JP2010203346A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動性を保ちつつ、エンジンの始動ショックを低減することができる内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】内燃機関（１０）の吸気通路（２０）の流入空気量を調節するスロットルバルブ（２４）と、内燃機関（１０）への燃料の噴射量を調節する燃料噴射弁（２６）と、内燃機関（１０）をクランキングするクランキング手段（１２）と、を制御して、内燃機関（１０）の始動を制御する内燃機関の制御装置（４０）であって、内燃機関（１０）の始動要求を検出したときに、スロットルバルブ（２４）を閉弁し、クランキング手段（１２）により内燃機関（１０）をクランキングさせ、燃料噴射弁（２６）から燃料の噴射を開始するよりも前に、スロットルバルブ（２４）を所定の開度に開弁させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関を制御する制御装置に関し、より詳細には、内燃機関の始動ショックを低減させる制御装置に関する。

従来、車両に搭載されるエンジン等の内燃機関の始動に際し、クランキング実行時にスロットルバルブを閉じて、スロットルバルブ下流側の負圧を速やかに発達させることにより、内燃機関の初爆時のトルクを抑制して、始動時のショックを抑えるように制御を行うものがある。

このような制御として、エンジンクランキング時にスロットルバルブより下流の吸気通路内の負圧発達を通常よりも強め、その後最初の燃料噴射を行って点火するときに燃焼室に充填されている空気量を通常よりも減じるように吸気バルブを可変制御する吸気バルブ可変制御手段を有するエンジン始動制御装置（特許文献１、参照。）が開示されている。

特開２００７−７１０８３号公報

前述の特許文献１のように、完爆時のトルクを低減するためにスロットルバルブを閉じることによって空気流入量を減少させた場合は、負圧のピークと完爆とのタイミングが一致しない。このような場合は、トルクの連続性が失われてショックが生じる。

また、空気流入量を減少させることにより、エンジンの始動性が低下するため、高地、高温時、重質ガソリンの使用等、始動条件が悪い場合に始動不良が発生する場合があり得る。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、始動性を保ちつつ、エンジンの始動ショックを低減することができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施態様によると、内燃機関（１０）の吸気通路（２０）の流入空気量を調節するスロットルバルブ（２４）と、内燃機関（１０）への燃料の噴射量を調節する燃料噴射弁（２６）と、内燃機関（１０）をクランキングするクランキング手段（１２）と、を制御して、内燃機関（１０）の始動を制御する内燃機関の制御装置（４０）であって、内燃機関（１０）の始動要求を検出したときに、スロットルバルブ（２４）を閉弁し、クランキング手段（１２）により内燃機関（１０）をクランキングさせ、燃料噴射弁（２６）から燃料の噴射を開始するよりも前に、スロットルバルブ（２４）を所定の開度に開弁させることを特徴とする。なお、本発明の実施形態に対応する符号を付したが、この構成に限定されるものではない。

本発明によると、内燃機関の始動に際して、一旦スロットルバルブを閉弁下後、燃料の噴射を開始するよりも前にスロットルバルブを開弁するので、内燃機関の完爆時のトルクを抑制することができると共に、吸気通路の負圧の発達のピークとの連続性を確保できるので、内燃機関の始動時のショックを抑制することができる。

本発明の実施形態のエンジンを中心とした吸排気システムの説明図である。 本発明の実施形態のエンジンの始動制御のタイミングチャートである。 本発明の実施形態のエンジンの始動制御のフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明のエンジン１０を中心とした吸排気システムの説明図である。

内燃機関としてのエンジン１０は、空気を供給する吸気通路２０及び排ガスを排出する排気通路３０を備える。

吸気通路２０は、その途中にスロットルチャンバ２３を備える。スロットルチャンバ２３は、内部にスロットルバルブ２４を備える。スロットルバルブ２４は、後述するＥＣＵ４０の制御によって、その開度が変更されることによって流入空気量を調節してエンジン１０に供給する。

