JP2004360549A

JP2004360549A - 内燃機関の停止制御装置

Info

Publication number: JP2004360549A
Application number: JP2003159169A
Authority: JP
Inventors: Katsushi Hashizume; 勝志橋爪
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2003-06-04
Publication date: 2004-12-24

Abstract

【課題】より好ましい態様で内燃機関を停止させることのできる内燃機関の停止制御装置を提供する。
【解決手段】イグニッションスイッチ１８がオフにされ、内燃機関１０が停止されるときのクランクシャフト１４の惰性回転中に、その回転速度が所定の回転速度まで低下したとき、電子制御装置１９は、所定の気筒に対して燃料噴射及び点火を実施して、圧縮行程中に燃焼を実施させる。その結果、その燃焼に応じて発生する制動トルクにてクランクシャフト１４の惰性回転を強制的に停止させることで、クランクシャフト１４を所望とする目標停止位置にて停止させる。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【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に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
走行状況に応じて駆動源を内燃機関と電動機との間で切り替えるハイブリッド車両や、車両停止に応じて自動的に内燃機関を停止させるエコノミーランニング制御を実施する車両などでは、トリップ中に内燃機関が高い頻度で停止、再始動されることがある。そのような実情もあり、内燃機関の始動、停止の早期化についての要求は、近年益々高まっている。
【０００３】
機関停止に際して機関出力軸であるクランクシャフトは、燃料噴射や点火が停止された後も、しばらくは惰性により回転し続ける。そのため、一般の内燃機関では、完全停止されたときのクランクシャフトのクランク角位置、すなわち機関停止位置は定まっておらず、始動開始時のクランク角位置が不明となっている。そしてこうした機関停止位置の不定が、始動開始に先立って気筒判別が必要になるなど、始動の早期化を妨げる要因となっている。
【０００４】
そこで従来、例えば特許文献１に見られるように、クランクシャフトに駆動連結された電動機により制動トルクを発生させ、機関停止位置を所定の位置に制御する技術が提案されている。また従来、特許文献２に見られるように、イグニッションスイッチのオフ後も、予め選択された所定の気筒で燃焼が行われるまで、燃料噴射や点火を継続することで、機関停止位置を所定の位置に制御する技術が提案されてもいる。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１―２７１７１号公報
【特許文献２】
特開平１１−１０７７９３号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
これら従来の技術によっても、機関停止位置をある程度に定めることは確かに可能ではあるが、以下のような問題もあり、未だ改善の余地がある。
【０００７】
すなわち、特許文献１に記載の技術では、電動機を利用する以上、内燃機関単体では機関停止位置の制御を行えない。また、特許文献２に記載の技術では、イグニッションスイッチのオフ後に直ちに燃焼が停止されないため、機関停止時間は自ずと長くなってしまう。
【０００８】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであって、その目的は、より好ましい態様で内燃機関を停止させ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、内燃機関の停止制御装置であって、内燃機関が停止されるときの機関出力軸の惰性回転中に、圧縮行程中の気筒において燃焼を実施させることをその要旨とする。
【００１０】
圧縮行程中に燃焼を実施すると、機関出力軸に反回転方向のトルク、すなわち制動トルクが発生する。そのため、上記構成では、機関停止に際しての惰性回転中の機関出力軸に制動トルクが与えられるようになり、より早期に内燃機関の停止が完了される。また燃焼によって発生される制動トルクの大きさ、及びその燃焼を実施するクランク角位置を適宜調整すれば、機関停止位置を所望とする位置に制御することが可能となり、ひいては機関始動の早期化を図ることができるようにもなる。したがって、内燃機関をより好ましい態様で停止させることができる。
