JP2011208583A - 内燃機関の自動停止・再始動装置 - Google Patents

内燃機関の自動停止・再始動装置 Download PDF

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Abstract

【目的】内燃機関の自動停止後の惰性回転中の再始動要件成立時に於いても速やかな再始動が可能な内燃機関の始動停止・再始動装置を提供する。
【解決手段】この発明による内燃機関の自動停止・再始動装置は、自動停止要件が成立して内燃機関の回転が停止するまでに再始動要件が成立した時に、ピニオン押し出し手段によりピニオンギアを押し出してピニオンギアをリングギアに噛み込ませて内燃機関の再始動制御を行う再始動制御手段と、自動停止要件が成立して内燃機関の回転が停止するまでに内燃機関の回転速度が所定値より低くなったときに、再始動要件が成立していなくてもスロットル弁を開き、内燃機関の回転が停止してから再始動要件成立まではスロットル弁の制御を停止するスロットル弁制御手段とを備えたものである。
【選択図】図1

Description

この発明は、内燃機関の運転中に所定の自動停止要件が成立した時に内燃機関を自動停止させ、自動停止中に所定の再始動要件が成立した時に内燃機関を再始動させる内燃機関の自動動停止・再始動装置に関する。
近年、車両に搭載される内燃機関に於いては、消費燃料削減を主目的として、内燃機関の自動停止・再始動装置(アイドリングストップ装置)を採用したものがある。この内燃機関の自動停止・再始動装置は、内燃機関運転中に所定の自動停止要件が成立している場合に内燃機関を自動的に停止させ、運転者が車両を発進させる操作を行い所定の再始動要件が成立している場合に内燃機関を自動的に再始動させるようにしたものである。
このような内燃機関(エンジンとも称されるが、本願明細書では内燃機関と称する)の自動停止・再始動装置によれば、自動停止後の内燃機関は惰性回転しながら停止し内燃機関の回転速度が「0」になるが、惰性回転中でも燃料供給がない状況で内燃機関は吸気・圧縮・膨張・排気の各工程が行われ、内燃機関の回転速度は周期的な変動し、その回転速度の周期的な変動に起因して振動が発生する。
従来、前述のような課題を解決するために、内燃機関の惰性回転中の周期的な回転脈動に起因する振動を抑制する手段として、内燃機関の吸気圧力が所定圧力に達するまでは吸気管に設けたスロットル弁を絞り、吸気圧力が所定圧力以上となるまで燃料供給を禁止するようにした技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。
又、内燃機関の停止後の内燃機関の状態を推定し、その推定結果に応じてスロットル弁等を制御して吸入空気量を変更することで振動を抑制し、内燃機関の所定の回転速度以下の時はスロットル弁を開き、内燃機関の回転速度の低下量に基づいてスロットル弁の制御量を可変にするようにした技術が開示されている(例えば、特許文献2参照)。
更に、従来の内燃機関の自動停止・始動装置によれば、内燃機関の自動停止後に於ける内燃機関の惰性回転中に、運転者が車両を発進させる操作を行って再始動要件が成立しても、内燃機関側に設けたリングギアとスタータモータに設けたピニオンギアに回転速度差が生じているため、ピニオンギアをリングギアに噛み込ませることが困難であり、内燃機関の回転が停止するまで再始動ができないという課題があり、この課題を解決するために、内燃機関の惰性回転中に周期的に生じる回転の脈動に合わせてスタータモータを回転させ、リングギアとピニオンギアの回転速度差が小さくなった時にリングギアにピニオンギアを噛み込ませる技術が開示されている(例えば、特許文献3参照)。
特開2007−327365号公報 特開2006−242082号公報 特開2005−113781号公報
特許文献1に開示された従来の技術によれば、吸気圧力が所定圧力以上となるまでの期間は燃料供給を禁止しているため、内燃機関の惰性回転中に運転者が車両の発進操作を行
ったとしても、吸気圧力が所定圧力以上となるまでは内燃機関の再始動を行うことが不可能であり、再始動が遅くなって運転者の意思どおりに発進できず運転者に不快感を与える可能性がある。
又、特許文献2に開示された従来の技術によれば、内燃機関の停止後もスロットル弁の制御を行うため、無用な電力を消費する可能性があった。更に内燃機関の回転速度の低下量によってスロットル弁の制御量を変更するようにしているので、スロットル弁の制御量の変更後に再始動要求があると再始動時に空気量が過大もしくは過少となって燃焼不良が発生する可能性があった。
又、特許文献3に開示された従来の技術によれば、内燃機関の回転の変動が大きい、又は、回転の低下度合いが大きい場合、スタータモータの制御が内燃機関の回転変化に追いつかず、ピニオンギアとリングギアが噛み込みにくい状態が継続して惰性回転中の再始動が不可となる可能性がある。更に、特許文献3に開示された従来に技術では、内燃機関の惰性回転中に発生する周期的な回転脈動に対応してスタータモータを回転させるので、スタータモータの応答性等の特性を考慮して内燃機関の吸気・圧縮・燃焼・排気の各行程に応じたスタータモータの制御を行う必要があるため、内燃機関コントロールユニットの演算負荷が大きくなるという課題がある。
この発明は、従来の装置に於ける前述のような課題を解消するためになされたもので、内燃機関の自動停止後の惰性回転中に再始動要件が成立すれば内燃機関の再始動を速やかに実行でき、又、内燃機関コントロールユニットの演算負荷を過大にすることがない内燃機関の自動停止・再始動装置を提供することを目的とする。
