JP2009127573A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】エンジン自動停止・始動装置を備えたシステムにおいて、低コスト化の要求を満たしながら、エンジン自動停止の際にエンジン停止を速やかに検出できるようにする。
【解決手段】エンジン自動停止の際にエンジン回転速度が低下する過程で所定回転速度を通過するときのクランク角に基づいて停止判定時間（エンジン回転速度が所定回転速度を通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間）を算出し、エンジン回転速度が所定回転速度を通過してから停止判定時間が経過したときにエンジン１１の回転が停止したと判定することで、エンジン１１の回転が実際に停止するタイミングとほぼ同じタイミングでエンジン１１の回転が停止したと判定する。これにより、エンジン１１の停止を速やかに検出できると共に、エンジン１１の逆転を検出可能な特殊なセンサ等を新たに設ける必要がなく、低コスト化の要求を満たすことができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させ、所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関を自動始動させる内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、車両に搭載される内燃機関においては、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、自動停止・始動装置（いわゆるアイドリングストップ装置）を採用したものがある。この自動停止・始動装置は、運転者が車両を停車させて所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動的に停止させ、その後、運転者が車両を発進させようとする操作を行って所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関を自動的に再始動させるようにしている。

また、特許文献１（特開２００１−２６３１４７号公報）に記載されているように、内燃機関のクランク軸にモータジェネレータを連結した構成のハイブリッド車において、内燃機関の自動停止の際に、内燃機関の回転に連動して回転するモータジェネレータのレゾルバの出力信号に基づいて内燃機関の逆転（クランク軸の逆回転）を検出したときや、クランク角センサからの出力信号（パルス信号）が入力されることなく所定時間（例えば１．５ｓｅｃ）が経過したときに、内燃機関が停止したと判定するようにしたものがある。
特開２００１−２６３１４７号公報（第２頁等）

一般に、内燃機関に設けられたクランク角センサでは、内燃機関の逆転を検出できないため、上記特許文献１に記載されたハイブリッド車では、内燃機関の回転に連動して回転するモータジェネレータのレゾルバを、内燃機関の逆転を検出する逆転検出手段として利用するようにしているが、このような逆転検出手段として利用可能なレゾルバ等のセンサを搭載していない車両では、内燃機関の逆転を検出可能な特殊なセンサ等を新たに設ける必要があり、低コスト化の要求を満たすことができないという問題がある。

また、上記特許文献１のように、クランク角センサからの出力信号が入力されることなく所定時間（例えば１．５ｓｅｃ）が経過したときに内燃機関が停止したと判定する停止判定システムでは、内燃機関が実際に停止しても、クランク角センサからの出力信号が入力されない状態が所定時間継続するまで待たないと、内燃機関の停止が検出されないため、内燃機関の実際の停止タイミングに対して停止検出タイミングが遅れてしまうという問題がある。

また、内燃機関の停止を検出してから自動始動を開始するシステムでは、内燃機関の実際の停止タイミングに対して停止検出タイミングの遅れが大きいと、自動停止の際に内燃機関の回転が停止する前に運転者の発進操作等によって自動始動要求が発生した場合に、自動始動要求が発生してから自動始動を開始するまでの遅れが大きくなってしまい、運転者に違和感（自動始動のもたつき感）を感じさせてしまうという問題がある。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、従って本発明の目的は、内燃機関の自動停止の際に内燃機関の停止を速やかに検出できると共に、低コスト化の要求を満たすことができる内燃機関の制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させ、所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関を自動始動させる内燃機関の制御装置において、内燃機関の自動停止の際に内燃機関の回転速度が低下する過程で所定回転速度を通過するときのクランク角に基づいて内燃機関の回転が停止するまでに要する時間に相当する停止判定時間を停止判定時間算出手段により算出し、内燃機関の自動停止の際に内燃機関の回転速度が所定回転速度を通過してから停止判定時間が経過したときに内燃機関の回転が停止したと停止判定手段により判定するようにしたものである。

本発明者の実験結果によれば、内燃機関が停止する際に内燃機関の回転速度が低下する過程で所定回転速度を通過するときのクランク角と、内燃機関の回転速度が所定回転速度を通過してから内燃機関の回転が停止するまでに要する時間との間には、相関関係があることが判明した。

