JP4140351B2

JP4140351B2 - 内燃機関の制御装置

Info

Publication number: JP4140351B2
Application number: JP2002329758A
Authority: JP
Inventors: 智洋金子; 勇後藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2008-08-27
Anticipated expiration: 2022-11-13
Also published as: JP2004162617A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両が停止状態でかつ、所定の条件が成立した場合に内燃機関を自動的に停止させ、発進条件が成立した場合に自動的に内燃機関を再始動させる制御を行う内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
信号待ち等の停車中に内燃機関をアイドリング運転させている際にエンジンを自動的に停止させることで、排出ガス量を抑制し、燃費向上を図る技術（アイドリングストップ）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この文献には、特に、ディーゼルエンジンにおいてアイドリングストップによるエンジン停止時の振動を低減するため、エンジンブレーキ作動時の圧縮および膨張行程中に専用弁などをリフトさせてブレーキ力を増大させる常開式圧縮エンジンブレーキをエンジン停止時に作動させることによってエンジン停止時に発生する振動を抑制する技術が開示されている。そして、吸気・圧縮・膨張行程において専用弁を開くことで、専用弁を介して流入するガスの流動抵抗によりエンジン回転速度を減速する方向に力が働き続け、エンジンを早く停止させることが可能となると記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−９７９７２号公報（段落００２２〜００２８、図１〜図３）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
この技術によれば、流動抵抗を増大させることでエンジンを早く停止させることが可能となるが、停止時に排気側へと流れるガス流量が増大して、排ガス浄化触媒の保温性が低下するおそれがある。
【０００５】
本発明は、アイドリングストップと再始動を自動的に行う内燃機関の制御装置において、機関停止時に排ガス浄化触媒の温度低下を抑制可能とした制御装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明に係る内燃機関の制御装置は、車両が停止状態でかつ、所定の条件が成立した場合に内燃機関を自動的に停止させ、発進条件が成立した場合に自動的に内燃機関を再始動させる制御を行う内燃機関の制御装置において、この内燃機関は、機関排気系に排気浄化触媒と、吸気バルブまたは排気バルブの少なくともいずれか一方の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング手段とをさらに備えており、内燃機関の自動停止時に、燃料供給を停止して可変バルブタイミング手段を操作することにより、排気バルブが閉じてから吸気バルブが開くまでのタイミングを通常より長くなるよう制御することにより、内燃機関の自動停止時に排気浄化触媒へ流入する排気ガス量を低減するものである。
【０００７】
この可変バルブタイミング手段は、内燃機関の自動停止時には、吸気バルブを通常よりも遅く開くか、排気バルブを通常よりも早く閉じる制御を行うことが好ましい。
【０００８】
可変バルブタイミング手段によって排気バルブが閉じてから吸気バルブが開くまでのタイミングを通常よりも長くなるように調整することで、吸気行程においてポンプ仕事を増大させるか、排気行程において排気圧縮仕事を増大させることにより機関の回転抵抗を増大させて機関を早期に停止させることができる。また、排気側へ流れるガス流量を少なくすることができるので、触媒の温度低下を抑制することができる。このため、再始動時のエミッションの悪化を抑制できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の参照番号を附し、重複する説明は省略する。
【００１０】
図１は、本発明に係る制御装置（内燃機関の制御装置）を搭載した内燃機関の概略構成図である。この内燃機関１は、車両に搭載される多気筒式のガソリンエンジンであって、筒内燃料噴射式の火花点火式内燃機関であり、ここでは、その一気筒のみを簡略化して図示している。
【００１１】