この発明による内燃機関の自動停止・再始動装置は、内燃機関の運転中に自動停止要件が成立したときに前記内燃機関を自動停止させるための自動停止動作を行い、前記自動停止動作中に再始動要件が成立したときに前記内燃機関を再始動させるための再始動動作を行なう内燃機関の自動停止・再始動装置であって、前記内燃機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、前記内燃機関の吸入空気を調節するスロットル弁と、前記内燃機関のクランク軸に連結されたリングギアと、前記内燃機関を始動するためのスタータモータによって回転駆動されるピニオンギアと、前記ピニオンギアを前記リングギアの方向に押し出すピニオン押し出し手段と、前記自動停止要件が成立して前記内燃機関の回転が停止するまでに前記再始動要件が成立した時に、前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンギアを押し出して前記ピニオンギアを前記リングギアに噛み込ませて前記内燃機関の再始動制御を行う再始動制御手段と、前記自動停止要件が成立して前記内燃機関の回転が停止するまでに前記回転速度演算手段により演算した前記内燃機関の回転速度が所定値より低くなったときに、前記再始動要件が成立していなくても前記スロットル弁を開き、前記内燃機関の回転が停止してから前記再始動要件成立までは前記スロットル弁の制御を停止するスロットル弁制御手段とを備えたものである。
この発明による内燃機関の自動停止・再始動装置によれば、内燃機関の自動停止中の惰性回転中に内燃機関の回転速度が所定値より低くなった場合、再始動要件が成立していなくてもスロットル弁を開くようにしたので、内燃機関の回転速度が停止するまでに再始動要件が成立しても再始動時に内燃機関に供給する空気が過少にすることがないので、再始動要件成立に応じて速やかに内燃機関の再始動を行うことができる。また、内燃機関の回転停止後から再始動要件成立まではスロットル弁の制御を停止するので、スロットル弁を無用に動作させることがないので、電力消費を抑制することができる。
この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置の構成を示す構成図である。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、スロットル弁制御手段の動作を支示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、再始動制御手段の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、再始動スロットル弁設定の動作を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、スタータモータの回転速度特性を示す特性図である。
この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、吸気圧力とスロットル弁の関係を示す説明図である。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の自動停止後の状態を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の回転速度が高いときでスタータが駆動しないときの再始動制御時の状態を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の回転速度が高いときでスタータが駆動するときの再始動制御時の状態を示すタイミングチャートである。 この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の回転速度が低いときの再始動制御時の状態を示すタイミングチャートである。
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置について、図面を用いて説明する。図1は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置の構成を示す構成図である。図1に於いて、内燃機関1は、内燃機関1への空気を吸入する吸気管10と、内燃機関1からの排気を排出する排気管14を備えている。吸気管10の上流部にはエアフィルタ2が設けられ、エアフィルタ2の下流部には吸入空気の温度を検出する吸気温センサ3、及びエアフロセンサ4が設けられている。又、エアフロセンサ4の下流部にはモータ5によって吸入空気の流量を調節するスロットル弁6と、スロットル弁6の開度を検出するスロットル開度センサ7が設けられている。
スロットル弁6の下流にはサージタンク9が設けられ、そのサージタンク9には吸気圧力を検出する吸気圧力センサ8が設けられている。更に、サージタンク9の下流には内燃機関1の各気筒の燃焼室に吸入空気を供給する吸気マニホルド11が設けられている。各気筒の吸気ポートの近傍には燃料噴射弁12が設けられ、この燃料噴射弁12から供給された燃料と空気との混合ガスが吸気弁を介して各気筒の燃焼室内に吸入される。各気筒の燃焼室内に吸入された混合ガスは、図示していない点火プラグによって着火されて燃焼し、その燃焼による燃焼ガスは、排気管14から図示していない触媒を通して大気に排出される。
又、内燃機関1には、内燃機関1の冷却水温を検出する図示しない水温センサや、内燃機関1のクランク軸が所定角度回転する毎に出力される信号を検出するクランク角センサ
13が設けられており、このクランク角センサ13の検出信号に基づいて、後述する内燃機関コントロールユニット(以下、ECUと称す)22によりクランク角度の検出や内燃機関1の回転速度を演算する。
更に、内燃機関1には、図示していないキーによる始動(キーオン始動)や、再始動時に内燃機関1に設けたリングギア16を回転駆動させるスタータ15が設けられている。このスタータ15は、リングギア16を回転駆動させるピニオンギア17と、そのピニオンギア17をリングギア16に噛み込ませるためにリングギア16の方向に押し出すピニオン押し出し装置18と、スタータモータ19を駆動させピニオンギア17を回転駆動させるスタータモータ駆動装置20を備えている。このスタータモータ駆動装置20とピニオン押し出し装置18は、ECU22からの駆動信号によって個々に駆動される。スタータ15の動作に関しては後述する。更に、バッテリ21は、スタータ15、ECU22、及び前述の各種センサに電力を供給する。
ECU22は、前述の各種センサの出力信号や、図示していないアクセルペダルの踏み込み量や図示していないブレーキの踏み込み量等の検出信号を入力する入出力インターフェース221、内燃機関1の始動停止・再始動の制御実施可否等を演算し、後述する駆動回路225へ駆動信号を送るCPU(マイクロプロセッサ)222、CPU222の種々の演算で使用する制御プログラムや各種定数を格納するROM(リードオンメモリ)223、CPU222での演算結果を一時的に格納するRAM(ランダムアクセスメモリ)224、CPU222からの演算結果に応じて燃料噴射弁12等に駆動信号を送る駆動回路225を備えている。
