JP2009250071A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料カットを実行する運転領域を拡大して燃費を向上させる。
【解決手段】アクセル操作が行われない状態でブレーキ操作が行われている期間に燃料カットを実行すると共に、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除された場合に、車両振動が発生するおそれがあると判定されている期間は燃料カットを継続し、車両振動が発生するおそれがなくなった時点で、燃料カットを中止して燃料噴射を再開する。但し、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除されたときに、車両振動が発生するおそれがあると判定されている場合であっても、運転者の加速要求が大きい場合は直ちに燃料カットを中止して燃料噴射を再開する。更に、燃料噴射の再開のみでエンジン１１を始動可能である否かを判定し、燃料噴射の再開のみではエンジン１１を始動困難であると判定したときにスタータ２２を駆動して始動する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関（エンジン）を自動停止・始動する機能を搭載した内燃機関の制御装置に関する発明である。

近年、燃費節減、排気エミッション低減等を目的として、エンジン自動停止・始動システム（いわゆるアイドルステップシステム）を搭載した車両が実用化されている。一般に、アイドルステップシステムは、車両がほぼ停止したアイドル運転状態で運転者が停車操作（アクセル操作の解除、ブレーキ操作等）を行っているときに、自動停止条件が成立して、燃料カットしてエンジンを自動停止させ、この自動停止中に運転者が車両発進のための準備操作（ブレーキ操作の解除、シフトレバー操作等）や発進操作（アクセル踏み込み等）を行った時点で、自動始動条件が成立して燃料噴射を再開して自動始動させるようにしている。

このようなアイドルステップシステムは、自動変速機付き車両に搭載される場合が多いが、特許文献１（特開２０００−１４４７１８号公報）、特許文献２（特開平１１−２５７１１８号公報）に記載されているように、マニュアルミッションの車両にもアイドルステップシステムが搭載される場合がある。
特開２０００−１４４７１８号公報 特開平１１−２５７１１８号公報

上記従来のアイドルストップシステムは、いずれも、停車中に所定条件下で燃料カットを実行してエンジンを停止させる技術であるが、停車中のみに燃料カットを実行していたのでは、燃費向上に限界がある。

一般に、車両減速中には、内燃機関の回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度に低下するまで減速時燃料カットを実施し、内燃機関の回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度以下に低下した時点で、減速時燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するようにしている。この減速時燃料カット復帰後も、運転者がアクセル操作を行わずにブレーキ操作を行っている場合（つまり内燃機関の駆動力を必要としない場合）があるが、このような場合でも、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するため、内燃機関の燃焼トルクをブレーキ操作で消費させることになり、無駄に燃料を消費することになる。

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、従ってその目的は、燃料カットを実行する運転領域を拡大して燃費を向上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、内燃機関の動力を駆動系に伝達する経路を接続／解放するクラッチと、所定の自動停止条件で燃料カットし且つ当該燃料カット状態から所定の自動始動条件で燃料噴射を再開する自動停止始動制御手段とを備えた車両に適用される内燃機関の制御装置において、アクセル操作を検出するアクセル操作検出手段と、ブレーキ操作を検出するブレーキ操作検出手段とを備え、前記自動停止始動制御手段は、アクセル操作が行われない状態でブレーキ操作が行われている期間に燃料カットを実行するようにしたものである。

一般に、運転者がアクセル操作（アクセル踏み込み）を行わずにブレーキ操作（ブレーキ踏み込み）を行っている状態は、運転者が内燃機関の駆動力を必要としていない状態であることを意味する。通常の減速時燃料カット制御では、内燃機関の回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度以下に低下した時点で、減速時燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するが、この減速時燃料カット復帰後も、アクセル操作を行わずにブレーキ操作を行っている場合（つまり内燃機関の駆動力を必要としない場合）がある。このような場合にも、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開すると、内燃機関の燃焼トルクをブレーキ操作で消費させることになり、無駄に燃料を消費することになる。

そこで、本発明は、アクセル操作が行われない状態でブレーキ操作が行われている期間に燃料カットを実行するものであり、これにより、従来の減速時燃料カット復帰回転速度以下の領域でも内燃機関の駆動力を必要としない場合に燃料カットを実行することが可能となり、燃費向上を実現することができる。

ところで、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除された場合には、通常は、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開することになるが、ブレーキ操作が解除された場合でも、クラッチの状態や変速機の状態や駆動系の回転状態によっては、燃料噴射を再開すると、車両振動が発生するおそれがある場合がある。

