JP2018076811A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の制御装置に関し、電動過給機を利用して吸気通路内に負圧を生成させた状態でエンジン始動を行う際に、速やかなエンジン始動をより確実に行えるようにすることを目的とする。【解決手段】エンジン停止要求が出されてからエンジン始動を開始するまでの期間中に、圧縮上死点付近のクランク角期間を除いて圧縮行程にある圧縮行程気筒と吸気行程にある吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える前に、少なくとも１回吸気弁が開くような位置に、クランク軸の回転位置が制御される。エンジン始動の開始前に、クランク軸の回転位置の制御がなされている状態で、電動過給機（電動モータ）を作動させて吸気マニホールド内に負圧が生成される。吸気マニホールド内に負圧が生成されている状態で、エンジン始動のためにクランク軸が回転駆動される。【選択図】図２

Description

この発明は、内燃機関の制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、電動モータを利用してエンジンを始動させるエンジンの始動装置が開示されている。この始動装置によれば、エンジン始動時に振動低減を図りつつ速やかな始動を行えるようにするために、エンジン始動に際して次のような制御が実行される。すなわち、電動過給機を逆回転させて吸気通路内の圧力を低下させつつ、電動モータによってエンジン回転速度が高められる。そのうえで、エンジン回転速度が所定回転速度に到達した後に、燃料供給が開始される。

特開２０１０−１８０７１２号公報 特開２０１３−０８３１８５号公報

エンジン停止中に圧縮行程にある圧縮行程気筒では、ピストン停止位置次第では、吸気弁が閉じていることがある。このように圧縮行程気筒の吸気弁が閉じていると、内燃機関の始動に際して電動過給機を逆回転させて吸気通路内に負圧を生成したとしても、圧縮行程気筒の筒内圧は低下しない。その結果、圧縮行程気筒の圧縮反力が大きいために、エンジン始動を速やかに完了させることが難しくなる可能性がある。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、電動過給機を利用して吸気通路内に負圧を生成させた状態でエンジン始動を行う際に、速やかなエンジン始動をより確実に行えるようにした内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明に係る内燃機関の制御装置は、電動過給機を備える内燃機関を制御する。前記制御装置は、停止位置制御手段と、吸気負圧生成手段と、クランク軸駆動手段とを備える。前記停止位置制御手段は、エンジン停止要求が出されてからエンジン始動を開始するまでの期間中に、圧縮上死点付近のクランク角期間を除いて圧縮行程にある圧縮行程気筒と吸気行程にある吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える前に、少なくとも１回吸気弁が開くような位置に、クランク軸の回転位置を制御する。前記吸気負圧生成手段は、前記エンジン始動の開始前に、前記停止位置制御手段による前記クランク軸の回転位置の制御がなされている状態で、前記電動過給機を作動させて吸気通路内に負圧を生成させる。前記クランク軸駆動手段は、前記吸気負圧生成手段により前記吸気通路内に負圧が生成されている状態で、前記エンジン始動のために前記クランク軸を回転駆動させる。

また、制御装置は、前記吸気通路内の圧力を検出または推定する圧力取得手段をさらに備えていてもよい。前記クランク軸駆動手段は、前記吸気通路内の圧力が所定値未満になったときに前記クランク軸の回転駆動を開始してもよい。そして、前記所定値は、前記エンジン始動の開始前に前記吸気弁が開いている状態にある前記圧縮行程気筒もしくは前記吸気行程気筒が前記クランク軸の前記回転駆動によって最初に吸気弁閉じ時期を迎えるときの前記吸気通路内の圧力が目標圧力値に到達するように、前記クランク軸の前記回転駆動の開始前のピストン停止位置に応じて変更されてもよい。

本発明によれば、エンジン停止要求が出されてからエンジン始動を開始するまでの期間中に電動過給機を利用して吸気通路内に負圧を生成させる前に、圧縮上死点付近のクランク角期間を除いて圧縮行程にある圧縮行程気筒と吸気行程にある吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える前に、少なくとも１回吸気弁が開くような位置にクランク軸の回転位置が制御される。これにより、電動過給機を利用して生成される負圧を利用して、エンジン始動開始直後に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒（ただし、エンジン停止中に圧縮上死点付近のクランク角期間にある気筒を除く）または吸気行程気筒の圧縮反力を確実に低減させることができる。このため、本発明によれば、電動過給機を利用して吸気通路内に負圧を生成させた状態でエンジン始動を行う際に、速やかなエンジン始動をより確実に行えるようになる。

本発明の実施の形態１に係る内燃機関のシステム構成を概略的に説明するための図である。 吸気マニホールドを負圧にした状態で行われる再始動（負圧利用ＭＧ始動）における好ましい圧縮行程気筒のピストン停止位置（ＯＫ領域１およびＯＫ領域２）と好ましくないピストン停止位置（ＮＧ領域）とを説明するための図である。 圧縮行程気筒の停止位置に応じた吸気マニホールド圧の所定値１の設定例を表した図である。 本発明の実施の形態１における負圧利用ＭＧ始動を実現するために実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。 図４に示すルーチンの処理が実行された場合の内燃機関の動作例を表した図である。 圧縮行程気筒の停止位置に応じた電動過給機の作動時間の設定例を表した図である。 本発明の実施の形態２の始動制御を実現するために実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。 吸気弁の閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡよりも大きい例における圧縮行程気筒の停止位置のＯＫ領域３とＮＧ領域とを説明するための図である。 圧縮行程気筒の停止位置に応じた吸気マニホールド圧の所定値１の設定例を表した図である。 吸気弁の閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡ以下の例における圧縮行程気筒の停止位置のＯＫ領域４および５とＮＧ領域とを説明するための図である。 圧縮行程気筒の停止位置に応じた吸気マニホールド圧の所定値１の設定例を表した図である。

