JP7302751B2 - 内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関する。

アイドル運転中に所定の自動停止条件が成立すると内燃機関を自動停止し、自動停止中に所定の自動再始動条件が成立すると内燃機関を自動再始動する内燃機関のアイドルストップ制御が従来から知られている。

例えば、特許文献１においては、内燃機関を自動停止させた後機関回転速度がゼロまで降下する際の回転降下期間において機関回転速度が内燃機関の共振帯域（共振域）を含む所定回転速度域にあると判定されると、モータジェネレータにより内燃機関のクランクシャフトに逆回転側のトルクである逆トルクを付与して機関回転速度の降下速度を大きくしている。

特許文献１においては、機関回転速度が所定回転速度域にあるときに、モータジェネレータの力行駆動または回生発電により内燃機関に逆トルクを付与し、機関回転速度の降下速度を大きくすることで、機関回転速度が共振帯域を通過する時間を短縮させている。

特許文献１においては、内燃機関に逆トルクを付与するにあたって、各種パラメータに基づいて、モータジェネレータの力行駆動を行うか、回生発電を行うかを判断している。

しかしながら、共振帯域を通過する際のような機関回転速度が低い場合には、モータジェネレータでの発電がほとんどできない。そのため、特許文献１においては、共振帯域を含む所定回転速度域において十分な逆トルクを内燃機関に付与することができず、機関回転速度を素早く低下させることができない虞がある。

そのため、特許文献１は、内燃機関の自動停止時、機関回転速度が共振帯域を通過する際の振動を抑制できない虞がある。

特開２０１７－２０３４０１号公報

本発明の内燃機関は、内燃機関の自動停止による機関回転速度低下中に内燃機関の再始動要求があった場合、機関回転速度が燃料噴射のみで再始動可能となる所定の回転速度閾値以上であれば燃料噴射の再開により内燃機関を始動し、内燃機関の機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低ければ電動機を用いて内燃機関のクランクシャフトを回転させて始動する。そして、自動停止による内燃機関の機関回転速度低下中に機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低くなると、機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低くなる前に比べて筒内への空気量を減じる。

機関回転速度が所定の回転速度閾値以上の場合は、筒内の空気量を確保して燃料噴射の再開による内燃機関の始動（燃焼始動）に備えることができる。

そして、機関回転速度が所定の回転速度閾値よりも低い場合は、筒内への空気量（吸入空気量）を減らすことで圧縮反力を減らし、内燃機関の回転変動を抑制することができる。内燃機関は、筒内への空気量減による圧縮反力の減少により、機関回転速度が内燃機関の所定の共振帯域を通過する際の振動を抑制することができる。

本発明が適用される内燃機関のシステム構成の概略を模式的に示した説明図。 自動停止条件の成立後の内燃機関の制御状態を示すタイミングチャート。 本発明に係る内燃機関の制御の流れを示すフローチャート。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明が適用される内燃機関１のシステム構成の概略を模式的に示した説明図である。

内燃機関１は、例えば多気筒の火花点火式ガソリン機関であり、自動車等の車両に搭載されるものである。内燃機関１は、例えば、クランクシャフト２の回転を駆動力として車両の駆動輪に伝達するものである。なお、内燃機関１は、ディーゼル機関であってもよい。

内燃機関１の各気筒には、吸気通路３の一部をなすコレクタ４を介して吸気が分配されている。コレクタ４の上流側には、内燃機関１の吸入空気量を調整する電動のスロットル弁５が配置されている。スロットル弁５は、筒内に供給される空気量を調整可能な空気量調整部に相当とするものであり、吸気通路３に設けられるものであり、コレクタ４よりも上流側に位置している。

内燃機関１は、燃料噴射弁（図示せず）や点火プラグ（図示せず）を有するものである。燃料噴射弁の燃料噴射量、燃料噴射弁の燃料噴射時期、点火プラグの点火時期、燃料噴射弁に供給される燃料の圧力等は、後述するコントロールユニット２１によって最適に制御される。

