JP2010112188A - エンジンの再始動制御装置及び再始動制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルストップ後の再始動時であっても未燃ガスの吹き抜けを防止できるエンジンの再始動制御装置及び再始動制御方法を提供する。
【解決手段】アイドルストップ指令に基づく燃料カットによるエンジン回転の減速中に再始動指令があったか否かを判定する再始動指令判定手段(Ｓ５)と、再始動指令があったときには、エンジンがクランキングを開始するまでに逆回転するか否かを判定する揺り戻し判定手段(Ｓ７)と、エンジンのクランキングを開始するまでにエンジンが逆回転すると判定されるときには、クランキングを開始してエンジンが正回転してから、燃料噴射を開始する燃料噴射制御手段(ステップＳ１０〜Ｓ１２)と、を備える。
【選択図】図３

Description

この発明は、エンジンの再始動を制御する装置及び方法に関する。

近時、燃費向上や排気エミッションの低減などを目的として、無用なアイドリングを防止するアイドルストップ装置が知られている。そしてたとえば特許文献１では、アイドルストップ中に再始動要求があったときは、その再始動要求と同時に燃料噴射を再開している。
特開２００６−２１４４０８号公報

しかしながら、前述のように再始動要求と同時に燃料噴射を再開しては、エンジンが完全停止する直前の揺り戻し中に燃料噴射を再開する可能性がある。揺り戻し中に燃料を噴射しては、未燃ガスが吸気ポートや排気ポートから吹き抜けてしまって排気エミッションが増大するおそれがある。

本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、アイドルストップ後の再始動時であっても未燃ガスの吹き抜けを防止できるエンジンの再始動制御装置及び再始動制御方法を提供することを目的とする。

本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、アイドルストップ指令に基づく燃料カットによるエンジン回転の減速中に再始動指令があったか否かを判定する再始動指令判定手段(ステップＳ５)と、再始動指令があったときには、エンジンがクランキングを開始するまでに逆回転するか否かを判定する揺り戻し判定手段(ステップＳ７３)と、エンジンのクランキングを開始するまでにエンジンが逆回転すると判定されるときには、クランキングを開始してエンジンが正回転してから、燃料噴射を開始する燃料噴射制御手段(ステップＳ１０〜Ｓ１２)と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、アイドルストップ指令に基づく燃料カットによるエンジン回転の減速中に再始動指令があった場合であって、エンジンのクランキングを開始するまでにエンジンが逆回転すると判定されるときには、クランキングを開始してエンジンが正回転してから、燃料噴射を開始するようにしたので、燃料が未燃のまま吸気ポートや排気ポートから吹き抜けてしまうことを確実に防止できる。

以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明によるエンジン再始動制御装置を使用するシステムの一例を示す図である。

エンジン再始動制御装置１は、エンジン１０に搭載されたクランク角センサ２０と、ＳＳＧ(Side mount Starter Generator)３０と、燃料インジェクタ４０と、点火プラグ５０と、を備え、これらがコントローラ７０によって制御される。なお本実施形態では図示の如く直列４気筒エンジンを例示する。

クランク角センサ２０は、エンジン回転速度及びエンジン回転方向を検出する。詳細は後述する。

ＳＳＧ３０は、ベルト１２を介してエンジン１０のクランク軸１１と同期回転する。ＳＳＧ３０は、エンジン始動時にクランク軸１１をクランキングするスタータ機能を有する。またＳＳＧ３０は、エンジン運転中にクランク軸１１の駆動力によって発電するオルタネータ機能をも有する。ＳＳＧ３０は、コントローラ７０のＳＳＧ制御信号に応じてスタータ又はオルタネータとして機能する。

燃料インジェクタ４０は、コントローラ７０の噴射信号に応じて燃料噴射時期及び燃料噴射期間(燃料噴射量)を制御する。

点火プラグ５０は、コントローラ７０の点火信号に応じて点火時期を制御する。

コントローラ７０は、クランク角センサ２０などからの信号に基づいて、ＳＳＧ３０の作動、燃料インジェクタ４０の燃料噴射時期及び燃料噴射期間(燃料噴射量)、点火プラグ５０の点火時期などを制御する。コントローラ７０は、中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ７０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。

