JP2009209775A

JP2009209775A - ディーゼルエンジンの自動停止装置

Info

Publication number: JP2009209775A
Application number: JP2008053503A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-03-04
Filing date: 2008-03-04
Publication date: 2009-09-17
Anticipated expiration: 2028-03-04
Also published as: JP4978514B2

Abstract

【課題】自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、再始動条件が成立したときにエンジンを再始動させるエンジン制御装置と、停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定停止範囲外にあるときに筒内を加熱するグロープラグと、該グロープラグ及びその他の車両電気負荷に電力を供給するメインバッテリと、エンジン再始動時にスタータモータに電力を供給するサブバッテリとを備えたディーゼルエンジンの自動停止装置において、エンジン再始動時にヒルホルダ等の車両電気負荷への電力供給量が低下するのを防止しつつ、エンジンの再始動性の向上を図る。
【解決手段】メインバッテリの劣化が大きい場合（ステップＳ２３でＹＥＳの場合）には、再始動条件が成立したときに停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定停止範囲外にあったとしても、グロープラグを非作動としてエンジンを再始動させる。
【選択図】図５

Description

本発明は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに該自動停止後のエンジンを再始動させる自動停止・再始動制御手段を備えたディーゼルエンジンの自動停止装置に関する技術分野に属する。

従来より、燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等を目的として、アイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたエンジン制御システム（アイドルストップシステム）が知られている。このようなシステムでは、発進操作等のエンジン再始動要求に対して即座にエンジンを始動しなくてはならず、この再始動性を向上させるために様々な技術が提案されている。

例えば、特許文献１に示すものでは、ディーゼルエンジンのアイドルシステムにおいて、エンジンを再始動させる際に圧縮行程にある気筒（燃焼を開始する気筒）のピストン位置が所定範囲外にあるときには、圧縮ストロークの不足による筒内温度上昇不足を補うべく、グロープラグにより筒内を加熱するようにしている。
特開２００４−１７６５６９号公報

ところで、アイドルストップシステムを搭載した車両では、エンジンの始動／停止が頻繁に繰り返されることによりバッテリ電力が不足しがちになり、このため、エンジンの再始動要求があったときでもエンジンスタータによるクランキングを確実に実行することができず、その始動確実性が低下するという問題がある。

そこで、エンジン再始動時にエンジンスタータに電力供給を行うための専用バッテリ（第２バッテリ）を別途設けることが考えられる。

こうすることで、車両安全性の観点からエンジン自動停止中においても確実な作動が求められる電気負荷（ヒルホルダ等）に対しては、メインとなるバッテリ（第１バッテリ）から十分に電力供給を行うことができるとともに、エンジン再始動要求があったときに確実な作動が求められるスタータに対しては、上記専用バッテリから十分に電力供給を行うことができて、車両の安全性とエンジン再始動性の向上との両立を図ることができる。

そして、このようなアイドルストップシステムをディーゼルエンジンに適用する場合には、エンジン再始動に際して筒内温度が不足することに起因する始動性の悪化を防止するべく、上記特許文献１と同様にグロープラグによる筒内加熱を行うようにすることが好ましい。

しかしながら、この場合、エンジンを再始動させる際に消費電力の大きいグロープラグに対してメインバッテリから電力を供給する必要があるので、ヒルホルダ等のグロープラグ以外の電気負荷への供給電力が低下するという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときにエンジンを再始動させるディーゼルエンジンの自動停止装置に対して、その構成および制御方法に工夫を凝らすことで、エンジン再始動時にヒルホルダ等の電気負荷への電力供給量が低下するのを防止して車両の安全性を確保しつつ、エンジン再始動時におけるその始動性（始動確実性及び始動迅速性）の向上を図ろうとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、第１バッテリの劣化が大きい場合には、再始動条件成立時に停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定範囲外にあったとしても、グロープラグを非作動としてエンジンを再始動させるようにした。

具体的には、請求項１の発明では、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに該自動停止後のエンジンを再始動させる自動停止・再始動制御手段を備えたディーゼルエンジンの自動停止装置を対象とする。

そして、上記エンジンの各気筒の燃焼室に臨んで配設されるグロープラグと、少なくとも上記エンジンの自動停止中に電力供給が必要な電気負荷と上記グロープラグとに電力を供給するための第１バッテリと、上記エンジンのスタータに電力を供給するための第２バッテリと、上記第１バッテリの劣化度合に関連する値を検出するとともに該検出情報を上記自動停止・再始動制御手段に出力するバッテリ劣化度合検出手段とを備え、上記自動停止・再始動制御手段は、上記エンジンを再始動させるに際して停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定範囲内にあるときには、上記グロープラグを非作動として上記スタータを作動させる一方、上記停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定範囲外にあるときには、該グロープラグ及びスタータを共に作動させて、当該停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させるものであって、上記バッテリ劣化度合検出手段からの検出情報を基に上記第１バッテリの劣化度合が所定度合よりも大きいと判定した場合には、上記エンジンを再始動させる際に上記停止時圧縮行程気筒のピストン位置が上記所定範囲外にあったとしても、上記グロープラグを非作動として上記スタータを作動させるとともに該スタータの作動により圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒から燃焼を再開させるように構成されているものとする。

