JP2016156322A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】スタータによるクランキングに伴う振動、及び/又は騒音の発生、並びにスタータの破損等の問題を低減しつつ、迅速に機関を再始動させる。
【解決手段】自動停止制御の実行中に、クランクシャフトの回転方向が最初に反転した時点である初回反転時点t1以降に出現する機関回転速度の極値である着目ピーク値P2、P3を、検出される機関回転速度に基づいて取得し、着目ピーク値の出現後に、出現する機関回転速度の極値である予測ピーク値のうち、所定の許容範囲から逸脱する過大ピーク値が存在するか否かを、取得された着目ピーク値に基づいて判定する。所定の再始動条件が成立しており且つ検出される機関回転速度が許容範囲内にあり、且つ過大ピーク値が存在しないと判定されているとき、スタータを駆動するとともに燃料供給部による燃料の供給を再開し、且つ点火装置によって燃料に点火して機関を再始動させるスタータ始動制御を実行する。
【選択図】図1

Description

本発明は、例えばアイドルストップ機能及びコースティング機能等を実現するために、内燃機関を自動的に停止させ且つ自動的に再始動させる、内燃機関の制御装置に関する。
従来から、燃費の改善及び排ガス量の削減等を目的として、車両の停止時及び/又は減速時等に自動的に内燃機関(以下、単に「機関」と称される場合がある。)の運転を停止させる(即ち、機関の回転を停止させる)技術が知られている。このような技術が適用された機関は、自動停止機能付き機関とも称呼される。一般に、このような自動停止機能によって機関の回転を停止する場合、機関への燃料の供給が停止される(図1の時刻t0を参照。)。ところが、機関は、燃料供給の停止後に直ちに回転を停止せず、慣性によって暫くの間は回転を続ける。
更に、機関回転速度が略ゼロ(0)に近づくと、図1の時刻t1以降に示したように、内燃機関が逆転と正転とを繰り返す現象(揺り返し現象)が発生する。これは、圧縮行程にある気筒の圧縮反力のためにその気筒が圧縮上死点を超えることができずに機関が逆転し、次に、その時点の直前において膨張行程にあった気筒のピストンが圧縮上死点に向かう際に同様に圧縮反力が生ずるからである。その後、図1の時刻t2に示したように機関の回転は完全に停止する。以下、自動停止機能によって機関の運転を停止しようとしている期間であって機関の回転が完全に停止するまでの期間(図1における時刻t0から時刻t2までの期間)を「空転期間」と称する場合がある。更に、空転期間において機関の回転方向が最初に正転から逆転へと反転した時点(即ち、初回反転時点であり、図1における時刻t1を参照。)から機関が逆転と正転とを繰り返した後に完全に停止する時点(即ち、完全停止時点であり、図1の時刻t2を参照。)までの期間を「揺り返し期間」と称する場合がある。
一方、空転期間中に運転者がアクセルペダルを踏み込んだ場合等において再始動要求が発生する。この再始動要求は任意のタイミングで発生する。再始動要求が発生すると、一般に、機関はスタータによるクランキングにより再始動させられる。ところが、このクランキング開始時の機関回転速度の大きさが過大であると、振動及び騒音が発生する虞がある。換言すると、クランキング開始時の機関回転速度が、図1に示した許容範囲(即ち、負の値である下限値Lから正の値である上限値Uまでの範囲)にないと、振動及び騒音が発生する虞がある。
より具体的に述べると、一般に、スタータは、クランキング動作を開始するときに「駆動軸の先端のピニオンギア」が「クランクシャフトに取り付けられたリングギア」に噛合するように移動させられるタイプであることが多い。このようなスタータが用いられている場合、クランキング開始時の機関回転速度の大きさが過大であると、ピニオンギアとリングギアとが円滑に噛合できない。その結果、振動及び騒音が発生し、更には、ピニオンギア及びリングギアの破損又は摩耗等が発生するという問題が生ずる。以下、空転期間中の再始動要求に基づく「スタータによるクランキング開始」に起因して発生する上述した振動及び摩耗等の問題は、単に「クランキング開始時の問題」と称呼される場合がある。なお、上述したタイプ以外のスタータであっても、クランキング開始時における機関回転速度の大きさが過大であると、クランキング開始時の問題(特に、振動及び/又は騒音)が生ずる虞がある。
このようなクランキング開始時の問題を回避するためには、スタータによるクランキングを「機関回転速度が許容範囲内にある場合」に開始する必要がある。そこで、従来の装置は、空転期間における機関回転速度を「モデル式」を用いて予測し、その予測結果に基づいてスタータによるクランキングを制御するようになっている(例えば、特許文献1を参照。)。
特開2014−077399号公報
しかしながら、上記従来の装置が使用するモデル式は、例えば、機関回転速度、フリクション、コンプレッション及び内燃機関のイナーシャ等の種々の成分を項として有するので、機関回転速度を予測するための演算処理が複雑であり且つその演算負荷も大きい。更に、そのモデル式には積分項が含まれるため、予測しようとする機関回転速度の時期が先であるほど、誤差が蓄積されて大きくなる傾向がある。
加えて、上記モデル式は種々の成分を項として有するため、予測結果と実際の挙動との間に乖離があった場合、個々の成分による当該乖離への影響度を正確に見積もり、モデル式を適切に補正することが困難である。その結果、実測値に基づいてモデル式を補正しても、予測結果に誤差が含まれ続ける可能性が高い。機関回転速度の予測誤差が大きいほど、上述したクランキング開始時の問題が生ずる虞が高まる。
本発明は、上記課題に対処するために為されたものである。即ち、本発明は、空転期間においてスタータを用いた再始動を行う場合、上述したクランキング開始時の問題が発生する可能性を低減しながらも、内燃機関を迅速に再始動させることが可能な「内燃機関の制御装置」を提供することを1つの目的とする。
本発明による内燃機関の制御装置(以降、「本発明装置」と称される場合がある。)は、燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、前記燃焼室に供給された燃料に点火する点火装置と、クランクシャフトと、前記クランクシャフトの回転速度である機関回転速度を検出する回転速度検出部と、前記クランクシャフトを回転させるスタータと、を備える内燃機関に適用される。
更に、本発明装置は、所定の自動停止条件が成立した場合に前記燃料供給部による燃料の供給を停止して前記クランクシャフトの回転を停止させる自動停止制御を実行することができ、内燃機関を再始動することができる制御部、を備える。自動停止条件は、例えば、機関を搭載した車両のブレーキペダルが踏み込まれており且つ車速が第1車速以下になったときに成立する。
加えて、前記制御部は、過大ピーク判定部と、再始動制御部と、を含む。
前記過大ピーク判定部は、
(1)前記自動停止制御の実行中に、前記クランクシャフトの回転方向が最初に反転した時点(初回反転時点)以降に出現する前記機関回転速度の極値である着目ピーク値を前記検出される機関回転速度に基づいて取得し、
(2)前記着目ピーク値の出現後に出現する前記機関回転速度の極値である予測ピーク値のうち所定の許容範囲から逸脱する過大ピーク値が存在するか否かを前記取得された着目ピーク値に基づいて判定する。
前記再始動制御部は、
(3)所定の再始動条件が成立しており(再始動要求が発生しており)、且つ
前記検出される機関回転速度が前記許容範囲内にあり、且つ
前記過大ピーク値が存在しないと判定されているとき、
前記スタータを駆動するとともに前記燃料供給部による燃料の供給を再開し且つ前記点火装置によって前記燃料に点火して前記内燃機関を再始動させるスタータ始動制御を実行する。
以下、本発明装置により、上述したクランキング開始時の問題が発生する可能性を低減し且つ迅速に内燃機関を再始動できる理由について説明する。
図1は、上述した空転期間における揺り返し現象の一例を示したタイムチャートである。この例においては、時刻t0にて自動停止制御が開始されている(即ち、燃料供給が停止されている)。従って、時刻t0以降において機関回転速度は次第に低下し、時刻t1の直前において「許容範囲を定める上限値」に一致し、時刻t1にて「0」になる。更に、機関は時刻t1以降において逆転し(機関回転速度が負の値となり)、機関回転速度は時刻t1の直後において「許容範囲の下限値」よりも小さくなる。その後、機関回転速度は極値(極小値)P1をとり、その後、機関は正転するようになって、機関回転速度は次の極値(極大値)P2をとる。その後、機関は再び逆転し、機関回転速度は次の極値(極小値P3)をとる。その後、本例では、機関回転速度は「0」に収束している。このように、揺り返し期間において機関回転速度には複数個の極値(ピーク値、ピーク回転速度)が出現する。
