JP4661747B2 - エンジンの停止制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンの停止制御装置に関し、エンジンのアイドル運転状態等において予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに、自動停止したエンジンをエンジンの再始動条件が成立したときに再始動させることを考慮しつつエンジンを自動停止させるエンジンの制御分野に属する。

近年、燃費低減や二酸化炭素排出量の抑制等のために、アイドル運転時等にエンジンを自動的に一旦停止させ、その後運転者により車両の発進操作が行われる等の再始動条件が成立した時点で、エンジンを自動的に再始動させるようにしたエンジンの自動停止制御、いわゆるアイドルストップ制御の技術が開発されている。

例えば、アイドルストップ制御に関するものとして、特許文献１に記載のものがある。これは、エンジンの自動停止後、短時間でエンジンが再始動できるようにしたもので、具体的には、自動停止後、膨張行程で停止状態にある気筒内に燃料を噴射して点火、燃焼させることにより、エンジンを再始動させるものである。このとき、エンジンによって駆動されて発電を行うオルタネータは、オルタネータの発電量を制御することによって該オルタネータからエンジンに作用する回転負荷を制御し、それにより自動停止動作中のエンジンの回転数の減少速度を制御し、その結果、自動停止が実行される度にピストンをエンジンの再始動に適した予め決められた所定位置（例えば、ＡＴＤＣ１００−１２０ｄｅｇ）に停止させることに貢献している。

特開２００５−２８２４３４公報

しかしながら、特許文献１に記載の制御の場合、ピストンの停止位置は必ずしも短時間のエンジンの再始動に適した所定位置にならない場合がある。これは、オルタネータの制御パラメータであるフィールドコイルの通電電流値と該オルタネータの発電電流値との関係が、該オルタネータの温度によって異なるためである。すなわち、オルタネータの制御パラメータであるフィールドコイルの通電電流値が同一であっても、該オルタネータの温度によってオルタネータの発電量が異なることがある。その結果、オルタネータの発電量が異なることによりエンジンに作用する回転負荷が異なり、ピストンの停止位置が所定の位置と異なることがある。

そこで、本発明は、オルタネータを利用して自動停止が実行される度にピストンをエンジンの再始動に適した予め決められた所定位置に精度よく停止させることができるエンジンの停止制御装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本願の請求項１に記載の発明は、所定のエンジン停止条件が成立したときは該エンジンを自動停止させ、その停止中に所定のエンジン始動条件が成立したときは該エンジンを自動始動させる自動停止制御手段を有するエンジンの停止制御装置であって、エンジンに駆動されて発電するオルタネータと、前記オルタネータの温度を検知するオルタネータ温度検知手段と、前記オルタネータ温度検知手段が検知したオルタネータ温度に基づいて前記オルタネータのフィールドコイルへの通電電流を制御することにより、自動停止途中のエンジンに作用する前記オルタネータからの回転負荷をピストンが所定位置に停止するように補正するオルタネータ制御手段とを有し、前記オルタネータ温度検知手段は、前記オルタネータの発電電流値と前記オルタネータのフィールドコイルへの通電電流値との温度相関特性に基づいて前記オルタネータの温度を推定するように構成されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のエンジンの停止制御装置において、前記所定のエンジン停止条件が成立して前記自動停止制御手段によるエンジンの自動停止制御が開始される前に、エンジン回転数を所定数に制御する停止準備制御手段を有し、前記オルタネータ温度検知手段は、前記停止準備制御手段がエンジン回転数を所定数に制御している間に、前記オルタネータの発電電流値と前記オルタネータのフィールドコイルへの通電電流値との温度相関特性に基づいて前記オルタネータの温度を推定するように構成されていることを特徴とする。

さらに、請求項３に記載の発明は、前記請求項１または２に記載のエンジンの停止制御装置において、前記自動停止制御手段は、前記所定のエンジン始動条件が成立したとき、少なくとも膨張行程で停止した状態の気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを自動的に始動させるように構成されていることを特徴とする。

