JP2004308598A - 内燃機関の停止制御装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子制御装置20は、内燃機関10が停止されるときの気筒内の圧縮圧力の大きさを、機関温度状態に基づき推定する。そしてその推定された圧縮圧力が大きいときに限り、吸気バルブの閉タイミングの遅角による実圧縮比の低減を実施し、各気筒の圧縮反力に基づく振動の抑制を図る。これにより、そもそも内燃機関10が停止されているときに発生する振動が小さいときには、実圧縮比の低減が行われないようになり、その実圧縮比の低減に伴う不必要な停止時間の長期化が回避される。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の停止制御装置、特に内燃機関を停止させるときに発生する振動を抑制するための実圧縮比の低減制御に係る制御構造の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
内燃機関を停止させるときに、圧縮行程の気筒内での空気の圧縮反力によって機関回転速度が変動し、振動が発生して運転者等に違和感を与えることがある。特に、燃費向上を目的として、自動的に内燃機関を停止・再始動させる車両では、運転者の意志に依らず自動的に内燃機関が停止されるため、そうした振動による運転者等の違和感が大きくなり易い。
【0003】
そこで従来、内燃機関を停止させるときに、吸気バルブの閉タイミングを遅角させて圧縮行程前期まで吸気バルブを開かせることで、実圧縮比を低下させて上記圧縮反力に基づく振動を抑制する技術が提案されている(特許文献1)。
【0004】
また従来、内燃機関が停止されているときに、機関出力軸に駆動連結された電動機によって上記圧縮反力を相殺させる制振トルクを付与させて、機関回転速度の変動を抑えることで、上記圧縮反力に基づく振動を抑制する技術が提案されてもいる(特許文献2)。
【0005】
【特許文献1】
特開2000−34913号公報
【特許文献2】
特開2001−207885号公報
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来技術によれば確かに、停止に際しての上記圧縮反力に基づく振動を抑制することはできる。しかしながら、それらの態様で振動の抑制を図れば、次のような不具合を招いてしまう。
【0007】
すなわち、内燃機関が停止されているときの実圧縮比を低下させれば、その分、機関出力軸の回転反力が低減されてしまい、機関回転速度の減速率が低下して、停止時間が長くなる。また上記のように電動機の発生するトルクによって圧縮反力を相殺させれば、電力消費量の増大は避けられない。
【0008】
本発明はこうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、内燃機関が停止されるときの振動を、より効率的に低減することのできる内燃機関の停止制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
以下、上述した目的を達成するための手段及びその作用効果を記載する。
請求項1に記載の発明は、内燃機関を停止させるときの実圧縮比を低減させる低減手段を備える内燃機関の停止制御装置において、前記停止させるときの前記内燃機関の圧縮圧力の大きさを推定する推定手段と、その推定された前記圧縮圧力の大きさに基づいて前記低減手段による前記実圧縮比の低減度合いを変更する変更手段と、を備えることをその要旨とする。
【0010】
上記構成では、内燃機関が停止されるときの圧縮圧力の大きさの推定結果に基づくことで、実圧縮比を適切に低減することができる。そのため、圧縮圧力によって発生する振動を好適に抑制しつつ、実圧縮比の低減に伴う機関停止時間の長期化を抑えることができる。したがって上記構成によれば、内燃機関が停止されるときの振動を、より効率的に低減することができる。
【0011】
また請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の内燃機関の停止制御装置において、当該内燃機関のトルク変動を相殺させる制振トルクを発生させる制振トルク発生手段を更に備え、前記変更手段は、前記推定された前記圧縮圧力の大きさに基づいて、前記低減手段による前記実圧縮比の低減度合いと、前記制振トルク発生手段による前記制振トルクの発生度合いとを併せ変更することをその要旨とする。
【0012】
例えば機関出力軸に駆動連結された電動機等を用いて、内燃機関のトルク変動を相殺させる制振トルクを発生させることでも、内燃機関が停止されるときの圧縮反力に基づく振動を抑制することはできる。こうした制振トルク発生手段による振動抑制と、実圧縮比の低減による振動抑制とには、応答性、振動抑制効果の大きさ、エネルギ消費量などの点でそれぞれに一長一短がある。
【0013】
上記構成では、推定された圧縮圧力の大きさに応じて、それら2つの振動抑制制御を使い分けたり、両者の分担比率を調整したりすることができるため、より効率的に振動抑制を行うことができる。
【0014】
また請求項3に記載の発明は、請求項1又は2に記載の内燃機関の停止制御装置において、前記変更手段は、前記推定される前記圧縮圧力の大きさが大きいときほど、前記実圧縮比が大きく低減されるように、前記低減手段の前記実圧縮比の低減度合いを変更することをその要旨とする。
【0015】
上記構成では、圧縮圧力が大きいときほど、実圧縮比が大きく低減されるため、適切に振動を抑制することができる。
また請求項4に記載の発明は、請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置において、前記変更手段は、前記推定される前記圧縮圧力の大きさが所定値以下のときには、前記低減手段による前記実圧縮比の低減を禁止することをその要旨とする。
【0016】
上記構成では、圧縮圧力が小さく、圧縮反力に基づき発生する振動が小さい状態にあるときには、実圧縮比の低減が実施されないようになる。そのため、不必要な実圧縮比の実施が回避され、その実圧縮比の低減に伴う機関停止時間の長期化が抑制されるようになる。
【0017】
また請求項5に記載の発明は、請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置において、前記変更手段は、更に当該内燃機関のバックグランド振動の大きさに基づいて前記低減手段による前記実圧縮比の低減度合いを変更することをその要旨とする。