スロットルチャンバ２３には、吸気通路２０の内径が拡大された吸気コレクタ２２が連設される。吸気コレクタ２２は、吸気を一旦貯蔵して吸気脈動を抑制する。吸気コレクタ２２にはバキュームセンサ２５が備えられる。バキュームセンサ２５は、吸気マニホールド２１の負圧を検知して、吸入空気量を検出する。

吸気通路２０とエンジン１０との接続部付近には、燃料噴射弁２６が備えられる。燃料噴射弁２６は、燃料を霧状に噴射して吸気通路２０から導かれる吸気と混ぜ合わせて混合気を生成し、エンジン１０に供給する。

エンジン１０は、混合気の燃焼によって発生したエネルギーで駆動され、連結されているクランクシャフト及びフライホイール１１を通じて外部に出力を伝達する。

フライホイール１１の外周には多数の歯が形成されており、この歯に契合するギアによってエンジン１０に回転駆動力を与えることでエンジン１０をクランキングさせるスターターモータ１２（クランキング手段）を備える。

エンジン１０の燃焼後の排ガスは、排気通路３０から触媒３１によって浄化された後に排出される。

エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、これら各種構成を制御して、エンジン１０の運転を制御する制御装置である。

次に、このように構成されたエンジン１０の始動制御について説明する。

従来、エンジン１０の始動に際し、スロットルバルブ２４を閉じてエンジン１０への流入吸気量を減少させ、吸気通路２０の下流側の負圧を速やかに発達させた後、スロットルバルブ２４を開弁すると共に、燃料噴射弁２６から燃料を噴射させてエンジン１０を始動するような制御が行われている。このような制御により、エンジン１０が始動するときのショックを抑制することができる。

図２（ａ）は、このような従来のエンジン１０の始動制御におけるタイミングチャートである。

エンジン１０の停止時に、エンジン１０の始動要求が発生すると、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ２４を制御して、スロットルバルブ２４を閉弁する。そして、スターターモータ１２を制御して、エンジン１０をクランキングする。これにより、吸気通路２０の下流側の負圧が発達する。

その後、クランキングによってエンジン１０の回転速度が始動となったときに、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ２４を開弁して吸気を流入させると共に、燃料噴射弁２６を制御して燃料の噴射を開始して、エンジン１０を始動させる。

これによりエンジン１０が始動し、図に示す「完爆」のタイミングで、エンジン１０の始動が完了する。この後は、流入吸気量及び燃料の噴射量によって、エンジン１０の回転速度が制御される。

このような制御によって、エンジン１０始動時に流入吸気量を減少させることにより、完爆時の出力が過大となってショックが発生することを防ぐことができる。

しかしながら、スロットルバルブ２４の閉弁による吸気通路２０の負圧の発達のピークと、エンジン１０の完爆とのタイミングが一致しない場合は、トルクの連続性が失われ、エンジン１０にショックが生じる。特に、アイドリングストップからのエンジン１０の再始動や、走行中のエンジン１０の停止からのエンジン１０の再始動等、運転者が意図しないエンジン１０の始動時にショックが生じると、運転者に違和感を与え、商品性が低下する。

そこで、本発明の実施形態では、以下に説明するような特徴的な構成によって、エンジン１０のショックを抑えると共に、エンジン１０の始動性を確保することができるように制御した。

図２（ｂ）は、本発明の実施形態による、エンジン１０の始動制御におけるタイミングチャートである。

前述の図２（ａ）と同様に、エンジン１０の停止時にエンジン１０の始動要求が発生すると、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ２４を制御して、スロットルバルブ２４を閉弁する。そして、スターターモータ１２を制御して、エンジン１０を回転させる。

ここで、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ２４を閉弁してから所定の時間が経過した後、スロットルバルブ２４を所定の開度に開弁する。そして、スロットルバルブ２４を所定の開度に開弁してからさらに所定の時間が経過したときに、燃料噴射弁２６を制御して燃料の噴射を開始し、エンジン１０を始動させる。

