JP4792895B2

JP4792895B2 - 内燃機関の停止位置制御装置

Info

Publication number: JP4792895B2
Application number: JP2005279911A
Authority: JP
Inventors: 孝之大塚; 宏樹一瀬; 錬太郎黒木
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2011-10-12
Anticipated expiration: 2025-09-27
Also published as: JP2007092550A

Description

本発明は、機関停止時におけるクランク軸の停止位置を制御する内燃機関の停止位置制御装置に関する。

アイドル運転状態において予め設定された自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させ、内燃機関の自動停止後に予め設定された再始動条件が成立した場合、内燃機関を再始動させる制御装置において、自動停止条件の成立時に内燃機関回転数を一時的に上昇させ、その後内燃機関の自動停止時に少なくとも膨張行程になる気筒に対して内燃機関の停止直前に燃料を噴射する制御装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本願発明に関連する先行技術文献として特許文献２〜４が存在する。

特開２００５−３０２３６号公報特開２００２−３９０３８号公報特開２００４−２６３５６６号公報特開２００４−２９３４４４号公報

アイドル運転状態において自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させる制御、いわゆるアイドルストップ制御によって内燃機関が停止した場合、吸気行程でピストンが停止した気筒では吸気弁が開いているため、この気筒内の圧力が大気圧又は大気圧近傍まで戻ることがある。このような状態で内燃機関を始動させると、その吸気行程の気筒では大気圧付近から断熱圧縮が開始されるので、筒内温度が燃料の着火温度を超えて上昇し、始動時に自着火が生じるおそれがある。また、始動時間の短縮による始動性の改善を目的として吸気行程の終了位置に近い位置にピストンを停止させる場合は、機関始動時にこのピストンが設けられている気筒に吸入される新気量が少なく、筒内温度が上昇し易いので、自着火が生じ易くなる。特許文献１の制御装置は、内燃機関の停止時に吸気弁及び排気弁が閉止状態となる気筒、すなわち膨張行程及び圧縮行程となる気筒の自着火を防止するものであるため、内燃機関停止時に吸気行程でピストンが停止した気筒の自着火には対応していない。なお、このような吸気行程でピストンが停止した気筒の自着火は、アイドルストップからの再始動時に限らず、イグニッションスイッチのオフに応答して内燃機関が停止した後であっても、筒内温度が十分に低下する前に再度内燃機関が始動する場合にも生じ得る可能性がある。

そこで、本発明は、吸気行程でピストンが停止している気筒の始動時における自着火を抑制するとともに内燃機関の始動時間を短縮できる内燃機関の停止位置制御装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の停止位置制御装置は、内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、前記内燃機関の停止時に吸気行程で停止させる気筒のピストンの目標停止位置に基づいて前記内燃機関の燃焼停止の実行可否を判定する判定回転数範囲を設定する判定回転数設定手段と、所定の機関停止条件が成立し、かつ前記回転数取得手段により取得された回転数が前記判定回転数範囲内と判断した場合に前記内燃機関の燃焼を停止させる燃焼停止手段と、を備えた内燃機関の停止位置制御装置において、前記内燃機関の停止時に吸気行程でピストンを停止させる気筒の自着火に影響する物理量に基づいて前記目標停止位置を設定する目標停止位置設定手段と、前記所定の機関停止条件が成立したときの前記内燃機関の温度を取得する温度取得手段と、を備え、前記目標停止位置設定手段は、前記物理量として前記温度取得手段が取得した温度に基づいて前記所定の機関停止条件の成立後に前記目標停止位置を設定し、前記温度取得手段により取得された温度が高いほど、前記目標停止位置を吸気行程の開始位置寄りに設定することにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

吸気行程で停止させるピストンを吸気行程の開始位置に近い位置、すなわち上死点に近い位置に停止させることにより、この吸気行程でピストンを停止させた気筒（以降、吸気行程気筒と略称することがある。）の内燃機関停止時における容積を減少させることができる。この場合、機関始動時に吸気行程気筒に吸入される新気量を増加させ、吸気行程気筒の温度上昇を抑えることができる。また、機関始動時に吸入される新気量を増加させることで、吸気行程気筒の充填効率を下げることができるので、この気筒の圧縮行程時の圧力を下げることができる。そのため、吸気行程気筒の自着火を抑制できる。一方、吸気行程で停止させるピストンを吸気行程の終了位置に近い位置、すなわち下死点に近い位置に停止させることにより、機関始動時に吸気行程気筒を吸気行程から圧縮行程に速やかに移行させることができるので、始動時間を短縮することができる。本発明の停止位置制御装置によれば、吸気行程で停止させるピストンの目標停止位置が吸気行程気筒の自着火に影響する物理量に基づいて設定されるので、内燃機関の停止時に吸気行程で停止させるピストンの停止位置を吸気行程気筒の自着火を抑制しつつ始動時間を短縮可能な位置に適切に設定することができる。