ところで、図1に示したように、揺り返し期間における極値の大きさは当然ではあるが減衰する。即ち、揺り返し期間における極値の大きさは、極値の出現回数が大きくなるほど次第に小さくなる。更に、揺り返し現象は、ピストン及びクランクシャフト等の機関の可動物体がフリクションを受けながら行う減衰自由振動に近い振動現象であるから、揺り返し期間における極値の大きさは略一定の減衰率(=今回の極値の大きさ/前回の極値の大きさ)にて指数関数的に減衰する。従って、この極値の大きさの減衰における「減衰率或いは減衰の程度を表す値(即ち、極値の減衰の仕方を特定するパラメータであり、以下、「減衰パラメータ」と称される場合がある。)」が予め解れば、ある時点の極値とその減衰パラメータとから他の極値を予測することが可能である。
加えて、説明を簡素化するために許容範囲の上限値の大きさと下限値の大きさとが同一であるとすると、ある特定時点の極値が許容範囲内であれば、その特定時点以降の極値は許容範囲内に必ず存在する。即ち、例えば、図1の例においては点P2が許容範囲内にあるから点P3は必ず許容範囲内に存在する。そして、ある第1時点にて出現した極値が許容範囲内になく(図1の例における点P1を参照。)、その後の第2時点にて出現する極値が許容範囲内にあるとき(図1の例における点P2を参照。)、その第2時点の直前において機関回転速度が許容範囲内になった時点(図1の例における点Q1の時点)以降、機関回転速度が許容範囲から逸脱することはない。よって、この時点(点Q1の時点)は、上述したクランキング開始時の問題を発生させることなく内燃機関を再始動させることができる最も早い時点である。従って、そのような時点からスタータを用いたクランキングを開始すれば、上述した本発明の目的を達成することができる。
このような観点に基づき、発明者は先ず、揺り返し期間において極値の大きさがどのように変化するかについて測定を行った。その結果を、図2及び図3に示す。
図2は、揺り返し期間において出現した極値の出現回数に対する同極値の大きさを示すグラフである。図2から、極値は概ね一定の減衰率にて減衰していることが確認できる。
図3は、図2のグラフに示されたデータを、1回目に出現した極値の大きさによって正規化したグラフである。より具体的には、図3は、揺り返し期間において、「1回目に出現した極値の大きさNEP(1)」に対する「n回目に出現した極値の大きさNEP(n)」の比γ(n)(=NEP(n)/NEP(1))」を算出し、この比γ(n)を出現回数nに対してプロットしたグラフである。図3から理解されるように、比γ(n)は極値の出現回数nに対して直線的に減少し、しかも、その減少の仕方(比γ(n)の減少割合、傾き)は機関及び/又は条件等に依らず実質的に一定である。つまり、比γ(n)と出現回数nとの関係は、下記(1)式の一次関数によって近似的に表すことができる(下式中、−1<a<0)。
Figure 2016156322
以上から、発明者は、上記(1)式の傾きaの値を減衰パラメータとして実験により予め求めておき、これを制御部に予め記憶させておけば、制御部は、出現回数がm回目である極値X(m)を実際に取得することにより、その取得された極値X(m)と上記(1)式とに基づいて「揺り返し期間における他の極値」を予測できるとの知見を得た。即ち、例えば、出現回数が1回目である極値X(1)の値がX1(X1は負の値)であり、その値X1が実測されたとすると、出現回数が2回目の極値X(2)は下記の(2)式により予測することができ、出現回数が3回目の極値X(3)は下記の(3)式により予測することができる。つまり、出現回数がn回目の極値X(n)は下記の(4)式により予測することができる。
Figure 2016156322
そこで、本発明装置の制御部は、上述したように、クランクシャフトの回転方向が最初に反転した時点(図1における時刻t1、即ち、初回反転時点)以降に出現する極値である着目ピーク値(図1における点P1の値)を取得する。そして、例えば制御部は、その着目ピーク値と上記(1)式及び(4)式とに基づいて「着目ピーク値の出現後に出現する極値(即ち、予測ピーク値)」を予測し、その予測ピーク値のうち前述した許容範囲から逸脱する過大ピーク値が存在するか否かを判定する。
そして、制御部は、所定の再始動条件が成立しており且つ前記検出される機関回転速度が前記許容範囲内にあり且つ前記過大ピーク値が存在しないと判定されているとき(図1の例における点Q1に対応する時点を参照。)、前記スタータ始動制御の実行を開始する。この結果、本発明装置は、空転期間においてスタータを用いた再始動を行う場合、上述したクランキング開始時の問題が発生する可能性を低減しながらも、内燃機関を迅速に再始動させることができる。
なお、予測ピーク値の算出方法は上記(1)及び(4)式に限定されない。即ち、例えば、極値の大きさの減衰率αを減衰パラメータとして予め取得して制御部に記憶させておき、取得された着目ピーク値とその記憶された減衰率αとから予測ピーク値を算出してもよい(後述する(7)式を参照。)。更に、前述した着目ピーク値は、初回反転時点以降において初めて出現する極値(出現回数が1回目の極値)には限定されない。即ち、例えば、初回反転時点以降において初めて出現する極値を着目ピーク値として取得し、その着目ピーク値に基づいて予測される予測ピーク値の中に過大ピーク値が存在すると判定した場合には、次の(即ち、出現回数が2回目の)極値を実測し、その実測された極値を新たな着目ピーク値として用いて同様な判定を行う。
更に、制御部は、着目ピーク値と上記(1)式及び(4)式等とに基づいて予測ピーク値を推定する計算を必ずしも行わなくてもよい。より具体的に述べると、上記(1)式乃至上記(4)式から理解されるように、着目ピーク値以降の極値(予測ピーク値)は着目ピーク値に基づいて略一義的に決まるから、着目ピーク値が実測された時点において「その着目ピーク値に基づいて、予測ピーク値のうち過大ピーク値が存在するか否か」が判定できるからである。
なお、例えば、エンジンECU(電子制御ユニット)等の制御装置がスタータに対してクランキングを指示してから実際にクランキングが開始されるまでには不可避的な遅れがある。更に、その遅れの大きさは機関及び/又はスタータの温度及びスタータの個体差等に起因して変動する。特に、この遅れの大きさは前述した「ピニオンギアをリングギアに噛合させてからクランクシャフトを回転させるタイプのスタータ」において大きい。
従って、再始動条件成立後の「ある時点」において機関回転速度が上記所定の許容範囲内にあり、それ故にその「ある時点」においてスタータによるクランキングの開始を指示した場合であっても、実際にクランキングが開始される時点において機関回転速度が当該許容範囲内から逸脱している可能性がある。その結果、上述したクランキング開始時の問題が発生する虞がある。しかしながら、本発明装置によれば、機関回転速度が許容範囲を超えないことが担保された時点にてスタータに対するクランキング実行指示がなされることになるので、上記遅れの大きさが変動したとしても上述したクランキング開始時の問題は発生しない。
本発明の一態様において、前記過大ピーク判定部は、前記初回反転時点以降に出現する前記極値の減衰の仕方を特定するパラメータ(例えば、上記傾きa或いは減衰率α等の減衰パラメータ)を予め記憶しており、前記取得された着目ピーク値と前記記憶されているパラメータとを用いて前記予測ピーク値を算出し、前記算出された予測ピーク値が前記許容範囲内にあるか否かを判定するように構成されている。
上述したように、着目ピーク値と上記(1)式及び(4)式と(或いは後述の(7)式と)に基づけば、予測ピーク値の大きさを算出することができる。従って、例えば、(1)式における傾きaを予め実験及びシミュレーション等により求め、その傾きaを「初回反転時点以降に出現する極値の減衰の仕方を特定するパラメータ」として制御部内の記憶装置に記憶させておく。そして、制御部は、着目ピーク値が取得されたとき、その取得された着目ピーク値と、そのパラメータを適用した上記(1)式及び(4)式と、に基づいて予測ピーク値を算出する。これによれば、揺り返し期間における機関回転速度を逐次且つ連続的に予測する場合に比べ、より簡単な演算により「予測ピーク値が許容範囲内にあるか否か」を判定することができる。
ところで、例えば、機関の個体差及び経時変化並びに使用される潤滑油の性状差等に起因して、実際の極値の大きさの減衰の仕方と、前記記憶されたパラメータを用いて表現される極値の大きさの減衰の仕方と、の差が大きくなる場合がある。
そこで、前記過大ピーク判定部は、前記スタータ始動制御が実行されていない状態において前記初回反転時点以降に出現する前記機関回転速度の極値を前記検出される機関回転速度に基づいて取得し、前記取得された極値に基づいて前記記憶されているパラメータを補正し、前記予測ピーク値を算出する際に用いるパラメータとして、前記補正したパラメータを記憶する(即ち、パラメータ学習を行う)ように構成され得る。
これによれば、予測ピーク値を算出する際に用いるパラメータが、実際の極値の大きさの減衰の仕方に応じて補正される。その結果、予測ピーク値をより精度良く算出することができるので、過大ピーク値が存在するか否かの判定をより精度良く行うことができる。
