JP5206288B2 - ディーゼルエンジンの制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、所定の条件が成立したときにエンジンを自動で停止させ、その後、再始動させるディーゼルエンジンの制御に関し、特にその再始動時の制御手順に係る。

従来より、燃費の低減やＣＯ2の排出抑制等を目的として、例えば車両の一時停止中に所定の条件が成立すればエンジンを自動停止させることは知られているが（いわゆるアイドルストップ）、こうして自動停止したエンジンを再始動させる場合は、乗員のイグニッション操作に対応した通常の始動に比べて、より確実且つ速やかに始動することが求められる。

この点につき、気筒の圧縮により燃料を自己着火させるディーゼルエンジンには、冷間時に気筒内を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグが設けられており、例えば特許文献１に記載のものでは、再始動時にそのグロープラグによって気筒内を加熱することにより、エンジンの始動性を向上させるようにしている。

また、特許文献２に記載のアイドルストップ制御装置は、グロープラグや吸気加熱装置のような始動促進装置を備えたエンジンにおいて、その始動促進装置が正常に機能しない場合には、エンジンの温度状態に拘わらずアイドルストップ制御を禁止するようにしている。
特開２００４−１７６５６９号公報 特開２００７−０２３８２５号公報

ところが、前記従来例のようにエンジンの再始動時にグロープラグ等によって加熱する方法では、その消費電力がかなり大きいことから、一時的にバッテリ電力が低下してしまい、グロープラグ等を除いた他の電気負荷への供給電力が低下するという問題があるし、グロープラグの場合はその耐久信頼性を損なう虞れもある。

斯かる点に鑑みて本発明は、ディーゼルエンジンの再始動時にグロープラグ等によって加熱することなく、気筒内の温度を高めて始動性を向上させることにある。

前記の目的を達成するために本発明では、自動停止後の再始動時には比較的エンジンの温度が高いことに着目し、再始動の開始直後に所定気筒の吸気行程において排気弁を開いて、排気通路内の高温のガスを吸い戻すようにしたものである。

具体的に請求項１の発明は、所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させる、ディーゼルエンジンの制御方法が対象である。

そして、前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する工程と、前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードとする工程と、を備え、前記特殊モードとする工程は、前記再始動条件の成立に応じてエンジンの回転が始まるときに吸気行程にある気筒から特殊モードにする工程であることが特徴である。

尚、気筒の吸気行程において排気弁を開く、というのはピストンのストロークによって規定される吸気行程のうち、少なくとも１／３以上は排気弁を開くということであり、通常のオーバーラップ期間のように極く短時間だけ開いていることは含まない。また、排気弁のみを開くという意味ではなく、通常通り吸気弁を開いてもよいが、吸気弁の開く期間を通常よりも短くしたり、或いは開かないようにする方が好ましい。

前記の方法により、まず、自動停止条件の成立に応じてエンジンの気筒への燃料供給を停止するまでの間、λ＞１のリーン状態になるように燃料噴射量が制御されることで、既燃ガス中にも比較的多く酸素が含まれるようになり、さらに、燃料供給停止後のエンジンの惰力回転によって掃気が行われることにより、排気通路内は比較的酸素の豊富な状態になる。

そして、その後の再始動時にエンジンの回転に伴い各気筒がそれぞれ初回の吸気行程を迎えるにあたって、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁が開かれることにより、高温の排気通路から比較的酸素の豊富なガスが気筒内に吸い戻され、これにより気筒内の温度が高められる。よって、グロープラグ等によって加熱することなく燃料の着火性を高めて、ディーゼルエンジンの始動性を向上できる。

さらに、前記特殊モードを、再始動条件の成立に応じてエンジンの回転が始まるときに吸気行程にある気筒から開始することにより、始動のためのエンジン回転が始まるのと殆ど同時に前記の作用が得られるようになるから、始動性向上の効果が極めて高い。

一方で、吸気行程で停止していた気筒には既に空気が取り入れられており、この空気の温度は十分に高いとも言えるから、この気筒については特殊モードにせず、その次に吸気行程を迎える気筒、即ちエンジンの回転が始まるときに排気行程にある気筒から特殊モードとするようにしてもよい（請求項２）。こうすれば、エンジンの停止中には特殊モードのための制御が必要でなく、そのためのアクチュエータのエネルギー消費を削減できる。

また、前記のように少なくとも２つの気筒の吸気行程において特殊モードの制御を行った後に、遅くとも、各気筒がそれぞれ初回の吸気行程を終えれば、吸気行程では排気弁を閉じる通常モードに移行するようにしてもよい（請求項３）。これは、気筒の燃焼に伴い排気通路には酸素のあまり含まれていない既燃ガスが流出し、これが気筒内に吸い戻されると、温度は上昇するものの燃焼性が低下し、失火する虞れもあるからである。

具体的には排気系の容積も大きく関係するが、例えば４気筒エンジンの全ての気筒が１回ずつ燃焼すると、排気マニホルド内はかなり酸素の少ない状態になるので、一例として４つ以上の気筒を備えたエンジンにおいて、始動時に回転が始まるときに圧縮行程にある気筒から燃焼を開始した場合は、回転開始から３つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に通常モードに移行するのがよい（請求項４）。