本発明の請求項１に記載のエンジンの停止制御装置によれば、オルタネータの温度によって異なる該オルタネータからエンジンに作用する回転負荷を、ピストンが所定の位置に停止するような回転負荷に補正するようにオルタネータの温度に基づいてオルタネータを制御する。その結果、オルタネータの温度変化に関係なく、常に安定してエンジンの自動停止が行われるたびに、ピストンは再始動に適した所定の位置で停止することが可能になる。

その場合に、このエンジンの停止制御装置によれば、オルタネータの温度は、オルタネータの発電電流値とフィールドコイルへの通電電流値との温度相関特性に基づいて推定されるため、直接温度を検知する必要がない。

また、請求項２に記載のエンジンの停止制御装置によれば、オルタネータの温度は、常にエンジンが所定の回転数で回転している同一条件の下で推定されるため、温度の推定精度は高いものとなる。このようにする理由は、エンジン回転数の変化によってオルタネータの温度の推定精度は影響を受けやすく、回転数が変化して推定されたオルタネータ温度は正確ではないためである。

さらに、請求項３に記載のエンジンの停止制御装置によれば、ピストンが再始動に適した所定の位置で停止しているとともに膨張行程で停止した状態の気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることにより、エンジンの再始動性が高くなる。

図１と図２には、本発明の一実施形態に係るエンジンの停止制御装置を有する４サイクル火花点火式エンジンの概略的構成を示している。図において符号１０で示されるエンジンは、シリンダヘッド１２とシリンダブロック１４を有する本体１６と、エンジン制御用のＥＣＵ１８とを有する。

エンジン本体１６には、４つの気筒２０Ａ〜２０Ｄが設けられ、各気筒の内部にクランク軸２２に連結されたピストン２４が嵌挿されることにより燃焼室２６が形成されている。

各気筒２０Ａ〜２０Ｄの燃焼室２６の頂部には、先端が燃焼室内にあるように点火プラグ２８が設置されている。また、燃焼室２６の側方には、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁３０が設けられている。燃料噴射弁３０は、図示しないニードル弁とソレノイドを内蔵し、ＥＣＵ１８から入力されたパルス信号のパルス幅に対応する時間だけ駆動されて開弁し、その開弁時間に応じた量の燃料を点火プラグ２８に向けて噴射するように構成されている。

各気筒２０Ａ〜２０Ｄの燃焼室２６の上部には、燃焼室に向かって開口する吸気ポート３２と排気ポート３４が設けられ、これらのポートには吸気弁３６、排気弁３８が装備されている。各気筒２０Ａ〜２０Ｄの吸気弁３６と排気弁３８は、図示しないカムシャフト等を有する動弁機構によって駆動されることにより、各気筒が所定の位相差をもったタイミングで燃焼サイクルを行うように開閉するように構成されている。

吸気ポート３２と排気ポート３４には、吸気通路４０と排気通路４２が接続されている。吸気ポート３２に近い吸気通路４０の下流側は、図２に示すように、各気筒２０Ａ〜２０Ｄに対応して独立した分岐吸気通路４０ａとされ、各分岐吸気通路の上流端がサージタンク４０ｂに連通している。サージタンク４０ｂよりも上流側には共通吸気通路４０ｃが設けられ、共通吸気通路には、アクチュエータ４４により駆動されるスロットル弁４６が配設されている。スロットル弁４６の上流側には吸気流量を検出するエアフローセンサ４８が、一方下流側には吸気圧力（負圧）を検出する吸気圧センサ５０が配設されている。

また、エンジン本体１６には、タイミングベルト等によりクランク軸２２に連結されたオルタネータ（発電機）５２が付設されている。オルタネータ５２は、図示しないフィールドコイルへの通電電流（以下、「ｆｄｕｔｙ」と称し、その大きさを最大値に対するパーセントで表す。）をオルタネータの制御パラメータと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５２ａを内蔵し、レギュレータ回路５２ａに入力されるＥＣＵ１８からの制御信号に基づき、車両の電気負荷およびバッテリー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。