内燃機関の温度が高いほど、内燃機関の停止時に筒壁、ピストンなどから筒内空気に伝わる熱が増加して筒内温度が上昇し易いので、自着火が生じ易くなる。このように内燃機関の温度は吸気行程気筒の自着火の生じ易さと相関関係を有しているので、内燃機関の温度に基づいて目標停止位置を設定することにより、目標停止位置を吸気行程気筒の自着火を抑制しつつ始動時間を短縮可能な位置に適切に設定することができる。

本発明の内燃機関の停止位置制御装置では、内燃機関の温度が高いほど吸気行程で停止させるピストンを吸気行程の開始位置に近い位置、すなわち上死点に近い位置に停止させるので、機関始動時に吸入される新気量を増加させて自着火を抑制することができる。一方、内燃機関の温度が低い場合は内燃機関の温度が高い場合よりも吸気行程で停止させるピストンを吸気行程の終了位置に近い位置、すなわち下死点寄りに停止させるので、始動時間を短縮することができる。

本発明の停止位置制御装置の一形態は、前記所定の機関停止条件が成立したときの前記内燃機関が置かれた環境における大気圧を取得する大気圧取得手段を備え、前記目標停止位置設定手段は、前記物理量として前記大気圧取得手段が取得した大気圧に基づいて前記目標停止位置を設定してもよい（請求項２）。大気圧が高いほど空気密度が高いので、内燃機関の停止時に吸気行程気筒内に充填される空気量が増加する。そのため、大気圧が高いほど圧縮時の圧力が上昇し易く、自着火が生じ易い。このように大気圧は吸気行程気筒の自着火の生じ易さと相関関係を有しているので、大気圧に基づいて目標停止位置を設定することにより、目標停止位置を吸気行程気筒の自着火を抑制しつつ始動時間を短縮可能な位置に適切に設定することができる。

この形態において、前記目標停止位置設定手段は、前記大気圧取得手段により取得された大気圧が高いほど、前記目標停止位置を吸気行程の開始位置寄りに設定してもよい（請求項３）。この場合、大気圧が高いほど吸気行程で停止させるピストンを上死点に近い位置に停止させるので、機関始動時に吸入される新気量を増加させて充填効率を低下させ、自着火を抑制することができる。一方、大気圧が低い場合は吸気行程で停止させるピストンを大気圧が高い場合よりも下死点寄り停止させるので、始動時間を短縮することができる。

本発明の停止位置制御装置の一形態は、前記内燃機関の気筒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記内燃機関の停止時に吸気行程で停止したピストンの停止位置を取得する停止位置取得手段と、前記停止位置取得手段により取得されたピストンの停止位置、前記内燃機関の温度、及び前記内燃機関が置かれた環境における大気圧のうちの少なくともいずれか一つに基づいて前記内燃機関で自着火が生じるか否か判別する自着火判定手段と、前記自着火判定手段により自着火が生じると判断された場合に前記燃料供給手段から前記内燃機関の気筒に供給される燃料量を増加させる燃料量増加手段と、をさらに備えていてもよい（請求項４）。この場合、自着火判定手段によって自着火が生じると判断された場合、燃料供給手段から気筒に供給される燃料量が増加するので、気筒に供給された燃料の気化潜熱を増加させ、筒内温度を低下させることができる。そのため、吸気行程気筒の自着火を抑制することができる。

本発明の停止位置制御装置の一形態において、前記回転数取得手段は、前記内燃機関の少なくとも一つの気筒の膨張行程に設定された所定のクランク角度範囲における前記内燃機関の回転数を取得してもよい（請求項５）。膨張行程において回転数が最大回転数（以降、ピーク回転数と記述することもある。）に達した以降は次の膨張行程までクランク軸にクランク軸を加速させる力が作用しないので、このように膨張行程の回転数に基づいて燃焼の停止を判定することにより、クランク軸を停止させている停止過程にクランク軸に対して作用する外乱を抑えることができる。そのため、吸気行程気筒のピストンを目標停止位置に精度良く停止させて吸気行程気筒の自着火を抑制できる。