ところで、制御部は、過大ピークが存在するか否かを判定するために、予測ピーク値を算出することを必ずしも必要としない。つまり、極値は、事前の実験及びシミュレーション等により調査されたように減衰するから、着目ピーク値の後に出現する予測ピーク値の大きさは着目ピーク値の大きさによって一義的に定まると言うことができる。一方、許容範囲も予め定められている。従って、着目ピーク値の大きさが所定の閾値以上であるか否かに基づいて、過大ピーク値が存在するか否かを判定することができる。
即ち、前記過大ピーク判定部は、前記着目ピーク値の大きさが所定の判定閾値以上である場合は前記過大ピーク値が存在すると判定し、前記着目ピーク値の大きさが前記判定閾値未満である場合は前記過大ピーク値が存在しないと判定するように構成され得る。
これによれば、より簡素な演算により、過大ピーク値が存在するか否かを判定することができる。
この態様においても、実際の極値の大きさの減衰の仕方と、予め想定していた極値の大きさの減衰の仕方と、の差が大きくなる場合には、過大ピーク値が存在するか否かの判定精度が低下する。
そこで、前記過大ピーク判定部は、前記スタータ始動制御が実行されていない状態において前記初回反転時点以降に出現する前記機関回転速度の極値を前記検出される機関回転速度に基づいて取得し、前記取得された極値に基づいて前記判定閾値を補正し、前記補正した判定閾値を前記過大ピーク値が存在するか否かの判定に用いる新たな閾値として記憶する(即ち、閾値学習を行う)ように構成され得る。
これによれば、着目ピーク値の大きさに基づいて過大ピーク値が存在するか否かを判定する際に用いる判定閾値が、実際の極値の大きさの減衰の仕方に応じて補正されるので、過大ピーク値が存在するか否かの判定をより精度良く行うことができる。
ところで、上記許容範囲は、機関の正転方向側と機関の逆転方向側とで対称に設定されている必要は無い。換言すると、許容範囲を定める境界値の一つである上限値の絶対値と、許容範囲を定める境界値の他の一つである下限値の絶対値と、の大きさは同じであってもよいし、相違していてもよい。これは、例えば、上述のクランキング開始時の問題が、内燃機関のクランクシャフトが正転方向に回転しているときよりも、逆転方向に回転しているときの方が生じ易い場合があり、その逆の場合もあるからである。
そこで、本発明装置の態様の一つにおいては、
前記クランクシャフトが正転している場合の同クランクシャフトの回転速度を正の値で表し且つ前記クランクシャフトが逆転している場合の同クランクシャフトの回転速度を負の値で表すと規定したとき、前記許容範囲は負の値である下限値から正の値である上限値までの範囲であり、且つ、前記下限値の絶対値と前記上限値の絶対値とが異なるように設定されている。
これによれば、許容範囲を適切な範囲に設定できるので、上述したクランキング開始時の問題が発生する可能性を低減しながらも、機関をより迅速に再始動させることができる。
ところで、自動停止制御の実行後に再始動条件が成立した時点(再始動要求が発生した時点)において機関の回転が既に停止している場合も想定される。この場合、機関回転速度は上記許容範囲内にあるので、直ちにスタータによるクランキングを開始しても上述したクランキング開始時の問題は発生しない。
そこで、本発明装置の態様の一つにおいて、
前記再始動制御部は、前記再始動条件が成立した時点において前記クランクシャフトの回転が停止している場合、前記再始動条件が成立した時点から前記スタータ始動制御を開始するように構成されている。
これによれば、機関の回転が停止している場合には再始動条件が成立した時点において機関を直ちに再始動させることができる。
一方、自動停止制御の実行後に所定の再始動条件が成立した時点において、機関回転速度が十分に高く、それ故、スタータを用いたクランキングを行わなくても、機関への燃料供給を再開することにより機関を再始動させることが可能な場合がある。
そこで、本発明装置の態様の一つにおいて、
前記再始動制御部は、前記再始動条件が成立した時点において前記機関が正転しており且つ前記機関回転速度の大きさが前記許容範囲を定める上限値よりも大きい所定の速度閾値以上である場合、前記スタータを駆動することなく、前記燃料供給部による燃料の供給を再開し且つ前記点火装置によって前記燃料に点火することにより、前記内燃機関を再始動させるように構成されている。
これによれば、機関回転速度の大きさが十分に大きい場合には、再始動条件が成立した時点において機関を直ちに再始動させることができる。
本発明の他の目的、他の特徴及び付随する利点は、以下の図面を参照しつつ記述される本発明の各実施形態についての説明から容易に理解されるであろう。
自動停止機能によって機関の運転を停止しようとしている期間であって機関の回転が完全に停止するまでの期間(空転期間)における揺り返し現象の一例を示したタイムチャートである。 揺り返し期間において出現した極値の出現回数に対する同極値の大きさを示すグラフである。 図2のグラフに示されたデータを、1回目に出現した極値の大きさによって正規化したグラフである。 本発明の第1実施形態に係る制御装置(第1装置)が適用される内燃機関の構成を示す模式的な全体図である。 図4に示した内燃機関の模式的な平面図である。
第1装置によって実行される自動停止再始動制御ルーチンを表すフローチャートである。 自動停止再始動制御ルーチンの一部として実行される再始動ルーチンの全体を表すフローチャートである。 第1装置が備える過大ピーク判定部の動作について説明するフローチャートである。 第1装置が備える過大ピーク判定部の動作について説明する模式的なタイムチャートである。 許容範囲の上限値の絶対値より下限値の絶対値の方が小さい場合における機関回転速度NEの極値の推移の一例を表す模式的なタイムチャートである。 許容範囲の上限値の絶対値より下限値の絶対値の方が小さい場合における機関回転速度NEの極値の推移の別の一例を表す模式的なタイムチャートである。 本発明の第2実施形態に係る制御装置(第2装置)が備える過大ピーク判定部の動作について説明するフローチャートである。
<第1実施形態>
以下、本発明の第1実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第1装置」と称される場合がある。)について説明する。
(内燃機関の構成)
第1装置は、図4に示した内燃機関(機関)10に適用される。機関10は、多気筒(本例においては、直列4気筒)・4サイクル・ピストン往復動型・筒内噴射(直噴)・火花点火式ガソリンエンジンである。
機関10は、シリンダブロック、シリンダブロックロワーケース及びオイルパン等を含むシリンダブロック部20、シリンダブロック部20の上に固定されるシリンダヘッド部30、シリンダブロック部20に空気を供給するための吸気システム40、並びに、シリンダブロック部20からの排ガスを外部に放出するための排気システム50を備えている。更に、図5に示したように、機関10は、シリンダブロック部20に燃料を供給するための燃料供給システム60を備えている。
図4に示したように、シリンダブロック部20は、シリンダ21、ピストン22、コンロッド23及びクランクシャフト24を備えている。ピストン22は、シリンダ21内を往復動する。ピストン22の往復動は、コンロッド23を介してクランクシャフト24に伝達され、これにより、クランクシャフト24が回転するようになっている。シリンダ21、ピストン22及びシリンダヘッド部30は、燃焼室(気筒)25を形成している。
更に、図5に示したように、シリンダブロック部20は、スタータモータ(スタータ)26を備えている。スタータモータ26は、後述するエンジンECU(電子制御ユニット)80の指示に応答して駆動する。具体的には、クランクシャフト24に取り付けられたリングギア27がピニオンギア26aを噛合され、リングギア27を回転させるようになっている。即ち、スタータモータ26はクランキングを実行するスタータである。
再び図1を参照すると、シリンダヘッド部30は、燃焼室25に連通した吸気ポート31、吸気ポート31を開閉する吸気弁32、燃焼室25に連通した排気ポート33、排気ポート33を開閉する排気弁34、燃焼室25内の燃料に点火する点火装置35、及び、燃焼室25に燃料を直接噴射する燃料噴射弁39を備えている。燃料噴射弁39は燃料供給部の一部を構成している。
点火装置35は、点火プラグ37及び点火プラグ37に与える高電圧を発生するイグニッションコイルを含むイグナイタ38を含む。イグナイタ38は、後述するECU80の指示に応答してイグニッションコイルによって高電圧を発生するようになっている。この高電圧は点火プラグ37の電極間に印加され、これらの電極間に火花が生成される。
燃料噴射弁39は、その燃料噴射孔が燃焼室25内に露出するようにしてシリンダヘッド部30に配設されている。燃料噴射弁39は、後述するECU80の指示に応答して開弁し、燃焼室25に燃料を直接噴射するようになっている。
吸気システム40は、吸気ポート31に連通したインテークマニホールド41、インテークマニホールド41に連通したサージタンク42、及び、サージタンク42に一端が接続された吸気管43を備えている。吸気ポート31、インテークマニホールド41、サージタンク42及び吸気管43は、吸気通路を構成している。
