JP4066832B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、環境保全若しくは省資源エネルギー化等の観点から、アイドリング時の燃料消費量及び排出ガスの低減などを図るため、車両が停止すると内燃機関（以下、「エンジン」ともいう。）を自動停止し、停止状態から発進指示があるとエンジンを自動的に再始動して車両を発進させるエンジン停止始動制御装置が知られている。この制御は、「アイドリングストップ」などとも呼ばれている。この種の車両の一例が特許文献１に記載されている。
【０００３】
アイドリングストップを行わない通常の車両（以下、これを「通常車両」と呼ぶことがある。）の場合、車両の停止中においてもエンジンは所定のアイドリング回転数で動作する。即ち、エンジンを制御するＥＣＵは、車両の停止中であっても、エンジンがアイドリング回転数を維持するように必要な燃料噴射及び点火を行うよう制御している。しかし、アイドリングストップを自動的に行う場合、車両の停止中においては燃料噴射を停止し（燃料カット）、点火も停止する必要がある。このため、車両の停止状態、即ちアイドリングストップ時には、ＥＣＵは燃料噴射及び点火を停止させる信号を燃料噴射装置や点火装置へ供給する必要がある。上記の特許文献１に記載の車両では、アイドリングストップ時の燃料噴射や点火の制御信号も出力できるように、アイドリングストップ車両専用のＥＣＵを搭載している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３０４００７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
アイドリングストップ時の燃料噴射や点火の制御信号を生成するためには、上記特許文献１の車両などのように、アイドリングストップ車両専用のＥＣＵを開発する必要が生じる。また、そのようなアイドリングストップ車両専用のＥＣＵが故障した際には、アイドリングストップが実行不能となることにとどまらず、車両自体の通常の走行も不能となる恐れがある。
【０００６】
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものであり、アイドリングストップ機能を有しない通常の車両に対して、容易かつ確実にアイドリングストップを実現することを可能とする内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの観点では、所定の停止条件が成立した場合に内燃機関を自動停止し、かつ、所定の始動条件が成立した場合に前記内燃機関を自動始動する内燃機関の制御装置において、前記内燃機関の電子制御ユニットは、前記内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される燃焼制御以外の燃焼制御を実行する主電子制御ユニットと、前記内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される燃焼制御を実行する副電子制御ユニットと、を備える。
【０００８】
上記の内燃機関の制御装置は、例えば燃料噴射指示や点火指示などを供給して内燃機関の燃焼制御を行うための電子制御ユニットを備える。ここで、電子制御ユニットは、主電子制御ユニットと副電子制御ユニットとにより構成される。主電子制御ユニットは内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される燃焼制御以外の燃焼制御、即ち通常走行などに必要な燃焼制御を実行し、副電子制御ユニットは内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される燃焼制御を実行する。このように、電子制御ユニットを主電子制御ユニットと副電子制御ユニットで構成することにより、例えば主電子制御ユニットのみを有する通常車両に対して副電子制御ユニットを追加して、アイドリングストップにおける内燃機関の自動停止及び自動始動を実現することが可能となる。
【０００９】
上記の内燃機関の制御装置の一態様では、前記副電子制御ユニットが正常に動作しない場合には、前記主電子制御ユニットが前記内燃機関の自動停止及び自動始動時に要求される燃焼制御以外の燃焼制御を実行する。このように副電子制御ユニットに故障や不具合が生じた場合でも、アイドリングストップなどの内燃機関の自動停止及び自動始動のための燃焼制御が不能となるのみで、通常走行などのための燃焼制御は確実に行うことができる。
【００１０】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記主電子制御ユニットは運転者のイグニッションキー操作に応じて前記内燃機関の始動を制御する通常始動制御を実行し、前記副電子制御ユニットは、前記通常始動制御における制御量に基づいて、前記内燃機関の自動始動のための燃焼制御における制御量を決定する。この態様では、運転者がイグニッションキーを操作すると、主電子制御ユニットが内燃機関の通常始動制御を行う。副電子制御ユニットは、その際の制御量を検出し、それに基づいて、アイドリングストップなどにおける内燃機関の自動始動時の制御量を決定する。よって、内燃機関の特性などに応じて適切な制御量で自動始動を実行することができる。なお、制御量には、例えば燃料噴射量、点火時期などが含まれる。
【００１１】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記主電子制御ユニットは、車両の停止中に前記内燃機関のアイドリングのための燃料噴射指示及び点火指示を出力し、前記副電子制御ユニットは、前記内燃機関の自動停止及び自動始動時には、前記主電子制御ユニットから出力される前記燃料噴射指示及び点火指示を無効化する。
【００１２】
一般的に、アイドリングストップなどを行わない通常車両には主電子制御ユニットのみが搭載されている。これに副電子制御ユニットを追加してアイドリングストップを実施可能とする場合、車両の停止中には主電子制御ユニットは内燃機関のアイドリング回転を維持しようとして燃料噴射指示や点火指示を出力する。よって、副電子制御ユニットは、これらの指示を無効化することにより、当該車両でアイドリングストップを行うことを可能とする。
【００１３】
さらに、上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記副電子制御ユニットは、前記主電子制御ユニットから出力される前記燃料噴射指示及び点火指示を無効化している間に、前記内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される制御信号を前記内燃機関に供給する。これにより、副電子制御ユニットは、自動停止及び自動始動に必要な燃料噴射指示や点火指示などを独自に出力して、アイドリングストップを実施する。
【００１４】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記主電子制御ユニットは、前記副電子制御ユニットなしで、前記内燃機関の自動停止及び自動始動時に要求される燃焼制御以外の燃焼制御を実行可能とする。これにより、副電子制御ユニットに故障などが生じた場合でも、主電子制御ユニットによる通常走行のための制御などが保証される。
【００１５】
上記の内燃機関の制御装置の他の一態様では、前記副電子制御ユニットは、前記主電子制御ユニットに対して脱着可能に構成することができる。これにより、主電子制御ユニットのみを有する通常車両に副電子制御ユニットを追加して、当該車両でアイドリングストップを実施可能とすることが容易にできるようになる。また、副電子制御ユニットに故障などが生じた場合には、副電子制御ユニットのみを交換などすることにより対策することが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１７】
［車両の基本構成］
まず、本発明の実施形態として、アイドリングストップ技術を適用した車両について説明する。アイドリングストップ技術は、いわゆるエコラン車両又はハイブリット車両などにより実現される。ここで、「エコラン車両」とは、主としてエンジンの始動を目的とした電動機（モータジェネレータ）を搭載し、アイドリングストップによるエンジンの停止後、モータジェネレータによりエンジンを自動的に再始動する車両である。また、「ハイブリット車両」とは、エンジン及びモータジェネレータをそれぞれ動力源とするパワートレーンである。
