JP5746880B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、アイドリングストップ機能を実現する内燃機関の制御装置に関する。

信号待ち等、車両の一時停車時に内燃機関のアイドル回転を自動的に停止させ、燃費の向上を図るアイドリングストップシステムが既知である（例えば、下記特許文献を参照）。

アイドリングストップを行う際には、スロットルバルブの開度を所定開度以下に絞り、気筒への燃料供給を遮断する。しかしながら、内燃機関の回転は即座に停止するわけではなく、アイドルストップ条件成立から内燃機関の完全停止までの期間に吸気通路（特に、サージタンク）内の気圧が顕著に低下する。さすれば、内燃機関の再始動時に速やかに必要十分な量の吸気を気筒に充填することができず、再始動がもたつき、車両の再発進に遅れを生じさせることとなる。

特開２００６−２５８０７８号公報

本発明は、アイドリングストップシステムが付帯した内燃機関の再始動のもたつき、遅れを緩和ないし解消することを所期の目的としている。

本発明では、アイドリングストップ機能を実現するものであって、アイドリングストップを行う際、スロットルバルブの開度を所定開度以下に絞り、エンジン回転数が所定以下となったら絞っていたスロットルバルブを一旦前記所定開度よりも大きく開きその後再び閉じるというように基準開度に沿ってスロットルバルブを操作するアイドルストップ制御を実行するとともに、前記アイドルストップ制御の最中にアクセルペダルが踏み込まれた場合には、前記基準開度と当該アクセルペダルの踏込量の多寡に応じた要求開度とのうちより大きい方の開度に前記スロットルバルブを操作することを特徴とする内燃機関の制御装置を構成した。

即ち、アイドルストップ制御において、エンジン回転数が所定以下となったときにスロットルバルブを一旦開放操作することにより、吸気通路（のサージタンク）内の気圧をある程度以上高め、円滑な再始動のために最低限必要な量の吸気（新気）を確保する。その上で、内燃機関の完全停止以前にアクセルペダルが踏み込まれた場合には、その踏込量に応じてスロットルバルブの開度を拡げることとし、より多くの吸気を吸気通路に導入して再始動直後のエンジン出力を高められるようにしたのである。

前記アイドルストップ制御中における前記基準開度と比較するべき前記要求開度は、アイドルストップ制御中でない平時における同一のアクセルペダル踏込量に対応したスロットルバルブ開度よりも小さく設定する。再始動時のエンジン出力を過大化させず、車両の急発進を抑制する意図である。

前記アイドルストップ制御中における前記基準開度と比較するべき前記要求開度を、アクセルペダル踏込量の増大と同時にではなく、アクセルペダル踏込量の増大に遅れて増大させることも好ましい。アイドルストップ制御に起因してエンジン回転数が低下すると、トランスミッションに供給される作動油圧も低下する。その状態で内燃機関が再始動され、エンジン出力が急激に高まると、トランスミッションを構成する機械要素、例えばクラッチや、ベルト式連続可変変速機構（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｌｙ Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ）のベルトとプーリとの間等に滑りが発生し、しかる後作動油圧が高まって当該クラッチ等が強固に締結されることでショックを引き起こし、トランスミッションにダメージを与えるおそれもある。アクセルペダルの踏み込みに対してスロットルバルブ開度の拡大を遅らせることにより、再始動時のエンジン出力の高まりを抑制でき、トランスミッションの機械要素における滑りを予防、ショックを回避しかつトランスミッションを保護し得る。

本発明によれば、アイドリングストップシステムが付帯した内燃機関の再始動のもたつき、遅れを緩和ないし解消することが可能である。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。 同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順を示すフローチャート。 同実施形態によるアイドルストップ制御の態様を示すタイミングチャート。 同実施形態によるアイドルストップ制御の態様を示すタイミングチャート。 本発明の変形例によるアイドルストップ制御の態様を示すタイミングチャート。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に一気筒の構成を概略的に示した火花点火式内燃機関０は、例えば自動車に搭載されるものである。内燃機関０の吸気系１には、アクセルペダルの踏込量に応じて開度操作される電子スロットルバルブ１１を設けており、スロットルバルブ１１の下流にはサージタンク１３を一体に有する吸気マニホルド１２を取り付けている。サージタンク１３には、吸気管内圧力（吸気負圧または過給圧）を検出する圧力センサ７１を配している。

