JP5167857B2

JP5167857B2 - エンジンの自動停止装置

Info

Publication number: JP5167857B2
Application number: JP2008042107A
Authority: JP
Inventors: 雅之鐵野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-02-22
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2013-03-21
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: JP2009197738A

Description

本発明は、アイドル時等に自動で停止したエンジンを再始動要求に応じて自動で再始動するようにしたエンジンの自動停止装置に関する技術分野に属する。

従来より、燃費低減およびＣＯ_２排出量抑制等を目的として、アイドル時にエンジンを自動で停止するようにしたエンジン制御システム（アイドルストップシステム）が知られている。このようなシステムでは、発進操作等のエンジン再始動要求に対して即座にエンジンを始動しなくてはならず、この再始動性を向上させるために様々な技術が提案されている。例えば特許文献１に示すものでは、エンジンの停止に伴いその筒内温度が低下することに起因する燃料着火性の悪化を防止するべく、グロープラグにより筒内を加熱するようにしている。
特開平２００４−１７６５６９号公報

ところで、高出力が要求されるエンジンでは、吸入空気量を増加させるために排気ターボ過給機を備える場合がある。しかし、通常の排気ターボ過給機では、エンジン低回転領域（アイドル運転領域を含む）において、排気エネルギーが小さくなるが故にタービン回転数が減少して過給効率（エンジン出力）が低下するという問題がある。

そこで、この問題を解決するべく、近年、開発が進められる可変容量式過給機（ＶＧＴ：Variable Geometry turbo)を備えることが考えられる。この可変容量式過給機は、一般的に、タービンの上流側に配設される複数の可動ベーンを有していて、エンジン低回転領域において、この可動ベーンを閉じ側に制御することで、タービン供給排気ガスのガス流速を高めるようになっている。このことで、エンジン低回転領域におけるタービン回転数を増加させて、排気ターボ過給機の過給効率（エンジン出力）を増加させることができる。

しかしながら、このような可変容量式過給機を備えたエンジンに対して、上述のアイドルストップシステムを適用した場合、例えばエンジンがアイドル運転状態（低回転領域）になって自動停止する際には、可動ベーンが閉じ側に制御されているので、排気抵抗が高くなって燃焼室内の掃気性が悪化し、延いては、燃料室内の残留ガスに起因してエンジンの再始動性が悪化するという問題がある。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、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ときにエンジンを再始動させるエンジンの自動停止装置に対して、その構成および制御方法に工夫を凝らすことで、エンジンの高出力化を図りつつ、エンジン停止後の再始動性の向上を図ろうとすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、エンジンの出力を向上させるための排気ターボ過給機と、該排気ターボ過給機のタービンに流入する排気ガス流れを変更可能な排気流れ変更機構とを備え、エンジンの運転状態がアイドル運転状態を含む低負荷運転状態になったときには、該排気ターボ過給機のタービン上流側の圧力が上昇する方向に排気流れ変更機構を作動させるとともに、自動停止条件が成立してエンジンが停止するときには、該タービン上流側の圧力が低下する方向に排気流れ変更機構を作動させるようにした。

具体的には、請求項１の発明では、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ための処理を開始するとともに、当該処理が終了してエンジンが自動停止した後、所定の再始動条件が成立したときに該自動停止後のエンジンを再始動させるための処理を開始するエンジン自動停止・再始動制御手段を備えたエンジンの自動停止装置を対象とする。

そして、上記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する排気ターボ過給機と、上記排気ターボ過給機のタービンに供給される排気ガスの流れ状態を変更可能な排気流れ変更機構と、上記排気流れ変更機構の作動を制御する変更機構作動制御手段とを備え、上記変更機構作動制御手段は、上記エンジンの運転状態が、アイドル運転状態を含むエンジン負荷が所定負荷以下の低負荷運転状態になったときには、上記タービン上流側の排気ガス圧が上昇する方向に上記排気流れ変更機構を作動させる一方、上記自動停止条件が成立したときには、上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、該タービン上流側の排気ガス圧が低下する方向に上記排気流れ変更機構を作動させるように構成されているものとする。

この構成によれば、変更機構作動制御手段は、エンジンの運転状態がアイドル運転状態を含む低負荷運転状態になったときには、排気通路内におけるタービン上流側の排気ガス圧が上昇する方向（つまりタービン回転数が増加する方向）に排気流れ変更機構を作動させる。従って、過給効率が低下する低負荷運転状態においても、タービン回転数を十分に高めて排気ターボ過給機の過給効率（エンジン出力）を向上させることができる。

また、変更機構作動制御手段は、上記所定の自動停止条件（例えばエンジンのアイドル運転状態が所定時間以上持続するという条件）が成立することによりエンジン自動停止・再始動制御手段がエンジンを自動停止させるときには、排気通路内におけるタービン上流側の排気ガス圧が低下する方向に排気流れ変更機構を作動させる。これにより、エンジン停止過程における排気抵抗の低減を図って燃焼室内の掃気性を向上させることができる。このため、上記再始動条件が成立してエンジンが再始動する際に、燃焼室内の残留ガスによって燃料着火性が悪化するのを防止することができて、該エンジンの再始動性の向上を図ることができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記エンジンの吸気通路に配設される吸気絞り弁と、上記吸気絞り弁の作動を制御する弁作動制御手段とをさらに備え、上記弁作動制御手段は、上記自動停止条件が成立して上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、上記吸気絞り弁を閉方向に作動させるように構成されているものとする。

