JP2019073983A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】クランクシャフトの回転抵抗が大きい場合であっても、再始動が失敗しにくい内燃機関の制御装置を提供する。【解決手段】制御装置６０は、燃料噴射を停止して機関運転を自動停止させる停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、スタータモータ１８を使用して内燃機関１を再始動させるスタータ始動及びスタータモータ１８を使用せずに燃料噴射及び点火により内燃機関１を再始動させる着火始動のうち、いずれか一方を選択して実行する始動方法切替部６１を備えている。制御装置６０では、クランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定するフリクション判定処理を実行する。そして、フリクション判定処理を通じて回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合には、停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、始動方法切替部６１が、スタータ始動を実行する。【選択図】図１

Description

この発明はスタータモータを使用せずに内燃機関を再始動させる着火始動を行う内燃機関の制御装置に関するものである。

特許文献１には、燃料噴射を停止したあと、慣性によりクランクシャフトが回転している停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、燃料噴射を再開し、点火を行い、スタータモータを使用せずに内燃機関を再始動させる着火始動を行う制御装置が開示されている。

この制御装置では、停止動作期間中であって機関回転速度が低い状態のとき、具体的にはクランクシャフトの回転慣性力が圧縮行程の気筒に作用する圧縮反力を下回り、ピストンが上死点を越えることができないときには、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射する。そして、その気筒において点火を行い、クランクシャフトに正転方向のトルクを与えて、正転方向のトルクが圧縮反力を上回るようにしてスタータモータを使用せずに内燃機関を再始動させるようにしている。

特開２００５−１５５３６２号公報

しかし、クランクシャフトに作用する回転抵抗が大きいときには、膨張行程にある気筒に対して燃料を噴射してクランクシャフトに正転方向のトルクを与えたとしても、正転方向のトルクが圧縮反力を上回らず、再始動が失敗してしまうおそれがある。

なお、圧縮行程にある気筒に対して燃料を噴射して内燃機関を再始動させる着火始動を行う場合にも、クランクシャフトに作用する回転抵抗が大きいときには、正転方向のトルクが圧縮反力を下回り、点火を行う前にクランクシャフトが逆転方向に回転し、再始動が失敗してしまうおそれがある。

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。
上記課題を解決するための内燃機関の制御装置は、筒内燃料噴射弁と、点火プラグと、スタータモータと、を備えた内燃機関に適用される。この制御装置は、燃料噴射を停止して機関運転を自動停止させる停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、前記スタータモータを使用して前記内燃機関を再始動させるスタータ始動及び前記スタータモータを使用せずに燃料噴射及び点火により前記内燃機関を再始動させる着火始動のうち、いずれか一方を選択して実行する始動方法切替部を備えている。そして、この制御装置では、前記内燃機関のクランクシャフトに作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定する判定処理を実行する。そして、この制御装置では、前記判定処理を通じて前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合には、停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、前記始動方法切替部が、前記スタータ始動を実行する。

上記構成によれば、クランクシャフトの回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合には、着火始動は実行されない。そして、スタータモータのトルクが利用でき、着火始動よりも確実に再始動を成功させることができるスタータ始動が実行される。そのため、クランクシャフトの回転抵抗が大きい場合であっても、再始動が失敗しにくくなる。

内燃機関の制御装置の一態様では、前記内燃機関が、車両に駆動力源として搭載される車載内燃機関であり、前記判定処理では、前記車両の積算走行距離が判定距離未満であるときに、前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定する。

内燃機関は製造直後の新品の状態では、摺動部が十分に馴染んでおらず、クランクシャフトの回転抵抗が大きい。一方で、積算稼働量が多くなり、摺動部が十分に馴染んでくると、クランクシャフトの回転抵抗が小さくなってくる。車両の積算走行距離が短い場合には、内燃機関の積算稼働量が少なく、クランクシャフトの回転抵抗が大きい状態であると推定することができる。そのため、上記構成のように車両の積算走行距離に基づいてクランクシャフトの回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定することができる。

内燃機関の制御装置の一態様では、前記判定処理において、機関冷却水の温度が判定水温よりも低いときに、前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定する。
機関冷却水の温度が低いときには、潤滑油の温度も低く、クランクシャフトの回転抵抗が大きい。そのため、機関冷却水の温度が低い場合には、クランクシャフトの回転抵抗が大きい状態であると推定することができる。そのため、上記構成のように機関冷却水の温度に基づいてクランクシャフトの回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定することができる。

内燃機関の制御装置の一態様では、アイドリング運転中に前記内燃機関のスロットルバルブの開度を補正して、機関回転速度を調整するアイドルスピードコントロール制御を実行する。そして、前記判定処理では、燃料噴射を停止して停止動作期間に移行する前のアイドルスピードコントロール制御における前記スロットルバルブの開度の増大補正量が判定値以上であった場合に、前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定する。

クランクシャフトの回転抵抗が大きい場合には、機関回転速度を維持するために、アイドルスピードコントロール制御を通じてスロットルバルブの開度が増大補正される。すなわち、アイドルスピードコントロール制御におけるスロットルバルブの開度の増大補正量は、クランクシャフトの回転抵抗が大きいときほど大きくなる。そのため、上記構成のように、アイドルスピードコントロール制御におけるスロットルバルブの開度の増大補正量に基づいてクランクシャフトの回転抵抗が着火始動不可能な大きさであることを判定することができる。

