JP5974906B2

JP5974906B2 - エンジンの自動停止制御装置

Info

Publication number: JP5974906B2
Application number: JP2013005444A
Authority: JP
Inventors: 渓輔大津賀; 田賀　淳一; 淳一田賀; 俊彦廣本; 英樹佐内
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2013-01-16
Filing date: 2013-01-16
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2033-01-16
Also published as: JP2014136992A

Description

本発明は、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、エンジンへの燃料供給を停止して該エンジンを停止させる、エンジンの自動停止制御装置に関する技術分野に属する。

従来より、この種のエンジンの自動停止制御装置はよく知られており、例えば車両が停止した状態にありかつ該車両の乗員（ドライバ）がブレーキペダルを踏み込んでいるといった所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、エンジンを自動で停止させる（アイドルストップさせる）。その後に、その乗員が車両の発進操作等を行うことにより所定のエンジン自動再始動条件が成立したときには、エンジンを自動的に再始動させる。

上記のようなエンジンの自動停止制御装置では、エンジンの自動停止時に、次に再始動し易いように、エンジンのピストンを所定の停止位置に停止させる制御が行われている（例えば、特許文献１参照）。この制御では、エンジンの自動停止時に、エンジンの回転速度に応じて、エンジンにより駆動されるオルタネータにより生じる発電電流（エンジンの負荷トルクとなる発電トルク）を制御して、エンジンのピストン（特にエンジンの停止時に膨張行程となる気筒のピストン）を所定の停止位置に停止させるようにしている。

特開２００５−３１５２０３号公報

上記特許文献１では、エンジンの回転速度が所定値以下に低下してオルタネータの発電機能を十分に発揮することができなくなる前に、発電電流を制御して、エンジンのピストンを所定の停止位置に停止させるようにしている。

しかし、エンジンのピストンを所定の停止位置により一層正確に停止させるためには、エンジンが停止するぎりぎりまで、エンジンに負荷を与えながら、その負荷の大きさを制御することが好ましく、改良の余地がある。

特に、エンジン自動停止条件の１つを、車両の車速が所定車速以下であるとし、車両が完全に停止する前に、エンジンを自動停止させることが考えられ、この場合には、エンジン停止のぎりぎりまで、エンジンに負荷を与えながら、その負荷の大きさを制御しないと、エンジンが車輪から受ける外乱によって、ピストンが所定の停止位置に停止しなくなる可能性がある。

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、エンジンを自動停止させる際に、エンジンが停止するぎりぎりまで、エンジンに負荷を与えながら、その負荷の大きさを制御することにより、エンジンのピストンを所定の停止位置に出来る限り正確に停止させるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、本発明では、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、エンジンへの燃料供給を停止して該エンジンを停止させる、エンジンの自動停止制御装置を対象として、上記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、上記発電機を、上記エンジンの負荷トルクとなる発電トルクが発生する発電状態と、上記エンジンの負荷トルクとなる制動トルクが発生する短絡制動状態とに切換え可能なスイッチ手段と、上記スイッチ手段により上記発電機が上記短絡制動状態にあるときに、上記制動トルクの大きさを変更可能な制動トルク変更手段と、上記スイッチ手段により上記発電機が上記発電状態にあるときに、上記発電トルクの大きさを変更可能な発電トルク変更手段と、上記発電機のロータ回転速度を検出するロータ回転速度検出手段と、上記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、上記スイッチ手段、上記制動トルク変更手段及び上記発電トルク変更手段の作動を制御する制御手段とを備え、上記制御手段は、上記所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、上記エンジンのピストンを所定の停止位置に停止させる停止制御動作を実行するように構成されており、上記停止制御動作は、上記エンジンへの燃料供給の停止後において、上記ロータ回転速度検出手段により検出されたロータ回転速度が所定回転速度以上であるときには、上記スイッチ手段により上記発電機を上記発電状態にするとともに、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度に応じて上記発電トルクの大きさを制御し、上記ロータ回転速度が上記所定回転速度よりも低いときには、上記スイッチ手段により上記発電機を上記短絡制動状態にするとともに、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度に応じて、上記制動トルクの大きさを制御する動作であり、上記発電機による発電電力を充電可能な電源と、上記電源の電圧を検出する電源電圧検出手段とを更に備え、上記所定回転速度は、上記電源電圧検出手段により検出された電源電圧に応じて変更される、という構成とした。

上記の構成により、発電機を短絡制動状態にすることで、エンジン停止のぎりぎりまで、エンジンに対して比較的大きな負荷を与えながら、エンジン回転速度に応じて制動トルクの大きさを制御することができる。この結果、エンジンのピストン（特にエンジンの停止時に膨張行程となる気筒のピストン）を所定の停止位置に正確に停止させることができる。

