JP2015048723A - 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に至るまでの過渡期にアイドルストップ終了条件が成立した場合の内燃機関の再始動を効率よく早める。
【解決手段】アイドルストップ条件の成立後、内燃機関の回転が完全に停止する前にアイドルストップ終了条件が成立した場合において、その内燃機関の回転速度の低下の推移から、回転速度が０または０近傍となったときの各気筒のピストンの位置を推定し、再始動のためのクランキングの開始後最も早く点火タイミングが訪れる気筒に対して燃料噴射を行うこととした。
【選択図】図２

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。

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加速し再度運転状態に復帰させることができる。

そうでなくとも、クランクシャフトの回転速度がある範囲内に収まっているならば、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、クランキングを開始することが容易である。

だが、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ならば、遅延時間の経過を待たなければクランキングを開始することができない。クランクシャフトの回転速度が落ち込むと、車軸（駆動輪）側の慣性力が働き、クランクシャフトまたは駆動系において捻れが生じ、その反動によりクランクシャフトの回転速度が変動する「揺り戻し（揺り返し）」現象が起こる。揺り戻し現象は、クランクシャフトの回転速度を一時的ながら振動させる。揺り戻し中は、クランクシャフトが逆回転する瞬間も発生する。そして、クランクシャフトが逆回転するときにスタータを起動すると、スタータ及びギアに過負荷がかかってこれを破損させるおそれがある。故に、揺り戻し現象によるクランクシャフトの回転速度の振動が十分に鎮まるまで、スタータの起動を遅らせる必要があるのである。

スタータの起動が遅延するということは、燃料噴射及び点火の再開が遅延するということであり、ひいては内燃機関の再始動が遅れることを意味する。内燃機関の再始動をできるだけ早めるため、アイドルストップ条件の成立直後から点火を伴わずにインジェクタから燃料を噴射して気筒に注入し、アイドルストップ終了条件の成立に備えておくという手法も考えられる（下記特許文献２を参照）。しかしながら、過剰な燃料消費につながり、その一部は完全に無駄となる。

特開２０１２−１３７０１８号公報 特開２００５−１４６９４４号公報

本発明は、アイドルストップ条件の成立後アイドルストップに至るまでの過渡期にアイドルストップ終了条件が成立した場合の内燃機関の再始動を効率よく早め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、アイドルストップ条件の成立後、内燃機関の回転が完全に停止する前にアイドルストップ終了条件が成立した場合において、その内燃機関の回転速度の低下の推移から、回転速度が０または０近傍となったときの各気筒のピストンの位置を推定し、再始動のためのクランキングの開始後最も早く点火タイミングが訪れる気筒に対して燃料噴射を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

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に至るまでの過渡期にアイドルストップ終了条件が成立した場合の内燃機関の再始動を効率よく早めることができる。

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。

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及び図３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。

その上で、内燃機関の回転が完全に停止する（ステップＳ１４）前に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。

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くとも、その回転数が所定範囲内にあるならば（ステップＳ６）、速やかにスタータを起動してクランキングを開始することができる（ステップＳ７）。しかる後、燃料噴射及び点火を再開する（ステップＳ８）ことは言うまでもない。

翻って、アイドルストップ条件成立時点におけるエンジン回転数が上記の所定範囲よりも低下しているならば、即時にスタータを起動してクランキングを開始することはできない。既に述べた通り、クランクシャフトの回転速度が落ち込むと、車軸側の慣性力が働き、クランクシャフトまたは駆動系において捻れが生じ、その反動によりクランクシャフトの回転速度が振動する揺り戻し現象が起こるが、揺り戻し中にはクランクシャフトが逆回転する瞬間が発生するため、揺り戻し現象が十分に鎮まるまでスタータを起動できないからである。

よって、ＥＣＵ０は、アイドルストップ終了条件の成立時点の吸気圧の大きさに応じた遅延時間を設定し（ステップＳ９）、その遅延時間の経過を待って（ステップＳ１１）からスタータを起動する（ステップＳ１２）。ステップＳ９では、サージタンク３３内の吸気圧が高いほど（スロットルバルブ３２下流の吸気負圧が小さいほど）、遅延時間を長くする。ＥＣＵ０のメモリには予め、サージタンク３３の吸気圧と、設定するべき遅延時間との関係を規定したマップデータが格納されている。ＥＣＵ０は、アイドルストップ終了条件の成立時点における吸気圧をキーとして当該マップを検索し、設定するべき遅延時間を得る。