実施の形態１．
まず、図１〜図６を参照して、本発明の実施の形態１およびその変形例について説明する。

［実施の形態１のシステムの構成］
図１は、本発明の実施の形態１に係る内燃機関のシステム構成を概略的に説明するための図である。図１に示す内燃機関１０は、一例として、火花点火式エンジンであり、車両に搭載され、その動力源とされているものとする。

内燃機関１０の各気筒には、吸気通路１２および排気通路１４が連通している。吸気通路１２の入口付近には、エアクリーナ１６が設けられている。エアクリーナ１６には、吸気通路１２を流れる空気の流量に応じた信号を出力するエアフローメータ１８が設けられている。エアクリーナ１６よりも下流側の吸気通路１２には、吸入空気を過給するために、ターボ過給機２０のコンプレッサ２０ａが配置されている。排気通路１４には、排気エネルギによって回転駆動されるタービン２０ｂが配置されている。また、ターボ過給機２０は、電動モータ２２を備え、電動モータ２２によってコンプレッサ２０ａの駆動をアシスト可能な電動アシストターボ過給機として構成されている。したがって、ターボ過給機２０は、本発明に係る電動過給機の具体的な構成の一例に相当する。

内燃機関１０は、電源として、４８Ｖのリチウムイオン電池２４と、１２Ｖの鉛畜電池２６とを備えている。鉛畜電池２６は、ＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介してリチウムイオン電池２４と電気的に接続されている。電動過給のための電動モータ２２には、これらの電池２４および２６から電力が供給される。

コンプレッサ２０ａよりも下流側の吸気通路１２には、吸気通路１２を開閉する電子制御式のスロットルバルブ３０と、吸気通路１２内の圧力（より具体的には、スロットルバルブ３０の下流側の吸気マニホールド１２ａ内の圧力）を検出する吸気圧センサ３２とが配置されている。さらに、内燃機関１０は、モータジェネレータ（ＭＧ）３４を備えている。ＭＧ３４は、ベルト３６によりクランク軸３８と連結されている。ＭＧ３４にも、上述の電池２４および２６から電力が供給される。ＭＧ３４は、クランク軸３８を回転駆動する電動機としての機能と、クランク軸３８の回転力を電力に変換する発電機としての機能とを併せ持っている。

さらに、本実施形態のシステムは、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０を備えている。ＥＣＵ４０は、少なくとも入出力インターフェースとメモリと演算処理装置（ＣＰＵ）とを備え、内燃機関１０のシステム全体の制御を行うものである。ＥＣＵ４０には、上述したエアフローメータ１８および吸気圧センサ３２だけでなく、クランク角度を検出するためのクランク角センサ４２等のエンジン運転状態を取得するための各種センサが電気的に接続されている。また、ＥＣＵ４０には、上述した電動モータ２２、スロットルバルブ３０およびＭＧ３４に加え、内燃機関１０の筒内もしくは吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁４４、および、筒内の混合気に点火するための点火装置４６等のエンジン運転を制御するための各種アクチュエータが電気的に接続されている。メモリには、内燃機関１０を制御するための各種の制御プログラムおよびマップが記憶されている。ＣＰＵは、制御プログラムをメモリから読み出して実行し、取り込んだセンサ信号に基づいて各種アクチュエータの操作信号を生成する。

［実施の形態１の制御］
（電動過給機の逆回転）
電動過給のための電動モータ２２は、吸気を過給するときの所定の回転方向と逆方向にもコンプレッサ２０ａを回転駆動可能に構成されている。このような電動モータ２２によれば、内燃機関１０の運転停止中にコンプレッサ２０ａを上記逆方向に回転駆動させることで、吸気マニホールド１２ａ内に負圧を生成することができる。

（エンジン自動停止および再始動）
本実施形態では、内燃機関１０を搭載する車両のシステム起動中に所定のエンジン自動停止条件が成立したとき（例えば、アイドリング運転中に所定値以上の踏力でブレーキペダルが踏み込まれたとき）に内燃機関１０の運転が自動的に停止される。また、本実施形態では、エンジン自動停止中に所定のエンジン再始動条件が成立すると、内燃機関１０を再始動させる処理が実行される。

本実施形態では、内燃機関１０を再始動させる手法の１つとして、次のような始動方法が利用される。すなわち、エンジン始動の開始前に、電動モータ２２を作動させて吸気マニホールド１２ａ内に負圧が生成される。そして、当該負圧が生成されている状態で、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｅ１に到達するまでクランク軸３８がＭＧ３４によって回転駆動される。そして、エンジン回転速度Ｎｅが上記所定回転速度Ｎｅ１に到達した後に、燃料噴射弁４４による燃料噴射が実行される。以下、このように吸気マニホールド１２ａを負圧にした状態でＭＧ３４を用いて行われる再始動のことを、説明の便宜上、「負圧利用ＭＧ始動」と称する。

（実施の形態１の特徴的な制御）
上述の負圧利用ＭＧ始動を行う場合には、次のような課題がある。すなわち、エンジン停止中に圧縮行程にある気筒（以下、「圧縮行程気筒」と称する）では、ピストン停止位置（以下、単に「停止位置」と略する場合がある）次第では、吸気弁（図示省略）が閉じていることがある。このように圧縮行程気筒の吸気弁が閉じていると、エンジンの再始動に際して電動過給のための電動モータ２２を逆回転させて吸気マニホールド１２ａ内に負圧を生成したとしても、圧縮行程気筒の筒内圧は低下しない。その結果、圧縮行程気筒の圧縮反力が大きいために、当該圧縮行程気筒の圧縮上死点を超えることができずに始動を失敗する可能性がある。そうすると、吸気負圧を利用して再始動を速やかに完了させることが難しくなる可能性がある。