このことにより、エンジン停止過程で発生する停止振動の低減と、エンジンの再始動性との両立を図ることができる。

すなわち、ディーゼルエンジンにおいては、圧縮比が高く設定されていることから、燃料カット後に燃焼室内に空気が流入すると振動が発生するという問題があり、この問題を解決するために、吸気通路に吸気絞り弁を設けて、エンジンが停止するときに該吸気絞り弁を閉方向に作動させることで燃焼室内への空気流入を防止する場合がある。しかし、この場合には、吸排気系の空気流れが遮断されて燃焼室内の掃気性が悪化することとなり、このため、従来の自動停止装置では、エンジンの停止振動の低減と燃焼室内の掃気性の向上（エンジンの再始動性の向上）との両立を図ることは困難であった。しかしながら、本発明では、上記のように、エンジンの停止過程において燃焼室内の掃気性を十分に確保することができるので、吸気絞り弁の閉方向制御により吸排気系の空気流れが悪化したとしても、燃焼室内の残留ガスを確実に掃気してエンジンの再始動性を向上させることができる。

請求項３の発明では、請求項１又は２の発明において、上記排気流れ変更機構は、上記排気ターボ過給機のタービンの入口に周方向に互いに所定間隔を隔てて配設された複数の可動ベーンを有しており、上記各可動ベーンはそれぞれ、上記タービンの回転軸に略平行な軸回りに回動可能に支持されていて、互いの間に形成される排気ガス流路の出口開度を絞る閉方向と、該出口開度を開く開方向との両方向に駆動可能に構成されており、上記変更機構作動制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記低負荷運転状態になったときには、上記可動ベーンを閉方向に作動させる一方、上記自動停止条件が成立して上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、上記可動ベーンを開方向に作動させるように構成されているものとする。

この構成によれば、エンジンが低負荷運転状態になったときには、上記変更機構作動制御手段により可動ベーンが閉方向に制御される結果、各可動ベーンの間に形成される排気ガス流路の出口開度が絞られる。このため、タービンに流入する排気ガス流速が増大してタービン回転数が増加する。従って、エンジンが低負荷運転状態にあるときでも、過給効率を十分に高めてエンジン出力を向上させることができる。

また、上記自動停止条件が成立してエンジンが自動停止するときには、上記変更機構作動制御手段により可動ベーンが開方向に制御されて、各可動ベーンの間に形成される排気ガス流路の出口開度が拡大する。このため、タービンの上流側の排気ガス圧が低下して排気抵抗が減少するので、エンジン停止過程において燃焼室内の掃気を確実に行うことができる。よって、請求項１の発明と同様の作用効果をより一層確実に得ることができる。

請求項４の発明では、請求項１又は２記載のエンジンの自動停止装置において、上記排気流れ変更機構は、上記排気ターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス通路と、上記バイパス通路に配設される排気バイパス弁とを有しており上記変更機構作動制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記低負荷運転状態になったときには、上記排気バイパス弁を閉方向に作動させる一方、上記自動停止条件が成立して上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、上記排気バイパス弁を開方向に作動させるように構成されているものとする。

この構成によれば、エンジンが低負荷運転状態になったときには、上記変更機構作動制御手段により排気バイパス弁が閉方向に制御される。この結果、バイパス通路を介してバイパスされる排気ガス流量が減少してタービンに流入する排気ガス量が増大し、これに伴いタービン回転数が増加する。従って、エンジンが低負荷運転状態にあるときでも、過給効率を十分に高めてエンジン出力を向上させることができる。

また、上記自動停止条件が成立してエンジンが自動停止するときには、上記変更機構作動制御手段により排気バイパス弁が開方向に制御される。この結果、バイパス通路を介してバイパスされる排気ガス流量が増加してタービンに流入する排気ガス量が減少する。このため、タービン上流側圧力が低下して排気抵抗が減少するので、上記のようにエンジン停止過程における燃焼室内の掃気を十分に行うことができる。よって、請求項１の発明と同様の作用効果をより一層確実に得ることができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの自動停止装置によると、エンジンの出力を向上させるための排気ターボ過給機と、該排気ターボ過給機のタービンに流入する排気ガス流れを変更可能な排気流れ変更機構とを備え、エンジンの運転状態がアイドル運転状態を含む低負荷運転状態になったときには、該排気ターボ過給機のタービン上流側の圧力が上昇する方向に排気流れ変更機構を作動させる一方、自動停止条件が成立してエンジンの自動停止が開始するのに伴い、該タービン上流側の圧力が低下する方向に排気流れ変更機構を作動させるようにしたことで、エンジンの高出力化を図りつつ、エンジン停止後の再始動性の向上を図ることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る自動停止装置を備えた４サイクルディーゼルエンジン１０の概略構成を示している。尚、本実施形態では、エンジン１０を手動変速機に連結した車両に搭載した例を示している。

図１を参照して、エンジン１０は、シリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２を有している。これらシリンダヘッド１１およびシリンダブロック１２には、エンジン前側から順に４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄが直列に配設されている。また、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの内部には、図略のコネクティングロッドによつてクランクシャフト１５に連結されたピストン１６が嵌挿される。ピストン１６には、シリンダヘッド１１とともに燃焼室１７を区画するキャビティ１６ａが形成されている。各気筒１４Ａ〜１４Ｄに設けられたピストン１６は、所定の位相差をもってクランクシャフト１５の回転に伴い上下運動を行うように構成されている。ここで、４気筒４サイクルエンジンであるエンジン１０では、各気筒１４Ａ〜１４Ｄ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サイクルを行うようになっており、各サイクルが１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順にクランク角で１８０°(１８０°ＣＡ)の位相差をもって行われるように構成されている。