【0018】
上記圧縮反力に基づく振動以外のバックグランド振動が大きいときには、同圧縮反力に基づく振動による違和感が感じられ難くなる。上記構成では、そうしたバックグランド振動の大きさによっても、実圧縮比の低減度合いが変更されるため、更に効率的に振動の抑制を図ることができる。
【0019】
また請求項6に記載の発明は、請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置において、前記推定手段は、機関温度状態に基づいて前記圧縮圧力の大きさを推定することをその要旨とする。
【0020】
内燃機関の圧縮圧力の大きさは、機関温度状態に高い相関性を有している。そのため、そうした機関温度状態に基づくことで、圧縮圧力を容易且つ適切に推定することができる。
【0021】
また請求項7に記載の発明は、請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置において、前記低減手段は、吸気バルブの閉タイミングを遅角させて、前記実圧縮比の低減を行うことをその要旨とする。
【0022】
吸気バルブの閉タイミングを遅角させ、圧縮行程中も吸気バルブを開いておくようにすれば、実圧縮比が低減される。よって、上記構成によれば、内燃機関が停止されるときの実圧縮比を、容易且つ適切に低減させることができる。
【0023】
また請求項8に記載の発明は、請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置において、前記内燃機関は、該内燃機関の搭載された車両の走行状況に応じて自動的に停止されることをその要旨とする。
【0024】
運転者の操作に依らず、自動的に内燃機関が停止されると、運転者に機関停止の自覚がない分、圧縮反力に基づく振動が違和感を与え易くなる。そうした自動停止が行われる内燃機関への適用により、上記各請求項の効果をより顕著に享受することができる。
【0025】
【発明の実施の形態】
(第1の実施の形態)
以下、本発明の内燃機関の停止制御装置を具体化した第1の実施の形態を、図を参照して詳細に説明する。
【0026】
図1に示すように、本実施の形態の適用される車載用の内燃機関10は、吸気バルブのバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング機構(VVT)11を備えて構成されている。この可変バルブタイミング機構11の詳細については後述する。
【0027】
内燃機関10の機関出力軸であるクランクシャフト12は、自動変速機13を通じて車両の駆動輪に接続されている。またクランクシャフト12は、機関始動用の電動機であるスタータ14に、必要に応じて駆動連結されるようになっている。
【0028】
更にクランクシャフト12は、電磁クラッチ15を介して、ベルト伝動機構16に駆動連結されている。ベルト伝動機構16には、空調装置用のコンプレッサやウォータポンプ等の補機類、及び状況に応じて発電機又は電動機のいずれかとして機能する発電電動機17が配設されている。電磁クラッチ15は、ベルト伝動機構16とクランクシャフト12との駆動連結を、必要に応じて断接可能に構成されている。
【0029】
上記スタータ14及び発電電動機17は、バッテリ18に電気接続されている。バッテリ18は、スタータ14及び発電電動機17に電力を供給して、それらを電動機として機能させる。またバッテリ18には、発電電動機17が発電機として機能しているときに発電された電力が充電される。
【0030】
こうした車両の走行に係る各種制御は、電子制御装置20によって行われる。電子制御装置20は、上記各種制御を実行するCPU、同制御に必要な情報の記憶されるメモリ、外部から信号を入力するための入力ポート、外部に指令信号を出力するための出力ポート等を備えて構成されている。
【0031】
電子制御装置20の入力ポートには、車両の制御に必要な情報を検出するための各種センサが接続されている。そして例えば機関回転速度を検出するNEセンサ21、車速を検出する車速センサ22、機関冷却水の温度を検出する水温センサ23、バッテリ18の充電量を検出するバッテリセンサ24、車両に作用する加速度を検出する加速度センサ26等の検出信号が、入力ポートを通じて電子制御装置20に入力されている。またこの入力ポートには、イグニッションスイッチ25も接続されており、運転者による同イグニッションスイッチ25の操作状況を通知する信号(IG信号)が、電子制御装置20に入力されている。
【0032】
一方、電子制御装置20の出力ポートには、内燃機関10の可変バルブタイミング機構11や、点火プラグ、インジェクタ、スロットルバルブ等の駆動回路、及び自動変速機13の油圧制御回路が接続されている。電子制御装置20は、それらの駆動制御を通じて、内燃機関10の運転状態の制御や自動変速機13の変速制御を行っている。またその出力ポートには、スタータ14や発電電動機17の制御回路、電磁クラッチ15の駆動回路等も接続されており、スタータ14、発電電動機17及び電磁クラッチ15の作動も、電子制御装置20によって制御されている。
【0033】
次に、上記可変バルブタイミング機構11について、図2を併せ参照して説明する。図2には、可変バルブタイミング機構11の斜視断面構造が示されている。
【0034】
同図に示すように、可変バルブタイミング機構11は、吸気バルブを開閉させるカム30aの配設された吸気側カムシャフト30の一端に配設されており、大きくは、ベーンロータ31とハウジング32とを備えて構成されている。
【0035】
可変バルブタイミング機構11の配設された吸気側カムシャフト30の端部には、同吸気側カムシャフト30に対して相対回動可能にカムスプロケット33が配設されている。カムスプロケット33は、上記クランクシャフト12にタイミングベルト33aを介して駆動連結されている。またカムスプロケット33には、上記ハウジング32が一体回転可能に固定されている。
【0036】
ハウジング32の内部には、同ハウジング32に対してベーンロータ31が相対回動可能に配設されている。ベーンロータ31は、吸気側カムシャフト30に一体回転可能に固定されている。ベーンロータ31の外周には、複数のベーン34が形成されており、各ベーン34は、ハウジング32の内周に形成された凹部35内に、周方向に移動可能に収容されている。各ベーン34の周方向両側には、ベーンロータ31の外周面やハウジング32の内周面等によって区画された圧力室36、37がそれぞれ形成されている。
