JP6120697B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料カット条件の成立に伴い燃料噴射を一時中止する燃料カットを実施し、アイドリングストップ条件の成立に伴い内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドリングストップを実施する内燃機関の制御装置に関するものである。

車両に搭載される内燃機関では、その運転状況に応じて燃料噴射を中断する燃料カットを実行することが知られている。そして近時では、信号待ち等による車両の停車中に内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドリングストップを実行することも普遍化している（例えば、下記特許文献１を参照）。既知のアイドリングストップシステムでは、車速が所定以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温及びバッテリ電圧が十分高い、といった諸条件が成立したときに、内燃機関を停止させる。アイドリングストップ後、運転者がブレーキペダルから足を離すかアクセルペダルを踏み込む等の再始動要求があったとき、またはアイドリングストップしている期間の長さが所定以上となったときには、内燃機関を再始動する。

そして上記特許文献１に記載のものは、アイドリングストップからの再始動時のアイドル空気量の起動時補正量初期値をキー始動時のアイドル空気量の始動時補正量初期値よりも小さくしている。すなわち、始動時の吸気量及びそれにともなう燃料噴射量の増量値を抑えることで、いわゆる「吹き上がり」と呼ばれる始動時の回転数の過剰な上昇及び燃費を抑えようとするものである。

しかしながら上記特許文献１に記載のものでは、やはりアイドル空気量よりも増量されているタイミングでの回転数の上昇は十分に抑え切れていないのが現状である。

特開平１０−４７１０４号公報

本発明は、このような不具合に着目したものであり、アイドリングストップからの再始動時にアイドル回転数よりも回転数が上昇することを有効に抑制し得る内燃機関の制御装置を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。

すなわち本発明に係る内燃機関の制御装置は所定の停止条件が成立したときに火花点火式内燃機関のアイドリングを停止し、所定の再始動条件が成立したときに内燃機関を自動的に再始動するアイドリングストップ機能を備え、さらに、内燃機関のアイドリング中に所定の学習実行条件が成立したときにアイドル回転数制御のためのバルブ開度の学習を行う内燃機関の制御装置であって、前記バルブ開度の学習後であり且つ内燃機関の温度が所定温度よりも高いときに前記所定の再始動条件が成立した場合、前記学習による学習値に対し空気量を減量する補正を行い始動し前記学習値に至るまで補正量を徐々に小さくしていくことを特徴とすることを特徴とする。

ここで本願発明者は、アイドリングストップ実行中に吸気マニホルドにはアイドルスピードコントロールバルブ又はスロットルバルブから徐々に空気が漏れ入り込んでいることに着目した。すなわち再始動時にはこの吸気マニホルドに滞留した空気が吸入されるために必要以上の空気量が燃焼室に入ることが回転数の吹き上がりの一因となっていた点に発明者が初めて着目したことにより本願発明をなし得たものである。

このようなものであれば、アイドリングストップからの再始動時に必要以上の空気量が燃焼室に入ることなく回転数が必要以上に吹き上がることを有効に回避することができる。これにより、一定条件を満たした再始動時では増量補正を行わなくとも安定した始動ができることが明らかとなるとともに、回転数の吹き上がりを抑えたドライバビィティの向上を吸気量に応じた燃料噴射量も有効に抑えられる燃費の向上とを併せて実現することが可能となる。

本発明によれば、アイドリングストップからの再始動時にアイドル回転数よりも回転数が上昇することを有効に抑制しドライバビィティの向上と燃費の向上とを併せて実現し得る内燃機関の制御装置を提供することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関の全体構成を示す図。 同実施形態における車両の駆動系の構成を示す図。 同実施形態に係るタイミングチャート。 同実施形態に係るフローチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。加えて、吸気通路３における、スロットルバルブ３２の上流側と下流側とを短絡するバイパス流路３５には、当該流路３５の開度を調節することのできるアイドルスピードコントロールバルブ（ＩＳＣバルブ）３６を設けてある。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