シリンダヘッド１１には、プラグ先端が燃焼室１７内に臨むように配置されたグロープラグ１８が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。また、シリンダヘッド１１には、燃料噴射弁１９が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。この燃料噴射弁１９は、燃料を当該燃料噴射弁１９の開弁圧(噴射圧)以上の高圧状態で蓄えて分配するコモンレール２０に対し、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に配設された分岐管２１を介してそれぞれ接続されている。各燃料噴射弁１９は、通電により電磁力で燃料通路を開くことで燃料圧力により噴射ノズルの真弁が開き、コモンレール２０から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室１７を区画するピストン１６のキャビティ１６ａに向けて気筒１４Ａ〜１４Ｄ内に直接噴射供給するものである。本実施形態においては、燃料圧力を検出するための燃圧センサＳＷｌがコモンレール２０に設けられている。燃料噴射弁１９の燃料噴射量は、通電時間で制御される。また、燃料噴射弁１９に燃料を供給するコモンレール２０は、高圧燃料供給管２２を介して燃料供給ポンプ２３に接続されている。

シリンダヘッド１１には、燃焼室１７に向かって開口する吸気ポート２４および排気ポート２５が各気筒１４Ａ〜１４Ｄの上部に設けられている。そして、これらのポート２４、２５と燃焼室１７との連結部分には、吸気バルブ２６および排気バルブ２７がそれぞれ装備されている。吸気ポート２４および排気ポート２５には、吸気通路２８および排気通路２９が接続されている。吸気通路２８の下流側は、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に分岐した分岐吸気通路２８ａに分岐しており、この各分岐吸気通路２８ａの上流端がそれぞれサージタンク２８ｂに連通している。このサージタンク２８ｂよりも上流側には共通吸気通路２８ｃが設けられている。

エンジン１０は、高出力化のための排気ターボ過給機５０を有しており、上記共通吸気通路２８ｃにおけるサージタンク２８ｂよりも上流側には、排気ターボ過給機５０のコンプレッサ５１が配設され、排気通路２９におけるＥＧＲ通路４１（後述する）との接続部よりも下流側には、排気ターボ過給機５０のタービン５２が配設されている。このタービン５２が排気ガス流により回転し、該タービン５２の回転により、該タービン５２と連結されたコンプレッサ５１が作動する。

上記排気ターボ過給機５０は、エンジン１０の運転状態に応じてタービン５２に流入する排気ガスの流速（流れ状態）を調整可能な可変容量式過給機（ＶＧＴ）であり、タービン５２の入口には、この調整のための可変容量機構６０が設けられている。

可変容量機構６０は、図２に示すように、タービン５２を取り囲むようにその回転軸回りに周方向に所定間隔を隔てて配設された複数の可動ベーン６１を有しており、タービン案内流路５４内に流入した排気ガスは、該各可動ベーン６１間に形成されるノズル流路６３を通ってタービン翼列内に流入する。

可動ベーン６１は、タービン５２の回転軸方向に延びる支持軸６２回りに回動可能に支持されており、可動ベーン６１の該支持軸６２回りの回動により、ノズル流路６３の出口開度を変更可能になっている。

具体的には、図２に実線で示すように、可動ベーン６１が相互に近接するように、すなわち、可動ベーン６１がより円周方向に近い向きで延びるようにすれば、各可動ベーン６１で形成されるノズル流路６３の開度（可動ベーン６１の開度）が小さく絞られる。特に、エンジン１０の回転数が低いときに開度を小さくすると、流速が高まり、さらに、流れ方向がタービン５２の接線方向（円周方向）に向くので過給効率が高まる一方、タービン５２の上流側の排圧が高まって排気抵抗は増加してしまう。尚、図２の実線で示す状態が、可動ベーン６１の全閉状態に対応しており、この全閉状態においても、ノズル流路６３の出口開度は０ではなく、タービン５２への排気ガス供給が可能な状態になっている。

図２に鎖線で示すように、可動ベーン６１が相互に離反するように、すなわち、可動ベーン６１がより半径方向に近い向きで延びるようにすれば、ノズル流路６３の開度（可動ベーン６１の開度）が拡大する。特に、エンジン１０の回転数が高いときに開度を大きくすると、大流量を確保して過給効率が高まる。また、タービン５２の上流側の排圧が低下して排気抵抗も低減される。尚、図２の鎖線で示す状態が、可動ベーン６１の全開状態に対応している。

そして、上記可動ベーン６１を含む可変容量機構６０が、排気ターボ過給機５０のタービン５２に供給される排気ガスの流速及び流れ方向（排気流れ状態）を変更可能な排気流れ変更機構を構成している。

可動ベーン６１は、後述するエンジン制御ユニット１００の可動ベーン作動制御部１０７（変更機構作動制御手段に相当）からの指令を受けて作動する不図示のアクチュエータにより駆動される。

図１では模式化されているが、上記共通吸気通路２８Ｃには、各気筒１４Ａ〜１４Ｄに流入する吸気流通量を調整可能な吸気シャッタ弁（吸気絞り弁）３０と、吸気流通量を検出するエアフローセンサＳＷ２と、吸気圧力Ｐｉｎａを検出する吸気圧センサＳＷ３と、吸気温度を検出する吸気温度センサＳＷ４とが設けられている。吸気シャッタ弁３０は、アクチュエータ３０ａによって開閉駆動されるように構成されている。図示の例において、吸気シャッタ弁３０は、全閉状態でも空気が流通するように設定されている。

エンジン１０には、タイミングベルト等によりクランクシャフト１５に連結されたオルタネータ３２が付設されている。このオルタネータ３２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３３を内蔵し、このレギュレータ回路３３に入力されるエンジン制御ユニット１００からの制御信号に基づき、車両の電気負荷および車載バッテリ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。

