JP4661827B2 - 車両用エンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後、所定の再始動条件が成立したときにエンジンを自動的に再始動させる車両用エンジンの制御装置に関し、特に、電動駆動装置を用いた車両用エンジンの制御装置に関する。

例えば、特許文献１、２に開示されているように、この種の車両用エンジンの制御装置において、所定のエンジン停止条件が成立したときにエンジンを自動停止し、該エンジンの自動停止後に所定の再始動条件が成立したときに、少なくともエンジン停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒で混合気を燃焼させてエンジンを再始動するものが知られている。ここで、自動停止／再始動制御を採用しているエンジンの制御システムにおいては、エンジンの自動再始動時に、エンジンをアシストする電動駆動装置としてのスタータを比較的頻繁に用いる必要がある。このため、特許文献１、２の構成では、メインバッテリとサブバッテリとを備えた２バッテリシステムを採用し、操縦者の操作（主としてイグニションスイッチの操作）に基づく通常始動と、制御に基づく自動再始動とで、始動時に電力を供給するバッテリを切り換えることにより、給電能力の向上を図っている。
特許第３８１２４５９号公報 特開２００５−３６７９５号公報

ところで、エンジンの自動再始動時にスタータを駆動する必要がある場合には、ピストン停止位置が所定の適正範囲から外れている場合が主として考えられるが、その中でも、停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒が上死点近傍に留まっている場合には、停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒が圧縮上死点を通過するまでに相当の時間がかかるため、再始動時の機動性を充分に高めることができなかった。このため、スタータの負荷が大きくなり、また、操縦者に違和感を与える等の不具合があった。

本発明は、上述した不具合に鑑みてなされたものであり、電動駆動装置を併用してエンジンを再始動する際に、ピストン停止位置に拘わらずエンジンの始動性を高めることを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立した際に自動停止後のエンジンを自動的に再始動する車両用エンジンの制御装置において、前記エンジンが自動停止しているときのピストン停止位置を判定するピストン位置判定部と、停止中のエンジンを始動アシスト可能な電動駆動装置と、前記ピストン位置判定部の判定に基づく所定のアシスト条件が、前記再始動条件の成立時に成立した場合に前記電動駆動装置を駆動する電動駆動装置制御部と、前記車両の電気負荷に給電する第１のバッテリと、前記電動駆動装置に給電する第２のバッテリと、前記第１、第２のバッテリと前記電動駆動装置との回路接続を切り換えることにより、前記第２のバッテリのみから前記電動駆動装置に給電する通常給電モードと、前記第２のバッテリとともに前記第１のバッテリからも前記電動駆動装置に給電する促進給電モードとに切り換える切換手段とを備え、前記切換手段は、前記アシスト条件の成立時において、停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒のピストンが上死点近傍に停止していたと前記ピストン位置判定部が判定した場合には、前記給電モードを促進給電モードに切り換えるものであることを特徴とする車両用エンジンの制御装置である。この態様では、アシスト条件が成立し、自動再始動時に電動駆動装置の作動が必要な運転状況において、停止時膨張行程気筒のピストンが上死点近傍（例えば、上死点通過後±３０°ＣＡ）にある場合には、給電モードが促進給電モードに切り換えられることにより、電動駆動装置は、第１、第２のバッテリ双方から給電されることになる。この結果、下死点近傍にあった停止時圧縮行程気筒が速やかに上死点に駆動されるので、停止時膨張行程気筒での燃焼から、次の燃焼サイクルを迎える停止時圧縮行程気筒での燃焼までの期間を短縮化し、自動再始動によるエンジンのトルクを急速に高めて、機動性の高い再始動特性を得ることが可能になる。

好ましい態様において、路面勾配に関する値を検出する路面勾配検出手段と、前記路面勾配検出手段の検出に基づき、且つ前記第１のバッテリにからの給電によって車両の移動を制動する制動力を保持する制動力保持手段とをさらに備え、前記切換手段は、前記アシスト条件の成立時において、前記停止時膨張行程気筒のピストンが上死点近傍に停止していたと前記ピストン位置判定部が判定した場合において、前記制動力保持手段が作動しているときは、前記制動力保持手段に対して前記第１のバッテリからの給電を維持するように前記促進給電モードへの切換を中止するものである。この態様では、路面が所定の平坦レベルから外れて傾斜している場合には、制動力保持手段に対する第１のバッテリからの給電が優先されるので、自動再始動時に車両が路面の勾配によって不随意に動き出すのを防止することができる。

好ましい態様において、前記再始動条件が成立した場合において前記停止時膨張行程気筒が所定の適正範囲にあると前記ピストン位置判定部が判定したときには、エンジン停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒の混合気を燃焼させて前記エンジンを一旦逆転させ、その後、前記停止時膨張行程気筒で混合気を燃焼させて前記エンジンを再始動する燃焼制御部を備え、前記切換手段は、前記燃焼制御部がエンジンを一旦逆転させた後、自動再始動する際には、給電モードを通常給電モードに切り換えるものである。この態様では、燃焼により自動再始動する際、再始動時間を短縮することができる。また、自動再始動時には、給電モードが通常給電モードに設定されることから、車両の給電要部への電力が不足するおそれがない。

好ましい態様において、前記切換手段は、エンジンのイグニションキーの接続時にも給電モードを促進給電モードに切り換えるものである。この態様では、操縦者の操作に基づいてエンジンを始動する際にも、始動性を向上することができる。

以上説明したように本発明は、エンジンの始動時に、第１のバッテリからの給電によって始動性を高めることができるので、電動駆動装置を併用してエンジンを再始動する際に、ピストン停止位置に拘わらずエンジンの始動性を高めることができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１および図２は本発明に係る車両用エンジン１の概略構成を示す。

