JP2017186986A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着火始動時の始動安定性を確保しつつ内燃機関を確実に再始動させること。【解決手段】エンジンを自動停止および再始動させることができる車両に搭載され、自動停止後に着火始動によりエンジンを再始動させる制御装置において、エンジンを自動停止させる際、フューエルカット中（ステップＳ１：Ｙｅｓ）かつエンジンの回転停止前（ステップＳ２：Ｙｅｓ）に、スロットル開度を調整するとともに（ステップＳ３）、補機を停止させる（ステップＳ４）。【選択図】図７

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関を自動停止および再始動させることができる車両が知られている。例えば、特許文献１には、燃料カットから内燃機関の回転停止までの停止動作期間に再始動要求があった場合、内燃機関の停止直前に膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を行うことが開示されている。

特開２００５−１５５３６２号公報

ところで、膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を行う着火始動では、膨張行程の気筒を確実に着火燃焼させるためには、十分な新気を確保する必要がある。着火始動時に初爆対象となる膨張行程の気筒に必要量の新気が確保されていない場合には失火してしまい、着火始動時の始動安定性を低下させる虞がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、着火始動時の始動安定性を確保しつつ内燃機関を確実に再始動させることができる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関を自動停止および再始動させることができる車両に搭載され、前記内燃機関の自動停止後に膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を行う着火始動により前記内燃機関を再始動させる内燃機関の制御装置において、前記内燃機関を自動停止させる際、フューエルカット開始後かつ前記内燃機関の回転停止前に、補機を停止させるとともに、スロットル開度または吸気弁開度を調整し、前記内燃機関の揺り戻し発生後、前記着火始動時に第１噴射を行う膨張行程の気筒が吸気行程を通過する際の吸気管圧が所定値以下の場合、または前記膨張行程の気筒が１サイクル前にフューエルカットを実行されていない場合、前記着火始動を実行せず、始動装置を用いて前記内燃機関を再始動させることを特徴とする。

本発明では、内燃機関を自動停止させる際に補機を停止させるため内燃機関の回転速度の低下が抑制され、スロットルや吸気弁を比較的開いていない状態で吸気管内の負圧を抜くことができる。これにより、内燃機関停止時の振動を抑制しつつ新気を確保しやすくなるため、着火始動時の始動安定性が確保される。さらに、着火始動に必要な新気を確保できていない場合には、着火始動を実行せず、始動装置を用いて内燃機関を再始動させる。これにより、内燃機関を確実に再始動させることができる。

図１は、実施形態の内燃機関の制御装置を模式的に示す概略構成図である。 図２は、エンジン揺り戻し時の膨張行程気筒に新気を確保する方法を説明するための図である。 図３は、エンジン揺り戻し時に膨張行程気筒に新気を確保できているかの判定方法を説明するための図である。 図４は、膨張行程気筒のエキマニが掃気できているかの判定方法を説明するための図である。 図５は、膨張行程気筒に燃料噴射を実行する場合を説明するための図である。 図６は、膨張行程気筒に燃料噴射を実行しない場合を説明するための図である。 図７は、空気確保・掃気促進処理を示すフローチャートである。 図８は、始動方法の選択処理を示すフローチャートである。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における内燃機関の制御装置について具体的に説明する。

［１．車両］
図１は、実施形態における内燃機関の制御装置を模式的に示す概略構成図である。本実施形態の車両Ｖｅは、動力源であるエンジン（ＥＮＧ）１と、自動変速機（Ｔ／Ｍ）２と、出力軸３と、デファレンシャル４と、車軸５と、駆動輪６とを備えている。エンジン１から出力された動力は、クランクシャフト１ａから自動変速機２を介して出力軸３に伝達され、出力軸３からデファレンシャル４を介して車軸５および駆動輪６に伝達される。

エンジン１は、周知の内燃機関により構成された４サイクルエンジンであり、各気筒内に燃料を直接噴射する直噴式に構成されている。そのエンジン１は、車両Ｖｅに搭載された制御装置（ＥＣＵ）１０によって電気的に制御される。なお、制御装置１０の詳細は後述する。

自動変速機２は、自動で変速比を変化させることができる周知の変速機であり、自動でニュートラル状態に設定できるように構成されている。なお、車両Ｖｅは、流体流によってトルク増幅作用を生じるトルクコンバータを備え、エンジン１がトルクコンバータを介して自動変速機２とトルク伝達可能に接続されてもよい。

また、車両Ｖｅには、エンジン１を始動させる始動装置（スタータ）７が搭載されている。始動装置７は、バッテリ（図示せず）に電気的に接続された電動モータにより構成され、エンジン始動時に制御装置１０によって駆動制御される。