また、基本的に、ロータ回転速度が高いときには、発電トルクが制動トルクよりも大きく、ロータ回転速度が低いときには、制動トルクが発電トルクよりも大きくなる。そこで、ロータ回転速度が上記所定回転速度以上であるときには、エンジン回転速度に応じて発電トルクの大きさを制御し、ロータ回転速度が上記所定回転速度よりも低いときには、エンジン回転速度に応じて制動トルクの大きさを制御することで、エンジンの負荷トルクの制御がし易くなり、エンジンのピストンを所定の停止位置に停止させることをより確実なものとすることができる。上記所定回転速度は、上記発電トルクと上記制動トルクとの大小関係が入れ替わるロータ回転速度ないしその付近に設定するか、又は、発電電圧が電源電圧よりも低くなるようなロータ回転速度ないしその付近に設定すればよい。発電電圧が電源電圧よりも低くなると、発電機による発電電力を電源に充電させることができなくなって、発電トルクをエンジンの負荷トルクとして使用することができなくなるが、上記所定回転速度を上記のように設定しておけば、発電電圧が電源電圧よりも低くなるようなロータ回転速度であっても、制動トルクをエンジンの負荷トルクとして使用することができるようになる。

さらに、上記発電トルクと上記制動トルクとの大小関係が入れ替わるロータ回転速度や、発電電圧が電源電圧よりも低くなるようなロータ回転速度は、電源電圧により変化するので、上記所定回転速度を電源電圧に応じて変更することで、上記発電トルクと上記制動トルクとをより適切に使い分けることができるようになる。

上記エンジンの自動停止制御装置において、上記発電機は、３相交流発電機であり、上記スイッチ手段により上記発電機が上記短絡制動状態にあるときに、該発電機を２相短絡制動状態と３相短絡制動状態とに切り換え可能な切換手段を更に備えている、ことが好ましい。

このことで、制動トルク変更手段により制動トルクの大きさを変更することに加えて、切換手段により制動トルクの大きさを変更することができ、この結果、制動トルクの大きさを木目細かく変更することができる。

以上説明したように、本発明のエンジンの自動停止制御装置によると、エンジンの自動停止時に、エンジン停止のぎりぎりまで、エンジンに負荷を与えながら、その負荷の大きさを制御することにより、エンジンのピストンを所定の停止位置に正確に停止させることができる。

本発明の実施形態に係るエンジン自動停止制御装置の構成を示す概略図である。エンジンの吸気系及び排気系の構成を示す概略図である。エンジンの駆動力伝達系の構成を示す概略図である。エンジンの停止時に膨張行程及び圧縮行程となる気筒のピストン停止位置と空気量との関係を示す説明図である。電源、インバータのスイッチング素子並びにモータジェネレータのロータコイル及びステータコイルの接続関係を示す回路図である。モータジェネレータのロータ回転速度と、電源の電圧が１２Ｖであるときの最大発電トルク、電源の電圧が１５Ｖであるときの最大発電トルク、及び、最大制動トルクとの関係を示すグラフである。エンジンの停止過程期間におけるロータ回転速度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態等を示すタイミングチャートである。エンジンの停止過程期間における上死点回転速度と停止時膨張行程気筒のピストン停止位置との相関関係を示す分布図である。ＥＣＵによる、エンジンへの燃料供給停止後における停止制御動作を示すフローチャートである。

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及び図２は、本発明の実施形態に係るエンジン自動停止制御装置を示す。このエンジン自動停止制御装置は、シリンダヘッド１０及びシリンダブロック１１を有するエンジン１と、このエンジン１及び後述のインバータ５５（図３参照）を制御するコントローラ２とを備えている。

本実施形態では、エンジン１は、直列４気筒火花点火式エンジンである。エンジン１には、４つの気筒１２Ａ〜１２Ｄが設けられるとともに、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部には、クランク軸３に連結されたピストン１３が嵌挿され、これにより、各気筒１２Ａ〜１２Ｄの内部で、ピストン１３の上方に燃焼室１４が形成されている。

ここで、一般的に、４サイクル多気筒エンジンにおいては、各気筒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燃焼サイクルを行うようになっており、本実施形態の直列４気筒エンジンの場合、気筒列方向一端側から１番気筒１２Ａ、２番気筒１２Ｂ、３番気筒１２Ｃ、４番気筒１２Ｄと呼ぶと、１番気筒１２Ａ、３番気筒１２Ｃ、４番気筒１２Ｄ、２番気筒１２Ｂの順にクランク角で１８０度ずつの位相差をもって燃焼が行われるようになっている。そして、エンジン１の駆動に伴う出力トルクは、図３に示すように、エンジン１のクランク軸３に連結された不図示のトルクコンバータ及び自動変速機５１を介して、エンジン１が搭載された車両の駆動輪５２に伝達されることになる。

上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄのそれぞれの燃焼室１４の天井部には、該燃焼室１４内の混合気に点火して燃焼させるための点火プラグ１５が設けられていて、それらの各点火プラグ１５先端の電極が上記燃焼室１４を臨むように配置されている。また、上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の天井部側方には、該燃焼室１４内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁１６が設けられている。この燃料噴射弁１６は、不図示のニードル弁及びソレノイドを内蔵し、上記コントローラ２からのパルス信号の入力によりそのパルス幅に対応する時間だけ開弁駆動されて、その駆動時間に応じた量の燃料を各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４内に直接、噴射するように構成されている。そして、その燃料の噴射方向が上記点火プラグ１５の電極付近に向かうように調整されている。

また、上記各気筒１２Ａ〜１２Ｄの燃焼室１４の天井部には、該燃焼室１４に向かって開口する吸気ポート１７及び排気ポート１８が設けられており、これらのポート１７，１８に吸気弁１９及び排気弁２０がそれぞれ配設されている。これら吸気弁１９及び排気弁２０は、図示省略のカムシャフト等を有する動弁機構により駆動され、上述のとおり、各気筒１２Ａ〜１２Ｄが所定の位相差をもって燃焼サイクルを行うように、該各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎の吸・排気弁１９，２０の開閉タイミングが設定されている。