さらに、エンジン１０には、クランク軸２２の回転角を検出する２つのクランク角センサ５４、５６が設けられ、一方のクランク角センサ５４から出力される検出信号に基づいてエンジンの回転速度が検出されるとともに、両センサ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軸２２の回転方向や回転角度が検出されるようになっている。

ＥＣＵ１８には、カムシャフトに設けられた気筒識別用の特定回転位置を検出するカム角センサ５８と、エンジンの冷却水温度を検出する水温センサ６０と、運転者のアクセル操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセルセンサ６２それぞれから出力される各検出信号が入力されるようになっている。

そして、ＥＣＵ１８は各センサ４８、５０、５４〜６２からの検出信号を受け、燃料噴射弁３０に対して燃料の噴射量および噴射時期を制御するための制御信号を出力するとともに、点火プラグ２８に付設された点火装置６４に対して点火時期を制御するための制御信号を出力するように構成されている。

また、後述するように、ＥＣＵ１８は、予め設定されたエンジンの自動停止条件が成立したときに各気筒２０Ａ〜２０Ｄへの燃料噴射を所定のタイミングで停止（燃料カットＦ／Ｃ）して自動的にエンジンを停止させるとともに、その後に運転者によるアクセル操作が行われる等により再始動条件が成立したときにエンジンを自動的に再始動させる制御を実行するようになっている。

エンジンの再始動は、エンジンの自動停止後、膨張行程で停止した状態の少なくとも１つの気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることにより実行される。したがって、膨張行程で停止した状態の気筒に噴射された燃料に点火するだけでエンジンを適正に再始動させるためには、該気筒内に十分な空気量が確保できるようにエンジンを自動停止させる、すなわちピストンを対応する位置に再現性よく所定の位置に停止させる必要がある。

ここからは、ＥＣＵ１８が行う気筒内に十分な空気量が確保できるようにエンジンを自動停止させる、すなわちピストンを対応する位置に再現性よく所定の位置に停止させるエンジンの自動停止制御の内容について説明する。

説明は、図３に示すエンジンの自動停止制御フローと図４に示すエンジンの自動停止タイミングチャートを参照しながら行う。

図３に示すように、ステップ１００において車両の車速が０ｋｍ／ｈであるか否かが判定される。車速が０ｋｍ／ｈである場合ステップ１１０に進む。そうでない場合、スタート（ＳＴＡＲＴ）に戻る。

ステップ１１０において、アイドルストップ条件の成立判定が行われる。例えば、車速が０ｋｍ／ｈの状態が所定時間続いたことが確認された後、図４に示すようにエンジンの自動停止フラグが立ち、アイドルストップ条件が成立する。アイドルストップ条件成立と判定された場合、ステップ１２０に進む。そうでない場合、スタートに戻る。

ステップ１２０において、アイドルストップ条件成立後、ＥＣＵ１８は、図４に示すようにアイドル時５００ｒｐｍだったエンジンの回転数を約９００ｒｐｍに高め、ブースト圧を−３２０ｍｍＨｇにし、スロットル開度を０．１にする制御を行う。これは、気筒内の燃焼ガスを掃気することと、後述するオルタネータの温度を推定するためである。以下、アイドルストップ条件成立から後述する燃料カット（Ｆ／Ｃ）までの期間に行う制御を停止準備制御と称する（すなわち、ＥＣＵ１８は、停止準備制御手段として機能する。）。

次に、ステップ１３０において、オルタネータのｆｄｕｔｙ（フィールドコイルへの通電電流）を所定値に制御する。例えば、３０〜５０％の範囲のある値に制御される（図では、５０％）。

続くステップ１４０において、エンジン回転数が所定範囲内か、すなわちステップ１２０において制御した約９００ｒｐｍであるか否かが判定される。エンジン回転数が約９００ｒｐｍである場合ステップ１５０に進む。そうでない場合、エンジン回転数が約９００ｒｐｍになるまでステップ１４０を繰り返す。