各図に示すエンジン１は、４サイクル火花点火式ガソリンエンジンであって、４つの気筒１２Ａ〜１２Ｄ（図２参照）が設けられている。また、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、図略のコネクティングロッドによってクランクシャフト３に連結されたピストン１３が嵌挿されることにより、当該ピストン１３の上方に燃焼室１４が形成されている。各気筒１２Ａ〜１２Ｄに設けられたピストン１３は、所定の位相差をもってクランクシャフト３の回転に伴い上下運動を行うように構成されている。

一般的に、多気筒４サイクルエンジンにおいては、各気筒が所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張、排気の各行程からなる燃焼サイクルを行うようになっている。本実施形態の４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒１２Ａ、２番気筒１２Ｂ、３番気筒１２Ｃ、４番気筒１２Ｄと呼ぶと、１番気筒（＃１）、３番気筒（＃３）、４番気筒（＃４）、２番気筒（＃２）の順にクランク角で１８０度ずつの位相差をもって燃焼が行われるようになっている。さらに本実施形態では、エンジンの自動停止中に圧縮行程にあった気筒を停止時圧縮行程気筒、膨脹行程にあった気筒を停止時膨脹行程気筒と称する（同様に吸気行程にあった気筒を停止時吸気行程気筒、排気行程にあった気筒を停止時排気行程気筒と称する）。

シリンダヘッド１０には、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の頂部に配置され、プラグ先端が燃焼室１４内に臨むように点火プラグ１５が設けられている。また、シリンダヘッド１０には、燃焼室１４の側方から内部に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１６が設けられている。この燃料噴射弁１６は、図外のニードル弁およびソレノイドを内蔵し、エンジン制御ユニット１００の燃焼制御部１０１（図５参照）から入力されたパルス信号のパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を上記点火プラグ１５の電極付近に向けて噴射するように構成されている。

また、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの上部には、燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７および排気ポート１８が設けられている。そして、これらのポート１７、１８と燃焼室１４との連結部分には、吸気バルブ１９および排気バルブ２０がそれぞれ装備されている。この吸気ポート１７および排気ポート１８には、吸気通路２１および排気通路２２が接続されている。吸気ポート１７に近い吸気通路２１の下流側は、図２に示すように、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに対応して独立した分岐吸気通路２１ａに分岐しており、この各分岐吸気通路２１ａの上流端がそれぞれサージタンク２１ｂに連通している。このサージタンク２１ｂよりも上流側には共通吸気通路２１ｃが設けられている。この共通吸気通路２１ｃには、スロットルボディ２４が設けられている。スロットルボディ２４には、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに流入する空気量を調整可能なスロットル弁２４ａとこのスロットル弁２４ａを駆動するアクチュエータ２４ｂと、アイドリング回転速度制御装置（ＩＳＣ：Idling Speed Control device）２４ｃとが設けられている。図示の実施形態において、ＩＳＣ２４ｃは、エンジン制御ユニット１００の燃焼制御部１０１（図５参照）によって開弁量を変更可能な電磁駆動式のものである。スロットル弁２４ａの上流側および下流側には、それぞれ吸気流量を検出するエアフローセンサ２５と、吸気圧力を検出する吸気圧センサ２６とが設置されている。

また、上記エンジン１には、図１に示すように、タイミングベルト等によりクランクシャフト３に連結されたオルタネータ２８が付設されている。このオルタネータ２８は、図略のフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路２８ａを内蔵し、このレギュレータ回路２８ａに入力されるエンジン制御ユニット１００（図５参照）からの制御信号に基づき、車両電気負荷８２（図３参照）および車載されたバッテリ８０（図３参照）の電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。

またエンジン１には、電動駆動装置としてのスタータ３６が設けられている。このスタータ３６は、モータ３６ａ（電気モータ）とピニオンギア３６ｄとを有し、エンジン１を駆動するものである。ピニオンギア３６ｄの回転軸は、モータ３６ａの出力軸と同軸で、その回転軸に沿って往復移動する。またクランクシャフト３には、図略のフライホイールと、このフライホイールに固定されたリングギア３５が、回転中心に対して同心に設けられている。そして、このスタータ３６を用いてエンジンを始動する場合には、ピニオンギア３６ｄが所定の噛合位置に移動して、リングギア３５に噛合することにより、クランクシャフト３が回転駆動されるようになっている。

スタータ３６によってエンジンを始動させる形態には２通りある。第１の形態は運転者がイグニションキースイッチ３８（図５参照）を回してスタータ３６を駆動させ、それによってエンジン１を始動させるものであり、キー始動と呼ばれるものである。第２の形態は、エンジンの自動停止後の再始動時に、エンジン制御ユニット１００のスタータ制御部１０３（図５参照）が自動的にスタータ３６を駆動させ、それによってエンジン１を始動させるものであり、自動再始動と呼ばれるものである。

またエンジン１には、クランクシャフト３の回転角を検出する２つのクランク角度センサ３０、３１が設けられている。一方のクランク角度センサ３０から出力される検出信号（パルス信号）に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが検出されるとともに、この両クランク角度センサ３０、３１から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト３の回転角度が検出されるようになっている。さらに、エンジン１には、吸気側カムシャフトの回転位置を検出するカム角度センサ３２と、冷却水温度を検出する水温センサ３３と、運転者のアクセル操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサ３４とが設けられている。

