JP2017219020A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の停止状態からの着火始動において、始動性を向上させることのできる内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】複数の気筒のそれぞれの筒内に燃料噴射を行う燃料噴射装置と、複数の気筒のそれぞれに点火を行う点火装置と、吸気弁を強制的に閉弁状態で停止する動弁装置と、を有する内燃機関の制御装置において、制御装置は、内燃機関が停止された状態から始動する場合に、燃料噴射装置、点火装置及び動弁装置を制御して、内燃機関の停止時に吸気行程にある気筒の吸気弁を閉弁するとともに内燃機関の停止時に膨張行程にある気筒と吸気行程にある気筒に燃料噴射及び点火を行う。そして、制御装置は、内燃機関のクランク角が吸気行程にある気筒の筒内圧力が大気圧となる角度に到達したときに吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁状態を解除する。【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関し、詳しくは、エンジン停止状態からの着火始動を行うことが可能な内燃機関の制御装置に関する。

従来から、エンジンを一旦停止させた後に自動的に再始動させる場合に、着火始動を行う技術が知られている。着火始動は、停止状態のエンジンの特定気筒に燃料を供給して着火、燃焼を行なわせ、そのエネルギを利用してエンジンを始動させる始動方法である。特許文献１には、このような着火始動に関する技術が開示されている。この技術では、より詳しくは、エンジン停止時に吸気行程にある気筒（吸気行程気筒）の吸気弁のリフト量が強制的にゼロに設定されるとともに、エンジン停止時に膨張行程にある気筒（膨張行程気筒）と吸気行程にある気筒との２つの気筒で燃焼が実行される。これにより、エンジンの正転方向の駆動力が２つの気筒の燃焼エネルギから得られる。

特開２００８−１５１０８４号公報

上記特許文献１の技術では、エンジン停止時に吸気行程気筒の吸気弁が閉められてから、その後の排気行程において排気弁が開くまで、筒内が密閉状態に維持される。この場合、吸気行程での燃焼後の圧縮行程において圧縮反力が大きくなりエンジンの正転を妨げるおそれがある。また、吸気行程気筒では、燃焼が行なわれた吸気行程において新気を取り込むことができないため、その後の圧縮行程後に燃焼トルクを発生させることができない。このように、上記特許文献１の技術では、着火始動の始動性に関して未だ改善の余地が残されている。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、内燃機関の停止状態からの着火始動において、始動性を向上させることの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、複数の気筒のそれぞれの筒内に燃料噴射を行う燃料噴射装置と、複数の気筒のそれぞれに点火を行う点火装置と、吸気弁を強制的に閉弁状態で停止する動弁装置と、を有する内燃機関の制御装置を対象としている。制御装置は、内燃機関が停止された状態から始動する場合に、燃料噴射装置、点火装置及び動弁装置を制御して、内燃機関の停止時に吸気行程にある気筒の吸気弁を閉弁するとともに内燃機関の停止時に膨張行程にある気筒と吸気行程にある気筒に燃料噴射及び点火を行う。そして、制御装置は、内燃機関のクランク角が吸気行程にある気筒の筒内圧力が大気圧となる角度に到達したときに吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁状態を解除する。

本発明によれば、内燃機関が停止された状態から始動する場合に、吸気行程にある気筒の筒内圧力が負圧となり内燃機関の回転が妨げられることを防ぐことができる。また、吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁が解除されると当該吸気行程にある気筒に新気を取り込むことができるので、当該吸気行程にある気筒の圧縮行程後に燃焼トルクを発生させることが可能となる。これにより、内燃機関が停止された状態からの着火始動において、始動性を向上させることが可能となる。

実施の形態１のシステムの概略構成を示す図である。 実施の形態１のシステムの着火始動制御において、吸気行程気筒の吸気弁の開閉状態を示す図である。 実施の形態１で制御装置により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。 実施の形態２のシステムの着火始動制御において、吸気行程気筒の吸気弁の開閉状態を示す図である。 実施の形態２で制御装置により実行される制御ルーチン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の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造やステップ等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。

