JP2001027171A - エンジンのピストン位置制御装置 - Google Patents

エンジンのピストン位置制御装置

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JP2001027171A
JP2001027171A JP11198703A JP19870399A JP2001027171A JP 2001027171 A JP2001027171 A JP 2001027171A JP 11198703 A JP11198703 A JP 11198703A JP 19870399 A JP19870399 A JP 19870399A JP 2001027171 A JP2001027171 A JP 2001027171A
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torque
rotating magnetic
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JP11198703A
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English (en)
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Kenichi Ishida
健一 石田
Kazuyuki Kubo
和之 久保
Tomohiro Shiraishi
朋宏 白石
Shinsuke Nagano
信輔 永野
Seiichi Kuroda
誠一 黒田
Takuya Fujita
卓也 藤田
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Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor Co Ltd
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/042—Introducing corrections for particular operating conditions for stopping the engine
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジンへの給電停止後、次に点火する気筒
のピストンを点火置まで移動させてからエンジンを停止
させる。 【解決手段】 エンジンを外部から駆動するエンジン停
止手段１００と、エンジンへの給電停止直後に当該エン
ジンが慣性で発生するトルクを演算するエンジントルク
演算手段１０１と、エンジントルク演算手段１０１で演
算されたトルクに基づいて、エンジンを停止させる制動
トルクを求める制動トルク演算手段１０２と、エンジン
への給電再開直後に点火する気筒のピストン位置を検知
するピストン位置検知手段１０３と、ピストンが点火位
置に達すると、エンジン停止手段１００に制動トルクを
発生させる制動トルク制御手段１０４とを設けた。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はエンジンのピストン
位置制御装置に係り、特に、エンジンへの給電停止後
に、次に点火する気筒のピストンを所定位置まで移動さ
せてからエンジンを停止させるエンジンのピストン位置
制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】イグニッションスイッチを遮断してエン
ジン（点火プラグ）への給電を停止すると、従来のエン
ジンは給電停止直前のエンジン回転数に応じたトルクで
所定角度だけ回転した後に停止する。したがって、ピス
トンの停止角度は様々であり、これを所望角度で停止さ
せることはできなかったった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】エンジンをスタータ等
により外部から駆動して始動する際、次に点火する気筒
のピストンが上死点直前で停止していると、当該気筒を
次の始動直後に爆発させることができるのでエンジンの
始動性が向上する。
【０００４】これに対して、次に点火する気筒のピスト
ンが圧縮行程の途中で停止していたり、あるいは上死点
を通過した直後に停止していると、次のエンジン始動時
には、当該ピストンが再び上死点に達するまで爆発が起
こらないので、エンジンスタータを起動してからエンジ
ンが最初に爆発するまでの時間が長くなってしまう。し
かも、次に点火する気筒内では導入されている混合気の
圧力が高いので、ピストンを上死点まで駆動するために
は大きなトルクが要求される。このため、従来技術では
スタータやバッテリを大型化しなければならないのみな