図３は本実施形態に係る車両に搭載された電力供給システムの概略構成図である。

図３を参照して、同電力供給システムは、第１のバッテリ８０ａと第２のバッテリ８０ｂ（総称するときはバッテリ８０という）とを備えている。

第１のバッテリ８０ａは車両電気負荷８２に常時接続され、これらに電力供給が可能である。車両電気負荷８２は第１負荷群８２ａ、第２負荷群８２ａ、第３負荷群８２ｃに大別される。

第１負荷群８２ａは、一般的な車両電気負荷のうち、スタータ３６のクランキング時に電源電圧が一次的に低下することが望ましくない電気負荷である。具体的には、エアバッグコントロールユニット、ＥＨＰＡＳ（電子油圧式パワーステアリング）コントロールユニット、ナビゲーションシステム、オーディオ、各種メータ類等が挙げられる。

第２負荷群８２ａは、一般的な車両電気負荷のうち、スタータ３６のクランキング時に電源電圧が一次的に低下してもあまり問題にならない電気負荷である。具体的には各種ライト、デフォッガ等が挙げられる。

第３負荷群８２ｃは、車両用エンジンの制御装置を搭載する当該車両特有の車両電気負荷である。具体的には坂道停車中に車両のずり下がりを防止するヒルホルダ１１０、電動パワーステアリングのモータ等が挙げられる。ヒルホルダ１１０は、エンジン自動停止中にパワーブレーキが作動しないことをカバーするものであり、電動パワーステアリングは、エンジン自動停止中にＥＨＰＡＳ（電子油圧式パワーステアリング）が作動しないことをカバーするものである。

第１のバッテリ８０ａは、パワーリレー８５を介してスタータ３６に接続されている。従って、パワーリレー８５が遮断しているときにはスタータ３６への電力供給がなされず、パワーリレー８５が接続しているときにはスタータ３６への電力供給が可能となる。さらに第１のバッテリ８０ａはオルタネータ２８に常時接続され、オルタネータ２８で発電された電気が第１のバッテリ８０ａに充電される。

第２のバッテリ８０ｂは、第１のバッテリ８０ａよりも少容量で、スタータ３６駆動専用のバッテリである。第２のバッテリ８０ｂはスタータ３６に常時接続され、電力供給が可能となっている。また第２のバッテリ８０ｂは、チャージリレー８７を介してオルタネータ２８と接続されている。これにより、チャージリレー８７が接続しているとき、オルタネータ２８で発電された電気が第２のバッテリ８０ｂに充電される。

キー始動時およびエンジン自動停止状態からクランキングによる再始動を行うとき、第２のバッテリ８０ｂからスタータ３６のモータ３６ａに電力が供給され、スタータ３６が駆動する。本実施形態においては、エンジン１のキー始動時には、パワーリレー８５が接続されて、第１、第２のバッテリ８０ａ、８０ｂの双方からスタータ３６が給電される促進給電モードが選択されるようになっている。

クランキング時、スタータ３６での消費電力は比較的大きいので、第２のバッテリ８０ｂの電源電圧が一時的に大きく低下する。しかし車両電気負荷８２は、第１のバッテリ８０ａからの電力供給を受けているので、第２のバッテリ８０ｂの電圧低下の影響を受けない。これは特に電源電圧の低下が望ましくない第１負荷群８２ａに対して効果的である。

なお、次に説明する図４に示すように、本実施形態に係るエンジン１は、自動変速機２とともにパワーユニットを構成しており、自動変速機２に設けられた差動装置２ａを介して車両の前駆動輪４、５を駆動するフロントエンジン／フロントドライブ（ＦＦ）車両を構成している。

図４は、図１の実施形態に係るヒルホルダ１１０の構成を概略的に示す構成図である。

図４を参照して、ヒルホルダ１１０は、車両に設けられたブレーキシステムによって具体化されている。このブレーキシステムは、運転者に操作されるブレーキペダル１１１と、このブレーキペダル１１１に入力された踏力を助勢するブレーキブースタ１１２と、ブレーキブースタ１１２に接続され、踏力に応じたブレーキ油圧を生成するマスタシリンダ１１３と、このマスタシリンダ１１３に接続される一対の油圧回路１１４、１１５とを備えている。各油圧回路１１４、１１５には、それぞれ電磁弁で構成されるヒルホールド制御弁１１６、１１７と、キャリパ１１８とが設けられている。ブレーキブースタ１１２に入力されたブレーキブースタ負圧は、ブースタ負圧センサ３９（図５参照）によって検出されるようになっている。

図示の実施形態におけるマスタシリンダ１１３は、吐出口を２つ有するタンデム型であり、油圧回路１１４、１１５は、クロス方式（Ｘ配管方式）である。すなわち、油圧回路１１４、１１５は、マスタシリンダ１１３の各吐出口からそれぞれ延びて途中で２つに分岐し、一方の油圧回路１１４が車両の右前駆動輪４と左後従動輪７に設けられたキャリパ１１８に接続され、他方の油圧回路１１５が車両の左前駆動輪５と右後従動輪６に設けられたキャリパ１１８に接続されている。なお、クロス方式に限らず、一方の油圧回路が左右の前輪に、他方の油圧回路が左右の後輪に接続される前後分割方式を採用してもよい。

各ヒルホールド制御弁１１６、１１７は、ＤＣソレノイドを用いたノーマルオープン型のＯＮ／ＯＦＦ電磁弁で構成されており、コイルに電流が流れていない遮断時には、油圧回路を開き、コイルに電流が流れている接続時には、油圧回路１１４、１１５を閉じるように構成されている。そして、ブレーキペダル１１１が踏み込まれ、各油圧回路１１４、１１５内の圧力が高まっている状態でこれらヒルホールド制御弁１１６、１１７が閉じると、ブレーキペダル１１１の踏み込み量に拘わらず各ヒルホールド制御弁１１６、１１７とキャリパ１１８間の油圧が維持され、キャリパ１１８による車輪４〜７のディスク挟圧力を保持して、車両の制動力を維持することができるようになっている。すなわち、これらヒルホールド制御弁１１６、１１７は、車両の移動を制動する制動力を保持する制動力保持手段を構成している。

