JP2009222002A

JP2009222002A - ディーゼルエンジンの自動停止装置

Info

Publication number: JP2009222002A
Application number: JP2008069120A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Tetsuno; 雅之鐵野
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2008-03-18
Filing date: 2008-03-18
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-18
Also published as: JP5040754B2

Abstract

【課題】所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジン１０を自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに該エンジン１０を再始動させるディーゼルエンジンの自動停止装置において、エンジン１０を自動停止させたときの筒内温度の低下を抑制して、グロープラグ１８の使用頻度を出来る限り低減できるようにする。
【解決手段】吸気弁駆動手段２６Ａによる吸気弁２６の作動状態を制御する吸気弁作動制御部１０３によって、エンジン１０への燃料供給停止から実際に該エンジン１０が停止完了するまでのエンジン停止過程の前半期間では、吸気弁２６の開弁を抑制する一方、該エンジン停止過程の後半期間では、吸気弁２６の開弁を許容する。
【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ディーゼルエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに該ディーゼルエンジンを再始動させるようにしたディーゼルエンジンの自動停止装置に関する技術分野に属する。

従来より、燃費低減及びＣＯ_２排出量抑制等を目的として、アイドル時等の所定の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るようにしている。そして、このようなエンジンの自動停止を行う場合には、エンジンの再始動が必要になるが、この再始動は確実にかつ速やかに行うことが要求される。

ここで、ディーゼルエンジンの場合には、エンジン冷間時に吸入空気を暖めて燃料の着火性を高めるためのグロープラグが設けられており、例えば特許文献１に示すものでは、エンジンの停止に伴い筒内温度が低下することに起因する燃料着火性の悪化を防止するべく、前記グロープラグにより筒内を加熱することで、エンジンの再始動性を向上させるようにしている。

一方、例えば特許文献２には、クランク軸と同期して回転するカムシャフトに設けた可変リフト機構をアクチュエータで駆動する弁駆動手段が開示されて、この弁駆動手段によって吸気弁の開度（リフト量）及び開弁期間を変更するものが開示されている。また、近年では、吸気弁及び排気弁を、クランク軸の回転位置とは無関係に個々に独立してアクチュエータで駆動する弁駆動手段を設けて、この弁駆動手段の作動を制御するものが知られている。このような弁駆動手段の作動を制御することで、吸気弁の作動状態、つまり吸気弁の開度や開弁期間を自在に制御することができ、吸気行程で全閉状態にすることも可能となる。
特開２００４−１７６５６９号公報特開２００６−９７６４７号公報

前記従来例のように、エンジンの再始動性を向上させるためにグロープラグにより筒内を加熱する方法では、グロープラグの消費電力が大きいため、バッテリ電力が低下し易くなったりグロープラグ以外の電気負荷への供給電力が低下したりするという問題があり、グロープラグは出来る限り使用しないことが好ましい。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ディーゼルエンジンを自動停止させたときの筒内温度の低下を抑制して、グロープラグの使用頻度を出来る限り低減できるようにすることにある。

上記の目的を達成するために、この発明では、吸気弁駆動手段による吸気弁の作動状態を制御する吸気弁作動制御手段を用いて、ディーゼルエンジンへの燃料供給停止から実際に該ディーゼルエンジンが停止完了するまでのエンジン停止過程の前半期間では、吸気弁の開弁を抑制する一方、該エンジン停止過程の後半期間では、該吸気弁の開弁を許容するようにした。

具体的には、請求項１の発明では、所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに、該自動停止させたディーゼルエンジンを再始動させる自動停止・再始動制御手段と、該ディーゼルエンジンの吸気弁を駆動する吸気弁駆動手段と、該吸気弁駆動手段による吸気弁の作動状態を制御する吸気弁作動制御手段とを備えたディーゼルエンジンの自動停止装置を対象とする。

そして、上記吸気弁作動制御手段は、上記自動停止・再始動制御手段による上記ディーゼルエンジンへの燃料供給停止から実際に該ディーゼルエンジンが停止完了するまでのエンジン停止過程の前半期間では、上記吸気弁の開弁を抑制する一方、該エンジン停止過程の後半期間では、該吸気弁の開弁を許容するよう構成されているものとする。

ここで、上記吸気弁駆動手段は、吸気弁をクランク軸の回転位置とは無関係に独立してアクチュエータで駆動するものや、クランク軸と同期して回転するカムシャフトに設けた可変リフト機構をアクチュエータで駆動するものを含む。

上記の構成により、エンジン停止過程の前半期間では、吸気弁が完全に閉じられたり、吸気弁の開度が燃料供給停止前の開度よりも小さくされたりして吸気弁の開弁が抑制されるので、筒内への新気の導入が抑制される。そして、エンジン停止過程の後半期間に、吸気弁の開弁が許容されるので、新気が導入されて、再始動時に必要な空気量が確保される。このようにエンジン停止過程の前半期間に新気の導入が抑制されるので、エンジン停止過程全体に亘って新気を通常に導入する場合に比べて、新気導入による筒内温度の低下が抑制される。したがって、グロープラグを使用しなくても、エンジンの再始動性を向上させることができる。

また、エンジン停止過程の前半期間で吸気弁の開弁を抑制することで、気筒内で空気が圧縮されなくなり、エンジンの吸気通路に配設される吸気絞り弁をエンジン停止時に閉じる場合と同様に、エンジン停止時に気筒内の空気の圧縮に伴って生じる停止振動を抑制することができる。