この対策として、請求項２のように、車両振動が発生するおそれがあるか否かを判定する車両振動判定手段を備え、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除された場合に、前記車両振動判定手段で車両振動が発生するおそれがあると判定されている期間は前記燃料カットを継続し、車両振動が発生するおそれがなくなったときに、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するようにしても良い。このようにすれば、燃料カット復帰時に車両振動が発生することを防止できる。

この場合、請求項３のように、車両振動が発生するおそれがあるか否かを、クラッチの状態、車速、変速機の状態の少なくとも１つに基づいて判定するようにすれば良い。例えば、クラッチが切られているときには、内燃機関が駆動系から切り離されているため、車両振動が発生するおそれはない。また、クラッチが接続されている場合でも、変速機のシフトポジションがニュートラルであれば、車両振動が発生するおそれはない。その他、車速が比較的高い場合にも、車両振動が発生するおそれはない。従って、クラッチの状態、車速、変速機の状態のいずれを用いても、車両振動が発生するおそれがあるか否かを判定することができる。

また、請求項４のように、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除されたときに、前記車両振動判定手段で車両振動が発生するおそれがあると判定されている場合であっても、運転者の加速要求が大きい場合は直ちに燃料噴射を再開するようにしても良い。このようにすれば、運転者の加速要求が大きい場合は、その加速要求を優先して直ちに加速を開始することができ、加速応答性を向上できる。

この場合、請求項５のように、運転者の加速要求は、アクセル操作検出手段で検出したアクセル操作量に基づいて判定するようにすれば良い。その他、シフトレバーのシフトポジションによって運転者の加速要求を判定しても良い。

また、請求項６のように、内燃機関の手動始動時に内燃機関のクランク軸を回転駆動するスタータを備え、燃料カット状態から燃料噴射を再開するときにクラッチが切られている場合には、燃料噴射の再開のみで内燃機関を始動可能である否かを判定し、燃料噴射の再開のみでは内燃機関を始動困難であると判定したときに前記スタータを駆動して始動するようにすると良い。このようにすれば、自動始動時のスタータの使用頻度を最小限にして、その分、燃費を向上させながら、始動性も確保できる。

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に基づいて制御システム全体の構成を説明する。
内燃機関であるエンジン１１のクランク軸と変速機１２の入力軸との間には、両者を接続／解放するクラッチ１３が設けられ、変速機１２の出力軸の回転力がプロペラシャフト１４→ディファレンシャルギヤ１５→ドライブシャフト１６の経路で駆動輪１７に伝達される。変速機１２は、マニュアルトランスミッションであり、運転者がシフトレバー１８のシフトポジションを切り替えるシフト操作を行うことで、変速機１２の変速段を切り替えるようになっている。変速機１２には、シフトレバー１８のシフトポジションを検出するシフトスイッチ１９が設けられている。

車両には、クラッチ１３の接続／解放を切り替えるためのクラッチペダル（図示せず）が設けられ、該クラッチペダルの踏み込み操作によりクラッチ１３が切り離され、該クラッチペダルの踏み込み操作を解除することでクラッチ１３が接続されるようになっている。このクラッチ１３の接続／解放の切り替えは、クラッチスイッチ２１によって検出される。エンジン１１には、スタータ２２が設けられ、手動始動時にスタータ２２によってエンジン１１のクランク軸を回転駆動（クランキング）することでエンジン１１を始動するようになっている。

本実施例では、エンジン１１は、例えば筒内噴射エンジンであり、自動始動開始時に膨張行程で停止している気筒内に燃料を噴射して燃焼させ、その燃焼圧力でエンジン１１をクランキングして始動することで、スタータ２２を使用せずに始動する“スタータレス始動”を行う機能を備えている。但し、自動始動時に、燃料噴射の再開のみではエンジン１１を始動困難であると判定されれば、スタータ２２を駆動して始動するようになっている。

その他、アクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み量）を検出するアクセルセンサ２３（アクセル操作検出手段）と、ブレーキ操作（ブレーキペダルの踏み込み）を検出するブレーキスイッチ２４（ブレーキ操作検出手段）と、車速（車輪速）を検出する車速センサ２５等が設けられている。

