JP4645482B2 - 内燃機関の自動停止装置 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関の自動停止装置に関する。
燃費向上のために車両の停止時に運転者の操作によらず内燃機関を停止させる技術が知られている。また、ハイブリッド車においては、内燃機関を停止させつつモータにより走行することができる。
ところで、内燃機関は低温時に始動性が悪化する。そのため、内燃機関の暖機が完了する前に該内燃機関を自動停止させると、該内燃機関の再始動時が困難となるおそれがある。
これに対し、内燃機関の自動停止を行なう車両において、冷却水の温度が所定値以下の場合には自動停止を禁止して次回の機関始動時に始動性を向上させる技術が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
しかし、燃料の性状が異なると、該燃料の蒸発温度または着火温度等が変わるため燃料の着火のし易さが変わることがある。そして、これらが変わると内燃機関の始動性が変わることになる。例えば、内燃機関の低温始動時には、機関始動可能な冷却水温度の下限値が燃料の性状により変わる。そのため、ある燃料では良好に始動できる状態であっても、他の燃料では始動が困難となることがある。
また、例えばアルコールの着火性はガソリンの着火性よりも劣るため、アルコールとガソリンとを混合した燃料を用いる場合には、ガソリンのみを燃料としても用いる場合と比較して、機関自動停止後の始動性が劣る。
特開昭58−18535号公報
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、内燃機関の自動停止装置において、機関自動停止後の始動性を向上させることができる技術を提供することを目的とする。
上記課題を達成するために本発明による内燃機関の自動停止装置は、以下の手段を採用した。すなわち、本発明による内燃機関の自動停止装置は、
内燃機関を自動的に停止させるための条件が成立したときに、該内燃機関を停止させる内燃機関の自動停止装置において、
前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、
前記内燃機関の温度を検出する機関温度検出手段と、
前記機関温度検出手段により検出される温度が閾値以下の場合には前記内燃機関の自動停止を禁止する自動停止禁止手段と、
前記燃料性状検出手段により検出される燃料の性状に基づいて前記閾値を設定する閾値設定手段と、
を具備することを特徴とする。
燃料性状検出手段は、例えば複数種類の燃料の混合割合、混合燃料中の特定の燃料の濃
度、または燃料の種類等を検出する。また、これらの値から内燃機関の始動のし易さを検出してもよい。
自動停止禁止手段は、内燃機関を再始動させることが始動が困難となるおそれがあるときには、該内燃機関の自動停止を禁止する。また、内燃機関の自動停止を行なった場合に、燃料の性状に起因した問題が発生する場合に内燃機関の自動停止を禁止してもよい。内燃機関を自動停止させるか否かは、機関温度検出手段により検出される機関温度が閾値よりも大きいか否かにより判断される。すなわち、機関温度が閾値よりも大きければ自動停止され、閾値以下の場合には自動停止が禁止される。ここで、燃料の性状が異なると、内燃機関の始動性が変わることがある。そのため、自動停止禁止手段は、燃料性状検出手段より検出される燃料の性状に基づいて閾値を設定する。
そして、低温で始動性が悪くなる燃料性状であるほど、閾値はより高くされる。これにより、燃料性状が低温で始動性が悪くなる性質であるほど、機関温度がより高温でなければ自動停止されない。すなわち、燃料性状が低温で始動性が悪くなる性質であるほど、自動停止可能な機関温度がより高くなる。そのため、次回の始動時において燃料性状に応じた機関温度を得ることができる。
ここで、閾値は、内燃機関の始動性が悪化する機関温度の上限値とすることができる。また、機関温度は、燃料の着火性に影響を与える部材または部分の温度としてもよい。
なお、自動停止とは、車両の運転者の意思によらずに内燃機関を停止させるものであり、例えば車両が停車したとき、またはハイブリッド車における低速走行時に内燃機関が自動的に停止されることをいう。
本発明においては、前記内燃機関は、少なくともアルコールを含む複数の燃料を混合して用い、