このように、スロットルバルブ２４の開弁を、燃料噴射のタイミングよりも早く行うことによって、エンジン１０の完爆のタイミングと吸気通路２０の負圧の発達のピークとを一致させることができる。これにより、トルクの連続性を保ちつつ、エンジン１０のショックを低減することができる。

なお、ＥＣＵ４０は、スロットルバルブ２４の開弁を、エンジン１０の完爆のタイミングと負圧の発達のピークとを一致させるように制御する。

具体的には、スロットルバルブ２４の閉弁の期間、開弁のタイミング及び開弁時の弁開度によって、吸気通路２０の負圧の発達が推定可能である。そこで、この推定された負圧のピークとエンジン１０の完爆とが一致するように、ＥＣＵ４０が燃料噴射のタイミングを制御する。

なお、この負圧の推定には、例えば、ＥＣＵ４０の内部にマップやテーブルを予め保持しておき、ＥＣＵ４０が、このマップやテーブルを参照することによって、スロットルバルブ２４の閉弁の期間、開弁のタイミング及び開弁時の弁開度を制御する。

また、スロットルバルブ２４の閉弁の期間、開弁のタイミング及び開弁時の弁開度は、図３で後述するように、ショック抑制処理におけるショック抑制の度合いによって、設定される。エンジン１０のショック抑制を優先する場合は、閉弁の期間を長くし、エンジン１０の始動性を優先する場合は、閉弁の期間を短くする。

図３は、本発明の実施形態のエンジン１０の始動制御のフローチャートである。

この図３に示すフローチャートは、エンジン１０が停止しているときに、ＥＣＵ４０がエンジン始動要求が発生したことを検出した場合に実行される。

エンジン１０は、ＥＣＵ４０による別の制御によって停止される。例えば、停車時におけるいわゆるアイドルストップ、又は、ハイブリッド車両（ＨＥＶ）におけるモーター走行時に、エンジン１０を停止する。また、運転者がエンジン１０の停止を指示することによっても停止する。

このような状態から、アクセルペダル２７が操作されることによって運転者からなされる発進要求又は加速要求等がなされたことを検出した場合に、このアクセルペダル２７の踏み込み量、車速、エンジン回転速度等によって、ＥＣＵ４０は、エンジン始動要求の発生及び要求トルクを検出する。また、運転者によってエンジン１０の始動が指示された場合にも、エンジン始動要求発生を検出する（始動要求検出手段、要求トルク検出手段）。

まず、ＥＣＵ４０は、エンジン１０の始動要求が初回の始動であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。

初回の始動とは、エンジン１０が搭載される車両を起動してから初回の始動時である。一方、アイドリングストップからのエンジン始動要求や、ＨＥＶにおける走行中のエンジン停止からのエンジン始動要求等は、初回の始動ではないと判定する。

エンジン１０の初回の始動であると判定した場合は、ステップＳ１０２に移行し、エンジン１０の水温が所定の水温以下であり、極低温であるか否かを判定する。

水温が極低温（例えば０℃以下）である場合は、エンジン１０を始めとした各構成の温度が低く、フリクションの増加や着火性の低下などによってエンジン１０の始動が困難な状態である。

そこで、このような場合には、ＥＣＵ４０は、始動性を優先させるべく制御する（Ｓ１０３）。より具体的には、エンジン始動要求に対して、スロットルバルブ２４の閉弁を行わず、エンジン１０を速やかに始動させる。

ステップＳ１０１において、エンジン１０の初回の始動でないと判定した場合はステップＳ１０４に移行して、ＥＣＵ４０は、予め設定された始動困難要素が少なくとも一つ成立しているか否かを判定する。

始動困難要素とは、エンジン１０の始動を妨げる条件であり、例えば、環境温度が高い場合（熱地）、環境酸素濃度が低い場合（高地）、燃料が重質ガソリンである場合、センサ等の部品に故障が発生している場合、等があげられる。