エンジン１０には、当該エンジン１０を始動するためのスタータモータ３４が設けられている。このスタータモータ３４は、モータ本体３４ａとピニオンギア３４ｂとを有している。ピニオンギヤ３４ｂは、モータ本体３４ａの出力軸上にて相対回転不能な状態で往復移動する。また、クランクシャフト１５には、図略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、このスタータモータ３４を用いてエンジン１０を再始動する場合には、このピニオンギヤ３４ｂが所定の噛合位置に移動して、フライホイールに固定されたリングギア３５に噛合することにより、クランクシャフト１５が回転駆動されるようになっている。

さらに、エンジン１０には、クランクシャフト１５の回転角を検出する２つのクランク角度センサＳＷ５、ＳＷ６が設けられ、一方のクランク角度センサＳＷ５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ＳＷ５、ＳＷ６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１５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１０には、冷却水温度を検出する水温センサＳＷ７と、車両のアクセルペダル３６の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ＳＷ８と、車両のブレーキペダル３７の操作を検出するブレーキペダルセンサＳＷ９とが設けられている。

エンジン１０には、排気還流装置４０が設けられている。排気還流装置４０は、ＥＧＲを排気通路２９から吸気通路２８に環流するＥＧＲ通路４１と、このＥＧＲ通路４１の途中に設けられたＥＧＲ弁４２とを備えている。ＥＧＲ弁４２は、次に説明するエンジン制御ユニット１００によって、開閉制御されるようになっている。

エンジン１０は、エンジン制御ユニット１００によつて運転制御される。

エンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース並びにこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成され、各センサＳＷｌ〜ＳＷ９を初めとする入力要素からの検出信号に基づき、種々の演算を行うとともに、燃料噴射弁１９やスタータモータ３４、或いはグロープラグ１８等の各アクチュエータの制御信号を出力するものである。例えば、運転条件に応じた燃料の噴射量および噴射時期や点火時期を演算し、燃料噴射弁１９等に制御信号を出力している。また、運転条件に応じて吸気シャッタ弁３０の目標開度を演算し、吸気シャッタ弁３０の開度がこの目標開度となるような制御信号を吸気シャッタ弁３０のアクチュエータ３０ａに出力している。

エンジン制御ユニット１００は、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１０１と、運転状態判定部１０１の判定に基づいてエンジン１０の燃料噴射を制御する燃料噴射制御部１０２と、運転状態判定部１０１の判定に基づいて筒内へ流入する吸気流通量を調整する吸気流通量制御部１０３と、運転状態判定部１０１の判定に基づいて再始動条件の成立時にエンジン１０のスタータモータ３４を駆動制御するスタータ制御部１０４と、グロープラグ１８を制御するグロープラグ制御部１０５と、排気還流装置４０を駆動制御するＥＧＲ制御部１０６と、可変容量式排気ターボ過給機５０の可動ベーン６１の作動を制御する可動ベーン作動制御部１０７とを論理的に構成している。

運転状態判定部１０１は、燃圧センサＳＷｌ、エアフローセンサＳＷ２、吸気圧センサＳＷ３、吸気温度センサＳＷ４、クランク角度センサＳＷ５、ＳＷ６、水温センサＳＷ７、およびアクセル開度センサＳＷ８、ブレーキペダルセンサＳＷ９等からのセンサ信号に基づき、エンジン１０の自動停止条件や再始動条件の成立又は解除、並びに、エンジン１０の運転状態が低負荷運転状態にあるか否か等を判定するモジュールである。この他にも、運転状態判定部１０１は、燃料圧力、ピストン１６の停止位置、筒内温度、或いはエンジン１０が正転しているか否か等、種々の運転状態を判定する。この運転状態判定部１０１は、エンジン１０が自動停止時しているときにおけるピストン１６の停止位置の判定や、ピストン１６が停止すべき適正停止位置ＳＡの設定をするものでもある。本実施形態において、停止時圧縮行程気筒（エンジン１０の停止完了時に圧縮行程となる気筒）の適正停止位置ＳＡは、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。後述するように、ディーゼルエンジンにおいては、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射し、スタータモータ３４でピストン１６を駆動して、当該燃料が噴射された気筒内で混合気を自着火させる必要があるため、ピストン１６は、下死点側に停止しているのが好ましい。他方、ピストン１６が下死点近傍にある場合には、スタータモータ３４の駆動時間が長くなるので、確実な自着火とスタータモータの駆動時間短縮とを両立させるために、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。後述するように、ディーゼルエンジンにおいては、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射し、スタータモータ３４でピストン１６を駆動して、当該燃料が噴射された気筒内で混合気を自着火させる必要があるため、ピストン１６は、下死点側に停止しているのが好ましい。他方、ピストン１６が下死点近傍にある場合には、スタータモータ３４の駆動時間が長くなるので、確実な自着火とスタータモータの駆動時間短縮とを両立させるために、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定されているのである。但し、筒内温度が高い場合には、停止時圧縮行程気筒の有効圧縮比を小さく設定することができるので、適正停止位置ＳＡは、筒内温度によつて上死点側に補正されるようになっている。筒内温度は、予めメモリに記憶されたデータに基づいて推定されるように構成されている。尚、本実施形態において、運転状態判定部１０１は、車両のブレーキペダル３７のＯＮ/ＯＦＦや車速等も判定できるように図略のセンサからの検出信号が入力されるようになっている。

燃料噴射制御部１０２は、運転状態判定部１０１の判定に基づき、エンジン１０の適正な空燃比に対応する燃料噴射量と、燃料噴射タイミングとを設定し、その設定に基づいて、燃料噴射弁１９を駆動制御するモジュールである。

吸気流通量制御部１０３は、運転状態判定部１０１の判定に基づき、エンジン１０の適正な吸気流通量を設定し、その設定に基づいて、吸気シャッタ弁３０を駆動制御するモジュールである。

