WO2012137348A1

WO2012137348A1 - スタータの制御装置および制御方法、ならびに車両

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Publication number: WO2012137348A1
Application number: PCT/JP2011/058911
Authority: WO
Inventors: 守屋　孝紀; 淳平筧; ハシムハスルルサニービン
Original assignee: トヨタ自動車株式会社
Priority date: 2011-04-08
Filing date: 2011-04-08
Publication date: 2012-10-11
Also published as: CN102822500B; CN102822500A; US8554453B2; JP5105032B2; JPWO2012137348A1; DE112011105138T5; US20130139775A1

Abstract

　スタータは、エンジンのクランク軸に連結されたリングギヤと係合可能なピニオンギヤと、駆動状態において、ピニオンギヤをリングギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、ピニオンギヤを回転させるモータとを含む。運転者の発進意図に起因してエンジンを始動する場合、モータの駆動に先立ってアクチュエータによって、ピニオンギヤをリングギヤと係合させる係合モードと、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させる回転モードとのうちのいずれかのモードが選択される。運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、係合モードが選択される。

Description

スタータの制御装置および制御方法、ならびに車両

　本発明は、スタータの制御装置および制御方法、ならびに車両に関し、特に、エンジンのクランキングを制限する技術に関する。

　エンジンなどの内燃機関を有する自動車においては、燃費削減や排気エミッション低減などを目的として、車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダルが操作された状態においてエンジンの自動停止を行なうとともに、たとえば、ブレーキペダルの操作量が零まで減少されるなどの、運転者による再発進の動作によって自動再始動をする、いわゆるアイドリングストップ（またはエコノミーランニング）機能を搭載したものがある。

　このアイドリングストップにおいて、エンジンの回転速度が比較的高い状態で、エンジンの再始動が行なわれる場合がある。このような場合において、エンジンを回転させるためのピニオンギヤの押出しとピニオンギヤの回転とが１つの駆動指令によって行なわれる従来のスタータでは、ピニオンギヤとエンジンのリングギヤとの係合が容易となるように、エンジンの回転速度が十分に低下するのを待ってスタータが駆動される。そうすると、エンジンの再始動要求から実際のエンジンのクランキングまでに時間遅れが発生してしまい、運転者に違和感を与えてしまうおそれがあった。

　欧州特許出願公開第２１５９４１０号（特許文献１）には、このような課題を解決するために、ピニオンギヤの係合動作およびピニオンギヤの回転動作が独立して実行可能な構成を有するスタータを用いて、エンジンの回転速度が下降している間に再始動要求が発生した場合に、ピニオンギヤの係合動作に先立ってピニオンギヤの回転動作を行なう技術を開示する。

欧州特許出願公開第２１５９４１０号

　しかしながら、エンジンの回転速度が下降している間にピニオンギヤとリングギヤとを係合させると、ピニオンギヤの回転速度とリングギヤの回転速度とが完全に一致していない状態で、ピニオンギヤとリングギヤとが衝突し得る。そのため、ピニオンギヤとリングギヤとが係合するときに大きな音が発生し易い。さらに、ピニオンギヤが早く磨耗する。

　本発明の目的は、エンジンをクランキングするときに発生し得る音を小さくしたり、ギヤの磨耗量を低減したりすることである。

　ある実施例において、スタータは、エンジンのクランク軸に連結された第１のギヤと係合可能な第２のギヤと、駆動状態において、第２のギヤを第１のギヤと係合する位置まで移動させるアクチュエータと、第２のギヤを回転させるモータとを含む。スタータの制御装置は、アクチュエータおよびモータの各々を個別に駆動可能である。制御装置は、モータの駆動に先立ってアクチュエータによって、第２のギヤを第１のギヤと係合させる係合モードと、アクチュエータの駆動に先立ってモータを駆動させる回転モードとを含む。制御装置は、運転者の発進意図に起因してエンジンを始動する場合、係合モードおよび回転モードのうちの、いずれか一方を選択する。制御装置は、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、係合モードを選択する。

　この実施例によると、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、係合モードが選択される。その結果、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、回転モードは選択されない。これにより、第２のギヤを回転させながら第１のギヤと係合させる頻度が低減される。そのため、第２のギヤと第１のギヤとが衝突することにより発生し得る音が小さくされたり、ギヤの磨耗量が低減され得る。

　別の実施例において、回転モードが実行されるときのエンジンの回転速度は、係合モードが実行されるときのエンジンの回転速度よりも高い。

　この実施例によると、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、第１のギヤの回転速度が低い状態で、第１のギヤと第２のギヤとが係合される。これにより、第２のギヤと第１のギヤとが衝突することにより発生し得る音がさらに小さくされたり、ギヤの磨耗量がさらに低減され得る。

　さらに別の実施例において、制御装置は、回転モードが実行されるときのエンジンの回転速度において、運転者の発進意図に起因せずにエンジンの始動が要求されると、エンジンの回転速度が、係合モードが実行されるときのエンジンの回転速度まで低下するまで待機し、エンジンの回転速度が、係合モードが実行されるときのエンジンの回転速度まで低下すると、係合モードを選択する。