図２に、車両が備える駆動系の例を示す。この駆動系は、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９を備えてなる。特に、本実施形態では、自動変速機８、９の構成要素として、遊星歯車機構を利用した前後進切換装置８、及び無段変速機の一種であるベルト式ＣＶＴ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）９を採用している。

内燃機関が出力する回転駆動力は、内燃機関のクランクシャフトからトルクコンバータ７の入力側のポンプインペラ７１に入力され、出力側のタービンランナ７２に伝達される。タービンランナ７２の回転は、前後進切換装置８を介してＣＶＴ９の駆動軸９４に伝わり、ＣＶＴ９における変速を経て従動軸９５を回転させる。従動軸９５の回転は、出力ギア１０１に伝達される。出力ギア１０１は、デファレンシャル装置のリングギア１０２と噛合し、デファレンシャル装置を介して車軸１０３及び駆動輪（図示せず）を回転させる。

トルクコンバータ７は、ロックアップ機構を備える。ロックアップ機構は、この分野では既知のもので、トルクコンバータ７の入力側と出力側とを相対回動不能に締結するロックアップクラッチ７３と、ロックアップクラッチ７３を断接切換駆動するための作動液圧（油圧）を制御するロックアップソレノイドバルブ（図示せず）とを要素とする。ロックアップソレノイドバルブは、制御信号ｌを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

原則として、車速がある程度以上高い状況下、例えば１０ｋｍ／ｈ以上では、ほぼ常時トルクコンバータ７をロックアップする。そして、車速が１０ｋｍ／ｈよりも低くなったならば、トルクコンバータ７のロックアップを解除する。

ロックアップ時、ロックアップクラッチ７３はトルクコンバータカバー７４に押し付けられ、トルクコンバータカバー７４と一体となって回転する。ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側のドライブプレートに入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からロックアップクラッチ７３を経由してトルクコンバータ７の出力側にある前後進切換装置８に直接伝達される。ロックアップ時、トルクコンバータ７の出力側回転数の入力側回転数に対する比である速度比は１となる。

非ロックアップ時には、ロックアップクラッチ７３がトルクコンバータカバー７４から離反する。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の入力側に入力された機関のトルクは、トルクコンバータカバー７４からポンプインペラ７１、タービン７２へと伝わり、前後進切換装置８に伝達される。非ロックアップ時、トルクコンバータ７の速度比は、駆動状態に応じて１よりも小さくなったり大きくなったりする。

前後進切換装置８は、そのサンギア８１がタービンランナ７２と連絡し、リングギア８２が駆動軸９４と連絡している。プラネタリギア８３１を支持するプラネタリキャリア８３と変速機ケースとの間には、断接切換可能な液圧クラッチたるフォワードブレーキ８４を介設している。また、プラネタリキャリア８３とサンギア８１（または、トルクコンバータ７の出力側）との間にも、断接切換可能な液圧クラッチたるリバースクラッチ８５を介設している。

走行レンジのうちのＤレンジでは、フォワードブレーキ８４を締結し、リバースクラッチ８５を切断する。これにより、トルクコンバータ７の出力軸の回転が逆転されかつ減速されて駆動軸９４に伝達され、前進走行となる。Ｒレンジでは、リバースクラッチ８５を締結し、フォワードブレーキ８４を切断する。これにより、サンギア８１とプラネタリキャリア８３とが一体的に回転し、トルクコンバータ７の出力軸と駆動軸９４とが直結して後進走行となる。フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５断接切換駆動するための作動液圧を制御するソレノイドバルブ（図示せず）は、制御信号ｍを受けてその開度を変化させる流量制御弁である。

非走行レンジであるＮレンジ、Ｐレンジでは、フォワードブレーキ８４及びリバースクラッチ８５をともに切断する。要するに、前後進切換装置８は、内燃機関と車軸１０３との間を接続し、並びに、内燃機関と車軸１０３との間を切断するためのクラッチとしての役割を担っている。

