JP6319071B2 - システムの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンと、前記エンジンのクランク軸に連結されたリングギアに初期回転を付与するスタータとを備えるシステムに適用される制御装置に関する。

この種の制御装置としては、エンジンに初爆が生じた後、スタータを構成するピニオンギアをリングギアから離脱させる指令がなされることにより、ピニオンギアをリングギアから離脱させるように制御するものが知られている。ここで、下記特許文献１には、エンジンに初爆が生じた後、エンジン回転速度が加速状態となる期間においてリングギアからピニオンギアを離脱させる時に異音が生じることが記載されている。この異音は、ピニオンギアがリングギアから離脱する時、ピニオンギアとリングギアとが衝突することで発生する。

この異音を低減することを目的として、下記特許文献１には、エンジン回転速度が減速状態となる期間において、ピニオンギアをリングギアから離脱させるような制御を行うエンジン制御装置が開示されている。

特開２０１４−７７４３６号公報

しかしながら、本発明者は、エンジン回転速度が減速状態となる期間においては、ピニオンギアの離脱指令がなされる場合であっても、ピニオンギアをリングギアから離脱させることが困難であるとの知見を得た。以下、ピニオンギアの各歯が有する歯面について定義した後、ピニオンギアが離脱困難な理由について説明する。まず、歯面について定義する。ピニオンギアに設けられた各歯は、スタータを構成するモータによってピニオンギアが回転駆動される場合のピニオンギアの回転方向に前後にする一対の波面を有している。一対の歯面のうち、回転方向の前側の歯面を第１歯面と称し、回転方向の後側の歯面を第２歯面と称することとする。

続いて、ピニオンギアが離脱困難な理由について説明する。一般に、エンジンは圧縮膨張などを繰り返すため、エンジン回転速度には脈動が生じる。この脈動により、エンジン回転速度が減速状態となる期間においては、ピニオンギアの第１歯面がリングギアに当接する。ピニオンギアが第１歯面でリングギアから力を受けると、例えばピニオンギアに内蔵されているワンウェイクラッチが作動しない方向であるために、ピニオンギアがリングギアから受ける噛み合い方向の力は増大する。また、エンジン回転速度の脈動の減速時にピニオンギアが受けるこの噛み合い方向の力は、脈動の減速が大きいほど大きくなる。この力によって生じる摩擦力により、ピニオンギアはリングギアから離脱することが困難となる。一方、エンジン回転速度が加速状態となる期間においては、リングギアのピニオンギア当接箇所が第１歯面から第２歯面に代わり、ピニオンギアが第２歯面でリングギアから押されて連れ回る状態となる。しかし、ピニオンギアが第２歯面で押された場合は、例えば内蔵されているワンウェイクラッチが空転する方向のため、ピニオンギアとリングギアの押し付け力は小さい。その結果、上記摩擦力も大きくない。このため、加速状態となる期間においてピニオンギアはリングギアから離脱可能となる。

このように、ピニオンギアの離脱可能期間は、エンジン回転速度が加速状態となる期間である。上記特許文献１に記載の発明は、脈動の減速時にピニオンギアをリングギアから離脱させることを狙ったものであった。よって、エンジン回転速度が加速状態となる期間においてピニオンギアをリングギアから離脱させる時に生じる異音を低減する技術が望まれている。

本発明は、エンジン及びスタータを備えるシステムに適用され、エンジン始動時における異音を好適に低減できるシステムの制御装置を提供することを主たる目的とする。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、エンジン（１０）と、前記エンジンのクランク軸（２０）に連結されたリングギア（２４）に初期回転を付与するスタータ（３０）とを備えるシステムに適用され、前記スタータは、通電によって回転力を発生するモータ（３２）と、前記リングギアと噛み合う連結位置又は前記リングギアと噛み合わない非連結位置に移動可能に設けられ、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）と、前記ピニオンギアを前記非連結位置から前記連結位置へと押し出す機能、及び離脱指令がなされることで前記ピニオンギアを前記連結位置から前記非連結位置へと離脱させる機能を有するピニオンシフト手段（３３）とを含み、前記エンジンの燃焼制御を行う燃焼制御手段と、前記モータへの通電、前記ピニオンシフト手段による前記ピニオンギアの前記連結位置への押し出し、及び前記燃焼制御手段による燃焼制御によって前記エンジンに初爆が生じた後、前記離脱指令がなされた後の前記エンジンの回転速度が加速状態となる期間において前記ピニオンギアが前記リングギアから離脱する時の前記エンジンから前記リングギアに伝達されるトルクを制限する制限手段とを備えることを特徴とする。

エンジンに初爆が生じた後、ピニオンギアは、離脱指令がなされた後のエンジン回転速度が加速状態となる期間にリングギアから離脱可能となる。ここで上記発明では、離脱指令がなされた後の上記加速状態となる期間においてピニオンギアがリングギアから離脱する時のエンジンからリングギアに伝達されるトルクを制限する。このため、ピニオンギアがリングギアから離脱する時におけるエンジン回転加速度（リングギア回転加速度）を低減することができる。ピニオンギアがリングギアから離脱する時のエンジン回転加速度が低い場合、高い場合よりも離脱時に発生するピニオンギアとリングギアとの衝突音が小さくなる。したがって、上記発明では、衝突音を低減することができる。