すなわち、迅速な始動のためには、スタータモータ等によって駆動しながらエンジンの圧縮行程で停止している気筒から燃焼を開始させるのが好ましく、そうした場合は、この気筒を含めて３つの気筒が燃焼すれば通常モードとするのである。

但し、圧縮行程で停止している気筒内のピストンの位置が不適切であると、この気筒から燃焼を始めることができない場合もあるので、その次に膨張行程を迎える気筒、即ち吸気行程で停止していた気筒から燃焼を開始する。この場合はエンジンの回転開始から４つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に、即ち３つの気筒が燃焼した後に通常モードとするのがよい（請求項５）。

また、前記特殊モードにおいて気筒の吸気行程で排気弁を開くときには、その前の排気行程から排気弁の開放を継続するのが効率的である（請求項６）。さらに、特殊モードにおいては、前記のように気筒の吸気行程で排気弁を開くのみならず、再始動時にエンジンの回転が始まるときに膨張行程にある気筒で排気弁を開くようにしてもよい（請求項７）。このような作動は、個別の気筒毎に排気弁の作動を制御することのできる電磁駆動式のものに限られるが、こうすれば、当該気筒内の温度をより高くすることができる。

別の観点から本発明は、所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させるようにしたディーゼルエンジン制御装置を対象とする。

そして、前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する停止時燃料制御手段と、前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードの制御を行うとともに、遅くとも、各気筒がそれぞれ初回の吸気行程を終えれば、吸気行程では排気弁を閉じる通常モードの制御に移行する、始動時排気弁制御手段と、を備える構成とする（請求項８）。

斯かる構成の制御装置によれば、上述した請求項３の発明に係る制御方法が容易に実行可能であり、請求項３の発明の作用が容易且つ確実に得られる。

また、上述したように４つ以上の気筒を備えたエンジンにおいて、前記始動時吸排気弁制御手段は、始動時に回転が始まるときに圧縮行程にある気筒から燃焼が開始された場合、エンジン回転開始から３つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に通常モードの制御に移行するものとするのがよい（請求項９）。こうすれば、上述した請求項４の発明の作用が容易且つ確実に得られる。

また、前記始動時吸排気弁制御手段は、エンジンの回転が始まるときに圧縮行程にある気筒では燃焼が行われず、吸気行程で停止していた気筒から燃焼が開始された場合は、エンジンの回転開始から４つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に通常モードの制御に移行するものとするのがよい（請求項１０）。こうすれば、上述した請求項５の発明の作用が容易且つ確実に得られる。

以上、説明したように本発明に係るディーゼルエンジンの制御方法によると、所定の条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、その後、再始動させるようにしたものにおいて、自動停止の際には燃料カット直前にλ＞１で運転することで、排気通路内を比較的酸素の豊富な状態とする一方、再始動の際にはエンジンの回転が始まることによって各気筒がそれぞれ初回の吸気行程を迎えるときに、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開くことにより、排気通路から高温で比較的酸素の豊富なガスを吸い戻して気筒内の温度を高めることができ、グロープラグ等によって加熱することなく、ディーゼルエンジンの始動性を向上でき、さらに、前記再始動条件の成立に応じてエンジンの回転が始まるときに吸気行程にある気筒から特殊モードにすることで、始動性向上の効果が極めて高くなる。

また、他のディーゼルエンジンの制御方法によると、前記再始動条件の成立に応じてエンジンの回転が始まるときに排気行程にある気筒から特殊モードにすることにより、グロープラグ等によって加熱することなく、ディーゼルエンジンの始動性を向上できるとともに、エンジンの停止中には特殊モードのための制御が必要でなく、そのためのアクチュエータのエネルギー消費を削減できる。

また、更に他のディーゼルエンジンの制御方法及びディーゼルエンジンの制御装置によると、遅くとも、各気筒がそれぞれ初回の吸気行程を終えれば、吸気行程では排気弁を閉じる通常モードに移行することにより、グロープラグ等によって加熱することなく、ディーゼルエンジンの始動性を向上できるとともに、燃焼性が低下して失火を招くのを防止することができる。

また、更に他のディーゼルエンジンの制御方法によると、前記特殊モードでは、気筒の排気行程から吸気行程にかけて排気弁を開放状態に維持することにより、グロープラグ等によって加熱することなく、ディーゼルエンジンの始動性を向上できるとともに、吸気行程で排気弁を効率的に開くことができる。

また、更に他のディーゼルエンジンの制御方法によると、前記特殊モードでは、エンジンの回転が始まるときに膨張行程にある気筒でも排気弁を開くことにより、気筒内の温度をより高くすることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