上記吸気ポート１７及び排気ポート１８には、吸気通路２１及び排気通路２２がそれぞれ接続されており、図２に示すように、吸気ポート１７に近い吸気通路２１の下流側は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄ毎に独立の分岐吸気通路２１ａとされ、この各分岐吸気通路２１ａの上流端がそれぞれサージタンク２１ｂに連通している。このサージタンク２１ｂよりも上流の吸気通路２１は、各気筒１２Ａ〜１２Ｄに共通の共通吸気通路２１ｃであり、この共通吸気通路２１ｃには、アクチュエータ２４により駆動されて、通路断面積を調節して吸気流を絞るスロットル弁２３が配設されている。吸気通路２１におけるスロットル弁２３の上流側には、吸気量を検出するためのエアフローセンサ２５が配設され、下流側には吸気圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ２６（図１参照）が配設されている。

上記エンジン１のクランク軸３には、タイミングベルト２９を介してモータジェネレータ（ＭＧ）２８が連結されている。このモータジェネレータ２８は、３相交流モータジェネレータであって、エンジン１により駆動されて発電する発電機であるとともに、エンジン１を始動させる始動モータとしての役割も有している。但し、本実施形態では、後述の如く、基本的に、モータジェネレータ２８の駆動力を借りることなく、エンジン１を自力で始動させることが可能である。

モータジェネレータ２８は、コントローラ２により、インバータ５５（図３参照）を介して制御される。インバータ５５は、上記車両に搭載された電源５６と接続されており、モータジェネレータ２８がエンジン１を始動する際には、電源５６から電力がモータジェネレータ２８に供給される。本実施形態では、電源５６は、１２Ｖ系の鉛バッテリであるが、これには限られない。

エンジン１には、クランク軸３の回転角を検出する２つのクランク角センサ３１が設けられており、一方のクランク角センサ３１からの信号に基づいてエンジン回転速度を求めるとともに、それら２つのクランク角センサ３１から出力される互いに位相のずれたクランク角信号によって、クランク軸３の回転方向及び回転角度位置を検出するようになっている。クランク角センサ３１は、エンジン１の回転速度を検出するエンジン回転速度検出を構成することになる。

また、本エンジン自動停止制御装置においては、上記カムシャフトの特定の回転位置を検出して気筒識別信号として出力するカム角センサ３２と、エンジン１の冷却水温度を検出する水温センサ３３と、上記車両の乗員（ドライバ）のアクセル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３４と、上記乗員がブレーキ操作を行ったこと（ブレーキペダルを踏み込んでいること）を検出するブレーキセンサ３５と、自動変速機５１の油温を検出する油温センサ３６と、上記トルクコンバータのタービン回転速度を検出するタービン回転速度センサ３７と、電源５６の電圧を検出する電圧センサ３８と、モータジェネレータ２８のロータ２８ａ（図５参照）の回転角度位置及び回転速度を検出するロータ回転角センサ３９（ロータ回転速度検出手段）と、上記車両の車速を検出する車速センサ４０とが設けられている。各センサ２５，２６，３１〜４０から出力される各検出信号がコントローラ２に入力されるようになっている。

コントローラ２は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラであって、プログラムを実行する中央演算処理装置（ＣＰＵ）と、例えばＲＡＭやＲＯＭにより構成されてプログラム及びデータを格納するメモリと、電気信号の入出力をする入出力（Ｉ／Ｏ）バスと、を備えている。

そして、コントローラ２は、上記各センサ２５，２６，３１〜４０からの検出信号を受け、燃料噴射弁１６に対して燃料噴射量及びその噴射時期を制御するための制御信号を出力するとともに、点火プラグ１５の点火装置２７に対して点火時期を制御するための制御信号を出力し、さらに、スロットル弁２３のアクチュエータ２４に対してスロットル開度を制御するための制御信号を出力する。また、後に詳述するが、コントローラ２は、所定のエンジン自動停止条件が成立したときにおいて、各気筒１２Ａ〜１２Ｄへの燃料供給を停止した後（燃料カットした後）、インバータ３５（後述のスイッチング素子６３〜６６）を制御してモータジェネレータ２８を制御しながら、エンジン１を自動的に停止させる。

上記所定のエンジン自動停止条件は、本実施形態では、車速センサ４０により検出された車速が所定車速（例えば１０ｋｍ／ｈ程度）以下であり、かつ、ブレーキセンサ３５によりブレーキ操作がなされていることが検出されるという条件である。尚、上記所定のエンジン自動停止条件は、これに限らず、例えば、車速センサ４０により検出された車速が０であり、かつ、ブレーキセンサ３５によりブレーキ操作がなされていることが検出されるという条件であってもよい。

コントローラ２は、エンジン１の自動停止後に、上記乗員のアクセル操作等により所定のエンジン再始動条件が成立したときには、エンジン１を自動的に再始動させるようになっている。