前記燃料性状検出手段は、前記内燃機関に供給される燃料中のアルコールの濃度を検出し、
前記閾値設定手段は、前記アルコール濃度検出手段により検出されるアルコールの濃度が高いほど、前記閾値を高くすることができる。
アルコールはガソリン等と比較して気化潜熱が高いため蒸発し難く、一般に、低温時の着火性が劣る。そのため、アルコール濃度が高いほど、機関温度がより高い温度で再始動させるように閾値を設定する。
本発明においては、前記内燃機関が自動停止された後において前記機関温度検出手段により検出される温度が第2閾値以下となった場合に内燃機関を始動させる機関自動始動手段と、
前記燃料性状検出手段により検出される燃料の性状に基づいて前記第2閾値を設定する第2閾値設定手段と、
を具備することができる。
ここで、内燃機関が停止されると機関温度が低下する。そして、自動停止されるときには機関温度が閾値より高くても、機関停止中の機関温度低下により再始動が困難となるおそれがある。そのため、機関温度が第2閾値以下となった場合には内燃機関を始動させる。すなわち、内燃機関の始動が困難となる前に自動的に内燃機関を始動させる。これにより、内燃機関の始動性が良好なときに自動始動させることができる。
本発明においては、前記内燃機関は、少なくともアルコールを含む複数の燃料を混合し
て用い、
前記燃料性状検出手段は、前記内燃機関に供給される燃料中のアルコールの濃度を検出し、
前記第2閾値設定手段は、前記アルコール濃度検出手段により検出されるアルコールの濃度が高いほど、前記第2閾値を高くすることができる。
つまり、アルコール濃度が高いほど始動性が劣るため、より高い温度で再始動させるように第2閾値を設定する。
本発明においては、前記機関温度検出手段は、内燃機関の冷却水温度および/または内燃機関の潤滑油温度を検出することができる。
内燃機関の冷却水温度が低いほど気筒内の温度が低くなるので、燃料の着火性が低下する。すなわち、内燃機関の冷却水温度により内燃機関の始動性が変わるため、該冷却水温度に応じて内燃機関を自動停止させるか否か判断すれば、内燃機関の始動性を向上させることができる。
また、内燃機関の潤滑油温度が低いときに内燃機関を停止させると、燃料の燃焼により発生した水や燃料自体が潤滑油に混じり合ったまま該内燃機関が停止されることになる。これが繰り返されると、潤滑油の潤滑性能が低下する。しかし、内燃機関の潤滑油温度が高くなれば潤滑油中の水や燃料は蒸発されて除去される。すなわち、内燃機関の潤滑油温度により潤滑油中の水または燃料の量が変わるため、該潤滑油温度に応じて内燃機関を自動停止させるか否か判断すれば、潤滑油中の水または燃料の量を低減させることができる。これにより、潤滑油の潤滑性能を維持することができるので、内燃機関の耐久性を向上させることができる。
本発明においては、前記内燃機関の潤滑油温度が閾値よりも高くなってからの経過時間が所定時間以下の場合に、前記自動停止禁止手段は内燃機関の自動停止を禁止することができる。
つまり、潤滑油の温度が閾値よりも高くなったとしても、直ぐには水や燃料が蒸発しないので、これらが蒸発し得る時間を所定時間として設定しておく。これにより、潤滑油中の水や燃料が蒸発するまでは、潤滑油の温度が例え閾値よりも高くなったとしても内燃機関が停止されないので、水や燃料の蒸発を促進させることができる。
本発明によれば、機関自動停止後の始動性を向上させることができる。
以下、本発明に係る内燃機関の自動停止装置の具体的な実施態様について図面に基づいて説明する。
図1は、本実施例に係る内燃機関の自動停止装置を適用する内燃機関1、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。図1に示す内燃機関1は、水冷式の4サイクルエンジンである。内燃機関1は、ガソリンおよびアルコールを任意の割合で混合した混合燃料を用いることができる。
内燃機関1には、燃焼室2へ通じる吸気通路3が接続されている。この吸気通路3の途中には、内燃機関1の吸入空気量を測定するエアフローメータ4が取り付けられている。
また、エアフローメータ4よりも内燃機関1側の吸気通路3には、スロットル5が設けられている。このスロットル5には、該スロットル5の開度に応じた信号を出力するスロットル開度センサ51が取り付けられている。このスロットル開度センサ51の出力信号により内燃機関1の負荷を検出することができる。そして、エアフローメータ4またはスロットル開度センサ51の出力信号に基づいて内燃機関1に供給する燃料量が算出される。
