JP2010019265A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新たなアクチュエータやセンサの追加を必要としない、筒内燃料噴射方式内燃機関アイドルストップの安定した停止位置制御と、円滑な再始動性能を実現する。
【解決手段】筒内燃料方式内燃機関のアイドルストップを行うにあたって、安定したアイドルストップ停止位置制御を行うためのアイドルストップする際の燃料カット気筒を特定して行う制御と、アイドルストップ制御を行う前の内燃機関の回転数制御と、内燃機関の負荷判定制御と、内燃機関の点火時期制御を行う。更に、筒内燃料方式内燃機関のアイドルストップの再始動を円滑に行うにあたって、始動時のポンピングロスを低減と再始動時の運転性向上を両立させるために、再始動後、所定期間スロットル開度を開弁する制御を行う。
【選択図】 図２

Description

本発明は、内燃機関のアイドルストップ制御装置に関する。

従来の内燃機関のアイドルストップ制御装置は、エンジンの停止時にクランク角センサの信号に基づき膨張行程にある気筒を検出して、その気筒に燃料噴射を行い、点火させることで膨張気筒に燃焼を生起させ、その燃焼圧だけで、始動を行うことが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、エンジン停止時に内燃機関の停止角度が所定クランク角位置で停止するように、内燃機関のクランク軸を回転可能なモータで停止制御することが知られている（例えば、特許文献２参照）。

これらの筒内噴射方式内燃機関では、所定の停止位置制御を実現できれば、膨張行程気筒からの燃焼により再始動が可能となる。

特開２０００−４９８５号公報 特開平１１−１０７８９１号公報

従来の技術にあっては前述のように、エンジン停止後の再始動に最適な停止角度を実現するために、新たに、内燃機関を所定のクランク軸に停止させるためのモータが必要である。これは、エンジン停止位置が不定となるため、アクチュエータ等を用いて最適な内燃機関停止位置制御が必要である。そのために、内燃機関を回転させるモータが新たに必要となり、複雑な停止位置制御が必要である。

本発明は、上記した内燃機関を回転させる新たなモータを必要とせずに安定した停止位置制御装置を提供すると共に、再始動時に円滑且つ、運転性の良い内燃機関制御装置を提供することを目的とする。

上記目的は、シリンダ内に直接燃料を噴射する手段と、車両の運転状態を検出する手段と、該車両の運転状態に応じて、アイドルストップ許可判定する手段を有する内燃機関の装置において、
前記アイドルストップを行う場合に、特定の気筒の燃料噴射弁（インジェクタ）から燃料カットを行い、アイドルストップさせることにより達成される。また、より詳しくは、内燃機関のエンジン回転数が所定範囲内であること、または、点火時期が所定範囲内にあること、または、スロットル開度が所定範囲内にあること、または内燃機関の負荷又は内燃機関１回転当りの吸入空気量（ＴＰ）の少なくても何れか１つ以上の条件が成立したときに、アイドルストップを許可することにより達成される。

以上の制御を行うことで、新たなアクチュエータやセンサを用いずに、安価な筒内燃料噴射方式内燃機関のアイドルストップを提供することができると共に、アイドルストップ後の良好な再始動性能を実現できる。

本実施形態の内燃機関の制御装置に係る筒内噴射エンジンの制御システム図。 本発明の内燃機関の制御ブロック図の一例。 ４気筒エンジンを例にアイドルストップ後の内燃機関を再始動させるときの、初爆力と内燃機関停止位置の関係図。 アイドルストップを行ったときの停止位置の関係図。 ４気筒を例とした各気筒の行程とシリンダ内コンプレッションを示した図。 本発明のアイドルストップ時の内燃機関停止角度を安定する制御フローチャートの一例。 アイドルストップ後の再始動時の燃料噴射と点火時期のタイミングチャート。 アイドルストップ後の再始動時のポンピングロスを低減する制御フローチャート。

以下、本発明にかかる一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態の内燃機関の制御装置に係る筒内噴射エンジンの制御システムを示す図である。図１において、エンジン１に吸入される空気は、エアクリーナ３の入力部４から取り入れられ、吸入空気計５を通り、吸入流量を制御する絞弁６を設置した絞弁ボディ７を通り、コレクタ８に入る。ここで、絞弁６は、これを駆動するモータ１０と連結しており、該モータ１０を駆動することにより絞弁６を操作して、吸入空気量を制御できるようになっている。