また、前記所定のクランク角度範囲として前記内燃機関の膨張行程において前記内燃機関の回転数が最大になるクランク角度を含むクランク角度範囲が設定され、前記燃焼停止手段は、前記所定の機関停止条件が成立し、かつ前記回転数取得手段により取得された回転数の最大値が前記判定回転数範囲内と判断した場合に、以降の前記内燃機関の燃焼を停止させてもよい（請求項６）。この場合、内燃機関の燃焼を停止させる直前の最大回転数（以降、ピーク回転数と記述することもある。）をほぼ揃えることができるので、内燃機関の燃焼を停止させる直前の内燃機関の最大慣性エネルギを揃え、吸気行程で停止させるピストンを目標停止位置にさらに精度良く停止させることができる。そのため、吸気行程でピストンが停止した気筒の自着火を抑制することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、内燃機関の温度や大気圧など吸気行程気筒の自着火に影響する物理量に基づいて目標停止位置を設定し、内燃機関の温度又は大気圧が高いほど目標停止位置を上死点に近い位置に変更するので、吸気行程気筒の自着火を抑制することができる。一方、内燃機関の温度又は大気圧が低い場合は目標停止位置が下死点寄りに設定されるので、始動時間を短縮することができる。

図１は、本発明の停止位置制御装置が組み込まれた内燃機関の要部を示している。図１の内燃機関は、車両に走行用動力源として搭載されるもので、４つの気筒（図１では１つのみを示す。）が一列に並べられた、いわゆる直列４気筒のレシプロ式内燃機関（以下、エンジンと呼ぶことがある。）１として構成されている。なお、４つの気筒には、＃１〜＃４の気筒番号を付して区別する。エンジン１の各気筒２には、それぞれピストン３が往復動自在に挿入される。各気筒３の開口部はシリンダヘッド４にて閉じられ、各気筒２には気筒２の壁面とピストン３とシリンダヘッド４とによって燃焼室５がそれぞれ形成される。各燃焼室５には、吸気を取り込むための吸気通路６と、燃焼室５から排気を所定の排気位置まで導くための排気通路７とが接続される。各燃焼室５には、これら通路６、７を燃焼室５に対して開閉するための吸気弁８及び排気弁９と、燃焼室５内の燃料混合気に点火するための点火プラグ１０とがそれぞれ設けられている。各ピストン３の往復運動はコンロッド１１を介してクランク軸１２に伝達され、クランク軸１２を回転させる。吸気通路６には吸気量調整用のスロットルバルブ１３と燃料供給手段としての燃料噴射弁１４とが設けられ、排気通路７には排気の空燃比に対応した信号を出力する空燃比センサ１５が設けられている。

エンジン１には、クランク軸１２の回転位置（クランク角）を検出するためのクランク角検出装置２０が設けられている。クランク角検出装置２０は、クランク軸１２と一体回転するロータ２１と、ロータ２１の外周と対向するように配置されたクランク角センサ２２とを備えている。ロータ２１の外周には、周方向に所定の間隔、例えば１０°間隔で凸部（不図示）が設けられており、クランク角センサ２２はこれら凸部の検出に応答して検出信号を出力する。また、周知のようにロータ２１の外周には、クランク軸１２の基準位置を示すための基準位置指示部（不図示）が設けられている。

クランク角センサ２２の出力信号はエンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ。）１００に入力される。ＥＣＵ１００は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を備え、そのＲＯＭに記録された種々のプログラムを実行してエンジン１の運転状態を制御する周知のコンピュータユニットである。例えば、ＥＣＵ１００は、エンジン１の負荷などに応じてエンジン１に供給すべき燃料量を決定し、この決定した燃料量が供給されるように燃料噴射弁１４の動作を制御する。この他、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ２２の出力信号に基づいて各燃焼室５内の燃料をそれぞれ適切な時期に燃焼させるべく点火プラグ１０の点火時期を制御したり、燃焼に必要な吸気が燃焼室５に供給されるようにスロットルバルブ１３の開度を調整する。ＥＣＵ１００にはエンジン１の冷却水の温度に対応した信号を出力する冷却水温センサ３０、エンジン１の潤滑油の温度に対応した信号を出力する潤滑油温センサ３１、エンジン１が置かれた環境の大気圧に対応した信号を出力する大気圧取得手段としての大気圧センサ３２が接続されており、ＥＣＵ１００はこれらのセンサの出力信号を参照して上述した制御を行っている。なお、これらの具体的な制御方法は、周知のものと同様でよく、ここでは詳細を省略する。