ここで、エンジン１は、その再始動に際し、基本的には、モータジェネレータ２８の駆動力を借りることなく、自力で始動することが可能にされている。すなわち、まず、エンジン１の停止時に圧縮行程にある気筒（停止時圧縮行程気筒）で最初の燃焼を行わせて、その停止時圧縮行程気筒のピストン１３を押し下げることにより、クランク軸３を少しだけ逆転させ、これにより、エンジン１の停止時に膨張行程にある気筒（停止時膨張行程気筒）のピストン１３を上昇させて、この停止時膨張行程気筒内の混合気を圧縮する。そして、そのようにして圧縮されて温度及び圧力の高くなった停止時膨張行程気筒内の混合気に点火して、燃焼させることにより、クランク軸３に正転方向のトルクを与えて、エンジン１を始動するようにしている（いわゆる逆転燃焼始動）。

そのようにエンジン１を自力で再始動させるためには、停止時膨張行程気筒の混合気を燃焼させることにより得られる燃焼エネルギーを十分に確保して、クランク軸３に出来る限り大きな正転方向のトルクを与え、これにより、続いて圧縮上死点を迎える気筒が、その圧縮反力（圧縮圧力）に打ち勝って圧縮上死点を越えるようにしなければならない。したがって、エンジン１の確実な始動のためには上記停止時膨張行程気筒内において燃焼のための空気量を十分に確保しておく必要がある。

すなわち、図４（ａ）及び（ｂ）に示すように、停止時膨張行程気筒及び停止時圧縮行程気筒では、それぞれ位相が１８０°ＣＡだけずれているため、各ピストン１３が互いに逆方向に作動する。そして、停止時膨張行程気筒のピストン１３が行程中央よりも下死点（ＢＤＣ）側に位置していれば、停止時膨張行程気筒の空気量が多くなって十分な燃焼エネルギーが得られる。しかし、上記停止時膨張行程気筒のピストン１３が極端に下死点側に位置した状態となると、停止時圧縮行程気筒のピストン１３が極端に上死点（ＴＤＣ）側に位置した状態となり、このため、停止時圧縮行程気筒内の空気量が少なくなり過ぎてクランク軸３を逆転させるための燃焼エネルギーが十分に得られなくなる。

これに対し、停止時膨張行程気筒のピストン１３が以下のような停止位置に停止していれば、クランク軸３を逆転させるための燃焼エネルギーが得られるとともに、上記停止時膨張行程気筒内に多くの空気量を確保することができる。すなわち、上記停止位置は、上記停止時膨張行程気筒の行程中央、つまり圧縮上死点後のクランク角が９０°を挟む所定範囲Ｒ（図４（ｂ）参照）内の位置、例えば圧縮上死点後のクランク角が６０°〜１２０°となる範囲内の位置である。エンジン１の停止の際に、停止時膨張行程気筒のピストン１３を上記停止位置に停止させることで、上記初回の燃焼によりクランク軸３を少しだけ逆転させ得る程度の燃焼エネルギーが得られ、しかも、クランク軸３を正転させるための燃焼エネルギーを十分に発生させることができ、この結果、エンジン１を自力で再始動させることが可能になる。

尚、エンジン１の自動停止の際に上記のような制御を行っても、種々の要因により、停止時膨張行程気筒のピストン１３が上記停止位置に停止しない場合があり、その場合には、燃焼始動によるエンジン１の再始動を行わずに、モータジェネレータ２８による始動を行う。

コントローラ２は、上記所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、停止時膨張行程気筒のピストン１３を所定の停止位置に停止させる停止制御動作を実行する。上記所定の停止位置は、本実施形態では、上記のようにエンジン１の再始動に適した上記所定範囲Ｒ内の位置である。上記停止制御動作は、後に詳述するが、エンジン１への燃料供給（燃料噴射）の停止後において、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転速度に応じて、エンジン１の負荷トルクとなる、モータジェネレータ２８に発生する発電トルク及び制動トルクの大きさを制御する動作である。

図５は、電源５６、インバータ５５（後述のスイッチング素子６３〜６６）及びモータジェネレータ２８（後述のロータコイル２８ｃ及びステータコイル２８ｄ）の接続関係を示す回路図である。モータジェネレータ２８は、ロータ２８ａとステータ２８ｂと有している。ロータ２８ａには、磁界を発生させるためのロータコイル２８ｃ（フィールドコイル）が巻かれている。ロータコイル２８ｃの両端は、スイッチング素子６３を介してそれぞれ電源ライン６１及び接地ライン６２に接続されている。また、ロータコイル２８ｃの両端は、スイッチング素子６４を介して互いに接続されている。スイッチング素子６３，６４は、インバータ５５内に設けられたスイッチング素子であって、本実施形態では、ＭＯＳＦＥＴで構成されている。尚、スイッチング素子６３，６４は、これに限らず、他のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ等）で構成してもよい（後述のスイッチング素子６５，６６も同様）。

上記スイッチング素子６３，６４のＯＮ／ＯＦＦがコントローラ２によりそれぞれ制御される。本実施形態では、スイッチング素子６４は、基本的にはＯＦＦとされる。以下の説明では、スイッチング素子６４はＯＦＦであるとする。２つのスイッチング素子６３がＯＮとされたときには、ロータコイル２８ｃに界磁電流が流れて磁界が発生する。一方、２つのスイッチング素子６３のうち少なくとも一方がＯＦＦとされたときには、ロータコイル２８ｃへの界磁電流が停止する。少なくとも一方のスイッチング素子６３のＯＮ及びＯＦＦのデューティ比を変更することで、界磁電流（磁界）の大きさを変更することができる。

