JP2005105901A - エンジンの制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの良好な始動性を確保してエンジン始動時のＨＣ排出量を低減しつつ始動直後のピーク回転速度を抑制する。
【解決手段】燃料噴射弁と、スタータースイッチ（２５）のＯＮによりエンジンのクランキングを行う始動装置（１６）と、補機（５、８、１１）とを備えたエンジンにおいて、エンジンのクランクシャフト（２）から補機に回転駆動力を伝達する経路に介在するクラッチ機構（７、１０、１３）と、エンジンの始動に際しクラッチ機構を開放しておき、スタータースイッチ（２５）のＯＮによるエンジンのクランキング開始後にエンジン回転速度がピーク回転速度に達する前の所定回転速度になったときまたはスタータースイッチ（２５）がＯＮよりＯＦＦへと切換えられたときクラッチ機構（７、１０、１３）を締結すると共に補機（５、８、１１）の作動を開始させる制御手段（２１）とを備える。
【選択図】図１

Description

この発明はエンジンの制御装置、特に始動制御に関する。

エンジンの良好な始動性を確保するため、クラッチにより複数の補機とエンジンのクランクシャフトとを切断した状態でエンジンを始動し、エンジンがアイドリング運転状態になったときに、すべての補機負荷を非作動とした状態でクラッチを接続し、その後、補機を段階的に作動させていくものがある（特許文献１参照）。
特開２００２−１１５６３１号公報

ところで、エンジン始動時のＨＣ排出量の低減のためには、始動時の燃料気化をできるだけ促進することが望ましい。始動時のエンジン回転速度を上昇させ、燃料噴射弁付近の吸気圧力を大気圧より低い側に高めることで、燃料の気化促進が可能となるが、この場合には、完爆後、すなわち自立回転開始後に、エンジンの発生トルクによりピーク回転速度が高くなり過ぎ、振動・騒音の悪化を招くという問題を生じる。

これに対して、上記した始動制御方法では、エンジン回転速度がピーク回転速度に達した後のアイドリング運転状態となったときに、クラッチを接続して補機を作動させるのであるから、ピーク回転速度が高くなり過ぎるという問題を解決できない。

本発明の目的は、エンジンの良好な始動性を確保してエンジン始動時のＨＣ排出量を低減しつつ始動直後のピーク回転速度を抑制することのできる、エンジンの制御装置を提供することである。

本発明は、吸気絞り弁の下流に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、スタータースイッチのＯＮによりエンジンのクランキングを行う始動装置と、補機とを備えたエンジンにおいて、エンジンのクランクシャフトから前記補機に回転駆動力を伝達する経路にクラッチ機構を介在させると共に、エンジンの始動に際し前記クラッチ機構を開放しておき、前記スタータースイッチのＯＮによるエンジンのクランキング開始後にエンジン回転速度が、ピーク回転速度に達する前の所定回転速度になったときまたは前記スタータースイッチがＯＮよりＯＦＦへと切換えられたとき前記クラッチ機構を締結すると共に前記補機の作動を開始させるように構成する。

本発明によれば、エンジンの始動に際しクラッチ機構を開放してクランクシャフトから補機を切り離すので、補機がクランクシャフト（エンジン）への負荷とならずエンジンがスムーズに始動し、これにより始動性を確保できる。この始動時のエンジン回転速度の速やかな上昇により燃料噴射弁付近の吸気圧力が大気圧より低い側に高まって燃料の気化が促進され、これによりエンジン始動時のＨＣ排出量を低減できる。

また、クランキング開始後にエンジン回転速度が、ピーク回転速度に達する前の所定回転速度になったときまたはクランキングの完了を受けてスタータースイッチがＯＮよりＯＦＦへと切換えられたときクラッチ機構を締結すると共に補機の作動を開始させるので、補機がピーク回転速度に向けて回転上昇しようとするクランクシャフトへの負荷となって加わり、これによりエンジンのピーク回転速度が抑制され（エンジン回転速度の吹き上がりが抑制され）、適正なエンジン回転速度に維持することが可能となり、振動・騒音の悪化を抑制できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳細に説明する。

図１は本発明の第１実施形態のエンジンの概略構成図である。図１において、エンジン１は４気筒エンジンで構成され、エンジン１の出力を取り出すクランクシャフト２が回転自由に支持され、このクランクシャフト２の回転力により補機としてのオルタネータ５、オイルポンプ８、ウォータポンプ１１が駆動される。すなわち、クランクシャフト２の後端にはクランクシャフト２にクランクプーリ３が固定され、これに対応してオルタネータ５、オイルポンプ８、ウォータポンプ１１にもそれぞれオルタネータプーリ６、オイルポンププーリ９、ウォータポンププーリ１２が固定され、これらプーリ３、６、９、１２に１本のタイミングベルト４が掛け回されている。ここでは３つの補機を示しているが、少なくとも一つあればよい。

