WO2012008049A1

WO2012008049A1 - スタータの制御装置、スタータの制御方法およびエンジンの始動装置

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Publication number: WO2012008049A1
Application number: PCT/JP2010/062089
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: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-19
Also published as: JPWO2012008049A1; JP5316715B2; DE112010005748T5; US20130104830A1; US8631778B2; DE112010005748B4

Abstract

　スタータは、エンジン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、ピニオンギヤがリングギヤに向かって移動する間、ピニオンギヤを逆転方向に回転させるヘリカルスプラインと、ピニオンギヤを回転させるモータとを含む。アクチュエータとモータとは個別に制御される。アクチュエータが駆動された後、モータを駆動する前に、アクチュエータを駆動することが停止される。

Description

スタータの制御装置、スタータの制御方法およびエンジンの始動装置

　本発明は、スタータの制御装置、スタータの制御方法およびエンジンの始動装置に関し、特に、エンジン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と係合する位置までピニオンギヤを移動させるアクチュエータを制御する技術に関する。

　近年、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。

　特開２００５－３３０８１３号公報（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、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とともに、ピニオンギヤの回転速度がエンジン回転速度に同期したときに、ピニオンギヤの係合動作を行なうことによってエンジンの再始動を行なう技術を開示する。また、特開２００５－３３０８１３号公報は、第２９段落において、エンジンが停止していると判定されれば、ピニオンを押し出した後、ピニオンギヤを回転させることを開示する。

特開２００５－３３０８１３号公報

　しかしながら、ピニオンギヤを押し出した後、ピニオンギヤを回転させるまでピニオンを押し出した状態を維持すると、ピニオンとリングギヤとを係合させるために電力を消費する時間が長くなり得る。その結果、最終的には燃費が悪化し得る。

　本発明は、上述の課題を解決するためになされたものであって、その目的は、燃費を向上することである。

　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のギヤが第１のギヤに向かって移動する間、第２のギヤを逆転方向に回転させるヘリカルスプラインと、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り、モータの駆動に先立って、アクチュエータを駆動するための駆動手段と、アクチュエータを駆動した後、モータを駆動する前に、アクチュエータを駆動することを停止するための停止手段とを備える。

　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のギヤが第１のギヤに向かって移動する間、第２のギヤを逆転方向に回転させるヘリカルスプラインと、第２のギヤを回転させるモータとを含み、アクチュエータおよびモータの各々が個別に駆動可能であるスタータの制御方法は、モータの駆動に先立って、アクチュエータを駆動するステップと、アクチュエータを駆動した後、モータを駆動する前に、アクチュエータを駆動することを停止するステップとを備える。

　エンジンの始動装置は、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のギヤが第１のギヤに向かって移動する間、第２のギヤを逆転方向に回転させるヘリカルスプラインと、第２のギヤを回転させるモータとを含み、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スタータと、モータの駆動に先立って、アクチュエータを駆動し、アクチュエータを駆動した後、モータを駆動する前に、アクチュエータを駆動することを停止する制御ユニットとを備える。

　通常、エンジンが停止するときには、圧縮工程にある気筒において、ピストンを押し戻す方向の力がピストンに作用する。その結果、エンジンの出力軸が逆転方向に付勢される。よって、クランク軸に連結された第１のギヤと係合した第２のギヤが逆転方向に付勢される。第２のギヤは、ヘリカルスプラインによって、逆転方向に回転しながら、第２のギヤが第１のギヤに向かって移動するように誘導される。したがって、第２のギヤが逆転方向に付勢されることによって、第２のギヤは、第１のギヤに向かって移動する方向に付勢される。そのため、アクチュエータを駆動しなくても、第２のギヤを第１のギヤに係合させ続けることができる。そこで、アクチュエータを駆動した後、モータを駆動する前に、アクチュエータを駆動することが停止される。これにより、アクチュエータを駆動する時間を短くすることができる。そのため、第２のギヤと第１のギヤとを係合させ続けるために消費される電力を低減することができる。その結果、燃費を向上することができる。