一方、ステータ２８ｂには、Ｕ相、Ｖ相及びＷ相の３つのステータコイル２８ｄが中性点にて共通接続された状態で巻かれている。そして、インバータ５５には、３つの相アームが電源ライン６１及び接地ライン６２間に並列に設けられている。これら各相アームは、直列接続された２つのスイッチング素子６５でそれぞれ構成されている。上記ステータ２８ｂに巻かれた各相のステータコイル２８ｄが、上記各相アームの２つのスイッチング素子６５の中間点にそれぞれ接続されている。

コントローラ２は、ロータ回転角センサ３９によるロータ２８ａの回転角度位置に応じて、各スイッチング素子６５のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ制御することで、モータジェネレータ２８を、エンジン１を駆動する駆動トルクが発生する駆動状態にすることができる。これにより、停止中のエンジン１を始動することができる。上記スイッチング素子６３のＯＮ及びＯＦＦのデューティ比の変更により、上記駆動トルクの大きさを変更することができる。

また、コントローラ２は、モータジェネレータ２８がエンジン１により駆動されているとき、ロータ回転角センサ３９によるロータ２８ａの回転角度位置に応じて、各スイッチング素子６５のＯＮ／ＯＦＦをそれぞれ制御することで、エンジン１の負荷トルクとなる発電トルクが発生する発電状態にすることができる。上記発電状態では、モータジェネレータ２８に発生する発電電流が、直流に整流されて電源ライン６１に流れて、上記界磁電流としてロータコイル２８ｃに流れるとともに、電源５６にも流れて発電電力が電源５６に充電される。但し、モータジェネレータ２８による発電電圧が、電源５６の電圧よりも低くなると、モータジェネレータ２８に発生する発電電流を電源ライン６１に流すことができなくなるので、モータジェネレータ２８を上記発電状態にすることはできなくなる。

さらに、コントローラ２は、モータジェネレータ２８がエンジン１により駆動されているとき、各相アームの電源ライン６１側のスイッチング素子６５をＯＦＦにしかつ接地ライン６２側のスイッチング素子６５をＯＮにすることで、エンジン１の負荷トルクとなる制動トルクが発生する短絡制動状態にすることも可能である。上記デューティ比の変更により、上記制動トルクの大きさも変更することができる。上記短絡制動状態では、モータジェネレータ２８に発生する制動電流が、接地ライン６２（グランド）に流れる。これにより、モータジェネレータ２８を上記発電状態にすることができない状況下にあっても、上記制動トルクによりエンジン１に負荷をかけることができる。

本実施形態では、Ｕ相のステータコイル２８ｄとＶ相のステータコイル２８ｄとの間、及び、Ｖ相のステータコイル２８ｄとＷ相のステーコイル２８ｄとの間に、コントローラ２によりＯＮ／ＯＦＦが制御されるスイッチング素子６６がそれぞれ配設されている。これら２つのスイッチング素子６６は、モータジェネレータ２８が上記発電状態にあるときに、モータジェネレータ２８を２相短絡制動状態と３相短絡制動状態とに切換え可能な切換手段を構成している。すなわち、コントローラ２により両方のスイッチング素子６６がＯＮにされることで、３相短絡制動状態となり、いずれか一方のスイッチング素子６６がＯＮにされかつ他方のスイッチング素子６６がＯＦＦにされることで、２相短絡制動状態となる。２つのスイッチング素子６６は、モータジェネレータ２８が上記駆動状態又は上記短絡制動状態にあるときには、ＯＦＦにされる。上記デューティ比の変更に加えて、２つのスイッチング素子６６による２相短絡制動状態と３相短絡制動状態との切換えによって、上記制動トルクの大きさを木目細かく変更することが可能になる。尚、モータジェネレータ２８の２相短絡制動状態と３相短絡制動状態との切換えは必ずしも必要ではなく、２つのスイッチング素子６６がなくてもよい。

また、２つのスイッチング素子６６がない場合に、コントローラ２により各相アームの接地ライン６２側の３つのスイッチング素子６５を全てＯＮにすることで３相短絡制動状態とし、接地ライン６２側の３つのスイッチング素子６５のうちの２つをＯＮにしかつ他の１つをＯＦＦにすることで２相短絡制動状態とすることも可能である。

本実施形態では、スイッチング素子６５が、モータジェネレータ２８（発電機）を上記発電状態と上記短絡制動状態とに切換え可能なスイッチ手段を構成し、スイッチング素子６３が、上記制動トルクの大きさを変更可能な制動トルク変更手段、及び、上記発電トルクの大きさを変更可能な発電トルク変更手段を構成し、コントローラ２（特に後述のスイッチング素子制御部２ｃ）が、上記スイッチ手段、上記制動トルク変更手段、及び、上記発電トルク変更手段の作動を制御する制御手段を構成することになる。

コントローラ２による上記停止制御動作は、エンジン１への燃料供給の停止後において、ロータ回転角センサ３９により検出されたロータ回転速度が第１所定回転速度以上であるときには、モータジェネレータ２８を上記発電状態にするとともに、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転速度に応じて上記発電トルクの大きさを制御し、上記ロータ回転速度が上記第１所定回転速度よりも低いときには、モータジェネレータ２８を上記短絡制動状態にするとともに、上記エンジン回転速度に応じて上記制動トルクの大きさを制御する動作である。