内燃機関１は、車載バッテリへの充電等のために発電するオルタネータ６、エアコン（エアコンディショナ）のコンプレッサ７等を駆動する。

ここで、オルタネータ６は、いわゆるモータジェネレータであり、力行運転することで内燃機関１のクランクシャフト２を駆動することが可能なものである。つまり、オルタネータ６は、クランクシャフト２を回転させて内燃機関１を始動（クランキング）させることが可能な電動機に相当するものである。

オルタネータ６、エアコン等の補機類の駆動要求があり、これらの補機類を駆動する場合には、内燃機関１に補機負荷が作用することになり、内燃機関１の負荷が増加することになる。

オルタネータ６、エアコン等の内燃機関１によって駆動される補機類は、ベルト８及びクランクプーリ９を介して伝達されるクランクシャフト２の回転を動力源としている。クランクプーリ９は、クランクシャフト２の端部に一体に取り付けられている。ベルト８は、クランクプーリ９と補機側のプーリ１０とに巻き掛けられている。

内燃機関１とエアコンのコンプレッサ７との間には、エアコン用の電磁クラッチ１１が設けられている。すなわち、クランクシャフト２の回転が伝達される補機側プーリ１０とエアコンのコンプレッサ７との間には、エアコン用の電磁クラッチ１１が設けられている。

内燃機関１は、エアコン用の電磁クラッチ１１を解放することでエアコンのコンプレッサ７から切り離された状態となる。エアコン用の電磁クラッチ１１は、コントロールユニット２１からの指令により、エアコンを使用しない場合に解放される。つまり、内燃機関１は、エアコンを使用しない場合、エアコン用の電磁クラッチ１１が解放され、エアコンのコンプレッサ７分の負荷が低減される。

なお、内燃機関１によって駆動される各種補機類のうちエアコンのように自身の停止時に内燃機関１と切り離すと内燃機関１の負荷を低減できるものにおいては、内燃機関１との間に電磁クラッチを設け、自身の停止時に電磁クラッチを解放するようにしてもよい。

コントロールユニット２１には、クランクシャフト２のクランク角を検出するクランク角センサ２２、アクセルペダル（図示せず）の踏込量を検出するアクセル開度センサ２３、車両の車速を検出する車速センサ２４、ブレーキペダル（図示せず）の踏み込み量を検出するブレーキセンサ２５、内燃機関１の排気通路（図示せず）に設けられた排気浄化用触媒（図示せず）の触媒温度を検出する触媒温度センサ２６、コレクタ４内の圧力（空気圧）を検出する圧力センサ２７等の各種センサ類の検出信号が入力されている。

コントロールユニット２１は、アクセル開度センサ２３の検出値を用いて、内燃機関１の要求負荷（エンジン負荷）を算出する。

また、コントロールユニット２１は、車載バッテリ（図示せず）の充電容量に対する充電残量の比率であるＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）を検出可能となっている。つまり、コントロールユニット２１は、バッテリＳＯＣ検出部に相当する。

クランク角センサ２２は、内燃機関１の機関回転速度（機関回転数）を検出可能なものである。

内燃機関１は、車両の走行時もしくは車両の停止時に、所定の自動停止条件が成立すると、燃料供給を停止して自動停止する。そして、内燃機関１は、自動停止中に所定の自動再始動条件が成立すると再始動する。つまり、コントロールユニット２１は、所定の自動停止条件が成立すると内燃機関１を自動停止し、所定の自動再始動条件が成立すると内燃機関１を自動再始動する。

内燃機関１の自動停止条件は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれていない状態であること、車載バッテリのバッテリＳＯＣが所定のバッテリ閾値ＳＯＣｔｈよりも大きいこと、排気浄化用触媒の触媒温度が所定の第１触媒温度閾値Ｔ１よりも高いこと等である。

内燃機関１は、これらの自動停止条件が全て成立した場合に自動停止する。換言すれば、コントロールユニット２１は、内燃機関１の運転中にこれらの自動停止条件が全て成立すると内燃機関１を自動停止させる。つまり、コントロールユニット２１は、所定の自動停止条件が成立すると燃料噴射を停止して内燃機関１を自動停止する第１制御部に相当する。

内燃機関１の自動再始動条件は、例えば、アクセルペダルが踏み込まれた状態であること、車載バッテリのバッテリＳＯＣが所定のバッテリ閾値ＳＯＣｔｈ以下であること、排気浄化用触媒の触媒温度が所定の第１触媒温度閾値Ｔ１以下であること等である。