請求項２の発明では、請求項１の発明において、上記エンジン停止過程の後半期間は、該エンジン停止過程においてエンジン回転速度が初めて所定回転速度よりも低くなったときから上記ディーゼルエンジンが停止完了するまでの期間であるものとする。

このことにより、エンジン回転速度が初めて所定回転速度よりも低くなると、停止完了するまでどの程度回転するかが分かり、筒内に新気を確実に導入することができる。また、停止振動は、通常、エンジン回転速度が比較的高い領域で生じるので、エンジン停止過程の後半期間で吸気弁の開弁を許容したとしても、停止振動は生じず、問題はない。

請求項３の発明では、請求項２の発明において、上記ディーゼルエンジンは、上記自動停止・再始動制御手段による該ディーゼルエンジンの停止完了時において、圧縮行程となる停止時圧縮行程気筒と、膨張行程となる停止時膨張行程気筒とを少なくとも有し、上記所定回転速度は、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量が、上記停止時膨張行程気内の空気量よりも多くなるように設定された値であるものとする。

すなわち、燃料供給停止後のエンジン回転速度は、小刻みに波打ちながら降下し、例えば４気筒４サイクルのエンジンでは、１０回前後の圧縮上死点を迎えた後に停止する。このエンジン停止過程で、何れかの気筒が圧縮上死点を超えるタイミングは、エンジン回転速度が波打つ谷のタイミングと一致している。そして、所定回転速度を、停止時圧縮行程気筒のピストンが膨張行程から吸気行程の上死点に達するタイミングと一致させるようにすれば、停止時膨張行程気筒では、少ない空気量で吸気弁及び排気弁が閉じて圧縮行程に移行しているのに対し、停止時圧縮行程気筒では、吸気弁の開弁が許容されることにより、相対的に多量の新気が筒内に吸入されることになる。この結果、停止時圧縮行程気筒内の空気量が、停止時膨張行程気筒内の空気量よりも多くなる。したがって、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置が下死点側に位置することになり、よって、再始動時に空気を十分に圧縮することにより筒内温度を高くすることができ、エンジンの再始動性をより一層向上させることができる。

請求項４の発明では、請求項１の発明において、上記ディーゼルエンジンは、上記自動停止・再始動制御手段による該ディーゼルエンジンの停止完了時において、圧縮行程となる停止時圧縮行程気筒と、膨張行程となる停止時膨張行程気筒とを少なくとも有し、上記吸気弁作動制御手段は、上記エンジン停止過程の後半期間において、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量が、上記停止時膨張行程気内の空気量よりも多くなるように、上記吸気弁の作動状態を制御するよう構成されているものとする。

また、請求項５の発明では、請求項４の発明において、上記吸気弁作動制御手段は、上記エンジン停止過程の後半期間において、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量が、上記停止時膨張行程気内の空気量よりも多くなるように、上記吸気弁の開弁状態を、該吸気弁の開弁を抑制する前の状態に徐々に戻すよう構成されているものとする。

これら請求項４及び５の発明により、吸気弁の開弁状態（弁開度や開弁時間）を、該吸気弁の開弁抑制前の状態に徐々に戻すことで、筒内温度の低下を抑制しながら、停止時圧縮行程気筒内の空気量を停止時膨張行程気筒内の空気量よりも多くすることができ、この結果、請求項３の発明と同様に、停止時圧縮行程気筒のピストン停止位置を下死点側に位置させることができ、よって、エンジンの再始動性をより一層向上させることができる。

以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの自動停止装置によると、吸気弁駆動手段による吸気弁の作動状態を制御する吸気弁作動制御手段によって、ディーゼルエンジンへの燃料供給停止から実際に該ディーゼルエンジンが停止完了するまでのエンジン停止過程の前半期間では、吸気弁の開弁を抑制する一方、該エンジン停止過程の後半期間では、該吸気弁の開弁を許容するようにしたことにより、エンジン自動停止の新気導入による筒内温度の低下が抑制され、グロープラグの使用頻度を出来る限り低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１は本発明の実施形態に係る自動停止装置を備えた４サイクルディーゼルエンジン１０（以下、単にエンジン１０という）の概略構成を示している。尚、本実施形態では、エンジン１０を手動変速機に連結した車両に搭載した例を示している。

図１を参照して、上記エンジン１０は、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２を有している。これらシリンダヘッド１１及びシリンダブロック１２には、エンジン前側から順に４つの気筒１４Ａ〜１４Ｄが直列に配設されている。これら各気筒１４Ａ〜１４Ｄの内部には、図略のコネクティングロッドによってクランクシャフト１５に連結されたピストン１６が嵌挿されている。このピストン１６には、シリンダヘッド１１と共に燃焼室１７を区画するキャビティ１６ａが形成されている。各気筒１４Ａ〜１４Ｄに設けられたピストン１６は、所定の位相差をもってクランクシャフト１５の回転に伴い上下運動を行うように構成されている。ここで、４気筒４サイクルエンジンであるエンジン１０では、各気筒１４Ａ〜１４Ｄが所定の位相差をもって吸気、圧縮、膨張及び排気の各行程からなるサイクルを行うようになっており、各サイクルが１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順にクランク角で１８０°(１８０°ＣＡ)の位相差をもって行われるように構成されている。