実施の形態１．
本発明の実施の形態１について図を参照して説明する。

［実施の形態１の構成］
図１は、実施の形態１のシステムの概略構成を示す図である。図１に示すシステムは、内燃機関（以下、単にエンジンとも称する）を備えている。エンジン１０は、４つの気筒が直列に配置された４気筒エンジンである。なお、本発明に適用可能なエンジンの気筒数は４気筒に限らず、複数気筒を有する他のエンジンに広く適用することができる。

本実施の形態において、図１に示すエンジン１０は、火花点火式の筒内直噴エンジンとして構成され、各気筒には図示しない点火プラグと筒内噴射弁が取り付けられている。また、エンジン１０には、極低回転域において吸気弁の開閉を電気的に制御する電動可変動弁装置１２が設けられている。このような電動可変動弁装置１２の構成としては、例えばカムシャフトを電動で回転させる電動ＶＶＴ形式の装置や、各気筒の吸気弁を個別に制御する電磁駆動弁が用いられる。

以上のように構成されるエンジン１０は制御装置３０によって制御される。制御装置３０はＥＣＵ(Electronic Control Unit)である。制御装置３０は、少なくとも入出力インタフェース、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＣＰＵを有している。入出力インタフェースは、エンジン１０及び車両に取り付けられた各種センサからセンサ信号を取り込むとともに、エンジン１０が備えるアクチュエータに対して操作信号を出力するために設けられる。制御装置３０が信号を取り込むセンサには、クランク軸の回転角及びその回転方向を検知可能なクランク角センサ１４の他、エンジン１０の制御に必要な種々のセンサも含まれる。制御装置３０が操作信号を出すアクチュエータには、上述した電動可変動弁装置１２の他、図示しない点火装置、燃料噴射装置等も含まれる。ＲＯＭには、エンジン１０を制御するための各種の制御プログラムやマップが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをＲＯＭから読みだして実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて操作信号を生成する。

［実施の形態１の動作］
制御装置３０が実行する制御プログラムには、アイドルストップ制御のための制御プログラムが含まれる。アイドルストップ制御では、燃費向上のために、エンジン１０の運転中に自動停止条件が成立した場合にエンジン１０の運転を自動的に停止させる。また、アイドルストップ制御では、アイドルストップ制御によるエンジン１０の運転停止中に自動始動条件が成立した場合に、エンジン１０を自動的に始動させる。

また、制御装置３０が実行する制御プログラムには、上述したアイドルストップ制御によるエンジン停止時からの着火始動を行う着火始動制御のための制御プログラムが含まれる。エンジン１０の停止時に膨張行程にある気筒（膨張行程気筒）は、エンジン１０の停止時において吸気弁及び排気弁が閉じられた状態であるため、気筒内が密閉されている。このため、着火始動制御では、エンジン１０の運転停止中において、膨張行程気筒に対して燃料噴射と点火を行うことにより、燃焼トルクを発生させる。

但し、膨張行程気筒で発生する燃焼トルクは、エンジン１０を始動させるのに不十分なおそれがある。そこで、着火始動制御では、上述した膨張行程気筒の燃焼トルクに加えて、エンジン１０の停止時に吸気行程にある気筒（吸気行程気筒）の燃焼トルクをさらに利用して着火始動を行う。

着火始動制御における吸気行程気筒の燃焼では、電動可変動弁装置１２が利用される。より詳しくは、エンジン１０を始動させる場合に、電動可変動弁装置１２を制御して吸気行程気筒の吸気弁が強制的に閉弁（全閉）される。これにより、吸気行程気筒の気筒内が密閉されるので、吸気行程気筒に対して燃料噴射と点火を行うことにより、燃焼トルクを発生させることができる。

また、着火始動制御では、吸気行程気筒に対して燃料噴射と点火が行われた後、電動可変動弁装置１２が制御されて吸気行程気筒の吸気弁の閉弁が解除される。ここで、吸気行程気筒の吸気弁の閉弁が解除されるタイミングが遅れると、着火始動制御における始動性を低下させるおそれがある。すなわち、吸気行程気筒において燃焼が行なわれると、筒内圧力の上昇によって燃焼トルクが発生する。しかしながら、吸気行程気筒のピストンが下降して筒内圧力が大気圧を下回ると、正転方向へのトルクが発生しなくなる。このため、吸気行程気筒の吸気弁がその後も閉弁され続けると、吸気行程気筒の筒内圧力が負圧になりエンジン１０の回転を妨げてしまう。

