JP5563958B2 - エンジン自動停止始動制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンのバルブ開閉特性を変化させる可変バルブ機構とアイドルストップシステムを搭載したエンジン自動停止始動制御装置に関する発明である。

エンジンの燃費やエミッションを低減する技術として、アイドルストップシステムや可変バルブ機構（可変動弁機構）が広く知られている。可変バルブ機構には、様々なタイプのものがあり、例えば、バルブタイミングを調整する可変バルブタイミング機構、リフト量を調整する可変バルブリフト機構、作用角を調整する機構があり、いずれか単独で又は組み合わされてエンジンに搭載されている。

一方、アイドルストップシステムは、アイドル運転中に自動停止要求（アイドルストップ要求）が発生したときに燃料カットしてエンジンを自動的に停止させ、その後、運転者が車両を発進させようとする操作（ブレーキ解除操作やアクセル踏込み操作等）を行ったときに再始動要求が発生して自動的にスタータに通電して再始動させるようにしている。

近年、更なる低燃費化等を実現するために、アイドルストップシステムと可変バルブ機構の両方を搭載した車両も増加している（特許文献１，２参照）。一般に、可変バルブ機構は、エンジンの始動に適した位置（始動位置）がエンジン運転中の動作位置とは異なるため、自動停止要求に応じてエンジンを自動停止させる際に、次の再始動に備えて、可変バルブ機構の動作位置を予め決められた始動位置まで移動させてロックピン等でロックしておくことが望ましい。

特開２０１０−１６３０７０号公報 特開２０１０−１６３９９４号公報

ところで、自動停止要求は、車両停止後に発生するものが多いが、最近では、アイドルストップ制御の燃料カット領域を車両停止前の減速領域に拡大するために、車両走行中に車両停止に至る可能性のある減速領域で自動停止要求が発生するようにしたものがある。このようなアイドルストップシステムでは、減速領域で自動停止要求が発生して燃料カットされてエンジン回転速度が降下する期間に、再始動要求が発生する場合があり、その場合には、直ちに燃料噴射を再開してエンジンを再始動する必要がある。

前述したように、エンジンを自動停止させる際に、次の再始動に備えて、可変バルブ機構の動作位置を予め決められた始動位置まで移動させることが望ましいが、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生するような場合は、自動停止要求による燃料カット開始から再始動要求が発生するまでの時間が非常に短いため、可変バルブ機構の動作位置を始動位置まで移動させる時間的余裕がほとんどない。このため、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生した場合は、可変バルブ機構の動作位置が本来の始動位置ではないところで再始動される可能性が高いため、再始動性が悪化したり、或は、可変バルブ機構が始動位置でロックされていないため、再始動時に可変バルブ機構がばたついて騒音が発生したり耐久性が低下したりする可能性がある。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、自動停止要求による燃料カット開始から再始動要求が発生するまでの時間が短い場合でも、可変バルブ機構の本来の始動位置からエンジンを確実に再始動できるエンジン自動停止始動制御装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、エンジンの吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングとリフト量の両方を変化させる可変バルブ機構と、エンジン運転中に自動停止要求が発生した場合に燃料カットを実行してエンジンの運転を停止させ、その後再始動要求が発生した場合に燃料噴射を再開して再始動させるアイドルストップ制御手段とを備え、前記アイドルストップ制御手段は、前記自動停止要求発生時に先に前記可変バルブ機構の動作位置を予め決められた始動位置又は該始動位置から所定範囲内（以下「始動位置付近」という）に移動させてから燃料カットを開始するエンジン自動停止始動制御装置において、前記アイドルストップ制御手段は、前記自動停止要求発生時に前記可変バルブ機構の動作位置を前記始動位置又は始動位置付近に移動させる際に発生するエンジン回転変動を抑制するようにスロットル開度と点火時期の少なくとも一方を制御することを特徴とするものである。

本発明のように、自動停止要求発生時に先に可変バルブ機構の動作位置を始動位置又は始動位置付近に移動させてから燃料カットを開始するようにすれば、自動停止要求による燃料カット開始から再始動要求が発生するまでの時間が短い場合でも、その時間内に可変バルブ機構の動作位置を始動位置に移動させてから再始動要求に応じて燃料噴射を再開して再始動させるという制御が可能となり、エンジンを確実に再始動させることができる。また、ロック機構付きの可変バルブ機構では、再始動前に可変バルブ機構の動作位置を始動位置でロックできるため、再始動時に可変バルブ機構のばたつきが発生することを防止できて、可変バルブ機構のばたつきによる騒音や耐久性低下の問題を解決できる。