上記シリンダヘッド１１には、プラグ先端が燃焼室１７内に臨むように配置されたグロープラグ１８が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。また、シリンダヘッド１１には、燃料噴射弁１９が気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に設けられている。この燃料噴射弁１９は、燃料を当該燃料噴射弁１９の開弁圧(噴射圧)以上の高圧状態で蓄えて分配するコモンレール２０に対し、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に配設された分岐管２１を介してそれぞれ接続されている。各燃料噴射弁１９は、通電により電磁力で燃料通路を開くことで燃料圧力により噴射ノズルの真弁が開き、コモンレール２０から供給される高圧の燃料を、噴射ノズル先端の複数の噴孔から燃焼室１７を区画するピストン１６のキャビティ１６ａに向けて気筒１４Ａ〜１４Ｄ内に直接噴射供給するものである。本実施形態においては、燃料圧力を検出するための燃圧センサＳＷ１がコモンレール２０に設けられている。燃料噴射弁１９の燃料噴射量は、通電時間で制御される。また、燃料噴射弁１９に燃料を供給するコモンレール２０は、高圧燃料供給管２２を介して燃料供給ポンプ２３に接続されている。

また、シリンダヘッド１１には、燃焼室１７に向かって開口する吸気ポート２４及び排気ポート２５が各気筒１４Ａ〜１４Ｄの上部に設けられている。そして、これらのポート２４，２５と燃焼室１７との連結部分には、吸気弁２６及び排気弁２７がそれぞれ装備されている。

上記吸気弁２６は、電磁式の吸気弁駆動手段２６Ａによって開閉駆動され、同様に、排気弁２７も、電磁式の排気弁駆動手段２７によって開閉駆動されるようになっている。これら吸気弁２６及び排気弁２７は共に、クランクシャフト１５との機械的な連係は採択されておらず、クランクシャフト１５の回転位置に関わらず、上記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａの作動によって開閉される。すなわち、吸気弁駆動手段２６Ａが消磁されたときには、吸気弁２６が、図示省略のリターンスプリングによって閉弁される一方、吸気弁駆動手段２６Ａが励磁されたときには、吸気弁２６がリターンスプリングに抗して開弁されるようになっている。同様に、排気弁駆動手段２７Ａが消磁されたときには、排気弁２７が、図示省略のリターンスプリングによって閉弁される一方、吸気弁駆動手段２６Ａが励磁されたときには、吸気弁２６がリターンスプリングに抗して開弁されるようになっている。本実施形態では、吸気弁駆動手段２６Ａの励磁力を段階的又は無段階に調整することが可能であり、これにより、吸気弁２６の開度（リフト量）を変更できるようになっている。すなわち、エンジン回転速度及びエンジン負荷に応じて吸気弁２６の開度を変更する。一方、排気弁駆動手段２７ＡはＯＮ・ＯＦＦ的に作動されるものとされて、排気弁２７の開度が常時一定となるように設定されている。尚、吸気弁２６及び排気弁２７両方の開度を変更できるようにしてもよく、常時一定となるように設定してもよい。

上記吸気弁２６の開弁時間は、吸気弁２６の開度に対応して予め決まっており、開度が大きいほど長い時間となる。この場合、吸気弁２６の開度（リフト量）の大小に拘わらず、クランク角に対する開弁開始時期は揃っている一方、閉弁完了時期は、吸気弁２６の開度が小さくなるに連れて早くなることが好ましい。これにより、ポンピングロスを低減することができるようになる。尚、吸気弁２６の開弁時間は、吸気弁２６の開度に関係なく一定になるようにしてもよい。

上記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａは、後述するエンジン制御ユニット１００の吸排気弁作動制御部１０３からの指令を受けて作動するようになっており、この吸排気弁作動制御部１０３によって、弁駆動手段２６Ａ，２７Ａによる吸気弁２６及び排気弁２７の作動状態が制御されることになる。このことで、吸排気弁作動制御部１０３は、本発明の吸気弁作動制御手段を構成することになる。

上記吸気ポート２４及び排気ポート２５には、吸気通路２８及び排気通路２９がそれぞれ接続されている。この吸気通路２８の下流側の部分は、気筒１４Ａ〜１４Ｄ毎に分岐した分岐吸気通路２８ａとされ、この各分岐吸気通路２８ａの上流端がそれぞれサージタンク２８ｂに連通している。このサージタンク２８ｂよりも上流側には共通吸気通路２８ｃが設けられている。図１では模式化されているが、上記共通吸気通路２８ｃには、吸気流通量を検出するエアフローセンサＳＷ２と、吸気圧力Ｐｉｎａを検出する吸気圧センサＳＷ３と、吸気温度を検出する吸気温度センサＳＷ４とが設けられている。

上記エンジン１０には、タイミングベルト等によりクランクシャフト１５に連結されたオルタネータ３２が付設されている。このオルタネータ３２は、図略のフィールドコイルの電流を制御して出力電圧を調節することにより発電量を調整するレギュレータ回路３３を内蔵し、このレギュレータ回路３３に入力されるエンジン制御ユニット１００からの制御信号に基づき、車両の電気負荷及び車載バッテリの電圧等に対応した発電量の制御が実行されるように構成されている。