（エンジンの構成）
図１は、本発明の実施形態に係るエンジンＤＥの概略構成を示す。図の例ではエンジンＤＥは直列４気筒のディーゼルエンジンであり、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２にはエンジンＤＥの前後方向に４つの気筒１４，１４，…が並んで形成されている。尚、図には１つの気筒１４しか示さないが、４つの気筒を区別する場合にはエンジン前側の１番気筒から順に１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄとする。

各気筒１４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１５に連結されたピストン１６が嵌挿されて、それぞれ、クランクシャフト１５の回転に伴い上下動するようになっており、４サイクル４気筒エンジンでは各気筒１４Ａ〜１４Ｄがクランク角で１８０°の位相差をもって吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程からなる燃焼サイクルを行う。例えば１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順に燃焼サイクルを行う。

前記ピストン１６の上面には燃焼室１７を区画するキャビティ１６ａが形成され、その燃焼室１７に先端を臨ませてグロープラグ１８がシリンダヘッド１１に配設されている。また、シリンダヘッド１１には各気筒１４毎に燃料噴射弁１９が設けられている。この燃料噴射弁１９は、燃料を高圧状態で蓄えているコモンレール２０に対し気筒１４毎の分岐管２１を介して接続されており、コモンレール２０から供給される高圧の燃料を各気筒１４内に直接、噴射するようになっている。

この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ＳＷ１がコモンレール２０に設けられており、燃料噴射弁１９の燃料噴射量は通電時間で制御される。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。

また、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及び排気ポート２５が各気筒１４毎に設けられていて、これらのポート２４，２５の燃焼室１７への開口部には吸気弁２６及び排気弁２７がそれぞれ配設されており、これらの吸排気弁２６，２７をそれぞれ駆動する動弁系には、図２を参照して後述するように、吸排気弁２６，２７の作動状態を通常モードと特殊モードとに切り換える油圧作動式の可変機構５０（Variable Valve Motion 以下、ＶＶＭ５０と略称する）が設けられている。

前記吸気ポート２４及び排気ポート２５には、吸気通路２８及び排気通路３０がそれぞれ接続されている。吸気通路２８の下流側の部分は各気筒１４毎に分岐した分岐吸気通路２８ａであり、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。サージタンク２８ｂよりも上流側は共通吸気通路２８ｃとされ、そこには吸気の流れを絞る電磁式のスロットル弁２９が設けられている。また、図では模式化しているが、共通吸気通路２８ｃには、吸気流量を検出するエアフローセンサＳＷ２と、吸気圧力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。

一方、排気通路３０もその上流側の部分は各気筒１４毎に分岐した分岐排気通路とされ、図示は省略するが、それら分岐排気通路の集合する排気マニホルドよりも下流側には、排気ガスを浄化するための触媒やパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）等が配設されている。

また、エンジンＤＥ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を内蔵しており、車両の電気負荷や車載バッテリの残容量等に応じて適切な発電作動を行うようになっている。

また、エンジンＤＥには、それ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。ピニオンギア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が同心状に設けられており、このスタータモータ３４を用いてエンジンＤＥを再始動する場合には、このピニオンギア３４ｂ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１５が回転駆動されるようになっている。

さらに、エンジンＤＥには、クランクシャフト１５の回転角を検出する２つのクランク角センサＳＷ５，ＳＷ６が設けられ、一方のクランク角センサ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数が検出されるとともに、この両クランク角センサ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角位置が検出されるようになっている。また、図示のようにエンジンＤＥの冷却水温度（エンジン水温）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。

加えて、図示のエンジンＤＥには、排気還流装置４０が設けられている。この排気還流装置４０は、排気マニホルドの集合部近傍に分岐接続されて、排気ガスの一部を排気通路３０から吸気通路２８に環流させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路４１と、このＥＧＲ通路４１の途中に設けられて前記還流される排気ガスの流れを絞るＥＧＲ弁４２とを備えている。尚、図示は省略するが、この実施形態のエンジンＤＥには、クランクシャフト１５により駆動される機械式オイルポンプの他に、後述のアイドルストップ中に作動する電動式オイルポンプも設けられている。

−ＶＶＭ−
次に、図２を参照して、吸排気弁２６，２７の作動状態を切り替えるＶＶＭ５０の構造及びその作動について説明する。吸気側と排気側のＶＶＭ５０は概ね同じ構造なので、以下では排気側のみについて具体的に説明する。まず、図示のように排気側の動弁系は、回転するカムシャフト５１の第１，第２の２種類のカム５１ａ，５１ｂによりロッカーアーム５２，５３を介して排気弁２７を開閉させるものであり、このロッカーアーム５２，５３には第２カム５１ｂの作動状態を伝えないようにするロストモーション機構が組み込まれている。

すなわち、前記第１カム５１ａは、気筒１４の排気行程において既燃ガスを排出するために排気弁２７を開放するという通常モードのためのもので、一方、第２カム５１ｂは、以下に述べるように排気弁２７を吸気行程でも開かせて、排気通路３０から高温のガスを吸い戻す特殊モードのためのものである。図の例では第１カム５１ａは２つ一組の対をなし、それぞれ、以下に述べるサイドロッカーアーム５２を揺動させる。一方、第２カム５１ｂは、前記一対の第１カム５１ａ，５１ａの間に挟まれるように設けられ、センターロッカーアーム５３を揺動させる。

