JP2016200007A - エンジンの回転停止制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジンの停止状態において再始動に要求される量の空気を気筒内に閉じ込めておくことのできるエンジンの回転停止制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンシステムは、吸気量調節機構１４を有するエンジン１１と、エンジン１１を停止させるとともに燃料の燃焼エネルギにより再始動可能な停止再始動機構１９，３１と、エンジン１１に掛かる負荷トルクを調節する負荷トルク調節機構３３と、を備える。制御装置３０は、エンジン１１の再始動に際して所定気筒の内部の空気量として要求される要求空気量を算出し、停止再始動機構１９，３１によりエンジン１１を停止させる際に、所定気筒内部の空気量が要求空気量となるように吸気量調節機構１４を制御し、所定気筒の内部に要求空気量の空気を閉じ込めた状態が維持される範囲の目標停止位置で所定気筒のピストン１１ｂを停止させるように、負荷トルク調節機構３３を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンの回転停止を制御する装置に関する。

従来、エンジンの停止要求が発生したときに、エンジンを再始動に適した目標停止クランク角で停止させるように補機負荷を制御するものがある（特許文献１参照）。特許文献１に記載のものでは、エンジンのポンピングロスとフリクションロスとを考慮して、エンジン回転速度が低下して目標停止クランク角で停止するまでの回転速度の目標挙動（以下、「目標軌道」と称する）を算出している。そして、エンジンを停止させる際に、エンジン回転速度の挙動を目標軌道に合わせるように補機負荷を制御している。

特開２００８−２１５２３０号公報

ところで、エンジンの停止後に、スタータによるクランキングなしで再始動（以下、「スタータレス始動」と称する）を行うニーズがある。スタータレス始動を行うためには、エンジンが停止した状態において、再始動に必要な量の空気を気筒内に閉じ込めておく必要がある。

しかしながら、気筒内に閉じ込めた空気量が多いほど、膨張行程において空気がピストンを押す力が大きくなる。そして、空気がピストンを押す力により、エンジンのクランク角（位置）が目標停止クランク角（目標停止位置）を超えると、排気弁が開いて気筒内から空気が漏れるおそれがある。

本発明は、こうした課題を解決するためになされたものであり、その主たる目的は、エンジンの停止状態において再始動に要求される量の空気を気筒内に閉じ込めておくことのできるエンジンの回転停止制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。

本発明は、気筒内に吸入される空気量を調節する吸気量調節機構を有するエンジンと、前記エンジンを停止させるとともに燃料の燃焼エネルギにより再始動可能な停止再始動機構と、前記エンジンに掛かる負荷トルクを調節する負荷トルク調節機構と、を備えるエンジンシステム、の前記エンジンの回転停止を制御する制御装置であって、前記停止再始動機構による前記エンジンの再始動に際して所定気筒の内部の空気量として要求される要求空気量を、算出する要求空気量算出手段と、前記停止再始動機構により前記エンジンを停止させる際に、前記所定気筒の内部の空気量が前記要求空気量となるように前記吸気量調節機構を制御する吸気量制御手段と、前記所定気筒の内部に前記要求空気量の空気を閉じ込めた状態が維持される範囲の目標停止位置で前記所定気筒のピストンを停止させるように、前記負荷トルク調節機構を制御する負荷トルク制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、停止再始動機構によるエンジンの再始動に際して所定気筒の内部の空気量として要求される要求空気量が算出される。停止再始動機構によりエンジンを停止させる際に、所定気筒の内部の空気量が要求空気量となるように、気筒内に吸入される空気量を調節する吸気量調節機構が制御される。このため、エンジンを停止させる際に、所定気筒の内部の空気量を要求空気量とすることができる。

そして、所定気筒の内部に要求空気量の空気を閉じ込めた状態が維持される範囲の目標停止位置で所定気筒のピストンを停止させるように、負荷トルク調節機構が制御される。このため、気筒内に閉じ込めた空気がピストンを押す力が生じたとしても、所定気筒の内部に閉じ込めた要求空気量の空気が漏れることを抑制することができる。したがって、エンジンの停止状態において再始動に要求される量の空気を気筒内に閉じ込めておくことができ、ひいてはスタータレス始動を実現することができる。

エンジンシステムの概略を示す模式図。 エンジンの自動停止再始動の手順を示すフローチャート。 停止過程のエンジン回転速度挙動予測を示すフローチャート。 吸気圧推移を予測するモデルを示す模式図。 クランク角と、予測されるエンジン回転速度及び吸気圧との関係を示す図。 目標軌道の算出態様を示す図。 基準位置通過時吸気圧と基準回転速度との関係を示すグラフ。 目標軌道Ｆ／Ｂ制御の手順を示すフローチャート。 回転挙動Ｆ／Ｆ制御の手順を示すフローチャート。 オルタネータによる負荷トルクとエンジン回転速度との関係を示す図。 エンジン再始動の手順を示すフローチャート。 エンジンの自動停止の態様を示す図。 停止クランク角と基準回転速度との関係を示す図。

以下、一実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態は、エンジンの自動停止及び自動始動を実行する車載エンジンシステムとして具体化している。