また、ＥＣＵ１００は、クランク角センサ２２から出力される検出信号の時間間隔を検出し、３０°ＣＡ（クランク角度を意味する。）毎のエンジン１の回転数を算出する。このようにエンジン１の回転数を算出し、取得することで、ＥＣＵ１００は本発明の回転数取得手段として機能する。図２（ａ）は、アイドル運転時にＥＣＵ１００によって算出された３０°ＣＡ（クランク角度を意味する。）毎のエンジン１の回転数の時間変化の一例を示した図である。また、図２（ｂ）は、図２（ａ）の時間Ｔの範囲を拡大して示した図である。なお、図２（ｂ）に拡大して示した時間Ｔの範囲は、ある気筒２の膨張行程の後半から次の気筒２の膨張行程の期間に相当する。図２（ａ）に示したように各気筒２の膨張行程においてクランク軸１２にクランク軸１２を回転させる力が伝達されるので、各気筒２の膨張行程においてエンジン１の回転数が上昇している。図２（ｂ）に拡大して示したように、エンジン１の回転数は、各膨張行程における上死点（ＴＤＣ）〜上死点後３０°ＣＡ（以後、３０°ＡＴＤＣと記述することもある。）のクランク角度範囲から上昇し、上死点後６０°ＣＡ〜９０°ＣＡ（６０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣ）のクランク角度範囲において最大となる。すなわち、各気筒２の燃焼サイクルにおいて膨張行程の６０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣのクランク角度範囲にて回転数がピーク回転数になる。その後、回転数は徐々に低下し、次の気筒２の膨張行程において再度上昇する。なお、実際のエンジン１の回転数は図２（ｂ）の６０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣのクランク角度範囲内に含まれるクランク角度において最大になるが、本発明ではクランク角度センサ２２の出力信号に基づいて３０°ＣＡ毎のエンジン１の回転数を算出するので、６０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣのクランク角度範囲における回転数を最大回転数、すなわちピーク回転数と呼ぶ。なお、以降、このエンジン１の回転数がピーク回転数になる膨張行程の６０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣのクランク角度範囲をピーク回転数クランク角度範囲と記述することもある。

上述した制御の他にＥＣＵ１００は、エンジン１の運転中に所定の機関停止条件が満たされるとエンジン１の運転を停止させ、所定の再始動条件が満たされるとエンジン１を再始動させる、いわゆるアイドルストップ制御をエンジン１に対して実行する。図３は、ＥＣＵ１００が、アイドルストップ制御などにおいてエンジン１の停止時に吸気行程で停止するピストン３を目標停止位置に停止させるべくエンジン１を停止させる停止位置制御ルーチンを示している。この制御ルーチンは、ＥＣＵ１００の動作中に所定の周期で、ＥＣＵ１００が実行する他の制御ルーチンと並列に繰り返し実行される。

図３の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１００は、まずステップＳ１１においてエンジン１の停止要求があったか否か判断する。ＥＣＵ１００は、この停止位置制御ルーチンとは異なる制御ルーチンによってエンジン１の運転状態を監視しており、例えば車速がゼロ、かつアイドリング運転が所定時間継続した場合などに所定の機関停止条件が満たされたと判断してエンジン１の停止を要求する。エンジン１の停止要求が無いと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

エンジン１の停止要求があったと判断した場合はステップＳ１２に進み、ＥＣＵ１００は冷却水温センサ３０の出力信号を参照してエンジン１の冷却水温度を取得する。周知のように冷却水温度はエンジン１の温度と相関しているので、冷却水温度に基づいてエンジン１の温度を取得できる。このようにエンジン１の温度を取得することにより、冷却水温センサ３０は本発明の温度取得手段として機能する。続くステップＳ１３においてＥＣＵ１００は、取得した冷却水温度に基づいてエンジン１の停止時に吸気行程で停止させるピストン３の目標停止位置を設定する。目標停止位置は、例えば図４（ａ）に示したマップを参照して設定される。図４（ａ）は、冷却水温度と目標停止位置との関係の一例を示したマップである。図４（ａ）に示したように目標停止位置は、温度Ｔ１よりも高い領域、言い換えると吸気行程気筒において自着火が生じ易い自着火領域において、冷却水温度が高いほど、すなわちエンジン１の温度が高いほど、目標停止位置は吸気行程の開始位置、すなわち吸気行程の上死点（以下、吸気上死点と略称することもある。）寄りに設定される。図４（ｂ）は、図４（ａ）の縦軸に相当するクランク角度を説明する図である。なお、図４（ｂ）に矢印Ｒで示したように、エンジン１の運転時にクランク軸１２は右周りに回転する。図４（ｂ）の右側半分のクランク角度範囲が吸気行程に対応するので、図４（ａ）の目標停止位置θ１、θ２は、それぞれ図４（ｂ）に示した位置に相当する。なお、図４（ａ）のマップは、予め実験や数値計算などにより求めてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておく。この処理を実行して目標停止位置を設定することにより、ＥＣＵ１００は本発明の目標停止位置設定手段として機能する。