アイドルストップ中に再始動要求があった場合に、その再始動要求と同時に燃料噴射を再開しては、エンジンが完全停止する直前の揺り戻し中に燃料噴射を再開する可能性がある。揺り戻し中に燃料を噴射しては、未燃ガスが吸気ポートや排気ポートから吹き抜けてしまって排気エミッションが増大するおそれがある。そこで本件発明者は、適切に燃料噴射を再開することで、未燃ガスが吹き抜けないようにしたのである。具体的な動作については後述する。

図２は本発明によるエンジン再始動制御装置を使用するクランク角センサの一例を示す図であり、図２(Ａ)はクランク軸方向からクランク角センサを見た図であり、図２(Ｂ)はクランク角センサによる回転方向検出方法を説明する図である。

クランク軸１１には全周に一定間隔ごとに凹凸が形成されたリングギア１３が固設される。そしてこのリングギア１３の凹凸を検出する２つのクランク角センサ(第１クランク角センサ２０−１及び第２クランク角センサ２０−２)が設けられる。

第１クランク角センサ２０−１及び第２クランク角センサ２０−２は、所定の位相をおいてリングギア１３の凹凸を検出する。エンジンが正回転しているときは、たとえば図２(Ｂ)の左側に示すように先に第２クランク角センサ２０−２から検出信号が出力され、遅れて第１クランク角センサ２０−１から検出信号が出力される。しかしながらエンジンが逆回転すると、たとえば図２(Ｂ)の右側に示すように先に第１クランク角センサ２０−１から検出信号が出力され、遅れて第２クランク角センサ２０−２から検出信号が出力される。このように２つのクランク角センサを使用すれば、センサの検出信号の順序によってクランク軸の回転方向を識別できるのである。

以下ではコントローラ７０の具体的なエンジン再始動制御ロジックについてフローチャートに沿って説明する。

図３は、本発明によるエンジン再始動制御装置の動作を説明するメインフローチャートである。なおコントローラ７０はこの処理を微少時間(たとえば１０ミリ秒)サイクルで繰り返し実行する。

ステップＳ１においてコントローラ７０は、クランキングが完了しているか否かを判定する。クランキングが完了していればステップＳ２へ処理を移行し、完了していなければステップＳ８へ処理を移行する。

ステップＳ２においてコントローラ７０は、アイドルストップ後の再始動準備中であるか否かを判定する。再始動準備中になるまではステップＳ３へ処理を移行し、再始動準備中になったらステップＳ８へ処理を移行する。

ステップＳ３においてコントローラ７０は、アイドルストップ指令の有無を判定する。アイドルストップ指令があるまではステップＳ４へ処理を移行し、アイドルストップ指令があったらステップＳ５へ処理を移行する。

ステップＳ４においてコントローラ７０は、エンジンの運転を制御する。具体的な処理内容は後述する。

ステップＳ５においてコントローラ７０は、再始動指令の有無を判定する。再始動指令があるまではステップＳ６へ処理を移行し、再始動指令があったらステップＳ７へ処理を移行する。

ステップＳ６においてコントローラ７０は、アイドルストップ処理を実行する。具体的な処理内容は後述する。

ステップＳ７においてコントローラ７０は、エンジン再始動準備処理を実行する。具体的な処理内容は後述する。

ステップＳ８においてコントローラ７０は、カウンタをインクリメントする。

ステップＳ９においてコントローラ７０は、カウンタに基づいてＳＳＧの応答遅れ時間が経過したか否かを判定する。時間が経過するまではステップＳ１１へ処理を移行し、時間が経過したらステップＳ１０へ処理を移行する。

