JP2006046092A

JP2006046092A - エンジン停止再始動制御装置及びそれを搭載した車両

Info

Publication number: JP2006046092A
Application number: JP2004225109A
Authority: JP
Inventors: Takanori Moriya; 孝紀守屋; Toyoaki Kurita; 豊明栗田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-08-02
Filing date: 2004-08-02
Publication date: 2006-02-16
Anticipated expiration: 2024-08-02
Also published as: JP4340782B2

Abstract

【課題】エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒内に入れておいた混合気がエンジン再始動後着火する確率を向上させる。
【解決手段】このハイブリッド自動車では、エンジン停止条件が成立したとき、エンジンを停止させるが、エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒に混合気を入れておく。その後のエンジン再始動条件が成立したとき、モータ駆動でクランキングを行い、圧縮行程気筒が点火時期に至ったときに圧縮行程気筒に点火する（Ｓ２１０〜Ｓ２３０）。そして、圧縮行程気筒内の混合気が失火したときには、該気筒のピストンが点火遅角限界角度に至るまでの期間中、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返し、該気筒のピストンが点火遅角限界角度を超えても該気筒内の混合気が着火しなかったときには多重点火を繰り返すようにする（Ｓ２４０〜Ｓ２８０）。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンの停止と再始動を自動的に行うエンジン停止再始動制御装置及びそれを搭載した車両に関する。

従来より、エンジン停止再始動制御装置として、エンジン停止時に圧縮行程で停止している気筒内に混合気を入れておき、エンジンの再始動時にスタータモータによりクランクシャフトを回転させたあと最初に点火時期が到来する気筒つまり停止時に圧縮行程で停止していた気筒に点火して該気筒内の混合気を燃焼させ、その燃焼トルクでクランキングを円滑に行うものが知られている（例えば特許文献１参照）。
特開２００１−３４２８７６号公報

しかしながら、上述のエンジン停止再始動制御装置において、エンジン再始動後に最初に点火時期が到来する気筒の内部状態は気流が停止しているうえに点火プラグの近傍の空燃比や混合気の気化量にばらつきがあるため、エンジン再始動後の最初の点火となるこの気筒への点火はエンジン回転中における点火に比べて失火しやすい。そして、エンジン再始動後の最初の点火で失火した場合には、エンジン再始動を迅速に行うことができなくなり、また、未燃の混合気が排出されてしまうという問題がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒内に入れておいた混合気がエンジン再始動後着火する確率を向上させるエンジン停止再始動制御装置を提供することを目的の一つとする。また、このエンジン停止再始動制御装置を搭載した車両を提供することを目的の一つとする。

本発明は、上述の目的の少なくとも一部を達成するために以下の手段を採った。

即ち、本発明のエンジン停止再始動制御装置は、
所定のエンジン停止条件が成立したときにエンジンを停止させるエンジン停止制御手段と、
エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒に混合気を入れておく気筒処理実行手段と、
前記エンジンが停止している間に所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する再始動条件判定手段と、
前記エンジンを回転駆動可能な回転駆動手段と、
前記再始動条件判定手段によってエンジン再始動条件が成立したと判定されたときには、前記回転駆動手段によって停止中のエンジンを回転させてエンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒のピストンを上死点付近に動かしたあと該気筒に点火し、該点火後に該気筒内の混合気が失火したときには、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返す再始動制御手段と、
を備えたものである。

このエンジン停止再始動制御装置では、所定のエンジン停止条件が成立したときにエンジンを停止させ、エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒に混合気を入れておく。そして、エンジンが停止している間に所定のエンジン再始動条件が成立したとき、回転駆動手段によって停止中のエンジンを回転させて圧縮行程で停止していたピストンを上死点付近に動かしたあと該気筒に点火し、点火後に該気筒内の混合気が失火したときには、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返す。エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒は最初に点火時期を迎える気筒であり、その内部状態は気流が停止しているうえ混合気の気化量などにばらつきがあるため失火しやすいことから、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返す。したがって、エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒内に入れておいた混合気がエンジン再始動後着火する確率が向上する。この結果、エンジン再始動が迅速に行われることが多くなり、また、未燃の混合気が排出されることが少なくなる。

ここで、「着火」とは、混合気が点火火花からエネルギを受け取り、発熱反応をし始め、ついには点火火花からエネルギをもらわなくても混合気自身の反応によって未燃混合気へ火炎が伝播することをいう。また、「失火」とは、未燃混合気へ自己伝播し得る火炎核ができなかったり、点火火花をきっかけとして発生した火炎が途中で消滅したりすることをいう。

本発明のエンジン停止再始動制御装置において、前記再始動制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒に点火した後該気筒内の混合気が失火したときには、該気筒のピストンが点火遅角限界角度に至るまでの期間中、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返し、該気筒のピストンが点火遅角限界角度を超えても該気筒内の混合気が着火しなかったときには頻度を上げて点火を繰り返すようにしてもよい。エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒内の混合気はピストンが点火遅角限界角度を超えると急に失火確率が高くなるため、点火遅角限界角度を超えたあとは点火の頻度を上げることにより該気筒内の混合気が未燃のまま排出されるのを抑制するのである。