すなわち、同図(a)には一部を切り欠いて示すように、サイドロッカーアーム５２は、これを揺動自在に支持するロッカーシャフト５４からエンジンＤＥの幅方向（図の左右方向）両側にそれぞれ延びていて、その一端部（図の右端部）には排気弁２７の軸端が連繋される一方、他端側（図の左側）には第１カム５１ａとの摺接部５２ａが形成されている。よって、カムシャフト５１の回転に伴い第１カム５１ａは、サイドロッカーアーム５２を介して排気弁２７を常時、開閉動作させるようになる。

これに対しセンターロッカーアーム５３は、排気弁２７と直接には連繋されておらず、その一端部がロッカーシャフト５４に揺動自在に支持される一方、他端側が前記サイドロッカーアーム５２の他端側と略同じの形状とされていて、そこに第２カム５１ｂとの摺接部５３ａが形成されている。そして、以下に述べる油圧ロック機構によりサイドロッカーアーム５２と連結されると、センターロッカーアーム５３の揺動が伝わるようになって、排気弁２７は気筒１４の吸気行程でも開放される。

前記の油圧ロック機構としてサイド及びセンターロッカーアーム５２，５３には、それぞれ、ロッカーシャフト５４を囲んで互いに連通するように異形断面（図例では卵形断面）のシリンダ室５２ｂ，５３ｂが形成され、センターロッカーアーム５３内のシリンダ室５３ｂには、同じく異形断面の一対のプランジャ５５，５５が収容される一方、サイドロッカーアーム５２内のシリンダ室５２ｂには、プランジャ５５と対向するピストン５６とリターンスプリング５７とが収容されている。

また、前記センターロッカーアーム５３内のシリンダ室５３ｂに臨んで、一対のプランジャ５５，５５の間に開口するように、ロッカーシャフト５４の内部に油圧給排路５４ａが形成されていて、ここからシリンダ室５３ｂに供給される作動油圧によって各プランジャ５５がシリンダ室５３ｂから押し出されるようになっている。こうして作動油圧によって押し出されたプランジャ５５は、対向するピストン５６を押し込みながらシリンダ室５２ｂに進入して、センターロッカーアーム５３とサイドロッカーアーム５２とを連結するようになる（ロック状態）。

すなわち、前記ロッカーシャフト５４内の油圧給排路５４ａには、図１にのみ模式化して示す作動油給排回路５８が接続されており、この作動油給排回路５８の電磁弁がＰＣＭ１００によって制御されることにより、全ての気筒１４Ａ〜１４ＤのＶＶＭ５０に対する作動油の給排が同時に行われ、それらの油圧ロック機構が一斉に作動するようになっている。

まず、作動油給排回路５８から所定の作動油圧が供給されず、センターロッカーアーム５３内のシリンダ室５３ｂにおける作動油圧が低いときには、対向ピストン５６を介して作用するリターンスプリング５７のばね力によって、プランジャ５５がシリンダ室５３ｂ内に収容されたままになり、サイド及びセンターロッカーアーム５２，５３は連結されず、互いに独立に揺動するようになる（ロック解除状態）。このとき、カムシャフト５１の第２カム５１ｂはセンターロッカーアーム５３を揺動させるのみで、その動作は排気弁２７には伝達されない。

一方、前記油圧制御回路５８からの作動油の供給を受けて、センターロッカーアーム５３内のシリンダ室５３ｂの作動油圧が高くなると、これにより押し出されたプランジャ５５が前記のようサイドロッカーアーム５２内のシリンダ室５２ｂに進入して、該サイドロッカーアーム５２とセンターロッカーアーム５３とを連結し、両者を一体に揺動させるようになる。

そうすると排気弁２７は、カムシャフト５１の第２カム５１ｂのプロファイルによって決まるリフトカーブに沿って動作されるようになり、気筒１４の排気行程において通常通り開かれるとともに、当該気筒１４が吸気行程に移行しても開放状態に維持され、例えば吸気行程の終了と略同時に閉じられるようになる。

つまり、ＶＶＭ５０の油圧ロック機構がロック状態とロック解除状態とに切り換えられることによって、排気弁２７の作動状態が通常の排気行程における開閉作動のみの通常モードと、これに加えて吸気行程まで開放を継続する特殊モードとに切り換えられる。尚、詳しい説明は省略するが、吸気側のＶＶＭ５０は、気筒１４の吸気行程において吸気弁２６を開く通常モードと、これを閉じたままとする特殊モードとに切り換えるようになっている。

上述したエンジンＤＥは、図１に模式化して示すパワートレインコントロールモジュール１００（以下、ＰＣＭ）によって制御される。このＰＣＭ１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及び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、前記センサＳＷ１〜ＳＷ９からの信号に基づいて種々の演算を行うことによりエンジンＤＥや車両の状態を判定し、これに応じて燃料噴射弁１９やスロットル弁２９、ＥＧＲ弁４２、動弁系のＶＶＭ５０等のアクチュエータへ制御信号を出力する。