上記の構成によれば、自動停止・再始動制御手段は、第１バッテリの劣化度合が所定度合よりも大きく且つ停止時圧縮行程気筒（自動停止条件の成立によりエンジンの停止が完了したときに圧縮行程にある気筒）のピストン位置が所定範囲外となる場合を除いて、エンジンを再始動させる際に停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定範囲内にあるときには、グロープラグを非作動としてスタータを作動させる一方、停止時圧縮行程気筒のピストンが所定範囲外にあるときには、グロープラグ及びスタータを共に作動させて、停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させる。このことで、エンジンを再始動させる際に停止時圧縮行程気筒が所定範囲外にあるために該ピストンの圧縮による温度上昇だけでは始動が困難な場合でも、グロープラグを通電して該気筒内を加熱することができ、これによって、該停止時圧縮行程気筒から燃焼を確実に開始させることができる。

また、自動停止・再始動制御手段は、第１バッテリの劣化度合が所定度合よりも大きいと判定した場合には、上記エンジンを再始動させる際に停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定範囲外にあったとしても、上記グロープラグを非作動として上記スタータを作動させるとともに該スタータの作動により圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒（自動停止条件の成立によりエンジンの停止が完了したときに吸気行程にある気筒）から燃焼を再開させる。このことで、第１バッテリが劣化している場合には、該第１バッテリーからグロープラグに供給していた電力を該グロープラグ以外の電気負荷に供給することができる。従って、安全性の観点から確実な作動が求められるヒルホルダや電動パワーステアリングといった電気負荷に対してエンジン再始動時にも十分な電力を供給することできて、車両の安全性を確保することができる。また、圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒から燃焼が開始されるので、圧縮ストロークが不足する停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開する場合に比べて筒内温度を十分に高めることができ、この結果、燃焼を確実に再開させることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記エンジンの吸気通路に配設される吸気絞り弁と、上記吸気絞り弁の作動を制御する弁作動制御手段とをさらに備え、上記弁作動制御手段は、上記自動停止条件が成立して上記自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させる際には、上記停止時圧縮行程気筒のピストン位置が上記所定範囲内になるように上記吸気絞り弁の開度を制御するよう構成されているものとする。

このことにより、エンジン自動停止完了時における停止時圧縮行程気筒のピストン位置を極力、所定範囲内に納めることができる。従って、停止時圧縮行程気筒が所定範囲外にあるときに作動するグロープラグの作動頻度を低減することができ、延いては、第１バッテリからグロープラグへの電力供給頻度を低減することができる。これにより、第１バッテリの劣化を抑制することができるので、ヒルホルダー等の電気負荷に確実に電力を供給することができ、この結果、車両の安全性を可及的に向上させることができる。

以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの自動停止装置によると、エンジン再始動時にヒルホルダ等の電気負荷への電力供給量が低下するのを防止して車両の安全性を確保しつつ、エンジン再始動性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１及び図２は、本発明の実施形態に係るディーゼルエンジンの自動停止装置を含むアイドルストップシステムＥを示し、このシステムＥは、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を備えたディーゼルエンジン１０と、該エンジン１０を制御するためのエンジン制御装置（以下、ＥＣＵという）１００とを備えている。

エンジン１０（図１参照）のシリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２には、エンジン前側から順に４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄが直列に配設されている。また、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの内部には、図略のコネクティングロッドによつてクランクシャフト１５に連結されたピストン１６が嵌挿される。ピストン１６には、シリンダヘッド１１とともに燃焼室１７を区画するキャビティ１６ａが形成されている。各気筒１４Ａ〜１４Ｄに設けられたピストン１６は、所定の位相差をもってクランクシャフト１５の回転に伴い上下運動を行うように構成されている。ここで、４気筒４サイクルエンジンであるエンジン１０では、各気筒１４Ａ〜１４Ｄが所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、各サイクルが１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順にクランク角で１８０°(１８０°ＣＡ)の位相差をもって行われるように構成されている。

シリンダヘッド１１には、プラグ先端が燃焼室１７内に臨むように配置されたグロープラグ１８が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。また、シリンダヘッド１１には、燃料噴射弁１９が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。この燃料噴射弁１９は、燃料を当該燃料噴射弁１９の開弁圧(噴射圧)以上の高圧状態で蓄えて分配するコモンレール２０に対し、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に配設された分岐管２１を介してそれぞれ接続されている。各燃料噴射弁１９は、通電により電磁力で燃料通路を開くことで燃料圧力により噴射ノズルの真弁が開き、コモンレール２０から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室１７を区画するピストン１６のキャビティ１６ａに向けて気筒１４Ａ〜１４Ｄ内に直接噴射供給するものである。本実施形態においては、燃料圧力を検出するための燃圧センサＳＷ１がコモンレール２０に設けられている。燃料噴射弁１９の燃料噴射量は、通電時間で制御される。また、燃料噴射弁１９に燃料を供給するコモンレール２０は、高圧燃料供給管２２を介して燃料供給ポンプ２３に接続されている。