ここで、再始動制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒のピストンが点火遅角限界角度を超えても該気筒内の混合気が着火しなかったときには、該気筒のピストンが排気バルブ開位置に到達するまで頻度を上げて点火を繰り返してもよい。排気バルブ開位置に到達したあとは排気バルブから気筒内の気体が排出されるため、もはや点火を行っても意味がないからである。また、点火遅角限界角度は、圧縮行程における上死点後４０〜５０°の範囲で設定するのが好ましい。この範囲で急に失火確率が高くなるからである。また、点火遅角限界角度に至るまでの期間において多重点火を行ってもよく、その場合には点火遅角限界角度を超えたあとに頻度を上げて多重点火を行ってもよい。

本発明のエンジン停止再始動制御装置において、前記回転駆動手段は、モータとしてもよい。このモータは、エンジンのスタータモータであってもよいし、エンジンのクランクシャフトの回転エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄える機能とバッテリの電気エネルギをクランクシャフトの回転エネルギに変換する機能を備えたモータジェネレータであってもよい。後者の場合、例えば制動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリに蓄えておき、エンジン再始動時にその電気エネルギを利用してエンジンの再始動をモータがアシストすることができる。

本発明のエンジン停止再始動制御装置において、前記気筒処理実行手段は、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒にも混合気を入れておき、前記回転駆動手段は、前記再始動条件判定手段によってエンジン再始動条件が成立したと判定されたときにエンジン停止時に膨張行程で停止する気筒に点火してその燃焼トルクにより停止中のエンジンを回転駆動させてもよい。こうすれば、エンジン停止時に圧縮行程で停止した気筒をエンジンの燃焼トルクでもって上死点へと動かすことができる。

本発明のエンジン停止再始動制御装置は、エンジンのクランクシャフトが所定角度回転するごとにパルスを出力するクランク角センサを備え、前記再始動制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒に点火した後該気筒内の混合気に着火したか否かの判定を、前記クランク角センサによって出力されるパルスのパルス幅に基づいて行うようにしてもよい。こうすれば、クランク角センサを利用して簡易且つ正確に着火・失火を検出することができる。例えば、再始動制御手段は、クランク角センサによって出力されるパルスのパルス幅変化率と予め定めたしきい値との比較結果に基づいて該気筒内の混合気が着火したか否かを判定してもよい。

本発明のエンジン停止再始動制御装置において、前記エンジン停止制御手段は、アイドルストップ制御におけるエンジン停止条件が成立したときに前記エンジンが停止するよう制御し、前記再始動条件判定手段は、前記アイドルストップ制御におけるエンジン再始動条件が成立したか否かを判定してもよい。アイドルストップ制御が行われると走行途中に何度もエンジン停止と再始動を繰り返すため、本発明を適用する意義が大きい。

本発明のエンジン停止再始動制御装置を搭載した車両は、本発明のエンジン停止再始動制御装置を搭載している。この車両では、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒がエンジン再始動後に最初の点火時期を迎えるため失火しやすいことから、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返す。したがって、エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒内に入れておいた混合気がエンジン再始動後着火する確率が向上する。この結果、エンジン再始動が迅速に行われることが多くなり、未燃の混合気が排出されることが少なくなる。

次に、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態であるハイブリッド自動車２０の構成の概略を示す説明図である。本実施形態のハイブリッド自動車２０は、ガソリンにより駆動するエンジン３０と、エンジン３０の各気筒３１の吸気ポート３６に燃料を噴射するインジェクタ３２と、エンジン３０の各気筒内の混合気に点火する点火プラグ３３と、エンジン３０のクランクシャフト３９と動力のやり取りを行なうモータジェネレータ４４と、エンジン３０をコントロールするエンジン用電子制御ユニット（以下、エンジンＥＣＵという）７０と、エンジン３０の再始動・停止やモータジェネレータ４４の駆動などを制御するハイブリッド用電子制御ユニット（以下、ハイブリッドＥＣＵという）８０とを備える。