さらに、上記発明では、エンジン初爆後から、ピニオンギアがリングギアから離脱するまでの期間におけるピニオンギアとリングギアとの摺動音を低減することもできる。つまり、エンジン初爆後、ピニオンギアがリングギアに噛み合っていると、周波数の高い摺動音が発生する。この摺動音は、エンジン回転速度が高い場合、低い場合よりも大きくなる。特に、エンジン初爆直後においては、エンジン回転速度が急激に上昇するため、摺動音が顕著となる。ここで、上記発明によれば、制限手段によってリングギアに伝達させるトルクを制限することによってエンジン回転加速度を低減でき、ひいてはピニオンギアの離脱時のエンジン回転速度を低減することができる。このため、エンジン初爆後から、ピニオンギアがリングギアから離脱するまでの期間におけるピニオンギアとリングギアとの摺動音を低減することができる。

このように、上記発明では、エンジン始動時における異音を好適に低減することができる。

第１実施形態にかかる制御システムの全体構成図。 エンジン始動時におけるリングギア回転速度等の推移をタイムチャート。 ピニオンギア及びリングギアの当接態様を示す図。 ピニオンギア及びリングギアの衝突音の発生態様を示す図。 始動時制限処理の手順を示すフローチャート。 始動時制限処理態様を示すタイムチャート。 第２実施形態にかかる始動時制限処理の手順を示すフローチャート。 第３実施形態にかかる始動時制限処理の手順を示すフローチャート。 第４実施形態にかかる始動時制限処理の手順を示すフローチャート。 その他の実施形態にかかる始動時制限処理態様を示すタイムチャート。 その他の実施形態にかかる始動時制限処理態様を示すタイムチャート。 その他の実施形態にかかる始動時制限処理態様を示すタイムチャート。

（第１実施形態）
以下、本発明にかかる制御装置を、車載主機として多気筒（例えば４気筒）４サイクルガソリンエンジンを搭載した車両に適用した第１実施形態について、図面を参照しつつ説明する。また、本実施形態は、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。この制御システムにおいては、電子制御装置（以下、ＥＣＵ）を中枢として、アイドリングストップ制御等が行われる。

図１に示すように、車両は、エンジン１０、スタータ３０、車載補機としてのオルタネータ５０、変速装置６０、及びＥＣＵ７０を備えている。エンジン１０において、吸気管１１には吸入空気量を検出するエアフロメータ１２が設けられている。吸気管１１においてエアフロメータ１２の下流側には、ＤＣモータなどのスロットルアクチュエータ１３によって開度（吸気管１１の流路面積）が調節されるスロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４を介して吸入される空気は、吸気マニホールド１５に流入する。吸気マニホールド１５は、エンジン１０の各気筒の吸気ポートに接続される。各気筒の吸気ポートには、エンジン１０の燃焼室１０ａ内に燃料を供給する燃料噴射弁１６が取り付けられている。

エンジン１０の吸気ポートには吸気バルブ１７が設けられ、エンジン１０の排気ポートには排気バルブ１８が設けられている。吸気バルブ１７の開動作により、吸入された空気が燃焼室１０ａ内に導入される。排気バルブ１８の開動作により、燃焼後の排ガスが排気管１９に排出される。エンジン１０のクランク軸２０の回転に基づいて、図示しない吸気カムシャフト及び排気カムシャフトがそれぞれ回転させられる。そして、吸気カムシャフトに設けられたカム及び排気カムシャフトに設けられたカムにより、吸気バルブ１７及び排気バルブ１８がそれぞれ往復駆動される。なお、排気管１９には、排気を浄化するための図示しない触媒（例えば三元触媒）等が設けられている。

吸気バルブ１７には、その開閉タイミングを可変とする吸気可変バルブタイミング調整装置（以下、吸気バルブ装置２１）が設けられ、排気バルブ１８には、その開閉タイミングを可変とする排気可変バルブタイミング調整装置（以下、排気バルブ装置２２）が設けられている。吸気バルブ装置２１は、クランク軸２０と吸気カムシャフトとの相対回転位相を変更し、排気バルブ装置２２は、クランク軸２０と排気カムシャフトとの相対回転位相を変更する。吸気バルブ装置２１及び排気バルブ装置２２は、例えば油圧駆動式の可変バルブタイミング機構により実現される。

本実施形態において、吸気バルブ１７の開閉タイミングは、所定の最遅角位置を基準に進角側に調整され、その進角側への調整量を吸気側進角値として定義する。つまり、吸気側進角値は、吸気バルブ装置２１が動作していない初期状態（最遅角状態）において０°ＣＡに設定され、吸気バルブ装置２１の動作により進角側に調整される。吸気側進角値は、例えば、最遅角である０°ＣＡから４０°ＣＡの範囲に設定される。また、排気バルブ１８の開閉タイミングは、所定の最進角位置を基準に遅角側に調整され、その遅角側への調整量を排気側遅角値として定義する。つまり、排気側遅角値は、排気バルブ装置２２が動作していない初期状態（最進角状態）において０°ＣＡに設定されており、排気バルブ装置２２の動作により遅角側に調整される。排気側遅角値は、例えば、最進角である０°ＣＡから４０°ＣＡの範囲に設定される。

エンジン１０のシリンダヘッドには、各気筒に対応した点火プラグ２３が取り付けられている。点火プラグ２３には、図示しない点火コイル等を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２３の対向電極間に放電火花が発生し、燃焼室１０ａ内において燃料と空気との混合気が点火されて燃焼に供される。

混合気の燃焼に伴って発生するクランク軸２０の回転動力は、図示しないベルト等を介してオルタネータ５０に伝達される。オルタネータ５０は、クランク軸２０の回転動力によって発電する機能を有している。

