JP4765994B2 - 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エンジンの制御装置に関し、特に、電動駆動装置を用いたエンジンの制御装置に関する。

この種のエンジンの制御装置において、自動停止時に吸気行程にある停止時吸気行程気筒は、強制再始動時においては、吸気温度が高い傾向にあり、圧縮行程において圧縮上死点を超える迄に自着火（Autoignition）を来しやすい状況にある。

そこで、例えば特許文献１には、停止時吸気行程気筒が最初の圧縮行程を迎える時に、燃料を停止時吸気行程気筒に噴射し、当該停止時吸気行程気筒における圧縮行程での自着火を回避するものが提案されている。
特開２００５−１８０２０８号公報

しかしながら、停止時に圧縮行程にある停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が所期の位置よりも上死点側に外れていると、混合気の空気量が不十分なため、充分なトルクを得ることができず、停止時吸気行程気筒での受熱期間が長くなるという問題があった。そのため、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えた時点で燃料を噴射したとしても、燃料噴射時点で既に筒内温度が相当高くなっているので、気化潜熱による冷却効果だけではプリイグニションを充分に回避することが困難であった。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、自動停止したエンジンを再始動する際に、停止時圧縮行程気筒での不具合を回避することのできるエンジンの制御装置を提供す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、前記エンジンの点火プラグを制御する燃焼制御部とを備え、前記燃焼制御部は、前記再始動時において、前記ピストン位置判定部によって停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒のピストンが予め定められた燃焼再始動可能範囲よりも上死点側に停止していると判定された場合には、当該ピストンが上死点側にあるほど、前記停止時圧縮行程気筒での初回の点火タイミングを、最適点火時期であるＭＢＴよりもリタードした位置から、ＭＢＴに近づけるようにアドバンスするものであることを特徴とするエンジンの制御装置である。この態様では、自動停止後のエンジンを再始動する再始動条件が成立した際にエンジンが再始動される。この再始動条件の成立時において、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が燃焼再始動可能範囲よりも上死点側に外れている場合には、停止時圧縮行程気筒での初回の点火タイミングがＭＢＴに近づくようにアドバンスされるので、停止時圧縮行程気筒での燃焼が促進される結果、当該気筒での初動ストロークが促進される。これにより、停止時吸気行程気筒での受熱期間が短くなり、停止時吸気行程気筒の温度上昇を抑制して、プリイグニションを防止することができる。なお、エンジンを燃焼によって再始動する際の態様としては、停止時圧縮行程気筒を燃焼させることによって一旦エンジンを逆転し、その後、停止時に膨張行程にある停止時膨張行程気筒で混合気を燃焼することにより、エンジンを正転させる方法であってもよく、再始動条件が成立した後、直ちに停止時膨張行程気筒を燃焼させる方法であってもよい。

好ましい態様において、前記エンジンの筒内温度を判定する筒内温度判定部を備え、前記燃焼制御部は、前記筒内温度判定部が判定した筒内温度が高いほど、前記停止時圧縮行程気筒での初回の点火タイミングをアドバンスするものである。この態様では、筒内温度が高いほど停止時圧縮行程気筒での点火がアドバンスするので、自着火が生じやすい高温状態になるほど、停止時圧縮行程気筒での初動ストロークの促進度合いが高まり、自着火を確実に防止することができる。

以上説明したように、本発明は、自動停止したエンジンを再始動する際に、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が燃焼再始動可能範囲よりも上死点側に外れている場合には、この停止時圧縮行程気筒での初動ストロークが促進されるので、停止時吸気行程気筒での受熱期間が短くなり、停止時吸気行程気筒の温度上昇を抑制して、プリイグニションを防止す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４参照）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４参照）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４参照）からの制御信号に基づき、車両の車両電気負荷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（クランキング）。

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（ＩＧキーＳＷ３８、図４参照）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４参照）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つのクランク角センサ３０、３１が設けられている。一方のクランク角センサ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バッテリ８０ａと第２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、エンジンの制御装置を搭載する当該車両特有の電気負荷である。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、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がオフのときにはスタータ３６への電力供給がなされず、パワーリレー８５がオンのときにはスタータ３６への電力供給が可能となる。このようにパワーリレー８５は、第１バッテリ８０ａとスタータ３６との接続状態を切換可能なバッテリ切換手段となっている。さらに第１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バッテリ８０ａに充電される。

第２バッテリ８０ｂは、第１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がオンのとき、オルタネータ２８で発電された電気が第２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。このクランキング時、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バッテリ８０ａからの電力供給を受けているので、第２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、図３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いる。

図４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４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、クランク角センサ３０、３１、カム角センサ３２、水温センサ３３、アクセル開度センサ３４、並びにＩＧキースイッチ３８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、自動停止制御部１０６、停止時間計測部１０７、および筒内温度推定部１０８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、クランク角センサ３０、３１、カム角センサ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。