まず、図１に基づいてエンジンシステムの構成を概略的に説明する。

エンジン１１の吸気ポート１２に接続された吸気管１３の途中には、スロットルバルブ１４が設けられている。スロットルバルブ１４（吸気量調節機構）の開度ＴＡ（スロットル開度）が、スロットル開度センサ１５によって検出される。吸気管１３には、スロットルバルブ１４をバイパスするバイパス通路１６が設けられている。バイパス通路１６の途中には、アイドルスピードコントロールバルブ１７（吸気量調節機構）が設けられている。なお、バイパス通路１６とアイドルスピードコントロールバルブ１７を省略して、アイドル運転時もスロットルバルブ１４によって吸入空気量を調整してアイドル回転速度を制御する構成としてもよい。

スロットルバルブ１４の下流側には、吸気管１３内の吸気圧力Ｐｍを検出する吸気圧力センサ１８が設けられている。エンジン１１のシリンダブロックには、複数の気筒１１ａが形成されている。各気筒１１ａの吸気ポート１２の近傍には、燃料噴射弁１９が設けられている。なお、燃料噴射弁１９が気筒１１ａ内に直接燃料を噴射する構成であってもよい。各気筒１１ａの内部には、ピストン１１ｂが収容されている。吸気弁１２ａにより、気筒１１ａと吸気ポート１２とが連通及び遮断される。各気筒１１ａの頂部には、点火プラグ３１が設けられている。一方、エンジン１１の排気ポート２０に接続された排気管２１の途中には、排気浄化用の触媒２２が設けられている。排気弁２０ａにより、気筒１１ａと排気ポート２０とが連通及び遮断される。

エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温ＴＨＷを検出する冷却水温センサ２３が設けられている。エンジン１１のクランク軸２４に取付けられたシグナルロータ２５の外周に対向して、クランク角センサ２６が設けられている。クランク角センサ２６は、シグナルロータ２５の回転に同期して所定クランク角毎（例えば３０℃Ａ毎）にクランクパルス信号ＣＲＳを出力する。エンジン１１のカム軸２７に取付けられたシグナルロータ２８の外周に対向して、カム角センサ２９が設けられている。カム角センサ２９は、シグナルロータ２８の回転に同期して所定のカム角でカムパルス信号ＣＡＳを出力する。

オルタネータ３３（発電機）には、クランク軸２４に連結されたクランクプーリ３４の回転がベルト３５を介して伝達される。これにより、エンジン１１の動力でオルタネータ３３が回転駆動されて発電するようになっている。オルタネータ３３の発電制御電流（フィールド電流）をデューティ制御することで、オルタネータ３３の負荷を制御することができる。また、オルタネータ３３（負荷トルク調節機構）は、スイッチング素子のブリッジ回路を含み、固定子に流れる電流を還流させることで、エンジン１１が停止するまでエンジン１１に負荷トルクを掛けることができる。なお、オルタネータ３３に代えて、オルタネータ３３と同様の機能及び電動機の機能を有するモータジェネレータ（負荷トルク調節機構）を備える構成としてもよい。

上述した各種センサの出力は、電子制御装置３０（以下、「ＥＣＵ」と称する）に入力される。ＥＣＵ３０（エンジンの回転停止制御装置）は、マイクロコンピュータを主体として構成され、各種センサで検出したエンジン運転状態に応じて、燃料噴射弁１９の燃料噴射量や噴射時期、点火プラグ３１の点火時期を制御する。ＥＣＵ３０は、アイドル運転中に所定の自動停止条件が成立してエンジン停止要求が発生したときに、点火及び燃料噴射の少なくとも一方を停止してエンジン回転を停止させるアイドリングストップを実行する。アイドリングストップによるエンジン停止中に運転者が車両を発進させる操作（例えばアクセル操作等）が行われたときに、所定の自動始動条件が成立して燃料の燃焼エネルギによりエンジン１１を再始動させる。すなわち、このエンジンシステムは、スタータ（図示略）によるクランキングなしの自動再始動（スタータレス始動）を実行する。このエンジンシステムは、スタータに通電してエンジン１１をクランキングする始動も可能である。なお、燃料噴射弁１９及び点火プラグ３１により、停止再始動機構が構成されている。

次に、図２のフローチャートを参照して、エンジン１１の自動停止再始動の手順を説明する。この一連の処理は、ＥＣＵ３０によって所定の周期で繰り返し実行される。

まず、エンジン１１の回転が継続されている状態（Ｓ１１）で、エンジン１１の停止要求があるか否か判定する（Ｓ１２）。この判定において、エンジン１１の停止要求がないと判定した場合（Ｓ１２：ＮＯ）、この一連の処理を一旦終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ１２の判定において、エンジン１１の停止要求があると判定した場合（Ｓ１２：ＹＥＳ）、エンジン１１の再始動に要求される要求空気量、要求空気量を閉じ込める所定気筒の吸気弁１２ａが最後に閉じる時の目標吸気圧、及び所定気筒のピストン１１ｂの目標停止位置を算出する（Ｓ１３）。

