JP6052118B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御装置に関し、特に、吸気弁や排気弁の動弁時期を変更可能な可変動弁機構を備える場合の始動時の制御に関する。

従来より、車両等に搭載される内燃機関においては、例えば信号待ち等の車両の停止に際して自動的に内燃機関を停止させる、いわゆるアイドルストップ制御を行うようにしたものがある。そして、その後の乗員の所定操作に応じて内燃機関を再始動させる際には、クランクカウンタの確定を早めることによって、始動時間の短縮を図るという技術も知られている。

例えば特許文献１に記載のものでは、内燃機関の自動停止処理の際にそのクランク位置（停止クランク位置）を記憶しておき、この停止クランク位置に基づいて再始動の際に、カムエッジ信号の入力するクランク位置を予測する。そして、この予測クランク位置と実際にカムエッジ信号の入力したクランク位置とが概ね一致（即ち整合）していれば、直ちにクランクカウンタを確定し、気筒への点火制御を開始するようにしている。

特開２０１１−０９９３５７号公報

ところで、車両等に搭載される内燃機関においては、吸気側のカムの位相を連続的に変更可能な可変動弁機構（ Variable Valve Timing：以下、ＶＶＴと略称）の採用が拡大しており、その中には一般的な油圧動作式とは異なり、電動モータによって動作するものもある。そして、このような電動式のＶＶＴは、内燃機関の自動停止やその後の再始動の際などにも動作させることがある。

しかしながら、そうして内燃機関の自動停止から再始動の完了までの間にＶＶＴを動作させると、これによりカム位相が変化することから、カムエッジ信号の入力するクランク位置も変化することになる。この結果、前記従来例のように予測クランク位置との整合をチェックできなくなって、クランクカウンタの早期確定による始動時間の短縮を図れなくなる虞があった。

かかる問題点に鑑みて本発明の目的は、ＶＶＴを備えた内燃機関においても、カム信号の入力するクランク位置とその予測クランク位置との整合を正確にチェックできるようにして、クランクカウンタの早期確定により迅速な再始動を可能とすることにある。

前記目的を達成するために本発明は、内燃機関の停止クランク位置に基づいて、再始動の際に所定のカム信号が入力するクランク位置を予測し、この予測クランク位置と実際に前記カム信号の入力したクランク位置との整合をチェックするようにした内燃機関の制御装置を前提とする。

そして、内燃機関の動弁系に吸気側および排気側の少なくとも一方のカムの位相を連続的に変更可能な可変動弁機構（ＶＶＴ）が装備されている場合に、前記予測クランク位置を含み、当該予測クランク位置に対して進角側よりも遅角側に広い範囲を予測クランク範囲として設定し、この予測クランク範囲において実際に前記カム信号が入力すれば、整合していると判定するとともに、前記予測クランク範囲は、機関停止から再始動の完了までの間の前記可変動弁機構の動作状態に応じて変更するように構成し、さらに、前記予測クランク範囲が、クランク信号の欠落する欠け歯相当部と重なる場合は、この欠け歯相当部を含めるように予測クランク範囲を進角側または遅角側に拡大する構成としたものである。なお、所定のカム信号としては例えばカムエッジ信号が好ましい。

前記のような内燃機関においては、例えばアイドルストップ制御による自動停止処理の際にクランクカウンタの値から停止クランク位置を認識することができるとともに、この停止クランク位置に基づいて、再始動の際に例えば前記カムエッジ信号など所定のカム信号の入力するクランク位置を予測することができる。

また、機関停止から再始動の完了までの間に、ＶＶＴの動作によってカム位相が変化していれば、この変化分を織り込むようにＶＶＴの動作状態に応じて、前記の予測クランク位置が変更される。これにより、変更後の予測クランク位置と実際に前記カム信号の入力するクランク位置との整合チェックを正確に行えるようになって、クランクカウンタの早期確定により迅速な機関再始動が可能になる。

ここで、前記の予測クランク位置としては、内燃機関の停止クランク位置に基づいて、再始動の際に例えばカムエッジ信号が最初（１番目）に入力するであろうクランク位置を少なくとも予測するのが好ましい。また、その最初のカムエッジ信号を検出し損ねた場合やノイズによる誤認なども考慮して、その次に（再始動の際に２番目に）カムエッジ信号が入力するであろうクランク位置も予測するのが好ましい。

また、予測クランク位置と実際にカム信号の入力するクランク位置との整合チェックとして、前記の構成では、動弁系の組み付け公差を考慮して、予測クランク位置を含む所定の範囲（以下、予測クランク範囲と呼ぶ）内においてカム信号が入力すれば、整合していると判定するようにしている。つまり、動弁系の公差に対応するように前記予測クランク範囲を設定している。

この場合に、動弁系のベルトやチェーンが経年変化によって延びると、カム信号の入力するクランク位置は遅角側に変化することになるので、この点も考慮して前記予測クランク範囲は、予測クランク位置の進角側よりも遅角側に広い範囲としている。