スタータ制御部１０４は、エンジン１０の始動時にスタータモータ３４に制御信号を出力し、スタータモータ３４を駆動するモジュールである。

グロープラグ制御部１０５は、暖機時等にグロープラグ１８の駆動を制御するモジュールである。

ＥＧＲ制御部１０６は、所定の部分負荷運転領域において、ＥＧＲ弁４２を開くことにより、燃焼安定性を図るものである。

可動ベーン作動制御部１０７は、可動ベーン６１を駆動するアクチュエータ（例えばモータ）に制御信号を出力して、可動ベーン６１の開閉制御を行うモジュールである。具体的には、可動ベーン作動制御部１０７は、エンジン１０が高負荷運転状態にあるときには、可動ベーン６１を全開状態とする一方、低負荷運転状態にあるときには、可動ベーン６１を全閉状態とする。ここで、低負荷運転状態とは、エンジン負荷が所定負荷（エンジ回転数が大きいほど小さくなる）以下の状態であって、アイドル運転状態を含む状態である。また、高負荷運転状態とは、エンジン負荷が上記所定負荷よりも大きい状態である。

さらに、可動ベーン作動制御部１０７は、後述するように、エンジン１０の自動停止条件が成立してエンジン１０が停止するときには、可動ベーン６１を全開状態とし、その後に、エンジン１０が停止完了状態（燃料カットされ且つエンジン回転数が略０の状態）になったときには、可動ベーン６１を全閉状態として再始動に備える。

次に、エンジン１０の自動停止制御、再始動制御について、その制御例を説明する。

図３は、本実施形態に係る自動停止制御を中心とするフローチャートであり、図４は、図３の制御例に基づくエンジン回転速度Ｎｅの推移を示すタイミングチャートである。

図３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、ブレーキペダル３７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（つまりエンジン１０のアイドル運転状態が所定時間継続していると想定される場合）には、エンジン１０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Ｓｌｌ)。具体的には、エンジン回転速度Ｎｅが所定の第１の回転速度Ｎｌ(例えば８５０ｒｐｍ)に調節されるのを待機する(ステップＳ１２)。そして、エンジン回転速度Ｎｅがこの第１の回転速度Ｎｌになったタイミング(ステップＳ１２でＹＥＳのタイミング)ｔｌで、燃料噴射弁１９からの燃料供給を停止する(ステップＳ１３)。このタイミングｔｌにおいて、エンジン制御ユニット１００は、可変容量式過給機５０の可動ベーン５１を全開にする（ステップＳ１４）とともに、吸気シャッタ弁３０を全閉にする(ステップＳ１５)。この制御により、ピストン１６が適正停止位置ＳＡに停止する確率を高めることが可能になる。

すなわち、ピストン１６の停止位置は、エンジン１０が完全に停止する直前の停止時膨張行程気筒内の空気量と停止時圧縮行程気筒内の空気量とのバランスにより略決定される。従って、ディーゼルエンジンにおいてピストン１６を適正停止位置ＳＡ内に停止させるためには、まず停止時膨張行程気筒および停止時圧縮行程気筒の吸気流通量を一旦低減し、その後、停止時圧縮行程気筒に十分な空気を供給して、停止時膨張行程気筒の空気量よりも多くなるように、両気筒に対する空気量を調節する必要がある。そこで本実施形態では、タイミングｔｌで吸気シャッタ弁３０を全閉にすることにより吸気圧を低減し、停止時膨張行程気筒および停止時圧縮行程気筒の空気量を低減しているのである。

タイミングｔｌで燃料噴射が停止されると、各気筒１４Ａ〜１４Ｄでは、極めて少ない吸気流通量で吸気、圧縮、膨張、排気のサイクルが繰り返され、クランクシャフト１５等が有する運動エネルギーが摩擦抵抗による機械的な損失や、各気筒１４Ａ〜１４Ｄのポンプ仕事によって消費されることにより、エンジン１０は、小刻みに波打ちながら降下し、４気筒４サイクルのエンジンでは、１０回前後の圧縮上死点を迎えた後に停止する。この過程で、気筒１４Ａ〜１４Ｄのうちの何れかの気筒が圧縮上死点を超えるタイミングは、エンジン回転速度Ｎｅが波打つ谷のタイミングと一致している。

そこで、本実施形態では、タイミングｔｌで吸気シャッタ弁３０を全開にした後、エンジン制御ユニット１００は、エンジン回転速度Ｎｅが所定の第２の回転速度Ｎ２(例えば約４００ｒｐｍ)よりも低くなるのを待機する(ステップＳ１６)。この第２の回転速度Ｎ２は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が膨張行程から吸気行程の上死点に達するタイミングと一致している。

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、吸気シャッタ弁３０を開弁する(ステップＳ１７)。この開弁動作により、停止時膨張行程気筒では、少ない空気量で吸気バルブ２６および排気バルブ２７が閉じて圧縮行程に移行しているのに対し、停止時圧縮行程気筒では、吸気バルブ２６が開くことにより、相対的に多量の新気が筒内に吸入されることになる。この結果、停止時圧縮行程気筒では、停止時膨張行程気筒よりも空気量が多くなる。

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１６の停上位置調整を実行し続け、クランク角度センサＳＷ５、ＳＷ６の検出値に基づいてエンジン１０が完全に停止するのを待機する(ステップＳ１８)。エンジン１０が完全に停止した場合には、エンジン回転速度調整制御を終了する(ステップＳ１９)。