車両の全体ブロック図である。ピニオンギヤの側面図である。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。エンジン始動動作時の動作モードを説明するための図である。エンジンが停止するまでの過程においてクランク軸が逆回転するときの動作モードを説明するための図である。エンジンが停止するまでの過程においてクランク軸が逆回転しないときの動作モードを説明するための図である。ＥＣＵの機能ブロック図である。ＥＣＵが実行する処理の制御構造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を参照して、車両１０は、エンジン１００と、バッテリ１２０と、スタータ２００と、ＥＣＵ（Electronic　Control　Unit）３００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、レバー２４０と、駆動軸２５０と、スリーブ２５２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。本実施の形態において、エンジン回転速度Ｎｅは、エンジン１００の正転方向への出力軸回転速度を示す。

　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。

　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。

　駆動軸２５０は、モータ内部のロータ（図示せず）の回転軸と、たとえば減速機などを介して連結される。スリーブ２５２は、駆動軸２５０と同心軸で、軸方向に摺動可能であるように設けられる。駆動軸２５０とスリーブ２５２とは、駆動軸２５０の外周面に形成されたヘリカルスプライン２５４を介して係合する。ヘリカルスプライン２５４は、スリーブ２５２がエンジン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の方向に移動しながら、スリーブ２５２がモータ２２０の逆転方向、すなわちピニオンギヤ２６０の逆転方向に回転するように、スリーブ２５２およびピニオンギヤ２６０を誘導する。すなわち、ヘリカルスプライン２５４は、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０に向かって移動する間、ピニオンギヤ２６０を逆転方向に回転させる。

　ピニオンギヤ２６０は、スリーブ２５２のモータ２２０とは反対側の端部に設けられる。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、駆動軸２５０およびスリーブ２５２を介して、ロータの回転動作がピニオンギヤ２６０に伝達され、ピニオンギヤ２６０が回転される。

　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、レバー２４０を介してスリーブ２５２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が固定されたレバー２４０によって、スリーブ２５２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。

　ソレノイド２３０が励磁されることによって、スリーブ２５２が軸方向にリングギヤ１１０に向かって移動すると、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。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と係合する位置までピニオンギヤ２６０（スリーブ２５２）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。

　プランジャ２１０は、図示しないスプリングによって、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。

　図２に示すように、リングギヤ１１０から離れる際には、ヘリカルスプライン２５４によりピニオンギヤ２６０が正転方向に回転するように誘導される。そのため、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との摩擦力が低減される。その結果、リングギヤ１１０とピニオンギヤ２６０との係合が解除され易くなる。

　なお、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、スリーブ２５２と駆動軸２５０との間にワンウェイクラッチが設けられてもよい。

　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。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。

　図３を参照して、スタータ２００の動作モードの遷移を説明する。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、全駆動モード４４０、プリセットモード４５０および停止モード４５２が含まれる。

　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。

　この係合モード４２０および回転モード４３０の選択は、基本的には、エンジン１００の再始動要求が発生したときの、エンジン１００の回転速度Ｎｅに基づいて行なわれる。

　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の再始動要求が出力されており、かつ、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。このモードは、たとえば、エンジン１００の停止要求直後に、エンジン１００の再始動要求が出力されたような場合に、エンジン１００の回転速度Ｎｅが相対的に高いとき（α１＜Ｎｅ≦第２の基準値α２）に選択される。

　このように、エンジン１００の回転速度Ｎｅが高いときには、ピニオンギヤ２６０を停止したままの状態では、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との間の速度差が大きく、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０との係合が困難となる可能性がある。そのため、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、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度とを同期させる。そして、リングギヤ１１０の回転速度とピニオンギヤ２６０の回転速度との差が十分に小さくなったことに応じてアクチュエータ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。そして、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。

　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。

　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に移行する第１のモードと、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行する第２の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。

　プリセットモード４５０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、たとえば、エンジン１００の再始動要求が出力されておらず、かつ、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）の場合に選択される。