内燃機関１は、自動停止中に再始動要求があると再始動する。換言すれば、コントロールユニット２１は、内燃機関１の自動停止中にこれらの自動再始動条件のいずれかが成立すると内燃機関１を再始動させる。例えば、自動停止中の内燃機関１は、車載バッテリのバッテリＳＯＣが所定値としてのバッテリ閾値ＳＯＣｔｈ以下になると再始動する。

内燃機関１の自動停止として、例えば、アイドルストップ、コーストストップ及びセーリングストップがある。

アイドルストップは、車両の一時停止時に、例えば上記のような自動停止条件が成立した場合に実施される。また、アイドルストップは、例えば上記のような自動再始動条件のいずれかが成立すると解除される。

コーストストップは、車両の走行中に、例えば上記のような自動停止条件が成立した場合に実施される。また、コーストストップは、例えば上記のような自動再始動条件のいずれかが成立すると解除される。なお、コーストストップとは、例えば、低車速でブレーキペダルが踏み込まれた状態の減速中に内燃機関１を自動停止することである。

セーリングストップは、車両の走行中に、例えば上記のような自動停止条件が成立した場合に実施される。また、セーリングストップは、例えば上記のような自動再始動条件のいずれかが成立した場合に解除される。なお、セーリングストップとは、例えば中高車速でブレーキペダルが踏まれていない惰性走行中に内燃機関１を自動停止することである。

コントロールユニット２１は、自動停止による内燃機関１の機関回転速度低下中に内燃機関１の再始動要求があった場合、内燃機関１の機関回転速度が燃料噴射のみで再始動可能となる所定の燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１（回転速度閾値）以上であれば燃料噴射の再開により内燃機関１を始動（燃焼始動）し、内燃機関１の機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも低ければオルタネータ６を用いてクランクシャフト２を回転駆動して内燃機関１を始動（クランキング）する。さらに、コントロールユニット２１は、自動停止による内燃機関１の機関回転速度低下中に機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも低くなると、機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも低くなる前に比べて筒内への空気量を減じるようスロットル弁５を制御する。つまり、コントロールユニット２１は、第２制御部に相当する。燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１は、例えば６００ｒｐｍ程度の値となる。

これによって、内燃機関１は、自動停止条件の成立後、機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１以上の場合は、筒内の空気量を確保して燃料噴射の再開による内燃機関１の始動（燃焼始動）に備えることができる。

一方、内燃機関１は、自動停止条件の成立後、機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも低い場合は、筒内への空気量（吸入空気量）を減らすことで圧縮反力を減らし、内燃機関１の回転変動を抑制することができる。内燃機関１は、筒内への空気量減による圧縮反力の減少により、機関回転速度が内燃機関１の所定の共振帯域（共振域）を通過する際の振動を抑制することができる。

この共振帯域は、内燃機関１のアイドリング時の機関回転速度よりも低い回転速度範囲（例えば機関回転速度が３００～５００ｒｐｍ）に対応している。つまり、内燃機関１の動力伝達系には、機関回転速度が機関共振回転速度上限値Ｒ_Uと機関共振回転速度下限値Ｒ_Lとの間の範囲にあるときに共振が発生する共振帯域が存在する。

また、コントロールユニット２１は、オルタネータ６での発電中やエアコンの使用中に内燃機関１を自動停止する場合、オルタネータ６での発電やエアコンの使用を停止し、かつオルタネータ６での発電やエアコンの使用を停止する前に比べて筒内への空気量を減じるようにスロットル弁５を制御する。すなわち、コントロールユニット２１は、内燃機関１のクランクシャフト２の回転により駆動される補機が作動している状態で内燃機関１を自動停止する場合、これらの補機を停止し、かつ当該補機を停止する前に比べて筒内への空気量を減じるようにスロットル弁５を制御する。

スロットル弁５を閉じて筒内への空気量（吸入空気量）を減らす場合、筒内への空気量の応答性や機関回転速度の減速度によっては、機関回転速度が内燃機関１の共振帯域を通過する前に筒内への空気量を十分に減らせない可能性がある。