各油圧回路１１４、１１５のキャリパ１１８とヒルホールド制御弁１１６、１１７間の油圧は、ブレーキ油圧センサ４０（図５参照）によって検出されるようになっている。

なお、ヒルホルダ１１０のさらに詳細な構成については、本件出願人らが先に提案している特願２００３−２５６６９（特開２００４−２３１１５５号公報）に詳細に開示しているものと同様であるので、残余の説明についてはこれを省略する。

図５は、本発明に係る車両のエンジン制御ユニット１００を中心とする制御ブロック図である。図５では、特に本実施形態の説明に必要な部分のみを抽出して示している。

エンジン制御ユニット１００には、上述した各種のセンサやスイッチ類、すなわちエアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、クランク角度センサ３０、３１、カム角度センサ３２、水温センサ３３、アクセル開度センサ３４、ＩＧキースイッチ３８、並びにブースタ負圧センサ３９等の入力要素からの信号が入力される。

またエンジン制御ユニット１００は、その制御対象である燃料噴射弁１６、スロットル弁２４ａ、点火装置２７、オルタネータ２８、スタータ３６、車両電気負荷８２、パワーリレー８５およびチャージリレー８７等の出力要素に対して制御信号を出力する。

エンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェースおよびこれらを接続するバスを有するマイクロプロセッサで構成されている。そしてエンジン制御ユニット１００は、燃焼制御部１０１、ピストン位置判定部１０２、スタータ制御部１０３、リレー制御部１０４、電気負荷制御部１０５、並びに自動停止制御部１０６を論理的に構成している。

燃焼制御部１０１は、エアフローセンサ２５、吸気圧センサ２６、クランク角度センサ３０、３１、カム角度センサ３２、水温センサ３３およびアクセル開度センサ３４からのセンサ信号に基づき、エンジン１の適正なスロットル開度（吸気量）、燃料噴射量とその噴射タイミング、および適正点火時期を設定し、その制御信号を燃料噴射弁１６、スロットル弁２４ａ（のアクチュエータ２４ｂ）、点火装置２７に出力する。本実施形態に係る燃焼制御部１０１は、エンジン１の自動停止後、所定の再始動条件が成立したときに、エンジン１を自動的に再始動させるように構成されている。本実施形態に係る再始動制御は、再始動条件が成立したときに、エンジン１の自動停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒１２Ｂ内での燃焼により自動的にエンジンを再始動させる燃焼再始動制御と、スタータ３６を併用するスタータ併用再始動制御と、スタータ３６のみにより強制的にエンジンを再始動させるスタータ始動制御とのいずれかの制御方法が選択され実行される。

ピストン位置判定部１０２は、クランク角度センサ３０、３１の信号に基づきピストン１３の位置を演算するものである。このピストン位置判定部１０２は、エンジン１が自動停止時しているときにおけるピストン１３の停止位置を判定するものでもある。

スタータ制御部１０３は、キー始動時およびエンジン自動停止制御における再始動においてスタータ３６の駆動が必要とされたときにスタータ３６に駆動信号を送りスタータ３６を駆動させる。

リレー制御部１０４は、図３に示すパワーリレー８５およびチャージリレー８７を必要に応じて接続遮断制御することにより、スタータ３６への給電やバッテリ８０の充電制御を司るものである。本実施形態においては、このリレー制御部１０４がパワーリレー８５の接続遮断状態を切り換えることにより、第２のバッテリ８０ｂのみからスタータ３６に給電する通常給電モードと、第２のバッテリ８０ｂとともに第１のバッテリ８０ａからもスタータ３６に給電する促進給電モードとに切り換える切換手段を構成している。リレー制御部１０４は、燃焼再始動制御（または自動再始動制御）が実行される際、パワーリレー８５を遮断することにより、給電モードを通常給電モードに維持する。

電気負荷制御部１０５は、運転者や搭乗者のスイッチ操作に基づき、或いは自動的に、車両電気負荷８２を作動させたりその作動状態を変化させたりする。スタータ駆動時にスタータ３６への電力供給をより多く確保するために、必要に応じて車両電気負荷８２への電力供給を遮断するように構成されている。

自動停止制御部１０６は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジン１を自動停止させるように構成されている。

さらに、本実施形態においては、上述したブレーキシステムをヒルホルダとして機能させるヒルホールド制御ユニット２００がエンジン制御ユニット１００に付設されており、電気的に信号を交換可能に接続されている。ヒルホールド制御ユニット２００は、クランク角度センサ３０、３１、ブレーキ油圧センサ４０、並びに傾斜角度センサ４１を入力要素としている。クランク角度センサ３０、３１からの信号を受けることにより、ヒルホールド制御ユニット２００は、エンジン回転速度を認識できるように構成されている。ヒルホールド制御ユニット２００には、ブレーキ油圧センサ４０が接続されており、各油圧回路１１４、１１５のキャリパ１１８とヒルホールド制御弁１１６、１１７間の油圧がヒルホールド制御ユニット２００に入力されるようになっている。また、ヒルホールド制御ユニット２００には、傾斜角度センサ４１が接続されている。傾斜角度センサ４１は、路面の勾配に関連する信号を出力し、ヒルホールド制御ユニット２００に入力するものである。これによりヒルホールド制御ユニット２００は、路面の勾配を認識し、エンジン制御ユニット１００の制御に供することができるようになっている。

