JP6662162B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御装置に関する。

従来、内燃機関を自動停止および再始動させることができる車両が知られている。例えば、特許文献１には、燃料カットから内燃機関の回転停止までの停止動作期間に始動要求があった場合、内燃機関の停止直前に膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を行う着火始動が開示されている。

特開２００５−１５５３６２号公報

着火始動では、初爆対象となる膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を実行後、その気筒に続く後続気筒が圧縮行程にある状態で燃料噴射することが考えられる。しかし、初爆の燃焼トルクが圧縮反力よりも小さい場合には、後続気筒が上死点を越えられずにクランク角の揺り戻しが発生する。その揺り戻し発生後に後続気筒を点火するとクランクシャフトを逆方向に回転させてしまい、内燃機関の再始動が遅れてしまう虞がある。

本発明は、上記事情を鑑みてなされたものであって、着火始動によるクランクシャフトの逆回転を防止して内燃機関の再始動遅れを抑制できる内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

本発明は、内燃機関を自動停止および再始動させることができる車両に搭載され、前記内燃機関の自動停止後に膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を行う着火始動により前記内燃機関を再始動させる内燃機関の制御装置において、着火始動時に初爆される前記膨張行程の気筒に続く後続気筒においても膨張行程で燃料噴射および点火を行い、クランクシャフトが停止または逆回転している場合には、前記後続気筒への燃料噴射および点火を中止することを特徴とする。

本発明では、着火始動時にクランクシャフトが停止または逆回転している場合には、後続気筒への燃料噴射および点火を中止するため、揺り戻し後に点火してクランクシャフトを逆回転させてしまうことを防止でき、内燃機関の再始動遅れを抑制できる。

図１は、実施形態の内燃機関の制御装置を模式的に示す概略構成図である。 図２は、第２噴射・点火タイミングを説明するための図である。 図３は、第２噴射・点火実行時に回避したいケースを示す図である。 図４は、第３噴射・点火タイミングを説明するための図である。 図５は、第３噴射以降に噴射抜けが発生する場合を説明するための図である。 図６は、第２噴射・点火の制御フローを示すフローチャートである。 図７は、第３噴射の制御フローを示すフローチャートである。 図８は、着火始動時における噴射・点火タイミングおよびエンジン回転速度の変化を説明するための図である。 図９は、初爆後に後続気筒が上死点を乗り越えられない場合を説明するための図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態における内燃機関の制御装置について具体的に説明する。

［１．車両］
図１は、実施形態における内燃機関の制御装置を模式的に示す概略構成図である。本実施形態の車両Ｖｅは、動力源であるエンジン（ＥＮＧ）１と、自動変速機（Ｔ／Ｍ）２と、出力軸３と、デファレンシャル４と、車軸５と、駆動輪６とを備えている。エンジン１から出力された動力は、クランクシャフト１ａから自動変速機２を介して出力軸３に伝達され、出力軸３からデファレンシャル４を介して車軸５および駆動輪６に伝達される。

エンジン１は、周知の内燃機関により構成された４サイクルエンジンであり、各気筒内に燃料を直接噴射する直噴式に構成されている。そのエンジン１は、車両Ｖｅに搭載された制御装置（ＥＣＵ）１０によって電気的に制御される。なお、制御装置１０の詳細は後述する。

自動変速機２は、自動で変速比を変化させることができる周知の変速機であり、自動でニュートラル状態に設定できるように構成されている。なお、車両Ｖｅは、流体流によってトルク増幅作用を生じるトルクコンバータを備え、エンジン１がトルクコンバータを介して自動変速機２とトルク伝達可能に接続されてもよい。

また、車両Ｖｅには、エンジン１を始動させる始動装置（スタータ）７が搭載されている。始動装置７は、バッテリ（図示せず）に電気的に接続された電動モータにより構成され、エンジン始動時に制御装置１０によって駆動制御される。