詳しくは、所定気筒は、エンジン１１の再始動において最初に燃料の燃焼を行う気筒である。スタータレス始動を行うためには、エンジン１１が停止した状態において、所定気筒の内部に再始動に必要な量（要求空気量）の空気を閉じ込めておく必要がある。要求空気量は、燃料の燃焼エネルギのみによりエンジン１１を再始動可能な空気量として算出する。目標吸気圧は、所定気筒の内部に要求空気量の空気が吸入されるように算出する。目標停止位置は、所定気筒において吸気弁１２ａ及び排気弁２０ａの閉じた状態が維持され（排気弁２０ａが未だ開き始めず）、且つエンジン１１の再始動時に燃料の燃焼により発生するエネルギを、エンジン１１の回転力に効率的に変換することのできる位置として算出する。例えば、所定気筒の膨張行程におけるピストン１１ｂの上死点後（ＡＴＤＣ）６０°ＣＡから１００°ＣＡの範囲、具体的には上死点後８０°ＣＡを目標停止位置とする。

続いて、吸気圧を目標吸気圧とするためのスロットルバルブ１４の開度を設定する（Ｓ１４）。吸気圧は、スロットルバルブ１４の開度に応じて変化する。このため、吸気圧が推移して、エンジン１１の停止までに最後に吸気弁１２ａが閉じるタイミングにおいて目標吸気圧となるように、スロットルバルブ１４の目標開度ＴＡｔを設定する。そして、スロットルバルブ１４の開度を目標開度ＴＡｔにフィードフォワード制御する。なお、目標開度ＴＡｔを設定した後、スロットル開度センサ１５により検出されるスロットル開度が目標開度ＴＡｔとなるように、スロットルバルブ１４の開度をフィードバック制御することもできる。

続いて、エンジン１１の停止過程における回転速度の挙動を予測する（Ｓ１５）。この回転速度挙動の予測については後述する。

続いて、エンジン１１の回転速度挙動の予測に基づいて、エンジン１１が停止するまでに吸気弁１２ａが最後に閉じるタイミングを決定する（Ｓ１６）。詳しくは、エンジン１１が停止するまでに最後に吸気行程を実行する気筒１１ａを所定気筒とし、所定気筒において吸気弁１２ａが最後に閉じるタイミングＬｃ（クランク角）を決定する。

続いて、エンジン１１の回転速度挙動の予測に基づいて、エンジン１１の停止過程における吸気圧の推移を予測する（Ｓ１７）。この吸気圧推移の予測については後述する。

続いて、エンジン１１の停止開始位置から基準位置までのエンジン１１の回転速度の目標挙動である目標軌道を算出する（Ｓ１８）。基準位置は、所定気筒のピストン１１ｂが停止するまでに最後に通過する上死点（ＴＤＣ）である。この目標軌道の算出については後述する。

続いて、エンジン１１の停止開始位置から基準位置まで、エンジン１１の回転速度の挙動が目標軌道となるようにオルタネータ３３を用いて回転速度をフィードバック制御する（Ｓ１９）。このオルタネータ３３を用いた回転速度のフィードバック制御については後述する。

続いて、所定気筒のピストン１１ｂが基準位置に到達したか否か判定する（Ｓ２０）。詳しくは、所定気筒のピストン１１ｂの現在位置が基準位置に到達したか否か判定する。この判定において、所定気筒のピストン１１ｂが基準位置に到達していないと判定した場合（Ｓ２０：ＮＯ）、Ｓ１９に戻り、オルタネータ３３を用いた回転速度のフィードバック制御を継続する。

一方、Ｓ２０の判定において、所定気筒のピストン１１ｂが基準位置に到達したと判定した場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）、基準位置から目標停止位置まで、所定気筒のピストン１１ｂを目標停止位置に停止させるようにオルタネータ３３を用いて回転速度をフィードフォワード制御し（Ｓ２１）、エンジン１１を停止させる（Ｓ２２）。このオルタネータ３３を用いた回転速度のフィードフォワード制御については後述する。

続いて、エンジン１１の再始動要求があるか否か判定する（Ｓ２３）。この判定において、エンジン１１の再始動要求がないと判定した場合（Ｓ２３：ＮＯ）、Ｓ２２に戻り、エンジン１１を停止させた状態を継続する。

一方、Ｓ２３の判定において、エンジン１１の再始動要求があると判定した場合（Ｓ２３：ＹＥＳ）、エンジン１１を再始動させる（Ｓ２４）。このエンジン１１の再始動については後述する。その後、この一連の処理を終了する（ＥＮＤ）。

なお、Ｓ１３の処理が要求空気量算出手段としての処理に相当し、Ｓ１４の処理が吸気量制御手段としての処理に相当し、Ｓ１３の処理、Ｓ１９〜Ｓ２０の処理、Ｓ２１の処理が負荷トルク制御手段としての処理に相当する。

次に、図２のＳ１５において、エンジン１１の停止過程における回転速度の挙動を予測する処理について説明する。

図３のフローチャートに示すように、まず、クランク機構の運動方程式に基づいて、次行程の回転速度を予測する（Ｓ３１）。詳しくは、エネルギ保存の法則から導かれる下記の数式１を用いて、現在の死点（ＤＣ）における回転速度Ｎｅに基づいて１行程（１８０°ＣＡ）後の死点における回転速度を算出する。

