回転速度判定手段，ピニオン回転速度判定手段，再始動制御手段）、２９…エンジンＥＣＵ

Claims (10)

1. エンジン運転中に自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、その自動停止期間中に再始動要求が発生したときにスタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動装置において、
   エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、
   前記スタータによって回転駆動されるピニオンと、
   前記ピニオンを前記リングギアから外れた待機位置から前記リングギアに噛み込ませるピニオン押し出し手段と、
   前記リングギアの回転速度を判定するリングギア回転速度判定手段と、
   前記ピニオンの回転速度を判定するピニオン回転速度判定手段と、
   前記自動停止要求が発生してからエンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記スタータへの通電を開始して前記ピニオンを回転させ、前記ピニオンの回転速度が前記リングギアの回転速度と同期した時点で前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませて前記スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させる再始動制御手段と
   を備え、
   前記再始動制御手段は、前記リングギア回転速度判定手段の判定結果に基づいて将来のリングギア回転速度を予測して、前記ピニオンの回転速度が前記リングギア回転速度と同期する時点を予測し、その時点に合わせて前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませるように前記ピニオン押し出し手段の押し出し速度及び／又は押し出し開始タイミングを制御することを特徴とするエンジン自動停止再始動装置。
2. 前記再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記同期が成立する以前に前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませる直前の位置まで押し出して待機させておき、前記同期が成立した時点で前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませることを特徴とする請求項１に記載のエンジン自動停止再始動装置。
3. 前記再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記同期が成立する以前に前記ピニオン押し出し手段による前記ピニオンの押し出しを開始し、前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませる直前の位置で待機させることなく、前記同期が成立した時点で前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませるように前記ピニオン押し出し手段の押し出し速度及び／又は押し出し開始タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン自動停止再始動装置。
4. エンジン運転中に自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、その自動停止期間中に再始動要求が発生したときにスタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動装置において、
   エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、
   前記スタータによって回転駆動されるピニオンと、
   前記ピニオンを前記リングギアから外れた待機位置から前記リングギアに噛み込ませるピニオン押し出し手段と、
   前記リングギアの回転速度を判定するリングギア回転速度判定手段と、
   前記ピニオンの回転速度を判定するピニオン回転速度判定手段と、
   前記自動停止要求が発生してからエンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記スタータへの通電を開始して前記ピニオンを回転させ、前記ピニオンの回転速度が前記リングギアの回転速度と同期した時点で前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませて前記スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させる再始動制御手段と
   を備え、
   前記再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記同期が成立する以前に前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませる直前の位置まで押し出して待機させておき、前記同期が成立した時点で前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませることを特徴とするエンジン自動停止再始動装置。
5. エンジン運転中に自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、その自動停止期間中に再始動要求が発生したときにスタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動装置において、
   エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、
   前記スタータによって回転駆動されるピニオンと、
   前記ピニオンを前記リングギアから外れた待機位置から前記リングギアに噛み込ませるピニオン押し出し手段と、
   前記リングギアの回転速度を判定するリングギア回転速度判定手段と、
   前記ピニオンの回転速度を判定するピニオン回転速度判定手段と、
   前記自動停止要求が発生してからエンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記スタータへの通電を開始して前記ピニオンを回転させ、前記ピニオンの回転速度が前記リングギアの回転速度と同期した時点で前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませて前記スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させる再始動制御手段と
   を備え、
   前記再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記同期が成立する以前に前記ピニオン押し出し手段による前記ピニオンの押し出しを開始し、前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませる直前の位置で待機させることなく、前記同期が成立した時点で前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませるように前記ピニオン押し出し手段の押し出し速度及び／又は押し出し開始タイミングを制御することを特徴とする記載のエンジン自動停止再始動装置。
6. 前記再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記ピニオンの回転速度を目標同期回転速度まで上昇させるように制御し、前記リングギアの回転速度が前記目標同期回転速度まで降下した時点で前記同期が成立したと判断することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジン自動停止再始動装置。
7. エンジン運転中に自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、その自動停止期間中に再始動要求が発生したときにスタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動装置において、
   エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、
   前記スタータによって回転駆動されるピニオンと、
   前記ピニオンを前記リングギアから外れた待機位置から前記リングギアに噛み込ませるピニオン押し出し手段と、
   前記リングギアの回転速度を判定するリングギア回転速度判定手段と、
   前記ピニオンの回転速度を判定するピニオン回転速度判定手段と、
   前記自動停止要求が発生してからエンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記スタータへの通電を開始して前記ピニオンを回転させ、前記ピニオンの回転速度が前記リングギアの回転速度と同期した時点で前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませて前記スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させる再始動制御手段と
   を備え、
   前記再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記ピニオンの回転速度を目標同期回転速度まで上昇させるように制御し、前記リングギアの回転速度が前記目標同期回転速度まで降下した時点で前記同期が成立したと判断することを特徴とするエンジン自動停止再始動装置。
8. 前記再始動制御手段は、前記エンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記ピニオンの回転速度を制御可能な範囲で上昇させるように制御し、上昇する前記ピニオンの回転速度と降下する前記リングギアの回転速度とがほぼ一致した時点で前記同期が成立したと判断することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のエンジン自動停止再始動装置。
9. 前記再始動制御手段は、前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませるときの前記ピニオンの押し込み速度が前記リングギアの歯の空間周波数に相当する速度以上となるように前記ピニオン押し出し手段の押し出し速度を制御することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載のエンジン自動停止再始動装置。
10. エンジン運転中に自動停止要求が発生したときにエンジンを自動停止させ、その自動停止期間中に再始動要求が発生したときにスタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させるエンジン自動停止再始動装置において、
    エンジンのクランク軸に連結されたリングギアと、
    前記スタータによって回転駆動されるピニオンと、
    前記ピニオンを前記リングギアから外れた待機位置から前記リングギアに噛み込ませるピニオン押し出し手段と、
    前記リングギアの回転速度を判定するリングギア回転速度判定手段と、
    前記ピニオンの回転速度を判定するピニオン回転速度判定手段と、
    前記自動停止要求が発生してからエンジン回転が停止するまでのエンジン回転降下期間中に前記再始動要求が発生したときに前記スタータへの通電を開始して前記ピニオンを回転させ、前記ピニオンの回転速度が前記リングギアの回転速度と同期した時点で前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませて前記スタータによるクランキングを開始してエンジンを再始動させる再始動制御手段と
    を備え、
    前記再始動制御手段は、前記ピニオンを前記リングギアに噛み込ませるときの前記ピニオンの押し込み速度が前記リングギアの歯の空間周波数に相当する速度以上となるように前記ピニオン押し出し手段の押し出し速度を制御することを特徴とするエンジン自動停止再始動装置。

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