その車両Ｖｅは、制御装置１０の制御によってエンジン１を自動停止および再始動させることができる。なお、上述した図１に示す車両Ｖｅのパワートレーンは、一例である。エンジン１および制御装置１０が搭載される車両は、ＦＦ車両であってもよく、ＦＲ車両であってもよい。

［２．制御装置］
制御装置１０は、エンジン１の燃料噴射および点火時期を制御する電子制御装置により構成されている。制御装置１０は、車両Ｖｅに搭載された各種センサから入力された信号および記憶装置に保存されているデータを用いて各種の演算を行い、その結果の指令信号をエンジン１に出力して、エンジン１を制御する。

図１に示すように、制御装置１０には、クランク角センサ２０からセンサ出力信号が入力される。クランク角センサ２０は、エンジン１の回転方向およびクランク角度を検知し、その信号を出力する。また、制御装置１０には、図示しない各種のセンサ（例えば、アクセル開度センサ、ブレーキストロークセンサ、車速センサ、スロットル開度センサなど）からの信号が入力される。

制御装置１０は、車両状態に応じてエンジン１への燃料噴射および点火時期を制御するとともに、エンジン１を自動停止および再始動させる。その制御装置１０は、エンジン１を自動停止させる制御部としての自動停止制御部と、エンジン１を再始動させる制御部としての始動制御部とを有する。

例えば、制御装置１０は、所定の停止条件が成立したと判定した場合に、エンジン停止制御を実行してエンジン１を自動停止させる。停止条件としては、車両が信号待ち等で一時停止した場合や、走行中の車両が減速している場合や、ある程度高車速で走行中にアクセルペダルの踏み込みが解除された場合などが挙げられる。エンジン停止制御には、エンジン１への燃料噴射（供給）を停止するフューエルカット制御（Ｆ／Ｃ制御）が含まれる。

また、クランク角センサ２０は、エンジン１の回転が停止するまでの間、およびエンジン１の回転停止後もクランク角度とエンジン１の回転速度とを検知する。これにより、制御装置１０は、クランク角センサ２０から入力される信号に基づいて、フューエルカットを開始してからエンジン１が回転停止するまでの間およびエンジン１の回転停止後もクランク角度とエンジン回転速度とを検出できる。

そして、制御装置１０は、エンジン１を自動停止後に再始動条件が成立したと判定された場合、エンジン始動制御を実行してエンジン１を再始動させる。再始動条件（始動要求）としては、アクセルペダルが踏み込まれたことを検出した場合や、停車中にブレーキペダルの踏み込みが解除された場合や、バッテリの残容量が低下したことによる充電要求がある場合などが挙げられる。また、制御装置１０は、クランク角センサ２０を含む各種センサからの入力信号を検出したか否かを判定する判定部を含み、その判定部によって再始動条件が成立したか否かを判定することができる。

エンジン始動制御には、着火始動制御とスタータ始動制御との二つの制御が含まれる。着火始動制御は、膨張行程の気筒への着火（燃料噴射および点火）を行い、その燃焼エネルギーによってクランクシャフト１ａを回転させる制御である。一方、スタータ始動制御は、バッテリの電力を消費して始動装置７を駆動させることによりクランクシャフト１ａを回転させる制御である。制御装置１０は、スタータ始動制御を実行する際、スタータ信号を出力して始動装置７を駆動させる。

制御装置１０は、車両状態に応じて、着火始動のみでエンジン１を始動させる場合と、着火始動と始動装置７とを併用してエンジン１を始動させる場合と、始動装置７のみでエンジン１を再始動させる場合とを使い分ける。例えば、エンジン１が回転停止するまでの間に始動要求がある場合、膨張行程の気筒への燃料噴射と同時に点火を行う着火始動のみによって、あるいは着火始動と始動装置７とを併用して、エンジン１を再始動させる。

特に、着火始動制御を実行する際には、着火対象となる膨張行程の気筒における状態、すなわち膨張行程の気筒におけるピストン位置（クランク角度）および着火始動時に必要な新気の確保が、着火性（始動安定性）の観点から重要である。そのため、燃料噴射を停止させた後（Ｆ／Ｃ開始後）、エンジン１の回転が停止するまでの間（エンジン停止過程中）に、再始動時に必要になる空気量を調整および確保できるように構成されている。具体的には、車両Ｖｅは、エンジン１への吸気（新気）の流入量を調整するスロットルや吸気弁などを有する空気調整装置（図示せず）を備え、空気量（吸気量）を調整して、再始動に必要最小限の空気を膨張行程の気筒内に確保する。これにより、再始動時に着火性（始動安定性）が確保されるとともに、エンジン停止時の振動悪化を抑制できる。