そこで、内燃機関１を自動停止する際には、オルタネータ６やエアコン等の補機を停止することで燃焼始動に必要な空気量を減らすことで、機関回転速度が内燃機関１の所定の共振帯域を通過する前により早く筒内への空気量を減らすことができる。

コントロールユニット２１は、機関回転速度が内燃機関１の所定の共振帯域を通過後は、機関回転速度が内燃機関１の所定の共振帯域を通過しているときよりも筒内への空気量を増加させる。すなわち、コントロールユニット２１は、機関回転速度が機関共振回転速度下限値Ｒ_L以下となると、機関回転速度が機関共振回転速度上限値Ｒ_Uと機関共振回転速度下限値Ｒ_Lの間にあるときよりも筒内への空気量を増加させる。

機関回転速度が内燃機関１の共振帯域を通過後は、圧縮反力による振動の影響が小さくなる。そこで、機関回転速度が内燃機関１の共振帯域を通過後は、スロットル弁５を開いて筒内への空気量を内燃機関１の始動に必要な空気量に戻すことで、内燃機関１の再始動要求が発生したときに素早く内燃機関１を始動させることができる。

図２は、自動停止条件の成立後の内燃機関１の制御状態を示すタイミングチャートである。

図２においては、自動停止条件が時刻ｔ１において成立している。内燃機関１の自動停止は、時刻ｔ１において許可される。内燃機関１の自動停止が許可されと、内燃機関１は、燃料噴射弁からの燃料噴射を停止する。

機関回転速度は、図２において、時刻ｔ１以降漸次低下し、内燃機関１の共振帯域を通過して時刻ｔ６において「０」となっている。機関回転速度は、時刻ｔ２において燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１となっている。機関回転速度は、時刻ｔ３において内燃機関１の共振帯域に入り、時刻ｔ４において内燃機関１の共振帯域から抜け出している。

エアコン用の電磁クラッチ１１（Ａ／Ｃクラッチ）は、図２において、自動停止条件が成立した時刻ｔ１において解放される。

オルタネータ（ＡＬＴ）６は、図２において、自動停止条件が成立した時刻ｔ１以降、発電停止（無発電）としている。

スロットル弁５は、自動停止条件が成立すると、オルタネータ６の発電停止及びエアコンの停止による補機負荷の低減分に応じて閉弁する。つまり、スロットル弁５は、時刻ｔ１において、自動停止条件の成立にともない停止された補機の内燃機関１に対する負荷（補機負荷）の低減分だけスロット開度を閉弁する。

そして、スロットル弁５は、機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも低くなる時刻ｔ２以降は、機関回転速度が内燃機関１の共振帯域を抜け出す時刻ｔ４まで全閉となるように制御される。つまり、スロットル弁５は、自動停止条件の成立にともなう内燃機関１の機関回転速度低下中に機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも低くなると、機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも低くなる前に比べて筒内への空気量を減じるように制御される。

スロットル弁５は、時刻ｔ４において、所定の大開度である所定の第１スロットル開度Ｏ１となるよう制御される。第１スロットル開度Ｏ１は、内燃機関１の始動時に設定される始動時スロットル開度Ｏｓよりも大きい開度である。

つまり、スロットル弁５は、内燃機関１の機関回転速度が共振帯域を通過後は、内燃機関１の機関回転速度が共振帯域を通過しているときよりも筒内への空気量が増加するよう制御される。

スロットル弁５は、時刻ｔ５においてコレクタ４内の空気圧が大気圧に達すると始動時スロットル開度Ｏｓとなるよう制御される。

図３は、上述した実施例における内燃機関１の制御の流れを示すフローチャートである。

ステップＳ１では、内燃機関１の自動停止条件が成立して内燃機関１の自動停止が開始されたか否かを判定する。ステップＳ１において内燃機関１の自動停止が開始された場合は、ステップＳ２へ進む。ステップＳ１において内燃機関１の自動停止が開始されていない場合は、今回のルーチンを終了する。