【００１８】
図１に、本発明に係る車両１０のシステム構成を示す。
【００１９】
車両１０は、図１に示すように、ＤＣスタータ１と、エンジン２と、エンジン２から出力される駆動力により発電すると共にエンジン２を始動する際のセルモータとして駆動可能なモータジェネレータ３と、モータジェネレータ３等を制御するためのモータ制御装置４と、モータ制御装置４を介してモータジェネレータ３等と電力の授受を行う電源装置５と、モータジェネレータ３、モータ制御装置４及び電源装置５を各々接続する電源ケーブル６と、エンジン２から発生する駆動力を車輪に伝える動力伝達装置７と、車輪８とを備える。
【００２０】
次に、上記各構成について、図１を参照して説明する。
【００２１】
ＤＣスタータ１は、エンジン２を始動させる直流方式のセルモータである。ＤＣスタータ１はシャフトを有し、イグニションスイッチがＯＮ状態とされることにより、１２Ｖ電源装置からの電力供給を受けて、そのシャフトを回転させる。ＤＣスタータ１のシャフトが回転することにより、エンジン２のクランクシャフトが回され、エンジン２を始動する。具体的には、ＤＣスタータ１のシャフトの先端部には、ピニオンギアが取り付けられている。ピニオンギアは、エンジン２のクランクシャフトに設けられたフライホイールのリングギアと噛み合っている。そのため、ＤＣスタータ１は、エンジン２の始動により１２Ｖ電源装置から電力供給を受けると、そのピニオンギアがフライホイールのリングギアと噛み合って回転し、フライホイールを回転させる。これにより、所定気筒数のピストンが連結されたクランクシャフトが回転させられるため、その回転駆動力によりエンジン２を始動することができる。なお、エンジンの始動のためにクランクシャフトを駆動することを「クランキング」と呼ぶ。
【００２２】
エンジン２は、シリンダ内の混合気を爆発させて、動力を発生する内燃機関である。内燃機関には、ガソリンを燃料とするガソリンエンジン、又は軽油などを燃料とするディーゼルエンジンなどがある。ガソリンエンジンには、クランクシャフトが２回転する間に、吸気、圧縮、膨張、排気の１サイクルを完了して動力を発生する４サイクルガソリンエンジン、又はクランクシャフトが１回転する間に前記の１サイクルを完了する２サイクルガソリンエンジンがある。なお、本実施形態における車両１０は、４サイクルガソリンエンジンであるとする。
【００２３】
図２にエンジン２の概略構成の一例を示す。
【００２４】
シリンダヘッド１２に形成された吸気ポート２４は吸気バルブ２６により開閉される。吸気ポート２４への吸気の供給は、吸気通路２８を介してなされる。吸気通路２８にはサージタンク３０が設けられ、サージタンク３０の上流にはスロットルバルブ３２が設けられている。スロットルバルブ３２は電動モータ３４により開度（スロットル開度ＴＡ）が調整され、このスロットル開度ＴＡはスロットル開度センサ３６により検出されている。
【００２５】
エンジン２はいわゆるポート噴射型のエンジンであり、吸気ポート２４に燃料噴射弁１４が設けられている。吸気ポート２４内の吸気と、吸気ポート２４内に噴射された燃料により混合気が生成され、シリンダブロック１６、ピストン１８及びシリンダヘッド１２により区画された燃焼室２０内に導入される。燃焼室２０の天井部分には点火プラグ２２が配置され、吸気ポート２４から導入された混合気に対して点火可能としている。なお燃料噴射弁１４には高圧燃料ポンプ（図示略）からデリバリパイプ１４ａを介して高圧燃料が供給されている。このことにより、圧縮行程末期においても燃料噴射弁１４から燃焼室２０内に燃料噴射が可能となっている。このデリバリパイプ１４ａ内の燃料圧力は燃圧センサ１４ｂにより検出されている。
【００２６】
また、シリンダヘッド１２に形成された排気ポート３８は排気バルブ４０により開閉される。燃焼室２０から排気ポート３８に排出された排気は、排気通路４２及び排気浄化触媒（図示略）等を介して外部に排出される。
【００２７】
燃焼室２０内での混合気の燃焼に伴うピストン１８の往復運動は、コンロッド４４を介してクランクシャフト４６の回転運動に変換される。クランクシャフト４６は図示しないトルクコンバータや変速機を介して車輪８に動力を伝達している。
【００２８】
また、このような動力伝達系とは別に、クランクシャフト４６の一端は電磁クラッチ４８を介してプーリ５０（以下、「クランクシャフトプーリ」とも呼ぶ。）に接続されている。このプーリ５０は、ベルト５２により他の３つのプーリ５４，５６，５８との間で動力の伝達が可能とされている。本例では、プーリ５４によりエアコン用コンプレッサ６０が駆動可能とされ、プーリ５６によりパワーステアリングポンプ６２が駆動可能とされている。もう一つのプーリ５８（以下、「ＭＧプーリ」とも呼ぶ。）は、モータジェネレータ３に連結されている。モータジェネレータ３はＭＧプーリ５８側からのエンジン駆動力により発電を行う発電機としての機能と、ＭＧプーリ５８側へモータジェネレータ３の駆動力を供給する電動機としての機能とを併せ持っている。
【００２９】
マイクロコンピュータを中心として構成されているＥＣＵ７０（Engine Control Unit）は、入出力装置、記憶装置、中央処理演算装置、などから構成され、車両１０のシステムを統括制御する。ＥＣＵ７０は、エンジン２に搭載された各センサなどからの入力情報などに基づいて、車両１０を最適な状態に制御する。具体的には、ＥＣＵ７０は、前述した燃圧センサ１４ｂから燃料圧力、スロットル開度センサ３６からスロットル開度ＴＡ、モータジェネレータ３内蔵の回転数センサからモータジェネレータ回転数、電源装置５の電圧あるいは充放電時の電流量、イグニッションスイッチ７２のスイッチ状態、車速センサ７４から車速ＳＰＤ、アクセル開度センサ７６からアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度ＡＣＣＰ）、ブレーキスイッチ７８からブレーキペダルの踏み込み有無、エンジン回転数センサ８０からクランクシャフト４６の回転数（エンジン回転数ＮＥ）、エアフロメータ８２から吸入空気量ＧＡ、冷却水温センサ８４からエンジン冷却水温ＴＨＷ、アイドルスイッチ８６からアクセルペダルの踏み込み有無状態、排気通路４２に設けられた空燃比センサ８８から空燃比検出値Ｖｏｘ、カム角センサ９２からカムシャフトの回転位置を、クランク角センサ９０からクランクシャフトの回転角度（クランク角度）を、それぞれ検出している。
【００３０】
クランク角センサ９０は、被検出物（例えば、金属など）を検出することが可能な磁気式センサなどであり、エンジン２内のクランクシャフト４６近傍の所定の位置に設けられる。即ち、クランクシャフト４６上の所定の位置には、外周に凹凸が形成された歯車（以下、「シグナルロータ」と呼ぶ。）が取り付けられるが、クランク角センサ９０は、そのシグナルロータの歯数を検出することが可能な位置に設けられる。また、クランク角センサ９０は、クランクシャフト４６の回転角度（以下、「クランク角度」と呼ぶ。）を例えば１０〜３０°ＣＡ程度の分解能で検出することができる。クランクシャフト４６が回転するとシグナルロータもそれに連動して回転する。このとき、クランク角センサ９０は、そのシグナルロータの歯数を検出し、パルス信号としてＥＣＵ７０などに出力する。ＥＣＵ７０は、クランク角センサ９０から出力されたパルス信号をカウントして、それをクランク角度に変換する。これにより、ＥＣＵ７０などは、クランク角度を検出する。また、クランク角センサ９０は、エンジン２内に直接設けられるため、クランク角度を絶対角度として検出することができる。
【００３１】
なお、クランク角センサ９０は、シグナルロータの歯数を１つ検出すると、１つのパルス信号をＥＣＵ７０などに出力する。このため、クランク角センサ９０から出力されるパルス信号は、クランクシャフト４６が正転しても、あるいは逆転しても同様の出力状態となるため、ＥＣＵ７０などは、クランクシャフト４６の正転又は逆転の別を検出することができない。
【００３２】
このようにして得られたデータに基づいて、ＥＣＵ７０は、電動モータ３４を駆動してスロットル開度ＴＡを調整するとともに、燃料噴射弁１４からの噴射時期を調整する。更に自動停止条件が成立すると、燃料噴射弁１４からの燃料噴射を停止して、エンジン２の運転を自動停止させる。また、自動始動条件が成立するとモータジェネレータ３の駆動力により、プーリ５８、ベルト５２、プーリ５０及び電磁クラッチ４８を介してクランクシャフト４６を回転させ、エンジン２を始動させる。更に、ＥＣＵ７０は、点火時期制御、その他の必要な制御を実行している。