内燃機関の制御装置の一態様では、停止動作期間中に、圧縮行程にある気筒のピストンが上死点を越えられずに前記クランクシャフトの回転方向が正転方向から逆転方向に最初に反転し、前記クランクシャフトが逆転方向に回転している初回逆転時には、前記着火始動において、膨張行程にある気筒に燃料を噴射し、逆転方向への回転によって圧縮された混合気に点火を行うことにより、正転方向のトルクを発生させる。そして、前記判定処理を、前記初回逆転時に限って実行する。

クランクシャフトが逆転方向に回転している初回逆転時には、着火始動に際して、燃料噴射及び点火によってクランクシャフトを正転方向に押し戻す必要がある。そのため、クランクシャフトに作用する回転抵抗の影響を受けやすく、回転抵抗が大きい場合に再始動が失敗しやすい。

そこで、上記構成のように、こうした初回逆転時に限って、クランクシャフトに作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定する判定処理を実行するようにしてもよい。

内燃機関の制御装置の一態様では、停止動作期間中に、圧縮行程にある気筒のピストンが上死点を越えられずに前記クランクシャフトの回転方向が正転方向から逆転方向に最初に反転し、前記クランクシャフトが逆転方向に回転している初回逆転時には、前記着火始動において、膨張行程にある気筒に燃料を噴射し、逆転方向への回転によって圧縮された混合気に点火を行うことにより、正転方向のトルクを発生させる。そして、前記初回逆転時に、前記クランクシャフトの角速度の極値であるピーク逆回転速度を取得し且つ取得したピーク逆回転速度の絶対値が判定速度よりも小さいことに基づいて着火始動不可能であると判定するコンプレッション判定処理を実行し、前記コンプレッション判定処理を通じて着火始動不可能であると判定されている場合には、停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、前記始動方法切替部が、前記スタータ始動を実行する。

初回逆転時の着火始動の際に、膨張行程にある気筒に燃料を噴射し、正転方向のトルクを発生させるためには、逆転方向への回転によって膨張行程にある気筒内でピストンが上死点に近づき、気筒内の圧力が十分に高まらなければならない。

初回逆転時のピーク逆回転速度の絶対値が小さいということは、逆転方向への回転慣性力が小さいということであるため、膨張行程にある気筒内でピストンが上死点に近づきにくく、着火始動が失敗しやすいということである。

そこで、上記構成のように、ピーク逆回転速度を取得し、ピーク逆回転速度の絶対値の大きさに基づいて着火始動不可能であるか否かを判定するようにすれば、その後の着火始動の可否を事前に判定し、その判定結果に基づいて再始動要求がなされたときに適切な始動方法を選択することができる。

内燃機関の制御装置と、同制御装置の制御対象である内燃機関の概略構成を示す模式図。 停止動作期間における機関回転速度の推移を示すタイムチャート。 始動方法切替処理の流れを示すフローチャート。 フリクション判定処理の流れを示すフローチャート。 コンプレッション判定処理の流れを示すフローチャート。 変更例におけるフリクション判定処理の流れを示すフローチャート。

以下、内燃機関の制御装置の一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
本実施形態の制御装置６０の制御対象である内燃機関１は、車両に駆動力源として搭載される車載内燃機関である。また、内燃機関１は、第１気筒から第４気筒まで４つの気筒１１を備えた直列４気筒型の内燃機関であり、図１にあっては４つの気筒１１のうち、１つのみを図示している。

図１に示されているように、内燃機関１のシリンダブロック１０に形成された気筒１１には、ピストン１２がそれぞれ往復動可能に収容されている。また、シリンダブロック１０には、冷却水が循環するウォータジャケット１７が各気筒１１を取り囲むように形成されている。

ピストン１２は、図１の下方に示されているようにコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５に連結されている。また、内燃機関１には機関始動時にクランクシャフト１５を駆動するスタータモータ１８が設けられている。

シリンダブロック１０の上端部には、シリンダヘッド２０が組み付けられている。これにより、気筒１１の内周面とピストン１２の上面、シリンダヘッド２０の下面によって燃焼室１３が区画形成されている。シリンダヘッド２０には、各燃焼室１３内にその先端部が露出するように点火プラグ１４が設けられている。また、シリンダヘッド２０には、各燃焼室１３に連通する吸気ポート２１及び排気ポート２２がそれぞれ形成されている。各吸気ポート２１は、吸気通路３０の一部を構成している。そして、各排気ポート２２は、排気通路４０の一部を構成している。また、シリンダヘッド２０には、燃焼室１３内に燃料を噴射する筒内燃料噴射弁３４が、それぞれの気筒１１に対して１つずつ設けられている。

図１に示されているように、吸気通路３０には、モータ３３ａによって駆動され、燃焼室１３に導入される空気の量、すなわち吸入空気量ＧＡを調量するスロットルバルブ３３が設けられている。

シリンダヘッド２０には、吸気ポート２１を開閉し、吸気通路３０と燃焼室１３とを連通・遮断する吸気バルブ３１と、排気ポート２２を開閉し、排気通路４０と燃焼室１３とを連通・遮断する排気バルブ４１とが組み付けられている。なお、各バルブ３１，４１はバルブスプリングの付勢力によって常に閉弁方向に付勢されている。

これに対して、シリンダヘッド２０には、吸気バルブ３１を開弁方向に付勢する吸気カム３２ａが設けられた吸気カムシャフト３２が回動可能に支持されているとともに、排気バルブ４１を開弁方向に付勢する排気カム４２ａが設けられた排気カムシャフト４２が回動可能に支持されている。

これら吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト４２は、クランクシャフト１５が１回転するのに伴ってそれぞれ２回転するようにタイミングチェーンを介してクランクシャフト１５に連結されている。これにより、機関運転時にクランクシャフト１５が回転すると、それに伴って吸気カムシャフト３２及び排気カムシャフト４２が回転し、吸気カム３２ａの作用によって吸気バルブ３１が開弁し、排気カム４２ａの作用によって排気バルブ４１が開弁する。