［３−１．新気を確保する方法］
図２は、エンジン揺り戻し時の膨張行程気筒に新気を確保する方法を説明するための図である。なお、図２には、Ｆ／Ｃ実行フラグ、スタータ信号、クランクカウンタ、エンジン回転速度の四つの項目について図示する。

図２に示すように、エンジン１を自動停止させる際、フューエルカット制御が開始（Ｆ／Ｃ制御開始）され、Ｆ／Ｃ実行フラグがＯＦＦからＯＮに切り替わる。Ｆ／Ｃ制御開始後、Ｆ／Ｃ開始気筒の上死点（ＴＤＣ）から膨張行程での燃料噴射が停止され、エンジン回転速度が低下する。そして、クランクシャフト１ａを回転停止させる際、揺り戻し期間においてクランクシャフト１ａが逆回転し、膨張行程の気筒（着火始動を実行する際に初爆される気筒）においてピストン位置（クランク角度）が上死点側に戻される揺り戻しが発生する。揺り戻しが発生すると、再始動時に着火対象となる気筒（膨張行程気筒）の状態が安定せず、着火始動時に着火性が不安定になるため、再始動性を低下させる虞がある。そこで、制御装置１０は、再始動性（着火性）を向上させるために、揺り戻し時の膨張行程の気筒に新気を確保させるように構成されている。

具体的には、制御装置１０は、図２に示すように、揺り戻し発生時の膨張行程の気筒が吸気行程を通過するまでの間に、スロットル等の空気調整機構を使って吸気管内の負圧を抜くように構成されている。さらに、エンジン回転速度の低下速度を緩やかにさせることで、吸気管内の負圧を抜く期間を長く確保できるように構成されている。また、制御装置１０は、揺り戻し発生時の膨張行程の気筒に新気が確保されているのかを精度よく判定できるように構成されている。

図３は、エンジン揺り戻し時に膨張行程気筒に新気を確保できているかの判定方法を説明するための図である。図３に示すように、揺り戻し発生以降、膨張行程の気筒に第１噴射を行う場合に、当該気筒が吸気行程を通過時の吸気管の圧力（吸気管圧）を記憶装置に記憶させて、その吸気管圧に基づいて膨張行程気筒への噴射可否を判断する。そして、噴射できないと判断された場合には、制御装置１０は、その膨張行程の気筒への燃料噴射を実行せず、スタータ始動制御のみを実行して始動装置７を使ってエンジン１を再始動させる。

具体的には、制御装置１０は、第１噴射気筒の膨張行程気筒について吸気行程時の吸気管圧を確認する。吸気管圧が所定値以上の場合、制御装置１０は膨張行程気筒への燃料噴射を開始する。一方、吸気管圧が所定値未満の場合、制御装置１０は膨張行程気筒への噴射をやめて始動装置７を使ってエンジン１を始動させる。

［３−２．掃気済みかの判定方法］
図４は、膨張行程気筒のエキゾーストマニホールド（エキマニ）が掃気できているかの判定方法を説明するための図である。図４に示すように、膨張行程気筒に燃料噴射する際、排気弁（ＥＸバルブ）が開いている場合には、エキゾーストマニホールドが掃気できているか否かを判定する。例えば、エンジン１が４気筒エンジンの場合には、揺り戻し発生時に排気弁が一旦開く。排気弁が開いた時に、膨張行程の気筒内の圧力が負圧であれば、エキゾーストマニホールドから燃焼ガスを気筒内に吸い戻す。つまり、排気弁が開いている間、エキゾーストマニホールドから燃焼ガスを吸込むことになる。そして、揺り戻しによりピストン位置が上死点付近まで戻ったら燃料噴射・点火を実行する。この場合、エキゾーストマニホールドに燃焼ガスが含まれていると失火する虞がある。

そこで、制御装置１０は、着火始動時の第１噴射気筒が掃気済みであるか否かの判定結果に基づいて、膨張行程気筒への燃料噴射を実行する場合と、膨張行程気筒への燃料噴射を実行しない場合とを分けて始動制御を実行する。