ヒルホールド制御ユニット２００には、出力要素として、ヒルホールド制御弁１１６、１１７が接続されており、クランク角度センサ３０、３１、ブレーキ油圧センサ４０並びに傾斜角度センサ４１から検出される運転状態に応じて、油圧回路１１４、１１５の油圧を制御できるようになっている。

次に、エンジン制御ユニット１００のメモリに記憶されている制御マップについて説明する。

図６は、本発明に係る停止時膨張行程気筒と空気量との関係を示す説明図である。

図６を参照して、エンジン制御ユニット１００のメモリには、予め燃焼による再始動が可能な上死点限界と下死点限界とによって決定される燃焼再始動可能範囲Ａが制御マップとして記憶されている。燃焼再始動可能範囲Ａは、例えば、上死点後４０°から上死点後１４０°の範囲に設定される。

停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３は、エンジン制御ユニット１００による自動停止制御に基づき、この燃焼再始動可能範囲Ａ内で停止するのであるが、この燃焼再始動可能範囲Ａの中でも、停止時膨張行程気筒１２Ｂについては、上死点後１００°ＣＡよりも僅かに下側の範囲に停止していることが好ましい。本実施形態の例では、図６に示すように、停止時膨張行程気筒１２Ｂが上死点後１００°ＣＡから１２０°ＣＡの範囲にあるときを単独燃焼停止範囲Ｒとしてエンジン制御ユニット１００に判定基準を設定している。

単独燃焼停止範囲Ｒとは、再始動時に、スタータ３６を使用せずに、燃焼のみによってエンジン１の再始動が可能な停止位置をいう。停止時膨張行程気筒のピストン１３がこの単独燃焼停止範囲Ｒにある場合には、当該気筒の空気量が多くなって充分な燃焼エネルギーが得られる。

そこで本実施形態では、アイドル時にエンジン１を自動で停止させるときに、まず、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの掃気が十分に行われるように、アイドル回転速度よりもやや高い所定回転速度で燃料カットを行うとともに、その後の所定期間、スロットル弁２４ａを開いて、予め設定した開度になるように制御する。そして、そのスロットル弁２４ａを予め設定した適切なタイミングで閉じるようにしている。これにより停止時膨張行程気筒１２Ｂおよび停止時圧縮行程気筒１２Ａへそれぞれ吸入される空気量が十分に多くなり、且つ該膨張行程気筒１２Ｂの空気量が停止時圧縮行程気筒１２Ａよりもやや多くなる。この結果、再始動時に駆動される２つの気筒１２Ａ、１２Ｂ内の空気の圧縮圧力のバランスによって、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が行程中央部から多少、下死点（下死点）寄りの再始動に好適な単独燃焼停止範囲Ｒ内に停止するように制御している。尤も、ピストン１３の停止位置は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ内の空気量のバランス等により決定される。そのため、エンジン１の個体差やエンジン１の温度および大気状態の変化に伴って、前記エンジン回転速度Ｎｅとピストン１３の停止位置との関係が変化する場合がある。このような場合には、予め設定したエンジン回転速度Ｎｅとピストン１３の停止位置との関係に基づいてオルタネータ２８を制御してエンジン回転速度Ｎｅを調整しても、ピストン１３の停止位置を所望の位置にすることができない。そこで、本実施形態では、後述するフローチャートで示しているように、ピストン位置判定部１０２によって判定されたピストン停止位置が、単独燃焼停止範囲Ｒから外れている場合には、スタータ制御部１０３がスタータ３６を駆動するように構成されている。

なお、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が上死点後０°ＣＡから３０°ＣＡの範囲にあるときには、リレー制御部１０４による給電モードは、原則として、パワーリレー８５が接続された促進給電モードとし、残余の範囲では、パワーリレー８５が遮断された通常給電モードとされる。このように、リレー制御部１０４は、第２のバッテリ８０ｂのみからスタータ３６に給電する通常給電モードと、第２のバッテリ８０ｂとともに第１のバッテリ８０ａからもスタータ３６に給電する促進給電モードとに切り換える切換手段を論理的に構成している。

次にエンジン制御ユニット１００によって行われる自動停止制御について説明する。

図７および図８は、エンジン制御ユニット１００による制御、特に自動停止制御を中心とするフローチャートである。図７はエンジン１が停止するまでの制御、図８はその後の再始動の制御を示す。

図７を参照して、エンジン制御ユニット１００は、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立するのを待機する（ステップＳ１０）。具体的には、ブレーキの作動状態が所定時間継続し、車速が所定値以下であるといった場合には、エンジンの自動停止条件が成立したと判定される。

ステップＳ１０において、自動停止条件が成立したと判定した場合には、エンジン制御ユニット１００は、オルタネータ制御を含むエンジン回転速度調整制御を開始する（ステップＳ１２）。

具体的には、エンジン回転速度Ｎｅを停止前回転速度Ｎ１（例えば７６０ｒｐｍ）に調節する（ステップＳ１３）。そして、エンジン回転速度ＮｅがこのＮ１未満になった後（ステップＳ１３でＹＥＳ）、燃料噴射弁１６からの燃料供給を停止する（ステップＳ１４）。