ところで、一般的にクランクポジションセンサのロータには、クランク位置の基準となる欠け歯部が形成されているので、前記のようにＶＶＴの動作によってカム位相が変化すると、カムエッジ信号などが欠け歯部に対応するクランク位置において入力することも起こり得る。また、前記のように予測クランク範囲を設定すると、その一部がクランクカウンタの欠け歯相当部と重なることもある。

このような場合には、前記カムエッジ信号などの入力したクランク位置がその予測クラン範囲に含まれるかどうか正確に判定できなくなる虞があるが、前記の構成では、予測クランク範囲の進角側または遅角側限度を、欠け歯相当部の進角側または遅角側限度を越えるように拡大するようにしている。つまり、予測クランク範囲の進角側および遅角側限度が、いずれも欠け歯相当部の進角側および遅角側限度を越えるように拡大するのである。

本発明によれば、可変動弁機構（ＶＶＴ）を備えた内燃機関において、その停止クランク位置だけでなくＶＶＴの動作状態も考慮して、再始動の際にカム信号の入力するクランク位置を予測するようにしたから、このカム信号が実際に入力したクランク位置とその予測クランク位置との整合を正確にチェックできるようになる。よって、クランクカウンタの早期確定により、迅速な再始動が行われる。

本発明を適用する内燃機関（エンジン）の一例を示す概略構成図である。 (a)はクランクポジションセンサの説明図であり、(b)はカムポジションセンサの説明図である。 クランク信号、カム信号、クランクカウンタなどの説明図である。 Ｓ＆Ｓ制御の全体的な処理の流れを示すフローチャート図である。 Ｓ＆Ｓ制御における再始動処理について模式的に示す説明図である。 カムエッジ信号の入力するクランク位置の予測の仕方について説明した図３相当図である。 再始動処理の流れを示すフローチャート図である。 (a)は予測クランク範囲の設定について、(b)はその変更についてそれぞれ示す説明図である。 予測クランク範囲が欠け歯相当部と重なる場合の変更についての説明図である。 クランクカウンタの早期確定による再始動時間の短縮について一例を示すタイミングチャート図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

−内燃機関の全体構成−
まず、図１を参照して、本発明を適用する内燃機関（以下、エンジンともいう）について説明する。この例のエンジン１は、車両に搭載される４気筒ガソリンエンジンであって、シリンダブロック１ａに形成された４つの気筒（図１には１気筒のみを示す）それぞれにピストン１ｃが収容されており、その往復運動はコネクティングロッド１６を介してクランクシャフト１５の回転運動に変換される。

クランクシャフト１５には、図２(a)に拡大して示すようにシグナルロータ１７が取り付けられており、その外周面には複数の歯１７ａが等角度毎に設けられるとともに、その歯１７ａが欠落した欠け歯部１７ｂも設けられている。図示の例ではシグナルロータ１７には１０°毎に３４枚の歯１７ａが設けられていて、そのうちの２枚分が欠落した欠け歯部１７ｂの角度範囲は３０°になっている。

そして、シグナルロータ１７の側方近傍には、クランクシャフト１５の回転角、即ちクランク位置を検出するためのクランクポジションセンサ３１が配置されている。クランクポジションセンサ３１は、例えば電磁ピックアップであって、クランクシャフト１５が回転する際にシグナルロータ１７の歯１７ａの通過に応じてパルス状の信号（以下、クランク信号という）を出力する。

クランクポジションセンサ３１から出力されたクランク信号は後述するＥＣＵ２００に入力され、エンジン回転数の算出に用いられる。また、ＥＣＵ２００においてクランク信号は、以下に説明するカム信号とともに７２０°、即ちクランクシャフト１５の２回転を１周期とするクランクカウンタの生成に用いられる（図３を参照）。エンジン１の運転中にはクランクカウンタに基づいて種々の制御が実行される。

また、クランクシャフト１５には、エンジン１の始動時に起動されるスタータモータ１０が接続されるようになっており、このスタータモータ１０によってクランクシャフト１５を強制的に回転させる（クランキング）ことができる。このクランクシャフト１５を覆うようにシリンダブロック１ａの下端には、潤滑油（エンジンオイル）を貯留するオイルパン１８が設けられている。

一方、シリンダブロック１ａの上端にはシリンダヘッド１ｂが締結されて、各気筒毎の燃焼室１ｄの上端を閉ざしている。シリンダヘッド１ｂには点火プラグ３が配置されており、これによる点火のタイミングを調整するイグナイタ４は、ＥＣＵ２００によって制御される。また、４つの気筒を取り囲むシリンダブロック１ａの側壁にはエンジン水温センサ３２が配置されている。