ここで、Ｉはエンジン１１の慣性モーメント、Ｔｆはフリクションロストルク、Ｔｐｍｐはポンピングロストルク、ｋは死点間隔（１８０°ＣＡ）の数を表す自然数、πは１８０°ＣＡに相当する角度［ｒａｄ］である。フリクションロストルクＴｆは、公知の方法により算出することができる。ポンピングロストルクＰｐｍｐは、下記の数式２を用いて、スロットルバルブ１４の開度が目標開度ＴＡｔとなった状態（エンジン１１の所定運転状態）における吸気圧力Ｐｍに基づいて算出することができる。なお、吸気圧力Ｐｍを、予め実験等に基づいて算出しておくこともできる。

ここで、Ｖｉｍは吸気管１３に含まれるインテークマニホールドの容積である。
続いて、次行程における回転速度が０になったか否か判定する（Ｓ３２）。この判定において、次行程における回転速度が０になっていないと判定した場合（Ｓ３２：ＮＯ）、Ｓ３１に戻り、算出された回転速度に基づいて更に次の行程の回転速度を予測する。

一方、次行程における回転速度が０になったと判定した場合（Ｓ３２：ＹＥＳ）、図２のＳ１５の次の処理に移行する。

次に、図２のＳ１７において、エンジン１１の停止過程における吸気圧推移を予測する処理について説明する。

図４は、吸気圧推移を予測するモデルを示す模式図である。このモデルにおいて、下記の数式３（連続の式）、数式４（充填の式）、数式５（気体の状態方程式）が成り立つ。

ここで、Ｇｉｍはインテークマニホールド内の空気量、Ｇａｔｈはスロットルバルブ１４を通過する空気量、Ｇａｅは気筒１１ａ内に充填される空気量、ηｖｏｌはエンジン１１の体積効率、Ｖｃはエンジン１１の排気量、Ｒは気体定数、Ｔは吸気温度である。これらの３つの数式から、下記の数式６を導くことができる。なお、空気量Ｇａｔｈを、予め実験等に基づいて算出しておくこともできる。

数式６において前進差分をクランク角に同期させて離散化すると、下記の数式７を導くことができる。このとき、ｄｔを１行程に要する時間とすることで、図５に示すように１行程毎の吸気圧を予測することができる。

次に、図２のＳ１８において、目標軌道を算出する処理について説明する。

図６は、目標軌道の算出態様を示す図である。まず、エンジン１１が停止する直前の上死点、すなわち所定気筒のピストン１１ｂが停止するまでに最後に通過する上死点（基準位置）におけるエンジン１１の目標回転速度（基準回転速度）を算出する。詳しくは、吸気圧推移の予測に基づいて、所定気筒のピストン１１ｂが基準位置を通過する時の吸気圧を取得する。そして、図７に示す基準位置通過時の吸気圧と基準回転速度との関係に基づいて、予測された基準位置通過時の吸気圧から基準回転速度を算出する。図７では、基準位置通過時の吸気圧が高いほど基準回転速度が低く設定されている。

そして、基準位置における基準回転速度を始点として、下記の数式８を用いてクランク角を所定角度（例えば１０ｄｅｇ・ＣＡ）ずつ遡ることでエンジン１１の目標回転速度を順次算出する。

（i:10,20,30・・・）
ここで、Ｔｆはフリクションロストルク、Ｔｐｍｐはポンピングロストルク、Ｔｃｙｌｐは気筒１１ａの内部の空気がピストン１１ｂを押す力により生じる駆動トルク（図示トルク）である。駆動トルクＴｃｙｌｐはクランク角に基づいて算出することができる。さらに、吸気圧に応じて気筒１１ａの内部に吸入される空気の量が変化し、気筒１１ａの内部に吸入された空気の量に応じて駆動トルクの大きさが変化する。このため、吸気圧推移に基づいて駆動トルクを算出することができる。その後、図２のＳ１８の次の処理に移行する。

次に、図２のＳ１９において、エンジン１１の停止開始位置から基準位置まで、エンジン１１の回転速度の挙動が目標軌道となるようにオルタネータ３３を用いて回転速度をフィードバック制御する処理について説明する。

図８のフローチャートに示すように、まず、目標軌道を算出済みであるか否か判定する（Ｓ４１）。この判定において、目標軌道を算出済みでないと判定した場合（Ｓ４１：ＮＯ）、図２のＳ１９の次の処理に移行する。

一方、Ｓ４１の判定において、目標軌道を算出済みであると判定した場合（Ｓ４１：ＹＥＳ）、所定気筒のピストン１１ｂが死点を通過するタイミングであるか否か判定する（Ｓ４２）。この判定において、所定気筒のピストン１１ｂが死点を通過するタイミングであると判定した場合（Ｓ４２：ＹＥＳ）、目標回転速度を目標軌道のうちその死点での回転速度に切り替える（Ｓ４３）。一方、Ｓ４２の判定において、所定気筒のピストン１１ｂが死点を通過するタイミングでないと判定した場合（Ｓ４２：ＮＯ）、目標回転速度の切り替えを行わずＳ４４へ移行する。