　停止モード４５２は、アクチュエータ２３２を駆動することが停止され、モータ２２０が駆動されていない状態である。停止モード４５２では、リレーＲＹ１が開成されて、ソレノイド２３０への通電が停止される。このモードは、たとえば、エンジン１００の再始動要求が出力されておらず、かつ、エンジン１００のクランク軸１１１が逆転した後にエンジン１００が停止すると選択される。

　したがって、エンジン１００のクランク軸１１１が逆転せずにエンジン１００が停止すると、プリセットモード４５０が継続される。

　プリセットモード４５０または停止モード４５２が選択された状態において、エンジン１００の再始動要求が出力されると、動作モードは係合モード４２０に移行する。したがって、停止モード４５２から係合モード４２０に移行する場合には、アクチュエータ２３２が再駆動される。

　図４は、エンジン始動動作時の第１のモードおよび第２のモードを説明するための図である。上述したように、第１のモードは、係合モード４２０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードを意味する。第２のモードは、回転モード４３０を経て、全駆動モード４４０に移行するモードを意味する。

　図４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、第１のモード時および第２のモード時における、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の燃焼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４中の点Ｐ０において再始動要求が生成されたような状態である。

　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４中の点Ｐ１において再始動要求が生成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３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、エンジン１００の再始動要求が生成されると、時刻ｔ３において、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４中の点Ｐ２において再始動要求が生成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３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、エンジン１００の再始動要求が生成されると、時刻ｔ６において、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４中の時刻ｔ１）から、エンジン１００が停止するまで（図４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。すなわち、本実施の形態においては、エンジン回転速度Ｎｅが零よりも大きい状態において、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１００に向かって移動するようにアクチュエータ２３２が作動し、エンジン回転速度Ｎｅが零になる前にピニオンギヤ２６０をリングギヤ１００と係合せしめてクランキングを開始することができる。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５を参照して、エンジン１００の再始動要求が出力されずに、エンジン１００の回転速度Ｎｅが、時刻ｔ１０において、第１の基準値α１よりも低くなった場合を想定する。この場合、前述したプリセットモードが選択される。したがって、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。そのため、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０と係合する。

　その後、エンジン１００が停止する際には、圧縮工程にある気筒において、ピストンを押し戻す方向の力がピストンに作用する。その結果、クランク軸１１１が逆転方向に付勢される。したがって、エンジン１００のクランク軸１１１が逆転した後、すなわち、エンジン１００の回転速度が負値となった後にエンジン１００が停止した場合、リングギヤ１１０と係合したピニオンギヤ２６０は逆転方向に付勢される。

　前述したように、ピニオンギヤ２６０は、ヘリカルスプライン２５４によって、逆転方向に回転しながら、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誘導される。そのため、ピニオンギヤ２６０が逆転方向に付勢されることによって、ピニオンギヤ２６０は、リングギヤ１１０に向かって移動する方向に付勢される。したがって、アクチュエータ２３２を駆動しなくても、ピニオンギヤ２６０をリングギヤ１１０に係合させ続けることができる。

　そこで、時刻ｔ１１においてエンジン１００が停止したと判定され、かつ、エンジン１００が停止するまでの過程において、エンジン１００のクランク軸１１１が逆転したことが検出された場合には、停止モードが選択される。よって、モータ２２０を駆動する前にソレノイド２３０への通電が停止されて、アクチュエータ２３２の駆動が停止される。これにより、アクチュエータ２３２を駆動する時間を短くすることができる。そのため、ピニオンギヤ２６０とリングギヤ１１０とを係合させ続けるために消費される電力を低減することができる。その結果、燃費を向上することができる。

　時刻ｔ１２において、エンジン１００の始動要求が出力されると、時刻ｔ１３において、動作モードが停止モードから係合モードに移行する。よって、アクチュエータ２３２が再駆動される。その後、モータ２２０が駆動される（図５中の時刻ｔ１４）。