コレクタ８に至った吸入空気は、エンジン１の各シリンダ２に接続された吸気管１９に分配され、前記シリンダ２内の燃焼室に導かれる。

一方、ガソリン等の燃料は、燃料タンク１１から燃料ポンプ１２により吸引，加圧されて燃料噴射弁１３と燃圧を所定の範囲内に制御する可変燃圧レギュレータ１４が配管されている燃料系に供給される。燃圧は、燃圧センサ３４により測定されている。前記燃料は、各シリンダ２の燃焼室に燃料噴射口を開口している燃料噴射弁１３から該燃焼室内に噴射される。該燃焼室内に流入した空気と噴射燃料とは、混合され、点火コイル１７から圧電により点火プラグ３５によって点火されて燃焼される。

前記エンジン１の燃焼室で燃焼した排気ガスは、排気管２８に導かれ、触媒を介してエンジン１外に放出される。

前記空気量計５からは、吸気流量を示す信号が出力され、コントロールユニット１５に入力されるようになっており、更に前記絞弁ボディ７には、絞弁６の開度を検出するスロットルセンサ１８が取り付けられており、その出力もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。

クランク角センサ１６は、エンジン１のカム軸（図示省略）によって回転駆動され、該クランク軸の回転位置を少なくても１〜１０°程度の精度で検出する。該信号もコントロールユニット１５に入力されるようになっている。

前記各信号により燃料の噴射タイミング，噴射流量（燃料噴射弁のパルス幅制御），点火のタイミング等が制御される。

排気管２８に設けられたＡ／Ｆセンサ２０は、排気ガスの成分から実運転空燃比を検出して出力し、該信号も同じく前記コントロールユニット１５に入力されるようになっている。

図２は、本発明の内燃機関の制御ブロック図の一例である。

コントロールユニット１５内のＣＰＵ２６では、内燃機関の運転状態を検出して、演算ブロック２６ａにより、アイドルストップを実行するか否かの判定を行う。該演算ブロック２６ａでアイドルストップ許可判定された場合には、演算ブロック２６ｂでアイドルストップを行うための制御を行う。（ここで、演算ブロック２６ｂの制御内容については、詳細後述するが、内燃機関のアイドル回転数制御や点火時期制御、他を行う）。演算ブロック２６ｂでアイドルストップを行うための制御が行われた後、制御ブロック２６ｃにより、実際にアイドルストップするための、燃料カットを行い、内燃機関を停止する。

図３は、４気筒エンジンを例にアイドルストップ後の内燃機関を再始動させる時の、初爆力と内燃機関停止位置の関係を示したものである。ここで、筒内噴射システムでのアイドルストップ後の再始動は、膨張気筒に対し、直接燃料を噴射した後、当該気筒に点火すること（初爆させる）で、再始動が容易に行われる。

図３では、上記した、内燃機関停止時の膨張行程にある気筒で初爆を与える場合には、その停止角度により、初爆力が異なり、４気筒の場合、停止角度９０ＡＴＤＣが最大となる。言いかえれば、膨張行程停止位置次第で、再始動時の容易性及び再始動までの時間が異なる。従って、４気筒の場合、アイドルストップ時のエンジン停止角度を安定して前記膨張行程９０ＡＴＤＣにすることが必要となる。

図４は、アイドルストップを行った時の停止位置の関係を示した図である。

図中の点線で示したパターンＡは、アイドルストップ時の事前の内燃機関運転状態やアイドルストップを行うための燃料カット気筒を特に管理しないで評価した結果である。一方の図中の実線で示したパターンＢは、アイドルストップ時の事前の内燃機関運転状態を一定（負荷及び回転数）として、アイドルストップを行うための燃料カット気筒を特定したときの評価結果である。図５で示した様に、アイドルストップを行う前条件を一定に保った方が、エンジン停止角度は安定することに加えて、前記再始動からの停止角度膨張行程９０ＡＴＤＣになることがわかる。これは、内燃機関が停止する角度は、停止前の回転慣性力（アイドル回転で自転している状態から、燃料カットにより燃焼が遮断された以降の回転力）と停止までのフリクション及びシリンダの圧縮仕事により複雑に決定され、回転慣性力を安定させることで、アイドルストップ後の内燃機関停止角度が安定するものである。本発明では、上記アイドルストップ時の回転慣性力を制御することで、内燃機関の停止角度を所望の位置（４気筒の場合、膨張行程９０ＡＴＤＣ）に安定する制御装置を提供するものである。以下、本発明の回転慣性力を制御することについて記載する。