ECU22は、前述のクランク角センサ13の検出信号に基づいて内燃機関1の回転速度の演算を実行するのは勿論、吸気温センサ3等各種センサの信号に基づいてROM223に格納されている制御プログラムと制御定数を用いて内燃機関1の運転状態を判断すると共に、運転者の意思に応じた駆動信号や制御量を燃料噴射弁12、及びモータ5等に出力する。又、ECU222は、内燃機関1の自動停止要件や再始動要件の成立可否の判断を行う共に、自動停止中のスロットル弁6の制御や再始動時のスタータ15の制御等を行うように構成されている。
ここで、スタータ15の動作について説明する。先ず、キーオン始動時、若しくは内燃機関1の自動停止後で内燃機関1の回転状態が停止後の再始動要件を満足している時には、入出力インターフェース221を介してECU22に入力された各種センサの入力信号に基づいてCPU222により内燃機関1の始動演算、若しくは再始動演算が行われる。そしてその演算結果に基づいてECU22の駆動回路225からピニオン押し出し装置18へ駆動信号が送られ、ピニオン押し出し装置18への通電が開始される。ピニオン押し出し装置18への通電が開始されることで、ピニオンギア17が押し出されてリングギア16に噛み込む。
その後、ECU22の駆動回路225からスタータモータ駆動装置20へ駆動信号が送られてスタータモータ19への給電回路が閉じ、バッテリ21から電力が供給されてスタータモータ19が駆動され、ピニオンギア17、リングギア16を介して内燃機関1の回転駆動が開始されることで、内燃機関1は始動、若しくは再始動の動作を開始する。
又、内燃機関1の自動停止後の惰性回転中に於いて再始動要件が成立した後は、後述するように、ECU22に入力されたクランク角センサ13の検出信号等に基づいて、CPU222内にプログラムソフトにより構成された回転速度演算手段により内燃機関1の回転速度Neが演算される。そして、その演算された回転速度Neに基づく駆動信号が、ECU22の駆動回路225からスタータモータ駆動装置20、又はピニオン押し出し装置
18へ送られ、スタータ15が駆動され、内燃機関1は再始動の動作を行う。
次に、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置の動作について説明する。図2は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置の動作を示すフローチャートである。図2に於いて、先ず、ステップS101に於いて内燃機関1が自動停止しているか否かの自動停止実施フラグの有無の判定を行う。この自動停止実施フラグは、後述するステップS103にて自動停止が実施された時に成立するフラグであり、自動停止が実施若しくは実施中の時は「1」、未実施若しくは自動停止から再始動した後は「0」となる。
ステップS101に於いて自動停止実施フラグが「0」でないと判定された場合(No)は、内燃機関1は自動停止中であるので、後述するステップS105に進む。一方ステップS101に於いて自動停止実施フラグが「0」であると判定された場合(Yes)は、内燃機関1は自動停止していない、つまり運転中であるので、ステップS102に進む。
ステップS102に進むと、自動停止要件が成立したか否かの判定を行う。この自動停止要件が成立したか否かの判定条件は、例えば、水温センサの検出温度が所定温度以上(例えば60度以上)であるか否か、車両速度が所定速度以上(例えば10[km/h]以上)になったことを検出済みであるか否か、現在の車両速度が所定速度以下(例えば0[km/h]以下)であるか否か、又,ブレーキペダルは踏み込まれているか否か、アクセルペダルの踏み込み量が所定値以上(例えば踏み込み量なし)か否か等の、個々の自動停止条件を総合して自動停止要件が成立したか否かの判定を行う。
ステップS102に於いて自動停止要件が成立したと判定されたとき(Yes)は、自動停止要件が成立し内燃機関1の自動停止が可能となるので、ステップS103に進み、一方、ステップS102に於いて自動停止要件が成立していないと判定されたとき(No)は、個々の自動停止条件のうち、例えば水温センサの検出温度が所定温度以下等により自動停止要件が成立していないので、リターンされる。
ステップS102での判定の結果、自動停止要件が成立したと判定されてステップS103に進むと、ECU22の駆動回路225から燃料噴射弁12への駆動信号を停止して、内燃機関1への燃料供給を停止する等自動停止制御を実施する。内燃機関1は、燃料噴射弁12からの燃料供給がなくなると、クランク角センサ13からの検出信号に基づいてECU22のCPU222に於ける回転速度演算手段にて演算される内燃機関1の回転速度Neが維持できなくなるので、惰性回転しながら低下していく。又、自動停止制御が実施されたので自動停止実施フラグが「1」に設定される。
ステップS104に進むと、自動停止制御が実施されているので、次にスロットル弁制御手段によりスロットル弁6の開度の設定を実行する。このスロットル弁制御手段に関しては後述する。
ステップS104によりスロットル弁制御手段によるスロットル弁の開度設定が実行されると、ステップS105に進み再始動要件が成立しているかの判定を行う。この再始動要件は例えば、ブレーキペダルの踏み込み量が所定値以下(例えば踏み込み量なし)であるか否か、又、アクセルペダルは所定値以上(例えば、踏み込みなしに対し1割以上の踏み込み量)踏み込まれているか否か等の、個々の再始動条件を総合して再始動要件が成立しているか否かの判定を行う。
ステップS105に於いて再始動要件が成立していると判定した場合(Yes)は、ス
テップS106に進み、後述する再始動制御手段による再始動制御を実施して、内燃機関1を再始動させる。一方、ステップS105に於いて再始動要件が成立していないと判定された場合(No)は、ブレーキペダルが踏み込まれている等、個々の再始動条件が成立しておらず再始動要件を満たしていないため、リターンされる。
内燃機関1の自動停止と再始動は、以上のフローによって実行される。次にステップS104で実行されるスロットル弁制御手段について説明する。図3は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、スロットル弁制御手段の動作を支示すフローチャートである。