その車両Ｖｅは、制御装置１０の制御によってエンジン１を自動停止および再始動させることができる。なお、上述した図１に示す車両Ｖｅのパワートレーンは、一例である。エンジン１および制御装置１０が搭載される車両は、ＦＦ車両であってもよく、ＦＲ車両であってもよい。

［２．制御装置］
制御装置１０は、エンジン１の燃料噴射および点火時期を制御する電子制御装置により構成されている。制御装置１０は、車両Ｖｅに搭載された各種センサから入力された信号および記憶装置に保存されているデータを用いて各種の演算を行い、その結果の指令信号をエンジン１に出力して、エンジン１を制御する。

図１に示すように、制御装置１０には、クランク角センサ２０から信号が入力される。クランク角センサ２０は、エンジン１の回転方向およびクランク角度を検知し、その信号を出力する。また、制御装置１０には、図示しない各種センサ（例えば、アクセル開度センサ、ブレーキストロークセンサ、車速センサ、スロットル開度センサなど）からの信号が入力される。

制御装置１０は、車両状態に応じてエンジン１への燃料噴射および点火時期を制御するとともに、エンジン１を自動停止および再始動させる。例えば、制御装置１０は、所定の停止条件が成立したと判定した場合に、エンジン停止制御を実行してエンジン１を自動停止させる。停止条件としては、車両が信号待ち等で一時停止した場合や、走行中の車両が減速している場合や、ある程度高車速で走行中にアクセルペダルの踏み込みが解除された場合などが挙げられる。エンジン停止制御には、エンジン１への燃料噴射（供給）を停止するフューエルカット制御が含まれる。

また、クランク角センサ２０は、エンジン１の回転が停止するまでの間、およびエンジン１の回転停止後もクランク角度とエンジン１の回転速度とを検知する。これにより、制御装置１０は、クランク角センサ２０から入力される信号に基づいて、フューエルカットを開始してからエンジン１が回転停止するまでの間およびエンジン１の回転停止後もクランク角度とエンジン回転速度とを検出できる。

そして、制御装置１０は、エンジン１を自動停止後に再始動条件が成立したと判定された場合、エンジン始動制御を実行してエンジン１を再始動させる。再始動条件（始動要求）としては、アクセルペダルが踏み込み込まれたことを検出した場合や、停車中にブレーキペダルの踏み込みが解除された場合や、バッテリの残容量が低下したことによる充電要求がある場合などが挙げられる。また、制御装置１０は、クランク角センサ２０を含む各種センサからの入力信号を検出したか否かを判定する判定部を含み、その判定部によって再始動条件が成立したか否かを判定することができる。

エンジン始動制御には、着火始動制御とスタータ始動制御との二つの制御が含まれる。着火始動制御は、膨張行程の気筒への着火（燃料噴射および点火）を行い、その燃焼エネルギーによってクランクシャフト１ａを回転させる制御である。一方、スタータ始動制御は、バッテリの電力を消費して始動装置７を駆動させることによりクランクシャフト１ａを回転させる制御である。制御装置１０は、スタータ始動制御を実行する際、スタータ信号を出力して始動装置７を駆動させる。

制御装置１０は、車両状態に応じて、着火始動のみでエンジン１を始動させる場合と、着火始動と始動装置７とを併用してエンジン１を始動させる場合とを使い分ける。例えば、エンジン１が回転停止するまでの間に始動要求がある場合、およびエンジン回転停止後に始動要求がある場合、膨張行程の気筒への燃料噴射と同時に点火を行う着火始動のみによって、あるいは着火始動と始動装置７とを併用して、エンジン１を再始動させる。