図２は、吸気マニホールド１２ａを負圧にした状態で行われる再始動（負圧利用ＭＧ始動）における好ましい圧縮行程気筒のピストン停止位置（ＯＫ領域１およびＯＫ領域２）と好ましくないピストン停止位置（ＮＧ領域）とを説明するための図である。図２は、再始動時に圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒のピストン位置に着目して、ＯＫ領域１および２とＮＧ領域とを説明したものである。４気筒エンジンである内燃機関１０では、クランク角度ベースで１８０°（＝７２０°／４）周期で圧縮行程が到来するため、図２においてＯＫ／ＮＧの評価対象となるクランク角期間は、圧縮上死点（ＴＤＣ）からＢＴＤＣ１８０°ＣＡまでの範囲となっている。

図２中に「ＩＶＣ」と付された点は、吸気弁の閉じ時期を示している。なお、本実施形態では、一例として、吸気弁の開き時期は排気上死点（ＴＤＣ）であるものとする。図２に示すように、ここでは、吸気下死点（ＢＤＣ）から吸気弁の閉じ時期ＩＶＣまでのクランク角期間を「ＯＫ領域１」と称し、閉じ時期ＩＶＣから当該閉じ時期ＩＶＣよりも遅角側のクランク角位置Ｐ１未満までのクランク角期間を「ＮＧ領域」と称し、クランク角位置Ｐ１から圧縮上死点（ＴＤＣ）までのクランク角期間を「ＯＫ領域２」と称する。なお、閉じ時期ＩＶＣ自体は、ＮＧ領域に含まれるものとし、クランク角位置Ｐ１は、ＯＫ領域２に含まれるものとする。

圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域１内にある場合には、エンジン停止中に圧縮行程気筒の吸気弁が開いている。このため、電動過給による吸気マニホールド１２ａの負圧化に伴って、エンジン停止中に圧縮行程気筒の筒内を負圧にすることができる。これにより、再始動時に圧縮行程気筒の圧縮反力を効果的に低減させることができる。

一方、圧縮行程気筒の停止位置が閉じ時期ＩＶＣ以後となるＮＧ領域およびＯＫ領域２の場合には、吸気マニホールド１２ａを負圧にしても、エンジン停止中に圧縮行程気筒の筒内を負圧にすることはできない。その結果、再始動時に圧縮反力が高くなる。ただし、停止位置が閉じ時期ＩＶＣよりも後であっても、圧縮上死点に十分に近いと、筒内容積が小さくなる。このため、筒内が負圧になっていない状態で再始動が実行されても、圧縮反力は比較的小さく、問題がないといえる。このような理由により、図２では、クランク角位置Ｐ１以後については、ＯＫ領域２とされ、圧縮反力が相対的に高くなるＮＧ領域と区別されている。

本実施形態では、エンジン自動停止後に負圧利用ＭＧ始動が行われる際に、吸気マニホールド１２ａの負圧化のための電動モータ２２の作動に先立ち、次のような停止位置制御が実行される。すなわち、エンジン停止中の圧縮行程気筒の停止位置が図２に示すＯＫ領域１もしくはＯＫ領域２となるように、ＭＧ３４を用いてクランク軸３８が回転駆動される。特に、ＯＫ領域１が圧縮行程気筒の停止位置の目標領域とされた場合には、エンジン停止中の圧縮行程気筒において吸気弁が開いている状態となるようにクランク軸３８が回転駆動されることになる。

また、本実施形態の負圧利用ＭＧ始動において負圧の生成開始後にＭＧ３４によるクランク軸３８の回転駆動を開始するタイミングは、吸気マニホールド圧が所定値１未満に低下した時とされている。そのうえで、本実施形態では、再始動時に最初に圧縮上死点を迎える気筒（すなわち、上述の圧縮行程気筒）の停止位置に応じて、再始動のためのＭＧ３４によるクランク軸３８の回転駆動を開始する吸気マニホールド圧の閾値である上記所定値１が変更される。

図３は、圧縮行程気筒の停止位置に応じた吸気マニホールド圧の所定値１の設定例を表した図である。ＢＴＤＣで表された図３の横軸は、最初に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒の停止位置を示し、より具体的には、横軸の数値は、当該圧縮行程気筒の停止位置が圧縮上死点である時にゼロとなる。

図３に示す設定では、圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域１にあるときには、停止位置が閉じ時期ＩＶＣから進角側に離れるほど、吸気マニホールド圧の所定値１が大きくなっている。停止位置と閉じ時期ＩＶＣとの間のクランク角期間が長いほど、ＭＧ３４によるクランク軸３８の回転駆動を開始させてから閉じ時期ＩＶＣに到達するまでに要する時間が長くなる。圧縮行程気筒のピストン位置が閉じ時期ＩＶＣを経過した後には、吸気負圧を利用して筒内をさらに負圧にすることはできない。一方、閉じ時期ＩＶＣに到達するまでのクランク軸３８の動作期間は、吸気負圧による筒内の負圧化のために利用できる時間である。したがって、停止位置と閉じ時期ＩＶＣとの間のクランク角期間が長いことは、クランク軸３８の動作の開始後に筒内の負圧生成のために残された時間が長くなることを意味する。

そこで、図３に示すＯＫ領域１中の所定値１の設定は、上記クランク角期間の長短を考慮して上述のように設定されている。より具体的には、所定値１は、吸気弁が開いている状態にある圧縮行程気筒がクランク軸３８の回転駆動によって最初に閉じ時期ＩＶＣを迎えたときに吸気マニホールド圧が目標圧力値（より詳細には、必要とされる十分な負圧値）に到達するように、ＭＧ３４によるクランク軸３８の回転駆動の開始前の圧縮行程気筒の停止位置に応じて変更される。このため、このように吸気マニホールド圧を目標圧力値にまで低下させることを考えた場合には、上述の態様で所定値１を停止位置に応じて変更することで、停止位置に応じて所定値１を変更しない場合と比べて、無駄な待ち時間を減らすことができるようになる。このことは、エンジン始動時間の短縮に繋がる。

