JP2017002826A - エンジン停止始動制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】始動装置の給電期間の短縮を図り、バッテリ電力消費の増大や始動装置の劣化を抑制することができるエンジン停止始動制御装置を提供することにある。【解決手段】エンジン停止始動制御装置は、エンジン１１と、バッテリ２０からの給電により駆動されてエンジン１１に初期回転を付与するスタータ１４とを備えるシステムに適用され、エンジン始動に際し、スタータ１４による初期回転の付与後においてエンジン１１の圧縮上死点からの回転速度又は筒内圧力の変化量により燃焼室１９内での燃焼の有無を判定する燃焼判定手段と、燃焼判定手段により燃焼があったと判定されたことに基づいて、スタータ１４への給電を停止させる給電制御手段と、を備えることを特徴とする。【選択図】 図１

Description

本発明は、エンジン停止始動制御装置に関するものである。

一般に、エンジンを停止状態から始動させる際には、始動装置によりエンジンの出力軸に初期回転が付与される。具体的には、始動装置が有するモータへ給電が開始されることにより、そのモータの回転力によりクランク軸を回転させ、エンジンが始動される。かかる場合、エンジンの始動が完了したことが判定されるまで、始動装置への給電を継続させるといった技術がある。

例えば、特許文献１に記載のものでは、エンジンの始動が完了したことを判定するためのエンジン回転速度の閾値が設定されており、エンジン回転速度が安定的に所定の閾値を超えた場合に始動装置への給電を停止させるようにしている。

特開２００９−２１６０６５号公報

ところで、エンジンは各気筒において吸気−圧縮−膨張−排気行程を繰り返すため、エンジン回転速度に脈動が生じる。このため、エンジンの始動が完了したことを判定するための閾値は、エンジン回転速度の脈動によるエンジン回転速度の変化分を考慮して高めに設定されている。この場合、高めに設定された閾値にエンジン回転速度が到達することを待って、始動装置への給電が停止されるため、始動装置へ給電を行う給電期間が長期化するおそれがある。この場合、バッテリ電力の消費が増大することによる燃費低下や始動装置の劣化が懸念される。

本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、始動装置の給電期間の短縮を図り、バッテリ電力消費の増大や始動装置の劣化を抑制することができるエンジン停止始動制御装置を提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

第１の発明は、エンジン（１１）と、バッテリ（２０）からの給電により駆動されて前記エンジンに初期回転を付与する始動装置（１４）とを備えるシステムに適用され、前記エンジンの始動に際し、前記始動装置による初期回転の付与後において前記エンジンの圧縮上死点からの回転速度又は筒内圧力の変化量により燃焼室（１９）内での燃焼の有無を判定する燃焼判定手段と、前記燃焼判定手段により前記燃焼があったと判定されたことに基づいて、前記始動装置への前記給電を停止させる給電制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、圧縮上死点からの回転速度又は筒内圧力の変化量によって燃焼の有無が判定され、燃焼があったと判定されたことに基づいて始動装置への給電が停止される。このため、エンジンの出力軸の回転位置に対応させて燃焼の状況を把握し、その燃焼後に給電の継続の要否を正しく判断することができる。その結果、始動装置の給電期間の短縮を図り、バッテリ電力消費の増大や始動装置の劣化を抑制することができる。

第２の発明は、前記燃焼判定手段は、前記圧縮上死点からの前記回転速度の上昇量が所定値に到達したこと、又は前記圧縮上死点からの前記筒内圧力の上昇量が所定値に到達したことに基づいて、前記燃焼があったと判定することを特徴とする。

圧縮上死点からの回転速度の上昇量又は筒内圧力の上昇量が所定値に到達したことに基づいて、燃焼があったと判定する構成にした。この場合、圧縮上死点後において回転速度又は筒内圧力がピーク値に到達することを待つことなく、回転速度又は筒内圧力の上昇過程で燃焼の有無が判定される。このため、燃焼の有無がいち早く判定され、その判定に基づいて始動装置への給電を停止させることで、始動装置の給電期間の短縮を好適に図ることができる。