続いてエンジン制御ユニット１００は、スロットル弁２４ａを開き（ステップＳ１５）、エンジン回転速度Ｎｅが所定の回転速度Ｎ２（例えば約５００ｒｐｍ）よりも低くなるのを待機する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６においてＹＥＳの場合、エンジン制御ユニット１００は、スロットル弁２４ａを閉じる（ステップＳ１７）。その後もエンジン制御ユニット１００はオルタネータ制御を継続してピストン１３の停止位置調整を実行し続け、クランク角度センサ３０、３１の検出値に基づいてエンジン１が完全に停止するのを待機する（ステップＳ１８）。エンジン１が完全に停止するまで、エンジン制御ユニット１００は、ピストン１３の停止位置調整を制御し続けるとともに、エンジン１が完全に停止した場合には、オルタネータ制御を終了し（ステップＳ１９）、クランク角度センサ３０、３１の検出によってピストン位置判定部１０２が判定したピストン１３の停止位置を記憶する（ステップＳ２０）。

次に図８を参照して、エンジンの再始動について説明する。エンジン制御ユニット１００は、エンジン１が停止した後、再始動条件が成立するのを待機する（ステップＳ２１）。再始動条件としては、例えば、運転者によるアクセル操作等が例示される。この再始動条件が成立すると、エンジン制御ユニット１００は、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が単独燃焼停止範囲Ｒ内にあるか否かを判定する（ステップＳ２２）。仮にピストン１３が単独燃焼停止範囲Ｒ内にあれば、エンジン制御ユニット１００は、そのまま燃焼再始動サブルーチンを実行し（ステップＳ２３）、さらに、通常運転サブルーチンを実行する（ステップＳ２４）。他方、ステップＳ２２において、ピストン１３が単独燃焼停止範囲Ｒ外であると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、さらに、ピストン停止位置が燃焼再始動可能範囲Ａ内であるか否かを判定する（ステップＳ２５）。このステップＳ２５でピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａ内であると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、アシスト併用再始動サブルーチンを実行する（ステップＳ２６）。他方、ピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａ外であると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、スタータ３６のみによるアシスト再始動サブルーチンを実行する（ステップＳ２７）。

図９は図８のフローチャートにおける燃焼再始動サブルーチンを実行した場合を示す模式図である。

図９を参照して、燃焼再始動サブルーチンを実行した場合、原則としてスタータ３６の力を借りることなく、エンジン１が燃焼のみによって始動される。本実施形態では、図９（Ａ）〜図９（Ｄ）に模式的に示すように、まず、停止時圧縮行程気筒１２Ａで最初の燃焼を行わせて、ピストン１３を押し下げることにより、クランクシャフト３を少しだけ逆転させ（図９（Ａ）参照）、これにより、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３を上昇させて、この気筒１２Ｂ内の混合気を圧縮する（図９（Ｂ）参照）。そして、そのようにして圧縮されて温度および圧力の高くなった停止時膨張行程気筒１２Ｂ内の混合気に点火して、燃焼させることにより、クランクシャフト３に正転方向のトルクを与えて、エンジン１を始動するようにしている。そのようにエンジン１を自力で始動させるためには、停止時膨張行程気筒１２Ｂの燃焼によってクランクシャフト３にできるだけ大きな正転方向のトルクを与える。これにより、図９（Ｃ）に示すように停止時圧縮行程気筒１２Ａが、その圧縮反力（圧縮圧力）に打ち勝って上死点を越える。

次に、本実施形態では、停止時膨張行程気筒に対する燃焼の後に、停止時圧縮行程気筒１２Ａに対して燃料を噴射することにより、気化潜熱で逆転後の停止時圧縮行程気筒１２Ａ内の圧力を下げ、トルクの低減を抑制するようにしている（図９（Ｃ）参照）。さらに、停止時膨張行程気筒１２Ｂでの燃焼後に圧縮行程を迎える停止時吸気行程気筒１２Ｃにおいては、点火タイミングを圧縮上死点後にリタードさせて、いわゆる吹き上がりを防止している（図９（Ｄ）参照）。

他方、図８におけるアシスト併用再始動サブルーチンでは、エンジン１が逆転から正転に転じたタイミングでスタータ３６のピニオンギア３６ｄをフライホイールに固定されたリングギア３５に噛合し、図略のモータの回転をこのピニオンギア３６ｄおよびリングギア３５を介してフライホイールに伝達することで、エンジン１を強制的に始動させるものである。

本実施形態に係る燃焼再始動制御やスタータ併用再始動制御の詳細については、例えば、本件出願人が先に提案している特開２００５−２８４７号公報や、特開２００５−３１５１９７号公報に開示されたものをそのまま適用することが可能であるので、その詳細については説明を省略する。

図１０は、図８フローチャートにおけるアシスト再始動サブルーチンを示すフローチャートである。また、図１１は、図８のフローチャートにおけるアシスト再始動サブルーチンを実行した場合を示す模式図である。