また、図３では、ＯＫ領域２の所定値１は、ＯＫ領域１の所定値１と比べて全体的に大きくなるように設定されている。圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域２であると、閉じ時期ＩＶＣをエンジン停止中に既に経過している圧縮行程気筒の筒内については吸気負圧を利用して負圧化させることはできないが、当該圧縮行程気筒の次に圧縮上死点を迎える気筒（すなわち、エンジン停止中の吸気行程気筒）の筒内を負圧化させることができる。そして、この吸気行程気筒の停止位置と閉じ時期ＩＶＣとの間のクランク角期間は、圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域１内にあるときのそれよりも大きい。したがって、ＯＫ領域２の所定値１の設定によれば、圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域２内にあるときにおいても、無駄な待ち時間を当該停止位置に応じて適切に減らすことができる。また、図３に示す設定では、ＯＫ領域２内の個々の停止位置での所定値１についても、ＯＫ領域１についての設定と同様の考えに基づき、停止位置が閉じ時期ＩＶＣから進角側に離れるほど大きくなっている。なお、本実施形態では、上述の停止位置制御により、ＮＧ領域はそもそも使用されないようになっている。このため、図３中の所定値１の設定には、ＮＧ領域に関する設定は含まれていない。

（実施の形態１の具体的な処理）
図４は、本発明の実施の形態１における負圧利用ＭＧ始動を実現するために実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。本ルーチンは、エンジン自動停止がなされたときに起動され、所定の制御周期で繰り返し実行される。

図４に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、まず、エンジン始動要求があるか否か、換言すると、所定のエンジン再始動条件が成立するか否かを判定する（ステップ１００）。具体的には、車両のドライバの操作（例えば、ブレーキペダルの踏力の低下）によるエンジン始動要求の有無、および、車両からのエンジン再始動要求（例えば、電池２４、２６の蓄電率に基づく要求）の有無が判定される。

ＥＣＵ４０は、ステップ１００においてエンジン始動要求があると判定した場合には、始動方法を選択する（ステップ１０２）。具体的には、内燃機関１０の始動方法には、上述の負圧利用ＭＧ始動以外にも、例えば、電動過給機による負圧生成を利用しない始動方法（スタータモータ（図示省略）を利用したスタータ始動、および、着火始動）も含まれる。本ステップ１０２では、上述の始動方法の中から今回用いる始動方法が、一例として、事前に定めた規則に従って、今回のエンジン始動要求がドライバもしくは車両からのどのような操作もしくは要求に基づくものであるかに応じて選択される。なお、ＭＧ始動は、後述の「押しがけ始動」と同様に、電動過給機による負圧生成が有効な始動方法の一例に相当する。一方、スタータ始動および着火始動は、電動過給機による負圧生成の有効性が低かったり、もしくは逆に始動性が悪化したりする始動方法の一例に相当する。

次に、ＥＣＵ４０は、今回のエンジン始動要求のために選択された始動方法が負圧利用ＭＧ始動であるか否かを判定する（ステップ１０４）。その結果、負圧利用ＭＧ始動が選択されている場合には、ＥＣＵ４０は、停止位置制御を実行する（ステップ１０６）。ＥＣＵ４０は、クランク角センサ４２を用いてエンジン（自動）停止中のクランク角度情報を取得することで、ピストン停止位置を取得可能に構成されている。本ステップ１０６では、クランク角センサ４２を用いて取得されたエンジン停止中の圧縮行程気筒の停止位置がＮＧ領域である場合には、当該停止位置をＯＫ領域１もしくはＯＫ領域２に変更するために停止位置制御が実行される。より具体的には、一例として、取得された圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域１とＯＫ領域２のどちらに近いかが判定される。そして、ＮＧ領域にある圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域１とＯＫ領域２のうちでより近い方に収まるように、ＭＧ３４を用いてクランク軸３８を回転駆動する動作が停止位置制御として実行される。

次に、ＥＣＵ４０は、電動過給機に相当するコンプレッサ２０ａを電動モータ２２によって逆回転させる（ステップ１０８）。次に、ＥＣＵ４０は、ステップ１０８の処理による電動モータ２２の作動中に、吸気圧センサ３２により検出される吸気マニホールド圧が所定値１未満になったか否かを判定する（ステップ１１０）。ＥＣＵ４０は、上述の図３に示すような関係、すなわち、圧縮行程気筒の停止位置（ステップ１０６による停止位置制御の実行後）と所定値１との関係を定めたマップ（図示省略）を記憶している。本ステップ１０８では、そのようなマップを参照して、圧縮行程気筒の停止位置に応じた所定値１が取得される。なお、吸気マニホールド圧の取得は、吸気圧センサ３２を用いた検出によるものに限られず、任意の手法で推定されるようになっていてもよい。具体的には、吸気マニホールド圧は、例えば、電動過給機の作動時間に基づいて推定されてもよい。

ＥＣＵ４０は、吸気マニホールド圧が所定値１以上である間は、今回の本ルーチンの処理を速やかに終了させる。一方、吸気マニホールド圧が所定値１未満になった場合には、ＥＣＵ４０は、ＭＧ始動を実行する（ステップ１１２）。より具体的には、ＭＧ始動は、一例として、次のような態様で実行される。すなわち、ＥＣＵ４０は、ＭＧ３４を作動させてクランク軸３８へのＭＧトルクの付与を開始する。そのうえで、ＥＣＵ４０は、クランク角センサ４２を用いてエンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｅ１に到達したか否かを判定する。その結果、エンジン回転速度Ｎｅが所定回転速度Ｎｅ１に到達した場合には、ＥＣＵ４０は、燃料噴射弁４４を用いた燃料噴射、および点火装置４６を用いた点火を開始する。