次のステップＳ１４においてＥＣＵ１００は、目標停止位置に基づいてエンジン１の燃焼停止の実行可否の判定に使用する判定回転数範囲を設定する。判定回転数範囲を設定するためにＥＣＵ１００は、まず設定した目標停止位置に基づいて判定回転数を設定する。判定回転数は、例えば図５に示したマップに基づいて設定される。図５のマップは、各気筒２の膨張行程においてエンジン１の回転数が最大となるクランク角度を含むクランク角度範囲において取得されたエンジン回転数の最大値（ピーク回転数）とそのエンジン回転数のときにエンジン１の燃焼を停止してエンジン１を停止させた場合の吸気行程気筒のクランク角度位置（以降、停止クランク角度位置と記述することもある。）との関係を示している。なお、図２（ｂ）に示したようにエンジン１では膨張行程の６０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣのクランク角度範囲にて回転数が最大となるので、図５の横軸はこのクランク角度範囲のエンジン回転数を示している。図５に示した関係は、予め実験や数値計算などにより求めてＥＣＵ１００のＲＯＭにマップとして記憶させておく。図５によれば、目標停止位置が例えば９０°ＢＴＤＣ（上死点前９０°ＣＡを意味する。）に設定された場合、判定回転数が回転数Ｎ１に設定される。次にＥＣＵ１００は、このように設定した判定回転数に基づいて上限回転数及び下限回転数をそれぞれ設定し、判定回転数範囲を設定する。上限回転数及び下限回転数としては、例えばこれらの回転数によって設定される範囲内の回転数でエンジン１の燃焼を停止させてもピストン３の停止位置が目標停止位置から殆どずれないような回転数が設定される。このように判定回転数範囲を設定することにより、ＥＣＵ１００は本発明の判定回転数設定手段として機能する。

続くステップＳ１５においてＥＣＵ１００は、クランク角センサ２２の出力信号を参照して算出したエンジン１の回転数が判定回転数範囲内か否か判定する。エンジン１の回転数が判定回転数範囲外と判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。一方、エンジン１の回転数が判定回転数範囲内と判断した場合はステップＳ１６に進み、ＥＣＵ１００は以降のエンジン１の燃焼を停止させる。燃焼の停止は、例えば点火プラグ１０の動作を停止させて行ってもよいし、燃料噴射弁１４からの燃料の供給を停止させて行ってもよい。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

このように冷却水の温度、すなわちエンジン１の温度が高いほど吸気行程で停止させるピストン３の停止位置を上死点寄りに設定するので、エンジン１の始動時にこの気筒３に吸入される新気量を増加させて吸気行程気筒の自着火を抑制できる。一方、冷却水の温度が低い場合は、冷却水温度が高い場合よりも目標停止位置を吸気行程の終了位置寄り、すなわち吸気行程の下死点（以降、吸気下死点と略称することもある。）寄りに設定するので、始動時間を短縮することができる。なお、エンジン１の温度は、冷却水温度の他に潤滑油温度、吸気温度等とも相関を有しているので、例えば潤滑油温度に基づいて目標停止位置を変更してもよい。この制御ルーチンを実行してエンジン１の停止させることにより、ＥＣＵ１００は本発明の燃焼停止手段として機能する。

図６は、停止位置制御ルーチンの変形例を示している。なお、図６において図３と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図６の制御ルーチンは、ＥＣＵ１００の動作中、他の制御ルーチンと並列に所定の周期で繰り返し実行される。