ＣＶＴ９は、駆動プーリ９１及び従動プーリ９２と、両プーリ９１、９２に巻き掛けられたベルト９３とを要素とする。駆動プーリ９１は、駆動軸９４に固定した固定シーブ９１１と、駆動軸９１上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９１２と、可動シーブ９１２の後背に配設された液圧サーボ９１３とを有しており、液圧サーボ９１３を操作し可動シーブ９１２を変位させることを通じて変速比を無段階に変更できる。並びに、従動プーリ９２は、従動軸９５に固設した固定シーブ９２１と、従動軸９５上にローラスプラインを介して軸方向に変位可能に支持させた可動シーブ９２２と、可動シーブ９２２の後背に配設された液圧サーボ９２３とを有しており、液圧サーボ９２３を操作し可動シーブ９２２を変位させることを通じてトルク伝達に必要なベルト推力を与える。

走行レンジを操作するべくフォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５に供給される作動液（作動油）、また変速比を操作するべく液圧サーボ９１３、９２３に供給される作動液を吐出する液圧ポンプ（図示せず）は、内燃機関のクランクシャフトから回転駆動力の伝達を受けて稼働する、既知の機械式（非電動式）のものである。この作動液は、トルクコンバータ７に用いられる流体と共通である。

本実施形態の内燃機関の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及び機関の回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、トルクコンバータ７及び自動変速機８、９に使用される作動液の温度を検出する液温センサから出力される作動液温信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ロックアップクラッチ７３の断接切換用のロックアップソレノイドバルブに対して開度制御信号ｌ、フォワードブレーキ８４またはリバースクラッチ８５の断接切換用のソレノイドバルブに対して開度制御信号ｍ、ＣＶＴ９に対して変速比制御信号ｎ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、機関の回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それら機関回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、トルクコンバータ７のロックアップを行うか否か、クラッチ８４、８５の接続／切断、自動変速機８、９の変速比といった各種運転パラメータを決定する。運転パラメータの決定手法自体は、既知のものを採用することが可能である。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍ、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

また、ＥＣＵ０は、内燃機関の始動（冷間始動であることもあれば、アイドリングストップからの復帰であることもある）時において、電動機（スタータモータまたはモータジェネレータ）に制御信号ｏを入力し、電動機によりクランクシャフトを回転させるクランキングを行う。クランキングは、内燃機関が初爆から連爆へと至り、内燃機関の回転数即ちクランクシャフトの回転速度が冷却水温等に応じて定まる判定値を超えたときに（完爆したものと見なして）終了する。

本実施形態のＥＣＵ０は、車両への減速要求時に、インジェクタ１１からの燃料噴射（及び、点火プラグ１２による火花点火）を停止し、気筒１への燃料供給を中断する燃料カットを実行する。ＥＣＵ０は、少なくとも、アクセルペダルの踏込量が０または０に近い閾値以下となり、かつ機関の回転数が燃料カット許可回転数以上あることを以て、燃料カット条件が成立したものと判断する。

因みに、実際には、燃料カット条件が成立したとしても、即時に燃料噴射を停止するわけではない。エンジントルクが比較的大きい段階で、急に燃料供給を遮断すると、機関の回転数や車速がステップ的に急落するトルクショックが発生し、運転者を含む搭乗者に衝撃を感じさせる。このトルクショックを軽減するべく、燃料カット条件が成立した後、遅延時間の経過を待ってから、はじめて燃料噴射を停止する。この遅延時間中には、点火タイミングを遅角補正し、エンジントルクを積極的に低下させる。

燃料カットの最中に、所定の燃料カット終了条件が成立したときには、燃料カットを終了することとし、燃料噴射（及び、点火）を再開する。ＥＣＵ０は、アクセルペダルの踏込量が閾値を上回った、機関の回転数が下限回転数（燃料カット復帰回転数）まで低下した等のうちの何れかを以て、燃料カット終了条件が成立したものと判断する。