図５は、膨張行程気筒に燃料噴射を実行する場合を説明するための図である。図５に示すように、揺り戻し発生以降、膨張行程気筒（Ｎｏ４）に第１噴射する場合に、当該気筒が、その１サイクル前に一度でもフューエルカット（Ｆ／Ｃ）されていると、排気弁が開いた際もエキゾーストマニホールドの吸い戻しで新気が入る（掃気できている）。１サイクル前とは、クランク回転量７２０ｄｅｇ以上前の状態を指し、例えば揺り戻し発生時の膨張行程気筒（Ｎｏ４）が一つ前の膨張行程以前にある場合を意味する。図５に示す例では、揺り戻し発生時の膨張行程気筒（Ｎｏ４）がＦ／Ｃ開始気筒に該当し、そのＦ／Ｃ開始気筒のＴＤＣ（クランク回転量０）ではフューエルカット（Ｆ／Ｃ）が実行されている。これにより、揺り戻し発生時の膨張行程気筒（Ｎｏ４）に新気が確保されているか否かを判定することができる。この場合、初爆対象（第１噴射）の気筒が掃気済みであることによって着火性が確保されているので、制御装置１０は膨張行程への噴射（第１噴射）を実行し着火始動によりエンジン１を再始動させる。なお、図５に記載の「Ｆ／Ｃ」は、フューエルカットの実行を意味し、圧縮行程で燃料噴射が停止されたことを表す。また、一度でもフューエルカットされた気筒では、排気行程において掃気されたことを意味する「掃気」が記載されている。

図６は、膨張行程気筒に燃料噴射を実行しない場合を説明するための図である。図６に示すように、揺り戻し発生以降、膨張行程気筒（Ｎｏ３）に第１噴射をする場合、当該気筒（Ｎｏ３）が、その１サイクル前に一度でもフューエルカットされていないと、排気弁が開いた際にエキゾーストマニホールドから燃焼ガスが入る（掃気できない）。この場合は、初爆対象の気筒（Ｎｏ３）が掃気されていないため、制御装置１０は膨張行程噴射（着火始動）を実行せずに、始動装置７を使ってエンジン１を再始動させる。なお、掃気未完了の場合には燃焼ガスを吸込む。

また、新気の確保および掃気が促進されるように、制御装置１０はエンジン回転速度の低下を緩和させる制御を実行する。さらに、新気確保および掃気済み状態であるか否かに応じて、制御装置１０は再始動時に着火始動制御の実行を選択する。

［３−３．空気確保・掃気促進処理］
図７は、空気確保・掃気促進処理を示すフローチャートである。図７に示す処理フローは、エンジン停止制御を実行中に制御装置１０によって実行される。

図７に示すように、制御装置１０は、エンジン停止制御中（間欠停止制御中）に、フューエルカット中であるか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１では、フューエルカットが開始されたか否かが判定される。フューエルカット中である場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、エンジン１の回転停止前であるか否かを判定する（ステップＳ２）。

エンジン１の回転停止前である場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、エンジン回転速度に応じた開度となるようにスロットル開度指示を出力し（ステップＳ３）、エアコンカット要求を行い（ステップＳ４）、オルタネータの発電制限要求を行う（ステップＳ５）。再始動時に必要最小限の空気を確保するために、ステップＳ３の処理によりエンジン停止過程中にスロットル開度が制御され、再始動時に必要になる空気量に調整される。これにより、振動悪化を抑制できる。ステップＳ３の処理は、吸気管内の負圧を抜くための処理であり、吸気弁開度指示を出力して吸気弁開度を調整することにより吸気量を調整するように構成されてもよい。これにより、スロットルや吸気弁が比較的開いていない状態でも吸気管内の負圧を抜くことができる。加えて、ステップＳ４〜Ｓ５では、補機（エアコン，オルタネータ）を停止させてエンジン回転速度を緩やかに低下させる。これにより、吸気管内の負圧を抜く期間を長くさせる。また、制御装置１０は、フューエルカット制御の開始と同時にステップＳ４，Ｓ５を実行することができる。

フューエルカット中でない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、あるいはエンジン１の回転停止前でない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、制御装置１０は、スロットル開度指示を行わず（ステップＳ６）、エアコンカット要求を行わず（ステップＳ７）、オルタネータ発電制限要求を行わない（ステップＳ８）。例えば、ステップＳ２で否定的に判定された場合にはエンジン１が回転停止後であるため、上述したようにエンジン回転速度の低下速度を緩和させることができないので、補機の停止要求を行わない。

［３−４．始動方法の選択処理］
図８は、始動方法の選択処理を示すフローチャートである。図８に示す処理フローは、エンジン揺り戻し発生以降に始動要求が発生した場合に制御装置１０によって実行される。

図８に示すように、制御装置１０は、揺り戻し発生後であるか否かを判定する（ステップＳ１１）。揺り戻し発生後でない場合（ステップＳ１１：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。