エンジン３０は、本実施形態では４気筒エンジンであり、各気筒３１は、吸気通路２２のうち吸気バルブ３４の手前に設けられた吸気ポート３６にインジェクタ３２がガソリンを噴射するポート式として構成されている。ここで、図示しないエアクリーナおよびスロットルバルブを介して吸気通路２２に吸入された空気は、吸気ポート３６でインジェクタ３２から噴射されたガソリンと混合して混合気となる。この混合気は、吸気バルブ３４が開くことにより燃焼室３７へ吸入され、点火プラグ３３のスパークによって点火されて爆発燃焼し、その燃焼エネルギによりピストン３８が往復運動して、クランクシャフト３９を回転運動させる。燃焼後の排気は、排気バルブ３５が開くことにより燃焼室３７から排出される。また、エンジン３０の各気筒は、吸気行程、圧縮行程、膨張行程（燃焼行程ともいう）、排気行程を１サイクルとしてこのサイクルを順次繰り返すものであり、クランクシャフト３９が半回転つまり１８０°回転するごとに行程が切り替わり、クランクシャフト３９が２回転つまり７２０°回転するごとに１サイクル進む。また、４つの気筒の点火タイミングは本実施形態では１番気筒、２番気筒、４番気筒、３番気筒という順であり、したがって例えば１番気筒が膨張行程にあるとき、２番気筒は圧縮行程、３番気筒は排気行程、４番気筒は吸気行程となる。図２にクランク角ＣＡと各気筒の行程との対応関係を表す。図２において、ＴＤＣは上死点、ＢＤＣは下死点を表す。

エンジン３０の各気筒３１の吸気バルブ３４や排気バルブ３５の上端部は、バネを介してそれぞれ吸気カム４０のカム面や排気カム４２のカム面と当接している。吸気カム４０は、吸気カムシャフト４１に固設され、吸気カムシャフト４１がクランクシャフト３９と連動して軸回転するのに伴って回転する。そして、吸気バルブ３４は、回転する吸気カム４０のカム面に追従して作動する。具体的には、吸気カム４０のカム面が吸気バルブ３４を押し下げたときには吸気バルブ３４が開き、吸気カム４０のカム面が吸気バルブ３４を押し下げないときには吸気バルブ３４は閉じる。一方、排気カム４２は、排気カムシャフト４３に固設され、排気カムシャフト４３がクランクシャフト３９と連動して軸回転するのに伴って回転する。そして、排気バルブ３５は、回転する排気カム４２のカム面に追従して作動する。具体的には、排気カム４２のカム面が排気バルブ３５を押し下げたときには排気バルブ３５が開き、吸気カム４０のカム面が排気バルブ３５を押し下げないときには排気バルブ３５は閉じる。エンジン３０は、４気筒であるため、原則的には、吸気バルブ３４は吸気行程での上死点で開き下死点で閉じ、排気バルブ３５は排気行程での下死点で開き上死点で閉じるが、実際には、バルブ動作に遅れが生じたり吸気や排気が慣性の影響を受けたりするため、これより早めに開き遅めに閉じるように各カム４０，４２や各カムシャフト４１，４３が設計されている（図２の（ｃ）参照）。

エンジン３０のクランクシャフト３９は、オートマチックトランスミッション５０が接続されている。このオートマチックトランスミッション５０は、エンジン３０からクランクシャフト３９に出力された動力を変速してデファレンシャルギヤ５２を介して駆動輪５４ａ，５４ｂに伝達する。また、クランクシャフト３９には、クランク角センサ５６が取り付けられている。このクランク角センサ５６は、クランクシャフト３９に取り付けられた図示しないマグネットロータに対向する位置に磁気抵抗素子を配置したＭＲＥ回転センサであり、このクランク角センサ５６が発生するパルスを利用してクランク角ＣＡを特定したりエンジン回転数Ｎｅを求めたりすることができる。一方、吸気カムシャフト４１には、カム角センサ５８が取り付けられている。このカム角センサ５８は、吸気カムシャフト４１と一体となって回転する歯車の歯がコイルのコアに接近するごとにパルスを出力する電磁誘導ピックアップ式センサであり、吸気カムシャフト４１が１回転（クランクシャフト３９が２回転）するごとに１個のパルスを発生する。

モータジェネレータ４４は、モータとして駆動すると共にジェネレータとしても駆動する例えば同期交流電動発電機として構成されており、その回転軸に取り付けられたＭＧ側プーリ２６は、エンジン３０のクランクシャフト３９に接続されたエンジン側プーリ２４にベルト２８により接続されている。このため、モータジェネレータ４４は、エンジン３０からクランクシャフト３９に出力された動力を用いて発電してインバータ４６を介してバッテリ４８を充電したり、バッテリ４８からインバータ４６を介して得られる電力を用いてクランクシャフト３９に動力を出力できる。また、モータジェネレータ４４は、エンジン３０のスタータモータとしての役割も担っている。このため、モータジェネレータ４４とは別にスタータモータを備える必要がない。なお、図１の構成をハイブリッド自動車と称しているのは、エンジン３０を再始動する際のモータジェネレータ４４の回転力がオートマチックトランスミッション５０を介して車輪に伝達されることでモータジェネレータ４４が車両駆動用に利用され得るからである。