続いて、検出された回転速度が目標回転速度にオフセットを加えた回転速度よりも高いか否か判定する（Ｓ４４）。このオフセットは、実際の回転速度を目標回転速度に近付けるために、オルタネータ３３によりエンジン１１に負荷トルクを掛ける必要があるか否か判定することのできる値に設定されている。すなわち、エンジン１１のストール防止を目的としてオブセットが設定されている。この判定において、検出された回転速度が目標回転速度にオフセットを加えた回転速度よりも高いと判定した場合（Ｓ４４：ＹＥＳ）、オルタネータ３３によりエンジン１１に負荷トルクを掛けさせる（Ｓ４５）。その後、図２のＳ１９の次の処理へ移行する。一方、Ｓ４４の判定において、検出された回転速度が目標回転速度にオフセットを加えた回転速度よりも高くないと判定した場合（Ｓ４４：ＮＯ）、オルタネータ３３によりエンジン１１に負荷トルクを掛けさせることなく、図２のＳ１９の次の処理へ移行する。

次に、図２のＳ２１において、基準位置から目標停止位置まで、所定気筒のピストン１１ｂを目標停止位置に停止させるようにオルタネータ３３を用いて回転速度をフィードフォワード制御する処理について説明する。

図９のフローチャートに示すように、基準位置から目標停止位置までは、オルタネータ３３によりエンジン１１に負荷トルクを掛けさせ続ける（Ｓ５１）。そして、エンジン１１を停止させる。

図８の目標軌道フィードバック制御及び図９の回転挙動フィードフォワード制御により、エンジン１１の回転速度は図１０に示すように制御される。

図１０は、オルタネータ３３による負荷トルクとエンジン回転速度との関係を示す図である。同図に示すように、エンジン１１の停止開始位置から基準位置までは、エンジン１１の回転速度挙動を目標軌道に合わせるようにオルタネータ３３を用いて回転速度がフィードバック制御される。このため、基準位置において、エンジン１１の回転速度を基準回転速度に合わせることができる。基準位置から目標停止位置までは、エンジン１１に負荷トルクを掛けさせ続けるようにオルタネータ３３を用いて回転速度がフィードフォワード制御される。このため、所定気筒のピストン１１ｂが目標停止位置を超えることを抑制することができる。

次に、図２のＳ２４において、エンジン１１を再始動させる処理について説明する。

図１１のフローチャートに示すように、所定気筒の内部に要求空気量の空気が閉じ込められているか否か判定する（Ｓ６１）。詳しくは、所定気筒のピストン１１ｂが停止するまでにエンジン１１の吸気弁１２ａが最後に閉じる時の吸気圧が、目標吸気圧から許容範囲内の圧力となっていたか否か判定する。また、所定気筒のピストン１１ｂが、吸気弁１２ａ及び排気弁２０ａの閉じた状態が維持される位置で停止したか否か判定する。これらの両判定において肯定された場合に、所定気筒の内部に要求空気量の空気が閉じ込められていると判定する。一方、これらの両判定のうちいずれかの判定において否定された場合に、所定気筒の内部の空気量が要求空気量よりも少ないと判定する。

なお、エンジン１１の回転速度が低下してエンジン１１が停止するまでの過程では、吸気流量（単位時間当たりの空気流通量）が不安定となる。このため、吸気流量は、気筒内に吸入される空気量を正確に反映していない。これに対して、吸気流量が変化しても吸気圧は比較的安定しており、吸気圧は気筒内に吸入される空気量を正確に反映している。

Ｓ６１の判定において、所定気筒の内部に要求空気量の空気が閉じ込められていると判定した場合（Ｓ６１：ＹＥＳ）、所定気筒を再始動用気筒として選択する（Ｓ６２）。そして、エンジン１１の再始動において、所定気筒で最初に点火プラグ３１による点火を行って燃料を燃焼させる。なお、所定気筒の内部には、予め燃料と空気との混合気が吸入されている。

一方、Ｓ６１の判定において、所定気筒の内部に要求空気量の空気が閉じ込められていないと判定した場合（Ｓ６１：ＮＯ）、圧縮行程にある気筒１１ａを再始動用気筒として選択する（Ｓ６３）。エンジン１１の再始動において、スタータによりクランキングを行い、再始動用気筒で最初に点火プラグ３１による点火を行って燃料を燃焼させる。なお、再始動用気筒の内部にも、予め燃料と空気との混合気が吸入されている。

なお、エンジン１１を停止させた状態において、何らかの原因により所定気筒の内部の空気量が要求空気量よりも少なくなるおそれがある。この場合は、所定気筒の内部の空気を用いて燃料の燃焼を行っても、発生する燃焼エネルギが再始動に必要とされる燃焼エネルギよりも小さくなるおそれがある。一方、所定気筒の内部の空気量が要求空気量よりも少ない場合であっても、圧縮行程にある気筒１１ａの内部には要求空気量の空気が閉じ込められている可能性がある。