また、エンジン１０には、当該エンジン１０を始動するためのスタータモータ３４が設けられている。このスタータモータ３４は、モータ本体３４ａとピニオンギア３４ｂとを有している。ピニオンギヤ３４ｂは、モータ本体３４ａの出力軸上にて相対回転不能な状態で往復移動する。また、クランクシャフト１５には、図略のフライホイールに固定されたリングギア３５が、回転中心に対して同心に設けられている。そして、このスタータモータ３４を用いてエンジン１０を再始動する場合には、このピニオンギヤ３４ｂが所定の噛合位置に移動して、フライホイールに固定されたリングギア３５に噛合することにより、クランクシャフト１５が回転駆動されるようになっている。

さらに、エンジン１０には、クランクシャフト１５の回転角を検出する２つのクランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６が設けられ、一方のクランク角度センサＳＷ５から出力される検出信号(パルス信号)に基づいてエンジン回転速度Ｎｅが検出されるとともに、この両クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６から出力される位相のずれた検出信号に基づいてクランクシャフト１５の回転角度が検出されるようになっている。また、エンジン１０には、冷却水温度を検出する水温センサＳＷ７と、車両のアクセルペダル３６の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ８と、車両のブレーキペダル３７の操作を検出するブレーキペダルセンサＳＷ９とが設けられている。

また、エンジン１０には、排気還流装置４０が設けられている。この排気還流装置４０は、排気ガスの一部を排気通路２９から吸気通路２８に環流するＥＧＲ通路４１と、このＥＧＲ通路４１の途中に設けられたＥＧＲ弁４２とを備えている。ＥＧＲ弁４２は、次に説明するエンジン制御ユニット１００のＥＧＲ制御部１０６によって、開閉制御されるようになっている。

尚、本実施形態では、吸気通路２８に吸気絞り弁は設けられておらず、吸気弁２６が吸気絞り弁と同様の役割を果たす。

上記エンジン１０は、エンジン制御ユニット１００によって運転制御される。

このエンジン制御ユニット１００は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成され、各センサＳＷ１〜ＳＷ９を初めとする入力要素からの検出信号に基づき、種々の演算を行うとともに、燃料噴射弁１９やスタータモータ３４、或いはグロープラグ１８等の各アクチュエータの制御信号を出力するものである。例えば、運転条件に応じた燃料の噴射量及び噴射時期や点火時期を演算し、燃料噴射弁１９等に制御信号を出力している。また、エンジン１０の運転状態（エンジン回転速度及びエンジン負荷）に応じて、吸気弁２６の開度（リフト量）の目標値を演算し、その開度がこの目標値となるような制御信号を吸気弁駆動手段２６Ａに出力する。

上記エンジン制御ユニット１００は、車両の運転状態を判定する運転状態判定部１０１と、この運転状態判定部１０１の判定に基づいてエンジン１０の燃料噴射を制御する燃料噴射制御部１０２と、上記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａの作動を制御する吸排気弁作動制御部１０３と、上記運転状態判定部１０１の判定に基づいて再始動条件の成立時にエンジン１０のスタータモータ３４を駆動制御するスタータ制御部１０４と、グロープラグ１８を制御するグロープラグ制御部１０５と、排気還流装置４０のＥＧＲ弁４２を駆動制御するＥＧＲ制御部１０６とを論理的に構成している。

上記運転状態判定部１０１は、燃圧センサＳＷ１、エアフローセンサＳＷ２、吸気圧センサＳＷ３、吸気温度センサＳＷ４、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６、水温センサＳＷ７、アクセル開度センサＳＷ８、ブレーキペダルセンサＳＷ９等からのセンサ信号に基づき、エンジン１０の自動停止条件や再始動条件の成立又は解除、及び、エンジン１０の運転状態が低負荷運転状態にあるか否か等を判定するモジュールである。この他にも、運転状態判定部１０１は、燃料圧力、ピストン１６の停止位置、筒内温度、或いはエンジン１０が正転しているか否か等、種々の運転状態を判定する。この運転状態判定部１０１は、エンジン１０が自動停止しているときにおけるピストン１６の停止位置の判定や、ピストン１６が停止すべき適正停止位置ＳＡの設定をするものでもある。本実施形態において、停止時圧縮行程気筒（エンジン１０の自動停止完了時に圧縮行程となる気筒）の適正停止位置ＳＡは、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。後述するように、ディーゼルエンジンにおいては、停止時圧縮行程気筒に燃料を噴射し、スタータモータ３４でピストン１６を駆動して、当該燃料が噴射された気筒内で混合気を自着火させる必要があるため、ピストン１６は、下死点側に停止しているのが好ましい。他方、ピストン１６が下死点近傍にある場合には、スタータモータ３４の駆動時間が長くなるので、確実な自着火とスタータモータ３４の駆動時間短縮とを両立させるために、デフォルトでは、圧縮上死点前１２０°ＣＡから圧縮上死点前１００°ＣＡの範囲に設定される。但し、筒内温度が高い場合には、停止時圧縮行程気筒の有効圧縮比を小さく設定することができるので、適正停止位置ＳＡは、筒内温度によって上死点側に補正されるようになっている。筒内温度は、予めメモリに記憶されたデータに基づいて推定されるように構成されている。尚、本実施形態において、運転状態判定部１０１は、車両のブレーキペダル３７のＯＮ／ＯＦＦや車速等も判定できるように図略のセンサからの検出信号が入力されるようになっている。

上記燃料噴射制御部１０２は、運転状態判定部１０１の判定に基づき、エンジン１０の適正な空燃比に対応する燃料噴射量と燃料噴射タイミングとを設定し、その設定に基づいて、燃料噴射弁１９を駆動制御するモジュールである。