クランク軸２０の回転動力は、また、変速装置６０を介して駆動輪６１に伝達される。本実施形態では、変速装置６０として自動変速装置を用いている。変速装置６０は、クランク軸２０に連結された入力軸と駆動輪６１に連結された出力軸との間の伝達動力を、通電操作によって複数の締結要素（例えば、多板クラッチ）の締結状態を変更することにより調整可能に構成されている。なお、変速装置６０としては、例えば油圧駆動式のものを用いることができる。

スタータ３０は、ピニオン押出し式のエンジン始動装置であり、ピニオンギア３１と、ピニオンギア３１を回転駆動するモータ３２と、ピニオンギア３１をその軸線方向に押出し可能な電磁アクチュエータ３３とを備えている。モータ３２は、モータ通電用リレー３４を介してバッテリ３５に電気的に接続され、モータ通電用リレー３４のスイッチ部がオン状態となることにより、バッテリ３５からモータ３２への給電が可能になっている。また、モータ通電用リレー３４のコイルには、電気信号によりオンオフ可能なモータ駆動リレー３６が接続されている。モータ駆動リレー３６へのオン信号によりモータ通電用リレー３４のスイッチ部がオン状態となると、バッテリ３５からモータ３２への給電が行われ、モータ３２が回転駆動する。

電磁アクチュエータ３３は、ピニオンギア３１にレバー等を介して駆動力を伝達するプランジャ３７と、通電に伴いプランジャ３７を軸線方向に吸引して移動させるコイル３８と、リターンスプリング３９とを備えており、ピニオン駆動リレー４０を介してバッテリ３５に電気的に接続されている。本実施形態において、ピニオン駆動リレー４０は、モータ駆動リレー３６に対する電気信号とは別個の電気信号によりオンオフ可能となっている。これにより、モータ３２によるピニオンギア３１の回転駆動と、電磁アクチュエータ３３によるピニオンギア３１の押出しとを独立して制御可能になっている。なお、本実施形態において、モータ通電用リレー３４及びモータ駆動リレー３６が「モータ通電手段」に相当する。また、電磁アクチュエータ３３が「ピニオンシフト手段」に相当する。

ピニオンギア３１は、クランク軸２０に連結されたリングギア２４と噛み合う連結位置、又はリングギア２４と非接触の状態とされる非連結位置に移動可能に設けられている。詳しくは、コイル３８への非通電時には、リターンスプリング３９の付勢力により、ピニオンギア３１は非連結位置に位置している。この状態において、ＥＣＵ７０から出力されるピニオン駆動リレー４０へのオン信号（押出指令）によってピニオン駆動リレー４０がオン状態にされると、バッテリ３５からコイル３８へと給電される。これにより、リターンスプリング３９の付勢力に打ち勝ってプランジャ３７が軸線方向に吸引されるとともに、ピニオンギア３１がリングギア２４に向かって押し出される。このとき、リングギア２４の外周縁に設けられた歯と歯との間に、ピニオンギア３１の外周縁に設けられた歯が嵌り込むことにより、ピニオンギア３１の歯とリングギア２４の歯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３２へ通電されることにより、ピニオンギア３１によってリングギア２４が回転され、エンジン１０に初期回転が付与される（クランキングが行われる）。

その後、ＥＣＵ７０から出力されるピニオン駆動リレー４０へのオフ信号（離脱指令）によってピニオン駆動リレー４０がオフ状態にされると、バッテリ３５からコイル３８への給電が停止される。これにより、リターンスプリング３９の付勢力によってプランジャ３７が移動され、ピニオンギア３１がリングギア２４から離脱する。

なお、モータ３２の回転力は、ワンウェイクラッチ４１を介してピニオンギア３１に伝達される。ワンウェイクラッチ４１は、ピニオンギア３１がリングギア２４を連れ回そうとする回転力のみをモータ３２からピニオンギア３１に伝達し、クランク軸２０の回転によってピニオンギア３１が連れ回されることを空転により遮断する部材である。

クランク軸２０付近には、クランク軸２０の回転角度を検出するクランク角センサ２５が設けられている。クランク角センサ２５の出力信号に加えて、エンジン１０の冷却水温を検出する水温センサ２６の出力信号や、ユーザのアクセル操作部材（アクセルペダル）の操作量を検出するアクセルセンサ２７の出力信号、エアフロメータ１２の出力信号は、ＥＣＵ７０に入力される。また、スロットルバルブ１４の開度や、ユーザがエンジン１０の始動を指示するイグニッションキーの操作状態に関する信号も、ＥＣＵ７０に入力される。ＥＣＵ７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、アイドリングストップ制御等を行う。

アイドリングストップ制御は、エンジン１０の運転時（例えば、アイドリング運転時）に所定の停止条件が成立するとエンジン１０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１０を再始動させるものである。

アイドリングストップ制御には、スタータ３０の駆動制御と、エンジン１０の始動時燃焼制御とが含まれる。本実施形態では、再始動条件の成立後に、モータ駆動リレー３６とピニオン駆動リレー４０とをオン状態としてクランキングを行うとともに、始動時燃焼制御によってエンジン回転速度が判定速度Ｎα（例えば６００ｒｐｍ）以上であると判断された場合にモータ駆動リレー３６とピニオン駆動リレー４０とをオフ状態にしてスタータ３０の駆動を停止させる。なお、エンジン回転速度は、クランク角センサ２５の出力信号に基づいて算出すればよい。

