JP5912743B2 - エンジン制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、エンジン始動時におけるエンジン制御方法に関するものであり、特に寒冷地において、十分な暖機運転がされない状態でエンジンが停止された場合のエンジン始動時のエンジン制御方法を提供するものである。

停止しているエンジンを運転状態にするエンジン始動時には、さまざまな問題が生じる場合が多い。たとえば、セルを回転させるためのバッテリーの電力不足、エンジンが定常的な運転状態になるまでの間に必要なトルクを得るための空気量の確保などがある。特に長時間エンジンが停止していた場合や、寒冷地などの場合には、エンジンオイルの温度が下がっている。そのため、始動時の潤滑不足や、燃料過多によるプラグのかぶりといった問題は、エンジン損傷やエンジンの始動不可の状態になる場合があり重要である。

特許文献１は、始動時における始動性の改善を目的とした発明が開示されている。ここでは、始動時にエンジン水温をモニタし、エンジン水温が所定値より低い場合は、エンジンのかぶりが生じやすい状態であるとして、クランキング回転数が所定の値まで上昇するまでは燃料噴射を行わないという発明である。

また、特許文献２は、やはり始動時のエンジン水温をモニタし、エンジン水温が所定の範囲内の時はスロットル開度を増加側に補正する発明が開示されている。また、ここでは、エンジン停止から次の始動までの間の放置時間を、補正値を決定するためのパラメータとする発明も開示されている。

特開平０９−１７０５４３号公報 特開平１０−０４７１２３号公報

特許文献１では、クランキング回転数が所定の値になるまで燃料の噴射をしないので、エンジン始動に時間がかかる。また、バッテリーの蓄電量が少なく、セルの回転数が上がらない場合は、閾値としているクランキング回転数を下げることもできる。しかし、いずれにしてもイグニッションキーを回し、スタータを始動させた直後にエンジンは始動しない。したがって、運転者にエンジン始動時に違和感を与えることになる。

また、特許文献２では、エンジンの水温をモニタするだけでなく、エンジン停止からエンジン始動までの放置時間もスロットル開度の補正値を決めるパラメータとしてはいる。しかし、冷間始動後、直ぐにエンジンを停止させ、長時間放置した場合等には、点火プラグのかぶりやくすぶりが残ったままとなるため、始動性の低下が解消されていない。

つまり、エンジンが停止し放置されていた時間と、始動時のエンジン水温を補正値は考慮されているものの、エンジンが停止された時の状態は考慮されていない。

しかしながら、エンジン始動時の始動性については、エンジン停止時にどのような状態で停止されたかという点が問題になる場合が多い。例えば、十分な暖機をされない状態でエンジンが停止されていたとすると、エンジン内には、未燃焼の混合ガスが残留している可能性が高い。また、不完全燃焼によるすす（煤）がスパークプラグや燃焼室内に残留している虞もある。特に寒冷地では、暖機運転が完了するのに、時間がかかるので、十分な暖機運転がされないまま、エンジンが停止される状態が容易に想定される。本発明はそのような場合であっても、良好な始動性を発揮できるエンジン制御方法を提供するものである。

本発明は上記の課題に鑑み想到された発明であり、エンジンが停止された時の状況を記憶しておき、その状況に応じて始動時に行われる始動シークエンスの各パラメータを補正するエンジン制御方法を提供するものである。

より具体的には、本発明に係るエンジン制御方法は、
始動時のエンジン制御方法であって、
エンジン停止時のエンジン温度である停止時水温を記憶する工程と、
エンジン始動時に前記停止時水温を所定の閾値と比較する工程と、
前記停止時水温が前記所定の閾値より低い場合は、
前記停止時水温と始動時のエンジン温度である始動時水温に基づいて、
始動時の燃料噴射量と
吸入空気量と
点火時期と
点火コイル通電時間のうち
少なくとも１つの補正値を求める工程に加えて、
気筒判別前のクランキング開始時に、各気筒に対して点火する順序で燃料噴射を伴わない空点火を行う工程
を有することを特徴とする。