この相関関係から、内燃機関の自動停止の際に内燃機関の回転速度が所定回転速度を通過するときのクランク角を用いれば、内燃機関の回転速度が所定回転速度を通過してから内燃機関の回転が停止するまでに要する時間に相当する停止判定時間を精度良く算出することができる。このようにして求めた停止判定時間を用いて、内燃機関の回転速度が所定回転速度を通過してから上記停止判定時間が経過したときに内燃機関の回転が停止したと判定することで、内燃機関の回転が実際に停止するタイミングとほぼ同じタイミングで内燃機関の回転が停止したと判定することができ、内燃機関の停止を速やかに検出することができる。しかも、内燃機関の逆転を検出可能な特殊なセンサ等を新たに設ける必要がないため、低コスト化の要求も満たすことができる。

ところで、内燃機関が停止する際のスロットル開度によってポンピング損失や筒内圧が変化して、内燃機関の回転速度が所定回転速度を通過してから内燃機関の回転が停止するまでに要する時間が変化する。

そこで、請求項２のように、停止判定時間をスロットル開度に応じて補正するようにしても良い。このようにすれば、内燃機関が停止する際のスロットル開度に応じて、内燃機関の回転速度が所定回転速度を通過してから内燃機関の回転が停止するまでに要する時間が変化するのに対応して、停止判定時間を適正に補正することができる。これにより、内燃機関が停止する際のスロットル開度に左右されずに停止判定時間を精度良く設定することができ、内燃機関の停止判定精度を更に向上させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいてエンジン制御システム全体の概略構成を説明する。

内燃機関であるエンジン１１の吸気管１２の最上流部には、エアクリーナ１３が設けられ、このエアクリーナ１３の下流側に、吸入空気量を検出するエアフローメータ１４が設けられている。このエアフローメータ１４の下流側には、モータ１５によって開度調節されるスロットルバルブ１６と、このスロットルバルブ１６の開度（スロットル開度）を検出するスロットル開度センサ１７とが設けられている。

更に、スロットルバルブ１６の下流側には、サージタンク１８が設けられ、このサージタンク１８に、吸気管圧力を検出する吸気管圧力センサ１９が設けられている。また、サージタンク１８には、エンジン１１の各気筒に空気を導入する吸気マニホールド２０が設けられ、各気筒の吸気マニホールド２０の吸気ポート近傍に、それぞれ燃料を噴射する燃料噴射弁２１が取り付けられている。また、エンジン１１のシリンダヘッドには、各気筒毎に点火プラグ２２が取り付けられ、各点火プラグ２２の火花放電によって筒内の混合気に着火される。

一方、エンジン１１の排気管２３には、排出ガスの空燃比又はリッチ／リーン等を検出する排出ガスセンサ２４（空燃比センサ、酸素センサ等）が設けられ、この排出ガスセンサ２４の下流側に、排出ガスを浄化する三元触媒等の触媒２５が設けられている。

また、エンジン１１のシリンダブロックには、冷却水温を検出する冷却水温センサ２６や、ノッキング振動を検出するノックセンサ２９が取り付けられている。また、クランク軸２７の外周側には、クランク軸２７が所定クランク角回転する毎にパルス信号を出力するクランク角センサ２８が取り付けられ、このクランク角センサ２８の出力信号に基づいてクランク角やエンジン回転速度が検出される。

これら各種センサの出力は、制御回路（以下「ＥＣＵ」と表記する）３０に入力される。このＥＣＵ３０は、マイクロコンピュータを主体として構成され、内蔵されたＲＯＭ（記憶媒体）に記憶された各種のエンジン制御プログラムを実行することで、エンジン運転状態に応じて燃料噴射弁２１の燃料噴射量や点火プラグ２２の点火時期を制御する。

また、ＥＣＵ３０は、後述する図２及び図３のエンジン自動停止・始動制御用の各ルーチンを実行することで、エンジン運転中で且つ停車中に自動停止条件が成立したときに、燃料噴射及び点火を停止させてエンジン１１を自動的に停止させる停止制御を実行し、エンジン停止中で且つ運転者が車両を発進させようとする操作を行って自動始動条件が成立したときに、エンジン１１を自動的に再始動させる始動制御を実行する。