らず、バッテリの充電量が低下していると、スタータの
回転トルクが低下してエンジンを始動しにくくなるとい
う問題があった。
【０００５】本発明の目的は、上記した従来技術の問題
点を解決し、エンジンへの給電停止後に、次に点火する
気筒のピストンを所定位置まで移動させてからエンジン
を停止させるエンジンのピストン位置制御装置を提供す
ることにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明は、エンジンを停止させるエンジン停止
手段と、エンジンへの給電を遮断してエンジンを停止す
る際、給電遮断後も当該エンジンが慣性で発生する回転
トルクを演算する慣性トルク演算手段と、前記慣性トル
ク演算手段で演算された回転トルクに基づいて、前記慣
性で回転しているエンジンを停止させる制動トルクを演
算する制動トルク演算手段と、前記エンジンへの給電を
遮断した後、次にエンジンを始動してエンジンへの給電
を再開した直後に点火すべき気筒のピストンが所定の点
火位置にあるか否かを検知するピストン位置検知手段
と、前記ピストン位置検知手段により前記ピストンが所
定の点火位置に達したと検知されると、前記エンジン停
止手段に前記制動トルクを発生させる制動トルク発生手
段とを具備したことを特徴とする。
【０００７】上記した特徴によれば、次に点火する気筒
のピストンが点火位置に達すると、エンジン停止手段が
エンジンに対して制動トルクを発生するので、エンジン
を当該位置で停止させることができる。したがって、次
のエンジン始動時には直ぐに点火タイミングとなるので
エンジンの始動性が向上する。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明を詳
細に説明する。図１は、本発明を適用したピストン位置
制御装置の主要部の構成を機能的に示したブロック図で
ある。
【０００９】エンジン停止手段１００は、例えばエンジ
ンＥを始動するスタータモータ、あるいは電動モータと
しての機能を備えた発電機（以下、発電電動装置と表現
する）であり、エンジンＥのクランク軸６０に外部から
作用してエンジン回転を阻止する制動トルクを付与す
る。慣性トルク演算手段１０１は、エンジン停止時にエ
ンジンＥの点火装置への給電が遮断されると、給電遮断
後も慣性力で回転し続けるエンジンＥの回転モーメント
（以下、慣性トルクと表現する場合もある）を演算す
る。
【００１０】制動トルク演算手段１０２は、前記慣性ト
ルク演算手段１０１により演算されたエンジンの慣性ト
ルクに基づいて、当該慣性トルクを相殺してエンジンＥ
を停止させるために前記エンジン停止手段１００に発生
させる制動トルクを演算する。この制動トルクは、例え
ば前記慣性トルク演算手段１０１により演算された慣性
トルクと同一の大きさで逆向きのトルクとすることがで
きる。
【００１１】ピストン位置検知手段１０３は、エンジン
Ｅへの給電再開直後に点火する気筒のピストンが、点火
位置あるいはその直前にあるか否かを検知する。制動ト
ルク発生手段１０４は、前記ピストンが点火位置に到達
すると、前記エンジン停止手段１０１に供給する電流、
電圧等の振幅、位相および周波数等を適宜に制御し、当
該エンジン停止手段１００に前記演算された制動トルク
を発生させてエンジンＥを停止させる。
【００１２】図２は、上記した本発明のピストン位置制
御装置を適用した車両用発電装置の全体構成を示したブ
ロック図である。
【００１３】発電機としての動作モードおよび電動モー
タとしての動作モードを備えた発電電動機１は前記エン
ジン停止手段１００に相当する。発電電動機１の回転軸
１３はベルト等を介してエンジンのクランク軸（図示せ
ず）に連結されている。回転軸１３には、３相界磁コイ
ル１１を具備したロータ１Ｒが同軸状に固定され、ロー
タ１Ｒの周囲には、３相電機子コイル１２を具備したス
テータ１Ｓが配置されている。
【００１４】このように、本発明の発電電動機１は、ロ
ータ１Ｒおよびステータ１Ｓのそれぞれに３相巻線すな
わち３相界磁コイル１１および３相電機子コイル１２が
形成された、いわゆる誘導機である。
【００１５】エンジンＥＣＵ４はエンジン全体を制御す
る電子制御ユニットであり、本実施形態では、前記慣性
トルク演算手段１０１に相当する慣性トルク演算部４０
１、および前記ピストン位置検知手段１０３に相当する
ピストン位置検知部４０３を含む。慣性トルク演算部４
０１は、点火装置１７への給電が遮断されると、遮断後
も慣性力で回転し続けるエンジンの回転モーメントを、
既知であるエンジンの回転系の質量およびエンジン回転
数に基づいて演算する。
【００１６】ＡＣＧ・ＥＣＵ３は、ロータ１Ｒの３相界
磁コイル１１に発生させる回転磁界の速度Ｎd を決定す
る電子制御ユニットであり、本実施形態では、前記制動