これら各種のセンサ、スイッチの出力信号は、制御装置２６に入力される。この制御装置２６は、マイクロコンピュータを主体として構成され、後述する図２乃至図４の各ルーチンを実行することで、アクセル操作が行われない状態でブレーキ操作が行われている期間に燃料カットを実行すると共に、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除された場合に、車両振動が発生するおそれがあると判定されている期間は燃料カットを継続し、車両振動が発生するおそれがなくなった時点で燃料カットを中止して燃料噴射を再開する。但し、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除されたときに、車両振動が発生するおそれがあると判定されている場合であっても、運転者の加速要求が大きい場合は直ちに燃料噴射を再開する。

更に、制御装置２６は、後述する図５のスタータ制御ルーチンを実行することで、燃料カット状態から燃料噴射を再開するときにクラッチ１３が切られている場合は、燃料噴射の再開のみでエンジン１１を始動可能である否かを判定し、燃料噴射の再開のみではエンジン１１を始動困難であると判定したときにスタータ２２を駆動して始動するようにしている。以下、図２乃至図５の各ルーチンの処理内容を説明する。

［燃料カット制御ルーチン］
図２の燃料カット制御ルーチンは、制御装置２６の電源オン期間中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう自動停止始動制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、ブレーキスイッチ２４の出力信号に基づいてブレーキＯＮ（ブレーキ操作中）であるか否かを判定し、ブレーキＯＮであれば、ステップ１０２に進み、アクセルセンサ２３の出力信号に基づいてアクセルＯＦＦ（アクセル操作が行われない状態）であるか否かを判定し、アクセルＯＦＦであれば、ステップ１０３に進み、燃料カットを実施する。運転者がアクセル操作（アクセルＯＮ）を行わずにブレーキ操作を行っている状態は、運転者がエンジン１１の駆動力を必要としていない状態であることを意味するため、ブレーキＯＮでアクセルＯＦＦであれば、燃料カットを実施して燃費を節減する。尚、燃料カット中は点火もカットする。

一方、上記ステップ１０１で、ブレーキＯＦＦ（ブレーキ操作が解除された状態）であると判定されれば、ステップ１０４に進み、アイドル中であるか否かを判定し、アイドル中でなければ、ステップ１０８に進み、燃料カットを中止して燃料噴射を再開する。

上記ステップ１０４で、アイドル中と判定されれば、ステップ１０５に進み、後述する図３の車両振動判定ルーチンの処理結果に基づいて車両振動を生じるおそれがあるか否かを判定し、車両振動を生じるおそれがあると判定されれば、ステップ１０６に進み、燃料カットを継続する。上記ステップ１０５で、車両振動を生じるおそれがないと判定されれば、ステップ１０７に進み、燃料カットを中止して燃料噴射を再開する。

また、上記ステップ１０１で「Ｙｅｓ」と判定され、且つ上記ステップ１０２で「Ｎｏ」と判定された場合、つまり、ブレーキＯＮの状態でアクセルが操作された場合は、ステップ１０９に進み、後述する図３の車両振動判定ルーチンの処理結果に基づいて車両振動を生じるおそれがあるか否かを判定し、車両振動を生じるおそれがないと判定されれば、ステップ１１３に進み、燃料カットを中止して燃料噴射を再開する。

これに対して、上記ステップ１０９で、車両振動を生じるおそれがあると判定されれば、ステップ１１０に進み、後述する図４の加速要求判定ルーチンの処理結果に基づいて運転者の加速要求が大きいか否かを判定し、運転者の加速要求が大きければ、ステップ１１１に進み、燃料カットを中止して燃料噴射を再開する。これは、運転者の加速要求が大きい場合は、車両振動を生じるおそれがあっても、運転者の加速要求を優先して直ちに加速を開始できるようにするものである。

また、車両振動を生じるおそれがあると判定された場合、上記ステップ１１０で、運転者の加速要求が大きくないと判定されれば、ステップ１１２に進み、燃料カットを継続する。これにより、車両振動が生じるのを未然に防止する。

［車両振動判定ルーチン］
図３の車両振動判定ルーチンは、制御装置２６の電源オン期間中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう車両振動判定手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ２０１で、クラッチスイッチ２１の出力信号に基づいてクラッチ１３が切られたか否かを判定し、クラッチ１３が切られた場合は、エンジン１１が駆動系から切り離されているため、ステップ２０４に進み、車両振動を生じるおそれがないと判定する。

これに対して、上記ステップ２０１で、クラッチ１３が切られていないと判定されれば、ステップ２０２に進み、シフトスイッチ１９の出力信号に基づいてシフトレバー１８のシフトポジションがニュートラルであるか否かを判定し、ニュートラルであれば、エンジン１１の動力が駆動系に伝達されない状態（クラッチ１３が切られているのと実質的に同じ状態）となっているため、ステップ２０４に進み、車両振動を生じるおそれがないと判定する。