エンジン１０が完全に停止したタイミングでは、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が吸気行程の下死点を通過し、圧縮行程に移行する。このタイミングでは、吸気バルブ２６および排気バルブ２７は、概ね閉じているので、大量に筒内に吸入された空気が下死点を通過したピストン１６によつて圧縮されることになる。他方、停止時膨張行程気筒においては、相対的に少ない空気量にある筒内を圧縮したピストン１６が圧縮上死点を通過して、膨張行程に移行している。このため、停止時圧縮行程気筒では、筒内の圧縮反力によって比較的下死点側で停止することになる。従って、予め実験等によって、第２の回転速度Ｎ２や、この第２の回転速度Ｎ２を検出したタイミングｔ２での吸気流通量等を適切に設定しておくことにより、停止時圧縮行程気筒のピストン１６を所定の下死点側停止位置(本実施形態では圧縮上死点前１００°ＣＡから圧縮上死点前１２０°ＣＡ)に停止することができる。

エンジン１０が完全に停止すると、エンジン制御ユニット１００は、クランク角度センサＳＷ５,ＳＷ６の検出によって運転状態判定部１０１が判定したピストン１６の停止位置を記憶する(ステップＳ２０)。その後、エンジン１０の再始動に備えて可変容量式過給機５０の可動ベーン５１を全閉状態にする（ステップＳ２１）。

次に図５を参照して、エンジンの再始動について説明する。図５は、本実施形態に係る再始動制御を中心とするフローチャートである。

エンジン制御ユニット１００は、エンジン１０が停止した後、停止時間を計測し、積算する(ステップＳ２２)。筒内の温度は、エンジン１０の停止時間に依存しているので、本実施形態においては、エンジン制御ユニット１００に予め停止時間と温度との関係をマップ化したデータを持たせ、停止時間に基づいて筒内温度を推定するようにしているのである。

次いで、エンジン制御ユニット１００の運転状態判定部１０１は、吸気温度センサＳＷ４が検出した吸気温度、水温センサＳＷ７が検出した冷却水の温度、エンジン１０の停止時間、並びにグロープラグ１８の駆動時間に基づいて、筒内温度を算出する(ステップＳ２３)。

次いで、演算された筒内温度から目標となる燃料圧力が決定され、この燃料圧力から適正停止位置ＳＡが設定される(ステップＳ２４)。本実施形態では、筒内温度と目標となる燃料圧力とによつて適正停止位置ＳＡを設定しているので、より好適な停止位置判定ができることになる。

次いで、エンジン制御ユニット１００は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が適正停止位置ＳＡよりも上死点側にあるか否かを判定する(ステップＳ２５)。仮に上死点側にある場合、グロープラグ１８が駆動され(ステップＳ２６)、筒内が加温される。また、通正停止位置ＳＡ内であれば、グロープラグ１８が停止される(ステップＳ２７)。

次に、エンジン制御ユニット１００は、再始動条件が成立したか否かを判定する(ステップＳ２６)。再始動条件としては、アクセルペダル３６が踏込まれたこと、自動停止条件がエンジン１０の停止後に解除されたこと等が含まれる。

仮に再始動条件が成立していない場合、エンジン制御ユニットは、ステップＳ２２に戻って処理を繰り返す。このため、計測時間や筒内温度の変化に伴って、ステップＳ２４に設定される適正停止位置ＳＡも変化することになる。

他方、ステップＳ２８において、再始動条件が成立した場合、エンジン制御ユニット１００のスタータ制御部１０４は、スタータモータ３４を駆動する(ステップＳ２９)。これにより、停止時圧縮行程気筒では、ピストン１６が筒内の空気を圧縮しながら上死点に移動する。

次いで、エンジン制御ユニット１００の燃料噴射制御部１０２は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が適正停止位置ＳＡよりも上死点側にあるか否かを判定する(ステップＳ３０)。仮に上死点側にある場合、エンジン制御ユニット１００は、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えるのを待機し、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えた後、所定タイミングで燃料を噴射する(ステップＳ３１)。すなわち、ピストン停止位置が適正停止位置ＳＡから外れている場合には、停止時圧縮行程気筒での燃焼は中止されることになる。他方、ピストン停止位置が適正停止位置ＳＡ内である場合には、停止時圧縮行程気筒に燃料が噴射され、この気筒での燃焼によるエンジン１０の再始動が図られる(ステップＳ３２)。

ステップＳ３１又はステップＳ３２を経た後、エンジン制御ユニット１００は、通常運転に移行し(ステップＳ３３)、処理を終了する。

従って、上記実施形態において、自動停止条件が成立してエンジン１０が停止する際には、エンジン制御ユニット１００によりステップＳ１４の処理が実行されて各可動ベーン６１が全開状態になる。このため、各可動ベーン６１間に形成されるノズル流路６３の出口開度が拡大して排気抵抗が減少することとなる。これにより、エンジン１０の停止過程において各気筒内の掃気を確実に行うことができる。従って、エンジン１０の再始動時に、各気筒内（停止時圧縮気筒内）の残留ガスにより燃料着火性が悪化するのを防止することができて、該エンジン１０の再始動性を向上させることが可能となる。

また、上記実施形態において、上記自動停止条件が成立して上記エンジン１０が停止する際には、エンジン制御ユニット１００によりステップＳ１４の処理が実行され、この結果、該自動停止条件成立時からエンジン回転数が上記第２の回転速度Ｎ２になるまでの間（ステップＳ１０からＳ１８までの間）は、吸気シャッタ弁３０が略全閉状態になる。これにより、ディーゼルエンジン１０のエンジン停止過程において、燃料供給停止後に各気筒内に空気が流入することにより発生するエンジン１０の停止振動を確実に防止することができる。また、上記のように、該エンジン１０の停止に際して、可動ベーン６１は全開状態とされるので、上記吸気シャッタ弁３０の全閉制御により吸排気系の空気流れが若干悪化したとしても、各気筒内の掃気性を十分に確保することができる。