　この実施例によると、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、第１のギヤの回転速度が低くなるまで、第１のギヤと第２のギヤとの係合が制限される。

　さらに別の実施例において、エンジンの回転速度が、係合モードが実行されるときのエンジンの回転速度まで低下していることを前提条件に、運転者の発進意図に起因しないエンジンの始動要求が成立する。

　この実施例によると、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、第１のギヤの回転速度が低い状態で、第１のギヤと第２のギヤとが係合されることが防がれる。

　さらに別の実施例において、運転者の発進意図に起因したエンジンの始動は、クラッチペダルの操作に起因したエンジンの始動、シフト操作に起因したエンジンの始動、ブレーキペダルの操作量の減少に起因したエンジンの始動、アクセルペダルの操作量の増大に起因したエンジンの始動、アクセルペダルの操作量の増大速度が所定値以上であることに起因したエンジンの始動、および、スポーツモードの選択に起因したエンジンの始動のうちの、少なくともいずれか１つを含む。

　この実施例によると、クラッチペダルの操作に起因してエンジンを始動する場合、シフト操作に起因してエンジンを始動する場合、ブレーキペダルの操作量の減少に起因してエンジンを始動する場合、アクセルペダルの操作量の増大に起因してエンジンを始動する場合、アクセルペダルの操作量の増大速度が所定値以上であることに起因してエンジンを始動する場合、および、スポーツモードの選択に起因してエンジンを始動する場合のうちの、少なくともいずれか１つにおいて、第２のギヤが回転しながら第１のギヤと係合し得る。そのため、第１のギヤの回転数が零付近まで低下する前に第１のギヤと第２のギヤとを同期させて、第１のギヤと第２のギヤとを係合することができる。その結果、エンジンを速やかに始動できる。

　さらに別の実施例において、運転者の発進意図に起因しないエンジンの始動は、負圧の減少に起因したエンジンの始動、バッテリの電圧の低下に起因したエンジンの始動、空調装置に起因したエンジンの始動、エンジンの停止の制限に起因したエンジンの始動、ステアリングホイールの操作に起因したエンジンの始動、ドアの開放に起因したエンジンの始動、および、ハザードランプがオンにされたことに起因したエンジンの始動のうちの、少なくともいずれか１つを含む。

　この実施例によると、負圧の減少に起因してエンジンを始動する場合、バッテリの電圧の低下に起因してエンジンを始動する場合、空調装置に起因してエンジンを始動する場合、エンジンの停止の制限に起因してエンジンを始動する場合、ステアリングホイールの操作に起因してエンジンを始動する場合、ドアの開放に起因してエンジンを始動する場合、および、ハザードランプがオンにされたことに起因してエンジンを始動する場合のうちの、少なくともいずれか１つにおいて、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、回転モードは選択されない。これにより、第２のギヤを回転させながら第１のギヤと係合させる頻度が低減される。そのため、第２のギヤと第１のギヤとが衝突することにより発生し得る音が小さくされたり、ギヤの磨耗量が低減され得る。

　運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、係合モードが選択される。その結果、運転者の発進意図に起因せずにエンジンを始動する場合、回転モードは選択されない。これにより、第２のギヤを回転させながら第１のギヤと係合させる頻度が低減される。そのため、第２のギヤと第１のギヤとが衝突することにより発生し得る音が小さくされたり、ギヤの磨耗量が低減され得る。

車両の全体ブロック図である。スタータの動作モードの遷移を説明するための図である。車両を発進させるための操作がなされたことに起因してエンジンの始動要求が発生したときのスタータの駆動モードを説明するための図である。負圧が低下したことに起因してエンジンの始動要求が発生したときのスタータの駆動モードを説明するための図である。ＥＣＵが実行する処理を示すフローチャートである。

　以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号を付してある。それらの名称および機能も同じである。したがってそれらについての詳細な説明は繰り返さない。

　図１は、車両１０の全体ブロック図である。図１を参照して、車両１０は、エンジン１００と、負圧タンク１０２と、バッテリ１２０と、スタータ２００と、ＥＣＵ３００と、リレーＲＹ１，ＲＹ２とを備える。また、スタータ２００は、プランジャ２１０と、モータ２２０と、ソレノイド２３０と、連結部２４０と、出力部材２５０と、ピニオンギヤ２６０とを含む。

　エンジン１００は、車両１０を走行するための駆動力を発生する。エンジン１００のクランク軸１１１は、クラッチや減速機などを含んで構成される動力伝達装置を介して、駆動輪に接続される。