【００３３】
モータジェネレータ３は、プーリ５０、プーリ５８及びベルト５２を通じて、クランクシャフト４６と連結されている。クランクシャフト４６に連結されたクランクシャフトプーリ５０又はモータジェネレータ３に連結されたＭＧプーリ５８の一方が回転駆動することにより、ベルト５２を介して他方に動力が伝達される。
【００３４】
モータジェネレータ３は、後述する電源装置５からの電力供給を受けて回転駆動するモータ（電動機）としての機能を有するとともに、車輪８からの回転駆動力を受けて回転している場合には三相コイルの両端に起電力を生じさせるジェネレータ（発電機）としての機能を併せ持つ。モータジェネレータ３が電動機として機能する場合には、モータジェネレータ３は電源装置５からの電力供給を受けて回転し、その回転駆動力をクランクシャフトプーリ５０に伝達してクランクシャフト４６を回転させエンジン２を始動する。一方、モータジェネレータ３が発電機として機能する場合には、車輪８からの回転駆動力がクランクシャフト４６及びクランクシャフトプーリ５０を介してモータジェネレータ側のＭＧプーリ５８に伝達され、モータジェネレータ３を回転させる。モータジェネレータ３が回転することによってモータジェネレータ３内で起電力が発生し、その起電力が、モータ制御装置４を介して直流電流に変換され、電源装置５に電力を供給する。これにより、電源装置５は充電される。
【００３５】
図１に戻り、モータ角センサ３ａは、検出部にホール素子などが好適に適用され、モータジェネレータ３内の所定の位置に設けられる。モータ角センサ３ａは、モータジェネレータ３のシャフトの回転角度を、概ね７.５°ＣＡ単位の高い分解能で検出することができる。モータジェネレータ３が電源装置５からの電力供給を受けて回転駆動すると、モータ角センサ３ａは、そのシャフトの回転角度を検出する。具体的には、モータ角センサ３ａは、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の交流電流をそれぞれ検出できるように、それらの各相に設けられる。各モータ角センサ３ａは、Ｕ、Ｖ、Ｗの各相の交流電流をそれぞれ検出してパルス信号に変換し、モータ制御装置４に出力する。
【００３６】
モータ制御装置４は、エンジン２内に設けられ、モータジェネレータ３及び電源装置５と電源ケーブル６によりそれぞれ接続される。モータ制御装置４は、主として、インバータ、コンバータ、又は制御用コンピュータなどから構成される。
【００３７】
インバータは、電源装置５からの高電圧直流電流を所定の３相交流電流に変換して、モータジェネレータ３に電力を供給する。また、インバータは、逆にモータジェネレータ３から生じた起電力（３相交流電流）を、電源装置５を充電するのに適した直流電流に変換する。
【００３８】
コンバータは、所定の直流電圧から所定の直流電圧へ変換するＤＣ／ＤＣ変換装置である。即ち、コンバータは、電源装置５の定格電圧（例えば、３６Ｖ電圧）を所定の電圧（例えば、１２Ｖ電圧）に降圧して、補機類などの駆動、又は車両に搭載された１２Ｖ電源装置への充電を行う。
【００３９】
制御用コンピュータは、インバータやコンバータの制御を行う。即ち、制御用コンピュータは、モータジェネレータ３の駆動トルクや発電量を最適な状態に制御すると共に、電源装置５への充電量を最適な状態に制御して充電を行う。具体的には、モータジェネレータ３が電動機として機能する場合には、制御用コンピュータは、電源装置５から供給された電力に基づいて、モータジェネレータ３の駆動トルクや発電量の制御を行う。これにより、モータジェネレータ３が電動機として機能するのに最適な状態に制御される。一方、モータジェネレータ３が発電機として機能する場合には、制御用コンピュータは、モータジェネレータ３から生じた起電力に基づいて、所定の直流電流を電源装置５に供給して電源装置５の充電を行う。
【００４０】
また、モータ制御装置４は、上述したモータ角センサ３ａから出力されたパルス信号の数をカウントすることにより、モータジェネレータ３のシャフトの回転角度に変換する。さらに、モータ制御装置４は、その変換後の回転角度に基づいてクランクシャフトプーリ５０とＭＧプーリ５８との回転比率からクランク角度への変換を行う。これにより、モータ制御装置４は、クランク角度を、概ね３°ＣＡ単位の高い分解能で検出することができる。
【００４１】
さらに、モータ制御装置４は、モータジェネレータ３のシャフトの正転又は逆転の別を検出することもできる。即ち、モータジェネレータ３のシャフトが正転したときと、逆転したときではＵ、Ｖ、Ｗの各相のパルス信号の出力状態が異なる。モータジェネレータ３のシャフトが正転したときのＵ、Ｖ、Ｗの各相のパルス信号は、位相差により、先ずＵ相のパルス信号が一定時間出力され、その後遅れてＶ相のパルス信号が一定時間出力され、さらにその後遅れてＷ相のパルス信号が一定時間出力され、それらが周期的に繰り返される出力状態となる。これに対し、モータジェネレータ３のシャフトが逆転したときのＵ、Ｖ、Ｗの各相のパルス信号は、正転の場合とは逆のパルス信号の出力状態となる。つまり、Ｗ相、Ｖ相、Ｕ相の順にパルス信号が一定時間それぞれ周期的に繰返される出力状態となる。そのため、モータ制御装置４は、それらの位相差を利用してモータジェネレータ３のシャフトの正転又は逆転の別を検出することができる。
【００４２】
電源装置５は、鉛蓄電池、ニッケル水素電池などの２次電池である。電源装置５は、車両１０のスペースの効率化などを図るため、例えば、車両１０の後部などに設置される。電源装置５は、例えば、３６Ｖなどの定格電圧とすることができる。そのため、電源装置５は、モータジェネレータ３の起動、又は車両制動時におけるエネルギー回生などにおいて高い入出力特性を有する。電源装置５は、具体的には、補機類やモータジェネレータ３などに対して電力を供給する。モータジェネレータ３への電力供給は、主として、車両１０が停止中に行われる。また、車両１０が走行中、あるいは制動時の場合には、モータジェネレータ３から発生する起電力がモータ制御装置４を介して、直流電流に変換され電源装置５に供給される。これにより、電源装置５を充電することができる。
【００４３】
電源ケーブル６は、上述したように、モータジェネレータ３とモータ制御装置４、及びモータ制御装置４と電源装置５とにそれぞれ接続され、直流電流や３相交流電流を流す役割を果たす。
【００４４】
動力伝達装置７は、主として、トルクコンバータ、ロックアップクラッチ、変速機、動力切換機構などから構成される。これらが有機的に作用することにより、動力伝達装置７は、走行状態などに応じて、エンジン２、又はモータジェネレータ３から発生する回転駆動力を車輪８に伝達し又は遮断する。また、動力伝達装置７は、制動時などにおいては、逆に車輪８からの回転駆動力をモータジェネレータ３に伝達する。
【００４５】
車輪８は、動力伝達装置７からの回転駆動力を路面に伝える車軸、及びタイヤなどである。本実施形態においては、車輪８として後輪を図示している。
【００４６】
次に、クランク角センサ９０とカム角センサ９２の例について説明する。
【００４７】
図３に示すように（図２では図示を略している）、クランクシャフト４６にはシグナルロータ９１が取り付けられている。このシグナルロータ９１の外周部には、クランクシャフト４６の軸線を中心として等角度間隔（ここでは１０°間隔）に配置された３４個の歯（突起部分）９１ａと、１個の幅広の欠歯（歯が存在しない部分）９１ｂが設けられている。欠歯９１ｂの長さは、歯９１ａの２個分に相当する。そして、シグナルロータ９１の外周部に対向して、クランク角センサ９０が設けられている。クランクシャフト４６が回転した場合には、シグナルロータ９１の各歯９１ａおよび欠歯９１ｂが順次クランク角センサ９０の近傍を通過することにより、クランク角センサ９０からはそれら各歯９１ａおよび欠歯９１ｂの通過数に対応したパルス状の回転信号（以下「ＮＥ信号」と称する）が出力される。
【００４８】
一方、吸気カムシャフト２７の外周面には３個の突起２７ａ，２７ｂ，２７ｃが吸気カムシャフト２７の軸線を中心として９０°（１８０°ＣＡに相当する）間隔に配列して設けられている。したがって両端の突起２７ａと突起２７ｃとの間隔は１８０°（３６０°ＣＡに相当する）となっている。これら突起２７ａ〜２７ｃに対向するように、突起２７ａ〜２７ｃを検出して検出信号を出力するカム角センサ９２が設けられている。吸気カムシャフト２７が回転した場合には、突起２７ａ〜２７ｃがカム角センサ９２の近傍を通過する。これにより、カム角センサ９２からは、突起２７ａ〜２７ｃのそれぞれの通過に対応してパルス状の検出信号が出力される。