エンジンＥＣＵ７０は、エンジン３０の運転を制御するものであり、図示しないが、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサにより構成され、ＣＰＵの他に処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭや入出力ポート、通信ポートを備えている。このエンジンＥＣＵ７０には、エンジン３０の運転状態を示す種々のセンサ、例えば、前出のクランク角センサ５６やカム角センサ５８のほか、図示しないが吸入空気の温度を検出する吸気温センサ、スロットルバルブの開度（ポジション）を検出するスロットルバルブポジションセンサ、エンジン３０の冷却水の温度（水温）を検出する水温センサなどが接続されており、各種センサからの検出信号が入力される。また、エンジンＥＣＵ７０からは、インジェクタ３２への駆動信号や点火プラグ３３に放電電圧を印加するイグニッションコイル６４への制御信号などが出力される。なお、運転者の操作に基づく要求動力をエンジン３０から出力するために、エンジンＥＣＵ７０には、シフトレバー７２のポジションを検出するシフトポジションセンサ７３からのシフトポジションやアクセルペダル７４のポジションを検出するアクセルペダルポジションセンサ７５からのアクセルペダルポジション、ブレーキペダル７６が踏み込まれているか否かを検出するブレーキポジションセンサ７７からのオンオフ信号も入力される。

ハイブリッドＥＣＵ８０は、ＣＰＵを中心とするマイクロプロセッサにより構成されており、図示しないがＣＰＵの他に処理プログラムやデータなどを記憶するＲＯＭや一時的にデータを記憶するＲＡＭや入出力ポート、通信ポートを備えている。ハイブリッドＥＣＵ８０には、モータジェネレータ４４に取り付けられた図示しない回転数センサや温度センサからのモータ回転数やモータ温度、インバータ４６内の取り付けられた図示しない電流センサからのモータジェネレータ４４への相電流、バッテリ４８に取り付けられた図示しない温度センサからのバッテリ温度、バッテリ４８の出力端子近傍に取り付けられた図示しない電圧センサや電流センサからの端子間電圧や充放電電流などが入力ポートを介して入力され、ハイブリッドＥＣＵ８０からは、モータジェネレータ４４を駆動制御するためのインバータ４６へのスイッチング制御信号などが出力ポートを介して出力される。また、ハイブリッドＥＣＵ８０は、通信ポートを介してエンジンＥＣＵ７０と接続されており、必要に応じてエンジンＥＣＵ７０からエンジン３０の状態に関するデータ等を受信すると共にエンジンＥＣＵ７０に制御信号を送信する。

次に、本実施形態のハイブリッド自動車２０の動作、特にアイドルストップ制御に伴う動作について以下に説明する。このハイブリッド自動車２０では、アイドル停車時にアクセルペダル７４が踏み込まれていないアクセルＯＦＦであると共にブレーキペダル７６が踏み込まれているブレーキＯＮの状態でエンジン回転数Ｎｅが所定の低速回転数以下であるなどの所定の停止条件が成立したときにエンジン３０を自動停止し、その後ブレーキＯＦＦとされると共にアクセルＯＮとされるなどの所定の再始動条件が成立したときにエンジン３０が自動再始動されるアイドルストップ制御が行われる。なお、エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサ５６から出力されるパルスの時間間隔に基づいて算出される。また、アクセルペダルポジションセンサ７５、ブレーキポジションセンサ７７、クランク角センサ５６から出力される信号は、エンジンＥＣＵ７０を介してハイブリッドＥＣＵ８０へ入力される。以下には、このアイドルストップ制御で行われる自動停止制御ルーチンと自動再始動ルーチンについて説明する。

まず、自動停止制御ルーチンについて説明する。図３はこのルーチンのフローチャートである。このルーチンは、エンジン運転中、上述したアイドルストップ制御の所定の停止条件が成立したときにハイブリッドＥＣＵ８０によって実行される。このルーチンが開始されると、ハイブリッドＥＣＵ８０は、エンジン３０の各気筒３１のインジェクタ３２への通電を停止すると共に点火プラグ３３への通電を停止するようエンジンＥＣＵ７０に指令する（ステップＳ１１０）。この結果、エンジン３０の各気筒３１の点火及び燃料噴射が停止するため、エンジン３０はクランクシャフト３９を回転させるトルクを発生しなくなる。このため、クランクシャフト３９は慣性力のみで回転する。この慣性力は、圧縮行程の気筒で発生するガス圧縮力やモータジェネレータ４４の回生トルクなどによって減衰されるため、クランクシャフト３９の回転は停止に向けて収束する。

続いて、ハイブリッドＥＣＵ８０は、所定のエンジン状態になったか否かを判定する（ステップＳ１２０）。ここで、所定のエンジン状態について説明する。本実施形態では、予め実験などにより、３番気筒が排気行程にさしかかったときにエンジン回転数Ｎｅが予め定められた所定回転数であれば、モータジェネレータ４４をゼロトルクにしてエンジン３０のフリクションによりエンジン３０を停止させると、３番気筒は吸気行程を経たあと圧縮行程のうち図２（ｃ）に示すように吸気バルブ閉位置から点火時期までの間（停止区間）でエンジン３０が停止することがわかっているとものとする。ステップＳ１２０では、この所定のエンジン状態を、３番気筒が排気行程にさしかかったときにエンジン回転数Ｎｅが所定回転数である状態とし、この所定のエンジン状態となるようにモータジェネレータ４４のトルク制御を実行する。