前記燃焼室１ｄには吸気通路１１と排気通路１２とがそれぞれ連通され、新気の吸入と燃焼ガスの排気とを行う。吸気通路１１の下流側（吸気流れの下流側）はシリンダヘッド１ｂに形成された吸気ポート１１ａであり、その下流端には燃焼室１ｄに臨んで吸気弁１３が配設されている。一方、吸気ポート１１ａの上流端にはインテークマニホールド１１ｂが接続され、その上流側にはサージタンク１１ｃが設けられている。

サージタンク１１ｃよりも上流の吸気通路１１には、エアクリーナ７、エアフロメータ３３（吸気温センサ３４を内蔵）、スロットルバルブ５などが配置されている。スロットルバルブ５はスロットルモータ６によって駆動され、エンジン１の吸入空気量を調整する。スロットルバルブ５の開度はスロットル開度センサ３５によって検出され、ＥＣＵ２００がスロットルモータ６を制御して、エンジン１の運転状態に応じて好適な吸入空気量となるようにスロットル開度をフィードバック制御する。

また、各気筒毎に吸気ポート１１ａにはインジェクタ（燃料噴射弁）２が配置されている。これらのインジェクタ２は共通のデリバリパイプ１０１に接続され、燃料供給系１００から燃料が供給される。一例として燃料供給系１００は、デリバリパイプ１０１に接続された燃料供給管１０２、燃料ポンプ１０３および燃料タンク１０４などを備えている。

インジェクタ２はＥＣＵ２００によって制御され、吸気ポート１１ａ内に燃料を噴射する。この燃料は吸気と混合されて、吸気弁１３の開弁に伴い各気筒内の燃焼室１ｄに導入される。そして、気筒の圧縮行程の終盤に点火プラグ３によって点火されて、混合気が燃焼・爆発すると、高温高圧の燃焼ガスがピストン１ｃを押し下げた後に、排気弁１４の開弁に伴い排気通路１２に排出される。

排気通路１２の上流側（排気流れの上流側）はシリンダヘッド１ｂに形成された排気ポート１２ａであり、その上流端は燃焼室１ｄに臨んで吸気弁１４が配設されている。一方、排気ポート１２ａの下流端にはエキゾーストマニホールド１２ｂが接続され、それよりも下流の排気通路１２には触媒８が配設されている。触媒８の上流側には空燃比センサ３７が、また下流側にはＯ₂センサ３８がそれぞれ配置され、これらのセンサ３７，３８の出力がＥＣＵ２００にフィードバックされて、空燃比の制御に供される。

前記のように４つの気筒のそれぞれにおいて好適なタイミングで吸気および排気を行うために、吸気弁１３および排気弁１４を同期して開閉させる動弁系が設けられている。一例として本実施形態ではＤＯＨＣタイプの動弁系を備え、図示しないチェーンなどを介してクランクシャフト１５により回転される吸気側および排気側の各カムシャフト２１，２２によって、吸気弁１３および排気弁１４がそれぞれ所定のタイミングで開閉される。

すなわち、吸気カムシャフト２１および排気カムシャフト２２はそれぞれ、クランクシャフト１５の１／２の回転速度で回転し、ピストン１ｃが吸気、圧縮、膨張および排気の各行程を行う間に１回転して、それぞれの気筒の吸気行程で吸気弁１３を開き、排気行程で排気弁１４を開くようになっている。言い換えると各カムシャフト２１，２２は、クランクシャフト１５が２回転（７２０°回転）する１燃焼サイクル毎に、１回転する。

こうして回転する吸気カムシャフト２１の近傍には、その回転位相（即ち吸気側のカム位相）を検出するために、カム信号を生成するカムポジションセンサ３９が設けられている。具体的には図２(b)に示すように吸気カムシャフト２１には、外周に複数の突出部２３ａ〜２３ｃが形成されたタイミングロータ２３が取り付けられており、その側方近傍にカムポジションセンサ３９が配置されている。

このカムポジションセンサ３９は、磁気抵抗素子型（Magneto Resistive Element：ＭＲＥ）のセンサであって、タイミングロータ２３の回転に伴い、図の例では３つの突出部２３ａ〜２３ｃがそれぞれ通過するのに対応して、図３に示すような矩形波状の信号（カム信号）を出力する。すなわち、各突出部２３ａ〜２３ｃの通過に応じてカムポジションセンサ３９は、タイミングロータ２３の回転角に対応する期間、ハイ（Ｈｉ）信号を出力し、隣り合う突出部の間ではロー（Ｌｏ）信号を出力する。

前記したように吸気カムシャフト２１の１回転は、クランクシャフト１５の２回転に対応するので、突出部２３ａの通過に対応してカム信号は、例えばクランク角で１８０°の期間、Ｈｉになる。次に２つの突出部２３ａ，２３ｂの間でクランク角では例えば６０°の期間、Ｌｏになり、突出部２３ｂの通過に対応してクランク角では例えば１２０°の期間、Ｈｉになる、というようにカム信号はＨｉ，Ｌｏの反転を繰り返す。