【0037】
各圧力室36、37には、オイルが送り込まれ、そのオイル圧がベーン34の周方向側面にそれぞれ作用するようになっている。そして両圧力室36、37のオイル圧差に応じて、ベーンロータ31をハウジング32に対して相対回動させる動力が発生されるようになっている。
【0038】
ベーンロータ31とハウジング32とが相対回動すれば、カムスプロケット33に対する吸気側カムシャフト30の相対回転位相が変更され、そしてひいては吸気バルブを開閉させるカム30aの、クランクシャフト12に対する相対回転位相が変更される。これにより、上記両圧力室36、37のオイル圧の制御に基づいて、吸気バルブのバルブタイミングが変更されるようになっている。
【0039】
以上のように構成された可変バルブタイミング機構11の制御は、次のように行われる。
電子制御装置20は、機関回転速度や機関負荷等の機関運転状態に基づいて、吸気バルブのバルブタイミングの目標値である目標バルブタイミングvttを設定する。ここでの目標バルブタイミングvttは、可変バルブタイミング機構11による吸気バルブのバルブタイミングの変更範囲の最遅角位置を基準「0」とし、その最遅角位置からの進角量[°CA]として表される。
【0040】
一方、電子制御装置20は、例えば吸気側カムシャフト30の回転位相の検出値などに基づき、吸気バルブの実際のバルブタイミングを検出している。そして電子制御装置20は、その検出された実際のバルブタイミングが目標バルブタイミングvttと一致するように、両圧力室36、37内のオイル圧をフィードバック制御する。これにより、吸気バルブのバルブタイミングが、機関運転状態に応じた最適なタイミングに調整されるようになっている。
【0041】
一方、この車両では、その走行状況に応じて内燃機関10の運転を自動的に停止・再始動させるアイドルストップ制御が電子制御装置20により実行されている。次にこの車両でのアイドルストップ制御の概要を、図3を併せ参照して説明する。
【0042】
運転者によってイグニッションスイッチ25が「OFF」位置から「ON」位置へと操作され、電子制御装置20が起動されると、電子制御装置20はその制御モードを、通常の機関停止状態を示す「モード0」に設定する。この「モード0」の設定時に、運転者によってイグニッションスイッチ25を「STA」位置に操作されると、上記スタータ14がクランクシャフト12に駆動連結され、そのスタータ14の出力によって内燃機関10の始動が行われる。無事、始動が完了すると、電子制御装置20の制御モードは、通常の機関運転状態を示す「モード1」に移行される。
【0043】
「モード1」の設定時には、電磁クラッチ15によってベルト伝動機構16がクランクシャフト12に駆動連結され、補機類が内燃機関10の出力で駆動される。また発電電動機17も、ベルト伝動機構16を通じて内燃機関10の出力が伝達される。このときの発電電動機17は、発電機として機能され、その発電された電力はバッテリ18に充電される。
【0044】
こうした「モード1」の設定中に、運転者によってイグニッションスイッチ25が「OFF」位置に操作されると、電子制御装置20は、通常の機関停止処理を実行して内燃機関10を停止させ、その制御モードを上記「モード0」に移行する。
【0045】
一方、「モード1」の設定中にアイドルストップ実行条件が成立すると、電子制御装置20の制御モードは、内燃機関10を自動停止させるための機関停止処理を実行する「モード2」に移行される。本実施形態では、上記アイドルストップ実行条件として、例えば下記の(a1)〜(a5)等の条件すべての成立をもって、アイドルストップ実行条件の成立を判断している。
(a1)アクセル操作量が「0」である。
(a2)車速が所定速度以下である。
(a3)ブレーキペダルが踏込まれている。
(a4)冷却水温度が所定温度Ta以上である。
(a5)自動変速機13の作動油温度が所定温度以上である。
(a6)バッテリ18の充電量が所定値以上である、等。
【0046】
こうして制御モードが「モード2」に移行されると、電子制御装置20は、燃料供給を停止して内燃機関10を停止させる。そして内燃機関10が完全に停止したことが確認されると、電子制御装置20の制御モードは、アイドルストップによる機関停止状態を示す「モード3」に移行される。
【0047】
「モード3」の設定がなされると、電磁クラッチ15によるクランクシャフト12とベルト伝動機構16との駆動連結が解除される。これとともに、発電電動機17が電動機として稼働され、その出力により補機が駆動される。これにより、アイドルストップによる内燃機関10の停止中も、補機の駆動が維持される。
【0048】
こうした「モード3」の設定中に機関再始動実行条件が成立すると、電子制御装置20の制御モードが、内燃機関10を再始動させるための再始動処理を実行する「モード4」に移行される。本実施形態では、上記再始動実行条件として、例えば下記の(b1)〜(b4)等の条件のいずれかの成立をもって、機関再始動実行条件の成立を判断している。
(b1)ブレーキペダルの踏込みが解除された。
(b2)アクセル操作量が「0」でない。
(b3)P(パーキング)レンジ、又はN(ニュートラル)レンジから、それら以外のシフトレンジへのシフト操作がなされた。
(b4)バッテリ18の充電量が所定値未満に低下した、等。
【0049】
こうして制御モードが「モード4」に移行されると、電磁クラッチ15によってクランクシャフト12がベルト伝動機構16に再接続される。これとともに、発電電動機17が電動機として稼働され、その出力によって内燃機関10の再始動が行われる。内燃機関10の再始動が無事完了すると、電子制御装置20の制御モードが上記「モード1」に移行される。
【0050】
なお、上記「モード3」の設定中に、システム異常等により、上記「モード4」での内燃機関10の再始動に不具合が生じたときには、電子制御装置20の制御モードが上記「モード0」に移行される。この場合には、運転者の直接的な操作によってのみ、内燃機関10の再始動がなされることと、すなわち自動的には再始動がなされないこととなる。
【0051】