上記吸排気弁作動制御部１０３は、上記運転状態判定部１０１の判定に基づいて吸気弁２６の開度（リフト量）の目標値を演算するとともに、その目標値と両クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６により検出されるクランクシャフト１５の回転角度とに応じて上記弁駆動手段２６Ａ，２７Ａの作動を制御するモジュールである。

上記スタータ制御部１０４は、エンジン１０の始動時にスタータモータ３４に制御信号を出力し、スタータモータ３４を駆動するモジュールである。

上記グロープラグ制御部１０５は、エンジン冷間時や、エンジン再始動の際に、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が上記適正停止位置ＳＡよりも上死点側にあるときにグロープラグ１８の駆動を制御するモジュールである。

上記ＥＧＲ制御部１０６は、所定の部分負荷運転領域において、ＥＧＲ弁４２を開くことにより、燃焼安定性を図るモジュールである。

上記エンジン制御ユニット１００は、所定の自動停止条件が成立したときにエンジン１０を自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに、該自動停止させたエンジン１０を再始動させる自動停止・再始動制御手段を構成するものである。このエンジン制御装置１００におけるエンジン１０の自動停止制御及び再始動制御について、その制御例を説明する。

図２は、本実施形態に係る自動停止制御を中心とするフローチャートであり、図３は、本実施形態に係る、エンジン１０の停止完了後の再始動制御を中心とするフローチャートである。また、図４は、図２の制御例に基づくエンジン回転速度Ｎｅの推移と吸気弁２６の作動状態とを示すタイミングチャートである。

図２を参照して、エンジン制御ユニット１００は、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立するのを待機する（ステップＳ１１）。具体的には、ブレーキペダル３７の作動状態が所定時間継続し、車速が所定値以下であるといった場合（つまりエンジン１０のアイドル運転状態が所定時間継続していると想定される場合）には、エンジン１０の自動停止条件が成立したと判定される。

ステップＳ１１において、自動停止条件が成立したと判定した場合には、オルタネータ制御を含むエンジン回転速度調整制御を開始する（ステップＳ１２）。具体的には、エンジン回転速度Ｎｅが所定の第１の回転速度Ｎ１（例えば８５０ｒｐｍ）に調節されるのを待機する（ステップＳ１３）。そして、エンジン回転速度Ｎｅがこの第１の回転速度Ｎ１になったタイミング（ステップＳ１３でＹＥＳのタイミング）ｔ１で、燃料噴射弁１９からの燃料供給を停止する（ステップＳ１４）。このタイミングｔ１において、エンジン制御ユニット１００（吸排気弁作動制御部１０３）は、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの全行程で吸気弁２６を全閉状態とする（ステップＳ１５）。すなわち、吸気行程でも吸気弁２６を全閉状態として、吸気弁２６の開弁を抑制する（図４において、本来開弁すべきところを破線で示している）。この制御により、各気筒１４Ａ〜１４Ｄ内への新気の導入を抑制して筒内温度の低下を抑制する。また、ピストン１６が適正停止位置ＳＡに停止する確率を高めることが可能になる。

すなわち、ピストン１６の停止位置は、エンジン１０が完全に停止する直前の停止時膨張行程気筒（エンジン１０の自動停止完了時に膨張行程となる気筒）内の空気量と停止時圧縮行程気筒内の空気量とのバランスにより略決定される。従って、ディーゼルエンジンにおいてピストン１６を適正停止位置ＳＡ内に停止させるためには、まず停止時膨張行程気筒及び停止時圧縮行程気筒への吸入空気量を一旦低減し、その後、停止時圧縮行程気筒に十分な空気を供給して、停止時膨張行程気筒の空気量よりも多くなるように、両気筒に対する空気量を調節する必要がある。そこで本実施形態では、上記タイミングｔ１で吸気弁２６を全閉状態にすることにより吸気圧を低減し、停止時膨張行程気筒及び停止時圧縮行程気筒の空気量を低減しているのである。

上記タイミングｔ１で燃料噴射が停止されると、各気筒１４Ａ〜１４Ｄでは、吸気がされない状態で吸気、圧縮、膨張及び排気行程のサイクルが繰り返され、クランクシャフト１５等が有する運動エネルギーが摩擦抵抗による機械的な損失や、各気筒１４Ａ〜１４Ｄのポンプ仕事によって消費されることにより、エンジン回転速度は、小刻みに波打ちながら降下し、４気筒４サイクルのエンジンでは、１０回前後の圧縮上死点を迎えた後に停止する。この過程で、気筒１４Ａ〜１４Ｄのうちの何れかの気筒が圧縮上死点を超えるタイミングは、エンジン回転速度Ｎｅが波打つ谷のタイミングと一致している。

そこで、本実施形態では、上記タイミングｔ１で各気筒１４Ａ〜１４Ｄの全行程で吸気弁２６を全閉状態とした後、エンジン制御ユニット１００は、エンジン回転速度Ｎｅが初めて所定の第２の回転速度Ｎ２（例えば約４００ｒｐｍ）よりも低くなるのを待機する（ステップＳ１６）。この第２の回転速度Ｎ２は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が膨張行程から吸気行程の上死点に達するタイミングと一致している。