この場合、請求項１に係る発明では、自動停止要求発生時に可変バルブ機構の動作位置を始動位置又は始動位置付近に移動させる際に発生するエンジン回転変動を抑制するようにスロットル開度と点火時期の少なくとも一方を制御するようにしている。要するに、自動停止要求発生時に、スロットル開度と点火時期を変化させずに、可変バルブ機構の動作位置を移動させると、エンジンの出力が変化してエンジン回転速度が変動するため、運転者に違和感を感じさせてしまう可能性がある。この対策として、スロットル開度と点火時期の少なくとも一方をエンジン回転変動を抑制するように制御するものであり、これにより、エンジン回転速度の変動による運転者の違和感を解消することができる。

また、請求項２のように、運転者のイグニッションスイッチのオフ操作による手動停止要求が発生したときに、可変バルブ機構の動作位置によらず直ちに燃料カットを実行してエンジンの運転を停止させる手動停止制御手段を備えた構成としても良い。運転者がイグニッションスイッチをオフ操作してエンジンの運転を停止させる場合は、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生することはなく、可変バルブ機構の動作位置を始動位置へ移動させる時間的余裕があるため、手動停止要求発生時に直ちに燃料カットを実行してエンジンの運転を停止させた方が運転者に違和感（エンジン停止の遅れ）を感じさせずに済む。

バルブタイミングとリフト量の両方を調整可能に構成した可変バルブ機構を用いる場合には、図２に示すように、アイドル時の動作位置と始動位置とが遠く離れているため、自動停止要求発生時に可変バルブ機構の動作位置を始動位置に移動させるのに要する時間が比較的長くかかるが、この構成でも、本発明を適用すれば、再始動要求が発生するまでに可変バルブ機構の動作位置を始動位置に移動させることが可能となり、可変バルブ機構の本来の始動位置からエンジンを確実に再始動することができ、本発明を適用する効果が大きい。
また、請求項３のように、吸気バルブのバルブタイミングとリフト量の両方を変化させる可変バルブ機構を用いる場合には、可変バルブ機構のアイドル時の動作位置は、吸気バルブのバルブタイミングが最進角位置で且つリフト量が最小であり、始動位置は、吸気バルブのバルブタイミングが最遅角位置で且つリフト量が中間値となるように構成しても良い。
また、請求項４のように、排気バルブのバルブタイミングとリフト量の両方を変化させる可変バルブ機構を用いる場合には、可変バルブ機構のアイドル時の動作位置は、排気バルブのバルブタイミングが最遅角位置で且つリフト量が最小であり、始動位置は、排気バルブのバルブタイミングが最進角位置で且つリフト量が中間値となるように構成しても良い。

図１は本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 図２は吸気バルブの可変バルブ機構の動作特性の一例を示す図である。 図３はアイドルストップ制御の燃料カット／エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生した場合のスタータレス始動の一例を説明するタイムチャートである。 図４はエンジン停止制御プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。
エンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を吸気ポートに向けて噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６が取り付けられている。エンジン１１のクランク軸２７の外周側には、クランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８の出力パルスの間隔（周期）に基づいてエンジン回転速度が検出されると共に、カム角センサ（図示せず）の出力信号を基準にしてクランク角センサ２８の出力パルスをカウントすることで、クランク角の検出と気筒判別［吸気行程の気筒と圧縮行程の気筒（点火気筒）の判別］が行われる。

更に、エンジン１１には、後述するスタータレス始動時以外の通常の始動時にクランク軸２７を回転駆動（クランキング）するためのスタータ３０が取り付けられている。スタータ３０は、エンジン１１のクランク軸２７に連結されたリングギアにピンオンを常時噛み合わせた常時噛合い式のスタータを用いても良いし、或は、スタータレス始動時以外の通常の始動時にのみ、ピンオンを突出させてリングギアに噛み合わせるようにしたスタータを用いても良い。また、ハイブリッド電気自動車では、車両駆動用のモータをスタータとして兼用するようにしても良い。