本発明のエンジン制御方法は、エンジン停止時の状態を停止時のエンジン温度によって記憶し、停止時のエンジン温度が低いほど、十分な暖機運転なしにエンジンを停止していると推定する。そして、このような状態に応じて、燃料の残存や不完全燃焼によるすす（煤）の度合いを考慮した始動シークエンスを補正するので、始動時間の遅れを伴うことなく冷間時であっても始動することが可能である。

本発明に係るエンジンシステムの構成を示す図である。 エンジン制御のフローを示す図である。 始動時補正値算出工程のフローを示す図である。 停止時水温と始動時水温の関係の中で、補正値を算出する領域を示す図である。 エンジン制御の他のフローを示す図である。

以下、図面を参照しながら本発明を説明する。なお、以下の説明は本発明の一実施形態を例示するものであり、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて、下記の実施形態を変形してもよい。

図１には、本発明のエンジン制御方法を実現するエンジンの構成を示す。本発明に係るエンジン制御方法を搭載するエンジンシステム１は、ピストン３、シリンダ２、クランクアーム４、クランク軸５を有するエンジン本体と、インテークマニホールド１１、サージタンク１２、スロットルボディ１３、吸気管１５、エアクリーナ１４、ＩＳＣバルブ１６といった吸気系と、燃料タンク２３、燃料配管２２、ジェットノズル２１を含む燃料系と、点火装置３２および点火プラグ３１などを含む点火系と、クランク軸５の回転数（エンジン回転数）を検出する回転センサ５２と、回転センサ５２と連結し、燃料系と点火系を制御する制御装置４１を含む。

吸気はエアクリーナ１４から吸気管１５内をエンジン本体に向かって流れる。スロットルボディ１３およびサージタンク１２で空気の流量と流速を制御された後、インテークマニホールド１１を通じて、燃焼室７に送られる。吸気は、燃焼室７に入る前に、ジェットノズル２１から燃料が噴出され混合気体となる。エンジン始動時はスロットルが全閉状態であるので、空気を供給するためと、アイドリング回転数を一定に保つためにＩＳＣ（Ｉｄｌｅ Ｓｐｅｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ）バルブ１６がスロットルボディ１３に併設されている。ＩＳＣバルブ１６は後述する制御装置４１によって開度が制御される。

燃料は燃料タンク２３から燃料配管２２を通じてジェットノズル２１に送られる。ジェットノズル２１には図示しない空気圧がかかり、後述する制御装置４１の指示で、燃料を噴出する。噴出量は制御装置４１からの指示で決められる。

エンジン本体は、従来から知られているように、ピストン３とシリンダ２で形成される燃焼室７内で、混合気体が燃焼することで、ピストン３がシリンダ２内で往復運動を行い、その往復運動がクランクアーム４を介してクランク軸５に伝えられ、回転運動に変換されることで、運転される。

クランク軸５には、回転センサ５２が直接若しくは間接的に取り付けられており、クランク軸５の回転数だけでなく、その回転位相まで検出される。

燃焼室７では、吸い込まれた混合気体に点火プラグ３１からスパークを飛ばし、燃焼させる。この燃焼のタイミングは、混合気体が最も圧縮されたピストン３の上死点で燃焼させるのがよい。しかし、燃焼は瞬時に行われるものではないため、トルクを得ようとすると、実際は上死点の手前でスパークを飛ばす。これを進角と呼ぶ。進角を大きくとるとノッキングが発生する。

また、逆にピストン３が上死点を過ぎてからスパークさせることを遅角と呼ぶ。点火タイミングを遅角にすると、トルクは下がるがエンジン回転は安定させることができる。したがって、最もトルクを発生させることができる点火タイミングはノッキングが始まる角度より上死点に近い進角の領域にあるとされている。

点火装置３２は、制御装置４１の指示により点火プラグ３１にスパークを発生させる。具体的にはイグナイターと点火コイルが１つにまとめられたものである。制御装置４１の指示信号によってイグナイターは、点火コイルに通電し、そしてその通電を切断する。点火コイルの１次側で、通電された後、電流を切断されることで、点火コイルの２次側に大きな起電力が発生し、点火プラグ３１でスパークを発生させる。また、２次側コイルでの発生電圧は、１次側の点火コイルの通電時間に比例して大きくなる。すなわち、１次側のコイルへの通電時間を長くすれば、強い火花が飛ぶ。