トルク演算手段１０２に相当する制動トルク演算部３０
２、および前記制動トルク制御手段１０４の一部に相当
する回転磁界速度決定部３０４を含む。
【００１７】回転子励磁装置２は、前記制動トルク制御
手段１０４の一部に相当する回転磁界発生部２０４、お
よび直流磁界発生部２０５を含む。前記回転磁界発生部
２０４は、ＡＣＧ・ＥＣＵ３から通知された回転磁界速
度Ｎd およびエンジンＥＣＵ４から受け取った各種のエ
ンジンパラメータ等に基づいて、ロータ１Ｒの各界磁コ
イル１１ａ，１１ｂ，１１ｃに供給する交流電力の位
相、振幅および周波数を制御し、前記通知された回転速
度Ｎd の回転磁界を電気的に発生させる。直流磁界発生
部２０５は、前記回転磁界発生部２０４と選択的に付勢
され、ロータ１Ｒの界磁コイル１１ａ，１１ｂに直流電
流を供給して直流磁界を発生させる。
【００１８】切換制御装置５は、ＡＣＧ・ＥＣＵ３と通
信して発電電動機１の動作状態を検出し、発電モードで
は、その出力端子が出力制御装置７の接点へ接続さ
れ、電動モードでは、短絡装置８の接点へ接続される
ように、切換回路６の各接点を制御する。
【００１９】バッテリ９の充放電電流Ｉは電流センサ１
０により検知され、ＡＣＧ・ＥＣＵ３へ通知される。短
絡装置８は、発電電動機１の各電機子コイル１２ａ，１
２ｂ，１２ｃの出力端を可変抵抗を介して、または介さ
ずに短絡する。
【００２０】出力制御装置７は、ステータ１Ｓの各電機
子コイル１２ａ，１２ｂ，１２ｃから出力される交流電
力を直流電力に変換し、その一部は現在の電気負荷へ供
給し、残りはバッテリ９へ充電する。発電モードでは、
発電電動機１の出力電力の一部が回転磁界発生部２０１
を介して発電電動機１に自己励磁用として供給される場
合もある。
【００２１】ディストリビュータ１８は、図５に示した
ように、ロータプレート１８１と、ロータプレート１８
１上に気筒数分（本実施形態では、４つ）だけ形成され
た気筒判別スリット４１を検知する気筒判別スリットセ
ンサ１８２と、ロータプレート１８１上に基準角度（本
実施形態では、１°）ごとに形成された基準角度スリッ
ト４２を検知する基準角度スリットセンサ１８３とを含
む。
【００２２】前記気筒判別スリットセンサ１８２は、前
記気筒判別スリット４１を検知し、次に点火すべき気筒
を代表する気筒判別パルスＰ１ を出力する。基準角度
スリットセンサ１８３は、前記基準角度スリット４２を
検知し、ロータプレート１８１が１°回転するごとに基
準角度パルスＰ０ を出力する。各パルス信号Ｐ１、Ｐ
０ は前記エンジンＥＣＵ４に入力される。
【００２３】エンジンＥＣＵ４には、エンジン停止後に
おける所望のピストン停止位置が、各気筒ごとに、前記
気筒判別パルスＰ１ が立ち上がってからの前記基準角
度パルスＰ０ のパルス数ｈとして、例えばマッピング
テーブルの形式により予め登録されている。前記ピスト
ン位置検知部４０３は、図６に示したように、気筒判別
パルスＰ１ の立ち上がり後、基準角度パルスＰ０ を
ｈ個検知すると、次に点火する気筒のピストンが所定の
停止位置に達したと判定する。
【００２４】点火装置１７は、イグニッションスイッチ
１６が投入されると、エンジンＥＣＵ４から入力される
点火タイミング信号に応答して一次コイルを遮断し、エ
ンジンＥの点火プラグ１９を点火させる。
【００２５】次いで、図３のフローチャートを参照して
本実施形態の動作を詳細に説明する。ステップＳ１１で
は、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）１６が遮断さ
れたか否かがＥＣＵ４において判定される。イグニッシ
ョンスイッチ１６が遮断されると、ステップＳ１２で
は、自動変速機のポジションがニュートラル（Ｎ）位置
あるいはパーキング（Ｐ）位置であるか否かがＥＣＵ４
において判別される。
【００２６】自動変速機がＮ位置あるいはＰ位置にある
と、ステップＳ１３では、バッテリ９の充電量が十分で
あるか否かが判別される。バッテリ９の充電量は、例え
ばバッテリ９の端子電圧、電解液の比重あるいは充放電
量の履歴情報に基づいて検知することができる。本実施
形態では、前記電流センサ１０によってバッテリ９の充
放電電流Ｉを検知し、単位時間あたりの充放電電流Ｉを
積算することにより現在の充電量を求めている。
【００２７】バッテリ９の充電量が十分であると、ステ
ップＳ１４では、切替制御装置５によって発電電動機１
の出力端子が短絡装置８側に切換えられられて各ステー
タコイル１２が短絡される。これ以後、発電電動機１は
電動モードへ移行する。
【００２８】ステップＳ１５では、給電停止後に慣性で
回転し続けるエンジンの回転モーメントが、ＥＣＵ４の
慣性トルク演算部４０１により求められる。給電停止後
も回転し続けるエンジンの回転モーメントは、実質的に