始動時燃焼制御は、始動時燃料噴射制御、始動時点火制御、始動時吸気制御、及び始動時バルブタイミング制御を含む。本実施形態において、始動時燃料噴射制御は、水温センサ２６によって検出された冷却水温に基づいて始動時噴射量を設定し、設定された始動時噴射量を噴射するように燃料噴射弁１６を通電操作するものである。

始動時点火制御は、予め設定された始動時点火タイミング（例えば、上死点の数°ＣＡ前のタイミング）で点火プラグ２３に放電火花を発生させるものである。始動時吸気制御は、スロットルバルブ１４の開度を予め設定された基本開度となるようにスロットルアクチュエータ１３を通電操作するものである。

始動時バルブタイミング制御は、吸気側進角値を設定し、実際の進角値が設定された吸気側進角値となるように吸気バルブ装置２１を通電操作するものである。また、始動時バルブタイミング制御は、排気側遅角値を設定し、実際の遅角値が設定された排気側遅角値となるように排気バルブ装置２２を通電操作するものである。

ところで、エンジン１０の再始動時において異音が発生し得る。この異音には、ピニオンギア３１とリングギア２４との摺動によって発生する摺動音と、ピニオンギア３１がリングギア２４から離脱する時にピニオンギア３１とリングギア２４とが衝突する衝突音とが含まれる。ここで、エンジン１０の初爆までに発生する摺動音は、クランキングを行うために避けられないものの、初爆後に発生する摺動音及び衝突音は、不要であるため極力低減させたい。以下、ピニオンギア３１がリングギア２４から離脱可能な時期と、異音の発生態様とについて説明した後、本実施形態の特徴的構成である異音の低減手法について説明する。

エンジン１０に初爆が生じた後、ピニオンギア３１は、通常、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間（エンジン回転加速度が正となる期間）においてリングギア２４から離脱可能となる。つまり、エンジン１０は各気筒において圧縮−膨張−排気−吸気行程を繰り返すため、図２に示すように、エンジン回転速度（リングギア２４の回転速度）には脈動が生じる。図２には、リングギア２４の回転速度（具体的には、リングギア２４の外周縁に設けられた歯の周速度）を「Ｎｒ」にて示し、モータ３２の回転速度（具体的には、モータ３２の回転速度を、ピニオンギア３１の外周縁に設けられた歯の周速度に換算した値）を「Ｎｍ」にて示した。

ここで、ピニオンギア３１の各歯が有する歯面について定義する。図３に示すように、ピニオンギア３１に設けられた各歯は、モータ３２によって回転駆動される場合のピニオンギア３１の回転方向に前後にする一対の波面を有している。一対の歯面のうち、回転方向の前側の歯面を第１歯面３１ａと称し、回転方向の後側の歯面を第２歯面３１ｂと称することとする。なお、図３のＡ，Ｂは、図２に示したＡ，Ｂにおけるピニオンギア３１とリングギア２４との噛み合い状態を示している。

エンジン回転速度の脈動により、エンジン回転速度が減速状態となる期間（エンジン回転加速度が負となる期間）においては、図３のＡに示すように、ピニオンギア３１の第１歯面３１ａがリングギア２４に当接し、第１歯面３１ａは、リングギア２４からエンジン回転速度の低下に伴った力を受ける。この力によってピニオンギア３１とリングギア２４との間の摩擦力が増大する。この状況下においては、ワンウェイクラッチ４１が空転できず、ピニオンギア３１がリングギア２４から受けた力は、ピニオンギア３１とリングギア２４との噛み合いを強めるものとなる。このため、減速状態となる期間においては、ピニオンギア３１がリングギア２４から離脱することが困難となる。

その後、エンジン回転速度が加速状態となる期間においては、図３のＢに示すように、リングギア２４のピニオンギア３１当接箇所が第１歯面３１ａから第２歯面３１ｂに代わり、ワンウェイクラッチ４１の空転方向となるためにピニオンギア３１とリングギア２４との噛み合いが軽減される。その結果、リングギア２４とピニオンギア３１との間の摩擦力が弱まる。特にエンジン１０の初爆後においては、燃焼に伴い発生する力が上死点直後の膨張行程において加わるため、ワンウェイクラッチ４１の空転によってピニオンギア３１からリングギア２４へと駆動力が伝えられなくなる。これにより、ピニオンギア３１はリングギア２４に連れ回され、ピニオンギア３１とリングギア２４との噛み合いが弱まる。このため、ピニオンギア３１は、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間においてリングギア２４から離脱可能となる。

ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた後、リターンスプリング３９によるピニオンギア３１をリングギア２４から離脱させようとする力が上記摩擦力を超える等、力のバランスが崩れた場合にピニオンギア３１はリングギア２４から離脱する。なお、ピニオンギア３１の離脱タイミングは、エンジン回転加速度（リングギア２４の回転加速度）や、冷却水温、エンジンオイルの温度、ピニオンギア３１等の経時変化（例えば、ピニオンギア３１及びリングギア２４の歯の摩耗）によって変化する。

ここで、ピニオンギア３１の離脱可能期間であるエンジン回転速度が加速状態となる期間には、図４（ａ）に示すようにピニオンギア３１の第２歯面３１ｂがリングギア２４に接する状態か、第２歯面３１ｂがリングギア２４から離れている状態となる。この加速が大きい状態においてピニオンギア３１をリングギア２４から離脱させようとすると、図４（ｂ）に示すように、ピニオンギア３１の第２歯面３１ｂ側に設けられた面取部３１ｃと、リングギア２４の歯面のうち第２歯面３１ｂと対向する歯面側に設けられた面取部２４ａとが衝突し、衝突音が発生する。なお、各面取部３１ｃ，２４ｃは、ピニオンギア３１とリングギア２４との噛み合わせを容易にするために設けられている。