更に、吸気システム40は、吸気管43の他端から下流(サージタンク42)に向かう順に吸気管43に配設されたエアフィルタ44及びスロットル弁45を備え、スロットル弁45を駆動するスロットル弁アクチュエータ45aを更に備えている。
スロットル弁45は、吸気管43に回転可能に支持され、スロットル弁アクチュエータ45aによって駆動されることにより開度が調整されるようになっている。これにより、スロットル弁45は、吸気管43の通路断面積を可変とするようになっている。スロットル弁45の開度(スロットル弁開度)TAは、通路断面積を最小とする状態におけるスロットル弁45の位置から回転した角度により定義される。
スロットル弁アクチュエータ45aは、DCモータからなり、ECU80の指示に応答してスロットル弁45を駆動するようになっている。
排気システム50は、排気ポート33に連通するエキゾーストマニホールド51及びエキゾーストマニホールド51に接続された排気管52を備えている。排気ポート33、エキゾーストマニホールド51及び排気管52は、排気通路を構成している。
更に、排気システム50は、排気管52に配設された三元触媒53を備えている。三元触媒53は、所謂、白金等の貴金属からなる活性成分を担持する三元触媒装置(排気浄化触媒)である。三元触媒53は、そこに流入するガスの空燃比が理論空燃比であるとき、HC、CO、H等の未燃成分を酸化するとともに、NOx(窒素酸化物)を還元する機能を有する。
更に、三元触媒53は、酸素を吸蔵(貯蔵)する酸素吸蔵機能を有し、この酸素吸蔵機能により、空燃比が理論空燃比から偏移したとしても未燃成分及びNOxを浄化することができる。この酸素吸蔵機能は、三元触媒53に担持されているセリア(CeO)によってもたらされる。
図5に示したように、燃料供給システム60は、2つの燃料ポンプ61及び62、燃料送出管63、デリバリパイプ(蓄圧室)64、並びに、燃料タンク65を含んでいる。燃料送出管63は、燃料ポンプ61とデリバリパイプ64とを接続している。
燃料ポンプ61は、燃料タンク65内に配設されている。燃料ポンプ61は、後述するECU80の指示に応答して作動する電動モータによって駆動され、燃料タンク65内に貯留されている燃料を燃料送出管63に吐出する。
燃料ポンプ62は、燃料送出管63に介装されている。燃料ポンプ62は、燃料ポンプ61から燃料送出管63を介して到達する燃料を加圧し、その加圧された高圧燃料を、燃料送出管63を通してデリバリパイプ64へ供給するようになっている。燃料ポンプ62は、機関10のクランクシャフト24に連動する駆動軸により作動する。
燃料ポンプ62は、その燃料吸入部に図示しない電磁弁を備えている。電磁弁は、ECU80からの指示に基づいて燃料ポンプ62の燃料吸入動作の開始時に開かれ、燃料加圧動作中の所定のタイミングにて閉じられる。この電磁弁が閉じられるタイミングが早くなるほど、燃料ポンプ62の図示しないプランジャの有効ストロークが長くなるので、燃料ポンプ62から吐出される燃料の量が多くなる。その結果、燃料噴射弁39に供給される燃料の圧力が上昇する。即ち、燃料ポンプ62は、ECU80の指示に応答し、デリバリパイプ64内の燃料の圧力(即ち、燃料噴射圧、デリバリパイプ圧、燃圧)を調整できるようになっている。
更に、燃料タンク65内において、燃料送出管63には、リリーフバルブ66が介装されている。リリーフバルブ66は、燃料送出管63内の燃料の圧力が所定の圧力に達したときにその燃料の圧力によって開弁される。リリーフバルブ66が開弁すると、燃料ポンプ61から燃料送出管63に吐出された燃料の一部が「リリーフバルブ66」及び「リリーフバルブ66に接続されたリリーフ管67」を介して燃料タンク65内に戻される。
ECU80は、周知のマイクロコンピュータを含む電子回路であり、CPU、ROM、RAM、バックアップRAM及びインターフェース等を含む。ECU80は、以下で述べるセンサ類と接続されていて、これらのセンサからの信号を受信する(入力される)ようになっている。更に、ECU80は、各種アクチュエータ(スロットル弁アクチュエータ45a、点火装置35及び燃料噴射弁39等)に指示(駆動)信号を送出するようになっている。
図4及び図5に示したように、ECU80は、エアフローメータ71、スロットルポジションセンサ72、水温センサ73、クランク角度センサ74、燃圧センサ75、アクセル操作量センサ76、ブレーキスイッチ77、車速センサ78及びイグニッションスイッチ79と接続されている。
エアフローメータ71は、吸気管43に配設されている。このエアフローメータ71は、そこを通過する空気の質量流量(吸入空気量Ga)を測定し、この吸入空気量Gaを表す信号を出力する。
スロットルポジションセンサ72は、スロットル弁45に近接して吸気管43に配設されている。このスロットルポジションセンサ72は、スロットル弁45の開度(スロットル弁開度TA)を検出し、このスロットル弁開度TAを表す信号を出力するようになっている。
水温センサ73は、シリンダブロック部20に配設されている。この水温センサ73は、機関10を冷却する冷却水の温度(冷却水温THW)を測定し、この冷却水温THWを表す信号を出力するようになっている。
クランク角度センサ74は、シリンダブロック部20に配設されている。このクランク角度センサ74は、クランクシャフト24が一定角度(例えば、10°)回転する毎に1つのパルス信号を発生する。ECU80は、このクランク角度センサ74及び図示しないカムポジションセンサからの信号に基づいて、所定の気筒の圧縮上死点を基準とした機関10のクランク角度(絶対クランク角度)を取得する。更に、ECU80は、クランク角度センサ74からの信号(実際には隣接するパルス信号間の時間)に基づいて、機関回転速度NEを取得する。
なお、クランクシャフト24(即ち、機関10)が正転している場合のクランクシャフト24の回転速度は正の値で表され、クランクシャフト24(即ち、機関10)が逆転している場合のクランクシャフト24の回転速度は負の値で表される。更に、後述するECU80は、機関回転速度NEが正の値から負の値へと、又は、その逆へと変化した時点にて、クランクシャフト24の回転方向が反転したと判定する。
燃圧センサ75(図5を参照。)は、デリバリパイプ64に配設されている。この燃圧センサ75は、燃料噴射弁39に供給される燃料の圧力(燃圧PF)を測定し、この燃圧PFを表す信号を出力する。
第1装置は、燃圧センサ75の出力信号に基づいて取得される燃圧PFと目標燃圧PFtgtとの偏差が「0」となるように燃料ポンプ62に送出する指示信号を制御する。例えば、取得された燃圧PFが目標燃圧PFtgtよりも低い場合、第1装置は、燃料ポンプ62の燃料吐出量が増大するように燃料ポンプ62に送出する指示信号を制御する。これにより、燃料噴射弁39に供給される燃料の圧力(燃圧PF)が高くなる。
アクセル操作量センサ76(図4を参照。)は、アクセルペダル91の操作量Accpを検出し、この操作量Accpを表す信号を出力する。
ブレーキスイッチ77は、ブレーキペダル92の操作を検出し、ブレーキペダル92が操作されたことを表す信号を出力する。
車速センサ78は、機関10が搭載された車両の速度(車速SPD)を測定し、この車速SPDを表す信号を出力する。
イグニッションスイッチ79は、機関10を作動させたり機関10の作動を停止させたりするためのスイッチであり、そのオンオフ状態を表す信号をECU80に送出する。
(第1装置の作動の概要)
第1装置は、図1に示したように、自動停止制御の開始後において機関の回転方向が正転から逆転へと反転した時点(初回反転時点t1)以降に現れる「機関回転速度NEの極値(極小値又は極大値)」を実際に取得する(例えば、点P1)。更に、第1装置は、その取得された極値(着目ピーク値)と「極値の減衰の仕方を特定するパラメータ(減衰パラメータ)を用いた計算式」とを用いて、その取得された極値以降に出現するであろう将来の極値(例えば、点P2,P3)を予測ピーク値として算出する。そして、第1装置は、その予測ピーク値のうちに「スタータによる回転を開始してもクランキング開始時の問題が生じない許容範囲」から逸脱する極値(過大ピーク値)が存在しないことが担保された時点(点Q1)にてスタータを用いて機関の再始動を行う。以下、第1装置の作動について具体的に説明する。
(具体的作動)
1.第1装置による自動停止再始動制御
先ず、第1装置による機関10の自動停止再始動制御について説明する。ECU80のCPUは、図6にフローチャートによって示した自動停止再始動制御ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。CPUは、所定のタイミングになると、図6のステップS601に進み、自動停止制御が既に実行中であるか否かを判定する。
本例において、自動停止制御は、以下の自動停止条件が成立した場合(自動停止要求が発生した場合)に直ちに実行される。自動停止条件は、以下の総ての条件が成立したときに成立する。但し、自動停止条件はこれに限定されない。
(停止条件1)アクセルペダル91の操作がオフ状態である。
(停止条件2)ブレーキペダル92の操作がオン状態である。
(停止条件3)車速SPDが所定値(自動停止速度閾値)以下である。