上記ステップ２０２で、ニュートラルでないと判定されれば、ステップ２０３に進み、車速センサ２５の出力信号に基づいて車速が判定値以上であるか否かを判定する。ここで、判定値は予め設定された一定値を用いても良いが、変速機１２の変速段に応じて判定値をマップ等により変化させた方が、車両振動を生じるおそれがあるか否かをより精度良く判定することができる。例えば、同じ車速でも、低速ギアほどエンジン１１の回転速度（変速機１２の入力軸側の回転速度）が高くなって車両振動が発生しにくい環境になるため、低速ギアほど判定値を小さくすると良い。

上記ステップ２０３で、車速が判定値以上と判定されれば、ステップ２０４に進み、車両振動を生じるおそれがないと判定し、車速が判定値未満と判定されれば、ステップ２０５に進み、車両振動を生じるおそれがあると判定する。

［加速要求判定ルーチン］
図４の加速要求判定ルーチンは、制御装置２６の電源オン期間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３０１で、アクセルセンサ２３で検出したアクセル操作量（アクセルペダルの踏み込み量）が所定値以上であるか否かを判定し、アクセル操作量が所定値以上であれば、ステップ３０２に進み、運転者の加速要求が大きいと判定し、アクセル操作量が所定値未満であれば、ステップ３０３に進み、運転者の加速要求が大きくないと判定する。

［スタータ制御ルーチン］
図５のスタータ制御ルーチンは、制御装置２６の電源オン期間中に所定周期で実行され、特許請求の範囲でいう自動停止始動制御手段としての役割を果たす。本ルーチンが起動されると、まずステップ４０１で、運転者がイグニッションスイッチ（図示せず）を操作してエンジン１１を始動する“手動始動時”であるか否かを判定し、手動始動時であれば、ステップ４０５に進み、スタータ２２を駆動してエンジン１１のクランク軸を回転駆動（クランキング）することでエンジン１１を始動する。

これに対して、上記ステップ４０１で、手動始動時でないと判定されれば、ステップ４０２に進み、燃料カット状態から燃料噴射を再開してエンジン１１を始動する“自動始動時”であるか否かを判定し、自動始動時でなければ、そのまま本ルーチンを終了する。

上記ステップ４０２で、自動始動時と判定されれば、ステップ４０３に進み、クラッチ１３が切られているか否かを判定し、クラッチ１３が切られていなければ、そのまま本ルーチンを終了し、クラッチ１３が切られていれば、ステップ４０４に進み、燃料噴射のみのスタータレス始動ではエンジン１１を始動困難であるか否かを判定する。例えば、エンジン停止位置（エンジン始動開始位置）がスタータレス始動に適した所定クランク角範囲内になければ、燃料噴射のみでは始動困難と判定する。また、冷却水温が所定温度以下であれば、クランキング時のエンジン１１のフリクションが大きくて、燃料噴射のみでは始動困難と判定する。

上記ステップ４０４で、燃料噴射のみでは始動困難と判定されれば、ステップ４０５に進み、スタータ２２を駆動してエンジン１１のクランク軸を回転駆動（クランキング）することでエンジン１１を始動する。上記ステップ４０４で、燃料噴射のみで始動可能（スタータレス始動可能）と判定されば、そのまま本ルーチンを終了する。この場合は、燃料噴射のみのスタータレス始動を実行する。

一般に、運転者がアクセル操作を行わずにブレーキ操作を行っている状態は、運転者がエンジン１１の駆動力を必要としていない状態であることを意味する。通常の減速時燃料カット制御では、エンジン回転速度が減速時燃料カット復帰回転速度以下に低下した時点で、減速時燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するが、この減速時燃料カット復帰後も、アクセル操作を行わずにブレーキ操作を行っている場合（つまりエンジン１１の駆動力を必要としない場合）がある。このような場合にも、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開すると、エンジン１１の燃焼トルクをブレーキ操作で消費させることになり、無駄に燃料を消費することになる。

そこで、本実施例では、アクセル操作が行われないアクセルＯＦＦ状態でブレーキ操作が行われているブレーキＯＮ期間に燃料カットを実行するようにしたものであり、これにより、従来の減速時燃料カット復帰回転速度以下の領域でもエンジン１１の駆動力を必要としない場合に燃料カットを実行することが可能となり、燃費向上を実現することができる。