排気系５には、排気マニホルド５１を取り付け、排出ガス浄化用の三元触媒５２を装着している。そして、触媒５２の上流にフロントＯ₂センサ５３を、下流にリアＯ₂センサ５４を、それぞれ配している。Ｏ₂センサ５３、５４は、排出ガスに接触して反応することにより、排出ガス中の酸素濃度に応じた電圧信号を出力する。

吸気系１と排気系５との間には、ＥＧＲ装置６を介設する。ＥＧＲ装置６は、始端が排気マニホルド５１に連通し終端がサージタンク１３に連通する外部ＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けた外部ＥＧＲバルブ６２とを要素としてなる。ＥＧＲバルブ６２を開放すれば、排出ガスを排気系５から吸気系１へと還流して吸気に混合する外部ＥＧＲを実現できる。

気筒２上部に形成される燃焼室の天井部（シリンダヘッド）には、吸気バルブ２１、排気バルブ２２、インジェクタ３及び点火プラグ２３を設ける。

内燃機関０の運転制御を司る電子制御装置（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）４は、中央演算装置４１、記憶装置４２、入力インタフェース４３、出力インタフェース４４等を有するマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェース４３には、吸気管内圧力を検出する圧力センサ７１から出力される吸気圧信号ａ、エンジン回転数を検出する回転数センサ７２から出力される回転数信号ｂ、車速を検出する車速センサ７３から出力される車速信号ｃ、アクセルペダルの踏込量（または、スロットルバルブ１１の開度）を検出するアクセルセンサ７４から出力されるアクセル信号ｄ、シフトポジションスイッチ７５から出力されるシフトポジション信号ｅ、冷却水の温度を検出する水温センサ７６から出力される水温信号ｆ、吸気カムシャフト９１の端部にあるタイミングセンサ９３から出力されるクランク角度信号及び気筒判別用信号ｇ、排気カムシャフト９２の端部にあるタイミングセンサ９４から２４０°ＣＡ（クランク角度）回転毎に出力される排気カム信号ｈ、フロントＯ₂センサ５３から出力される上流側空燃比信号ｉ、リアＯ₂センサ５４から出力される下流側空燃比信号ｊ、ブレーキペダルの踏込量を検出するブレーキセンサ７７から出力されるブレーキ信号ｋ等が出力される。エンジン回転数センサ７２は、クランクシャフトとともに回転する円板の外周に１０°ＣＡ毎に間欠的に形成した歯の通過を感知することでクランクシャフトの回転速度を知得するものである。

出力インタフェース４４からは、インジェクタ３に対して燃料噴射信号ｎ、点火プラグ８に対して点火信号ｍ、ＥＧＲバルブ６２に対してＥＧＲバルブ開度信号ｏ、電子スロットルバルブ１１に対してスロットル開度信号ｌ等を出力する。

中央演算装置４１は、記憶装置４２に予め格納されているプログラムを解釈、実行し、内燃機関０の燃料噴射量や点火時期、気筒２に充填される吸気量及び吸気のＥＧＲ率（ＥＧＲガスの還流量）等の制御を遂行する。

内燃機関０の運転制御において、ＥＣＵ４は、内燃機関０の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈ、ｉ、ｊ、ｋを入力インタフェース４３を介して取得し、さらに現状の吸気量及び当該吸気のＥＧＲ率を推定して、それらに基づいて制御入力である燃料噴射量、燃料噴射時期、点火時期、ＥＧＲバルブ６２の開度（ＥＧＲステップ数）、電子スロットルバルブ１１の開度等を演算する。そして、演算した制御入力に対応した制御信号ｌ、ｍ、ｎ、ｏを、出力インタフェース４４を介して印加する。