また、これら補機負荷のクランクシャフト２（エンジン１）への投入を切断するため、オルタネータ５の回転軸とそのプーリ６との間、オイルポンプ８の回転軸とそのプーリ９との間、ウォータポンプ１１の回転軸とそのプーリ１２との間にそれぞれ電磁クラッチ７、１０、１３が介在されている。

前記クランクシャフト２の反対側にはリングギヤ１５が同軸的に結合され、このリングギヤ１５には始動時にスタータモータ１６（始動装置）が噛み合い、クランキングを行い、エンジン１を始動する。

上記のリングギア１５周囲の歯列に対向して設けられるポジションセンサ２２、吸気弁用カムシャフトの後端部の溝に対向して設けられるフェーズセンサセンサから２３の信号が、イグニッションスイッチ２４、スタータスイッチ２５からの信号、水温センサ２６からの信号とともにエンジンコントローラ２１に入力され、このエンジンコントローラ２１では、スタータモータ１６と吸気絞り弁下流の吸気ポートに臨んで設けられる燃料噴射弁（図示しない）、燃焼室の天井に設けられる点火プラグ（図示しない）を介してエンジン１を始動させると共に、電磁クラッチ７、１０、１３の断接を制御し、オルタネータ５、オイルポンプ８、ウォータポンプ１１を必要に応じて作動させる。

ここで、エンジン始動時の動作について図２のタイムチャートに従って説明する。

図２には、エンジン始動からのエンジン回転速度Ｎｅ、点火時期ＡＤＶ、吸気圧力Ｂｏｏｓｔの挙動及びスタータスイッチ（図では「ＳＴ ＳＷ」で略記）、補機の動作状態を示している。ここでいう補機は、上記オルタネータ５、オイルポンプ８、ウォータポンプ１１のいずれかを指している。

エンジンの始動に際し、時刻Ｔ０でスタータスイッチ２５をＯＮしてクランキングを開始した場合、完爆した後にエンジン回転速度Ｎｅは急激に上昇して時刻Ｔ２でピーク回転速度Ｎ１に達し、その後は下降に転じ、時刻Ｔ３でアイドリング運転状態での目標回転速度Ｎｓｅｔに落ち着く。目標回転速度Ｎｓｅｔは、エンジン水温等に応じて設定されるアイドル回転速度である。

この場合に、時刻Ｔ０より電磁クラッチを接続しかつ補機を作動状態としているときにはエンジン回転速度Ｎｅが図２最上段の実線のように変化するのに対して、時刻ｔ０より電磁クラッチを切断したとき、エンジン回転速度Ｎｅは図２最上段の破線のように図２最上段の実線の場合よりも急上昇しその分ピーク回転速度が高くなる。これは、電磁クラッチを切断することで補機負荷がクランクシャフト２に加わらなくなりその分だけエンジン回転速度が上昇するためで、このようにピーク回転速度が高くなると、振動・騒音が大きくなる。

そこで本実施形態では、スタータスイッチ２５がＯＮ状態にある間は電磁クラッチを切断しておき、完爆したと判断してスタータスイッチ２５がＯＮよりＯＦＦへと切換えられる時刻Ｔ１で電磁クラッチを接続すると共に、図２最下段の一点鎖線で示したように補機を作動状態とする。このとき、エンジン回転速度は図２最上段の一点鎖線のように、実線と破線の間を変化するのであり、破線の場合よりピーク回転速度が抑えられる。

また、スタータスイッチ２５のＯＮよりＯＦＦへの切換後にはエンジン回転速度はピーク回転速度に向けて上昇中にありエンジントルクに余裕があるため、このとき補機負荷を作動状態とし補機負荷をクランクシャフトに作用させても、この補機負荷の投入によるトルクショックや吸気圧力ＢＯＯＳＴの低下を招くことはない。

なお、スタータスイッチ２５がＯＮよりＯＦＦへと切換えられる時刻Ｔ１はエンジン回転速度が完爆回転速度付近にある時刻でもあるため、エンジン回転速度の検出値がこの完爆回転速度（図では１０００ｒｐｍで示す）になった時刻に電磁クラッチを接続すると共に補機を作動状態としてもかまわない。