図５は、４気筒を例とした各気筒の行程とシリンダ内コンプレッションを示したものである。

シリンダ内のコンプレッションは、圧縮行程の上死点（ＴＤＣ）で最大となるが、各気筒間で異なる（図中のＣＯＭＰ１〜ＣＯＭＰ４はほぼ同一値となるが、シリンダを構成する部品のばらつきにより通常は、同一値にはならない）。このため、気筒間で同一空燃比及び同一点火時期で制御を行っても、爆発力（最大筒内圧Ｐｍａｘ）は、異なることになる。アイドルストップ時にどの気筒から燃料カットを行うかで、その後の前記回転慣性力が異なり、その結果、内燃機関停止角度が異なるもしくは停止角度ばらつきが大きくなる。

本発明では、上記したアイドルストップ時の燃料カット気筒を固定とすることで、内燃機関の気筒間ばらつきを発生させることがないため、内燃機関停止時の停止角度を安定させるものである。また、前記固定した気筒で燃料カットを行うことで気筒間のばらつきを回避してエンジン停止させても、燃料カット以降の回転慣性力は、その時の内燃機関の回転数や、内燃機関の負荷によって異なってしまう。

そこで、上記アイドルストップ時に燃料カットする気筒を固定にすると共に、内燃機関の回転数及び負荷を安定させる必要がある。これにより、気筒間のばらつきとアイドルストップ時の内燃機関の運転状態を一定とすることで、アイドルストップ時の内燃機関の停止角度を安定化することが可能となる。

図６は、本発明のアイドルストップ時の内燃機関停止角度を安定する制御フローチャートの一例である。

ブロック６１では、アイドルストップを行うための車両側の状態を判定する。例えば、パワーステアリングの状態や車速やエアコンの状態を判定して、アイドルストップを許可して良いか否かを判定する。ここで、上記車両状態の判定は、本発明とは直接的には関係しないものの、補機の負荷として考慮が必要な場合がある。ブロック６１の車両状態により、アイドルストップの許可判定が行われた場合には、ブロック６２にて、アイドルストップのための目標アイドル回転数（ＮＳＥＴＩＤ）を演算する。該目標アイドル回転数（ＮＳＥＴＩＤ）は、一点定数が基本となるが、内燃機関の水温等によるテーブルで算出しても良い。次に、ブロック６３では、前記ブロック６２で求めた目標アイドル回転数（ＮＳＥＴＩＤ）と実際の内燃機関の回転数（ＮＥ）との差分を判定する。上記目標アイドル回転数（ＮＳＥＴＩＤ）と実際の内燃機関の回転数（ＮＥ）との差分が所定の値（ＮＥＪＤＧ）の状態が所定期間継続した時に、アイドルストップ時の内燃機関の回転数は整ったと判断する。

次に、ブロック６４では、内燃機関の負荷状態を判定する。内燃機関の１回転当りの吸入空気量（ＴＰ）を算出する。該吸入空気量は、前記図１にて説明した吸入空気計５により検出される。

ブロック６５では、上記ブロック６４で算出したＴＰと予め設定したアイドルストップでの判定値（ＴＰＩＤ）との差分が所定の値（ＴＰＪＤＧ）の状態が所定期間継続したときに、アイドルストップ時の内燃機関の負荷は整ったと判断する。

ここで、上記ブロック６５では、ＴＰ値での判定としたが、スロットル開度及びアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）の開度で判定しても良い。次に、ブロック６６では、点火時期を固定にするために、アイドルストップ用の点火時期制御を行う。

以上、ブロック６２からブロック６６までの処理を行うことで、アイドルストップ前の内燃機関の運転状態が一定に保っていることを判定することが可能となる。上記内燃機関の運転状態が一定の状態で保っていることを判定した後、ブロック６７で、所望の特定した気筒から燃料カットを行う。

以上、図６では、アイドルストップ時の内燃機関の運転状態を安定化を判定及び制御するために、回転数，ＴＰ（またはストットル開度），点火時期で行う様に説明したが、判定及び制御は何れか１つ以上でも良い。

次に図７は、アイドルストップ後の再始動時の燃料噴射と点火時期のタイミングチャートの一例である。

筒内噴射の場合、停止気筒で膨張行程にある気筒に燃料噴射を行い、その後該気筒に点火することで、スタータ等の補機を用いなくても所定角度内燃機関は自転することが一般に知られている。その後、内燃機関の吸気行程にある気筒は、前記膨張行程での燃焼に対し、ポンピングロス（図中のポンプ損失）として負の力となってしまう。該吸気行程のポンピングロスを小さくすることが出来れば、アイドルストップ後の再始動性は、初回燃焼（膨張行程停止気筒の燃焼）以降の力の損失を最小限に留めることができ、向上することが可能となる。該ポンピングロスを低減するためには、スロットル弁を開くことで実現できる。従って、アイドルストップ後の再始動の時に、スロットル弁を開弁制御すれば良い。