前述したように、図2に於けるステップS103により内燃機関1の自動停止制御が実施されて、ステップS104に進むとスロットル弁制御手段による処理が実施される。このスロットル弁制御手段は、ECU22のCPU222内のプログラムソフトにより構成されている。
図3に於いて、先ず、ステップS107では、クランク角センサ13の検出信号に基づいて、ECU22のCPU222内にプログラムソフトにより構成された回転速度演算手段にて演算される内燃機関1の回転速度Neを読み込み、内燃機関1の回転速度Neが第1の所定値である第1の所定回転速度Ne1以上か否かの判定を行う。ここで、第1の所定回転速度Ne1は、内燃機関1の再始動が実施されたときに燃料噴射弁12からの燃料供給のみで再始動が可能となる回転速度として、例えば、Ne1=600[r/min]に設定されている。
ステップS107により判定を行う理由は、内燃機関1が自動停止後に再始動を行う時、内燃機関1の回転速度Neが停止するまでの期間全てでスタータが駆動する必要があるかというとそうではなく、自動停止後すぐ再始動要件が成立した場合等、燃料供給再開のみで内燃機関1の再始動が完了できる期間が存在するからである。即ち、燃料供給再開のみで内燃機関1の再始動ができる下限の回転速度がNe1であり、内燃機関1の回転速度Neが第1の所定回転速度Ne1以上である期間での再始動要件成立後の再始動動作は、一般的な燃料カット制御からの復帰と同様であると考えることができるので、ステップS107での判定を実施するのである。
ステップS107に於いて、内燃機関1の回転速度Neが第1の所定回転速度Ne1以上であると判定された場合(Yes)は、ステップS108に進み、スロットル弁6の制御量を第1の所定値TV1、例えば燃料カット制御時と同様のスロットル弁6の制御量、に設定しステップS114に進み、スロットル弁6の設定を終了する。尚、ステップS107にてYesと判定された時は、前述したように燃料噴射の再開のみで内燃機関1の再始動が可能な回転速度Neであり、ピニオンギア17がリングギア16に噛み込む必要はないので、スロットル弁6の制御量を燃料カット制御時とは異なるスロットル弁6の制御量としても問題はない。
一方、ステップS107により内燃機関1の回転速度Neが第1の所定回転速度Ne1未満である(No)と判定された場合は、ステップS109に進む。ステップS109に進むと、内燃機関1の回転速度Neと第2の所定値としての第2の所定回転速度Ne2とを比較し、内燃機関1の回転速度Neが第2の所定回転速度Ne2以上か否かを判定する。ステップS109に進んだ場合、内燃機関1の回転速度Neは第1の所定回転速度Ne1以下である。つまり、燃料供給の再開のみでは内燃機関1の再始動が不可能な回転速度Neになっているため、内燃機関1の再始動時にはスタータ15での内燃機関1の加速が必要となる。従って、ピニオンギア17をリングギア16に噛み込ませる必要があるので、内燃機関1の回転変動の発生は好ましくない。そのため、前述のステップS108に於いて設定するスロットル弁6の制御量とは異なった制御量を設定する必要があり、そのためにステップS109での判定を行う。第2の所定回転速度Ne2は、例えば100[r/min]に設定される。
ステップS109での判定の結果、内燃機関1の回転速度Neが第2の所定回転速度Ne2以上であると判定されたとき(Yes)は、ステップS110に進み、スロットル弁6の制御量を第2の所定値TV2、例えば、全閉、に設定し、ステップS114に進んでスロットル弁6の設定を終了する。一方、ステップS109での判定の結果、内燃機関1の回転速度Neが第2の所定回転速度Ne2未満であると判定されたとき(No)は、ステップS111に進む。
ステップS111に進むと、内燃機関1が回転しているか否か、つまり、内燃機関1の回転速度Neが「0」を超えているか否かの判定を行う。内燃機関1が停止した場合は内燃機関1の回転変動がないためスロットル弁制御手段でのスロットル弁6の制御をする必要はない。そこで、ステップS111に於いて内燃機関1の回転速度Neが「0」を超えていない、つまり、内燃機関1が停止していると判定された場合(No)は、ステップS113に進み、内燃機関停止フラグを「1」にセットすると共に、スロットル弁制御手段を停止して、スロットル弁6の制御量を基準値に設定してステップS114に進み、処理を終了する。
前述の内燃機関停止フラグは、自動停止、且つ内燃機関1の回転が停止しているときのみセットされるフラグであり、自動停止後でも内燃機関1が惰性回転しているときは「1」にセットされず、「0」である。一方、内燃機関1が低回転ではあるが、未だ回転している場合はステップS111での判定はYes判定となるので、ステップS112に進む。
ステップS112に進むと、スロットル弁6の制御量を第3の所定値TV3に設定する。この段階での内燃機関1の回転速度Neは、[0<Ne<Ne2]であり、自動停止後のスロットル弁制御手段によりスロットル弁6の制御が行われていたこととなり、この状態に於いて再始動要件が成立すると、再始動時に内燃機関1へ供給する空気が過少となって燃焼不良が発生する可能性がある。
そこで、前述のステップS108、及びステップS110での設定とは異なり、ステップS112ではスロットル弁6の制御量を大きい制御量に設定する。この制御により再始動時に燃焼不良を発生させず速やかな再始動を行うことができる。又、この段階に於ける内燃機関1の回転速度は低く、スタータモータ駆動装置20によりスタータモータ19を駆動させていなくても、ピニオンギア17はリングギア16に噛み込むことができ、又、内燃機関1の回転速度Neが低いので、スロットル弁を開けても、運転者に不快感を与える内燃機関1の回転変動は発生しない。
以上のようにして、内燃機関1の回転速度Neに応じて、スロットル弁制御手段により自動停止後のスロットル弁6の制御量が設定される。
次に、図2に於けるステップS106での再始動制御手段について説明する。図4は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、再始動制御手段の動作を示すフローチャートである。