シリンダヘッド１１には、燃焼室１７に向かって開口する吸気ポート２４および排気ポート２５が各気筒１４Ａ〜１４Ｄの上部に設けられている。そして、これらのポート２４、２５と燃焼室１７との連結部分には、吸気バルブ２６および排気バルブ２７がそれぞれ装備されている。吸気ポート２４および排気ポート２５には、吸気通路２８および排気通路２９が接続されている。吸気通路２８の下流側は、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に分岐した分岐吸気通路２８ａに分岐しており、この各分岐吸気通路２８ａの上流端がそれぞれサージタンク２８ｂに連通している。このサージタンク２８ｂよりも上流側には共通吸気通路２８ｃが設けられている。

図１では模式化されているが、上記共通吸気通路２８ｃには、各気筒１４Ａ〜１４Ｄに流入する吸気流通量を調整可能な吸気シャッタ弁（吸気絞り弁）３０と、吸気流通量を検出するエアフローセンサＳＷ２と、吸気圧力Ｐｉｎａを検出する吸気圧センサＳＷ３と、吸気温度を検出する吸気温度センサＳＷ４とが設けられている。吸気シャッタ弁３０は、アクチュエータ３０ａによって開閉駆動されるように構成されている。図示の例において、吸気シャッタ弁３０は、全閉状態でも空気が流通するように設定されている。

エンジン１０には、タイミングベルト等によりクランクシャフト１５に連結されたオルタネータ３２が付設されている。このオルタネータ３２は、図略のフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路３３を内蔵し、このレギュレータ回路３３に入力されるＥＣＵ１００からの制御信号に基づき、車両の電気負荷および車載バッテリ８０の電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。

エンジン１０には、当該エンジン１０を始動するためのスタータモータ３４が設けられている。このスタータモータ３４は、モータ本体３４ａとピニオンギヤ３４ｂとを有している。ピニオンギヤ３４ｂは、モータ本体３４ａの出力軸上にて相対回転不能な状態で往復移動する。また、クランクシャフト１５には、図略のフライホイールに固定されたリングギヤ３５が、回転中心に対して同心に設けられている。そして、このスタータモータ３４を用いてエンジン１０を再始動する場合には、このピニオンギヤ３４ｂが所定の噛合位置に移動して、フライホイールに固定されたリングギヤ３５に噛合することにより、クランクシャフト１５が回転駆動されるようになっている。

さらに、エンジン１０には、クランクシャフト１５の回転角を検出する２つのクランク角度センサＳＷ５、ＳＷ６が設けられ、一方のクランク角度センサＳＷ５から出力される検出信号(パルス信号)に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが検出されるとともに、この両クランク角度センサＳＷ５、ＳＷ６から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト１５の回転角度が検出されるようになっている。さらに、エンジン１０には、冷却水温度を検出する水温センサＳＷ７と、車両のアクセルペダル３６の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ８と、車両のブレーキペダル３７の操作を検出するブレーキペダルセンサＳＷ９とが設けられている。

エンジン１０には、排気還流装置４０が設けられている。排気還流装置４０は、ＥＧＲを排気通路２９から吸気通路２８に環流するＥＧＲ通路４１と、このＥＧＲ通路４１の途中に設けられたＥＧＲ弁４２とを備えている。ＥＧＲ弁４２は、次に説明するＥＣＵ１００によって、開閉制御されるようになっている。

図２は、上記アイドルストップシステムＥに係る電力供給系の構成を示し、このシステムＥは、メインバッテリ８０ａ（第１バッテリ）と、サブバッテリ８０ｂ（第２バッテリ）との２つのバッテリを備えた、２バッテリシステムとされている。

メインバッテリ８０ａは、相対的に容量の大きいバッテリである。メインバッテリ８０ａは、車両電気負荷８２に常時接続されていて、主としてこれらに対する電力供給を行う。車両電気負荷８２は、自動変速機用の油圧発生用電動オイルポンプ８２ａ（負荷１）、電動パワーステアリングのモータ８２ｂ（負荷２）、坂道停車中に車両のずり下がりを防止するヒルホルダ機構８２ｃ（負荷３）、及びグロープラグ１８（負荷４）を含んでおり、この他にも、例えば、ナビゲーションシステム、オーディオ、各種ライト、各種メータ類等が挙げられる。

メインバッテリ８０ａはまた、パワーリレー８５を介してスタータモータ３４に接続されている。パワーリレー８５はＥＣＵ１００によってそのオン・オフが制御される。パワーリレー８５がオフのときには、メインバッテリ８０ａからスタータモータ３４への電力供給がなされず、パワーリレー８５がオンのときに、メインバッテリ８０ａからスタータモータ３４への電力供給が可能となる。

メインバッテリ８０ａはさらに、オルタネータ３２に常時接続されており、これによって、オルタネータ３２によって発電された電力はメインバッテリ８０ａに蓄電される。

サブバッテリ８０ｂは、相対的に容量の小さいバッテリであり、ここではスタータモータ３４の駆動専用のバッテリとされている。サブバッテリ８０ｂは、スタータモータ３４に対し常時接続されており、スタータモータ３４に対し電力供給が可能とされている。サブバッテリ８０ｂはまた、チャージリレー８７を介してオルタネータ３２（メインバッテリ８０ａ）に接続されている。チャージリレー８７はＥＣＵ１００によってそのオン・オフが制御される。チャージリレー８７がオンのときには、オルタネータ３２で発電された電力はサブバッテリ８０ｂにも蓄電される。