そこで、実施の形態１のシステムでは、着火始動制御において吸気行程気筒の筒内圧力が大気圧となるタイミングで吸気行程気筒の吸気弁の閉弁を解除する。以下、このタイミングに対応するクランク角を「トルク発生可能角度」と称する。図２は、実施の形態１のシステムの着火始動制御において、吸気行程気筒の吸気弁の開閉状態を示す図である。この図に示すように、実施の形態１のシステムの着火始動制御では、吸気行程気筒の吸気弁が強制的に閉弁（全閉）されるとともに、筒内への燃料噴射と点火による着火が行われる。着火によって燃焼トルクが発生すると、エンジン１０のクランク軸が正転する。そして、クランク角がトルク発生可能角度に到達したタイミングで吸気弁が閉弁状態から解除される。この図に示すとおり、吸気弁の通常の制御では、吸気弁は吸気行程から圧縮行程の前半にかけて開弁される。このため、実施の形態１のシステムでは、クランク角がトルク発生可能角度に到達して吸気弁が閉弁状態から解除されると、吸気弁は通常の制御に従い開弁される。これにより、着火始動制御において吸気行程気筒の筒内が負圧になりエンジン１０の回転を妨げることを防ぐことができる。また、トルク発生可能角度において吸気行程気筒の吸気弁が開弁されると、筒内に新気を取り込むことができるので、直後の圧縮行程の後の着火によって燃焼トルクを発生させることが可能となる。

［実施の形態１の具体的処理］
次に、図３を参照して本実施の形態１のシステムにおいて実行される着火始動制御の具体的処理について説明する。図３は、本実施の形態で制御装置３０により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図３に示すルーチンは、エンジン１０がアイドルストップ制御等により運転停止された状態において、エンジン１０の自動始動条件が成立した場合に実行される。

図３に示すルーチンでは、先ず吸気行程気筒の吸気弁が開いているか否かが判定される（ステップＳ２）。その結果、減筒運転等の制御によって吸気行程気筒の吸気弁が既に閉じていると判定された場合には、後述するステップＳ６へと移行する。一方、上記ステップＳ２において、吸気行程気筒の吸気弁が開いていると判定された場合には、次のステップへと移行して、電動可変動弁装置１２が操作されて吸気行程気筒の吸気弁が閉弁（全閉）される（ステップＳ４）。

次に、燃料噴射装置及び点火装置が操作されて、膨張行程気筒と吸気行程気筒に対して着火（つまり燃料噴射と点火）が行なわれる（ステップＳ６）。次に、トルク発生可能角度が算出される（ステップＳ８）。ここでは、具体的には、吸気行程気筒内の空気量及び燃料噴射量に基づいて、噴射された燃料が燃焼した場合の筒内圧力が算出される。そして、吸気行程気筒のピストンの位置が下降して筒内圧力が大気圧と等しくなるときのピストン位置に対応するクランク角がトルク発生可能角度として算出される。

次に、エンジン１０のクランク角がトルク発生可能角度に到達したか否かが判定される（ステップＳ１０）。その結果、判定の成立が認められない場合には、当該判定が成立するまでステップＳ１０の処理が繰り返し実行される。そして、ステップＳ１０において判定の成立が認められた場合には、次のステップへと移行して、吸気行程気筒の吸気弁の閉弁状態が解除される（ステップＳ１２）。

このように、本実施の形態１のシステムによれば、エンジン１０の運転停止からの着火始動において始動性を向上させることが可能となる。

実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について図を参照して説明する。実施の形態２のシステムは、実施の形態１と同様のハードウェア構成を用いて、制御装置３０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現される。

実施の形態１のシステムでは、吸気行程気筒の筒内圧力が大気圧となるタイミングで吸気行程気筒の吸気弁の閉弁状態を解除することとした。ここで、吸気行程気筒では、燃焼によるクランク軸の正転後、より早いタイミングで吸気弁を開弁することによって、より多くの新気を取り込むことができる。