ステップ１５０において、オルタネータの温度状態が推定される。オルタネータの温度状態は、予め実験的に求めた図５に示すようなオルタネータの発電電流値とフィールドコイルへの通電電流値（ｆｄｕｔｙ）との温度相関特性に基づいて推定される。したがって、温度センサなどでオルタネータの温度を直接検知する必要がない。

図５（１）は、エンジン回転数が９００ｒｐｍのオルタネータの温度相関特性を示している。オルタネータの発電電流は、発電量とバッテリー電圧から求めることができる。フィールドコイルへの通電電流（ｆｄｕｔｙ）は、ステップ１３０において設定された値である。

例えば、オルタネータの発電電流が６０Ａであって、ｆｄｕｔｙが５０％である場合、図５（１）の温度相関特性から言えば、オルタネータは、比較的低温状態にあることがわかる。

このように、オルタネータの温度状態は、ステップ１２０〜１４０を経てエンジンを特定の状態にしてから推定される。オルタネータの温度状態を常に同一条件で推定するためである。その結果、温度の推定精度は高いものとなる。このようにオルタネータの温度状態を常に同一条件（特に、エンジン回転数について）で推定する理由は、エンジン回転数の変化によってオルタネータの温度の推定精度は影響を受けやすく、回転数が変化して推定されたオルタネータ温度は正確ではないためである。

なお、オルタネータのフィールドコイルへの通電電流（ｆｄｕｔｙ）と発電電流の関係が、オルタネータの温度によって異なるのは、電流が流れる際に発生するジュール熱に起因すると考えられる。

オルタネータの温度状態がわかると、ステップ１６０において、ＥＣＵ１８は、燃料カット（Ｆ／Ｃ）を行う。図４に示すように、Ｆ／Ｃ開始フラグが立つ。以下、Ｆ／Ｃが開始されエンジンが停止するまでの制御を停止制御と称する（すなわち、ＥＣＵ１８は、自動停止制御手段として機能する。）。

ステップ１７０において、スロットル開度を０．３に高くする。

続くステップ１８０において、オルタネータのｆｄｕｔｙを１００％に制御する、すなわちオルタネータに最大に発電させる。

ステップ１９０において、エンジンの回転数が所定値以下か判定される。ステップ１７０において、スロットル開度が０．３に高くされ、ステップ１８０においてオルタネータの発電量が最大にされることにより、エンジンは吸気しつつ、オルタネータから与えられる回転負荷により回転数が減少していく。その回転数が所定値以下、例えば、先の９００ｒｐｍより小さい６００ｒｐｍ以下に減少した場合、ステップ２００に進む。そうでない場合、エンジンの回転数が所定値以下になるまで、ステップ１９０を繰り返す。

ステップ２００において、スロットル開度が０に制御される。

ステップ２１０において、エンジンの回転数が所定の範囲、すなわち、スロットル開度が０になることによってピストンに吸気抵抗が作用することによりステップ１９０で判定された回転数以下にある範囲内にあるかが判定される。例えば、５５０ｒｐｍ前後の範囲であるか否かが判定される。エンジンの回転数が所定の範囲である場合、ステップ２２０に進む。そうでない場合、エンジンの回転数が所定の範囲内になるまでステップ２１０は繰り返される。

ステップ２２０において、フィールドコイルへの通電電流値（ｆｄｕｔｙ）が設定される。詳しく説明すると、自動停止途中のエンジンにオルタネータから所定の回転負荷、すなわち、ピストンが所定の位置に停止するような所定の回転負荷がエンジンに作用するように、ｆｄｕｔｙ値が設定される。

説明すると、オルタネータからエンジンに作用する所定の回転負荷は、オルタネータの所定の発電量に対応する。所定の発電量は、オルタネータの発電電流とバッテリー電圧から求まるものであるから、オルタネータが所定の回転負荷に対応する所定の発電電流を目標発電電流として発電するようにｆｄｕｔｙを設定すればよい。

具体的には、ステップ２１０でのエンジン回転数におけるｆｄｕｔｙと発電電流の温度相関特性と、ステップ１５０において推定したオルタネータの温度状態からｆｄｕｔｙを求める。