［３．噴射・点火タイミング］
次に、着火始動における各気筒への燃料噴射および点火タイミングについて説明する。この説明では、着火始動時に初爆対象（第１噴射・点火対象）となる気筒を第１噴射気筒、その第１噴射気筒の次に着火対象（第２噴射・点火対象）となる気筒を第２噴射気筒、その第２噴射気筒の次に着火対象（第３噴射・点火対象）となる気筒を第３噴射気筒と記載する。第１噴射気筒は、始動要求入力時（着火始動開始時）に膨張行程にある気筒であり、第１噴射および第１点火が行われる。第２噴射気筒は、始動要求入力時に圧縮行程にある気筒であって、初爆後に第２噴射および第２点火が行われる。第３噴射気筒は、第２噴射および点火を実行後に第３噴射および第３点火が行われる。

図２は、第２噴射・点火タイミングを説明するための図である。図２に示すように、始動要求があった場合、制御装置１０は着火始動制御を開始して膨張行程にある第１噴射気筒（Ｎｏ１）への燃料噴射および点火を行う。初爆時、第２噴射気筒（Ｎｏ３）は圧縮行程にあるため、制御装置１０は初爆後に第２噴射気筒が膨張行程となった場合に第２噴射および第２点火を実行する。この場合、第２噴射と同時に第２点火が実行される。

ここで、初爆後に第２噴射気筒（Ｎｏ３）が上死点を乗り越えられず、上死点直前（手前）で揺り戻しが発生する場合が考えられる。第２噴射気筒が上死点を乗り越えるためには、第１噴射気筒（Ｎｏ１）を着火したことによる初爆の燃焼トルクが、第２噴射気筒が上死点を乗り越える際に発生する圧縮反力よりも大きい必要がある。仮に初爆の燃焼トルクが圧縮反力よりも小さい場合、初爆後に第２噴射気筒（Ｎｏ３）が上死点を乗り越えられず上死点直前で揺り戻しが発生する。揺り戻しとは、クランク角度が逆方向に変化することを意味する。その揺り戻し発生後に第２点火を実行するとクランクシャフト１ａを逆回転させてしまいエンジン１の再始動が遅れるため、これを回避したい。図３は、第２噴射・点火実行時に回避したいケースを示す図である。

図３に示すように、回避したいケースとして、第２噴射気筒が圧縮行程にあるタイミングで第２噴射を実行し、かつ点火装置への通電を開始した場合、上死点を越えられずに揺り戻しが発生した後に第２点火を実行してしまうケースが挙げられる。このケースでは、揺り戻し発生後に第２噴射気筒が圧縮行程にある状態で第２点火を実行してクランクシャフト１ａを逆回転させてしまう。つまり、誤ったタイミングで点火を行ってしまう。これを回避するために、制御装置１０では上述した図２に示すように第２噴射気筒（Ｎｏ３）への第２噴射・点火タイミングが膨張行程に設定されている。これにより、第１噴射気筒への着火後（初爆後）に第２噴射気筒が上死点を乗り越えられない場合には、圧縮行程にある第２噴射気筒への燃料噴射および点火が実行されない。このように、制御装置１０は、第１噴射気筒に続く第２噴射気筒が初爆の燃焼トルクによって上死点を乗り越えられない場合を考慮した第２噴射・点火の制御を実行する。

図４は、第３噴射・点火タイミングを説明するための図である。図４に示すように、第２噴射・点火を実行後、第３噴射以降は気筒が圧縮行程以前にある状態で燃料噴射を実行する。この場合、制御装置１０は、第２噴射・点火が膨張行程の第２噴射気筒（Ｎｏ３）で実行できたことにより、第２噴射気筒の上死点乗り越えが成功したと判定する。そして、成功と判定された場合に、制御装置１０は、第３噴射以降については気筒｛例えば第３噴射気筒（Ｎｏ４）｝が圧縮行程以前にある状態で燃料噴射する。すなわち、第３噴射以降は通常の噴射制御（噴射タイミング）に戻すように構成されている。