【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、前記機関出力軸の回転速度に基づき前記燃焼に係る燃料噴射量を設定することをその要旨とする。
【００１２】
機関出力軸の回転速度に基づくことで、惰性回転中の機関出力軸の慣性トルクの大きさを把握することができる。また上記圧縮行程中の気筒での燃焼に係る燃料噴射量の調整によっては、発生される制動トルクの大きさを調整することができる。よって上記構成の如く、惰性回転中の機関出力軸の回転速度に基づき、上記燃焼に係る燃料噴射量を設定することで、慣性トルクの大きさに応じた制動トルクを発生させることが可能になり、機関停止を好適に行うことが可能となる。またこうして制動トルクの大きさを調整することで、機関停止位置をより確実に制御することができるようにもなる。
【００１３】
また、請求項３に記載の発明は、請求項１又は２記載の内燃機関の停止制御装置において、前記機関出力軸の回転速度に基づいて前記燃焼に係る点火時期を設定することをその要旨とする。
【００１４】
このように点火時期の調整によっても、上記圧縮行程中の気筒での燃焼によって発生される制動トルクの大きさを調整することができる。よって上記構成によっても、慣性トルクの大きさに応じた制動トルクを発生させることが可能になり、機関停止を好適に行うことが可能となる。またこうして制動トルクの大きさを調整することで、機関停止位置をより確実に制御することができるようにもなる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明は、請求項１乃至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、前記燃焼は、前記機関出力軸の回転速度が所定速度以下に低下したときに実施されることをその要旨とする。
【００１６】
上記構成では、回転速度が低下して、機関出力軸の慣性トルクが十分に小さくなった時点で制動トルクが発生されるため、必要な制動トルクを小さく抑えることができ、ショックの発生等を好適に抑えることができる。また機関停止位置の制御が行われる場合にも、燃焼実施から機関完全停止に至るまでの期間が短くなるため、より確実に機関停止位置を定めることができる。
【００１７】
また、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至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、前記燃焼は、前記機関出力軸の回転速度が所定速度以下に低下してから、予め選択された特定の気筒が圧縮行程を迎えた時点で、該特定の気筒において実施されることをその要旨とする。
【００１８】
機関回転速度が一定の条件下で、特定の気筒において所定の大きさの制動トルクを発生させれば、機関停止位置は自ずと定まるようになる。よって、上記構成によれば、より容易且つ的確に機関停止位置を制御することができる。
【００１９】
また、請求項６に記載の発明は、請求項１乃至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、前記内燃機関は、気筒内に燃料が直接噴射される筒内噴射式の内燃機関として構成されることをその要旨とする。
【００２０】
ポート噴射式の内燃機関では、燃料噴射からその噴射された燃料が気筒内に導入されるまでに時間の遅れがあるため、特定の時点のみに燃焼を実施させることは困難である。その点、筒内噴射式の内燃機関であれば、噴射後、直ちに気筒内に燃料が導入されるため、上記のような圧縮行程中の気筒内での燃焼を、より確実に行うことができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の内燃機関の停止制御装置を具体化した一実施の形態を、図１乃至図４を参照して説明する。
【００２２】