上記ステップＳ１６においてＹＥＳの場合、エンジン制御ユニット１００（吸排気弁作動制御部１０３）は、吸気弁２６の開弁を許容して、その開度を通常弁開度（吸気弁２６の開弁を抑制する前の開度）に徐々に戻す（ステップＳ１７）。すなわち、図４の場合、上記タイミングｔ１以降でエンジン回転速度Ｎｅが初めて所定の第２の回転速度Ｎ２よりも低くなったときから、１番気筒１４Ａ、３番気筒１４Ｃ、４番気筒１４Ｄ、２番気筒１４Ｂの順に吸気弁２６が開弁されるが、この開弁の順に吸気弁２６の開度（リフト量）を大きくしていき、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの２回目以降の開弁時の開度は、当該気筒の前回開弁時の開度よりも大きくする。そして、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの吸気弁２６の開度を、最終的に開弁を抑制する前の開度にする。このとき、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの吸気弁２６の開弁時間も、徐々に大きくしていく開度に対応して、徐々に長くなって、最終的には通常弁開度に対応した時間（吸気弁２６の開弁を抑制する前の開弁時間）になるが、上記タイミングｔ１以降でエンジン回転速度Ｎｅが初めて所定の第２の回転速度Ｎ２よりも低くなった直後から、通常弁開度に対応した時間としてもよい。或いは、上記タイミングｔ１以降でエンジン回転速度Ｎｅが初めて所定の第２の回転速度Ｎ２よりも低くなった直後から、吸気弁２６の開度を通常弁開度にして、開弁時間を変化させるようにしてもよい。

尚、このように吸気弁２６の開弁を許容するのに際して、吸気弁２６の開弁状態（開度や開弁時間）を、吸気弁の開弁を抑制する前の状態に徐々に戻す必要は必ずしもなく、上記タイミングｔ１以降でエンジン回転速度Ｎｅが初めて所定の第２の回転速度Ｎ２よりも低くなった直後から、吸気弁２６の開度を通常弁開度にするとともに、開弁時間を通常弁開度に対応した時間とすることも可能である。

上記吸気弁２６の開弁動作により、停止時膨張行程気筒では、相対的に少ない空気量で圧縮行程に移行しているのに対し、停止時圧縮行程気筒では、吸気弁２６が開くことにより、相対的に多量の新気が筒内に吸入されることになる。この結果、停止時圧縮行程気筒では、停止時膨張行程気筒よりも空気量が多くなる。

その後もエンジン制御ユニット１００はオルタネータ制御を継続してピストン１６の停上位置調整を実行し続け、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６の検出値に基づいてエンジン１０が完全に停止するのを待機する（ステップＳ１８）。エンジン１０が完全に停止した場合には、エンジン回転速度調整制御を終了する（ステップＳ１９）。

エンジン１０が完全に停止したタイミングでは、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が吸気行程の下死点を通過し、圧縮行程に移行する。このタイミングでは、吸気弁２６及び排気弁２７は、概ね閉じているので、大量に筒内に吸入された空気が下死点を通過したピストン１６によって圧縮されることになる。他方、停止時膨張行程気筒においては、相対的に少ない空気量にある筒内を圧縮したピストン１６が圧縮上死点を通過して、膨張行程に移行している。このため、停止時圧縮行程気筒では、筒内の圧縮反力によって比較的下死点側で停止することになる。従って、予め実験等によって、第２の回転速度Ｎ２や、この第２の回転速度Ｎ２を検出したタイミングｔ２での吸入空気量等を適切に設定しておくことにより、停止時圧縮行程気筒のピストン１６を所定の下死点側停止位置（本実施形態では圧縮上死点前１００°ＣＡから圧縮上死点前１２０°ＣＡ）に停止させることができる。

エンジン１０が完全に停止すると、エンジン制御ユニット１００は、クランク角度センサＳＷ５，ＳＷ６の検出によって運転状態判定部１０１が判定したピストン１６の停止位置を記憶する（ステップＳ２０）。

尚、本実施形態では、上記エンジン１０への燃料供給停止から実際に該エンジン１０が停止完了するまでのエンジン停止過程において、排気弁２７は、通常運転時と同様に作動する（排気行程で開弁する）が、吸気弁２６の開弁の抑制中に、排気弁２７の開弁も抑制するようにしてもよい。

次に図３を参照して、エンジン制御ユニット１００によるエンジン１０の再始動制御について説明する。

エンジン制御ユニット１００は、エンジン１０が停止した後、停止時間を計測し、積算する（ステップＳ２１）。筒内温度は、エンジン１０の停止時間に依存しているので、本実施形態においては、エンジン制御ユニット１００に予め停止時間と筒内温度との関係をマップ化したデータを持たせ、停止時間に基づいて筒内温度を推定するようにしているのである。本実施形態では、エンジン停止過程の前半期間（タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間）で、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの全行程で吸気弁２６を全閉状態とすることで、各気筒１４Ａ〜１４Ｄ内への新気の導入を抑制して筒内温度の低下を抑制しているので、エンジン１０の停止時間が長くても、筒内温度は低下し難い。

続いて、エンジン制御ユニット１００（運転状態判定部１０１）は、吸気温度センサＳＷ４が検出した吸気温度、水温センサＳＷ７が検出した冷却水の温度、エンジン１０の停止時間、及び、後述のステップＳ２５でのグロープラグ１８の駆動時間に基づいて、筒内温度を算出する（ステップＳ２２）。