また、エンジン１１の吸気バルブ３５と排気バルブ３６には、それぞれ油圧駆動式の可変バルブ機構３７，３８が設けられている。各可変バルブ機構３７，３８は、バルブタイミングを調整する可変バルブタイミング機構（ＶＶＴ）と、リフト量及び作用角を調整する可変バルブリフト機構（ＶＶＬ）とを組み合わせた構成となっている。

エンジン１１の運転を制御する制御装置３１は、１つ又は複数のＥＣＵ（例えばエンジン用ＥＣＵ、アイドルストップ用ＥＣＵ）によって構成されている。この制御装置３１には、運転状態を検出する各種センサ、例えば、上述したエアフローメータ１４、スロットル開度センサ１７、吸気管圧力センサ１９、排出ガスセンサ２４、冷却水温センサ２６の他に、ブレーキの作動（ＯＮ）／非作動（ＯＦＦ）を検出するブレーキスイッチ３２、アクセル開度を検出するアクセルセンサ３３、車速を検出する車速センサ３４等からの信号が入力される。

制御装置３１は、エンジン運転中には、上記各種センサで検出した運転状態に応じて、エンジン１１の燃料噴射量、吸入空気量（スロットル開度）、点火時期、各可変バルブ機構３７，３８の動作位置（可変バルブ量）を制御する。更に、制御装置３１は、特許請求の範囲でいうアイドルストップ制御手段としても機能し、エンジン運転中に自動停止要求（アイドルストップ要求）が発生したか否かを監視して、自動停止要求が発生した時に、先に可変バルブ機構３７，３８の動作位置を予め決められた始動位置又は該始動位置から所定範囲内（以下「始動位置付近」という）に移動させてから、燃料噴射を停止（燃料カット）して、エンジン１１の燃焼を自動的に停止（アイドルストップ）させる。一方、運転者のイグニッションスイッチ３９のオフ操作による手動停止要求が発生したときには、可変バルブ機構３７，３８の動作位置によらず直ちに燃料カットを実行してエンジン１１の運転を停止させる。

自動停止要求は、車両停止中のみに発生するようにしても良いが、本実施例では、アイドルストップ制御の燃料カット領域を減速領域まで拡大するために、車両走行中に車両停止に至る可能性のある低速での減速領域でも、自動停止要求が発生するようにしている。具体的には、車両走行中に車両停止に至る可能性のある所定減速状態になったか否か（自動停止要求が発生したか否か）を次の条件で判定する。例えば、(1) アクセルオフ（スロットル全閉）、(2) ブレーキＯＮ、(3) 所定車速以下の低速域であるか否かを判定し、これらの条件(1) 〜(3) を全て満たす状態が所定時間以上継続したときに、車両停止に至る可能性のある所定減速状態であると判定する。尚、車両停止に至る可能性のある所定減速状態の判定方法は、適宜変更しても良いことは言うまでもない。

車両走行中に車両停止に至る可能性のある所定減速状態であると判定した時点で、自動停止要求が発生したと判断して、先に各可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置（又は始動位置付近）に移動させてから、燃料カットを開始して、エンジン１１の燃焼を自動的に停止（アイドルストップ）させる。その後、アイドルストップ期間中（燃料カットによるエンジン回転降下中又はエンジン回転停止後）に運転者が車両を再加速又は発進させようとする操作（例えば、ブレーキ操作の解除、アクセル踏込み操作、シフトレバーのドライブレンジへの操作等）を行ったときに、再始動要求が発生してエンジン１１を再始動させる。その他、バッテリ充電制御システムやエアコン等の車載機器の制御システムから再始動要求が発生してエンジン１１を再始動させる場合もある。

ここで、自動停止要求が発生したときに、先に可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置（又は始動位置付近）に移動させてから、燃料カットを開始する理由を図２及び図３を用いて説明する。

図２は吸気バルブ３５の可変バルブ機構３７の動作特性を示す図である。
排気バルブ３６の可変バルブ機構３８の動作特性は、吸気バルブ３５の可変バルブ機構３７とはバルブタイミングの進角・遅角が逆になるだけである。

本実施例の可変バルブ機構３７，３８は、バルブタイミング、リフト量及び作用角を調整するように構成され、アイドル時には、吸気側のバルブタイミングが最進角位置、排気側のバルブタイミングが最遅角位置で、吸気側、排気側のどちらもリフト量と作用角が最小に制御される。一方、エンジン１１の始動に適した位置（始動位置）は、吸気側のバルブタイミングが最遅角位置、排気側のバルブタイミングが最進角位置で、吸気側、排気側のどちらもリフト量及び作用角が中間値に制御されると共に、始動位置では、ロックピン（図示せず）により可変バルブ機構３７，３８の動作位置がロックされる。