制御装置４１は、ＥＰＵ（Ｅｎｇｉｎｅ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ若しくはＥｌｅｃｔｒｏ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ Ｕｎｉｔ）と呼ばれるマイクロコンピュータと、メモリ４２によって構成される。制御装置４１は、少なくとも水温センサ５３、回転センサ５２、点火装置３２、ジェットノズル２１、ＩＳＣバルブ１６と接続されており、水温センサ５３、回転センサ５２からの情報に基づいて、点火装置３２およびジェットノズル２１に、点火のタイミングと燃料噴射のタイミングおよび量を指示する。

より具体的には、水温センサ５３からはウォータージャケット８中の水温の温度を信号Ｓｔｗを受け、回転センサ５２からはクランク軸５の回転速度と回転位置を信号Ｓｒｍで受信する。また、ジェットノズル２１には指示Ｃｊで燃料噴射量とタイミングを指示する。点火装置３２には、指示Ｃｔで通電時間を指示し、点火時期を指示Ｃｃで指示する。また、ＩＳＣバルブ１６の開度は指示Ｃｉｄで指示する。

以上のように構成されたエンジンシステム１において、本発明のエンジン制御方法について説明する。

本発明に係るエンジン制御方法は、エンジン停止時の水温（以後「停止時水温」と呼ぶ。）が所定の閾値Ｔｈｗより低い場合は、暖機運転が十分でない状態でエンジンが停止されたとみなす。このような状況は、例えば寒冷地での使用において、短い距離を走行し、しばらく放置された場合などで生じる状況である。

暖機運転が十分でない状態でエンジンが停止されると、未燃焼の燃料が残存していたり、燃焼のこりであるくすぶりが残存しているおそれが高い。このような状況で、通常の始動シークエンスを行うと、プラグのかぶりといった事態が生じるおそれが非常に高くなる。通常の始動シークエンスでは、アイドリングを維持するための最初のトルクを得るために、燃料噴射量を多めに制御されるからである。そこで、上記のような場合は、燃焼室内に、未燃焼の燃料や、くすぶりが残存していることを想定した始動シークエンスを行う。

図２には、本発明のエンジン制御装置４１の制御フローを示す。制御装置４１は、車両が停止時でも最低限の通電は行われており、タイマ等の管理を行っている。この状態を待機モードと呼ぶ。待機モードにある制御装置４１は、イグニッションスイッチがＯＮになると（ステップＳ１００）、始動時補正値を算出する（ステップＳ１０２）。詳細は後述するが、停止時水温の値に基づいて、始動シークエンスの各パラメータを補正する。

次に、始動シークエンスを開始する（ステップＳ１０４）。始動シークエンスには、セルモータを回して、クランク軸５を回転させ、気筒判別と、燃料噴射、プラグ点火といった工程が行われる。その中で、点火時期、プラグの点火強度、ＩＳＣの開度、燃料噴射量といったパラメータが、安定したアイドリングが得られるように、動的に調整される。

安定したアイドリングを確立できたら、エンジン回転数の制御に入る（ステップＳ１０６）。これは、様々な走行状態およびエンジン状態に関して、スロットルの開度に応じたエンジン回転数を得ることができるように、構成されている。また、このエンジン回転制御（ステップＳ１０６）では、常にエンジン停止であるか否かを判断している（ステップＳ１０８）。エンジン停止でなければエンジン回転制御（ステップＳ１０６）を継続する。

イグニッションスイッチがＯＦＦにされ、エンジンが停止すると、制御装置４１は、エンジンの水温Ｔｔを水温センサ５３からの信号Ｓｔｗによって検出する。そして、この停止時水温Ｔｔを不揮発性メモリに記憶する（ステップＳ１１０）。

図３には、本発明のエンジン制御装置の制御フローのうち、始動シークエンス（ステップＳ１０４）を行う前の始動時補正値算出工程（ステップＳ１０２）の部分を示す。イグニッションスイッチがＯＮにされたら、制御装置４１は、前回の停止時水温Ｔｔと閾値Ｔｈｗを比較する（ステップＳ１２２）。