内燃機関１のシリンダ１０には、往復移動するピストン１１が配置されており、ピストン１１とシリンダ１０およびシリンダヘッド１２で区画された領域が燃焼室１３を構成する。この燃焼室１３には、吸気バルブ４１、排気バルブ４２を介して吸気管２０と排気管３０が接続されている。この吸気バルブ４１と排気バルブ４２はそれぞれの可変バルブタイミング手段４３、４４によって開閉駆動される。吸気バルブ４１、排気バルブ４２は各気筒ごとに１つずつ設けられてもよいし、複数設けられていてもよい。また、吸気バルブ４１と排気バルブ４２の数を異ならせてもよい。シリンダヘッド１２の燃焼室１３に臨む位置には、点火プラグ１６と燃料インジェクタ１７が配置される。ピストン１１はコンロッド１４を介してクランク軸１５に接続され、ピストン１１の往復移動をクランク軸１５の回転運動へと変換する。このクランク軸１５には始動モータ７０が接続可能である。そして、シリンダ１０に冷却水温センサ４５がクランク軸１５に隣接してクランク角度センサ４６が配置される。
【００１２】
吸気管２０には、上流側からエアフィルター２１、吸気温センサ２２、電磁スロットル弁２４、吸気圧センサ２６が配置され、電磁スロットル弁２４はスロットルモータ２３によって駆動され、その開度はスロットル開度センサ２５によって検出される。
【００１３】
排気管３０には、三元触媒やNOx吸蔵還元触媒等からなる排気浄化装置３１が配置されており、排気浄化装置３１の上流側にはＡ／Ｆセンサ３２とＣＯセンサ３３が配置され、排気浄化装置３１には触媒温度センサ３４が配置されている。
【００１４】
内燃機関１の制御装置であるエンジンＥＣＵ６０は、ＣＰＵ、メモリ等から構成される。そして、上述した各センサ２２、２５、２６、３２〜３４、４５、４６の各出力のほか、運転者の操作するアクセルペダル５０に取り付けられたアクセル開度センサ５１と車速を検出する車速センサ５２の出力が入力されており、点火プラグ１６、燃料インジェクタ１７、スロットルモータ２３、可変バルブタイミング手段４３、４４、始動モータ７０の作動を制御する。
【００１５】
可変バルブタイミング手段４３、４４は、吸気バルブ４１、排気バルブ４２を駆動するカムを有するカムシャフトを異なる位相となるよう転動させたり、カム自体の形状をカムシャフトの長手方向に異なるように形成しておき、カムシャフトを長手方向に移動させることで、バルブのリフトタイミングやリフト量を調整するものである。図２はその調整例を示す図である。ここでは、標準的なバルブリフトを太線で示している。可変バルブタイミング手段４３、４４によってバルブの開（閉）タイミングを破線で示すように早めることを進角させると呼び、逆に開（閉）タイミングを点線で示されるように遅らせることを遅角させると呼ぶ。ここではリフト量は固定のままタイミングだけをシフトさせる例を示したが、バルブリフトの開閉タイミングの調整に合わせてリフト量を調整してもよい。
【００１６】
本発明に係る内燃機関１の制御装置（エンジンＥＣＵ６０）は、停車時かつ機関アイドリング時に自動的に内燃機関１を停止させるアイドリングストップ（ＩＳ）を行い、運転者の発進操作時に再始動させる制御を実施する。以下、その制御処理を具体的に説明する。図３は、この処理内容を示すフローチャートであり、図４〜図６は、この処理動作時のバルブリフトタイミングの例のいくつかを示す図である。本処理はエンジンＥＣＵ６０により、内燃機関１の始動後、運転者がイグニッションキーの操作によりエンジンを停止させるまでの間、所定のタイミングで繰り返し実行される。なお、この処理に使用されるフラグFlagESは、内燃機関１を自動停止させたＩＳ状態であるか否かを示すフラグであり、エンジン始動時に初期値０に設定されている。
【００１７】
ステップＳ１では、このフラグFlagESの値をチェックする。値が０の場合、つまり現在、ＩＳ状態ではなく、内燃機関１が作動中である場合にはステップＳ２へと移行する。ステップＳ２では、ＩＳ条件が成立しているか否かを判定する。このＩＳ条件とは、例えば、車速センサ５２によって検出された車速が０で、スロットル開度センサ２５によって検出されたスロットル開度が全閉状態で、クランク角度センサ４７によって検出されたエンジン回転数が所定回転数以下で、冷却水温センサ４５によって検出されたエンジン冷却水温が所定温度以上で、アクセル開度センサ５１で検出されたアクセル開度が所定角度以下で、触媒温度センサ３４で検出された触媒温度が所定温度以上の場合にＩＳ条件を満たすと判定すればよい。このように停車中かつ内燃機関１がアイドリング状態で負荷がほとんどない状態では、内燃機関１を停止させることが可能であり、また、内燃機関１および排気浄化装置３１の暖機が完了していることから、発進時の再始動も容易に行える状態にあると考えられるからである。
【００１８】