また、第３噴射以降では、膨張行程から圧縮行程へと噴射タイミングを切り替えるため、圧縮行程以前の気筒への噴射を実行する際、噴射抜けする気筒の発生が考えられる。図５は、第３噴射以降に噴射抜けが発生する場合を説明するための図である。図５に示すように、第２噴射・点火タイミングが膨張行程に設定されているため、第２噴射気筒（Ｎｏ３）が膨張行程にある状態での第２噴射・点火実行後では、第３噴射気筒（Ｎｏ４）が圧縮行程にある状態での第３噴射は間に合わない場合がある。この場合、第３噴射以降において圧縮行程以前への噴射抜けが発生する。このように、第３噴射以降の噴射タイミングが第２噴射実行以前に噴射しなければならないようなタイミングに設定されている場合には噴射抜けが発生するため、制御装置１０では、第３噴射以降も膨張行程への燃料噴射および点火を継続することにより噴射抜けが発生しないように制御する。これにより、膨張行程への噴射から、圧縮行程以前への噴射に噴射タイミングを切り替える際に、噴射が抜ける気筒を排除でき、確実なエンジン再始動と始動安定性を確保することができる。

［４．第２噴射・点火の制御方法］
図６は、第２噴射・点火の制御フローを示すフローチャートである。制御装置１０は、着火始動時に図６に示す制御フローを実行する。

図６に示すように、制御装置１０は、第１噴射が膨張行程気筒（第１噴射気筒）で実行済みであるか否かを判定する（ステップＳ１）。第１噴射が膨張行程気筒で実行済みでない場合（ステップＳ１：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。

第１噴射が膨張行程気筒で実行済みである場合（ステップＳ１：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、第１噴射実行後にクランクシャフト１ａが正回転した履歴があるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２では、クランク角センサ２０からの信号に基づいてクランクシャフト１ａの回転方向および回転履歴を判定することができる。第１噴射実行後にクランクシャフト１ａが正回転した履歴がない場合（ステップＳ２：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。

一方、第１噴射実行後にクランクシャフト１ａが正回転した履歴がある場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、第２噴射タイミングを膨張行程に設定し（ステップＳ３）、第２点火を第２噴射後に複数回点火に設定する（ステップＳ４）。

そして、制御装置１０は、第２噴射気筒が噴射範囲内であるか否かを判定する（ステップＳ５）。噴射範囲とは、膨張行程内の所定範囲であって、クランク角度が圧縮行程後上死点よりも膨張行程側にあることを意味する。第２噴射気筒が噴射範囲内である場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、第２噴射気筒への噴射（第２噴射）を実行し（ステップＳ６）、かつ点火指示（第２点火）を行う（ステップＳ７）。

第２噴射気筒が噴射範囲内でない場合（ステップＳ５：Ｎｏ）、制御装置１０は、クランクシャフト１ａが停止または逆回転しているか否かを判定する（ステップＳ８）。クランクシャフト１ａが停止または逆回転していない場合（ステップＳ８：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。

クランクシャフト１ａが停止または逆回転している場合（ステップＳ８：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、第２噴射タイミングを膨張行程に設定したことを取り消し（ステップＳ９）、第２点火を第２噴射後に複数回点火に設定する（ステップＳ１０）。ステップＳ９において、制御装置１０は、第２噴射気筒への第２噴射および点火を中止する。

［５．第３噴射の制御方法］
図７は、第３噴射の制御フローを示すフローチャートである。図７に示すように、制御装置１０は、第２噴射が膨張行程の第２噴射気筒で実行済みであるか否かを判定する（ステップＳ２１）。第２噴射が膨張行程の第２噴射気筒で実行済みでない場合（ステップＳ２１：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。

第２噴射が膨張行程の第２噴射気筒で実行済みである場合（ステップＳ２１：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、第３噴射タイミングを圧縮行程以前に設定する（ステップＳ２２）。そして、制御装置１０は、第３噴射タイミングを既に通過しているか否かを判定する（ステップＳ２３）。第３噴射タイミングを通過している例として、圧縮行程の第３噴射タイミングが膨張行程の第２噴射タイミングよりも早い場合が含まれる。第３噴射タイミングを既に通過していない場合（ステップＳ２３：Ｎｏ）、この制御ルーチンは終了する。