図2に於けるステップS105により前述した再始動要件が成立したと判定され、ステップS106の再始動制御手段が実行されると、先ず、図4に於けるステップS115に於いて自動停止フラグが「0」に設定される。そしてステップS116に進み、再始動要件成立時の内燃機関1の回転速度Neが第1の所定回転速度Ne1以下か否かの判定を行う。
ステップS116での判定は、前述したように燃料供給再開のみで内燃機関1が再始動するか否かの判定であり、内燃機関1の回転速度Neが第1の所定回転速度Ne1より大きいと判定の場合(No)は、ステップS117に進み、スロットル弁制御手段によって設定していたスロットル弁6の制御量を再始動時の開度に設定する再始動スロットル弁設定を行う。
ここで、再始動スロットル弁設定について説明する。内燃機関1の自動停止後、スロットル弁制御手段によりスロットル弁6を制御することで、内燃機関1の惰性回転中の回転変動は抑制できる。しかし、内燃機関1の惰性回転中に再始動要件が成立して再始動動作を実施するとなると、スロットル弁6を制御したために再始動動作時に内燃機関1への供給空気が過少になって燃焼不良が発生する可能性がある。そこで、ステップS117、ステップS121、ステップS125に於いて再始動スロットル弁設定を実施し、再始動時に供給空気が過少にならないようにしている。
図5は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、再始動スロットル弁設定の動作を示すフローチャートである。図5に於いて、再始動スロットル弁設定の処理が開始されると、先ず、ステップS132に於いて吸気圧力センサ8からの吸気圧検出圧力を読み込む。次にステップS133に於いて、予めECU22内のROM223に格納している再始動時の吸気圧力とスロットル弁6の制御量との関係を用いて、再始動時の吸気圧力に応じたスロットル弁6の制御量を算出すると共に、スロットル弁制御手段を停止し、算出した再始動スロットル弁制御量をスロットル弁6の制御量として設定し、ステップS134に進み終了する。
図7は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、吸気圧力とスロットル弁の関係を示す説明図であり、前述のステップS133による再始動時の吸気圧力に応じたスロットル弁6の制御量を算出するために用いられるもので、予めROM223に格納されている。
さて、ステップS116での判定の結果、内燃機関1の回転速度Neが第1の所定回転速度Ne1より大きいと判定されて(No)、ステップS117に進み、ステップS117にて前述の再始動スロットル弁設定が終了すると、ステップS118に進み燃料噴射弁12からの燃料供給を再開する。そしてステップS119に進むと、再始動が完了したか否かの判定を行う。この再始動完了の判定は、例えば内燃機関1の回転速度Neの変化等から総合的に判定する。ステップS119に於いて再始動が完了していないと判定された場合(No)は、再度ステップS119に戻る。一方、ステップS119に於いて再始動が完了している(Yes)と判定された場合は、ステップS131に進み、再始動制御手段が終了する。
ステップS116での判定の結果、内燃機関1の回転速度Neが第1の所定回転速度Ne1以下であると判定された場合(Yes)は、ステップS120に進み、今度は内燃機関1の回転速度Neが第2の所定回転速度Ne2以下か否かの判定を行う。ステップS120に進んだ場合、内燃機関1の回転速度Neは第1の所定回転速度Ne1以下である。つまり、燃料供給の再開のみでは内燃機関1の再始動が不可能な回転速度Neになっているため、内燃機関1の再始動時にはスタータ15での内燃機関1の加速が必要となる。更に、内燃機関1の回転速度の大きさから、スタータ15に於けるスタータモータ駆動装置20とピニオン押し出し装置18とのうちのどちらを駆動させるか、の判断が必要になる。
ステップS120に於いて内燃機関1の回転速度Neが第2の所定回転速N2より大きいと判定された場合(No)は、先ず、ステップS121に進み、前述の再始動スロットル弁の設定、即ちスロットル弁6の制御量を再始動スロットル弁制御量に設定し、次に、ステップS122に進む。
内燃機関1の回転速度Neが第2の所定回転速度Ne2より大きいので、ステップS122ではスタータモータ装置20にてスタータモータ19を先に駆動させることで、ピニオンギア17が回転し始める。ここで、ピニオンギア17は、リングギア16に噛み込んでおらず負荷がない状態で駆動されるので、図6に示すようなモータ回転速度特性に沿って時間経過とともに回転速度が上昇していく。図6は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、スタータモータの回転速度特性を示す特性図である。
次に、ステップS123に進むと、ピニオン押し出し装置18の動作条件が成立しているか否かの判定を行う。ステップS122に於いてスタータモータ駆動装置20によりスタータモータ19を駆動させ、ピニオンギア17が回転する一方で内燃機関1の回転速度Neは自動停止により惰性回転しながら低下していくので、ピニオンギア17の回転速度Neは所定時間後には内燃機関1の回転速度Neと一致する。ステップS123に於けるピニオン押し出し装置18の動作条件が成立しているか否かの判定は、前述の所定時間になっているか否かを判定することにより行われる。
ステップS123に於いてピニオン押し出し装置18の動作条件が成立していないと判定された場合(No)は、ピニオンギア17の回転速度が内燃機関1の回転速度Neと一致する所定時間になっていないので、ステップS123に戻る。一方、ステップS123によりピニオン押し出し装置18の動作条件が成立していると判定された場合(Yes)は、ニオンギア17の回転速度が内燃機関1の回転速度Neと一致する所定時間を経過しているので、ステップS124に進み、ピニオン押し出し装置18によりピニオンギア17を押し出して、ピニオンギア17をリングギア16に噛み込ませる。
ステップS124からステップS128に進むと、燃料噴射弁12からの燃料供給を再開し、次に、ステップS129に於いて始動が完了したか否かの判定を行う。ステップS129での判定の結果、始動が完了していれば(Yes)、ステップS130に進み、再始動が完了していなければ(No)、ステップS129に戻り再始動が完了するまで判定を繰り返す。再始動が完了すると、ステップS130に進み、スタータモータ駆動装置20とピニオン押し出し装置18の駆動を停止してステップS131に進む、再始動制御手段の処理を終了する。