図６の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１００はステップＳ１１においてエンジン１の停止要求があったか否か判定し、停止要求があったと判断した場合はステップＳ２１に進み、エンジン１が置かれた環境における大気圧を取得する。続くステップＳ２２においてＥＣＵ１００は、取得した大気圧に基づいて目標停止位置を設定する。目標停止位置は、例えば図７（ａ）に示したマップを参照して設定される。図７（ａ）は、大気圧と目標停止位置との関係の一例を示したマップである。図７（ａ）に示したように目標停止位置は、大気圧Ｐ１よりも高い領域、言い換えると吸気行程気筒において自着火が生じ易い自着火領域において、大気圧が高いほど目標停止位置は吸気上死点寄りに設定される。図７（ｂ）は、図７（ａ）の縦軸に相当するクランク角度を説明する図である。なお、図７（ｂ）に矢印Ｒで示したように、エンジン１の運転時にクランク軸１２は右周りに回転する。図７（ｂ）の右側半分のクランク角度範囲が吸気行程に対応するので、図７（ａ）の目標停止位置θ１１、θ１２は、それぞれ図７（ｂ）に示した位置に相当する。なお、図７（ａ）のマップは、予め実験や数値計算などにより求めてＥＣＵ１００のＲＯＭに記憶させておく。その後、ステップＳ１４に進み、以降図３の制御ルーチンと同様の処理を行った後、今回の制御ルーチンを終了する。

大気圧が高いほど空気密度が高くなるので、エンジン１の停止時に吸気行程気筒内に充填される空気量が増加して圧縮時の圧力が上昇し易くなる。そのため、大気圧が高いほど、自着火が生じ易くなる。図６の制御ルーチンでは、大気圧が高いほど、目標停止位置を吸気上死点に近い位置に設定するので、エンジン１の始動時にこの気筒２に吸入される新気量を増加させて充填効率を低下させ、自着火を抑制することができる、一方、大気圧が低い場合は大気圧が高い場合よりも目標停止位置が吸気下死点寄りに設定されるので、始動時間を短縮することができる。

なお、ＥＣＵ１００は、図３及び図６の制御ルーチンを組み合わせて実行してもよい。すなわち、エンジン１の温度及び大気圧に基づいて目標停止位置を設定してもよい。このように目標停止位置を設定することで、吸気行程でピストン３が停止する気筒２の自着火をさらに抑制することができる。

エンジン１が停止した後にクランク軸１２が動き、吸気行程で停止したピストン３の停止位置が目標停止位置からずれるおそれがある。そこで、ＥＣＵ１００は、図８の燃料噴射量制御ルーチンを実行してエンジン１の始動時に自着火が生じると判断した場合は燃料量を増加させて筒内温度を低下させ、エンジン１の自着火を抑制する。図８の制御ルーチンは、ＥＣＵ１００の動作中に他の制御ルーチンと並列に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図８において図３及び図６と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図８の制御ルーチンにおいてＥＣＵ１００は、まずステップＳ３１においてエンジン１の始動要求があったか否か判定する。ＥＣＵ１００は、例えばアイドルストップ制御によってエンジン１が一時的に停止しているときにアクセルペダル又はクラッチペダルの踏み込み操作、又は変速機の操作などがあった場合、所定の機関始動条件が満たされたと判断し、エンジン１の始動要求があったと判断する。エンジン１の始動要求が無いと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

エンジン１の始動要求があったと判断した場合はステップＳ２１に進み、ＥＣＵ１００は大気圧を取得する。続くステップＳ１２においてＥＣＵ１００は、冷却水温度を取得する。次のステップＳ３２においてＥＣＵ１００は、吸気行程で停止したピストンの停止位置を取得する。エンジン１が停止した後、ＥＣＵ１００は停止時におけるクランク角をクランク角センサ２２の出力信号に基づいて判別し、その判別したクランク角をＥＣＵ１００内の記憶装置（例えばＲＡＭ）に記憶する。つまり、ＥＣＵ１００はエンジン１が停止したときにクランク軸１２が０°ＣＡ〜７２０°ＣＡのいずれの位置で停止したかを判別してその判別結果を記憶する。クランク角はいずれかの気筒２のピストン３が所定位置にある状態（例えば＃１の気筒のピストンが吸気行程の上死点にある状態）を基準として特定されるため、停止時のクランク角を判別することは各ピストン３の停止位置を判別することと等価である。そのため、このようにエンジン１の停止時におけるクランク角を記憶することで、ＥＣＵ１００は本発明の停止位置判別手段として機能する。