しかも、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除された場合に、車両振動が発生するおそれがあると判定されている期間は燃料カットを継続し、車両振動が発生するおそれがなくなったときに、燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するようにしたので、燃料カット復帰時に車両振動が発生することを防止できる。

更に、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除されたときに、車両振動が発生するおそれがあると判定されている場合であっても、運転者の加速要求が大きい場合は直ちに燃料噴射を再開するようにしたので、運転者の加速要求が大きい場合は、その加速要求を優先して直ちに加速を開始することができ、加速応答性を向上できる。

また、燃料カット状態から燃料噴射を再開するときにクラッチ１３が切られている場合は、燃料噴射の再開のみでエンジン１１を始動可能である否かを判定し、燃料噴射の再開のみではエンジン１１を始動困難であると判定したときにスタータ２２を駆動して始動するようにしたので、自動始動時のスタータ２２の使用頻度を最小限にして、その分、燃費を向上させながら、始動性も確保できる。

尚、本発明は、吸気ポート噴射エンジンを搭載した車両にも適用可能である。吸気ポート噴射エンジンでスタータレス始動を行う場合は、エンジン自動停止時に膨張行程で停止する気筒内に燃料を噴射して当該膨張行程気筒内に混合気を閉じ込めておき、自動始動時（燃料カット復帰時）に当該膨張行程気筒内の混合気に点火して始動するようにすれば良い。勿論、本発明は、自動始動時にスタータレス始動を行わず、常にスタータ２２を駆動して自動始動するようにしても良い。

その他、本発明は、車両振動が発生するおそれがあるか否かを判定する機能を省略して、燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除されたときに、車両振動が発生するおそれがあるか否かを判定せずに、直ちに燃料カットから復帰して燃料噴射を再開するようにしても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。

本発明の一実施例における制御システム全体の構成を示す図である。 燃料カット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。 車両振動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。 加速要求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。 スタータ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。

符号の説明

１１…エンジン（内燃機関）、１２…変速機、１３…クラッチ、１８…シフトレバー、１９…シフトスイッチ、２１…クラッチスイッチ、２２…スタータ、２３…アクセルセンサ（アクセル操作検出手段）、２４…ブレーキスイッチ（ブレーキ操作検出手段）、２５…車速センサ、２６…制御装置（自動停止始動制御手段，車両振動判定手段）

Claims (6)

1. 内燃機関の動力を駆動系に伝達する経路を接続／解放するクラッチと、所定の自動停止条件で燃料カットし且つ当該燃料カット状態から所定の自動始動条件で燃料噴射を再開する自動停止始動制御手段とを備えた車両に適用される内燃機関の制御装置において、
   アクセル操作を検出するアクセル操作検出手段と、
   ブレーキ操作を検出するブレーキ操作検出手段とを備え、
   前記自動停止始動制御手段は、アクセル操作が行われない状態でブレーキ操作が行われている期間に燃料カットを実行することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 車両振動が発生するおそれがあるか否かを判定する車両振動判定手段を備え、
   前記自動停止始動制御手段は、前記燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除された場合に、前記車両振動判定手段で車両振動が発生するおそれがあると判定されている期間は前記燃料カットを継続し、車両振動が発生するおそれがなくなったときに燃料噴射を再開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。
3. 前記車両振動判定手段は、車両振動が発生するおそれがあるか否かを、前記クラッチの状態、車速、変速機の状態の少なくとも１つに基づいて判定することを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記自動停止始動制御手段は、前記燃料カットの実行中にブレーキ操作が解除されたときに、前記車両振動判定手段で車両振動が発生するおそれがあると判定されている場合であっても、運転者の加速要求が大きい場合は直ちに燃料噴射を再開することを特徴とする請求項２又は３に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記自動停止始動制御手段は、前記運転者の加速要求を前記アクセル操作検出手段で検出したアクセル操作量に基づいて判定する手段を有することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関の制御装置。
6. 内燃機関の手動始動時に内燃機関のクランク軸を回転駆動するスタータを備え、
   前記自動停止始動制御手段は、前記燃料カット状態から燃料噴射を再開するときに前記クラッチが切られている場合は、燃料噴射の再開のみで内燃機関を始動可能である否かを判定し、燃料噴射の再開のみでは内燃機関を始動困難であると判定したときに前記スタータを駆動して始動することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の内燃機関の制御装置。

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