ステップS120に於いて内燃機関1の回転速度Neが第2の所定回転速N2以下であると判定された場合(Yes)は、内燃機関1の回転速度Neが低下しており、スタータモータ駆動装置20によりスタータモータ19を先に駆動させなくても、ピニオンギア17はリングギア16に噛み込むことができる状態にあることを示している。ステップS120からステップS125に進むと、スロットル弁制御手段によって設定していたスロットル弁6の制御量を、前述の再始動スロットル弁設定である再始動スロットル弁制御量に設定し、ステップS126に進む。
ステップS126に進むと、ピニオン押し出し装置18によりピニオンギア17を押し出してリングギア16に噛み込ませる。そして、ステップS127に進んで、今度はスタータモータ駆動装置20によりスタータモータ19を駆動させ、ピニオンギア17の回転を開始することで、リングギア16を介して内燃機関1の加速が開始される。又、内燃機関停止フラグが「1」にセットされている場合、つまり内燃機関1の回転停止からの再始動時にセットされている場合には、ステップS127に於いて内燃機関停止フラグを「0」にセットして、ステップS128に進む。
そして、前述したようにステップS128にて燃料噴射弁12からの燃料供給を再開し、ステップS129で再始動完了か否かの判定を行い、ステップS129に於いて再始動完了の判定(Yes)が行われるとステップS130に進み、スタータ駆動装置20とスタータモータ19の駆動を終了し、再始動制御手段による処理を終了する。
次に、以上述べたこの発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於いて、自動停止中のスロットル弁6の動作について説明する。図8は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の自動停止後の状態を示すタイミングチャートであって、自動停止実施フラグ(A)、エンジン停止フラグ(B)、内燃機関回転速度Ne(C)、スロットル弁制御量(D)、吸気圧力(E)、を夫々示す。尚、内燃機関回転速度Ne(C)に於いて、実線はスロットル弁制御がある場合の回転速度、破線はスロットル弁制御がない場合の回転速度を示す。
図8に於いて、先ず、時刻T1に於いて内燃機関1の自動停止要件が成立すると、燃料噴射弁12からの燃料供給が停止される等、自動停止制御を実行して自動停止実施フラグ(A)が「1」にセットされる。自動停止要件が成立し自動停止制御が実行されることで、内燃機関回転速度Ne(C)は、時刻T1以降は惰性回転しながら低下していくが、自動停止成立後の時刻T1からT2まで、つまり内燃機関回転速度Ne(C)が第1の所定回転速度Ne1になるまでは、燃料供給を再開するだけで内燃機関1の再始動が可能であるので、スロットル弁制御手段によって、スロットル弁制御量(D)が第1の所定値TV1に設定される。
スロットル弁制御量(D)が第1の所定値TV1に設定されることで、内燃機関回転速度Ne(C)は、時刻T1からT2の間に実線にて示すように回転変動が抑制されて低下していく。しかしスロットル弁制御手段がない場合は、破線にて示すように、周期的な回転変動をしながら低下する。
時刻T2以降、つまり内燃機関回転速度Ne(C)が第1の所定回転速度Ne1より低くなると、スタータ15での加速がないと内燃機関1の再始動が困難な回転速度になる。又、内燃機関1の慣性力も低下しているため、回転変動が大きくなる。そのため時刻T2からT3まで、つまり内燃機関回転速度Ne(C)が第1の所定回転速度Ne1から第2の所定回転速度Ne2までの間では、スロットル弁制御量(D)を第1の所定値TV1より小さい第2の所定値TV2に設定する。スロットル弁制御量(D)を第1の所定値TV1より小さい第2の所定値TV2に設定することで、内燃機関回転速度Ne(C)の回転変動を抑制することができるので、内燃機関回転速度Ne(C)は、実線に示すように大きな回転変動を起こすことなく低下していく。
時刻T3以降、つまり内燃機関回転速度Ne(C)が第2の所定回転速度Ne2より低くなると、時刻T3からT4に於いてスロットル弁制御量(D)を第2の所定値TV2から第3の所定値TV3へと大きくする。スロットル弁制御量(D)を大きくすることで、時刻T3以降から時刻T4までに再始動要件が成立しても再始動時に燃焼不良を発生させることがなくなる。
そして時刻T4以降となると、内燃機関1の回転速度Ne(C)は「0」、つまり内燃機関1は停止しているから回転変動はない。従ってスロットル弁制御手段によってスロットル弁6の制御量を制御しなくてよいので、スロットル弁制御量(D)を基準値(基準位
置)に設定してスロットル弁制御手段を停止すると共に、内燃機関1の回転が停止しているので内燃機関停止フラグ(B)が「0」から「1」になる。
次に、ECU22に於けるCPU222内に構成された再始動制御手段に於ける処理についてタイミングチャートを参照しながら説明する。先ず、図9について説明する。図9は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の回転速度が高いときでスタータが駆動しないときの再始動制御時の状態を示すタイミングチャートで、時刻T2までに再始動要件が成立した場合を示す。図9は、自動停止要件成立後に燃料噴射弁12からの燃料供給再開のみで内燃機関1の再始動が完了する場合である。
図9に於いて、時刻T1に於いて自動停止要件が成立すると、燃料噴射弁12からの燃料供給が停止され、自動停止実施フラグ(A)が「0」から「1」になると共に、スロットル弁制御量(D)が第1の所定値TV1に設定される。
燃料噴射弁12からの燃料供給が停止されることで内燃機関回転速度Ne(C)は低下していくが、運転手の操作によって時刻T2になる前の時刻T5にて再始動要件が成立すると、自動停止実施フラグ(A)が「1」から「0」になると共に、スロットル弁制御手段が停止され、スロットル弁制御量(D)がその時の内燃機関1の吸気圧力(E)に基づいて前述の図7に示すデータから算出した第4の所定値TV4に設定される。