　一方、図６に示すように、時刻ｔ１５において、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１よりも低くなり、アクチュエータ２３２が駆動された後、エンジン１００が逆転しなかった場合には、ピニオンギヤ２６０が逆転方向に付勢されているとは限らない。この場合、アクチュエータ２３２を停止すると、ピニオンギヤ２６０がリングギヤ１１０から離間するおそれがある。よって、時刻ｔ１６においてエンジン１００が停止したと判定されても、アクチュエータ２３２の駆動が継続される。その後、時刻ｔ１７においてエンジン１００の始動要求が出力されると、時刻ｔ１８においてモータ２２０が駆動される。

　図７を参照して、ＥＣＵ３００の機能について説明する。なお、以下に説明するＥＣＵ３００の機能は、ソフトウェアにより実現してもよく、ハードウェアにより実現してもよく、ソフトウェアとハードウェアの協働により実現してもよい。

　ＥＣＵ３００は、アクチュエータ駆動部３０２と、停止部３０４と、再駆動部３０６と、モータ駆動部３０８とを備える。

　アクチュエータ駆動部３０２は、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を駆動する。アクチュエータ駆動部３０２は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より低いと、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を駆動する。

　停止部３０４は、アクチュエータ２３２を駆動した後、モータ２２０を駆動する前に、アクチュエータ２３２を駆動することを停止する。停止部３０４は、エンジン１００のクランク軸１１１が逆転した場合、アクチュエータ２３２を駆動することを停止する。

　再駆動部３０６は、アクチュエータ２３２を駆動することを停止した後、アクチュエータ２３２を再駆動する。

　モータ駆動部３０８は、アクチュエータ２３２が再駆動されてから、ピニオンギヤ２６０が回転するようにモータ２２０を駆動する。

　図８は、本実施の形態において、ＥＣＵ３００で実行される動作モード設定制御処理の詳細を説明するためのフローチャートである。図８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４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４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。

　一方、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、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。

　エンジン１００の始動要求がない場合（Ｓ１００にてＮＯ）は、処理がＳ２００に進められて、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１より低いか否かを判定する。

　エンジン１００の回転速度Ｎｅが第１の基準値α１以上である場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、処理がＳ１９０に進められ、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より低い場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、処理がＳ２１０に進められ、ＥＣＵ３００は、プリセットモードを選択する。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、Ｓ２２０に処理が進められ、ＥＣＵ３００は、エンジン１００が停止したか否かを判定する。すなわち、エンジン１００の回転速度Ｎｅが零であるか否かが判定される。エンジン１００が停止すると（Ｓ２２０にてＹＥＳ）、処理がＳ２３０に進められ、ＥＣＵ３００は、エンジン１００が停止するまでの過程において、クランク軸１１１が逆回転したか否かを判定する。

　クランク軸１１１が逆回転した場合（Ｓ２３０にてＹＥＳ）、処理はＳ２４０に進められ、ＥＣＵ３００は、停止モードを選択する。よって、ソレノイド２３０への通電が停止され、アクチュエータ２３２の駆動が停止される。その後、処理がＳ２５０に進められる。

　クランク軸１１１が逆回転していない場合（Ｓ２３０にてＮＯ）、処理はＳ２４０をスキップして、Ｓ２５０に進められ、ＥＣＵ３００は、エンジン１００の始動要求があるか否かを再び判定する。

　エンジン１００の始動要求がある場合（Ｓ２５０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。したがって、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。よって、アクチュエータ２３２への通電が停止されていれば、アクチュエータ２３２が再駆動される。このとき、モータ２２０は駆動されない。