また、上記実施形態において、上記エンジン１０が完全に停止したとき（ステップＳ１８の判定がＹＥＳのとき）には、エンジン制御ユニット１００によりステップＳ２１の処理が実行されて可動ベーン５１が全閉状態となる。従って、該停止後に、上記再始動条件が成立してエンジン１０が再始動する際には、排気ターボ過給機５０の過給効率を十分に高めることができ、該エンジン１０の再始動性の向上を図ることができる。

また、上記実施形態では、自動停止条件が成立した際、エンジン１０を再始動するために好適な位置にピストン１６を停止し、その後の始動性を高めることができる。すなわち、ディーゼルエンジンでは、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射して燃料の混合気を自着火させる必要があるため、停止時圧縮行程気筒のピストン１６は、可及的に下死点近傍に停止していることが好ましい。かかる要請を受けて本実施形態では、燃料噴射の停止後に吸気流通量を制限し、停止時圧縮行程気筒が最後の吸気行程に移行することが予測される第２の回転速度Ｎ２を検出したタイミングｔ２に吸気流通量を増加するように構成されているので、停止時膨張行程気筒に比べて停止時圧縮行程気筒に吸入される空気量が多くなる。その結果、停止時圧縮行程気筒では、筒内に充填された比較的多量の空気の圧縮反力によつて、所定の下死点側停止位置(上死点前１００°ＣＡから上死点前１２０°ＣＡ)に停止することになり、再始動時には、自若火のための有効圧縮比を十分に確保することができ、エンジン１０の再始動性をさらに確実に向上させることができる。

また、上記実施形態において、下死点側停止位置は、上死点前１２０°ＣＡから上死点前１００°ＣＡである。このため本実施形態では、スタータモータ３４の駆動時間と自着火のための停止時圧縮行程気筒の有効圧縮比を最適化してエンジン１０を再始動することができる。すなわち、エンジン１０において、停止時圧縮行程気筒のピストン１６は、可及的に下死点近傍に停止していることが好ましいのであるが、ピストン１６があまりにも下死点側で停止している場合には、スタータモータ３４の駆動時間が長くなり、好ましくない。そこで、所定の下死点側停止位置を上死点前１２０°ＣＡから上死点前１００°ＣＡとすることにより、スタータモータ３４の駆動時間の短縮と、停止時圧縮行程気筒での確実な自着火とを両立し、再始動性を高めることができるのである。

また、上記実施形態において、エンジン制御ユニット１００は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が所定の適正停止位置ＳＡに停止しているか否かを判定するものであり、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１６が適正停止位置ＳＡにあるときには、停止時圧縮行程気筒に最初の燃料を噴射し、通正位置から上死点側に外れているときには、停止時に吸気行程にある停止時吸気行程気筒に最初の燃料を噴射するものである。このため本実施形態では、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が適正位置にあるときには、停止時圧縮行程に燃料が噴射され、スタータモータ３４が駆動されることによつて、停止時圧縮行程気筒で燃料の混合気が自着火し、エンジン１０が再始動される。また、ピストン１６が適正位置から上死点側に外れているときには、停止時圧縮行程気筒への燃料噴射が中止され、停止時吸気行程気筒に燃料が噴射されるので、スタータモータ３４の駆動時間が若干長くはなるものの、十分な有効圧縮比で確実に燃料の混合気が自着火し、再始動性を確保することができる。

また、上記実施形態において、エンジン１０のグロープラグ１８を制御するグロープラグ制御部１０５は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が適正停止位置ＳＡから上死点側に外れている場合には、グロープラグ１８を作動させるものであり、エンジン制御ユニット１００は、停止時圧縮行程気筒の筒内温度に応じて適正停止位置ＳＡを上死点側に補正するものである。このため、本実施形態では、停止時圧縮工程気筒のピストン１６が適正停止位置ＳＡから上死点側にずれている場合であっても、可及的に始動性を高めることができる。すなわち、自着火の遅れは、筒内の温度に依存する特性を有することから、筒内温度を高めることにより、圧縮強度の不足分を補い、始動性を高めることができるのである。しかも、適正停止位置ＳＡをより上死点側にシフトすることができるので、停止時圧縮工程気筒での自着火によるエンジン１０の再始動を図ることができる結果、スタータモータ３４の駆動時間も可及的に低減することができる。

また、上記実施形態において、可動ベーン作動制御部１０７は、エンジン１０が低負荷運転状態にあるときには可動ベーン６１を全閉状態とするようになっている。これにより、エンジン１が低負荷運転状態にあるときでも高い過給効率を実現してその高出力化を図ることができる。

（他の実施形態）
本発明の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、それ以外の種々の構成を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、エンジン１０が低負荷運転状態にあるときの過給効率の向上を図るために、可変容量式過給機５０を採用するようにしているが、これに限ったものではなく、例えば、可変容量機構６０を有さないターボ過給機を、排気通路２９の上流側から下流側に向かって順に配設するとともに、上流側排気ターボ過給機をバイパスする上流側排気バイパス通路と、該上流側バイパス通路を開閉するレギュレートバルブと、下流側排気バイパス通路をバイパスする下流側排気バイパス通路と、該下流側バイパス通路を開閉するウェストゲートバルブとを設けて、エンジン制御ユニット１００により該各バルブを上記可動ベーン５１に代えて制御するようにしてもよい。具体的には、図３のステップＳ１４にて、可動ベーン５１を全開にする代わりに、上記レギュレートバルブおよびウェストゲートバルブを全開にし、さらに、ステップＳ２１にて、可動ベーン５１を全閉にする代わりに、上記レギュレートバルブおよびウェストゲートバルブを全閉にすればよい。