また、バッテリ８０ａ，８０ｂには、バッテリ電圧を検出するための電圧センサＳＷ１０，１１（バッテリ劣化度合検出手段に相当）が設けられている。該電圧センサＳＷ１０，１１は、ＥＣＵ１００に接続されており、ＥＣＵ１００は、後述するように、該電圧センサＳＷ１０，１１からの電圧信号を基にバッテリ８０ａ，８０ｂの劣化判定を行うとともに、該判定結果に基づいてエンジン再始動制御を行う。

ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース並びにこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成され、各センサＳＷ１〜ＳＷ１１を初めとする入力要素からの検出信号に基づき、種々の演算を行うとともに、燃料噴射弁１９やスタータモータ３４、或いはグロープラグ１８等の各アクチュエータの制御信号を出力するものである。例えば、運転条件に応じた燃料の噴射量および噴射時期や点火時期を演算し、燃料噴射弁１９等に制御信号を出力している。また、運転条件に応じて吸気シャッタ弁３０の目標開度を演算し、吸気シャッタ弁３０の開度がこの目標開度となるような制御信号を吸気シャッタ弁３０のアクチュエータ３０ａに出力している。

ＥＣＵ１００は、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１０１と、運転状態判定部１０１の判定に基づいてエンジン１０の燃料噴射を制御する燃料噴射制御部１０２と、運転状態判定部１０１の判定に基づいて筒内へ流入する吸気流通量を調整する吸気流通量制御部１０３と、運転状態判定部１０１の判定に基づいて再始動条件の成立時にエンジン１０のスタータモータ３４を駆動制御するスタータ制御部１０４と、グロープラグ１８を制御するグロープラグ制御部１０５と、排気還流装置４０を駆動制御するＥＧＲ制御部１０６と、バッテリ８０（メインバッテリ８０ａ及びサブバッテリ８０ｂ）の劣化度合を検出するバッテリ劣化度合判定部１０７と、バッテリ制御部１０８とを有している。

運転状態判定部１０１は、燃圧センサＳＷ１、エアフローセンサＳＷ２、吸気圧センサＳＷ３、吸気温度センサＳＷ４、クランク角度センサＳＷ５、ＳＷ６、水温センサＳＷ７、およびアクセル開度センサＳＷ８、ブレーキペダルセンサＳＷ９等からのセンサ信号に基づき、エンジン１０の自動停止条件や再始動条件の成立又は解除、並びに、エンジン１０の運転状態が低負荷運転状態にあるか否か等を判定するモジュールである。この他にも、運転状態判定部１０１は、燃料圧力、ピストン１６の停止位置、筒内温度、或いはエンジン１０が正転しているか否か等、種々の運転状態を判定する。この運転状態判定部１０１は、エンジン１０が自動停止時しているときにおけるピストン１６の停止位置の判定や、ピストン１６が停止すべき適正停止位置ＳＡの設定をするものでもある。本実施形態において、停止時圧縮行程気筒（エンジン１０の停止完了時に圧縮行程となる気筒）の適正停止位置ＳＡは、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。すなわち、ディーゼルエンジンにおいては、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射し、スタータモータ３４でピストン１６を駆動して、当該燃料が噴射された気筒内で混合気を自着火させる必要があるため、ピストン１６は、下死点側に停止しているのが好ましい。他方、ピストン１６が下死点近傍にある場合には、スタータモータ３４の駆動時間が長くなるので、確実な自着火とスタータモータの駆動時間短縮とを両立させるために、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。尚、本実施形態において、運転状態判定部１０１は、車両のブレーキペダル３７のＯＮ/ＯＦＦや車速等も判定できるように図略のセンサからの検出信号が入力されるようになっている。

燃料噴射制御部１０２は、運転状態判定部１０１の判定に基づき、エンジン１０の適正な空燃比に対応する燃料噴射量と、燃料噴射タイミングとを設定し、その設定に基づいて、燃料噴射弁１９を駆動制御するモジュールである。

吸気流通量制御部１０３は、運転状態判定部１０１の判定に基づき、エンジン１０の適正な吸気流通量を設定し、その設定に基づいて、吸気シャッタ弁３０を駆動制御するモジュールである。

スタータ制御部１０４は、エンジン１０の始動時にスタータモータ３４に制御信号を出力し、スタータモータ３４を駆動するモジュールである。

グロープラグ制御部１０５は、グロープラグ１８の駆動を制御するモジュールである。

ＥＧＲ制御部１０６は、所定の部分負荷運転領域において、ＥＧＲ弁４２を開くことにより、燃焼安定性を図るものである。

バッテリ劣化度合判定部１０７は、バッテリ電圧センサＳＷ１０，１１からの電圧信号等を基に各バッテリ８０ａ，８０ｂの劣化判定を行う。

具体的には、スタータモータ３４の専用バッテリであるサブバッテリ８０ｂの劣化検出は、サブバッテリ８０ｂからスタータモータ３４への電力供給時におけるその電圧低下を基に行う。より詳細には、サブバッテリ８０ｂの電圧低下時の最小電圧Ｖｓ（図６参照）が、劣化判定電圧Ｖｓ１よりも小さいときには、サブバッテリ８０ｂの劣化度合がその劣化限界値を超えたと判定する。尚、図６は、サブバッテリ８０ｂの劣化度合が劣化限界値を超えていない状態を示している。