これらの制御と共に燃料噴射弁12からの燃料供給も再開されて、時刻T5以降、内燃機関1での燃焼が再開することで再始動が完了する。図9に示すように、時刻T1から時刻T2までに再始動要件が成立した場合は、スタータ15での加速がなくても内燃機関1は燃料噴射弁12からの燃料供給再開のみで再始動が完了するので、スタータ15は駆動しない。又、内燃機関1の回転は停止することなく再始動するので、内燃機関停止フラグは、「0」のままである。
次に図10について説明する。図10は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の回転速度が高いときにスタータが駆動するときの再始動制御時の状態を示すタイミングチャートで、時刻T2から時刻T3までに再始動要件が成立した場合を示している。図10はスタータ15での加速がある場合の内燃機関1の再始動タイミングチャートであり、内燃機関1の回転速度Neが高い状態で再始動要件が成立した場合である。
図10に於いて、時刻T1にて自動停止要件が成立すると、自動停止実施フラグ(A)が「0」から「1」になると共に、燃料噴射弁12からの燃料供給が停止される。又、スロットル弁制御量(D)がスロットル弁制御手段によって第1の所定値TV1に設定される。そして、内燃機関回転速度Ne(C)が低下していき、時刻T2になると、つまり内燃機関回転速度Ne(C)が第1の所定回転速度Ne1より低くなると、再度、スロットル弁制御手段によってスロットル弁制御量(D)が第1の所定値TV1から第2の所定値TV2に設定される。
その後、時刻T2から時刻T3の間の時刻T6に於いて運転手の操作により再始動要件が成立すると、自動停止実施フラグ(A)が「1」から「0」になり、スロットル弁制御手段が停止され、スロットル弁制御量(D)がその時の内燃機関1の吸気圧力(E)に基づいて前述の図7のデータから算出した第5の所定値TV5に設定される。
又、時刻T2から時刻T3の間で再始動要件が成立した場合は、内燃機関1の再始動にスタータによる加速が必要であるが、内燃機関回転速度Ne(C)が高いため、スタータ
モータ駆動装置20によってスタータモータ19を先に駆動し、ピニオンギア17が図10に破線で示すように回転し始める。ピニオンギア17の回転速度は、前述の図6に示す特性のように上昇するが、一方、内燃機関回転速度Ne(C)は惰性回転しながら低下していくので、ピニオンギア17が回転を始めて所定時間後には両者の回転速度が一致する。
内燃機関回転速度Ne(C)とピニオンギア17の回転速度が一致するタイミングに合わせて、ピニオン押し出し装置18によりピニオンギア17を押し出してリングギア16に噛み込ませることで、内燃機関1はスタータ15のスタータモータ19により駆動されて加速するようになる。そして、同時に燃料噴射弁12からの燃料供給も再開され、内燃機関1での燃焼が再開されたことで、スタータ15から駆動されて加速している内燃機関1の再始動が完了する。又、図10に於いて、内燃機関1が停止するまでに再始動要件が
成立するので、内燃機関停止フラグ(B)は「0」のままである。
次に図11について説明する。図11は、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置に於ける、内燃機関の回転速度が低いときの再始動制御時の状態を示すタイミングチャートで、時刻T3から時刻T4までに再始動要件が成立した場合を示している。図9乃至図11に於いて、実線は再始動要件が成立した場合の各々の挙動を示し、一点鎖線は図8に示す内燃機関回転速度Ne(C)の低下過程に於いて再始動要件が成立しない場合の各々の挙動を示している。図11もスタータ15による内燃機関1の加速がある場合をし、内燃機関1の回転速度Neが低い場合に、再始動要件が成立したときの再始動タイミングチャートを示す。
図11に於いて、時刻T1にて自動停止要件が成立すると、燃料噴射弁12からの燃料供給が停止され、自動停止実施フラグ(A)が「0」から「1」になると共に、スロットル弁制御手段によって、スロットル弁制御量(D)が第1の所定値TV1に設定される。その後、内燃機関回転速度Ne(C)は低下していき、時刻T2、つまり内燃機関回転速度Ne(C)が第1の所定回転速度Ne1より低くなると、スロットル弁制御量(D)は第1の所定値TV1から第2の所定値TV2に設定される。スロットル弁制御量(D)は、時刻T3、つまり内燃機関回転速度Ne(C)が第2の所定回転速度Ne2より低くなると、スロットル弁制御量(D)が第2の所定値TV2から第3の所定値TV3に変更される。
そして時刻T3後の時刻T7に於いて再始動要件が成立すると、自動停止実施フラグ(A)が「1」から「0」になると共に、スロットル弁制御手段が停止され、スロットル弁制御量(D)がその時の内燃機関1の吸気圧力(E)に基づいて前述の図7に示すデータから算出した第6に所定値TV6に設定される。又、ピニオン押し出し装置18によりピニオンギア17が押し出される。
内燃機関回転速度Ne(C)が第2の所定回転速度Ne2より低い場合では、スタータモータ駆動装置20によりスタータモータ19を駆動させていなくても、ピニオンギア17はリングギア16に噛み込むことができるので、ピニオン押し出し装置18を先に駆動させる。ピニオンギア17がリングギア16に噛み込んだあと、スタータモータ駆動装置20によってスタータモータ19を駆動させ、ピニオンギア17、リングギア16を介して、スタータ15によって内燃機関1が駆動され加速する。内燃機関1が加速すると同時に、燃料噴射弁12からの燃料供給も再開され、内燃機関1での燃焼が再開されたことで内燃機関1の再始動が完了する。又、図11に於いても、内燃機関1が停止するまでに再始動要件が成立するので、内燃機関停止フラグ(B)は「0」のままである。
又、内燃機関1が停止後(図8、時刻T4以降)の再始動要件成立時に関しても、再始
動制御としては図11と同様の動作となる。その場合の図11との差異は、内燃機関1の回転速度Neが回転しているか停止しているかで、内燃機関停止フラグ(B)が「0」か「1」かの違いである。又、吸気圧力(E)も異なるが、再始動時の吸気圧力に応じて再始動時のスロットル弁を再始動スロットル弁設定により設定するので、再始動性に問題はない。
以上説明したように、この発明の実施の形態1による内燃機関の自動停止・再始動装置によれば、内燃機関1の惰性回転中の第2の所定回転速度Ne2より低い回転速度Neになるとスロットル弁6を開くようにしたので、再始動要件成立後に速やかに再始動を行うことができ、燃焼不良を発生させることがない。又、内燃機関1の回転停止後から再始動要件成立まではスロットル弁6の制御を停止するので無用な電力を消費することがない。