この構成によれば、上記自動停止条件が成立してエンジン１０が停止する際には、レギュレートバルブおよびウェストゲートバルブが全開状態となって上記両バイパス通路が開通する。この結果、該両バイパス通路を介してバイパスされる排気ガス量が増大する一方で各排気ターボ過給機のタービン供給排ガス量が減少する。従って、エンジン停止過程における排気抵抗の低減を図って各気筒内の掃気性を向上させることができる。また、エンジン１０が完全に停止した後は、上記両バルブが全閉状態となるので、上記再始動条件が成立してエンジン１０が再始動する際に、タービン供給排ガス量を十分に確保して過給効率を高めることができる。よって、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

ここで、排気レギュレートバルブ及びウェストゲートバルブが、排気ターボ過給機のタービンに供給される排気ガス量（流れ状態）を変更可能な排気流れ変更機構を構成している。

また、上記のように、排気ターボ過給機を必ずしも２つ設ける必要はなく、例えば、上記上流側排気ターボ過給機を廃止して上記下流側排気ターボ過給機のみを設けるようにしてもよい。この場合には、ウェストゲートバルブが排気流れ変更機構を構成することとなる。

また、上記実施形態では、上記エンジン１０はディーゼルエンジンとされているが、これに限ったものではなく、通常のガソリンエンジンであってもよい。

また、上記実施形態では、上記自動停止条件が成立してエンジン制御ユニット１００によりエンジン１０を自動停止させる際に、排気ターボ過給機５０の可動ベーン６１を全開にする（ステップＳ１４の処理を実行する）ようにしているが、必ずしも全開にする必要はなく、開方向に制御するものであればよい。

また、上記実施形態では、エンジン制御ユニット１００によりエンジン１０を自動停止させる際に、吸気シャッタ弁３０を全閉にする(ステップＳ１５の処理を実行する）ようにしているが、必ずしも全閉にする必要はなく、閉方向に制御するものであればよい。

本発明は、アイドル時等に自動で停止したエンジンを再始動要求に応じて自動で再始動するようにしたエンジンの自動停止装置に有用であり、特に、過給機を有するディーゼルエンジンの自動停止装置に有用である。

本発明の実施形態に係る自動停止装置を備えたエンジンを示す概略図である。可変容量式過給装置の構成を示す概略図である。エンジン制御装置における自動停止制御を示すフローチャートである。エンジン回転速度の推移を示すタイミングチャートである。エンジン制御装置における再始動制御を示すフローチャートである。

１０エンジン
２８吸気通路
２９排気通路
３０吸気シャッタ弁（吸気絞り弁）
５０排気ターボ過給機
５１コンプレッサ
５２タービン
６０可変容量機構（排気流れ変更機構）
６１可動ベーン
６２支持軸（タービンの回転軸に略平行な軸）
６３ノズル流路（排気ガス流路）
１００エンジン制御装置（エンジン自動停止・再始動制御手段、
変更機構作動制御手段、弁作動制御手段）
１０３吸気流通量制御部（弁作動制御手段）
１０７可動ベーン作動制御部（変更機構作動制御手段）

Claims

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ための処理を開始するとともに、当該処理が終了してエンジンが自動停止した後、所定の再始動条件が成立したときに該自動停止後のエンジンを再始動させるための処理を開始するエンジン自動停止・再始動制御手段を備えたエンジンの自動停止装置であって、
上記エンジンの吸気通路に配設されたコンプレッサと排気通路に配設されたタービンとを有する排気ターボ過給機と、
上記排気ターボ過給機のタービンに供給される排気ガスの流れ状態を変更可能な排気流れ変更機構と、
上記排気流れ変更機構の作動を制御する変更機構作動制御手段とを備え、
上記変更機構作動制御手段は、上記エンジンの運転状態が、アイドル運転状態を含むエンジン負荷が所定負荷以下の低負荷運転状態になったときには、上記タービン上流側の排気ガス圧が上昇する方向に上記排気流れ変更機構を作動させる一方、上記自動停止条件が成立したときには、上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、該タービン上流側の排気ガス圧が低下する方向に上記排気流れ変更機構を作動させるように構成されていることを特徴とするエンジンの自動停止装置。
請求項１記載のエンジンの自動停止装置において、
上記エンジンの吸気通路に配設される吸気絞り弁と、
上記吸気絞り弁の作動を制御する弁作動制御手段とをさらに備え、
上記弁作動制御手段は、上記自動停止条件が成立して上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、上記吸気絞り弁を閉方向に作動させるように構成されていることを特徴とするエンジンの自動停止装置。
請求項１又は２記載のエンジンの自動停止装置において、
上記排気流れ変更機構は、上記排気ターボ過給機のタービンの入口に周方向に互いに所定間隔を隔てて配設された複数の可動ベーンを有しており、
上記各可動ベーンはそれぞれ、上記タービンの回転軸に略平行な軸回りに回動可能に支持されていて、互いの間に形成される排気ガス流路の出口開度を絞る閉方向と、該出口開度を開く開方向との両方向に駆動可能に構成されており、
上記変更機構作動制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記低負荷運転状態になったときには、上記可動ベーンを閉方向に作動させる一方、上記自動停止条件が成立して上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、上記可動ベーンを開方向に作動させるように構成されていることを特徴とするエンジンの自動停止装置。
請求項１又は２記載のエンジンの自動停止装置において、
上記排気流れ変更機構は、上記排気ターボ過給機のタービンをバイパスするバイパス通路と、上記バイパス通路に配設される排気バイパス弁とを有しており
上記変更機構作動制御手段は、上記エンジンの運転状態が上記低負荷運転状態になったときには、上記排気バイパス弁を閉方向に作動させる一方、上記自動停止条件が成立して上記エンジン自動停止・再始動制御手段が上記エンジンを自動停止させるための処理を開始するのに伴い、上記排気バイパス弁を開方向に作動させるように構成されていることを特徴とするエンジンの自動停止装置。