並びに、本実施形態のＥＣＵ０は、信号待ち等による車両の停車時に、内燃機関のアイドル回転を停止させるアイドリングストップを実行する。ＥＣＵ０は、車速が所定値以下で、ブレーキペダルが踏み込まれており、冷却水温及びバッテリ電圧が十分高く、ブレーキブースタ負圧が十分に確保されている等といった諸条件がおしなべて成立したことを以て、アイドリングストップ条件が成立したものと判断する。

アイドリングストップ条件の成立後、所定のアイドリングストップ終了条件が成立したときには、内燃機関を再始動する。ＥＣＵ０は、運転者がブレーキペダルから足を離した、逆にブレーキペダルがさらに強く踏み込まれた、アクセルペダルが踏み込まれた、アイドリングストップ状態で所定時間（例えば、３分）が経過した等のうちの何れかを以て、アイドリングストップ終了条件が成立したものと判断する。

車両の走行中に運転者がアクセルペダルから足を離し、車両が減速して停止する際には、まず燃料カット条件が成立して燃料カットが開始され、その後にアイドリングストップ条件が成立してアイドリングストップへと移行する。斯かる制御の一例としては、車速が１０ｋｍ／ｈ程度まで低下した時点で燃料カット終了条件が成立し、燃料噴射が一時再開される。しかる後、トルクコンバータ７のロックアップが解除され、車速が７ｋｍ／ｈ程度に低下することでアイドリングストップ条件が成立して、再び燃料噴射が停止されるという手順を挙げることができる。

また本実施形態のＥＣＵ０は、アイドリング時、エンジン回転数を所要のアイドル回転数に維持するためのアイドル回転数制御を行う。さらに、アイドリング中に所定の学習実行条件が成立した暁には、アイドル回転数制御用のＩＳＣバルブ３６の開度の学習を行う。

前記学習実行条件には、車速が０であり、冷却水温が所定閾値以上であり、かつエンジン回転数が（目標アイドル回転数付近の）一定のアイドル域の範囲内にある、といった条件が含まれる。本実施形態において、前記学習実行条件は、ユーザが操作することで内燃機関にかかる補機負荷が変動してしまうものを含まない。すなわち、エアコンディショナ、ブロワ、デフォッガ等の運転状態や、ライトの点灯状態等の電気負荷は含まない。

ＩＳＣバルブ３６の開度の学習は、アイドリング中にＩＳＣバルブ３６を操作して、実測エンジン回転数が目標アイドル回転数近傍に安定したときの開度を学習値として記憶することによって行う。記憶したＩＳＣバルブ３６の開度の学習値は、以後のアイドル回転数制御に利用する。本実施形態では、このＩＳＣバルブ３６の開度の学習を、イグニッションスイッチがＯＮになってからイグニッションスイッチがＯＦＦになるまでの期間（１トリップ）に１回行うようにしている。

しかして本実施形態に係るＥＣＵ０は、ＩＳＣバルブ３６開度の学習後であり且つ内燃機関の温度が所定温度よりも高いときに前記所定の再始動条件が成立した場合、吸気マニホルド３３内に滞留する空気が吸入空気として使われ徐々に滞留する空気の吸入量が減るのに合わせるべく、前記学習による学習値に対し空気量を減量する補正を行い始動し前記学習値に至るまで補正量を徐々に小さくしていく制御を行うようにしている。なお勿論、燃料噴射量は吸入空気量に応じて適宜調整制御されていることはいうまでもない。

以下、本実施形態に係る再始動時の制御について、図３のタイミングチャート及び図４のフローチャートに基づいて説明する。

まず、ＩＳＣバルブ３６の開度の学習が完了した状態で（ステップＳ１）、アイドリングストップからの再始動条件が成立し（ステップＳ２）、さらに冷却水温及び自動変速機８、９の作動液温がともに所定値よりも高く（ステップＳ３）、つまりメカニカルロスが小さい状態と判断されたとき、ＩＳＣバルブ３６開度の学習値に対する減量補正を実行する（ステップＳ４）。ここで、本実施形態では補正実行時の補正量を、ＩＳＣバルブ３６の開度が０となる量に設定しているが勿論、０ではない所定の開度に設定するようにしても良い。なお図３では、当該ステップＳ４からの経時的な変化を図示している。

