JP2013164044A - 内燃機関のアイドリングストップの制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドリングストップ時におけるエンジンの再始動を、再始動時の燃焼音を増加させることなく従来よりも速やかに行うことができる内燃機関のアイドリングストップの制御方法を提供する
【解決手段】エンジン２の停止要求が発生したときには、エンジン２のクランク軸３と連動して回転する高圧ポンプ１１によりコモンレール１４内で昇圧した燃料の目標圧力を増加させることで高いコモンレール圧力を維持し、その後に再始動要求が発生したときは、コモンレール圧力と、噴射ノズル１６から燃料が噴射されかつその燃料が気筒内で燃焼するのに必要な最低圧力Ｐｓとを比較して、コモンレール圧力の方が高い場合には、コモンレール１４の圧抜きをしてコモンレール圧力を最低圧力Ｐｓになるまで低下させてからエンジン２を再始動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関のアイドリングストップの制御方法に関し、更に詳しくは、アイドリングストップ時におけるエンジンの再始動を、再始動時の燃焼音を増加させることなく、従来よりも速やかに行うことができる内燃機関のアイドリングストップの制御方法に関する。

近年、自動車のエンジンには、燃費の節減及び排気ガスによる環境悪化の防止の観点から、停車時においてエンジンを自動停止し、かつ発車時にエンジンを自動で再始動させる、いわゆるアイドリングストップ機構が搭載されるようになっている。具体的には、エンジンの停止要求が発せられたときにはエンジンへの燃料供給を停止し、エンジンの再始動要求が発せられたときは、燃料供給を再開してスタータでエンジンを再始動させることが自動的に行われるようになっている（例えば、特許文献１を参照）。

ところで、一般にディーゼルエンジンの燃料噴射システムには、高圧ポンプによりコモンレール内に圧送され蓄えられた燃料を噴射ノズルにより気筒内に噴射するコモンレールシステムが用いられている。このコモンレールシステムにおいて、エンジンを制御するＥＣＵは、コモンレールに設置された圧力センサの値をモニタして、コモンレール圧力（燃料圧）が運転条件で変化する適切な目標圧力になるように、高圧ポンプとコモンレールとの間に介設された流量制御弁を制御する。この高圧ポンプは、エンジンの出力に連動して駆動されるようになっている。

エンジンの再始動時において、コモンレール内に蓄えられた燃料が気筒内に噴射されて燃焼するためには、燃料が燃焼するための必要燃料圧だけでなく、噴射ノズルを安定して作動させるための最低圧力Ｐｓが必要となる。上述したように、コモンレール内の燃料圧は高圧ポンプの圧送量に依存するが、高圧ポンプはエンジンの出力に連動するため、エンジン回転速度が上昇するまでは燃料圧を最低圧力Ｐｓまで昇圧することは困難である。なお、コモンレールに蓄えられた燃料は、エンジンの停止中に噴射ノズルの油圧作動回路周りの圧力のシール性が不足して外部へ漏れ出してしまうため、燃料圧はほぼゼロになってしまう。そのため、エンジンの停止時から再始動時まで、燃料圧を最低圧力Ｐｓに維持することはできない。

従って、エンジンの再始動時において、燃料が安定して噴射される最低圧力Ｐｓを確保するためには、ある程度の間エンジンを回転させる必要がある。しかし、そのようにエンジンを回転させていては、再始動要求の発生からエンジンの再始動までにタイムロスが発生するので、ドライバーに再始動が遅いという感覚（もたつき感）を抱かせることになってしまう。

このドライバーのもたつき感を解消するには、エンジンの再始動時において、第１回目の圧縮行程から燃料の燃焼が開始されるようにすることが望ましい。しかし、エンジンをクランキングするスタータの駆動力では、エンジン停止時にほぼゼロになった燃料圧を最低圧力Ｐｓまで昇圧することはできないという問題がある。このような問題を解決するためには、エンジンの停止要求の発生と同時にコモンレール圧力の目標圧力を増加させることで高圧ポンプの圧送量を増加させて、再始動時まで必要な燃料圧を維持することが考えられる。