また、内燃機関１や、この内燃機関１が搭載される車両には、各部の状態を検出する様々なセンサやスイッチが取り付けられている。例えば、車速センサ５０は内燃機関１の駆動力によって回転する車輪の回転速度に基づいて車速ＳＰＤを検出する。アクセルセンサ５１は、運転者によるアクセルペダルの操作量であるアクセル操作量ＡＣＣＰを検出する。スロットルポジションセンサ５２は、スロットルバルブ３３の開度であるスロットル開度ＴＡを検出する。エアフロメータ５３は吸気通路３０を通じて燃焼室１３に導入される空気の量である吸入空気量ＧＡを検出する。

図１の下方に示されているようにクランクシャフト１５の近傍に設けられたクランクポジションセンサ５４は、クランクシャフト１５が回転するのに伴って所定の回転角毎にパルス信号を出力する。なお、このクランクポジションセンサ５４は、クランクシャフトの回転方向が判別可能なタイプのセンサである。

吸気カムシャフト３２の近傍に設けられたカムポジションセンサ５５は、吸気カムシャフト３２の回転位相が所定の位相になる度にパルス信号を出力する。シリンダブロック１０に設けられた水温センサ５６は、ウォータジャケット１７内を循環する機関冷却水の温度である水温ＴｈＷを検出する。

オドメータ５７は、内燃機関１が搭載された車両の積算走行距離Ｏｄを検出する。ブレーキスイッチ５８は、ブレーキペダルが踏み込まれていることを検知する。シフトポジションセンサ５９は、内燃機関１が搭載された車両の変速機のシフトポジションを検出する。

内燃機関１を統括的に制御する制御装置６０には、これら各種のセンサやスイッチが接続されており、制御装置６０は、これら各種のセンサやスイッチからの検出信号を読み込み、機関制御にかかる各種演算処理を実行する。制御装置６０は、実行した演算処理の結果に基づいて内燃機関１の各部を制御する。

具体的には、制御装置６０は、クランクポジションセンサ５４及びカムポジションセンサ５５から出力されるパルス信号に基づいて各気筒１１が吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程のいずれに該当するかを判別する気筒判別を実行する。また、クランクポジションセンサ５４及びカムポジションセンサ５５から出力されるパルス信号に基づいてクランクシャフト１５の回転角であるクランク角ＣＡを検出する。そして、検出されたクランク角ＣＡに基づいて各気筒１１に対して設けられた筒内燃料噴射弁３４や点火プラグ１４をそれぞれ制御する。

また、クランクポジションセンサ５４から出力されるパルス信号に基づいてクランクシャフト１５の回転速度である機関回転速度ＮＥを算出し、この機関回転速度ＮＥ及びアクセル操作量ＡＣＣＰに基づいてモータ３３ａを制御することによりスロットルバルブ３３を駆動して吸入空気量ＧＡを調量する。また、吸入空気量ＧＡに合わせて筒内燃料噴射弁３４の開弁期間を制御して燃料噴射量を調量する。なお、クランクシャフト１５が正転している場合の機関回転速度ＮＥは正の値で表され、クランクシャフト１５が逆転している場合の機関回転速度ＮＥは負の値で表される。

また、制御装置６０は、アイドリング運転中にスロットルバルブ３３の開度を補正して、アイドリング運転中の機関回転速度ＮＥを調整するアイドルスピードコントロール制御を実行する。アイドルスピードコントロール制御では、アイドリング運転中の機関回転速度ＮＥを目標の回転速度に維持するために、基本の開度に対して、スロットルバルブ３３の開度の増大補正量であるＩＳＣ補正量を加算して、スロットルバルブ３３の開度を調整する。すなわち、アイドリング運転中の機関回転速度ＮＥが目標の回転速度よりも低いときにはＩＳＣ補正量を大きくしてスロットルバルブ３３の開度を大きくし、アイドリング運転中の機関回転速度ＮＥが目標の回転速度よりも高いときにはＩＳＣ補正量を小さくしてスロットルバルブ３３の開度を小さくする。

更に、制御装置６０は、イグニッションスイッチ７０や、オルタネータ８０、空調装置９０なども接続されている。イグニッションスイッチ７０が、「ＯＮ」に操作されることにより、制御装置６０への給電が行われるようになり、機関始動要求が検出されて内燃機関１を始動する始動制御が実行されるようになる。機関運転中にイグニッションスイッチ７０が「ＯＦＦ」に操作された場合には、機関停止要求が検出されて機関運転を停止させる機関停止処理が実行される。そして、機関停止処理が実行されて機関運転が停止されたあと、制御装置６０への給電が遮断される。また、制御装置６０は、オルタネータ８０や空調装置９０の稼働状態を把握する。

制御装置６０は、運転者によってなされた操作を検出し、交差点での信号待ちなどで停車した際に機関運転を自動的に停止させる一方、運転者の操作に基づき発進が予測されるときに内燃機関１を自動的に再始動させて機関運転を再開する自動停止始動制御を実行する。

具体的には、制御装置６０は、機関運転中に所定の停止条件が成立することにより、停止要求がなされたとき、燃料噴射を停止して内燃機関１を停止させる。例えば、制御装置６０は、車速ＳＰＤが所定速度よりも低く、ブレーキペダルが踏み込まれていて、アクセル操作量ＡＣＣＰが「０」であり、更に内燃機関１を停止させることに特に不都合のない状況であれば、停止要求がなされたとして、燃料噴射を停止して機関運転を停止させる。