ここで、３番気筒が排気行程にさしかかったか否かの判定は、クランク角センサ５６から出力されるパルスとカム角センサ５８から出力されるパルスに基づいて行う。本実施形態では、カム角センサ５８は１番気筒が膨張行程に入いるごとにパルスを出力するように設定され、クランク角センサ５６はクランクシャフト３９が所定角度回転するごとにパルスを出力するように設定されている。このため、カム角センサ５８からパルスが出力されるごとにクランク角をゼロにリセットしつつ、クランク角センサ５６からパルスが出力されるごとにクランク角を所定角度ずつ進めることにより、クランク角を０〜７２０°の範囲で算出することができる。そして、このように算出したクランク角を、図２に示すクランク角ＣＡと各気筒の行程との対応関係に照らすことにより、どの気筒がどの行程にあるのかを判別することができる。なお、クランク角センサ５６やカム角センサ５８から出力される信号は、エンジンＥＣＵ７０を介してハイブリッドＥＣＵ８０へ入力される。

さて、ステップＳ１２０で所定のエンジン状態になっていないときには、そのままモータジェネレータ４４のトルク制御を続行する。一方、ステップＳ１２０で所定のエンジン状態になったときには、モータジェネレータ４４のトルクをゼロにし（ステップＳ１３０）、エンジン３０の圧縮行程気筒で発生するガス圧縮力によりエンジン３０を停止させるようにする。続いて、３番気筒が吸気バルブ開位置の直前に至ったか否かを判定する（ステップＳ１４０）。この判定も、先ほどと同様、クランク角センサ５６から出力されるパルスとカム角センサ５８から出力されるパルスに基づいて行う。そして、ステップＳ１４０で３番気筒が吸気バルブ開位置の直前に至っていないときにはそのまま待機し、その吸気バルブ開位置の直前に至ったときには３番気筒のインジェクタ３２に通電して燃料を噴射するようエンジンＥＣＵ７０へ指令する（ステップＳ１５０）。この結果、インジェクタ３２から噴射された燃料が吸気ポート３６内の空気と混合して混合気となり、その混合気は吸気バルブ３４が開いたときに３番気筒の燃焼室３７へ吸入される。

その後、エンジン３０の回転が停止したか否かを判定し（ステップＳ１６０）、エンジン３０の回転が停止していないときにはそのまま待機し、停止したときにはこの自動停止制御ルーチンを終了する。この自動停止制御ルーチンが終了すると、エンジン３０は、前述したように、３番気筒のピストン３８が圧縮行程の吸気バルブ閉位置から点火時期までの間、つまり図２（ｃ）の停止区間内で停止している。また、圧縮行程で停止している３番気筒には混合気が閉じこめられている。

次に、自動再始動制御ルーチンについて説明する。図４はこのルーチンのフローチャートである。このルーチンは、自動制御ルーチン終了後、上述したアイドルストップ制御の所定の再始動条件が成立したときにハイブリッドＥＣＵ８０によって実行される。このルーチンが開始されると、ハイブリッドＥＣＵ８０は、バッテリ４８の電力を利用してモータジェネレータ４４を回転駆動させてエンジン３０のクランキングを開始する（ステップＳ２１０）。すると、圧縮行程で停止していた３番気筒のピストン３８が上死点に向かって動き出す。続いて、この圧縮行程気筒である３番気筒が上死点付近に定められた点火時期に至ったか否かを判定し（ステップＳ２２０）、３番気筒が点火時期に至っていないときにはそのまま待機し、３番気筒が点火時期に至ったときにはこの３番気筒の点火プラグ３３に放電電圧を印加してスパークを発生させて点火を行う（ステップＳ２３０）。なお、点火時期は、図２（ｃ）に示すように圧縮行程での上死点前の所定角度に設定されている。

続いて、３番気筒内の混合気が着火したか失火したかを判定する（ステップＳ２４０）。この判定は、点火前後のクランク角センサ５６が出力するパルスのパルス幅に基づいて行う。図５に示すように、エンジン回転数Ｎｅはモータジェネレータ４４によるクランキング開始後上昇しその後圧縮行程気筒である３番気筒の点火時期手前で下降し始めるが、３番気筒の混合気が着火すると燃焼トルクが発生するため再び上昇し、逆に、３番気筒の混合気が失火すると燃焼トルクが発生しないため上昇しない。ここで、クランク角センサ５６はクランクシャフトが所定角度回転するごとにパルスを出力するものであるから、３番気筒内の混合気が着火したときには点火前のパルス幅Ｔ１と点火後のパルス幅Ｔ２から算出されるパルス幅変化率ΔＴ（＝Ｔ１／Ｔ２）はしきい値△Ｔｔｈｒ以上となり、３番気筒内の混合気が失火したときにはパルス幅変化率ΔＴはしきい値ΔＴｔｈｒ未満となる。このしきい値ΔＴｔｈｒは、３番気筒内の混合気が着火したか失火したかを判定するための基準値であり、本実施形態では、３番気筒内の混合気が着火したときのパルス幅変化率ΔＴと３番気筒の混合気が失火したときのパルス幅変化率ΔＴとを何度も実験を行って統計的に求めておき、両者の事象を経験的に区別し得る値として定められている。