次のステップＳ３３においてＥＣＵ１００は、冷却水温度、大気圧、及びピストン３の停止位置に基づいて燃料噴射量を増量するか否か判定する。燃料噴射量を増量するか否かは、例えば図９に一例を示したマップに基づいて判定される。図９中の領域Ａ１〜Ａ３は後述する判定領域を示し、線Ｌ１〜Ｌ３は判定領域を設定する境界線を示す。ＥＣＵ１００は、まずピストン３の停止位置に基づいて図９のマップ上に燃料噴射量を増量するか否か判定する判定領域を設定する。上述したようにピストン３の停止位置が上死点に近いほど自着火し難い。そこで、図９のマップでは、ピストン３の停止位置が上死点側であるほど、判定領域を設定するための境界線を図９の右上側に設定する。例えば、ピストン３の停止位置が下死点に近い場合、境界線として線Ｌ１が設定され、判定領域として図９のマップで線Ｌ１よりも右上側の領域Ａ１が設定される。一方、ピストン３の停止位置が上死点に近い場合、境界線として線Ｌ３が設定され、判定領域として図９のマップで線Ｌ３よりも右上側の領域Ａ３が設定される。次に、ＥＣＵ１００は、冷却水温度及び大気圧によって図９のマップ上に特定される点が設定した判定領域内に位置するか否か判定し、判定領域内に位置すると判断した場合に燃料噴射量を増量すると判断する。燃料噴射量を増量しないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、燃料噴射量を増量すると判断した場合はステップＳ３４に進み、エンジン１の始動時に燃料噴射弁１４から噴射される燃料噴射量を増量する。なお、この燃料噴射量の増量分は、吸気行程気筒の自着火が確実に防止できるような量を予め設定しておいてもよいし、冷却水温度、大気圧、及びピストン３の停止位置によって図９のマップ上に特定される点が図９の右上に行くほど増量されるように変化させてもよい。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

図８の制御ルーチンでは、エンジン１の始動時に吸気行程気筒において自着火が生じるか否か判定し、自着火が生じると判断した場合は燃料噴射量を増量するので、この増量させた分の燃料の気化潜熱によって筒内温度を低下させることができる。そのため、吸気行程気筒における自着火を抑制できる。なお、ＥＣＵ１００は、ステップＳ３３の処理を実行して自着火を判定することにより、本発明の自着火判定手段として機能し、またステップＳ３４の処理を実行して燃料噴射量を増量することにより、本発明の燃料量増加手段として機能する。

本発明は、上述した形態に限定されることなく、種々の形態にて実施することができる。例えば、本発明が適用されるエンジンはポート噴射型に限らず、筒内噴射型でもよい。本発明はアイドルストップ制御による停止時に限らず、イグニッションスイッチをオフにしてエンジンを停止させるときにも適用することができる。従って、本発明はアイドルストップ制御の適用対象となるエンジンに限らず、アイドルストップ制御が行われないエンジンに対しても適用することができる。

本発明が適用されるエンジンの気筒数は４気筒に限らず、また気筒の配置方式も直列式に限定されない。例えば、３、６、８、１０、１２気筒のエンジンに本発明を適用してもよいし、Ｖ型エンジンなどに本発明を適用してもよい。また、上述した形態では、膨張行程の６０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣのクランク角度範囲に取得した回転数に基づいてエンジンの燃焼停止の実行を判断したが、回転数が最大になるクランク角度範囲は、エンジンの気筒数などに応じて変化する。そのため、燃焼停止の実行の判定に使用する回転数を取得するクランク角度範囲は、本発明が適用されるエンジンに応じて適宜設定される。また、エンジンの回転数を算出する間隔は３０°ＣＡ毎に限らない。例えば１０°ＣＡ毎に算出してもよい。このようにエンジンの回転数を算出する間隔を狭くすることにより、エンジンの回転数をさらに精度良く取得し、エンジンの燃焼を停止させる際の慣性エネルギをさらに精度良く揃えることができる。

ピーク回転数がピーク回転数判定クランク角度範囲以外に設定された膨張行程のクランク角度範囲にて取得されたエンジンの回転数に基づいて推定できる場合、このピーク回転数判定クランク角度範囲以外の膨張行程のクランク角度範囲にて取得されたエンジン回転数に基づいてエンジンの燃焼停止の実行を判断してもよい。