図１に示す内燃機関１０は、筒内噴射式の内燃機関として構成されており、その燃焼室１１には、インジェクタ１２及び点火プラグ１３が配設されている。内燃機関１０の機関出力軸であるクランクシャフト１４には、タイミングロータ１５が一体回転可能に固定されており、その近傍にはクランク角センサ１６が配設されている。タイミングロータ１５の外周には、等角度間隔に歯１５ａが形成されている。クランク角センサ１６は、タイミングロータ１５の回転に応じてその近傍を上記歯１５ａが通過する毎にパルス状の信号を出力する。なお、タイミングロータ１５の外周には、一部、上記歯１５ａの欠落した欠け歯部１５ｂが形成されている。
【００２３】
一方、内燃機関１０の近傍には、スタータモータ１７が配設されている。スタータモータ１７は、電力供給に応じて上記クランクシャフト１４に駆動連結されて、同クランクシャフト１４を回転させる動力を発生する。スタータモータ１７には、内燃機関１０の搭載された車両の車室内に配設されたイグニッションスイッチ１８が「ＳＴＡＲＴ」位置に操作されることをもって、電力供給がなされるようになっている。
【００２４】
内燃機関１０の制御系は、電子制御装置１９を中心に構成されている。電子制御装置１９は、機関制御に係る各種処理を実行するＣＰＵ、機関制御に必要な各種情報の記憶されるメモリ、外部との情報の入出力を司る入力ポート、出力ポートを備えて構成されている。
【００２５】
電子制御装置１９の入力ポートには、上記クランク角センサ１６やイグニッションスイッチ１８を始め、機関制御に必要な情報を検出するセンサ類が接続されている。またその出力ポートには、上記インジェクタ１２や点火プラグ１３等の駆動回路が接続されている。
【００２６】
こうした内燃機関１０の機関始動は、以下のように行われる。
まず、イグニッションスイッチ１８が「ＳＴＡＲＴ」位置に操作されると、スタータモータ１７への電力供給が開始され、クランクシャフト１４及びタイミングロータ１５が回転される。タイミングロータ１５の回転に応じて、上記歯１５ａや欠け歯部１５ｂに対応したパルス状の信号が、クランク角センサ１６から出力されるようになる。
【００２７】
電子制御装置１９は、クランク角センサ１６の近傍を欠け歯部１５ｂが通過して、それに対応した信号の出力が確認されることで、内燃機関１０のクランク角位置を把握している。そしてその把握に応じて、各気筒の燃料噴射や点火を開始させている。
【００２８】
したがって機関始動の開始後、上記欠け歯部１５ｂに対応したクランク角センサ１６の出力をより早期に確認することができれば、より早期から燃料噴射や点火を開始することが可能となり、機関始動の早期化を図ることができる。
【００２９】
そこで本実施の形態では、クランク角センサ１６の近傍を欠け歯部１５ｂが通過する少し手前のクランク角位置を目標停止位置と定め、機関停止時にその目標停止位置にてクランクシャフト１４の回転を停止させる。そして、機関始動時のクランクシャフト１４の回転開始後、直ちにクランク角位置を把握することができるようにしている。以下、そうした機関停止位置の制御に係る機関停止処理の詳細を説明する。
【００３０】
本実施の形態の内燃機関１０では、図２に示すように、第１気筒、第３気筒、第４気筒、第２気筒の順に点火が実施されるようになっている。また第３気筒の圧縮上死点直後に、クランク角センサ１６から欠け歯部１５ｂに対応した信号が出力されるようになっており、同第３気筒の吸気下死点直後、すなわち第１気筒の圧縮上死点直後に、上記目標停止位置が設定されている。
【００３１】
上記機関停止処理では、イグニッションスイッチ１８がオフとされ、クランクシャフト１４が惰性回転されているときに、１度だけ、上記目標停止位置手前の第１気筒の圧縮行程中に燃焼が実施される。詳しくは、同図２に示すように、吸気行程中の第１気筒に燃料が噴射され、それに続く第１気筒の圧縮行程中に点火が行われる。
【００３２】
こうした機関停止処理での圧縮行程中の燃焼の実施時期を、図３を併せ参照して説明する。
同図の時刻ｔ１に、イグニッションスイッチ１８がオフとされると、燃料噴射及び点火が停止（オフ）される。その後、クランクシャフト１４は、惰性によりしばらく回転するが、その回転速度は、摩擦等の抵抗を受け、徐々に低下していく。こうしてクランクシャフト１４の回転速度が所定の回転速度ＮＥ１以下に低下した時刻ｔ２に、上記圧縮行程中の燃焼に係る燃料噴射及び点火が実施される。
【００３３】
こうして圧縮行程中に燃焼が実施されると、クランクシャフト１４に反回転方向のトルク、すなわち制動トルクが発生する。そしてその制動トルクにより、惰性回転中のクランクシャフト１４はその後、速やかに停止されるようになる（時刻ｔ３）。
【００３４】