また、エンジン１０の累積走行距離が所定の距離に満たない場合は、エンジン１０やトランスミッション等の擦り合わせが十分でなくフリクションが大きいので、始動困難要件とする。

これら始動困難要素の少なくとも一つが成立していると判定した場合はステップＳ１０５に移行する。始動困難要素が一つも成立していない場合はステップＳ１０８に移行する。

ステップＳ１０５では、始動困難要件の成立が一つのみであるか、二つ以上であるか否かを判定する。

始動困難要件が二つ以上成立していると判定した場合は、ＥＣＵ４０は、始動性を高めるべく、ショック抑制制御の度合いを低レベルとする（Ｓ１０６）。一方、始動困難要件の成立が一つのみであると判定した場合は、ＥＣＵ４０は、始動性とショック抑制とをバランスさせるべく、ショック抑制制御の度合いを中レベルとする（Ｓ１０７）。

ステップＳ１０８では、ＥＣＵ４０は、運転者からのエンジン１０に対する要求トルクの大きさを判定する。要求トルクは、エンジン１０の回転速度、車速、アクセルペダル２７の開度等から、ＥＣＵ４０がマップ等を用いて算出する。そして、算出された要求トルクの程度が、大、中、小の三段階のうちいずれかであるかを判定する。

要求トルクが大きい場合はステップＳ１０９へ、要求トルクが中程度の場合はステップＳ１１０へ、要求トルクが小さい場合はステップＳ１１１へ、それぞれ分岐する。

ステップＳ１０９では、要求トルクが大きいため、速やかなエンジン１０の始動によるトルクの追従が要求される。この場合は、始動性を優先し、ショック抑制処理の度合いを低レベルとする。

一方、ステップＳ１１１では、要求トルクは小さいため、エンジン１０の始動性よりもショック抑制を優先すべく、ショック抑制制御の度合いを高レベルとする。

また、ステップＳ１１０では、これらステップＳ１０９及びＳ１１の中間的な処理として、ショック抑制制御の度合いを中レベルとする。

これらショック抑制処理（Ｓ１０３、Ｓ１０６、Ｓ１０７、Ｓ１０９〜Ｓ１１１）が終了すると、本フローチャートによる処理を終了する。

この図３のショック抑制処理について説明する。

前述のように、本発明の実施形態では、スロットルバルブ２４の閉弁の期間により、ショック抑制の度合いを設定する。

前述のステップＳ１０３では、始動性を優先するために、ショック抑制のための処理を行わない。そこで、始動時に図２に示すようなスロットルバルブ２４の閉弁を行わずに、エンジン１０を始動させる。

この場合、エンジン１０の始動に伴ってショックが発生するが、運転者は自らエンジンの始動に関わっており、始動のショックは許容される。

また、前述のステップＳ１０６及びＳ１０９では、ショック抑制の度合いを低レベルとし、始動性を優先する。そこで、スロットルバルブ２４の閉弁の期間は最低限とし、始動性に関わる処理（燃料噴射量、燃料噴射のタイミング）を優先するように制御する。

なお、ステップＳ１０６は、エンジン１０の始動性を阻害する要因がある場合であり、始動性を優先させる。一方ステップＳ１０９では、運転者の要求トルクが高い場合であり、迅速な始動となるように制御する。このステップＳ１０６とＳ１０９とのショック抑制処理は、同一の度合いとしてもいいし、異ならせてもいい。

また、前述のステップＳ１１１では、エンジンの始動性よりもショック抑制を優先する。そこで、スロットルバルブ２４の閉弁の期間を大きく設定することにより、吸気通路２０の負圧を大きく発達させて、ショック抑制効果をより高める。このようにスロットルバルブ２４の閉弁期間を設定した上で、エンジン１０の完爆と負圧の発達のピークとが一致するように、スロットルバルブ２４の開弁のタイミング、燃料噴射のタイミングを設定する。これにより、エンジン１０のショック抑制の効果を最大とする。