ステップＳ１０においてコントローラ７０は、クランキング処理を実行する。具体的な処理内容は後述する。

ステップＳ１１においてコントローラ７０は、燃料噴射開始許可フラグが１であるか否かを判定する。燃料噴射開始許可フラグが１になるまでは処理を一旦抜け、１になったらステップＳ１２へ処理を移行する。

ステップＳ１２においてコントローラ７０は、燃料噴射を開始する。具体的な処理内容は後述する。

図４は、エンジン運転ルーチンを説明するフローチャートである。

ステップＳ４１においてコントローラ７０は、ＳＳＧをオルタネータモードに設定する。これによりＳＳＧはエンジン運転中にクランク軸の駆動力によって発電する。

ステップＳ４２においてコントローラ７０は、燃料インジェクタの燃料噴射制御及び点火プラグの点火時期制御を実行する。

なおこれらはエンジンが通常運転中の制御であり、従来から公知の制御方法を用いればよいので詳細な説明は省略する。

図５は、アイドルストップルーチンを説明するフローチャートである。

ステップＳ６１においてコントローラ７０は、ＳＳＧをニュートラルモードに設定する。ニュートラルモードとは、ＳＳＧが発電もクランキングもしないモードである。

ステップＳ６２においてコントローラ７０は、燃料インジェクタからの燃料噴射を停止する。

ステップＳ６３においてコントローラ７０は、燃料噴射停止時のエンジン回転速度ＮＥ０をメモリに記憶する。

図６は、エンジン再始動準備ルーチンを説明するフローチャートである。

ステップＳ７１においてコントローラ７０は、ＳＳＧを励磁モードに設定する。励磁モードとは、ＳＳＧをスタータとして機能させる前に励磁するモードである。

ステップＳ７２においてコントローラ７０は、記憶してある燃料噴射停止時のエンジン回転速度ＮＥ０と、現在のエンジン回転速度ＮＥと、に基づいて、エンジン回転速度の減速度を算出する。そしてこのエンジン回転速度の減速度を、あらかじめＲＯＭに格納された例えば図９に示す特性のマップに適用することで、揺り戻し発生閾値ＮＥ１を設定する。なお揺り戻し発生閾値ＮＥ１は、エンジン回転速度の減速度が大きいほど大きい。

ステップＳ７３においてコントローラ７０は、現在のエンジン回転速度ＮＥが揺り戻し発生閾値ＮＥ１よりも大きいか否かを判定する。大きければステップＳ７４へ処理を移行し、そうでなければ処理を一旦抜ける。

ステップＳ７４においてコントローラ７０は、燃料噴射開始許可フラグに１をセットする。

図７は、クランキングルーチンを説明するフローチャートである。

ステップＳ１０１においてコントローラ７０は、ＳＳＧをスタータモードに設定する。スタータモードとは、ＳＳＧをスタータとして機能させてクランク軸をクランキングするモードである。

ステップＳ１０２においてコントローラ７０は、ＳＳＧがクランキング中であり、かつエンジンが正回転か否かを判定する。肯定的であればステップＳ１０３へ処理を移行し、そうでなければ処理を一旦抜ける。

ステップＳ１０３においてコントローラ７０は、燃料噴射開始許可フラグに１をセットする。

図８は、燃料噴射開始ルーチンを説明するフローチャートである。

ステップＳ１２１においてコントローラ７０は、燃料噴射を最初に開始する気筒を決定する。具体的には、エンジンがいわゆる直噴タイプであれば圧縮行程の気筒を燃料噴射を最初に開始する気筒として設定する。しかしながら圧縮行程の極後半に燃料を噴射しては、噴射した燃料が十分気化する前に点火時期になってしまうおそれがある。そこでこのような場合は、次に圧縮行程になる気筒を燃料噴射を最初に開始する気筒として設定する。十分気化する前に点火時期になるか否かを判定するための基準値は、エンジン回転速度に応じて設定すればよい。またエンジンがいわゆるポート噴射タイプであれば吸気行程の気筒を燃料噴射を最初に開始する気筒として設定する。しかしながらこの場合も、噴射した燃料が十分気化する前に点火時期になってしまうおそれがあるときには、次に吸気行程になる気筒を燃料噴射を最初に開始する気筒として設定すればよい。すなわち直噴タイプであってもポート噴射タイプであっても、燃料噴射を再開したときに、供給された燃料が十分に燃焼する気筒から燃料噴射を開始するのである。