一方、主に車両電気負荷８２への電力供給を行うメインバッテリ８０ａの劣化判定は、エンジン運転中及びエンジン自動停止中に、バッテリ電圧Ｖｍ、バッテリ電流Ｉｍ、及びバッテリ温度Ｔｍを基に行う。具体的には、バッテリ電圧Ｖｍが劣化判定電圧Ｖｍ１よりも大きいときには、メインバッテリ８０ａの劣化度合がその劣化限界値（所定度合）を超えたと判定する。ここで、この劣化判定電圧Ｖｍ１は、バッテリ電流Ｉｍ及びバッテリ温度Ｉｍを基に、予め設定されたマップ（図７参照）により決定する。図７に示すように、例えば、バッテリ電流がＩｍ´でバッテリ温度がＴｍ２のときには、劣化判定電圧はＶｍ２´となる。

バッテリ制御部１０８は、バッテリ８０ａ，８０ｂの充放電制御を行う。具体的には、バッテリ制御部１０８は、キースイッチ８３のオン信号を検出したときには、パワーリレー８５をオン状態にするとともにメインバッテリ８０ａを放電させてその放電電力をスタータモータ３４に供給する。すなわち、乗員のキー操作によるエンジン始動は、メインバッテリ８０ａからスタータモータ３４への電力供給により行われる。

また、該バッテリ制御部１０８は、再始動条件が成立したときにはパワーリレー８５をオフ状態にするとともにサブバッテリ８０ｂを放電させてその放電電力をスタータモータ３４に供給する。すなわち、エンジン自動停止後のエンジン再始動は、サブバッテリ８０ｂからスタータモータ３４への電力供給により行われる。従って、サブバッテリ８０ｂは、エンジン再始動時におけるスタータモータ３４の駆動専用バッテリであると言える。尚、サブバッテリ８０ｂの劣化度合が劣化限界値を超えているときには、この劣化を補うべくパワーリレー８５をオン状態にしてメインバッテリ８０ａからスタータモータ３４への電力供給も行う。これにより、スタータモータ３４の再始動を確実に行うことができる。

また、バッテリ制御部１０８は、エンジン自動停止中（アイドルストップ中）及びエンジン運転中には、メインバッテリ８０ａを放電させてその放電電力を車両電気負荷８２に供給する。

次に、エンジン１０の自動停止制御、再始動制御について、その制御例を説明する。

図３は、本実施形態に係る自動停止制御を中心とするフローチャートであり、図４は、図３の制御例に基づくエンジン回転速度Ｎｅの推移を示すタイミングチャートである。

図３を参照して、ＥＣＵ１００は、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立するのを待機する(ステップＳ１０)。具体的には、ブレーキペダル３７の作動状態が所定時間継続し、車速が所定値以下であるといった場合（つまりエンジン１０のアイドル運転状態が所定時間継続していると想定される場合）には、エンジン１０の自動停止条件が成立したと判定される。

ステップＳ１０において、自動停止条件が成立したと判定した場合には、オルタネータ制御を含むエンジン回転速度調整制御を開始する(ステップＳｌｌ)。具体的には、エンジン回転速度Ｎｅが所定の第１の回転速度Ｎｌ(例えば８５０ｒｐｍ)に調節されるのを待機する(ステップＳ１２)。そして、エンジン回転速度Ｎｅがこの第１の回転速度Ｎｌになったタイミング(ステップＳ１２でＹＥＳのタイミング)ｔｌで、燃料噴射弁１９からの燃料供給を停止する(ステップＳ１３)。このタイミングｔｌにおいて、ＥＣＵ１００は、吸気シャッタ弁３０を全閉にする(ステップＳ１４)。この制御により、ピストン１６が適正停止位置ＳＡに停止する確率を高めることが可能になる。

すなわち、ピストン１６の停止位置は、エンジン１０が完全に停止する直前の停止時膨張行程気筒内の空気量と停止時圧縮行程気筒内の空気量とのバランスにより決定される。従って、ディーゼルエンジンにおいてピストン１６を適正停止位置ＳＡ内に停止させるためには、まず停止時膨張行程気筒および停止時圧縮行程気筒の吸気流通量を一旦低減し、その後、停止時圧縮行程気筒に十分な空気を供給して、停止時膨張行程気筒の空気量よりも多くなるように、両気筒に対する空気量を調節する必要がある。そこで本実施形態では、タイミングｔｌで吸気シャッタ弁３０を全閉にすることにより吸気圧を低減し、停止時膨張行程気筒および停止時圧縮行程気筒の空気量を低減しているのである。