なお、このときの第１気筒に対する燃料噴射量及び点火時期は、上記回転速度ＮＥ１で惰性回転するクランクシャフト１４の慣性トルクに抗して同クランクシャフト１４の回転を上記目標停止位置で停止させることができるだけの大きさの制動トルクが発生されるように設定されている。そのため、クランクシャフト１４の回転は、その燃焼の実施後、上記目標停止位置で、速やかに停止されるようになる。
【００３５】
またそうした圧縮行程中の燃焼の実施条件である上記回転速度ＮＥ１は、回転停止直前の低い回転速度（例えば１００ｒｐｍ）に設定されている。そのため、機関停止位置を上記目標停止位置とすることが、容易且つ確実に行なえるようになっている。またそうした回転速度ＮＥ１の設定により、惰性回転中のクランクシャフト１４の慣性トルクが十分に小さくなってから上記圧縮行程中の燃焼が実施されるため、その回転の必要な上記制動トルクも小さくて済み、制動に伴うショックの発生を十分に抑えることができるようになっている。
【００３６】
図４に、こうした機関停止処理のフローチャートを示す。なお本処理は、所定周期毎に実行される割り込み処理として電子制御装置１９により実行される。
本処理が開始されると、まずステップ４００において、イグニッションスイッチ１８がオフか否かが判断され、イグニッションスイッチ１８がオフであれば（ＹＥＳ）、次のステップ４１０に処理が移行される。またイグニッションスイッチ１８がオンであれば（ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
【００３７】
ステップ４１０では、クランクシャフト１４の回転速度が上記回転速度ＮＥ１以下まで低下されたか否かが判断され、そうであれば（ＹＥＳ）、ステップ４２０の処理に移行する。一方、クランクシャフト１４の回転が未だ回転速度ＮＥ１まで低下されていなければ（ＮＯ）、本処理は一旦終了される。
【００３８】
ステップ４２０では、第１気筒の吸気行程中であるか否かが判断され、吸気行程であれば（ＹＥＳ）、続くステップ４３０において第１気筒に燃料噴射が実施された後、本処理が一旦終了される。
【００３９】
ここで第１気筒の吸気行程中でなければ（Ｓ４２０：ＮＯ）、ステップ４４０において、第１気筒の圧縮行程中であるか否かが判断される。ここで第１気筒の圧縮行程中であると判断されたときには（ＹＥＳ）、ステップ４５０において第１気筒で点火を実施した後、本処理が一旦終了される。そうでなければ（Ｓ４４０：ＮＯ）、本処理はそのまま一旦終了され、第１気筒の燃料噴射や点火の実施は、次回以降の本処理の実行時に持ち越される。
【００４０】
以上説明したように、本実施の形態では、以下の効果を得ることができる。
（１）機関停止中のクランクシャフト１４の惰性回転中に、圧縮行程の気筒で燃焼が実施されて制動トルクが発生されるため、機関停止の早期完了が可能となる。
【００４１】
（２）圧縮行程中の気筒での燃焼により、適切な時期に、適切な大きさの制動トルクを発生させて、クランクシャフト１４の回転を所望とするクランク角位置で停止させることができる。
【００４２】
（３）目標停止位置を、機関始動の開始直後にタイミングロータ１５の欠け歯部１５ｂを検出可能な位置としているため、機関始動の早期化を図ることができる。
【００４３】
（４）圧縮行程中の燃焼を、停止直前までクランクシャフト１４の回転速度が低下して時点で実施しているため、容易且つ確実に、クランクシャフト１４の停止位置を制御することができる。
【００４４】
（５）クランクシャフト１４の慣性トルクが十分に小さくなった時点で圧縮行程中の燃焼が実施されるため、制動に伴うショックの発生を十分に抑えることができる。
【００４５】
（６）圧縮行程中の燃焼を実施するクランクシャフト１４の回転速度を一律（回転速度ＮＥ１）としているため、その燃焼に係る燃料噴射量や点火時期を固定値とすることができ、機関停止位置の制御を容易に行うことができる。
【００４６】
なお上記実施の形態を、以下の様に変更してもよい。
・上記機関停止処理での目標停止位置の設定は、上記実施の形態で例示した位置に限らず、任意に変更しても良い。要は、その設定された目標停止位置に対して、適切な時期に適切な制動トルクが発生されるように圧縮行程中に燃焼を実施すれば、所望とする位置でクランクシャフト１４の回転を停止させるようにすることができる。
【００４７】
・上記実施の形態では、クランクシャフト１４の回転速度が停止直前まで低下した時点で、圧縮行程中の燃焼を実施するようにしていたが、制動に伴うショックや停止位置制御の精度等に問題が無ければ、それよりも高い回転速度で燃焼を実施させるようにしても良い。