又、内燃機関1の自動停止動作中にスロットル弁6の制御することにより、内燃機関1の回転変動を抑制するので、スタータ15の加速が必要な内燃機関1の回転速度Neであっても、複雑な演算を行うことなくピニオンギア17をリングギア16に噛み込ませて再始動が行えるので、ECU22の演算負荷を過大にすることがない。
尚、この発明による内燃機関の自動停止・再始動装置は、前述の実施の形態1に限定されるものではなく、この発明の精神の範囲内で様々な変更が可能であることは言うまでもない。
1 内燃機関 2 エアフィルタ
3 吸気温度センサ 4 エアフロセンサ
5 モータ 6 スロットル弁
7 スロットル開度センサ 8 吸気圧力センサ
9 サージタンク 10 吸気管
11 吸気マニホルド 12 燃料噴射弁
13 クランク角センサ 14 排気管
15 スタータ 16 リングギア
17 ピニオンギア 18 ピニオン押し出し装置
19 スタータモータ 20 スタータモータ駆動装置
21 バッテリ 22 内燃機関コントロールユニット(ECU)
221 入出力インテーフェース 222 CPU
223 ROM 224 RAM
225 駆動回路

Claims (5)

  1. 内燃機関の運転中に自動停止要件が成立したときに前記内燃機関を自動停止させるための自動停止動作を行い、前記自動停止動作中に再始動要件が成立したときに前記内燃機関を再始動させるための再始動動作を行なう内燃機関の自動停止・再始動装置であって、
    前記内燃機関の回転速度を演算する回転速度演算手段と、
    前記内燃機関の吸入空気を調節するスロットル弁と、
    前記内燃機関のクランク軸に連結されたリングギアと、
    前記内燃機関を始動するためのスタータモータによって回転駆動されるピニオンギアと、
    前記ピニオンギアを前記リングギアの方向に押し出すピニオン押し出し手段と、
    前記自動停止要件が成立して前記内燃機関の回転が停止するまでに前記再始動要件が成立した時に、前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンギアを押し出して前記ピニオンギアを前記リングギアに噛み込ませて前記内燃機関の再始動制御を行う再始動制御手段と、
    前記自動停止要件が成立して前記内燃機関の回転が停止するまでに前記回転速度演算手段により演算した前記内燃機関の回転速度が所定値より低くなったときに、前記再始動要件が成立していなくても前記スロットル弁を開き、前記内燃機関の回転が停止してから前記再始動要件成立までは前記スロットル弁の制御を停止するスロットル弁制御手段と、
    を備えていることを特徴とする内燃機関の自動停止・再始動装置。
  2. 前記スロットル弁制御手段は、
    前記自動停止要件が成立してから前記内燃機関の回転速度が第1の所定値に達するまでは前記スロットル弁の制御量を第1の所定値とし、
    前記内燃機関の回転速度が前記第1の所定回転数より小さく第2の所定値に達するまでは前記スロットル弁の制御量を前記第1の所定値より小さい第2の所定値とし、
    前記内燃機関の回転速度が前記第2の所定値より小さく停止するまでは前記スロットル弁の制御量を前記第2の所定値より大きい第3の所定値とし、
    前記内燃機関の回転が停止したとき前記スロットル弁の制御を停止する、
    ことを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の自動停止・再始動装置。
  3. 前記自動停止要件が成立してから前記内燃機関の回転速度が第1の所定値に達するまでに前記再始動要件が成立したときは、前記スロットル弁制御手段による前記スロットル弁の制御を停止して前記スロットル弁の制御量をそのときの前記内燃機関の吸気圧力に基づいて算出した値に設定すると共に、前記内燃機関に燃料の供給を再開することにより、前記再始動制御手段を動作させることなく前記内燃機関を再始動させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の自動停止・再始動装置。
  4. 前記自動停止要件が成立してから前記内燃機関の回転速度が第1の所定値以下で且つ前記第1の所定値より小さい第2の所定値に達するまでに前記再始動要件が成立したときは、前記スロットル弁制御手段による前記スロットル弁の制御を停止して前記スロットル弁の制御量をそのときの前記内燃機関の吸気圧力に基づいて算出した値に設定すると共に前記スタータモータを駆動し、前記内燃機関の回転速度と前記ピニオンギアの回転速度が一致したときに前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンギアを押し出して前記ピニオンギアを前記リングギアに噛み込ませ、前記内燃機関を前記スタータモータにより加速して再始動させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の自動停止・再始動装置。
  5. 前記自動停止要件が成立してから前記内燃機関の回転速度が第1の所定値に達するまでは前記スロットル弁の制御量を第1の所定値とし、前記内燃機関の回転速度が前記第1の所定回転数より小さく第2の所定値に達するまでは前記スロットル弁の制御量を前記第1
    の所定値より小さい第2の所定値とし、前記内燃機関の回転速度が前記第2の所定値に達したときは前記スロットル弁の制御量を前記第2の所定値より大きい第3の所定値とし、前記内燃機関の回転速度が前記第2の所定値以下で停止するまでに前記再始動要件が成立したときは前記スロットル弁の制御量をそのときの前記内燃機関の吸気圧力に基づいて算出した値に設定すると共に前記内燃機関に燃料の供給を再開し、且つ前記再始動制御手段を動作させて前記ピニオン押し出し手段により前記ピニオンギアを押し出して前記ピニオンギアを前記リングギアに噛み込ませ、その後前記スタータモータを駆動することにより前記内燃機関を加速して再始動させることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の自動停止・再始動装置。
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