図１２は、本実施形態によるエンジン１１の自動停止の態様を示す図である。

クランク角Ｃ１よりも前では、エンジン１１が回転継続状態（例えばアイドル運転状態）となっている。そして、クランク角Ｃ１において、エンジン１１の停止要求が発生すると、再始動に要求される要求空気量、最後の吸気弁１２ａの閉タイミング（クランク角Ｃ２）における目標吸気圧Ｐｍｔ、目標停止クランク角Ｃ４が算出される。そして、クランク角Ｃ２において吸気圧が目標吸気圧Ｐｍｔとなるように、スロットルバルブ１４の開度が目標開度ＴＡｔに制御される。また、エンジン１１の回転速度の目標軌道が算出される。

クランク角Ｃ１からクランク角Ｃ３まで、エンジン１１の回転速度挙動が目標軌道に一致するように、オルタネータ３３を用いて回転速度がフィードバック制御される。その間、吸気圧は、アイドル運転状態での吸気圧から目標吸気圧Ｐｍｔに近付くように上昇する。

途中のクランク角Ｃ２において、吸気圧が目標吸気圧Ｐｍｔとなる。そして、所定気筒の内部に要求空気量の空気が吸入されて、吸気弁１２ａが閉じられる。

クランク角Ｃ３（基準位置）において、エンジン１１の回転速度が基準回転速度Ｎｅｔとなる。そして、クランク角Ｃ３から目標停止位置まで、エンジン１１に負荷トルクを掛けさせ続けるようにオルタネータ３３が制御される。その結果、クランク角Ｃ４（目標停止位置）において、所定気筒のピストン１１ｂが停止し、所定気筒内に要求空気量の空気が閉じ込められた状態となる。

以上詳述した本実施形態は、以下の利点を有する。

・燃料噴射弁１９及び点火プラグ３１によるエンジン１１の再始動に際して所定気筒の内部の空気量として要求される要求空気量が、算出される。エンジン１１を停止させる際に、所定気筒の内部の空気量が要求空気量となるように、気筒内に吸入される空気量を調節するスロットルバルブ１４が制御される。このため、エンジン１１を停止させる際に、所定気筒の内部の空気量を要求空気量とすることができる。

・所定気筒の内部に要求空気量の空気を閉じ込めた状態が維持される範囲の目標停止位置で所定気筒のピストン１１ｂを停止させるように、オルタネータ３３が制御される。このため、気筒内に閉じ込めた空気がピストン１１ｂを押す力が生じたとしても、所定気筒の内部に閉じ込めた要求空気量の空気が漏れることを抑制することができる。したがって、エンジン１１の停止状態において再始動に要求される量の空気を気筒内に閉じ込めておくことができ、ひいてはスタータレス始動を実現することができる。

・吸気圧が、要求空気量に対応した目標吸気圧となるようにスロットルバルブ１４が制御される。このため、気筒内に吸入される空気量を正確に反映する吸気圧を、要求空気量に対応した目標吸気圧とすることで、所定気筒内に要求空気量の空気を吸入させることができる。さらに、所定気筒のピストン１１ｂが停止するまでにエンジン１１の吸気弁１２ａが最後に閉じる時の吸気圧が目標空気圧となるように制御されるため、所定気筒の内部に要求空気量の空気を閉じ込めることができる。

・エンジン１１の所定運転状態において、エンジン１１の停止開始から所定気筒のピストン１１ｂが停止するまでのエンジン１１の回転速度の挙動である回転速度挙動が予測される。予測された回転速度挙動に基づいて、所定運転状態においてエンジン１１の停止開始から所定気筒のピストン１１ｂが停止するまでの吸気圧の推移である吸気圧推移が予測される。このため、吸気圧推移を精度良く予測することができる。

・所定気筒のピストン１１ｂが停止するまでに最後に通過する上死点である基準位置を、ピストン１１ｂが通過する時のエンジン１１の目標回転速度が算出される。ピストン１１ｂが基準位置を通過する時にエンジン１１の回転速度が所定の回転速度になっていれば、ピストン１１ｂを目標停止位置に停止させることが容易となる。そして、ピストン１１ｂが基準位置を通過する時のエンジン１１の回転速度が目標回転速度となるように、オルタネータ３３が制御される。このため、基準位置を通過する時のエンジン１１の回転速度を目標回転速度とすることができ、ひいては目標停止位置にピストン１１ｂを停止させることが容易となる。

・エンジン１１の停止開始位置から基準位置までのエンジン１１の回転速度の挙動は、フリクションロストルク及びポンピングロストルクにより変化する。さらに、気筒１１ａの内部に空気を吸入する場合は、膨張行程において空気がピストン１１ｂを押す力による駆動トルクが生じる。この点、フリクションロストルク及びポンピングロストルクに加えて駆動トルクに基づいて、目標回転速度を初期値として所定気筒のピストン１１ｂの位置を遡ることにより目標軌道が算出される。したがって、気筒１１ａの内部に吸入される空気による影響を考慮して、目標軌道を適切に算出することができ、ひいてはエンジン１１の回転速度を目標回転速度に精度良く制御することができる。

・エンジン１１の停止開始位置から基準位置まで、エンジン１１の回転速度の挙動が目標軌道となるようにオルタネータ３３を用いて回転速度がフィードバック制御される。このため、エンジン１１の運転状態等に応じてエンジン１１に掛かるロストルク等が変化したとしても、エンジン１１の回転速度の挙動を目標軌道に精度良く制御することができる。