また、エンジンＤＥの始動時にＰＣＭ１００は、燃料噴射弁１９やスタータモータ３４へ制御信号を出力するとともに、必要に応じてグロープラグ１８へも制御信号を出力する。すなわち、エンジンＤＥの冷間始動時にはグロープラグ１８に通電して気筒１４内を暖めることにより、気筒１４の圧縮と併せて燃料（混合気）の自己着火を補助するようにしている。

（アイドルストップの制御手順）
この実施形態では、燃費の低減やＣＯ2の排出抑制等を目的として、所定の自動停止条件が成立したときにエンジンＤＥを自動停止させるとともに、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンＤＥを再始動させるようにしている（いわゆるアイドルストップ）。すなわち、ＰＣＭ１００は、エンジンＤＥの自動停止条件の成立を判定すると、燃料噴射弁１９による燃料の噴射を停止させて（燃料カット）、エンジンＤＥを停止させる。

その後、所定の再始動条件が成立すれば、ＰＣＭ１００は、スタータモータ３４によりエンジンＤＥのクランキングを開始するとともに、各気筒１４Ａ〜１４Ｄへの燃料供給を開始して、エンジンＤＥを再始動させる。このような自動停止後の再始動においては乗員のイグニッション操作に対応した通常の始動に比べてより確実且つ速やかなな始動が求められる。

この点につきこの実施形態では、本発明の特徴部分として、自動停止後の再始動時にはエンジンの温度状態が比較的高いことに着目し、再始動のためのエンジン回転の開始直後に所定気筒１４の吸気行程において吸気弁２６を閉じるとともに、排気弁２７は開いて、排気通路３０内の高温のガスを吸い戻すようにしている。こうして吸い戻した高温のガスにより気筒１４内の温度がさらに高めらて、エンジンＤＥの始動性が向上する。

−具体的な制御手順−
以下、この実施形態におけるエンジンＤＥの自動停止及び再始動の具体的な制御手順を図３〜５を参照して具体的に説明する。図３は制御の具体的な手順の一例を示すフローチャートであり、図４、５は、エンジンＤＥの再始動時における各気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎の吸排気弁２６，２７の作動状態を示すタイミングチャートである。

まず、図３におけるスタート後のステップＳ１では、エンジンＤＥの自動停止条件が成立するまで待機する。例えば、ブレーキペダル３７の踏み操作が所定時間継続するとともに、車速が予め設定した微低速（例えば時速２〜５ｋｍ）以下で車両が実質、停止しているときに、エンジンＤＥの自動停止条件が成立したと判定してステップＳ２に進み、各気筒１４毎１、２回ずつ、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態（λ＞１）になるように燃料噴射量を制御する。

それからステップＳ３において燃料噴射弁１９による各気筒１４への燃料供給を停止すると（燃料カット）、エンジンＤＥは、惰性で数回転した後にいずれかの気筒１４の圧縮反力に抗して上死点を越えることができなくなって、僅かに逆転してから停止する。こうして燃料カット前にλ＞１のリーン状態とすることで、各気筒１４から排気通路３０に排出される既燃ガス中には比較的多く酸素が含まれるようになり、さらに、燃料カット後のエンジンＤＥの惰力回転によって掃気が行われることにより、排気通路３０内は比較的酸素の豊富な状態になる。

また、そうしてエンジンＤＥが停止する過程では、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６の検出信号等に基づいてエンジン１０のクランク角位置を検出しており、これに基づいてステップＳ４にてエンジン回転の停止が完了した（ＹＥＳ）と判定すると、各気筒１４の停止位置（ピストン１６の停止しているクランク角位置）を記憶し、ステップＳ５においてＶＶＭ５０に作動油圧を供給して、各気筒１４の吸気行程で吸気弁２６が閉じる一方、排気弁２７は排気行程から吸気行程にかけて開放を継続する特殊モードに切り換える。

続いて、ステップＳ６では所定の再始動条件が成立するまで待機する。すなわち、例えば車載バッテリの残容量が少なくなってその充電が必要になったり、空調装置のコンプレッサの作動が必要になったり、或いは乗員によるアクセルやクラッチ操作が行われたりして、エンジンＤＥを運転する必要が生じれば、ステップＳ６において再始動条件が成立したＹＥＳと判定してステップＳ７に進む。そして、ここではエンジン水温や前記自動停止からの経過時間に基づいて気筒１４内の温度状態を推定する。

続いてステップＳ８では、圧縮行程の途中で停止している気筒１４のピストン１６が、再始動に好適な適正停止範囲にあるか否かを判定する。適正停止範囲は、基本的には圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲とし、前記ステップＳ７において推定した気筒内温度が高いほど上死点側に補正する。ピストン１６が適正停止範囲内になければ後述のステップＳ１３に進む一方、適正停止範囲内にあればステップＳ９に進んでスタータモータ３４を駆動し、エンジンＤＥの回転を開始する。