以上説明した図４に示すルーチンの処理によれば、エンジン停止中の圧縮行程気筒の停止位置がＮＧ領域である場合には、当該停止位置をＯＫ領域１もしくはＯＫ領域２内の位置に変更するために停止位置制御が実行される。停止位置がＯＫ領域１内の位置に変更された場合には、エンジン停止中の圧縮行程気筒の筒内を負圧にした状態で再始動を行えるようになるので、ＮＧ領域にある停止位置から再始動を開始する場合と比べて、圧縮反力を低減しつつ再始動を行えるようになる。また、停止位置がＯＫ領域２内の位置に変更された場合にも、最初に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒のエンジン停止時の筒内容積が小さいために、圧縮反力を低減しつつ再始動を行えるようになる。換言すると、本ルーチンの処理によれば、エンジン停止要求が出されてからエンジン始動を開始するまでの期間中に、圧縮上死点付近のクランク角期間を除いて圧縮行程にある圧縮行程気筒と吸気行程にある吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える前に、少なくとも１回吸気弁が開くような位置に、クランク軸３８の回転位置を制御できるようになる。したがって、本ルーチンの処理によれば、負圧利用ＭＧ始動を利用する場合に、圧縮反力が高いことに起因する再始動の失敗を抑制することができるので、速やかなエンジン始動をより確実に行えるようになる。

図５は、図４に示すルーチンの処理が実行された場合の内燃機関１０の動作例を表した図である。より具体的には、図５（Ａ）は、圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域１内の停止位置Ａであるときの動作例を示し、図５（Ｂ）は、圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域２内の停止位置Ｂであるときの動作例を示している。付け加えると、これらの動作例は、圧縮行程気筒の停止位置がＮＧ領域になかった例に相当するため、再始動に先立って、停止位置制御は実行されていない。

図５の各例に示すように、負圧利用ＭＧ始動が実行される場合には、エンジン始動要求（再始動要求）を受けて、負圧生成のために電動モータ２２の駆動が開始される。その後、吸気マニホールド圧が閾値（所定値１）未満に低下すると、ＭＧ３４の駆動が開始され、その結果、ＭＧトルクが立ち上がる。

また、既述したように、本実施形態では、圧縮行程気筒の停止位置に応じて、所定値１が変更される。図５（Ｂ）に示す例における停止位置Ｂと閉じ時期ＩＶＣとの間のクランク角期間は、図５（Ａ）に示す例における停止位置Ａと閉じ時期ＩＶＣとの間のクランク角期間よりも長い。このため、図５（Ｂ）に示す例では、図５（Ａ）に示す例よりも、ＭＧ３４によるクランク軸３８の駆動によって停止位置から閉じ時期ＩＶＣに到達するまでに要する時間が長くなる。上記ルーチンの処理によれば、図５（Ｂ）に示す例では、図５（Ａ）に示す例と比べて、所定値１が大きくされ、その結果、ＭＧトルクの付与開始が早められる。これにより、圧縮行程気筒の停止位置によらずに一律に目標圧力値にまで吸気マニホールド圧を下げてから再始動を行う場合と比べて、無駄な待ち時間を減らすことができるので、再始動に要する時間を短縮することができる。

ところで、上述した実施の形態１においては、停止位置制御における停止位置の目標領域としてＯＫ領域１だけでなくＯＫ領域２を含めている例を挙げた。しかしながら、目標領域は、ＯＫ領域１のみであってもよく、この場合には、停止位置制御の実施により、常に圧縮行程気筒の吸気弁が開いている状態となるようにクランク軸３８の回転位置（すなわち、ピストン位置）が制御されることになる。

また、上述した実施の形態１においては、吸気マニホールド圧の所定値１を変更することで、圧縮行程気筒の停止位置に応じてＭＧトルクを付与するタイミングが変更されている。しかしながら、ＭＧトルクの付与開始タイミングは、吸気マニホールド圧の所定値１の変更に代え、例えば、負圧生成のための電動モータ２２（電動過給機）の作動時間の変更を利用して変更されてもよい。

図６は、圧縮行程気筒の停止位置に応じた電動過給機の作動時間の設定例を表した図である。ＭＧ始動開始前の電動過給機（電動モータ２２）の作動時間を圧縮行程気筒の停止位置に基づいて設定する際の考え方は、図４を参照して説明した吸気マニホールド圧の所定値１の設定の考え方と基本的に同様である。より詳細には、図６に示すように、圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域１にあるときには、停止位置が閉じ時期ＩＶＣから進角側に離れるほど、作動時間が短くなっている。また、ＯＫ領域２の作動時間は、ＯＫ領域１の作動時間と比べて全体的に短くなるように設定されている。そして、ＯＫ領域２内の個々の停止位置での作動時間についても、ＯＫ領域１についての設定と同様に、停止位置が閉じ時期ＩＶＣから進角側に離れるほど短くなっている。

以上説明した図６に示す作動時間の設定を利用した場合であっても、吸気マニホールド圧の所定値１の設定を利用する場合と同様の効果が得られる。すなわち、圧縮行程気筒の停止位置によらずに一律に電動過給機の作動時間が設定される場合と比べて、無駄な待ち時間を減らすことができるので、再始動に要する時間を短縮することができる。また、吸気マニホールド圧の所定値１や電動過給機の作動時間の利用に代え、例えば、次のような手法を用いてもよい。すなわち、ＭＧトルクの付与開始タイミングは圧縮行程気筒の停止位置によらずに一律に設定することとしつつ、始動開始前に吸気弁が開いている気筒（エンジン停止中の圧縮行程気筒もしくはその次の気筒）のピストン位置が閉じ時期ＩＶＣに到達するまでの期間のＭＧトルクの大きさを調整することで、負圧生成のための時間を圧縮行程気筒の停止位置に応じた長さで適切に確保してもよい。

なお、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ４０がステップ１０６の処理を実行することにより本発明における「停止位置制御手段」が実現されており、ＥＣＵ４０がステップ１０８の処理を実行することにより本発明における「吸気負圧生成手段」が実現されており、ＥＣＵ４０がステップ１１０および１１２の処理を実行することにより本発明における「クランク軸駆動手段」が実現されている。また、吸気圧センサ３２が本発明における「圧力取得手段」に相当し、所定値１が本発明における「吸気通路内の圧力の所定値」に相当している。