そして、ステップＳ２４０で３番気筒内の混合気が失火したと判定されたときには、３番気筒のピストン３８が点火遅角限界角度（図２（ｃ）参照）を越えたか否かを判定する（ステップＳ２５０）。この点火遅角限界角度は、圧縮行程後の膨張行程において点火したときに混合気が失火する確率が急に高くなる角度であり、本実施形態では圧縮行程での上死点後４０〜５０°（ＡＴＤＣ４０〜５０°）の範囲に設定されている。このステップＳ２５０で３番気筒のピストン３８が点火遅角限界角度を越えていないときには、３番気筒は膨張行程に移行しているものの点火すれば混合気に着火する可能性があるため３番気筒の点火プラグ３３に放電電圧を印加してスパークを発生させて再点火を行い（ステップＳ２６０）、その後再びステップＳ２４０に戻る。このときの点火は、多重点火を採用してもよい。一方、ステップＳ２５０で３番気筒のピストン３８が点火遅角限界角度を越えたときには、３番気筒のピストン３８が排気バルブ開位置（図２（ｃ）参照）に到達したか否かを判定し（ステップＳ２７０）、排気バルブ開位置に到達していないときには、点火遅角限界角度に到達する前に比べて高い頻度で多重点火を行い（ステップＳ２８０）、その後再びステップＳ２７０に戻る。３番気筒のピストン３８が点火遅角限界角度を越えたときには点火しても混合気に着火する可能性が低いため、火炎の伝播によって混合気を完全に燃焼させることは難しいことから、点火の頻度を高めることにより点火プラグ３３の周辺に存在する未燃混合気を燃焼させることを繰り返す。これにより、３番気筒内の未燃混合気が減少する。

さて、ステップＳ２４０で３番気筒内の混合気が着火したときか、ステップＳ２７０で３番気筒のピストン３８が排気バルブ開位置に到達したときには、次に圧縮行程に至る気筒のピストン３８が上死点付近に達したときその気筒の点火プラグ３３にスパークを発生させる（ステップＳ２８５）。これにより、更にエンジン３０を正回転させる燃焼トルクが得られる。そして、エンジン回転数Ｎｅが所定の再始動回転数Ｎｓｔａｒｔに達したか否かを判定し（ステップＳ２９０）、エンジン回転数Ｎｅが再始動回転数Ｎｓｔａｒｔに達していないときには再びステップＳ２８５へ戻り、エンジン回転数Ｎｅが再始動回転数Ｎｓｔａｒｔに達したときにはモータジェネレータ４４による正回転アシストを終了し（ステップＳ２９５）、この自動再始動制御ルーチンを終了する。なお、本ルーチン終了後は、通常の走行時の制御を実行することになる。

ここで、本実施形態の構成要素と本発明の構成要素との対応関係を明らかにする。本実施形態のハイブリッドＥＣＵ８０が再始動条件判定手段に相当し、ハイブリッドＥＣＵ８０とエンジンＥＣＵ７０の両方がエンジン停止制御手段や気筒処理実行手段、再始動制御手段に相当し、モータジェネレータ４４が本発明の回転駆動手段に相当する。

以上詳述した本実施形態のハイブリッド自動車２０によれば、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた３番気筒はエンジン再始動後に最初に点火時期を迎える気筒であり、その内部状態は気流が停止しているうえ混合気の気化量などにばらつきがあるため失火しやすいことから、この気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返す。したがって、エンジン停止時に圧縮行程で停止する３番気筒内に入れておいた混合気がエンジン再始動後着火する確率が向上する。この結果、エンジン再始動が迅速に行われることが多くなり、また、未燃の混合気が排出されることが少なくなる。

また、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた３番気筒内の混合気はピストン３８が点火遅角限界角度を超えると失火確率が高くなるが、点火遅角限界角度を超えたあとは点火の頻度を上げるため、この気筒内の混合気が未燃のまま排出されることが抑制される。このとき、ピストン３８が排気バルブ開位置に到達したあとは排気バルブ３５から気筒内の気体が排出されるため、点火を行っても意味がないことから点火は行わない。

更に、モータジェネレータ４４にクランクシャフト３９を正回転させアシストすることにより確実にエンジン３０を再始動させることができる。このモータジェネレータ４４は、制動エネルギを電気エネルギに変換してバッテリ４８に蓄えておき、エンジン再始動時にその電気エネルギを利用してエンジン３０の再始動をアシストするため、エネルギを有効に利用できる。