スロットル5よりも内燃機関1側の吸気通路3には、該吸気通路3内に燃料を噴射する燃料噴射弁6が取り付けられている。燃料噴射弁6には、燃料供給管61が接続され該燃料供給管61内には燃料が流れている。また、燃料供給管61には、該燃料供給管61内を流れる燃料のアルコール濃度を検出するアルコール濃度センサ62が取り付けられている。なお、本実施例ではアルコール濃度センサ62が、本発明における燃料性状検出手段に相当する。
一方、内燃機関1には、燃焼室2へ通じる排気通路7が接続されている。排気通路7の途中には、該排気通路7を流通する排気の空燃比に対応した電気信号を出力する空燃比センサ9が取り付けられている。
また、内燃機関1には、該内燃機関の冷却水温度を検出する冷却水温度センサ12、及び該内燃機関1の潤滑油温度を検出する潤滑油温度センサ13が取り付けられている。なお、本実施例では冷却水温度センサ12および/または潤滑油温度センサ13が、本発明における機関温度検出手段に相当する。
次に、図2は、本実施例によるハイブリッドシステムの概略構成図である。本実施例によるハイブリッド車は、内燃機関1、動力分割機構31、電動モータ32、発電機33、バッテリ34、インバータ35、車軸36、減速機37、車輪38を備えて構成されている。
動力分割機構31は、内燃機関1からの出力を発電機33や車軸36に振り分けている。この動力分割機構31は、電動モータ32からの出力を車軸36に伝達する機能をも有する。電動モータ32は、減速機37を介して車軸36と比例した回転数にて回転する。該電動モータ32は、通常運転時には必要に応じて内燃機関1の出力を補助することもできる。また、電動モータ32及び発電機33には、インバータ35を介してバッテリ34が接続されている。そして、発電機33は、内燃機関1からの動力を得て発電しバッテリ34の充電を行う。
このように構成されたハイブリッドシステムでは、内燃機関1の出力若しくは電動モータ32の出力により車軸36を回転させ、車輪38が駆動される。また、内燃機関1の出力と電動モータ32の出力とを合わせて車軸36を回転させ、車輪38を駆動することもできる。
以上述べたように構成された内燃機関1には、該内燃機関1を制御するための電子制御ユニットであるECU10が併設されている。このECU10は、内燃機関1の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関1の運転状態を制御する。ECU10には前記センサの他、機関回転数に応じた信号を出力するクランクポジションセンサ11が電気配線を介して接続され、これらセンサの出力信号が入力されるようになっている。一方、ECU10には、燃料噴射弁6が電気配線を介して接続され、この燃料噴射弁6はECU10により制御される。
そして、本実施例では、車両の低速走行時であって所定の条件を満たす場合、および車両の停止時であって所定の条件を満たす場合に、運転者の意思によらずECU10が内燃
機関1を停止させる。なお、車両の低速走行時には、内燃機関1の変わりに電動モータ32により車輪38を駆動させる。
ここで、本実施例においては、混合燃料中のアルコール濃度に基づいて、内燃機関1の自動停止を行なうか否か判断する。すなわち、混合燃料中のアルコール濃度が高いほど燃料の着火性が低下するので、内燃機関1の始動性が低下する。そのため、内燃機関1の自動停止を行なった場合にアルコール濃度によっては内燃機関1が始動し難くなる。そこで、内燃機関1の始動が良好に行なうことができる条件が整うまでは、内燃機関1の自動停止を禁止する。
内燃機関1の始動が良好に行なわれる条件とは、例えば内燃機関1の冷却水温度がある値以上の場合とすることができる。このある値は、アルコール濃度と関連付けて予め実験等により求めておくことができる。また、内燃機関1の暖機が完了したときに内燃機関1の始動を良好に行なうことができるとして自動停止の条件が整ったとしてもよい。