そして、上記の遅延時間の経過後に、スタータを起動してクランキングを開始する（ステップＳ１２）のであるが、本実施形態のＥＣＵ０は、当該遅延時間中にクランク角信号ｂを参照して反復的に計測したクランクシャフトの回転速度の低下の推移に基づき、クランキングを開始する時点における各気筒１のピストンの位置、換言すればクランクシャフトの絶対的な回転角度（いわば、クランクシャフトの姿勢）を推定し（ステップＳ１０）、クランキング開始後に最も早く点火タイミング（圧縮上死点またはその近傍のタイミングである）が訪れる気筒１がどれであるのかを知得する。

アイドルストップ終了条件の成立からスタータの起動までの遅延時間は、クランクシャフトの回転速度の振動が鎮まり、クランクシャフトの回転が概ね停止するのを待つためのものである。一方、エンジン回転センサは、クランクシャフトが所定角度（例えば、１０°ＣＡ（クランク角度））回転したことをピックアップコイルを利用して検出しその都度パルス信号ｂを出力するセンサである。ＥＣＵ０は、クランク角信号ｂのパルスの間隔を基に、内燃機関のクランクシャフトが所定角度（例えば、３０°ＣＡ）回転するために要した時間を反復的に計測してクランクシャフトの回転速度を知得し、また、今回計測された所要時間から前回計測された所要時間を減算する（即ち、３０°ＣＡの所要時間の変化量を得る）ことでクランクシャフトの回転速度の加速度／減速度を知得している。ピックアップコイルを用いたエンジン回転センサは、２０ｒｐｍ以下の極低回転域では適正なパルス信号ｂを出力できない。つまり、極低回転域では、ＥＣＵ０がクランクシャフトの回転角度や回転速度を検知できなくなる。

よって、ＥＣＵ０は、ステップＳ１０の推定において、クランクシャフトの回転速度がある下限値（例えば、エンジン回転センサの検出限界である２０ｒｐｍ）以下に低下した後は、それ以前の時期にクランク角信号ｂを参照して実測したクランクシャフトの回転の減速度をそのまま現在の回転の減速度であると見なし、クランクシャフトの回転速度が０（または、０近傍の所定値）に低下する時点及び当該時点でのクランクシャフトの絶対的な回転角度（即ち、クランクシャフトの回転速度が下限値に到達してから当該時点までの間にクランクシャフトが何°ＣＡ回転するか）を推測する。

しかして、ＥＣＵ０は、クランキングの開始後最も早く点火タイミングが訪れる気筒１の吸気バルブが開弁する直前または開弁中に、当該気筒１に付設しているインジェクタ１１から燃料を噴射し、なおかつ、当該気筒１の点火タイミングにおいて同気筒１の点火プラグ１２による火花点火を実行する（ステップＳ１３）。以後の制御は、通常の内燃機関の始動と同様である。

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、アイドルストップ条件の成立後、内燃機関の回転が完全に停止する前にアイドルストップ終了条件が成立した場合において、その内燃機関の回転速度の低下の推移から、回転速度が０または０近傍となったときの各気筒１のピストンの位置を推定し、再始動のためのクランキングの開始後最も早く点火タイミングが訪れる気筒１に対して燃料噴射を行う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、アイドルストップ条件の成立後アイドルストップに至るまでの過渡期にアイドルストップ終了条件が成立した場合、特にアイドルストップ終了条件の成立時点で既に内燃機関の回転速度が大きく衰えている状況において、内燃機関の再始動のための初回の燃料噴射及び点火を早期に実行することが可能となる。従って、内燃機関の再始動性が向上する。無駄になるような過剰な燃料噴射を行わずともよいため、燃費性能の良化にも資する。

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

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、
   アイドルストップ条件の成立後、内燃機関の回転が完全に停止する前にアイドルストップ終了条件が成立した場合において、その内燃機関の回転速度の低下の推移から、回転速度が０または０近傍となったときの各気筒のピストンの位置を推定し、
   再始動のためのクランキングの開始後最も早く点火タイミングが訪れる気筒に対して燃料噴射を行う
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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