　エンジン１００には、回転速度センサ１１５が設けられる。回転速度センサ１１５は、エンジン１００の回転速度Ｎｅを検出し、その検出結果をＥＣＵ３００へ出力する。

　負圧タンク１０２は、エンジン１００が運転することにより発生した負圧を蓄える。負圧タンク１０２は、たとえばインテークマニホールドに連結される。

　バッテリ１２０は、充放電可能に構成された電力貯蔵要素である。バッテリ１２０は、リチウムイオン電池、ニッケル水素電池または鉛蓄電などの二次電池を含んで構成される。また、バッテリ１２０は、電気二重層キャパシタなどの蓄電素子により構成されてもよい。

　バッテリ１２０は、ＥＣＵ３００によって制御されるリレーＲＹ１，ＲＹ２を介して、スタータ２００に接続される。そして、バッテリ１２０は、リレーＲＹ１，ＲＹ２が閉成されることによって、スタータ２００に駆動用の電源電圧を供給する。なお、バッテリ１２０の負極は車両１０のボディアースに接続される。

　バッテリ１２０には、電圧センサ１２５が設けられる。電圧センサ１２５は、バッテリ１２０の出力電圧ＶＢを検出し、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

　バッテリ１２０の電圧は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１２７を介して、ＥＣＵ３００、および空調装置のインバータなどの補機に供給される。

　リレーＲＹ１の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ１の他方端はスタータ２００内のソレノイド２３０の一方端に接続される。リレーＲＹ１は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ１により制御され、バッテリ１２０からソレノイド２３０への電源電圧の供給と遮断とを切替える。

　リレーＲＹ２の一方端はバッテリ１２０の正極に接続され、リレーＲＹ２の他方端はスタータ２００内のモータ２２０に接続される。リレーＲＹ２は、ＥＣＵ３００からの制御信号ＳＥ２により制御され、バッテリ１２０からモータ２２０へ電源電圧の供給と遮断とを切替える。また、リレーＲＹ２とモータ２２０とを結ぶ電力線には、電圧センサ１３０が設けられる。電圧センサ１３０は、モータ電圧ＶＭを検出して、その検出値をＥＣＵ３００へ出力する。

　上述のように、スタータ２００内のモータ２２０およびソレノイド２３０への電源電圧の供給は、リレーＲＹ１，ＲＹ２によってそれぞれ独立に制御することが可能である。

　出力部材２５０は、モータ内部のロータ（図示せず）の回転軸と、たとえば直線スプラインなどで結合される。また、出力部材２５０のモータ２２０とは反対側の端部には、ピニオンギヤ２６０が設けられる。リレーＲＹ２が閉成されることによって、バッテリ１２０から電源電圧が供給されてモータ２２０が回転すると、出力部材２５０は、ロータの回転動作をピニオンギヤ２６０に伝達して、ピニオンギヤ２６０を回転させる。

　ソレノイド２３０の一方端は上述のようにリレーＲＹ１に接続され、ソレノイド２３０の他方端はボディアースに接続される。リレーＲＹ１が閉成されソレノイド２３０が励磁されると、ソレノイド２３０はプランジャ２１０を矢印の方向に吸引する。すなわち、プランジャ２１０とソレノイド２３０とで、アクチュエータ２３２を構成する。

　プランジャ２１０は、連結部２４０を介して出力部材２５０と結合される。ソレノイド２３０が励磁されてプランジャ２１０が矢印の方向に吸引される。これにより、支点２４５が固定された連結部２４０によって、出力部材２５０が、図１に示された待機位置から、プランジャ２１０の動作方向とは逆の方向、すなわちピニオンギヤ２６０がモータ２２０の本体から遠ざかる方向に動かされる。また、プランジャ２１０は、図示しないばね機構によって、図１中の矢印とは逆向きの力が付勢されており、ソレノイド２３０が非励磁となると、待機位置に戻される。

　このように、ソレノイド２３０が励磁されることによって、出力部材２５０が軸方向に動作すると、ピニオンギヤ２６０が、エンジン１００のクランク軸１１１に取付けられたフライホイールまたはドライブプレートの外周に設けられたリングギヤ１１０と係合する。そして、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合した状態で、ピニオンギヤ２６０が回転動作することによって、エンジン１００がクランキングされ、エンジン１００が始動される。

　このように、本実施の形態においては、エンジン１００のフライホイールまたはドライブプレートの外周に設けられたリングギヤ１１０と係合するようにピニオンギヤ２６０を移動させるアクチュエータ２３２と、ピニオンギヤ２６０を回転させるモータ２２０とが個別に制御される。

　なお、図１には図示しないが、リングギヤ１１０の回転動作によって、モータ２２０のロータが回転されないように、出力部材２５０とモータ２２０のロータ軸の間にワンウェイクラッチが設けられてもよい。

　また、図１におけるアクチュエータ２３２は、ピニオンギヤ２６０の回転をリングギヤ１１０に伝達でき、かつピニオンギヤ２６０およびリングギヤ１１０が係合した状態と、両方が非係合の状態とを切替えることができる機構であれば、上記のような機構に限られるものではなく、たとえば、出力部材２５０の軸を、ピニオンギヤ２６０の径方向に動かすことによってピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合するような機構であってもよい。