そうしてエンジンＤＥの回転が始まると、図４、５に模式的に示すように１〜４番の４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄが１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順に燃焼サイクルを行うことになるが、図４に示すように最初に圧縮上死点（ＴＤＣ）を迎える２番気筒１４Ｂ（圧縮行程で停止している気筒であり、以下、停止時圧縮行程気筒１４Ｂともいう）において、ピストン１６は適正停止範囲内にあり、圧縮により燃料を自己着火可能な量の空気が存在するとともに、この空気は気筒１４内で暖められて十分に高い温度になっている。

そこで、前記のようなエンジンＤＥの回転に伴いピストン１６が上昇して、前記停止時圧縮行程気筒１４Ｂ内の空気が圧縮され、その温度が十分に高くなったとき（例えばＴＤＣ近傍）に当該気筒１４Ｂ内に燃料を噴射すると、この燃料噴霧が瞬間的に気化して着火、燃焼する（ステップＳ１０）。こうして停止時圧縮行程気筒１４Ｂで燃焼が行われると、吸気行程で停止していた１番気筒１４Ａ（停止時吸気行程気筒１４Ａ）が圧縮行程に移行し、排気気行程で停止していた３番気筒１４Ｃ（停止時排気行程気筒１４Ｃ）が吸気行程に移行して、順に燃焼されることになる。

そうして各気筒１４Ａ，１４Ｃ，…が順に迎える初回の吸気行程において、前記ステップＳ５のように吸気弁２６が閉じられている（図４でＯｐｅｎ）一方、排気弁２７が開かれている（同Ｃｌｏｓｅ）ことから、エンジンＤＥの回転に伴いピストン１６が下降すると排気通路３０から高温のガスが吸い戻されて、気筒１４内の温度が高められる。この高温のガスは、上述したように比較的酸素の豊富な状態であり、それが圧縮されたところへ燃料が噴射されることによって、確実且つ速やかな着火、燃焼が行われる。

そうして停止時排気行程気筒１４Ｃが膨張行程に移行するときに、停止時膨張行程気筒１４Ｄも吸気行程を終えることになり、こうして４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄのうちの３つ（１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｄ）が１回ずつ吸気行程を終えるとともに、別の３つの気筒１４Ｂ，１４Ａ，１４Ｃが１回ずつ燃焼を終えて、エンジンＤＥの回転開始から３つ目のＴＤＣを越えると、ステップＳ１１において「３ＴＤＣ通過？」ＹＥＳと判定して通常モードに移行する（ステップＳ１２）。

すなわち、前記した各気筒１４の燃焼に伴い排気通路３０には酸素のあまり含まれていない既燃ガスが流出し、これが気筒１４内に吸い戻されると、温度は上昇するものの燃焼性が低下し、失火する虞れもあるので、この実施形態では、全ての気筒１４Ａ〜１４Ｄが１回ずつ燃焼する前に、具体的にはエンジンＤＥの回転開始から３つ目のＴＤＣを越えて、図４の２番気筒１４Ｂが吸気行程を迎えたときに通常モードに移行して、吸気弁２６は開き、排気弁２７は閉じるようにするのである。

一方で、前記ステップＳ８において停止時圧縮行程気筒１４Ｂ内のピストン１６が適正停止範囲内にない（ＮＯ）と判定して進んだステップＳ１３では、スタータモータ３４を駆動してエンジンＤＥの回転を開始させるものの、図５に示すように、停止時圧縮行程気筒１４Ｂには燃料噴射を行わず、停止時吸気行程気筒１４Ａが圧縮行程に移行した後に（ステップＳ１４で「ＴＤＣ通過？」ＹＥＳ）、ＴＤＣ近傍の所定のタイミングで燃料を噴射して（ステップＳ１５）着火、燃焼させる。

続いて、停止時排気行程気筒１４Ｃ、停止時膨張行程気筒１４Ｄの順に燃焼が行われるが、これらの気筒１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｄ，…のそれぞれの吸気行程においても上述の如く吸気弁２６が閉じられる一方、排気弁２７は開かれていて（図５のＯｐｅｎ、Ｃｌｏｓｅ）、排気通路３０から吸い戻される高温で比較的酸素の豊富なガスによって気筒１４内の温度が高められ、それが圧縮されたところへ燃料が噴射されることによって確実且つ速やかな着火、燃焼が行われる。

そして、エンジンＤＥの回転開始から４つ目のＴＤＣを越えて、前記ステップＳ１１においてＹＥＳと判定すると、すなわち、４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄの全てが１回ずつ吸気行程を終えるとともに、最初に燃焼を行わなかった停止時圧縮行程気筒１４Ｂを除く３つの気筒１４Ａ，１４Ｃ，１４Ｄのそれぞれで１回ずつ燃焼が行われると、通常モードに移行して（ステップＳ１２）制御を終了する（エンド）。

前記図３のフローは、所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンＤＥを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すれば再始動させる、というエンジンＤＥのアイドルストップ制御の手順に対応しており、特にステップＳ２は、自動停止条件が成立してから、これに応じて各気筒１４への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する、という制御手順を表している。