一方で、所定の始動条件が成立することにより、再始動要求がなされたとき、内燃機関１を自動的に再始動させる。例えば、ブレーキペダルの踏み込みが解除された場合や、アクセル操作量ＡＣＣＰが「０」よりも大きくなった場合、空調装置９０やオルタネータ８０などの動作のために機関運転させる必要が生じた場合などに、内燃機関１を自動的に再始動させる。

こうして自動停止始動制御を実行することにより、アイドリング運転が長時間継続することを抑制し、燃料消費量の低減、排出ガスの低減、並びにアイドリング運転に伴う騒音の低減などを図るようにしている。

ところで、制御装置６０では、自動停止始動制御を通じて内燃機関１を再始動させる際に、スタータモータ１８を使用して内燃機関１を再始動させるスタータ始動と、スタータモータ１８を使用せずに燃料噴射及び点火により内燃機関１を再始動させる着火始動とを使い分ける。そのため、制御装置６０には、再始動時の始動方法を切り替える始動方法切替部６１が設けられている。

スタータ始動では、制御装置６０は、スタータモータ１８によってクランクシャフト１５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内燃機関１を再始動させる。

一方、着火始動では、スタータモータ１８によるクランキングを実行せず、燃料噴射及び点火を行って内燃機関１を再始動させる。なお、着火始動には、複数の態様があり、制御装置６０は内燃機関１の状態に応じていずれの態様の着火始動を行うかを決定する。

図２に示されているように、時刻ｔ１において停止要求がなされると、燃料噴射が停止し、機関回転速度ＮＥが次第に低下し始める。燃料噴射が停止され、クランクシャフト１５が惰性で回転している停止動作期間中のうち、圧縮行程において上死点を越えられると推定される場合（時刻ｔ１〜ｔ２の領域Ａ１）には、制御装置６０は、再始動要求がなされたときに圧縮行程にある気筒１１に対して燃料を噴射させる。そして、制御装置６０は、上死点通過後に点火を実行させて内燃機関１を再始動させ、再始動完了後は通常の機関運転に移行する。この場合には、図２において破線Ｒ１で示されているように、機関回転速度ＮＥが上昇し、再始動が完了する。なお、通常の機関運転では、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。圧縮行程において上死点を越えられるか否かの推定は、圧縮上死点におけるクランクシャフト１５の角速度が所定の速度よりも高いか否かに基づいて行われる。すなわち、圧縮上死点におけるクランクシャフト１５の角速度が所定の速度よりも高い場合には、圧縮行程において上死点を越えられると推定する。上記の所定の速度は、圧縮上死点におけるクランクシャフト１５の角速度が上記の所定の速度よりも高ければ、次の圧縮上死点におけるクランクシャフト１５の回転慣性力が圧縮行程にある気筒１１の圧縮反力よりも大きくなるような大きさに設定されている。これにより、内燃機関１の経年変化や圧縮上死点における角速度の検出誤差などがあっても、クランクシャフト１５に十分な正転方向のトルクを付与して、再始動することができる。

圧縮上死点におけるクランクシャフト１５の角速度が所定の速度以下まで低下し、圧縮上死点を越えられないと推定される場合（時刻ｔ２以降）には、後述するように、制御装置６０は、クランクシャフト１５の回転方向や膨張行程にある気筒１１におけるピストン１２の位置などに応じて着火始動の態様を変更する。

圧縮行程にある気筒１１が次の上死点を越えられない状態であり、クランクシャフト１５の回転方向が反転する前の正転時に再始動要求がなされ、そのときの膨張行程にある気筒１１のピストン１２が上死点に近い位置にある場合（時刻ｔ２〜ｔ３の領域Ａ２）には、制御装置６０は、膨張行程にある気筒１１に燃料を噴射させる。そして、制御装置６０は点火を実行し、正転方向に回転しているクランクシャフト１５に燃焼による正転方向のトルクを付与して圧縮行程にある気筒１１におけるピストン１２が上死点を越えやすくする。そして、圧縮行程にある気筒１１にも燃料噴射を行い、圧縮行程にある気筒１１のピストン１２が上死点を越えた時点でこの気筒１１に対する点火を行うことで、クランクシャフト１５を正転方向に回転させて内燃機関１を再始動させ、再始動完了後は通常の機関運転に移行する。この場合には、図２において破線Ｒ２で示されているように、機関回転速度ＮＥが上昇し、再始動が完了する。

一方で、クランクシャフト１５が正転しているものの、膨張行程にある気筒１１のピストン１２の位置が上死点から離れているときに再始動要求がなされた場合（時刻ｔ３〜ｔ５の領域Ａ３）には、その状態で膨張行程にある気筒１１において燃焼を発生させてもストロークが不足して、十分なトルクが得られない。そのため、制御装置６０は、クランクシャフト１５が一旦、逆転状態になり、膨張行程にある気筒１１内が圧縮された状態になるのを待って（時刻ｔ４〜ｔ５）、この膨張行程にある気筒１１において燃焼を発生させる。

具体的には、制御装置６０は、膨張行程にある気筒１１に対して燃料を噴射し、クランクシャフト１５の逆転によって膨張行程にある気筒１１内の混合気が圧縮され、その後、クランクシャフト１５の回転方向が逆転方向から正転方向に反転（時刻ｔ５）するのを待って、膨張行程にある気筒１１に対して点火を行う。これにより、クランクシャフト１５に正転方向のトルクを付与する。そして、制御装置６０は、圧縮行程にある気筒１１に対して燃料を噴射させたあと、圧縮行程にある気筒１１のピストン１２が上死点を越えるのを待って、この気筒１１に対する点火を行い、内燃機関１を再始動させる。再始動完了後は通常の機関運転に移行する。この場合には、図２において破線Ｒ３で示されているように、機関回転速度ＮＥが上昇し、再始動が完了する。