上記摺動音は、エンジン回転速度が高いほど大きくなり、上記衝突音は、エンジン回転加速度が高いほど大きくなる。特に、エンジン１０の初爆直後においては、エンジン回転速度が急激に上昇するため、エンジン１０の運転状態の中でエンジン回転加速度が最も大きく、摺動音及び衝突音が顕著となる。

なお、衝突音の発生を抑制する手法としては、ピニオンギア３１の離脱時におけるエンジン回転速度を高く設定する手法もある。これは、エンジン回転速度が高い期間におけるエンジン回転加速度の方が、エンジン回転速度が低い期間におけるエンジン回転加速度よりも低いことを利用したものである。ただし、この場合、エンジン１０の初爆後、ピニオンギア３１とリングギア２４とが噛み合う期間が長くなり、摺動音の発生期間が長くなったり、摺動音が大きくなったりするといった問題が発生する。

そこで本実施形態では、摺動音及び衝突音を低減すべく、エンジン１０に初爆が生じてからエンジン１０がアイドリング運転状態となるまでの期間のうち、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間においてピニオンギア３１の離脱時のエンジン１０の出力トルクを制限する始動時制限処理を行う。より具体的には、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後の上死点のみにおいてエンジン１０を一時的に失火させる。これにより、ピニオンギア３１の離脱可能期間におけるエンジン回転加速度を低減し、ひいては摺動音及び衝突音の低減を図る。

図５に、本実施形態にかかる始動時制限処理の手順を示す。この処理は、再始動条件が成立することを条件として、ＥＣＵ７０によって繰り返し実行される。

この一連の処理では、まずステップＳ１０において、クランキングを行うべくスタータ３０の駆動を開始し、また、始動時燃焼制御を開始する。これにより、エンジン回転速度は、脈動を伴いながら上昇することとなる。

続くステップＳ１１では、エンジン回転速度ＮＥが判定速度Ｎα以上となるまで待機する。この処理は、エンジン１０再始動の開始後、クランキング中にエンジン１０に初爆が発生したか否かを判断するための処理である。

続くステップＳ１２では、ピニオンギア３１をリングギア２４から離脱させるべく、ピニオン駆動リレー４０をオフ状態に切り替える。すなわち、ＥＣＵ７０から離脱指令を出力する。

続くステップＳ１３では、エンジン１０の燃焼制御を、始動時燃焼制御から通常時燃焼制御に切り替える。本実施形態において、通常時燃焼制御は、通常時燃料噴射制御、通常時点火制御、通常時吸気制御、及び通常時バルブタイミング制御を含む。詳しくは、通常時燃料噴射制御では、周知の空燃比フィードバック制御を行うべく、吸入空気量に基づいて通常時噴射量を設定し、設定された通常時噴射量を噴射するように燃料噴射弁１６を通電操作する。なお、本実施形態において、通常時燃料噴射制御が「噴射量設定手段」及び「噴射量操作手段」に相当する。

通常時点火制御では、まず、エンジン１０の運転状態に基づいて点火タイミングを設定する。具体的には例えば、エアフロメータ１２によって検出された吸入空気量、エンジン回転速度、冷却水温に基づいて点火タイミングを設定すればよい。そして、設定された点火タイミングで点火プラグ２３に放電火花を発生させる。なお、本実施形態において、通常時点火制御が「点火タイミング設定手段」及び「点火操作手段」に相当する。

通常時吸気制御では、アクセルセンサ２７によって検出されたアクセル操作量に基づいてスロットルバルブ１４の開度を設定し、設定された開度となるようにスロットルアクチュエータ１３を通電操作する。なお、本実施形態において、通常時吸気制御が「流路面積設定手段」及び「スロットル操作手段」に相当する。

通常時バルブタイミング制御では、まず、エンジン１０の運転状態に基づいて吸気側進角値及び排気側遅角値を設定する。具体的には例えば、エンジン回転速度及び吸入空気量に基づいて吸気側進角値及び排気側遅角値を設定すればよい。そして、実際の進角値が設定された吸気側進角値となるように吸気バルブ装置２１を通電操作し、また、実際の遅角値が設定された排気側遅角値となるように排気バルブ装置２２を通電操作する。なお本実施形態において、通常時バルブタイミング制御が「開閉タイミング設定手段」及び「バルブ操作手段」に相当する。

続くステップＳ１４では、各気筒のうち、ステップＳ１１において肯定判断された直後に最も早く出現する上死点のみに対応する１の気筒を強制的に失火させる。本実施形態では、燃料噴射弁１６からの燃料噴射と、点火プラグ２３による放電火花の発生とを一時的に停止することにより失火させる。これにより、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態に切り替えられた直後の加速状態となる期間において、クランク軸２０からリングギア２４へと伝達されるエンジン１０の出力トルクが通常時燃焼制御時の出力トルクよりも減少し、エンジン回転加速度が減少する。