さて以上のように構成された本実施形態では、上記アイドルストップによる機関停止処理を実施する直前に、すなわち「モード1」から「モード2」への移行時に、停止中の振動を抑制するための「振動抑制処理」を実施する。以下、この「振動抑制処理」の詳細を、図4〜図6を併せ参照して説明する。
【0052】
上述したように、内燃機関10が停止されているときには、圧縮行程の気筒内での空気の圧縮圧力により、クランクシャフト12の回転速度に変動が生じて振動が発生する。こうした振動がある程度よりも大きいと、運転者に違和感を与える虞がある。特に上記アイドルストップによる機関停止処理中には、運転者の操作に依らず、内燃機関10が自動的に停止されるため、そうした振動がより違和感を与え易くなっている。
【0053】
そこで上記「振動抑制処理」においては、図4に示すように、上記可変バルブタイミング機構11の制御を通じて、内燃機関10の吸気バルブの閉タイミングを圧縮行程中期まで遅角させ、気筒内の実圧縮比を低減させるようにしている。こうして実圧縮比が低減されれば、気筒内の圧縮圧力が低減され、クランクシャフト12の回転速度変動が抑えられるため、振動の発生を好適に抑制することができる。
【0054】
ところが、こうして実圧縮比を低減させると、その分、機関停止中のクランクシャフト12に作用する減速力が弱くなり、内燃機関10が完全に停止される迄に要する時間、すなわち内燃機関10の停止時間は自ずと長くなってしまう。そこで本実施形態では、内燃機関10が停止されるときの圧縮圧力の大きさを推定し、推定された圧縮圧力があまり大きくなく、発生する振動が小さいと判断されるときには、上記吸気バルブの閉タイミングの遅角を行わないようにするようにしている。
【0055】
なお本実施の形態では、上記圧縮圧力の推定を次のように行っている。
圧縮圧力の大きさは、内燃機関10の温度状態に相関性を有している。すなわち、機関温度が高くなると、気筒内に吸入された空気がその内部で熱膨張して筒内圧力を増大させる。そのため、内燃機関10の内部を循環される冷却水やオイルの温度等の機関温度状態を表すパラメータに基づくことで、内燃機関10が停止されるときの圧縮圧力の大きさを推定することができる。また自動変速機13の作動油の温度からも、間接的ではあるが、同様の推定が可能である。例えば図5には、圧縮行程後期における気筒内の圧縮圧力と冷却水温度との関係が示されている。
【0056】
本実施の形態では、冷却水温度に基づいて、内燃機関10が停止されるときの圧縮圧力の大きさを推定するようにしている。そして、冷却水温度が所定の判定値Tb以上となるときに、機関停止中の吸気バルブの閉タイミングを遅角させるようにしている。なお、判定値Tbは、上記圧縮圧力が、内燃機関10の停止中に発生する振動の大きさが許容される範囲内に収まる冷却水温度範囲の上限値となっている。
【0057】
また本実施の形態では、上記閉タイミングの遅角を行うときの吸気バルブのバルブタイミングの遅角量を、推定された圧縮圧力の大きさに応じて調整するようにしている。すなわち圧縮圧力が大きいと推定されるときほど、吸気バルブのバルブタイミングをより大きく遅角させ、実圧縮比をより大きく低減するようにしている。
【0058】
図6は、以上のような本実施の形態の「振動抑制処理」のフローチャートである。この処理は、定時割込み処理として電子制御装置20によって周期的に実行される。
【0059】
さて本処理が開始されると、まずステップS100において、上記アイドルストップによる機関停止処理が開始されたか否かが、すなわち電子制御装置20の制御モードが上記「モード1」から「モード2」へと移行されたか否かが判断される。ここで、否定判断されたときには(NO)、本処理は一旦終了される。
【0060】
機関停止処理が開始されたときには(YES)、ステップS110において、機関温度状態に基づき圧縮圧力の大きさの推定が行われる。ここでは上述したように、その推定は、上記水温センサ23によって検出された冷却水温度に基づいて行われる。
【0061】
続くステップS120では、その推定結果に基づいて、圧縮圧力が大きい状態にあるか否かの判断が行われる。ここでは上記のように、冷却水温度が上記判定値Tb以上のときに、圧縮圧力が大きい状態にあると判断している。
【0062】
ここで圧縮圧力が大きい状態にあると判断されたときには(YES)、ステップS130において、推定された圧縮圧力の大きさに応じてバルブタイミングの遅角量が設定され、機関停止中の振動が十分許容できるレベルに低減されるまで実圧縮比を低減するように、吸気バルブの閉タイミングが遅角設定される。
【0063】
一方、圧縮圧力が大きい状態に無いと判断されたときには(S120:NO)、ステップS140において、吸気バルブの閉タイミングが、通常の停止時タイミングに設定される。ここでの通常の停止時タイミングには、内燃機関10が適切な時間内に完全停止されるように、内燃機関10の停止時間の短縮を優先したバルブタイミングが設定されている。
【0064】
なお本実施の形態では、ステップS130の処理が上記「低減手段」の処理に、ステップS110の処理が上記「推定手段」の処理にそれぞれ対応している。またステップS120〜S140の各処理が上記「変更手段」の処理に対応している。
【0065】
以上説明した本実施の形態によれば、以下の効果を得ることができる。
(1)本実施の形態では、内燃機関10が停止されるときの圧縮圧力の大きさを推定し、その推定された圧縮圧力が大きい状態にあると判断されたときにのみ、吸気バルブの閉タイミングを遅角して実圧縮比を低減するようにしている。すなわち、圧縮圧力が小さく、そもそも機関停止中の振動レベルが小さいときには、実圧縮比の低減がなされないようになる。そのため、非効果的な実圧縮比の低減が禁止され、不必要な機関停止時間の長期化が回避される。したがって、内燃機関10が停止されるときの振動抑制を、より効果的に行うことができるようになる。
【0066】
(2)本実施の形態では、推定された圧縮圧力の大きさに応じて、吸気バルブの閉タイミングの遅角量が、すなわち実圧縮比の低減度合いが調整されている。そのため、実圧縮比の過剰低減を抑え、不必要な機関停止時間の長期化を回避しつつ、内燃機関10が停止されるときの振動を好適に抑制することができる。
【0067】
(3)本実施の形態では、機関温度状態に基づいて内燃機関10が停止されるときの圧縮圧力の大きさを推定している。そのため、その推定を簡易且つ適切に行うことができる。