そこで、実施の形態２のシステムでは、着火始動制御において、より早いタイミングで吸気行程気筒の吸気弁を開弁するための制御を行う。図４は、実施の形態２のシステムの着火始動制御において、吸気行程気筒の吸気弁の開閉状態を示す図である。この図に示すように、実施の形態２のシステムの着火始動制御では、クランク角がトルク発生可能角度に到達する前に着火始動が可能と判断することができた場合に、その時点で吸気行程気筒の吸気弁の閉弁を解除する。着火始動が可能か否かの判断は、例えば、膨張行程気筒と吸気行程気筒への着火後、現在のクランク角における発生トルクを推定し、この発生トルクによってエンジン１０の停止時に圧縮行程にある気筒の圧縮上死点を超える角度まで到達できるかを判断すればよい。なお、発生トルクは、現在のクランク角とクランク軸の回転速度を引数とするマップをエンジン停止時のクランク角毎に記憶しておき、クランク角センサ１４の信号に基づいて算出されたエンジン停止時のクランク角、現在のクランク角、及びクランク軸の回転速度に対応する発生トルクを当該マップから特定すればよい。このような着火始動制御によれば、吸気行程気筒の吸気弁をより早いタイミングで開いてより多くの新気を取り込むことができるので、その後の燃焼における燃焼トルクを大きくして確実な始動へと導くことができる。

［実施の形態２の具体的処理］
次に、図５を参照して本実施の形態２のシステムにおいて実行される着火始動制御の具体的処理について説明する。図５は、本実施の形態で制御装置３０により実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。なお、図５に示すルーチンは、エンジン１０がアイドルストップ制御等により運転停止された状態において、エンジン１０の自動始動条件が成立した場合に実行される。

図５に示す制御ルーチンのステップＳ２からＳ８では、図３に示す制御ルーチンのステップＳ２からＳ８と同様の処理が実行される。ステップＳ８の処理が実行されると、次に着火始動可能か否かが判定される（ステップＳ２０）。ここでは、具体的には、上述したマップを用いて、エンジン停止時のクランク角、現在のクランク角及びクランク軸の回転速度に対応する発生トルクが特定される。そして、算出された発生トルクによってエンジン１０の停止時に圧縮行程にある気筒が圧縮上死点を超えることができるか否かが判定される。その結果、判定の成立が認められた場合には着火始動が可能なトルクが発生していると判断されて、次のステップに移行し、吸気行程気筒の吸気弁の閉弁状態が解除される（ステップＳ１２）。一方、ステップＳ２０の判定において成立が認められない場合には、現在の発生トルクでは着火始動が可能ではないと判断されて、次のステップへと移行し、エンジン１０のクランク角がトルク発生可能角度に到達したか否かが判定される（ステップＳ２２）。その結果、判定の成立が認められない場合には、再びステップＳ２０の処理へと移行し、着火始動可能か否かが再度判定される。一方、ステップＳ２２において判定の成立が認められた場合には、ステップＳ１２へと移行し、吸気行程気筒の吸気弁の閉弁状態が解除される。

このように、本実施の形態２のシステムによれば、エンジン１０の運転停止からの着火始動において吸気行程気筒にできるだけ多くの新気を取り込むことができるので、その後の燃焼によって大きなトルクを発生させて始動性をさらに向上させることが可能となる。

１０ 内燃機関（エンジン）
１２ 電動可変動弁装置
１４ クランク角センサ
３０ 制御装置（ＥＣＵ）

Claims (1)

1. 複数の気筒のそれぞれの筒内に燃料噴射を行う燃料噴射装置と、前記複数の気筒のそれぞれに点火を行う点火装置と、吸気弁を強制的に閉弁状態で停止する動弁装置と、を有する内燃機関の制御装置において、
   前記制御装置は、前記内燃機関が停止された状態から始動する場合に、前記燃料噴射装置、前記点火装置及び前記動弁装置を制御して、前記内燃機関の停止時に吸気行程にある気筒の吸気弁を閉弁するとともに前記内燃機関の停止時に膨張行程にある気筒と前記吸気行程にある気筒に燃料噴射及び点火を行い、前記内燃機関のクランク角が前記吸気行程にある気筒の筒内圧力が大気圧となる角度に到達したときに前記吸気行程にある気筒の吸気弁の閉弁状態を解除するように構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。

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