自動停止制御は、燃料噴射弁39に駆動信号を送出しないことにより機関10への燃料の供給(燃料噴射)を停止することにより、クランクシャフト24の回転(即ち、機関10の回転)を停止させる処理である。自動停止制御は、後述する種々の再始動制御が開始されると同時に停止される。
上記ステップS601において自動停止制御が実行中であると判定された場合(S601:Yes)、CPUは次のステップS602に進み、図7に示した後述の再始動ルーチンを実行する。その後、CPUは本ルーチンを一旦終了する。
一方、上記ステップS601において自動停止制御が実行中ではないと判定された場合(S601:No)、CPUは次のステップS603に進み、上述した自動停止条件が成立しているか否かを判定する。
上記ステップS603において自動停止条件が成立していると判定された場合(S603:Yes)、CPUは次のステップS604に進み、上述した自動停止制御を実行し、本ルーチンを一旦終了する。これにより、機関回転速度NEは次第に低下して行く。逆に、上記ステップS603において自動停止条件が成立していないと判定された場合(S603:No)、CPUは本ルーチンを一旦終了する。この結果、CPUは、燃料噴射及び点火を継続する通常制御を実行することにより機関10を通常運転する。通常制御においては、燃料噴射は圧縮行程後半に行われ、点火は圧縮上死点近傍において行われる。
なお、CPUは、自動停止制御を行う際、燃料噴射の停止に加え、点火装置35への点火信号を送出しないことにより点火装置35による燃料の点火をも停止してもよい。
更に、CPUは、機関10を通常運転する場合、アクセルペダル91の操作量Accpが大きくなるほど目標スロットル弁開度TAtgtが大きくなるように目標スロットル弁開度TAtgtを変更する。加えて、CPUは、自動停止制御の実行中、目標スロットル弁開度TAtgtを所定の値に設定し、スロットル弁45の開度が全開近傍の値になるようにスロットル弁45を開いてもよい。或いは、CPUは、自動停止制御の実行中、スロットル弁45の開度が全閉近傍の値になるようにスロットル弁45を閉じていてもよい。
2.第1装置による種々の再始動制御
次に、第1装置による機関10の再始動制御について説明する。前述したように、CPUは、図6のステップS602に進むと、図7にフローチャートによって示した再始動ルーチンを実行するようになっている。従って、CPUは、ステップS602に進むと図7のステップS701に進み、再始動条件が成立しているか否か(即ち、再始動要求が発生しているか否か)を判定する。
本例において、再始動条件は、以下の総ての条件が成立したときに成立する。但し、再始動条件はこれに限定されない。
(再始動条件1)自動停止制御中である。
(再始動条件2)ブレーキペダル92の操作がオフ状態である。
(再始動条件3)アクセルペダル91の操作がオン状態である。
上記ステップS701において再始動条件が成立していると判定された場合(S701:Yes)、CPUは次のステップS702に進み、機関回転速度NEが所定の回転速度閾値NUよりも大きいか否かを判定する。本例において、回転速度閾値NUは、上述した通常制御によって機関10を再始動させることが可能な機関回転速度NEの最小値である。換言すれば、機関回転速度NEが回転速度閾値NUよりも大きい場合、通常制御によって機関10を再始動させることができる。なお、この回転速度閾値NUは、後述する許容範囲の上限値Uよりも大きい。
上記ステップS702において機関回転速度NEが回転速度閾値NUよりも大きいと判定された場合(S702:Yes)、CPUはステップS703にて上記通常制御を実行する。この結果、上記通常制御によって機関10は再始動させられる。この再始動制御は通常再始動制御と称される場合がある。次いで、CPUは、ステップS708に進み、スタータ26を用いたクランキングの可否を示すフラグFcを「0(ゼロ)」に設定する。このフラグFcは、後述するように、過大ピーク値が出現しないとの判定がなされた場合に「1」に設定されるフラグである(図8のステップS806を参照。)。その後、CPUは本ルーチンを一旦終了する。
一方、上記ステップS702において機関回転速度NEが回転速度閾値NU以下であると判定された場合(S702:No)、CPUはステップS704に進み、機関回転速度NEが0(ゼロ)であるか(即ち、機関10が停止しているか)否かを判定する。なお、このステップは、機関回転速度NEが「微小な正の値NEPと微小な負の値NENとの間」にある場合に機関回転速度NEが「0」であると判定するステップであってもよい。
ステップS704において機関回転速度NEが0(ゼロ)であると判定された場合(S704:Yes)、機関10は停止している。従って、CPUは次のステップS705に進み、スタータモータ26によってクランクシャフト24を回転させることによりクランキングを実行するとともに、圧縮上死点近傍での「燃料噴射及び点火」を行って機関10を再始動させる。即ち、CPUはスタータ始動(スタータ始動制御)を実行する。そして、CPUは、ステップS708に進み、上述したフラグFcを「0(ゼロ)」に設定し、本ルーチンを一旦終了する。
一方、ステップS704において機関回転速度NEが0(ゼロ)ではないと判定された場合(S704:No)、機関10は回転中である。この場合、CPUは次のステップS706に進み、上述したフラグFcが「1」に設定されているか否かを判定する。即ち、CPUは、機関回転速度NEの揺り返し期間において過大ピーク値が今後出現しないことが担保されているか否かを判定する。
上記ステップS706においてフラグFcが「1」に設定されていると判定された場合(S706:Yes)、CPUは次のステップS707に進み、その時点における機関回転速度NEが所定の許容範囲内にあるか否かを判定する。この許容範囲は、前述したように、ピニオンギア26aとリングギア27とを円滑に噛合させて、振動及び/又は騒音が発生したりピニオンギア26a及び/又はリングギア27が破損及び/又は摩耗したりすること無く、スタータモータ26による機関10の再始動を実行することができる機関回転速度NEの範囲である。本例において、許容範囲は、負の値である下限値Lから正の値である上限値Uまでの範囲として規定され、下限値Lの絶対値と上限値Uの絶対値とは等しい。
上記ステップS707において、その時点における機関回転速度NEが所定の許容範囲内にあると判定された場合(S707:Yes)、CPUは次のステップS705に進み、スタータモータ26によってクランクシャフト24を回転させることによりクランキングを実行するとともに、圧縮上死点近傍での「燃料噴射及び点火」を行って機関10を再始動させる。即ち、CPUはスタータ始動(スタータ始動制御)を実行する。そして、CPUは、ステップS708に進んでフラグFcを「0(ゼロ)」に設定し、本ルーチンを一旦終了する。
一方、上記ステップS706においてフラグFcが「1」に設定されていない(「0(ゼロ)」に設定されている)と判定された場合(S706:No)、その後に出現する機関回転速度NEの極値が所定の許容範囲から逸脱することが推定されていることを意味する。即ち、フラグFcが「0」である場合、後述するように予測される機関回転速度NEの極値(予測ピーク値)のうち、許容範囲を超える値(即ち、過大ピーク値)が存在す可能性があることを意味する。従って、この場合、CPUは機関10をスタータ始動させること無く、本ルーチンを一旦終了する。
更に、フラグFcが「1」に設定されている場合であっても、上記ステップS707において「その時点における機関回転速度NEが所定の許容範囲内にはない」と判定された場合(S707:No)、スタータ始動を実行すると上記のような振動及び/又は騒音が発生したりスタータモータ26が破損したりする虞がある。従って、この場合も、CPUは機関10をスタータ始動させること無く、本ルーチンを一旦終了する。
3.第1装置(過大ピーク判定部)による過大ピーク判定
次に、第1装置が備える過大ピーク判定部の動作について説明する。CPUは、図8にフローチャートによって示した過大ピーク判定ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。このルーチンにより、フラグFcが「1」に設定される。
CPUは、所定のタイミングになると、図8のステップS801に進み、自動停止制御の実行中にクランクシャフト24の回転方向が反転した履歴があるか否かを判定する。図9の(a)に示したタイムチャートは、時刻t1において自動停止制御が開始され、時刻t2にて再始動条件が成立した(再始動要求が発生した)例を示している。
現時点が時刻t2(即ち、再始動条件が成立した時点)であるとき、機関10(クランクシャフト24)は正転しており且つ機関回転速度NEが次第に低下している段階にある。従って、クランクシャフト24の回転方向の反転は未だ生じていない。この場合(S801:No)、CPUはステップS801に戻り、クランクシャフト24の回転方向の反転が生ずるまで待機する。