【0068】
(第2の実施の形態)
続いて、本発明を具体化した第2の実施の形態について、第1の実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0069】
上記実施形態では、内燃機関10が停止されているときの実圧縮比の低減を、上記可変バルブタイミング機構11による吸気バルブのバルブタイミングの制御を通じて図るようにしていた。一方、内燃機関に適用される可変動弁機構としては、機関バルブのカム作用角を可変とする機構、すなわちカム作用角可変機構も提案され、実用されている。上記実圧縮比の低減は、こうしたカム作用角可変機構によるカム作用角の変更を通じても、同様に行うことができる。
【0070】
図7に、そうしたカム作用角可変機構の一例を示す。同図7に例示したカム作用角可変機構40は大きくは、ピストン41、ケーシング42を備えて構成されている。
【0071】
このカム作用角可変機構40の適用される内燃機関の吸気側カムシャフト30は、その軸方向に摺動可能に軸支されている。またその吸気側カムシャフト30上に配置されるカムは、その軸方向に沿ってカムプロフィール形状の変化する3次元カム30bとなっている。
【0072】
そうした吸気側カムシャフト30の一端は、上記ピストン41に固定されており、そのピストン41は、上記ケーシング42の内部に、吸気側カムシャフト30の軸方向に摺動可能に収容されている。ケーシング42内部には、その内壁とピストン41とによって、2つの圧力室43、44が区画形成されている。各圧力室43、44にはそれぞれ、オイルが送り込まれ、そのオイル圧がピストン41にそれぞれ作用するようになっている。
【0073】
ピストン41に作用する両圧力室43、44のオイル圧が不均等となると、ピストン41はそれらオイル圧の釣り合いを取るようにケーシング42内部を移動して、同図に矢印で示すように、吸気側カムシャフト30をその軸方向に変位させる。これにより、吸気バルブのバルブリフタと当接する位置の3次元カム30bのカムプロフィール形状が変化され、図8に例示するように吸気バルブのカム作用角及びバルブリフト量が変更されるようになる。上記電子制御装置20は、上記両圧力室43、44内のオイル圧制御に基づき、吸気バルブのカム作用角を可変制御している。
【0074】
ここで、カム作用角可変機構40によって、内燃機関10が停止されるときの吸気バルブのカム作用角を拡大すれば、その分、同吸気バルブの閉タイミングは遅角される。そしてその閉タイミングを圧縮行程中も吸気バルブが十分に開かれるようにカム作用角を拡大すれば、内燃機関の実圧縮比が低減されるようになる。
【0075】
なお、こうしたカム作用角可変機構40と上記可変バルブタイミング機構11との双方を内燃機関に配設し、カム作用角の変更とバルブタイミングの変更とを組み合わせて機関停止中の実圧縮比の低減を図ることも可能である。
【0076】
図9に、そうした内燃機関での実圧縮比の低減に係るバルブ特性設定の一例を示す。同図の設定例では、吸気バルブのカム作用角を拡大するとともに、バルブタイミングを遅角させて、その開タイミングを元のままに維持しつつ、その閉タイミングが遅角されている。このようにカム作用角、バルブタイミングの双方の変更を通じて吸気バルブの閉タイミングを遅角させることで、より好適な態様で実圧縮比の低減を図ることが可能となる。
【0077】
(第3の実施の形態)
続いて、本発明を具体化した第3の実施の形態について、上記各実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0078】
車両が完全に停止される前に内燃機関10を自動停止させる場合には、車両には路面から伝達される路面振動等、上記気筒内の圧縮圧力によるクランクシャフト12の回転速度変動に起因した振動以外の振動が発生している。そうした圧縮反力に基づく振動以外のバックグランド振動が大きければ、圧縮反力に基づく振動がある程度大きくても、運転者には違和感を与えないようになる。
【0079】
そこで本実施の形態では、アイドルストップによる機関停止処理に際して、バックグランド振動が大きい状態にあるかを判断し、バックグランド振動が大きい状態にあるときには、上記推定される圧縮圧力が大きい状態にあるときにも、実圧縮比の低減処理を行わないようにしている。これにより、運転者に与える違和感を好適に回避しながら、機関停止時間の長期化を更に抑制することができる。
【0080】
なお、本実施の形態では、上記バックグランド振動の大きさを、車速センサ22により検出される車両の車速に基づき評価するようにしている。すなわち、路面振動等のバックグランド振動が、上記圧縮反力に基づく振動に比して十分に大きくなる所定の車速SP1(例えば時速7km)を超えるときには、吸気バルブの閉タイミングの遅角による実圧縮比の低減処理を行わないようにしている。
【0081】
図10は、そうした本実施の形態の「振動抑制処理」のフローチャートを示している。この処理も、定時割込み処理として、機関運転中に電子制御装置20によって周期的に実行される。
【0082】
さて本処理が開始されると、まずステップS200〜S230において、図6のステップS100〜S130と同様の処理が実施される。すなわち、ステップS200では機関停止処理が開始された否かが判断され、ステップS210では圧縮圧力の推定が行われ、ステップS220ではその推定結果に基づき圧縮圧力が大きい状態にあるか否かの判断が行われる。そして圧縮圧力が大きい状態に無いと判断されたときには(NO)、ステップS230において、吸気バルブの閉タイミングが、機関停止時間の短縮を優先した通常の停止時タイミングに設定される。
【0083】
一方、本実施の形態では、ここで圧縮圧力が大きい状態にあると判断されたときには(S220:YES)、ステップS240において、車速が上記所定の車速SP1を超えているか否かの判断が行われる。そして車速が所定の車速SP1以下のときに限り(S240:NO)、吸気バルブの閉タイミングの遅角設定が行われる(S250)。すなわち本実施の形態では、たとえ圧縮圧力が大きい状態にあっても(S220:YES)、車速が所定の車速SP1を超えているときには(S240:YES)、吸気バルブの閉タイミングが通常の停止時タイミングに設定される(S230)。
【0084】