しかしながら、そのようにコモンレール圧力の目標圧力を増加すると、燃焼圧力上昇が過大になって、再始動時における燃焼音が大きくなるおそれがある。

特開２００１−１７３５４６号公報

本発明の目的は、アイドリングストップ時におけるエンジンの再始動を、再始動時の燃焼音を増加させることなく従来よりも速やかに行うことができる内燃機関のアイドリングストップの制御方法を提供することにある。

上記の目的を達成する第１発明の内燃機関のアイドリングストップの制御方法は、エンジンのクランク軸と連動して回転する高圧ポンプで目標圧力に昇圧した燃料をコモンレール内に蓄え、その蓄えられた燃料を噴射ノズルを通じて気筒内に噴射するコモンレールシステムを備えた内燃機関のアイドリングストップの制御方法であって、前記エンジンの停止要求が発生したときには、前記目標圧力を増加させ、その後に再始動要求が発生したときには、前記コモンレールの圧力と、前記噴射ノズルから燃料が噴射されかつその燃料が前記気筒内で燃焼するのに必要な最低圧力Ｐｓとを比較し、前記コモンレール圧力の方が高い場合には、該コモンレール圧力を前記最低圧力Ｐｓになるまで低下させてから前記エンジンを再始動させることを特徴とするものである。

上記の内燃機関のアイドリングストップの制御方法において、目標圧力をコモンレールシステムの最大許容圧力まで増加させる。

コモンレール圧力を前記最低圧力Ｐｓになるまで低下させるのは、噴射ノズルを燃料が前記気筒内に噴射しない程度に瞬間的かつ断続的に開閉することか、あるいは前記コモンレールに圧抜き弁を設けて、その圧抜き弁を断続的に開閉することで行うことが望ましい。

上記の目的を達成する第２発明の内燃機関のアイドリングストップの制御方法は、エンジンのクランク軸と連動して回転する高圧ポンプで目標圧力に昇圧した燃料をコモンレール内に蓄え、その蓄えられた燃料を噴射ノズルを通じて気筒内に噴射するコモンレールシステムを備えた内燃機関のアイドリングストップの制御方法であって、前記エンジンの停止要求が発生したときには、前記目標圧力を増加させ、再始動要求が発生したときには、前記エンジンを再始動させるとともに、前記噴射ノズルからの燃料噴射を通常の制御用マップとは異なる高圧燃料噴射用のマップに従って制御することを特徴とするものである。

本発明の内燃機関のアイドリングストップの制御方法によれば、エンジンの停止要求が発生したときにコモンレール圧力の目標圧力を増加させるとともに、その後に再始動要求が発生したときにコモンレールを圧抜きして、噴射ノズルから燃料が噴射されかつその燃料が気筒内で燃焼するのに必要な圧力である最低圧力Ｐｓまでコモンレール圧力を低下させるようにしたので、再始動時の第１回目の圧縮行程から気筒内で燃料が燃焼し、かつ燃焼圧力上昇が過大にならないため、再始動時の燃焼音を増加させることなく従来よりも速やかにエンジンの再始動を行うことができる。

内燃機関のアイドリングストップシステムの構成図である。 第１発明の実施形態からなる内燃機関のアイドリングストップシステムの制御方法を説明するフロー図である。 本発明の実施形態からなる内燃機関のアイドリングストップシステムの制御方法におけるエンジン回転速度及びコモンレール圧力の経時変化を示すグラフである。 内燃機関のアイドリングストップシステムの別の例の構成図である。 噴射ノズルのアクチュエータの特性を示すグラフである。 第２発明の実施形態からなる内燃機関のアイドリングストップシステムの制御方法を説明するフロー図である。 高圧燃料噴射用のマップの例を示すグラフである。