すなわち、基本的に、ロータ回転速度が高いとき（つまりエンジン１の停止過程期間の前半）には、発電トルクが制動トルクよりも大きく、ロータ回転速度が低いとき（つまりエンジン１の停止過程期間の後半）には、制動トルクが発電トルクよりも大きくなる。そこで、ロータ回転速度が上記第１所定回転速度以上であるときには、モータジェネレータ２８を上記発電状態にして、上記エンジン回転速度に応じて上記発電トルクの大きさを制御し（発電負荷制御を実行し）、ロータ回転速度が上記第１所定回転速度よりも低いときには、モータジェネレータ２８を上記短絡制動状態にして、エンジン回転速度に応じて上記制動トルクの大きさを制御する（短絡制動制御を実行する）。これにより、エンジン１の負荷トルクの制御がし易くなり、停止時膨張行程気筒のピストン１３を上記所定の停止位置に停止させることをより確実なものとすることができる。

図６は、モータジェネレータ２８のロータ２８ａの回転速度（以下、ロータ回転速度という）と、電源５６（ここでは、キャパシタを使用）の電圧が１２Ｖであるときの最大発電トルク（破線参照）、電源５６（キャパシタ）の電圧が１５Ｖであるときの最大発電トルク（一点鎖線参照）、及び、最大制動トルク（実線参照）との関係を示す。

上記のようにモータジェネレータ２８による発電電圧が、電源５６の電圧よりも低くなると、モータジェネレータ２８を上記発電状態にすることができなくなるので、電源５６の電圧と同じになる発電電圧に相当するロータ回転速度（発電可能最小ロータ回転速度）よりも低いロータ回転速度では、発電トルクは０になる。

一方、制動トルクは、ロータ回転速度に関係なく発生し、特に上記発電可能最小ロータ回転速度よりも低いロータ回転速度で、大きい制動トルクが得られる。但し、上記発電可能最小ロータ回転速度よりも高いロータ回転速度では、或るロータ回転速度で制動トルクと発電トルクとの大小関係が逆転する。その逆転するロータ回転速度（電源５６の電圧が大きくなるほど高くなる）ないしその付近を、上記第１所定回転速度にする。そして、上記第１所定回転速度は、電圧センサ３８により検出された電源５６の電圧に応じて変更する。尚、上記第１所定回転速度を、上記発電可能最小ロータ回転速度ないしその付近に設定することも可能である。この場合も、上記第１所定回転速度を上記電源５６の電圧に応じて変更する。

コントローラ２には、エンジン１への燃料供給の停止後に、吸気圧センサ２６、クランク角センサ３１、水温センサ３３、油温センサ３６、及び、タービン回転速度センサ３７からの検出信号を受けて、クランク角センサ３１によるエンジン回転速度に応じて、エンジン１の目標負荷トルクを算出する目標負荷トルク算出部２ａと、電圧センサ３８による電源５６の電圧と、ロータ回転角センサ３９によるロータ回転速度とに基づいて、発電負荷制御を実行するか、又は、短絡制動制御を実行するかを判断する制御判断部２ｂと、上記目標負荷トルクと、制御判断部２ｂによる判断結果と、ロータ回転角センサ３９によるロータ回転速度及びロータ２８ａの回転角度位置とに基づいて、スイッチング素子６３のＯＮ及びＯＦＦのデューティ比を演算しかつスイッチング素子６３〜６６のＯＮ／ＯＦＦタイミングを決定して制御信号を出力するスイッチング素子制御部２ｃとが設けられている。

上記スイッチング素子制御部２ｃは、制御判断部２ｂにより発電負荷制御を実行すると判断された場合には、発電負荷制御を実行する、つまり、モータジェネレータ２８が発電状態になるようにスイッチング素子６５，６６を制御するとともに、発電トルクが上記目標負荷トルクになるように上記デューティ比を演算して該デューティ比でもってスイッチング素子６３を制御する（界磁電流制御を実行する）。また、スイッチング素子制御部２ｃは、制御判断部２ｂにより短絡制動制御を実行すると判断された場合には、短絡制動制御を実行する、つまり、モータジェネレータ２８が短絡制動状態になるようにスイッチング素子６５，６６を制御するとともに、制動トルクが上記目標負荷トルクになるように上記デューティ比を演算して該デューティ比でもってスイッチング素子６３を制御する（界磁電流制御を実行する）。

上記発電負荷制御及び短絡制動制御の具体例を、図７に基づいて説明する。本実施形態では、上記所定のエンジン自動停止条件が成立した時点で、まず、エンジン回転速度を、エンジン１を自動停止させないときの通常のアイドル回転速度（例えば６５０ｒｐｍ）よりも少し高い第２所定回転速度（例えば８１０ｒｐｍ）に設定して安定させ、その第２所定回転速度でエンジン回転速度が安定した時点で、エンジン１への燃料供給を停止し、その後、エンジン回転速度が低下していく過程で、上記発電負荷制御及び短絡制動制御が実行されることになる。エンジン回転速度が低下するに伴って、モータジェネレータ２８のロータ回転速度も低下していくことになる。尚、エンジン回転速度が、上記アイドル回転速度にあって安定しているときに、エンジン１への燃料供給を停止するようにしてもよい。