以上説明した本実施の形態によれば、上記(1)〜(3)に記載の効果に加え、更に次の効果を奏することができる。
(4)本実施の形態では、内燃機関10が停止されるときの圧縮圧力の推定結果に加え、更にそのときのバックグランド振動の状態にも基づいて、実圧縮比の低減処理の実施の可否を判断するようにしている。そのため、圧縮反力に基づく振動が運転者等に違和感を与えない状況での不必要な実圧縮比低減処理の実施の回避を、更に適切に行うことができる。したがって、内燃機関10が停止されるときの振動を、更に効率的に抑制することができる。
【0085】
(第4の実施の形態)
続いて本発明を具体化した第4の実施の形態について、上記各実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0086】
上述したように、電動機等を用いて圧縮反力による機関出力軸のトルク変動を相殺させる制振トルクを発生させることによっても、内燃機関が停止されるときの振動を抑制することができる。例えば、図1に示した内燃機関10では、発電電動機17をそうした制振トルク発生手段として用いて、制振トルク制御を実施することができる。
【0087】
図11に、そうした発電電動機17の制振トルク制御の制御態様例を示す。同図では、直列4気筒内燃機関に適用した場合が例示されている。この内燃機関では、第1気筒#1→第3気筒#3→第4気筒#4→第2気筒#2の順に点火が行われるようになっている。
【0088】
同図の例では、次のように各気筒の位置に応じて、発電電動機17の発生する反回転方向にトルクの大きさを調整することで、内燃機関10が停止されているときに圧縮圧力に基づき発生する振動を抑えるようにしている。
【0089】
各気筒の圧縮行程後期にあるときには、気筒内の圧縮圧力が増大すると、その反力によってクランクシャフト12の減速側へのトルクが大きくなる。そこで、各気筒が圧縮行程後期にあるときには、発電電動機17に、クランクシャフト12の加速側への制振トルクを発生させるようにしている。
【0090】
また各気筒の圧縮上死点を通過する際には、圧縮圧力からの解放により、クランクシャフト12に作用する減速側へのトルクが急激に小さくなる。そこで、各気筒が圧縮上死点を通過した直後には、発電電動機17に、クランクシャフト12の減速側への制振トルクを発生させるようにしている。
【0091】
こうした発電電動機17を用いた制振トルク制御では、クランクシャフト12のトルク変動に応じて発電電動機17の発生する制振トルクを随時調整することで、上記のような実圧縮比の低減による振動抑制制御に比して、より高い制振効果を得ることが可能である。また上記実圧縮比の低減による振動抑制制御は、可変バルブタイミング機構11やカム作用角可変機構40の作動に伴う応答遅れがある分、発電電動機17の制振トルク制御の方が、内燃機関10の停止開始後、より早期に制振効果を発揮することができる。
【0092】
しかし、発電電動機17を用いた制振トルク制御の実施には、必然的に電力消費を伴ってしまう。またこうした態様での制振トルク制御では、内燃機関10の停止中のクランクシャフト12に作用する減速側のトルクが、より大きく低減されてしまうため、実圧縮比の低減による振動抑制制御に比して、内燃機関10の停止時間が更に長期化してしまうようにもなる。
【0093】
そこで本実施の形態では、内燃機関10が停止されるときの上記推定される圧縮圧力の大きさやバックグランド振動の大きさに応じて、実圧縮比の低減による振動抑制制御と発電電動機17の制振トルク制御とを使い分けることで、より効率的に振動抑制を図るようにしている。
【0094】
図12は、そうした本実施の形態の「振動抑制処理」のフローチャートである。同図の処理も、定時割込み処理として機関運転中に電子制御装置20によって周期的に実行される。
【0095】
さて本処理が開始されると、ステップS300〜S320において、図6のステップS100〜S120の処理と同様にして、吸気バルブの閉タイミングの遅角による実圧縮比の低減処理を行うか否かが判断される。すなわち、機関停止処理の開始時に、機関温度状態に基づき推定された圧縮圧力が大きい状態に無いと判断されたときには、吸気バルブの閉タイミングを通常の停止時タイミングに設定する。一方、圧縮圧力が大きい状態にあると判断されたときには、吸気バルブの閉タイミングを遅角設定して、実圧縮比の低減を図る。
【0096】
ここで本実施の形態では、圧縮圧力が大きい状態に無く(S320:NO)、実圧縮比の低減処理が行われないときには、すなわち吸気バルブの閉タイミングが通常の停止時タイミングに設定されたときには(S340)、ステップS350において上記発電電動機17の制振トルク制御が実施される。
【0097】
このとき、発電電動機17に発生させる制振トルクの気筒位置に応じたその増減量は、上記推定された圧縮圧力の大きさに応じて設定される。すなわち、圧縮圧力が大きく、クランクシャフト12のトルク変動がより大きくなるほど、気筒位置に応じた制振トルクの増減量を大きくするようにしている。なお、このときの制振トルク制御の実施に伴う発電電動機17の電力消費量は、抑制する振動レベルが小さいため、比較的少ない量に抑えられる。
【0098】
一方、圧縮圧力が大きい状態にあり(S320:YES)、実圧縮比の低減処理が行われるときには(S360)、ステップS370にて、車速が所定車速SP1を超えているか否かの判断が行われる。すなわちここでは車速に基づいて、バックグランド振動が十分に大きい状態にあるか否かの判断が行われる。
【0099】
ここで車速が所定車速SP1を超えており(S370:YES)、バックグランド振動が十分に大きく、機関停止中の振動が比較的違和感を与え難いと判断されるときには、ステップS380にて、発電電動機17の制振トルク制御が停止される。すなわちこのときには、実圧縮比の低減のみによって振動抑制が図られる。
【0100】
これに対してバックグランド振動が大きい状態に無く(S370:NO)、機関停止中の振動が違和感を与え易いと判断されるときには、上記ステップS350にて、発電電動機17の制振トルク制御が実施される。すなわち、このときには、発電電動機17の制振トルク制御、及び実圧縮比の低減の双方によって振動抑制が図られる。なおこのときの制振トルク制御における制振トルクの増減量は、実圧縮比の低減による圧縮圧力の低減を考慮して設定される。なおこのときの制振トルク制御の実施による発電電動機17の電力消費量は、抑制する振動レベルが実圧縮比の低減によって低下されていることから、比較的少ない量に抑えられる。