例えば、上述したようにオルタネータが低温状態であって、ステップ２１０でのエンジン回転数が５５０ｒｐｍであり、上述の目標発電電流が６０Ａである場合、図５（２）に示す温度相関特性に基づいて、設定すべきｆｄｕｔｙは、約６５％であることがわかる。

まとめると、ステップ２２０における制御により、オルタネータの温度に基づいてｆｄｕｔｙを適切に設定し、エンジンに作用する回転負荷を所定の回転負荷に補正している。

ｆｄｕｔｙを適切に設定した状態で、すなわちエンジンに所定の回転負荷が作用した状態で、ステップ２３０においてエンジン停止制御が継続される。

そして、ステップ２４０において、エンジンが完全に停止し、エンジンの自動停止制御が終了する。

本実施形態によれば、オルタネータの温度状態がどのような温度状態であっても、エンジンの自動停止動作において、オルタネータからエンジンに作用する回転負荷は所定の負荷であるため、ピストンをエンジンの再始動に適した所定の位置に高い再現性で停止させることができる。その上で、膨張行程で停止した状態の気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることにより、エンジンは高い再始動性を備えることができる。

以上、一実施形態を例に挙げて本発明を説明したが、本発明はこれに限定されない。

例えば、上述の実施形態の場合、オルタネータの温度を特性から推定したが、直接温度センサなどで測定してもよい。

また、オルタネータの温度の推定を行うタイミングは、エンジン回転数が安定しているときであればいつでもよい。ただし、エンジンの自動停止制御の直前のタイミングが温度変動が少なく好ましい。

さらに、ｆｄｕｔｙの設定を、エンジンが完全に停止するまで複数回更新してもよい。

本発明の一実施形態に係るエンジンの自動停止装置を含むエンジンの概略的構成図である。 本発明の一実施形態に係るエンジンの自動停止装置を含む別のエンジンの概略的構成図である。 エンジンの自動停止の流れを示すフロー図である。 図３に対応したエンジンが自動停止するまでのタイミングチャートである。 オルタネータにおいて、エンジンの回転数によって異なるフィールドコイルへの通電電流と発電電流の温度相関特性を示す図である。

Claims (3)

1. 所定のエンジン停止条件が成立したときは該エンジンを自動停止させ、その停止中に所定のエンジン始動条件が成立したときは該エンジンを自動始動させる自動停止制御手段を有するエンジンの停止制御装置であって、
   エンジンに駆動されて発電するオルタネータと、
   前記オルタネータの温度を検知するオルタネータ温度検知手段と、
   前記オルタネータ温度検知手段が検知したオルタネータ温度に基づいて前記オルタネータのフィールドコイルへの通電電流を制御することにより、自動停止途中のエンジンに作用する前記オルタネータからの回転負荷をピストンが所定位置に停止するように補正するオルタネータ制御手段とを有し、
   前記オルタネータ温度検知手段は、前記オルタネータの発電電流値と前記オルタネータのフィールドコイルへの通電電流値との温度相関特性に基づいて前記オルタネータの温度を推定するように構成されていることを特徴とするエンジンの停止制御装置。
2. 前記請求項１に記載のエンジンの停止制御装置において、
   前記所定のエンジン停止条件が成立して前記自動停止制御手段によるエンジンの自動停止制御が開始される前に、エンジン回転数を所定数に制御する停止準備制御手段を有し、
   前記オルタネータ温度検知手段は、前記停止準備制御手段がエンジン回転数を所定数に制御している間に、前記オルタネータの発電電流値と前記オルタネータのフィールドコイルへの通電電流値との温度相関特性に基づいて前記オルタネータの温度を推定するように構成されていることを特徴とするエンジンの停止制御装置。
3. 前記請求項１または２に記載のエンジンの停止制御装置において、
   前記自動停止制御手段は、前記所定のエンジン始動条件が成立したとき、少なくとも膨張行程で停止した状態の気筒に燃料を噴射して点火、燃焼を行わせることによりエンジンを自動的に始動させるように構成されていることを特徴とするエンジンの停止制御装置。

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