第３の発明は、初回の前記燃焼があったと判定された場合に、その初回の燃焼後において前記給電を継続する継続期間を、前記エンジンの軸トルクの生成に影響を及ぼすパラメータに基づいて、可変に設定する第１設定手段を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、エンジンの軸トルクが小さいことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、始動装置の給電期間の短縮を図ることができる。

第４の発明は、前記パラメータは前記エンジンの機械摩擦損失に影響を及ぼすフリクションパラメータであり、前記第１設定手段は、前記フリクションパラメータに基づいて前記継続期間を設定することを特徴とする。

上記構成によれば、低温始動時など機械摩擦損失が大きいことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、始動装置の給電期間の短縮を図ることができる。

第５の発明は、前記パラメータは前記エンジンの燃焼エネルギ量に影響を及ぼす燃焼量パラメータであり、前記第１設定手段は、前記燃焼量パラメータに基づいて前記継続期間を設定することを特徴とする。

上記構成によれば、大気圧の低下時など燃焼エネルギ量が小さいことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、始動装置の給電期間の短縮を図ることができる。

第６の発明は、初回の前記燃焼があったと判定された場合に、その初回の燃焼後において前記給電を継続する継続期間を、前記始動装置への前記給電を行う前記バッテリのバッテリ電圧に基づいて可変に設定する第２設定手段を備えることを特徴とする。

上記構成によれば、始動装置へ給電を行うバッテリ電圧に基づいて、初回の燃焼後において始動装置への給電を継続させる期間が設定される。このため、バッテリ電圧が低いことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、始動装置の給電期間の短縮を図ることができる。

エンジン制御システムの概略構成図。 エンジン始動開始直後における瞬時回転速度の変化を示すタイミングチャート。 スタータへの給電を停止する処理を示すフローチャート。 外気温と閾値Ｔｈ２との関係を示す図。 大気圧と閾値Ｔｈ２との関係を示す図。 スタータへの給電を停止する態様を示すタイミングチャート。 スタータへの給電を停止する処理を示すフローチャート。 バッテリ電圧と閾値Ｔｈ２との関係を示す図。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、車両に搭載されたエンジンの制御システムに具体化している。当該制御システムでは、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵという）を中枢としてエンジンの運転状態等を制御する。本システムの全体概略図を図１に示す。

図１に示すように、エンジン１１は、火花点火式のガソリンエンジンであって、気筒ごとに燃料噴射手段としてインジェクタ１２と点火装置１３とを備えている。また、エンジン１１にはエンジン始動時において当該エンジン１１のクランク軸１６に初期回転（クランキング回転）を付与する始動装置としてのスタータ１４が接続されている。なお、エンジン１１はガソリンエンジンに限定されず、ディーゼルエンジンであってもよい。また、スタータ１４は、ＩＳＧ（Integrated Starter Generator）であってもよい。

スタータ１４は、リレー１５を介してバッテリ２０と接続されている。スタータ１４は、イグニッションスイッチのオン動作時に、バッテリ２０からの給電により駆動される。具体的には、運転者のイグニッションキー操作によりイグニッションスイッチがオン動作されると、リレー１５が閉じ、バッテリ２０からスタータ１４へ給電されるとともに、スタータ１４が駆動され、エンジン１１にクランキング回転を付与する。なお、イグニッションキーに代えて、プッシュ式のスタートスイッチを備える構成としてもよい。また、アイドリングストップ制御が行われる車両では、エンジン１１の再始動が行われる場合に、リレー１５が閉状態に制御される。

ＥＣＵ２１は、周知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータ等を備えてなる電子制御装置であり、本システムに設けられている各種センサの検出結果に基づいて、インジェクタ１２による燃料噴射量制御や、点火装置１３による点火制御など各種エンジン制御を実施する。