【００４８】
・上記実施の形態では、圧縮行程中の燃焼の実施時期を、クランクシャフト１４の回転速度に基づき定めていたが、例えばイグニッションスイッチ１８がオフとされてからの経過時間等の他のパラメータに基づいてその実施時期を設定するようにしても良い。
【００４９】
・上記実施の形態では、圧縮行程中の燃焼に係る燃料噴射量や点火時期を固定値としていたが、それらの少なくとも一方を、クランクシャフト１４の回転速度に基づき変更するようにしても良い。例えばクランクシャフト１４の回転速度が高く、惰性回転の慣性トルクが大きいときには、燃料噴射量を増大させたり、点火時期を圧縮上死点に近づけたりすることで、より大きい制動トルクが発生されるようにする。このようにすれば、上記圧縮行程中の燃焼を実施するクランクシャフト１４の回転速度を固定せずとも、機関停止位置の制御が可能となる。更にクランクシャフト１４の回転速度に応じて、燃料噴射時期も変更するようにしても良い。
【００５０】
・上記機関停止処理では、機関停止中に圧縮行程中の燃焼を１度だけ行うようにしていたが、クランクシャフト１４の回転が完全に停止されるまでに、そうした燃焼を複数回実施するようにしても良い。
【００５１】
・上記実施の形態では、筒内噴射式の内燃機関１０に本発明を適用した場合を例に説明したが、ポート噴射式の内燃機関にも本発明は適用することができる。ちなみに気筒内に燃料を直接噴射供給できる筒内噴射式内燃機関に比して、ポート噴射式の内燃機関では、特定の気筒に対して、必要な量の燃料を確実に供給させることが困難である。そのため、確実にクランクシャフト１４の回転を目標停止位置で停止させたいのであれば、必要な制動トルクを発生可能な量の燃料が確実に、所望とする気筒に供給されるように、噴射時期の最適化等の対策を講じる必要がある。
【００５２】
・上記機関停止制御では、最終的にクランクシャフト１４の回転を目標停止位置で停止させるようにしていたが、そのような目的が無くても、機関停止におけるクランクシャフト１４の惰性回転中における圧縮行程中の気筒での燃焼の実施により、機関停止の早期化を図ることができる。
【００５３】
・上記実施形態では、イグニッションスイッチ１８の操作に応じて機関停止が行われるときの機関停止位置の制御について説明した。なお、上記実施形態の機関停止処理は、例えば上述のハイブリット車両やエコノミーランニング制御を実施する車両等において行われる、イグニッションスイッチ１８の操作に依らない内燃機関の自動停止についても、同様に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の全体構造を示す模式図。
【図２】同実施形態での機関停止処理における燃料噴射、点火の実施時期を示すタイムチャート。
【図３】同実施形態での機関停止処理の制御態様の一例を示すタイムチャート。
【図４】同実施形態の機関停止処理のフローチャート。
【符号の説明】
１０…内燃機関、１１…燃焼室、１２…インジェクタ、１３…点火プラグ、１４…クランクシャフト、１５…タイミングロータ、１５ａ…歯、１５ｂ…欠け歯部、１６…クランク角センサ、１７…スタータモータ、１８…イグニッションスイッチ、１９…電子制御装置。

Claims

内燃機関が停止されるときの機関出力軸の惰性回転中に、圧縮行程中の気筒において燃焼を実施させることを特徴とする内燃機関の停止制御装置。
前記機関出力軸の回転速度に基づき前記燃焼に係る燃料噴射量を設定する請求項１に記載の内燃機関の停止制御装置。
前記機関出力軸の回転速度に基づいて前記燃焼に係る点火時期を設定する請求項１又は２に記載の内燃機関の停止制御装置。
前記燃焼は、前記機関出力軸の回転速度が所定速度以下に低下したときに実施される請求項１乃至３のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置。
前記燃焼は、前記機関出力軸の回転速度が所定速度以下に低下してから、予め選択された特定の気筒が圧縮行程を迎えた時点で、該特定の気筒において実施される請求項１乃至３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、気筒内に燃料が直接噴射される筒内噴射式の内燃機関として構成される請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の停止制御装置。