JP2015048722A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アイドルストップ条件の成立後、アイドルストップ終了条件が成立した際の内燃機関の再始動時の燃料噴射量の適正化を図る。
【解決手段】内燃機関の再始動時の燃料噴射量を、そのときの吸気圧が高いほど増量補正し、また、そのときの吸気の流量が多いほど増量補正することとした。スタータによるクランキングを実行する内燃機関の再始動と、クランキングと実行しない再始動とで異なる、機関のポンピングロスや気筒に充填される吸気の量を考慮した適性な空燃比制御が可能となる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両に搭載された内燃機関の運転制御を司る制御装置に関する。

近時の車両では、信号待ち等による停車中に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施することが普遍化しつつある（例えば、下記特許文献１を参照）。既知のアイドリングストップシステムでは、車速が所定以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温及びバッテリ電圧が十分高い、といった諸条件が成立したときに、内燃機関を停止させる。アイドルストップ後、運転者がブレーキペダルから足を離すかアクセルペダルを踏み込む等の再始動要求があったとき、またはアイドルストップしている時間の長さが所定以上となったときには、停止した内燃機関を再始動する。

内燃機関の再始動時には、スタータモータ（セルモータ）のピニオンギアをドライブプレート（ＡＴ車の場合）またはフライホイール（ＭＴ車の場合）外周のリングギアに噛合させ、スタータにより内燃機関のクランクシャフトを回転駆動するクランキングを行い、その回転がある程度以上加速した後、燃料噴射及び点火を再開する。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、クランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに終了する。

特開２０１２−１３７０１８号公報

アイドルストップ条件の成立後、内燃機関のアイドル回転が完全に停止する前の過渡期にアイドルストップ終了条件（再始動条件）が成立した場合において、未だクランクシャフトの回転速度が一定以上高ければ、燃料噴射及び点火を再開することで、クランキングせずとも内燃機関を再び運転状態へと復帰させることができる。

しかし、アイドルストップ終了条件の成立時点で既にクランクシャフトの回転速度が衰えている（または、停止している）ならば、スタータを起動してピニオンギアをリングギアに噛合させ、クランキングを行い、クランクシャフトの回転をある程度以上加速してから燃料噴射及び点火を再開しなければ、内燃機関を運転状態に復帰させることができない。

このように、アイドルストップ終了条件の成立に伴う内燃機関の再始動には、スタータによるクランキングを実行するものと実行しないものとの二通りが存在している。にもかかわらず、現状、これらの双方において、同じ手法により内燃機関の再始動時の燃料噴射量を決定している。具体的には、再始動時の内燃機関の冷却水温（フリクションロスに関わる）、大気圧（再始動時の吸気圧を模擬）、エンジン回転数及び車載のバッテリの電圧（スタータの出力に関わる）に応じて、燃料噴射量を調整している。

その結果、内燃機関の再始動時の燃料噴射量が必ずしも最適なものとなっておらず、燃料噴射量が不足してエンジン回転数の上昇が遅れクランキング時間が長引いたり（再始動が遅れたり）、または燃料噴射量が過剰となってエンジン回転数がオーバシュートする吹き上がりが発生したりすることがあった。

本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであって、アイドルストップ条件の成立後、アイドルストップ終了条件が成立した際の内燃機関の再始動時の燃料噴射量の適正化を図ることを所期の目的としている。

本発明では、所定のアイドルストップ条件の成立に伴い内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施するとともに、所定のアイドルストップ終了条件（再始動条件）の成立に伴い内燃機関を再始動するものであって、内燃機関の再始動時の燃料噴射量を、そのときの吸気圧が高いほど増量補正し、また、そのときの吸気の流量が多いほど増量補正することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

スタータによるクランキングを実行する内燃機関の再始動（機関の回転が既に衰えているか停止している）と、クランキングと実行しない再始動（機関の回転が一定以上維持されている）とでは、吸気通路におけるスロットルバルブの下流の吸気負圧の大きさ、及び吸気通路を流通する吸気の流量が異なる。そして、これにより、内燃機関のポンピングロスや気筒に充填される吸気の量が相異する。本発明に係る制御装置では、この相異に鑑み、内燃機関の再始動時の燃料噴射量を調整するようにした。

本発明によれば、アイドルストップ条件の成立後、アイドルストップ終了条件が成立した際の内燃機関の再始動時の燃料噴射量の適正化を図り得る。

本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。 同実施形態の内燃機関の制御装置が実施する処理の手順例を示すフロー図。 同制御装置が演算する再始動時の燃料噴射量の補正量を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、ポート噴射式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備し、各気筒１の吸気ポート近傍に燃料を噴射するインジェクタ１１を設けてある。各気筒１の燃焼室の天井部には、点火プラグ１２を取り付けている。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気の温度及び圧力を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、車載バッテリの充電状態を示唆するバッテリ電流（または、電圧）及びバッテリ温度を検出するセンサから出力されるバッテリ状態信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング、燃料噴射圧、点火タイミングといった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、スタータモータ（図示せず）に制御信号ｏを入力し、このスタータによりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、エンジン回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