このようなカム信号の出力（Ｈｉ，Ｌｏ）およびその反転の際の出力（Ｈｉ→Ｌｏ、Ｌｏ→Ｈｉ）から、タイミングロータ２３の回転角、即ち吸気側のカム位相を検出することができる。そして、そのカム信号とクランク信号とを用いてクランクカウンタを生成し、このクランクカウンタに基づいて後述の燃料噴射や点火およびＶＶＴ４０の制御などを好適なタイミングで行うことができる。

具体的に図３に示す例では、クランクカウンタは、第１気筒＃１の圧縮上死点（ＴＤＣ）を基準（０）として生成される。このときカムポジションセンサ３９は、タイミングロータ２３の突出部２３ｂの終端部のエッジの通過に対応して、Ｈｉ→Ｌｏの信号（カムエッジ信号）を出力し、このカムエッジ信号の入力に応じてＥＣＵ２００はクランクカウンタをリセットする。

その後、クランクカウンタはクランク信号の入力に応じてカウントアップされる。なお、クランクカウンタは、クランク信号の入力する１０°ＣＡ毎にカウントアップされる１０°ＣＡカウンタと、クランク信号が３回、入力する毎に（３０°ＣＡ毎に）カウントアップされる３０°ＣＡカウンタとがあり、エンジン１の始動時やアイドル運転時など所定の低回転域では１０°ＣＡカウンタが用いられ、それ以外の回転域では３０°ＣＡカウンタが用いられる。

図３の例では１０°ＣＡカウンタの値で１２〜１４および４８〜５０の部分が、シグナルロータ１７の欠け歯部１７ｂに相当し、ここではクランク信号が所定期間、抜け落ちることによって、ＥＣＵ２００が欠け歯部であることを検出できる。このクランクカウンタの欠け歯相当部においてカム信号がＨｉであれば、ＥＣＵ２００は１０°ＣＡカウンタの値が１２〜１４（３０°ＣＡカウンタの値は４）であると認識し、カム信号がＬｏであれば、１０°ＣＡカウンタの値が４８〜５０（３０°ＣＡカウンタの値は５）であると認識する。

そして、クランクシャフト１５が２回転して１０°ＣＡカウンタが、欠け歯相当部における疑似カウントを含めて７１カウントされた後に（または３０°ＣＡカウンタが２３カウントされた後に）、それらのカウンタ値が零にリセットされる（７２０→０°ＣＡ）。このようにクランクカウンタは、互いに１８０°ＣＡずつ位相のずれた４つの気筒が、順番に（図の例では第１、第３、第４および第２の順に）１回の燃焼サイクルを行う間、カウントアップされる。

また、図１にのみ仮想線で示すが、本実施形態では吸気カムシャフト２１に可変動弁機構４０（以下、ＶＶＴと略称する）が取り付けられており、その動作によって吸気カムシャフト２１の回転位相（カム位相）を変化させて、吸気弁１３の開閉するタイミングを進角側、遅角側に連続的に変化させることができる。ＶＶＴ４０については種々の構成が公知であるから、その具体的な説明は省略するが、本実施形態ではＶＶＴ４０は電動式であり、その動作もＥＣＵ２００によって制御される。

−ＥＣＵ−
ＥＣＵ２００は、図示は省略するが、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびバックアップＲＡＭなどを備えた公知のものである。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶し、バックアップＲＡＭは、例えばエンジン１の停止時にその保存すべきデータ等を記憶する。

ＥＣＵ２００には、前記したクランクポジションセンサ３１、エンジン水温センサ３２、エアフロメータ３３、吸気温センサ３４、スロットル開度センサ３５、空燃比センサ３７、Ｏ₂センサ３８、カムポジションセンサ３９が接続されている。この他、ＥＣＵ２００には、アクセル開度センサ３６、車両のイグニッションスイッチ（ＩＧ−ＳＷ）４８、スタータスイッチ（スタータＳＷ）４９なども接続されている。

そして、ＥＣＵ２００は、前記の各種センサおよびスイッチなどから入力する信号に基づいて各種制御プログラムを実行し、各気筒毎のインジェクタ２、イグナイタ４、スロットルモータ６、スタータモータ１０、およびＶＶＴ４０などの制御を実行する。例えば、ＥＣＵ２００は、クランクカウンタに基づいて認識される各気筒毎の好適なタイミングでインジェクタ２による燃料の噴射制御や点火プラグ３による点火制御を実行する。

また、ＥＣＵ２００は、アクセル開度センサ３６からの信号やエンジン回転数に基づいてスロットル開度を制御し、吸気弁１３の開閉するタイミングがエンジン１の運転状態に応じた好適なものとなるようにＶＶＴ４０を制御する。ＥＣＵ２００は、スタータＳＷ４９がオン操作されるとスタータモータ１０を動作させ、エンジン１のクランキングを開始するとともに、始動時の燃料噴射および点火の制御も開始して、エンジン１を始動させる。