ステップＳ１２２においてコントローラ７０は、決定した気筒から順次燃料噴射を開始する。

次に図１０を参照して本発明によるエンジン再始動制御装置の実際の作動について説明するが、まず始めに本実施形態の理解を容易にするために比較形態の制御について説明する。なお比較形態を破線で示す。

比較形態では、時刻ｔ１でアイドルストップ指令があり、エンジン回転が低下中の時刻ｔ２で再始動指令があったら、その時点で燃料噴射を再開していた(図１０(Ｂ))。ＳＳＧは始動指令を受けても実際に駆動を開始するまでに励磁時間などを必要とするので応答遅れが生じてしまう。そのため時刻ｔ２でＳＳＧ指令があってもエンジン回転は低下し続け、圧縮乗り越えができずに時刻ｔ３で逆回転し始めて揺り戻しが発生する。揺り戻し中に噴射された燃料は、未燃のまま吸気ポートや排気ポートから吹き抜けてしまって排気エミッションが増大するおそれがある。

以上を踏まえて本実施形態について説明する。なおフローチャートとの対応を分かりやすくするために、冒頭にＳを付したステップ番号を併記する。

アイドルストップ指令があるまでは、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ４の処理を繰り返して、エンジンを運転する。さらに詳しくはＳＳＧをオルタネータモードに設定して発電しながら(図１０(Ａ)；ステップＳ４１)、点火及び燃料噴射を制御する(ステップＳ４２)。これにより図１０(Ｃ)に示すようにエンジン回転速度は維持される。

時刻ｔ１でアイドルストップ指令があったら再始動指令があるまでは、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ５→Ｓ６の処理を繰り返して、アイドルストップを実行する。さらに詳しくはＳＳＧをニュートラルモードに設定して(図１０(Ａ)；ステップＳ６１)、燃料噴射を停止するとともに(図１０(Ｂ)；ステップＳ６２)、燃料噴射停止時のエンジン回転速度ＮＥ０を記憶する(ステップＳ６３)。これにより図１０(Ｃ)に示すようにエンジン回転速度は低下する。

時刻ｔ２で再始動指令があったら、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ３→Ｓ５→Ｓ７と処理を進めて、エンジン再始動準備を実行する。さらに詳しくはＳＳＧを励磁モードに設定して(図１０(Ａ)；ステップＳ７１)、減速度に基づいて揺り戻し発生閾値ＮＥ１を算出し(ステップＳ７２)、その揺り戻し発生閾値ＮＥ１よりも現在のエンジン回転速度ＮＥが大きいか否かを判定する(ステップＳ７３)。図１０では揺り戻し発生閾値ＮＥ１よりも現在のエンジン回転速度ＮＥが小さいので、処理を一旦抜ける。

次サイクル以降はアイドルストップ後の再始動準備中であるので、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１１と処理を繰り返して、ＳＳＧの応答遅れ時間の経過を待つ。その間にエンジン回転は低下し続け、圧縮乗り越えができずに時刻ｔ３で逆回転し始めて揺り戻しが発生するが、燃料噴射を再開していないので、未燃ガスが吸気ポートや排気ポートから吹き抜けてしまうおそれがない。

時刻ｔ４でＳＳＧの応答遅れ時間が経過したら、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ２→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０の処理を進めて、クランキングする。さらに詳しくはＳＳＧをスタータモードに設定して(図１０(Ａ)；ステップＳ１０１)、クランキングする。そしてエンジンが正回転するまでは、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１１の処理を繰り返す。