第３噴射タイミングを既に通過している場合（ステップＳ２３：Ｙｅｓ）、制御装置１０は、第３噴射気筒への第３噴射タイミングを膨張行程に設定し（ステップＳ２４）、第３点火を第３噴射後に複数回点火に設定する（ステップＳ２５）。

上述した図７に示す制御フローが実行されることにより、第２噴射気筒が膨張行程の状態で第２噴射・点火を実行された場合、第３噴射以降は圧縮行程以前の噴射時期に設定される。ただし、第２噴射実行時に既に第３噴射時期（膨張行程）を通過している場合は、第４噴射目から圧縮行程噴射とすることとし、第３噴射は膨張行程に噴射し、第３噴射後に複数回の第３点火を行う。

［６．タイムチャート］
図８は、着火始動時の噴射・点火タイミングおよびエンジン回転速度の変化を説明するための図である。図８に示すように、着火始動時、膨張行程の第１噴射気筒についての噴射信号および点火信号が出力される。初爆後、第２噴射は膨張行程に実行されるように、後続気筒の第２噴射気筒についての噴射信号および点火信号が出力される。そして、第２噴射気筒に続く第３噴射気筒に対しては、第３噴射気筒が圧縮行程以前にある状態で第３噴射（第３噴射気筒に対する噴射信号の出力）を実行する。これにより、エンジン回転速度は初爆後に逆回転することなく上昇し、エンジン１を始動させることができる。

図９は、初爆後に後続気筒が上死点を乗り越えられない場合を示す図である。図９に示すように、第１噴射気筒への第１噴射および第１点火を実行後、第２噴射気筒が上死点を乗り越えられず始動失敗となる。この場合、第２噴射タイミングが膨張行程に設定されていることにより、上死点手前で揺り戻された第２噴射気筒への第２噴射が実行されない。これにより、第１噴射を膨張行程の気筒（第１噴射気筒）に実行した場合、後続気筒（第２噴射気筒）が上死点を乗り越えられなかった場合に誤ったタイミングでの点火を防止することが可能になる。そのため、その後のエンジン再始動を速やかに行うことができ、始動応答性の悪化を最小限に抑えることができる。

以上説明した通り、制御装置１０によれば、着火始動のみによってエンジン１を再始動させる場合、後続気筒（第２噴射気筒）が上死点を乗り越えられなかった際に点火（第２点火）によってクランクシャフト１ａが逆回転してしまうことを防止できる。これにより、着火始動時、始動応答性の悪化を抑制できるとともに、始動安定性を確保できる。また、第３噴射以降の噴射タイミングを膨張行程から圧縮行程以前に切り替える際には、噴射が抜ける気筒を排除することができる。

１ エンジン（ＥＮＧ）
７ 始動装置（スタータ）
１０ 制御装置（ＥＣＵ）
２０ クランク角センサ

Claims (1)

1. 内燃機関を自動停止および再始動させることができる車両に搭載され、前記内燃機関を自動停止後に前記内燃機関を再始動させる際、初爆対象となる膨張行程の気筒への燃料噴射および点火を行う着火始動により前記内燃機関を再始動させる着火始動制御を実行する内燃機関の制御装置において、
   前記着火始動制御を実行して前記内燃機関を再始動させる際、前記着火始動により初爆される前記膨張行程の気筒に続く後続気筒においても膨張行程で燃料噴射および点火を行い、
   前記後続気筒は、前記初爆時に上死点よりも前で圧縮行程にある気筒であり、
   前記初爆後に、クランクシャフトが停止または逆回転していると判定された場合には、前記後続気筒への燃料噴射および点火を中止する
   ことを特徴とする内燃機関の制御装置。

Images