続いて内燃機関の始動を行う（ステップＳ５）こととなるが、このとき、吸気マニホルド３３内に滞留している空気の存在を加味して、未だＩＳＣバルブ３６は閉じた状態としている。ここで上述の通り補正量如何によっては、ＩＳＣバルブ３６を所定の開度とするようにしても良い。そして暫く後、吸気マニホルド３３内に滞留する空気が有る程度少なくなるタイミングにて、ＩＳＣバルブ３６を開き始める（ステップＳ６）。そしてＩＳＣバルブ３６を開き始めた後、補正量を徐々に減少させてゆく（ステップＳ７）。そしてＩＳＣバルブ３６の開度が学習値に等しく（ステップＳ８）、換言すれば補正量が０となれば、処理が終了する。すなわち図３に示すようにＩＳＣバルブ３６の開度は始動の暫く後のタイミングから、学習値に向かって漸増していく挙動をとることになる。この間、従来のような学習値よりもＩＳＣバルブ３６を開くような増量補正は行われることはない。しかしながら回転数は不安定な挙動をとることなく、アイドル回転数へ吹き上がりが抑えられながら収斂していくことになる。

以上のような構成とすることにより、本実施形態では、冷却水温及び作動液温が所定値よりも高いという一定条件を満たしたアイドリングストップからの再始動時では増量補正を行わなくとも安定した始動ができることが明らかとした。そして本実施形態によれば、アイドリングストップからの再始動時に必要以上の空気量が燃焼室に入ることなく回転数が必要以上に吹き上がることを有効に回避することができる。これにより、回転数の吹き上がりを抑えたドライバビィティの向上を吸気量に応じた燃料噴射量も有効に抑えられる燃費の向上とを併せて実現している。

つまり本実施形態とは異なる通常のキー始動時は、エンジン及び変速機の温度が一定でなく、アイドル学習ができていない状態であり、吸気マニホルド３３内に滞留する空気を加味したＩＳＣバルブ３６開度の制御が行い難い。しかしその反面に本実施形態では、冷却水温及び作動液温が十分に高い条件でのアイドリングストップからの再始動時は必要空気量が安定した条件なのでＩＳＣバルブ３６開度の見積もりも精度良く行うことができるため、確実な始動を担保しつつ安定して上記効果を奏することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では、スロットルバルブの上流側と下流側とを短絡するバイパス流路を設けるとともに当該流路の開度を調節することのできるアイドルスピードコントロールバルブを設けた態様を開示したが、勿論、スロットルバルブを電子スロットルバルブとし、アクセルペダル踏み込み時のみならずアイドル回転時の吸気量の制御も併せて行わせるようにしたものであってもよい。またアイドリングストップ条件やＩＳＣバルブ開度の学習の具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明はアイドリングストップを実施する内燃機関の制御装置として利用することができる。

０…内燃機関の制御装置（ＥＣＵ）
３３…吸気マニホルド
３６…バルブ（アイドルスピードコントロールバルブ）

Claims (1)

1. 所定の停止条件が成立したときに火花点火式内燃機関のアイドリングを停止し、所定の再始動条件が成立したときに内燃機関を自動的に再始動するアイドリングストップ機能を備え、さらに、内燃機関のアイドリング中に所定の学習実行条件が成立したときにアイドル回転数制御のためのバルブ開度の学習を行う内燃機関の制御装置であって、
   前記バルブ開度の学習後であり且つ内燃機関の温度が所定温度よりも高いときに前記所定の再始動条件が成立した場合、前記学習による学習値に対し空気量を減量する補正を行い始動し前記学習値に至るまで補正量を徐々に小さくしていくことを特徴とする内燃機関の制御装置。

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