　ＥＣＵ３００は、いずれも図示しないが、ＣＰＵ（Central　Processing　Unit）と、記憶装置と、入出力バッファとを含み、各センサの入力や各機器への制御指令の出力を行なう。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、一部を専用のハードウェア（電子回路）で構築して処理することも可能である。

　ＥＣＵ３００は、アクセルペダル１４０に設けられたセンサ（図示せず）からのアクセルペダル１４０の操作量を表わす信号ＡＣＣを受ける。ＥＣＵ３００は、ブレーキペダル１５０に設けられたセンサ（図示せず）からのブレーキペダル１５０の操作量を表わす信号ＢＲＫを受ける。また、ＥＣＵ３００は、運転者によるイグニッション操作などによる始動操作信号ＩＧ－ＯＮを受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、クラッチペダル１５２に設けられたセンサ（図示せず）からクラッチペダル１５２の操作量を表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、シフトレバー１５４に設けられたセンサ（図示せず）からシフトレバー１５４の位置を表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、車両の走行モード（たとえば、スポーツモード（パワーモードともいう）、ノーマルモードまたはエコモード等）を選択するためのスイッチ１６０から選択された走行モードを表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、負圧タンク１０２に蓄えられた負圧を検出するセンサ（図示せず）から検出値を表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、電圧センサ１２５からバッテリ１２０の出力電圧ＶＢを表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、空調装置１０４の作動を表す信号を、たとえば空調装置１０４を制御するＥＣＵを介して受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、運転者がアイドリングステップを禁止または許可するために操作するスイッチ１６２から、アイドリングステップが禁止または許可されたことを表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、ステアリングホイール１５６の舵角を検出するセンサ（図示せず）から舵角を表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、ドアの開閉状態を検出するためのスイッチ１６４から、ドアが開いたことまたは閉じたこと表す信号を受ける。さらに、ＥＣＵ３００は、ハザードランプを点滅させるために運転者が操作するスイッチ１６６から、ハザードランプがオンにされたことを表す信号を受ける。

　ＥＣＵ３００は、これらの情報に基づいて、エンジン１００の始動要求信号および停止要求信号を生成し、それに従って制御信号ＳＥ１，ＳＥ２を出力してスタータ２００の動作を制御する。

　たとえば、車両が停止し、運転者によりブレーキペダル１５０が操作され、かつエンジン１００の停止が制限されていない（許可されている）という停止条件が満たされたとき、停止要求信号が生成され、ＥＣＵ３００は、エンジン１００を停止する。すなわち、停止条件が満たされたとき、エンジン１００における燃料噴射および燃焼が停止される。

　その後、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零になったという始動条件が満たされたとき、始動要求信号が生成され、ＥＣＵ３００は、モータ２２０を駆動してエンジン１００をクランキングする。始動要求信号を生成せずに、エンジン１００のクランキングを開始するようにしてもよい。その他、アクセルペダル１４０、変速レンジまたはギヤを選択するためのシフトレバー１５２、もしくは、車両の走行モード（たとえば、スポーツモード（パワーモードともいう）、ノーマルモードまたはエコモード等）を選択するためのスイッチ１６０が操作されると、エンジン１００をクランキングするようにしてもよい。

　ＥＣＵ３００は、エンジン１００の始動条件が満たされたとき、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動した後、ピニオンギヤ２６０が回転を開始するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される係合モードと、ピニオンギヤ２６０が回転を開始した後、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動するようにアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される回転モードとのうちのいずれか一方のモードで、アクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。

　ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが予め定められた第１の基準値α１以下であると、係合モードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。一方、ＥＣＵ３００は、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きいと、回転モードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０を制御する。より具体的には、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きく、かつ、運転者の発進意図に基く始動条件が満たされると、回転モードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される。

　しかしながら、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きく、かつ、運転者の発進意図に基く始動条件とは異なる始動条件が満たされると、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下まで低下した後、係合モードでアクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される。

　図２は、本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードの遷移を説明するための図である。本実施の形態におけるスタータ２００の動作モードには、待機モード４１０、係合モード４２０、回転モード４３０、および全駆動モード４４０が含まれる。

　前述した係合モードは、係合モード４２０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードである。回転モードは、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードである。

　待機モード４１０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されていない状態、すなわちスタータ２００へのエンジン始動要求が出力されていない状態を表わす。待機モード４１０は、スタータ２００の初期状態に相当し、エンジン１００の始動動作前、エンジン１００が始動完了した後、およびエンジン１００の始動が失敗したときなどにおいて、スタータ２００の駆動が不要となった場合に選択される。

　全駆動モード４４０は、スタータ２００のアクチュエータ２３２およびモータ２２０の両方が駆動されている状態を表わす。この全駆動モード４４０においては、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合した状態で、モータ２２０によってピニオンギヤ２６０が回転される。これによって、実際にエンジン１００がクランキングされて始動動作が開始される。