以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

図１は、本発明の内燃機関のアイドリングストップの制御方法を実施する内燃機関のアイドリングストップシステムを示す。

この内燃機関のアイドリングストップシステムは、燃料タンク１から供給される燃料で駆動するエンジン２と、そのエンジン２のクランク軸３の回りにフライホイール４を介して接続されたリングギア５と、そのリングギア６を通じてエンジン２をクランキングするスタータ６と、エンジン２の運転を制御するＥＣＵ７とから主に構成されている。

エンジン２は、クランク軸３に接続するピストン８が往復動するシリンダ９からなる４個の気筒１０を有している。燃料タンク１内に貯留する燃料は、高圧ポンプ１１により燃料供給管１２に介設された流量制御弁１３を通じてコモンレール１４へ圧送されて、コモンレール１４内で蓄圧される。このときのコモンレール圧力（燃料圧）は、コモンレール１４に取り付けられた圧力センサ１５により測定される。蓄圧された燃料は、噴射ノズル１６を通じて各気筒１０内の圧縮空気中に噴射されて燃焼・膨張することでピストン８を上下動させる。高圧ポンプ１１は、その駆動軸１７が歯車１８等を介してクランク軸３と機械的に連結しており、エンジン２の出力に連動して駆動されるようになっている。

スタータ６は、リングギア５に噛合可能なピニオン１９と、そのピニオン１９を回転駆動するモータ２０とから主に構成されている。モータ２０の回転軸２１は、アクチュエータによってリングギア５に向けて伸縮可能になっている。

ＥＣＵ７は、車両の運転状態に応じて適切なコモンレール圧力の目標圧力を決定し、圧力センサ１５の検出値がその目標圧力になるように流量制御弁１３を制御する。そして、制御用マップに従って噴射ノズル１６内のアクチュエータ（例えば、ソレノイドや圧電素子など）を駆動して、各気筒１０内に燃料を噴射させる。また、エンジン２の停止要求が発生したときには、噴射ノズル１６からの燃料噴射を停止する。一方、エンジン２の再始動要求が発生したときには、モータ２０を起動してピニオン１９を回転駆動させ、アクチュエータにより回転軸２１を伸長させてピニオン１９をリングギア５に噛合させることでエンジン２をクランキングする。なお、エンジン２の停止要求は、例えば、車速（車輪速センサにより検知）やバッテリー電圧などの項目のうちのいくつかが、所定の条件を満たしたときに発せられる。また、エンジン２の再始動要求は、例えば、ギアの位置やクラッチペダルの状態などが、所定の条件を満たしたときに発せられる。

更にＥＣＵ７は、フライホイール４又はリングギア５の側面に取り付けられた回転センサ２２により、エンジン２の回転速度を検知する。この回転センサ２２としては、ホール素子や電磁ピックアップにより、フライホイール４の表面に刻まれた凹凸やリングギア５の歯数を検出するものを例示することができる。

このような構成を有するアイドリングストップシステムにおいて、エンジンの停止要求が発生した場合における、第１発明の実施形態からなる内燃機関のアイドリングストップの制御方法を、図２に示すフロー図に基づいて以下に説明する。

まず、エンジン２の停止要求が発生すると（Ｓ１０）、流量制御弁１３を開弁してコモンレール圧力（燃料圧）の目標圧力を増加させる（Ｓ２０）。この目標圧力の増加値としては、エンジン２の再始動時の通常の目標圧力（例えば、アイドリング時の目標圧力である３０ＭＰａ）超である必要があるが、望ましくは、高圧ポンプ１１の能力やコモンレールシステムの高圧部分のシール性などから定められるコモンレール１４の最大許容圧力（例えば、１８０〜２００ＭＰａ）とする。なお、このような最大許容圧力は、実用上は流量制御弁１３の開度を約１００％にすることで設定する。