・基準位置から目標停止位置までの区間では、エンジン１１の回転速度を検出する機会が限られる。このため、検出されるエンジン１１の回転速度に基づいて、エンジン１１の回転速度を目標回転速度にフィードバック制御しても、回転速度を目標回転速度に正確に制御できないおそれがある。この点、基準位置から目標停止位置まで、所定気筒のピストン１１ｂを目標停止位置に停止させるようにオルタネータ３３がフィードフォワード制御される。したがって、所定気筒のピストン１１ｂを目標停止位置に精度良く停止させることができる。

・基準位置から目標停止位置まで、オルタネータ３３によりエンジン１１に負荷トルクが掛け続けられる。このため、所定気筒のピストン１１ｂが目標停止位置を超えることを抑制することができ、排気弁２０ａが開いて気筒内から空気が漏れることを抑制することができる。

・吸気圧に応じて気筒１１ａの内部に吸入される空気の量が変化し、気筒１１ａの内部に吸入された空気の量に応じて駆動トルクの大きさが変化する。この点、吸気圧推移に基づいて駆動トルクが算出されるため、駆動トルクを精度良く算出することができる。

・所定気筒の膨張行程におけるピストン１１ｂの上死点後６０°ＣＡから１００°ＣＡの範囲が、目標停止位置とされる。このため、エンジン１１の再始動時に燃料の燃焼により発生するエネルギを、エンジン１１の回転力に効率的に変換することができ、エンジン１１の再始動性を向上させることができる。

・エンジン１１を停止させた状態において所定気筒の内部の空気量が要求空気量よりも少ない場合に、エンジン１１において圧縮行程にある気筒１１ａが再始動用気筒として選択される。そして、スタータによりクランキングが行われ、点火プラグ３１により、再始動用気筒における燃料の燃焼エネルギにより再始動が行われる。したがって、スタータレス始動を実現できない場合でも、迅速にエンジン１１を始動することができる。

・エンジン１１が停止するまでエンジン１１に負荷トルクを掛けることのできるオルタネータ３３によれば、その発電機能と併せて、エンジン１１に掛かる負荷トルクを目標停止位置までＯＮ／ＯＦＦ（調節）することができる。

なお、上記実施形態を以下のように変更して実施することもできる。

・基準位置をピストン１１ｂが通過する時のエンジン１１の適切な回転速度は、目標停止位置に応じて変化する。図１３は、停止クランク角と基準回転速度との関係を示す図である。そこで、目標停止位置に基づいて、基準位置を所定気筒のピストン１１ｂが通過する時のエンジン１１の目標回転速度（基準回転速度）を算出してもよい。こうした構成によれば、エンジン１１の回転速度を基準位置において基準回転速度に制御することにより、所定気筒のピストン１１ｂを目標停止位置に精度良く停止させることができる。なお、所定気筒の内部に閉じ込められた空気が漏れない範囲の停止クランク角であれば、目標停止位置として任意の停止クランク角を採用することができる。

・所定気筒のピストン１１ｂが基準位置を通過する時の吸気圧を、目標吸気圧に所定圧力を加えた圧力として簡易に推定することもできる。

・オルタネータ３３を用いた回転速度のフィードフォワード制御において、オルタネータ３３によりエンジン１１に断続的に負荷トルクを掛けさせたり、所定気筒のピストン１１ｂを停止させる直前から停止までの間のみ負荷トルクを掛けさせたりすることもできる。

・エンジン１１の停止開始から基準位置よりも前の第１所定位置まで、オルタネータ３３を用いた回転速度のフィードバック制御を行い、第１所定位置から目標停止位置までオルタネータ３３を用いた回転速度のフィードフォワード制御を行うこともできる。また、エンジン１１の停止開始から、基準位置と目標停止位置との間の第２所定位置まで、オルタネータ３３を用いた回転速度のフィードバック制御を行い、第２所定位置から目標停止位置までオルタネータ３３を用いた回転速度のフィードフォワード制御を行うこともできる。

・基準位置よりも１つ前の死点を所定気筒のピストン１１ｂが通過する時のエンジン１１の目標回転速度を算出し、ピストン１１ｂがその死点を通過する時のエンジン１１の回転速度が目標回転速度となるように、オルタネータ３３を制御することもできる。

・エンジン１１の停止過程においてオルタネータ３３（発電機）の負荷を制御するようにしたが、オルタネータ３３以外の補機、例えば空調装置のコンプレッサ等の負荷を制御するようにしてもよい。

・エンジン１１の停止過程において吸気圧力センサ１８により吸気圧力を検出し、予測された吸気圧推移に実際の吸気圧力を合わせるように、スロットルバルブ１４やアイドルスピードコントロールバルブ１７の開度を制御することもできる。また、気筒１１ａ内に吸入される空気量を調節する吸気量調節機構として、可変バルブタイミング機構や、可変バルブリフト機構等を採用することもできる。

・本実施形態のエンジンシステムを搭載する車両として、モータ（モータジェネレータ）により駆動補助を行う車両や、モータ（モータジェネレータ）による車両走行を行うハイブリッド車両を採用することもできる。