もし、水温Ｔｔが閾値Ｔｈｗより高い場合（ステップＳ１２２のＮ分岐）は、始動シークエンスのパラメータを補正しない（ステップＳ１２８）。停止時水温Ｔｔが閾値Ｔｈｗより高いということは、前回の停止時には、エンジンは十分に暖機運転をされていたため、未燃焼の燃料やくすぶりの残存はないと推測されるからである。

停止時水温Ｔｔが所定の閾値Ｔｈｗより低い場合（ステップＳ１２２のＹ分岐）は、始動シークエンスで使用するパラメータを補正する。補正する場合は、現在の水温Ｔｓ（以後「始動時水温」と呼ぶ）を水温センサ５３からの信号Ｓｔｗによって検出する（ステップＳ１２４）。

図４には、補正の関係を示すグラフを示す。横軸は始動時のエンジン水温（始動時水温Ｔｓ）であり、縦軸は前回の停止時のエンジン水温（停止時水温Ｔｔ）である。ラインＧ０は始動時水温Ｔｓと停止時水温Ｔｔが等しくなる線である。領域Ａは、停止時水温Ｔｔより始動時水温Ｔｓが高い領域であり、このような状況は通常は生じにくい。したがって、始動時水温Ｔｓと停止時水温Ｔｔの関係がこの領域にある場合は、始動シークエンスの補正を考慮する必要はない。

また、停止時水温Ｔｔが閾値Ｔｈｗより高い領域Ｂも始動シークエンスの補正を考慮する必要はない。すでに説明したように、エンジン停止前の水温が閾値Ｔｈｗ以上の場合は、燃焼室内に始動時に不要な残存物は少ないと考えらえるからである。

停止時水温Ｔｔが閾値Ｔｈｗ以下であり、ラインＧ０より上側にある領域Ｃでは、前回のエンジン停止時に十分な暖機運転が行われなかったと考えられる領域である。

ここで、補正の程度は、停止時水温Ｔｔが低いほど、また、始動時水温Ｔｓが低いほど大きくなるように設定する。また、始動時水温Ｔｓより、停止時水温Ｔｔに大きく依存させる。たとえば、通常の始動シークエンスのパラメータ設定値に対して５％の補正を行う状態を線で表すと、ラインＧ１のようになる。一方１０％の補正を行う状態を線で表すとラインＧ２のようになる。このような補正量は、予め制御装置４１に接続されたメモリ４２中に記憶されている。

また、領域Ｃと領域Ｂの境界は、停止時水温Ｔｔに対して一定ではない。したがって、停止時水温Ｔｔのある温度範囲では、始動時水温Ｔｓの値によって領域Ｂ（補正はしない領域）に属する場合と、領域Ｃ（補正を行う領域）に属する場合があり得る。例えば図４において、停止時水温がＴｔ１であるとき、始動時水温ＴｓがＴｓ１（白星印）の時では、領域Ｂに属し、補正は行わない。しかし、始動時水温がＴｓ２（黒星印）の場合は、領域Ｃに属し、補正を行う。

つまり、始動時水温Ｔｓが高くても、補正を行う場合があるし、始動時水温Ｔｓが低くても補正を行わない場合がありえる。また、閾値Ｔｈｗについて言い変えると、閾値Ｔｈｗとは、始動時水温Ｔｓにかかわらず、補正を行う必要がない停止時水温Ｔｔである。

始動シークエンスで補正すべき項目は少なくとも、燃料噴射量、点火コイルへの通電時間、点火時期、ＩＳＣバルブ１６の開度が含まれる。燃料噴射量を補正する場合は、通常の始動シークエンス時よりも減少させる。燃焼室内には未燃焼の燃料が残存している可能性が高く、濃い混合気を燃焼室に導入すると、プラグがかぶるおそれがあるからである。

点火コイルの通電時間の補正は通常の始動シークエンス時よりも長くする。点火コイルには、通電した電流に比例したエネルギーが蓄積し、通電を切断した際に１次コイルには通電時に流れた電流に比例した電圧が生じる。したがって、通電時間を長くすることで、点火プラグ３１の電極間には大きな電圧がかかり、強い放電が行われる。

また、点火時期の補正は進角側に制御する。点火時期を進角側に制御することで、空気が圧縮されつつあるときに点火されるので、着火性が高くできる。また、ＩＳＣバルブ１６の補正は、開く側に制御する。これは吸入する空気量を多くし、燃料のリーン化を図るためである。