その後、所定の時間が経過して図9の(b)に示した時刻t3の直前の時刻になると、機関回転速度NEは上限値Uに一致し、その後、時刻t3になるとクランクシャフト24の回転方向の(正転から逆転への)反転が生ずる。この時刻t3の時点、即ち、自動停止制御実行中に初めて機関10(クランクシャフト24)の回転方向が反転(正転から逆転へ変化)した時点を「初回反転時点」とも称する。この時刻t3以降において、自動停止制御実行中の反転履歴が「あり」となる。この反転が生ずると(S801:Yes)、CPUは次のステップS802に進み、初回反転時点(時刻t3)以降に機関回転速度NEの極値が検出されたか否かを判定する。ステップS802において機関回転速度NEの極値が未だ検出されていないと判定された場合(S802:No)、CPUはステップS802に戻り、機関回転速度NEの極値が検出されるまで待機する。
時刻t3の直後における時刻t4において、機関回転速度NEの極値(この場合、極小値)が出現する(図9(b)の星印を参照。)。この場合、CPUは機関回転速度NEの極値を検出(S802:Yes)し、ステップS803に進んで「現在(時刻t5)の直前(時刻t4)に検出された機関回転速度NEの極値」を着目ピーク値として取得する。
そして、CPUは次のステップS804に進み、機関10について予め求められた機関回転速度NEの極値の減衰パターン(極値の減衰の仕方を特定する減衰パラメータを用いて規定される極値の減衰の仕方)に基づいて、次回以降に検出される機関回転速度NEの極値である予測ピーク値(白い逆三角形及び白丸)を、ステップS803において取得された着目ピーク値(星印)と上述した(1)式及び(4)式に基づいて算出する。このとき、CPUは、バックアップRAMに記憶(格納)されている傾きaの値を読み出して予測ピーク値の算出のために使用する。
次に、CPUはステップS805に進み、ステップS804において算出された予測ピーク値の総てが所定の許容範囲(図9の各斜線部であり、下限値Lから上限値Uまでの範囲)内にあるか否かを判定する。
図9の(b)に示した1つ目の予測ピーク値(白い逆三角形)のように許容範囲から逸脱する予測ピーク値(即ち、過大ピーク値)がある場合(S805:No)、CPUはクランキングの可否を示すフラグFcの値を変更しない。具体的には、CPUはステップS807に進み、次の機関回転速度NEの極値が検出されたか否かを判定する。ステップS807において次の機関回転速度NEの極値が検出されていないと判定された場合(S807:No)、CPUはステップS807に戻り、次の機関回転速度NEの極値が検出されるまで待機する。
なお、CPUがステップS805の判定を行う際、予測ピーク値の総てが所定の許容範囲内にあれば(ステップS805:Yes)、CPUはステップS806に進んでフラグFcを「1」に設定し、本ルーチンを一旦終了する。
CPUがステップS807にて、次の機関回転速度NEの極値が検出されるまで待機している状態において図9(c)に示した時刻t6になると、新たな機関回転速度NEの極値(星印を参照。)が出現する。そのため、時刻t6の直後においてCPUはその新たな機関回転速度NEの極値を検出し(S807:Yes)、ステップS803に戻ってその新たに検出された機関回転速度NEの極値を新たな着目ピーク値として取得する。その後、CPUはステップS804において予測ピーク値(図9(c)における白丸を参照。)を改めて算出する。
なお、ステップS804の処理が、出現回数がm回目の極値X(m)を着目ピーク値として行われる場合、予測ピーク値は下記(5)式に基づいて算出される。(5)式において、Xm=X(m)である。
Figure 2016156322
図9(c)に示した例においては、改めて算出された予測ピーク値は総て所定の許容範囲内にあるので(S805:Yes)、CPUは次のステップS806に進み、クランキングの可否を示すフラグFcを「1」に設定する。即ち、図9の(c)において白丸によって示した機関回転速度NEの極値の出現が予測される時刻t8以降は機関回転速度NEが所定の許容範囲から逸脱しないことが担保される。そして、CPUは本ルーチンを一旦終了する。
以上のように、本ルーチンの実行により、CPUは過大ピーク判定部として機能する。なお、この例において、フラグFcが「1」に設定される時点は時刻t6又はその直後であるが、時刻t6においては機関回転速度NEが許容範囲内にないので、図7のステップS707にて「No」との判定がなされる。従って、スタータ始動制御は開始されない。そして、その後、機関回転速度NEが許容範囲内になった時刻t7の時点にてステップS707の判定が「Yes」となり、その結果、スタータ始動制御が開始される。
以上、説明したように、第1装置は、自動停止制御を実行する制御部(ECU80及び図6のステップS604を参照。)を備える。更に、その制御部は、着目ピーク値の出現後に出現する機関回転速度の極値である予測ピーク値のうち所定の許容範囲から逸脱する過大ピーク値が存在するか否かを前記取得された着目ピーク値に基づいて判定する過大ピーク判定部(ECU80及び図8のルーチンを参照。)を備える。加えて、その制御部は、過大ピーク値が存在しないと判定されているときにスタータ始動制御を実行する再始動制御部(ECU80及び図7のステップS705乃至S707を参照。)を備える。
従って、第1装置によれば、それ以降の機関回転速度NEが許容範囲内にあり続けることが担保された時点以降にのみ、スタータモータ26のクランキングによる機関10の再始動制御(スタータ始動制御)が実行される。この場合、第1装置は、機関回転速度NEが許容範囲内に入った時点において直ちにクランキングを開始することができる。その結果、第1装置は、自動停止制御による燃料の供給の停止後に所定の再始動条件が成立した場合に、スタータモータ26によるクランキングに伴う振動及び/又は騒音の発生並びにスタータモータ26の破損等の問題を低減しつつ、迅速に機関10を再始動させることができる。
<第1装置の第1変形例>
第1装置の第1変形例は、予測ピーク値の算出の仕方のみにおいて第1装置と相違している。従って、以下この相違点について説明する。
上述したように、揺り返し期間における極値の大きさは略一定の減衰率α(=今回の極値の大きさ/前回の極値の大きさ)にて指数関数的に減衰する。即ち、初回反転時点以降においてn回目に出現する機関回転速度NEの極値X(n)は、その減衰率(α)及び出現回数(n)を用いて、以下の(6)式によって表すことができる。但し、(6)式において、X1=X(1)である。
Figure 2016156322
従って、上記減衰率αを予め実験及びシミュレーション等により「上記減衰パラメータ」として取得しておき、第1変形例のECU80のデータ記憶装置(バックアップRAM)に格納・記憶しておく。そして、そのECU80のCPUは、図8のステップS804の処理を初回反転時点以降に初めて行う際、ステップS803にて取得した着目ピーク値X1と、記憶しておいた減衰率αと、を上記(6)式に適用して、予測ピーク値を算出する。
なお、ステップS804の処理が、出現回数がm回目の極値X(m)を着目ピーク値として行われる場合、予測ピーク値は下記(7)式に基づいて算出される。(7)式において、Xm=X(m)である。
Figure 2016156322
<第1装置の第2変形例>
第1装置の第2変形例は、減衰パラメータを学習する点のみにおいて第1装置と相違している。従って、以下この相違点について説明する。
機関の個体差及び経時変化並びに使用される潤滑油の性状差等に起因して、実際の極値の大きさの減衰の仕方と、前記記憶されたパラメータ(減衰パラメータである傾きa)を用いて表現される極値の大きさの減衰の仕方(上記(1)式及び(5)式を参照。)と、の差が大きくなる場合がある。
そこで、この第2変形例のCPUは、図示しないルーチンを実行することにより、自動停止制御により機関10が完全停止に至った場合における実際の機関回転速度NEの各極値を出現回数に関連付けて取得し、RAMに記憶しておく。そして、記憶したデータに基づいて、減衰パラメータを補正(修正)するパラメータ学習を実行する。
より具体的に述べると、CPUは、RAMに記憶した上記データに基づいて、上記(1)式の傾きaに相当する値a’を新たに求める。そして、CPUは、その時点においてバックアップRAMに記憶されている傾きaを値a´によって補正し、その補正した値anewを新たな傾きaとしてバックアップRAMに記憶・格納する。より具体的には、CPUは、補正した値anewを下記の(8)式により求める。(8)式において、xは重み付け係数であり、1以下の正の数である。
Figure 2016156322
なお、上記重み付け係数xは、上記学習を行うために新たに検出された機関回転速度NEの極値の信頼性等に基づいて適宜定めることができる。例えば、その極値が「初回反転時点から機関完全停止時点までの極値の出現回数が極めて少ない状況」において得られた極値であれば、機関10が何らかの要因により急激に停止した際に得られた極値である可能性が高い。従って、第2変形例のCPUは、上記学習を行うために新たに検出された機関回転速度NEの極値の揺り返し期間において出現した個数が所定個数未満であるとき、同個数が所定個数以上であるときよりも重み付け係数xを小さい値に設定することが望ましい。