次いで、上記演算された筒内温度から目標となる燃料圧力が決定され、この燃料圧力から適正停止位置ＳＡが設定される（ステップＳ２３）。本実施形態では、筒内温度と目標となる燃料圧力とによって適正停止位置ＳＡを設定しているので、より好適な停止位置判定ができることになる。また、筒内温度が低下し難いことから、適正停止位置ＳＡの範囲が上死点側に広くなっている。しかも、上記自動停止制御により、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が所定の下死点側停止位置に停止するようにしているので、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が適正停止位置ＳＡの範囲内に入る可能性が高い。

そして、エンジン制御ユニット１００は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が適正停止位置ＳＡよりも上死点側にあるか否かを判定する（ステップＳ２４）。仮に上死点側にある場合、グロープラグ１８が駆動されて（ステップＳ２５）、筒内が加温される。また、通正停止位置ＳＡ内であれば、グロープラグ１８が停止される（ステップＳ２６）。

次に、エンジン制御ユニット１００は、再始動条件が成立したか否かを判定する（ステップＳ２７）。再始動条件としては、アクセルペダル３６が踏込まれたこと、自動停止条件がエンジン１０の停止後に解除されたこと等が含まれる。

仮に再始動条件が成立していない場合、エンジン制御ユニット１００は、ステップＳ２１に戻って処理を繰り返す。このため、計測時間や筒内温度の変化に伴って、ステップＳ２３で設定される適正停止位置ＳＡも変化することになる。

他方、ステップＳ２７において、再始動条件が成立した場合、エンジン制御ユニット１００（スタータ制御部１０４）は、スタータモータ３４を駆動する（ステップＳ２８）。これにより、停止時圧縮行程気筒では、ピストン１６が筒内の空気を圧縮しながら上死点に移動する。

次いで、エンジン制御ユニット１００（燃料噴射制御部１０２）は、停止時圧縮行程気筒のピストン１６が適正停止位置ＳＡよりも上死点側にあるか否かを判定する（ステップＳ２９）。仮に上死点側にある場合、エンジン制御ユニット１００は、停止時吸気行程気筒（エンジン１０の自動停止完了時に吸気行程となる気筒）が圧縮行程を迎えるのを待機し、停止時吸気行程気筒が圧縮行程を迎えた後、所定タイミングで燃料を噴射する（ステップＳ３０）。すなわち、ピストン停止位置が適正停止位置ＳＡから外れている場合には、停止時圧縮行程気筒での燃焼は中止されることになる。他方、ピストン停止位置が適正停止位置ＳＡ内である場合には、停止時圧縮行程気筒に燃料が噴射され、この気筒での燃焼によるエンジン１０の再始動が図られる（ステップＳ３１）。

ステップＳ３０又はステップＳ３１を経た後、エンジン制御ユニット１００は、通常運転に移行し（ステップＳ３２）、処理を終了する。

したがって、本実施形態では、上記エンジン制御ユニット１００における自動停止制御において、エンジン１０への燃料供給停止から実際に該エンジン１０が停止完了するまでのエンジン停止過程の前半期間（タイミングｔ１からタイミングｔ２までの期間）では、各気筒１４Ａ〜１４Ｄの全行程で吸気弁２６を全閉状態として、吸気弁２６の開弁を抑制する一方、該エンジン停止過程の後半期間（タイミングｔ２からエンジン１０の停止完了までの期間）では、吸気弁２６の開弁を許容するようにしたので、上記エンジン停止過程の前半期間では、各気筒１４Ａ〜１４Ｄ内への新気の導入が抑制され、エンジン１０を自動停止させたときの筒内温度の低下を抑制することができる。そして、エンジン停止過程の後半期間では、新気が通常に導入されて、再始動時に必要な空気量が確保される。この結果、エンジン停止過程全体に亘って新気を通常に導入する場合に比べて、新気導入による筒内温度の低下が抑制され、これにより、グロープラグ１８を使用しなくても、エンジン１０の再始動性を向上させることができる。

また、エンジン停止過程の前半期間で吸気弁２６の開弁を抑制することにより、エンジン停止時に各気筒１４Ａ〜１４Ｄ内の空気の圧縮に伴って生じる停止振動の発生を抑制することができる。この停止振動は、通常、エンジン回転速度が比較的高い領域で生じるので、エンジン停止過程の後半期間で吸気弁２６の開弁を許容したとしても、停止振動は生じず、問題はない。

さらに、エンジン停止過程の後半期間を、エンジン停止過程においてエンジン回転速度が初めて所定回転速度よりも低くなったときからとし、その所定回転速度を、停止時圧縮行程気筒内の空気量が、停止時膨張行程気筒内の空気量よりも多くなるように設定したので、停止時圧縮行程気筒のピストン１６の停止位置が下死点側に位置することになり、これにより、再始動時に空気の圧縮により筒内温度を十分に高くすることができ、エンジン１０の再始動性をより一層向上させることができる。

さらにまた、エンジン停止過程の後半期間において、停止時圧縮行程気筒内の空気量が停止時膨張行程気筒内の空気量よりも多くなるように、吸気弁２６の作動状態を制御した、つまり、吸気弁２６の開弁状態を、該吸気弁２６の開弁を抑制する前の状態に徐々に戻すようにしたので、筒内温度の低下を抑制しながら、停止時圧縮行程気筒内の空気量を停止時膨張行程気筒内の空気量よりも確実に多くすることができ、停止時圧縮行程気筒のピストン１６の停止位置を下死点側に位置させることがより一層確実にできるようになる。