【００４９】
ここで、エンジン２が駆動している時においてＥＣＵ７０に入力されるクランク角センサ９０、およびカム角センサ９２からの信号を図４に示す。図４（ａ）は吸気カムシャフト２７の回転に伴いカム角センサ９２内に発生する電圧波形を示すものである。図４（ｂ）は、図４（ａ）の電圧波形をパルス状のカム角信号（Ｇ２信号）に変換したものである。図４（ｃ）はクランクシャフト４６の回転に伴いクランク角センサ９０内に発生する電圧波形を示すものである。図４（ｄ）は図４（ｃ）の電圧波形をＮＥ信号に変換したものである。本例では、ＮＥ信号のうち、歯９１ａに対応するパルス数は、クランクシャフト４６の１回転（３６０°ＣＡ）当たり３４個となっている。また、クランク角センサ９０から出力される回転信号のうち、欠歯９１ｂに対応する部分ではパルスの間隔が２パルス存在しないことにより広くされている。このパルス間隔が広い部分の数は、クランクシャフト４６の１回転（３６０°ＣＡ）当たり１つとなっている。
【００５０】
ＥＣＵ７０は、上述したクランク角センサ９０のＮＥ信号およびカム角センサ９２からのカム角信号に基づきクランクシャフト４６および吸気カムシャフト２７の回転位相を検知する。そして、ＥＣＵ７０は、クランクシャフト４６および吸気カムシャフト２７の回転位相から各気筒（＃１〜＃４）について気筒判別を行い、それら各気筒（＃１〜＃４）のうち燃料噴射や点火を行うべき気筒を選択する。
【００５１】
［車両の動作］
次に、上記の構成からなる車両１０の動作について説明する。車両１０は、停車、発進、通常走行、加速走行、又は制動などの各運転状態に応じて、各種の動作を行う。
【００５２】
車両１０の自動停止（アイドリングストップ）中では、エンジン２は停止状態である。この状態において、エアーコンプレッサ、ウォータポンプ、又はパワーステアリングポンプなどの補機類の駆動が必要な場合には、モータジェネレータ３は、エンジン２を駆動させることなく、電源装置５からの電力供給を受けて、それらの補機類を駆動する。ただし、エンジン２とモータジェネレータ３とは各々のプーリを介してＶベルトで回動自在に接続されているため、この状態においては、モータジェネレータ３のシャフトが回転することにより、その回転駆動力がエンジン２に伝達されてしまう。そこで、上記補機類のみを駆動するためには、エンジン２のクランクシャフトが回転しないように電磁クラッチを作動させて、モータジェネレータ３からの回転駆動力を遮断する。これにより、エンジン２を駆動させることなく、補機類のみ駆動させることができる。
【００５３】
車両１０の発進時、即ち、アイドリングストップ状態のときに運転者がブレーキペダルから足を離すと、モータジェネレータ３は、アイドリング回転数付近まで回転数を上昇する。そして、運転者がアクセルペダルを踏むことにより、モータジェネレータ３はエンジン２のクランクシャフトを回転させてエンジン２を自動再始動する。また、ブレーキＯＦＦ操作、つまり運転者がブレーキペダルから足を離した状態から一定時間が経過した場合においても、最適な動力性能を得るためエンジン２を自動再始動することができる。
【００５４】
通常走行時には、車両１０は、一般的な車両と同様にエンジン２からの駆動力が車輪８に伝達されて走行する。なお、通常走行時において電源装置５の電圧が低下している場合には、車輪８からの駆動力がモータジェネレータ３に伝達されてモータジェネレータ３が発電を行う。これにより、モータジェネレータ３は発電機として機能し、電源装置５の不足する電力を補充するために、電源装置５に対して充電を行う（以下、この運転状態を「回生」と呼ぶ。）。よって、電源装置５は、常時、適正な充電状態に維持される。
【００５５】
車両１０が登坂走行や加速走行をするときには、適切な動力性能を発揮するため、前記した通常走行時の状態に加えて、電源装置５の電力を使用してモータジェネレータ３を駆動し、モータジェネレータ３による回転駆動力をエンジン２の回転駆動力に付与することができる（以下、この運転状態を「アシスト」と称する。）これにより、車両１０は、エンジン２及びモータジェネレータ３の２つの動力源を効果的に使用して、高い動力性能を得ることができる。
【００５６】
減速などにおける制動時には、車輪８による駆動力が、動力伝達装置７、エンジン２を介してモータジェネレータ３に伝達され回生が行われる。
【００５７】
［エンジンの停止制御］
次に、上述した車両１０のエンジンの停止制御について説明する。上述したように、車両１０は、走行停止時にはアイドリングストップ、つまりエンジン２を自動停止する。その後、運転者が、ブレーキペダルから足を離すと同時にモータジェネレータ３はエンジン２のアイドリング回転数付近まで回転を上昇する。そして、運転者がアクセルペダルを踏むことによりモータジェネレータ３が回転駆動し、その回転駆動力によりエンジン２を自動再始動させる。このとき、車両１０では、エンジン２の自動始動時にスムーズな発進を可能とするために、アイドリングストップ時にエンジン２の内部において、クランク角度が最適なクランク角度停止位置に停止するように制御される。以下の例では、車両停止時におけるエンジンの慣性エネルギーを効果的に活用して正確な停止制御を行う。
【００５８】
以下、クランク角度を最適なクランク角度停止位置に停止制御させる方法について述べる。なお、最適なクランク角度停止位置は、圧縮行程にある気筒において、エンジン２の再始動時に圧縮行程上死点の乗越しが容易なクランク角度の停止位置とすることができる。例えば、本例のような４気筒エンジンの場合、クランク角度停止位置がクランク角度９０°ＣＡ〜１２０°ＣＡの範囲内にあれば最適なクランク角度停止位置となる。
【００５９】
概要を説明すると、通常の車両１０の停止制御方法は、ＥＣＵ７０がアイドリング状態から所定のタイミングでエンジン２への燃料カットを実行し、その後のエンジン２の有する慣性エネルギーによって自然とエンジン２を停止させる。しかし、燃料カット時のエンジン回転数の大きさによってエンジン２の有する慣性エネルギーは毎回まちまちとなり、それに連動してクランク角度停止位置も毎回異なってしまう。そのため、通常の車両１０の停止制御方法では、クランク角度を最適なクランク角度停止位置に停止制御させることが困難となり、実際に車両が停止した際のクランク角度停止位置によっては次回のエンジン始動負荷が大きくなる。よって、モータジェネレータ３の有する出力トルクとの関係では、エンジン２のクランクシャフトを回転させることができず、エンジン２の自動再始動が失敗する確率が高くなる。
【００６０】
そこで、本例においては、燃料カット後のエンジン回転数を所定のタイミングで一定にすることにより、その時点においてエンジン２が有する慣性エネルギーを一定にする。そして、その後はその時点でエンジン２が有する慣性エネルギーを利用してエンジン２の回転を停止させる。これにより、毎回確実に、クランク角度を最適なクランク角度停止位置へ停止制御させることができる。
【００６１】
特に本実施形態においては、エンジン回転数を一定にさせる方法としてモータジェネレータ３を使用する。つまり、燃料カット後のクランクシャフトに所定のタイミングでモータジェネレータ３からの回転駆動力を付与することで（以下、「モータリング」と呼ぶ。）、エンジン２の有する慣性エネルギーを一定にする。これにより、エンジン停止時のクランク角度を最適なクランク角度停止位置に停止制御させる。クランク角度が最適なクランク角度停止位置にあれば、エンジン始動時におけるエンジン始動負荷を最小限にすることができ、エンジン２の自動再始動の失敗を効果的に防止することができる。
【００６２】
モータジェネレータ３を利用したエンジン停止時の回転数制御の様子を図５に示す。図５において、波形１００は本実施形態のエンジン停止制御によるエンジン回転数の変化を示す。波形１０１はエンジン停止制御における燃料カット信号波形を示し、燃料カット信号がＨレベルになると燃料カットを実行する。波形１０２はモータジェネレータ３の駆動信号（ＭＧ駆動信号）波形を示し、Ｈレベルの区間でモータジェネレータ３が駆動される。
【００６３】
今、時刻ｔ0で運転者がアクセルペダルを離したとすると、時刻ｔ0以降はエンジン２の回転数は、ほぼそのエンジンのアイドリング回転数ＮＥ１となる。時刻ｔ1において運転者がブレーキペダルを踏み込んだとすると、その時点でＥＣＵ７０は燃料カット信号をＨレベルとし、燃料カットを指示する。時刻ｔ1にて燃料カットが実行されると、エンジン２の回転数は徐々に低下する。ＥＣＵ７０は、エンジン回転数が予め決められたモータ設定回転数ＮＥ２まで低下したことを検出すると（時刻ｔ2）、ＭＧ駆動信号をＨレベルとし、モータジェネレータ３を駆動させ、エンジン２をモータジェネレータ３による駆動に切り換える。