更に、回転速度検出部(クランク角度センサ74及びECU80)によって検出された機関回転速度NEの極値の大きさが非常に小さい場合、当該極値が実際の極値ではなく、例えばクランク角度センサ74による機関回転速度NEの検出精度及び/又はノイズに起因して誤って検出された極値である可能性がある。従って、第2変形例のCPUは、上記学習を行うために新たに検出された機関回転速度NEの絶対値が所定値未満であるとき、同絶対値が所定値以上であるときよりも重み付け係数xを小さい値に設定することが望ましい。
<第1装置の第3変形例>
第1装置の第3変形例は、第1装置の第2変形例と同様、第1装置の第1変形例が使用する減衰パラメータ(即ち、減衰率α)を学習する点のみにおいて第1装置の第1変形例と相違している。従って、以下この相違点について説明する。
この第3変形例のCPUは、図示しないルーチンを実行することにより、自動停止制御により機関10が完全停止に至った場合における実際の機関回転速度NEの各極値を出現回数に関連付けて取得しRAMに記憶しておく。そして、記憶したデータに基づいて、減衰率αを補正(修正)するパラメータ学習を実行する。
より具体的に述べると、CPUは、RAMに記憶した上記データに基づいて、上記(7)式の減衰率αに相当する値α´を新たに求める。そして、CPUは、その時点においてバックアップRAMに記憶されている減衰率αを値α´によって補正し、その補正した値αnewを新たな減衰率αとしてバックアップRAMに記憶・格納する。より具体的には、CPUは、補正した値αnewを下記の(9)式により求める。(9)式において、yは重み付け係数であり、1以下の正の数である。重み付け係数yは、第1装置の第2変形例と同様に設定及び/又は変更してもよい。
Figure 2016156322
<第1装置の第4変形例>
第1装置において、機関回転速度NEの許容範囲を定める「下限値L及び上限値U」は、それらの絶対値が互いに等しい値に設定されていた。換言すると、許容範囲は機関の正転方向側と逆転方向側とで対称に設定されていた。しかしながら、振動及び/又は騒音の発生並びにスタータの破損等の問題を伴わずにスタータモータ26による機関10のクランキングが可能な機関回転速度の範囲としての許容範囲は必ずしも正転方向側と逆転方向側とで対称に設定されている必要は無い。
前述したように、スタータによるクランキングに伴う振動及び/又は騒音の発生並びにスタータの破損等の問題は、機関10のクランクシャフト24が正転方向に回転しているときよりも、逆転方向に回転しているときの方が生じ易い。そこで、この変形例においては、許容範囲の負方向側の境界値である下限値Lの絶対値を許容範囲の正方向側の境界値である上限値Uの絶対値よりも小さく設定している。
なお、他の形式のスタータでは、クランキングに伴う振動等の問題が、機関10のクランクシャフト24が逆転方向に回転しているときよりも、正転方向に回転しているときの方が生じ易い場合がある。その場合には、上限値Uの絶対値を下限値Lの絶対値よりも小さく設定することが望ましい。
これらによれば、上限値Uの絶対値と下限値Lの絶対値とを、互いに相違させることにより、それぞれ適切に設定することができる。その結果、スタータモータ26によるクランキングを過度に制限すること無く、スタータモータ26によるクランキングに伴う振動及び/又は騒音の発生並びにスタータモータ26の破損等の問題を低減することができる。
<第1装置の第5変形例>
第1装置においては、上限値Uの絶対値と下限値Lの絶対値とが等しい値に設定されていた。即ち、機関回転速度NEの許容範囲が正転方向側と逆転方向側とで対称に設定されていた。この場合、自動停止制御の実行中にクランクシャフト24の回転方向が最初に反転した後に検出された機関回転速度NEの極値が許容範囲内にあれば、それ以降の極値は総て許容範囲内にある筈である(例えば、図9を参照。)。
従って、第1装置の第5変形例においては、上限値Uの絶対値と下限値Lの絶対値とが等しい値に設定されるとともに、着目ピーク値の次の予測ピーク値(1つ目の予測ピーク値)のみを算出し、その予測ピーク値が許容範囲内にあるか否かを判定する。そして、第5変形例は、当該1つ目の予測ピーク値が許容範囲内にあればそれ以降に出現する総ての予測ピーク値は許容範囲内にあると判定する(即ち、過大ピーク値が存在しないと判定する。)。従って、この第5変形例は、予測ピーク値の算出に係る演算負荷を小さくし、且つ、過大ピーク値が存在するか否かの判定に要する時間を短くすることができる。
<第1装置の第6変形例>
一方、第1装置の第4変形例においては、許容範囲の下限値Lの絶対値が、許容範囲の上限値Uの絶対値よりも小さく設定されていた。この場合、ある時点の機関回転速度NEの極値が許容範囲内にあっても、その次に出現する極値が許容範囲内にあるとは限らない。
この点についてより具体的に説明する。例えば、図10に示した例においては、許容範囲の上限値Uの絶対値より下限値Lの絶対値の方が小さい。このとき、自動停止制御の実行中の初回反転時点(時刻t1)後に最初に検出された機関回転速度NEの極値(点P0の星印)が着目ピーク値として取得された場合を想定する。この例において、着目ピーク値は逆転方向の極値であり、許容範囲から逸脱している(即ち、下限値Lよりも小さい)。更に、この例において、この着目ピーク値に基づいて算出される1つ目の予測ピーク値(点P1の白丸)は正転方向の極値であり、許容範囲内にある(即ち、下限値Lと上限値Uとの間に存在する。)。
前述したように、機関回転速度NEの極値は一定の減衰率αにて徐々に減衰する。従って、着目ピーク値に基づいて算出される2つ目の予測ピーク値(点P2の黒丸)の大きさ(絶対値)は1つ目の予測ピーク値(点P1の白丸)の大きさ(絶対値)よりも小さい。しかしながら、図10に示したように許容範囲の下限値Lの絶対値が上限値Uの絶対値より小さいので、2つ目の予測ピーク値(点P2の黒丸)は許容範囲から逸脱している。
これから理解されるように、許容範囲の上限値Uの絶対値と下限値Lの絶対値とが異なる場合、機関回転速度NEのある極値が許容範囲内にあっても、その次の極値が許容範囲内にあるとは限らない。
一方、図11に示した例においては、初回反転時点(時刻t1)後において2回目に検出された正転方向の機関回転速度NEの極値(点P22の星印)が着目ピーク値として取得された場合が想定されている。この例においては、着目ピーク値に基づいて算出される1つ目の予測ピーク値(点P23の白丸)は逆転方向の極値である。この1つ目の予測ピーク値よりも後に出現する2つ目以降の予測ピーク値(点P24、点P25)の大きさは、この1つ目の予測ピーク値(点P23)の大きさよりも小さい。従って、この1つ目の予測ピーク値(点P23)の大きさが下限値Lの大きさよりも小さい場合(即ち、許容範囲内にある場合)、1つ目の予測ピーク値(点P23)よりも後に出現する2つ目以降の予測ピーク値(点P24及び点P25)は総て許容範囲内にあると推定することができる。
以上より、許容範囲の境界値の一つである上限値Uの絶対値と、許容範囲の境界値の他の一つである下限値Lの絶対値と、が異なる場合には、次の何れかの場合に予測ピーク値のなかで許容範囲が逸脱する値(過大ピーク値)が存在しないと判断することができる。
(a)着目ピーク値からみて1つ目の予測ピーク値が「絶対値の小さい側の境界値が属する回転方向の極値」である場合、その1つ目の予測ピーク値が許容範囲内にあること。
(b)着目ピーク値からみて1つ目の予測ピーク値が「絶対値の大きい側の境界値が属する回転方向の極値」である場合、その1つ目の予測ピーク値が許容範囲内にあり、且つ、2つ目の予測ピーク値が許容範囲内にあること。
従って、第1装置の第6変形例のCPUは、図8のステップS805の処理を行う際、上記(a)及び(b)の何れかが満たされているか否かを判定する。
<第2実施形態>
以下、本発明の第2実施形態に係る内燃機関の制御装置(以下、「第2装置」と称される場合がある。)について説明する。第2装置は、過大ピーク値が存在するか否か(予測ピーク値のうち許容範囲から逸脱するピーク値があるか否か)の判定方法が第1装置の判定方法と相違する点のみにおいて、第1装置と相違している。
即ち、第2装置は、予測ピーク値を着目ピーク値に基づいて実際に算出することなく、着目ピーク値の大きさが所定の判定閾値以上である場合は過大ピーク値が存在すると判定し、着目ピーク値の大きさが上記判定閾値未満である場合は過大ピーク値が存在しないと判定するように構成されている。
上述したように、着目ピーク値の後に出現する予測ピーク値の大きさは、上記(1)式及び(5)式、並びに、上記(7)式等から一義的に決定される。従って、着目ピーク値の大きさを実際に取得し、その取得した着目ピーク値の大きさが所定の閾値以上であるか否かを判定すれば、過大ピーク値が存在するか否かを判定することができる。換言すれば、着目ピーク値がどのような値Pthであるときに過大ピーク値が存在しなくなるかを予め求めておき、そのPthを判定閾値PthとしてECU80に記憶させておく。そして、ECU80は、実際の着目ピーク値と判定閾値Pthとの比較に基づいて過大ピーク値が存在するか否かを判定する。