その際、ＥＣＵ３０は、エンジン自動停止の際にエンジン回転速度ＮＥが低下する過程で所定回転速度Ｋ（例えば２００ｒｐｍ）を通過するときのクランク角ＣＲＮＫ0 に基づいて停止判定時間ＤＬＹ（エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間）を算出し、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してから停止判定時間ＤＬＹが経過したときにエンジン１１の回転が停止したと判定する。

本発明者の実験結果によると、エンジン１１が停止する際にエンジン回転速度ＮＥが低下する過程で所定回転速度Ｋを通過するときのクランク角ＣＲＮＫ0 と、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間との間には、相関関係があることが判明した。

従って、エンジン１１の自動停止の際にエンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過するときのクランク角ＣＲＮＫ0 を用いれば、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間に相当する停止判定時間ＤＬＹを精度良く算出することができる。このようにして求めた停止判定時間ＤＬＹを用いて、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してから停止判定時間ＤＬＹが経過したときにエンジン１１の回転が停止したと判定することで、エンジン１１の回転が実際に停止するタイミングとほぼ同じタイミングでエンジン１１の回転が停止したと判定することができる。

以下、ＥＣＵ３０が実行する図２及び図３のエンジン自動停止・始動制御用の各ルーチンの処理内容を説明する。
［エンジン自動停止・始動制御ルーチン］
図２に示すエンジン自動停止・始動制御ルーチンは、ＥＣＵ３０の電源オン中に所定周期で実行される。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ１０１で、エンジン運転中であるか否かを判定し、次のステップ１０２で、自動停止要求が発生したか否かを判定する。ここで、自動停止要求は、例えば、ブレーキペダルが踏まれた状態で且つ車両が停止した状態が所定時間継続したときに発生する。

上記ステップ１０１でエンジン運転中ではないと判定された場合、又は、上記ステップ１０２で自動停止要求が発生していないと判定された場合には、ステップ１０３、１０４の処理を飛び越してステップ１０５に進む。

一方、上記ステップ１０１でエンジン運転中であると判定され、且つ、上記ステップ１０２で自動停止要求が発生したと判定された場合には、自動停止条件が成立したと判断して、ステップ１０３に進み、燃料噴射及び点火を停止させてエンジン１１を自動的に停止させる停止制御を実行する。

この後、ステップ１０４に進み、後述する図３のエンジン停止判定ルーチンを実行して、エンジン１１の回転が停止したと判定したときにエンジン停止判定フラグＥＮＳＴを「１」にセットする。

この後、ステップ１０５に進み、自動始動要求が発生したか否かを判定する。ここで、自動始動要求は、例えば、アクセルペダルが踏まれたとき、ブレーキペダルの踏み込みが解除されたとき、シフトレバーがＰレンジからＤレンジにシフトされたとき等に発生する。この後、ステップ１０６に進み、エンジン停止中であるか否かを、エンジン停止判定フラグＥＮＳＴが「１」にセットされているか否かによって判定する。

上記ステップ１０５で自動始動要求が発生していないと判定された場合、又は、上記ステップ１０６でエンジン停止中ではない（ＥＮＳＴ＝０）と判定された場合には、ステップ１０７の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。

一方、上記ステップ１０５で自動始動要求が発生したと判定され、且つ、上記ステップ１０６でエンジン停止中である（ＥＮＳＴ＝１）と判定された場合には、自動始動条件が成立したと判断して、ステップ１０７に進み、エンジン１１を自動的に再始動させる始動制御を実行する。

［エンジン停止判定ルーチン］
図３に示すエンジン停止判定ルーチンは、前記図２のエンジン自動停止・始動制御ルーチンのステップ１０４で実行されるサブルーチンである。本ルーチンが起動されると、まず、ステップ２０１で、各種の運転パラメータ（エンジン回転速度ＮＥ、クランク角ＣＲＮＫ、スロットル開度ＴＡ等）を読み込む。

この後、ステップ２０２に進み、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋ（例えば２００ｒｐｍ）よりも低くなったか否かによって、エンジン自動停止の際にエンジン回転速度ＮＥが低下する過程で所定回転速度Ｋを通過したか否かを判定する。