センサ類について詳しくは、ＥＣＵ２１には、イグニッションスイッチ、クランク軸１６の回転位置（クランク角位置）を検出するクランク角センサ２３、シリンダ１７及びピストン１８によって形成されている燃焼室１９の圧力（筒内圧力Ｐ）を検出する筒内圧力センサ２４、外気温を検出する温度センサ２５、大気圧を検出する大気圧センサ２６、バッテリ電圧を検出する電圧センサ２７が接続されており、これら各センサからの信号がＥＣＵ２１に逐次入力されるようになっている。

クランク角センサ２３は、所定のクランク角ごとに（例えば、１０°ＣＡ周期で）矩形状の検出信号（クランクパルス信号）を出力する電磁ピックアップ式の回転位置検出手段である。クランク軸１６が１０°ＣＡ回転する度に要した時間からエンジン１１の回転速度（瞬時回転速度ＮＥ）が算出される。また、回転位置の検出結果によれば、所定の基準位置（例えば圧縮上死点）に対するクランク軸１６の回転位置が算出される他、エンジン１１の行程判別が実施されるようになっている。

また、ＥＣＵ２１は、エンジン始動に際し、バッテリ２０からスタータ１４への給電の開始後において、エンジン１１の燃焼室１９内での燃焼の有無に基づいて給電を停止させる制御を行う。この場合、リレー１５を開状態に制御することにより、バッテリ２０からスタータ１４への給電が停止され、エンジン１１のクランキングが終了される。

スタータ１４への給電制御として、具体的には、スタータ１４によるクランキング回転の付与後においてピストン１８が圧縮上死点に到達した直後からの瞬時回転速度ＮＥの上昇量ΔＮＥが所定値以上である場合に、燃焼があったと判定する。また、その判定に基づいて、スタータ１４への給電を停止させる。

エンジン１１の燃焼の有無の判定について、図２を用いて説明する。図２はエンジン１１の始動開始直後における瞬時回転速度ＮＥの変化を示している。まず、スタータ１４によりクランキング回転がエンジン１１に付与されると、ピストン１８の往復運動にともなう燃焼室１９の容積変化に応じて瞬時回転速度ＮＥの増減が生じる。そして、ピストン１８が圧縮上死点に到達して、点火装置１３の点火により燃焼室１９で燃焼が生じると、瞬時回転速度ＮＥがボトム値ＮＥｂから急激に上昇する。瞬時回転速度ＮＥがピーク値ＮＥｐに到達した後は、クランク軸等に作用する負荷により瞬時回転速度ＮＥが降下する。なお、４気筒エンジンの場合は、１８０°ＣＡごとに燃焼が行われるため、１８０°ＣＡごとに瞬時回転速度ＮＥの上昇と降下とが繰り返し行われる。

瞬時回転速度ＮＥのボトム値ＮＥｂからピーク値ＮＥｐまでの上昇量ΔＮＥは、燃焼が生じていない場合がΔＮＥ２であるのに対し、燃焼が生じている場合は、ΔＮＥ２よりも大きいΔＮＥ１となる。このため、上昇量ΔＮＥの大きさの違いに基づいて燃焼があったか否かの判定を行うことができる。

本実施形態では、図２に示すように、上昇量ΔＮＥにおいてΔＮＥ１とΔＮＥ２との間に閾値Ｔｈ１を設け、上昇量ΔＮＥが閾値Ｔｈ１以上であることに基づいて、燃焼があったことの判定を行う。

以下、ＥＣＵ２１により実施されるスタータ１４への給電を停止する処理について、図３のフローチャートを用いて説明する。本処理は、ＥＣＵ２１により所定周期で繰り返し実施され、例えば、クランクパルス信号の立上がり時であって、瞬時回転速度ＮＥの算出毎に実施される。

まず、ステップＳ１１では、スタータ１４への給電中であるか否かを判定する。ステップＳ１１でＮＯである場合は、そのまま本処理を終了し、ステップＳ１１でＹＥＳである場合は、ステップＳ１２に進む。