上記のような観点に基づいて、第2装置のCPUは図8に代えて図12にフローチャートによって示した過大ピーク判定ルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。このルーチンは、図8のステップS804及びステップS805をステップS1200に置換した点のみにおいて図8のルーチンと相違している。従って、以下、ステップS1200の処理に関連している部分について説明する。
第2装置のCPUは、ステップS803にて着目ピーク値を取得すると、ステップS1200に進み、その着目ピーク値がバックアップRAM内に記憶・格納されている判定閾値Pth未満であるか否かを判定する。このとき、その着目ピーク値が判定閾値Pth未満であると(ステップS1200:Yes)、過大ピーク値は存在しないと判断できる。よって、この場合、CPUはステップS806に進み、フラグFcを「1」に設定する。
これに対し、着目ピーク値が判定閾値Pth以上であると(ステップS1200:No)、過大ピーク値が存在すると判断できる。よって、この場合、CPUはステップS807に進み、次の極値が得られるまで待機する。
このように、第2装置によれば、着目ピーク値の大きさと判定閾値Pthとの比較により、それ以降の機関回転速度NEが許容範囲内にあり続けることが担保されるか否かを簡便に判定することができる。
なお、上記判定閾値Pthは、揺り返し期間での機関回転速度NEの極値の減衰パターンに基づいて算出される上記傾きa又は減衰率αに基づいて適宜定めることができる。例えば、機関回転速度NEの極値の減衰率αが大きい程、極値の出現回数に伴う極値の大きさの減衰が大きい。従って、減衰率αが大きい程大きくなる値を判定閾値Pthとして設定する。換言すると、判定閾値Pthは、減衰率α(又は、上記傾きaを含む減衰パラメータ)の関数であるということができる。
(第2装置の変形例)
第2装置においてもまた、前述したように、実際に検出される機関回転速度の極値の減衰パターンと、判定閾値Pthを定めた際の機関回転速度の極値の減衰パターンと、が大きく相違すると、過大ピーク値が存在するか否かを正確に判定することが困難となる。
そこで、第2装置の変形例は、自動停止制御により機関10が完全停止に至った場合における実際の機関回転速度NEの各極値を出現回数に関連付けて取得しRAMに記憶しておく。そして、記憶したデータに基づいて、減衰パラメータ(減衰率α又は傾きa)を再度計算する。
そして、第2装置の変形例は、その減衰パラメータに基づいて、過大ピーク値を発生させない着目ピーク値を算出する。更に、この変形例は、その算出した着目ピーク値を補正用判定閾値Pth´として採用し、その時点においてバックアップRAMに記憶されている判定閾値Pthを補正用判定閾値Pth´によって補正する。その後、この変形例は、その補正した判定閾値Pthnewを新たな判定閾値PthとしてバックアップRAMに記憶・格納する。より具体的には、CPUは、補正した判定閾値Pthnewを下記の(10)式により求める。(10)式において、zは重み付け係数であり、1以下の正の数である。
Figure 2016156322
<第2装置の他の変形例>
第2装置についても、上述した第1装置の各種変形例と同様に、種々の変形例が存在するが、内容が重複するので、ここでの説明は割愛する。
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成を有する幾つかの実施形態及び変形例につき、時に添付図面を参照しながら説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施形態及び変形例に限定されると解釈されるべきではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることが可能であることは言うまでも無い。
10…内燃機関、32…吸気弁、34…排気弁、35…点火装置、39…燃料噴射弁、53…三元触媒、61…燃料ポンプ、75…燃圧センサ、及び80…電子制御ユニット(ECU)。

Claims (8)

  1. 燃焼室に燃料を供給する燃料供給部と、
    前記燃焼室に供給された燃料に点火する点火装置と、
    クランクシャフトと、
    前記クランクシャフトの回転速度である機関回転速度を検出する回転速度検出部と、
    前記クランクシャフトを回転させるスタータと、
    を備える内燃機関に適用され、
    所定の自動停止条件が成立した場合に前記燃料供給部による燃料の供給を停止して前記クランクシャフトの回転を停止させる自動停止制御を実行することができ、内燃機関を再始動することができる制御部、を備える、
    内燃機関の制御装置において、
    前記制御部は、
    前記自動停止制御の実行中に、前記クランクシャフトの回転方向が最初に反転した時点である初回反転時点以降に出現する前記機関回転速度の極値である着目ピーク値を前記検出される機関回転速度に基づいて取得し、前記着目ピーク値の出現後に出現する前記機関回転速度の極値である予測ピーク値のうち所定の許容範囲から逸脱する過大ピーク値が存在するか否かを前記取得された着目ピーク値に基づいて判定する過大ピーク判定部と、
    所定の再始動条件が成立しており且つ前記検出される機関回転速度が前記許容範囲内にあり且つ前記過大ピーク値が存在しないと判定されているとき、前記スタータを駆動するとともに前記燃料供給部による燃料の供給を再開し且つ前記点火装置によって前記燃料に点火して前記内燃機関を再始動させるスタータ始動制御を実行する再始動制御部と、
    を含む、内燃機関の制御装置。
  2. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記過大ピーク判定部は、前記初回反転時点以降に出現する前記極値の減衰の仕方を特定するパラメータを予め記憶しており、前記着目ピーク値と前記パラメータとを用いて前記予測ピーク値を算出し、前記算出された予測ピーク値が前記許容範囲内にあるか否かを判定するように構成された、
    制御装置。
  3. 請求項2に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記過大ピーク判定部は、前記スタータ始動制御が実行されていない状態において前記初回反転時点以降に出現する前記機関回転速度の極値を前記検出される機関回転速度に基づいて取得し、前記取得された極値に基づいて前記記憶されているパラメータを補正し、前記予測ピーク値を算出する際に用いるパラメータとして、前記補正したパラメータを記憶する、パラメータ学習を行うように構成された、
    制御装置。
  4. 請求項1に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記過大ピーク判定部は、前記着目ピーク値の大きさが所定の判定閾値以上である場合は前記過大ピーク値が存在すると判定し、前記着目ピーク値の大きさが前記判定閾値未満である場合は前記過大ピーク値が存在しないと判定するように構成された、
    制御装置。
  5. 請求項4に記載の内燃機関の制御装置において、
    前記過大ピーク判定部は、前記スタータ始動制御が実行されていない状態において前記初回反転時点以降に出現する前記機関回転速度の極値を前記検出される機関回転速度に基づいて取得し、前記取得された極値に基づいて前記判定閾値を補正し、前記過大ピーク値が存在するか否かの判定に用いる新たな閾値として、前記補正した判定閾値を記憶する、閾値学習を行うように構成された、
    制御装置。
  6. 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記クランクシャフトが正転している場合の同クランクシャフトの回転速度を正の値で表し且つ前記クランクシャフトが逆転している場合の同クランクシャフトの回転速度を負の値で表すと規定したとき、前記許容範囲は負の値である下限値から正の値である上限値までの範囲であり、且つ、前記下限値の絶対値と前記上限値の絶対値とが異なるように設定されている、
    制御装置。
  7. 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記再始動制御部は、前記再始動条件が成立した時点において前記クランクシャフトの回転が停止している場合、前記再始動条件が成立した時点から前記スタータ始動制御を開始するように構成された、
    制御装置。
  8. 請求項1乃至請求項5の何れか1項に記載の内燃機関の制御装置であって、
    前記再始動制御部は、前記再始動条件が成立した時点において前記機関が正転しており且つ前記機関回転速度の大きさが前記許容範囲を定める上限値よりも大きい所定の速度閾値以上である場合、前記スタータを駆動することなく、前記燃料供給部による燃料の供給を再開し且つ前記点火装置によって前記燃料に点火することにより、前記内燃機関を再始動させる通常始動制御を実行するように構成された、
    制御装置。
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