このステップ２０２で、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋ以上であると判定された場合には、まだエンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過していないと判断して、ステップ２０３に進み、マップ検索完了フラグＦを「０」にリセット又は維持すると共に、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過した後の経過時間をカウントするためのカウンタＣＮＴのカウント値を「０」にリセット又は維持する。このカウンタＣＮＴは、所定時間毎にオートインクリメントされるカウンタである。

その後、上記ステップ２０２で、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋよりも低いと判定された場合には、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過したと判断して、ステップ２０４に進み、マップ検索完了フラグＦが「０」であるか否かを判定する。

エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過した直後の１回目は、マップ検索完了フラグＦが「０」であるため、このステップ２０４でマップ検索完了フラグＦが「０」であると判定されて、ステップ２０５に進み、現在のクランク角ＣＲＮＫを所定回転速度通過時のクランク角ＣＲＮＫ0 （エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過したときのクランク角）とする。

この後、ステップ２０６に進み、図４に示す停止判定時間ＤＬＹのマップを参照して、所定回転速度通過時のクランク角ＣＲＮＫ0 に応じた停止判定時間ＤＬＹ（エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間）を算出する。このステップ２０６の処理が特許請求の範囲でいう停止判定時間算出手段としての役割を果たす。

図４に示す停止判定時間ＤＬＹのマップは、予め実験データや設計データ等に基づいて設定され、ＥＣＵ３０のＲＯＭに記憶されている。尚、図４は、４気筒エンジンの場合の停止判定時間ＤＬＹのマップの一例を示したものであり、４気筒エンジンでは１８０℃Ａ毎に圧縮行程を迎えて１８０℃Ａ周期で停止判定時間ＤＬＹが変化するため、０〜１８０℃Ａの範囲の停止判定時間ＤＬＹのみを図示している。

ところで、エンジン１１が停止する際のスロットル開度ＴＡによってポンピング損失や筒内圧が変化して、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間が変化する。

そこで、図４に示す停止判定時間ＤＬＹのマップは、スロットル開度ＴＡの領域毎に設定され、例えば、スロットル開度ＴＡが所定開度Ａよりも小さい場合には、図４中に実線αで示すマップを選択して停止判定時間ＤＬＹを算出し、スロットル開度ＴＡが所定開度Ａ以上の場合には、図４中に点線βで示すマップを選択して停止判定時間ＤＬＹを算出することで、スロットル開度ＴＡに応じて停止判定時間ＤＬＹを補正する。これにより、エンジン１１が停止する際のスロットル開度ＴＡに応じて、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間が変化するのに対応して、停止判定時間ＤＬＹを適正に補正する。更に、冷却水温や油温等の温度情報に応じて停止判定時間ＤＬＹを補正するようにしても良い。

このようにして、停止判定時間ＤＬＹを設定した後、ステップ２０７に進み、カウンタＣＮＴのカウント値を「０」にリセット又は維持すると共に、マップ検索完了フラグＦを「１」にセットする。

このステップ２０７で、マップ検索完了フラグＦを「１」にセットした後は、上記ステップ２０４で、マップ検索完了フラグＦが「０」ではないと判定されて、上記ステップ２０５〜２０７の処理を飛び越してステップ２０８に進む。

このステップ２０８では、カウンタＣＮＴのカウント値（エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過した後の経過時間）が停止判定時間ＤＬＹ以上であるか否かによって、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してから停止判定時間ＤＬＹが経過したか否かを判定する。

このステップ２０８で、カウンタＣＮＴのカウント値が停止判定時間ＤＬＹに達していないと判定された場合には、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してから停止判定時間ＤＬＹが経過していないと判断して、ステップ２０９に進み、まだエンジン１１の回転が停止していないと判定して、エンジン停止判定フラグＥＮＳＴを「０」に維持する。

その後、上記ステップ２０８で、カウンタＣＮＴのカウント値が停止判定時間ＤＬＹ以上であると判定されたときに、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してから停止判定時間ＤＬＹが経過したと判断して、ステップ２１０に進み、エンジン１１の回転が停止したと判定して、エンジン停止判定フラグＥＮＳＴを「１」にセットする。