ところで、アルコールを燃焼させると水が発生する。この水の一部はシリンダ壁面に付着して、潤滑油と混ざり合う。また、アルコールの一部がシリンダ壁面に付着して、潤滑油と混ざり合う。ここで、潤滑油の温度が高ければ潤滑油中の水およびアルコールは蒸発する。しかし、潤滑油の温度が低い状態で内燃機関1が自動停止されると、潤滑油中に水やアルコールが残留して次回の機関始動時に内燃機関1の潤滑が不十分になるおそれがある。そのため、内燃機関1の潤滑油と混ざり合った水やアルコールが蒸発するまでは、内燃機関1の自動停止を禁止する。
そして、本実施例では、潤滑油と混ざり合った水およびアルコールは、潤滑油の温度が所定温度以上の状態が所定時間以上継続した後に蒸発するとしている。この所定温度及び所定時間は、アルコール濃度と関連付けて予め実験等により求めておく。
次に、本実施例に係る内燃機関1の自動停止判定のフローについて説明する。図3は、本実施例に係る内燃機関1の自動停止判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。
ステップS101では、内燃機関1の自動停止要求がなされているか否か判定される。自動停止要求は、車両の速度が遅くなったために電動モータ32により走行させたほうが燃費が向上する場合や、車両が停止した場合になされる。ステップS101で肯定判定がなされた場合にはステップS102へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップ109へ進む。
ステップS102では、アルコール濃度が読み込まれる。本ステップでは、燃料のアルコール濃度がアルコール濃度センサ62により検出され、その値がECU10に記憶される。なお、アルコール濃度センサ62を用いずに、空燃比センサ9により検出される空燃比に基づいた燃料供給量のフィードバック制御時のフィードバック値からアルコール濃度を推定してもよい。
ステップS103では、アルコール濃度に基づいて、内燃機関1を停止する条件となる自動停止許可冷却水温度及び自動停止許可潤滑油温度が決定される。自動停止許可冷却水温度は、内燃機関の始動性が良好となる冷却水温度の閾値として設定される値である。また、自動停止許可潤滑油温度は、水やアルコールが蒸発する潤滑油温度の閾値として設定される値である。そして、内燃機関1の冷却水温度が自動停止許可冷却水温度よりも高く、且つ内燃機関1の潤滑油温度が自動停止許可潤滑油温度よりも高くなければ内燃機関1の自動停止は行なわれない。
図4は、燃料中のアルコール濃度と自動停止許可冷却水温度との関係を示した図である。アルコール濃度が高くなるほど燃料の着火性が低下するので、自動停止許可冷却水温度が高くなる。この関係は予め実験等により求めてマップ化しておく。また、燃料中のアルコール濃度と自動停止許可潤滑油温度との関係も同様にして求めてマップ化しておく。なお、本実施例ではステップS103の処理を実行するECU10が、本発明における閾値設定手段に相当する。
ステップS104では、アルコール濃度に基づいて、内燃機関1を停止する条件となる内燃機関1の自動停止許可運転時間が決定される。この自動停止許可運転時間は、内燃機関1の潤滑油温度が自動停止許可潤滑油温度よりも高くなってからの経過時間である。自動停止許可運転時間は、潤滑油に混ざった水や燃料がほとんど蒸発するのに要する時間の閾値として設定される。内燃機関1の潤滑油温度が自動停止許可潤滑油温度よりも高くなってからの経過時間が、自動停止許可運転時間よりも長くなっていれば潤滑油中の水やアルコールが蒸発したとされる。
図5は、燃料中のアルコール濃度と自動停止許可運転時間との関係を示した図である。アルコール濃度が高いほど水の発生量が多くなるので、自動停止許可運転時間も長くなる。この関係は予め実験等により求めてマップ化しておく。
ステップS105では、内燃機関1の冷却水温度が自動停止許可冷却水温度よりも高く且つ内燃機関1の潤滑油温度が自動停止許可潤滑油温度よりも高いか否か判定される。すなわち、内燃機関1の自動停止の条件の一部が整っているか否か判定される。ステップS105で肯定判定がなされた場合にはステップS106へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップS109へ進む。
ステップS106では、内燃機関1の潤滑油温度が自動停止許可潤滑油温度よりも高くなってからの経過時間が、自動停止許可運転時間よりも長いか否か判定される。すなわち、潤滑油中の水やアルコールが蒸発しているか否か判定される。ステップS106で肯定判定がなされた場合にはステップS107へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップS109へ進む。