条件を満たしている場合には、ステップＳ３へと移行し、燃料インジェクタ１７からの燃料噴射を禁止し、続くステップＳ４では、可変バルブタイミング手段４３、４４によってバルブリフトタイミングを停止時のタイミングに変更する。例えば、図４の破線Ａ、Ｂに示されるように、可変バルブタイミング手段４３によって吸気バルブ４１の開タイミングを遅角させる。あるいは、図５の破線Ａ、Ｂに示されるように、可変バルブタイミング手段４４によって排気バルブ４２の閉タイミングを進角させる。さらには、図６の破線Ａ、Ｂに示されるように、可変バルブタイミング手段４３、４４によって吸気バルブ４１の開タイミングを遅角させると同時に排気バルブ４２の閉タイミングを進角させてもよい。
【００１９】
このようにバルブタイミングを制御することで、排気バルブ４２が閉じてから吸気バルブ４１が開くまでの時間である負のバルブオーバーラップ時間（ｔ_A、ｔ_B）を長くすることができる（通常は、排気バルブ４２が開いている間に吸気バルブ４１が開くため、両者が同時に開いている期間があり、これをバルブオーバーラップ時間［正の値をとる］と称している）。
【００２０】
排気バルブ４２を早く閉じると、筒内ガス全てを排出しきれず、排気バルブ４２を閉じた後、ピストン１１がＴＤＣ（上死点）に達するまでの間、残存している筒内ガスを圧縮するための仕事量が増大する。この仕事量増加により内燃機関１を早期に停止させることが可能となる。また、排気管３０を経て排気浄化装置３１へと送られるガス量が減少するため、触媒の過剰な冷却を抑制することができ、その保温性が向上する。一方、吸気バルブ４１を遅く開くと、ピストン１１のＴＤＣから吸気バルブ４１が開くまでの間、燃焼室１２を密閉した状態でピストン１１により筒内ガスを膨張させる必要があるため、ポンプ仕事の仕事量が増大する。この仕事量増加により内燃機関１を早期に停止させることが可能となる。また、吸気量を減らすことで結果的に、排気管３０を経て排気浄化装置３１へと送られるガス量をも減少させることができ、触媒の過剰な冷却を抑制し、その保温性が向上する。両者を組み合わせると、内燃機関１の早期停止と排気浄化装置の保温効果をより高めることが可能となるが、吸気バルブ４１、排気バルブ４２の双方に可変バルブタイミング手段４３、４４を設けることは装置構成を複雑化させ、製品コストも増加することから、いずれか一方のみを設けてもよい。このようにしてステップＳ５で、内燃機関１を停止させた後、前述したフラグFlagESに１をセットして処理を終了する。
【００２１】
一方、ステップＳ２でＩＳ条件が不成立と判定した場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。この場合には、内燃機関１はそのまま作動し続けることになる。
【００２２】
ステップＳ１でFlagESが１と判定された場合、つまり、現在ＩＳ状態で内燃機関１を自動停止させていると判定した場合には、ステップＳ１１に移行して発進条件が成立しているか否かを判定する。この発進条件とは、例えば、運転者がアクセルペダル５０を所定角度以上に踏み込む操作を行ったことがアクセル開度センサ５１により検出された場合に満たされる。発進条件が満たされていない場合には、その後の処理をスキップして処理を終了する。この場合には、ＩＳ状態、つまり、内燃機関１の自動停止状態が継続することになる。
【００２３】
ステップＳ１１で発進条件が満たされたと判定された場合には、ステップＳ１２へと移行して機関再始動処理を行う。ここでは、始動モータ７０をクランク軸１５に接続して始動モータ７０の駆動力によってクランク軸１５を回転させ、スロットルモータ２３により電磁スロットル弁２４を開いて、開かれた吸気バルブ４１から燃焼室１３へと空気を導入し（吸気行程）、その後吸気バルブ４１を閉じて、導入した空気を圧縮し（圧縮工程）、燃料インジェクタ１７から燃料を噴射して混合気を形成し、ピストン１１のＴＤＣ付近で点火プラグ１６により混合気に着火させて燃焼させ、その燃焼ガスの膨張によってピストン１１を駆動し（膨張行程）、コンロッド１４を介してクランク軸１５を駆動させる。燃焼ガスは開かれた排気バルブ４２を介して排気管３０へと送られ、排気浄化装置３１によって処理される。内燃機関１の始動が成功したら、始動モータ７０をクランク軸１５から切り離す。始動の成功・不成功はクランク角度センサ４７の出力から判定可能である。燃料インジェクタ１７からの燃料噴射量、始動時の吸気バルブ４１、排気バルブ４２の可変バルブタイミング手段４３、４４によるバルブリフトタイミングは、アクセル開度や吸気温センサ２２で検出した吸気温、吸気圧センサ２６で測定した吸気圧、Ａ／Ｆセンサ３２とＣＯセンサ３３によって測定したＡ／Ｆ値等によって補正される。
【００２４】