これらのステップ２０８〜２１０の処理が特許請求の範囲でいう停止判定手段としての役割を果たす。

以上説明した本実施例では、エンジン自動停止の際にエンジン回転速度ＮＥが低下する過程で所定回転速度Ｋを通過するときのクランク角ＣＲＮＫ0 に基づいてエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間に相当する停止判定時間ＤＬＹを算出し、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してから停止判定時間ＤＬＹが経過したときにエンジン１１の回転が停止したと判定するようにしたので、エンジン１１の回転が実際に停止するタイミングとほぼ同じタイミングでエンジン１１の回転が停止したと判定することができ、エンジン１１の停止を速やかに検出することができる。しかも、エンジン１１の逆転を検出可能な特殊なセンサ等を新たに設ける必要がないため、低コスト化の要求も満たすことができる。

また、エンジン１１の停止を検出してからエンジン１１の自動始動を開始するシステムでは、エンジン１１の実際の停止タイミングに対して停止検出タイミングの遅れが大きいと、自動停止の際にエンジン１１の回転が停止する前に自動始動要求が発生した場合に、自動始動要求が発生してから自動始動を開始するまでの遅れが大きくなってしまい、運転者に違和感（自動始動のもたつき感）を感じさせてしまうが、本実施例では、エンジン１１の実際の停止タイミングに対する停止検出タイミングの遅れを小さくする（又はほぼ０とする）ことができるため、自動始動要求が発生してから自動始動を開始するまでの遅れを小さくすることができ、運転者に違和感（自動始動のもたつき感）を感じさせずに済む。

更に、本実施例では、スロットル開度ＴＡに応じて停止判定時間ＤＬＹを補正するようにしたので、エンジン１１が停止する際のスロットル開度ＴＡに応じて、エンジン回転速度ＮＥが所定回転速度Ｋを通過してからエンジン１１の回転が停止するまでに要する時間が変化するのに対応して、停止判定時間ＤＬＹを適正に補正することができる。これにより、エンジン１１が停止する際のスロットル開度に左右されずに停止判定時間ＤＬＹを精度良く設定することができ、エンジン１１の停止判定精度を更に向上させることができる。

しかしながら、エンジン１１が停止する際のスロットル開度が毎回ほぼ同じ開度になる場合やスロットル開度ＴＡの影響が小さい場合には、図５に示す停止判定時間ＤＬＹのマップを参照して、所定回転速度通過時のクランク角ＣＲＮＫ0 に応じた停止判定時間ＤＬＹを算出することで、スロットル開度ＴＡに応じた停止判定時間ＤＬＹの補正を省略するようにしても良い。

また、上記実施例では、エンジン１１のみを動力源とする車両に本発明を適用したが、エンジンとモータを動力源とするハイブリッド車に本発明を適用しても良く、要は、自動停止条件が成立したときにエンジンを自動停止させ、自動始動条件が成立したときにエンジンを自動始動させるエンジン自動停止・始動装置を搭載した車両に広く適用して実施できる。

本発明の一実施例におけるエンジン制御システム全体の概略構成図である。 エンジン自動停止・始動制御ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 エンジン停止判定ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。 スロットル開度に応じた補正有りの場合の停止判定時間のマップ（４気筒エンジン）の一例を概念的に示す図である。 スロットル開度に応じた補正無しの場合の停止判定時間のマップ（４気筒エンジン）の一例を概念的に示す図である。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…吸気管、１６…スロットルバルブ、１７…スロットル開度センサ、２１…燃料噴射弁、２２…点火プラグ、２３…排気管、２８…クランク角センサ、３０…ＥＣＵ（停止判定時間算出手段，停止判定手段）

Claims (2)

1. 所定の自動停止条件が成立したときに内燃機関を自動停止させ、所定の自動始動条件が成立したときに内燃機関を自動始動させる内燃機関の制御装置において、
   内燃機関の自動停止の際に内燃機関の回転速度が低下する過程で所定回転速度を通過するときのクランク角に基づいて内燃機関の回転が停止するまでに要する時間に相当する停止判定時間を算出する停止判定時間算出手段と、
   内燃機関の自動停止の際に内燃機関の回転速度が前記所定回転速度を通過してから前記停止判定時間が経過したときに内燃機関の回転が停止したと判定する停止判定手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記停止判定時間算出手段は、前記停止判定時間をスロットル開度に応じて補正することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の制御装置。

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