実施の形態２．
次に、図７を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。以下の説明では、実施の形態２のシステム構成の一例として、図１に示す構成が用いられているものとする。

［実施の形態２の制御］
上述した実施の形態１においては、負圧利用ＭＧ始動を行う場合には、負圧生成のために電動モータ２２を作動させた後に吸気マニホールド圧が所定値１未満であるか否かを判定している。ここで、内燃機関１０を取り巻く環境またはエンジン始動要求が出されるタイミングによっては、電動モータ２２を作動させなくても吸気マニホールド１２ａ内が十分に負圧になっている場合もある。具体的には、高地などで気圧が低い場合、または、内燃機関１０が完全停止する前もしくは完全停止直後のタイミングでエンジン始動要求が出された場合が、電動モータ２２を作動させなくても吸気マニホールド１２ａ内が十分に負圧になっている場合の事例に相当する。

本実施形態の制御は、電動モータ２２を作動させなくても吸気マニホールド１２ａ内が十分に負圧になっている場合には、負圧生成のために電動過給機を事前に作動させることはせずに、吸気マニホールド１２ａ内の負圧状態を維持しつつＭＧ始動が行われる。本実施形態の制御は、この点において、実施の形態１の制御と相違している。

（実施の形態２の具体的な処理）
図７は、本発明の実施の形態２の始動制御を実現するために実行される制御ルーチンを示すフローチャートである。図７に示すルーチン中のステップ１００〜１１２の処理については、実施の形態１において既述した通りである。

図７に示すルーチンでは、ＥＣＵ４０は、ステップ１０６において停止位置制御に関する処理を実行した後に、ステップ２００に進む。ステップ２００では、吸気マニホールド圧が所定値２未満であるか否かが判定される。本ステップ２００で用いられる所定値２は、上述の所定値１以下となる大きさの値として事前に決定されたものである。

ＥＣＵ４０は、ステップ２００において吸気マニホールド圧が所定値２以上であると判定した場合には、実施の形態１と同様にステップ１０８に進む。一方、吸気マニホールド圧が所定値２未満であると判定した場合には、ＥＣＵ４０は、負圧生成のために電動過給機を作動させることなく、ステップ１１２に進んでＭＧ始動を実行する。

以上説明した図７に示すルーチンによれば、吸気マニホールド１２ａ内が十分に負圧になっているか否かに基づいて、負圧生成のための電動過給機の作動の要否が判定される。そして、負圧生成のための電動過給機の作動は、それが真に必要と判断される場合に限って実行されるようになる。これにより、無駄な電力の消費を抑制できるので、内燃機関１０の燃費悪化を抑制しつつ負圧利用ＭＧ始動を行えるようになる。

なお、電動過給機を利用した負圧利用ＭＧ始動は、これを利用しない通常のＭＧ始動と比べて始動時間が若干長くなるが、振動が低減されるという利点がある。そこで、次のような態様で、ＭＧ始動時の電動過給機の利用の有無を切り替えてもよい。すなわち、エアコンのＯＮ操作もしくはステアリング操作などに伴って自動的に再始動が実行される場合には、電動過給機を利用することとし、一方、アクセルペダルの踏み込みもしくはブレーキペダルの踏み込みの解除などの動作に基づいてタイヤに駆動力を要求する態様で再始動が実行される場合には、電動過給機を利用しないようにしてもよい。

実施の形態３．
次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態３およびその次の実施の形態４は、本発明に係る制御がＶ型６気筒エンジン（図示省略）に適用されたものである。実施の形態３および４における以下の説明に登場するＶ型６気筒エンジンは、エンジン形式が相違する点を除き、上述の内燃機関１０と同様の構成（電動過給機（電動モータ２２）およびＭＧ３４等）を備えているものとする。

適用対象のエンジン形式が直列４気筒（実施形態１および２）とＶ型６気筒（実施の形態３および４）とで異なっていても、本発明に係る制御の基本的な内容は共通している。以下、本発明に係る制御をＶ型６気筒エンジンに適用する場合の留意点を中心に説明を行う。

本実施の形態３は、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡよりも大きい例を対象としている。図８は、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡよりも大きい例における圧縮行程気筒の停止位置のＯＫ領域３とＮＧ領域とを説明するための図である。６気筒エンジンの場合には、図８に示す例がそうであるように、停止位置によっては、エンジン停止中に圧縮行程にある圧縮行程気筒が２つ存在する場合がある。また、図８は、再始動時に圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒のピストン位置に着目して、ＯＫ領域３とＮＧ領域とを説明したものである。６気筒エンジンの場合には、クランク角度ベースで１２０°（＝７２０°／６）周期で圧縮行程が到来するため、ＯＫ／ＮＧの評価対象となるクランク角期間は、圧縮上死点（ＴＤＣ）からＢＴＤＣ１２０°ＣＡまでの範囲となっている。

図８中に「ＩＶＣ」と付された点は、再始動時に圧縮上死点を２番目に迎える圧縮行程気筒の吸気弁の閉じ時期を示している。なお、本実施形態においても、一例として、吸気弁の開き時期は排気上死点（ＴＤＣ）であるものとする。また、図８中のクランク角位置Ｐ２は、圧縮上死点を２番目に迎える圧縮行程気筒の閉じ時期が図８に示すＩＶＣである場合に、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒のピストン位置に相当する。

図８に示す設定には、好ましい停止位置の範囲であるＯＫ領域３が設けられている。ＯＫ領域３は、クランク角位置Ｐ３（クランク角位置Ｐ２よりも進角側の所定のクランク角位置）からクランク角位置Ｐ２までのクランク角期間である。このクランク角期間は、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の吸気弁は閉じているが当該圧縮行程気筒の筒内容積が小さいこと、および、圧縮上死点を２番目に迎える圧縮行程気筒の吸気弁は開いていることを理由として、ＯＫ領域３として評価されている。