ステップＳ１２では、現在の瞬時回転速度ＮＥを取得し、続くステップＳ１３では、ピストン１８が圧縮上死点に到達したか否かを判定する。ステップＳ１３でＹＥＳである場合は、ステップＳ１４に進み、現在の瞬時回転速度ＮＥをボトム値ＮＥｂとして取得する。ステップＳ１３でＮＯである場合は、ステップＳ１５に進み、ボトム値ＮＥｂを取得済みであるか否かを判定する。

ステップＳ１５でＮＯである場合は、そのまま本処理を終了し、ステップＳ１５でＹＥＳである場合は、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１６では、ボトム値ＮＥｂから現在の瞬時回転速度ＮＥまでの上昇量ΔＮＥを算出する。

ステップＳ１７では、上昇量ΔＮＥが閾値Ｔｈ１以上であるか否かを判定する。ステップＳ１７でＮＯである場合は、そのまま本処理を終了し、ステップＳ１７でＹＥＳである場合は、燃焼があったとしてステップＳ１８に進む。ステップＳ１８では、クランキング開始後に燃焼があったと判定された燃焼回数Ｔｃをインクリメントする。

続くステップＳ１９では、初回の燃焼後において給電を継続させる期間（給電継続期間）を、エンジン１１の軸トルクの生成に影響を及ぼすパラメータに基づいて、可変に設定する。軸トルクの生成に影響を及ぼすパラメータには、エンジン１１の機械摩擦損失に影響を及ぼすフリクションパラメータ、及びエンジン１１の燃焼エネルギ量に影響を及ぼす燃焼量パラメータが含まれる。本実施形態では、フリクションパラメータとして温度センサ２５により検出される外気温、及び燃焼量パラメータとして大気圧センサ２６により検出される大気圧に基づいて燃焼回数Ｔｃの閾値Ｔｈ２を設定する。これにより、給電継続期間が可変に設定されることとなる。

ここで、外気温と閾値Ｔｈ２との関係、大気圧と閾値Ｔｈ２との関係を、図４、５を用いて説明する。図４は、外気温と閾値Ｔｈ２との関係を示しており、外気温がＡ１以上の場合にはＴｈ２を１とし、Ａ１未満の場合にはＴｈ２を２以上とし、かつ低温であるほど大きい値とする。これは、外気温が低いほど機械摩擦損失が大きくなり、初回の燃焼後において低回転状態でエンジン１１の回転が不安定になるためと考えられるためである。

また、図５は、大気圧と閾値Ｔｈ２との関係を示しており、大気圧がＡ２以上の場合にはＴｈ２を１とし、Ａ２未満の場合にはＴｈ２を２以上とし、かつ低気圧であるほど大きい値とする。これは、低気圧であるほどエンジン１１の吸気圧が低下するため、燃焼エネルギ量が小さくなり、初回の燃焼後において低回転状態でエンジン１１の回転が不安定になると考えられるためである。

ステップＳ２０では、燃焼回数Ｔｃが閾値Ｔｈ２に到達したか否かを判定する。ステップＳ２０でＮＯである場合は、そのまま本処理を終了し、ステップＳ２０でＹＥＳである場合は、ステップＳ２１に進み、スタータ１４への給電を停止し、本処理を終了する。

次に、スタータ１４への給電を停止する態様について図６のタイミングチャートを用いて説明する。なお、図７は閾値Ｔｈ２を１とした場合のタイミングチャートを示している。

まず、タイミングｔ１１でイグニッションキーがオン操作されることで、スタータ１４がオン状態となるとともに、エンジン１１が回転し始める。タイミングｔ１２でピストン１８が圧縮上死点に到達し、瞬時回転速度ＮＥのボトム値ＮＥｂが取得される。タイミングｔ１２の直後において、燃焼が生じると、瞬時回転速度ＮＥがボトム値ＮＥｂから急激に上昇する。タイミングｔ１３でボトム値ＮＥｂからの上昇量ΔＮＥが閾値Ｔｈ１に到達すると同時に、スタータ１４への給電が停止される。このため、エンジン１１のクランク角位置に対応させて燃焼があったことがいち早く把握されるとともに、燃焼があったことが把握された時点で給電を停止させることができる。この後、タイミングｔ１４でイグニッションキーがオフ操作される。