また、制御装置６０は、機関回転速度ＮＥが「０」である場合を含め、最初に逆転方向から正転方向への反転が起こった時点以降に再始動要求がなされた場合（図２における時刻ｔ５以降の領域Ａ４）には、スタータ始動によって内燃機関１を再始動させる。

制御装置６０は、基本的には上記のように図２を参照して説明したとおり、領域Ａ１〜Ａ３では、着火始動によって内燃機関１を再始動させる。しかし、着火始動は、内燃機関１の状態によっては、圧縮行程にある気筒１１において作用する圧縮反力を上回るだけのトルクを発生させることができず、失敗してしまうおそれがある。

そこで、始動方法切替部６１は、図２における領域Ａ１〜Ａ３であっても、内燃機関１の状態に応じて着火始動を禁止して、始動方法をスタータ始動に切り替える。
以下、この領域Ａ１〜Ａ３における始動方法の切り替えに関する処理について説明する。始動方法切替部６１は、図３に示されている一連の処理を通じて始動方法を切り替える。この一連の処理は、燃料噴射を停止して機関運転を自動停止させる停止動作期間のうち、領域Ａ１〜Ａ３の状態である期間において、再始動要求がなされたときに始動方法切替部６１によって実行される。

再始動要求がなされ、この一連の処理を開始すると、始動方法切替部６１は、まずステップＳ１００において、着火始動禁止フラグＦｓが「１」であるか否かを判定する。着火始動禁止フラグＦｓは、着火始動が禁止されていないことを示す「０」が初期状態であり、図４及び図５を参照して説明する処理を通じて着火始動が禁止されていることを示す「１」に更新されるフラグである。

始動方法切替部６１は、ステップＳ１００において着火始動禁止フラグＦｓが「１」ではないと判定した場合（ステップＳ１００：ＮＯ）、すなわち、着火始動禁止フラグＦｓが「０」のときには、処理をステップＳ２００へと進め、着火始動を行う。ステップＳ２００では、始動要求がなされたときに属している領域（領域Ａ１，Ａ２，Ａ３）に応じた態様で着火始動を実行する。そして、始動方法切替部６１は、この一連の処理を終了する。

一方、始動方法切替部６１は、ステップＳ１００において着火始動禁止フラグＦｓが「１」であると判定した場合（ステップＳ１００：ＹＥＳ）には、処理をステップＳ３００へと進め、スタータ始動を行う。そして、始動方法切替部６１は、処理をステップＳ４００へと進め、着火始動禁止フラグＦｓを「０」にリセットし、この一連の処理を終了する。

このように、始動方法切替部６１は、着火始動禁止フラグＦｓが「１」になっている場合には、領域Ａ１〜Ａ３の状態のときに再始動要求がなされたとしても、着火始動を実行せず、始動方法をスタータ始動に切り替えてスタータ始動を実行する。

次に、図４及び図５を参照して着火始動禁止フラグＦｓの更新に関する処理について説明する。なお、図４に示されている一連の処理は内燃機関１のクランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定するフリクション判定処理である。そして、図５に示されている一連の処理はクランクシャフト１５の逆転により膨張行程にある気筒１１において着火始動に必要な圧縮が生じるか否かを判定するコンプレッション判定処理である。

図４に示されているフリクション判定処理は、停止要求がなされて燃料噴射が停止され、クランクシャフト１５が惰性で回転している停止動作期間中に、制御装置６０により所定の制御周期で繰り返し実行される。

フリクション判定処理を開始すると、制御装置６０は、まずステップＳ５１０において、積算走行距離Ｏｄが判定距離ＯｄＸよりも短いか否かを判定する。内燃機関１は製造直後の新品の状態では、摺動部が十分に馴染んでおらず、クランクシャフト１５の回転抵抗が大きい。一方で、内燃機関１の積算稼働量が多くなり、摺動部が十分に馴染んでくると、クランクシャフト１５の回転抵抗が小さくなってくる。そのため、車両の積算走行距離Ｏｄが短い場合には、内燃機関１の積算稼働量が少なく、クランクシャフト１５の回転抵抗が大きい状態であると推定することができる。判定距離ＯｄＸとしては、積算走行距離Ｏｄが判定距離ＯｄＸよりも短いことに基づいて、クランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであることを判定できる程度の大きさの値が設定されている。

ステップＳ５１０において、積算走行距離Ｏｄが判定距離ＯｄＸよりも短いと判定した場合（ステップＳ５１０：ＹＥＳ）には、制御装置６０は処理をステップＳ５２０へと進め、着火始動禁止フラグＦｓを「１」に更新する。そして、制御装置６０は、フリクション判定処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ５１０において、積算走行距離Ｏｄが判定距離ＯｄＸ以上であると判定した場合（ステップＳ５１０：ＮＯ）には、制御装置６０は処理をステップＳ５１５へと進める。そしてステップＳ５１５において、制御装置６０は、水温ＴｈＷが判定水温ＴｈＸ以上であるか否かを判定する。水温ＴｈＷが低いときには、潤滑油の温度も低く、クランクシャフト１５の回転抵抗が大きい。そのため、水温ＴｈＷが低い場合には、クランクシャフト１５の回転抵抗が大きい状態であると推定することができる。判定水温ＴｈＸとしては、水温ＴｈＷが判定水温ＴｈＸよりも低いことに基づいて、クランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであることを判定できる程度の大きさの値が設定されている。