【００６４】
そして、所定期間（時刻ｔ2〜ｔ3）にわたりモータジェネレータ３は予め決定されたモータ設定回転数ＮＥ２でエンジン２を駆動し、所定期間が経過するとＥＣＵ７０はモータジェネレータ３の駆動を停止する（時刻ｔ3）。時刻ｔ3でモータジェネレータ３による駆動力が除去されると、エンジン２はその時点で有する慣性エネルギーのみにより回転するのでエンジン回転数は徐々に低下し、時刻ｔ4付近でエンジン２は停止する。
【００６５】
このように、エンジン停止時にエンジン２の駆動を一旦モータジェネレータ３による駆動に切り替え、エンジン２を所定の回転数ＮＥ２に保持した後でエンジンの駆動力を除去する。駆動力を除去した時点でエンジン２が有する慣性エネルギーは主としてその時点のエンジン回転数により決まるので、必ず所定のエンジン回転数ＮＥ２にエンジンの回転数を維持してから駆動力を除去するようにすれば、エンジン２は毎回同じ慣性エネルギーを持ち、同じ推移で停止する。
【００６６】
次に、上述のように所定のエンジン回転数ＮＥ２で駆動力を除去した後、エンジンが停止するまでのエンジンの挙動を説明する。図６は、エンジン２に対する駆動力を除去した後のエンジン２のクランク角度の変位を示す。図６において、縦軸は所定気筒のクランク角度の変位（°ＣＡ）を示す。なお、前記所定気筒とは、クランク角度が０°ＣＡ〜１８０°ＣＡに変位するとき圧縮行程にある気筒、例えば、＃３気筒を対象とする。一方、横軸は時間（秒）を示す。
【００６７】
具体的には、縦軸は、所定気筒に対応するピストンが圧縮行程から膨張行程に移行する際のクランク角度変位（°ＣＡ）を示しており、クランク角度変位が、下死点（０°ＣＡ）から上死点（１８０°ＣＡ）まで、３０°ＣＡ間隔毎に示される。一方、横軸は、モータリング停止時（０（秒））から所定気筒のクランク角度を最適なクランク角度停止位置に停止制御させるまでの経過時間（０.６（秒））を０．１（秒）間隔毎に示したものである。
【００６８】
次に、図中のグラフについて説明する。図中には２種類のグラフが示されている。これは、モータジェネレータ３による駆動（モータリング）停止時のエンジン回転数が高い場合のグラフ１１０と低い場合のグラフ１１２である。即ち、０秒から０.１秒の間において、傾きが大きいグラフ１１０はモータリング停止時のエンジン回転数が高い場合のクランク角度変位を示し、傾きが小さいグラフ７１はモータリング停止時のエンジン回転数が低い場合のクランク角度変位を示す。
【００６９】
先ず、０秒から０.１秒付近においては、所定気筒に対応するピストンが圧縮行程の下死点から上死点に上昇している様子を示している。所定気筒に対応するピストンは、０.１秒経過直後に圧縮行程上死点近傍まで上昇する。このときは、エンジン２のクランクシャフト４６は正転している。
【００７０】
その後、所定気筒に対応するピストンは圧縮行程上死点（１８０°ＣＡ）の乗越しができずに、０.３秒付近までエンジン２のクランクシャフトは逆転する。これは以下の理由による。即ち、所定気筒に対応するピストンが圧縮行程上死点に接近することにより、シリンダ内の容積は次第に小さくなり、圧力が高まってくる。これに比例して、シリンダ内においてはピストンを押し返そうとする圧縮反力１１６（以下、「コンプレッション反力」と呼ぶ。）も大きくなってくる。したがって、圧縮行程上死点付近では、シリンダ内におけるコンプレッション反力が最も大きい状態となるので、その時のエンジンが有する慣性エネルギーによってはコンプレッション反力に対抗できず、所定気筒に対応するピストンが圧縮行程下死点側に押し返される結果となる。このように、所定気筒に対応するピストンは、圧縮行程上死点への乗越しができずにエンジン２のクランクシャフトが逆転する。
【００７１】
その後、所定気筒に対応するピストンは、圧縮行程下死点側に移行するが、０.３秒付近においてエンジン２のクランクシャフト４６は再び逆転する。つまり、エンジン２のクランクシャフトは正転する。これは以下の理由による。即ち、このとき、クランクシャフトが逆転することにより、所定気筒が圧縮行程にある状態で膨張行程にあった他気筒に対応するピストンは、膨張行程下死点側に下降する。膨張行程では吸排気弁がともに閉状態となっているため、ピストンが膨張行程下死点側に下降するのに従い、シリンダ内の容積が次第に大きくなる。これによって、シリンダ内では負圧が形成されると共に、その負圧が次第に大きくなる。したがって、他気筒に対応するピストンは、その負圧に起因する反力１１８によって上死点側の方向に再び引き戻される。これにより、エンジン２のクランクシャフトは再び正転する。
【００７２】
その後、０.３秒付近からエンジン２の有する慣性エネルギーが徐々に低下し、０．６秒後にエンジン２が停止する。これにより、クランク角度停止位置は、クランク角度９０°ＣＡ〜１２０°ＣＡの範囲内に収束する。クランク角度停止位置が、最終的にクランク角度９０°ＣＡ〜１２０°ＣＡの範囲内に収束すれば、最適なクランク角度停止位置に停止制御されたことになり、停止制御は成功といえる。
【００７３】
また、上述のエンジン停止制御によれば、エンジン停止時において各気筒がどの行程で停止するかを、エンジン停止前に予測することができる。図５に示すように、上記のエンジン停止制御では、燃料カット後に所定のモータリング期間を設けてエンジンの回転数を予め決められた所定回転数に維持することにより、その時点においてエンジンが有する慣性エネルギーを一定とした後、モータリングを終了してエンジンの駆動力を除去し、エンジンを停止させる。よって、モータリング終了後に、エンジンが何回転してから停止するかは、モータリング終了時においてエンジンが有する慣性エネルギー、即ち、モータリングにより維持されるエンジン回転数やモータリング期間などに依存する。逆に言えば、モータリング回転数を一定に維持しているので、モータリング終了後にエンジン（クランクシャフト）が停止するまでに何回転するかは常に一定となる。
【００７４】
よって、前述のカム角センサ９２などを利用した気筒判別により、モータリング開始時において各気筒がどの行程にあるかを検出しておけば、その後にモータリング期間にわたりモータリングを実行し、最終的にエンジンが停止したときに各気筒がどの行程になるかを予測することができる。例えば、モータリング終了時にある特定の行程にある気筒が次の圧縮上死点を乗り越えることができるが、２つ目の圧縮上死点を乗り越えることはできないように、モータリング終了時の慣性エネルギー、つまりモータリング終了時のエンジン回転数が決定されているとすれば、エンジンが停止したときにその気筒は圧縮行程にあることになる。また、モータリング期間中にエンジンが何回転するかはモータリング期間に応じて既知である。よって、ＥＣＵ７０は、モータリング停止時又はモータリング開始時における各気筒の行程の情報と、モータリング終了後にエンジンが慣性エネルギーにより何回転するかを示す情報などに基づいて、エンジン停止時に各気筒がどの行程になるかを、エンジン停止制御の実行中に予測することができる。以下に述べる本発明のエンジンの停止始動制御においては、この予測結果を利用して、エンジン停止後に特定の行程にあると予測される気筒内に対して、エンジン停止前に混合気を封入する。
【００７５】
［停止始動制御］
次に、エンジンの停止始動制御について述べる。この停止始動制御は、上述した最適なクランク角度停止位置への停止制御を実行する際に、エンジン停止時に圧縮行程で停止すると予測される気筒に予め燃料噴射を行って混合気を燃焼室内に封入しておき、エンジン始動時、モータジェネレータによるクランキングに加えて、その混合気に対して点火を行うことにより、エンジン２の早期始動を行う。
【００７６】
まず、基本的原理を説明する。ここでは、例えば、アイドリングストップなどのエンジン停止時に、上述のエンジン停止制御を行うとともに、エンジン停止時に各気筒がどの行程となるかを予測し、エンジン停止時に圧縮行程になると予測される気筒を特定する。なお、エンジン停止時に各気筒がどの行程にあるかは、先に述べた方法で予測することができる。
【００７７】