さらに、以下に説明するようにＥＣＵ２００は、車両の停止時など所定の状況下においてＩＧ−ＳＷ４８の操作に依らず、自動的にエンジン１を停止させるとともに、その後の乗員の所定操作に応じて、スタータＳＷ４９の操作に依らず自動的にエンジン１を再始動させるスタートアンドストップ制御（Ｓ＆Ｓ制御）も実行する。

−Ｓ＆Ｓ制御−
図４には、Ｓ＆Ｓ制御の全体的な処理の流れを示している。この処理ルーチンはＥＣＵ２００において所定の時間間隔で繰り返し実行されるものであり、まず、ステップＳＴ１０１において、エンジン１の運転中に所定のアイドルストップ条件が成立したか否か判定する。そして、否定判定（ＮＯ）であればリターンする一方、肯定判定（ＹＥＳ）になればステップＳＴ１０２に進んでエンジン１の自動停止処理を実行する。

なお、前記のアイドルストップ条件としては、一例としてＩＧ−ＳＷ４８がオンであること、アクセルオフ（アクセル開度が所定閾値以下でほぼ０）であること、ブレーキ踏力が所定の閾値以上であること、車両停止状態（車速が所定閾値以下でほぼ０）であること、などを含むように設定すればよい。

そして、前記ステップＳＴ１０２の停止制御により、インジェクタ２からの燃料噴射と点火プラグ３による点火とを停止させ、これによりクランクシャフト１５の回転が完全に停止したか否か判定する（ステップＳＴ１０３）。この判定が否定判定（ＮＯ）であれば待機する一方、肯定判定（ＹＥＳ）になればステップＳＴ１０４に進んで、クランクカウンタの値を停止クランク位置として記憶する。

その後、ＥＣＵ２００は、所定のアイドルストップ解除条件が成立するまで待機する。すなわち、ステップＳＴ１０５においてアイドルストップの解除条件が成立したかどうか判定し、否定判定（ＮＯ）であればステップＳＴ１０６に進んで、ＩＧ−ＳＷ４８がオフになったなどのＳ＆Ｓ制御の終了条件の成立を判定する。この条件の成立について肯定判定（ＹＥＳ）であれば処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、Ｓ＆Ｓ制御の終了条件が成立しておらず否定判定（ＮＯ）であれば前記のステップＳＴ１０５に戻る。そして、アイドルストップの解除条件が成立したと肯定判定（ＹＥＳ）すれば、ステップＳＴ１０７に進んでエンジン１の再始動処理を実行する。なお、アイドルストップの解除条件としては例えば、ブレーキペダルの踏力が緩められて所定の閾値よりも小さくなったこと、シフトレバーの所定の操作がなされたこと、などを含むように設定すればよい。

前記の再始動処理について詳しくは以下に説明するが、ＥＣＵ２００はスタータモータ１０を作動させてクランキングを開始するとともに、インジェクタ２による燃料の噴射を開始させ、さらに点火プラグ３による点火制御も開始する。そして、いずれかの気筒において燃焼が始まり（初爆）、これによりエンジン回転数が所定値まで上昇して始動完了と判定すれば（ステップＳＴ１０８でＹＥＳ）、処理を終了する（ＥＮＤ）
−再始動処理の詳細−
次に、前記ステップＳＴ１０７における再始動処理について詳細に説明する。図５に模式的に示すように、エンジン１の４つの気筒はそれぞれ吸気、圧縮、膨張および排気の各行程の途中で停止しており、そのうちで最初のＴＤＣ（1stＴＤＣ）を迎えるのは圧縮行程で停止している第３気筒＃３であるが、この気筒には再始動の際に燃料を供給することができない。つまり、1stＴＤＣは点火不能である。

そこで、再始動時に２番目にＴＤＣ（2ndＴＤＣ）を迎える気筒、即ち、図の例では吸気行程の途中で停止している第４気筒＃４のインジェクタ２に燃料を噴射させるとともに、クランキングを開始してピストン１ｃを下降させ、気筒内の燃焼室１ｄに混合気を吸入させる。そして、その後の圧縮行程の終盤からＴＤＣ（2ndＴＤＣ）にかけて点火（符号Ｓとして示す）することにより、始動時間の短縮を図ることができる。

すなわち、通常のエンジン始動時であれば、クランキングの開始と共にカウントアップするクランクカウンタ（１０°ＣＡカウンタ）の値を、その欠け歯相当部において確定し、その後に点火制御を開始することになるが、Ｓ＆Ｓ制御の場合は、前記したようにエンジン１の自動停止の際にクランクカウンタの値（停止クランク位置）を記憶しているので、欠け歯相当部が現れる前にクランクカウンタを確定することが可能になる。