フライホイールの回転モーメントで代表することができ
る。
【００２９】ここで、フライホイールの質量をｍ、加速
度をａとすると、加速度ａをフライホイールに生じさせ
る力Ｆは次式(1) で求められる。 Ｆ＝ｍ・ａ …(1) さらに、フライホイールに前記加速度ａを生じさせるト
ルクＴは次式(2) により求められる。但し、ｒはフライ
ホイールの半径である。 Ｔ＝Ｆ・ｒ …(2) なお、上記したトルク（回転モーメント）Ｔは、実質的
にエンジン回転数の関数として表すことができるので、
慣性で回転するエンジンの回転数Ｎｅと慣性トルクとの
関係を予めデータテーブルに格納しておき、慣性トルク
をエンジン回転数に基づいて一義的に求めるようにして
も良い。
【００３０】以上のようにして、給電停止後に慣性で回
転し続けるエンジンの回転モーメントが慣性トルクＴと
して求められると、ステップＳ１６では、当該慣性トル
クＴを相殺してエンジンＥを停止させるために前記発電
電動機１に発生させる制動トルクが、制動トルク演算部
３０２によって求められる。本実施形態では、エンジン
の慣性トルクと同一の大きさで逆向きのトルクを制動ト
ルクとしている。
【００３１】ステップＳ１７では、前記演算された制動
トルクを発電電動機１に発生させるために前記ロータ１
Ｒに生じさせる回転磁界の速度Ｎd が、ＡＣＧ ＥＣＵ
３の回転磁界速度決定部３０１により求められる。
【００３２】ここで、誘導機である発電電動機１のロー
タ１Ｒに発生させる回転磁界の作用について説明する。
誘導機が発生するトルクは、図４に示したようにスベリ
Ｓの関数として表すことができる。したがって、慣性で
回転し続けるエンジンにより駆動されているロータ１Ｒ
に、前記制動トルクに応じたスベリＳが発生するように
回転磁界速度Ｎd を選べば、発電電動機１に前記制動ト
ルクを生じさせることができる。
【００３３】ステップＳ１８では、ピストン位置検知部
４０３が、前記図５、６に関して前述したように、気筒
判別パルスＰ１ および基準角度パルスＰ０ に基づい
て、次に点火する気筒のピストンが所定の停止位置に達
したか否かを判別し、ピストンが所定の停止位置に達す
ると、前記求められた回転磁界速度Ｎd が回転磁界発生
部２０４へ通知される。ステップＳ１９では、前記通知
された速度Ｎd の回転磁界が発電電動機１のロータ１Ｒ
に発生する。この結果、発電電動機１には前記エンジン
トルクを相殺してエンジンを停止させる制動トルクが発
生してエンジンが停止する。
【００３４】上記したように、本実施形態によれば、エ
ンジンを、次に点火する気筒のピストンが点火位置ある
いはその直前に位置する状態で停止させることができ
る。したがって、次にエンジンを始動する際には直ぐに
点火タイミングとなるのでエンジンの始動性が向上す
る。また、始動時におけるスタータの駆動電流を減じる
ことができるのでバッテリの小型化が可能になる。
【００３５】なお、上記した実施形態では、エンジンの
クランク軸に外部から作用してエンジンを停止させるエ
ンジン停止手段として、電動機モードで動作する発電電
動機を用いるものとして説明したが、エンジン始動用の
スタータモータをエンジン停止手段として用いても良
い。この場合、エンジンの停止タイミングになると、ス
タータモータを常時とは逆方向へ駆動して制動トルクを
発生させる。
【００３６】あるいは、前記発電電動機にスタータとし
ての機能をさらに付加して始動兼発電電動機とし、当該
始動兼発電電動機を、エンジン始動時には正転させてス
タータとして機能させ、走行時には発電機として機能さ
せ、エンジン停止時には逆転方向へ制動トルクを発生さ
せて前記エンジン停止手段１００として機能させるよう
にしても良い。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば、以下のような効果が達
成される。 (1) 請求項１の発明によれば、エンジンを、次に点火す
る気筒のピストンが点火位置あるいはその直前に位置す
る状態で停止させることができるので、次にエンジンを
始動する際には直ぐに点火タイミングとなり、エンジン
の始動性が向上する。また、始動時におけるスタータの
駆動電流を減じることができるのでバッテリの小型化が
可能になる。 (2) 請求項２の発明によれば、発電電動機を電動機モー
ドとし、そのロータに発生させる回転磁界の速度を制御
することで発電電動機に所望の制動トルクを発生させる
ことができるので、制動トルクを発生させるための手段
を別途に設ける必要がない。 (3) 請求項３の発明によれば、始動兼発電電動機を始動
モードとし、そのロータに発生させる回転磁界の速度を
制御することで発電電動機に所望の制動トルクを発生さ
せることができるので、制動トルクを発生させるための
手段を別途に設ける必要がない。 (4) 請求項４の発明によれば、スタータモータを始動時