　本実施の形態におけるスタータ２００は、上述のように、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の各々を、独立して駆動することができる。そのため、待機モード４１０から全駆動モード４４０に遷移する過程において、モータ２２０の駆動に先立ってアクチュエータ２３２を駆動する場合（すなわち、係合モード４２０に相当）と、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０を駆動する場合（すなわち、回転モード４３０に相当）とがある。

　係合モード４２０および回転モード４３０は、満たされた始動条件の種類と、始動条件が満たされたとき（エンジン１００の再始動要求が発生したとき）のエンジン回転速度Ｎｅとに基づいて選択される。

　係合モード４２０は、アクチュエータ２３２のみが駆動され、モータ２２０が駆動されていない状態である。このモードは、ピニオンギヤ２６０が停止した状態においても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とが係合可能である場合に選択される。具体的には、エンジン１００が停止している状態、あるいはエンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に低下した状態（Ｎｅ≦第１の基準値α１）の場合に、この係合モード４２０が選択される。

　一方、回転モード４３０は、モータ２２０のみが駆動され、アクチュエータ２３２が駆動されていない状態である。回転モード４３０は、たとえば、エンジン１００の回転速度Ｎｅが比較的高く（α１＜Ｎｅ≦第２の基準値α２）、かつ、運転者の発進意図に基く始動条件が満たされたことに起因してエンジン１００の再始動要求が出力されたような場合に選択される。

　運転者の発進意図に基く始動条件は、たとえば、車両を発進させようとする操作が運転者によりなされたという条件を含む。したがって、エンジン１００の回転速度Ｎｅが高く（α１＜Ｎｅ≦α２）、かつ、車両を発進させようとする運転者の操作に起因してエンジン１００の再始動要求が出力されたような場合、回転モード４３０が選択される。

　回転モード４３０においては、アクチュエータ２３２の駆動に先立ってモータ２２０のみが駆動されることによって、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度とが同期される。リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度との差が十分に小さくなったことに応じて、動作モードが回転モード４３０から全駆動モード４４０へ遷移する。そして、アクチュエータ２３２が駆動され、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との係合が行なわれる。

　全駆動モード４４０の場合に、エンジン１００の始動が完了し、エンジン１００が自立運転を開始したことに応じて、運転モードは全駆動モード４４０から待機モード４１０へ戻される。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１よりも大きくても、車両を発進させようとする運転者の操作とは別の始動条件に起因してエンジン１００の再始動要求が出力された場合、回転モード４３０は選択されない。この場合、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下まで低下した後に、係合モード４２０が選択される。すなわち、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下になるまで、モータ２２０によるエンジン１００のクランキングが制限される。すなわち、エンジン１００のクランキングの開始が遅延される。

　一例として、運転者の発進意図に起因したエンジン１００の始動は、「クラッチペダル１５２の操作（踏み込み）に起因したエンジン１００の始動」、「シフト操作（たとえば、シフトポジションをニュートラルから走行ポジションに変更する）に起因したエンジン１００の始動」、「ブレーキペダル１５０の操作量の減少に起因したエンジン１００の始動」、「アクセルペダル１４０の操作量（アクセル開度）の増大に起因したエンジン１００の始動」、「アクセル開度の増大速度が所定値以上であることに起因したエンジン１００の始動」、および、「スポーツモードの選択に起因したエンジン１００の始動」のうちの、少なくともいずれか１つを含む。運転者の発進意図に起因したエンジン１００の始動はこれらに限定されない。

　同様に、一例として、運転者の発進意図に起因しないエンジン１００の始動は、「負圧タンク１０２に蓄えられた負圧がしきい値以下まで低下したことに起因したエンジン１００の始動」、「補機バッテリの電圧のしきい値以下までに低下したことに起因したエンジン１００の始動」、「空調装置が作動したことに起因したエンジン１００の始動」、「アイドリングストップが禁止されたこと（エンジン１００の停止が制限されたこと）に起因したエンジン１００の始動」、「ステアリングホイール１５６の操作に起因したエンジン１００の始動」、「ドアが開かれたことに起因したエンジン１００の始動」、および、「ハザードランプがオンにされたことに起因したエンジン１００の始動」のうちの、少なくともいずれか１つを含む。運転者の発進意図に起因しないエンジン１００の始動は、これらに限定されない。

　このように、エンジン１００の始動要求信号が出力された場合、すなわち、エンジン１００を始動すると判定された場合、係合モード４２０を経て、全駆動モード４４０に移行する係合モードと、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行する回転モードとのうちのいずれか一方のモードで、アクチュエータ２３２およびモータ２２０が制御される。

　図３は、本実施の形態において、エンジン始動動作時の２つの駆動モード（係合モード，回転モード）を説明するための図である。

　図３の横軸には時間が示され、縦軸には、エンジン１００の回転速度Ｎｅ、係合モード時および回転モード時における、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動状態が示される。