ステップＳ５１５において、水温ＴｈＷが判定水温ＴｈＸよりも低いと判定した場合（ステップＳ５１５：ＮＯ）には、制御装置６０は処理をステップＳ５２０へと進め、着火始動禁止フラグＦｓを「１」に更新する。そして、制御装置６０は、フリクション判定処理を一旦終了する。一方で、ステップＳ５１５において、水温ＴｈＷが判定水温ＴｈＸ以上であると判定した場合（ステップＳ５１５：ＹＥＳ）には、制御装置６０は着火始動禁止フラグＦｓを「１」に更新することなく、そのままフリクション判定処理を一旦終了する。

こうしたフリクション判定処理を繰り返し実行することにより、クランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合（ステップＳ５１０：ＹＥＳ又はステップＳ５１５：ＮＯの場合）には、着火始動禁止フラグＦｓが「１」になる。そのため、クランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合には、再始動要求がなされたときに、図３を参照して説明した一連の処理を通じて始動方法切替部６１がスタータ始動を実行することになる。

次に、図５を参照してコンプレッション判定処理について説明する。このコンプレッション判定処理は、初回逆転時に、ピーク逆回転速度ＮＥｐが取得されたときに制御装置６０によって実行される。なお、初回逆転時とは、停止動作期間中に、圧縮行程にある気筒１１のピストン１２が上死点を越えられずにクランクシャフト１５の回転方向が正転方向から逆転方向に最初に反転し、クランクシャフト１５が逆転方向に回転しているときのことである。そして、ピーク逆回転速度ＮＥｐは、図２に点Ｐ１で示したように、初回逆転時におけるクランクシャフト１５の角速度の極値、すなわち初回逆転時における角速度の最小値（逆転方向への角速度の最大値）である。

ピーク逆回転速度ＮＥｐを取得すると、制御装置６０は、コンプレッション判定処理を開始する。コンプレッション判定処理を開始すると、制御装置６０は、まずステップＳ６１０において、ピーク逆回転速度ＮＥｐの絶対値が判定速度ＮＥｐＸよりも小さいか否かを判定する。

初回逆転時の着火始動の際に、膨張行程にある気筒１１に燃料を噴射し、正転方向のトルクを発生させるためには、逆転方向への回転によって膨張行程にある気筒１１内でピストン１２が上死点に近づき、気筒１１内の圧力が十分に高まらなければならない。ピーク逆回転速度ＮＥｐの絶対値が大きいということは、クランクシャフト１５の逆転方向への回転慣性力が大きいということであるため、膨張行程にある気筒１１内でピストン１２が上死点に近づきやすく、着火始動が成功しやすいということである。逆にピーク逆回転速度ＮＥｐの絶対値が小さいということは、クランクシャフト１５の逆転方向への回転慣性力が小さいということであるため、膨張行程にある気筒１１内でピストン１２が上死点に近づきにくく、着火始動が失敗しやすいということである。判定速度ＮＥｐＸとしては、ピーク逆回転速度ＮＥｐの絶対値が判定速度ＮＥｐＸよりも小さいことに基づいて、膨張行程にある気筒１１に燃料を噴射しても着火始動不可能であると判定することができる程度の大きさの値が設定されている。

ステップＳ６１０において、ピーク逆回転速度ＮＥｐの絶対値が判定速度ＮＥｐＸよりも小さいと判定した場合（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）には、制御装置６０は、処理をステップＳ６２０へと進め、着火始動禁止フラグＦｓを「１」に更新する。そして、制御装置６０は、コンプレッション判定処理を終了する。

一方、ステップＳ６１０において、ピーク逆回転速度ＮＥｐの絶対値が判定速度ＮＥｐＸ以上であると判定した場合（ステップＳ６１０：ＮＯ）には、制御装置６０は、着火始動禁止フラグＦｓを更新することなく、そのままコンプレッション判定処理を終了する。

なお、図４を参照して説明したフリクション判定処理を通じて先に着火始動禁止フラグＦｓが「１」に更新されており、コンプレッション判定処理を実行した時点で既に着火始動禁止フラグＦｓが「１」になっていることもある。その場合には、ステップＳ６１０における判定の結果によらず、着火始動禁止フラグＦｓは「１」に維持される。

こうしたコンプレッション判定処理を実行することにより、膨張行程にある気筒１１に燃料を噴射しても着火始動不可能であると判定されている場合（ステップＳ６１０：ＹＥＳ）には、着火始動禁止フラグＦｓが「１」になる。そのため、膨張行程にある気筒１１に燃料を噴射しても着火始動不可能であると判定されている場合には、再始動要求がなされたときに、図３を参照して説明した一連の処理を通じて始動方法切替部６１がスタータ始動を実行することになる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）クランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合には、着火始動は実行されない。そして、スタータモータ１８のトルクが利用でき、着火始動よりも確実に再始動を成功させることができるスタータ始動が実行される。そのため、クランクシャフト１５の回転抵抗が大きい場合であっても、再始動が失敗しにくくなる。

（２）車両の積算走行距離Ｏｄに基づいてクランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定することができる。
（３）水温ＴｈＷに基づいてクランクシャフトの回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定することができる。

（４）ピーク逆回転速度ＮＥｐの絶対値の大きさに基づいて着火始動不可能であるか否かを判定しているため、ピーク逆回転速度ＮＥｐを取得したあとの着火始動の可否を事前に判定し、その判定結果に基づいて再始動要求がなされたときに適切な始動方法を選択することができる。