内燃機関１の再始動に成功したら、ステップＳ１３に移行してFlagESに０をセットして処理を終了する。この再始動は自動的かつ短時間で行うことができるため、発進性を損なうことがない。このような制御により、停車中の機関アイドリング時に内燃機関１を速やかに停止させ、発進時には速やかに再始動を行えるので、排出ガス量を抑制し、燃費が向上する。また、機関停止時に排気浄化装置３１に送られるガス量を減らすことができるため、触媒の保温性を維持できる。
【００２５】
以上説明した処理フローは例示であって、本発明の内燃機関の制御装置における制御はこの処理フローに限定されるものではなく、内燃機関１をアイドリングストップさせる際に、可変バルブタイミング手段によりバルブリフトタイミングを制御して負のオーバーラップ時間を長くしてエンジンを早期に停止させる形態であれば各種の処理形態が採用できる。例えば、ステップＳ３とステップＳ４の順序は変更可能である。
【００２６】
ここではエンジンＥＣＵ６０により内燃機関１の制御を行う実施形態を説明してきたが、可変バルブタイミング手段４３、４４の制御用に専用のＥＣＵを設け、これとエンジン制御用のＥＣＵとを協働させてもよい。あるいは、車両制御用のＥＣＵが内燃機関１の制御も行うようにしてもよい。
【００２７】
以上の説明では、筒内噴射式のガソリンエンジンの場合を例に説明してきたが、ディーゼルエンジンあるいは吸気管内に燃料を噴射するタイプのガソリンエンジンに対しても本発明は適用可能である。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、停車中かつ機関アイドリング時に自動的に内燃機関を停止させる際に、吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブリフトタイミングを可変バルブタイミング手段により変更することで、負のオーバーラップ時間を長くする、つまり、両バルブが閉じている時間を長くすることにより膨張あるいは排気行程中のピストンの仕事量を増大させて内燃機関を早期に停止させる。また、排気量を減らすことができるので、排気浄化装置の冷却を抑制し、その保温性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る制御装置を搭載した内燃機関の概略構成図である。
【図２】可変バルブタイミング手段によるバルブリフトタイミングの変更を説明する図である。
【図３】図１の装置におけるアイドリング停止・再始動制御の処理を示すフローチャートである。
【図４】図３の処理時のバルブリフトタイミングの一例を説明する図である。
【図５】図３の処理時のバルブリフトタイミングの別の例を説明する図である。
【図６】図３の処理時のバルブリフトタイミングのさらに別の例を説明する図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、１０…シリンダ、１１…ピストン、１２…シリンダヘッド、１３…燃焼室、１４…コンロッド、１５…クランク軸、１６…点火プラグ、１７…燃料インジェクタ、２０…吸気管、２１…エアフィルター、２２…吸気温センサ、２３…スロットルモータ、２４…電磁スロットル弁、２５…スロットル開度センサ、２６…吸気圧センサ、３０…排気管、３１…排気浄化装置、３２…Ａ／Ｆセンサ、３３…ＣＯセンサ、３４…触媒温度センサ、４１…吸気バルブ、４２…排気バルブ、４３、４４…可変バルブタイミング手段、４５…冷却水温センサ、４６…クランク角度センサ、５０…アクセルペダル、５１…アクセル開度センサ、５２…車速センサ、６０…エンジンＥＣＵ、７０…始動モータ。

Claims

車両が停止状態でかつ、所定の条件が成立した場合に内燃機関を自動的に停止させ、発進条件が成立した場合に自動的に内燃機関を再始動させる制御を行う内燃機関の制御装置において、
前記内燃機関は、機関排気系に排気浄化触媒と、吸気バルブまたは排気バルブの少なくともいずれか一方の開閉タイミングを変更可能な可変バルブタイミング手段とをさらに備えており、内燃機関の自動停止時に、燃料供給を停止して前記可変バルブタイミング手段を操作することにより、排気バルブが閉じてから吸気バルブが開くまでのタイミングを通常より長くなるよう制御することにより、前記内燃機関の自動停止時に前記排気浄化触媒へ流入する排気ガス量を低減する内燃機関の制御装置。
内燃機関の自動停止時には、前記可変バルブタイミング手段により吸気バルブを通常よりも遅く開く制御を行う請求項１記載の内燃機関の制御装置。
内燃機関の自動停止時には、前記可変バルブタイミング手段により排気バルブを通常よりも早く閉じる制御を行う請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。