本実施形態のＥＣＵ０は、信号待ち等により車両が停車する際に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施する。

図２に、車両が減速して停止する際にＥＣＵ０が実行する処理の手順例を示す。ＥＣＵ０は、所定のアイドルストップ条件が成立したとき（ステップＳ１）、インジェクタ１１からの燃料噴射及び点火プラグ１２による火花点火を停止して内燃機関の回転を停止に至らしめるアイドルストップの実行を開始する（ステップＳ２。但し、既に燃料カット状態にあることがある）。ステップＳ１では、車速が所定値（例えば、９ｋｍ／ｈないし１３ｋｍ／ｈの値）以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温及びバッテリ電圧が十分高い、といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドルストップ条件が成立したものと判断する。

アイドルストップ条件の成立後、アイドルストップ終了条件が成立した（ステップＳ３）場合には、そのアイドルストップ終了条件の成立時におけるエンジン回転数に応じた内燃機関の再始動手順を実行する。ステップＳ３では、運転者がブレーキペダルから足を離した、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた、アクセルペダルが踏み込まれた、等のうちの何れかを以て、アイドルストップ終了条件が成立したものと判断する。

アイドルストップ終了条件の成立時点におけるエンジン回転数が、ある自律回転数以上であるならば（ステップＳ４）、燃料噴射及び点火を再開する（ステップＳ５）のみで内燃機関の回転を所要のアイドル回転数以上まで加速させることが可能である。このとき、スタータを起動してクランキングを行う必要はない。

翻って、アイドルストップ終了条件の成立時点におけるエンジン回転数が上記の自律回転数より低いならば、スタータを起動してクランキングを開始し（ステップＳ６）、しかる後燃料噴射及び点火を再開する（ステップＳ７）こととなる。以後の制御は、通常の内燃機関の始動と同様である。

何れにせよ、内燃機関の再始動時の燃料噴射量を決定する必要があるが、本実施形態のＥＣＵ０は、図３に示すように、内燃機関の再始動時の燃料噴射量を、そのときの吸気圧が高いほど（スロットルバルブ３２の下流の吸気負圧が小さいほど）増量補正し、また、そのときの吸気通路３を流れる吸気の流量が多いほど増量補正する。

再始動時の吸気圧は、サージタンク３３内の吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサを介して直接知得できる。但し、気筒１に向かって流れ込む吸気の流量を計測するエアフローメータが実装された内燃機関においては、そのエアフローメータを介して検出した吸気の流量及び吸気温度から吸気圧を推測することができる。

再始動時の吸気の流量は、吸気圧、吸気温度及びエンジン回転数から推算できる。吸気流量は、吸気圧やエンジン回転数が高いほど多くなり、吸気温が高いほど少なくなる。但し、気筒１に向かって流れ込む吸気の流量を計測するエアフローメータが実装された内燃機関においては、そのエアフローメータを介して直接に吸気の流量を知得することができる。

加えて、内燃機関の再始動時の燃料噴射量は、そのときの内燃機関の冷却水温が低いほど増量する。内燃機関の冷却水温が低いということは、内燃機関や潤滑油の温度が低く、内燃機関のフリクションロスが大きいことを意味するからである。

本実施形態では、所定のアイドルストップ条件の成立に伴い内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施するとともに、所定のアイドルストップ終了条件の成立に伴い内燃機関を再始動するものであって、内燃機関の再始動時の燃料噴射量を、そのときの吸気圧が高いほど増量補正し、また、そのときの吸気の流量が多いほど増量補正することを特徴とする内燃機関の制御装置０を構成した。

本実施形態によれば、スタータによるクランキングを実行する内燃機関の再始動（機関の回転が既に衰えているか停止している）と、クランキングと実行しない再始動（機関の回転が一定以上維持されている）とのそれぞれについて、再始動時の燃料噴射量を最適化できる。従って、燃料噴射量が不足してエンジン回転数の上昇が遅れクランキング時間が長引いたり（再始動が遅れたり）、燃料噴射量が過剰となってエンジン回転数がオーバシュートする吹き上がりが発生したりする問題を回避できる。余分な燃料を噴射せずに済むことは、燃費性能の向上に資する。また、エンジン回転数のオーバシュートを抑止することで、騒音や振動の低減にもつながる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成や処理の手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１…気筒
１１…インジェクタ
１２…点火プラグ
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
３３…サージタンク

Claims (1)

1. 所定のアイドルストップ条件の成立に伴い内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドルストップを実施するとともに、所定のアイドルストップ終了条件の成立に伴い内燃機関を再始動するものであって、
   内燃機関の再始動時の燃料噴射量を、そのときの吸気圧が高いほど増量補正し、また、そのときの吸気の流量が多いほど増量補正することを特徴とする内燃機関の制御装置。

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