更にまた、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた３番気筒に点火した後該気筒内の混合気に着火したか否かの判定を、クランク角センサ５６によって出力されるパルスのパルス幅変化率ΔＴに基づいて行うため、簡易且つ正確に着火・失火を検出することができる。なお、パルス幅変化率ΔＴをＴ１−Ｔ２とし、ΔＴが差分しきい値を超えたときには着火と判定し、ΔＴが差分しきい値を超えないときには失火と判定してもよい。

そして、アイドルストップ制御では走行途中に何度もエンジン停止と再始動を繰り返すため、エンジン再始動時に消費されるモータジェネレータ４４の電気エネルギの低減量累算値が大きくなり有利である。

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。

例えば、上述した実施形態の自動停止制御ルーチンの代わりに、図６に示す自動停止制御ルーチンを採用してもよい。図６では、ステップＳ１３０の次に、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒である４番気筒が吸気バルブ開位置の直前に至ったか否かを判定し（ステップＳ１３２）、４番気筒が吸気バルブ開位置の直前に至っていないときにはそのまま待機し、吸気バルブ開位置の直前に至ったときには４番気筒のインジェクタ３２に通電して燃料を噴射するようエンジンＥＣＵ７０へ指令する（ステップＳ１３４）。この結果、インジェクタ３２から噴射された燃料が吸気ポート３６内の空気と混合して混合気となり、その混合気は吸気バルブ３４が開いたときに４番気筒の燃焼室３７へ吸入される。その後は先ほどと同様、ステップＳ１４０以降の処理を実行する。この図６の自動停止制御ルーチンが終了すると、膨張行程で停止している４番気筒や圧縮行程で停止している３番気筒には混合気が閉じこめられる。その後、エンジン３０の再始動条件が成立したときには、図７の自動再始動制御ルーチンを実行する。即ち、まず膨張行程で停止している４番気筒に点火してその燃焼トルクによりエンジン３０をクランキングする（ステップＳ２１２）。その後は図４と同様、ステップＳ２２０以降の処理を実行する。このようにエンジン再始動時にモータでクランキングするのではなく膨張行程気筒の燃焼トルクによりクランキングを行っても、上述した実施形態と同様の効果が得られる。なお、この場合、自動再始動制御ルーチンにおいてモータジェネレータ４４による正回転アシストを行うようにしてもよいし、このようなアシストを省略してもよい。

また、上述した実施形態では、燃料噴射方式として吸気ポートに燃料を噴射するポート式を採用したが、気筒内に燃料を直接噴射する直噴式を採用してもよい。

更に、上述した実施形態では、モータジェネレータ４４によりエンジン３０のクランキングを行うようにしたが、専ら電動機として使用し発電機として使用しないスタータモータによりエンジン３０のクランキングを行うようにしてもよい。

更にまた、上述した実施形態では、クランク角センサ５６としてＭＲＥ回転センサを採用したが、クランクシャフト３９に取り付けられたマグネットロータに対向する位置にホール素子を配置して磁束密度変化を電圧変化に変換する磁電変換式センサを採用してもよいし、発光ダイオードとフォトトランジスタとを対向させその間をスリットを切った円盤が回転することによりクランク角を検出する光電式センサを採用してもよいし、クランクシャフト３９と一体となって回転する歯車の歯がコイルのコアに接近するごとにパルスを出力する電磁誘導ピックアップ式センサを採用してもよい。ただし、クランクシャフト３９の低速回転時においても良好な出力が得られることを考慮するとＭＲＥ回転センサや磁電変換式センサ、光電式センサが好ましい。なお、エンジン側プーリ２４とＭＧ側プーリ２６に架け渡されたベルト２８にスベリが発生しないならばモータジェネレータ４４に取り付けた回転数センサからの出力に基づいてクランク角を算出してもよい。この場合の回転数センサとしてはＭＲＥ回転センサや磁電変換式センサ、光電式センサが好ましい。

そして、上述した実施形態では、エンジン停止時の圧縮行程気筒が３番気筒となるようにしたが、３番気筒以外の気筒をエンジン停止時の圧縮行程気筒となるようにエンジン停止制御を行ってもよい。あるいは、アイドルストップ制御が実行されるごとにエンジン停止時の圧縮行程気筒を順次変えていってもよい。エンジン停止時の圧縮行程気筒をある特定の気筒に固定した場合にはアイドルストップ制御を繰り返すにつれてその気筒の状態が他の気筒と異なってくるおそれがあるのに対し、順次変えるようにした場合にはそのようなおそれが少ない。

そしてまた、上述した実施形態では、４気筒エンジンを例に挙げて説明したが、他の多気筒エンジンにおいても同様にして本発明を適用することができる。

そして更にまた、上述した実施形態では、ハイブリッド自動車２０に本発明を適用した場合を例示したが、モータジェネレータ４４の動力を車両駆動軸に伝達させない構成の単なるアイドルストップ機能付き車両に本発明を適用してもよいことはいうまでもない。