（５）フリクション判定処理を行わず、コンプレッション判定処理のみを行っている場合には、ピーク逆回転速度ＮＥｐを取得するまで着火始動の可否を判定することができない。これに対して、上記実施形態のように、コンプレッション判定処理に加えて、フリクション判定処理を行えば、ピーク逆回転速度ＮＥｐの取得を待たずに、着火始動不可能であることを判定することができる場合もある。この場合には、再始動要求がなされたときに即座にスタータ始動を行い、速やかに内燃機関１を再始動させることができる。

なお、上記の実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・制御装置６０は、自動停止始動制御を通じて機関運転を自動的に停止させる際、燃料噴射の停止に加え、点火プラグ１４による点火を停止してもよい。

・上記実施形態と同様の構成は、ハイブリッド車両に搭載される内燃機関を制御する制御装置にも適用することができる。すなわち、停車直前の極低速時や停車時に自動停止、再始動する自動停止始動制御が行われる内燃機関に限らず、走行中に自動停止し、再始動する内燃機関に適用することもできる。

・フリクション判定処理は、クランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定することのできるものであればよい。例えば、図４を参照して説明したフリクション判定処理におけるステップＳ５１５の処理、すなわち水温ＴｈＷを指標とする判定を省略して積算走行距離Ｏｄのみを指標としてクランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定するようにしてもよい。また、必ずしも積算走行距離Ｏｄを判定の指標にしなくてもよい。内燃機関１の積算稼働量に相関した指標値を用いればクランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定することができるため、積算走行距離Ｏｄに替えて、内燃機関１の積算稼働時間を指標にして判定を行うようにしてもよい。また、ステップＳ５１０の処理、すなわち積算走行距離Ｏｄを指標とする判定を省略して水温ＴｈＷのみを指標としてクランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定するようにしてもよい。また、水温ＴｈＷを指標とする判定に替えて、油温を指標とする判定を行ってもよい。また、水温ＴｈＷを指標とする判定に替えて、暖機が完了しているか否かを判定するために用いるその他の指標値を用いて判定を行うようにしてもよい。

・図４を参照して説明したフリクション判定処理に替えて、図６に示されているようなフリクション判定処理を実行するようにしてもよい。図６に示されているフリクション判定処理では、燃料噴射を停止して停止動作期間に移行する前のアイドルスピードコントロール制御におけるスロットルバルブ３３の開度の増大補正量であるＩＳＣ補正量が判定値Ｘ以上であった場合に、回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定する。

図６に示されているフリクション判定処理も、図４を参照して説明したフリクション判定処理と同様に、停止動作期間中に、制御装置６０により所定の制御周期で繰り返し実行される。

このフリクション判定処理を開始すると、制御装置６０は、まずステップＳ７１０において、燃料噴射を停止して停止動作期間に移行する前のアイドルスピードコントロール制御におけるＩＳＣ補正量が判定値Ｘ以上であるか否かを判定する。クランクシャフト１５の回転抵抗が大きい場合には、機関回転速度ＮＥを維持するために、アイドルスピードコントロール制御を通じてＩＳＣ補正量が大きくされ、スロットルバルブ３３の開度が増大補正される。すなわち、アイドルスピードコントロール制御におけるＩＳＣ補正量は、クランクシャフト１５の回転抵抗が大きいときほど大きくなる。そのため、停止動作期間に移行する前のアイドルスピードコントロール制御におけるＩＳＣ補正量が大きい場合には、アイドリング運転中のクランクシャフト１５の回転抵抗が大きかったと推定することができる。判定値Ｘとしては、ＩＳＣ補正量が判定値Ｘ以上であることに基づいて、クランクシャフト１５に作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであることを判定できる程度の大きさの値が設定されている。

ステップＳ７１０において、ＩＳＣ補正量が判定値Ｘ以上であると判定した場合（ステップＳ７１０：ＹＥＳ）には、制御装置６０は処理をステップＳ７２０へと進め、着火始動禁止フラグＦｓを「１」に更新する。そして、制御装置６０は、このフリクション判定処理を一旦終了する。

一方、ステップＳ７１０において、ＩＳＣ補正量が判定値Ｘ未満であると判定した場合（ステップＳ７１０：ＮＯ）には、制御装置６０は着火始動禁止フラグＦｓを「１」に更新することなく、そのままフリクション判定処理を一旦終了する。

こうしたフリクション判定処理を繰り返し実行することによっても、クランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合（ステップＳ７１０：ＹＥＳの場合）には、着火始動禁止フラグＦｓが「１」になる。そのため、クランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合には、再始動要求がなされたときに、図３を参照して説明した一連の処理を通じて始動方法切替部６１がスタータ始動を実行することになる。すなわち、こうしたフリクション判定処理を採用した場合には、ＩＳＣ補正量に基づいてクランクシャフト１５の回転抵抗が着火始動不可能な大きさであることを判定することができ、その判定に基づいて着火始動を禁止し、スタータ始動を実行することができる。

なお、ＩＳＣ補正量は、空調装置９０のオン・オフ、オルタネータ８０の稼働状況、変速機のシフトポジションが中立位置である「Ｎ」であるか前進走行位置である「Ｄ」であるか、などによっても変化する。具体的には、空調装置９０がオンのときにはオフのときよりも大きくなり、オルタネータ８０の発電量が多いときには少ないときよりも大きくなり、シフトポジションが「Ｄ」のときには「Ｎ」のときよりも大きくなる。そのため、停止動作期間に移行する前のアイドリング運転時の状態や再始動要求がなされたときの状態に応じて判定値Ｘを可変設定するようにしてもよい。