ステップS107では、内燃機関1の自動停止の他の条件が成立しているか否か判定される。内燃機関1の自動停止の他の条件とは、排気浄化触媒の温度が活性温度に達している、またはバッテリ34の充電量が内燃機関1の再始動に必要となる量以上である等を例示することができる。ステップS107で肯定判定がなされた場合にはステップS108へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップS109へ進む。
ステップS108では、内燃機関1の自動停止フラグがONとされる。内燃機関1の自動停止フラグは、内燃機関1の自動停止を行なう条件が整っているときにONとされ、整っていないときにOFFとされるフラグである。ECU10は、内燃機関1の自動停止フラグがONとなっているときに内燃機関1を自動停止させる。
ステップS109では、内燃機関1の自動停止フラグがOFFとされる。これにより、内燃機関1の自動停止が禁止される。なお、本実施例ではステップS105およびS109の処理を実行するECU10が、本発明における自動停止禁止手段に相当する。
このようにして、燃料中のアルコール濃度に基づいて適正な自動停止条件を設定することができる。これにより、自動停止後の再始動性を向上させることができる。さらに、可及的に内燃機関1を自動停止させることができるので、燃費向上させることができる。ま
た、潤滑油に混ざった水やアルコールを蒸発させることができるので、内燃機関1の潤滑が良好となり、該内燃機関1の耐久性を向上させることができる。
また、給油により混合燃料中のアルコール濃度が変わった場合でも、その都度、アルコール濃度に応じた自動停止条件を設定することができる。なお、他の種類の燃料を混合する場合でも、同様にして自動停止条件を設定することができる。他の種類の燃料の混合割合は、例えば所定条件のときの機関回転数の上昇度合いから求めることができる。
実施例1では、内燃機関の自動停止の条件について説明したが、本実施例では、内燃機関1の自動始動の条件について説明する。その他のハードウェア等は実施例1と同様なので説明を省略する。自動始動では、内燃機関1の始動の条件が整ったときに運転者の意思によらずに内燃機関1が始動される。
ここで、内燃機関1が自動停止されると、冷却水の温度が低下する。このまま前記自動停止許可冷却水温度よりも低下すると、次回の機関始動時に始動性が悪化する。そこで本実施例では、内燃機関1の自動停止後に始動性が悪化するまで冷却水温度が低下する前に、運転者の意思によらず自動的に該内燃機関1を始動させる。
なお、内燃機関1を自動的に始動させる条件となる冷却水温度は、前記自動停止許可冷却水温度よりも低くする。これにより、内燃機関1の始動及び停止が短い期間で繰り返し行われることを抑制できる。
図6は、本実施例に係る内燃機関1の自動始動判定のフローを示したフローチャートである。本ルーチンは、所定の時間毎に繰り返し実行される。なお、図3に示したフローと同じ処理がなされるステップについては同じ番号を付して説明を省略する。
ステップS201では、アルコール濃度に基づいて、内燃機関1を始動する条件となる自動始動許可冷却水温度が決定される。自動始動許可冷却水温度は、内燃機関の始動性が悪化する冷却水温度の閾値として設定される値である。内燃機関1の冷却水温度が自動始動許可冷却水温度よりも低くなった場合に内燃機関1の自動始動が行なわれる。
ここで、燃料中のアルコール濃度と自動始動許可冷却水温度との関係は予め実験等により求めてマップ化しておく。なお、本実施例ではステップS201の処理を実行するECU10が、本発明における第2閾値設定手段に相当する。
ステップS202では、内燃機関1の冷却水温度が自動始動許可冷却水温度よりも低いか否か判定される。すなわち、内燃機関1の自動始動の条件が整っているか否か判定される。ステップS202で肯定判定がなされた場合にはステップS203へ進み、一方否定判定がなされた場合にはステップS204へ進む。