時刻ｔ５でエンジンが正回転したら、コントローラ７０は、ステップＳ１→Ｓ８→Ｓ９→Ｓ１０→Ｓ１０１→Ｓ１０２→Ｓ１０３へ処理を進めて燃料噴射開始許可フラグに１を設定し、さらにステップＳ１１→Ｓ１２と処理を進めて、燃料噴射を最初に開始する気筒を決定し(ステップＳ１２１)、決定した気筒から順次燃料噴射を開始する(ステップＳ１２２)。

次に図１１を参照して揺り戻し発生閾値ＮＥ１を設定する理由について説明する。

本実施形態では、アイドルストップ中に再始動指令があった場合に揺り戻し発生閾値ＮＥ１を設定し(ステップＳ７２)、その揺り戻し発生閾値ＮＥ１よりも現在のエンジン回転速度ＮＥが大きいときには(図１１(Ｂ)の時刻ｔ２１；ステップＳ７３でＹｅｓ)、すぐに燃料噴射開始を許可する(図１１(Ａ)の時刻ｔ２１；ステップＳ７４)。

揺り戻し発生閾値ＮＥ１よりも現在のエンジン回転速度ＮＥが小さいときには(図１１(Ｂ)の時刻ｔ２２；ステップＳ７３でＮｏ)、ＳＳＧの応答遅れ時間の経過を待つ。エンジン回転が低下して、圧縮乗り越えができずに時刻ｔ３２で逆回転し始めて揺り戻しが発生する。そしてＳＳＧの応答遅れ時間が経過してからスタータのクランキングを開始する(図１１(Ｂ)の時刻ｔ４２；ステップＳ１０１)。エンジンが正回転したら(図１１(Ｂ)の時刻ｔ５２；ステップＳ１０２でＹｅｓ)、燃料噴射開始を許可する(図１１(Ａ)の時刻ｔ５２；ステップＳ１０３)。

このようにしたのでＳＳＧの応答遅れを考慮しても、エンジンが逆回転(揺り戻し)するおそれがないときには、すぐに燃料噴射の開始を許可して燃料を噴射するので、エンジン始動を無駄に遅延させてしまうことがない。またエンジンが逆回転(揺り戻し)するおそれがあるときには、エンジンをクランキングして正回転してから燃料噴射の開始を許可して燃料を噴射するので、燃料が未燃のまま吸気ポートや排気ポートから吹き抜けてしまうことがない。

次に図１２を参照して揺り戻し発生閾値を減速度に基づいて設定する理由について説明する。

本実施形態では、アイドルストップ指令に基づく燃料カットによってエンジン回転が減速するときの減速度が大きいほど、揺り戻し発生閾値を大きく設定する。

ＳＳＧの応答遅れは、ＳＳＧをスタータとして機能させる前に励磁するときに要する時間であり、ＳＳＧの仕様によって決まる。ＳＳＧの応答遅れは、ほぼ一定時間である。すなわち図１２(Ｂ)に示した、減速度大のときの再始動指令時刻ｔ２３からクランキング開始時刻ｔ４３までの時間と、減速度小のときの再始動指令時刻ｔ２４からクランキング開始時刻ｔ４４までの時間と、は、ほぼ一定である。

そこでエンジン回転速度の減速度が大きいときは、揺り戻し発生閾値を大きく設定しておく。このようにすれば時刻ｔ２３以前に再始動指令があったら、エンジンが逆回転し始める前に確実にＳＳＧを駆動してクランキングを開始できるのである。

またエンジン回転速度の減速度が小さいときは、揺り戻し発生閾値を小さく設定しておく。このようにすれば時刻ｔ２４以降に再始動指令があったときしかエンジンが逆回転し始めないので、燃料噴射をわざわざ遅延させて不要に始動を遅らせてしまうことを防止できるのである。

このように本実施形態によれば、アイドルストップ中に再始動指令があってエンジンのクランキングを開始した場合に、エンジンが逆回転(揺り戻し)するおそれがあるときには、エンジンが実際に正回転してから燃料噴射を開始するようにしたので、燃料が未燃のまま吸気ポートや排気ポートから吹き抜けてしまうことを確実に防止できる。