通常、エンジン停止中に圧縮行程にある気筒は吸排気弁ともに閉状態となっているため、いわゆる直噴型エンジンとは異なり、本実施形態のようなポート噴射型エンジンではエンジン停止後にその気筒の燃焼室内に混合気を封入することはできない。そのため、エンジン停止時に圧縮行程になると予測される気筒（以下、「停止時圧縮行程気筒」とも呼ぶ。）の燃焼室内に混合気を封入しておくためには、その気筒の吸気行程で予め燃料噴射を行っておく必要がある。そこで、エンジン停止時に例えば＃３気筒が圧縮となると予測される場合には、ＥＣＵ７０は、その気筒について圧縮行程の前行程である吸気行程で燃料噴射を行い、燃焼室内に予め混合気を封入しておく。この燃料噴射を行う時点ではエンジンは停止前であり、吸気行程にある当該気筒の燃焼室内は負圧状態となっているため、通常通り、吸気ポートで噴射された燃料を含む混合気を確実に燃焼室内に吸入することができる。これにより、エンジン停止制御が完了し、エンジンが停止したときには、停止時圧縮行程気筒（本例では＃３気筒）の燃焼室内には混合気が封入された状態となる。
【００７８】
エンジン始動時には、ＥＣＵ７０は、モータジェネレータ３によりクランキングを行うとともに、その停止時圧縮行程気筒（＃３気筒）に対して点火を行って爆発エネルギーを発生してクランクシャフトを回転させることにより、エンジン２の早期始動を行うことができる。
【００７９】
なお、このようにしてエンジン停止時に停止時圧縮行程気筒に封入されている混合気は、エンジン停止制御中、即ちエンジン停止前の状態におけるＡ／Ｆセンサ出力に基づく良好な空燃比となっている。また、前述のエンジン停止制御の説明にて述べたように、慣性エネルギーを利用してエンジンを停止する際には、停止直前にエンジンの回転が反転するので、封入された混合気は燃焼室内でピストンにより圧縮及び膨張を繰り返すことになり、空気と燃料とがよく混ざった状態となる。さらに、エンジン停止後も、未だエンジンが暖機状態にあるため、その混合気はシリンダからの熱を受けて燃焼室内で対流を生じ、空気と燃料の混合を促進する。これらの理由により、燃焼室内では霧状化した均質な混合気が保持され、その混合気は着火し易い状態となっている。よって、エンジン始動時の点火により円滑に燃焼し、エンジンの早期始動が可能となる。
【００８０】
図７は、エンジン停止直前における各気筒の状態を示す行程図、及び、行程図に対応するタイムチャートを示す。図７では、停止時圧縮行程気筒は＃３気筒であると仮定している。なお、本実施形態では、４気筒エンジンの例を説明するが、本発明の適用はこれに限られるものではない。また、エンジン２の点火順序は、図７に示すように、例えば、＃１気筒−＃３気筒−＃４気筒−＃２気筒の順とするが、本発明の適用はこれに限られるものではない。
【００８１】
ここでのエンジン停止制御は、基本的には先に図５及び図６を参照して説明したものと同様である。即ち、運転者がアクセルをオフした後、ブレーキオンの検出時など（時刻ｔ１）に燃料カット信号がオンとなり、燃料カットが行われる。これにより、原則として時刻ｔ１以降は燃料の噴射は行われない。その後、エンジン回転数が所定回転数まで低下すると、時刻ｔ２でＭＧ駆動信号がオンとなり、モータリングが開始される。モータリングは所定時間経過後の時刻ｔ３で終了し、その後、エンジンは図６に示した挙動を示して時刻ｔ４で停止する。なお、エンジンが停止した位置を図中では実停止位置として波線で示している。
【００８２】
エンジン停止状態では、停止時圧縮行程気筒である＃３気筒が圧縮行程になる。ＥＣＵ７０はこれをエンジン停止制御中、例えばモータリング開始時などに既に予測している。そして、ＥＣＵ７０は、停止時圧縮行程気筒である＃３気筒に対し、エンジン停止直前の吸気行程で燃料噴射を行う（矢印２１０を参照）。つまり、燃焼カット信号を参照するとわかるように、燃料カット信号の変化後は原則として燃料噴射は行わないのであるが、停止時圧縮行程気筒に混合気を封入するために、例外的に停止時圧縮行程気筒がエンジン停止直前の吸気行程にある間に限り、燃料カットを一時的に中断して燃料を噴射している（時刻ｔ５〜ｔ６）。これにより、エンジン停止時に圧縮行程となった＃３気筒は混合気が封入された状態となる。時刻ｔ４でエンジンが停止する付近ではＥＣＵ７０は点火カット信号をオンとし、全気筒で点火を停止する。
【００８３】
次に、こうしてエンジンが停止した後の始動制御について図８を参照して説明する。図８は、停止制御後におけるエンジン２の始動制御例を示す行程図である。なお、図８に示す実停止位置は、図７に示す実停止位置と同様である。
【００８４】
図８に示すように、先ず、＃４気筒は実停止位置において吸気行程となっている。よって、エンジン２の早期始動を図るため、ＥＣＵ７０は、エンジン始動条件が具備されると、燃料カット信号をオフとし、吸気行程にある＃４気筒の燃焼室内に対してＥＦＩを通じて燃料噴射を実行する（矢印２２０参照）。
【００８５】
また、実停止位置において、＃３気筒は前述のように圧縮行程にあり、＃３気筒の燃焼室内には混合気が封入されている。よって、ＥＣＵ７０は、＃３気筒の燃焼室内に封入された混合気に対して点火を実行する（矢印２２１参照）ことにより、クランクシャフトを回転させる。具体的には、ＥＣＵ７０は、エンジン始動条件が具備されると、点火カット信号をオンからオフにし、＃３気筒が圧縮上死点に到達したとき点火装置に対して点火指令信号を送信する。これにより、ＥＣＵ７０は、そのとき生じる燃焼圧によりクランクシャフトを回転させる。その後は、通常通り燃料の噴射及び点火が実行される。
【００８６】
このように、本実施形態によれば、エンジン始動時には、モータジェネレータによるクランキングに加えて、エンジン停止時に停止時圧縮行程気筒に封入しておいた混合気を燃焼させて爆発エネルギーを発生してクランクシャフトを駆動するので、エンジン２の早期の初爆が実現され、エンジン始動を迅速化することができる。
【００８７】
［追加ＥＦＩシステム］
次に、本発明の特徴である追加ＥＦＩシステムについて説明する。エコラン車両においては、上述のエンジン停止始動制御をＥＣＵ７０が実行することにより、アイドリングストップを実施することができる。しかし、そのためには、上述のエンジン停止始動制御を行ってアイドリングストップ機能を実現するための専用ＥＣＵが必要となる。これに対し、本発明は、アイドリングストップ機能を有しない車両に搭載されているＥＣＵ（以下、これを「通常ＥＣＵ」と呼ぶ。）に対して、アイドリングストップを実現するために必要な制御を実行する追加ユニット（追加ＥＦＩ）を付加し、通常ＥＣＵと追加ＥＦＩにより、専用ＥＣＵと同等の制御が実現するものである。即ち、通常車両に対して、追加ＥＦＩを後付けで付加することにより、その車両においてアイドリングストップを実現することができるようになる。そうすれば、例えば追加ＥＦＩに何らかの故障や不具合が生じた場合でも、その車両はアイドリングストップを実施できないだけで済み、通常の車両としては支障無く走行することができる。
【００８８】
図９に、本発明の追加ＥＦＩシステムを備える車両の概略構成を示す。なお、図１に示すものと同一の構成要素には同一の符号を付し、説明は省略する。図９に示すように、追加ＥＦＩシステムは、通常ＥＣＵ３００に加えて、追加ＥＦＩ３１０を備える。通常ＥＣＵ３００はアイドリングストップ機能を備えない通常車両に搭載されているＥＣＵであり、車両の停止時には所定のアイドリング回転数にてエンジンの動作を維持する制御を行うように構成されている。一方、追加ＥＦＩ３１０は、アイドリングストップを実施するために必要な信号をエンジン２に供給するように構成されており、車両の停止時にエンジン２を停止させる制御を行う。具体的には、車両の停止時に、エンジン２内のインジェクタ（噴射制御装置）２５０による燃料噴射を停止する（燃料カット）とともに、イグナイタ（点火制御装置）２４０による点火を禁止する。これにより、車両の停止時にエンジン２は停止する。一方、車両の始動時には、インジェクタ２５０及びイグナイタ２４０を制御して、エンジン２を始動する。
【００８９】
追加ＥＦＩ３１０は、通常車両に対して、後付けユニットとして追加が可能なように構成されている。図９において、通常車両の状態では、コネクタ３３０Ａと３３０Ｂ、コネクタ３３０Ｃと３３０Ｄがそれぞれ接続されており、エンジン２は通常ＥＣＵ３００のみに接続されている。そのときには、追加ＥＦＩ３１０はもちろん存在しない。よって、通常ＥＣＵ３００の制御下で車両は通常走行を実施し、アイドリングストップは実施しない。つまり、車両の停止時には、通常ＥＣＵ３００内のＥＦＩは所定のタイミングでインジェクタ２５０に噴射指示を送るとともにイグナイタ２４０に点火指示を送り、エンジン２は所定のアイドリング回転数で動作を続ける。