そして、エンジン２の再始動要求が発生したときには（Ｓ３０）、コモンレール圧力と最低圧力Ｐｓとを比較し、コモンレール圧力の方が高い場合には（Ｓ４０）、コモンレール１４の圧抜きを行い（Ｓ５０）、コモンレール圧力を最低圧力Ｐｓになるまで低下させる（Ｓ６０）。この最低圧力Ｐｓは、噴射ノズル１６から燃料が噴射されかつその燃料が気筒１０内で燃焼するのに必要な圧力であり、例えば上述したアイドリング時の目標圧力である３０ＭＰ以上の値を用いることができる。そして、コモンレール圧力が最低圧力Ｐｓになったときに、スタータ６によりエンジン２をクランキングして再始動させる（Ｓ７０）。

このときのエンジン回転速度及びコモンレール圧力の経時変化の例を図３に示す。なお、エンジン回転速度は、回転センサ２２による検出値を基にしている。

エンジン２の停止要求が発生すると、ＥＣＵ７は燃料噴射量をゼロにする（図３（ｂ））とともに、コモンレール１４の目標圧力を最大許容圧力に増加させる。この目標圧力の増加により、高圧ポンプ１１の吐出量が増大し、コモンレール圧力がゼロから増加する（図３（ｃ））。また、高圧ポンプ１１の圧送量の増加によってクランク軸３にかかる負荷などにより、エンジン回転速度が低下する（図３（ａ））。

一方、このエンジン回転速度の低下に伴う高圧ポンプ１１の吐出量の減少により、コモンレール圧力は実際には最大許容圧力まで到達せず、吐出量と高圧ポンプ１１や噴射ノズル１６からの燃料のリーク量とがバランスした時点においてピーク値を示し、その後は減少に転じることになる（図３（ｃ））。

そして、エンジン２の再始動要求が発生すると、ＥＣＵ７はコモンレール１４の圧抜きを指令し（図３（ｄ））、圧抜き手段を起動する。この圧抜き手段によりコモンレール圧力は低下するので（図３（ｃ））、最低圧力Ｐｓになったときに燃料噴射を開始する（図３（ｂ））。それにより、エンジン２の再始動時の第１回目の圧縮行程から気筒１０内で燃料が燃焼するので、エンジン回転速度が急激に増加する（図３（ａ））。

このように、エンジン２の停止要求が発生したときにコモンレール圧力の目標圧力を増加させるとともに、その後に再始動要求が発生したときにコモンレール２を圧抜きして、噴射ノズル１６から燃料が噴射されかつその燃料が気筒１０内で燃焼するのに必要な圧力である最低圧力Ｐｓまでコモンレール圧力を低下させることで、エンジン２の再始動時の第１回目の圧縮行程から気筒１０内で燃料が燃焼し、かつ燃焼圧力上昇が過大にならないため、再始動時の燃焼音を増加させることなく従来よりも速やかにエンジン２の再始動を行うことができるのである。

コモンレール１４の圧抜き手段としては、既存の噴射ノズル１６を利用する方法と、図４に示すような新たに専用の圧抜き弁２３を用いる方法とがある。

前者の噴射ノズル１６を利用する方法においては、噴射ノズル１６内のアクチュエータを、気筒１０内に燃料が噴射しない程度の微小な時間で断続的に（パルス状に）作動させて、燃料圧を作動油として抜くようにする。

また、後者の圧抜き弁２３を用いる方法では、アクチュエータにより電気的に開閉可能な圧抜き弁２３をコモンレールに設置し、ＥＣＵ７で制御して圧抜き弁２３を断続的に作動させて圧抜きを行うようにする。

噴射ノズル１６を利用する場合におけるアクチュエータの作動時間としては、例えば図５から求められるように、燃料噴射量（燃料漏出量）がゼロとなる最小パルス幅Ｐｗ（約１５０〜５５０マイクロ秒）とすることが好ましく例示される。但し、複数の噴射ノズル１６間のバラツキを考慮して、最小パルス幅Ｐｗに補正係数ｋ（例えば０．５）を乗じることが好ましい。また、アクチュエータの作動頻度としては、図１や図４のような４気筒１０のエンジンでは、１８０°未満のクランク角度毎（例えば１０°毎）や一定時間毎（例えば１０ミリ秒毎）とするのが良い。