図８は、アイドルストップ後の再始動時のポンピングロスを低減する制御フローチャートの一例である。ブロック８１では、アイドルストップ制御により、内燃機関が停止している状態で、再度内燃機関を始動させる判定を行う。該判定は、例えば、ブレーキスイッチの状態により行えば良い。ここで、再始動時の条件判定は、本発明とは直接関係しないので、詳細の説明は必要無い。次にブロック８２では、前記ブロック８１で再始動許可判定された時に、再始動用の目標スロットル開度（ＲＥＳＴＶＯ）の演算を行い、再始動時のスロットル開度は、該再始動用の目標スロットル開度（ＲＥＳＴＶＯ）となる様に開弁制御する。ブロック８３では、再始動からの時間（ＳＴＴＩＭＥ）を計測して、該時間（ＳＴＴＩＭＥ）が所定時間（ＴＩＭＥＪＤＧ）以上経過したか否かを判定する。ブロック８４では、内燃機関の回転数（ＮＥ）が、所定回転数（ＮＥＪＤＧ）以上になったか否かを判定し、回転数が前記所定回転数(ＮＥＪＤＧ)以上となったときには、ブロック８５にて、ブロック８２で説明したアイドルストップ後の目標スロットル開度（ＲＥＳＴＶＯ）での制御を終了して、通常運転時の目標スロットル開度（ＴＧＴＶＯ）での制御を行う。

ここで、ブロック８３及びブロック８４で説明した、アイドルストップ後の再始動時の目標スロットル開度（ＲＥＳＴＶＯ）の制御を終了させる処理を行うのは、内燃機関が再始動制御により始動された状態で、前記したポンピングロス低減のために行ったスロットル開度（ＲＥＳＴＶＯ）を継続すると、回転数の上昇が通常始動と異なり大きくなり、運転性悪化となるためである。従って、再始動後に所定経過時間もしくは、回転数が所定値以上成長したときに、スロットルを通常制御開度（ＴＧＴＶＯ）に戻すことで、再始動性向上させると共に再始動時の運転性悪化を回避することが可能となる。

１…エンジン、７…絞弁ボディ、１３…燃料噴射弁（インジェクタ）、１５…コントロールユニット、２６…ＣＰＵ。

Claims (8)

1. シリンダ内に直接燃料を噴射する手段と、車両の運転状態を検出する手段と、該車両の運転状態に応じて、アイドルストップ許可判定する手段を有する内燃機関の装置において、
   前記アイドルストップを行う場合に、特定の気筒の燃料噴射弁（インジェクタ）から燃料カットを行い、アイドルストップさせることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１において、
   前記アイドルストップ許可判定手段は、内燃機関のエンジン回転数が所定範囲内であること、または、点火時期が所定範囲内にあること、または、スロットル開度が所定範囲内にあること、または内燃機関の負荷または内燃機関１回転当りの吸入空気量（ＴＰ）の少なくても何れか１つ以上の条件が成立した時に、アイドルストップを許可することを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項２において、
   前記エンジン回転数は、該エンジン回転数以外のアイドルストップ条件が成立したときに、アイドルストップ専用の目標アイドル回転数を設定すると共に、実際のエンジン回転数と前記目標アイドル回転数の差が所定値以内の状態が所定時間以上継続したことを判定するものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項２において、
   前記点火時期は、該点火時期以外のアイドルストップ条件が成立した時に、アイドルストップ専用の基本点火時期を設定すると共に、実際の点火時期と前記基本点火時期の差が所定値以内の状態が所定時間以上継続したことを判定するものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項２において、
   前記スロットル開度は、該スロットル開度以外のアイドルストップ条件が成立したときに、アイドルストップ専用の基本スロットル開度を設定に対して、実際のスロットル開度と上記基本スロットル開度の差が所定値以内の状態が所定時間以上継続したことを判定するものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項２において、
   前記内燃機関の負荷又はＴＰは、該負荷以外のアイドルストップ条件が成立したときに、アイドルストップ専用の基本負荷を設定に対して、実際に算出された負荷又はＴＰと上記基本負荷の差が所定値以内の状態が所定時間以上継続したことを判定するものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. シリンダ内に直接燃料を噴射する手段と、車両の運転状態を検出する手段と、該車両の運転状態に応じて、アイドルストップ許可判定する手段を有する内燃機関の装置において、
   前記アイドルストップ後の再始動を行う場合に、スロットル開度を所定期間、所望の開度に開弁制御することを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 請求項７において、
   前記スロットル開度の開弁する期間は、再始動からの時間、または、再始動時のエンジン回転数の何れか少なくても１つ以上の条件が成立するまで行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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