続くステップＳ１５では、エンジン１０の出力トルクの制限を解除し、通常時燃焼制御を行う。

図６に、本実施形態にかかる始動時制限処理の一例を示す。ここで、図６は、先の図２と同様に、リングギア２４の回転速度の推移を示す。なお、図６に示した判定速度Ｎαは、ｒｐｍを単位とする判定速度Ｎαを、リングギア２４の外周縁に設けられた歯の周速度に換算した値である。

図示されるように、時刻ｔ１において混合気の着火によってエンジン１０に初爆が生じ、その後時刻ｔ２において、エンジン回転速度ＮＥが判定速度Ｎα以上になったと判断され、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態に切り替えられる。これにより、時刻ｔ２直後に最も早く上死点が出現する時刻ｔ３において、始動時制限処理によってエンジン１０が強制的に失火される。これにより、エンジン回転加速度が低減された状態で、その後ピニオンギア３１が離脱する。なお、図６では、始動時制限処理を行わない技術（関連技術）におけるリングギア２４の回転速度の推移を破線にて示した。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。

（１）ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後の上死点のみにおいて、点火予定の気筒を失火させた。このため、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間のみにおいて、クランク軸２０からリングギア２４に伝達されるトルクを的確に低減することができる。これにより、エンジン回転加速度の低減によってピニオンギア３１がリングギア２４から離脱する時のエンジン回転速度を低減することができ、ひいてはエンジン１０初爆後からピニオンギア３１が離脱するまでの摺動音を低減することができる。また、エンジン回転加速度の低減により、ピニオンギア３１の離脱時における衝突音を低減することもできる。

さらに、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後の上死点のみにおいて失火させるため、エンジン１０の再始動時において失火に伴うエンジン回転速度の減少を極力抑制でき、エンジン１０の始動フィーリングの低下を抑制することができる。

（２）強制的な失火といった通常時燃焼制御の強制的な変更により、燃焼に伴い発生するエンジン１０の出力トルクを低減することで、クランク軸２０からリングギア２４に伝達されるトルクを制限した。車両に通常備えられるシステムを用いてトルクを制限できるため、始動時制御処理を行うための制御システムを、簡易かつ安価に構築することができる。

（第２実施形態）
以下、第２実施形態について、先の第１実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、始動時制限処理手法を変更する。

図７に、本実施形態にかかる始動時制限処理の手順を示す。この処理は、再始動条件が成立することを条件として、ＥＣＵ７０によって繰り返し実行される。なお、図７において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１６において、エンジン１０を失火させることなく、ステップＳ１１で肯定判断された直後に最も早く出現する上死点のみの燃焼を制限することで、ステップＳ１１で肯定判断された直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間のみにおけるエンジン１０の出力トルクを低減する。詳しくは、通常時燃料噴射制御によって設定された燃料噴射量を強制的に減少させる処理、及び通常時吸気制御によって設定された開度を強制的に減少させる処理を行う。また、通常時点火制御によって設定された点火タイミングを遅角側に強制的に変更する処理、通常時バルブタイミング制御によって設定された吸気側進角値を強制的に小さくする処理、及び通常時バルブタイミング制御によって設定された排気側遅角値を強制的に小さくする処理を行う。ステップＳ１６の処理の完了後、ステップＳ１５に進み、ステップＳ１６で説明した制限を解除し、燃焼制御を通常時燃焼制御に切り替える。

なお、エンジン１０の出力トルクを低減させる期間は、エンジン回転速度が加速状態となる期間の全てに限らず、エンジン回転速度が加速状態となる期間のうち、減速状態から加速状態への切り替わりタイミングからの一部の期間であってもよい。

以上説明した本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（第３実施形態）
以下、第３実施形態について、先の第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、始動時制限処理手法を変更する。

図８に、本実施形態にかかる始動時制限処理の手順を示す。この処理は、再始動条件が成立することを条件として、ＥＣＵ７０によって繰り返し実行される。なお、図８において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１７において、ステップＳ１１で肯定判断された直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間のみにおいて、オルタネータ５０の発電電力を増大させる処理と、変速装置６０における伝達動力を増大させる処理とを行う。ここで、上記伝達動力は、変速装置６０の操作により、変速装置６０を構成する入力軸と出力軸との間を接触状態とすることによって増大させればよい。これにより、エンジン１０の出力トルクのうちリングギア２４に分配されるトルクを減少させることができる。したがって、エンジン回転加速度を減少させることができ、上記第１実施形態と同様に、エンジン１０の再始動時における摺動音及び衝突音を低減することができる。

なお、上記第２実施形態で説明したのと同様に、エンジン回転速度が加速状態となる期間のうち、減速状態から加速状態への切り替わりタイミングからの一部の期間に限ってステップＳ１７の処理を行ってもよい。

（第４実施形態）
以下、第４実施形態について、先の第２実施形態との相違点を中心に図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、エンジンとして、ディーゼルエンジンを用いる。これに伴い、始動時制限処理手法を変更する。

ここで、ディーゼルエンジンが備えられる構成において、先の図１の構成との主な相違点について説明する。制御システム（コモンレールシステム）には、スロットルアクチュエータ１３、スロットルバルブ１４及び点火プラグ２３が備えられない。また、燃料噴射弁１６は、燃焼室１０ａに燃料を直接噴射供給する。

また、通常時燃料噴射制御について説明すると、アクセル操作量及びエンジン回転速度に基づいて燃料噴射量を設定し、設定された燃料噴射量及びエンジン回転速度に基づいて燃料噴射時期（多段噴射の各噴射時期）を設定する。なお、本実施形態において、この制御が「噴射時期設定手段」及び「噴射時期操作手段」に相当する。