図１０を参照して、アシスト再始動サブルーチンにおいて、エンジン制御ユニット１００は、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が、上死点経過後０°ＣＡから３０°ＣＡ内にあるか否かを判定する（ステップＳ２７１）。ピストン１３がこの範囲にあるときは、図１１（Ａ）に示すように、停止時膨張行程気筒１２Ｂの次に燃焼が行われる停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が下死点近傍にあり、圧縮上死点を越えるまでに相当の時間を要することから、停止時膨張行程気筒１２Ｂでの燃焼をすませた後（図１１（Ｂ）参照）、速やかに停止時圧縮行程気筒１２Ａでの燃焼（図１１（Ｃ）参照）を実行するために、パワーリレー８５を接続して給電モードを促進給電モードに切り換え（ステップＳ２７３）、クランクシャフト３の回動を促進するようにしているのである。ここで、本実施形態においては、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が、上死点経過後０°から３０°ＣＡ内にある場合であっても、路面が所定の平坦レベルから外れているときには、給電モードを促進給電モードに切り換えないようにしている。具体的には、ステップＳ２７１において、ＹＥＳの場合、さらに路面が平坦レベル（傾斜角度センサ４１によって検出された路面の勾配が±３°から±５°の範囲）にあるか否かを判定し（ステップＳ２７２）、路面が平坦レベルにある場合には、ステップＳ２７３に移行してパワーリレー８５を接続し、給電モードを促進給電モードに切り換える一方、路面が平坦レベル外であるときは、ステップＳ２７３をバイパスしてパワーリレー８５を遮断し給電モードを通常給電モードに維持したまま次のステップに移行する。この結果、平坦な路面で車両が停止しているときは、パワーリレー８５を接続することによって、第１のバッテリ８０ａからもスタータ３６が給電され、より強い駆動力でエンジン１のクランクシャフト３を駆動することにより、図１１（Ｂ）から図１１（Ｃ）の状態に速やかに移行することができる。他方、路面が平坦レベルから外れて傾斜しているときは、第１のバッテリ８０ａの給電が各車両電気負荷８２に継続しているので、ヒルホルダ１１０を構成するヒルホールド制御弁１１６、１１７への給電が続けられることになる。この結果、ヒルホールド制御ユニット２００の判定で各ヒルホールド制御弁１１６、１１７が印可され、キャリパ１１８と各ヒルホールド制御弁１１６、１１７との間の油圧が高圧に維持されている場合には、ヒルホールド制御弁１１６、１１７が車両の制動力保持手段としての機能を維持したまま車両の自動再始動が実現されることになる。なお、ステップＳ２７２の検出方法に代えて、ヒルホールド制御ユニット２００との通信によってヒルホールド制御弁１１６、１１７の作動状態を検出し、ヒルホールド制御弁１１６、１１７が作動しているときは、ステップＳ２７３をバイパスするように構成してもよい。また、ヒルホールド制御弁１１６、１１７の作動状態をブレーキ油圧センサ４０の検出値に基づいて判定してもよい。

ステップＳ２７３において、パワーリレー８５を接続した後、或いは、ステップＳ２７２において、パワーリレー８５の接続をバイパスした後、エンジン制御ユニット１００は、スタータ３６を駆動する（ステップＳ２７４）。これにより、図１１（Ｂ）の行程から図１１（Ｃ）の行程への移行が迅速化し、機動性を高めることが可能になる。

その後、エンジン制御ユニット１００は、エンジン１が完爆するのを待機する（ステップＳ２７５）。具体的には、クランク角度センサ３０、３１の検出値に基づき、エンジン１の回転速度が５００ｒｐｍ以上になるのを待機し、５００ｒｐｍ以上で完爆と判定する。

エンジン１の完爆を検出すると、エンジン制御ユニット１００は、燃焼再始動の場合と同様に吹き上がり制御を実行し、点火タイミングを圧縮上死点後にリタードさせる（ステップＳ２７６）。これにより、図１１（Ｃ）の行程から図１１（Ｄ）の行程に移行する際におけるエンジン回転速度の急激な上昇を抑制することができる。

その後、エンジン制御ユニット１００は、パワーリレー８５の接続状態を検出し（ステップＳ２７７）、パワーリレー８５が接続されている場合には、これを遮断して給電モードを通常給電モードに変更し（ステップＳ２７８）、その後、スタータ３６を停止して（ステップＳ２７９）元のルーチンに復帰する。

以上説明したように、本実施形態では、アシスト条件が成立し、自動再始動時にスタータ３６の作動が必要な運転状況において、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が上死点近傍（例えば、上死点通過後±３０°ＣＡ）にある場合には、給電モードが促進給電モードに切り換えられることにより、スタータ３６は、第１、第２のバッテリ８０ａ、８０ｂ双方から給電されることになる。この結果、下死点近傍にあった停止時圧縮行程気筒１２Ａが速やかに上死点に駆動されるので、停止時膨張行程気筒１２Ｂでの燃焼から、次の燃焼サイクルを迎える停止時圧縮行程気筒１２Ａでの燃焼までの期間を短縮化し、自動再始動によるエンジン１のトルクを急速に高めて、機動性の高い再始動特性を得ることが可能になる。

また本実施形態では、路面勾配に関する値を検出する傾斜角度センサ４１と、傾斜角度センサ４１の検出に基づき、且つ第１のバッテリ８０ａにからの給電によって車両の移動を制動する制動力を保持するヒルホールド制御弁１１６、１１７とをさらに備え、リレー制御部１０４は、アシスト条件の成立時において、停止時膨張行程気筒１２Ｂのピストン１３が上死点近傍に停止していたとピストン位置判定部１０２が判定した場合において、ヒルホールド制御弁１１６、１１７が作動しているときは、ヒルホールド制御弁１１６、１１７に対して第１のバッテリ８０ａからの給電を維持するように促進給電モードへの切換を中止するものである。このため本実施形態では、路面が所定の平坦レベルから外れて傾斜している場合には、ヒルホールド制御弁１１６、１１７に対する第１のバッテリ８０ａからの給電が優先されるので、自動再始動時に車両が路面の勾配によって不随意に動き出すのを防止することができる。

また本実施形態では、再始動条件が成立した場合において停止時膨張行程気筒１２Ｂが所定の適正範囲にあるとピストン位置判定部１０２が判定したときには、エンジン停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒１２Ａの混合気を燃焼させてエンジン１を一旦逆転させ、その後、エンジン停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒１２Ｂで混合気を燃焼させてエンジン１を再始動する燃焼制御部１０１を備えている。このため本実施形態では、燃焼により自動再始動する際、再始動時間を短縮することができる。また、自動再始動時には、リレー制御部１０４は、給電モードを通常給電モードに維持しているので、車両電気負荷８２に供給される電力が不足するおそれもない。