タイミングｔｌで燃料噴射が停止されると、各気筒１４Ａ〜１４Ｄでは、極めて少ない吸気流通量で吸気、圧縮、膨張、排気のサイクルが繰り返され、クランクシャフト１５等が有する運動エネルギーが摩擦抵抗による機械的な損失や、各気筒１４Ａ〜１４Ｄのポンプ仕事によって消費されることにより、エンジン１０は、小刻みに波打ちながら降下し、４気筒４サイクルのエンジンでは、１０回前後の圧縮上死点を迎えた後に停止する。この過程で、気筒１４Ａ〜１４Ｄのうちの何れかの気筒が圧縮上死点を超えるタイミングは、エンジン回転速度Ｎｅが波打つ谷のタイミングと一致している。

そこで、本実施形態では、タイミングｔｌで吸気シャッタ弁３０を全開にした後、ＥＣＵ１００は、エンジン回転速度Ｎｅが所定の第２の回転速度Ｎ２(例えば約４００ｒｐｍ)よりも低くなるのを待機する(ステップＳ１５)。この第２の回転速度Ｎ２は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が膨張行程から吸気行程の上死点に達するタイミングと一致している。

ステップＳ１５においてＹＥＳの場合、ＥＣＵ１００は、吸気シャッタ弁３０を開弁する(ステップＳ１６)。この開弁動作により、停止時膨張行程気筒では、少ない空気量で吸気バルブ２６および排気バルブ２７が閉じて圧縮行程に移行しているのに対し、停止時圧縮行程気筒では、吸気バルブ２６が開くことにより、相対的に多量の新気が筒内に吸入されることになる。この結果、停止時圧縮行程気筒では、停止時膨張行程気筒よりも空気量が多くなる。

その後もＥＣＵ１００はオルタネータ制御を継続してピストン１６の停止位置調整を実行し続け、クランク角度センサＳＷ５、ＳＷ６の検出値に基づいてエンジン１０が完全に停止するのを待機する(ステップＳ１７)。エンジン１０が完全に停止した場合には、エンジン回転速度調整制御を終了する(ステップＳ１８)。

エンジン１０が完全に停止したタイミングでは、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が吸気行程の下死点を通過し、圧縮行程に移行する。このタイミングでは、吸気バルブ２６および排気バルブ２７は、概ね閉じているので、大量に筒内に吸入された空気が下死点を通過したピストン１６によつて圧縮されることになる。他方、停止時膨張行程気筒においては、相対的に少ない空気量にある筒内を圧縮したピストン１６が圧縮上死点を通過して、膨張行程に移行している。このため、停止時圧縮行程気筒では、筒内の圧縮反力によって比較的下死点側で停止することになる。従って、予め実験等によって、第２の回転速度Ｎ２や、この第２の回転速度Ｎ２を検出したタイミングｔ２での吸気流通量等を適切に設定しておくことにより、停止時圧縮行程気筒のピストン１６を所定停止範囲内（本実施形態では圧縮上死点前１００°ＣＡから下死点までの間）で、特に圧縮上死点前１００°ＣＡから１２０°までの適正停止位置ＳＡに停止させることができる。

エンジン１０が完全に停止すると、ＥＣＵ１００は、クランク角度センサＳＷ５,ＳＷ６の検出によって運転状態判定部１０１が判定したピストン１６の停止位置を記憶する(ステップＳ１９)。

次に図５を参照して、ＥＣＵ１００におけるエンジンの再始動制御について説明する。

ステップＳ２０では、エンジン１０が自動停止中（アイドルストップ中）か否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはリターンする一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ２１に進む。

ステップＳ２１では、再始動条件が成立したか否かを判定する。再始動条件としては、アクセルペダル３６が踏込まれたこと、上記自動停止条件がエンジン１０の停止後に解除されたこと等が含まれる。そして、このステップＳ２１の判定がＮＯであるときには、該判定を再度行う一方、ＹＥＳであるときには、ステップＳ２２に進む。

ステップＳ２２では、スタータモータ３４を駆動させる。具体的には、バッテリ制御部１０８によりサブバッテリ８０ｂを放電させてその放電電力をスタータモータ３４に供給する。

ステップＳ２３では、バッテリ劣化度合判定部１０７にて上述の劣化判定を行うことで、メインバッテリ８０ａの劣化度合が劣化限界値を超えているか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ２８に進み、ＹＥＳであるときにはステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、ステップＳ１９にて記憶したピストン位置が上記所定停止範囲内（圧縮上死点前１００°ＣＡから下死点までの間）にあるか否かを判定し、この判定がＮＯであるときにはステップＳ２６に進む一方、ＹＥＳであるときにはステップＳ２５に進む。尚、ピストン位置は、運転状態判定部１０１においてクランク角度センサＳＷ５,ＳＷ６からの検出信号を基に算出される。

ステップＳ２５では、上記停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させるべく、燃料噴射制御部１０２から燃料噴射弁１９に対して駆動信号を出力する。

ステップＳ２６では、停止時吸気行程気筒から燃焼を再開させるべく、該停止時吸気行程気筒（エンジン停止完了時に吸気行程にある気筒）が圧縮行程に移行するのを待って、燃料噴射制御部１０２から燃料噴射弁１９に対して駆動信号を出力する。