また、ステップＳ５は、再始動条件が成立してエンジンＤＥの回転が始まることにより各気筒１４がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの吸気行程において排気弁２７を開く特殊モードとする、という制御手順を表しており、この実施形態では、エンジンＤＥの自動停止後から特殊モードにすることで、再始動時にエンジンＤＥの回転が始まるとき、即ち停止時吸気行程気筒１４Ａから特殊モードの制御を開始するようにしている。こうすればエンジンＤＥの始動性向上の効果が極めて高くなる。

また、ステップＳ１１は、停止時圧縮行程気筒１４Ｂから燃焼を開始した場合、エンジンＤＥの回転開始から３つ目のＴＤＣを越えた後に通常モードに移行する、という制御手順を表しており、ステップＳ１１，Ｓ１４は、停止時圧縮行程気筒１４Ｂでは燃焼を行わず、停止時吸気行程気筒１４Ａから燃焼を開始した場合、エンジンＤＥの回転開始から４つ目のＴＤＣを越えた後に通常モードに移行する、という制御手順を表している。

そして、前記のような制御手順を実行するＰＣＭ１００によって、自動停止条件の成立後、燃料カットまでの間は空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する停止時燃料制御手段と、再始動時にエンジンＤＥの回転が始まることにより各気筒１４がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの吸気行程において排気弁２７を開く特殊モードの制御を行うとともに、遅くとも各気筒１４がそれぞれ初回の吸気行程を終えれば通常モードの制御に移行する、始動時排気弁制御手段と、が構成されている。

したがって、この実施形態に係るディーゼルエンジンＤＥの制御方法等によると、まず、エンジンＤＥの自動停止時において燃料カット直前にλ＞１で運転することで、排気通路３０内を比較的酸素の豊富な状態とすることができ、その後の再始動時には、エンジンＤＥの回転が始まって各気筒１４がそれぞれ初回の吸気行程を迎えるときに、３つ或いは４つの気筒１４の吸気行程においては吸気弁２６を閉じ、排気弁２７を開くことにより、排気通路３０から高温で比較的酸素の豊富なガスを吸い戻し、気筒１４内の温度を高めることができる。よって、グロープラグ等によって加熱することなくエンジンＤＥの始動性を向上できる。

そうして吸気行程において吸気弁２６を閉じ、排気弁２７を開く特殊モードとするのは、停止時吸気行程気筒１４Ａからでもよいし、その次に吸気行程を迎える停止時排気行程１４Ｃからでもよいが、この実施形態のように停止時吸気行程気筒１４Ａから特殊モードとすれば、エンジンＤＥの回転とともに最初に吸気行程を迎える気筒１４Ａから前記の効果が得られて、より迅速な再始動が可能になる。

また、この実施形態のように４気筒エンジンにおいて、その全ての気筒１４が１回ずつ燃焼を行う前に、（停止時圧縮行程気筒１４Ｂから燃焼を開始した場合は回転開始から３つのＴＤＣを通過した後に、また、停止時圧縮行程気筒１４Ｂで燃焼を行わなかった場合は回転開始から４つのＴＤＣを通過した後に、）通常モードに戻すようにすれば、排気通路３０内のガスを吸い戻しても燃焼性の低下、ひいては失火を招くことはない。

尚、前記実施形態では特殊モードにおいて、気筒１４の吸気行程で吸気弁２６を閉じるようにしているが、これに限らず、吸気弁２６の開いている期間を通常よりも短くするだけでもよいし、それを通常通り開くようにしてもよい。また、排気弁２７を気筒１４の排気行程から吸気行程にかけて開放状態に維持することも必須ではなく、それを一旦閉じてから再び開くようにしてもよい。

また、前記の実施形態では、エンジンＤＥの自動停止後に特殊モードに制御することで、停止時吸気行程気筒１４Ａの吸気行程から吸気弁２６を閉じ、排気弁２７を開くようにしているが、この停止時吸気行程気筒１４Ａ内の空気の温度は比較的高く、排気通路３０から高温のガスを吸い戻さなくても燃料の自己着火が可能とも考えられる。

そこで、エンジンＤＥの自動停止後に特殊モードに制御するのではなく、再始動条件の成立に応じて特殊モードに制御することで、図４、５に仮想線で示すように停止時吸気行程気筒１４Ａについては通常モードとし、その次に吸気行程を迎える停止時排気行程気筒１４Ｃから特殊モードとすることもできる。こうすれば、エンジンＤＥの停止中に特殊モードとするために、ＶＶＭ５０に作動油圧を供給し続ける必要がないので、そのためのエネルギー消費を削減することができる。

また、前記の実施形態では、エンジンＤＥの回転開始から３、４のＴＤＣを越えた後に通常モードに移行するようにしているが、これに限るものではなく、遅くとも、各気筒１４がそれぞれ初回の吸気行程を終えれば通常モードに移行するようにすればよい。