図２に示すように、アイドル時の動作位置と始動位置とが遠く離れているため、自動停止要求発生時に可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置に移動させるのに要する時間が比較的長くかかる。このため、エンジン運転中（例えばアイドル中）に自動停止要求が発生した時点で直ちに燃料カットを開始すると、その後、エンジン回転速度が降下する期間中に再始動要求が発生するような場合は、自動停止要求による燃料カット開始から再始動要求が発生するまでの時間が非常に短いため、可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置まで移動させる時間的余裕がほとんどない。このため、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生した場合は、可変バルブ機構３７，３８の動作位置が本来の始動位置ではないところで再始動される可能性が高いため、再始動性が悪化したり、或は、可変バルブ機構３７，３８が始動位置でロックされていないため、再始動時に可変バルブ機構３７，３８がばたついて騒音が発生したり耐久性が低下したりする可能性がある。

そこで、本実施例では、図３に示すように、エンジン運転中に自動停止要求が発生したときに、先に可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置（又は始動位置付近）に移動させてから、燃料カットを開始する。この燃料カットによりエンジン回転速度が降下する途中で再始動要求が発生したときに、エンジン回転速度がスタータレス始動可能（自立復帰可能）な回転速度領域の下限値に相当する判定しきい値以上であるか否かでスタータレス始動可能であるか否かを判定し、スタータレス始動可能であれば、スタータ３０を使用せずに、燃料噴射の再開のみでエンジン１１を再始動する。従来は、可変バルブ機構３７，３８の動作位置が本来の始動位置ではないところで再始動される可能性が高いため、スタータレス始動可能な回転速度領域であっても、スタータレス始動に失敗する可能性がある。尚、再始動要求発生時のエンジン回転速度がスタータレス始動可能な回転速度領域の下限値（判定しきい値）を下回っている場合は、スタータ３０に通電してエンジン１１を再始動する。

以上説明した本実施例のアイドルストップ制御は、制御装置３１によって図４のエンジン停止制御プログラムに従って実行される。本プログラムは、制御装置３１の電源オン期間中（イグニッションスイッチ３９のオン期間中）に所定周期で繰り返し実行され、特許請求の範囲でいうアイドルストップ制御手段としての役割を果たす。

本プログラムが起動されると、まず、ステップ１００で、自動又は手動の停止要求が発生しているか否かを判定し、どちらの停止要求も発生していなければ、そのまま本プログラムを終了する。

上記ステップ１００で、自動又は手動の停止要求が発生していると判定されれば、ステップ１０１に進み、発生した停止要求が自動停止要求であるか否かを判定し、自動停止要求ではない（つまり手動停止要求）と判定されれば、ステップ１０６に進み、手動停止時処理を実行し、可変バルブ機構３７，３８の動作位置によらず直ちに燃料カットを実行してエンジン１１の運転を停止させる。運転者のイグニッションスイッチ３９のオフ操作による手動停止要求によってエンジン１１の運転を停止させる場合は、エンジン回転降下期間中に再始動要求が発生することはなく、可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置へ移動させる時間的余裕があるため、手動停止要求発生時に直ちに燃料カットを実行してエンジン１１の運転を停止させた方が運転者に違和感（エンジン停止の遅れ）を感じさせずに済む。このステップ１０６の処理が特許請求の範囲でいう手動停止制御手段としての役割を果たす。

一方、上記ステップ１０１で、発生した停止要求が自動停止要求であると判定されれば、ステップ１０２に進み、可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置（又は始動位置付近）へ移動させると共に、次のステップ１０３で、エンジン回転速度を目標回転速度に維持するようにエンジン回転変動抑制制御を実施する。この際、スロットル開度と点火時期の少なくとも一方をエンジン回転変動を抑制するように制御する。要するに、自動停止要求発生時に、スロットル開度と点火時期を変化させずに、可変バルブ機構３７，３８の動作位置を移動させると、エンジン１１の出力が変化してエンジン回転速度が変動するため、運転者に違和感を感じさせてしまう可能性がある。この対策として、スロットル開度と点火時期の少なくとも一方をエンジン回転変動を抑制するように制御するものであり、これにより、エンジン回転速度の変動による運転者の違和感を解消することができる。