【００９０】
このような通常車両に対して、追加ＥＦＩ３１０を付加することにより、当該車両をアイドリングストップ機能を有するエコラン車両とすることができる。具体的には、図９に示すように、コネクタ３３０Ａと３３０Ｂの間、及び、コネクタ３３０Ｃと３３０Ｄの間に追加ＥＦＩ３１０を挿入する。これにより、車両の停止時にアイドリングストップを実施することができるようになる。
【００９１】
まず概略を説明すると、車両停止時には、前述のように通常ＥＣＵ３００は、エンジン２をアイドリング回転数で回転させるように、インジェクタ２５０に噴射指示を送るとともにイグナイタ２４０に点火指示を送る。しかし、追加ＥＦＩ３１０は、通常ＥＣＵ３００からの噴射指示及び点火指示を無効化し、インジェクタ２５０による燃料噴射及びイグナイタ２４０による点火を禁止する。これに加えて、追加ＥＦＩ３１０は上述のエンジン停止始動制御に必要な噴射指示や点火指示をエンジン２に供給する。これにより、車両停止中はエンジン２は停止され、アイドリングストップが実施される。なお、こうしてアイドリングストップあが実施されたときには、通常ＥＣＵ３００は噴射指示及び点火指示を出力しているにも拘わらずエンジン２が停止するという状態になるが、その場合には通常ＥＣＵ３００はリセット状態となり、クランキングによるエンジン始動の待機状態となるので、問題は生じない。
【００９２】
次に、通常ＥＣＵ３００及び追加ＥＦＩ３１０について詳しく説明する。図１０に通常ＥＣＵ３００の構成、並びにインジェクタ２５０及びイグナイタ２４０との電気的接続関係を示す。また、図１１に追加ＥＦＩ３１０の構成、並びにインジェクタ２５０、イグナイタ２４０及び通常ＥＣＵ３００との電気的接続関係を示す。なお、本例では、エンジン２は４気筒エンジンであり、インジェクタ２５０及びイグナイタ２４０をそれぞれ４つずつ搭載している。
【００９３】
まず、通常ＥＣＵ３００について説明する。通常車両の状態、つまり追加ＥＦＩ３１０が接続される前の状態では、前述のようにコネクタ３３０Ａと３３０Ｂは接続され、コネクタ３３０Ｃと３３０Ｄは接続されている（図９参照）。よって、各気筒のインジェク２５０はスイッチ３４１と直列接続される。即ち、各気筒について、１２Ｖ電源→インジェクタ２５０→スイッチ３４１→ＧＮＤ（接地）という電気回路が構成される。通常ＥＣＵ３００は、スイッチ３４１をオン／オフすることにより、インジェクタ２５０による噴射の有無を制御する。
【００９４】
一方、各気筒のイグナイタ２４０は１２Ｖ電源とＧＮＤの間に接続されている。通常ＥＣＵ３００は、スイッチ３４２を介して点火指示信号ＩＧＴ１〜４を各イグナイタ２４０に供給して点火を実行する。なお、抵抗３４３は各イグナイタ２４０の点火のフェイルチェックのために設けられている。
【００９５】
このような構成により、通常車両の状態では、通常ＥＣＵ３００は、各気筒毎に、スイッチ３４１を制御して噴射制御を行い、かつ、スイッチ３４２を制御して点火制御を行う。
【００９６】
さて、これに対して図１１に示す追加ＥＦＩ３１０が接続されると、車両はアイドリングストップ機能を有するエコラン車両となる。図１１に示す各コネクタは図１０に示すコネクタ３３０Ａ〜Ｄに接続される。よって、インジェクタ２５０及びイグナイタ２４０と通常ＥＣＵ３００との間に、図１１に示す追加ＥＦＩ３１０が挿入されることになる。
【００９７】
インジェクタ側の電気的接続に関しては、図１１に示すように、追加ＥＦＩ３１０内のインジェクタ側の各スイッチ３３８は、通常ＥＣＵ３００内の各スイッチ３４１と並列に接続されることになる。よって、追加ＥＦＩ３１０は、スイッチ３３８を制御することにより、通常ＥＣＵ３００によらず各気筒毎の燃料噴射を制御することが可能となる。
【００９８】
また、ここで重要なことは、インジェクタ側の１２Ｖ電源とインジェクタ２５０との間に電源遮断スイッチ３３６が挿入されることである。即ち、インジェクタ側の電気的構成は、１２Ｖ電源→電源遮断スイッチ３３６→インジェクタ２５０→スイッチ３３８及びスイッチ３４１の並列接続→ＧＮＤとなる。よって、追加ＥＦＩ３１０が電源遮断スイッチ３３６をオフすることにより、通常ＥＣＵ３００によるスイッチ３４１の制御及び追加ＥＦＩ３１０によるスイッチ３３８の制御は無効化される。言い換えれば、通常ＥＣＵ３００が車両停止中にエンジンをアイドリング回転に維持しようとしてスイッチ３４１を制御して燃料噴射指示を出力しても、追加ＥＦＩ３１０が電源遮断スイッチ３３６をオフにしてしまえば、燃料噴射は強制的に停止される。
【００９９】
また、イグナイタ側の接続も基本的にはインジェクタ側と同様の考え方に基づく。つまり、電源遮断スイッチ３３５により、各イグナイタへの電源供給が遮断される。図１０及び図１１からわかるように、イグナイタ側の電源ラインの接続状態は、１２Ｖ電源→電源遮断スイッチ３３５→イグナイタ２５０→ＧＮＤとなる。よって、車両停止時に通常ＥＣＵ３００がエンジン２のアイドリング回転を維持しようとして点火指示を出力しても、追加ＥＦＩ３１０が電源遮断スイッチ３３５をオフにしてしまえば、通常ＥＣＵ３３０からの点火指示は無効化される。
【０１００】
また、追加ＥＦＩ３１０内のイグナイタ側の各スイッチ３３７は、通常ＥＣＵ３００内の各スイッチ３４２と並列接続されることになる。よって、追加ＥＦＩ３１０は、スイッチ３３７を制御することにより、独自にイグナイタ２４０による各気筒毎の点火制御を行うことができる。
【０１０１】
さらに、図１１に示すように、追加ＥＦＩ３１０にはエンジン２の各部に設けられたセンサ出力が状態把握信号３５０として入力されている。追加ＥＦＩ３１０はこれらのセンサ出力に基づいて、アイドリングストップにおけるエンジン停止条件やエンジン始動条件などを判定を行い、判定結果に基づいてエンジン停止許可やエンジン始動要求を生成して、エンジンの停止制御や始動制御を実施する。
【０１０２】
なお、例えばアイドリングストップ実施中にエンジン停止制御に失敗して適切なクランク角度位置にエンジンを停止できなかった場合などには、追加ＥＦＩ３１０はスタータモータ３６０に駆動信号を供給し、スタータモータ３６０によりクランキングを行ってエンジンを始動させることができるように構成されている。
【０１０３】
次に、上述の追加ＥＦＩシステムによるアイドリングストップ時の制御例について説明する。図１２は、エンジン停止制御時の各気筒の行程図、並びに通常ＥＣＵ及び追加ＥＦＩから出力される制御信号のタイミングチャートである。また、図１３はエンジン始動制御時の各気筒の行程図、並びに通常ＥＣＵ及び追加ＥＦＩから出力される制御信号のタイミングチャートである。
【０１０４】
まず、図１２を参照して、停止制御例について説明する。追加ＥＦＩシステムによる停止制御は基本的には図７を参照して説明した停止制御と同様である。即ち、停止時圧縮行程気筒を予め予測しておき、エンジン停止前にその気筒に燃料噴射を行っておく。
【０１０５】
図１２を参照すると、追加ＥＦＩ３１０は、図１１に示す状態把握信号３５０に基づいてアイドリングストップによるエンジン停止条件が具備されたか否かを判定し、具備されたときにエンジン停止許可信号をオンとする（時刻ｔ１）。この後、追加ＥＦＩ３１０はエンジン停止制御を開始する。その場合でも、通常ＥＣＵ３００は通常車両状態と同様に、エンジンをアイドリング回転数に維持すべく燃料噴射指示及び点火指示を出力し続ける（図１２の行程図の各矢印及び符号（▽）を参照）。しかし、追加ＥＦＩ３１０は前述のように電源遮断スイッチ３３６によりインジェクタ２５０による燃料噴射を強制的に禁止するので、結果的に燃料噴射は行われない。電源遮断スイッチ３３６による燃料カット信号が図１２に示されている。エンジン停止許可信号がオンとなった時刻ｔ１以後は、電源遮断スイッチ３３６により燃料カットが実施される。よって、図１２の行程図からもわかるように、通常ＥＣＵ３００からは燃料噴射指示が出力されているにも拘わらず、電源遮断スイッチ３３６により強制的に燃料カットが実施されている。但し、停止時圧縮行程気筒に燃料を封入しておくため、矢印２１０ａに示すように、追加ＥＦＩ３１０は時刻ｔ５〜ｔ６の間だけ一時的に燃料カットを中断する。これにより、通常ＥＣＵ３００から出力された燃料噴射指示は時刻ｔ５〜ｔ６の間だけ有効となり、停止時圧縮行程気筒（図１２の例では＃３気筒）に燃料が噴射される。その後は、再び燃料カット信号がオンとなり（時刻ｔ６）、追加ＥＦＩ３１０が電源遮断スイッチ３３６をオンして燃料カットを実施するので、通常ＥＣＵ３００からの燃料噴射指示は無効化される。