より具体的には図６に示すように、第４気筒＃４が吸気行程の途中で停止していて、停止クランク位置が１０°ＣＡカウンタの値で「９」のとき、クランキングによって最初（１番目）にカムエッジ信号が入力するであろうクランク位置（予測クランク位置）は、１０°ＣＡカウンタの値で「２３」と予測される。なお、図の例では、１０°ＣＡカウンタの値が「１２」のときに最初に欠け歯相当部が現れるが、このときにはクランキングの開始直後であるため検出できない。

そのため、次の欠け歯相当部（１０°ＣＡカウンタが「４８〜５０」）が現れるまでクランクカウンタ（１０°ＣＡカウンタ）を確定できないとすれば、点火制御の開始が遅れてしまう。これに対し本実施形態では、前記の予測クランク位置「２３」において実際にカムエッッジ信号が入力すれば、この時点でクランクカウンタの信頼性が高いと判定して、これを確定することができる。

以下に図７のフローチャートを参照し、再始動処理について具体的に説明する。まず、ステップＳＴ２０１では2ndＴＤＣ点火の前提条件が成立しているか否か判定する。この前提条件は例えば、エンジン１が迅速な再始動に好適なクランク位置に停止していること、ＶＶＴ４０が迅速な再始動に好適な位置に停止していること、クランクポジションセンサ３１やカムポジションセンサ３９などが故障していないこと、などを含むように設定すればよい。

このような前提条件が成立しておらず、否定判定（ＮＯ）になれば、前記のように2ndＴＤＣでの点火を行って始動時間の短縮を図るのではなく、始動性の確保を優先して後述のステップＳＴ２１１へ進む。一方、肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ２０２へ進み、ＥＣＵ２００のＲＡＭに記憶されている停止クランク位置から、クランキングによって最初（１番目）にカムエッジ信号が入力するであろうクランク位置を予測する。

例えば、図６を参照して前述したように、停止クランク位置が１０°ＣＡカウンタの値で「９」であれば、同「２３」が予測クランク位置になる。なお、この最初のカムエッジ信号を検出し損ねた場合やノイズによる誤認なども考慮して、その次に（２番目に）カムエッジ信号が入力するであろうクランク位置も予測する。図６の例では、次のカムエッジ信号の予測クランク位置は、１０°ＣＡカウンタの値で「４１」になる。

続いてステップＳＴ２０３では、前記の予測クランク位置の進角側および遅角側にそれぞれ１０〜２０°ＣＡの余裕を持たせて、予測クランク位置を含む所定の範囲を、カムエッジ信号の入力するであろう予測クランク範囲とする。こうして余裕を持たせるのは、動弁系のスプロケットやチェーンなどの部品の公差やその組み付け公差を考慮したものである。

例えば図８(a)に模式的に示すように、前記１番目のカムエッジ信号の入力する予測クランク位置「２３」（図にはクロスハッチで示す）に対して、予測クランク範囲は「２２〜２５」（斜めハッチで示す）と設定される。すなわち、予測クランク位置「２３」を進角側に一つ、遅角側には二つ拡大して予測クランク範囲を設定する。こうして遅角側により広い範囲を設定するのは、動弁系のチェーンが経年変化によって延びると、カム位相が遅角側に変化することを考慮したものである。

続いてステップＳＴ２０４では、エンジン１の停止から再始動までの間のＶＶＴ４０の動作状態に応じて、前記の予測クランク範囲を変更する。例えば、ＶＶＴ４０を進角（または遅角）動作させた場合、カム位相が進角（または遅角）側に変化する分、カムエッジ信号の入力するクランク位置も進角（または遅角）側に変化するから、これに応じて予測クランク範囲を進角側（または遅角）に変更する。

なお、そのようにＶＶＴ４０を動作させるのはエンジン１の始動性を確保するためである。例えば、前記のステップＳＴ２０１でエンジン１の停止クランク位置やＶＶＴ４０の停止位置をチェックした上で、現在の温度状態なども加味してＶＶＴ４０を進角側に動作させれば、気筒の有効圧縮比を高めにして着火性を向上できる。一方、停止クランク位置によっては気筒の充填効率が高めになることがあり、このときに再始動時の温度も高めになっていれば、反対にＶＶＴ４０を遅角側に動作させて有効圧縮比を低下させることにより、プレイグニッションの抑制が図られる。

前記の予測クランク範囲の変更について具体的には、例えば図８(b)に模式的に示すように、一例としてＶＶＴ４０が１５°ＣＡ進角動作した場合でも、クランク信号が１０°ＣＡ刻みであるため、ＶＶＴ進角量の１の位は切り捨てて、予測クランク位置は「１」だけ進角させる。つまり、予測クランク位置は「２３」から「２２」に変更され、これに伴い予測クランク範囲の遅角側限度は「２５」から「２４」に変更される。

一方、予測クランク範囲の進角側限度は「２２」から「２１」に変更されるのではなく、図示のように「２０」に変更される。すなわち、前記のようにＶＶＴ進角量の１の位を切り捨てる場合、１０°ＣＡカウンタの値の変更量が「１」であっても実際のＶＶＴ進角量は１０〜１９°ＣＡであることを考慮して、予測クランク範囲は進角側に一つ余分に拡大するのである。