なお本実施形態では、リレー制御部１０４は、エンジン１のイグニションキーの接続時にも給電モードを促進給電モードに切り換えるように構成されている。このため本実施形態では、操縦者の操作に基づいてエンジン１を始動する際にも、始動性を向上することができる。

上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は、上述した実施形態に限定されない。

例えば、スタータ３６の駆動力を高める方法としては、パワーリレー８５をスタータ３６に接続する方法の他、パワーリレー８５に給電される電力（電流／電圧）を直截に高くする方法を採用してもよい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明に係る車両用エンジンの概略構成を示す断面略図である。 本発明に係る車両用エンジンの概略構成を示す平面略図である。 本実施形態に係る車両に搭載された電力供給システムの概略構成図である。 図１の実施形態に係るヒルホルダの構成を概略的に示す構成図である。 本発明に係る車両の制御ユニットを中心とする制御ブロック図である。 本発明に係る停止時膨張行程気筒と空気量との関係を示す説明図である。 制御ユニットによる制御、特に自動停止制御を中心とするフローチャートである。 制御ユニットによる制御、特に再始動制御を中心とするフローチャートである。 図８のフローチャートにおける燃焼再始動サブルーチンを実行した場合を示す模式図である。 図８フローチャートにおけるアシスト再始動サブルーチンを示すフローチャートである。 図８のフローチャートにおけるアシスト再始動サブルーチンを実行した場合を示す模式図である。

符号の説明

１ 車両用エンジン
２ 自動変速機
３ クランクシャフト
１２Ａ 停止時圧縮行程気筒
１２Ｂ 停止時膨張行程気筒
１３ ピストン
３０、３１ クランク角度センサ
３２ カム角度センサ
３３ 水温センサ
３４ アクセル開度センサ
３６ スタータ（電動駆動装置の一例）
３８ イグニションキースイッチ
３９ ブースタ負圧センサ
４０ ブレーキ油圧センサ
４１ 傾斜角度センサ
８０ａ 第１のバッテリ
８０ｂ 第２のバッテリ
８２ 車両電気負荷
８５ パワーリレー
８７ チャージリレー
１００ エンジン制御ユニット
１０１ 燃焼制御部
１０２ ピストン位置判定部
１０３ スタータ制御部（電動駆動装置制御部の一例）
１０４ リレー制御部（切換手段の一例）
１１０ ヒルホルダ
１１６、１１７ ヒルホールド制御弁（制動力保持手段の一例）
２００ ヒルホールド制御ユニット
Ａ 燃焼再始動可能範囲
Ｒ 単独燃焼停止範囲

Claims (4)

1. 所定の自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立した際に自動停止後のエンジンを自動的に再始動する車両用エンジンの制御装置において、
   前記エンジンが自動停止しているときのピストン停止位置を判定するピストン位置判定部と、
   停止中のエンジンを始動アシスト可能な電動駆動装置と、
   前記ピストン位置判定部の判定に基づく所定のアシスト条件が、前記再始動条件の成立時に成立した場合に前記電動駆動装置を駆動する電動駆動装置制御部と、
   前記車両の電気負荷に給電する第１のバッテリと、
   前記電動駆動装置に給電する第２のバッテリと、
   前記第１、第２のバッテリと前記電動駆動装置との回路接続を切り換えることにより、前記第２のバッテリのみから前記電動駆動装置に給電する通常給電モードと、前記第２のバッテリとともに前記第１のバッテリからも前記電動駆動装置に給電する促進給電モードとに切り換える切換手段と
   を備え、
   前記切換手段は、前記アシスト条件の成立時において、停止時に膨張行程にあった停止時膨張行程気筒のピストンが上死点近傍に停止していたと前記ピストン位置判定部が判定した場合には、前記給電モードを促進給電モードに切り換えるものである
   ことを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
2. 請求項１記載の車両用エンジンの制御装置において、
   路面勾配に関する値を検出する路面勾配検出手段と、
   前記路面勾配検出手段の検出に基づき、且つ前記第１のバッテリにからの給電によって車両の移動を制動する制動力を保持する制動力保持手段と
   をさらに備え、
   前記切換手段は、前記アシスト条件の成立時において、前記停止時膨張行程気筒のピストンが上死点近傍に停止していたと前記ピストン位置判定部が判定した場合において、前記制動力保持手段が作動しているときは、前記制動力保持手段に対して前記第１のバッテリからの給電を維持するように前記促進給電モードへの切換を中止するものである
   ことを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
3. 請求項１または２記載の車両用エンジンの制御装置において、
   前記再始動条件が成立した場合において前記停止時膨張行程気筒が所定の適正範囲にあると前記ピストン位置判定部が判定したときには、エンジン停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒の混合気を燃焼させて前記エンジンを一旦逆転させ、その後、前記停止時膨張行程気筒で混合気を燃焼させて前記エンジンを再始動する燃焼制御部を備え、
   前記切換手段は、前記燃焼制御部がエンジンを一旦逆転させた後、自動再始動する際には、給電モードを通常給電モードに切り換えるものである
   ことを特徴とする車両用エンジンの制御装置。
4. 請求項１から３の何れか１項に記載の車両用エンジンの制御装置において、
   前記切換手段は、エンジンのイグニションキーの接続時にも給電モードを促進給電モードに切り換えるものである
   ことを特徴とする車両用エンジンの制御装置。

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