　時刻ｔ０において、たとえば車両が停止し、かつ運転者によりブレーキペダル１５０が操作されているという停止条件が満たされたことによってエンジン１００の停止要求が生成され、エンジン１００が停止（燃料噴射および点火が停止）された場合を考える。この場合に、エンジン１００が再始動されなければ、実線の曲線Ｗ０のように、徐々にエンジン１００の回転速度Ｎｅが低下し、最終的にエンジン１００の回転が停止する。

　次に、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下中に、たとえば、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零になったという始動条件が満たされたことによってエンジン１００の再始動要求が生成された場合について考える。この場合には、エンジン１００の回転速度Ｎｅによって３つの領域に分類される。

　第１の領域（領域１）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２よりも高い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ０において始動条件が満たされ、再始動要求が生成されたような状態である。再始動要求を示す信号は生成されなくてもよい。

　この領域１は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが十分に高いので、燃料噴射および点火動作によって、スタータ２００を用いなくともエンジン１００が始動可能な領域である。すなわち、エンジン１００が自立復帰可能な領域である。したがって、領域１においては、スタータ２００の駆動が制限、より具体的には禁止される。なお、上述の第２の基準値α２については、モータ２２０の最高回転速度によって制限される場合もある。

　第２の領域は（領域２）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１および第２の基準値α２の間にある場合であり、図３中の点Ｐ１において始動条件が満たされたような状態である。

　この領域２は、エンジン１００は自立復帰できないが、エンジン１００の回転速度Ｎｅが比較的高い状態の領域である。この領域においては、図２で説明したように、回転モードが選択される。

　時刻ｔ２において、始動条件が満たされると、所定時間経過後に、まずモータ２２０が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０が回転し始める。そして、時刻ｔ４において、アクチュエータ２３２が駆動される。そして、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０とが係合されると、エンジン１００がクランキングされて、破線の曲線Ｗ１のようにエンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

　第３の領域（領域３）は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１よりも低い場合であり、たとえば、図３中の点Ｐ２において始動条件が満たされたような状態である。

　この領域３は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが低く、ピニオンギヤ２６０を同期させなくても、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が可能な領域である。この領域においては、図２で説明したように、係合モードが選択される。

　時刻ｔ５において、始動条件が満たされると、所定時間経過後に、まずアクチュエータ２３２が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０側に押し出される。その後、モータ２２０が駆動される（図３中の時刻ｔ７）。これによってエンジン１００がクランキングされて破線の曲線Ｗ２のように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

　このように、アクチュエータ２３２とモータ２２０とが独立して駆動可能なスタータ２００を用いて、エンジン１００の再始動制御を行なうことによって、従来のスタータでは、エンジン１００の自立復帰が不可能となる回転速度（図３中の時刻ｔ１）から、エンジン１００が停止するまで（図３中の時刻ｔ８）の期間（Ｔｉｎｈ）中エンジン１００の再始動動作が禁止されていた場合に比べて、より短時間でエンジン１００を再始動することが可能となる。これによって、運転者に対して、エンジン再始動が遅れてしまうことによる違和感を低減することができる。

　図４を参照して、エンジン１００の回転速度Ｎｅの低下中に、たとえば、負圧タンク１０２に蓄えられた負圧がしきい値以下まで低下したという始動条件が満たされたことによって、運転者の発進意図に起因せずにエンジン１００を再始動する場合について考える。

　なお、上述した領域１および領域３において再始動要求が生成された場合のスタータ２００の動作態様は、運転者によるブレーキペダル１５０の操作量が零になったという始動条件が満たされたことによってエンジン１００の再始動要求が生成された場合の動作態様と同じであるため、ここではその詳細な説明は繰り返さない。

　図４中の点Ｐ４において、負圧タンク１０２に蓄えられた負圧がしきい値以下まで低下したという始動条件が満たされたような状態では、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１と第２の基準値α２との間にある。しかしながら、回転モードは選択されず、待機モードが継続して選択される。その結果、エンジン回転速度Ｎｅが低下し続ける。

　時刻ｔ２０にて、エンジン回転速度Ｎｅが第１の基準値α１まで低下すると、図２で説明したように、係合モードが選択される。その結果、まずアクチュエータ２３２が駆動される。これによって、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０側に押し出される。その後、モータ２２０が駆動される（図４中の時刻ｔ２１）。これによってエンジン１００がクランキングされて破線の曲線Ｗ３のように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが増加する。その後、エンジン１００が自立運転を再開すると、アクチュエータ２３２およびモータ２２０の駆動が停止される。

　このように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが、係合モードが実行されるときのエンジン１００の回転速度まで低下していることを前提条件に、運転者の発進意図に起因しないエンジン１００の始動要求が成立する。エンジン１００の回転速度Ｎｅが、係合モードが実行されるときのエンジン１００の回転速度まで低下した図４中の点Ｐ５において、再始動要求をＥＣＵ３００が生成し、出力するようにしてもよい。