また、図８に示す設定には、２つのＮＧ領域が設けられている。１つ目のＮＧ領域は、ＢＴＤＣ１２０°ＣＡからクランク角位置Ｐ３までのクランク角期間であり、このクランク角期間がＮＧ領域とされている理由は、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の吸気弁が閉じており、かつ、当該圧縮行程気筒の筒内容積が大きいためである。もう１つのＮＧ領域は、圧縮上死点からクランク角位置Ｐ２までのクランク角期間であり、このクランク角期間がＮＧ領域とされている理由は、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒だけでなくその次に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒でも吸気弁が閉じており、かつ、２番目に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒の筒内容積が大きいためである。なお、クランク角位置Ｐ３自体は、上記１つ目のＮＧ領域に含まれるものとし、クランク角位置Ｐ２自体は、上記もう１つのＮＧ領域に含まれるものとする。

吸気弁の閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡよりも大きいＶ型６気筒エンジンにおいて圧縮反力を低減しつつ負圧利用ＭＧ始動を行えるようにするためには、クランク角センサ４２を用いて取得されたエンジン停止中の圧縮行程気筒の停止位置が上述のＮＧ領域の何れかにある場合に、当該停止位置をエンジン始動（再始動）前に図８に示すＯＫ領域３内の位置に変更するための停止位置制御を実行すればよい。さらに付け加えると、停止位置がＯＫ領域３に収まるように停止位置制御を行うことにより、Ｖ型６気筒エンジンでは２つ存在し得る圧縮行程気筒の１つにおいて吸気弁が開いている状態にすることができる。

図９は、圧縮行程気筒の停止位置に応じた吸気マニホールド圧の所定値１の設定例を表した図である。ＢＴＤＣで表された図９の横軸は、図３と同様に、最初に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒の停止位置を示し、より具体的には、横軸の数値は、当該圧縮行程気筒の停止位置が圧縮上死点である時にゼロとなる。

図９に示す所定値１の設定は、実施の形態１における図３に示す設定と同様の考え方に基づいて、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域３にあるときには、停止位置が圧縮上死点から進角側に離れるほど、吸気マニホールド圧の所定値１が大きくなっている。本実施形態では、このような図９に示す所定値１の設定を利用して、ＭＧトルクの付与開始タイミングを決定すればよい。

実施の形態４．
次に、図１０および図１１を参照して、本発明の実施の形態４について説明する。既述したように、本実施の形態４についても、Ｖ型６気筒エンジンを対象としている。本実施の形態４と実施の形態３との間での内燃機関のハードウェア構成上の相違は、実施の形態３では閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡよりも大きい例を対象としているのに対し、本実施の形態４では閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡ以下の例を対象としているという点にある。

図１０は、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡ以下の例における圧縮行程気筒の停止位置のＯＫ領域４および５とＮＧ領域とを説明するための図である。図１０中に「ＩＶＣ」と付された点は、再始動時に圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の吸気弁の閉じ時期を示している。なお、本実施形態においても、一例として、吸気弁の開き時期は排気上死点（ＴＤＣ）であるものとする。

図１０に示す設定には、好ましい停止位置の範囲であるＯＫ領域４および５が設けられている。ＯＫ領域４は、ＢＴＤＣ１２０°ＣＡから閉じ時期ＩＶＣまでのクランク角期間である。このクランク角期間は、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の吸気弁が開いていることを理由として、ＯＫ領域４として評価されている。

ＯＫ領域５は、クランク角位置Ｐ４（閉じ時期ＩＶＣよりも遅角側の所定のクランク角位置）から圧縮上死点までのクランク角期間である。このクランク角期間は、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の吸気弁は閉じているが当該圧縮行程気筒の筒内容積は小さいこと、および、圧縮上死点を２番目に迎える圧縮行程気筒の吸気弁が開いていることを理由として、ＯＫ領域５として評価されている。

さらに、図１０に示す設定には、ＮＧ領域が設けられている。このＮＧ領域は、閉じ時期ＩＶＣからクランク角位置Ｐ４までのクランク角期間である。このクランク角期間がＮＧ領域とされている理由は、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の吸気弁が閉じており、かつ、当該圧縮行程気筒の筒内容積が大きいためである。なお、閉じ時期ＩＶＣ自体は、ＮＧ領域に含まれるものとし、クランク角位置Ｐ４自体は、ＯＫ領域５に含まれるものとする。

吸気弁の閉じ時期ＩＶＣがＢＴＤＣ１２０°ＣＡ以下のＶ型６気筒エンジンにおいて圧縮反力を低減しつつ負圧利用ＭＧ始動を行えるようにするためには、クランク角センサ４２を用いて取得されたエンジン停止中の圧縮行程気筒の停止位置がＮＧ領域内にある場合に、当該停止位置をエンジン始動（再始動）前に図１０に示すＯＫ領域４もしくは５内の位置に変更するための停止位置制御を実行すればよい。

図１１は、圧縮行程気筒の停止位置に応じた吸気マニホールド圧の所定値１の設定例を表した図である。ＢＴＤＣで表された図１１の横軸は、図３と同様に、最初に圧縮上死点を迎える圧縮行程気筒の停止位置を示し、より具体的には、横軸の数値は、当該圧縮行程気筒の停止位置が圧縮上死点である時にゼロとなる。

図１１に示す所定値１の設定は、実施の形態１における図３に示す設定と同様の考え方に基づいて、圧縮上死点を最初に迎える圧縮行程気筒の停止位置がＯＫ領域４または５にあるときには、停止位置が圧縮上死点から進角側に離れるほど、吸気マニホールド圧の所定値１が大きくなっている。また、図３に示す設定と同様の考え方に基づき、ＯＫ領域５の所定値１は、ＯＫ領域４の所定値１と比べて全体的に大きくなるように設定されている。本実施形態では、このような図１１に示す所定値１の設定を利用して、ＭＧトルクの付与開始タイミングを決定すればよい。