しかして、本実施形態の制御装置たるＥＣＵ４は、アイドリングストップ機能を実現するための制御を実施する。

アイドリングストップに際してＥＣＵ４が実行する処理の手順を述べる。図２に示すように、ＥＣＵ４は、アイドルストップ条件が成立したとき（ストップＳ１）、ステップＳ２ないしＳ５のアイドルストップ制御に移行する。ステップＳ１では、例えば、車速が所定値（約７ｋｍ／ｈ）以下であり、冷却水温が所定以上高く、シフトポジションが走行レンジであり（ＡＴ車）、ブレーキペダルが踏まれている、等の諸条件がおしなべて成立したときに、アイドルストップ制御を開始する。

アイドルストップ制御では、インジェクタ３からの燃料噴射（及び、点火）を停止する（ステップＳ２）とともに、電子スロットルバルブ１１の開度を全閉または全閉に近い所定開度に絞る。スロットルバルブ１１を閉じるのは、エンジン回転数を速やかに低下させるためである。原則的には、エンジン回転数が所定回転数以下に低下するまで、スロットルバルブ１１を絞ったまま維持する。ここに言う所定回転数は、スタータ（セルモータ）のピニオンギアをドライブプレート（ＡＴ車）またはフライホイール（ＭＴ車）外周のリングギアに噛合させることができる上限付近または上限以下の、特定の回転数（約３００ｒｐｍ）である。エンジン回転数が上記所定回転数よりも高いと、再始動条件が成立したとしてもピニオンギアをリングギアに噛合させることができず、クランキングを行い得ない。

エンジン回転数が所定回転数に低下したならば、絞っていたスロットルバルブ１１を一旦所定開度よりも大きく開放し、その後再びスロットルバルブを所定開度まで閉塞する。気筒２への燃料供給を停止した後も内燃機関０は暫く回転し続け、吸気マニホルド１２やサージタンク１３内の気体を気筒２に吸引して排気系５へと送り出す作用を営む。絞っていたスロットルバルブ１１を一時的に開くのは、サージタンク１３内に新気を補充して、再始動条件が成立したときに再始動に必要な量の吸気を速やかに気筒２に充填するためである。

図３は、内燃機関０が完全に停止するまでアクセルペダルが踏み込まれず、なおかつ下記再始動条件も成立しなかった場合における、電子スロットルバルブ１１の開度の推移、及び吸気管内圧力の推移を示すものである。ＥＣＵ４は、アイドルストップ条件が成立した時刻ｔ０にスロットルバルブ１１を所定開度以下（図示例では、全閉）まで閉じ操作し、エンジン回転数が所定回転数以下に低下するまで維持する。そして、エンジン回転数が所定回転数となった時刻ｔ１でスロットルバルブ１１の開度を所定開度から開き操作し、所要の時間が経過した時刻ｔ２で再度スロットルバルブ１１を閉じ操作する。スロットルバルブ１１の開度は、内燃機関０が完全に停止する以前に所定開度（図示例では、全閉）まで閉止する。図３に示しているようなスロットルバルブ開度の時系列、換言すればアイドルストップ制御におけるスロットルバルブ１１の基準開度の操作パターンは、予め記憶装置４２に記憶している。ＥＣＵ４は、この記憶装置４２に記憶保持している情報を読み出すことで、アイドルストップ制御中のスロットルバルブ１１の基準開度を知得する（ステップＳ３）。

アイドルストップ制御への移行後、再始動条件が成立したときには（ステップＳ６）、ステップＳ７ないしＳ８の再始動制御へと移行する。ステップＳ６では、例えば、ブレーキペダルから足が離れた、シフトポジションが非走行レンジに変更された、アクセルペダルが踏まれた、車速が所定値以上に上昇した、または内燃機関０の停止から所定時間（約３分）が経過したことを以て、再始動要求があったものと判断する。但し、既に述べた通り、エンジン回転数が所定回転数以下まで低下していなければ、内燃機関０をクランキングして再始動することはできない。従って、エンジン回転数が所定回転数以下であることを、ステップＳ６の再始動条件に含めている。

再始動制御では、スタータモータのピニオンギアをドライブプレートまたはフライホイール外周のリングギアに噛合させてクランキングを行う（ステップＳ７）とともに、インジェクタ３からの燃料噴射（及び、点火）を再開して（ステップＳ８）内燃機関０を再始動する。