以上、詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

上記構成によれば、圧縮上死点からの瞬時回転速度ＮＥの変化によって燃焼の有無が判定され、燃焼があったと判定されたことに基づいてスタータ１４への給電が停止される。このため、エンジン１１のクランク角位置に対応させて燃焼の状況を把握し、その燃焼後に給電の継続の要否を正しく判断することができる。その結果、スタータ１４の給電期間の短縮を図り、バッテリ電力消費の増大やスタータ１４の劣化を抑制することができる。

圧縮上死点からの回転速度の上昇量ΔＮＥが所定値以上であることに基づいて、燃焼があったと判定する構成にした。この場合、圧縮上死点後において回転速度がピーク値ＮＥｐに到達することを待つことなく、瞬時回転速度ＮＥの上昇過程で燃焼の有無が判定される。このため、燃焼の有無がいち早く判定され、その判定に基づいてスタータ１４への給電を停止させることで、スタータ１４の給電期間の短縮を好適に図ることができる。

エンジン１１の軸トルクの生成に影響を及ぼすパラメータに基づいて給電継続期間を設定する構成とした。このため、エンジン１１の軸トルクが小さいことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、スタータ１４の給電期間の短縮を図ることができる。

具体的には、エンジン１１の機械摩擦損失に影響を及ぼすフリクションパラメータに基づいて給電継続期間が設定される。このため、低温始動時など機械摩擦損失が大きいことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、スタータ１４の給電期間の短縮を図ることができる。

また、エンジン１１の燃焼エネルギ量に影響を及ぼす燃焼量パラメータに基づいて、給電継続期間が設定される。このため、大気圧の低下時など燃焼エネルギ量が小さいことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、スタータ１４の給電期間の短縮を図ることができる。

（他実施形態）
上記の実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・ピストン１８が圧縮上死点に到達した直後で筒内圧力Ｐの上昇があった場合に、燃焼があったと判定し、それに基づいてスタータ１４への給電を停止させる構成としてもよい。なお、ピストン１８が圧縮上死点に到達した直後の圧力上昇量が所定値以上である場合に、燃焼があったと判定してもよい。

ＥＣＵ２１により実施されるスタータ１４への給電を停止する処理について、図７のフローチャートを用いて説明する。本処理は、図３の処理の代わりに実施される。

図７において、ステップＳ３１では、スタータ１４の給電中であるか否かを判定し、ステップＳ３２では、ピストン１８が圧縮上死点に到達したか否かを判定し、ステップＳ３３では、ピストン１８が圧縮上死点に到達した直後で筒内圧力Ｐの上昇があったか否かを判定する。ステップＳ３１〜Ｓ３３でともにＹＥＳである場合は、燃焼があったと判定し、ステップＳ３４に進む。

ステップＳ３４〜Ｓ３７では、図３のステップＳ１８〜Ｓ２１と同様に、燃焼回数Ｔｃをインクリメントするとともに、燃焼回数Ｔｃの閾値Ｔｈ２を設定し、燃焼回数Ｔｃが閾値Ｔｈ２に到達したことが判定された場合に、スタータ１４への給電を停止する。

上記構成によっても、やはり、エンジン１１の出力軸の回転位置に対応させて燃焼の状況を把握し、その燃焼後に給電の継続の要否を正しく判断することができる。その結果、スタータ１４の給電期間の短縮を図り、バッテリ電力消費の増大や始動装置の劣化を抑制することができる。

圧縮上死点からの筒内圧力Ｐの上昇があったことに基づいて、燃焼があったと判定する構成にした。この場合、圧縮上死点後において筒内圧力Ｐの上昇が開始された時点で燃焼の有無が判定される。これによっても、やはり、燃焼の有無がいち早く判定され、その判定に基づいてスタータ１４への給電を停止させることで、スタータ１４の給電期間の短縮を好適に図ることができる。