ピストン位置判定部１０２は、クランク角センサ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を必要に応じてオン／オフ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。

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、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。

停止時間計測部１０７は、エンジン制御ユニット１００内のタイマーによって、エンジン１が自動停止してから再始動を開始するまでの停止時間を計測する。

筒内温度判定部１０８は、水温センサ３３の検出値や、停止時間計測部１０７による計測値に基づき、予めメモリに記憶されたデータに基づいて、各気筒の筒内温度を推定するものである。

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５は、本発明に係る停止時圧縮行程気筒と空気量との関係を示す説明図である。

図５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下死点限界と上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Ｍ１として記憶されている。燃焼再始動可能範囲Ａは、例えば、圧縮上死点前１４０°から圧縮上死点前４０°の範囲に設定される。

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、停止時圧縮行程気筒１２Ａについては、上死点前９０°ＣＡよりも僅かに上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５に示すように、停止時圧縮行程気筒１２Ａが上死点前６０°ＣＡから８０°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、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。

次に、エンジン１の自着火を防止するために、本実施形態においては、図６に示す特性図に基づいてエンジン１の筒内温度を管理している。

図６は、エンジン停止からの経過時間と筒内温度との関係を示すグラフであり、エンジン停止時の筒内温度が８０℃であった場合の筒内温度変化の推定値である。

図６を参照して、エンジンが完全に停止すると、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの筒内温度は、同図に示す温度特性で変化する。すなわち、エンジン１の自動停止後、エンジン１が完全に停止すると冷却水の流れも停止するので、停止直後に筒内温度が急速に上昇する。そしてエンジン停止後約１０秒でピークとなり、以後は徐々に低下して行く。この特性は冷却水の温度（エンジン水温）や外気温（吸気温度）等によって異なるが、エンジン１の仕様毎に実験等で決定することも可能であることから、エンジン制御ユニット１００には、エンジン１の仕様毎に図６の特性をマップ化したデータを記憶させて、エンジン停止後の約１０秒前後の範囲を所定停止時間範囲とし、この所定停止時間範囲では、当該エンジン１の吸気通路の空気温度が急上昇する運転状態のときに前記所定の高温であると判定するとともに、この所定停止時間範囲に再始動時間に近いほど、筒内温度が高いと判定するように設定して、自着火防止のために対策処理を実行することとしている。

図７は、図５および図６のグラフに基づいて作成された点火タイミングとピストン停止位置との関係を示すグラフである。

図７を参照して、上述したように、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン停止位置が、燃焼再始動可能範囲Ａ内であれば、点火タイミングは、圧縮上死点経過後の所定タイミングに設定される。しかし、ピストン停止位置が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側にあるときは、停止時圧縮行程気筒１２Ａの容積が小さくなっているため、充分な空気量を確保することができなくなっている。この状態で、通常の点火タイミングで混合気を燃焼させると、停止時圧縮行程気筒１２Ａでのエネルギーを充分に確保することができないため、トルクが小さくなり、停止時吸気行程気筒１２Ｃの受熱期間が長くなる。そこで、本実施形態では、図７の右側に示すように、ピストン位置判定部１０２によって判定された停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン停止位置が、燃焼再始動可能範囲Ａから上死点側に外れている場合には、上死点側に行くほど、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初回の点火タイミングをアドバンスするようにしている。ここで、停止時吸気行程気筒１２Ｃの本来の最適点火時期（ＭＢＴ）は、圧縮上死点経過直後であるが、いわゆる吹き上がり抑制のために、ピストン停止位置が燃焼再始動可能範囲Ａにあるときの点火時期は、このＭＢＴよりもリタードされている。従って、ピストン位置判定部１０２によって判定された停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン停止位置が、燃焼再始動可能範囲Ａから上死点側に外れている場合には、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初回の点火タイミングをアドバンスすることによって、点火タイミングを停止時吸気行程気筒１２Ｃの本来のＭＢＴに近づけ、当該ピストン１３の初動ストロークを速めることができるのである。

他方、ピストン停止位置が燃焼再始動可能範囲Ａよりも下死点側にあるときは、停止時圧縮行程気筒１２Ａの容積が大きくなっているため、空気量が過多になっている。この状態で、通常の点火タイミングで混合気を燃焼させると、停止時吸気行程気筒１２Ｃでの圧縮行程が急激になり、ノッキングが発生しやすくなる。そこで、本実施形態では、図７の左側に示すように、ピストン位置判定部１０２によって判定された停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン停止位置が、燃焼再始動可能範囲Ａから下死点側に外れている場合には、下死点に行くほど、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初回の点火タイミングをリタードするようにしている。