図６は、第２発明の実施形態からなる内燃機関のアイドリングストップの制御方法を示す。上述の図２に示す第１発明の実施形態では、コモンレール１４の圧抜きの際に噴射ノズル１６の負担が増加して使用寿命が短くなったり、新たに圧抜き弁２３を取り付けるためのコストが増加する可能性がある。そのため、本第２発明の実施形態では、エンジン２を再始動させる（Ｓ４０）とともに、噴射ノズル１６からの燃料噴射を通常の制御用マップとは異なる高圧燃料噴射用のマップに従って制御する（Ｓ５０）ようにしている。この高圧燃料噴射用のマップは、燃焼音の低減に有利な制御を行うものであり、例えば噴射のタイミングを遅延させたり、噴射を分割して行ったりする制御内容が記載されている。
高圧燃料噴射用のマップの例を図７に示す。この例では、ベースとなる通常の制御用マップに対して、噴射のタイミングを遅延させる補正量をコモンレール圧力に応じて規定している。このように噴射のタイミングを適切に遅延させることで、燃焼圧力の上昇を抑えて燃焼音の増加を防止することができる。

１ 燃料タンク
２ エンジン
３ クランク軸
４ フライホイール
５ リングギア
６ スタータ
７ ＥＣＵ
８ ピストン
９ シリンダ
１０ 気筒
１１ 高圧ポンプ
１２ 燃料供給管
１３ 流量制御弁
１４ コモンレール
１５ 圧力センサ
１６ 噴射ノズル
１７ 駆動軸
１８ 歯車
１９ ピニオン
２０ モータ
２１ 回転軸
２２ 回転センサ
２３ 圧抜き弁

Claims (5)

1. エンジンのクランク軸と連動して回転する高圧ポンプで目標圧力に昇圧した燃料をコモンレール内に蓄え、その蓄えられた燃料を噴射ノズルを通じて気筒内に噴射するコモンレールシステムを備えた内燃機関のアイドリングストップの制御方法であって、
   前記エンジンの停止要求が発生したときには、前記目標圧力を増加させ、
   その後に再始動要求が発生したときには、前記コモンレールの圧力と、前記噴射ノズルから燃料が噴射されかつその燃料が前記気筒内で燃焼するのに必要な最低圧力Ｐｓとを比較し、
   前記コモンレール圧力の方が高い場合には、該コモンレール圧力を前記最低圧力Ｐｓになるまで低下させてから前記エンジンを再始動させることを特徴とする内燃機関のアイドリングストップの制御方法。
2. 前記目標圧力を前記コモンレールシステムの最大許容圧力まで増加させる請求項１に記載の内燃機関のアイドリングストップの制御方法。
3. 前記噴射ノズルを前記燃料が前記気筒内に噴射しない程度に瞬間的かつ断続的に開閉することで、前記コモンレール圧力を前記最低圧力Ｐｓになるまで低下させてから前記エンジンを再始動させる請求項１又は２に記載の内燃機関のアイドリングストップの制御方法。
4. 前記コモンレールに圧抜き弁を設け、前記圧抜き弁を該圧抜き弁を断続的に開閉することで、前記コモンレール圧力を前記最低圧力Ｐｓになるまで低下させてから前記エンジンを再始動させる請求項１又は２に記載の内燃機関のアイドリングストップの制御方法。
5. エンジンのクランク軸と連動して回転する高圧ポンプで目標圧力に昇圧した燃料をコモンレール内に蓄え、その蓄えられた燃料を噴射ノズルを通じて気筒内に噴射するコモンレールシステムを備えた内燃機関のアイドリングストップの制御方法であって、
   前記エンジンの停止要求が発生したときには、前記目標圧力を増加させ、
   その後に再始動要求が発生したときには、前記エンジンを再始動させるとともに、前記噴射ノズルからの燃料噴射を通常の制御用マップとは異なる高圧燃料噴射用のマップに従って制御することを特徴とする内燃機関のアイドリングストップの制御方法。

Images