このように本実施形態では、予測クランク位置を進角側に補正する際には、進角量の１の位を切り捨てて、予測クランク範囲の全体を進角させるとともに、その進角側限度は一つ余分に進角させる。同様に遅角側に補正する際にも遅角量の１の位は切り捨てて、予測クランク範囲の全体を遅角させるとともに、その遅角側限度を一つ余分に遅角させるようにしている。

ところで、図６などに表れているように本実施形態では、カムエッジ信号の一つが１０°ＣＡカウンタの値で「４７」のクランク位置で入力するようになっており、仮に停止クランク位置が１０°ＣＡカウンタの「４３〜４６」辺りであると、その「４７」のカムエッジ信号が始動時の最初のカムエッジ信号になる。つまり、予測クランク位置は「４７」になり、予測クランク範囲は「４６〜４９」になる。

そして、仮にＶＶＴ４０が進角側に前記と同じ１５°ＣＡ動作すると、これに応じて予測クランク範囲は、図９に斜めハッチで示すように「４４〜４８」に変更されることになるが、「４８」は欠け歯相当部に重なっている。すなわち、クランク角で４８０°ＣＡのクランク信号が入力した後、４９０°ＣＡおよび５００°ＣＡのクランク信号は実際には入力しないため、このときに入力したカムエッジ信号が予測クランク範囲にあるかどうか正確には判定できなくなってしまう。

この点を考慮して本実施形態では、前記の予測クランク範囲「４４〜４８」の遅角側限度「４８」を、欠け歯相当部の遅角側限度「５０」を越えるように、図の例では「５１」まで拡大する。こうすれば、予測クランク範囲「４４〜５１」の進角側限度「４４」が欠け歯相当部の進角側限度「４８」を越えるとともに、遅角側限度「５１」も欠け歯相当部の遅角側限度「５０」を越えることになる。これにより、カムエッジ信号と予測クランク位置との整合をチェックできるようになる。

前記のように予測クランク範囲を変更した後にＥＣＵ２００は、まず、吸気行程で停止している第４気筒＃４のインジェクタ２に燃料の噴射を行わせ（ステップＳＴ２０５）、スタータモータ１０を作動させてクランキングを開始するとともに、前記の停止クランク位置を初期値としてクランクカウンタ（１０°ＣＡカウンタ）のカウントアップを開始する（ステップＳＴ２０６）。

続いてステップＳＴ２０７では、クランク信号が所定期間、抜け落ちる欠け歯相当部が現れたか否か判定し、肯定判定（ＹＥＳ）であれば後述のステップＳＴ２０９に進んでクランクカウンタ（１０°ＣＡカウンタ）を確定する。図６を参照して前述したように、例えば停止クランク位置が１０°ＣＡカウンタの「９」である場合、同「１２〜１４」の欠け歯相当部は検出できないので、クランキングの開始後、暫くの間は否定判定（ＮＯ）して、ステップＳＴ２０８に進む。

そして、ステップＳＴ２０８では前記の予測クランク範囲においてカムエッジ信号が入力したか否か判別する（カムエッジ信号と予測クランク位置とが整合？）。この結果、肯定判定（ＹＥＳ）であればステップＳＴ２０９に進んでクランクカウンタを確定し、このクランクカウンタに基づいて第４気筒＃４への点火（2ndＴＤＣ点火）制御を開始して（ステップＳＴ２１０）、処理を終了する（ＥＮＤ）。

一方、前記のステップＳＴ２０８においてカムエッジ信号と予測クランク位置との整合が否定判定（ＮＯ）された場合は、ステップＳＴ２１１に進んで点火制御の開始を遅延する。すなわち、第４気筒＃４への点火（2ndＴＤＣ点火）は行わず、次のカムエッジ信号の予測クランク範囲（１０°ＣＡカウンタの「４１」を含む範囲）において整合が肯定判定されたときにクランクウンタを確定して、第４気筒＃４の次の点火順の第２気筒＃２への点火（再始動時の3rdＴＤＣでの点火）を実行することになる。

以上、説明した再始動処理のルーチンは、ＥＣＵ２００により燃料噴射や点火など種々の制御プログラムが同期して実行されることによって、実現される。言い換えると本実施形態の内燃機関の制御装置は、主としてＥＣＵ２００によって構成されている。そして、一例を図１０のタイムチャートに示すように、アイドルストップしたエンジン１の再始動時には、クランクカウンタの早期確定によって始動時間の短縮が図られる。

具体的には図１０の時刻ｔ１において、例えばブレーキ踏力が緩められることによって再始動要求が発生し（始動要求ＯＮ）、これに応じて再始動処理が開始されると、まず、吸気行程で停止している気筒（例えば第４気筒＃４）のインジェクタ２による燃料噴射が行われる。そして、クランキングが開始されるとともに、クランクカウンタ（１０°ＣＡカウンタ）のカウントアップが開始される（時刻ｔ２）。また、排気行程で停止している気筒（例えば第２気筒＃２）のインジェクタ２による燃料噴射も行われる（時刻ｔ３）。