【0101】
以上のように発電電動機17の制振トルク制御、及び実圧縮比の低減とを状況に応じて使い分けることで、電力消費の抑制を図りつつ、効果的な振動抑制を図ることができる。
【0102】
なお、発電電動機17の制振トルク制御、及び実圧縮比の低減による振動抑制制御の双方を実施するときに、両制御の分担率を状況に応じて変更することで、更に効率的に振動抑制を図ることが可能となる。
【0103】
例えば、機関停止処理の開始直後には、より早期より制振効果の得られる発電電動機17の制振トルク制御をメインに振動抑制を図り、その後、振動抑制制御の比重を実圧縮比の低減による振動抑制制御の側に移行するようにする。
【0104】
より具体的には、機関停止処理の開始時には、制振トルク制御での発電電動機17の制振トルクの増減量を比較的大きく設定する。そしてその後、吸気バルブの閉タイミングを徐々に遅角させて実圧縮比を低減させていき、その実圧縮比の低減に応じて制振トルク制御での発電電動機17の制振トルクの増減量を徐々に小さくする。これにより、電力消費の抑制を図り、且つ内燃機関10の停止時間の長期化を抑えつつ、更に高い制振効果を奏することができる。
【0105】
(第5の実施の形態)
続いて本発明を具体化した第5の実施の形態について、上記各実施形態と異なる点を中心に説明する。
【0106】
上述したように、上記圧縮圧力に基づく振動以外のバックグランド振動が発生している間は、該圧縮反力に基づく振動が発生しても運転者等に違和感を与え難くなる。そこで本実施の形態では、上記車両に配設された加速度センサ26によって、車両の振動レベルを検出し、その検出結果に応じて実圧縮比の低減に係る吸気バルブの閉タイミングの遅角量を調整するようにしている。具体的には、検出された振動レベルが大きく、上記バックグランド振動が十分に大きい状態にあると判断されたときには、吸気バルブの閉タイミングをより遅角側とするようにその遅角量を調整するようにしている。これにより、車両振動の発生により、上記圧縮反力に基づく振動が運転者等に違和感を与え難いときには、実圧縮比の低減度合いが軽減されて、実圧縮比の低減に伴う内燃機関10の停止時間の長期化が抑制されるようになる。
【0107】
図13は、そうした上記遅角量の調整に係る「遅角量調整処理」のフローチャートである。同図の処理は、上記各実施形態の「振動抑制処理」に引き続き実行される。
【0108】
本処理が開始されると、まずステップS400において、上記「振動抑制処理」において、吸気バルブの閉タイミングの遅角による実圧縮比の低減が実施中であるか否かが判断される。ここで実圧縮比の低減が実施中でなければ(NO)、本処理はそのまま一旦終了される。
【0109】
一方、そのときに実圧縮比の低減が実施されていれば(YES)、ステップS410において、加速度センサ26の検出信号に基づき、バックグランド振動の振動レベルが算出される。そして続くステップS420では、その算出された振動レベルが、上記圧縮圧力に基づく機関停止中の振動のレベルに比して十分に十分に大きいか否かが判断される。
【0110】
ここで振動レベルが十分に小さければ(YES)、そのまま本処理が一旦終了され、現状のまま実圧縮比の低減が継続される。一方、振動レベルが大きければ(NO)、ステップS430において、実圧縮比の低減度合いを軽減するように上記遅角量が調整される。
【0111】
以上説明した本実施の形態によれば、上記各実施の形態の効果に加え、更に次の効果を奏することができる。
(5)本実施の形態では、実圧縮比の低減が実施されているときの車両の振動レベルを検出し、その検出結果に基づいて吸気バルブの閉タイミングの遅角量を調整するようにしている。そのため、不必要な実圧縮比の低減を回避して、内燃機関10の停止時間の長期化を抑制することができる。
【0112】
(第6の実施の形態)
続いて本発明を具体化した第6の実施の形態について上記各実施の形態と異なる点を中心に説明する。
【0113】
センサ特性や可変バルブタイミング機構11、カム作用角可変機構40等の経時変化や個体差などにより、機関温度の検出値と圧縮圧力との関係、或いは吸気バルブの閉タイミングと実圧縮比の低減度合いとの関係等が変化してしまうことがある。このような場合、上記各実施の形態における振動抑制処理における吸気バルブの閉タイミングの遅角量や制振トルク制御での制振トルクの増減量等が最適な値からずれてしまい、適切な振動抑制効果が得られなくなったり、内燃機関10の停止時間が不適切に長期化したりすることがある。
【0114】
そこで本実施の形態では、上記各実施の形態における振動抑制処理の実行中に、クランクシャフト12の回転速度変動、上記圧縮反力に基づく振動のレベル、制振トルク制御中の発電電動機17の電力消費量等のデータを採取するようにしている。そして内燃機関10が停止された後、その採取されたデータに基づき、今回の振動抑制処理の結果を評価し、その結果を次回の振動抑制処理に反映させるようにしている。
【0115】
具体的には、今回の振動抑制処理において振動の低減が十分になされていないのであれば、次回の振動抑制処理では、より高い振動抑制効果が得られるように制御内容の変更が行われる。例えば吸気バルブの閉タイミングの遅角量の増大、制振トルク制御での制振トルクの増減量の増大、実圧縮比の低減を実施する圧縮圧力の閾値の低減、或いはそれらの2つ以上の組み合わせにより、次回の振動抑制制御での振動抑制効果の向上を図ることができる。
【0116】
また今回の振動抑制処理において実施された制振トルク制御での発電電動機17の電力消費量があまり大きいときには、振動抑制の比重を実圧縮比の低減による振動抑制制御の側に移すように、制御内容の変更が行われる。すなわち、実圧縮比の低減と発電電動機17の制振トルク制御の双方が同時に実施されるときの制振トルクの増減量を低減する一方、実圧縮比の低減に際しての吸気バルブの閉タイミングの遅角量を増大するようにしている。
【0117】
こうした学習処理により、上記経時変化や個体差等の影響に拘らず、振動抑制処理を適正に行うことができるようになる。
なお、以上説明した各実施の形態は、次のように変更して実施することもできる。
【0118】