図９に、本実施形態にかかる始動時制限処理の手順を示す。この処理は、再始動条件が成立することを条件として、ＥＣＵ７０によって繰り返し実行される。なお、図９において、先の図５に示した処理と同一の処理については、便宜上、同一の符号を付している。

この一連の処理では、ステップＳ１８において、ステップＳ１１で肯定判断された直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間のみにおいてエンジン１０の出力トルクを低減すべく、通常時燃料噴射制御によって設定された噴射時期を強制的に変更する処理を行う。なお、この処理とあわせて、通常時燃料噴射制御によって設定された燃料噴射量を強制的に減少させる処理、通常時バルブタイミング制御によって設定された吸気側進角値を強制的に小さくする処理、及び通常時バルブタイミング制御によって設定された排気側遅角値を強制的に小さくする処理も行う。本ステップの処理は、ステップＳ１１で肯定判断された直後に最も早く出現する上死点のみの燃焼を制限するために実施される。

以上説明した本実施形態によっても、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

（その他の実施形態）
なお、上記各実施形態は、以下のように変更して実施してもよい。

・図１０に示すように、上記第１実施形態において、失火させてピニオンギア３１を離脱させた後、時刻ｔ４に示すように、通常時燃料噴射制御によって設定された燃料噴射量を増量補正してもよい。これにより、エンジン回転速度がアイドリング回転速度まで到達する時間を短縮でき、エンジン１０の始動応答性を高めることができる。なお、図１０は、先の図６に対応している。

・図１１に示すように、上記第２実施形態において、ピニオン駆動リレー４０のオフ状態への切り替えタイミング（時刻ｔ２）よりも前の時刻ｔ１において、図７のステップＳ１６の処理によってエンジン１０の出力トルクを制限してもよい。すなわち、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後の加速状態となる期間を含む所定期間に渡って出力トルクを制限してもよい。なお、図１１には、エンジン１０の初爆時から出力トルクの制限を開始した例を示した。

また、図１１に示した例において、先の図１０で説明したように、燃料噴射量を増量補正してもよい（図１２参照）。

・エンジン１０に初爆が発生した後、ピニオン駆動リレー４０がオフ状態とされた直後のエンジン回転速度が加速状態となる期間を、１回目の加速期間と定義する。この場合、上記各実施形態において、１回目の加速期間の開始タイミングから、その後Ｎ回目（Ｎは２以上の整数）の加速期間の終了タイミングまでの期間に渡って、エンジン１０からリングギア２４に伝達されるトルクを制限してもよい。この構成は、１回目の加速期間においてピニオンギア３１が離脱しない場合に備えたものである。

・先の図７のステップＳ１６において、通常時燃料噴射制御によって設定された燃料噴射量を強制的に減少させる処理、通常時吸気制御によって設定された開度を強制的に減少させる処理、通常時点火制御によって設定された点火タイミングを遅角側に強制的に変更する処理、通常時バルブタイミング制御によって設定された吸気側進角値を強制的に小さくする処理、及び通常時バルブタイミング制御によって設定された排気側遅角値を強制的に小さくする処理のうち、少なくとも１つを行うようにしてもよい。

・先の図８のステップＳ１７において、駆動動力を増大させる車載補機としては、オルタネータ５０に限らず、クランク軸２０の回転動力によって駆動される補機であれば他の車載補機であってもよい。また、ステップＳ１７で説明したトルク制限手法を、上記第１実施形態又は上記第２実施形態で説明したトルク制限手法と組み合わせて用いてもよい。

・上記第４実施形態において、上記第１実施形態と同様に、燃料噴射の停止によって失火させることでエンジン１０の出力トルクを制限してもよい。

・ピニオン駆動リレー４０を、エンジン回転速度が判定速度Ｎα以上になったと判断されたタイミングから遅延したタイミングでオフ状態に切り替える構成を採用してもよい。また、ピニオン駆動リレー４０を、燃料の着火前にオフ状態に切り替える構成を採用してもよい。

・アイドリングストップ制御が行われない車両に本発明を適用してもよい。この場合であっても、ユーザのイグニッションキーの操作によるエンジンの初回始動時において異音を低減することができる。

１０…エンジン、２０…クランク軸、２４…リングギア、３０…スタータ、３１…ピニオンギア、３２…モータ。

Claims (12)