ところで、上述した実施の形態１〜４においては、吸気弁の閉じ時期ＩＶＣが圧縮行程中の時期とされている例を挙げた。しかしながら、内燃機関によっては、吸気弁の閉じ時期が吸気行程中の時期とされる場合もある。このようなバルブタイミングの設定を有する内燃機関においては、エンジン始動の開始前に、エンジン停止中に吸気行程にある吸気行程気筒の少なくとも１つにおいて吸気弁が開いているとともに圧縮行程気筒が存在する場合はその気筒がなるべく圧縮上死点に近い位置となるように、例えば、実施の形態１等と同様の考え方で、クランク軸の回転位置を制御してもよい。

また、上述した実施の形態１〜４においては、エンジン始動（再始動）要求が出された後であって始動を開始する前に、ＭＧ３４を用いて実行される停止位置制御を例に挙げた。しかしながら、本発明における停止位置制御は、エンジン始動の開始前に実行されてクランク軸の回転位置を制御するようになっていれば、上述の態様に限られない。すなわち、本停止位置制御は、例えば、公知の手法を利用してエンジンの停止途中で実行されてもよいし、あるいは、エンジン始動要求が未だ出されていないエンジン停止中にＭＧ３４等の電動機を用いて実行されてもよい。

また、上述した実施の形態１〜４においては、吸気通路に電動過給機（電動モータ２２により駆動可能なコンプレッサ２０ａ）を備える構成を例に挙げた。しかしながら、本発明における電動過給機の配置部位は、吸気通路（吸気マニホールド）内を負圧にさせられるようになっていれば、吸気通路に限られない。すなわち、例えば、電動過給機が排気通路に配置され、かつ、吸気マニホールドと排気マニホールドとを接続するＥＧＲ通路およびＥＧＲバルブとを備える内燃機関において、スロットルバルブを全閉とし、かつ、ＥＧＲバルブを全開としつつ、電動過給機を作動させることで、エンジン運転停止中に吸気通路（吸気マニホールド）内に負圧を生成させる構成が用いられてもよい。また、本発明に係る電動過給機は、電動アシストターボ過給機２０のようにターボ過給機と一体的に構成されたものに限られず、コンプレッサと電動モータとを備えるものであればよい。

また、内燃機関によっては、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間との間にバルブオーバーラップ期間が設けられる場合がある。内燃機関１０がそうであるように電動過給機が吸気通路に備えられている場合には、負圧生成のために電動過給機を作動させる際のピストン停止位置から、バルブオーバーラップ期間に該当する気筒が存在する停止位置を除外するのがよい。これにより、負圧生成のための電動過給機の作動中に、排気通路から筒内を介して吸気通路に向かうガスの流れが生じないようにすることができ、吸気負圧を生成し易くすることができる。ただし、上述のように電動過給機が排気通路に備えられた内燃機関では、電動過給機の作動中に吸気通路と排気通路の双方が負圧化されることになるため、バルブオーバーラップ期間に関する上述の配慮は不要である。

また、上述した実施の形態１〜４においては、電動過給機を利用して生成される負圧を利用する始動方法として、負圧利用ＭＧ始動を例に挙げた。しかしながら、当該負圧を利用する始動方法は、負圧利用ＭＧ始動に限られず、例えば、次のような態様で実行される押しがけ始動であってもよい。すなわち、内燃機関のクランク軸とモータジェネレータ（ＭＧ）の出力軸とがクラッチを介して接続された構成を備えるシステムにおいて、クラッチを開放状態としつつＭＧを回転させておく。そのうえで、ＭＧが回転している状態でクラッチを係合させることにより、クランキングを実行して始動を行うものであってもよい。本発明における「クランク軸駆動手段」は、このようなクラッチとＭＧの動作を利用して、クランク軸を回転駆動させるものであってもよい。

１０ 内燃機関
１２ 吸気通路
１２ａ 吸気マニホールド
１４ 排気通路
２０ ターボ過給機
２０ａ コンプレッサ
２２ 電動モータ
２４ リチウムイオン電池
２６ 鉛畜電池
２８ ＤＣ−ＤＣコンバータ
３０ スロットルバルブ
３２ 吸気圧センサ
３４ モータジェネレータ（ＭＧ）
３６ ベルト
３８ クランク軸
４０ 電子制御ユニット（ＥＣＵ）
４２ クランク角センサ
４４ 燃料噴射弁
４６ 点火装置

Claims (2)

1. 電動過給機を備える内燃機関を制御する制御装置であって、
   エンジン停止要求が出されてからエンジン始動を開始するまでの期間中に、圧縮上死点付近のクランク角期間を除いて圧縮行程にある圧縮行程気筒と吸気行程にある吸気行程気筒が圧縮上死点を迎える前に、少なくとも１回吸気弁が開くような位置に、クランク軸の回転位置を制御する停止位置制御手段と、
   前記エンジン始動の開始前に、前記停止位置制御手段による前記クランク軸の回転位置の制御がなされている状態で、前記電動過給機を作動させて吸気通路内に負圧を生成させる吸気負圧生成手段と、
   前記吸気負圧生成手段により前記吸気通路内に負圧が生成されている状態で、前記エンジン始動のために前記クランク軸を回転駆動させるクランク軸駆動手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記吸気通路内の圧力を検出または推定する圧力取得手段をさらに備え、
   前記クランク軸駆動手段は、前記吸気通路内の圧力が所定値未満になったときに前記クランク軸の回転駆動を開始し、
   前記所定値は、前記エンジン始動の開始前に前記吸気弁が開いている状態にある前記圧縮行程気筒もしくは前記吸気行程気筒が前記クランク軸の前記回転駆動によって最初に吸気弁閉じ時期を迎えるときの前記吸気通路内の圧力が目標圧力値に到達するように、前記クランク軸の前記回転駆動の開始前のピストン停止位置に応じて変更されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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