この場合、エンジン１０の始動要求から完爆までの期間が延びるが、エンジンのショックは抑えられ、運転者にエンジン１０の停止及び始動を意識させることがない。また、エンジン１０の始動性を阻害する要因がないため、スロットルバルブ２４の閉弁の期間を長くしたとしても始動性には影響しない。

また、前述のステップＳ１０７及びＳ１１０では、ショック抑制の度合いを中レベルとする。そこで、スロットルバルブ２４の開度の期間を前述のステップＳ１０６又はＳ１０９と、ステップＳ１１１との中間的な制御とする。

なお、この図３の処理では、ショック抑制の度合いをいくつかの段階に分けて処理したが、これに限られず、スロットルバルブ２４の閉弁の期間、開弁のタイミング及び開弁時の弁開度、燃料噴射弁２６による燃料噴射のタイミング及び噴射量を適宜変更することにより、始動性を優先した制御と、ショック抑制を優先した制御との間で無段階に制御することができる。

以上のように、本発明の実施形態では、エンジン１０の始動に際し、完爆時のトルクを抑制するためにクランキング時にスロットルバルブ２４を閉弁して、吸気通路２０の下流の負圧を発達させる。そしてさらに、燃料を噴射するタイミングよりも前にスロットルバルブ２４を開弁させる。このように構成することで、負圧の発達のピークとエンジン１０の完爆のタイミングとが不一致となることを抑制して、トルクの連続性を保ち、エンジン１０の始動ショックを低減することができる。

また、本発明の実施形態では、エンジン１０の始動が困難な条件がある場合は、始動ショックの低減よりも始動性を優先するように制御する。これにより、エンジン１０の始動ショックの抑制と始動性とを両立させることができる。

なお、本発明の実施形態では、エンジン１０をクランキングさせるクランキング手段としてスターターモータ１２を備えたが、これに限られず、例えば、ＨＥＶにおけるモータジェネレータをクランキング手段として用いてもよい。

１０ エンジン
１１ フライホイール
１２ スターターモータ（クランキング手段）
２０ 吸気通路
２１ 吸気マニホールド
２２ 吸気コレクタ
２３ スロットルチャンバ
２４ スロットルバルブ
２５ バキュームセンサ
３０ 排気通路
３１ 触媒
４０ エンジンコントロールユニット（制御装置）

Claims (5)

1. 内燃機関の吸気通路の流入空気量を調節するスロットルバルブと、前記内燃機関への燃料の噴射量を調節する燃料噴射弁と、前記内燃機関をクランキングするクランキング手段と、を制御して、前記内燃機関の始動を制御する内燃機関の制御装置であって、
   内燃機関の始動要求を検出したときに、
   前記スロットルバルブを閉弁し、
   前記クランキング手段により前記内燃機関をクランキングさせ、
   前記燃料噴射弁から燃料の噴射を開始するよりも前に、前記スロットルバルブを所定の開度に開弁させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記スロットルバルブを閉弁させることによって発達する前記吸気通路の負圧のピークが前記内燃機関の完爆と同時となるように、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射に対する前記スロットルバルブの開弁の時期を制御することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記スロットルバルブの閉弁の期間、開弁のタイミング及び開弁時の弁開度によって、前記内燃機関の完爆のタイミングを制御することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記内燃機関の始動が困難な条件があると判定した場合に、前記燃料噴射弁からの燃料の噴射に対する前記スロットルバルブの開弁の期間を小さくするように制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。
5. 運転者からの要求トルクを検出する要求トルク検出手段を備え、
   前記要求トルク検出手段が検出した要求トルクが大きいほど、前記燃料の噴射の開始よりも、前記スロットルバルブの開弁が早くなるように制御することを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の内燃機関の制御装置。

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