次のステップ１０４で、可変バルブ機構３７，３８の動作位置が始動位置（又は始動位置付近）に到達したか否かを判定し、まだ始動位置（又は始動位置付近）に到達していないと判定されれば、上述したステップ１０２、１０３の処理を繰り返す。その後、上記ステップ１０４で、可変バルブ機構３７，３８の動作位置が始動位置（又は始動位置付近）に到達したと判定された時点で、ステップ１０５に進み、燃料カットを開始する。

以上説明した本実施例によれば、エンジン運転中に自動停止要求が発生したときに、先に可変バルブ機構３７，３８の動作位置を予め決められた始動位置（又は始動位置付近）に移動させてから、燃料カットを開始するようにしたので、自動停止要求による燃料カット開始から再始動要求が発生するまでの時間が短い場合でも、その時間内に可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置に移動させてから再始動要求に応じて燃料噴射を再開して再始動させるという制御が可能となり、エンジン１１を確実に再始動させることができる。また、再始動前に可変バルブ機構３７，３８の動作位置を始動位置でロックできるため、再始動時に可変バルブ機構３７，３８のばたつきが発生することを防止できて、可変バルブ機構３７，３８のばたつきによる騒音や耐久性低下の問題を解決できる。

尚、本実施例では、吸気バルブ３５と排気バルブ３６にそれぞれ可変バルブ機構３７，３８が設けたが、どちらか一方のみに可変バルブ機構を設けた構成としても良い。
また、本実施例の可変バルブ機構３７，３８は、バルブタイミング、リフト量及び作用角を全て調整可能に構成されているが、バルブタイミングとリフト量のみを調整する可変バルブ機構を用いた構成としても良い。

その他、本発明は、車両駆動用のモータをスタータとして兼用するハイブリッド電気自動車にも適用して実施できる等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…エンジン、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、３０…スタータ、３１…制御装置（アイドルストップ制御手段，手動停止制御手段）、３２…ブレーキスイッチ、３３…アクセルセンサ、３４…車速センサ、３５…吸気バルブ、３６…排気バルブ、３７，３８…可変バルブ機構、３９…イグニッションスイッチ

Claims (4)

1. エンジンの吸気バルブと排気バルブの少なくとも一方のバルブタイミングとリフト量の両方を変化させる可変バルブ機構と、
   エンジン運転中に自動停止要求が発生した場合に燃料カットを実行してエンジンの運転を停止させ、その後、再始動要求が発生した場合に燃料噴射を再開して再始動させるアイドルストップ制御手段とを備え、
   前記アイドルストップ制御手段は、前記自動停止要求発生時に先に前記可変バルブ機構の動作位置を予め決められた始動位置又は該始動位置から所定範囲内（以下「始動位置付近」という）に移動させてから燃料カットを開始するエンジン自動停止始動制御装置において、
   前記アイドルストップ制御手段は、前記自動停止要求発生時に前記可変バルブ機構の動作位置を前記始動位置又は始動位置付近に移動させる際に発生するエンジン回転変動を抑制するようにスロットル開度と点火時期の少なくとも一方を制御することを特徴とするエンジン自動停止始動制御装置。
2. 運転者のイグニッションスイッチのオフ操作による手動停止要求が発生したときに、前記可変バルブ機構の動作位置によらず直ちに燃料カットを実行してエンジンの運転を停止させる手動停止制御手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
3. 前記可変バルブ機構は、前記吸気バルブのバルブタイミングとリフト量の両方を変化させるように構成され、
   前記可変バルブ機構のアイドル時の動作位置は、前記吸気バルブのバルブタイミングが最進角位置で且つリフト量が最小であり、始動位置は、前記吸気バルブのバルブタイミングが最遅角位置で且つリフト量が中間値であることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン自動停止始動制御装置。
4. 前記可変バルブ機構は、前記排気バルブのバルブタイミングとリフト量の両方を変化させるように構成され、
   前記可変バルブ機構のアイドル時の動作位置は、前記排気バルブのバルブタイミングが最遅角位置で且つリフト量が最小であり、前記始動位置は、前記排気バルブのバルブタイミングが最進角位置で且つリフト量が中間値であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のエンジン自動停止始動制御装置。

Images