ステップＳ２では、オルタネータ６やエアコン等の補機を停止し、補機負荷をカット（低減）する。

ステップＳ３では、補機負荷の低減分に応じてスロットル弁５を閉じる。補機負荷の低減分が大きいほどスロットル弁５の閉じ量は大きくなる。

ステップＳ４では、機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも小さいか否かを判定する。ステップＳ４において機関回転速度が燃焼リカバー可能回転速度閾値Ｒ１よりも小さい場合には、ステップＳ５へ進む。

ステップＳ５では、スロットル弁５を全閉にする。

ステップＳ６では、機関回転速度が機関共振回転速度下限値Ｒ_L以下であるか否かを判定する。ステップＳ６において機関回転速度が機関共振回転速度下限値Ｒ_L以下の場合には、ステップＳ７へ進む。

ステップＳ７では、再始動に備えてコレクタ４内の圧力（空気圧）が大気圧となるようスロットル弁５を所定の大開度である第１スロットル開度Ｏ１とする。

ステップＳ８では、コレクタ４内の圧力（空気圧）が大気圧になった否かを判定する。ステップＳ８においてコレクタ４内の圧力（空気圧）が大気圧である場合には、ステップＳ９へ進む。

ステップＳ９では、スロットル弁５を始動時スロットル開度Ｏｓとする。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

上述した実施例においては、スロットル弁５の開度を制御して内燃機関１を自動停止した際に筒内への空気量を減じているが、内燃機関１が吸気弁のバルブタイミングを変更可能な可変動弁機構を備えている場合には、この可変動弁機構を用いて筒内への空気量を減じるようにしてもよい。すなわち、筒内に供給される空気量を調整する空気量調整部として可変動弁機構を用いてもよい。

運転者のイグニッションキー操作による内燃機関１の通常始動時においては、オルタネータ６を用いて内燃機関１を始動してもよいが、オルタネータ６とは異なる専用のスタータモータにより内燃機関１を始動するようにしてもよい。
つまり、内燃機関１は、オルタネータ６とは異なる専用のスタータモータを備えていてもよい。

なお、上述した実施例は、内燃機関の制御方法及び内燃機関の制御装置に関するものである。

Claims (5)

1. 所定の自動停止条件が成立すると燃料噴射を停止して内燃機関を自動停止し、この自動停止による内燃機関の機関回転速度低下中に内燃機関の再始動要求があった場合、内燃機関の機関回転速度が燃料噴射のみで再始動可能となる所定の回転速度閾値以上であれば燃料噴射の再開により内燃機関を始動し、内燃機関の機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低ければ電動機を用いて内燃機関のクランクシャフトを回転させて始動し、
   自動停止による内燃機関の機関回転速度低下中に機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低くなると、機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低くなる前に比べて筒内への空気量を減じるよう筒内に供給される空気量を調整可能な空気量調整部を制御する内燃機関の制御方法。
2. 補機が作動している状態で内燃機関を自動停止する場合、上記補機を停止し、かつ当該補機を停止する前に比べて筒内への空気量を減じる請求項１に記載の内燃機関の制御方法。
3. 機関回転速度が内燃機関の所定の共振帯域を通過後は、機関回転速度が上記共振帯域を通過しているときよりも筒内への空気量を増加させる請求項１または２に記載の内燃機関の制御方法。
4. クランクシャフトを回転させて内燃機関を始動させることが可能な電動機と、
   筒内に供給される空気量を調整可能な空気量調整部と、
   所定の自動停止条件が成立すると燃料噴射を停止して内燃機関を自動停止する第１制御部と、
   自動停止による内燃機関の機関回転速度低下中に内燃機関の再始動要求があった場合に、内燃機関の機関回転速度が燃料噴射のみで再始動可能となる所定の回転速度閾値以上であれば燃料噴射の再開により内燃機関を始動し、内燃機関の機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低ければ上記電動機を用いて内燃機関を始動する第２制御部と、を有し、
   上記第２制御部は、自動停止による内燃機関の機関回転速度低下中に機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低くなると、機関回転速度が上記回転速度閾値よりも低くなる前に比べて筒内への空気量を減じるよう上記空気量調整部を制御する内燃機関の制御装置。
5. 上記回転速度閾値は、内燃機関の共振が発生する回転速度よりも高い請求項１～３のいずれかに記載の内燃機関の制御方法。

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