　以下、図５を参照して、エンジン１００を始動するためにＥＣＵ３００が実行する処理について説明する。図５に示すフローチャートは、ＥＣＵ３００に予め格納されたプログラムを所定周期で実行することによって実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。

　ＥＣＵ３００は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００において、エンジン１００の始動要求があるか否かを判定する。すなわち、エンジン１００を始動するか否かが判定される。

　エンジン１００の始動要求がない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、エンジン１００の始動動作は不要であるので、処理がＳ１９０に進められて、ＥＣＵ３００は、待機モードを選択する。

　エンジン１００の始動要求がある場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）は、処理がＳ１１０に進められ、ＥＣＵ３００は、次にエンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下であるか否かを判定する。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２より大きい場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、エンジン１００の自立復帰が可能な図３における領域１に対応するので、ＥＣＵ３００は、処理をＳ１９０に進めて待機モードを選択する。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第２の基準値α２以下の場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、ＥＣＵ３００は、さらにエンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下であるか否かを判定する。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下の場合（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、図３における領域１に対応するので、処理がＳ１４５に進められ、ＥＣＵ３００は、係合モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１を出力してリレーＲＹ１を閉成することによってアクチュエータ２３２を駆動する。このとき、モータ２２０は駆動されない。

　その後、Ｓ１７０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、全駆動モードを選択する。そして、スタータ２００によって、エンジン１００のクランキングが開始される。

　次に、ＥＣＵ３００は、Ｓ１８０にて、エンジン１００の始動が完了したか否かを判定する。エンジン１００の始動完了の判定については、たとえば、モータ２２０の駆動開始から所定時間が経過した後に、エンジン回転速度が、自立運転を示すしきい値γより大きいか否かによって判定するようにしてもよい。

　エンジン１００の始動が完了していない場合（Ｓ１８０にてＮＯ）は、Ｓ１７０に処理が戻され、エンジン１００のクランキングが継続される。

　エンジン１００の始動が完了した場合（Ｓ１８０にてＹＥＳ）は、Ｓ１９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、待機モードを選択する。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より大きい場合（Ｓ１２０にてＮＯ）は、処理がＳ１４０に進められ、ＥＣＵ３００は、始動要求が、運転者が車両を発進させようとする意図（操作）に起因したものであるか否かを判定する。

　始動要求が運転者が車両を発進させようとする意図（操作）に起因したものである場合（Ｓ１４０にてＹＥＳ）、Ｓ１４２にて、ＥＣＵ３００は、回転モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ２を出力してリレーＲＹ２を閉成することによってモータ２２０を駆動する。このとき、アクチュエータ２３２は駆動されない。

　そして、ＥＣＵ３００は、Ｓ１７０にて、全駆動モードを選択する。これによって、アクチュエータ２３２が駆動されて、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０が係合し、エンジン１００がクランキングされる。

　一方、始動要求が運転者が車両を発進させようとする操作に起因したものではない場合（Ｓ１４０にてＮＯ）、処理がＳ１２０に戻される。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以下まで低下すると（Ｓ１２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ１４５に進められ、ＥＣＵ３００は、係合モードを選択する。そして、ＥＣＵ３００は、制御信号ＳＥ１を出力してリレーＲＹ１を閉成することによってアクチュエータ２３２を駆動する。

　その後、Ｓ１７０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、全駆動モードを選択する。そして、スタータ２００によって、エンジン１００のクランキングが開始される。エンジン１００の始動が完了すると（Ｓ１８０にてＹＥＳ）は、Ｓ１９０に処理が進められて、ＥＣＵ３００は、待機モードを選択する。

　以上のように、本実施の形態においては、運転者の発進意図に起因せずにエンジン１００を始動する場合、係合モードが選択される。その結果、運転者の発進意図に起因せずにエンジン１００を始動する場合、回転モードは選択されない。これにより、ピニオン２６０を回転させながらリングギヤ１１０と係合させる頻度が低減される。そのため、ピニオン２６０とリングギヤ１１０とが衝突することにより発生し得る音が小さくされたり、ギヤの磨耗量が低減され得る。

　１０　車両、１００　エンジン、１０２　負圧タンク、１１０　リングギヤ、１１１　クランク軸、１１５　回転速度センサ、１２０　バッテリ、１４０　アクセルペダル、１５０　ブレーキペダル、１５２　クラッチペダル、１５４　シフトレバー、１５６、ステアリングホイール、１６０，１６２，１６４，１６６　スイッチ、２００　スタータ、２１０　プランジャ、２２０　モータ、２３０　ソレノイド、２３２　アクチュエータ、２４０　連結部、２４５　支点、２５０　出力部材、２６０　ピニオンギヤ、３００　ＥＣＵ、４１０　待機モード、４２０　係合モード、４３０　回転モード、４４０　全駆動モード、ＲＹ１，ＲＹ２　リレー。