とは逆方向に駆動させることで所望の制動トルクを発生
させることができるので、制動トルクを発生させるため
の手段を別途に設ける必要がない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の機能ブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態のブロック図である。
【図３】本発明の動作を示したフローチャートである。
【図４】誘導機のトルクとスベリＳとの関係を示した図
である。
【図５】ディストリビュータの構成例を示した図であ
る。
【図６】気筒判別信号Ｐ１ と基準角度信号Ｐ０ との
関係を示した図である。
【符号の説明】
１…発電電動機，１Ｒ…ロータ，１Ｓ…ステータ，２…
回転子励磁装置，３…ＡＣＧ・ＥＣＵ，４…エンジンＥ
ＣＵ，５…切換制御装置，７…出力制御装置，８…短絡
装置，９…バッテリ，１１，１２…３相界磁コイル，１
３…回転軸
フロントページの続き (72)発明者 白石 朋宏 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 永野 信輔 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 黒田 誠一 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 藤田 卓也 埼玉県和光市中央一丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 Ｆターム(参考） 3G084 BA16 BA28 BA34 CA00 CA01 DA09 EA11 EB08 FA00 FA03 FA06 FA38 FA39

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンを停止させるエンジン停止手段
    と、 エンジンへの給電を遮断してエンジンを停止する際、給
    電遮断後も当該エンジンが慣性で発生する回転トルクを
    演算する慣性トルク演算手段と、 前記慣性トルク演算手段で演算された回転トルクに基づ
    いて、前記慣性で回転しているエンジンを停止させる制
    動トルクを演算する制動トルク演算手段と、 前記エンジンへの給電を遮断した後、次にエンジンを始
    動してエンジンへの給電を再開した直後に点火すべき気
    筒のピストンが所定の点火位置にあるか否かを検知する
    ピストン位置検知手段と、 前記ピストン位置検知手段により前記ピストンが所定の
    点火位置に達したと検知されると、前記エンジン停止手
    段に前記制動トルクを発生させる制動トルク発生手段と
    を具備したことを特徴とするエンジンのピストン位置制
    御装置。
  2. 【請求項２】 前記エンジン停止手段は、 多相巻線を有するロータおよびステータを備え、前記ロ
    ータがエンジンの回転運動を伝達されて回転する発電電
    動機と、 前記発電電動機の動作モードを、発電機モードおよび電
    動機モードのいずれかに切り替える切替制御手段とを含
    み、 前記制動トルク発生手段は、 前記電動機モードにある発電電動機のロータの多相巻線
    に発生させる回転磁界の速度を、前記制動トルクの関数
    として決定する回転磁界速度決定手段と、 前記決定された速度の回転磁界を前記ロータの多相巻線
    に発生させる回転磁界発生手段とを含むことを特徴とす
    る請求項１に記載のエンジンのピストン位置制御装置。
  3. 【請求項３】 前記エンジン停止手段は、 多相巻線を有するロータおよびステータを備え、前記ロ
    ータがエンジンの回転運動を伝達されて回転する始動兼
    発電電動機と、 前記始動兼発電電動機の動作モードを、始動モード、発
    電機モードおよび制動モードのいずれかに切り替える切
    替制御手段とを含み、 前記制動トルク発生手段は、 前記始動モードにある発電電動機のロータの多相巻線に
    発生させる回転磁界の速度を、前記制動トルクの関数と
    して決定する回転磁界速度決定手段と、 前記決定された速度の回転磁界を前記ロータの多相巻線
    に発生させる回転磁界発生手段とを含むことを特徴とす
    る請求項１に記載のエンジンのピストン位置制御装置。
  4. 【請求項４】 前記エンジン停止手段はエンジンスター
    タであり、前記制動トルク発生手段は、前記エンジンス
    タータをエンジン始動時とは逆向きに回転させることを
    特徴とする請求項１に記載のエンジンのピストン位置制
    御装置。
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