【０１０６】
また、時刻ｔ２〜ｔ３の間は、前述のように停止制御のためのモータリングが実施される。さらに、時刻ｔ７では追加ＥＦＩ３１０がイグナイタ２４０側の電源遮断スイッチ３３５をオンすることにより、点火カットを実施する。燃料カットの場合と同様に、通常ＥＣＵ３００はアイドリング回転を維持しようとして点火指示をイグナイタへ出力し続けるのであるが、追加ＥＦＩ３１０が電源遮断スイッチ３３５をオンして点火カットを行うことにより、通常ＥＣＵ３００からの点火指示は無効化される。その結果、時刻ｔ７以後は点火が禁止される。
【０１０７】
なお、通常ＥＣＵが燃料噴射指示及び点火指示を出力しているにも拘わらず変料噴射や点火が行われない場合、通常ＥＣＵはリセット状態となるので、通常ＥＣＵの制御自体に問題は生じない。
【０１０８】
このように、停止制御時には、通常ＥＣＵ３００はエンジンのアイドリング回転を維持しようとして燃料噴射指示及び点火指示を出力し続けるが、追加ＥＦＩ３１０が電源遮断スイッチ３３５及び３３６を制御して、通常ＥＣＵ３００からの燃料噴射指示及び点火指示を無効化することにより、アイドリングストップ時の停止制御が可能となる。
【０１０９】
次に、図１３を参照して、エンジン始動制御例について説明する。前提として、図１３に示すように、停止時圧縮行程気筒である＃３気筒内に燃料が封入された状態でエンジン２は実停止位置に停止しているものとする。ここで、追加ＥＦＩ３１０は、状態把握信号３５０に基づいてエンジン始動条件が具備されたと判定すると、エンジン始動要求を出力するとともに、モータジェネレータによるモータリングを開始する。通常ＥＣＵ３００は、エンジンが一旦停止してしまうと、エンジンが回転を開始し、クランクシャフトが動き出して気筒判別が可能な状態となるまでは、燃料噴射指示や点火指示を出力することができないように構成されている。つまり、図１３に示すように、気筒判別が可能となるまでの間は、通常ＥＣＵ３００からはインジェクタやイグナイタへ指示を供給することはできない。その間に、追加ＥＦＩ３１０は燃料噴射や点火を制御してアイドリングストップ時の始動制御を実行する。
【０１１０】
具体的には、図１３において、追加ＥＦＩ３１０は、エンジン始動要求後まず吸気行程気筒（＃４気筒）に燃料噴射を行い（矢印２７０）、さらに停止時圧縮行程気筒である＃３気筒に点火を実施する（符号２７５）。この点火によりクランクシャフトの回転駆動力が生まれる。また、同時に追加ＥＦＩ３００はモータ制御装置４を制御してモータジェネレータ３によるモータリングを行う。その後も、追加ＥＦＩ３１０は吸気行程となる気筒に燃料噴射を行い（矢印２７１、２７２）、膨張行程となる気筒に点火を実施する（符号２７６）。こうして、追加ＥＦＩ３１０の制御によりアイドリングストップ時のエンジン始動制御が行われる。そして、気筒判別が可能となると（波線２８０以後）、通常ＥＣＵからの燃料噴射指示及び点火指示に従って燃料噴射及び点火が実施され、エンジンは通常の走行状態となる。
【０１１１】
以上のように、エンジンの始動制御時には、エンジンが回転を始め、通常ＥＣＵ３００が気筒判別可能となるまでの間は追加ＥＦＩ３１０が燃料噴射及び点火を制御してアイドリングストップ状態からのエンジン始動制御を実施する。そして、気筒判別が可能となった後は、通常ＥＣＵからの燃料噴射指示及び点火指示に従ってエンジンを動作させる。
【０１１２】
なお、このようにアイドリングストップ時のエンジン始動制御時には追加ＥＦＩ３１０が燃料噴射や点火を制御することになるが、追加ＥＦＩ３１０は、例えばスタータモータを利用した通常のエンジン始動時などにおいて通常ＥＣＵ３００が出力する燃料噴射量や点火時期などをモニタし、最適な制御量を記憶しておくことができる。よって、アイドリングストップ時のエンジン始動制御においては、記憶しておいた適切な制御量に従って燃料噴射指示や点火指示を出力することにより、エンジンを円滑に始動させることが可能となる。
【０１１３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、通常車両に対して追加ユニットを付加することにより、アイドリングストップ機能を実現することができる。その際、追加ユニット側に何らかの不具合などが生じた場合でも、アイドリングストップが不能となったり始動性が悪化するだけですみ、通常のＥＣＵにより通常走行は可能である。よって、既存の通常車両に対して簡易のアイドリングストップ機能を付加することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する車両のシステム構成を示す。
【図２】図１に示す車両のエンジンの概略構成図を示す。
【図３】クランク角センサ及びカム角センサの構成を示す図である。
【図４】クランク角センサ及びカム角センサの出力信号波形を示す。
【図５】エンジン停止制御によるエンジン回転数の推移を示すグラフである。
【図６】エンジン停止制御によるクランク角度位置の変化の様子を示すグラフである。
【図７】エンジン停止制御例を示す。
【図８】停止制御後のエンジン始動制御例を示す。
【図９】本発明による追加ＥＦＩシステムの構成を示す。
【図１０】図９に示す通常ＥＣＵの構成を示す。
【図１１】図９に示す追加ＥＦＩの構成を示す。
【図１２】追加ＥＦＩシステムによるエンジン停止制御例を示す。
【図１３】追加ＥＦＩシステムによるエンジン始動制御例を示す。
【符号の説明】
１ ＤＣスタータ
２ エンジン
３ モータジェネレータ
４ モータ制御装置
５ 電源装置
６ 電源ケーブル
７ 動力伝達装置
８ 車輪
９ ＥＣＵ
１０ 車両

Claims (7)

1. 所定の停止条件が成立した場合に内燃機関を自動停止し、かつ、所定の始動条件が成立した場合に前記内燃機関を自動始動する内燃機関の制御装置において、
   前記内燃機関の電子制御ユニットは、前記内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される燃焼制御以外の燃焼制御を実行する主電子制御ユニットと、前記内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される燃焼制御を実行する副電子制御ユニットと、を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記副電子制御ユニットが正常に動作しない場合には、前記主電子制御ユニットが前記内燃機関の自動停止及び自動始動時に要求される燃焼制御以外の燃焼制御を実行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. 前記主電子制御ユニットは運転者のイグニッションキー操作に応じて前記内燃機関の始動を制御する通常始動制御を実行し、
   前記副電子制御ユニットは、前記通常始動制御における制御量に基づいて、前記内燃機関の自動始動のための燃焼制御における制御量を決定することを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記主電子制御ユニットは、車両の停止中に前記内燃機関のアイドリングのための燃料噴射指示及び点火指示を出力し、
   前記副電子制御ユニットは、前記内燃機関の自動停止及び自動始動時には、前記主電子制御ユニットから出力される前記燃料噴射指示及び点火指示を無効化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。
5. 前記副電子制御ユニットは、前記主電子制御ユニットから出力される前記燃料噴射指示及び点火指示を無効化している間に、前記内燃機関の自動停止及び自動始動のために要求される制御信号を前記内燃機関に供給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. 前記主電子制御ユニットは、前記副電子制御ユニットなしで、前記内燃機関の自動停止及び自動始動時に要求される燃焼制御以外の燃焼制御を実行可能であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
7. 前記副電子制御ユニットは、前記主電子制御ユニットに対して脱着可能に構成されることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関の制御装置。

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