・図10のステップS240、及び図12のステップS370の各処理では、車速に基づいて圧縮反力に基づく振動以外の車両の振動、すなわちバックグランド振動が大きいか否かを判断していた。この判断を、例えば車両の傾斜状態、ブレーキ操作量等の他のパラメータに基づいて行うようにしても良い。要は車両のバックグランド振動のレベルと相関を有するパラメータを用いれば、同様の判断を行うことができる。
【0119】
・図12のステップS370の処理を省略するようにしても良い。すなわち圧縮圧力が大きいときには常に、発電電動機17の制振トルク制御を実施せずに、実圧縮比の低減による振動抑制制御のみを実施するようにしても良い。
【0120】
・可変バルブタイミング機構11やカム作用角可変機構40の構成は、上記例示したものに限らず、任意に変更しても良い。要は、吸気バルブのバルブタイミングやカム作用角を可変とすることのできる機構であれば、吸気バルブの閉タイミングを遅角して実圧縮比を低減させることができる。
【0121】
・吸気バルブの閉タイミングの遅角化以外の手段であっても、内燃機関10の実圧縮を変更することができるのであれば、その手段を用いて実圧縮比の低減を図るようにしても良い。
【0122】
・上記各実施の形態の振動抑制処理を、アイドルストップによる内燃機関10の自動停止に限らず、イグニッションスイッチ25の操作による通常の機関停止に適用するようにしても良い。
【0123】
・内燃機関と電動機との2つの駆動源を有して、状況に応じて駆動源を切り替えるハイブリッド車などでも、そうした駆動源の切り替えに応じて、内燃機関の自動停止・自動始動が行われる。そうしたハイブリッド車に採用される内燃機関の停止についても、上記と同様、或いはそれに準じた態様での振動抑制処理を適用することができる。その場合にも、上記実施形態と同様、或いはそれに準じた効果を奏することができる。
【0124】
・更に上記のような内燃機関10の自動停止を行わない内燃機関についても、その機関停止に際しての上記各実施の形態の振動抑制処理を適用することはできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態の全体構成を示す模式図。
【図2】同実施形態に適用される内燃機関の可変バルブタイミング機構の斜視断面図。
【図3】同実施形態でのアイドルストップ制御の制御態様図。
【図4】同実施形態の振動抑制処理によるバルブタイミング設定例を示す図。
【図5】同実施形態の適用される内燃機関における機関温度状態と圧縮反力との関係を示すグラフ。
【図6】同実施形態の振動抑制処理のフローチャート。
【図7】第2実施形態に適用されるカム作用角可変機構の斜視断面図。
【図8】同カム作用角可変機構によるバルブ特性の可変態様を例示する図。
【図9】同カム作用角可変機構及び可変バルブタイミング機構を用いた振動抑制処理によるバルブタイミング設定例を示す図。
【図10】第3実施形態の振動抑制処理のフローチャート。
【図11】第4実施形態の制振トルク発生制御の制御例を示すタイムチャート。
【図12】同実施形態の振動抑制処理のフローチャート。
【図13】第5実施形態の遅角量調整処理のフローチャート。
【符号の説明】
10…内燃機関、11…可変バルブタイミング機構(VVT:31…ベーンロータ、32…ハウジング、34…ベーン、35…凹部、36,37…圧力室)、12…クランクシャフト、13…自動変速機、14…スタータ、15…電磁クラッチ、16…ベルト伝動機構、17…発電電動機、18…バッテリ、20…電子制御装置、21…回転速度センサ、22…車速センサ、23…水温センサ、24…バッテリセンサ、25…イグニッションスイッチ、26…加速度センサ、30…吸気側カムシャフト、30a…カム、30b…3次元カム、33…カムスプロケット、33a…タイミングベルト、40…カム作用角可変機構(41…ピストン、42…ケーシング、43,44…圧力室)。
Claims (8)
- 内燃機関を停止させるときの実圧縮比を低減させる低減手段を備える内燃機関の停止制御装置において、
前記停止させるときの前記内燃機関の圧縮圧力の大きさを推定する推定手段と、
その推定された前記圧縮圧力の大きさに基づいて前記低減手段による前記実圧縮比の低減度合いを変更する変更手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の停止制御装置。 - 請求項1に記載の内燃機関の停止制御装置において、
当該内燃機関のトルク変動を相殺させる制振トルクを発生させる制振トルク発生手段を更に備え、
前記変更手段は、前記推定された前記圧縮圧力の大きさに基づいて、前記低減手段による前記実圧縮比の低減度合いと、前記制振トルク発生手段による前記制振トルクの発生度合いとを併せ変更する
ことを特徴とする内燃機関の停止制御装置。 - 前記変更手段は、前記推定される前記圧縮圧力の大きさが大きいときほど、前記実圧縮比が大きく低減されるように、前記低減手段の前記実圧縮比の低減度合いを変更する請求項1又は2に記載の内燃機関の停止制御装置。
- 前記変更手段は、前記推定される前記圧縮圧力の大きさが所定値以下のときには、前記低減手段による前記実圧縮比の低減を禁止する請求項1〜3のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置。
- 前記変更手段は、更に当該内燃機関のバックグランド振動の大きさに基づいて前記低減手段による前記実圧縮比の低減度合いを変更する請求項1〜4のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置。
- 前記推定手段は、機関温度状態に基づいて前記圧縮圧力の大きさを推定する請求項1〜5のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置。
- 前記低減手段は、吸気バルブの閉タイミングを遅角させて、前記実圧縮比の低減を行う請求項1〜6のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置。
- 前記内燃機関は、該内燃機関の搭載された車両の走行状況に応じて自動的に停止される請求項1〜7のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置。
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