エンジンコントローラ２１により実行されるこうしたエンジン始動に際しての制御を図３のフローチャートに従って詳細に説明する。なお、図３のフローは時間の経過を辿って実行するもので、一定時間毎に実行するものではない。また、ここでは簡単に補機としてオルタネータ５のみ、従って電磁クラッチもオルタネータ用のみが備えられている場合で説明する。

ステップ１ではイグニッションスイッチ（図では「ＩＧ スイッチ」で略記）２４からの信号をみる。イグニッションスイッチ２４からの信号がＯＮのときにはステップ２に進みオルタネータ５による発電制御（オルタネータの作動）を停止させると共にオルタネータ用電磁クラッチ７を切断する。

ステップ３では水温センサ２６により検出される現在のエンジン水温ＷＴと所定水温ＷＴ０とを比較する。所定水温ＷＴ０は低温か常温かを判別するための値で、例えば４０℃程度を設定している。エンジン水温ＷＴが所定水温ＷＴ０よりも低いとき（低温始動時）にはステップ４に進みクランク角センサ（２２、２３）からの信号により演算されるエンジン回転速度Ｎｅと第１エンジン回転速度Ｎｅ１を比較する。第１エンジン回転速度Ｎｅ１はエンジンが完爆したか否か判定するための値で、例えば１０００ｒｐｍ程度を設定している。

エンジン回転速度Ｎｅが第１エンジン回転速度Ｎｅ１以下であれば第１エンジン回転速度Ｎｅ１より高くなるまで所定時間待機する。すなわちもともとエンジンフリクションが大きい低温始動時に補機負荷が加わるとエンジン回転速度が速やかに上昇していかないので、少しでもエンジン回転速度の上昇を速めるため、イグニッションスイッチ２４がＯＮされても補機負荷がクランクシャフト２に加わることを阻止するため電磁クラッチを切断しており、この間にバッテリからスタータモータ１６に十分な電力を供給してエンジン１をスムーズに始動させる。

このようしてクランクシャフト２への負荷の軽減により上昇するエンジン回転速度Ｎｅが第１エンジン回転速度Ｎｅ１を超えると、エンジンが完爆したと判断しステップ５、６に進み徐励タイマｔ１を起動し（ｔ１＝０とする）、徐励制御を開始する。ここで、徐励制御はオルタネータを徐々に起動して発電を開始するもので、急激な発電負荷によるトルクショックを抑制する効果がある。

ステップ７では徐励タイマｔ１と第１徐励時間ｔ１０を比較する。第１徐励時間ｔ１０は徐励制御を終了するか否かを判定するための値である。徐励タイマｔ１が第１徐励時間ｔ１０以下であるときにはそのまま待機し（徐励制御を継続する）、徐励タイマｔ１が第１徐励時間ｔ１０を超えると徐励制御を終了するためステップ８に進んで徐励タイマｔ１をリセットする。

一方、エンジン水温ＷＴが所定水温ＷＴ０を超えるとき（常温始動時）にはステップ１０〜１４に移行し、ステップ４〜８と同様にしてエンジン回転速度Ｎｅが第２エンジン回転速度Ｎｅ２（完爆回転速度）に達したか否かみて、エンジン回転速度Ｎｅが第２エンジン回転速度Ｎｅ２に達しない前はそのまま待機し、エンジン回転速度Ｎｅが第２エンジン回転速度Ｎｅ２に達したら第２徐励時間ｔ２０のあいだ徐励制御を行う。

ここで、冷間始動時と異なるのは、常温始動時に設定する第２エンジン回転速度Ｎｅ２、第２徐励時間ｔ２０の値を、冷間始動時に設定する第１エンジン回転速度Ｎｅ１、第１徐励時間ｔ１０の値と相違させている点だけである。

これで徐励制御が終了するので、ステップ９ではオルタネータ用電磁クラッチ７を接続すると共にオルタネータ５による発電制御を開始させる。すなわち、エンジン回転速度がピーク回転速度に達する前であるエンジン完爆時刻において補機としてのオルタネータ５を作動させる。

ここで、本実施形態の作用を説明する。

エンジンフリクションの大きい低温始動時に補機負荷を作用させたのではエンジン回転速度の上昇が遅れるのであるが、本実施形態（請求項１に記載の発明）によれば、イグニッションスイッチ２４がＯＮにされても、エンジン回転速度Ｎｅが第１エンジン回転速度Ｎｅ１を越えるまで（エンジンが完爆するまで）電磁クラッチを切断し、エンジンのクランクシャフト２に補機負荷が加わらないようにするので、エンジンをスムーズに始動させることができる。この始動時のエンジン回転速度の速やかな上昇により燃料噴射弁付近の吸気圧力が大気圧より低い側に高まって燃料の気化が促進され、これによりエンジン始動時のＨＣ排出量を低減できる。