１１…エンジン、１１ａ…気筒、１１ｂ…ピストン、１４…スロットルバルブ、１９…燃料噴射弁、３０…ＥＣＵ、３１…点火プラグ、３３…オルタネータ。

Claims (14)

1. 気筒（１１ａ）内に吸入される空気量を調節する吸気量調節機構（１４、１７）を有するエンジン（１１）と、前記エンジンを停止させるとともに燃料の燃焼エネルギにより再始動可能な停止再始動機構（１９，３１）と、前記エンジンに掛かる負荷トルクを調節する負荷トルク調節機構（３３）と、を備えるエンジンシステム、の前記エンジンの回転停止を制御する制御装置（３０）であって、
   前記停止再始動機構による前記エンジンの再始動に際して所定気筒の内部の空気量として要求される要求空気量を、算出する要求空気量算出手段と、
   前記停止再始動機構により前記エンジンを停止させる際に、前記所定気筒の内部の空気量が前記要求空気量となるように前記吸気量調節機構を制御する吸気量制御手段と、
   前記所定気筒の内部に前記要求空気量の空気を閉じ込めた状態が維持される範囲の目標停止位置で前記所定気筒のピストンを停止させるように、前記負荷トルク調節機構を制御する負荷トルク制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの回転停止制御装置。
2. 前記吸気量制御手段は、前記所定気筒のピストンが停止するまでに前記エンジンの吸気弁（１２ａ）が最後に閉じる時の吸気圧が、前記要求空気量に対応した目標吸気圧となるように前記吸気量調節機構を制御する請求項１に記載のエンジンの回転停止制御装置。
3. 前記吸気量制御手段は、前記エンジンの所定運転状態において前記エンジンの停止開始から前記所定気筒のピストンが停止するまでの前記エンジンの回転速度の挙動である回転速度挙動を予測し、前記回転速度挙動に基づいて前記所定運転状態において前記エンジンの停止開始から前記所定気筒のピストンが停止するまでの吸気圧の推移である吸気圧推移を予測する請求項１又は２に記載のエンジンの回転停止制御装置。
4. 前記負荷トルク制御手段は、前記所定気筒のピストンが所定位置に設けた基準位置を通過する時の前記エンジンの目標回転速度を算出し、前記ピストンが前記基準位置を通過する時の前記エンジンの回転速度が前記目標回転速度となるように、前記負荷トルク調節機構を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの回転停止制御装置。
5. 前記負荷トルク制御手段は、前記ピストンが前記基準位置を通過する時の吸気圧に基づいて、前記目標回転速度を算出する請求項４に記載のエンジンの回転停止制御装置。
6. 前記負荷トルク制御手段は、前記目標停止位置に基づいて、前記目標回転速度を算出する請求項４又は５に記載のエンジンの回転停止制御装置。
7. 前記負荷トルク制御手段は、前記エンジンの停止開始位置から前記基準位置までの前記エンジンの回転速度の目標挙動である目標軌道を、前記エンジンのフリクションロストルク、ポンピングロストルク、及び駆動トルクに基づいて、前記目標回転速度を初期値として前記ピストンの位置を遡ることにより算出する請求項４〜６にいずれか１項に記載のエンジンの回転停止制御装置。
8. 前記負荷トルク制御手段は、前記エンジンの停止開始位置から前記基準位置まで、前記エンジンの回転速度の挙動が前記目標軌道となるように前記負荷トルク調節機構をフィードバック制御する請求項７に記載のエンジンの回転停止制御装置。
9. 前記負荷トルク制御手段は、前記基準位置から前記目標停止位置まで、前記所定気筒のピストンを前記目標停止位置に停止させるように前記負荷トルク調節機構をフィードフォワード制御する請求項４〜８のいずれか１項に記載のエンジンの回転停止制御装置。
10. 前記負荷トルク制御手段は、前記基準位置から前記目標停止位置まで、前記負荷トルク調節機構により前記エンジンに負荷トルクを掛け続けさせる請求項９に記載のエンジンの回転停止制御装置。
11. 前記負荷トルク制御手段は、前記吸気圧推移に基づいて前記エンジンの駆動トルクを算出する請求項３に記載のエンジンの回転停止制御装置。
12. 前記負荷トルク制御手段は、前記所定気筒の膨張行程における前記ピストンの上死点後６０°から１００°の範囲を前記目標停止位置とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載のエンジンの回転停止制御装置。
13. 前記エンジンを停止させた状態において前記所定気筒の内部の空気量が前記要求空気量よりも少ない場合に、前記エンジンにおいて圧縮行程にある気筒を再始動用気筒として選択し、電動機により前記エンジンのクランキングを行い、前記再始動用気筒における燃料の燃焼エネルギにより再始動を行わせる請求項１〜１２のいずれか１項に記載のエンジンの回転停止制御装置。
14. 前記負荷トルク調節機構は、前記エンジンが停止するまで前記エンジンに負荷トルクを掛けることのできるオルタネータ又はモータジェネレータである請求項１〜１３のいずれか１項に記載のエンジンの回転停止制御装置。

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