Claims

　エンジン（１００）のクランク軸に連結された第１のギヤ（１１０）と係合可能な第２のギヤ（２６０）と、駆動状態において、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合する位置まで移動させるアクチュエータ（２３２）と、前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含むスタータの制御装置であって、
　前記制御装置は、
　前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）の各々を個別に駆動可能であり、
　前記モータ（２２０）の駆動に先立って前記アクチュエータ（２３２）によって、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合させる係合モードと、前記アクチュエータ（２３２）の駆動に先立って前記モータ（２２０）を駆動させる回転モードとを含み、
　運転者の発進意図に起因して前記エンジン（１００）を始動する場合、前記係合モードおよび前記回転モードのうちの、いずれか一方を選択し、
　運転者の発進意図に起因せずに前記エンジン（１００）を始動する場合、前記係合モードを選択する、スタータの制御装置。
　前記回転モードが実行されるときの前記エンジン（１００）の回転速度は、前記係合モードが実行されるときの前記エンジン（１００）の回転速度よりも高い、請求項１に記載のスタータの制御装置。
　前記制御装置は、前記回転モードが実行されるときの前記エンジン（１００）の回転速度において、前記運転者の発進意図に起因せずに前記エンジン（１００）の始動が要求されると、前記エンジン（１００）の回転速度が、前記係合モードが実行されるときの前記エンジン（１００）の回転速度まで低下するまで待機し、前記エンジン（１００）の回転速度が、前記係合モードが実行されるときの前記エンジン（１００）の回転速度まで低下すると、前記係合モードを選択する。請求項２に記載のスタータの制御装置。
　前記エンジン（１００）の回転速度が、前記係合モードが実行されるときの前記エンジン（１００）の回転速度まで低下していることを前提条件に、前記運転者の発進意図に起因しない前記エンジン（１００）の始動要求が成立する、請求項２に記載のスタータの制御装置。
　運転者の発進意図に起因した前記エンジン（１００）の始動は、クラッチペダルの操作に起因した前記エンジン（１００）の始動、シフト操作に起因した前記エンジン（１００）の始動、ブレーキペダル（１５０）の操作量の減少に起因した前記エンジン（１００）の始動、アクセルペダル（１４０）の操作量の増大に起因した前記エンジン（１００）の始動、アクセルペダル（１４０）の操作量の増大速度が所定値以上であることに起因した前記エンジン（１００）の始動、および、スポーツモードの選択に起因した前記エンジン（１００）の始動のうちの、少なくともいずれか１つを含む、請求項１に記載のスタータの制御装置。
　運転者の発進意図に起因しない前記エンジン（１００）の始動は、負圧の減少に起因した前記エンジン（１００）の始動、バッテリの電圧の低下に起因した前記エンジン（１００）の始動、空調装置に起因した前記エンジン（１００）の始動、前記エンジン（１００）の停止の制限に起因した前記エンジン（１００）の始動、ステアリングホイールの操作に起因した前記エンジン（１００）の始動、ドアの開放に起因した前記エンジン（１００）の始動、および、ハザードランプがオンにされたことに起因した前記エンジン（１００）の始動のうちの、少なくともいずれか１つを含む、請求項１に記載のスタータの制御装置。
　エンジン（１００）のクランク軸に連結された第１のギヤ（１１０）と係合可能な第２のギヤ（２６０）と、駆動状態において、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合する位置まで移動させるアクチュエータ（２３２）と、前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含むスタータの制御方法であって、
　前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）の各々は、個別に駆動可能であり、
　前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）は、前記モータ（２２０）の駆動に先立って前記アクチュエータ（２３２）によって、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合させる係合モードと、前記アクチュエータ（２３２）の駆動に先立って前記モータ（２２０）を駆動させる回転モードとのうちのいずれか一方のモードで制御され、前記制御方法は、
　運転者の発進意図に起因して前記エンジン（１００）を始動する場合、前記係合モードおよび前記回転モードのうちの、いずれか一方を選択するステップと、
　運転者の発進意図に起因せずに前記エンジン（１００）を始動する場合、前記係合モードを選択するステップとを備える、スタータの制御方法。
　エンジン（１００）と、
　前記エンジン（１００）のクランク軸に連結された第１のギヤ（１１０）と係合可能な第２のギヤ（２６０）と、駆動状態において、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合する位置まで移動させるアクチュエータ（２３２）と、前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含むスタータ（２００）と、
　前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）の各々を個別に駆動可能である制御ユニット（３００）とを備え、
　前記制御ユニット（３００）は、
　前記モータ（２２０）の駆動に先立って前記アクチュエータ（２３２）によって、前記第２のギヤ（２６０）を前記第１のギヤ（１１０）と係合させる係合モードと、前記アクチュエータ（２３２）の駆動に先立って前記モータ（２２０）を駆動させる回転モードとを含み、
　運転者の発進意図に起因して前記エンジン（１００）を始動する場合、前記係合モードおよび前記回転モードのうちの、いずれか一方を選択し、
　運転者の発進意図に起因せずに前記エンジン（１００）を始動する場合、前記係合モードを選択する、車両。