1. エンジン（１０）と、前記エンジンのクランク軸（２０）に連結されたリングギア（２４）に初期回転を付与するスタータ（３０）とを備えるシステムに適用され、
   前記スタータは、
   通電によって回転力を発生するモータ（３２）と、
   前記リングギアと噛み合う連結位置又は前記リングギアと噛み合わない非連結位置に移動可能に設けられ、前記モータの回転力が伝達されるピニオンギア（３１）と、
   前記ピニオンギアを前記非連結位置から前記連結位置へと押し出す機能、及び離脱指令がなされることで前記ピニオンギアを前記連結位置から前記非連結位置へと離脱させる機能を有するピニオンシフト手段（３３）とを含み、
   前記エンジンの燃焼制御を行う燃焼制御手段と、
   前記モータへの通電、前記ピニオンシフト手段による前記ピニオンギアの前記連結位置への押し出し、及び前記燃焼制御手段による燃焼制御によって前記エンジンに初爆が生じた後、前記離脱指令がなされた後の前記エンジンの回転速度が加速状態となる期間において前記ピニオンギアが前記リングギアから離脱する時の前記エンジンから前記リングギアに伝達されるトルクを制限する制限手段とを備えることを特徴とするシステムの制御装置。
2. 前記制限手段は、前記燃焼制御手段による燃焼制御の強制的な変更により、前記エンジンの燃焼に伴い発生する出力トルクを低減することで、前記エンジンから前記リングギアに伝達されるトルクを制限する請求項１記載のシステムの制御装置。
3. 前記システムには、前記エンジンの燃焼室（１０ａ）につながる吸気通路（１５）に設けられ、前記吸気通路の流路面積を調整可能なスロットルバルブ（１４）が備えられ、
   前記燃焼制御手段は、
   前記エンジンの始動時における前記流路面積を設定する流路面積設定手段と、
   前記スロットルバルブの流路面積が前記流路面積設定手段によって設定された流路面積となるように前記スロットルバルブを操作するスロットル操作手段とを含み、
   前記制限手段は、前記流路面積設定手段によって設定された流路面積の強制的な減少により、前記出力トルクを低減する請求項２記載のシステムの制御装置。
4. 前記システムには、前記エンジンの燃焼室（１０ａ）に燃料を噴射供給する燃料噴射弁（１６）が備えられ、
   前記燃焼制御手段は、
   前記エンジンの始動時における前記燃料噴射弁の燃料噴射量を設定する噴射量設定手段と、
   前記燃料噴射弁の燃料噴射量が前記噴射量設定手段によって設定された燃料噴射量となるように前記燃料噴射弁を操作する噴射量操作手段とを含み、
   前記制限手段は、前記噴射量設定手段によって設定された燃料噴射量の強制的な減少により、前記出力トルクを低減する請求項２又は３記載のシステムの制御装置。
5. 前記システムには、前記エンジンの吸気バルブ（１７）及び排気バルブ（１８）のうち少なくとも一方である対象バルブの開閉タイミングを可変とする可変バルブタイミング装置（２１，２２）が備えられ、
   前記燃焼制御手段は、
   前記エンジンの始動時における前記対象バルブの開閉タイミングを設定する開閉タイミング設定手段と、
   前記対象バルブの開閉タイミングが前記開閉タイミング設定手段によって設定された開閉タイミングとなるように前記可変バルブタイミング装置を操作するバルブ操作手段とを含み、
   前記制限手段は、前記開閉タイミング設定手段によって設定された開閉タイミングの強制的な変更により、前記出力トルクを低減する請求項２〜４のいずれか１項に記載のシステムの制御装置。
6. 前記システムには、前記エンジンの燃焼室（１０ａ）に放電火花を発生させる点火装置（２３）が備えられ、
   前記燃焼制御手段は、
   前記エンジンの始動時における前記放電火花の発生タイミングを設定する点火タイミング設定手段と、
   前記放電火花の発生タイミングが前記点火タイミング設定手段によって設定された発生タイミングとなるように前記点火装置を操作する点火操作手段とを含み、
   前記制限手段は、前記点火タイミング設定手段によって設定された発生タイミングを強制的に遅角させることにより、前記出力トルクを低減する請求項２〜５のいずれか１項に記載のシステムの制御装置。
7. 前記システムには、前記エンジンの燃焼室（１０ａ）に燃料を噴射供給する燃料噴射弁（１６）が備えられ、
   前記燃焼制御手段は、
   前記エンジンの始動時における前記燃料噴射弁の噴射時期を設定する噴射時期設定手段と、
   前記燃料噴射弁の噴射時期が前記噴射時期設定手段によって設定された噴射時期となるように前記燃料噴射弁を操作する噴射時期操作手段とを含み、
   前記制限手段は、前記噴射時期設定手段によって設定された噴射時期の強制的な変更により、前記出力トルクを低減する請求項２〜６のいずれか１項に記載のシステムの制御装置。
8. 前記制限手段は、前記燃焼制御手段による燃焼制御の強制的な変更により、前記エンジンを失火させることで、前記エンジンから前記リングギアに伝達されるトルクを制限する請求項２記載のシステムの制御装置。
9. 前記制限手段は、前記離脱指令がなされた直後の上死点のみの燃焼を制限することで、前記エンジンから前記リングギアに伝達されるトルクを制限する請求項２〜８のいずれか１項に記載のシステムの制御装置。
10. 前記システムには、前記クランク軸の回転動力によって駆動される車載機器（５０，６０）が備えられ、
    前記制限手段は、前記車載機器の駆動動力を強制的に増大させることで、前記エンジンから前記リングギアに伝達されるトルクを制限する請求項１〜９のいずれか１項に記載のシステムの制御装置。
11. 前記制限手段は、前記離脱指令がなされた直後の前記エンジンの回転速度が加速状態となる期間の全部、又はこの期間の開始タイミングを含む所定期間に渡って、前記エンジンから前記リングギアに伝達されるトルクを制限する請求項１０記載のシステムの制御装置。
12. 前記ピニオンシフト手段は、
    前記ピニオンギアに連結されたプランジャ（３７）と、
    前記ピニオンギアが前記連結位置側から前記非連結位置側に向かうように前記プランジャに付勢力を与えるスプリング（３９）と、
    通電により、前記ピニオンギアが前記非連結位置から前記連結位置へと向かう方向に前記プランジャを吸引して移動させるコイル（３８）とを含み、前記離脱指令がなされることによる前記コイルへの通電停止により、前記ピニオンギアを前記連結位置から前記非連結位置へと離脱させる請求項１〜１１のいずれか１項に記載のシステムの制御装置。

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