尚、上記実施形態では、エンジン停止過程の前半期間で、吸気弁２６を全閉状態にして吸気弁２６の開弁を抑制したが、吸気弁２６の開度を燃料供給停止前の開度（通常弁開度）よりも小さくすることで吸気弁２６の開弁を抑制するようにしてもよい。

また、上記実施形態では、吸気弁２６をクランクシャフト１５の回転位置とは無関係に独立して駆動する吸気弁駆動手段２６Ａを用いたが、この吸気弁駆動手段２６Ａの代わりに、例えば特許文献２に記載されているような、クランクシャフト１５と同期して回転するカムシャフトに設けた可変リフト機構をアクチュエータで駆動する吸気弁駆動手段を設けて、この吸気弁駆動手段の作動を制御するように構成してもよい。この場合、例えば図５に示すように、吸気弁２６のリフト量（開度）が、最大リフト量とリフト量０（吸気弁２６が全閉された状態）との間で連続可変式に変更可能とされる。この例では、リフト量が０以外のときには、リフト量の大小に拘わらず、クランク角に対する開弁開始時期は揃っている一方、閉弁完了時期は、リフト量が小さくなるに連れて早くなる（開弁時間は短くなる）。

さらに、上記実施形態では、エンジン停止過程の後半期間を、該エンジン停止過程においてエンジン回転速度が初めて所定回転速度よりも低くなったときからエンジン１０が停止完了するまでの期間としたが、これに限らず、例えば、エンジン１０への燃料供給停止から所定時間が経過したときからエンジン１０が停止完了するまでの期間としてもよい。

また、本発明は、４気筒ディーゼルエンジンに限らず、６気筒や８気筒等の複数気筒を有するディーゼルエンジンにも適用することができ、さらには、単気筒のディーゼルエンジンにも適用することは可能である。

本発明は、ディーゼルエンジンの自動停止及び再始動を行う自動停止・再始動制御手段と、該ディーゼルエンジンの吸気弁を駆動する吸気弁駆動手段と、該吸気弁駆動手段による吸気弁の作動状態を制御する吸気弁作動制御手段とを備えたディーゼルエンジンの自動停止装置に有用である。

本発明の実施形態に係る自動停止装置を備えたエンジンを示す概略構成図である。エンジン制御装置における自動停止制御を示すフローチャートである。エンジン制御装置における再始動制御を示すフローチャートである。エンジン停止過程におけるエンジン回転速度の推移と吸気弁の作動状態とを示すタイミングチャートである。可変リフト機構によって吸気弁のリフト量が変更される場合の一例を示す、クランク角とリフト量との関係を示す特性図である。

符号の説明

１０ディーゼルエンジン
２６吸気弁
２６Ａ吸気弁駆動手段
１００エンジン制御装置（自動停止・再始動制御手段）
１０３吸排気弁作動制御部（吸気弁作動制御手段）

Claims

所定の自動停止条件が成立したときにディーゼルエンジンを自動停止させるとともに、所定の再始動条件が成立したときに、該自動停止させたディーゼルエンジンを再始動させる自動停止・再始動制御手段と、該ディーゼルエンジンの吸気弁を駆動する吸気弁駆動手段と、該吸気弁駆動手段による吸気弁の作動状態を制御する吸気弁作動制御手段とを備えたディーゼルエンジンの自動停止装置であって、
上記吸気弁作動制御手段は、上記自動停止・再始動制御手段による上記ディーゼルエンジンへの燃料供給停止から実際に該ディーゼルエンジンが停止完了するまでのエンジン停止過程の前半期間では、上記吸気弁の開弁を抑制する一方、該エンジン停止過程の後半期間では、該吸気弁の開弁を許容するよう構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。
請求項１記載のディーゼルエンジンの自動停止装置において、
上記エンジン停止過程の後半期間は、該エンジン停止過程においてエンジン回転速度が初めて所定回転速度よりも低くなったときから上記ディーゼルエンジンが停止完了するまでの期間であることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。
請求項２記載のディーゼルエンジンの自動停止装置において、
上記ディーゼルエンジンは、上記自動停止・再始動制御手段による該ディーゼルエンジンの停止完了時において、圧縮行程となる停止時圧縮行程気筒と、膨張行程となる停止時膨張行程気筒とを少なくとも有し、
上記所定回転速度は、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量が、上記停止時膨張行程気内の空気量よりも多くなるように設定された値であることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。
請求項１記載のディーゼルエンジンの自動停止装置において、
上記ディーゼルエンジンは、上記自動停止・再始動制御手段による該ディーゼルエンジンの停止完了時において、圧縮行程となる停止時圧縮行程気筒と、膨張行程となる停止時膨張行程気筒とを少なくとも有し、
上記吸気弁作動制御手段は、上記エンジン停止過程の後半期間において、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量が、上記停止時膨張行程気内の空気量よりも多くなるように、上記吸気弁の作動状態を制御するよう構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。
請求項４記載のディーゼルエンジンの自動停止装置において、
上記吸気弁作動制御手段は、上記エンジン停止過程の後半期間において、上記停止時圧縮行程気筒内の空気量が、上記停止時膨張行程気内の空気量よりも多くなるように、上記吸気弁の開弁状態を、該吸気弁の開弁を抑制する前の状態に徐々に戻すよう構成されていることを特徴とするディーゼルエンジンの自動停止装置。