またＳＳＧの応答遅れを考慮しても、エンジンが逆回転(揺り戻し)するおそれがないときには、すぐに燃料噴射の開始を許可して燃料を噴射するので、エンジン始動を無駄に遅延させてしまうことがない。

さらにエンジン回転速度の減速度に基づいて揺り戻し発生閾値を設定するので、エンジン状態に応じた燃料噴射タイミングになり、燃料噴射を不要に遅延させて始動を遅らせてしまうことを防止できるのである。

以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。

たとえば、上記説明では直列４気筒エンジンを例示して説明したが、気筒数や直列／Ｖ型などの型式は、直列４気筒エンジンに限定されない。種々のエンジンに適用可能である。

また上記説明では、エンジンをクランキングする装置としてＳＳＧを例示したが、これには限られない。オルタネータ機能を持たずスタータ機能を持つ装置であってもよい。

本発明によるエンジン再始動制御装置を使用するシステムの一例を示す図である。 本発明によるエンジン再始動制御装置を使用するクランク角センサの一例を示す図である。 本発明によるエンジン再始動制御装置の動作を説明するメインフローチャートである。 エンジン運転ルーチンを説明するフローチャートである。 アイドルストップルーチンを説明するフローチャートである。 エンジン再始動準備ルーチンを説明するフローチャートである。 クランキングルーチンを説明するフローチャートである。 燃料噴射開始ルーチンを説明するフローチャートである。 エンジン回転速度の減速度と揺り戻し発生閾値との特性の一例を示すマップである。 本発明によるエンジン再始動制御装置の実際の作動について説明する図である。 揺り戻し発生閾値を設定する理由について説明する図である。 揺り戻し発生閾値を減速度に基づいて設定する理由について説明する図である。

符号の説明

１ エンジン再始動制御装置
１０ エンジン
２０ クランク角センサ
３０ ＳＳＧ(Side mount Starter Generator)
４０ 燃料インジェクタ
５０ 点火プラグ
７０ コントローラ
ステップＳ５ 再始動指令判定手段／再始動指令判定工程
ステップＳ１０〜Ｓ１２ 燃料噴射制御手段／燃料噴射制御工程
ステップＳ７３ 揺り戻し判定手段／揺り戻し判定工程

Claims (5)

1. アイドルストップ指令に基づく燃料カットによるエンジン回転の減速中に再始動指令があったか否かを判定する再始動指令判定手段と、
   再始動指令があったときには、エンジンがクランキングを開始するまでに逆回転するか否かを判定する揺り戻し判定手段と、
   エンジンのクランキングを開始するまでにエンジンが逆回転すると判定されるときには、クランキングを開始してエンジンが正回転してから、燃料噴射を開始する燃料噴射制御手段と、
   を備えるエンジン再始動制御装置。
2. 前記揺り戻し判定手段は、エンジンがクランキングを開始するまでに逆回転するか否かを判定するための判定値を、エンジン回転速度の減速度に基づいて設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン再始動制御装置。
3. 前記燃料噴射制御手段は、燃料噴射を再開して供給された燃料が十分に燃焼する気筒から燃料噴射を開始する、
   ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のエンジン再始動制御装置。
4. 前記燃料噴射制御手段は、エンジンのクランキングを開始するまでにエンジンが逆回転しないと判定されるときには、再始動指令とともに燃料噴射を開始する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のエンジン再始動制御装置。
5. アイドルストップ指令に基づく燃料カットによるエンジン回転の減速中に再始動指令があったか否かを判定する再始動指令判定工程と、
   再始動指令があったときには、エンジンがクランキングを開始するまでに逆回転するか否かを判定する揺り戻し判定工程と、
   エンジンのクランキングを開始するまでにエンジンが逆回転すると判定されるときには、クランキングを開始してエンジンが正回転してから、燃料噴射を開始する燃料噴射制御工程と、
   を備えるエンジン再始動制御方法。

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