一方、揺り戻し発生後である場合（ステップＳ１１：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、膨張行程の気筒を特定する（ステップＳ１２）。ステップＳ１２では、クランク角センサ２０から入力される信号に基づいてピストン位置（クランク角度）を特定して膨張行程の気筒が特定される。そして、制御装置１０は、ステップＳ１２で特定された膨張行程の気筒が、吸気行程を通過する時の吸気管圧が所定値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。制御装置１０は、吸気行程を通過する際の吸気管圧を記憶装置に記憶させておき、ステップＳ１３では記憶装置から吸気管圧を読み出す。ステップＳ１３で用いる所定値は、予め定められた値である。

吸気行程を通過する時の吸気管圧が所定値以上である場合（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、フューエルカットを開始した気筒の上死点（Ｆ／Ｃ開始気筒のＴＤＣ）から揺り戻し発生までのクランク回転量が９００ｄｅｇ以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。ステップＳ１４では、上述した図５に示す例のように初爆対象の気筒が掃気済みであるか否かが判定される。エンジン１が４気筒エンジンの場合、フューエルカットを開始した気筒の上死点（Ｆ／Ｃ開始気筒のＴＤＣ）から揺り戻し発生までに７２０ｄｅｇ以上回転している場合、噴射する膨張行程気筒が少なくとも１サイクル前にフューエルカット（Ｆ／Ｃ）が実行されていると判断できる。そのため、エキゾーストマニホールド内が新気で掃気されている状態となり、膨張行程の気筒内に気体（ガス）を吸い戻しても新気が確保できる。

フューエルカットを開始した気筒の上死点（Ｆ／Ｃ開始気筒のＴＤＣ）から揺り戻し発生までのクランク回転量が９００ｄｅｇ以上である場合（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、制御装置１０は膨張行程気筒への燃料噴射実行を選択する（ステップＳ１５）。ステップＳ１５では、第１噴射する膨張行程気筒（着火始動時に初爆対象となる気筒）が掃気済みであるため、始動制御として着火始動制御が選択される。

また、吸気行程を通過する時の吸気管圧が所定値以上でない場合（ステップＳ１３：Ｎｏ）、あるいはフューエルカットを開始した気筒の上死点（Ｆ／Ｃ開始気筒のＴＤＣ）から揺り戻し発生までのクランク回転量が９００ｄｅｇ以上でない場合（ステップＳ１４：Ｎｏ）、制御装置１０は、始動装置７によるエンジン始動を選択する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６では、上述した図６に示すように第１噴射する膨張行程気筒（着火始動時に初爆対象となる気筒）が掃気できていないため再始動時に必要な新気が確保されていないので、着火始動を実行せず、始動制御としてスタータ始動制御が選択される。このように、ステップＳ１３で否定的に判定された場合、またはステップＳ１４で否定的に判定された場合、膨張行程気筒への燃料噴射を行わず、始動装置７のみを使ってエンジン始動するように切り替える。

以上説明した通り、制御装置１０によれば、膨張行程気筒への燃料噴射による始動可否を精度よく判断でき、着火始動時の始動安定性が確保される。これにより、ドライバーにとって不快感・違和感の少ない再始動を実現することができる。また、着火始動時の始動安定性を確保するためには、エンジン停止過程中に初爆対象の気筒に必要量の新気を入れる必要がある。この場合、電子スロットルを開けば新気は入るが回転停止時の振動が大きくなる背反がある。これに対して、制御装置１０によれば新気の導入と停止時振動の抑制とを両立できる。さらに、初爆対象の気筒に必要量の新気が確保されていないと判断した場合には、着火始動を実行せず、始動装置７に使用してエンジン１を再始動させる。これにより、エンジン１を確実に再始動させることができる。

１ エンジン（ＥＮＧ）
７ 始動装置（スタータ）
１０ 制御装置（ＥＣＵ）
２０ クランク角センサ

Claims (1)

1. 内燃機関を自動停止および再始動させることができる車両に搭載され、前記内燃機関の自動停止後に膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を行う着火始動により前記内燃機関を再始動させる内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関を自動停止させる際、フューエルカット開始後かつ前記内燃機関の回転停止前に、補機を停止させるとともに、スロットル開度または吸気弁開度を調整し、
   前記内燃機関の揺り戻し発生後、前記着火始動時に第１噴射を行う膨張行程の気筒が吸気行程を通過する際の吸気管圧が所定値以下の場合、または前記膨張行程の気筒が１サイクル前にフューエルカットを実行されていない場合、前記着火始動を実行せず、始動装置を用いて前記内燃機関を再始動させる
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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