その上で、アイドルストップ制御中、内燃機関０が完全に停止する以前に、運転者によってアクセルペダルが踏み込まれた場合には、その踏込量に応じて電子スロットルバルブ１１の開度を拡大する操作を行う。即ち、アクセルペダルが踏み込まれることは、運転者が比較的大きなエンジン出力を要求しているということを意味しており、その明示的要求に応えるべく、アクセルペダルの踏込量の多寡に応じた要求開度を実現し、再始動直後に気筒２に充填される吸気量及び燃料噴射量を増加させるのである。

一般に、アイドルストップ制御中及びアイドリング中でない平時の電子スロットルバルブ１１の開度は、アクセルペダルの踏込量が大きいほど大きくなる。アイドルストップ制御中における要求開度もその点同様であるが、アクセルペダル踏込量に対するアイドルストップ制御中の要求開度は、同一のアクセルペダル踏込量に対する平時のスロットルバルブ開度よりも小さく設定する。

ＥＣＵ４は、アイドルストップ制御の最中において、アクセルペダルの踏込量を参照してその多寡に応じた要求開度を決定し（ステップＳ４）、この要求開度と記憶装置４２に記憶している現時点での基準開度とを比較して、要求開度の方が大きければスロットルバルブ１１を要求開度に操作し、基準開度の方が大きければスロットルバルブ１１を基準開度に操作する（ステップＳ５）。

図４は、アイドルストップ制御に移行してからエンジン回転数が所定回転数以下になるまでの期間にアクセルペダルが踏み込まれた場合における、電子スロットルバルブ１１の開度の推移、及び吸気管内圧力の推移を示すものである。図中の破線は、記憶装置４２に記憶保持している基準開度の時系列、一点鎖線はアクセルペダル踏込量に対応した要求開度である。ＥＣＵ４は、アイドルストップ条件が成立した時刻ｔ０にスロットルバルブ１１を所定開度以下まで閉じ操作し、エンジン回転数が所定回転数以下に低下するまで維持しようとする。だが、エンジン回転数が所定回転数となる時刻ｔ１以前にアクセルペダルが踏み込まれたとすると、図中実線で示しているように、その時点ｔ３からアクセルペダルの踏込量の多寡に応じた要求開度以上の開度にスロットルバルブ１１を開き操作することとなる。エンジン回転数が所定回転数以下となる時点ｔ１以降、時点ｔ２までの間は、上記基準開度の方が要求開度よりも大きくなることがあり、そうであればスロットルバルブ１１を基準開度の操作パターンに沿って開き操作する。無論、アクセルペダルが強く踏み込まれており、要求開度が上記基準開度を超越するのであれば、時点ｔ１以降も依然としてスロットルバルブ１１を要求開度に操作する。

本実施形態では、アイドリングストップ機能を実現する内燃機関０の制御装置４により、アイドリングストップを行う際、スロットルバルブ１１の開度を所定開度以下に絞り、エンジン回転数が所定以下となったら絞っていたスロットルバルブ１１を一旦前記所定開度よりも大きく開きその後再び閉じるというアイドルストップ制御を実行するとともに、前記アイドルストップ制御の最中にアクセルペダルが踏み込まれた場合には、前記スロットルバルブ１１の開度を当該アクセルペダルの踏込量の多寡に応じた要求開度以上となるように操作することとした。即ち、再始動要求以前にスロットルバルブ１１を一旦開放してサージタンク１３内の気圧をある程度以上高めるので、再始動に必要十分な量の吸気が確保され、円滑かつ速やかな再始動、再発進が可能となる。しかも、内燃機関０の完全停止以前にアクセルペダルが踏み込まれた場合には、スロットルバルブ１１の開度をその踏込量に対応した要求開度以上となるように操作するので、より多くの吸気がサージタンク１３に導入され、運転者の明示的要求に応えて再始動直後のエンジン出力を高めることができる。

また、前記アイドルストップ制御中のアクセルペダルの踏込量の多寡に応じた要求開度は、アイドルストップ制御中でない平時における同一のアクセルペダル踏込量に対応したスロットルバルブ開度よりも小さく設定する。このため、再始動時のエンジン出力の過大化を予防でき、車両の急発進やトランスミッションを構成する機械要素における滑りの発生を抑制することができる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。上記実施形態では、アクセルペダルの踏込量の増大と同時に要求開度を増大させることとしていた。これに対し、要求開度を、アクセルペダル踏込量の増大と同時にではなく、アクセルペダル踏込量の増大に遅れて増大させる態様をとることも考えられる。