　今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１０　車両、１００　エンジン、１１０　リングギヤ、１１１　クランク軸、１１２　歯面、１１４　側端部、１１５　回転速度センサ、１１６　面取り部、１２０　バッテリ、１２５，１３０　電圧センサ、１４０　アクセルペダル、１５０　ブレーキペダル、１６０　動力伝達装置、１７０　駆動輪、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　レバー、２４５　支点、２５０　駆動軸、２５２　スリーブ、２５４　ヘリカルスプライン、２６０　ピニオンギヤ、３００　ＥＣＵ、３０２　アクチュエータ駆動部、３０４　停止部、３０６　再駆動部、３０８　モータ駆動部、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、４５０　プリセットモード、４５２　停止モード、ＲＹ１，ＲＹ２　リレー。

Claims

　スタータの制御装置であって、
　前記スタータ（２００）は、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）が前記第１のギヤ（１１０）に向かって移動する間、前記第２のギヤ（２６０）を逆転方向に回転させるヘリカルスプライン（２５４）と、前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含み、
　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、
　前記制御装置は、
　前記モータ（２２０）の駆動に先立って、前記アクチュエータ（２３２）を駆動するための駆動手段と、
　前記アクチュエータ（２３２）を駆動した後、前記モータ（２２０）を駆動する前に、前記アクチュエータ（２３２）を駆動することを停止するための停止手段とを備える、スタータの制御装置。
　前記停止手段は、前記エンジン（１００）の出力軸が逆転した場合、前記アクチュエータ（２３２）を駆動することを停止する、請求の範囲１に記載のスタータの制御装置。
　前記アクチュエータ（２３２）を駆動することを停止した後、前記アクチュエータ（２３２）を再駆動するための手段と、
　前記アクチュエータ（２３２）が再駆動されてから、前記モータ（２２０）を駆動するための手段とをさらに備える、請求の範囲１に記載のスタータの制御装置。
　前記駆動手段は、前記エンジン（１００）の出力軸の正転方向への回転速度が予め定められた回転速度より小さいと、前記モータ（２２０）の駆動に先立って、前記アクチュエータ（２３２）を駆動する、請求の範囲１に記載のスタータの制御装置。
　スタータの制御方法であって、
　前記スタータ（２００）は、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）が前記第１のギヤ（１１０）に向かって移動する間、前記第２のギヤ（２６０）を逆転方向に回転させるヘリカルスプライン（２５４）と、前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含み、
　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、
　前記制御方法は、
　前記モータ（２２０）の駆動に先立って、前記アクチュエータ（２３２）を駆動するステップと、
　前記アクチュエータ（２３２）を駆動した後、前記モータ（２２０）を駆動する前に、前記アクチュエータ（２３２）を駆動することを停止するステップとを備える、スタータの制御方法。
　前記アクチュエータ（２３２）を停止するステップは、前記エンジン（１００）の出力軸が逆転した場合、前記アクチュエータ（２３２）を駆動することを停止するステップを含む、請求の範囲５に記載のスタータの制御方法。
　前記アクチュエータ（２３２）を駆動することを停止した後、前記アクチュエータ（２３２）を再駆動するステップと、
　前記アクチュエータ（２３２）が再駆動されてから、前記モータ（２２０）を駆動するステップとをさらに備える、請求の範囲５に記載のスタータの制御方法。
　前記アクチュエータ（２３２）を駆動するステップは、前記エンジン（１００）の出力軸の正転方向への回転速度が予め定められた回転速度より小さいと、前記モータ（２２０）の駆動に先立って、前記アクチュエータ（２３２）を駆動するステップを含む、請求の範囲５に記載のスタータの制御方法。
　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）が前記第１のギヤ（１１０）に向かって移動する間、前記第２のギヤ（２６０）を逆転方向に回転させるヘリカルスプライン（２５４）と、前記第２のギヤ（２６０）を回転させるモータ（２２０）とを含み、前記アクチュエータ（２３２）および前記モータ（２２０）の各々が個別に駆動可能であるスタータと、
　前記モータ（２２０）の駆動に先立って、前記アクチュエータ（２３２）を駆動し、前記アクチュエータ（２３２）を駆動した後、前記モータ（２２０）を駆動する前に、前記アクチュエータ（２３２）を駆動することを停止する制御ユニット（３００）とを備える、エンジンの始動装置。