本実施形態では、エンジン回転速度が所定の低下状態で低下するように、すなわち、図７の「エンジン回転速度」の欄に描いているハッチングの範囲内で低下するように、上記発電負荷制御及び短絡制動制御を実行する。上記所定の低下状態は、予め行った実験結果（後に詳細に説明する）に基づいて決定したものであり、エンジン回転速度が上記所定の低下状態で低下すれば、停止時膨張行程気筒のピストン１３を上記所定の停止位置に停止させることができる。

エンジン１への燃料供給の停止後におけるエンジン回転速度を、上記のように低下させるために、クランク角センサ３１により検出されるクランク角が、予め設定された設定角度になった時点（本実施形態では、エンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄのピストン１３が圧縮上死点を通過する時点（以下、ＴＤＣの時点という））で、クランク角センサ３１によりエンジン回転速度を検出し、このときのエンジン回転速度が、当該ＴＤＣの時点の目標回転速度（当該ＴＤＣの時点での上記ハッチングの範囲の最大回転速度）よりも高い場合には、モータジェネレータ２８を上記発電状態又は上記短絡制動状態にして、発電トルク又は制動トルクによりエンジン１に負荷をかける。ロータ回転角センサ３９により検出されたロータ回転速度が上記第１所定回転速度Ｎ１以上であれば、上記発電負荷制御を実行し、上記ロータ回転速度が上記第１所定回転速度Ｎ１よりも低ければ、上記短絡制動制御を実行することになる。上記発電トルク及び制動トルクの大きさは、上記エンジン回転速度の、上記目標回転速度からの乖離が大きいほど、大きくする。

また、上記ＴＤＣの時点でのエンジン回転速度が、当該ＴＤＣの時点の目標回転速度（当該ＴＤＣの時点での上記ハッチングの範囲の最大回転速度）以下である場合には、発電負荷制御時の発電トルクを０にし、短絡制動制御時の制動トルクを０にする。

図７の例では、１番目のＴＤＣの時点で、エンジン回転速度が目標回転速度よりも高くなっており、ロータ回転速度が上記第１所定回転速度Ｎ１以上であるので、発電トルクによりエンジン１に負荷をかける。また、２番目のＴＤＣの時点で、エンジン回転速度が目標回転速度以下になったので、発電トルクを０にする。さらに、３番目のＴＤＣの時点で、エンジン回転速度が目標回転速度よりも高くなっており、ロータ回転速度が上記第１所定回転速度Ｎ１よりも低いので、制動トルクによりエンジン１に負荷をかける。この３番目のＴＤＣの時点での上記乖離は、１番目のＴＤＣの時点での上記乖離よりも小さいので、上記制動トルクの大きさは上記発電トルクよりも小さい。また、４番目のＴＤＣの時点で、エンジン回転速度が目標回転速度以下になったので、制動トルクを０にする。

図８は、上記実験結果を示すものである。すなわち、エンジン回転速度が上記第２所定回転速度となって安定した時点でエンジン１への燃料供給を停止し、その後、慣性により回転するエンジン１の各気筒１２Ａ〜１２Ｄのピストン１３が圧縮上死点を通過する際のエンジン回転速度（以下、上死点回転速度という）を計測するとともに、エンジン１の停止時点における停止時膨張行程気筒のピストン位置を調べ、このピストン位置を縦軸にとり、上記上死点回転速度を横軸にとって、両者の関係をグラフ化したものが図８である。上記作業を繰り返して、エンジン１の停止過程期間における上記上死点回転速度と、停止時膨張行程気筒のピストン停止位置との相関関係を示す分布図が得られる。

図８の三角形の点は、エンジン１が停止状態となる前の３番目における上死点回転速度とピストン停止位置との関係を示すものである。この三角形の点が、３つのハッチングの範囲のうち右端のハッチングの範囲内にあれば、ピストン１３の停止位置が、エンジン１の再始動に適した上記所定範囲Ｒ（圧縮上死点後の６０°〜１２０°ＣＡ）内に入ることが分かる。

また、図８の四角形の点は、エンジン１が停止状態となる前の２番目における上死点回転速度とピストン停止位置との関係を示すものである。この四角形の点が、３つのハッチングの範囲のうち中央のハッチングの範囲内にあれば、ピストン１３の停止位置が上記所定範囲Ｒ内に入ることが分かる。

さらに、図８の×の点は、エンジン１が停止状態となる直前における上死点回転速度とピストン停止位置との関係を示すものである。この×の点は、３つのハッチングの範囲のうち左端のハッチングの範囲内にあれば、ピストン１３の停止位置が上記所定範囲Ｒ内に入ることが分かる。

図８の上記ハッチングの範囲を、相隣接するＴＤＣ間に亘って連続的に繋げたものが、図７の「エンジン回転速度」の欄に描いているハッチングの範囲であり、この範囲内でエンジン回転速度が低下していけば、ピストン１３の停止位置が上記所定範囲Ｒに入ることになる。

ここで、上記コントローラ２による、エンジン１への燃料供給停止後における停止制御動作を、図９のフローチャートに基づいて説明する。

最初のステップＳ１で、モータジェネレータ２８のロータ回転速度が上記第１所定回転速度以上であるか否かを判定し、このステップＳ１の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ２に進む一方、ステップＳ１の判定がＮＯであるときには、ステップＳ４に進む。