これらの補正は補正量が大きくなるほど、上記の傾向を進めるように設定する。すなわち、停止時温度Ｔｔが低いほど、燃料噴射量は少なくし、点火コイルの通電時間を長くし、点火時期は進角側にし、ＩＳＣバルブ１６の開度は大きくする方向に補正する。これらの補正量はそれぞれの項目毎に予め設定され、メモリ４２中にテーブルで記憶しておくことで、容易に補正値を得ることができる。なお、それぞれの項目は補正量が大きくなりすぎると逆にエンジン始動に支障をきたすので、補正量の限界値があるのはいうまでもない。

また、これらの補正項目はすくなくとも１項目を行えば効果がある場合もある。したがって、常に４つの項目を補正する必要はなく、少なくとも１つの項目について補正を行えばよい。このことは、少なくとも１つの項目について補正値を求めれば足りることを意味している。

再び図３を参照して、このように始動シークエンスの項目の補正量が算出できたら（ステップＳ１２６）、始動時補正値算出工程から始動シークエンス（ステップＳ１０４）の工程に処理のフローを移す（ステップＳ１３０）。始動シークエンスの工程（図２参照）では、少なくとも上記の項目（燃料噴射量、点火コイルの通電時間、点火時期、ＩＳＣバルブ１６の開度）は、補正されたパラメータが使用され、前回の停止時に十分な暖機運転が行われていなくても、スムーズなエンジン始動が行える。

なお、停止時水温Ｔｔが閾値Ｔｈｗより低い場合は、上記のパラメータ補正に加え、プラグ温度を上げておくことも効果がある。図５を参照する。このため、セルモータによってクランキング回転が始まったら、気筒判別の前に各気筒のプラグを点火させる空点火を行ってもよい。これは燃料噴射を行わずに、プラグ点火だけを行う動作である。点火によってプラグの電極間に火花が飛び、これでプラグの電極間温度は高くなる。このように補正による始動シークエンスを行う前に、プラグの空点火を行う動作を点火予備シークエンス（ステップＳ１０３）と呼ぶ。

点火予備シークエンスは、燃料噴射はされていないものの、点火する順で気筒内に火花を飛ばすので、一度に全気筒のプラグを点火するよりバッテリーへの負担は少ない。また、未燃焼の燃料が残存していた場合は、この点火で燃焼されるため、気筒内の温度上昇と、プラグのかぶり防止という効果を得ることができる。

以上のように本発明のエンジン制御方法では、主として停止時水温に基づいて、エンジン始動時の各パラメータを補正するので、十分な暖機運転がされていないままエンジンが停止されていても、すみやかにエンジン始動を行える。

本発明のエンジン制御方法は、始動直後のエンジン回転数の制御に好適に利用することができ、特に寒冷地などで、短い距離を運転した後の円滑なエンジン始動時に有用である。

１ エンジンシステム
２ シリンダ
３ ピストン
４ クランクアーム
５ クランク軸
６ オイルパン
７ 燃焼室
８ ウォータージャケット
１１ インテークマニホールド
１２ サージタンク
１３ スロットルボディ
１４ エアクリーナ
１５ 吸気管
１６ ＩＳＣバルブ
２１ ジェットノズル
２２ 燃料配管
２３ 燃料タンク
３１ 点火プラグ
３２ 点火装置
４１ 制御装置
４２ メモリ
５２ 回転センサ
５３ 水温センサ

Claims (1)

1. 始動時のエンジン制御方法であって、
   エンジン停止時のエンジン温度である停止時水温を記憶する工程と、
   エンジン始動時に前記停止時水温を所定の閾値と比較する工程と、
   前記停止時水温が前記所定の閾値より低い場合は、
   前記停止時水温と始動時のエンジン温度である始動時水温に基づいて、
   始動時の燃料噴射量と
   吸入空気量と
   点火時期と
   点火コイル通電時間のうち
   少なくとも１つの補正値を求める工程に加えて、
   気筒判別前のクランキング開始時に、各気筒に対して点火する順序で燃料噴射を伴わない空点火を行う工程
   を有することを特徴とするエンジン制御方法。