さらに、前記の実施形態では吸排気弁２６，２７の作動モードを機械式のＶＶＭ５０によって切り換えるようにしているが、これに限らず、吸排気弁２６，２７を個別に設けた電磁アクチュエータによって駆動する電磁駆動式の動弁系を備えている場合は、自由に吸排気弁２６，２７の作動状態を制御することができる。この場合、特殊モードではエンジンＤＥの回転が始まるときに膨張行程にある気筒１４Ｄでも排気弁２７を開くことができ、こうすれば当該気筒１４内の温度がより高くなる。

本発明は、アイドルストップ等する車両に搭載されるディーゼルエンジンにおいて良好な再始動性が得られるものであり、乗用車等に好適である。

本発明に係るディーゼルエンジンの概略構成図である。 ＶＶＭの構造を示す説明図である。 自動停止から再始動にかけての制御手順を示すフローチャート図である。 エンジンの再始動時における各気筒毎の吸排気弁の作動状態を示すタイミングチャートであり、停止時圧縮行程気筒から燃焼を開始する場合について示す。 停止時吸気行程気筒から燃焼を開始する場合についての図４相当図である。

ＤＥ ディーゼルエンジン
１４ 気筒
２７ 排気弁
１００ ＰＣＭ（停止時燃料制御手段、始動時排気弁制御手段）

Claims (10)

1. 所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させる、ディーゼルエンジンの制御方法であって、
   前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する工程と、
   前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードとする工程と、を備え、
   前記特殊モードとする工程は、前記再始動条件の成立に応じてエンジンの回転が始まるときに吸気行程にある気筒から特殊モードにする工程である、
   ことを特徴とするエンジン制御方法。
2. 所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させる、ディーゼルエンジンの制御方法であって、
   前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する工程と、
   前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードとする工程と、を備え、
   前記特殊モードとする工程は、前記再始動条件の成立に応じてエンジンの回転が始まるときに排気行程にある気筒から特殊モードにする工程である、
   ことを特徴とするエンジン制御方法。
3. 所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させる、ディーゼルエンジンの制御方法であって、
   前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する工程と、
   前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードとする工程と、
   遅くとも、各気筒がそれぞれ初回の吸気行程を終えれば、吸気行程では排気弁を閉じる通常モードに移行する工程と、を備える、
   ことを特徴とするエンジン制御方法。
4. エンジンは４つ以上の気筒を備えており、
   前記通常モードに移行する工程は、エンジンの回転が始まるときに圧縮行程にある気筒から燃焼を開始した場合は、エンジンの回転開始から３つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に通常モードに移行する工程である、請求項３に記載のエンジン制御方法。
5. 前記通常モードに移行する工程は、エンジンの回転が始まるときに圧縮行程にある気筒では燃焼を行わず、吸気行程で停止していた気筒から燃焼を開始した場合は、エンジンの回転開始から４つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に通常モードに移行する工程である、請求項４に記載のエンジン制御方法。
6. 所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させる、ディーゼルエンジンの制御方法であって、
   前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する工程と、
   前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードとする工程と、を備え、
   前記特殊モードでは、気筒の排気行程から吸気行程にかけて排気弁を開放状態に維持する、
   ことを特徴とするエンジン制御方法。
7. 所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させる、ディーゼルエンジンの制御方法であって、
   前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する工程と、
   前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードとする工程と、を備え、
   前記特殊モードでは、エンジンの回転が始まるときに膨張行程にある気筒でも排気弁を開く、
   ことを特徴とするエンジン制御方法。
8. 所定の自動停止条件の成立に応じてエンジンを停止させる一方、その後、所定の再始動条件が成立すればエンジンを再始動させるようにしたディーゼルエンジンの制御装置であって、
   前記自動停止条件が成立してから、これに応じて気筒への燃料供給を停止するまでの間、空気過剰率λが１よりも大きなリーン状態になるように燃料噴射量を制御する停止時燃料制御手段と、
   前記再始動条件が成立して、エンジンの回転が始まることにより各気筒がそれぞれ迎える初回の吸気行程のうち、少なくとも２つの気筒の吸気行程において排気弁を開く特殊モードの制御を行うとともに、遅くとも、各気筒がそれぞれ初回の吸気行程を終えれば、吸気行程では排気弁を閉じる通常モードの制御に移行する、始動時排気弁制御手段と、
   を備えることを特徴とするディーゼルエンジンの制御装置。
9. エンジンは４つ以上の気筒を備えており、
   始動時排気弁制御手段は、エンジンの回転が始まるときに圧縮行程にある気筒から燃焼が開始された場合は、エンジンの回転開始から３つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に通常モードの制御に移行する、請求項８に記載のエンジン制御装置。
10. 始動時排気弁制御手段は、エンジンの回転が始まるときに圧縮行程にある気筒では燃焼を行わず、吸気行程で停止していた気筒から燃焼が開始された場合は、エンジンの回転開始から４つ目の気筒の圧縮上死点を越えた後に通常モードの制御に移行する、請求項９に記載のエンジン制御装置。

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