さらに、上述したように、筒内温度が高い場合には、自着火が発生しやすくなるので、本実施形態においては、高温になる程、点火タイミングをアドバンスさせて、自着火を防止するようにしている。エンジン制御ユニット１００は、図７のグラフに基づくデータを制御マップＭ１として、メモリに記憶している。

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８および図９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８はエンジン１が停止するまでの制御、図９はその後の再始動の制御を示す。

図８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、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。そして、エンジン回転速度ＮｅがこのＮ１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を開弁し（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を閉弁する（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９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、停止時圧縮行程気筒１２Ａ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１０は図９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１０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１０（Ａ）〜図１０（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１０（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１０（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１０（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１０（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１０（Ｄ）参照）。

他方、図９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１１は、図９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１１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、水温センサ３３の検出と、停止時間計測部１０７によって計測された停止時間（エンジン１が自動停止してからの経過時間）とに基づいて、筒内温度を算出する（ステップＳ２７１）。このステップＳ２７１で算出された筒内温度と図７のグラフに基づく制御マップＭ１とに基づき、エンジン制御ユニット１００は、停止時圧縮行程気筒１２Ａの点火タイミングを算出する（ステップＳ２７２）。その後、エンジン制御ユニット１００は、スタータ３６を駆動し、停止しているエンジン１を強制駆動する（ステップＳ２７３）。次いで、エンジン制御ユニット１００は、燃焼制御部１０１の制御によって、停止時膨張行程気筒１２Ｂへの燃料噴射制御（ステップＳ２７４）と点火制御（ステップＳ２７５）とを実行し、これによって、エンジン１を燃焼によっても駆動する。その後、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が圧縮上死点を超えるのを待機し（ステップＳ２７６）、圧縮上死点を超えた場合には、ステップＳ２７２で設定された点火タイミングで停止時圧縮行程気筒１２Ａでの点火制御を実行し（ステップＳ２７７）、メインルーチンに復帰する。この停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初回の点火時において、点火タイミングがアドバンスする（ＭＢＴに近づく）ことにより、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの燃焼速度が促進し、ピストン１３の初動ストロークが速くなるので、その分、停止時吸気行程気筒１２Ｃでの受熱期間も短くなる。このため、停止時吸気行程気筒１２Ｃの筒内温度が過度に高まるのを抑制し、プリイグニションを防止することができる。このように、本実施形態では、ステップＳ２７２、Ｓ２７３によって点火タイミングをアドバンスさせることにより、停止時吸気行程気筒１２Ｃの受熱期間が短縮されるように停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初動ストロークを促進する促進手段が論理的に構成されることになる。

以上説明したように、本実施形態では、再始動条件の成立時において、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン停止位置に基づき、アシスト条件の成否が決定され、アシスト条件が成立した場合には、スタータ３６によってエンジン１が再始動を開始する。この際、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン停止位置が、燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側に外れている場合には、この停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初動ストロークが促進されるので、停止時吸気行程気筒１２Ｃでの受熱期間が短くなり、停止時吸気行程気筒１２Ｃの温度上昇を抑制して、プリイグニションを防止することができる。

具体的に、本実施形態では、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側に外れている場合には、当該ピストン１３が上死点側にあるほど、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初回の点火タイミングをアドバンスする（ＭＢＴに近づける）ものである。このため本実施形態では、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側に外れている場合に点火タイミングがアドバンスされることによって、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの燃焼が促進される結果、当該気筒１２Ａでの初動ストロークが促進され、停止時吸気行程気筒１２Ｃの受熱期間が短縮される。

また本実施形では、エンジン１の筒内温度を判定する筒内温度判定部１０８を備え、筒内温度判定部１０８が判定した筒内温度が高いほど、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初回の点火タイミングをアドバンスするものである。このため本実施形態では、自着火が生じやすい高温状態になるほど、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初動ストロークの促進度合いが高まり、自着火を確実に防止することができる。

また本実施形態では、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン停止位置が燃焼再始動可能範囲Ａよりも下死点側である場合には、下死点に近いほど、停止時圧縮行程気筒１２Ａでの初回の点火タイミングをリタードするものである。このため本実施形態では、停止時吸気行程気筒１２Ｃのノッキングをも確実に防止することができる。すなわち、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも下死点側に外れている場合には、当該気筒１２Ａ内の容積過多によって、停止時吸気行程気筒１２Ｃでのノッキングが生じやすくなる。然るに本実施形態では、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも下死点側に外れている場合には、点火タイミングがリタードされることによって、混合気の燃焼が遅れることにより、ノッキングが抑制されるとともに、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側に外れている場合には、点火タイミングがアドバンスされることによって、停止時吸気行程気筒１２Ｃの受熱期間が短縮される。

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、図９の再始動制御としては、図１２に示すフローを採用してもよい。