・給電継続期間を、スタータ１４への給電を行うバッテリ２０のバッテリ電圧に基づいて可変に設定する構成としてもよい。この場合、電圧センサ２７により検出されるバッテリ電圧に基づいて、閾値Ｔｈ２を設定する。図８は、バッテリ電圧と閾値Ｔｈ２との関係を示しており、バッテリ電圧がＡ３以上の場合にはＴｈ２を１とし、Ａ３未満の場合にはＴｈ２を２以上であり、かつ低電圧であるほど大きい値とする。これは、バッテリ電圧が低いほどスタータ１４の駆動力が低下し、エンジン始動が不安定になるためと考えられるためである。

上記構成によれば、バッテリ電圧が低いことによりエンジン始動が不安定になりやすい状況であっても、エンジン始動の安定化を図りつつ、スタータ１４の給電期間の短縮を図ることができる。

・ピストン１８が圧縮上死点に到達した直後の瞬時回転速度ＮＥの時間変化量に基づいて、エンジン１１の燃焼があったことを判定してもよい。この場合、上記の時間変化量が所定値よりも大きい場合に、エンジン１１の燃焼があったと判定するとよい。

・クランキング開始後に燃焼があったと判定された燃焼回数Ｔｃの閾値Ｔｈ２を可変に設定する構成としたが、これを変更し、閾値Ｔｈ２を一定値（例えば、１回、２回、３回等）に設定する構成としてもよい。

・機械摩擦損失に影響を及ぼすフリクションパラメータとして外気温を検出する構成としたが、これに限らず、例えば、エンジン１１の水温や油温を検出する構成としてもよい。

・燃焼エネルギ量に影響を及ぼす燃焼量パラメータとして大気圧を検出する構成としたが、これに限らず、例えば、エンジン１１の吸気圧を検出する構成としてもよい。

１１…エンジン、１４…スタータ（始動装置）、１９…燃焼室、２０…バッテリ、２１…ＥＣＵ（エンジン停止始動制御装置）。

Claims (6)

1. エンジン（１１）と、バッテリ（２０）からの給電により駆動されて前記エンジンに初期回転を付与する始動装置（１４）とを備えるシステムに適用され、
   前記エンジンの始動に際し、前記始動装置による初期回転の付与後において前記エンジンの圧縮上死点からの回転速度又は筒内圧力の変化量により燃焼室（１９）内での燃焼の有無を判定する燃焼判定手段と、
   前記燃焼判定手段により前記燃焼があったと判定されたことに基づいて、前記始動装置への前記給電を停止させる給電制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン停止始動制御装置（２１）。
2. 前記燃焼判定手段は、前記圧縮上死点からの前記回転速度の上昇量が所定値に到達したこと、又は前記圧縮上死点からの前記筒内圧力の上昇量が所定値に到達したことに基づいて、前記燃焼があったと判定する請求項１に記載のエンジン停止始動制御装置。
3. 初回の前記燃焼があったと判定された場合に、その初回の燃焼後において前記給電を継続する継続期間を、前記エンジンの軸トルクの生成に影響を及ぼすパラメータに基づいて、可変に設定する第１設定手段を備える請求項１又は２に記載のエンジン停止始動制御装置。
4. 前記パラメータは前記エンジンの機械摩擦損失に影響を及ぼすフリクションパラメータであり、
   前記第１設定手段は、前記フリクションパラメータに基づいて前記継続期間を設定する請求項３に記載のエンジン停止始動制御装置。
5. 前記パラメータは前記エンジンの燃焼エネルギ量に影響を及ぼす燃焼量パラメータであり、
   前記第１設定手段は、前記燃焼量パラメータに基づいて前記継続期間を設定する請求項３又は４に記載のエンジン停止始動制御装置。
6. 初回の前記燃焼があったと判定された場合に、その初回の燃焼後において前記給電を継続する継続期間を、前記始動装置への前記給電を行う前記バッテリのバッテリ電圧に基づいて、可変に設定する第２設定手段を備える請求項１乃至５のいずれか１項に記載のエンジン停止始動制御装置。

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