ステップＳ２７では、エンジン再始動制御を終了して通常のエンジン運転制御に移行してリターンする。

ステップＳ２３の判定がＮＯであるときに進むステップＳ２８では、ステップＳ１９にて記憶したピストン位置が上記所定停止範囲内（圧縮上死点前１００°ＣＡから下死点までの間）にあるか否かを判定し、この判定がＹＥＳであるときにはステップＳ３０に進む一方、ＮＯであるときにはステップＳ２９に進む。

ステップＳ２９では、グロープラグ制御部１０５からグロープラグ１８に駆動信号を出力するとともに、バッテリ制御部１０８によりメインバッテリ８８を放電させてその電力をグロープラグ１８に供給し、しかる後にステップ３０に進む。

ステップＳ３０では、上記停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させるべく、燃料噴射制御部１０２から燃料噴射弁１９に対して駆動信号を出力する。

以上の如く上記実施形態では、ＥＣＵ１００は、メインバッテリ８０ａの劣化度合が劣化限界値以下の場合（ステップＳ２３の判定がＮＯの場合）において、上記再始動条件が成立した際に停止時圧縮行程気筒が上記所定停止範囲外にあるとき（ステップＳ２８の判定がＮＯのとき）には、グロープラグ１８を作動さつつ（ステップＳ２９の処理を実行しつつ）スタータモータ３４を駆動する一方、停止時圧縮行程気筒のピストン位置が上記所定停止範囲内にあるとき（ステップＳ２８の判定がＹＥＳのとき）には、グロープラグ１８を非作動としてスタータモータ３４を駆動する。そして、該制御ユニット１００は、該停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させることでエンジンを再始動させるようになっている。

従って、上記再始動条件が成立した際（エンジン１０を再始動させる際）に停止時圧縮行程気筒が上記所定停止範囲外にあっても（つまり筒内の燃焼温度を高めるための圧縮ストロークを十分に確保できない状態にあっても）、グロープラグ１８を作動させることで筒内温度を十分に高めることができ、これによって、該停止時圧縮行程気筒から燃焼を確実に再開させることができる。よって、エンジン再始動の確実性及び迅速性を共に向上させることが可能となる。

また、ＥＣＵ１００は、メインバッテリ８０ａの劣化度合が劣化限界値よりも大きい場合（ステップＳ２３の判定がＹＥＳの場合）においては、再始動条件が成立したときに停止時圧縮行程気筒が停止範囲外にあったとしても（ステップＳ２４の判定がＮＯであったとしても）、グロープラグ１８を非作動としてスタータモータ３４を駆動する。そして、該制御ユニット１００は、スタータモータ３４の駆動により停止時吸気行程気筒が圧縮行程に移行するのを待って該圧縮行程中の気筒から燃焼を再開させる（ステップＳ２６の処理を実行する）ことでエンジン１０を再始動させるようになっている。

このことで、メインバッテリ８０ａが劣化している場合には、エンジン再始動時にメインバッテリ８０ａからグロープラグ１８への電力供給は行われず、その分の電力を他の車両電気負荷８２に供給することができる。従って、ヒルホルダ機構８２ｃ等の電気負荷に対して十分に電力を供給して車両の安全性を確保することができる。また、圧縮ストロークが不足する停止時圧縮行程気筒からではなく、圧縮行程気筒に移行した停止時吸気行程気筒から燃焼が開始されるので、筒内温度不足に起因する失火等を防止することができる。よって、エンジン再始動の確実性が損なわれることもない。

また、ＥＣＵ１００は、メインバッテリ８０ａの劣化度合が劣化限界値よりも大きい場合において（ステップＳ２３の判定がＹＥＳの場合において）、再始動条件が成立した際に停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定停止範囲内にあるとき（ステップＳ２４の判定がＹＥＳのとき）には、メインバッテリ８０ａの劣化度合が劣化限界値以下の場合と同様に、グロープラグ１８を作動させつつスタータモータ３４を駆動して該停止時圧縮行程から燃焼を再開させる（ステップＳ２５の処理を実行する）。

こうすることで、メインバッテリ８０ａが劣化している場合であっても、停止時圧縮行程気筒の圧縮ストロークを十分に確保することができるときには、停止時吸気行程気筒が圧縮行程気筒に移行するのを待つまでもなく、停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させることで、エンジン再始動の迅速性を向上させることができる。

また、上記実施形態では、自動停止条件が成立した際、エンジン１０を再始動するために好適な位置（適正停止位置ＳＡ）にピストン１６を停止し、その後の始動性を高めることができる。具体的には、上記実施形態では、燃料噴射の停止後に吸気流通量を制限し（ステップＳ１４の処理が実行され）、停止時圧縮行程気筒が最後の吸気行程に移行することが予測される第２の回転速度Ｎ２を検出したタイミングｔ２に吸気流通量を増加する（ステップＳ１６の処理が実行される）ようになっているので、停止時膨張行程気筒に比べて停止時圧縮行程気筒に吸入される空気量が多くなる。その結果、停止時圧縮行程気筒では、筒内に充填された比較的多量の空気の圧縮反力によって、上記所定停止範囲内における適正停止位置ＳＡ(上死点前１００°ＣＡから上死点前１２０°ＣＡ)に停止することになる。