アイドルストップ制御に起因してエンジン回転数が低下すると、トランスミッションに供給される作動油圧も低下する。その状態で内燃機関が再始動され、エンジン出力が急激に高まると、トランスミッションを構成する機械要素、例えばクラッチや、ＣＶＴのベルトとプーリとの間等に滑りが発生し、しかる後作動油圧が高まって当該クラッチ等が強固に締結されることでショックを引き起こし、トランスミッションにダメージを与えるおそれもある。このような問題は、アイドルストップ制御中に運転者が急に大きくアクセルペダルを踏み込んだときに起こる。そこで、再始動時にエンジン出力が高まりすぎないよう、要求開度に応じたスロットルバルブ開度の拡大を遅らせる。

図５は、アイドルストップ制御に移行してからエンジン回転数が所定回転数以下になるまでの期間にアクセルペダルが踏み込まれた場合における、電子スロットルバルブ１１の開度の推移、及び吸気管内圧力の推移を示すものである。図中の破線は、記憶装置４２に記憶保持している基準開度の時系列、一点鎖線はアクセルペダル踏込量に対応した要求開度である。並びに、図中の二点鎖線は、アクセルペダルの踏込量（に応じて達成するべき要求開度）である。ＥＣＵ４は、アイドルストップ条件が成立した時刻ｔ０にスロットルバルブ１１を所定開度以下まで閉じ操作し、エンジン回転数が所定回転数以下に低下するまで維持しようとする。エンジン回転数が所定回転数となる時刻ｔ１以前の時刻ｔ３にアクセルペダルが踏み込まれたとして、このアクセルペダルの踏込量の多寡に応じて要求開度を決定する必要があるが、図中実線で示しているように、アクセルペダルの踏込量をなまし処理（例えば、アクセルペダルの踏込量の移動平均をとる）し、またはアクセルペダルの踏込量の増大からある遅延時間を待つ等して、要求開度をアクセルペダル踏込量の増大に遅れて増大させる。時刻ｔ３以降、基準開度よりも要求開度の方が大きいときにはスロットルバルブ１１を要求開度に操作し、逆に基準開度の方が大きいときにはスロットルバルブ１１を基準開度に操作することは、上記実施形態と同じである。遅れ（なまし処理または遅延時間）の程度によっては、時刻ｔ３にてアクセルペダルが強く踏み込まれたとしても、再始動の初爆までスロットルバルブ１１があまり大きく開かず、完爆後にはじめて要求開度程度まで開くというケースもあり得る。

その他、各部の具体的構成や具体的な処理の手順は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は、車両等に搭載される内燃機関の制御に適用することができる。

０…内燃機関
１１…スロットルバルブ
４…制御装置（ＥＣＵ）

Claims (3)

1. アイドリングストップ機能を実現する内燃機関の制御装置であって、
   アイドリングストップを行う際、スロットルバルブの開度を所定開度以下に絞り、エンジン回転数が所定以下となったら絞っていたスロットルバルブを一旦前記所定開度よりも大きく開きその後再び閉じるというように基準開度に沿ってスロットルバルブを操作するアイドルストップ制御を実行するとともに、
   前記アイドルストップ制御の最中にアクセルペダルが踏み込まれた場合には、前記基準開度と当該アクセルペダルの踏込量の多寡に応じた要求開度とのうちより大きい方の開度に前記スロットルバルブを操作することを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記アイドルストップ制御中における前記基準開度と比較するべき前記要求開度は、アイドルストップ制御中でない平時における同一のアクセルペダル踏込量に対応したスロットルバルブ開度よりも小さいことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
3. 前記アイドルストップ制御中における前記基準開度と比較するべき前記要求開度は、アクセルペダル踏込量の増大と同時にではなく、アクセルペダル踏込量の増大に遅れて増大させる請求項１または２記載の制御装置。

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