・フリクション判定処理の実行タイミングや実行頻度は適宜変更することができる。例えば、フリクション判定処理を初回逆転時に限って実行するようにしてもよい。クランクシャフト１５が逆転方向に回転している初回逆転時には、着火始動に際して、燃料噴射及び点火によってクランクシャフト１５を正転方向に押し戻す必要がある。そのため、クランクシャフト１５に作用する回転抵抗の影響を受けやすく、回転抵抗が大きい場合に再始動が失敗しやすい。そこで、初回逆転時に限って、フリクション判定処理を実行するようにしてもよい。回転抵抗がそれほど大きくなく、図２を参照して説明した領域Ａ１及び領域Ａ２においては回転抵抗の影響によって着火始動不可能になることがないと想定される場合などには、このように初回逆転時に限ってフリクション判定処理を実行するようにすればよい。

また、例えば、フリクション判定処理を停止要求がなされたときに１回だけ実行するようにしてもよい。すなわち、停止要求がなされた時点での回転抵抗の大きさに基づいて着火始動を禁止するようにしてもよい。しかし、回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かの判定の精度を高める上では、再始動要求がなされたときの回転抵抗の大きさに基づいて着火始動を禁止することが好ましい。したがって、上記実施形態のように、停止動作期間中に繰り返しフリクション判定処理を実行することが好ましい。

・図５を参照して説明したコンプレッション判定処理を省略してもよい。
・制御装置６０に、フリクション判定処理を実行するフリクション判定部、コンプレッション判定処理を実行するコンプレッション判定部を設けるようにしてもよい。また、始動方法切替部６１がフリクション判定処理やコンプレッション判定処理を実行する構成を採用してもよい。

１…内燃機関、１０…シリンダブロック、１１…気筒、１２…ピストン、１３…燃焼室、１４…点火プラグ、１５…クランクシャフト、１６…コネクティングロッド、１７…ウォータジャケット、１８…スタータモータ、２０…シリンダヘッド、２１…吸気ポート、２２…排気ポート、３０…吸気通路、３１…吸気バルブ、３２…吸気カムシャフト、３２ａ…吸気カム、３３…スロットルバルブ、３３ａ…モータ、３４…筒内燃料噴射弁、４０…排気通路、４１…排気バルブ、４２…排気カムシャフト、４２ａ…排気カム、５０…車速センサ、５１…アクセルセンサ、５２…スロットルポジションセンサ、５３…エアフロメータ、５４…クランクポジションセンサ、５５…カムポジションセンサ、５６…水温センサ、５７…オドメータ、５８…ブレーキスイッチ、５９…シフトポジションセンサ、６０…制御装置、６１…始動方法切替部、７０…イグニッションスイッチ、８０…オルタネータ、９０…空調装置。

Claims (6)

1. 筒内燃料噴射弁と、点火プラグと、スタータモータと、を備えた内燃機関に適用され、
   燃料噴射を停止して機関運転を自動停止させる停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、前記スタータモータを使用して前記内燃機関を再始動させるスタータ始動及び前記スタータモータを使用せずに燃料噴射及び点火により前記内燃機関を再始動させる着火始動のうち、いずれか一方を選択して実行する始動方法切替部を備える内燃機関の制御装置であり、
   前記内燃機関のクランクシャフトに作用する回転抵抗が着火始動不可能な大きさであるか否かを判定する判定処理を実行し、
   前記判定処理を通じて前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定されている場合には、停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、前記始動方法切替部が、前記スタータ始動を実行する内燃機関の制御装置。
2. 前記内燃機関が、車両に駆動力源として搭載される車載内燃機関であり、
   前記判定処理では、前記車両の積算走行距離が判定距離未満であるときに、前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定する請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記判定処理では、機関冷却水の温度が判定水温よりも低いときに、前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定する請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. アイドリング運転中に前記内燃機関のスロットルバルブの開度を補正して、機関回転速度を調整するアイドルスピードコントロール制御を実行する請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であり、
   前記判定処理では、燃料噴射を停止して停止動作期間に移行する前のアイドルスピードコントロール制御における前記スロットルバルブの開度の増大補正量が判定値以上であった場合に、前記回転抵抗が着火始動不可能な大きさであると判定する内燃機関の制御装置。
5. 停止動作期間中に、圧縮行程にある気筒のピストンが上死点を越えられずに前記クランクシャフトの回転方向が正転方向から逆転方向に最初に反転し、前記クランクシャフトが逆転方向に回転している初回逆転時には、前記着火始動において、膨張行程にある気筒に燃料を噴射し、逆転方向への回転によって圧縮された混合気に点火を行うことにより、正転方向のトルクを発生させる請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であり、
   前記判定処理を、前記初回逆転時に限って実行する内燃機関の制御装置。
6. 停止動作期間中に、圧縮行程にある気筒のピストンが上死点を越えられずに前記クランクシャフトの回転方向が正転方向から逆転方向に最初に反転し、前記クランクシャフトが逆転方向に回転している初回逆転時には、前記着火始動において、膨張行程にある気筒に燃料を噴射し、逆転方向への回転によって圧縮された混合気に点火を行うことにより、正転方向のトルクを発生させる請求項１〜５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置であり、
   前記初回逆転時に、前記クランクシャフトの角速度の極値であるピーク逆回転速度を取得し且つ取得したピーク逆回転速度の絶対値が判定速度よりも小さいことに基づいて着火始動不可能であると判定するコンプレッション判定処理を実行し、
   前記コンプレッション判定処理を通じて着火始動不可能であると判定されている場合には、停止動作期間中に再始動要求がなされたときに、前記始動方法切替部が、前記スタータ始動を実行する内燃機関の制御装置。