ステップS203では、内燃機関1の自動始動フラグがONとされる。内燃機関1の自動始動フラグは、内燃機関1の自動始動を行なう条件が整っているときにONとされ、整っていないときにOFFとされるフラグである。ECU10は、内燃機関1の自動始動フラグがONとなっているときに内燃機関1を自動始動させる。なお、本実施例では自動始動フラグがONとなっているときに内燃機関1を始動させるECU10が、本発明における機関自動始動手段に相当する。
ステップS204では、内燃機関1の自動始動フラグがOFFとされる。つまり、内燃機関1の自動始動は行なわれない。
このようにして、燃料中のアルコール濃度に基づいて適正な自動始動条件を設定することができる。これにより、自動停止後の再始動性を向上させることができる。さらに、可及的に内燃機関1を自動停止させることができるので、燃費向上させることができる。
また、給油により混合燃料中のアルコール濃度が変わった場合でも、その都度、アルコール濃度に応じた自動始動条件を設定することができる。なお、他の種類の燃料を混合する場合でも、同様にして自動始動条件を設定することができる
実施例に係る内燃機関の自動停止装置を適用する内燃機関、並びにその吸気系および排気系の概略構成を示す図である。 実施例によるハイブリッドシステムの概略構成図である。 実施例1に係る内燃機関の自動停止判定のフローを示したフローチャートである。 燃料中のアルコール濃度と自動停止許可冷却水温度との関係を示した図である。 燃料中のアルコール濃度と自動停止許可運転時間との関係を示した図である。 実施例2に係る内燃機関の自動始動判定のフローを示したフローチャートである。
符号の説明
1 内燃機関
2 燃焼室
3 吸気通路
4 エアフローメータ
5 スロットル
6 燃料噴射弁
7 排気通路
9 空燃比センサ
10 ECU
11 クランクポジションセンサ
12 冷却水温度センサ
13 潤滑油温度センサ
31 動力分割機構
32 電動モータ
33 発電機
34 バッテリ
35 インバータ
36 車軸
37 減速機
38 車輪
51 スロットル開度センサ
61 燃料供給管
62 アルコール濃度センサ

Claims (4)

  1. 内燃機関を自動的に停止させるための条件が成立したときに、該内燃機関を停止させる内燃機関の自動停止装置において、
    前記内燃機関に供給される燃料の性状を検出する燃料性状検出手段と、
    前記内燃機関の潤滑油温度を検出する機関温度検出手段と、
    前記機関温度検出手段により検出される温度が閾値以下の場合には前記内燃機関の自動停止を禁止する自動停止禁止手段と、
    前記燃料性状検出手段により検出される燃料の性状に基づいて前記閾値を設定する閾値設定手段と、
    を具備し、
    記内燃機関の潤滑油温度が閾値よりも高くなってからの経過時間が、潤滑油に混ざった水または燃料が蒸発するのに要する時間以下の場合に、前記自動停止禁止手段は内燃機関の自動停止を禁止することを特徴とする内燃機関の自動停止装置。
  2. 前記内燃機関は、少なくともアルコールを含む複数の燃料を混合して用い、
    前記燃料性状検出手段は、前記内燃機関に供給される燃料中のアルコールの濃度を検出し、
    前記閾値設定手段は、前記アルコール濃度検出手段により検出されるアルコールの濃度が高いほど、前記閾値を高くすることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の自動停止装置。
  3. 前記機関温度検出手段は、さらに内燃機関の冷却水温度を検出し、
    前記内燃機関が自動停止された後において前記機関温度検出手段により検出される冷却水温度が第2閾値以下となった場合に内燃機関を始動させる機関自動始動手段と、
    前記燃料性状検出手段により検出される燃料の性状に基づいて前記第2閾値を設定する第2閾値設定手段と、
    を具備することを特徴とする請求項1に記載の内燃機関の自動停止装置。
  4. 前記内燃機関は、少なくともアルコールを含む複数の燃料を混合して用い、
    前記燃料性状検出手段は、前記内燃機関に供給される燃料中のアルコールの濃度を検出し、
    前記第2閾値設定手段は、前記アルコール濃度検出手段により検出されるアルコールの濃度が高いほど、前記第2閾値を高くすることを特徴とする請求項3に記載の内燃機関の自動停止装置。
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