これにより、メインバッテリ８０ａが劣化していない場合（ステップＳ２３の判定がＮＯの場合）に、停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定停止範囲外になることによりグロープラグ１８が駆動されるのを極力回避しつつ（ステップＳ２９の処理を極力実行せずに）エンジン１０を再始動させることができる。従って、メインバッテリ８０ａからグロープラグ１８への電力供給の頻度を低減して該バッテリ８０ａの劣化を抑制することができる。よって、メインバッテリ８０ａから上記車両電気負荷８２への電力供給を確実に行うことができ、延いては、車両の安全性を向上させることが可能となる。また、メインバッテリ８０ａが劣化している場合（ステップＳ２３の判定がＹＥＳの場合）においては、停止時圧縮行程気筒のピストン位置を所定停止範囲内に極力納めることによって、停止時吸気行程気筒から燃焼が再開されるのを出来る限り回避して（ステップＳ２６の処理が実行されるのを回避して）、停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させることができる（ステップＳ２５の処理を実行させることができる）。よって、エンジン再始動時における始動迅速性を向上させることが可能となる。

（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、エンジンを自動停止させる際に停止時圧縮行程気筒のピストン位置を上記所定停止範囲内の適正停止位置ＳＡにて停止させるべく吸気シャッタ弁３０の開閉制御を行うようにしているが、必ずしもこの制御を行う必要はない。

また、上記実施形態では、再始動条件が成立してエンジン１０を再始動させる際に、スタータモータ３４の駆動用バッテリとしてサブバッテリ８０ｂのみを使用するようにしているが、これに限ったものではなく、メインバッテリ８０ａ及びサブバッテリ８０ｂの両方を使用するようにしてもよい。この場合には、メインバッテリ８０ａの劣化判定を、再始動条件成立後のメインバッテリ８０ａの電圧低下に基づいて判定することもできる。

また、上記実施形態では、メインバッテリ８０ａの劣化判定を、そのバッテリ電圧Ｖｍ、バッテリ電流Ｉｍ、及びバッテリ温度Ｔｍに基づいて行うようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、キースイッチ８３のオン操作によるスタータモータ３４の始動直後のメインバッテリ８０ａの電圧低下に基づいて劣化判定を行うようにしてもよい。

本発明は、エンジンスタータ用の第１バッテリと車両の電気負荷用の第２バッテリとの２つのバッテリを備えたディーゼルエンジンの自動停止装置に有用であり、特に該エンジンの各気筒に臨んで配設されるグロープラグを備えた自動停止装置に有用である。

本発明の実施形態に係るエンジンの自動停止装置を含むアイドルストップシステムの概略図である。アイドルストップシステムの電気系統図である。エンジン制御装置における自動停止制御を示すフローチャートである。エンジン回転速度の推移を示すタイミングチャートである。エンジン制御装置における再始動制御を示すフローチャートである。サブバッテリの劣化判定方法を説明するための図である。メインバッテリの劣化判定方法を説明するための図である。

符号の説明

ＳＷ１０バッテリ電圧センサ（バッテリ劣化度合検出手段）
１０エンジン
３０吸気シャッタ弁（吸気絞り弁）
３４スタータモータ（エンジンのスタータ）
１８グロープラグ
８０ａメインバッテリ（第１バッテリ）
８０ｂサブバッテリ（第２バッテリ）
８２車両電気負荷（電気負荷）
１００エンジン制御装置（自動停止・再始動制御手段，弁作動制御手段）

Claims

所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに該自動停止後のエンジンを再始動させる自動停止・再始動制御手段を備えたディーゼルエンジンの自動停止装置であって、
上記エンジンの各気筒の燃焼室に臨んで配設されるグロープラグと、
少なくとも上記エンジンの自動停止中に電力供給が必要な電気負荷と上記グロープラグとに電力を供給するための第１バッテリと、
上記エンジンのスタータに電力を供給するための第２バッテリと、
上記第１バッテリの劣化度合に関連する値を検出するとともに該検出情報を上記自動停止・再始動制御手段に出力するバッテリ劣化度合検出手段とを備え、
上記自動停止・再始動制御手段は、上記エンジンを再始動させるに際して停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定範囲内にあるときには、上記グロープラグを非作動として上記スタータを作動させる一方、上記停止時圧縮行程気筒のピストン位置が所定範囲外にあるときには、該グロープラグ及びスタータを共に作動させて、当該停止時圧縮行程気筒から燃焼を再開させるものであって、上記バッテリ劣化度合検出手段からの検出情報を基に上記第１バッテリの劣化度合が所定度合よりも大きいと判定した場合には、上記エンジンを再始動させる際に上記停止時圧縮行程気筒のピストン位置が上記所定範囲外にあったとしても、上記グロープラグを非作動として上記スタータを作動させるとともに該スタータの作動により圧縮行程に移行した停止時吸気行程気筒から燃焼を再開させるように構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。
請求項１記載のディーゼルエンジンの自動停止装置において、
上記エンジンの吸気通路に配設される吸気絞り弁と、
上記吸気絞り弁の作動を制御する弁作動制御手段とをさらに備え、
上記弁作動制御手段は、上記自動停止条件が成立して上記自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させる際には、上記停止時圧縮行程気筒のピストン位置が上記所定範囲内になるように上記吸気絞り弁の開度を制御するよう構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。