また、クランキング開始後にエンジン回転速度が第１エンジン回転速度Ｎｅ１（ピーク回転速度に達する前の所定回転速度）になったとき、電磁クラッチを締結すると共に補機の作動を開始させるので、補機が、ピーク回転速度に向けて回転上昇しようとするクランクシャフト２への負荷となって加わり、これによりエンジンのピーク回転速度が抑制され（エンジン回転速度の吹き上がりが抑制され）、適正なエンジン回転速度に維持することが可能となり、振動・騒音の悪化を抑制できる。

上述した実施形態では、常温始動時にもエンジン回転速度Ｎｅが第２エンジン回転速度Ｎｅ２より高くなったら電磁クラッチを接続しかつ補機を作動するようにしたが、常温始動時であると判断したときエンジン回転速度に関係なく直ちに電磁クラッチを接続しかつ補機を作動するようにしてもよい。

実施形態では、エンジンが完爆しかつ徐励時間が経過するまでを始動時発電停止期間として設定したが、エンジンが完爆するまでを始動時発電停止期間として設定してもよい。また、エンジンが完爆するまでの期間に代えて、イグニッションスイッチ２４がＯＮされてからの経過時間を計測し、この経過時間が所定の発電停止時間を越えるまでの期間とするようにしてもよい。

また、上記の所定水温ＷＴ０、第１エンジン回転速度Ｎｅ１、第２エンジン回転速度Ｎｅ２、徐励時間ｔ１０，ｔ２０の具体的な数値は、前述したものに限定されるものではなく、エンジンの形式や排気量などに応じて設定すればよいものである。

実施形態では、電磁クラッチを、補機に動力を伝達するベルトが掛け回されるプーリと補機の回転軸との間に介在させる場合で説明したが（請求項３に記載の発明）、電磁クラッチを、補機に動力を伝達するベルトが掛け回されるプーリとクランクシャフト２との間に介在させてもかまわない（請求項２に記載の発明）。

実施形態では、オルタネータの作動に徐励制御を適用しているが、徐励制御は必須のものでなく、また補機としてオイルポンプやウォータポンプを用いて本発明のエンジン始動時の制御を行う場合には、かかる機能を備えないため、徐励制御は行わないことになる。

本発明の第１実施形態のエンジンの概略構成図。 始動時の制御動作を示す波形図。 始動時の制御動作を説明するためのフローチャート。

符号の説明

１ エンジン
２ クランクシャフト
５ オルタネータ（補機）
７ オルタネータ用電磁クラッチ（クラッチ機構）
８ オイルポンプ（補機）
１０ オイルポンプ用電磁クラッチ（クラッチ機構）
１１ ウォータポンプ（補機）
１３ ウォータポンプ用電磁クラッチ（クラッチ機構）
１６ スタータモータ（始動装置）
２１ エンジンコントローラ
２２ ポジションセンサ（クランク角センサ）
２３ フェーズセンサ（クランク角センサ）
２４ イグニッションスイッチ
２５ スタータスイッチ
２６ 水温センサ

Claims (6)

1. 吸気絞り弁の下流に燃料を噴射供給する燃料噴射弁と、
   スタータースイッチのＯＮによりエンジンのクランキングを行う始動装置と、
   補機と
   を備えたエンジンにおいて、
   エンジンのクランクシャフトから前記補機に回転駆動力を伝達する経路に介在するクラッチ機構と、
   エンジンの始動に際し前記クラッチ機構を開放しておき、前記スタータースイッチのＯＮによるエンジンのクランキング開始後にエンジン回転速度がピーク回転速度に達する前の所定回転速度になったときまたは前記スタータースイッチがＯＮよりＯＦＦへと切換えられたとき前記クラッチ機構を締結すると共に前記補機の作動を開始させる制御手段と
   を備えることを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 前記クラッチ機構を、前記補機に動力を伝達するベルトが掛け回されるプーリと前記クランクシャフトとの間に介在させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
3. 前記クラッチ機構を、前記補機に動力を伝達するベルトが掛け回されるプーリと前記補機の回転軸との間に介在させることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
4. 前記補機が複数である場合に、前記クラッチ機構を各補機ごとに設けることを特徴とする請求項３に記載のエンジンの制御装置。
5. 前記所定回転速度はエンジンの完爆回転速度であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。
6. 前記所定回転速度はエンジンのアイドル回転速度未満の回転速度であることを特徴とする請求項１に記載のエンジンの制御装置。

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