図１２は、本発明の別の実施形態に係る再始動制御のフローチャートである。

図１２を参照して、同図に示す実施形態では、まず、エンジン制御ユニット１００がエンジンの再始動条件が成立するのを待機し（ステップＳ２１）、成立した場合には、ピストン停止位置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Ｓ２１０）。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して（ステップＳ２４）処理を終了する。

他方、ステップＳ２１０において、ピストン停止位置が単独燃焼停止範囲Ｒ外であれば、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よりも上死点側であるか否かを判定する（ステップＳ２１１）。このステップＳ２１１でピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側であると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、パワーリレー８５をＯＮにする（ステップＳ２１２）。この制御により、パワーリレー８５が回路を閉じて、メインバッテリ８０ａからもスタータ３６に給電し、スタータ３６の駆動力が高められる。他方、ステップＳ２１１において、ピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側から外れていると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、水温センサ３３の検出と、停止時間計測部１０７によって計測された停止時間（エンジン１が自動停止してからの経過時間）とに基づいて、筒内温度を算出する（ステップＳ２１３）。次いで、算出された筒内温度が所定の上限温度Ｔａ以下であるか否かが判定される（ステップＳ２１４）。このステップＳ２１４で筒内温度が上限温度Ｔａを超えていると判定した場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２１２に移行して、パワーリレー８５をＯＮにし、スタータ３６の駆動力を高める。他方、筒内温度が上限温度Ｔａ以下である場合、エンジン制御ユニット１００は、パワーリレー８５をＯＦＦにする（ステップＳ２１５）。

パワーリレー８５の制御をステップＳ２１２またはステップＳ２１５によって実行した後、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Ｓ２１６）。これにより、スタータ３６が作動し、エンジン１が強制的に駆動される。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、エンジン回転速度Ｎｅが所定値に達するのを待機し（ステップＳ２１７）、所定値に達した場合には、スタータ３６を停止し（ステップＳ２１８）、パワーリレー８５をＯＦＦにして給電回路を開く（ステップＳ２１９）。なお、ステップＳ２１８およびステップＳ２１９の順序は逆であってもよく、同時であってもよい。

上述したように、図１２に示した実施形態では、停止時圧縮行程気筒のピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側にずれている場合には、スタータ３６の駆動力を増加するものである。このため図１２に示した実施形態では、停止時圧縮行程気筒１２Ａのピストン１３が燃焼再始動可能範囲Ａよりも上死点側にずれている場合にスタータ３６の駆動力を増加することによって、ピストン１３の始動ストロークが速くなり、停止時吸気行程気筒１２Ｃの受熱期間が短縮される。

なお、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。 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圧縮行程気筒と空気量との関係を示す説明図である。 エンジン停止からの経過時間と筒内温度との関係を示すグラフであり、エンジン停止時の筒内温度が８０℃であった場合の筒内温度変化の推定値である。 図５および図６のグラフに基づいて作成された点火タイミングとピストン停止位置との関係を示すグラフである。 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９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。 本発明の別の実施形態に係る再始動制御のフローチャートである。

１ 車両用エンジン
１２Ａ 停止時圧縮行程気筒
１２Ｃ 停止時吸気行程気筒
１３ ピストン
１５ 点火プラグ
２７ 点火装置
２８ オルタネータ
３０、３１ クランク角センサ
３２ カム角センサ
３３ 水温センサ
３４ アクセル開度センサ
３６ スタータ
８０ バッテリ
８０ａ メインバッテリ
８０ｂ バッテリ
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
１０６ 自動停止制御部
１０７ 停止時間計測部
１０８ 筒内温度推定部
Ａ 燃焼再始動可能範囲
Ｍ１ 制御マップ
Ｎｅ エンジン回転速度
Ｒ 単独燃焼停止範囲
Ｔａ 上限温度

Claims (2)

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、
   前記エンジンの点火プラグを制御する燃焼制御部とを備え、
   前記燃焼制御部は、前記再始動時において、前記ピストン位置判定部によって停止時に圧縮行程にあった停止時圧縮行程気筒のピストンが予め定められた燃焼再始動可能範囲よりも上死点側に停止していると判定された場合には、当該ピストンが上死点側にあるほど、前記停止時圧縮行程気筒での初回の点火タイミングを、最適点火時期であるＭＢＴよりもリタードした位置から、ＭＢＴに近づけるようにアドバンスするものである
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
2. 請求項１記載のエンジンの制御装置において、
   前記エンジンの筒内温度を判定する筒内温度判定部を備え、
   前記燃焼制御部は、前記筒内温度判定部が判定した筒内温度が高いほど、前記停止時圧縮行程気筒での初回の点火タイミングをアドバンスするものである
   ことを特徴とするエンジンの制御装置。
   

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