そうしてクランキングが開始された直後はクランクシャフト１５の回転が極めて遅いことから、クランク信号からはシグナルロータ１７の欠け歯部１７ｂを識別することができない。このため、図６を参照して前述したように１０°ＣＡカウンタの値で「１２〜１４」の欠け歯相当部（図の時刻ｔ４に仮想線で欠け歯検出ＯＮと示す）を検出することはできず、この欠け歯相当部によるクランクカウンタの確定は行われない。

そして、時刻ｔ５に最初のカムエッジ信号が入力すると、このときのクランクカウンタの値が予測クランク範囲（図１０にはＡとして示す）にあることから、カムエッジ信号と予測クランク位置との整合が肯定されて、クランクカウンタが確定される。これにより、第４気筒＃４への2ndＴＤＣ点火が実行されて（時刻ｔ６）、エンジン回転数が立ち上がる（始動完了）。

したがって、本実施形態のエンジン１においては、Ｓ＆Ｓ制御の際に停止クランク位置に基づいて、カムエッジ信号の入力するクランク位置を予測し、この予測クランク位置と実際にカムエッジ信号の入力したクランク位置とが整合すれば（予測クランク範囲にカムエッジ信号が入力すれば）、クランクカウンタを早期に確定することができる。これにより迅速なエンジン再始動が可能になる。

具体的に前記図１０のタイミングチャートにおいて、従来一般的な欠け歯相当部に基づくクランクカウンタの確定を待つとすると、時刻ｔ７における欠け歯相当部（図６に示す１０°ＣＡカウンタの「４８〜５０」の欠け歯相当部）が検出されるまで、クランクカウンタを確定できない。よって、本実施形態によれば図にΔｔとして示す時間だけ早くクランクカウンタを確定でき、始動時間を短縮できる。

しかも、本実施形態では、前記のように停止クランク位置に基づいて予測した予測クランク位置を、エンジン１の自動停止から再始動までの間のＶＶＴ４０の動作状態に応じて変更し、これによるカム位相の変化を織り込むようにしているので、この予測クランク位置と実際にカム信号が入力したクランク位置との整合について正確にチェックすることができる。つまり、早期にかつ間違いのないクランクカウンタの確定が可能になって、エンジン１の迅速な始動を図りつつ、高い始動性を安定的に確保できる。

−他の実施形態−
前記した実施形態の記載はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。例えば前記の実施形態では電動式のＶＶＴ４０を吸気側のカムシャフト２１に配設しているが、これには限定されず、例えば油圧動作式のＶＶＴであってもよいし、電動式または油圧動作式のＶＶＴを排気側のカムシャフト２２に配設してもよい。

さらに、前記の実施形態では、本発明をポート噴射式のエンジン１に適用した例について説明したが、これに限ることなく本発明は、筒内直噴式のエンジンにも適用可能であるし、ポート噴射および筒内噴射の両方の燃料噴射弁を備えたエンジンにも適用可能である。また、実施形態のような４気筒エンジンにも限定されず、６気筒など任意の気筒数のエンジンにも本発明は適用できるし、直列多気筒エンジンにも限らず、Ｖ型多気筒エンジンにも本発明は適用可能である。

本発明は、ＶＶＴが備わる場合でもクランクカウンタの早期確定による迅速な機関始動が可能となるので、特にアイドルストップ制御を実施するようにした車両の内燃機関に適用して有効である。

１ エンジン（内燃機関）
２１ 吸気カムシャフト（動弁系の一方のカム）
３１ クランクポジションセンサ
３９ カムポジションセンサ
４０ ＶＶＴ（可変動弁機構）
２００ ＥＣＵ（内燃機関の制御装置）

Claims (1)

1. 内燃機関の停止クランク位置に基づいて、再始動の際に所定のカム信号が入力するクランク位置を予測し、この予測クランク位置と実際に前記カム信号の入力したクランク位置との整合をチェックするようにした内燃機関の制御装置において、
   内燃機関の動弁系には吸気側および排気側の少なくとも一方のカムの位相を連続的に変更可能な可変動弁機構が装備され、
   前記予測クランク位置を含み、当該予測クランク位置に対して進角側よりも遅角側に広い範囲を予測クランク範囲として設定し、この予測クランク範囲において実際に前記カム信号が入力すれば、整合していると判定するとともに、
   前記予測クランク範囲は、機関停止から再始動の完了までの間の前記可変動弁機構の動作状態に応じて変更するように構成し、
   さらに、前記予測クランク範囲が、クランク信号の欠落する欠け歯相当部と重なる場合は、この欠け歯相当部を含めるように予測クランク範囲を進角側または遅角側に拡大する構成としたことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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