上記ステップＳ２では、ＴＤＣの時点のエンジン回転速度である上死点回転速度が、当該ＴＤＣの時点の目標回転速度よりも高いか否かを判定する。このステップＳ２の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ１に戻る一方、ステップＳ２の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ３に進んで、発電負荷制御を実行し、しかる後に上記ステップＳ１に戻る。

上記ステップＳ１の判定がＮＯであるときに進むステップＳ４では、エンジン回転速度が第３所定回転速度以上であるか否かを判定する。この第３所定回転速度は、エンジン回転速度が該第３所定回転速度よりも低くなったときに、エンジン１が停止したと見なすことが可能な回転速度であって、例えば６０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍに設定される。

上記ステップＳ４の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ５に進んで、ＴＤＣの時点のエンジン回転速度である上死点回転速度が、当該ＴＤＣの時点の目標回転速度よりも高いか否かを判定する。このステップＳ５の判定がＮＯであるときには、上記ステップＳ４に戻る一方、ステップＳ５の判定がＹＥＳであるときには、ステップＳ６に進んで、短絡制動制御を実行し、しかる後に上記ステップＳ４に戻る。

上記ステップＳ４の判定がＮＯであるときには、エンジン１が停止したことになり、本停止制御動作を終了する。

したがって、本実施形態では、コントローラ２が、上記所定のエンジン自動停止条件が成立したときにおけるエンジン１への燃料供給の停止後において、ロータ回転角センサ３９により検出されたロータ回転速度が上記第１所定回転速度以上であるときには、モータジェネレータ２８を上記発電状態にするとともに、クランク角センサ３１により検出されたエンジン回転速度に応じて発電トルクの大きさを制御し（発電負荷制御を実行し）、上記ロータ回転速度が上記第１所定回転速度よりも低いときには、モータジェネレータ２８を上記短絡制動状態にするとともに、上記エンジン回転速度に応じて制動トルクの大きさを制御する（短絡制動制御を実行する）という停止制御動作を実行するようにしたので、停止時膨張行程気筒のピストン１３を上記所定の停止位置に正確に停止させることができる。

本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、上記実施形態では、エンジン１により駆動されて発電する発電機として、エンジン１を始動できるようなモータジェネレータ２８を用いたが、エンジン１を始動させる始動モータを別個に設けておき、モータジェネレータ２８を、発電状態と短絡制動状態とに切換え可能な発電機（例えば３相交流発電機又はオルタネータ）に代えることも可能である。

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、エンジンへの燃料供給を停止して該エンジンを停止させる、エンジンの自動停止制御装置に有用である。

１エンジン
２コントローラ（制御手段）
２８モータジェネレータ（発電機）
３１クランク角センサ（エンジン回転速度検出手段）
３９ロータ回転角センサ（ロータ回転速度検出手段）
５６電源
６３スイッチング素子（制動トルク変更手段）（発電トルク変更手段）
６５スイッチング素子（スイッチ手段）
６６スイッチング素子（切換手段）

Claims

所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、エンジンへの燃料供給を停止して該エンジンを停止させる、エンジンの自動停止制御装置であって、
上記エンジンにより駆動されて発電する発電機と、
上記発電機を、上記エンジンの負荷トルクとなる発電トルクが発生する発電状態と、上記エンジンの負荷トルクとなる制動トルクが発生する短絡制動状態とに切換え可能なスイッチ手段と、
上記スイッチ手段により上記発電機が上記短絡制動状態にあるときに、上記制動トルクの大きさを変更可能な制動トルク変更手段と、
上記スイッチ手段により上記発電機が上記発電状態にあるときに、上記発電トルクの大きさを変更可能な発電トルク変更手段と、
上記発電機のロータ回転速度を検出するロータ回転速度検出手段と、
上記エンジンの回転速度を検出するエンジン回転速度検出手段と、
上記スイッチ手段、上記制動トルク変更手段及び上記発電トルク変更手段の作動を制御する制御手段とを備え、
上記制御手段は、上記所定のエンジン自動停止条件が成立したときに、上記エンジンのピストンを所定の停止位置に停止させる停止制御動作を実行するように構成されており、
上記停止制御動作は、上記エンジンへの燃料供給の停止後において、上記ロータ回転速度検出手段により検出されたロータ回転速度が所定回転速度以上であるときには、上記スイッチ手段により上記発電機を上記発電状態にするとともに、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度に応じて上記発電トルクの大きさを制御し、上記ロータ回転速度が上記所定回転速度よりも低いときには、上記スイッチ手段により上記発電機を上記短絡制動状態にするとともに、上記エンジン回転速度検出手段により検出されたエンジン回転速度に応じて、上記制動トルクの大きさを制御する動作であり、
上記発電機による発電電力を充電可能な電源と、
上記電源の電圧を検出する電源電圧検出手段とを更に備え、
上記所定回転速度は、上記電源電圧検出手段により検出された電源電圧に応じて変更されることを特徴とするエンジンの自動停止制御装置。
請求項１記載のエンジンの自動停止制御装置において、
上記発電機は、３相交流発電機であり、
上記スイッチ手段により上記発電機が上記短絡制動状態にあるときに、該発電機を２相短絡制動状態と３相短絡制動状態とに切り換え可能な切換手段を更に備えていることを特徴とするエンジンの自動停止制御装置。