本発明の停止位置制御装置が組み込まれたエンジンの要部を示す図。図１のＥＣＵにより算出されたエンジンの回転数の時間変化の一例を示した図で、（ａ）はアイドル運転時における３０°ＣＡ毎のエンジンの回転数の時間変化の一例を示し、（ｂ）は（ａ）の時間Ｔの範囲を拡大して示している。ＥＣＵが実行する停止位置制御ルーチンを示すフローチャート。図３の制御ルーチンにて使用するマップを示す図で、（ａ）が冷却水温度と目標停止位置との関係の一例を示し、（ｂ）が（ａ）の縦軸に相当するクランク角度を説明する図である。各気筒の膨張行程においてエンジンの回転数が最大となるクランク角度範囲において取得されたエンジン回転数とそのエンジン回転数のときにエンジンの燃焼を停止してエンジンを停止させた場合の吸気行程気筒のクランク角度位置との関係の一例を示す図。停止位置制御ルーチンの変形例を示すフローチャート。図６の制御ルーチンにて使用するマップを示す図で、（ａ）が大気圧と目標停止位置との関係の一例を示し、（ｂ）が（ａ）の縦軸に相当するクランク角度を説明する図である。ＥＣＵが実行する燃料噴射量制御ルーチンを示すフローチャート。図８の制御ルーチンにて使用するマップを示す図。

符号の説明

１エンジン（内燃機関）
２気筒
３ピストン
１２クランク軸
１４燃料噴射弁（燃料供給手段）
３０冷却水温センサ（温度取得手段）
３２大気圧センサ（大気圧取得手段）
１００エンジンコントロールユニット（回転数取得手段、判定回転数設定手段、燃焼停止手段、目標停止位置設定手段、停止位置取得手段、自着火判定手段、燃料量増加手段）

Claims

内燃機関の回転数を取得する回転数取得手段と、前記内燃機関の停止時に吸気行程で停止させる気筒のピストンの目標停止位置に基づいて前記内燃機関の燃焼停止の実行可否を判定する判定回転数範囲を設定する判定回転数設定手段と、所定の機関停止条件が成立し、かつ前記回転数取得手段により取得された回転数が前記判定回転数範囲内と判断した場合に前記内燃機関の燃焼を停止させる燃焼停止手段と、を備えた内燃機関の停止位置制御装置において、
前記内燃機関の停止時に吸気行程でピストンを停止させる気筒の自着火に影響する物理量に基づいて前記目標停止位置を設定する目標停止位置設定手段と、前記所定の機関停止条件が成立したときの前記内燃機関の温度を取得する温度取得手段と、を備え、
前記目標停止位置設定手段は、前記物理量として前記温度取得手段が取得した温度に基づいて前記所定の機関停止条件の成立後に前記目標停止位置を設定し、前記温度取得手段により取得された温度が高いほど、前記目標停止位置を吸気行程の開始位置寄りに設定することを特徴とする内燃機関の停止位置制御装置。
前記所定の機関停止条件が成立したときの前記内燃機関が置かれた環境における大気圧を取得する大気圧取得手段を備え、
前記目標停止位置設定手段は、前記物理量として前記大気圧取得手段が取得した大気圧に基づいて前記目標停止位置を設定することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の停止位置制御装置。
前記目標停止位置設定手段は、前記大気圧取得手段により取得された大気圧が高いほど、前記目標停止位置を吸気行程の開始位置寄りに設定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の停止位置制御装置。
前記内燃機関の気筒に燃料を供給する燃料供給手段と、前記内燃機関の停止時に吸気行程で停止したピストンの停止位置を取得する停止位置取得手段と、前記停止位置取得手段により取得されたピストンの停止位置、前記内燃機関の温度、及び前記内燃機関が置かれた環境における大気圧のうちの少なくともいずれか一つに基づいて前記内燃機関で自着火が生じるか否か判別する自着火判定手段と、前記自着火判定手段により自着火が生じると判断された場合に前記燃料供給手段から前記内燃機関の気筒に供給される燃料量を増加させる燃料量増加手段と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の停止位置制御装置。
前記回転数取得手段は、前記内燃機関の少なくとも一つの気筒の膨張行程に設定された所定のクランク角度範囲における前記内燃機関の回転数を取得することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の停止位置制御装置。
前記所定のクランク角度範囲として前記内燃機関の膨張行程において前記内燃機関の回転数が最大になるクランク角度を含むクランク角度範囲が設定され、
前記燃焼停止手段は、前記所定の機関停止条件が成立し、かつ前記回転数取得手段により取得された回転数の最大値が前記判定回転数範囲内と判断した場合に、以降の前記内燃機関の燃焼を停止させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の停止位置制御装置。