ハイブリッド自動車の構成の概略を示す説明図である。クランク角ＣＡと各気筒の行程との対応関係を表す説明図である。自動停止制御ルーチンのフローチャートである。自動再始動制御ルーチンのフローチャートである。エンジン再始動時の時間とエンジン回転数との関係を表すグラフである。他の自動停止制御ルーチンのフローチャートである。他の自動再始動制御ルーチンのフローチャートである。

符号の説明

２０ハイブリッド自動車、２２吸気通路、２４エンジン側プーリ、２６ＭＧ側プーリ、２８ベルト、３０エンジン、３１気筒、３２インジェクタ、３３点火プラグ、３４吸気バルブ、３５排気バルブ、３６吸気ポート、３７燃焼室、３８ピストン、３９クランクシャフト、４０吸気カム、４１吸気カムシャフト、４２排気カム、４３排気カムシャフト、４４モータジェネレータ、４６インバータ、４８バッテリ、５０オートマチックトランスミッション、５２デファレンシャルギヤ、５４ａ，５４ｂ駆動輪、５６クランク角センサ、５８カム角センサ、６４イグニッションコイル、７０エンジンＥＣＵ、７２シフトレバー、７３シフトポジションセンサ、７４アクセルペダル、７５アクセルペダルポジションセンサ、７６ブレーキペダル、７７ブレーキポジションセンサ、８０ハイブリッドＥＣＵ。

Claims

所定のエンジン停止条件が成立したときにエンジンを停止させるエンジン停止制御手段と、
エンジン停止時に圧縮行程で停止する気筒に混合気を入れておく気筒処理実行手段と、
前記エンジンが停止している間に所定のエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する再始動条件判定手段と、
前記エンジンを回転駆動可能な回転駆動手段と、
前記再始動条件判定手段によってエンジン再始動条件が成立したと判定されたときには、前記回転駆動手段によって停止中のエンジンを回転させてエンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒のピストンを上死点付近に動かしたあと該気筒に点火し、該点火後に該気筒内の混合気が失火したときには、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返す再始動制御手段と、
を備えたエンジン停止再始動制御装置。
前記再始動制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒に点火した後該気筒内の混合気が失火したときには、該気筒のピストンが点火遅角限界角度に至るまでの期間中、該気筒内の混合気が着火するまで点火を繰り返し、該気筒のピストンが点火遅角限界角度を超えても該気筒内の混合気が着火しなかったときには頻度を上げて点火を繰り返す、請求項１に記載のエンジン停止再始動制御装置。
前記再始動制御手段は、前記気筒のピストンが点火遅角限界角度を超えても該気筒内の混合気が着火しなかったときには、該気筒のピストンが排気バルブ開位置に到達するまで頻度を上げて点火を繰り返す、請求項２に記載のエンジン停止再始動制御装置。
前記点火遅角限界角度は、圧縮行程における上死点後４０〜５０°の範囲に設定されている、請求項２又は３に記載のエンジン停止再始動制御装置。
前記回転駆動手段は、モータである、請求項１〜４のいずれかに記載のエンジン停止再始動制御装置。
前記気筒処理実行手段は、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒にも混合気を入れておき、
前記回転駆動手段は、前記再始動条件判定手段によってエンジン再始動条件が成立したと判定されたときに、エンジン停止時に膨張行程で停止する気筒に点火して燃焼トルクにより停止中のエンジンを回転駆動させる、
請求項１〜４のいずれかに記載のエンジン停止再始動制御装置。
請求項１〜６のいずれかに記載のエンジン停止再始動制御装置であって、
エンジンのクランクシャフトが所定角度回転するごとにパルスを出力するクランク角センサ、
を備え、
前記再始動制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒に点火した後該気筒内の混合気に着火したか否かの判定を、前記クランク角センサによって出力されるパルスのパルス幅に基づいて行う、エンジン停止再始動制御装置。
前記再始動制御手段は、エンジン停止時に圧縮行程で停止していた気筒に点火した後該気筒内の混合気に着火したか否かの判定につき、前記クランク角センサによって出力されるパルスのパルス幅変化率と予め定めたしきい値との比較結果に基づいて該気筒内の混合気に着火したか否かを判定する、請求項７に記載のエンジン停止再始動制御装置。
前記エンジン停止制御手段は、アイドルストップ制御におけるエンジン停止条件が成立したときに前記エンジンが停止するよう制御し、
前記再始動条件判定手段は、前記アイドルストップ制御におけるエンジン再始動条件が成立したか否かを判定する、
請求項１〜８のいずれかに記載のエンジン停止再始動制御装置。
請求項１〜９のいずれかに記載のエンジン停止再始動制御装置を搭載した車両。